存儲(chǔ)器單元、半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)、包括此類單元的系統(tǒng)及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了包括具有自由區(qū)域的單元核的存儲(chǔ)器單元。所述自由區(qū)域展現(xiàn)影響所述單元核內(nèi)的磁化定向的應(yīng)變。應(yīng)力源結(jié)構(gòu)可在所述單元核的至少一部分上施加應(yīng)力以引起所述自由區(qū)域的應(yīng)變狀態(tài)。本發(fā)明還揭示了包括此類存儲(chǔ)器單元的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)以及用于形成此類存儲(chǔ)器單元的方法。
【專利說明】存儲(chǔ)器單元、半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)、包括此類單元的系統(tǒng)及制造方法
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請案主張2012年3月22日申請的第13/427，339號美國專利申請案“存儲(chǔ)器單元、半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)、包括此類單元的系統(tǒng)及制造方法(Memory Cells, SemiconductorDevice Structures,Systems Including Such Cells,and Methods of Fabricat1n)，，的 申請日期:的權(quán)益。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]在各種實(shí)施例中，本發(fā)明大體上涉及存儲(chǔ)器裝置設(shè)計(jì)及制造的領(lǐng)域。更特定地說，本發(fā)明涉及特征是自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)的存儲(chǔ)器單元的設(shè)計(jì)及制造。

【背景技術(shù)】
[0004]磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)是基于磁阻的非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器技術(shù)。MRAM是非易失性的且因此可在存儲(chǔ)器裝置不被供電時(shí)維持存儲(chǔ)器內(nèi)容。MRAM數(shù)據(jù)由磁阻元件存儲(chǔ)。一般來說，MRAM單元中的磁阻元件由兩個(gè)磁性區(qū)域制成，所述兩個(gè)磁性區(qū)域中的每一者接受且維持磁化。一個(gè)區(qū)域(“釘扎區(qū)域”)的磁化在其磁定向上固定，且另一區(qū)域(“自由區(qū)域”)的磁化定向可改變。因此，編程電流可使得兩個(gè)磁性區(qū)域的磁定向平行，從而給出較低的跨越磁阻元件的電阻(其可定義為“O”狀態(tài))，或使得兩個(gè)磁性區(qū)域的磁定向反向平行，從而給出較高的跨越MRAR單元的磁阻元件的電阻(其可定義為“I”狀態(tài))。自由區(qū)域的磁定向的切換及所得的跨越磁阻元件的高電阻狀態(tài)或低電阻狀態(tài)提供典型MRAM單元的寫入及讀取操作。
[0005]一種類型的MRAM單元是自旋扭矩轉(zhuǎn)移MRAM(STT-MRAM)單元。常規(guī)的STT-MRAM單元可包括磁性單元核，所述磁性單元核可包括磁性穿隧接面(MTJ)或自旋閥結(jié)構(gòu)。MTJ是磁阻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件，所述磁阻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件包括兩個(gè)磁性區(qū)域(一個(gè)是釘扎的且一個(gè)是自由的)及兩者之間的非磁性、電絕緣區(qū)域，其可通過數(shù)據(jù)線(例如，位線)、存取線(例如，字線)及存取晶體管存取。自旋閥具有與MTJ類似的結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于自旋閥在兩個(gè)磁性區(qū)域之間具有導(dǎo)電區(qū)域。
[0006]在操作中，編程電流可流經(jīng)存取晶體管及磁性單元核。所述單元核內(nèi)的釘扎區(qū)域使編程電流的電子自旋極化，且當(dāng)自旋極化電流穿過所述核時(shí)產(chǎn)生扭矩。自旋極化電子流通過在自由區(qū)域上施加扭矩來與所述自由區(qū)域相互作用。當(dāng)穿過核的自旋極化電子流的扭矩大于自由區(qū)域的臨界切換電流密度(J。)時(shí)，由自旋極化電子流施加的扭矩足以切換自由區(qū)域的磁化方向。因此，編程電流可用于引起自由區(qū)域的磁化與釘扎區(qū)域的磁化平行或反向平行而對準(zhǔn)，且當(dāng)在平行與反向平行之間切換自由區(qū)域的磁化時(shí)，跨越核的電阻狀態(tài)被改變。
[0007]常規(guī)的STT-MRAM單元的自由區(qū)域及釘扎區(qū)域展現(xiàn)與區(qū)域的寬度水平(也稱為“平面內(nèi)”)的磁化定向。因此，磁化定向與由支撐STT-MRAM單元的襯底的主表面界定的平面平行(或反向平行)。這些較寬的、平面內(nèi)STT-MRAM單元具有大占據(jù)面積，使得所述單元低于二十五納米的縮放成為艱巨的任務(wù)。
[0008]垂直定向的STT-MRAM單元可需要比平面內(nèi)STT-MRAM單元小的單元寬度，從而容納較大的單元封裝。并且，與平面內(nèi)STT-MRAM單元相比，垂直定向的STT-MRAM單元的相關(guān)聯(lián)垂直磁化(在本領(lǐng)域中也稱為垂直磁性各向異性(“PMA”))可具有極大地減少的所需的切換電壓。因此，已努力形成其中釘扎區(qū)域及自由區(qū)域展現(xiàn)垂直磁化定向的垂直定向(“平面外”)的STT-MRAM單元。然而，找到及實(shí)施用于單元核的合適材料及設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)垂直磁化定向已成為艱巨的任務(wù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]揭示存儲(chǔ)器單元。所述存儲(chǔ)器單元包括磁性單元核。所述磁性單元核包括展現(xiàn)引起垂直磁化定向的應(yīng)變的自由區(qū)域。
[0010]還揭示包括單元核的存儲(chǔ)器單元。所述單元核包括處于展現(xiàn)垂直磁化定向的應(yīng)變狀態(tài)中的自由區(qū)域。所述單元核還包括釘扎區(qū)域及安置在所述自由區(qū)域與所述釘扎區(qū)域之間的另一區(qū)域。
[0011]還揭示形成存儲(chǔ)器單元的方法。所述方法包括形成單元核及將應(yīng)力施加至所述單元核以影響單元核內(nèi)的材料展現(xiàn)的磁化定向。
[0012]還揭示半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)包括自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)陣列。所述陣列包括多個(gè)STT-MRAM單元。所述多個(gè)STT-MRAM單元中的每個(gè)STT-MRAM單元包括單元核,所述單元核包括展現(xiàn)垂直磁化定向的經(jīng)應(yīng)變自由區(qū)域。所述多個(gè)STT-MRAM單元中的每個(gè)STT-MRAM單元還包括在單元核外部的應(yīng)力源(stressor)結(jié)構(gòu)。所述應(yīng)力源結(jié)構(gòu)向經(jīng)應(yīng)變自由區(qū)域施加應(yīng)力。
[0013]還揭示自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)單元。所述單元包括磁性單元核,所述磁性單元核包括自由區(qū)域。所述單元還包括與單元核可操作通信的字線及與單元核可操作通信的位線。所述自由區(qū)域展現(xiàn)引起指向所述字線及所述位線中的一者的磁化定向的應(yīng)變。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造的具有存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器陣列的一部分的示意圖；
[0015]圖2A至圖2F是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的STT-MRAM單元的橫截面、正視圖、示意說明；
[0016]圖3A至圖3F分別是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分別沿著截面線A-A、B_B、C_C、D_D、E-E及F-F取得的圖2A至圖2F的STT-MRAM單元的橫截面、平面、示意說明；
[0017]圖4A至圖4F分別是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分別沿著截面線A-A、B_B、C_C、D-D、E-E及F-F取得的圖2A至圖2F的STT-MRAM單元的橫截面、平面、示意說明；
[0018]圖5A至圖5C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在施加側(cè)向壓縮應(yīng)力的各種階段期間的自由區(qū)域的橫截面、正視圖、示意說明；
[0019]圖6A至圖6C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在施加垂直拉伸應(yīng)力的各種階段期間的自由區(qū)域的橫截面、正視圖、示意說明；
[0020]圖7是包括本發(fā)明的實(shí)施例的存儲(chǔ)器單元的半導(dǎo)體裝置的簡化框圖；及
[0021]圖8是根據(jù)本文中描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例實(shí)施的系統(tǒng)的簡化框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]揭示存儲(chǔ)器單元、包括此類存儲(chǔ)器單元的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)、包括此類存儲(chǔ)器單元的陣列的系統(tǒng)及形成此類存儲(chǔ)器單元的方法。所述存儲(chǔ)器單元包括具有自由區(qū)域的單元核，所述自由區(qū)域展現(xiàn)引起垂直磁化定向的應(yīng)變。因此，存儲(chǔ)器單元的經(jīng)應(yīng)變自由區(qū)域的垂直磁化定向受所施加的應(yīng)力影響。所述所施加的應(yīng)力可為機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力或?yàn)閮烧?。所施加的?yīng)力及自由區(qū)域展現(xiàn)的所引起的垂直磁化定向可為永久或暫時(shí)的。
[0023]如本文中所使用，術(shù)語“襯底”表示且包括在其上形成組件(例如，存儲(chǔ)器單元內(nèi)的組件)的基材或構(gòu)造。所述襯底可為半導(dǎo)體襯底、支撐結(jié)構(gòu)上的基礎(chǔ)半導(dǎo)體材料、金屬電極或具有形成在其上的一種或多種材料、結(jié)構(gòu)或區(qū)域的半導(dǎo)體襯底。所述襯底可為常規(guī)的硅襯底或包括半導(dǎo)電材料的其它塊體襯底。如本文中使用，除了別的以外，術(shù)語“塊體襯底”不但表示且包括硅晶片，而且表示且包括絕緣體上硅(“SOI”)襯底(例如，藍(lán)寶石上硅(“S0S”)襯底或玻璃上硅(“S0G”)襯底、基礎(chǔ)半導(dǎo)體基底上的硅的外延層)或其它半導(dǎo)體或光電子材料(例如，硅-鍺(SihGex，其中，例如X是0.2與0.8之間的摩爾分率)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)或磷化銦(InP))。此外，當(dāng)在以下描述中提及“襯底”時(shí)，先前過程階段可已被用于在基礎(chǔ)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或基底中形成材料、區(qū)域或接面。
[0024]如本文中所使用，術(shù)語STT-MRAM單元表示且包括磁性單元結(jié)構(gòu)，如上文論述，如果安置在自由區(qū)域與釘扎區(qū)域之間的非磁性區(qū)域是絕緣的，那么所述磁性單元結(jié)構(gòu)可包括MTJ。或者，如果安置在自由區(qū)域與釘扎區(qū)域之間的所述非磁性區(qū)域是導(dǎo)電的，那么STT-MRAM單元的磁性單元結(jié)構(gòu)可包括自旋閥。
[0025]如本文中所使用，術(shù)語“釘扎區(qū)域”表示且包括STT-MRAM單元內(nèi)的由磁性材料形成的區(qū)域，所述區(qū)域在STT-MRAM單元的使用及操作期間具有固定磁化定向。所述釘扎區(qū)域的固定磁化定向可受外部施加應(yīng)力(其可由應(yīng)力源結(jié)構(gòu)施加)的影響，使得釘扎區(qū)域可展現(xiàn)應(yīng)變。與不施加應(yīng)力的情況相比，歸因于在釘扎區(qū)域上施加應(yīng)力，經(jīng)應(yīng)變釘扎區(qū)域展現(xiàn)的磁化定向可為不同的?；蛘撸斣鷧^(qū)域展現(xiàn)的磁化定向可不受所施加的應(yīng)力的影響，使得經(jīng)應(yīng)變釘扎區(qū)域展現(xiàn)的磁化將與未應(yīng)變釘扎區(qū)域展現(xiàn)的磁化相同。本發(fā)明的釘扎區(qū)域的磁化定向可展現(xiàn)垂直磁化定向。
[0026]如本文中所使用，術(shù)語“自由區(qū)域”表示且包括STT-MRAM單元內(nèi)的由磁性材料形成的區(qū)域，所述區(qū)域在STT-MRAM單元的使用及操作期間具有可切換磁化定向。所述磁化定向可在“平行”方向(在所述“平行”方向上，自由區(qū)域展現(xiàn)的磁化定向及釘扎區(qū)域展現(xiàn)的磁化定向指向相同方向)至“反向平行”方向(在所述“反向平行”方向上，自由區(qū)域展現(xiàn)的磁化定向及釘扎區(qū)域展現(xiàn)的磁化定向指向相反方向)之間切換。
[0027]如本文中所使用，術(shù)語“單元核”表示且包括存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)，所述存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)包括自由區(qū)域及釘扎區(qū)域，且在存儲(chǔ)器單元的操作期間，電流流經(jīng)所述存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)以引起自由區(qū)域內(nèi)的平行或反向平行磁定向。
[0028]如本文中所使用，術(shù)語“垂直”表示且包括與相應(yīng)區(qū)域的寬度垂直的方向。“垂直”還可表示且包括與支撐STT-MRAM單元的襯底的主表面垂直的方向。
[0029]如本文中所使用，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等等可描述各種元件、組件、區(qū)域、材料、及/或區(qū)段，其中沒有一個(gè)由這些術(shù)語限制。這些術(shù)語只用于區(qū)分一個(gè)元件、組件、區(qū)域、材料或區(qū)段與另一元件、組件、區(qū)域、材料或區(qū)段。因此，下文論述的“第一元件”、“第一組件”、“第一區(qū)域”、“第一材料”或“第一區(qū)段”可稱為第二元件、第二組件、第二區(qū)域、第二材料或第二區(qū)段，而不脫離本文中的教示。
[0030]如本文中所使用，空間關(guān)系術(shù)語，例如“在下方”、“在下面”、“低于”、“底部”、“在上方”、“在上面”、“頂部”、“前方”、“后方”、“左邊”、“右邊”等等可為便于描述而用于描述如圖式中說明的一個(gè)元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系。除非另有說明，否則空間關(guān)系術(shù)語希望涵蓋除圖式中描繪的定向以外的不同的材料定向。例如，如果顛倒圖式中的材料，那么描述為在其它元件或特征的“下面”或“下方”或“下部”或“底部”的元件將被定向?yàn)樵谄渌蛱卣鞯摹吧戏健被颉绊敳俊薄Ｒ虼?，依?jù)使用術(shù)語的上下文，術(shù)語“在下面”可涵蓋“在上方”及“在下面”的定向，這為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所明白。可以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度、顛倒等等)材料且相應(yīng)地解釋本文中使用的空間關(guān)系描述符號。
[0031]如本文中所使用，將元件稱為在另一元件“上”或“上方”表示且包括所述元件直接在另一元件頂部、直接與另一元件鄰近、直接在另一元件下方或與另一元件直接接觸。其還包括所述元件間接地在另一元件的頂部、間接與另一元件鄰近、間接地在另一元件下方或間接地在另一元件附近，其中其它元件在兩者之間。相比而言，當(dāng)將元件稱為“直接”在另一元件“上”時(shí)，不存在介于中間的元件。
[0032]如本文中所使用，術(shù)語“包括”及/或“包含”指定所陳述的特征、區(qū)域、整體、階段、操作、元件、材料、組件及/或群組的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)特征、區(qū)域、整體、階段、操作、元件、材料、組件及/或其群組的存在或添加。
[0033]如本文中使用，“及/或”包括相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)中的一或多者的任何及所有組合。
[0034]如本文中所使用，除非上下文另有明確指示，否則單數(shù)形式“一”及“所述”希望也包括復(fù)數(shù)形式。
[0035]本文中呈現(xiàn)的說明不希望是任何特定材料、組件、結(jié)構(gòu)、裝置或系統(tǒng)的實(shí)際視圖，而只是為用于描述本發(fā)明的實(shí)施例的理想化表示。
[0036]在本文中參考說明描述實(shí)施例。期望源自(例如)制造技術(shù)及/或容限的說明的形狀的變化型式。因此，本文中描述的實(shí)施例不應(yīng)被理解為限于如所說明的特定形狀或區(qū)域而包括由源自(例如)制造的形狀偏差。例如，說明或描述為盒形的區(qū)域可具有粗糙及/或非線性特征。此外，所說明的銳角可為圓形的。因此，圖式中說明的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的且其形狀不希望說明區(qū)域的精確形狀且不限制權(quán)利要求書的范圍。
[0037]以下描述提供特定細(xì)節(jié)(例如，材料類型及處理?xiàng)l件)以提供對所揭示的裝置及方法的實(shí)施例的透徹描述。然而，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將明白可在不使用這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐裝置及方法的實(shí)施例。實(shí)際上，可結(jié)合行業(yè)中使用的常規(guī)的半導(dǎo)體制造技術(shù)實(shí)踐裝置及方法的實(shí)施例。
[0038]本文中描述的工藝不形成用于處理半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的完整過程流程。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員知曉所述過程流程的剩余部分。因此，本文中只描述理解本裝置及方法的實(shí)施例所必需的方法及半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)。
[0039]除非上下文另有指示，否則本文中描述的材料可由任何常規(guī)的技術(shù)形成，包括但不限于，自旋涂覆、毯覆式涂覆(blanket coating)、化學(xué)氣相沉積(“CVD”)、等離子體增強(qiáng)CVD、原子層沉積(“ALD”)、等離子體增強(qiáng)ALD或物理氣相沉積(“PVD”)?；蛘撸霾牧峡涩F(xiàn)場生長。依據(jù)待形成的特定材料，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可選擇用于沉積或生長材料的技術(shù)。
[0040]現(xiàn)在將參看圖式，其中相同數(shù)字始終指代相同組件。所述圖式不必按比例繪制。
[0041]揭示存儲(chǔ)器單元。所述存儲(chǔ)器單元包括具有展現(xiàn)應(yīng)變的自由區(qū)域的磁性單元核。所述應(yīng)變弓I起垂直磁化定向。
[0042]圖1說明包括與STT-MRAM單元100可操作通信的外圍裝置90的STT-MRAM系統(tǒng)80，依據(jù)系統(tǒng)要求及制造技術(shù)，多個(gè)STT-MRAM單元100可被制造成以包括許若干行及列的柵格圖案或以各種其它布置形成存儲(chǔ)器單元的陣列。STT-MRAM單元100包括單元核110、存取晶體管130、可用作位線140的導(dǎo)電材料、可用作字線150的導(dǎo)電材料及可用作源極線160的導(dǎo)電材料。STT-MRAM系統(tǒng)80的外圍裝置90可包括讀取/寫入電路170、位線參考180及讀出放大器190。單元核110可包括磁性穿隧接面(MTJ)，其包括自由區(qū)域及釘扎區(qū)域。STT-MRAM單元100還可包括至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120，其位于單元核110外部。如本文中所使用，在另一結(jié)構(gòu)“外部”的結(jié)構(gòu)可包括與所述另一結(jié)構(gòu)物理隔離的結(jié)構(gòu)、與所述另一結(jié)構(gòu)電隔離的結(jié)構(gòu)、不與所述另一結(jié)構(gòu)電通信的結(jié)構(gòu)、不垂直定位在單元核110的最上區(qū)域(其與位線140電通信)與單元核110的最下區(qū)域(其與字線150電通信)之間的結(jié)構(gòu)或其組合。
[0043]在使用及操作中，當(dāng)選擇STT-MRAM單元100以將其編程時(shí)，將編程電流施加至STT-MRAM單元100，且所述電流由釘扎區(qū)域進(jìn)行自旋極化且在自由區(qū)域上施加扭矩，這切換了自由區(qū)域的磁化以“寫入至”或“編程”STT-MRAM單元100。在STT-MRAM單元100的讀取操作中，使用電流來檢測單元核110的電阻狀態(tài)。應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可在單元核110的至少一部分上施加應(yīng)力。歸因于應(yīng)力的施加，單元核110內(nèi)的自由區(qū)域可展現(xiàn)弓I起單元核110內(nèi)的自由區(qū)域展現(xiàn)的垂直定向的磁化的應(yīng)變，垂直定向可降低切換自由區(qū)域的磁化所需的臨界切換電流，從而允許較小編程電流寫入STT-MRAM單元100。所述垂直磁化定向還可允許使用具有較小側(cè)向尺寸的單元核110，從而允許改善可伸縮性及裝置密度。
[0044]如先前論述，施加用于STT-MRAM單元100的寫入操作的編程電流。為起始編程電流，讀取/寫入電路170可產(chǎn)生至位線140及源極線160的寫入電流。位線140與源極線160之間的電壓的極性確定單元核110中的自由區(qū)域的磁化的切換。一旦根據(jù)編程電流的自旋極性磁化了自由區(qū)域，就將經(jīng)編程狀態(tài)寫入至STT-MRAM單元100。
[0045]為讀取STT-MRAM單元100，讀取/寫入電路170產(chǎn)生通過單元核110及存取晶體管130至位線140及源極線160的讀取電流。STT-MRAM單元100的經(jīng)編程狀態(tài)與跨越單元核110的電阻相關(guān)，所述電阻可由位線140與源極線160之間的電壓差來確定。在一些實(shí)施例中，所述電壓差可與位線參考180進(jìn)行比較且由讀出放大器190放大。
[0046]圖2A說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多個(gè)STT-MRAM單元100。每個(gè)STT-MRAM單元100包括由襯底10支撐的單元核110。單元核110包括自由區(qū)域112及釘扎區(qū)域114。非磁性區(qū)域113(其可為導(dǎo)電或絕緣的)安置在自由區(qū)域112與釘扎區(qū)域114之間。在非磁性區(qū)域113絕緣的情況下，單元核110形成MTJ，或在非磁性區(qū)域113導(dǎo)電的情況下，單元核110形成自旋閥。在單元核110形成MTJ的實(shí)施例中，自由區(qū)域112與釘扎區(qū)域114之間的非磁性區(qū)域113可用作兩個(gè)區(qū)域112、114之間的絕緣體。非磁性區(qū)域113可由以下材料形成或包括以下材料:AlxOy、MgO、AIN、SiN、CaOx, N1x, HfxOy, TaxOy, ZrxOy, NiMnOx, MgxFy,SiC、S12, S1xNy或以上材料的任何組合。
[0047]自由區(qū)域112及釘扎區(qū)域114可由鐵磁材料形成或包括鐵磁材料，例如，Co、Fe、Ni或其合金 NiFe、CoFe, CoNiFe、或摻雜合金 CoX、CoFeX, CoNiFeX (X = B、Cu、Re、Ru、Rh、Hf、Pd、Pt、C)，或其它半金屬鐵磁材料，諸如(例如)NiMnSb及PtMnSb。更特定地說，例如，自由區(qū)域112可由以下材料中的一種或多種形成或包括以下材料中的一種或多種:展現(xiàn)磁致伸縮的材料(例如，不具限制性，CoxFeyBz)、展現(xiàn)Lltl結(jié)晶結(jié)構(gòu)的材料、展現(xiàn)單軸磁各向異性的材料及何士勒合金，所述材料的特性是不相互排斥的?；蛘呋虼送猓谝恍?shí)施例中，自由區(qū)域112可由層狀材料形成或包括層狀材料。例如且不具限制性，自由區(qū)域112可由鈷及鉬的重復(fù)層形成或包括鈷及鉬的重復(fù)層，其中鉬層安置在多個(gè)鈷層之間且反之亦然。作為另一實(shí)例，不具限制性，自由區(qū)域112可包括鈷及鎳的重復(fù)層，其中鎳層安置在多個(gè)鈷層之間且反之亦然。
[0048]釘扎區(qū)域114被如此命名是因?yàn)槠渚哂袔в泄潭ɑ蜥斣鷥?yōu)選定向的固定磁化，所述定向由圖2A至2F的釘扎區(qū)域114中說明的單向箭頭表示。自由區(qū)域112中說明的雙向箭頭表示自由區(qū)域112可在與釘扎區(qū)域114的定向平行的方向(其給出低電阻)或在與釘扎區(qū)域114的定向反向平行的方向(其給出高電阻)上磁化。
[0049]單元核110還可視情況包括除自由區(qū)域112、非磁性區(qū)域113及釘扎區(qū)域114以外的其它區(qū)域。例如，如圖2A中說明，單元核110可包括反鐵磁性區(qū)域115，其可定位在釘扎區(qū)域114下方以通過交換耦合實(shí)現(xiàn)釘扎。在單元核110中可包括額外非磁性區(qū)域。例如，另一非磁性區(qū)域111可定位在自由區(qū)域112上方。單元核110內(nèi)的其它區(qū)域可包括壓電區(qū)域、額外自由區(qū)域、額外釘扎區(qū)域、額外反鐵磁性區(qū)域或已知STT-MRAM單元的其它區(qū)域中的任一者。
[0050]在單元核110外部，可存在至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120。應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120直接或間接地在自由區(qū)域112上施加應(yīng)力。所施加的應(yīng)力可至少部分地歸因于應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120相對于自由區(qū)域112的配置及定位。應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可直接或間接地在單元核110的至少一部分上施加應(yīng)力，從而引起由自由區(qū)域112展現(xiàn)的應(yīng)變。自由區(qū)域112的應(yīng)變狀態(tài)引起自由區(qū)域112中的垂直磁化定向。因此，由應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120施加的應(yīng)力引起由自由區(qū)域112展現(xiàn)的應(yīng)變，所述應(yīng)變引起自由區(qū)域112的垂直磁化定向。
[0051]應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可由一種或多種應(yīng)力源材料形成或包括一種或多種應(yīng)力源材料。這些應(yīng)力源材料可包括，例如且不具限制性，S1或Si3N4。在其它實(shí)施例中，所述應(yīng)力源材料可包括，例如且不具限制性，經(jīng)配制以在退火之后實(shí)質(zhì)上收縮的旋涂式玻璃材料。在另外其它實(shí)施例中，所述應(yīng)力材料可包括，例如且不具限制性，經(jīng)配制以在退火之后密化的非晶材料。
[0052]應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120在相鄰材料或結(jié)構(gòu)上施加應(yīng)力，例如在單元核110的至少一個(gè)區(qū)域上或安置在應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120與單元核110的至少一個(gè)區(qū)域之間的絕緣材料上施加應(yīng)力。應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可經(jīng)配置及定位以將壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力施加至相鄰材料。此外，應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可經(jīng)配置及定位以在相鄰材料上施加實(shí)質(zhì)上側(cè)向應(yīng)力或?qū)嵸|(zhì)上垂直應(yīng)力。如本文中所使用，“側(cè)向應(yīng)力”是指向與在其上施加側(cè)向應(yīng)力的結(jié)構(gòu)的寬度平行的方向的應(yīng)力。偵U向應(yīng)力可指向與由支撐STT-MRAM單元的襯底(在所述襯底中支撐其上施加側(cè)向應(yīng)力的結(jié)構(gòu))的主表面界定的平面平行的方向。并且，如本文中使用，“垂直應(yīng)力”是指向與在其上施加垂直應(yīng)力的結(jié)構(gòu)的高度平行的方向的應(yīng)力。垂直應(yīng)力可指向與由支撐STT-MRAM單元的襯底(在所述襯底中支撐其上施加垂直應(yīng)力的結(jié)構(gòu))的主表面界定的平面垂直的方向。
[0053]在其它實(shí)施例中，應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可經(jīng)配置及定位以在相鄰材料上施加有角應(yīng)力。因此,應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可在至少一種相鄰材料上施加側(cè)向壓縮應(yīng)力、側(cè)向拉伸應(yīng)力、垂直壓縮應(yīng)力、垂直拉伸應(yīng)力、有角壓縮應(yīng)力或有角拉伸應(yīng)力,所述相鄰材料可為單元核110的自由區(qū)域112或安置在應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120與單元核110的自由區(qū)域112之間的另一材料。預(yù)期選擇包括應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120的材料以在形成應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120之后，在相鄰材料上在所要方向(例如，側(cè)向、垂直、或有角)上施加所要類型(例如，壓縮或拉伸的)的所要量的應(yīng)力，以由自由區(qū)域112展現(xiàn)所要的應(yīng)變且引起單元核110的經(jīng)應(yīng)變自由區(qū)域112內(nèi)的垂直磁化定向。
[0054]如圖2A中說明，STT-MRAM單元100可包括一個(gè)以上應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120。例如，如所展示，STT-MRAM單元100可包括側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L及垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V。STT-MRAM單元100內(nèi)的此側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可經(jīng)定位使得單元核110側(cè)向安置在側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的至少兩個(gè)區(qū)段之間。側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的此類側(cè)向鄰近區(qū)域可經(jīng)配置及定位以直接或間接地在單元核110的至少自由區(qū)域112上施加壓縮性或拉伸性的側(cè)向應(yīng)力。
[0055]垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V可安置在單元核110上方或安置在單元核110下方，或可安置在單元核110上方且安置在單元核110下方，如圖2A中展示。此類垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V可經(jīng)配置及定位以直接或間接地在單元核110的至少自由區(qū)域112上施加壓縮性或拉伸性的垂直應(yīng)力。
[0056]每一 STT-MRAM單元100的字線150可形成在襯底10中且由襯底10支撐。位線140及字線150可安置在單元核110與垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V之間，如圖2A中展示，且形成位線140及字線150的導(dǎo)電材料可與單元核110可操作通信。在此類實(shí)施例中，垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V可經(jīng)配置及定位以在將垂直應(yīng)力間接地施加在單元核110的自由區(qū)域112上之前，將此垂直應(yīng)力更直接地施加在位線140及字線150中的每一者或任一者上。
[0057]在其它實(shí)施例(未展示)中，此外或替代地，可將垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V安置在位線140與單元核110之間，例如安置在位線140與非磁性區(qū)域111之間。同樣，此類實(shí)施例還可或替代地包括安置在字線150與單元核110之間(例如安置在字線150與反鐵磁性區(qū)域115之間)的垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V。
[0058]應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可與單元核110物理隔離或電隔離，或與單元核110物理隔離且電隔離。例如，絕緣材料20可隔離應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120與單元核110。絕緣材料20可由已知層間電介質(zhì)材料(例如，例如且不具限制性，二氧化硅)形成或包括已知層間電介質(zhì)材料(例如，例如且不具限制性，二氧化硅)。
[0059]應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的側(cè)向鄰近區(qū)段可延伸由單元核110界定的高度的全部或只延伸所述高度的一部分。例如，如圖2A中展示，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的側(cè)向鄰近區(qū)段可延伸由單元核110的自由區(qū)域112、非磁性區(qū)域113及釘扎區(qū)域114界定的高度的全部，但可不在位線140與字線150之間物理接觸或延伸。
[0060]至少一個(gè)側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的側(cè)向鄰近區(qū)段可界定小于或等于由位線140及字線150中的較寬者界定的寬度的寬度。因此，在此類實(shí)施例中，位線140及字線150中的較寬者的寬度可界定STT-MRAM單元100的寬度。
[0061]參考圖2B，在一些實(shí)施例中，STT-MRAM單元100的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可不與單元核110物理隔離。在此類實(shí)施例中，側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可直接形成在單元核110上，例如形成在由單元核110界定的側(cè)壁上。此類側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可與自由區(qū)域112、位線140及字線150中的一或多者直接物理接觸。
[0062]并且，如圖2B中展示，在一些實(shí)施例中，側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可延伸單元核110的高度。側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L還可跨越相鄰單元核110之間的某個(gè)距離，而不是界定相鄰單元核110之間的側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的離散區(qū)段。
[0063]參考圖2C，在一些實(shí)施例中，側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可實(shí)質(zhì)上延伸單元核110的高度，同時(shí)由絕緣材料20與單元核110物理隔離且電隔離。
[0064]參考圖2D，在一些實(shí)施例中，側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可實(shí)質(zhì)上只延伸單元核110的自由區(qū)域112的高度。此類側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可實(shí)質(zhì)上在相鄰單元核110的自由區(qū)域112之間跨越，同時(shí)由絕緣材料20與單元核110物理隔離且電隔離。
[0065]參考圖2E，在一些實(shí)施例中，側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L包括一種以上應(yīng)力源材料。此類側(cè)向鄰近的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可包括接近單元核110的第一應(yīng)力源材料122，其中第二應(yīng)力源材料124接近第一應(yīng)力源材料122，第一應(yīng)力源材料122安置在單元核110與第二應(yīng)力源材料124之間。在其它實(shí)施例中，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L中可包括兩種以上應(yīng)力源材料。雖然側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L說明為與單元核110物理接觸，但是在其它實(shí)施例(未展示)中，由一種以上應(yīng)力源材料形成的側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可與單元核110電隔離、物理隔離或電隔離且物理隔離。同樣，雖然側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L說明為延伸單元核110的高度，但在是其它實(shí)施例(未展示)中，由一種以上應(yīng)力源材料形成的側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可只延伸單元核110的高度的一部分，例如只沿著單元核110的自由區(qū)域112的高度延伸。
[0066]參考圖2F，在一些實(shí)施例中，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可直接鄰近單元核110且直接與單元核110接觸，而不跨越在相鄰單元核110之間。
[0067]在其它實(shí)施例(未展示)中，STT-MRAM單元100可包括除圖2B至圖2F中說明的側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L以外的由一種或多種材料形成的垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V(例如，圖2A)。在此類實(shí)施例中，垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V可形成相對于其相應(yīng)STT-MRAM單元100的離散個(gè)別垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V。在其它此類實(shí)施例中，垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V可在多個(gè)STT-MRAM單元100上方且在多個(gè)STT-MRAM單元100之間連續(xù)。在另外其它此類實(shí)施例中，垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V可在混合物或膜結(jié)構(gòu)中由一種以上材料形成。
[0068]在一些實(shí)施例中，單元核110可實(shí)質(zhì)上是圓柱形。在此類實(shí)施例中，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可圍繞單元核110，且單元核110可安置在側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L內(nèi)的中心處。例如，圖3A至圖3F分別說明沿著圖2A的截面線A-A、圖2B的截面線B-B、圖2C的截面線C-C、圖2D的截面線D-D、圖2E的截面線E-E及圖2F的截面線F-F取得的橫截面圖。
[0069]在其它實(shí)施例中，單元核110可實(shí)質(zhì)上是盒形的。在此類實(shí)施例中，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可圍繞單元核110，且單元核110可安置在側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L內(nèi)的中心處。例如，圖4A至圖4F分別說明沿著圖2A的截面線A-A、圖2B的截面線B-B、圖2C的截面線C-C、圖2D的截面線D-D、圖2E的截面線E-E及圖2F的截面線F-F取得的橫截面圖。
[0070]在其它實(shí)施例(未展示)中，以離散區(qū)段形成側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L使得側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L不完全側(cè)向圍繞單元核110。在此類實(shí)施例中,側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的區(qū)段可只側(cè)向鄰近單元核110的一側(cè)或一些側(cè)但不是所有側(cè)，例如，側(cè)向鄰近單元核110的一對側(cè)，例如，如圖1中展示。
[0071]進(jìn)一步揭示了形成存儲(chǔ)器單元的方法。所述方法包括形成單元核及將應(yīng)力施加至所述單元核以影響由單元核內(nèi)的材料展現(xiàn)的磁化定向。
[0072]形成存儲(chǔ)器單元可包括形成包括自由區(qū)域112的單元核及形成通過絕緣材料20與自由區(qū)域112隔離的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120。可使用本文中未詳細(xì)描述的常規(guī)方法來形成具有自由區(qū)域112的單元核。同樣，可使用常規(guī)方法在自由區(qū)域112的側(cè)壁上形成絕緣材料20。側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可在沒有絕緣材料20隔離側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L與自由區(qū)域112的實(shí)施例中形成在自由區(qū)域112的側(cè)壁上，或可形成在絕緣材料20上。可在適于形成在至少一種相鄰材料上施加應(yīng)力的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120的參數(shù)(例如，流速、溫度、壓力、濃度、曝光時(shí)間)下，由常規(guī)技術(shù)(例如等離子體增強(qiáng)CVD)來形成應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120，例如此類相鄰材料可為自由區(qū)域112或絕緣材料20。由應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120施加的應(yīng)力可歸因于制造工藝中的溫度變化期間的熱失配，歸因于體積膨脹及收縮(例如，歸因于包括應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120的應(yīng)力源材料的熱膨脹系數(shù)與相鄰材料的熱膨脹系數(shù)之間的熱膨脹系數(shù)差)或歸因于晶格失配應(yīng)力(其歸因于材料成分及包括應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120的材料內(nèi)的雜質(zhì))或歸因于其任何組合。在其它實(shí)施例(例如，其中應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120包括經(jīng)配制以在退火之后收縮的自旋玻璃材料的實(shí)施例)中，可在應(yīng)力源材料的收縮之后產(chǎn)生由應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120施加的應(yīng)力。在另外其它實(shí)施例(例如其中應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120包括經(jīng)配制以在退火之后密化的非晶材料的實(shí)施例)中，由應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120施加的應(yīng)力可歸因于應(yīng)力源材料的密化而產(chǎn)生。
[0073]參考圖5A至5C，例如，形成包括具有側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的單元核的存儲(chǔ)器單元可包括形成具有自由區(qū)域112'的單元核110 (圖2A至圖2F)，且在初始形成時(shí)，自由區(qū)域112'可不展現(xiàn)應(yīng)變。絕緣材料20可形成在單元核110的側(cè)壁上，且側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可形成在絕緣材料20上。在其它實(shí)施例中，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可直接形成在單元核110上。自由區(qū)域112'及側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可與其它材料的存儲(chǔ)器單元一起在超過室溫及操作溫度的處理溫度下形成。在此類處理溫度下，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120可展現(xiàn)可隨側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120及STT-MRAM單元100 (圖2A至圖2F)內(nèi)的其它材料冷卻至室溫或操作溫度而變化的物理性質(zhì)，例如晶格結(jié)構(gòu)。例如，在圖5A中說明的初始形成時(shí)，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可界定第一結(jié)構(gòu)。隨著側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L冷卻，如圖5B中說明，側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L可以比相鄰材料例如，絕緣材料20)更快的速率膨脹，且因此可侵入先前由所述相鄰材料占據(jù)的空間，且從而在自由區(qū)域112"上施加壓縮應(yīng)力，從而使自由區(qū)域112 "展現(xiàn)某個(gè)量的應(yīng)變。這種膨脹失配在相鄰材料上施加側(cè)向壓縮應(yīng)力500，其中應(yīng)變材料可隨后通過將側(cè)向壓縮應(yīng)力500的至少部分施加至其相鄰材料而推進(jìn)所施加的應(yīng)力，其相鄰材料可包括單元核110(圖2A至圖2F)的自由區(qū)域112"。膨脹可繼續(xù)至最大膨脹，如圖5C中說明，可在側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L及STT-MRAM單元100(圖2A至圖2F)內(nèi)的其它材料已冷卻至室溫或操作溫度時(shí)展現(xiàn)所述最大膨脹。側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L、所得的側(cè)向應(yīng)力500及自由區(qū)域112的應(yīng)變的狀態(tài)可在側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L及相鄰材料的形成及冷卻完成之后保持實(shí)質(zhì)上不變，與其在STT-MRAM單元100 (圖2A至圖2F)的使用及操作期間相同。
[0074]并且如圖5A至圖5C中說明，在圖5A中說明的初始形成后，未應(yīng)變的自由區(qū)域112;可展現(xiàn)可實(shí)質(zhì)上水平安置的磁化定向200。自由區(qū)域112'可在缺少由施加在自由區(qū)域112'上的應(yīng)力引起的應(yīng)變狀態(tài)的情況下繼續(xù)展現(xiàn)這種水平定向的磁化定向200。然而，如圖5B中說明，隨著側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L將側(cè)向壓縮應(yīng)力500施加在自由區(qū)域112"上且自由區(qū)域112"呈現(xiàn)應(yīng)變狀態(tài)，與在初始形成時(shí)且不在應(yīng)變狀態(tài)中的自由區(qū)域112;(圖5A)展現(xiàn)的磁化定向200相比，可將磁化定向200改變至更垂直定向。在完成自由區(qū)域112及側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的形成時(shí)，如圖5C中說明，自由區(qū)域112(現(xiàn)在處于應(yīng)變狀態(tài))可展現(xiàn)實(shí)質(zhì)上垂直磁化定向200。
[0075]雖然圖5C以向上指向箭頭說明實(shí)質(zhì)上垂直磁化定向200，但是所表示的向上方向可表示當(dāng)與釘扎區(qū)域114 (圖2A至圖2F)展現(xiàn)的磁化方向平行或反向平行時(shí)由應(yīng)變自由區(qū)域112展現(xiàn)的磁化定向。歸因于自由區(qū)域112的平行至反向平行切換，歸因于側(cè)向壓縮應(yīng)力的自由區(qū)域112內(nèi)的所引起的垂直磁化定向200可替代地由向下指向的箭頭表示。此外，因?yàn)橛蓱?yīng)變自由區(qū)域112在側(cè)向壓縮應(yīng)力500下展現(xiàn)的磁化定向200的方向可取決于包括自由區(qū)域112的材料或多種材料，所以應(yīng)理解，本發(fā)明不限于經(jīng)由為壓縮性的側(cè)向應(yīng)力實(shí)現(xiàn)應(yīng)變自由區(qū)域112內(nèi)的垂直磁化定向。在其它實(shí)施例中，包括自由區(qū)域112的材料可使得直接或間接地在自由區(qū)域112上施加側(cè)向拉伸應(yīng)力可展現(xiàn)影響自由區(qū)域112內(nèi)的磁化定向的應(yīng)變，以在自由區(qū)域112中實(shí)現(xiàn)所要的垂直磁化定向。因此，在此類實(shí)施例中，可調(diào)諧側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的成分及用于形成側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L的技術(shù)以實(shí)現(xiàn)經(jīng)配置以直接或間接地在自由區(qū)域112上施加側(cè)向拉伸應(yīng)力的側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L。
[0076]參考圖6A至圖6C，說明另一實(shí)施例。形成根據(jù)此實(shí)施例的存儲(chǔ)器單元的方法包括形成第一垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、在所述第一垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'上形成單元核110及在所述單元核110上形成第二垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V"。包括垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"的應(yīng)力源材料或多種應(yīng)力源材料可經(jīng)配制使得，由于制造或其它處理，材料自相鄰材料收縮，從而間接地在處于應(yīng)變狀態(tài)的自由區(qū)域112上施加垂直拉伸應(yīng)力。因此，在初始形成時(shí)，不處于應(yīng)變狀態(tài)的自由區(qū)域112'可展現(xiàn)實(shí)質(zhì)上水平磁化定向200，如圖6A中說明。隨著垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"在(例如)冷卻期間收縮，垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"在相鄰材料上施加垂直拉伸應(yīng)力600，且因此間接地在自由區(qū)域112"上施加垂直拉伸應(yīng)力600，從而改變略微應(yīng)變的自由區(qū)域112"的磁化定向200的方向，如圖6B中說明。在完成制造之后，垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"繼續(xù)在自由區(qū)域112上施加垂直拉伸應(yīng)力600，使得應(yīng)變自由區(qū)域112展現(xiàn)實(shí)質(zhì)上垂直磁化定向200，如圖6C中說明。垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"的收縮及所得垂直應(yīng)力600可在垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"及相鄰材料的形成及冷卻完成之后實(shí)質(zhì)上不改變。
[0077]再次，雖然圖6C以向上指向的箭頭說明實(shí)質(zhì)上垂直磁化定向200，但是所表示的向上方向可表示當(dāng)與釘扎區(qū)域114(圖2A至圖2F)展現(xiàn)的磁化方向平行或反向平行時(shí)由應(yīng)變自由區(qū)域112展現(xiàn)的磁化方向。歸因于垂直拉伸應(yīng)力的應(yīng)變自由區(qū)域112內(nèi)的所引起的垂直磁化定向200可替代地由向下指向的箭頭(未描繪)表示。此外，因?yàn)橛蓱?yīng)變自由區(qū)域112在垂直拉伸應(yīng)力600下展現(xiàn)的磁化定向200的方向可取決于包括自由區(qū)域112的材料或多種材料，所以應(yīng)理解，本發(fā)明不限于經(jīng)由拉伸垂直應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)自由區(qū)域112內(nèi)的垂直磁化定向。在其它實(shí)施例中，包括自由區(qū)域112的材料可使得直接或間接地在自由區(qū)域112上施加垂直壓縮應(yīng)力可影響自由區(qū)域112內(nèi)的磁化定向，以引起應(yīng)變自由區(qū)域112中的所要的垂直磁化定向。因此，在此類實(shí)施例中，可調(diào)整垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"的成分及用于形成垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"的技術(shù)以實(shí)現(xiàn)經(jīng)配置以直接或間接地在自由區(qū)域112上施加垂直壓縮應(yīng)力的垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V"。
[0078]在一些實(shí)施例中，即使不處于應(yīng)變狀態(tài)(即，當(dāng)不處于外部施加的應(yīng)力(例如，側(cè)向壓縮應(yīng)力500、垂直拉伸應(yīng)力600、側(cè)向拉伸應(yīng)力或垂直壓縮應(yīng)力)下)時(shí),單元核的自由區(qū)域112也可展現(xiàn)垂直定向的磁化定向200。在此類實(shí)施例中，根據(jù)本實(shí)施例的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120 (例如(多個(gè))側(cè)向鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120L、(多個(gè))垂直鄰近應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120V'、120V")可經(jīng)配制及配置以維持由應(yīng)變自由區(qū)域112展現(xiàn)的垂直磁化定向。
[0079]在其它實(shí)施例中，可在非應(yīng)變狀態(tài)中(即，不處在外部施加應(yīng)力下)形成單元核的自由區(qū)域112。形成此自由區(qū)域112的材料可經(jīng)配制以當(dāng)(在單元核的使用期間)單元的局部溫度上升時(shí)展現(xiàn)垂直定向磁化定向200。使用期間的溫度升高可在自由區(qū)域112上施加應(yīng)力，以引起暫時(shí)性垂直定向磁化定向200。所述應(yīng)力可由自由區(qū)域112的熱引致膨脹、一種或多種相鄰材料的熱引致膨脹或自由區(qū)域112的熱引致膨脹及一種或多種相鄰材料的熱引致膨脹兩者引起。例如，在單元的讀取或?qū)懭肫陂g，局部溫度可升高，從而在自由區(qū)域112上施加應(yīng)力，使得自由區(qū)域112將處于應(yīng)變狀態(tài)且展現(xiàn)垂直定向磁化定向200。在使用所述單元之后，局部溫度可降低，從而緩解應(yīng)力，且將自由區(qū)域112轉(zhuǎn)變回至非應(yīng)變狀態(tài)。在非應(yīng)變狀態(tài)中，自由區(qū)域112不再展現(xiàn)垂直定向磁化定向200。此類實(shí)施例可不包括應(yīng)力源結(jié)構(gòu)120。因此，施加在自由區(qū)域112上的應(yīng)力可為永久的或暫時(shí)的且可為機(jī)械應(yīng)力及熱應(yīng)力中的一或多者。
[0080]還揭示了包括至少一個(gè)STT-MRAM單元(例如STT-MRAM單元的陣列)的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)。參考圖7，其說明根據(jù)本文中描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例實(shí)施的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)700的簡化框圖。半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)700包括存儲(chǔ)器陣列702及控制邏輯組件704。存儲(chǔ)器陣列702可包括圖2A至圖4F中描繪的STT-MRAM單元100中的多個(gè)任何STT-MRAM單元100?？刂七壿嫿M件704可經(jīng)配置以操作性地與存儲(chǔ)器陣列702交互，以便從存儲(chǔ)器陣列702內(nèi)的任何或所有存儲(chǔ)器單元(例如STT-MRAM單元100)讀取或?qū)懭胫链鎯?chǔ)器陣列702內(nèi)的任何或所有存儲(chǔ)器單元(例如STT-MRAM單元100)。
[0081]還揭示了包括存儲(chǔ)器陣列(例如存儲(chǔ)器陣列702)的系統(tǒng)。參考圖8，其描繪基于處理器的系統(tǒng)800?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)800可包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造的多種電子裝置。基于處理器的系統(tǒng)800可為多種類型中的任何一者，例如計(jì)算機(jī)、傳呼機(jī)、移動(dòng)電話、個(gè)人記事本、控制電路或其它電子裝置。基于處理器的系統(tǒng)800可包括一個(gè)或多個(gè)處理器802(例如微處理器)以控制基于處理器的系統(tǒng)800中的系統(tǒng)功能及請求的處理。處理器802及基于處理器的系統(tǒng)800的其它子組件可包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造的磁性存儲(chǔ)器>J-U ρ?α裝直。
[0082]基于處理器的系統(tǒng)800可包括電源804。例如，如果基于處理器的系統(tǒng)800是便攜式系統(tǒng)，那么電源804可包括燃料電池、電力收集裝置、永久電池、可更換電池及可再充電電池中的一或多者。電源804還可包括AC適配器；因此，例如，基于處理器的系統(tǒng)800可插入至壁式插座中。例如，電源804還可包括DC適配器，使得基于處理器的系統(tǒng)800可插入至車輛點(diǎn)煙器。
[0083]可依據(jù)基于處理器的系統(tǒng)800執(zhí)行的功能將各種其它裝置耦合至處理器802。例如，可將用戶接口 806耦合至處理器802。用戶接口 806可包括輸入裝置，例如按鈕、開關(guān)、鍵盤、光筆、鼠標(biāo)、數(shù)字板及觸控筆、觸摸屏、語音辨識系統(tǒng)、麥克風(fēng)或其組合。顯示器808也可耦合至處理器802。顯示器808可包括IXD顯示器、SED顯示器、CRT顯示器、DLP顯示器、等離子體顯示器、OLED顯示器、LED顯示器、三維投影、音頻顯示器或其組合。此外，RF子系統(tǒng)/基帶處理器810也可耦合至處理器802。RF子系統(tǒng)/基帶處理器810可包括耦合至RF接收器且耦合至RF發(fā)射器(未展示)的天線。通信端口 812或一個(gè)以上通信端口 812也可耦合至處理器802。例如，通信端口 812可適于耦合至一個(gè)或多個(gè)外圍裝置814 (例如調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、掃描儀、照相機(jī))或耦合至網(wǎng)絡(luò)(例如局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或因特網(wǎng))。
[0084]處理器802可通過實(shí)施存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的軟件程序控制基于處理器的系統(tǒng)800。例如，所述軟件程序可包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、繪圖軟件、文字處理軟件、媒體編輯軟件或媒體播放軟件。存儲(chǔ)器可操作地耦合至處理器802以存儲(chǔ)及促進(jìn)各種程序的執(zhí)行。例如，處理器802可耦合至系統(tǒng)存儲(chǔ)器816，其可包括自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)、磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)及其它已知存儲(chǔ)器類型中的一或多者。系統(tǒng)存儲(chǔ)器816可包括易失性存儲(chǔ)器、非易失性存儲(chǔ)器或其組合。系統(tǒng)存儲(chǔ)器816通常較大，使得其可存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)加載的應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)存儲(chǔ)器816可包括半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)(例如圖7的半導(dǎo)體裝置700)、存儲(chǔ)器單元(例如圖2A至圖4F中的任一者的STT-MRAM單元100)或其兩者。
[0085]處理器802也可耦合至非易失性存儲(chǔ)器818，這并未暗示系統(tǒng)存儲(chǔ)器816必須為易失性的。非易失性存儲(chǔ)器818可包括結(jié)合系統(tǒng)存儲(chǔ)器816使用的STT-MRAM、MRAM、只讀存儲(chǔ)器(ROM)(例如EPR0M、電阻性只讀存儲(chǔ)器(RROM)及快閃存儲(chǔ)器中的一或多者。通常選擇ROM的大小以剛好足夠大來存儲(chǔ)任何必要的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序及固定數(shù)據(jù)。此外，例如，非易失性存儲(chǔ)器818可包括高容量存儲(chǔ)器，例如磁盤驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)器(例如，混合驅(qū)動(dòng)，其包括電阻性存儲(chǔ)器或其它類型的非易失性固態(tài)存儲(chǔ)器)。非易失性存儲(chǔ)器818可包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成的STT-MRAM裝置(例如圖7的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)700)、存儲(chǔ)器單元(例如圖2A至圖4F中的任一者的STT-MRAM單元100)或其兩者。
[0086]因此，揭示存儲(chǔ)器單元。所述存儲(chǔ)器單元包括磁性單元核，所述磁性單元核包括展現(xiàn)引起垂直磁化定向的應(yīng)變的自由區(qū)域。
[0087]還揭示了包括單元核的存儲(chǔ)器單元。所述單元核包括處于展現(xiàn)垂直磁化定向的應(yīng)變狀態(tài)的自由區(qū)域。所述單元核還包括釘扎區(qū)域及安置在所述自由區(qū)域與所述釘扎區(qū)域之間的另一區(qū)域。
[0088]進(jìn)一步揭示了形成存儲(chǔ)器單元的方法，所述方法包括形成單元核及將應(yīng)力施加至所述單元核以影響由單元核內(nèi)的材料展現(xiàn)的磁化定向。
[0089]還揭示了包括自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-MRAM)陣列(包括多個(gè)STT-MRAM單元)的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)。所述多個(gè)STT-MRAM單元中的每個(gè)STT-MRAM單元包括單元核,所述單元核包括展現(xiàn)垂直磁化定向的應(yīng)變自由區(qū)域。每個(gè)單元還包括在單元核外部的應(yīng)力源結(jié)構(gòu)。所述應(yīng)力源結(jié)構(gòu)對應(yīng)變自由區(qū)域施加應(yīng)力。
[0090]此外，揭示了包括存儲(chǔ)器陣列(其包括多個(gè)磁性存儲(chǔ)器單元)的系統(tǒng)。所述多個(gè)磁性存儲(chǔ)器單元中的每個(gè)磁性存儲(chǔ)器單元包括將應(yīng)力施加至展現(xiàn)垂直磁化定向的自由區(qū)域的至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)。
[0091]雖然本發(fā)明容許其實(shí)施方案的各種修改及替代形式，但是已在圖式中通過實(shí)例展示特定實(shí)施例且已在本文中詳細(xì)描述所述特定實(shí)施例。然而，本發(fā)明不希望限于所揭示的特定形式。事實(shí)上，本發(fā)明涵蓋落在由隨附權(quán)利要求書及其合法等效物界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修改、組合、等效物、變化型式及替代物。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其包括: 至少一個(gè)存儲(chǔ)器單元，所述至少一個(gè)存儲(chǔ)器單元包括磁性單元核，所述磁性單元核包括自由區(qū)域，所述自由區(qū)域展現(xiàn)弓I起垂直磁化定向的應(yīng)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少一個(gè)存儲(chǔ)器單元進(jìn)一步包括至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)在所述磁性單元核外部且將應(yīng)力施加至所述磁性單元核。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)在所述自由區(qū)域上施加側(cè)向應(yīng)力及垂直應(yīng)力中的至少一者。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)在所述自由區(qū)域上施加壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力中的至少一者。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)側(cè)向圍繞所述磁性單元核。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述磁性單元核側(cè)向安置在所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)區(qū)段之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)將側(cè)向壓縮應(yīng)力施加至所述自由區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述磁性單元核垂直安置在所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)區(qū)段之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)將垂直拉伸應(yīng)力施加至所述自由區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)包括多種應(yīng)力源材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述自由區(qū)域包括展現(xiàn)磁致伸縮的材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述自由區(qū)域包括何士勒合金。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述磁性單元核進(jìn)一步包括展現(xiàn)垂直磁化定向的釘扎區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述至少一個(gè)存儲(chǔ)器單元包括處于陣列中的多個(gè)存儲(chǔ)器單元，所述多個(gè)存儲(chǔ)器單元包括 字線，其與所述多個(gè)存儲(chǔ)器單元中的每一存儲(chǔ)器單元的所述磁性單元核可操作通信；及 位線，其與所述多個(gè)存儲(chǔ)器單元中的每一存儲(chǔ)器單元的所述磁性單元核可操作通信； 其中所述多個(gè)存儲(chǔ)器單元中的每一存儲(chǔ)器單元的所述自由區(qū)域的所述垂直磁化定向指向與其可操作通信的所述字線及所述位線中的一者。
15.一種形成存儲(chǔ)器單元的方法，所述方法包括: 形成單元核；及 將應(yīng)力施加至所述單元核以影響由所述單元核內(nèi)的材料所展現(xiàn)的磁化定向。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中形成單元核包括: 形成釘扎區(qū)域； 在所述釘扎區(qū)域上形成非磁性區(qū)域；及 在所述非磁性區(qū)域上形成自由區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括使用在所述單元核外部的至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)將所述應(yīng)力施加至所述單元核。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述單元核上形成所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)包括應(yīng)力源材料，所述應(yīng)力源材料具有與所述單元核的相鄰材料的熱膨脹系數(shù)不同的熱膨脹系數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包括，在形成所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)之后，降低所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)的溫度以向所述相鄰材料施加應(yīng)力且影響所述單元核內(nèi)的自由區(qū)域的所述磁化定向。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述單元核與所述至少一個(gè)應(yīng)力源結(jié)構(gòu)之間安置絕緣材料。
【文檔編號】H01L27/115GK104321819SQ201380015791
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月22日
【發(fā)明者】古爾特杰·S·桑胡, 韋恩·I·金尼 申請人:美光科技公司