優(yōu)先權(quán)主張

本申請(qǐng)案主張2014年10月16日提出申請(qǐng)的標(biāo)題為“存儲(chǔ)器單元、半導(dǎo)體裝置及制造方法(memorycells,semiconductordevices,andmethodsoffabrication)”的序列號(hào)為14/516,347的美國(guó)專利申請(qǐng)案的申請(qǐng)日期的權(quán)益。

在各種實(shí)施例中，本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及存儲(chǔ)器裝置設(shè)計(jì)及制造的領(lǐng)域。更特定來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及表征為自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(stt-mram)單元的存儲(chǔ)器單元的設(shè)計(jì)及制造，涉及此類存儲(chǔ)器單元中采用的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且涉及并入有此類存儲(chǔ)器單元的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)是基于磁阻的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。一種類型的mram是自旋扭矩轉(zhuǎn)移mram(stt-mram)，其中磁性單元核心包含磁性隧穿結(jié)(“mtj”)子結(jié)構(gòu)，所述mtj子結(jié)構(gòu)具有在其間具非磁性區(qū)域的至少兩個(gè)磁性區(qū)域(舉例來(lái)說(shuō)，“固定區(qū)域”及“自由區(qū)域”)。自由區(qū)域及固定區(qū)域可展現(xiàn)相對(duì)于區(qū)域的寬度而水平定向(“平面內(nèi)”)或垂直定向(“平面外”)的磁性定向。固定區(qū)域包含具有基本上固定(例如，不可切換)磁性定向的磁性材料。另一方面，自由區(qū)域包含具有可在單元的操作期間在“平行”配置與“反平行”配置之間切換的磁性定向的磁性材料。在平行配置中，固定區(qū)域及自由區(qū)域的磁性定向被引導(dǎo)于相同方向上(例如，分別地北及北、東及東、南及南，或西及西)。在“反平行”配置中，固定區(qū)域及自由區(qū)域的磁性定向被引導(dǎo)于相反方向上(例如，分別地北及南、東及西、南及北，或西及東)。在平行配置中，stt-mram單元展現(xiàn)跨越磁阻元件(例如，固定區(qū)域及自由區(qū)域)的較低電阻，其定義mram單元的“0”邏輯狀態(tài)。在反平行配置中，stt-mram單元展現(xiàn)跨越磁阻元件的較高電阻，其定義stt-mram單元的“1”邏輯狀態(tài)。

自由區(qū)域的磁性定向的切換可通過(guò)使編程電流通過(guò)包含固定區(qū)域及自由區(qū)域的磁性單元核心而實(shí)現(xiàn)。固定區(qū)域使編程電流的電子自旋極化，且在經(jīng)自旋極化電流通過(guò)核心時(shí)形成扭矩。經(jīng)自旋極化電子電流將扭矩施加于自由區(qū)域上。當(dāng)經(jīng)自旋極化電子電流的扭矩大于自由區(qū)域的臨界切換電流密度(jc)時(shí)，自由區(qū)域的磁性定向的方向被切換。因此，編程電流可用于更改跨越磁性區(qū)域的電阻?？缭酱抛柙乃酶呋虻碗娮锠顟B(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)mram單元的寫(xiě)入及讀取操作。在切換自由區(qū)域的磁性定向以實(shí)現(xiàn)與所要邏輯狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的平行配置及反平行配置中的一者之后，通常期望自由區(qū)域的磁性定向在“存儲(chǔ)”階段期間被維持，直到mram單元應(yīng)被重寫(xiě)為不同配置(即，被重寫(xiě)為不同邏輯狀態(tài))為止。

一些stt-mram單元包含雙氧化物區(qū)域，即，除mtj子結(jié)構(gòu)的“中間氧化物區(qū)域”(其還可被稱為“隧穿勢(shì)壘”)以外還存在另一個(gè)氧化物區(qū)域。自由區(qū)域可介于中間氧化物區(qū)域與所述另一個(gè)氧化物區(qū)域之間。自由區(qū)域暴露于兩個(gè)氧化物區(qū)域可增加自由區(qū)域的磁性各向異性(“ma”)強(qiáng)度并降低單元核心中的阻尼。舉例來(lái)說(shuō)，所述氧化物區(qū)域可經(jīng)配置以誘發(fā)與相鄰材料(例如，自由區(qū)域的相鄰材料)的表面/界面ma。ma是對(duì)磁性材料的磁性性質(zhì)的方向相依性的指示。因此，ma還是對(duì)材料的磁性定向的強(qiáng)度及其對(duì)磁性定向更改的阻力的指示。與展現(xiàn)具有較低ma強(qiáng)度的磁性定向的磁性材料相比，展現(xiàn)具有高ma強(qiáng)度的磁性定向的磁性材料可較不易于遭受其磁性定向的更改。此外，由雙氧化物區(qū)域提供的低阻尼可使得能夠在單元的編程期間使用低編程電流。具有高ma強(qiáng)度的自由區(qū)域可在存儲(chǔ)期間比具有低ma強(qiáng)度的自由區(qū)域更穩(wěn)定，且具有低阻尼的單元核心可比具有較高阻尼的單元核心更有效地被編程。

雖然與鄰近于僅一個(gè)氧化物區(qū)域(即，中間氧化物區(qū)域)的自由區(qū)域相比，雙氧化物區(qū)域可增加自由區(qū)域的ma強(qiáng)度并降低單元核心的阻尼，但與包括僅一個(gè)氧化物區(qū)域(即，中間氧化物區(qū)域)的單元核心相比，磁性單元核心中的氧化物材料的經(jīng)添加量可增加核心的電阻(例如，串聯(lián)電阻)，此降低單元的有效磁阻(例如，隧穿磁阻(“tmr”))。經(jīng)增加電阻還增加單元的電阻區(qū)(“ra”)且可增加在編程期間切換自由區(qū)域的磁性定向所需的電壓。經(jīng)減小有效磁阻可使單元的性能降級(jí)，如經(jīng)增加ra及編程電壓可能造成的一樣。因此，形成stt-mram單元以具有圍繞自由區(qū)域的雙氧化物區(qū)域以獲得高ma強(qiáng)度及低阻尼而不使其它性質(zhì)(例如磁阻(例如，tmr)、ra及編程電壓)降級(jí)已提出挑戰(zhàn)。

自由區(qū)域的其它有益性質(zhì)通常與自由區(qū)域的微結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。這些性質(zhì)包含(舉例來(lái)說(shuō))單元的tmr。tmr是單元在反平行配置中的電阻(rap)與其在平行配置中的電阻(rp)之間的差對(duì)比rp的比率(即，tmr＝(rap–rp)/rp)。一般來(lái)說(shuō)，具有在其磁性材料的微結(jié)構(gòu)中具極少結(jié)構(gòu)缺陷的一致晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)晶體結(jié)構(gòu))的自由區(qū)域具有比具結(jié)構(gòu)缺陷的薄自由區(qū)域高的tmr。具有高tmr的單元可具有高讀出信號(hào)，此可加速在操作期間對(duì)mram單元的讀取。高tmr可伴隨有高ma及低阻尼，從而使得能夠使用低編程電流。

已做出形成處于所要晶體結(jié)構(gòu)的磁性材料的努力。這些努力包含將所要晶體結(jié)構(gòu)從相鄰材料(在本文中被稱為“晶種材料”)傳播到磁性材料(在本文中被稱為“目標(biāo)磁性材料”)，此傳播可通過(guò)使材料退火來(lái)協(xié)助。然而，同時(shí)使晶種材料及目標(biāo)磁性材料兩者結(jié)晶可導(dǎo)致在晶種材料具有所要晶體結(jié)構(gòu)以完全地傳播到目標(biāo)磁性材料之前使目標(biāo)磁性材料以非所要晶體結(jié)構(gòu)結(jié)晶。因此，已做出以下努力：延遲目標(biāo)磁性材料的結(jié)晶，直到在使晶種材料結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)之后為止。這些努力已包含將添加劑并入于目標(biāo)磁性材料中，因此所述材料在首次形成時(shí)是非晶的。添加劑可在退火期間擴(kuò)散出目標(biāo)磁性材料，從而使目標(biāo)磁性材料能夠在晶種材料已結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)之后在從晶種材料的傳播下結(jié)晶。然而，這些努力不會(huì)抑制來(lái)自除了晶種材料之外的相鄰材料的競(jìng)爭(zhēng)性晶體結(jié)構(gòu)的傳播。此外，從目標(biāo)磁性材料擴(kuò)散的添加劑可擴(kuò)散到其中所述添加劑干擾結(jié)構(gòu)的其它特性(例如，ma強(qiáng)度)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的區(qū)域。因此，形成具有所要微結(jié)構(gòu)的磁性材料(例如)以實(shí)現(xiàn)高tmr同時(shí)不使磁性材料或所得結(jié)構(gòu)的其它特性(例如ma強(qiáng)度)退化還可提出挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

揭示一種存儲(chǔ)器單元。所述存儲(chǔ)器單元包括磁性單元核心。所述磁性單元核心包括磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)，所述磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)包括固定區(qū)域、自由區(qū)域及介于所述固定區(qū)域與所述自由區(qū)域之間的中間氧化物區(qū)域。次要氧化物區(qū)域鄰近所述磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)。吸氣劑晶種區(qū)域接近所述次要氧化物區(qū)域且包括鍵合到氧的氧吸氣劑物質(zhì)。所述次要氧化物區(qū)域及所述吸氣劑區(qū)域中的至少一者包括鍵合到經(jīng)擴(kuò)散的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)的另一吸氣劑物質(zhì)。

還揭示包括具有鈷(co)及鐵(fe)的磁性區(qū)域的存儲(chǔ)器單元。所述磁性區(qū)域展現(xiàn)可切換磁性定向。氧化物區(qū)域安置于所述磁性區(qū)域與展現(xiàn)基本上固定磁性定向的另一磁性區(qū)域之間。另一個(gè)氧化物區(qū)域鄰近所述磁性區(qū)域且包括接近與所述磁性區(qū)域的界面濃縮的氧。非晶吸氣劑晶種區(qū)域鄰近所述另一個(gè)氧化物區(qū)域。所述吸氣劑晶種區(qū)域包括氧、硼、氧吸氣劑物質(zhì)及硼吸氣劑物質(zhì)。

還揭示一種形成存儲(chǔ)器單元的方法。所述方法包括形成前體結(jié)構(gòu)。形成前體結(jié)構(gòu)包括在襯底上方形成前體吸氣劑晶種材料。在所述前體吸氣劑晶種材料上方形成前體氧化物材料。在所述前體氧化物材料上方形成前體磁性材料。使來(lái)自所述前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)擴(kuò)散到所述前體吸氣劑晶種材料，且使來(lái)自所述前體氧化物材料的氧擴(kuò)散到所述前體吸氣劑晶種材料，以使所述前體磁性材料的至少一部分轉(zhuǎn)化成耗盡磁性材料，使所述前體氧化物材料的至少一部分轉(zhuǎn)化成氧耗盡材料，且使所述前體吸氣劑晶種材料的至少一部分轉(zhuǎn)化成富集吸氣劑晶種材料。對(duì)所述前體結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化，以形成包括由所述富集吸氣劑晶種材料形成的吸氣劑晶種區(qū)域、由所述氧耗盡材料形成的次要氧化物區(qū)域以及由所述耗盡磁性材料形成的自由區(qū)域的單元核心結(jié)構(gòu)。

還揭示一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括在襯底上方形成非晶前體吸氣劑晶種材料。所述非晶前體吸氣劑晶種材料包括硼吸氣劑物質(zhì)及氧吸氣劑物質(zhì)。在所述非晶前體吸氣劑晶種材料上方形成包括氧的前體氧化物材料。在所述前體氧化物材料上方形成包括硼的前體磁性材料。在所述前體磁性材料上方形成另一種氧化物材料。至少對(duì)所述前體磁性材料及所述前體氧化物材料進(jìn)行退火，以使來(lái)自所述前體磁性材料的所述硼與所述非晶前體吸氣劑晶種材料的所述硼吸氣劑物質(zhì)反應(yīng)且使來(lái)自所述前體氧化物材料的所述氧與所述非晶前體吸氣劑晶種材料的所述氧吸氣劑物質(zhì)反應(yīng)。

另外，揭示一種包括自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(stt-mram)陣列的半導(dǎo)體裝置，所述stt-mram陣列包括stt-mram單元。所述stt-mram單元中的至少一個(gè)stt-mram單元包括在襯底上方的磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)。所述磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)包括自由區(qū)域、固定區(qū)域及中間氧化物區(qū)域。所述自由區(qū)域展現(xiàn)垂直可切換磁性定向。所述固定區(qū)域展現(xiàn)垂直基本上固定磁性定向。所述中間氧化物區(qū)域介于所述自由區(qū)域與所述固定區(qū)域之間。另一個(gè)氧化物區(qū)域接觸所述自由區(qū)域。非晶區(qū)域接近所述自由區(qū)域及所述另一個(gè)氧化物區(qū)域。所述非晶區(qū)域包括硼及氧。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁性單元結(jié)構(gòu)的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明，其中吸氣劑晶種區(qū)域鄰近于次要氧化物區(qū)域。

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的圖1的方框1a的放大視圖，其中固定區(qū)域包含氧化物鄰近部分、中間部分以及電極鄰近部分。

圖1b是根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的圖1的方框1b的視圖，其中固定區(qū)域及自由區(qū)域展現(xiàn)平面內(nèi)磁性定向。

圖2到5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在制造圖1、1a及1b的磁性單元結(jié)構(gòu)的各個(gè)處理階段期間的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明，其中：

圖2是在形成前體吸氣劑晶種材料的處理階段期間的結(jié)構(gòu)的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明；

圖3是繼圖2的處理階段之后的處理階段的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明，其中前體氧化物材料及前體磁性材料經(jīng)形成以疊置于前體吸氣劑晶種材料上；

圖3a是圖3的方框3a的放大視圖；

圖4是繼圖3的處理階段之后的處理階段的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明，其中圖3的結(jié)構(gòu)已經(jīng)退火；

圖4a是圖4的方框4a的放大視圖；及

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在繼圖4的處理階段之后的處理階段期間的前體結(jié)構(gòu)的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的磁性單元結(jié)構(gòu)的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明，其中吸氣劑晶種區(qū)域鄰近于吸氣劑次要氧化物區(qū)域。

圖7到9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在制造圖6的磁性單元結(jié)構(gòu)的各個(gè)處理階段期間的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明，其中：

圖7是在處理階段期間的結(jié)構(gòu)的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明，其中前體吸氣劑氧化物材料及前體磁性材料經(jīng)形成以疊置于前體吸氣劑晶種材料上；

圖7a是圖7的方框7a的放大視圖；

圖8是繼圖7的處理階段之后的處理階段的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明，其中圖7的結(jié)構(gòu)已經(jīng)退火；

圖8a是圖8的方框8a的放大視圖；及

圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在繼圖8的處理階段之后的處理階段期間的前體結(jié)構(gòu)的橫截面立視示意性圖解說(shuō)明。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含具有磁性單元結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器單元的stt-mram系統(tǒng)的示意圖。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含具有磁性單元結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器單元的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化框圖。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例實(shí)施的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。

具體實(shí)施方式

揭示存儲(chǔ)器單元、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體裝置、存儲(chǔ)器系統(tǒng)電子系統(tǒng)、形成存儲(chǔ)器單元的方法以及形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。在存儲(chǔ)器單元的制造期間，由于“擴(kuò)散性物質(zhì)”與接近材料(例如“前體吸氣劑晶種材料”)的至少一種“吸氣劑物質(zhì)”之間的化學(xué)親和力而從磁性材料(其還可在本文中表征為“前體磁性材料”)至少部分地移除所述擴(kuò)散性物質(zhì)。另外，在存儲(chǔ)器單元的制造期間，由于另一擴(kuò)散性物質(zhì)(例如，氧)與前體吸氣劑晶種材料的至少另一吸氣劑物質(zhì)(例如，氧吸氣劑物質(zhì))之間的化學(xué)親和力而從一種氧化物材料(其還可在本文中表征為“前體氧化物材料”)至少部分地移除所述氧。

例如，由于從另一相鄰材料的晶體結(jié)構(gòu)傳播，因此從前體磁性材料(其形成可表征為“耗盡磁性材料”的材料)移除擴(kuò)散性物質(zhì)促成耗盡磁性材料結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)結(jié)構(gòu))。此結(jié)晶促成所得單元核心結(jié)構(gòu)中的高隧穿磁阻(“tmr”)。

從前體氧化物材料(其形成可表征為“氧耗盡材料”的材料)移除氧降低氧化物材料的電阻，此促成所得單元核心結(jié)構(gòu)的低阻尼及低電阻區(qū)(“ra”)。因此，所得單元核心結(jié)構(gòu)包含接近自由區(qū)域的雙氧化物區(qū)域，而無(wú)基本上增加阻尼及電阻的次要氧化物區(qū)域。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“襯底”意指且包含在其上形成例如存儲(chǔ)器單元內(nèi)的那些組件的組件的基底材料或其它構(gòu)造。襯底可為半導(dǎo)體襯底、在支撐結(jié)構(gòu)上的基底半導(dǎo)體材料、金屬電極或其上形成有一或多種材料、結(jié)構(gòu)或區(qū)域的半導(dǎo)體襯底。襯底可為常規(guī)硅襯底或包含半導(dǎo)電材料的其它塊體襯底。如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“塊體襯底”不僅意指且包含硅晶片，而且意指且包含絕緣體上硅(“soi”)襯底(例如藍(lán)寶石上硅(“sos”)襯底或玻璃上硅(“sog”)襯底)、位于基底半導(dǎo)體基礎(chǔ)上的外延硅層，或其它半導(dǎo)體或光電子材料(例如硅-鍺(si1-xgex)(其中x是(舉例來(lái)說(shuō))介于0.2與0.8之間的莫耳分率)、鍺(ge)、砷化鎵(gaas)、氮化鎵(gan)或磷化銦(inp)等)。此外，當(dāng)在以下描述中提及“襯底”時(shí)，可能已利用先前工藝階段來(lái)在基底半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)中形成材料、區(qū)域或結(jié)。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“stt-mram單元”意指且包含包括具有安置于自由區(qū)域與固定區(qū)域之間的非磁性區(qū)域的磁性單元核心的磁性單元結(jié)構(gòu)。非磁性區(qū)域可為磁性隧穿結(jié)(“mtj”)結(jié)構(gòu)的電絕緣性(例如，介電)區(qū)域。mtj結(jié)構(gòu)包括自由區(qū)域與固定區(qū)域之間的非磁性區(qū)域。舉例來(lái)說(shuō)，自由區(qū)域與固定區(qū)域之間的非磁性區(qū)域可為氧化物區(qū)域(在本文中被稱為“中間氧化物區(qū)域”)。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“次要氧化物區(qū)域”是指stt-mram單元的除了中間氧化物區(qū)域之外的氧化物區(qū)域。次要氧化物區(qū)域可經(jīng)調(diào)配及定位以誘發(fā)與相鄰磁性材料(例如，自由區(qū)域)的磁性各向異性(“ma”)。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“磁性單元核心”意指且包含包括自由區(qū)域及固定區(qū)域且在存儲(chǔ)器單元的使用及操作期間電流可通過(guò)(即，流過(guò))其以實(shí)現(xiàn)自由區(qū)域及固定區(qū)域的磁性定向的平行或反平行配置的存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“磁性區(qū)域”意指展現(xiàn)磁性的區(qū)域。磁性區(qū)域包含磁性材料且還可包含一或多種非磁性材料。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“磁性材料”意指且包含鐵磁性材料、亞鐵磁性材料、反鐵磁性材料以及順磁性材料。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“cofeb材料”及“cofeb前體材料”意指且包含包括鈷(co)、鐵(fe)及硼(b)的材料(例如，coxfeybz，其中x＝10到80，y＝10到80，且z＝0到50)。cofeb材料或cofeb前體材料可或可不展現(xiàn)磁性，此取決于其配置(例如，其厚度)。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“物質(zhì)”意指且包含來(lái)自組成材料的元素周期表的一或若干元素。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，在cofeb材料中，co、fe及b中的每一者可被稱為cofeb材料的物質(zhì)。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“擴(kuò)散性物質(zhì)”意指且包含材料的其缺失將不會(huì)阻止材料的所要功能性的化學(xué)物質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，在磁性區(qū)域的cofeb材料中，硼(b)可被稱為擴(kuò)散性物質(zhì)，這是因?yàn)樵诓淮嬖谂?b)的情況下，鈷(co)及鐵(fe)還可用作磁性材料(即，展現(xiàn)磁性)。作為另一實(shí)例(而非限制)，在次要氧化物區(qū)域的氧化鎂(mgo)材料中，氧(o)可被稱為擴(kuò)散性物質(zhì)，這是因?yàn)樵诓牧现写嬖诨旧陷^少氧(o)的情況下，mgo還可用于誘發(fā)與相鄰磁性材料的ma。舉例來(lái)說(shuō)，只要沿著與磁性材料的界面存在氧(o)，mgo便可用于誘發(fā)界面ma，即使在誘發(fā)ma的材料的主體的整個(gè)其余部分中均不存在氧(o)。繼擴(kuò)散之后，“擴(kuò)散性物質(zhì)”可被稱為“經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)”。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“耗盡”在用于描述材料時(shí)描述從前體材料整體或部分地移除擴(kuò)散性物質(zhì)所得的材料。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“富集”在用于描述材料時(shí)描述經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)已添加(例如，轉(zhuǎn)移)到其的材料。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“前體”在提及材料、區(qū)域或結(jié)構(gòu)時(shí)意指且是指將轉(zhuǎn)變?yōu)樗貌牧?、區(qū)域或結(jié)構(gòu)的材料、區(qū)域或結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，“前體材料”可指物質(zhì)將從其擴(kuò)散以使前體材料轉(zhuǎn)變?yōu)楹谋M材料的材料；“前體材料”可指物質(zhì)將擴(kuò)散到其中以使前體材料轉(zhuǎn)變?yōu)楦患牧系牟牧希弧扒绑w材料”可指物質(zhì)將擴(kuò)散到其中且另一物質(zhì)將從其擴(kuò)散以使前體材料轉(zhuǎn)變成“富集-耗盡”材料的材料；且“前體結(jié)構(gòu)”可指將經(jīng)圖案化以使前體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成所得經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的材料或區(qū)域的結(jié)構(gòu)。

如本文中所使用，除非上下文指出，否則術(shù)語(yǔ)“由…形成”在描述材料或區(qū)域時(shí)是指已從產(chǎn)生前體材料或前體區(qū)域的轉(zhuǎn)變的動(dòng)作所得的材料或區(qū)域。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“化學(xué)親和力”意指且是指不相似化學(xué)物質(zhì)趨向于通過(guò)其形成化學(xué)化合物的電子性質(zhì)?；瘜W(xué)親和力可由化學(xué)化合物的形成熱指示。舉例來(lái)說(shuō)，第一材料被描述為對(duì)第二材料的擴(kuò)散性物質(zhì)具有較高化學(xué)親和力(例如，與所述擴(kuò)散性物質(zhì)和所述第二材料的其它物質(zhì)之間的化學(xué)親和力相比)意指、包含包括擴(kuò)散性物質(zhì)及來(lái)自第一材料的至少一個(gè)物質(zhì)的化學(xué)化合物的形成熱低于包含擴(kuò)散性物質(zhì)及第二材料的其它物質(zhì)的化學(xué)化合物的形成熱。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“非晶”在提及材料時(shí)意指且是指具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的材料。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，“非晶”材料包含玻璃。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“固定區(qū)域”意指且包含stt-mram單元內(nèi)的包含磁性材料且在stt-mram單元的使用及操作期間具有固定磁性定向的磁性區(qū)域，這是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)單元核心的一個(gè)磁性區(qū)域(例如，自由區(qū)域)的磁化方向的改變的電流或經(jīng)施加場(chǎng)不可實(shí)現(xiàn)固定區(qū)域的磁化方向的改變。固定區(qū)域可包含一或多種磁性材料及任選地一或多種非磁性材料。舉例來(lái)說(shuō)，固定區(qū)域可經(jīng)配置為包含由磁性子區(qū)域鄰接的釕(ru)子區(qū)域的合成反鐵磁體(saf)。替代地，固定區(qū)域可配置有磁性材料與耦合劑材料的交替子區(qū)域的結(jié)構(gòu)。磁性子區(qū)域中的每一者可包含一或多種材料及其中的一或多個(gè)區(qū)域。作為另一實(shí)例，固定區(qū)域可經(jīng)配置為單一種均質(zhì)磁性材料。因此，固定區(qū)域可具有均勻磁化，或總體上實(shí)現(xiàn)在stt-mram單元的使用及操作期間具有固定磁性定向的固定區(qū)域的不同磁化的子區(qū)域。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“耦合劑”在提及材料、區(qū)域或子區(qū)域時(shí)意指且包含經(jīng)調(diào)配或以其它方式經(jīng)配置以反鐵磁性地耦合相鄰磁性材料、區(qū)域或子區(qū)域的材料、區(qū)域或子區(qū)域。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“自由區(qū)域”意指且包含stt-mram單元內(nèi)的包含磁性材料且在stt-mram單元的使用及操作期間具有可切換磁性定向的磁性區(qū)域。磁性定向可通過(guò)施加電流或經(jīng)施加場(chǎng)而在平行配置與反平行配置之間進(jìn)行切換。

如本文中所使用，“切換”意指且包含在其期間編程電流通過(guò)stt-mram單元的磁性單元核心以實(shí)現(xiàn)自由區(qū)域及固定區(qū)域的磁性定向的平行或反平行配置的存儲(chǔ)器單元的使用及操作階段。

如本文中所使用，“存儲(chǔ)”意指且包含在其期間編程電流不通過(guò)stt-mram單元的磁性單元核心且其中不有目的地更改自由區(qū)域及固定區(qū)域的磁性定向的平行或反平行配置的存儲(chǔ)器單元的使用及操作階段。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“垂直”意指且包含垂直于相應(yīng)區(qū)域的寬度及長(zhǎng)度的方向?！按怪薄边€可意指且包含垂直于stt-mram單元位于其上的襯底的主要表面的方向。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“水平”意指且包含平行于相應(yīng)區(qū)域的寬度及長(zhǎng)度中的至少一者的方向?！八健边€可意指且包含平行于stt-mram單元位于其上的襯底的主要表面的方向。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“子區(qū)域”意指且包含在另一區(qū)域中包含的區(qū)域。因此，一個(gè)磁性區(qū)域可包含一或多個(gè)磁性子區(qū)域(即，磁性材料的子區(qū)域)以及非磁性子區(qū)域(即，非磁性材料的子區(qū)域)。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“子結(jié)構(gòu)”意指且包含作為另一結(jié)構(gòu)的一部分包含的結(jié)構(gòu)。因此，一個(gè)單元核心結(jié)構(gòu)可包含一或多個(gè)子結(jié)構(gòu)(例如，mtj子結(jié)構(gòu))。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“在…之間”是用于描述一種材料、區(qū)域或子區(qū)域相對(duì)于至少兩種其它材料、區(qū)域或子區(qū)域的相對(duì)安置的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)。術(shù)語(yǔ)“在…之間”可涵蓋一種材料、區(qū)域或子區(qū)域直接鄰近于其它材料、區(qū)域或子區(qū)域的安置以及一種材料、區(qū)域或子區(qū)域間接鄰近于其它材料、區(qū)域或子區(qū)域的安置兩者。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“接近于”是用于描述一種材料、區(qū)域或子區(qū)域靠近于另一材料、區(qū)域或子區(qū)域的安置的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)。術(shù)語(yǔ)“接近”包含間接鄰近于、直接鄰近于以及在…內(nèi)部的安置。

如本文中所使用，將元件提及為“位于”另一元件“上”或“位于”另一元件“上方”意指且包含所述元件直接位于另一元件的頂部上、鄰近于另一元件、位于另一元件下方或與另一元件直接接觸。其還包含所述元件間接位于另一元件的頂部上、鄰近于另一元件、位于另一元件下方或靠近另一元件，其中在其之間存在其它元件。相比來(lái)說(shuō)，當(dāng)提及元件“直接位于”另一元件“上”或“直接鄰近于”另一元件時(shí)，不存在介入元件。

如本文中所使用，為便于描述，可使用其它空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)(例如“下面”、“下部”、“底部”、“上面”、“上部”、“頂部”等等)來(lái)描述一個(gè)元件或特征與另一(另外)元件或特征的關(guān)系，如各圖中所圖解說(shuō)明。除非另有規(guī)定，否則所述空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)打算除圖中所描繪的定向以外還涵蓋材料的不同定向。舉例來(lái)說(shuō)，如果倒轉(zhuǎn)各圖中的材料，那么描述為在其它元件或特征“下面”或“下方”或“其底部上”的元件將經(jīng)定向?yàn)樵谒銎渌蛱卣鳌吧厦妗被颉捌漤敳可稀?。因此，術(shù)語(yǔ)“在…下面”可涵蓋在…上面及在…下面的定向兩者，此取決于使用所述術(shù)語(yǔ)的上下文，此將為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所明了。可使材料以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度、反轉(zhuǎn)等)且相應(yīng)地解釋本文中所使用的空間相對(duì)描述語(yǔ)。

如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“包括(comprise/comprising)”及/或“包含(include/including)”規(guī)定所述特征、區(qū)域、階段、操作、元件、材料、組件及/或群組的存在，但不排除一或多個(gè)其它特征、區(qū)域、階段、操作、元件、材料、組件及/或其群組的存在或添加。

如本文中所使用，“及/或”包含相關(guān)聯(lián)所列舉項(xiàng)目中的一或多者的任一及所有組合。

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(a/an)”及“所述(the)”打算還包含復(fù)數(shù)形式。

本文中所呈現(xiàn)的圖解說(shuō)明并非意在作為任何特定材料、物質(zhì)、結(jié)構(gòu)、裝置或系統(tǒng)的實(shí)際視圖，而僅是用于描述本發(fā)明的實(shí)施例的理想化表示。

本文中參考是示意性圖解說(shuō)明的橫截面圖解說(shuō)明來(lái)描述實(shí)施例。因此，將預(yù)期由(舉例來(lái)說(shuō))制造技術(shù)及/或公差引起的圖解說(shuō)明的形狀的變化。因此，本文中所描述的實(shí)施例不應(yīng)被視為限于如所圖解說(shuō)明的特定形狀或區(qū)域，而可包含由(舉例來(lái)說(shuō))制造技術(shù)產(chǎn)生的形狀偏差。舉例來(lái)說(shuō)，圖解說(shuō)明或描述為方框形狀的區(qū)域可具有粗糙及/或非線性特征。此外，所圖解說(shuō)明的銳角可被修圓。因此，圖中所圖解說(shuō)明的材料、特征及區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，且其形狀并非打算圖解說(shuō)明材料、特征及區(qū)域的精確形狀且并不限制本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的范圍。

以下描述提供特定細(xì)節(jié)(例如材料類型及處理?xiàng)l件)以便提供對(duì)所揭示裝置及方法的實(shí)施例的透徹描述。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可在不采用這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐所述裝置及方法的實(shí)施例。實(shí)際上，所述裝置及方法的實(shí)施例可聯(lián)合行業(yè)中所采用的常規(guī)半導(dǎo)體制造技術(shù)來(lái)實(shí)踐。

本文中所描述的制造工藝并不形成用于處理半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的完整工藝流程。所述工藝流程的其余部分是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。因此，本文中僅描述理解本發(fā)明裝置及方法的實(shí)施例所必需的方法及半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)。

除非上下文另有指示，否則本文中所描述的材料可通過(guò)任何適合技術(shù)來(lái)形成，包含(但不限于)旋涂、毯覆式涂覆、化學(xué)氣相沉積(“cvd”)、原子層沉積(“ald”)、等離子體增強(qiáng)ald、物理氣相沉積(“pvd”)(例如，濺鍍)或外延生長(zhǎng)。取決于將形成的特定材料，用于沉積或生長(zhǎng)材料的技術(shù)可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員選擇。

除非上下文另有指示，否則本文中所描述的材料的移除可通過(guò)任何適合技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包含(但不限于)蝕刻、離子研磨、磨料平面化或其它已知方法。

現(xiàn)在將參考圖式，其中在通篇中相似編號(hào)指代相似組件。圖式未必按比例繪制。

揭示一種存儲(chǔ)器單元。所述存儲(chǔ)器單元包含包括磁性隧穿結(jié)(“mtj”)子結(jié)構(gòu)的磁性單元核心、次要氧化物區(qū)域及吸氣劑晶種區(qū)域。所述吸氣劑晶種區(qū)域包括對(duì)mtj子結(jié)構(gòu)的前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)具有化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)。所述吸氣劑晶種區(qū)域還包括對(duì)來(lái)自次要氧化物區(qū)域的氧具有化學(xué)親和力的氧吸氣劑物質(zhì)。在存儲(chǔ)器單元形成期間，擴(kuò)散性物質(zhì)從前體磁性材料轉(zhuǎn)移到吸氣劑晶種區(qū)域。還在存儲(chǔ)器單元形成期間，來(lái)自次要氧化物區(qū)域的氧從前體氧化物材料轉(zhuǎn)移到吸氣劑晶種區(qū)域。

從前體磁性材料移除擴(kuò)散性物質(zhì)可實(shí)現(xiàn)及改進(jìn)所得耗盡磁性材料的結(jié)晶。舉例來(lái)說(shuō)，一旦擴(kuò)散性物質(zhì)已經(jīng)從前體磁性材料移除，結(jié)晶結(jié)構(gòu)便可從相鄰結(jié)晶材料(例如，結(jié)晶氧化物材料(例如，mtj子結(jié)構(gòu)的中間氧化物區(qū)域的結(jié)晶氧化物材料))傳播到耗盡磁性材料。此外，所得富集吸氣劑晶種區(qū)域可保持或變成非晶的。富集陷阱材料的非晶本質(zhì)可不對(duì)抗或以其它方式消極地影響來(lái)自鄰近結(jié)晶材料(例如，中間氧化物區(qū)域的氧化物材料)的晶體結(jié)構(gòu)到耗盡磁性材料的傳播。在一些實(shí)施例中，富集陷阱材料可甚至在高溫(例如，大于約300℃，例如，大于約500℃)下是非晶的。因此，高溫退火可用于在不使富集吸氣劑晶種材料結(jié)晶的情況下促成耗盡磁性材料的結(jié)晶。耗盡磁性材料的結(jié)晶可實(shí)現(xiàn)高tmr(例如，大于約100％，例如，大于約120％)。此外，經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)經(jīng)由與吸氣劑物質(zhì)鍵合而留存于富集吸氣劑晶種材料中可抑制經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)干擾沿著磁性區(qū)域與鄰近中間氧化物區(qū)域之間的界面的ma誘發(fā)。在不限于任一理論的情況下，預(yù)期非磁性材料與磁性材料之間的鍵合(例如，在磁性區(qū)域中的鐵(fe)與非磁性區(qū)域中的氧(o)之間，即，鐵-氧(fe-o)鍵合)可貢獻(xiàn)于較高ma強(qiáng)度及高tmr。在耗盡磁性材料與相鄰氧化物區(qū)域之間的界面處較少或無(wú)擴(kuò)散性物質(zhì)可使得能夠形成較多ma誘發(fā)鍵合及自旋過(guò)濾鍵合。因此，無(wú)經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)對(duì)ma鍵合誘發(fā)的干擾可實(shí)現(xiàn)高ma強(qiáng)度及tmr。

從次要氧化物區(qū)域的前體氧化物材料移除氧可實(shí)現(xiàn)次要氧化物區(qū)域的所得耗盡氧化物材料中的低電阻及最終單元核心結(jié)構(gòu)中的低阻尼。然而，預(yù)期并非從前體氧化物材料移除所有氧。而是，余留于所得耗盡氧化物材料中的任何氧(其可在本文中被稱為“殘余氧”)可包含沿著次要氧化物區(qū)域與相鄰磁性材料(例如，mtj子結(jié)構(gòu)中的自由區(qū)域的相鄰磁性材料)之間的界面的最大氧濃度。因此，耗盡磁性材料中的(例如)鐵(fe)與耗盡氧化物區(qū)域中的殘余氧(o)之間的ma誘發(fā)鍵合仍可形成及誘發(fā)界面ma。因此，雙氧化物區(qū)域可用于促成高ma誘發(fā)，而次要氧化物區(qū)域中的氧濃度的耗盡可實(shí)現(xiàn)單元核心結(jié)構(gòu)中的低電阻及低阻尼，即使在具有包含于所述結(jié)構(gòu)中的第二氧化物區(qū)域的情況下。

利用來(lái)自前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)的耗盡以促成結(jié)晶，且利用來(lái)自前體氧化物材料的氧的耗盡以促成低電阻及低阻尼，可形成具有高tmr、高ma強(qiáng)度、低電阻(包含低電阻區(qū)(“ra”))以及低阻尼的磁性存儲(chǔ)器單元。

圖1圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的磁性單元結(jié)構(gòu)100的實(shí)施例。磁性單元結(jié)構(gòu)100包含襯底102上方的磁性單元核心101。磁性單元核心101可安置于上部電極104與下部電極105之間。磁性單元核心101包含磁性區(qū)域及另一磁性區(qū)域，(舉例來(lái)說(shuō)，分別地“固定區(qū)域”110及“自由區(qū)域”120)，其中在“固定區(qū)域”110與“自由區(qū)域”120之間具有氧化物區(qū)域(例如，“中間氧化物區(qū)域”130)。固定區(qū)域110、自由區(qū)域120以及其間的中間氧化物區(qū)域130的子結(jié)構(gòu)可在本文中被稱為磁性隧穿結(jié)(“mtj”)子結(jié)構(gòu)123或mtj結(jié)構(gòu)123。因此，中間氧化物區(qū)域130可經(jīng)配置為隧穿勢(shì)壘區(qū)域且可沿著界面131接觸固定區(qū)域110且可沿著界面132接觸自由區(qū)域120。

固定區(qū)域110及自由區(qū)域120中的任一者或兩者可均質(zhì)地形成或任選地可經(jīng)形成以包含多于一個(gè)子區(qū)域。舉例來(lái)說(shuō)，參考圖1a，在一些實(shí)施例中，磁性單元核心101(圖1)的固定區(qū)域110′可包含多個(gè)部分。舉例來(lái)說(shuō)，固定區(qū)域110′可包含作為氧化物鄰近部分113的磁性子區(qū)域。中間部分115(例如導(dǎo)電子區(qū)域)可分離氧化物鄰近部分113與電極鄰近部分117。電極鄰近部分117可包含磁性子區(qū)域118與耦合劑子區(qū)域119的交替結(jié)構(gòu)。

繼續(xù)參考圖1，一或多個(gè)下部中間區(qū)域140可任選地安置于磁性區(qū)域(例如，固定區(qū)域110及自由區(qū)域120)下方，且一或多個(gè)上部中間區(qū)域150可任選地安置于磁性單元結(jié)構(gòu)100的磁性區(qū)域上方。下部中間區(qū)域140及上部中間區(qū)域150(如果包含)可經(jīng)配置以在存儲(chǔ)器單元的操作期間抑制分別在下部電極105與上覆材料之間以及上部電極104與下伏材料之間的物質(zhì)擴(kuò)散。下部中間區(qū)域140及上部中間區(qū)域150可另外或替代地包含經(jīng)調(diào)配以促成相鄰材料中的所要結(jié)晶的材料。

次要氧化物區(qū)域170接近于mtj子結(jié)構(gòu)123而安置。舉例來(lái)說(shuō)，次要氧化物區(qū)域170可鄰近于自由區(qū)域120。在一些實(shí)施例中，次要氧化物區(qū)域170可沿著界面172直接物理地接觸自由區(qū)域120。此次要氧化物區(qū)域170因此可經(jīng)安置以誘發(fā)自由區(qū)域120的磁性材料中的界面ma。在此類實(shí)施例中，磁性單元結(jié)構(gòu)100可經(jīng)配置有“雙氧化物”結(jié)構(gòu)。

自由區(qū)域120還接近于吸氣劑晶種區(qū)域180而安置。在一些實(shí)施例中，吸氣劑晶種區(qū)域180可通過(guò)次要氧化物區(qū)域170而與自由區(qū)域120間隔開(kāi)。在一些實(shí)施例中，吸氣劑晶種區(qū)域180可沿著界面178直接物理地接觸次要氧化物區(qū)域170。吸氣劑晶種區(qū)域180由包括至少一種吸氣劑物質(zhì)的前體吸氣劑晶種材料形成。在一些實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料包括至少兩種吸氣劑物質(zhì)，所述至少兩種吸氣劑物質(zhì)中的至少一者經(jīng)調(diào)配以對(duì)來(lái)自相鄰前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)具有化學(xué)親和力，且所述吸氣劑物質(zhì)中的至少另一者經(jīng)調(diào)配以對(duì)來(lái)自相鄰前體氧化物材料的擴(kuò)散性物質(zhì)(例如，氧)具有化學(xué)親和力。在下文關(guān)于圖6到9進(jìn)一步地論述的一些實(shí)施例中，對(duì)前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)具有化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)還可包含于次要氧化物區(qū)域170中。每一吸氣劑物質(zhì)與其對(duì)應(yīng)目標(biāo)擴(kuò)散性物質(zhì)之間的化學(xué)親和力可高于對(duì)應(yīng)相鄰前體材料的其它物質(zhì)與對(duì)應(yīng)目標(biāo)擴(kuò)散性物質(zhì)的化學(xué)親和力。

前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)的初始存在可抑制前體磁性材料的結(jié)晶，但吸氣劑晶種區(qū)域180接近于前體磁性材料可使得擴(kuò)散性物質(zhì)能夠從前體磁性材料擴(kuò)散到吸氣劑晶種區(qū)域180的材料。一旦擴(kuò)散，經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)便可與吸氣劑物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成保持于最終結(jié)構(gòu)中的吸氣劑晶種區(qū)域180中的化合物。

從前體磁性材料移除擴(kuò)散性物質(zhì)留下能夠結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001))的耗盡磁性材料(即，具有與在擴(kuò)散之前的濃度相比較低濃度的擴(kuò)散性物質(zhì)的磁性材料)。所要晶體結(jié)構(gòu)可從一或多個(gè)相鄰材料(例如，中間氧化物區(qū)域130的氧化物)傳播。具有所要晶體結(jié)構(gòu)的經(jīng)結(jié)晶耗盡磁性材料可展現(xiàn)高tmr(例如，大于約100％(約1.00)，例如，大于約120％(約1.20))。

前體氧化物材料的擴(kuò)散性物質(zhì)可為氧(o)，且其在前體氧化物材料中的初始存在貢獻(xiàn)于氧化物材料中的電阻及高阻尼。吸氣劑晶種區(qū)域180接近于前體氧化物材料可使得氧(o)能夠從前體氧化物材料擴(kuò)散到吸氣劑晶種區(qū)域180。一旦擴(kuò)散，經(jīng)擴(kuò)散氧(o)便可與其它吸氣劑物質(zhì)(其可在本文中被稱為“氧吸氣劑物質(zhì)”)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成保持于最終結(jié)構(gòu)中的氧吸氣劑晶種區(qū)域180中的氧化物化合物。

在一些實(shí)施例中，吸氣劑晶種區(qū)域180可經(jīng)調(diào)配為非晶的且在相鄰耗盡磁性材料結(jié)晶時(shí)保持非晶。因此，吸氣劑晶種區(qū)域180的前體材料可在最初形成時(shí)是非晶的且即使在高溫(例如，在退火期間)下且即使曾富集有來(lái)自前體磁性材料及前體氧化物材料的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)仍可保持非晶。因此，吸氣劑晶種區(qū)域180的材料不可抑制相鄰耗盡磁性材料的結(jié)晶。

吸氣劑晶種區(qū)域180的厚度、組合物及結(jié)構(gòu)可經(jīng)選擇以在吸氣劑晶種區(qū)域180中為來(lái)自前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)提供充足量的吸氣劑物質(zhì)且為來(lái)自前體氧化物材料的擴(kuò)散性氧(o)提供充足量的氧吸氣劑物質(zhì)，以具有所要容量以接納并鍵合來(lái)自相鄰前體磁性材料及相鄰前體氧化物材料的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)。與較薄吸氣劑晶種區(qū)域相比，較厚吸氣劑晶種區(qū)域可具有對(duì)經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)的相對(duì)較高容量。根據(jù)實(shí)施例(例如圖1中所圖解說(shuō)明的實(shí)施例)，吸氣劑晶種區(qū)域180可具有介于約(約0.75nm)到約(約3.0nm)之間的厚度。

次要氧化物區(qū)域170的厚度、組合物及結(jié)構(gòu)可經(jīng)選擇以使得來(lái)自前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)能夠穿過(guò)次要氧化物區(qū)域170的材料擴(kuò)散到吸氣劑晶種區(qū)域180。舉例來(lái)說(shuō)，次要氧化物區(qū)域170的厚度可經(jīng)修整以具有充分高的厚度使得沿著與自由區(qū)域120的界面172誘發(fā)界面ma，同時(shí)具有充分低的厚度使得來(lái)自前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)可擴(kuò)散穿過(guò)次要氧化物區(qū)域170且使得充足氧可擴(kuò)散出次要氧化物區(qū)域170的材料以到達(dá)吸氣劑晶種區(qū)域180，從而提供低電阻及低阻尼。因此，次要氧化物區(qū)域170的厚度可小于mtj子結(jié)構(gòu)123中的中間氧化物區(qū)域130的厚度。根據(jù)實(shí)施例(例如圖1中圖解說(shuō)明的實(shí)施例)，次要氧化物區(qū)域170可具有介于約(約0.2nm)到約(約1.0nm)的厚度，而中間氧化物區(qū)域130的厚度可介于約(約0.5nm)到約(約1.0nm)之間。

在一些實(shí)施例(未圖解說(shuō)明)中，可存在額外吸氣劑晶種區(qū)域。舉例來(lái)說(shuō)，另一吸氣劑晶種區(qū)域可安置于次要氧化物區(qū)域170內(nèi)部或側(cè)向地鄰近于次要氧化物區(qū)域170及自由區(qū)域120中的一者或兩者而安置。額外吸氣劑晶種區(qū)域還可經(jīng)調(diào)配以接納來(lái)自自由區(qū)域120的前體磁性材料的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)且經(jīng)調(diào)配以接納從次要氧化物區(qū)域170的前體氧化物材料擴(kuò)散的氧。

繼續(xù)參考圖1，在其中吸氣劑晶種區(qū)域180接近于自由區(qū)域120的實(shí)施例中，吸氣劑晶種區(qū)域180可通過(guò)一或多個(gè)其它區(qū)域(例如，通過(guò)自由區(qū)域120、中間氧化物區(qū)域130及次要氧化物區(qū)域170)與固定區(qū)域110物理地隔離。因此，吸氣劑晶種區(qū)域180的吸氣劑物質(zhì)可不與固定區(qū)域110的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

圖1的磁性單元結(jié)構(gòu)100經(jīng)配置為“頂部釘扎”存儲(chǔ)器單元，即，其中固定區(qū)域110安置于自由區(qū)域120上方的存儲(chǔ)器單元。在其它實(shí)施例(未圖解說(shuō)明)中，存儲(chǔ)器單元可經(jīng)配置為“底部釘扎”存儲(chǔ)器單元，即，其中固定區(qū)域110安置于自由區(qū)域120下方的存儲(chǔ)器單元。在此類實(shí)施例中，次要氧化物區(qū)域170可疊置于自由區(qū)域120上，且吸氣劑晶種區(qū)域180可疊置于次要氧化物區(qū)域170上。但是，吸氣劑晶種區(qū)域180可經(jīng)調(diào)配以接納從自由區(qū)域120的前體磁性材料擴(kuò)散的物質(zhì)，以使得所要晶體結(jié)構(gòu)能夠從中間氧化物區(qū)域130傳播到耗盡磁性材料，且接納從次要氧化物區(qū)域170的前體氧化物材料擴(kuò)散的氧，從而實(shí)現(xiàn)次要氧化物區(qū)域中的低電阻及低阻尼。因此，本文中圖解說(shuō)明或以其它方式描述為“頂部釘扎”的任何實(shí)施例可替代地(例如)通過(guò)單元核心結(jié)構(gòu)(例如，圖1的單元核心結(jié)構(gòu)101)的區(qū)域的次序的反轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)為“底部釘扎”配置。

本發(fā)明的實(shí)施例的存儲(chǔ)器單元可經(jīng)配置為平面外stt-mram單元(如在圖1中)，或替代地，經(jīng)配置為平面內(nèi)stt-mram單元(如在圖1b中所圖解說(shuō)明)?！捌矫鎯?nèi)”stt-mram單元包含展現(xiàn)主導(dǎo)地在水平方向上定向的磁性定向的磁性區(qū)域，而“平面外”stt-mram單元包含展現(xiàn)主導(dǎo)地在垂直方向上定向的磁性定向的磁性區(qū)域。舉例來(lái)說(shuō)，如在圖1中所圖解說(shuō)明，stt-mram單元可經(jīng)配置以展現(xiàn)磁性區(qū)域(例如，固定區(qū)域110及自由區(qū)域120)中的至少一者中的垂直磁性定向。所展現(xiàn)的垂直磁性定向可由垂直磁性各向異性(“pma”)強(qiáng)度表征。如在圖1由箭頭112及雙向箭頭122所指示，在一些實(shí)施例中，固定區(qū)域110及自由區(qū)域120中的每一者可展現(xiàn)垂直磁性定向。固定區(qū)域110的磁性定向可保持“基本上固定的”，即，在stt-mram單元的整個(gè)操作中被引導(dǎo)于基本上相同方向上(舉例來(lái)說(shuō)，由圖1的箭頭112指示的方向上)。另一方面，自由區(qū)域120的磁性定向可在單元的操作期間在平行配置與反平行配置(如由圖1的雙向箭頭122所指示)之間切換。作為另一實(shí)例，如在圖1b中所圖解說(shuō)明，平面內(nèi)stt-mram單元可經(jīng)配置以展現(xiàn)mtj子結(jié)構(gòu)123'的磁性區(qū)域(例如，固定區(qū)域110"及自由區(qū)域120")中的至少一者的水平磁性定向，如由固定區(qū)域110"中的箭頭112b以及自由區(qū)域120"中的雙向箭頭122b所指示。

因此，揭示包括磁性單元核心的存儲(chǔ)器單元。所述磁性單元核心包括磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)，所述磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)包括固定區(qū)域、自由區(qū)域及介于固定區(qū)域與自由區(qū)域之間的中間氧化物區(qū)域。次要氧化物區(qū)域鄰近磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)。吸氣劑晶種區(qū)域接近次要氧化物區(qū)域且包括鍵合到氧的氧吸氣劑物質(zhì)。次要氧化物區(qū)域及吸氣劑區(qū)域中的至少一者包括鍵合到經(jīng)擴(kuò)散的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)的另一吸氣劑物質(zhì)。

參考圖2到5，圖解說(shuō)明制造磁性單元結(jié)構(gòu)(例如圖1的磁性單元結(jié)構(gòu)100)的方法中的階段。如在圖2中所圖解說(shuō)明，可形成中間結(jié)構(gòu)200，其中在襯底102上方形成導(dǎo)電材料205，且在導(dǎo)電材料205上方形成前體吸氣劑晶種材料280。任選地，可在于導(dǎo)電材料205上方形成前體吸氣劑晶種材料280之前在導(dǎo)電材料205上方形成一或多個(gè)下部中間材料240。

下部電極105(圖1)由其形成的導(dǎo)電材料205可包括以下各項(xiàng)、基本上由以下各項(xiàng)組成或由以下各項(xiàng)組成：舉例來(lái)說(shuō)(但不限于)金屬(例如，銅、鎢、鈦、鉭)、金屬合金，或其組合。

在其中任選下部中間區(qū)域140(圖1)形成于下部電極105上方的實(shí)施例中，下部中間區(qū)域140由其形成的下部中間材料240可包括以下各項(xiàng)、基本上由以下各項(xiàng)形成或由以下各項(xiàng)形成：舉例來(lái)說(shuō)(但不限于)鉭(ta)、鈦(ti)、氮化鉭(tan)、氮化鈦(tin)、釕(ru)、鎢(w)或其組合。在一些實(shí)施例中，下部中間材料240(如果包含)可并入有下部電極105(圖1)將由其形成的導(dǎo)電材料205。舉例來(lái)說(shuō)，下部中間材料240可為導(dǎo)電材料205的最上部子區(qū)域。

前體吸氣劑晶種材料280可通過(guò)(舉例來(lái)說(shuō)(但不限于))在先前形成的材料上方濺鍍包括至少一種吸氣劑物質(zhì)的材料而形成。前體吸氣劑晶種材料280經(jīng)調(diào)配以包含經(jīng)選擇以對(duì)來(lái)自自由區(qū)域120(圖1)將由其形成的前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)具有化學(xué)親和力的至少一種吸氣劑物質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，所述至少一種吸氣劑物質(zhì)可經(jīng)選擇以對(duì)前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)具有較高化學(xué)親和力(與所述擴(kuò)散性物質(zhì)與前體磁性材料的另一物質(zhì)之間的化學(xué)親和力相比)。因此，前體吸氣劑晶種材料280的至少一種吸氣劑物質(zhì)經(jīng)調(diào)配以吸引來(lái)自前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)。

前體吸氣劑晶種材料280還經(jīng)調(diào)配以包含至少另一吸氣劑物質(zhì)，所述至少另一吸氣劑物質(zhì)經(jīng)選擇以對(duì)來(lái)自次要氧化物區(qū)域170(圖1)將由其形成的前體氧化物材料的擴(kuò)散性物質(zhì)具有化學(xué)親和力。舉例來(lái)說(shuō)，所述至少另一吸氣劑物質(zhì)可經(jīng)選擇以對(duì)前體氧化物材料的氧(o)具有較高化學(xué)親和力(與氧和前體氧化物材料的另一物質(zhì)之間的化學(xué)親和力相比)。因此，前體吸氣劑晶種材料280的至少另一吸氣劑物質(zhì)經(jīng)調(diào)配以吸引來(lái)自前體氧化物材料的擴(kuò)散性物質(zhì)(例如，氧(o))。

在一些實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料280的每一物質(zhì)可經(jīng)調(diào)配以對(duì)來(lái)自前體磁性材料的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)及來(lái)自前體氧化物材料的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)(例如，氧(o))中的至少一者具有化學(xué)親和力(即，可兼容以與所述經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)中的至少一者化學(xué)鍵合)。在其它實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料280的少于所有的物質(zhì)可經(jīng)調(diào)配以對(duì)擴(kuò)散性物質(zhì)具有所要化學(xué)親和力。因此，前體吸氣劑晶種材料280可包含不與經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)中的一者或兩者反應(yīng)的物質(zhì)或可由或基本上由與經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)中的一者或兩者反應(yīng)的物質(zhì)組成。

繼續(xù)參考圖2，在一些實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料280可通過(guò)使用一或多個(gè)目標(biāo)291、292進(jìn)行濺鍍(即，物理氣相沉積(pvd)而形成。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，可同時(shí)使用兩個(gè)濺鍍目標(biāo)291、292，其中濺鍍目標(biāo)291經(jīng)調(diào)配以包括對(duì)前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)具有化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)，且其中另一濺鍍目標(biāo)292經(jīng)調(diào)配以包括對(duì)前體氧化物材料的擴(kuò)散性物質(zhì)(例如，氧(o))具有化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)(例如，氧吸氣劑物質(zhì))?？赏瑫r(shí)使用目標(biāo)291、292兩者使得在形成前體吸氣劑晶種材料280時(shí)，物質(zhì)混合且基本上均勻地分布。

參考圖3，次要氧化物區(qū)域170(圖1)將由其形成的前體氧化物材料370可包括以下各項(xiàng)、基本上由以下各項(xiàng)組成或由以下各項(xiàng)組成：舉例來(lái)說(shuō)(但不限于)非磁性氧化物材料(例如，氧化鎂(mgo)、氧化鋁(al2o3)、氧化鈦(tio2)，或mtj子結(jié)構(gòu)的常規(guī)隧穿勢(shì)壘區(qū)域的其它氧化物材料)。前體氧化物材料370可直接形成(例如，生長(zhǎng)、沉積)于前體吸氣劑晶種材料280上。

至少一種前體磁性材料320可形成于前體吸氣劑晶種材料280上方，還如在圖3中所圖解說(shuō)明。自由區(qū)域120(圖1)最終由其形成的前體磁性材料320可包括以下各項(xiàng)、基本上由以下各項(xiàng)組成或由以下各項(xiàng)組成：舉例來(lái)說(shuō)(但不限于)鐵磁性材料，其包含鈷(co)及鐵(fe)(例如，coxfey，其中x＝10到80且y＝10到80)且在一些實(shí)施例中，還包含硼(b)(例如，coxfeybz，其中x＝10到80，y＝10到80，且z＝0到50)。因此，前體磁性材料320可包括co、fe及b中的至少一者(例如，cofeb材料、feb材料、cob材料)。在其它實(shí)施例中，前體磁性材料320可替代地或另外包含鎳(ni)(例如，nib材料)。

前體磁性材料320可形成為均質(zhì)區(qū)域。在其它實(shí)施例中，前體磁性材料320可包含一或多個(gè)子區(qū)域(例如，cofeb材料的一或多個(gè)子區(qū)域)，其中所述子區(qū)域具有co、fe及b的不同相對(duì)原子比率。

參考圖3a，前體磁性材料320包含至少一種擴(kuò)散性物質(zhì)321。擴(kuò)散性物質(zhì)321使得其整體或部分地缺失將不抑制前體磁性材料320或由其形成的耗盡磁性材料展現(xiàn)磁性。然而，前體磁性材料320中的擴(kuò)散性物質(zhì)321的存在可使得能夠以非晶狀態(tài)形成(例如，通過(guò)濺鍍)前體磁性材料320。

還參考圖3a，前體氧化物材料370包含至少一種擴(kuò)散性物質(zhì)372。擴(kuò)散性物質(zhì)372使得其從前體氧化物材料370的主體的缺失將不抑制前體氧化物材料370或由其形成的耗盡氧化物材料誘發(fā)與前體磁性材料320或耗盡磁性材料的界面ma。而是，僅沿著前體氧化物材料370(或所得耗盡氧化物材料)與前體磁性材料320(或所得耗盡磁性材料)之間的界面172的擴(kuò)散性物質(zhì)372的存在可實(shí)現(xiàn)界面ma的誘發(fā)。

前體吸氣劑晶種材料280可經(jīng)調(diào)配以包含至少兩種吸氣劑物質(zhì)，其包含吸氣劑物質(zhì)281及另一吸氣劑物質(zhì)282。吸氣劑物質(zhì)281經(jīng)調(diào)配以對(duì)前體磁性材料320的擴(kuò)散性物質(zhì)321具有化學(xué)親和力，且另一吸氣劑物質(zhì)282經(jīng)調(diào)配以對(duì)前體氧化物材料370的擴(kuò)散性物質(zhì)372具有化學(xué)親和力。

前體吸氣劑晶種材料280的吸氣劑物質(zhì)281可經(jīng)選擇以具有吸氣劑物質(zhì)281與來(lái)自前體磁性材料320的擴(kuò)散性物質(zhì)321之間的化合物的吸熱性形成熱。此外，吸氣劑物質(zhì)281可經(jīng)選擇為導(dǎo)電的(例如，可包括導(dǎo)電金屬)，以便增加最終結(jié)構(gòu)的吸氣劑晶種區(qū)域180(圖1)的導(dǎo)電率。最終，吸氣劑物質(zhì)281可經(jīng)選擇以基本上不與另一吸氣劑物質(zhì)282反應(yīng)且使前體吸氣劑晶種材料280能夠展現(xiàn)在高達(dá)高溫(例如，至少約500℃)下的非晶結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料280可包含鉭(ta)、釕(ru)、鎢(w)、鋁(al)、鈦(ti)、鋯(zr)、氮(n)、鉿(hf)及鎳(ni)中的至少一者，以作為對(duì)前體磁性材料320的擴(kuò)散性物質(zhì)321具有化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)281。

在一個(gè)特定實(shí)例中(而非限制)，前體磁性材料320可為cofeb磁性材料，其硼(b)是擴(kuò)散性物質(zhì)321。前體吸氣劑晶種材料280(及(舉例來(lái)說(shuō))目標(biāo)291(圖2))可經(jīng)調(diào)配以包括具有約49.5:49.5:1.0的原子比率的鎢-釕-氮(w-ru-n)、基本上由所述鎢-釕-氮(w-ru-n)組成或由所述鎢-釕-氮(w-ru-n)組成。此組合物經(jīng)調(diào)配以展現(xiàn)在高達(dá)高溫(例如，高達(dá)約500℃)下的非晶結(jié)構(gòu)。鎢(w)、釕(ru)及氮(n)中的每一者可為展現(xiàn)對(duì)于硼(b)擴(kuò)散性物質(zhì)321的化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)281。

在其它實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料280(及(舉例來(lái)說(shuō))目標(biāo)291(圖2))可經(jīng)調(diào)配以包括以下各項(xiàng)、基本上由以下各項(xiàng)組成或由以下各項(xiàng)組成：具有約75:25的原子比率的鎢-氮(w-n)，其中鎢(w)及氮(n)兩者可為展現(xiàn)對(duì)于硼(b)擴(kuò)散性物質(zhì)321的化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)281；具有約46:37:17的原子比率的鎢-釕-硼(w-ru-b)，其中鎢(w)及釕(ru)可為展現(xiàn)對(duì)于硼(b)的化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)281；具有約45:55的原子比率的鎢-釕(w-ru)，其中鎢(w)及釕(ru)可為展現(xiàn)對(duì)于硼(b)的化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)281；及具有約小于82到大于18的feco對(duì)w的原子比率的鐵-鈷-鎢(fe-co-w)，其中鎢(w)可為展現(xiàn)對(duì)于硼(b)的化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)281。

在其中氮(n)包含于前體吸氣劑晶種材料280中的實(shí)施例中的任一者中，在所得單元結(jié)構(gòu)中，材料中的氮(n)的存在還實(shí)現(xiàn)低阻尼，且因此實(shí)現(xiàn)較低編程電流。

前體吸氣劑晶種材料280的另一吸氣劑物質(zhì)282可經(jīng)選擇以具有另一吸氣劑物質(zhì)282與來(lái)自前體氧化物材料270的另一擴(kuò)散性物質(zhì)372之間的化合物的形成熱，所述形成熱小于或約等于另一擴(kuò)散性物質(zhì)372與前體氧化物材料270的另一物質(zhì)之間的化合物的形成熱。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，在其中次要氧化物材料370經(jīng)調(diào)配以基本上由氧化鎂(mgo)組成的實(shí)施例中，另一吸氣劑物質(zhì)282可經(jīng)選擇以具有與是另一擴(kuò)散性物質(zhì)372的氧(o)的較低形成熱(與mgo的氧(o)與鎂(mg)之間的形成熱相比)。

在一些實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料280可包含鈣(ca)、鍶(sr)、鈹(be)、鑭(la)、鋇(ba)、鋁(al)及鎂(mg)中的至少一者作為另一吸氣劑物質(zhì)282。

中間氧化物區(qū)域130(圖1)由其形成的氧化物材料330可(例如)在退火之前形成于前體磁性材料320上，在所述退火期間，前體磁性材料320(或，更確切地，由前體磁性材料320形成的耗盡磁性材料)經(jīng)由來(lái)自氧化物材料330的晶體結(jié)構(gòu)的傳播而結(jié)晶。氧化物材料330可包括以下各項(xiàng)、基本上由以下各項(xiàng)組成或由以下各項(xiàng)組成：舉例來(lái)說(shuō)(但不限于)非磁性氧化物材料(例如，氧化鎂(mgo)、氧化鋁(al2o3)、氧化鈦(tio2)，或常規(guī)mtj非磁性區(qū)域的其它氧化物材料)。另一種氧化物材料330可為與前體氧化物材料370相同的材料或是包括與前體氧化物材料370相同但具有不同原子比率的元素的材料。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，氧化物材料330及另一前體氧化物材料370兩者可包括mgo、基本上由mgo組成或由mgo組成。

氧化物材料330可直接形成(例如，生長(zhǎng)、沉積)于前體磁性材料320上。氧化物材料330可在最初形成時(shí)結(jié)晶(例如，具有bcc(001)結(jié)構(gòu))或可稍后在退火期間結(jié)晶。氧化物材料330可經(jīng)定位使得在退火(例如，圖3的中間結(jié)構(gòu)300的退火)期間，所要晶體結(jié)構(gòu)可傳播到相鄰磁性材料(例如，耗盡磁性材料420(圖4))以使得磁性材料(例如，耗盡磁性材料420(圖4))能夠結(jié)晶成相同晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)結(jié)構(gòu))。

在后續(xù)處理期間(例如在使磁性材料(例如，耗盡磁性材料420(圖4))結(jié)晶的退火期間，或在圖3的中間結(jié)構(gòu)300的額外后續(xù)退火期間)，擴(kuò)散性物質(zhì)321可從前體磁性材料320穿過(guò)前體氧化物材料370轉(zhuǎn)移(例如，擴(kuò)散)到前體吸氣劑晶種材料280。同樣地，在退火期間，另一擴(kuò)散性物質(zhì)372可從前體氧化物材料370轉(zhuǎn)移(例如，擴(kuò)散)到前體吸氣劑晶種材料280。在此發(fā)生時(shí)，如在圖4及4a中所圖解說(shuō)明，吸氣劑物質(zhì)281可與擴(kuò)散性物質(zhì)321(現(xiàn)在本文中被稱為經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)321')反應(yīng)及鍵合，且另一吸氣劑物質(zhì)282可與另一擴(kuò)散性物質(zhì)372(現(xiàn)在本文中被稱為另一經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)372')反應(yīng)及鍵合。因此，前體磁性材料320(圖3)轉(zhuǎn)化成“耗盡”磁性材料420，前體氧化物材料370(圖3)轉(zhuǎn)化成“耗盡”氧化物材料470，且前體吸氣劑晶種材料280(圖3)轉(zhuǎn)化成“富集”吸氣劑晶種材料480。

至少在其中前體氧化物區(qū)域370(圖3)的另一擴(kuò)散性物質(zhì)372是氧(o)的實(shí)施例中，耗盡氧化物區(qū)域470可不完全缺乏另一擴(kuò)散性物質(zhì)372。而是，一量的氧(o)可保持接近與耗盡磁性材料420的界面172。因此，余留于耗盡氧化物材料470中的任何氧可包含沿著界面172的最大氧濃度。因此，界面172處的氧(o)可用于與耗盡磁性材料420中的(例如)鐵(fe)鍵合以誘發(fā)沿著界面172的界面ma。但是，在耗盡氧化物材料470的整個(gè)其余部分中的經(jīng)減小濃度的氧(o)可減小耗盡氧化物材料470的電阻。在一些實(shí)施例中，氧的減少但非完全耗盡可使耗盡氧化物材料470是導(dǎo)電的。因此，所得磁性單元結(jié)構(gòu)可包含雙氧化物區(qū)域(即，中間氧化物區(qū)域130及次要氧化物區(qū)域170(圖1)，其由耗盡氧化物材料470形成)而不使存儲(chǔ)器單元的電阻降級(jí)(即，基本上不使電阻升高)。

繼續(xù)參考圖4a，富集吸氣劑晶種材料480包含經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)321'、另一經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)372'、吸氣劑物質(zhì)281及另一吸氣劑物質(zhì)282。因此，在其中前體磁性材料320(圖3)經(jīng)調(diào)配為cofeb材料且前體氧化物材料370(圖3)經(jīng)調(diào)配以包含氧化鎂(mgo)的實(shí)施例中，富集吸氣劑晶種材料480可包含來(lái)自cofeb材料的硼(b)(作為經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)321')以及來(lái)自mgo的氧(o)的一部分(作為另一經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)372')，從而留下沿著與cofe耗盡磁性材料420的界面172的一些氧(o)(作為擴(kuò)散性物質(zhì)372)。

因此，揭示包括包含鈷(co)及鐵(fe)的磁性區(qū)域的存儲(chǔ)器單元。所述磁性區(qū)域展現(xiàn)可切換磁性定向。一個(gè)氧化物區(qū)域安置于所述磁性區(qū)域與展現(xiàn)基本上固定磁性定向的另一磁性區(qū)域之間。另一個(gè)氧化物區(qū)域鄰近所述磁性區(qū)域且包括接近與所述磁性區(qū)域的界面濃縮的氧。非晶吸氣劑晶種區(qū)域鄰近所述另一個(gè)氧化物區(qū)域。所述吸氣劑晶種區(qū)域包括氧、硼、氧吸氣劑物質(zhì)以及硼吸氣劑物質(zhì)。

在一些實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料280(圖3)可經(jīng)調(diào)配以在最初形成于襯底102上方時(shí)是非晶的且在轉(zhuǎn)化成富集吸氣劑晶種材料480時(shí)保持非晶。因此，前體吸氣劑晶種材料280(圖3)中的吸氣劑物質(zhì)281、282的原子比率可經(jīng)選擇以將最終富集吸氣劑晶種材料480中的原子比率修整為將是非晶的且在高退火溫度下保持非晶的組合物。

此外，前體吸氣劑晶種材料280(圖3)可經(jīng)調(diào)配使得前體吸氣劑晶種材料280在用于使耗盡磁性材料420結(jié)晶的退火期間使用的高溫下是穩(wěn)定的(例如，物質(zhì)將不擴(kuò)散出)。因此，在前體吸氣劑晶種材料280不抑制結(jié)晶的情況下可利用促成耗盡磁性材料420到所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)結(jié)構(gòu))的結(jié)晶(例如，通過(guò)從氧化物材料330的晶體結(jié)構(gòu)傳播)的高溫。在不限于任一理論的情況下，預(yù)期富集吸氣劑晶種材料480的非晶本質(zhì)避免耗盡磁性材料420中的微結(jié)構(gòu)缺陷，否則在晶體結(jié)構(gòu)從相鄰材料(例如，用于中間氧化物區(qū)域130(圖1)的氧化物材料330(圖3))傳播到耗盡磁性材料420時(shí)，如果富集吸氣劑晶種材料480具有不同于所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)結(jié)構(gòu))的微結(jié)構(gòu)且與所述微結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)的微結(jié)構(gòu)，那么可形成所述微結(jié)構(gòu)缺陷。此外，由于耗盡磁性材料420可經(jīng)形成以歸因于沒(méi)有耗盡氧化物材料470對(duì)中間氧化物區(qū)域130(圖1)的氧化物材料330到耗盡磁性材料420之間的晶體結(jié)構(gòu)傳播的干擾而展現(xiàn)所要晶體結(jié)構(gòu)，因此自由區(qū)域120(圖1)可經(jīng)形成以展現(xiàn)促成高tmr的晶體結(jié)構(gòu)。

舉例來(lái)說(shuō)，在其中前體磁性材料320(圖3)經(jīng)調(diào)配為cofeb材料的實(shí)施例中，預(yù)期利用包括對(duì)硼(b)具有化學(xué)親和力的吸氣劑物質(zhì)281的前體吸氣劑晶種材料280從cofeb前體磁性材料320移除硼(b)的擴(kuò)散性物質(zhì)321(圖3a)可使得耗盡磁性材料420能夠在比cofeb(即，仍包含擴(kuò)散性物質(zhì)321的前體磁性材料320(圖3))的結(jié)晶溫度低的溫度下結(jié)晶。因此，所使用的退火溫度(例如，高達(dá)約500℃或更大)可使得耗盡磁性材料420能夠結(jié)晶(例如，通過(guò)傳播來(lái)自相鄰材料(例如，中間氧化物區(qū)域130(圖1)的氧化物材料330)的所要晶體結(jié)構(gòu))，而不會(huì)是如此高的以致于使相鄰材料降級(jí)(例如，而不使物質(zhì)(例如，鎢(w))從富集吸氣劑晶種材料480擴(kuò)散出)。因此，耗盡磁性材料420可結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)晶體結(jié)構(gòu))，所述所要晶體結(jié)構(gòu)使得能夠在不遭受實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)缺陷的情況下形成磁性單元結(jié)構(gòu)(例如，磁性單元結(jié)構(gòu)100(圖1))。無(wú)實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)缺陷可實(shí)現(xiàn)高tmr。

中間結(jié)構(gòu)300(圖3)的其它材料還可由于退火而結(jié)晶以形成經(jīng)退火結(jié)構(gòu)400(圖4)。退火工藝可在從約300℃到約700℃(例如，約500℃)的退火溫度下進(jìn)行且可保持在所述退火溫度下達(dá)從約一分鐘(約1min.)到約一小時(shí)(約1hr.)。退火溫度及時(shí)間可基于中間結(jié)構(gòu)300的材料、所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，耗盡磁性材料420的所要晶體結(jié)構(gòu))、來(lái)自前體磁性材料320(圖3)的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)321'的所要耗盡量以及來(lái)自前體氧化物材料370(圖3)的另一經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)372'的所要耗盡量而被修整。

雖然擴(kuò)散性物質(zhì)321(圖3a)從前體磁性材料320(圖3)的移除可促成耗盡磁性材料420的結(jié)晶，但進(jìn)一步預(yù)期(而不限于任何特定理論)，所述移除還可促成沿著耗盡磁性材料420與耗盡氧化物材料470之間的界面172、沿著耗盡磁性材料420與中間氧化物區(qū)域130(圖1)之間的界面132(圖1)或沿著界面172、132兩者的ma的誘發(fā)。舉例來(lái)說(shuō)，在缺失擴(kuò)散性物質(zhì)321(圖3a)的情況下，耗盡磁性材料420的其它物質(zhì)可具有比所述其它物質(zhì)在擴(kuò)散性物質(zhì)321仍并入于前體磁性材料320中的情況下將具有的與氧化物材料的相互作用更大的與氧化物材料的相互作用。此外，經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)321'(圖4a)經(jīng)由與吸氣劑物質(zhì)281的化學(xué)鍵合而留存于富集吸氣劑晶種材料480中可避免經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)321'擴(kuò)散到磁性區(qū)域(例如，自由區(qū)域120)與其相鄰ma誘發(fā)氧化物區(qū)域之間的界面172、132(圖1)。此可實(shí)現(xiàn)比可以其它方式實(shí)現(xiàn)的ma誘發(fā)相互作用更大的沿著界面172、132(圖1)的ma誘發(fā)相互作用。因此，ma強(qiáng)度可由于存在前體吸氣劑晶種材料280(或，更確切地，富集吸氣劑晶種材料480)而比無(wú)前體吸氣劑晶種材料280(或，更確切地，富集吸氣劑晶種材料480)的相同結(jié)構(gòu)的ma強(qiáng)度大。

舉例來(lái)說(shuō)，在其中前體磁性材料320是cofeb材料(其中硼(b)是擴(kuò)散性物質(zhì)321)的實(shí)施例中，來(lái)自前體磁性材料320的硼(b)擴(kuò)散性物質(zhì)321的擴(kuò)散可抑制硼(b)擴(kuò)散性物質(zhì)321沿著界面172逗留，否則在界面172中，硼(b)擴(kuò)散性物質(zhì)321可干擾界面ma的誘發(fā)。預(yù)期在沿著界面172具有大量硼(b)的情況下，硼(b)的存在可抑制在磁性材料(例如，耗盡磁性材料420(圖4))與氧化物材料(例如，耗盡氧化物材料470(圖4))之間形成鍵合(例如誘發(fā)ma的鐵-氧(fe-o)鍵合)。因此，前體吸氣劑晶種材料380中的吸氣劑物質(zhì)281接近于前體磁性材料320可實(shí)現(xiàn)較高界面ma誘發(fā)，這是因?yàn)閿U(kuò)散性物質(zhì)321可被引導(dǎo)到前體吸氣劑晶種材料380且遠(yuǎn)離界面172。

雖然自由區(qū)域120(圖1)被描述為“由”包括擴(kuò)散性物質(zhì)321(圖3a)的前體磁性材料320(例如，cofeb材料)“形成”，但所制造磁性單元核心101(圖1)(或本發(fā)明的任何單元核心)的自由區(qū)域120可包括比在前體磁性材料320最初形成時(shí)基本上少的擴(kuò)散性物質(zhì)321(例如硼(b))。同樣地，雖然次要氧化物區(qū)域170(圖1)被描述為“由”包括另一擴(kuò)散性物質(zhì)372(例如，氧(o))的前體氧化物材料320(圖3)(例如，包含mgo的材料)“形成”，但所制造磁性單元核心101(圖1)(或本發(fā)明的任何單元核心)的次要氧化物區(qū)域170可包括比在前體氧化物材料370最初形成時(shí)基本上少的另一擴(kuò)散性物質(zhì)372(例如氧(o))。

在退火之后，磁性單元結(jié)構(gòu)的其它材料可形成于經(jīng)退火中間結(jié)構(gòu)400上方，以形成如在圖5中所圖解說(shuō)明的前體結(jié)構(gòu)500。在其它實(shí)施例中，磁性單元結(jié)構(gòu)100(圖1)的其它材料可(例如)在退火之前形成于(例如)氧化物材料330上方，且可與下部材料一起經(jīng)退火。

繼續(xù)參考圖5，固定區(qū)域110(圖1)將由其形成的另一磁性材料510可(例如)在使耗盡磁性材料420結(jié)晶的退火階段之前或之后直接形成(例如，生長(zhǎng)、沉積)于氧化物材料330上。另一磁性材料510可包括以下各項(xiàng)、基本上由以下各項(xiàng)組成或由以下各項(xiàng)組成：舉例來(lái)說(shuō)(但不限于)鐵磁性材料，其包含鈷(co)及鐵(fe)(例如，coxfey，其中x＝10到80且y＝10到80)，且在一些實(shí)施例中，還包含硼(b)(例如，coxfeybz，其中x＝10到80，y＝10到80，且z＝0到50)。因此，另一磁性材料510可包括cofeb材料。在一些實(shí)施例中，另一磁性材料510可包含與前體磁性材料320(圖3)相同的材料，或具有相同元素但成不同原子比率的材料。

在其中固定區(qū)域110(圖1)經(jīng)配置以具有圖1a的固定區(qū)域110'的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，用于中間部分115(圖1a)的中間材料可形成于另一磁性材料510上方。中間材料可包括導(dǎo)電材料(例如，鉭(ta))、基本上由所述導(dǎo)電材料組成或由所述導(dǎo)電材料組成。分別用于磁性子區(qū)域118(圖1a)及耦合劑子區(qū)域119(圖1a)的交替磁性材料及耦合劑材料可形成于中間材料上。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，交替磁性材料及耦合劑材料可包括以下各項(xiàng)、基本上由以下各項(xiàng)組成或由以下各項(xiàng)組成：鈷/鈀(co/pd)多子區(qū)域；鈷/鉑(co/pt)多子區(qū)域；鈷/鎳(co/ni)多子區(qū)域；鈷/銥(co/ir)多子區(qū)域；基于鈷/鐵/鋱(co/fe/tb)的材料、l10材料、耦合劑材料，或常規(guī)固定區(qū)域的其它磁性材料。

在一些實(shí)施例中，任選地，一或多個(gè)上部中間材料550可形成于另一磁性材料510(以及固定區(qū)域110(圖1)將由其形成的任何其它材料)上方。形成任選上部中間區(qū)域150(圖1)的上部中間材料550(如果包含)可包括經(jīng)配置以確保相鄰材料中的所要晶體結(jié)構(gòu)的材料、基本上由所述材料組成或由所述材料組成。上部中間材料550可替代地或另外包含經(jīng)配置以輔助在磁性單元的制造期間的圖案化工藝的金屬材料、勢(shì)壘材料或常規(guī)stt-mram單元核心結(jié)構(gòu)的其它材料。在一些實(shí)施例中，上部中間材料550可包含將形成為導(dǎo)電封蓋區(qū)域的導(dǎo)電材料(例如，例如銅、鉭、鈦、鎢、釕、鉿、鋯、氮化鉭或氮化鈦等一或多種材料)。

上部電極104(圖1)可由其形成的另一導(dǎo)電材料504可形成于另一磁性材料510(以及固定區(qū)域110(圖1)將由其形成的任何其它材料)以及(如果存在)上部中間材料550上方。在一些實(shí)施例中，另一導(dǎo)電材料504與上部中間材料550(如果存在)彼此成整體，例如，其中上部中間材料550是導(dǎo)電材料504的下部子區(qū)域。

前體結(jié)構(gòu)500接著可在一或多個(gè)階段中經(jīng)圖案化以形成根據(jù)圖1中圖解說(shuō)明的實(shí)施例的磁性單元結(jié)構(gòu)100。用于對(duì)例如前體結(jié)構(gòu)500等結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化以形成例如磁性單元結(jié)構(gòu)100(圖1)等結(jié)構(gòu)的技術(shù)在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的且因此本文中不加以詳細(xì)描述。

在對(duì)前體結(jié)構(gòu)500進(jìn)行圖案化之后，磁性單元結(jié)構(gòu)100包含磁性單元核心101，磁性單元核心101包含次要氧化物區(qū)域170及接近于自由區(qū)域120的吸氣劑晶種區(qū)域180。自由區(qū)域120包含由前體磁性材料320(圖3)形成的耗盡磁性材料420(圖4)，且包括比在無(wú)接近于自由區(qū)域120的吸氣劑晶種區(qū)域180的情況下由前體磁性材料320(圖3)形成的自由區(qū)域低的擴(kuò)散性物質(zhì)321(圖3a)的濃度。次要氧化物區(qū)域170包含由前體氧化物材料370(圖3)形成的耗盡氧化物材料470(圖4)，且包括比在無(wú)接近于次要氧化物區(qū)域170的吸氣劑晶種區(qū)域180的情況下由前體氧化物材料370(圖3)形成的次要氧化物區(qū)域低的另一擴(kuò)散性物質(zhì)372(圖3a)的濃度。

在一些實(shí)施例中，接近于吸氣劑晶種區(qū)域180的磁性區(qū)域(例如，自由區(qū)域120)可基本上或完全耗盡擴(kuò)散性物質(zhì)321。在其它實(shí)施例中，磁性區(qū)域可部分地耗盡擴(kuò)散性物質(zhì)321。在此類實(shí)施例中，一或若干磁性區(qū)域可在其中具有擴(kuò)散性物質(zhì)321(例如，硼)的梯度，其中相對(duì)于彼此來(lái)說(shuō)，低濃度的擴(kuò)散性物質(zhì)321沿著界面172(圖1)鄰近于吸氣劑晶種區(qū)域180，且高濃度的擴(kuò)散性物質(zhì)321沿著界面132(圖1)與吸氣劑晶種區(qū)域180相對(duì)。在一些實(shí)施例中，在退火之后或期間，擴(kuò)散性物質(zhì)321的濃度可均衡。

由結(jié)晶耗盡磁性材料420(圖4)形成的自由區(qū)域120可具有可至少部分地由于擴(kuò)散性物質(zhì)321的移除以及經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)321到吸氣劑物質(zhì)281的鍵合且至少部分地由于吸氣劑晶種區(qū)域180的非晶微結(jié)構(gòu)而基本上無(wú)缺陷的所要晶體結(jié)構(gòu)。

自由區(qū)域120的結(jié)晶性可使磁性單元結(jié)構(gòu)100能夠在使用及操作期間展現(xiàn)高tmr。此外，自由區(qū)域120的耗盡磁性材料420可促成與相鄰氧化物區(qū)域(例如，次要氧化物區(qū)域170及中間氧化物區(qū)域130)的ma誘發(fā)。

由耗盡氧化物材料470(圖4)形成的次要氧化物區(qū)域170可具有低電阻，例如，可為導(dǎo)電的，其中沿著與自由區(qū)域120的界面172具有最大氧濃度。

因此，可由于自由區(qū)域120中從雙氧化物區(qū)域兩者(即，中間氧化物區(qū)域130及次要氧化物區(qū)域170)的ma誘發(fā)而促成高ma強(qiáng)度，而還不展現(xiàn)高電阻(例如，高電阻區(qū)(ra))及高阻尼。在其中吸氣劑晶種區(qū)域180包含氮(n)的實(shí)施例中，甚至可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低阻尼。

因此，揭示一種形成存儲(chǔ)器單元的方法，所述方法包括形成前體結(jié)構(gòu)。形成前體結(jié)構(gòu)包括在襯底上方形成前體吸氣劑晶種材料。在前體吸氣劑晶種材料上方形成前體氧化物材料。在前體氧化物材料上方形成前體磁性材料。使來(lái)自所述前體磁性材料的擴(kuò)散性物質(zhì)擴(kuò)散到所述前體吸氣劑晶種材料，且使來(lái)自所述前體氧化物材料的氧擴(kuò)散到所述前體吸氣劑晶種材料，以使所述前體磁性材料的至少一部分轉(zhuǎn)化成耗盡磁性材料，使所述前體氧化物材料的至少一部分轉(zhuǎn)化成氧耗盡材料，且使所述前體吸氣劑晶種材料的至少一部分轉(zhuǎn)化成富集吸氣劑晶種材料。對(duì)所述前體結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化，以形成包括由所述富集吸氣劑晶種材料形成的吸氣劑晶種區(qū)域、由所述氧耗盡材料形成的次要氧化物區(qū)域以及由所述耗盡磁性材料形成的自由區(qū)域的單元核心結(jié)構(gòu)。

參考圖6，圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的磁性單元結(jié)構(gòu)600。磁性單元結(jié)構(gòu)600包含磁性單元核心601，磁性單元核心601包括吸氣劑次要氧化物區(qū)域670。吸氣劑次要氧化物區(qū)域670可由如在圖7中所圖解說(shuō)明的前體吸氣劑氧化物材料770形成，前體吸氣劑氧化物材料770包含與上文描述的前體氧化物材料370(圖3)相同的材料，同時(shí)還包含經(jīng)調(diào)配以具有對(duì)于前體磁性材料320的擴(kuò)散性物質(zhì)321的化學(xué)親和力的額外吸氣劑物質(zhì)281'。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，前體吸氣劑氧化物材料770可包含氧化鎂(mgo)以及經(jīng)添加額外吸氣劑物質(zhì)281′。前體吸氣劑氧化物材料770可安置于中間結(jié)構(gòu)700內(nèi)，在前體吸氣劑晶種材料280與前體磁性材料320之間。

如在圖7a中所圖解說(shuō)明，擴(kuò)散性物質(zhì)321(例如，硼(b))可不僅被吸引到前體吸氣劑晶種材料280中的吸氣劑物質(zhì)281，而且還被吸引到前體吸氣劑氧化物材料770中的額外吸氣劑物質(zhì)281'。因此，繼退火之后，經(jīng)退火結(jié)構(gòu)800(如在圖8及8a中所圖解說(shuō)明)包含由前體吸氣劑氧化物材料770形成的“富集-耗盡”氧化物材料870。富集-耗盡氧化物材料870富集有某一量的經(jīng)擴(kuò)散物質(zhì)321'(其鍵合到額外吸氣劑物質(zhì)281')，且除了沿著界面172之外耗盡另一擴(kuò)散性物質(zhì)372(例如，氧(o))。

額外吸氣劑物質(zhì)281'可與富集吸氣劑晶種材料480中的氧吸氣劑物質(zhì)281相同或不同。因此，額外吸氣劑物質(zhì)281'可選自上文關(guān)于吸氣劑物質(zhì)281所描述的物質(zhì)中的任一者。

為形成前體氧化物材料770(圖7)，可在形成前體磁性材料320之前將額外吸氣劑物質(zhì)281'植入到前體氧化物材料370(圖3)中。舉例來(lái)說(shuō)(而非限制)，可通過(guò)使用物理氣相沉積(pvd)共濺鍍額外吸氣劑物質(zhì)281'及前體氧化物材料370(圖3)兩者而將額外吸氣劑物質(zhì)281'并入到前體氧化物材料370中。作為另一實(shí)例(而非限制)，可在沉積前體氧化物材料370期間以氣體的形式引入額外吸氣劑物質(zhì)281'。接著可形成前體結(jié)構(gòu)900的其余材料，如在圖9中所圖解說(shuō)明，且前體結(jié)構(gòu)900經(jīng)圖案化以形成圖6的磁性單元結(jié)構(gòu)600。

在其中次要氧化物區(qū)域170(圖1)或吸氣劑次要氧化物區(qū)域670(圖6)經(jīng)調(diào)配以包括氧化鎂(mgo)的本發(fā)明的此實(shí)施例或前述實(shí)施例中，前體吸氣劑晶種材料280與前體氧化物材料370(圖3)或前體吸氣劑氧化物材料770(圖7)的經(jīng)組合組合物可使得鎂(mg)對(duì)氧(o)對(duì)吸氣劑物質(zhì)281(例如，硼吸氣劑物質(zhì))(包含額外吸氣劑物質(zhì)281'(如果使用前體吸氣劑氧化物材料770))對(duì)另一吸氣劑物質(zhì)282(例如，氧吸氣劑物質(zhì))的原子比率(即，mg:o:b吸氣劑:o吸氣劑原子比率)可從約40:40:10:10到約45:45:5:5。因此，吸氣劑物質(zhì)281(包含額外吸氣劑物質(zhì)281'(如果包含))及另一吸氣劑物質(zhì)282中的一或多者可處于低原子能級(jí)(例如，小于約10原子％(例如，小于約5原子％，例如，小于約2原子％)的“摻雜劑”能級(jí))。

因此，揭示一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括在襯底上方形成非晶前體吸氣劑晶種材料。所述非晶前體吸氣劑晶種材料包括硼吸氣劑物質(zhì)及氧吸氣劑物質(zhì)。在所述非晶前體吸氣劑晶種材料上方形成包括氧的前體氧化物材料。在所述前體氧化物材料上方形成包括硼的前體磁性材料。在所述前體磁性材料上方形成另一種氧化物材料。至少對(duì)所述前體磁性材料及所述前體氧化物材料進(jìn)行退火，以使來(lái)自所述前體磁性材料的所述硼與所述非晶前體吸氣劑晶種材料的所述硼吸氣劑物質(zhì)反應(yīng)且使來(lái)自所述前體氧化物材料的所述氧與所述非晶前體吸氣劑晶種材料的所述氧吸氣劑物質(zhì)反應(yīng)。

參考圖10，圖解說(shuō)明stt-mram系統(tǒng)1000，stt-mram系統(tǒng)1000包含與stt-mram單元1014可操作地通信的外圍裝置1012，可制造stt-mram單元1014群組以形成呈包含若干個(gè)行及列的柵格圖案或呈各種其它布置(其取決于系統(tǒng)要求及制造技術(shù))的存儲(chǔ)器單元陣列。stt-mram單元1014包含磁性單元核心1002、存取晶體管1003、可充當(dāng)數(shù)據(jù)/感測(cè)線1004(例如，位線)的導(dǎo)電材料、可充當(dāng)存取線1005(例如，字線)的導(dǎo)電材料以及可充當(dāng)源極線1006的導(dǎo)電材料。stt-mram系統(tǒng)1000的外圍裝置1012可包含讀取/寫(xiě)入電路1007、位線參考1008以及讀出放大器1009。單元核心1002可為上文所描述的磁性單元核心(例如，磁性單元核心101(圖1)、601(圖6))中的任一者。由于單元核心1002的結(jié)構(gòu)、制造方法或此兩者，stt-mram單元1014可具有高ma強(qiáng)度、低電阻(例如，低電阻區(qū)(ra)產(chǎn)品)、低阻尼以及高tmr。

在使用及操作中，當(dāng)stt-mram單元1014經(jīng)選擇以被編程時(shí)，將編程電流施加到stt-mram單元1014，且所述電流通過(guò)單元核心1002的固定區(qū)域經(jīng)自旋極化并將扭矩施加于單元核心1002的自由區(qū)域上，此切換自由區(qū)域的磁化以“寫(xiě)入到”或“編程”stt-mram單元1014。在stt-mram單元1014的讀取操作期間，電流用于檢測(cè)單元核心1002的電阻狀態(tài)。

為起始stt-mram單元1014的編程，讀取/寫(xiě)入電路1007可產(chǎn)生到數(shù)據(jù)/感測(cè)線1004及源極線1006的寫(xiě)入電流(即，編程電流)。數(shù)據(jù)/感測(cè)線1004與源極線1006之間的電壓的極性確定單元核心1002中的自由區(qū)域的磁性定向的切換。通過(guò)利用自旋極性而改變自由區(qū)域的磁性定向，根據(jù)編程電流的自旋極性將自由區(qū)域磁化，將經(jīng)編程邏輯狀態(tài)寫(xiě)入到stt-mram單元1014。

為讀取stt-mram單元1014，讀取/寫(xiě)入電路1007產(chǎn)生穿過(guò)單元核心1002及存取晶體管1003到數(shù)據(jù)/感測(cè)線1004及源極線1006的讀取電壓。stt-mram單元1014的經(jīng)編程狀態(tài)與跨越單元核心1002的電阻有關(guān)，所述電阻可由數(shù)據(jù)/感測(cè)線1004與源極線1006之間的電壓差確定。在一些實(shí)施例中，可將所述電壓差與位線參考1008進(jìn)行比較且由讀出放大器1009放大所述電壓差。

圖10圖解說(shuō)明可操作stt-mram系統(tǒng)1000的一個(gè)實(shí)例。然而，預(yù)期磁性單元核心101(圖1)、601(圖6)可并入于且用于經(jīng)配置以并入有具有磁性區(qū)域的磁性單元核心的任一stt-mram系統(tǒng)內(nèi)。

因此，揭示一種包括自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(stt-mram)陣列的半導(dǎo)體裝置，所述stt-mram陣列包括stt-mram單元。所述stt-mram單元中的至少一個(gè)stt-mram單元包括在襯底上方的磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)。所述磁性隧穿結(jié)子結(jié)構(gòu)包括自由區(qū)域、固定區(qū)域及中間氧化物區(qū)域。所述自由區(qū)域展現(xiàn)垂直可切換磁性定向。所述固定區(qū)域展現(xiàn)垂直基本上固定磁性定向。所述中間氧化物區(qū)域介于所述自由區(qū)域與所述固定區(qū)域之間。另一個(gè)氧化物區(qū)域接觸所述自由區(qū)域。非晶區(qū)域接近所述自由區(qū)域及所述另一個(gè)氧化物區(qū)域。所述非晶區(qū)域包括硼及氧。

參考圖11，圖解說(shuō)明根據(jù)本文中描述的一或多個(gè)實(shí)施例實(shí)施的半導(dǎo)體裝置1100的簡(jiǎn)化框圖。半導(dǎo)體裝置1100包含存儲(chǔ)器陣列1102及控制邏輯組件1104。存儲(chǔ)器陣列1102可包含包括上文論述的磁性單元核心(例如，磁性單元核心101(圖1)、601(圖6))中的任一者的多個(gè)stt-mram單元1014(圖10)，所述磁性單元核心(例如，磁性單元核心101(圖1)、601(圖6))可根據(jù)上文描述的方法而形成且可根據(jù)上文描述的方法而操作?？刂七壿嫿M件1104可經(jīng)配置以與存儲(chǔ)器陣列1102操作地相互作用，以便從存儲(chǔ)器陣列1102內(nèi)的任一或所有存儲(chǔ)器單元(例如，stt-mram單元1014(圖10))讀取或向其寫(xiě)入。

參考圖12，描繪基于處理器的系統(tǒng)1200。基于處理器的系統(tǒng)1200可包含根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制作的各種電子裝置?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)1200可為例如計(jì)算機(jī)、尋呼機(jī)、蜂窩式電話、個(gè)人備忘記事本、控制電路或其它電子裝置等各種類型中的任一者。基于處理器的系統(tǒng)1200可包含一或多個(gè)處理器1202(例如，微處理器)以控制對(duì)基于處理器的系統(tǒng)1200中的系統(tǒng)功能及請(qǐng)求的處理。處理器1202及基于處理器的系統(tǒng)1200的其它子組件可包含根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制作的磁性存儲(chǔ)器裝置。

基于處理器的系統(tǒng)1200可包含與處理器1202可操作地通信的電力供應(yīng)器1204。舉例來(lái)說(shuō)，如果基于處理器的系統(tǒng)1200是便攜式系統(tǒng)，那么電力供應(yīng)器1204可包含燃料電池、電力收集裝置、永久電池、可更換電池以及可充電電池中的一或多者。電力供應(yīng)器1204還可包含ac適配器；因此，舉例來(lái)說(shuō)，基于處理器的系統(tǒng)1200可插入到壁式插座中。舉例來(lái)說(shuō)，電力供應(yīng)器1204還可包含dc適配器，使得基于處理器的系統(tǒng)1200可插入到車載點(diǎn)煙器或車載電力端口中。

各種其它裝置可耦合到處理器1202，此取決于基于處理器的系統(tǒng)1200執(zhí)行的功能。舉例來(lái)說(shuō)，用戶接口1206可耦合到處理器1202。用戶接口1206可包含輸入裝置，例如按鈕、開(kāi)關(guān)、鍵盤(pán)、光筆、鼠標(biāo)、數(shù)字化器及手寫(xiě)筆、觸摸屏、語(yǔ)音辨識(shí)系統(tǒng)、麥克風(fēng)，或其組合。顯示器1208也可耦合到處理器1202。顯示器1208可包含lcd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1210也可耦合到處理器1202。rf子系統(tǒng)/基帶處理器1210可包含耦合到rf接收器且耦合到rf發(fā)射器(未展示)的天線。一通信端口1212或多于一個(gè)通信端口1212也可耦合到處理器1202。舉例來(lái)說(shuō)，通信端口1212可適于耦合到一或多個(gè)外圍裝置1214(例如調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、掃描儀或相機(jī))，或耦合到網(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))。

處理器1202可通過(guò)實(shí)施存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的軟件程序來(lái)控制基于處理器的系統(tǒng)1200。舉例來(lái)說(shuō)，所述軟件程序可包含操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、制圖軟件、字處理軟件、媒體編輯軟件，或媒體播放軟件。存儲(chǔ)器可操作地耦合到處理器1202以存儲(chǔ)各種程序并促進(jìn)各種程序的執(zhí)行。舉例來(lái)說(shuō)，處理器1202可耦合到系統(tǒng)存儲(chǔ)器1216，系統(tǒng)存儲(chǔ)器1216可包含自旋扭矩轉(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)、賽道存儲(chǔ)器以及其它已知存儲(chǔ)器類型中的一或多者。系統(tǒng)存儲(chǔ)器1216可包含易失性存儲(chǔ)器、非易失性存儲(chǔ)器或其組合。系統(tǒng)存儲(chǔ)器1216通常是大的，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1216可包含半導(dǎo)體裝置(例如圖11的半導(dǎo)體裝置1100)、包含上文描述的磁性單元核心101(圖1)、601(圖6)中的任一者的存儲(chǔ)器單元，或其組合。

處理器1202還可耦合到非易失性存儲(chǔ)器1218，此不暗示系統(tǒng)存儲(chǔ)器1216必然是易失性的。非易失性存儲(chǔ)器1218可包含將聯(lián)合系統(tǒng)存儲(chǔ)器1216使用的stt-mram、mram、只讀存儲(chǔ)器(rom)(例如eprom、電阻式只讀存儲(chǔ)器(rrom))及快閃存儲(chǔ)器中的一或多者。非易失性存儲(chǔ)器1218的大小通常經(jīng)選擇以剛好大到足以存儲(chǔ)任何必要操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序及固定數(shù)據(jù)。另外，舉例來(lái)說(shuō)，非易失性存儲(chǔ)器1218可包含高容量存儲(chǔ)器，例如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)器，例如混合式驅(qū)動(dòng)器(包含電阻式存儲(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1218可包含半導(dǎo)體裝置(例如圖11的半導(dǎo)體裝置1100)、包含上文描述的磁性單元核心101(圖1)、601(圖6)中的任一者的存儲(chǔ)器單元，或其組合。

雖然本發(fā)明易于在其實(shí)施方案中作出各種修改及替代形式，但已在圖式中通過(guò)實(shí)例的方式展示并在本文中詳細(xì)描述特定實(shí)施例。然而，本發(fā)明并非打算限于所揭示的特定形式。而是，本發(fā)明涵蓋歸屬于由所附權(quán)利要求書(shū)及其合法等效內(nèi)容界定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、組合、等效內(nèi)容、變化及替代方案。