[发明专利]利用等离子体离子注入的磁畴图案化

说明书

技术领域

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

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，其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，并且在其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的其一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/或变更在其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。

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。

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。

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(其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，其是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的。

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。

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。

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。