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利用 等离子体 离子注入的磁畴 图案化

阅读：473发布：2020-05-15

专利汇可以提供利用等离子体离子注入的磁畴图案化专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于在基板上磁性薄膜中限定多个磁畴的方法，包含下列步骤：将该磁性薄膜涂覆以抗蚀剂；图案化该抗蚀剂，其中该磁性薄膜的多个区域实质未被覆盖住；以及将该磁性薄膜暴露于等离子体，其中等离子体离子穿透该磁性薄膜的该些实质未覆盖的区域，使得该些实质未覆盖的区域变为非磁性。一种用于此工艺的工具，包含：真空腔室，该真空腔室维持在接地电势；气体入口阀件，配置以将受控的气体量引入腔室；磁盘承载装置，配置以(1)设置在该腔室内、(2)固持多个磁盘，使该些磁盘相隔，其中各磁盘的两侧面皆暴露出、及(3)电接触于该些磁盘；以及射频信号产生器，该射频信号产生器电气耦接到该磁盘承载装置与该腔室，由此可以在该腔室中点燃等离子体，并且该些磁盘在两侧面上皆均匀地暴露于等离子体离子。此工艺可以用来制造存储器件，包括磁阻式随机存取存储器件。，下面是利用等离子体离子注入的磁畴图案化专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于在基板上磁性薄膜中限定多个磁畴的方法，该方法包含下列步骤：
形成多个字线在该基板上；
形成磁性薄膜在该基板和该些字线上；
将该磁性薄膜涂覆以抗蚀剂；
利用纳米压印工艺图案化该抗蚀剂，其中该磁性薄膜的多个区域未被覆盖住；
将该磁性薄膜暴露于等离子体，该等离子体包括氟、硼、磷、钨、砷、氢、氦、氩、氮、碳或硅离子，其中该等离子体是通过施加射频偏压而产生的，其中等离子体离子穿透该磁性薄膜的该些未覆盖的区域，使得该些未覆盖的区域变为非磁性，从而形成磁性材料的多个磁畴；以及
形成多个位线在该些磁畴的顶部上；
其中该些字线与该些位线彼此交会在该些磁畴的位置处，以及其中各磁畴为不同的磁性存储元件的一部分。
2.如权利要求1所述的方法，还包含在将该磁性薄膜暴露于等离子体的步骤后，退火该磁性薄膜，由此将离子驱入该磁性薄膜中期望深度。
3.如权利要求1所述的方法，其中该等离子体是通过连接射频产生器在该磁性薄膜与真空腔室壁之间来产生，该基板位在真空腔室中。
4.如权利要求3所述的方法，其中将该磁性薄膜暴露于等离子体的步骤包括施加射频偏压在该薄膜与该真空腔室壁之间。

说明书全文

利用等离子体 离子注入的磁畴 图案化

技术领域

[0001] 本发明大致上关于磁性信息储存媒介(诸如磁阻式随机存取存储器(MRAMs))中磁畴的限定，并且特别是关于通过使用等离子体离子注入来在磁性薄膜中限定磁畴的方法。

背景技术

[0002] 目前对于电脑总是存在着更高密度的信息储存媒介的需求。当前，普遍的储存媒介是硬盘驱动器(HDD)。HDD是非挥发性储存装置，HDD将数字编码的信息储存在快速旋转的具有磁性表面的磁盘上。磁盘是圆形的，具有中心孔。磁盘是由非磁性材料(通常是玻璃或铝)制成，并且在磁盘两侧面被涂覆以磁性薄膜(例如钴系合金薄膜)。HDD是通过以两个特定取向中的一个取向将磁性薄膜的多个区域予以磁化来记录数据，允许了膜中的二进制数据储存。经储存的数据是通过侦测膜的磁化区域的取向来读取。典型的HDD设计由可固持多个磁盘的转轴构成，其中该些磁盘的间隔足以允许读写头能存取所有磁盘的两侧面。该些磁盘由插入该些磁盘的中心孔的夹件固定到转轴。该些磁盘旋转于非常快的速度。当磁盘旋转横越读写头时，信息被写到磁盘上且从磁盘读出。该些头非常靠近磁性薄膜的表面地移动。读写头用来侦测与/或变更在读写头正下方的材料的磁化强度。对于转轴上的每一磁性磁盘表面具有一头。当该些磁盘旋转时，臂移动该些头横越该些磁盘，允许了各头能存取磁盘的几乎整个表面。

[0003] 各磁盘的磁性表面分割成许多小的亚微米尺寸的磁性区域(称为磁畴)，每一磁畴用来将单个二进制信息单位(称为比特)予以编码。每一磁性区域形成磁偶极子，该磁偶极子产生高局部磁场。当读写头非常靠近磁性薄膜时，读写头通过产生强的局部磁场来将磁性区域予以磁化。读写头侦测在各区域中磁场的取向。

[0004] 在具有不同自旋取向的磁畴碰触之处，存在有称为布洛赫壁(Bloch wall)的区域，在该布洛赫壁中自旋取向从第一取向通过过渡区到第二取向。过渡区的宽度会限制信息存取的面密度。因此，存在着一种可克服因布洛赫壁宽度造成的限制的需求。

[0005] 为了克服此因连续磁性薄膜中布洛赫壁宽度造成的限制，该些磁畴可以由非磁性区域(非磁性区域可比连续磁性薄膜中布洛赫壁宽度更窄)来物理分离。下述方式已用来提供改善的信息储存的面密度给磁性储存媒介。这些方式具有彼此完全分离的单个比特的多个磁畴，通过沉积该些磁畴成多个分离岛或通过从连续磁性膜移除材料以将该些磁畴物理分离。

[0006] 磁盘被涂覆以种子层，接着被涂覆以抗蚀剂。抗蚀剂被图案化以限定多个磁畴，暴露出欲形成该些磁畴处的种子层。然后，磁性薄膜被电镀到种子层的暴露区域上。然而，其对于电沉积的磁性膜的组成与品质以及大量制造HDD的工艺规模放大是有问题的。当前，由于更佳的抗腐蚀性和更能控制的磁性性质，宁愿选择溅射沉积的Co-Pt和Co-Pd合金薄膜，而不选择电沉积的Co-Pt。

[0007] 在一替代工艺中，被涂覆以溅射沉积的磁性薄膜的磁盘被覆盖以抗蚀剂层，该抗蚀剂层被图案化以限定多个磁畴。通过溅射干蚀刻工艺将该图案转移到磁性薄膜内。然而，溅射蚀刻工艺会在工艺腔室壁上造成不期望的残余物累积。此外，溅射蚀刻工艺后欲达到不含残余物的磁盘表面是一挑战。(考虑到读写头会以非常快速度仅在磁盘表面上方行进仅数十纳米，非常平坦的不含残余物的磁盘表面是所希望的。)又，HDD磁盘需要将两侧面上的磁性薄膜予以图案化，而许多半导体类型工艺和设备(即溅射蚀刻)仅能一次处理一侧面。这些问题会影响生产成品率，以及会造成HDD失效。因此，存在着一种用于将磁畴图案化的更值得生产的方法(即低成本且可与大量制造相容)的需求。

[0008] 另一方式是在连续磁性薄膜中产生多个非磁性区域，以将该些磁畴分离。这样的方法的优点在于，完成的磁盘的表面是平坦的且更佳的而适用于HDD。这样的方法使用离子注入将该些磁畴图案化，以产生多个非磁性区域来将该些磁畴分离。富能量的离子会扰乱磁性材料，致使该材料变为非磁性。尽管有一些非磁性材料(例如FePt3)可以通过离子辐射而变为磁性，在此状况中离子辐射是用来直接限定磁畴。然而，通过离子辐射的图案化会产生下列缺失：(1)离子注入机工具仅能一次辐射基板的一侧面；以及(2)因受限的来自离子注入机离子源的离子流而使得此工艺是缓慢的。因此，仍存在着一种用于将磁畴图案化的方法的需求，其中该方法是低成本的且可与大量制造相容。

[0009] 非挥发性存储器是可以保留所储存数据(甚至是在没有施加电源时)的计算机存储器。非挥发性存储器的实例包括只读存储器、快闪存储器、大部分类型的磁性计算机存储设备(例如硬盘与软盘)与光盘。非挥发性存储器通常比挥发性存储器更价格昂贵或更速度慢，并且因此主要仅用于长期、永久的信息储存且不是作为处理存储器。现今最普遍使用的处理存储器类型是挥发形式的随机存取存储器(RAM)，在电脑关机时任何储存在RAM中的信息会流失。存在着一种更快速且更便宜且可作为处理存储器的非挥发性存储器的需求。这样的非挥发性存储器可允许电脑几乎能立即开机和关机，而不需要如同现今电脑中缓慢的开机和关机程序。

[0010] 对于非挥发性存储器的目前标准是NAND快闪存储器，NAND对于每一存储元件由一个晶体管与一个电容器构成。该些存储元件的密度被整个晶体管尺寸与该些晶体管间沟槽限制住，导致该些元件的间隔小于1微米。存在着一种具有高密度存储元件的非挥发性存储器的需求。

[0011] 呈现无限前景的磁阻式RAM(MRAM)，为一种非挥发性RAM，目前正在发展，但商业上无法与标准的挥发性RAM竞争。存在着一种可改善处理方法和设计的MRAM与非挥发性RAM的需求，该MRAM与非挥发性RAM可允许低成本、高产出、大量制造。

发明内容

[0012] 本发明的概念与方法允许大量制造磁性媒介，其中磁盘上的磁畴直接被图案化。直接图案化该些磁畴允许比在连续磁性薄膜中所得者有更高密度的数据储存。根据本发明的多个态样，一种用于在基板上磁性薄膜中限定多个磁畴的方法，包含下列步骤：(1)将该磁性薄膜涂覆以抗蚀剂；(2)图案化该抗蚀剂，其中该磁性薄膜的多个区域实质未被覆盖住；以及(3)将该磁性薄膜暴露于等离子体，其中等离子体离子穿透该磁性薄膜的该些实质未覆盖的区域，使得该些实质未覆盖的区域变为非磁性。图案化该抗蚀剂的方法包括纳米压印工艺。

[0013] 本发明的方法的优点可应用于用在硬盘驱动器的薄膜磁性磁盘的大量制造。本发明的实施例通过使用高产出等离子体离子注入工具来同时处理多个磁盘的两侧面而提供了高制造产出。根据本发明的多个进一步态样，一种用于在磁盘的两侧面上的磁性薄膜中限定多个磁畴的方法，包含下列步骤：(1)将该些磁盘的两侧面皆涂覆以抗蚀剂；(2)图案化该抗蚀剂，其中该磁性薄膜的多个区域实质未被覆盖住；以及(3)将该些磁盘的两侧面上的磁性薄膜同时暴露于等离子体，其中等离子体离子穿透该磁性薄膜的多个实质未覆盖的区域，使得该些实质未覆盖的区域变为非磁性。

[0014] 在不脱离本发明的精神下，可以使用双侧面等离子体离子注入机或单侧面等离子体离子注入机。在单侧面等离子体离子注入中，将先注入第一侧面，接着将磁盘翻面，并且将注入第二侧面。

[0015] 本发明的实施例包括等离子体离子注入工具，该工具可同时处理磁盘的两侧面。该工具包含：(1)真空腔室，该真空腔室维持在接地电势；(2)气体入口阀件，配置以将受控的气体量引入该腔室；(3)磁盘承载装置，配置以(1)设置在该腔室内、(b)固持多个磁盘，使该些磁盘相隔，其中各磁盘的两侧面皆暴露出、及(c)电接触于该些磁盘；以及(4)射频信号产生器，该射频信号产生器电气耦接到该磁盘承载装置与该腔室，由此可以在该腔室中点燃等离子体，并且该些磁盘在两侧面上皆均匀地暴露于等离子体离子。

[0016] 本发明的实施例包括存储器件。根据本发明的多个态样，存储器件包含：第一连续薄膜，该第一连续薄膜包括第一限定阵列的磁畴，其中该些磁畴由该连续薄膜的多个非磁性区域所分离，以及其中各第一限定磁畴为不同的磁性存储元件的一部分。该存储器件还包含：第二连续薄膜，该第二连续薄膜平行于该第一连续薄膜，该第二连续薄膜包括第二限定阵列的磁畴，其中各第二限定磁畴与该些第一限定磁畴的相应第一限定磁畴重迭；绝缘薄膜在该第一与第二连续薄膜之间；多个字线，位在该第一连续薄膜下方；以及多个位线，位在该第二连续薄膜上方，其中该些字线与该些位线彼此交会在该些第一与第二限定磁畴的位置处。

[0017] 根据本发明的多个进一步态样，一种制造存储器件的方法包含：(1)沉积磁性薄膜在基板上；(2)在该基板上的该磁性薄膜中限定多个磁畴，包括；(a)将该磁性薄膜涂覆以抗蚀剂；(b)图案化该抗蚀剂，其中该磁性薄膜的多个区域实质未被覆盖住；以及(c)将该磁性薄膜暴露于等离子体，其中等离子体离子穿透该磁性薄膜的该些实质未覆盖的区域，使得该些实质未覆盖的区域变为非磁性，其中各图案化的磁畴为不同的磁性存储元件的一部分。可以在基板的两侧面上皆制造存储器件，其中该基板的两侧面上的磁性薄膜同时暴露于等离子体，其中等离子体离子穿透该磁性薄膜的实质未覆盖的区域，使得该些实质未覆盖的区域变为非磁性。附图说明

[0018] 本领域技术人员在参照附图且参阅本发明特定实施例的上述说明后，将了解本发明的这些与其他态样及特征，其中：

[0019] 图1为根据本发明实施例的工艺流程图。

[0020] 图2为工艺腔室的示意图，显示根据本发明实施例的第一磁盘固持件设备。

[0021] 图3为根据本发明实施例的第二磁盘固持件设备的立体图。

[0022] 图4显示根据本发明实施例的在纳米压印后的抗蚀剂的截面图。

[0023] 图5为根据本发明实施例的存储器件的立体图。

[0024] 图6为根据本发明实施例的图5存储器件的特定实施例的截面图。

具体实施方式

[0025] 现在将参照附图来详细地叙述本发明，该些附图为本发明的范例以使本领域技术人员能够实施本发明。值得注意，以下的附图与范例并非意图用来限制本发明的范畴至单一实施例，而透过取代一些或全部的已描述或已绘示的构件，其他实施例是有可能的。此外，对于本发明的特定构件能够使用已知元件来部分地或完全地实施，仅描述用于对了解本发明有必要的这样已知元件的部分，而省略这样已知元件的其他部分的详细描述，以避免混淆本发明。在本申请说明书中，显示单一元件的实施例不应被视为限制；而是，本发明涵盖包括多个相同元件的其他实施例，并且反之亦然(除非在此有具体地指出)。再者，申请人没有意图要将说明书或权利要求书中的任何术语归属于罕见的或特殊的意义，除非特别指出。又，本发明包含现今与未来的已知元件的已知等效物，其在此作为说明。

[0026] 大致上，本发明的实施例涉及使用等离子体离子注入与一抗蚀剂掩模，来将磁性薄膜中多个紧密间隔的磁畴予以图案化。此方法可以应用到硬盘驱动器制造，允许了非常高的面密度信息储存。本文描述了用于实现这样方法的工具。

[0027] 根据本发明的多个实施例的工艺显示在图1。用于在磁性薄膜中形成多个紧密间隔的磁畴(多个磁畴由非磁性材料所分离)的此工艺包括下述步骤：(1)将磁盘涂覆以抗蚀剂(110)；(2)将抗蚀剂予以图案化，实质暴露出磁性薄膜的多个区域(120)；(3)通过等离子体离子注入使磁性薄膜的实质暴露出的区域变为非磁性(130)；以及(4)剥除抗蚀剂(140)。此方法可以在等离子体离子注入后且在抗蚀剂剥除前，可选地包括等离子体离子注入腔室中的去渣(descum)和灰化(ash)步骤。此外，可以在抗蚀剂剥除后包括磨光(buff)或研磨(polish)步骤，以确保不含残余物的表面。例如，可以使用刷子刷洗步骤，诸如利用PVA刷子或其他类型刷子来实施。替代地，可以使用聚氨基甲酸脂织布、垫磨光或研磨步骤。

[0028] 上述工艺也可以包括激光或闪光退火的额外步骤，以将经等离子体离子注入的粒子驱入薄膜内。也可以使用一快速热退火或烘炉工艺。(激光或闪光退火不同于快速热退火或烘炉工艺之处在于前者仅在磁盘表面进行热历程。)再者，可以使用热处理，以迫使经注入的粒子进入磁性薄膜中的晶粒间界。(各磁畴目前包含数百个单独的结晶粒。)经注入的离子在晶粒间界中被锁固住，因此所述离子在磁盘的正常寿命期间不会移动。

[0029] 用于将抗蚀剂图案化的方法是纳米压印方法。有两种已知类型的可应用于本发明的纳米压印。第一种是热塑性纳米压印(thermoplastic nanoimprint lithography；T-NIL)，包括下述步骤：(1)将基板涂覆以热塑性聚合物抗蚀剂；(2)使具有期望的三维图案的模具与抗蚀剂接触，并且施加指定的压力；(3)加热抗蚀剂于高于该抗蚀剂的玻璃化转变温度；(4)当抗蚀剂高于该抗蚀剂的玻璃化转变温度时，模具被按压到抗蚀剂内：以及(5)冷却抗蚀剂并将模具与抗蚀剂分离，而在抗蚀剂中留下期望的三维图案。

[0030] 第二种类型的纳米压印是光纳米压印(photo nanoimprint lithography；P-NIL)，包括下述步骤：(1)将光可硬化的液态抗蚀剂施加到基板；(2)具有期望的三维图案的透明模具被按压到液态抗蚀剂内，直到模具与基板接触；(3)抗蚀剂在紫外光中硬化，变为固体；以及(4)模具与抗蚀剂分离，而在抗蚀剂中留下期望的三维图案。在P-NIL中，模具是由透明的材料制成，例如熔融硅石(fused silica)。

[0031] 图4显示在纳米压印后的抗蚀剂的截面图。基板430上磁性薄膜420上的经图案化抗蚀剂410显示具有多个经图案化的区域440，在该些区域440处抗蚀剂已经实质被移除。典型的抗蚀剂层410厚度为约500nm。然而，区域440具有少量的抗蚀剂残留覆盖住磁性薄膜的表面。这对于纳米压印工艺是典型的。当使用光敏抗蚀剂图案作为离子注入的掩模时，对于整个光敏抗蚀剂层不需要移除将被注入粒子的区域。然而，残余层必须足够薄以不形成注入粒子的实质阻障物。再者，具有厚抗蚀剂与薄残余抗蚀剂的区域间的对比应足够大，以使得具有厚残余抗蚀剂的区域中的抗蚀剂能够在离子粒子到达磁性薄膜前得以停止离子粒子。替代地，能够以各向同性抗蚀剂移除工艺(例如去渣或稍微灰化或任何其他适当的技术)来移除区域440中的残余光敏抗蚀剂。

[0032] 可以使用全磁盘纳米压印方案来实现纳米压印工艺，其中模具大到足以压印整个表面。替代地，可以使用步进与重复的压印工艺。纳米压印工艺也可以一次执行在两侧面。例如，磁盘先在两侧面上被涂覆以光敏抗蚀剂层。接着，磁盘进行按压步骤，模具被按压抵靠磁盘的两侧面，以同时将期望的图案压印到磁盘的两侧面上。

[0033] 也可以使用传统的光刻工艺，在此情况中，光敏抗蚀剂被旋涂在磁盘上，接着经由掩模来将抗蚀剂曝光，并且将暴露出的抗蚀剂予以显影。

[0034] 在图案化步骤120后，磁盘具有使磁性薄膜的多个区域暴露出的经图案化抗蚀剂。抗蚀剂可保护残余表面免于下一步骤——等离子体离子注入130。对于以低能量来提供高注入剂量，等离子体注入是理想的。由于经溅射的磁性薄膜的厚度典型地仅数十纳米，低离子能量是有效的，并且高剂量提供高产出。再者，如图2和3所清楚显示，可以同时实施磁盘的两侧面的等离子体离子注入。尽管可预期通常将使用双侧面等离子体离子注入，可以在不脱离本发明的精神下使用单侧面等离子体离子注入。在单侧面等离子体离子注入中，将注入第一侧面，接着将磁盘翻面，并且将注入第二侧面。

[0035] 用于处理HDD磁盘的等离子体离子注入工具200显示在图2。腔室210被真空泵220维持成真空。气体供应器230经由管线232与阀件235连接到腔室210。可以透过阀件235供应超过一种气体，并且可以使用多个气体供应器和阀件。杆240固持住多个磁盘
250。射频(RF)功率供应器260连接在杆240与腔室210的壁(腔室壁连接到电气地线)之间。除了RF功率供应器以外，可以包括阻抗匹配装置与施加直流(DC)偏压的电源供应器。杆240可以被涂覆以石墨或硅，以保护杆240免于等离子体。此外，杆与杆的表面是高导电性的，以促进杆与该些磁盘间的良好电接触。可以使用多个夹件255或其他构件将该些磁盘250固定住，该些夹件255不仅可固定住该些磁盘250，同时可确保该些磁盘250与杆240间的良好电接触。杆可以承载许多磁盘(为了说明方便仅显示三个磁盘250)。再者，腔室210可以用来固持许多杆，该些杆承载多个磁盘以用于同时的等离子体离子注入。
杆240可以容易地移入且移出腔室210。

[0036] 在等离子体离子注入工具200中处理该些磁盘可以进行下述步骤：(1)将该些磁盘250装载到杆240上；(2)将杆240送入腔室210；(3)真空泵220运作以达到期望的腔室压力；(4)从气体供应器230经由阀件235将期望的气体引入腔室，直到达到期望的压力；(5)RF功率供应器260运作从而点燃等离子体，其中该等离子体环绕所有磁盘250的表面，并且DC电源供应器可用于控制注入到磁性薄膜内的离子的能量。也可以使用RF偏压。

[0037] 可轻易从等离子体注入且可使典型的经溅射磁性薄膜(例如Co-Pt和Co-Pd)有效地变为非磁性的离子为：氧、氟、硼、磷、钨、砷、氢、氦、氩、氮、钒与硅离子。此名单并非意图为专有的，可在等离子体中轻易形成且可使薄膜有效地变为非磁性(或在诸如FePt3的材料的情况中变为磁性)的任何离子即已足够。再者，预期适当的离子是可以在相当低剂量将磁性薄膜的区域改变成热稳定的非磁性区域的离子。

[0038] 从等离子体注入工艺获得的离子的能量介于100eV至15keV。但是，为了注入到磁性薄膜(薄膜厚度为数十纳米)内，期望的能量范围是介于1keV至15keV。在此，假设等离子体中主要是独自离子化的粒子。

[0039] 图3显示用于在图2腔室中将该些磁盘等离子体离子注入的替代的固持件。固持件300包含框架310，该些磁盘320由多个夹件330固定到该框架310，该些夹件330夹固到该些磁盘的中心孔的边缘上。(值得注意，磁盘的内缘不是用在最终产品，因为这是转轴接附到磁盘之处。这与磁盘的外缘形成对比，其中磁盘的外缘是用在HDD且因而必须适当地被图案化。)框架310与夹件330被建构以对该些磁盘320形成良好的电接触。可以将多个固持件彼此堆迭在腔室中，以得到高产出。

[0040] 等离子体离子注入腔室与工艺方法的进一步细节揭示在授予Collins等人的美国专利US 7,288,491与US 7,291,545，所述美国专利在此并入本文以作为参考。本发明腔室与Collins腔室之间的主要差异在于不同的固持基板的结构。本领域技术人员可了解如何将Collins的等离子体离子注入工具和方法应用到本发明。

[0041] 等离子体离子注入步骤130之后为抗蚀剂剥除步骤140。抗蚀剂剥除步骤140可在等离子体离子注入腔室中在移除该些磁盘前通过去渣与灰化步骤来实现。抗蚀剂剥除步骤140也可以是湿法化学处理，例如通常用于半导体工业中抗蚀剂剥除法。

[0042] 本发明允许以非常短的工艺时间(或许数十秒)来注入磁盘。输入和输出真空负载锁定室可使得磁盘快速地传送进出腔室且可避免损失抽低压力(pumpdown)的时间，因此允许了非常高的产出。本领域技术人员可了解自动化传送系统、机械手臂与负载锁定室如何与本发明的等离子体离子注入设备整合。

[0043] 本发明不被限制在HDD，而是可以应用到其他磁性存储器件(例如磁芯存储器与磁阻式随机存取存储器(MRAMs))。本发明可以用来限定这些存储器件的磁性存储元件。

[0044] 图5显示具有交叉点构造的磁性存储器件。在此交叉点构造中，磁性存储元件510位在字线520与位线530的交会点。磁性存储元件510实际上是连续薄膜的一部分，但为了说明方便，连续薄膜没有显示在图5中。在本发明的实施例中，磁性存储元件510是使用参照图1-4的上述工艺来制造。图5显示的磁性存储元件510约略为圆形，但是元件510可以被图案化成各种希望的形状，包括椭圆形、方形和矩形。图5仅示出六个磁性存储元件，但是典型的存储器阵列可由更多元件来构成。在最简单的实施例中，磁性存储元件510包含单一的磁性材料层。本发明的这样的实施例包括多个存储器件，所述实施例实际上是原始的多个磁芯存储器的缩小版。对于这些实施例，图5显示的存储元件510将为单一的磁畴。此存储器结构允许多个存储器件的垂直堆迭，以建立三维的存储器件。本领域技术人员将可了解如何使用本发明实施例来制造这些三维的存储器件。此存储器件的制造方法可以如下述。字线520形成在基板上。磁性薄膜沉积在基板和字线520上方。第一磁性薄膜如前述被处理，使得未被抗蚀剂保护的区域变为非磁性，而形成了磁性材料的多个磁畴510。位线530形成在经处理的磁性薄膜的顶部上。字线520和位线530以印刷的方式被排列，以在各存储器元件510处形成交会点。磁芯存储器的写入与读出机制对于本领域技术人员是已知的。

[0045] 在本发明的进一步实施例中，存储器件是MRAM且该些磁性存储器元件是磁性隧道结(magnetic tunnel junction)，该磁性隧道结包含至少三层：(1)下层，具有固定的磁化强度(在写入和读出过程期间不会改变)；(2)上层，具有在写入过程期间不会改变的磁性取向；(3)绝缘薄膜，介于该两磁性层之间。参见图6。替代地，元件510可以被制造成允许“触发(toggle)”模式的使用，如同本领域技术人员熟知的。再者，可以使用自旋转移开关来运作图5的MRAM元件，如同本领域技术人员熟知的。这些MRAM结构允许多个存储器件的垂直堆迭，以建立三维的存储器件。本领域技术人员将可了解如何使用本发明的实施例来制造这些三维的MRAM存储器件。诸如图5和6的MRAM的写入和读出机制对于本领域技术人员是已知的。

[0046] 为了允许非常高密度阵列的磁性存储元件的制造，本发明的制造方法可以用来形2
成小到直径约10纳米的多个磁性存储元件且元件密度超过1Tb/in。又，字线520和位线
530可以由纳米线所构成。

[0047] 图6显示MRAM存储器件的垂直截面X-X，该MRAM存储器件为图5的存储器件的特定实施例。图6显示完整的薄膜612与618，薄膜612与618含有构成磁性存储元件510的磁畴610与616。在此两薄膜612与618之间存在绝缘薄膜614。字线520位在基板640上，并且位线530位在薄膜612的顶部上。图5和6的MRAM结构可以由下述步骤来制造。字线520形成在基板640上。第一磁性薄膜沉积在基板640与字线520上方。第一磁性薄膜如前述被处理，使得区域618变为非磁性，而形成了磁性材料的多个磁畴616。绝缘体
614的薄膜沉积在经处理的第一磁性薄膜的顶部上。第二磁性薄膜沉积在绝缘体614的顶部上。第二磁性薄膜如前述被处理，使得区域612变为非磁性，而形成了磁性材料的多个磁畴610。在处理期间，磁畴610与616以印刷方式被排列，以形成多个磁性存储元件510。位线530形成在经处理的第二磁性薄膜的顶部上。字线520与位线530以印刷方式被排列，以在各存储元件510处形成交会点。

[0048] 尽管本发明已通过参照较佳实施例来叙述，本领域技术人员可了解在不脱离本发明的精神与范围下，可以进行形式和细节的变化与变更。随附权利要求范围包含这样的变化与变更。

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利用等离子体离子注入的磁畴图案化

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