本申請案主張于2014年4月9日提出申請的標(biāo)題為“存儲器單元、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體裝置及制作方法(MEMORY CELLS,SEMICONDUCTOR STRUCTURES,SEMICONDUCTOR DEVICES,AND METHODS OF FABRICATION)”的序號為14/249,183的美國專利申請案的申請日期的權(quán)益。

技術(shù)領(lǐng)域

在各種實(shí)施例中，本發(fā)明大體來說涉及存儲器裝置設(shè)計(jì)及制作的領(lǐng)域。更特定來說，本發(fā)明涉及表征為自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲器(STT-MRAM)單元的存儲器單元的設(shè)計(jì)及制作，涉及此些存儲器單元中所采用的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且涉及并入有此些存儲器單元的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

磁性隨機(jī)存取存儲器(MRAM)是基于磁阻的非易失性計(jì)算機(jī)存儲器技術(shù)。一種類型的MRAM單元是包含由襯底支撐的磁性單元核心的自旋扭矩轉(zhuǎn)移MRAM(STT-MRAM)單元。磁性單元核心包含至少兩個磁性區(qū)(舉例來說，“固定區(qū)”及“自由區(qū)”)及介于其間的非磁性區(qū)。自由區(qū)及固定區(qū)可展現(xiàn)相對于所述區(qū)的寬度為水平定向(“平面內(nèi)”)或垂直定向(“平面外”)的磁性定向。固定區(qū)包含具有大致上固定(例如，非可切換)磁性定向的磁性材料。另一方面，自由區(qū)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)及自由區(qū)的磁性定向是被定向成相同方向(例如，分別為北與北、東與東、南與南或西與西)。在“反平行”配置中，固定區(qū)及自由區(qū)的磁性定向是被定向成相反方向(例如，分別為北與南、東與西、南與北或西與東)。在平行配置中，STT-MRAM單元跨越磁阻元件(例如，固定區(qū)及自由區(qū))展現(xiàn)較低電阻。此低電阻狀態(tài)可被定義為MRAM單元的“0”邏輯狀態(tài)。在反平行配置中，STT-MRAM單元跨越磁阻元件展現(xiàn)較高電阻。此高電阻狀態(tài)可被定義為STT-MRAM單元的“1”邏輯狀態(tài)。

對自由區(qū)的磁性定向的切換可通過使編程電流通過磁性單元核心及其中的固定區(qū)及自由區(qū)而完成。固定區(qū)使編程電流的電子自旋極化，且隨著經(jīng)自旋極化電流通過核心，會形成扭矩。經(jīng)自旋極化電子電流對自由區(qū)施加扭矩。在通過核心的經(jīng)自旋極化電子電流的扭矩大于自由區(qū)的臨界切換電流密度(J_c)時(shí)，自由區(qū)的磁性定向的方向得以切換。因此，編程電流可用于跨越磁性區(qū)變更電阻?？缭酱抛柙乃酶呋虻碗娮锠顟B(tài)實(shí)現(xiàn)對MRAM單元的寫入及讀取操作。在切換自由區(qū)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，通常期望在“存儲”階段期間維持自由區(qū)的磁性定向直到將MRAM單元重新寫入到不同配置(即，到不同邏輯狀態(tài))為止。

磁性區(qū)的磁各向異性(“MA”)是材料的磁性性質(zhì)的方向相依性的指示。因此，MA也是材料的磁性定向的強(qiáng)度及其對其定向的變更的抵抗的指示。某些非磁性材料(例如，氧化物材料)與磁性材料之間的相互作用可沿著磁性材料的表面誘發(fā)MA(例如，增加MA強(qiáng)度)，從而增加磁性材料及MRAM單元的整體MA強(qiáng)度。呈現(xiàn)具有高M(jìn)A強(qiáng)度的磁性定向的磁性材料可比呈現(xiàn)具有低MA強(qiáng)度的磁性定向的磁性材料較不易于變更其磁性定向。因此，具有高M(jìn)A強(qiáng)度的自由區(qū)在存儲期間可比具有低MA強(qiáng)度的自由區(qū)更穩(wěn)定。

自由區(qū)的其它有益性質(zhì)通常與自由區(qū)的微結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。舉例來說，這些性質(zhì)包含單元的隧道磁阻(“TMR”)。TMR是單元在反平行配置中的電阻(R_ap)與其在平行配置中的電阻(R_p)之間的差對R_p的比率(即，TMR＝(R_ap–R_p)/R_p)。通常，在其磁性材料的微結(jié)構(gòu)中具有較少結(jié)構(gòu)缺陷的具有一致晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)晶體結(jié)構(gòu))的自由區(qū)具有比具有結(jié)構(gòu)缺陷的薄自由區(qū)高的TMR。具有高TMR的單元可具有高讀出信號，所述高讀出信號可在操作期間加速對MRAM單元的讀取。高TMR還可實(shí)現(xiàn)對低編程電流的使用。

已努力形成具有高M(jìn)A強(qiáng)度且具有有益于高TMR的微結(jié)構(gòu)的自由區(qū)。然而，由于促進(jìn)所要特性(例如實(shí)現(xiàn)高M(jìn)A、高TMR或兩者的特性)的組合物及制作條件通常抑制MRAM單元的其它特性或性能，因而形成具有高M(jìn)A強(qiáng)度及高TMR兩者的MRAM單元已提出挑戰(zhàn)。

舉例來說，在所要晶體結(jié)構(gòu)處形成磁性材料的努力包含：將所要晶體結(jié)構(gòu)從相鄰材料(本文中稱作“晶種材料”)傳播到磁性材料(本文中稱作“目標(biāo)磁性材料”)。然而，使晶體結(jié)構(gòu)傳播可在以下情況下受到抑制或可在目標(biāo)磁性材料中導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)缺陷：在晶種材料在其晶體結(jié)構(gòu)中具有缺陷的情況下，在目標(biāo)磁性材料具有與晶體材料的晶體結(jié)構(gòu)對抗的晶體結(jié)構(gòu)，或在對抗性晶體結(jié)構(gòu)也從除晶種材料外的材料傳播到目標(biāo)磁性材料的情況下。

確保晶種材料具有可成功傳播到目標(biāo)磁性材料的一致無缺陷晶體結(jié)構(gòu)的努力已包含了對晶種材料進(jìn)行退火。然而，由于晶種材料及目標(biāo)磁性材料兩者通常同時(shí)暴露于退火溫度，因此盡管退火會改善晶種材料的晶體結(jié)構(gòu)，但退火還可開始其它材料(包含目標(biāo)磁性材料及其它相鄰材料)的結(jié)晶。此種其它結(jié)晶可對抗所要晶體結(jié)構(gòu)從晶種材料的傳播并抑制所述傳播。

使目標(biāo)磁性材料的結(jié)晶延遲直到在晶種材料結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)之后的努力已包含：在目標(biāo)磁性材料最初形成時(shí)，將添加劑并入到目標(biāo)磁性材料中，使得目標(biāo)磁性材料最初是非晶的。舉例來說，在目標(biāo)磁性材料是鈷鐵(CoFe)磁性材料的情況下，可添加硼(B)使得鈷鐵硼(CoFeB)磁性材料可用作前驅(qū)物材料且形成為最初非晶狀態(tài)。添加劑可在退火期間從目標(biāo)磁性材料擴(kuò)散出，從而使得目標(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)之后在來自晶種材料的傳播下結(jié)晶。雖然這些努力可降低目標(biāo)磁性材料將最初形成有將與待從晶種材料傳播的晶體結(jié)構(gòu)對抗的微結(jié)構(gòu)的可能性，但所述努力并未抑制對抗性晶體結(jié)構(gòu)從除晶種材料以外的相鄰材料的傳播。此外，從目標(biāo)磁性材料擴(kuò)散的添加劑可擴(kuò)散到結(jié)構(gòu)內(nèi)的區(qū)，其中添加劑干擾結(jié)構(gòu)的其它特性，例如，MA強(qiáng)度。因此，形成具有所要微結(jié)構(gòu)(例如，實(shí)現(xiàn)高TMR)的磁性材料而不使磁性材料或所得結(jié)構(gòu)的其它特性(例如MA強(qiáng)度)劣化可提出挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明揭示一種存儲器單元。所述存儲器單元包括磁性單元核心，所述磁性單元核心包括磁性區(qū)、另一磁性區(qū)、氧化物區(qū)及非晶區(qū)。所述磁性區(qū)包括由前驅(qū)物磁性材料形成的耗盡磁性材料，所述前驅(qū)物磁性材料包括至少一種擴(kuò)散物質(zhì)及至少一種其它物質(zhì)。所述耗盡磁性材料包括所述至少一種其它物質(zhì)。所述氧化物區(qū)介于磁性區(qū)與另一磁性區(qū)之間。所述非晶區(qū)接近于所述磁性區(qū)且由包括至少一種吸子物質(zhì)的前驅(qū)物陷獲材料形成，所述至少一種吸子物質(zhì)具有至少一個陷獲位點(diǎn)且對所述至少一種擴(kuò)散物質(zhì)的化學(xué)親和力高于所述至少一種其它物質(zhì)對所述至少一種擴(kuò)散物質(zhì)的化學(xué)親和力。所述非晶區(qū)包括所述至少一種吸子物質(zhì)，所述至少一種吸子物質(zhì)鍵結(jié)到來自所述前驅(qū)物磁性材料的所述至少一種擴(kuò)散物質(zhì)。

本發(fā)明還揭示一種包括磁性區(qū)及陷獲區(qū)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述磁性區(qū)位于襯底上方且包括前驅(qū)物磁性材料，所述前驅(qū)物磁性材料包括擴(kuò)散物質(zhì)。所述陷獲區(qū)包括至少一種吸子物質(zhì)，所述至少一種吸子物質(zhì)包括至少一個陷獲位點(diǎn)。所述至少一種吸子物質(zhì)經(jīng)調(diào)配以對所述前驅(qū)物材料的所述擴(kuò)散物質(zhì)展現(xiàn)高于所述擴(kuò)散物質(zhì)與所述前驅(qū)物磁性材料的另一物質(zhì)之間的化學(xué)親和力的化學(xué)親和力。

本發(fā)明揭示一種形成磁性存儲器單元的方法。所述方法包括：形成前驅(qū)物結(jié)構(gòu)。形成所述前驅(qū)物結(jié)構(gòu)包括在襯底上方形成包括陷獲位點(diǎn)的前驅(qū)物陷獲材料。鄰近于所述前驅(qū)物陷獲材料形成包括擴(kuò)散物質(zhì)的前驅(qū)物磁性材料。所述擴(kuò)散物質(zhì)從所述前驅(qū)物材料轉(zhuǎn)移到所述前驅(qū)物陷獲材料以將所述前驅(qū)物磁性材料的至少一部分轉(zhuǎn)換成耗盡磁性材料且將所述前驅(qū)物陷獲材料的至少一部分轉(zhuǎn)換成濃化陷獲材料。在所述轉(zhuǎn)移之后，由所述前驅(qū)物結(jié)構(gòu)形成磁性單元核心結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還揭示一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括：在襯底上方形成包括至少一種擴(kuò)散物質(zhì)的非晶前驅(qū)物磁性材料。接近所述非晶前驅(qū)物磁性材料形成前驅(qū)物陷獲材料。所述前驅(qū)物陷獲材料包括具有至少一個陷獲位點(diǎn)的吸子物質(zhì)。所述非晶前驅(qū)物磁性材料及所述前驅(qū)物陷獲材料經(jīng)退火以使所述擴(kuò)散物質(zhì)與所述吸子物質(zhì)的所述至少一個陷獲位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)。

本發(fā)明還揭示一種半導(dǎo)體裝置。所述半導(dǎo)體裝置包括自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲器(STT-MRAM)陣列。所述STT-MRAM陣列包括STT-MRAM單元。所述STT-MRAM單元中的至少一個STT-MRAM單元包括位于襯底上方的結(jié)晶磁性區(qū)。所述結(jié)晶磁性區(qū)展現(xiàn)可切換磁性定向。結(jié)晶氧化物區(qū)鄰近所述結(jié)晶磁性區(qū)。磁性區(qū)展現(xiàn)大致上固定的磁性定向且通過所述結(jié)晶氧化物區(qū)與所述結(jié)晶磁性區(qū)間隔開。非晶陷獲區(qū)鄰近所述結(jié)晶磁性區(qū)。所述非晶陷獲區(qū)包括從所述結(jié)晶磁性區(qū)的前驅(qū)物磁性材料擴(kuò)散且鍵結(jié)到所述非晶陷獲區(qū)的前驅(qū)物陷獲材料的吸子物質(zhì)的物質(zhì)。所述前驅(qū)物磁性材料具有從所述前驅(qū)物磁性材料擴(kuò)散的所述物質(zhì)鍵結(jié)到所述非晶陷獲區(qū)中的所述吸子物質(zhì)的陷獲位點(diǎn)。

附圖說明

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、立面示意性圖解說明，其中所述磁性單元結(jié)構(gòu)包含上覆于自由區(qū)上的固定區(qū)、單一氧化物區(qū)及接近于所述自由區(qū)的陷獲區(qū)。

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的圖1的框1AB的放大圖，其中固定區(qū)包含氧化物鄰近部分、中間部分及電極鄰近部分。

圖1B是根據(jù)本發(fā)明的另一替代實(shí)施例的圖1的框1AB的放大圖，其中固定區(qū)包含氧化物鄰近部分、中間陷獲部分及電極鄰近部分。

圖2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、立面示意性圖解說明，其中所述磁性單元結(jié)構(gòu)包含上覆于自由區(qū)上的固定區(qū)、接近于所述自由區(qū)的雙重氧化物區(qū)及也接近于所述自由區(qū)的陷獲區(qū)。

圖2C是根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的圖2的框2C的放大圖，其中陷獲區(qū)通過中間區(qū)與磁性區(qū)間隔開。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁性單元結(jié)構(gòu)的區(qū)段的橫截面、立面示意性圖解說明，其中自由區(qū)及固定區(qū)展現(xiàn)平面內(nèi)磁性定向。

圖4A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、立面示意性圖解說明，其中所述磁性單元結(jié)構(gòu)包含下伏于自由區(qū)下的固定區(qū)、接近于所述自由區(qū)的單一氧化物區(qū)及也接近于所述自由區(qū)的陷獲區(qū)。

圖4B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、立面示意性圖解說明，其中所述磁性單元結(jié)構(gòu)包含下伏于自由區(qū)下的固定區(qū)、接近于所述自由區(qū)的單一氧化物區(qū)、也接近于所述自由區(qū)的陷獲區(qū)，及接近于所述固定區(qū)的另一陷獲區(qū)。

圖5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、立面示意性圖解說明，其中所述磁性單元結(jié)構(gòu)包含下伏于自由區(qū)下的固定區(qū)、雙重氧化物區(qū)、接近于所述雙重氧化物區(qū)中的一者且也接近于所述自由區(qū)的陷獲區(qū)，及接近于所述固定區(qū)的另一陷獲區(qū)。

圖5A是根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的圖5的框5A的放大圖，其中離散陷獲子區(qū)與離散次級氧化物子區(qū)交替。

圖6到9C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用以制造圖1、1A及1B的磁性單元結(jié)構(gòu)的各種處理階段期間的橫截面、立面示意性圖解說明，其中：

圖6是在處理階段期間的結(jié)構(gòu)的橫截面、立面示意性圖解說明，所述結(jié)構(gòu)包含前驅(qū)物陷獲材料；

圖6A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的其中進(jìn)一步詳細(xì)圖解說明前驅(qū)物陷獲材料的圖6的結(jié)構(gòu)的橫截面、立面示意性圖解說明，其中所述前驅(qū)物陷獲材料經(jīng)形成以具有交替吸子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)；

圖6B是在圖6的處理階段之前進(jìn)行的處理階段的橫截面、立面示意性圖解說明，其中吸子材料經(jīng)轟擊以形成圖6的前驅(qū)物陷獲材料；

圖6C是在圖6的處理階段之前且在圖6A的處理階段之后的處理階段的橫截面、立面示意性圖解說明，其中交替吸子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)經(jīng)轟擊以形成圖6的前驅(qū)物陷獲材料；

圖6D是根據(jù)圖6A或6C的實(shí)施例的圖6的框6D的放大圖，其中簡化圖解說明圖6的前驅(qū)物陷獲材料的陷獲位點(diǎn)；

圖6E是在繼圖6D的處理階段之后的處理階段期間的圖6的框6D的放大圖，其中擴(kuò)散物質(zhì)已與圖6D的陷獲位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)以形成濃化中間陷獲材料；

圖6F是在繼圖6E的處理階段之后的處理階段期間的圖6的框6D的放大圖，其中圖6E的濃化中間陷獲材料中的吸子物質(zhì)及擴(kuò)散物質(zhì)已經(jīng)互混以形成非晶陷獲材料；

圖6G是根據(jù)實(shí)施例的在圖6的處理階段期間的框6D的放大圖，其中前驅(qū)物陷獲材料包括鈷(Co)、鐵(Fe)及鎢(W)；

圖6H是根據(jù)另一實(shí)施例的圖6的處理階段期間的框6D的放大圖，其中前驅(qū)物陷獲材料包括釕(Ru)及鎢(W)；

圖7是在繼圖6及6D的處理階段之后且在圖6E的處理階段之前的處理階段期間的結(jié)構(gòu)的橫截面、立面示意性圖解說明；

圖7A是圖7的框7A的放大圖，其中簡化圖解說明鄰近于圖6及圖6D的前驅(qū)物陷獲材料的前驅(qū)物磁性材料中的擴(kuò)散物質(zhì)；

圖8是在繼圖7及7A的處理階段之后且與圖6F的處理階段同時(shí)的處理階段期間的經(jīng)退火結(jié)構(gòu)的橫截面、立面示意性圖解說明；

圖8A是圖8的框8A的放大圖，其中簡化圖解說明來自圖7A的前驅(qū)物磁性材料的現(xiàn)在為圖6F的非晶陷獲材料中的擴(kuò)散物質(zhì)的擴(kuò)散物質(zhì)；

圖9A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驅(qū)物結(jié)構(gòu)的橫截面、立面示意性圖解說明；

圖9B是根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的在繼圖8的處理階段之后的處理階段期間的前驅(qū)物結(jié)構(gòu)的橫截面、立面示意性圖解說明；且

圖9C是圖解說明繼圖9B的處理階段之后的處理階段的圖9B的框9C的放大圖。

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)的存儲器單元的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的簡化框圖。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例實(shí)施的系統(tǒng)的簡化框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明揭示存儲器單元、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體裝置、存儲器系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、形成存儲器單元的方法及形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。在存儲器單元的制作期間，從磁性材料(其也可被表征為“前驅(qū)物磁性材料”)至少部分地移除“擴(kuò)散物質(zhì)”，此歸因于前驅(qū)物磁性材料接近于包含至少一種吸子物質(zhì)的“前驅(qū)物陷獲材料”。所述至少一種吸子物質(zhì)具有至少一個陷獲位點(diǎn)，且對所述擴(kuò)散物質(zhì)具有與所述擴(kuò)散物質(zhì)與所述前驅(qū)物磁性材料中的其它物質(zhì)之間的化學(xué)親和力相比更高的化學(xué)親和力。所述擴(kuò)散物質(zhì)可從前驅(qū)物磁性材料擴(kuò)散到前驅(qū)物陷獲材料。其中，所擴(kuò)散物質(zhì)可與吸子物質(zhì)在陷獲位點(diǎn)處鍵結(jié)。擴(kuò)散物質(zhì)從前驅(qū)物磁性材料(其形成可被表征為“耗盡磁性材料”的材料)的移除促進(jìn)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))。此外，所擴(kuò)散物質(zhì)存在于在前驅(qū)物陷獲材料(其形成可被表征為“濃化前驅(qū)物陷獲材料”的材料)中且使?jié)饣膀?qū)物陷獲材料的物質(zhì)互混可形成具有微結(jié)構(gòu)(例如，非晶微結(jié)構(gòu))的濃化陷獲材料，所述微結(jié)構(gòu)不會不利地影響磁性材料的結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)的能力。因此，耗盡磁性材料可結(jié)晶成微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)使包含耗盡磁性材料的存儲器單元能夠展現(xiàn)高隧道磁阻(“TMR”)且具有由一種或多種相鄰氧化物材料沿著磁性材料(例如，耗盡磁性材料)的界面誘發(fā)的磁各向異性(“MA”)。

如本文中所使用，術(shù)語“襯底”意指且包含上面形成有例如存儲器單元內(nèi)的那些組件等組件的基底材料或其它構(gòu)造。襯底可為半導(dǎo)體襯底、位于支撐結(jié)構(gòu)上的基底半導(dǎo)體材料、金屬電極或上面形成有一種或多種材料、一個或多個結(jié)構(gòu)或區(qū)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“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)上的硅外延層或者其它半導(dǎo)體或光電材料(例如硅-鍺(Si_1-xGe_x，其中x是(舉例來說)介于0.2與0.8之間的摩爾分?jǐn)?shù))、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)或磷化銦(InP)以及其它)。此外，當(dāng)在以下說明中提及“襯底”時(shí)，可能已利用先前工藝階段在基底半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)中形成材料、區(qū)或結(jié)。

如本文中所使用，術(shù)語“STT-MRAM單元”意指且包含磁性單元結(jié)構(gòu)，所述磁性單元結(jié)構(gòu)包含磁性單元核心，所述磁性單元核心包含安置于自由區(qū)與固定區(qū)之間的非磁性區(qū)。非磁性區(qū)可為呈磁性隧道結(jié)(“MTJ”)配置的電絕緣(例如，電介質(zhì))區(qū)。舉例來說，介于自由區(qū)與固定區(qū)之間的非磁性區(qū)可為氧化物區(qū)(本文中稱作“中間氧化物區(qū)”)。

如本文中所使用，術(shù)語“次級氧化物區(qū)”是指STT-MRAM單元的氧化物區(qū)而非中間氧化物區(qū)。次級氧化物區(qū)可經(jīng)調(diào)配且經(jīng)定位以用相鄰磁性材料誘發(fā)磁各向異性(“MA”)。

如本文中所使用，術(shù)語“磁性單元核心”意指且包含包括自由區(qū)及固定區(qū)的存儲器單元結(jié)構(gòu)，且在存儲器單元的使用及操作期間電流可通過(即，流過)所述存儲器單元結(jié)構(gòu)以影響自由區(qū)及固定區(qū)的磁性定向的平行配置或反平行配置。

如本文中所使用，術(shù)語“磁性區(qū)”意指展現(xiàn)磁性的區(qū)。磁性區(qū)包含磁性材料且也可包含一種或多種非磁性材料。

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

如本文中所使用，術(shù)語“CoFeB材料”及“CoFeB前驅(qū)物材料”意指且包含包括鈷(Co)、鐵(Fe)及硼(B)的材料(例如，Co_xFe_yB_z，其中x＝10到80，y＝10到80，且z＝0到50)。CoFeB材料或CoFeB前驅(qū)物材料可展現(xiàn)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“物質(zhì)”意指且包含來自元素周期表的構(gòu)成材料的一種元素或多種元素。舉例來說，且非限制性地，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“擴(kuò)散物質(zhì)”意指且包含材料的化學(xué)物質(zhì)，其在材料中的存在并非是材料的功能性所必需的或在至少一個情況中并非是所要的。舉例來說，且非限制性地，在磁性區(qū)的CoFeB材料中，在B(硼)結(jié)合Co及Fe的存在并非是使Co及Fe充當(dāng)磁性材料(即，展現(xiàn)磁性)所必需的條件下，B可被稱作擴(kuò)散物質(zhì)。在擴(kuò)散之后，“擴(kuò)散物質(zhì)”可稱作“所擴(kuò)散物質(zhì)”。

如本文中所使用，術(shù)語“耗盡”在用于描述材料時(shí)描述由擴(kuò)散物質(zhì)從前驅(qū)物材料被全部或部分移除所產(chǎn)生的材料。

如本文中所使用，術(shù)語“濃化”在用于描述材料時(shí)描述所擴(kuò)散物質(zhì)已添加(例如，轉(zhuǎn)移)到的材料。

如本文中所使用，術(shù)語“前驅(qū)物”在指代材料、區(qū)或結(jié)構(gòu)時(shí)意指且指代待轉(zhuǎn)變成所得材料、區(qū)或結(jié)構(gòu)的材料、區(qū)或結(jié)構(gòu)。舉例來說，且非限制性地，“前驅(qū)物材料”可指代將從中擴(kuò)散出物質(zhì)以將前驅(qū)物材料轉(zhuǎn)變成耗盡材料的材料；“前驅(qū)物材料”可指代物質(zhì)將擴(kuò)散到其中以將前驅(qū)物材料轉(zhuǎn)變成濃化材料的材料；“前驅(qū)物材料”可指代具有陷獲位點(diǎn)的不飽和材料，物質(zhì)將與所述陷獲位點(diǎn)化學(xué)鍵結(jié)以將所述“前驅(qū)物材料”轉(zhuǎn)換成其中一次可用陷獲位點(diǎn)現(xiàn)在由所述物質(zhì)占據(jù)的材料；且“前驅(qū)物結(jié)構(gòu)”可指代將被圖案化以將前驅(qū)物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成所得經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的材料或區(qū)的結(jié)構(gòu)。

如本文中所使用，除非上下文另有指示，否則術(shù)語“由...形成”在描述材料或區(qū)時(shí)是指已由產(chǎn)生前驅(qū)物材料或前驅(qū)物區(qū)的轉(zhuǎn)變的動作產(chǎn)生的材料或區(qū)。

如本文中所使用，術(shù)語“化學(xué)親和力”意指且指代不同化學(xué)物質(zhì)往往借以形成化學(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。舉例來說，經(jīng)描述為對第二材料的擴(kuò)散物質(zhì)具有與擴(kuò)散物質(zhì)與第二材料的其它物質(zhì)之間的化學(xué)親和力相比更高的化學(xué)親和力的第一材料意指且包含：包含擴(kuò)散物質(zhì)及來自第一材料的至少一種物質(zhì)的化學(xué)化合物的形成熱低于包含擴(kuò)散物質(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“不飽和材料”意指且指代包括具有至少一個陷獲位點(diǎn)的原子的材料。

如本文中所使用，術(shù)語“陷獲位點(diǎn)”意指且指代包括陷獲位點(diǎn)的材料的原子或結(jié)構(gòu)的配位不足、不穩(wěn)態(tài)性或懸空鍵或點(diǎn)缺陷中的至少一者。舉例來說，且非限制性地，“陷獲位點(diǎn)”包含原子上的未滿足價(jià)。由于未滿足配位或價(jià)，陷獲位點(diǎn)具有高反應(yīng)性，且在共價(jià)鍵結(jié)的情形中，懸空鍵的未配對電子與其它原子中的電子發(fā)生反應(yīng)以便填充原子的價(jià)殼。具有陷獲位點(diǎn)的原子可為固定化材料(例如，固體)中的自由基。

如本文中所使用，術(shù)語“非晶”在指代材料時(shí)意指且指代具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的材料。舉例來說，且非限制性地，“非晶”材料包含玻璃。

如本文中所使用，術(shù)語“固定區(qū)”意指且包含STT-MRAM單元內(nèi)的磁性區(qū)，所述磁性區(qū)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，因?yàn)橛绊憜卧诵牡囊粋€磁性區(qū)(例如，自由區(qū))的磁化方向的改變的電流或所施加場可不影響固定區(qū)的磁化方向的改變。固定區(qū)可包含一種或多種磁性材料及任選地一種或多種非磁性材料。舉例來說，固定區(qū)可被配置為包含由磁性子區(qū)鄰接的釕(Ru)子區(qū)的合成反鐵磁體(SAF)。coupler material另一選擇是，固定區(qū)可配置有交替的磁性材料子區(qū)與耦合劑材料子區(qū)的結(jié)構(gòu)。磁性子區(qū)中的每一者可在其中包含一種或多種材料及一個或多個區(qū)。作為另一實(shí)例，固定區(qū)可被配置為單一均質(zhì)磁性材料。因此，固定區(qū)可具有均勻磁化或不同磁化的子區(qū)，總體上說，此在STT-MRAM單元的使用及操作期間實(shí)現(xiàn)具有固定磁性定向的固定區(qū)。

如本文中所使用，術(shù)語“耦合劑”在指代材料、區(qū)或子區(qū)時(shí)意指且包含經(jīng)調(diào)配或以其它方式經(jīng)配置以反鐵磁性耦合相鄰磁性材料、區(qū)或子區(qū)的材料、區(qū)或子區(qū)。

如本文中所使用，術(shù)語“自由區(qū)”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)。磁性定向可通過電流或所施加場的施加而在平行配置與反平行配置之間切換。

如本文中所使用，“切換”意指且包含存儲器單元的使用及操作的階段，在所述階段期間編程電流通過STT-MRAM單元的磁性單元核心以實(shí)現(xiàn)自由區(qū)及固定區(qū)的磁性定向的平行或反平行配置。

如本文中所使用，“存儲”意指且包含存儲器單元的使用及操作的階段，在所述階段期間編程電流不通過STT-MRAM單元的磁性單元核心且其中并不有目的地更改自由區(qū)及固定區(qū)的磁性定向的平行或反平行配置。

如本文中所使用，術(shù)語“垂直”意指且包含垂直于相應(yīng)區(qū)的寬度及長度的方向。“垂直”還可意指且包含垂直于襯底的上面定位有STT-MRAM單元的主要表面的方向。

如本文中所使用，術(shù)語“水平”意指且包含平行于相應(yīng)區(qū)的寬度及長度中的至少一者的方向?！八健边€可意指且包含平行于襯底的上面定位有STT-MRAM單元的主要表面的方向。

如本文中所使用，術(shù)語“子區(qū)”意指且包含另一區(qū)中所包含的區(qū)。因此，一個磁性區(qū)可包含一個或多個磁性子區(qū)(即，磁性材料子區(qū))以及非磁性子區(qū)(即，非磁性材料子區(qū))。

如本文中所使用，術(shù)語“在…之間”是用以描述一種材料、區(qū)或子區(qū)相對于至少兩種其它材料、區(qū)或子區(qū)的相對安置的空間相對性術(shù)語。術(shù)語“在…之間”可囊括一種材料、區(qū)或子區(qū)直接鄰近于其它材料、區(qū)或子區(qū)的安置及一種材料、區(qū)或子區(qū)間接鄰近于其它材料、區(qū)或子區(qū)的安置兩者。

如本文中所使用，術(shù)語“接近于”是用以描述一種材料、區(qū)或子區(qū)靠近另一材料、區(qū)或子區(qū)的安置的空間相對性術(shù)語。術(shù)語“接近”包含間接鄰近、直接鄰近及在內(nèi)部安置。

如本文中所使用，將元件稱為在另一元件“上”或“上方”意指且包含所述元件直接在所述另一元件的頂部上、鄰近于所述另一元件、在所述另一元件下方或與所述另一元件直接接觸。其還包含元件間接在另一元件的頂部上、鄰近于另一元件、在另一元件的下方或在另一元件附近，而其之間存在其它元件。相比來說，當(dāng)將元件稱為“直接在”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，為便于說明，可使用其它空間相對性術(shù)語(例如，“下面”、“下部”、“底部”、“上面”、“上部”、“頂部”等)來描述如各圖中所圖解說明一個元件或特征與另一(些)元件或特征的關(guān)系。除非另有規(guī)定，否則空間相對性術(shù)語意欲除圖中所描繪的定向之外還囊括材料的不同定向。舉例來說，如果倒置各圖中的材料，那么被描述為在其它元件或特征的“下面”或“下方”或“底部上”的元件則將被定向?yàn)樵谒銎渌蛱卣鞯摹吧厦妗被颉绊敳可稀?。因此，術(shù)語“在...下面”取決于其中使用所述術(shù)語的上下文而可囊括在…上面及在…下面兩種定向，此對所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見的。材料可以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度、倒置等)且可相應(yīng)地解釋本文中所使用的空間相對性描述符。

如本文中所使用，術(shù)語“包括(comprise/comprising)”及/或“包含(include/including)”指明所陳述特征、區(qū)、階段、操作、元件、材料、組件及/或群組的存在，但不排除一個或多個其它特征、區(qū)、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)所列項(xiàng)目中的一者或多者的任何及全部組合。

如本文中所使用，單數(shù)形式“一(a、an)”及“所述(the)”意欲也包含復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確指示。

本文中所呈現(xiàn)的圖解說明并非意在作為任一特定材料、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。

本文中參考為示意性圖解說明的橫截面圖解說明來描述實(shí)施例。因此，預(yù)期圖解說明的形狀會由于(舉例來說)制造技術(shù)及/或公差而有所變化。因此，本文中所描述的實(shí)施例不應(yīng)理解為限于如所圖解說明的特定形狀或區(qū)，而是可包含因(舉例來說)制造技術(shù)所引起的形狀偏差。舉例來說，被圖解說明或描述為盒形的區(qū)可具有粗糙及/或非線性特征。此外，所圖解說明的銳角可為圓角。因此，各圖中所圖解說明的材料、特征及區(qū)在本質(zhì)上是示意性的，且其形狀并非意欲圖解說明材料、特征或區(qū)的精確形狀且并非限制本權(quán)利要求書的范圍。

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)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，可在不采用這些特定細(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)合業(yè)內(nèi)采用的常規(guī)半導(dǎo)體制作技術(shù)來實(shí)踐裝置及方法的實(shí)施例。

本文中所描述的制作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。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知工藝流程的其余部分。因此，本文中僅描述對于理解本發(fā)明裝置的及方法實(shí)施例所必需的方法及半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)。

除非上下文另外指示，否則本文中所描述的材料可通過包含但不限于旋涂、毯覆式涂覆、化學(xué)氣相沉積(“CVD”)、原子層沉積(“ALD”)、等離子增強(qiáng)型ALD、物理氣相沉積(“PVD”)(例如，濺鍍)或外延生長的任何適合技術(shù)而形成。取決于待形成的特定材料，可由所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員選擇用于沉積或生長材料的技術(shù)。

除非上下文另外指示，否則本文中所描述的材料的移除可通過包含但不限于蝕刻、離子研磨、磨料平面化或其它已知方法的任何適合技術(shù)而完成。

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

本發(fā)明揭示一種存儲器單元。所述存儲器單元包含磁性單元核心，所述磁性單元核心包含接近于磁性區(qū)的非晶區(qū)。所述非晶區(qū)由包括具有至少一個陷獲位點(diǎn)的至少一種吸子物質(zhì)的前驅(qū)物陷獲材料形成。所述吸子物質(zhì)對形成磁性區(qū)的前驅(qū)物磁性材料的擴(kuò)散物質(zhì)具有化學(xué)親和力。因此，所述吸子物質(zhì)經(jīng)選擇以從前驅(qū)物磁性材料吸引擴(kuò)散物質(zhì)，且前驅(qū)物陷獲材料配置有其陷獲位點(diǎn)以提供所擴(kuò)散物質(zhì)可與吸子物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)且鍵結(jié)到所述吸子物質(zhì)的位點(diǎn)。

為促進(jìn)陷獲位點(diǎn)存在于前驅(qū)物陷獲材料中，前驅(qū)物陷獲材料可經(jīng)配置以包含多種吸子物質(zhì)的交替子區(qū)，使得陷獲位點(diǎn)在子區(qū)之間的多個界面處是普遍的。另一選擇是或另外，可通過(例如)用“轟擊物質(zhì)”來轟擊前驅(qū)物陷獲材料而在材料中形成額外陷獲位點(diǎn)來促進(jìn)陷獲位點(diǎn)的存在。前驅(qū)物陷獲材料中一種或多種吸子物質(zhì)的陷獲位點(diǎn)的濃度增加會將前驅(qū)物陷獲材料配置成從前驅(qū)物磁性材料吸引擴(kuò)散物質(zhì)且將所擴(kuò)散物質(zhì)至少大致上保留于濃化陷獲材料中。

擴(kuò)散物質(zhì)從前驅(qū)物磁性材料的移除可實(shí)現(xiàn)并改善耗盡磁性材料的結(jié)晶。舉例來說，一旦已從前驅(qū)物磁性材料移除擴(kuò)散物質(zhì)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)可從相鄰結(jié)晶材料(例如，結(jié)晶氧化物材料)傳播到耗盡磁性材料。此外，一旦所擴(kuò)散物質(zhì)與濃化陷獲材料的至少一種吸子物質(zhì)及任何其它物質(zhì)(如果存在)互混，濃化陷獲材料便可保持或變成非晶的。濃化陷獲材料的非晶本質(zhì)可不對抗或以其它方式不利地影響晶體結(jié)構(gòu)從鄰近結(jié)晶材料材料到耗盡磁性材料的傳播。在一些實(shí)施例中，濃化陷獲材料甚至在高溫(例如，大于約300℃，例如，大于約500℃)下可為非晶的。因此，高溫退火可用于促進(jìn)耗盡磁性材料的結(jié)晶而不使?jié)饣莴@材料結(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200％)。此外，所擴(kuò)散物質(zhì)經(jīng)由一次可用陷獲位點(diǎn)保留于濃化陷獲材料中可抑制所擴(kuò)散物質(zhì)干擾沿著磁性區(qū)與鄰近中間氧化物區(qū)之間的界面的MA誘發(fā)。在不限于任何一種理論的情況下，預(yù)期非磁性材料與磁性材料之間的鍵結(jié)(例如，磁性區(qū)中的鐵(Fe)與非磁性區(qū)中的氧(O)，即，鐵氧(Fe-O)鍵結(jié))可促進(jìn)MA強(qiáng)度。界面處較少或無擴(kuò)散物質(zhì)可使得能夠形成更多MA誘發(fā)鍵結(jié)。因此，不存在所擴(kuò)散物質(zhì)對MA誘發(fā)鍵結(jié)的干擾可實(shí)現(xiàn)高M(jìn)A強(qiáng)度。因此，具有由具有陷獲位點(diǎn)的前驅(qū)物陷獲材料形成的非晶、濃化陷獲區(qū)的磁性存儲器單元可形成有高TMR及高M(jìn)A強(qiáng)度兩者。

圖1圖解說明根據(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包含位于襯底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)及另一磁性區(qū)(舉例來說，分別為“固定區(qū)”110及“自由區(qū)”120)，其間具有氧化物區(qū)(例如，“中間氧化物區(qū)”130)。中間氧化物區(qū)130可被配置為隧道區(qū)且可沿著界面131接觸固定區(qū)110且可沿著界面132接觸自由區(qū)120。

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

繼續(xù)參考圖1，一個或多個下部中間區(qū)140可任選地安置于磁性區(qū)(例如，固定區(qū)110及自由區(qū)120)下方，且一個或多個上部中間區(qū)150可任選地安置于磁性單元結(jié)構(gòu)100的磁性區(qū)上方。下部中間區(qū)140及上部中間區(qū)150(如果包含)可經(jīng)配置以在存儲器單元的操作期間抑制物質(zhì)分別在下部電極105與上覆材料之間以及在上部電極104與下伏材料之間擴(kuò)散。

自由區(qū)120是接近于陷獲區(qū)180而形成。陷獲區(qū)180由包括具有陷獲位點(diǎn)的至少一種吸子物質(zhì)的前驅(qū)物陷獲材料形成。前驅(qū)物陷獲材料在本文中還稱作“不飽和吸子材料”。陷獲位點(diǎn)可由于(舉例來說且非限制性地)吸子物質(zhì)的交替子區(qū)的不匹配晶格結(jié)構(gòu)、用轟擊物質(zhì)(例如，離子及等離子)轟擊吸子材料以形成陷獲位點(diǎn)(即，通過使現(xiàn)有鍵斷裂)或兩者而形成。

吸子物質(zhì)被調(diào)配成對來自相鄰前驅(qū)物磁性材料的擴(kuò)散物質(zhì)的化學(xué)親和力高于所述相鄰前驅(qū)物磁性材料的其它物質(zhì)與所述擴(kuò)散物質(zhì)之間的化學(xué)親和力。擴(kuò)散物質(zhì)最初存在于前驅(qū)物磁性材料中可抑制前驅(qū)物磁性材料的結(jié)晶，但陷獲區(qū)180接近于前驅(qū)物磁性材料可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散物質(zhì)從前驅(qū)物磁性材料到陷獲區(qū)180的材料的擴(kuò)散。一旦經(jīng)擴(kuò)散，所擴(kuò)散物質(zhì)可在陷獲位點(diǎn)處與吸子物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

從前驅(qū)物磁性材料移除擴(kuò)散物質(zhì)會留下能夠結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001))的耗盡磁性材料(即，具有與擴(kuò)散之前的濃度相比較低的濃度的擴(kuò)散物質(zhì)的磁性材料)?？墒顾w結(jié)構(gòu)從一種或多種相鄰材料(例如，中間氧化物區(qū)130的氧化物)傳播。經(jīng)結(jié)晶的耗盡磁性材料(具有所要晶體結(jié)構(gòu))可展現(xiàn)高TMR(例如，大于約100％(約1.00)，例如，大于約200％(約2.00))。

在一些實(shí)施例中，陷獲區(qū)180可經(jīng)調(diào)配成非晶的且在相鄰耗盡磁性材料結(jié)晶時(shí)保持非晶。在一些此類實(shí)施例中，陷獲區(qū)180的前驅(qū)物材料可在最初形成時(shí)是非非晶的(即，結(jié)晶的)，但一旦來自前驅(qū)物磁性材料的所擴(kuò)散物質(zhì)已被接收且與陷獲區(qū)180的前驅(qū)物材料互混(例如，在退火期間)，前驅(qū)物材料即可轉(zhuǎn)換成非晶結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，陷獲區(qū)180的前驅(qū)物材料可在最初形成時(shí)是非晶的且可甚至在高溫下(例如，在退火期間)且甚至一旦濃化有所擴(kuò)散物質(zhì)也保持非晶的。因此，陷獲區(qū)180的材料可并不抑制相鄰耗盡磁性材料的結(jié)晶。

陷獲區(qū)180的厚度、組合物及結(jié)構(gòu)可經(jīng)選擇以在陷獲區(qū)180中提供充足量的不飽和吸子材料(即，充足數(shù)目個陷獲位點(diǎn))，從而具有從相鄰前驅(qū)物磁性材料接收所擴(kuò)散物質(zhì)并與其鍵結(jié)的所要能力。與較薄陷獲區(qū)相比，較厚陷獲區(qū)可對所擴(kuò)散物質(zhì)具有相對較高容量。根據(jù)例如圖1中所圖解說明的實(shí)施例等實(shí)施例，陷獲區(qū)180的厚度可介于約(約1.0nm)到約(約10.0nm)之間。

參考圖1B，在一些實(shí)施例中，可存在額外陷獲區(qū)。舉例來說，另一陷獲區(qū)182可包含于磁性單元核心101(圖1)中。另一陷獲區(qū)182可接近于固定區(qū)110″的磁性材料(例如，最初為前驅(qū)物磁性材料，且隨后為耗盡磁性材料)。在一些實(shí)施例中，另一陷獲區(qū)182可在氧化物鄰近部分114與電極鄰近部分117之間形成固定區(qū)110″的中間部分。

另一陷獲區(qū)182還包含至少一種吸子物質(zhì)，所述至少一種吸子物質(zhì)可與鄰近于自由區(qū)120的陷獲區(qū)180的吸子物質(zhì)相同或不同。另一陷獲區(qū)182的至少一種吸子物質(zhì)在接收到所擴(kuò)散物質(zhì)之前也包含陷獲位點(diǎn)。因此，另一陷獲區(qū)182可經(jīng)調(diào)配、結(jié)構(gòu)化及安置以便從(例如，氧化物鄰近部分114的)相鄰前驅(qū)物磁性材料吸引擴(kuò)散物質(zhì)且與所擴(kuò)散物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)以促進(jìn)耗盡磁性材料的結(jié)晶。例如，一旦所擴(kuò)散物質(zhì)已鍵結(jié)到吸子物質(zhì)且吸子物質(zhì)與所擴(kuò)散物質(zhì)已互混，另一陷獲區(qū)182便可為非晶的。因此濃化有所擴(kuò)散物質(zhì)的另一陷獲區(qū)182可在相鄰耗盡磁性材料結(jié)晶時(shí)保持非晶，以便不干擾結(jié)晶。

繼續(xù)參考圖1，在陷獲區(qū)180接近于自由區(qū)120的實(shí)施例中，陷獲區(qū)180可通過一個或多個其它區(qū)(例如，通過自由區(qū)120及中間氧化物區(qū)130)與固定區(qū)110物理隔離。因此，陷獲區(qū)180的物質(zhì)可不與固定區(qū)110的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

在例如圖1B的實(shí)施例等實(shí)施例中，接近于固定區(qū)110″的另一陷獲區(qū)182可通過一個或多個其它區(qū)(例如，通過固定區(qū)110″的氧化物鄰近部分114且通過中間氧化物區(qū)130)與自由區(qū)120物理隔離。因此，另一陷獲區(qū)182的物質(zhì)可不與自由區(qū)120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被配置為“頂部釘扎式”存儲器單元，即，其中固定區(qū)110安置于自由區(qū)120上方的存儲器單元。磁性單元結(jié)構(gòu)100還包含單一氧化物區(qū)(即，中間氧化物區(qū)130)，所述單一氧化物區(qū)可經(jīng)配置以在自由區(qū)120中誘發(fā)MA且充當(dāng)由自由區(qū)120、中間氧化物區(qū)130及固定區(qū)110的相互作用實(shí)現(xiàn)的磁性隧道結(jié)(MTJ)的隧道區(qū)。

另一選擇是，參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，磁性單元結(jié)構(gòu)200可被配置為具有含有雙重MA誘發(fā)氧化物區(qū)(例如，中間氧化物區(qū)130及次級氧化物區(qū)270)的磁性單元核心201的頂部釘扎式存儲器單元。在一些實(shí)施例(例如圖2中所圖解說明的實(shí)施例)中，次級氧化物區(qū)270可形成于基礎(chǔ)區(qū)260上方(例如，直接在其上)，使得基礎(chǔ)區(qū)260的上部表面及次級氧化物區(qū)270的下部表面可彼此接觸。

基礎(chǔ)區(qū)260可提供上面形成有上覆材料(例如次級氧化物區(qū)270的材料)的平滑模板。在一些實(shí)施例中，基礎(chǔ)區(qū)260經(jīng)調(diào)配且經(jīng)配置以使得能夠?qū)⒋渭壯趸飬^(qū)270形成為展現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)，所述晶體結(jié)構(gòu)使得能夠在次級氧化物區(qū)270上方以所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)晶體結(jié)構(gòu))來形成自由區(qū)120。舉例來說，且非限制性地，基礎(chǔ)區(qū)260可使得次級氧化物區(qū)270能夠在其上形成有bcc(001)晶體結(jié)構(gòu)或稍后結(jié)晶成bcc(001)晶體結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)可傳播到將形成自由區(qū)120的耗盡磁性材料。

在一些實(shí)施例中，基礎(chǔ)區(qū)260可直接形成于下部電極105上。在其它實(shí)施例(例如圖2中所圖解說明的實(shí)施例)中，基礎(chǔ)區(qū)260可形成于一個或多個下部中間區(qū)140上。

在磁性單元核心201中，雙重氧化物區(qū)中的第二者(即，次級氧化物區(qū)270)可接近于自由區(qū)120而安置，例如，鄰近于自由區(qū)120的與自由區(qū)120接近于中間氧化物區(qū)130的表面相對的表面。因此，次級氧化物區(qū)270可通過自由區(qū)120與中間氧化物區(qū)130間隔開。

陷獲區(qū)280可將自由區(qū)120與次級氧化物區(qū)270分離。然而，預(yù)期，陷獲區(qū)280可形成為實(shí)現(xiàn)自由區(qū)120與次級氧化物區(qū)270之間的MA誘發(fā)的厚度，甚至而不需使自由區(qū)120與次級氧化物區(qū)270直接物理接觸。舉例來說，陷獲區(qū)280的厚度可為薄的(例如，小于約(小于約0.6nm)(例如，高度介于約(約0.25nm)與約(約0.5nm)之間)。因此，陷獲區(qū)280可大致上不使氧化物區(qū)(例如，次級氧化物區(qū)270)與磁性區(qū)(例如，自由區(qū)120)之間的MA誘發(fā)降級。因此，磁性區(qū)可結(jié)晶成在相鄰氧化物區(qū)促進(jìn)高M(jìn)A強(qiáng)度時(shí)促進(jìn)高TMR的結(jié)構(gòu)。

在圖2的頂部釘扎式、雙重氧化物區(qū)配置中，另一選擇是，固定區(qū)110可被配置為圖1A的固定區(qū)110′或圖1B的固定區(qū)110″，如上文所論述。因此，與圖1B的固定區(qū)110″一樣，磁性單元結(jié)構(gòu)200可包含多個陷獲區(qū)(例如，陷獲區(qū)280(圖2)及另一陷獲區(qū)182(圖1B))。

關(guān)于圖2C，在此實(shí)施例中或在本文中所揭示的任何其它磁性單元結(jié)構(gòu)實(shí)施例中，陷獲區(qū)280可通過一個或多個中間區(qū)290與相鄰磁性區(qū)(例如，自由區(qū)120)間隔開。此中間區(qū)290可經(jīng)調(diào)配且經(jīng)配置以允許擴(kuò)散物質(zhì)從磁性區(qū)(例如，自由區(qū)120)擴(kuò)散到陷獲區(qū)280。

本發(fā)明的實(shí)施例的存儲器單元可被配置為平面外STT-MRAM單元(如圖1及2中)，或被配置為平面內(nèi)STT-MRAM單元(如圖3中所圖解說明)。“平面內(nèi)”STT-MRAM單元包含展現(xiàn)主要沿水平方向定向的磁性定向的磁性區(qū)，而“平面外”STT-MRAM單元包含展現(xiàn)主要沿垂直方向定向的磁性定向的磁性區(qū)。舉例來說，如圖1中所圖解說明，STT-MRAM單元可經(jīng)配置以在磁性區(qū)(例如，固定區(qū)110及自由區(qū)120)中的至少一者中展現(xiàn)垂直磁性定向。所展現(xiàn)的垂直磁性定向可由垂直磁各向異性(“PMA”)強(qiáng)度來表征。如圖1中通過箭頭112及雙頭箭頭122所指示，在一些實(shí)施例中，固定區(qū)110及自由區(qū)120中的每一者可展現(xiàn)垂直磁性定向。固定區(qū)110的磁性定向可在STT-MRAM單元的整個操作中保持沿基本上相同方向定向，舉例來說，沿由圖1的箭頭112指示的方向。另一方面，自由區(qū)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之間切換，如由圖1的雙頭箭頭122指示。作為另一實(shí)例，如圖3中所圖解說明，平面內(nèi)STT-MRAM單元可經(jīng)配置以在磁性區(qū)(例如，固定區(qū)310及自由區(qū)320)中的至少一者中展現(xiàn)水平磁性定向，如由固定區(qū)310中的箭頭312及自由區(qū)320中的雙頭箭頭322所指示。盡管圖3僅圖解說明固定區(qū)310、中間氧化物區(qū)130及自由區(qū)320，但上覆區(qū)可為上覆于圖1及2的固定區(qū)110上的那些區(qū)且下伏區(qū)可為下伏于圖1及2中的自由區(qū)120下的那些區(qū)。

盡管在一些實(shí)施例(例如圖1及2的實(shí)施例)中，固定區(qū)110可上覆于自由區(qū)120上，但在其它實(shí)施例(例如圖4A、4B及5中的實(shí)施例)中，固定區(qū)110可下伏于自由區(qū)120下。舉例來說，且非限制性地，在圖4A中，圖解說明具有磁性單元核心401的磁性單元結(jié)構(gòu)400，其中固定區(qū)410上覆于下部電極105及(如果存在)下部中間區(qū)140上。基礎(chǔ)區(qū)260(圖2)(圖4A中未圖解說明)可任選地包含于(例如)下部電極105(或下部中間區(qū)140，如果存在)與固定區(qū)410之間。固定區(qū)410可(舉例來說且非限制性地)被配置為多子區(qū)固定區(qū)410，其具有電極鄰近部分417，電極鄰近部分417可被配置為交替結(jié)構(gòu)(如在圖1A及1B的電極鄰近部分117中)。(例如)均質(zhì)磁性材料的氧化物鄰近部分113可上覆于電極鄰近部分417上。子區(qū)(例如圖1A的中間部分115)可安置于電極鄰近部分417與氧化物鄰近部分113之間。中間氧化物區(qū)130可上覆于固定區(qū)410上，且自由區(qū)420可上覆于中間氧化物區(qū)130上。

陷獲區(qū)480可接近于固定區(qū)410及自由區(qū)420中的至少一者。舉例來說，如圖4A中所圖解說明，陷獲區(qū)480可上覆于自由區(qū)420上。在其它實(shí)施例中(圖4A中未圖解說明)，陷獲區(qū)480或另一陷獲區(qū)可(另一選擇是或另外)下伏于自由區(qū)420上或安置于自由區(qū)420內(nèi)部。

無論如何，陷獲區(qū)480是由前驅(qū)物陷獲材料接近于前驅(qū)物磁性材料(例如，將形成自由區(qū)420的材料)而形成。所述前驅(qū)物陷獲材料包含至少一種吸子物質(zhì)，所述至少一種吸子物質(zhì)具有陷獲位點(diǎn)、經(jīng)調(diào)配及結(jié)構(gòu)化以從前驅(qū)物磁性材料吸引所擴(kuò)散物質(zhì)且與其發(fā)生反應(yīng)以促進(jìn)耗盡磁性材料結(jié)晶成實(shí)現(xiàn)高TMR的所要晶體結(jié)構(gòu)。

上部電極104及(如果存在)上部中間區(qū)150可上覆于陷獲區(qū)480及自由區(qū)420上。因此，磁性單元結(jié)構(gòu)400被配置為具有單一MA誘發(fā)氧化物區(qū)(例如，中間氧化物區(qū)130)的“底部釘扎式”存儲器單元。

參考圖4B，被配置為具有單一MA誘發(fā)氧化物區(qū)的底部釘扎式存儲器單元的磁性單元結(jié)構(gòu)400′的替代實(shí)施例可包含與圖4A的磁性單元結(jié)構(gòu)400大致上相同的結(jié)構(gòu)，但其中磁性單元核心401′的固定區(qū)410′包含另一陷獲區(qū)482而非圖4A的固定區(qū)410的中間部分115。因此，磁性單元核心401′還可包含耗盡氧化物鄰近部分414而非圖4A的非耗盡氧化物鄰近部分113。

參考圖5，其圖解說明也被配置為底部釘扎式存儲器單元的磁性單元結(jié)構(gòu)500。所圖解說明存儲器單元結(jié)構(gòu)500包含具有雙重氧化物區(qū)(例如，中間氧化物區(qū)130及次級氧化物區(qū)570)的磁性單元核心501。次級氧化物區(qū)570可位于上部電極104下面且位于自由區(qū)420及陷獲區(qū)480兩者上方。

在此實(shí)施例中，或在本文中所描述的任何其它實(shí)施例中，陷獲區(qū)480可并入有次級氧化物區(qū)570，例如，作為次級氧化物區(qū)570的一個或多個子區(qū)。此并入有陷獲及氧化物的區(qū)可在本文中稱作“陷獲氧化物區(qū)”。舉例來說，如圖5A中所圖解說明，陷獲氧化物區(qū)578可包含與離散次級氧化物區(qū)570′相互間置的離散陷獲子區(qū)480′。然而，離散陷獲子區(qū)480′可由前驅(qū)物陷獲材料形成，所述前驅(qū)物陷獲材料具有含有可鍵結(jié)到的已從前驅(qū)物磁性材料擴(kuò)散的所擴(kuò)散物質(zhì)的陷獲位點(diǎn)的吸子物質(zhì)。

本文中所揭示的實(shí)施例中的任一者的陷獲區(qū)(例如，陷獲區(qū)180(圖1))可為大致上連續(xù)的(即，所述區(qū)的材料中不具有間隙)。然而，在其它實(shí)施例中，根據(jù)本文中所揭示的實(shí)施例中的任一者，陷獲區(qū)可為不連續(xù)的(即，在所述區(qū)的材料之間可具有間隙)。

在本文所述的實(shí)施例中的任一者中，可分別反轉(zhuǎn)固定區(qū)110(圖1及2)、110′(圖1A)、110″(圖1B)、310(圖3)、410(圖4A)、410′(圖4B及5)、中間氧化物區(qū)130(圖1到2及3到5)，自由區(qū)120(圖1及2)、320(圖3)、420(圖4A、4B及5)、陷獲區(qū)180(圖1)、182(圖1B)、280(圖2)、480(圖4A、4B及5)、482(圖4B及5)、次級氧化物區(qū)270(圖2)、570(圖5)(如果存在)、陷獲氧化物區(qū)578(圖5A)(如果存在)以及任何子區(qū)(如果存在)的相對安置。即使被反轉(zhuǎn)，中間氧化物區(qū)130也安置在自由區(qū)120(圖1及2)、320(圖3)、420(圖4A、4B、及5)與固定區(qū)110(圖1及2)、110′(圖1A)、110″(圖1B)、310(圖3)、410(圖4A)、410′(圖4B及5)之間，其中至少一個陷獲區(qū)(例如，陷獲區(qū)180(圖1)、另一陷獲區(qū)182(圖1B)、陷獲區(qū)280(圖2)、陷獲區(qū)480(圖4A、4B及5)、另一陷獲區(qū)482(圖4B及5)、陷獲氧化物區(qū)578(圖5A))接近于磁性區(qū)中的至少一者(例如，自由區(qū)120(圖1及2)、320(圖3)、420(圖4A、4B及5)及固定區(qū)110(圖1及2)、110′(圖1A)、110″(圖1B)、310(圖3)、410(圖4A)、410′(圖4B及5)中的至少一者)的前驅(qū)物磁性材料。

在其它實(shí)施例(未圖解說明)中，陷獲區(qū)可包含橫向鄰近于磁性區(qū)(例如，自由區(qū)120)的一部分。所述橫向鄰近部分可為對垂直相鄰部分的添加或替代方案。

因此，揭示一種包括磁性單元核心的存儲器單元。所述磁性單元核心包括磁性區(qū)，所述磁性區(qū)包括由前驅(qū)物磁性材料形成的耗盡磁性材料，所述前驅(qū)物磁性材料包括至少一種擴(kuò)散物質(zhì)及至少一種其它物質(zhì)。所述耗盡磁性材料包括所述至少一種其它物質(zhì)。所述磁性單元核心還包括另一磁性區(qū)及介于所述磁性區(qū)與另一磁性區(qū)之間的氧化物區(qū)。非晶區(qū)接近于所述磁性區(qū)。所述非晶區(qū)由包括至少一種吸子物質(zhì)的前驅(qū)物陷獲材料形成，所述至少一種吸子物質(zhì)具有至少一個陷獲位點(diǎn)且對至少一種擴(kuò)散物質(zhì)的化學(xué)親和力高于至少一種其它物質(zhì)對所述至少一種擴(kuò)散物質(zhì)的化學(xué)親和力。所述非晶區(qū)包括所述至少一種吸子物質(zhì)，所述至少一種吸子物質(zhì)鍵結(jié)到來自所述前驅(qū)物磁性材料的至少一種擴(kuò)散物質(zhì)。

參考圖6到9C，其圖解說明制作磁性單元結(jié)構(gòu)(例如圖1的磁性單元結(jié)構(gòu)100)的方法中且根據(jù)圖1A及1B的實(shí)施例的階段。如圖6中所圖解說明，中間結(jié)構(gòu)600可形成有形成于襯底102上方的導(dǎo)電材料605及位于導(dǎo)電材料605上方的前驅(qū)物陷獲材料680。任選地，在于導(dǎo)電材料605上方形成前驅(qū)物陷獲材料680之前，可先在導(dǎo)電材料605上方形成一種或多種下部中間材料640。

在例如可用于形成圖2的磁性單元結(jié)構(gòu)200或包括基底次級氧化物區(qū)(例如，次級氧化物區(qū)270(圖2))的另一結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施例中，可在導(dǎo)電材料605及下部中間材料640(如果存在)上方形成基礎(chǔ)材料(未展示)。在于所述基礎(chǔ)材料上方形成前驅(qū)物陷獲材料680之前，可先在所述基礎(chǔ)材料上方形成氧化物材料(未展示)。

形成下部電極105(圖1、2、4A、4B及5)的導(dǎo)電材料605可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：(舉例來說且非限制性地)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)140(圖1、2、4A、4B及5)形成于下部電極105上方的實(shí)施例中，形成下部中間區(qū)140的下部中間材料640可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：(舉例來說且非限制性地)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640(如果包含)可并入有將形成下部電極105(圖1、2、4A、4B及5)的導(dǎo)電材料605。舉例來說，下部中間材料640可為導(dǎo)電材料605的最上部子區(qū)。

在其中基礎(chǔ)材料形成于導(dǎo)電材料上方(猶如形成圖2的磁性單元結(jié)構(gòu)200)的實(shí)施例中，基礎(chǔ)材料可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：(舉例來說且非限制性地)包括鈷(Co)及鐵(Fe)中的至少一者的材料(例如，CoFeB材料)、包括非磁性材料的材料(例如，非磁性導(dǎo)電材料(例如，基于鎳的材料))或其組合?；A(chǔ)材料可經(jīng)調(diào)配且經(jīng)配置以提供使得能夠在其上方以所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)晶體結(jié)構(gòu))形成材料(例如，氧化物材料)的模板。

此外，在用以形成圖2的磁性單元結(jié)構(gòu)200的實(shí)施例中，將形成次級氧化物區(qū)270(圖2)的氧化物材料可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：(舉例來說且非限制性地)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區(qū)的其它氧化物材料)。所述氧化物材料可直接形成(例如，生長、沉積)于基礎(chǔ)材料(如果存在)上。在其中基礎(chǔ)材料在最初形成時(shí)為非晶的實(shí)施例中，所得氧化物材料可在最初形成于基礎(chǔ)材料上方時(shí)是結(jié)晶的(例如，具有bcc(001)晶體結(jié)構(gòu))。

前驅(qū)物陷獲材料680可通過(舉例來說且非限制性地)將至少一種吸子物質(zhì)濺鍍于先前所形成材料上方而形成。前驅(qū)物陷獲材料680經(jīng)調(diào)配(即，選擇至少一種吸子物質(zhì))以對來自將鄰近前驅(qū)物陷獲材料680形成的前驅(qū)物磁性材料的擴(kuò)散物質(zhì)具有與所述擴(kuò)散物質(zhì)與前驅(qū)物磁性材料的其它物質(zhì)之間的化學(xué)親和力相比更高的化學(xué)親和力。因此，前驅(qū)物陷獲材料680經(jīng)調(diào)配以從前驅(qū)物磁性材料吸引擴(kuò)散物質(zhì)。

在一些實(shí)施例中，前驅(qū)物陷獲材料680中的每一物質(zhì)可經(jīng)調(diào)配以對來自前驅(qū)物磁性材料的所擴(kuò)散物質(zhì)具有化學(xué)親和力(即，兼容而與其化學(xué)鍵結(jié))。在其它實(shí)施例中，前驅(qū)物陷獲材料680的并非全部的物質(zhì)可經(jīng)調(diào)配以對擴(kuò)散物質(zhì)具有所要化學(xué)親和力。因此，前驅(qū)物陷獲材料680可包含不與所擴(kuò)散物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)或可由與所擴(kuò)散物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)組成或基本上由與所擴(kuò)散物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)組成。

參考圖6到6F，前驅(qū)物陷獲材料680經(jīng)結(jié)構(gòu)化且經(jīng)調(diào)配以提供至少一種吸子物質(zhì)684、686(圖6A及6C到6F)的至少一個陷獲位點(diǎn)687(圖6D)。陷獲位點(diǎn)687(圖6D)使擴(kuò)散物質(zhì)(一旦從前驅(qū)物磁性材料擴(kuò)散)能夠與至少一種吸子物質(zhì)684、686中的至少一者鍵結(jié)，使得所擴(kuò)散物質(zhì)可保留于本文中被稱作“濃化前驅(qū)物陷獲材料”681(圖6E)的材料中。

將前驅(qū)物陷獲材料680結(jié)構(gòu)化成包含陷獲位點(diǎn)687(圖6D)可包含形成在吸子物質(zhì)684、686的相鄰子區(qū)之間具有不匹配晶體晶格的結(jié)構(gòu)的前驅(qū)物陷獲材料680。如本文中所使用，術(shù)語“不匹配晶體晶格”指代彼此未對準(zhǔn)的相鄰物質(zhì)的晶體晶格結(jié)構(gòu)，使得將使物質(zhì)完全飽和的物質(zhì)之間的1:1鍵結(jié)可不容易實(shí)現(xiàn)。舉例來說，參考圖6A及6D，多種吸子物質(zhì)684、686可彼此上下形成，以形成具有在吸子物質(zhì)684、686中的兩者彼此鄰接處形成的界面685的交替結(jié)構(gòu)。參考圖6D，此不匹配晶體晶格結(jié)構(gòu)可在吸子物質(zhì)684、686的原子684′、686′、686″上留下陷獲位點(diǎn)687。陷獲位點(diǎn)687可至少部分地由于吸子物質(zhì)684、686的晶體晶格結(jié)構(gòu)之間的不匹配而尤其占據(jù)物質(zhì)之間的界面685。

在不受限于任何特定理論的情況下，預(yù)期界面685的數(shù)目越大，且因此吸子物質(zhì)684、686的交替子區(qū)的數(shù)目越大，可包含于前驅(qū)物陷獲材料680中的陷獲位點(diǎn)687的數(shù)目即越大。每一個別子區(qū)的厚度可為最小的(例如，大約一個原子厚或數(shù)個原子厚)，其中此中間結(jié)構(gòu)600′的總厚度經(jīng)修整以提供最大數(shù)目個陷獲位點(diǎn)687(即，在后續(xù)處理動作期間，所擴(kuò)散物質(zhì)的潛在鍵結(jié)位點(diǎn))而不使待形成的單元的其它特性(例如，電阻率)降級。

在一些實(shí)施例中，前驅(qū)物陷獲材料680可包含過渡金屬(例如，鎢(W)、鉿(Hf)、鉬(Mo)及鋯(Zr))作為吸子物質(zhì)684、686(例如，圖6A及6C到6F的吸子物質(zhì)684)中的至少一者且包含鐵(Fe)、鈷(Co)、釕(Ru)及鎳(Ni)中的至少一者作為吸子化學(xué)品(例如，圖6A及6C到6F的吸子物質(zhì)686)中的至少另一者。

在一個特定實(shí)施例(并非限制性地)中，前驅(qū)物陷獲材料680可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：鈷及鐵(作為一種類型的吸子物質(zhì)(例如，吸子物質(zhì)686))及鎢(W)(作為另一吸子物質(zhì)(例如，吸子物質(zhì)684))。鈷-鐵及鎢中的每一者可對經(jīng)調(diào)配為CoFeB磁性材料的相鄰前驅(qū)物磁性材料的擴(kuò)散物質(zhì)(例如硼(B))具有化學(xué)親和力。至少鎢對硼的化學(xué)親和力可大于硼與前驅(qū)物磁性材料的其它物質(zhì)(例如，鈷及鐵)之間的化學(xué)親和力。

在另一特定實(shí)例(并非限制性地)中，前驅(qū)物陷獲材料680可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：釕(Ru)(作為一種吸子物質(zhì))及鎢(W)(作為另一吸子物質(zhì))。此外，釕及鎢中的每一者可對擴(kuò)散物質(zhì)(例如，硼(B))具有化學(xué)親和力。

參考圖6B，用于將前驅(qū)物陷獲材料680結(jié)構(gòu)化成包含陷獲位點(diǎn)687(圖6D)的另一方法是：在襯底102上方形成吸子材料680″(其在最初形成時(shí)可未必是不飽和的)，且接著用來自等離子的(例如)一個或多個離子或自由基作為轟擊物質(zhì)來轟擊吸子材料680″以在吸子材料680″的微結(jié)構(gòu)中誘發(fā)點(diǎn)缺陷、不穩(wěn)態(tài)鍵結(jié)、配位不足位點(diǎn)或懸空鍵(即，陷獲位點(diǎn))。舉例來說，轟擊物質(zhì)(例如氬(Ar)、氮(N)、氦(He)、氙(Xe))可如由箭頭688所指示被驅(qū)動到中間結(jié)構(gòu)600″的吸子材料680″中以使經(jīng)占據(jù)鍵斷裂且形成陷獲位點(diǎn)687(圖6D)。在此些實(shí)施例中，轟擊物質(zhì)可保留于前驅(qū)物陷獲材料680(圖6及6D)中。

參考圖6C，可使用技術(shù)組合來將前驅(qū)物陷獲材料680結(jié)構(gòu)化成包含陷獲位點(diǎn)687(圖6D)。舉例來說，具有不匹配晶體晶格結(jié)構(gòu)的圖6A的中間結(jié)構(gòu)600′可經(jīng)受圖6B的轟擊688過程。經(jīng)轟擊不匹配晶體晶格中間結(jié)構(gòu)600″′可包含多于可僅由圖6A及6B的技術(shù)產(chǎn)生的陷獲位點(diǎn)的陷獲位點(diǎn)687(圖6D)。

在后續(xù)處理期間，例如在退火階段期間，擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)可從相鄰前驅(qū)物磁性材料轉(zhuǎn)移(例如，擴(kuò)散)到前驅(qū)物陷獲材料680。在上述情況發(fā)生時(shí)，如圖6E中所圖解說明，陷獲位點(diǎn)687(圖6D)可接收所擴(kuò)散物質(zhì)621并與其發(fā)生反應(yīng)以形成濃化前驅(qū)物陷獲材料681。所擴(kuò)散物質(zhì)621的原子可鍵結(jié)到吸子物質(zhì)684、686的原子684′、686′、686″中的一者或多者(參見圖6E)。

在一些實(shí)施例(例如圖6A及圖6C以及(任選地)6B的實(shí)施例)中，前驅(qū)物陷獲材料680可在最初形成于襯底102上方時(shí)是結(jié)晶的。在所擴(kuò)散物質(zhì)621開始擴(kuò)散到陷獲位點(diǎn)687(圖6D)中且與其發(fā)生反應(yīng)時(shí)，前驅(qū)物陷獲材料680可(至少最初地)保持結(jié)晶。然而，隨著濃化前驅(qū)物陷獲材料681的組合物改變，即，隨著所擴(kuò)散物質(zhì)621的大部分變得由陷獲位點(diǎn)687(圖6D)陷獲，且隨著退火的高溫促進(jìn)材料移動，濃化前驅(qū)物陷獲材料681的物質(zhì)(例如，所擴(kuò)散物質(zhì)621及吸子物質(zhì)684、686)可互混且將濃化前驅(qū)物陷獲材料681轉(zhuǎn)換成非晶陷獲材料682(在本文中也稱作“濃化陷獲材料682”及“濃化非晶陷獲材料682”)，如圖6F中所圖解說明。

在其它實(shí)施例(例如圖6G及6H的那些實(shí)施例)中，前驅(qū)物陷獲材料680(圖6)可經(jīng)調(diào)配以在最初形成于襯底102上時(shí)是非晶的且貫穿(例如)退火保持非晶的。舉例來說，參考圖6G，前驅(qū)物陷獲材料680^IV可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：鐵(Fe)、鈷(Co)及鎢(W)，且可在最初形成于襯底102上方(圖6)時(shí)是非晶的。Fe、Co及W的原子中的至少一者可為配位不足、不穩(wěn)態(tài)或具有懸空鍵或點(diǎn)缺陷，使得原子包含陷獲位點(diǎn)687(參見圖6D)(圖6G中未圖解說明)。作為另一實(shí)例，參考圖6H，前驅(qū)物陷獲材料680^V可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：釕(Ru)及鎢(W)，且可在最初形成于襯底102上方(圖6)時(shí)是非晶的。Ru及W的原子中的至少一者可為配位不足、不穩(wěn)態(tài)或具有懸空鍵或點(diǎn)缺陷使得原子包含陷獲位點(diǎn)687(參見圖6D)(圖6H中未圖解說明)。在任一此種實(shí)施例中，陷獲位點(diǎn)687(參見圖6D)可不沿著所界定界面對準(zhǔn)，而是可遍及前驅(qū)物陷獲材料680^IV(圖6G)、680^V(圖6H)分布。此外，濃化前驅(qū)物陷獲材料681也可為非晶的在此些實(shí)施例中，前驅(qū)物陷獲材料680^IV(圖6G)、680^V(圖6H)的物質(zhì)的原子比率可經(jīng)選擇以使前驅(qū)物陷獲材料680^IV(圖6G)、680^V(圖6H)能夠是非晶的且甚至在高退火溫度(例如，大于約500℃)下也保持非晶。

在任何情形中，前驅(qū)物陷獲材料680中的吸子物質(zhì)684、686的原子比率可經(jīng)選擇以將最終濃化陷獲材料682中的原子比率修整成將是非晶的且在高退火溫度下保持非晶的組合物。舉例來說，在其中前驅(qū)物陷獲材料680包括鐵(Fe)、鈷(Co)及鎢(W)、基本上由鐵(Fe)、鈷(Co)及鎢(W)組成或由鐵(Fe)、鈷(Co)及鎢(W)組成且其中硼(B)是擴(kuò)散物質(zhì)621的實(shí)施例中，前驅(qū)物陷獲材料680的組合物可經(jīng)選擇使得包含所擴(kuò)散物質(zhì)621及(任選地)轟擊物質(zhì)的濃化陷獲材料682的組合物包括至少約35at.％鎢(W)(其可保持非晶的直到約700℃的溫度)。

此外，前驅(qū)物陷獲材料680可經(jīng)調(diào)配使得前驅(qū)物陷獲材料680在退火期間用于使耗盡磁性材料結(jié)晶的高溫下是穩(wěn)定的(例如，物質(zhì)將不向外擴(kuò)散)。因此，可利用促進(jìn)源自前驅(qū)物磁性材料的耗盡磁性材料結(jié)晶成所要晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)結(jié)構(gòu))的高溫，而前驅(qū)物陷獲材料680不會抑制結(jié)晶。在不受限于任何一種理論的情況下，預(yù)期濃化陷獲材料682的非晶本質(zhì)避免耗盡磁性材料中的微結(jié)構(gòu)缺陷，所述微結(jié)構(gòu)缺陷在以下情況下原本可會形成：濃化陷獲材料682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)且隨晶體結(jié)構(gòu)從相鄰材料傳播到耗盡磁性材料而與所述晶體結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)對抗的微結(jié)構(gòu)。

因此，揭示一種包括位于襯底上方的磁性區(qū)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述磁性區(qū)包括前驅(qū)物磁性材料，所述前驅(qū)物磁性材料包括擴(kuò)散物質(zhì)。陷獲區(qū)包括至少一種吸子物質(zhì)，所述至少一種吸子物質(zhì)包括至少一個陷獲位點(diǎn)。所述至少一種吸子物質(zhì)經(jīng)調(diào)配以對磁性前驅(qū)物材料的擴(kuò)散物質(zhì)展現(xiàn)高于擴(kuò)散物質(zhì)與前驅(qū)物磁性材料的另一物質(zhì)之間的化學(xué)親和力的化學(xué)親和力。

參考圖7，在已形成圖6的前驅(qū)物陷獲材料680之后，且在使擴(kuò)散物質(zhì)621′擴(kuò)散以與陷獲位點(diǎn)687發(fā)生反應(yīng)(圖6D及6E)之前，可在前驅(qū)物陷獲材料680上方形成至少一種前驅(qū)物磁性材料720，如圖7中所圖解說明。最終形成自由區(qū)120(圖1)的前驅(qū)物磁性材料720可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：(舉例來說且非限制性地)鐵磁材料(包含鈷(Co)及鐵(Fe)(例如，Co_xFe_y，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，Co_xFe_yB_z，其中x＝10到80，y＝10到80且z＝0到50))。因此，前驅(qū)物磁性材料720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，另一選擇是或另外，前驅(qū)物磁性材料720可包含鎳(Ni)(例如，NiB材料)。在一些實(shí)施例中，前驅(qū)物磁性材料720可包括與基礎(chǔ)材料(如果包含于襯底102上的導(dǎo)電材料605上方)相同的材料或具有基礎(chǔ)材料相同的元素但具有那些元素的不同原子比率的材料。前驅(qū)物磁性材料720可形成為均質(zhì)區(qū)。在其它實(shí)施例中，前驅(qū)物磁性材料720可包含(例如)CoFeB材料的一個或多個子區(qū)，其中所述子區(qū)具有不同相對原子比率的Co、Fe及B。

參考圖7A，前驅(qū)物磁性材料720包含至少一種擴(kuò)散物質(zhì)621′及至少一種其它物質(zhì)。擴(kuò)散物質(zhì)621′的存在對使前驅(qū)物磁性材料720或由其形成的耗盡磁性材料展現(xiàn)磁性來說并非是必需的。然而，擴(kuò)散物質(zhì)621′在前驅(qū)物磁性材料720中的存在可使前驅(qū)物磁性材料720能夠以非晶狀態(tài)形成(例如，通過濺鍍)。

前驅(qū)物陷獲材料680接近于前驅(qū)物磁性材料720且前驅(qū)物陷獲材料680與前驅(qū)物磁性材料720的其它物質(zhì)相比對擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)較高的化學(xué)親和力可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)從前驅(qū)物磁性材料720的移除。參考圖8及8A，所述移除形成耗盡磁性材料820及濃化陷獲材料682，如圖8中所圖解說明。舉例來說，且參考圖8B，擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)可擴(kuò)散到前驅(qū)物陷獲材料680中，其中所擴(kuò)散物質(zhì)621可化學(xué)鍵結(jié)到前驅(qū)物陷獲材料680的吸子物質(zhì)684、686。通過前驅(qū)物陷獲材料680從前驅(qū)物磁性材料720對所擴(kuò)散物質(zhì)621的此種移除可在對中間結(jié)構(gòu)700(圖7)進(jìn)行退火以形成經(jīng)退火中間結(jié)構(gòu)800期間發(fā)生，如圖8中所圖解說明。

在經(jīng)退火中間結(jié)構(gòu)800中，耗盡磁性材料820具有較低濃度的所擴(kuò)散物質(zhì)621(圖8A)，而濃化陷獲材料682包含所擴(kuò)散物質(zhì)621，如圖8A中所圖解說明。磁性單元結(jié)構(gòu)100(圖1)、200(圖2)、400(圖4A)、400′(圖4B)及500(圖5)可因此包含耗盡磁性材料820(例如，在自由區(qū)120(圖1及2)、320(圖3)、420(圖4A、4B及5中)；在固定區(qū)110″的氧化物鄰近部分114(圖1B)中；及在固定區(qū)410′的氧化物鄰近部分414(圖4及5)中)及包含所擴(kuò)散物質(zhì)的濃化陷獲材料682(例如，在陷獲區(qū)180(圖1)、280(圖2及2C)、480(圖4A、4B及5)中；在另一陷獲區(qū)182(圖1B)、482(圖4B及5)中；在陷獲氧化物區(qū)578的離散陷獲子區(qū)480′(圖5A)中)。

舉例來說，且非限制性地，在其中前驅(qū)物磁性材料720(圖7)是CoFeB材料的實(shí)施例中，耗盡磁性材料820可為CoFe材料(即，包括鈷及鐵的磁性材料)。在其中前驅(qū)物陷獲材料680(圖7)是鈷-鐵(CoFe)吸子物質(zhì)的子區(qū)與鎢(W)吸子物質(zhì)的子區(qū)的交替結(jié)構(gòu)的此些實(shí)施例中，濃化陷獲材料682可為鈷、鐵、鎢及硼(B)的非晶混合物(即，CoFeWB混合物或合金)。

在不受限于任何一種理論的情況下，預(yù)期借助具有對硼具有親和力的吸子物質(zhì)的陷獲位點(diǎn)687(圖6D)的前驅(qū)物陷獲材料680將硼的擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)從CoFeB前驅(qū)物磁性材料720移除可使得耗盡磁性材料820能夠在低于包含擴(kuò)散物質(zhì)621′的前驅(qū)物磁性材料720(圖7)的結(jié)晶溫度的溫度下結(jié)晶。因此，所使用的退火溫度(例如，大于約500℃)可使得耗盡磁性材料820能夠結(jié)晶(例如，通過使所要晶體結(jié)構(gòu)從相鄰材料(例如，中間氧化物區(qū)130(圖1)的材料)傳播)，而無需高到使相鄰材料降級(例如，不使鎢(W)從濃化陷獲材料682向外擴(kuò)散)。因此，耗盡磁性材料820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)使得能夠形成磁性單元結(jié)構(gòu)(例如，磁性單元結(jié)構(gòu)100(圖1)、200(圖2)、400(圖4A)、400′(圖4B)、500(圖5))，而不會遭受實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)缺陷。不存在實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)缺陷可實(shí)現(xiàn)高TMR。

在不受限于任何一種理論的情況下，進(jìn)一步預(yù)期擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)從前驅(qū)物磁性材料720(及/或從另一前驅(qū)物磁性材料713′(圖9B))的移除還可促進(jìn)沿著耗盡磁性材料820與相鄰氧化物材料(例如，次級氧化物區(qū)270(圖2)或中間氧化物區(qū)130(圖1)的氧化物材料)之間的界面誘發(fā)MA。舉例來說，在不存在擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)的情況下，耗盡磁性材料820的其它物質(zhì)與氧化物材料的相互作用性可比在擴(kuò)散物質(zhì)621′仍并入于前驅(qū)物磁性材料720中的情況下所述其它物質(zhì)原本所具有的相互作用性更大。此外，所擴(kuò)散物質(zhì)621(圖8A)經(jīng)由化學(xué)鍵結(jié)保留于濃化陷獲材料682中的一次可用陷獲位點(diǎn)687(圖6D)處可避免所擴(kuò)散物質(zhì)621擴(kuò)散到磁性區(qū)(例如，自由區(qū)120)與其相鄰MA誘發(fā)氧化物區(qū)(例如，中間氧化物區(qū)130(圖1))之間的界面(例如，界面132(圖1))。此可沿著界面(例如，界面132(圖1))實(shí)現(xiàn)比原本可實(shí)現(xiàn)的更大的MA誘發(fā)相互作用性。因此，甚至在其中僅包含單一MA誘發(fā)氧化物區(qū)(例如，中間氧化物區(qū)130)的實(shí)施例中，MA強(qiáng)度可因存在前驅(qū)物陷獲材料680(或確切地說，濃化陷獲材料682)而大于不具有前驅(qū)物陷獲材料680(或確切地說，濃化陷獲材料682)的相同結(jié)構(gòu)的MA強(qiáng)度。

雖然將自由區(qū)120(例如，圖1)描述為由包括擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)的前驅(qū)物磁性材料720(例如，CoFeB材料)“形成”，但所制作的磁性單元核心101(圖1)(或本發(fā)明的任何單元核心)的自由區(qū)120可包括比在前驅(qū)物磁性材料720最初形成時(shí)大致上少的擴(kuò)散物質(zhì)621′(例如，硼(B))。同樣地，在其中固定區(qū)110(圖1)的磁性材料受陷獲材料的相鄰區(qū)影響的實(shí)施例中，固定區(qū)110可包括比其在無附近陷獲材料的情況下原本將包括的擴(kuò)散物質(zhì)大致上少的擴(kuò)散物質(zhì)621′。實(shí)際上，所制作的磁性單元核心101的陷獲區(qū)180(圖1)可包括前驅(qū)物陷獲材料680的物質(zhì)及已從前驅(qū)物磁性材料720擴(kuò)散的所擴(kuò)散物質(zhì)621(例如，硼(B))兩者。

繼續(xù)參考圖7及8，形成中間氧化物區(qū)130(圖1)的氧化物材料730可形成于前驅(qū)物磁性材料720上，例如，在使耗盡磁性材料820結(jié)晶的退火之前。氧化物材料730可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：(舉例來說且非限制性地)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)的其它氧化物材料)。在其中于前驅(qū)物陷獲材料680之前形成另一氧化物材料的實(shí)施例中，所述另一氧化物材料可為與氧化物材料730相同的材料或?yàn)榘ㄅc氧化物材料730相同的元素但其中具有不同原子比率的材料。舉例來說，且非限制性地，在雙重氧化物實(shí)施例中，氧化物材料730及另一氧化物材料兩者可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：MgO。

氧化物材料730可直接形成(例如，生長、沉積)于前驅(qū)物磁性材料720上。氧化物材料730可在最初形成時(shí)是結(jié)晶的(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730可經(jīng)定位使得在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820(圖8))以使磁性材料(例如，耗盡磁性材料820(圖8))能夠結(jié)晶成相同晶體結(jié)構(gòu)(例如，bcc(001)結(jié)構(gòu))。

經(jīng)退火中間結(jié)構(gòu)800的其它材料也可由于退火而結(jié)晶。退火過程可在從約300℃到約700℃(例如，約500℃)的退火溫度下進(jìn)行且可在所述退火溫度下保持從約一分鐘(約1分鐘)到約一小時(shí)(約1小時(shí))。退火溫度及時(shí)間可基于中間結(jié)構(gòu)700的材料、(例如)耗盡磁性材料820的所要晶體結(jié)構(gòu)及所擴(kuò)散物質(zhì)621從前驅(qū)物磁性材料720的所要耗盡量而加以修整。

在一些實(shí)施例(例如圖7及8中所圖解說明的實(shí)施例)中，形成固定區(qū)110′(圖1A)的氧化物鄰近部分113的另一磁性材料713可直接形成(例如，生長、沉積)于氧化物材料730上，例如，在使耗盡磁性材料820結(jié)晶的退火階段之前或之后。另一磁性材料713可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：(舉例來說且非限制性地)包含鈷(Co)及鐵(Fe)的鐵磁材料(例如，Co_xFe_y，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，Co_xFe_yB_z，其中x＝10到80、y＝10到80及z＝0到50)。因此，另一磁性材料713可包括CoFeB材料。在一些實(shí)施例中，另一磁性材料713可為與前驅(qū)物磁性材料720及基礎(chǔ)材料(如果包含于中間結(jié)構(gòu)800中)中的任一者或兩者相同的材料，或具有相同元素但呈不同原子比率的材料。

參考圖9A，根據(jù)用以根據(jù)圖1及1A形成磁性單元結(jié)構(gòu)100的實(shí)施例，非陷獲中間材料915可在已形成經(jīng)退火中間結(jié)構(gòu)800(圖8)之后形成于另一磁性材料713上。因此，中間材料915可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：導(dǎo)電材料(例如，鉭(Ta))。

另一選擇是，參考圖9B，根據(jù)用以根據(jù)圖1及1B形成磁性單元結(jié)構(gòu)100的實(shí)施例，可形成另一前驅(qū)物陷獲材料680′而非圖9A的中間材料915。在此些實(shí)施例中，另一磁性材料713可被表征為包含擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)(例如，硼(B))的另一前驅(qū)物磁性材料713′，所述擴(kuò)散物質(zhì)可通過另一前驅(qū)物陷獲材料680′從另一前驅(qū)物磁性材料713′移除。另一前驅(qū)物陷獲材料680′可在退火之前形成于另一前驅(qū)物磁性材料713′上，使得經(jīng)退火結(jié)構(gòu)分段900″(圖9C)可包含由另一前驅(qū)物磁性材料713′形成的另一耗盡磁性材料820′(圖9C)。經(jīng)退火結(jié)構(gòu)分段900″還包含接近于另一耗盡磁性材料820′的另一非晶濃化陷獲材料682′。

磁性單元結(jié)構(gòu)(例如，磁性單元結(jié)構(gòu)100(圖1、1A、1B))的剩余材料可根據(jù)圖9A的實(shí)施例制作于中間材料915上方或根據(jù)圖9B及9C的實(shí)施例制作于另一濃化陷獲材料682′上方，以分別形成前驅(qū)物結(jié)構(gòu)900(圖9A)或900′(圖9B)。舉例來說，材料917(例如交替磁性材料918及耦合劑材料919)可形成于中間材料915(圖9A)上或另一濃化陷獲材料682′(圖9C)上。舉例來說，且非限制性地，材料917可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：鈷/鈀(Co/Pd)多子區(qū)；鈷/鉑(Co/Pt)多子區(qū)；鈷/鎳(Co/Ni)多子區(qū)；常規(guī)固定區(qū)的基于鈷/鐵/鋱(Co/Fe/Tb)的材料、L₁0材料、耦合劑材料或其它磁性材料。因此，固定區(qū)110′(圖1A)或110″(圖1B)分別可包含由材料917形成的電極鄰近部分117(圖1A及1B)。固定區(qū)110′(圖1A)或110″(圖1B)還可包含分別由中間材料915或另一濃化陷獲材料682′形成的中間部分115(圖1A)或另一陷獲區(qū)182(圖1B)以及分別由另一前驅(qū)物磁性材料713(圖9A)或另一耗盡磁性材料820′(圖9C)形成的氧化物鄰近部分113(圖1A)或114(圖1B)。

在一些實(shí)施例中，任選地，一種或多種上部中間材料950可形成于用于固定區(qū)110′(圖1A)、110″(圖1B)的電極鄰近部分117的材料917上方。上部中間材料950(在被包含的情況下其形成任選上部中間區(qū)150(圖1))可包括以下材料、基本上由以下材料組成或由以下材料組成：經(jīng)配置以確保相鄰材料中的所要晶體結(jié)構(gòu)的材料。另一選擇是或另外，上部中間材料950可包含經(jīng)配置以在常規(guī)STT-MRAM單元核心結(jié)構(gòu)的磁性單元、阻擋材料或其它材料的制作期間輔助圖案化工藝的金屬材料。在一些實(shí)施例中，上部中間材料950可包含待形成為導(dǎo)電封蓋區(qū)的導(dǎo)電材料(例如，例如銅、鉭、鈦、鎢、釕、氮化鉭或氮化鈦等一種或多種材料)。

可形成上部電極104(圖1)的另一導(dǎo)電材料904可形成于用于固定區(qū)110′(圖1A)、110″(圖1B)的電極鄰近部分117的材料917及(如果存在)上部中間材料950上方。在一些實(shí)施例中，另一導(dǎo)電材料904及上部中間材料950(如果存在)可彼此集成在一起，例如，其中上部中間材料950是導(dǎo)電材料904的下部子區(qū)。

接著可分別根據(jù)圖1及1A或圖1及1B中所圖解說明的實(shí)施例在一個或多個階段中將前驅(qū)物結(jié)構(gòu)900(圖9A)、900′(圖9B)圖案化以形成磁性單元結(jié)構(gòu)100。用于將例如前驅(qū)物結(jié)構(gòu)900(圖9A)、900′(圖9B)等結(jié)構(gòu)圖案化以形成例如磁性單元結(jié)構(gòu)100(圖1、1A及1B)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。

在圖案化之后，磁性單元結(jié)構(gòu)100包含磁性單元核心101，所述磁性單元核心包含接近于自由區(qū)120的陷獲區(qū)180且在圖1B的實(shí)施例中接近于固定區(qū)110″的另一陷獲區(qū)182。自由區(qū)120包含由前驅(qū)物磁性材料720(圖7)形成的耗盡磁性材料820(圖8)且包括濃度比由前驅(qū)物磁性材料720(圖7)形成但接近其無陷獲區(qū)180的自由區(qū)低的擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)。此外，根據(jù)圖1B的實(shí)施例，包含氧化物鄰近部分114中的由另一前驅(qū)物磁性材料713′(圖9B)形成的另一耗盡磁性材料820′(圖9C)的固定區(qū)110″包括濃度比由另一前驅(qū)物磁性材料713′(圖9B)形成但接近其無另一陷獲區(qū)182的固定區(qū)低的擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)。

在一些實(shí)施例中，接近于陷獲區(qū)(例如，陷獲區(qū)180、另一陷獲區(qū)182(圖1B))的磁性區(qū)(例如，自由區(qū)120、固定區(qū)110″(圖1B))可大致上或完全被耗盡擴(kuò)散物質(zhì)621′。在其它實(shí)施例中，磁性區(qū)可部分地被耗盡擴(kuò)散物質(zhì)621′。在此些實(shí)施例中，磁性區(qū)遍及其中可具有擴(kuò)散物質(zhì)621′(例如，硼)梯度，其中相對來說，低濃度的擴(kuò)散物質(zhì)621′鄰近于陷獲區(qū)180且高濃度的擴(kuò)散物質(zhì)621′與陷獲區(qū)180相對。在一些實(shí)施例中，擴(kuò)散物質(zhì)621′的濃度可在退火之后或期間平衡。

形成有結(jié)晶、耗盡磁性材料820(圖8)或其它耗盡磁性材料的自由區(qū)120或其它磁性區(qū)(例如，固定區(qū)110″(圖1B)的氧化物鄰近部分114)可具有可大致上無缺陷的所要晶體結(jié)構(gòu)，此至少部分地歸因于擴(kuò)散物質(zhì)621′的移除及所擴(kuò)散物質(zhì)621到陷獲位點(diǎn)687(圖6D)的鍵結(jié)且至少部分地歸因于陷獲區(qū)180(或另一陷獲區(qū)182)的非晶微結(jié)構(gòu)。

自由區(qū)120的結(jié)晶度可使磁性單元結(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)120的耗盡磁性材料820可促進(jìn)與相鄰氧化物區(qū)(例如，次級氧化物區(qū)270及中間氧化物區(qū)130)的MA誘發(fā)。

此外，在其中自由區(qū)120安置于雙重氧化物區(qū)(例如，圖2的中間氧化物區(qū)130及次級氧化物區(qū)270)之間的實(shí)施例中，可因來自雙重氧化物區(qū)兩者的MA誘發(fā)而進(jìn)一步促進(jìn)高M(jìn)A強(qiáng)度。在此些實(shí)施例中，可沿著自由區(qū)120的接近于次級氧化物區(qū)270的表面誘發(fā)MA，甚至在陷獲區(qū)180安置于自由區(qū)120與次級氧化物區(qū)270之間的情況也如此。用于形成陷獲區(qū)180的前驅(qū)物陷獲材料680(圖7)的量可被修整成足以實(shí)現(xiàn)將擴(kuò)散物質(zhì)621′(圖7A)中的至少一些擴(kuò)散物質(zhì)從前驅(qū)物磁性材料720(圖7A)移除的量，同時(shí)也是不會大到抑制次級氧化物區(qū)270與自由區(qū)120之間的MA誘發(fā)的量。

因此，揭示一種形成磁性存儲器單元的方法。所述方法包括：形成前驅(qū)物結(jié)構(gòu)。形成所述前驅(qū)物結(jié)構(gòu)包括：在襯底上方形成包括陷獲位點(diǎn)的前驅(qū)物陷獲材料。形成所述前驅(qū)物結(jié)構(gòu)還包括：鄰近于前驅(qū)物陷獲材料形成包括擴(kuò)散物質(zhì)的前驅(qū)物磁性材料。使擴(kuò)散物質(zhì)從前驅(qū)物磁性材料轉(zhuǎn)移到前驅(qū)物陷獲材料以將前驅(qū)物磁性材料的至少一部分轉(zhuǎn)換成耗盡磁性材料并將前驅(qū)物陷獲材料的至少一部分轉(zhuǎn)換成濃化陷獲材料。在所述轉(zhuǎn)移之后，由所述前驅(qū)物結(jié)構(gòu)形成磁性單元核心結(jié)構(gòu)。

圖4A的磁性單元結(jié)構(gòu)400包含可被表征為圖1及1A的磁性單元核心101的反轉(zhuǎn)的磁性單元核心401?？赏ㄟ^從襯底102向上形成磁性單元結(jié)構(gòu)400的材料并將所述材料圖案化來制作圖4A的磁性單元結(jié)構(gòu)400，其中在形成用于上覆于自由區(qū)420上的陷獲區(qū)480的前驅(qū)物陷獲材料680(圖6)之后進(jìn)行至少一次退火。

圖4B的磁性單元結(jié)構(gòu)400′包含可被表征為圖1及1B的磁性單元核心101的反轉(zhuǎn)的磁性單元核心401′?？赏ㄟ^從襯底102向上形成磁性單元結(jié)構(gòu)400′的材料并將所述材料圖案化來制作圖4B的磁性單元結(jié)構(gòu)400′，其中在形成用于上覆于自由區(qū)420上的陷獲區(qū)480的前驅(qū)物陷獲材料680(圖6)之后進(jìn)行至少一次退火。任選地，可在形成用于固定區(qū)410′的氧化物鄰近部分414的另一前驅(qū)物磁性材料713′(圖9B)之后執(zhí)行中間退火。

圖5的磁性單元結(jié)構(gòu)500包含可被表征為圖2的磁性單元核心201的反轉(zhuǎn)的磁性單元核心501?？赏ㄟ^從襯底102向上形成磁性單元結(jié)構(gòu)500的材料并將所述材料圖案化來制作圖5的磁性單元結(jié)構(gòu)500，其中在形成用于陷獲區(qū)480的前驅(qū)物陷獲材料680(圖6)之后進(jìn)行至少一次退火。任選地，可在形成固定區(qū)410′的氧化物鄰近部分414的另一前驅(qū)物磁性材料713′(圖9B)之后執(zhí)行中間退火。

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：在襯底上方形成包括至少一種擴(kuò)散物質(zhì)的非晶前驅(qū)物磁性材料。接近所述非晶前驅(qū)物磁性材料形成包括具有至少一個陷獲位點(diǎn)的吸子物質(zhì)的前驅(qū)物陷獲材料。所述非晶前驅(qū)物磁性材料及所述前驅(qū)物陷獲材料經(jīng)退火以使所述擴(kuò)散物質(zhì)與所述吸子物質(zhì)的所述至少一個陷獲位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)。

參考圖10，其圖解說明包含與STT-MRAM單元1014進(jìn)行可操作通信的外圍裝置1012的STT-MRAM系統(tǒng)1000，取決于系統(tǒng)要求及制作技術(shù)，可制作STT-MRAM單元1014的群組以形成呈包含若干個行及行的柵格圖案或呈各種其它布置的存儲器單元陣列。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/寫入電路1007、位線參考1008及感測放大器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)、201(圖2)、401(圖4A)、401′(圖4B)、501(圖5))中的任何一者。由于單元核心1002的結(jié)構(gòu)、制造方法或兩者，STT-MRAM單元1014因此可具有高TMR及高M(jìn)A強(qiáng)度。

在使用及操作中，當(dāng)選擇STT-MRAM單元1014來予以編程時(shí)，將編程電流施加到STT-MRAM單元1014，且所述電流由單元核心1002的固定區(qū)自旋極化且對單元核心1002的自由區(qū)施加扭矩，此將自由區(qū)的磁化切換成“寫入到”或“編程”STT-MRAM單元1014。在STT-MRAM單元1014的讀取操作中，使用電流來檢測單元核心1002的電阻狀態(tài)。

為起始對STT-MRAM單元1014的編程，讀取/寫入電路1007可產(chǎn)生到數(shù)據(jù)/感測線1004及源極線1006的寫入電流(即，編程電流)。數(shù)據(jù)/感測線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)的磁性定向的切換。通過隨自旋極性而改變自由區(qū)的磁性定向，自由區(qū)根據(jù)編程電流的自旋極性而被磁化，經(jīng)編程邏輯狀態(tài)被寫入到STT-MRAM單元1014。

為讀取STT-MRAM單元1014，讀取/寫入電路1007產(chǎn)生穿過單元核心1002及存取晶體管1003到數(shù)據(jù)/感測線1004及源極線1006的讀取電壓。STT-MRAM單元1014的編程狀態(tài)與跨越單元核心1002的電阻相關(guān)，可通過數(shù)據(jù)/感測線1004與源極線1006之間的電壓差來確定所述電阻。在一些實(shí)施例中，所述電壓差可與位線參考1008進(jìn)行比較且通過感測放大器1009來放大。

圖10圖解說明可操作STT-MRAM系統(tǒng)1000的一個實(shí)例。然而，預(yù)期可在經(jīng)配置以并入有磁性區(qū)的磁性單元核心的任何STT-MRAM系統(tǒng)內(nèi)并入且利用磁性單元核心101(圖1)、201(圖2)、401(圖4A)、401′(圖4B)、501(圖5)。

因此，揭示一種包括自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲器(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STT-MRAM單元包括位于襯底上方的結(jié)晶磁性區(qū)。所述結(jié)晶磁性區(qū)展現(xiàn)可切換磁性定向。結(jié)晶氧化物區(qū)鄰近所述結(jié)晶磁性區(qū)。展現(xiàn)大致上固定磁性定向的磁性區(qū)通過結(jié)晶氧化物區(qū)與結(jié)晶磁性區(qū)間隔開。非晶陷獲區(qū)鄰近所述結(jié)晶磁性區(qū)。所述非晶陷獲區(qū)包括從所述結(jié)晶磁性區(qū)的前驅(qū)物磁性材料擴(kuò)散且鍵結(jié)到所述非晶陷獲區(qū)的前驅(qū)物陷獲材料的吸子物質(zhì)的物質(zhì)。前驅(qū)物磁性材料具有陷獲位點(diǎn)，在所述陷獲位點(diǎn)處從前驅(qū)物磁性材料擴(kuò)散的物質(zhì)鍵結(jié)到非晶陷獲區(qū)中的吸子物質(zhì)。

參考圖11，其圖解說明根據(jù)本文中所描述的一個或多個實(shí)施例實(shí)施的半導(dǎo)體裝置1100的簡化框圖。半導(dǎo)體裝置1100包含存儲器陣列1102及控制邏輯組件1104。存儲器陣列1102可包含多個STT-MRAM單元1014(圖10)，其包含上文所論述的磁性單元核心101(圖1)、201(圖2)、401(圖4A)、401′(圖4B)、501(圖5)中的任一者，磁性單元核心101(圖1)、201(圖2)、401(圖4A)、401′(圖4B)、501(圖5)可已根據(jù)上文所描述的方法形成且可根據(jù)上文所描述的方法操作。控制邏輯組件1104可經(jīng)配置以與存儲器陣列1102以操作方式交互作用以便對存儲器陣列1102內(nèi)的任何或所有存儲器單元(例如，STT-MRAM單元1014(圖10))進(jìn)行讀取或?qū)懭搿?/p>

參考圖12，其描繪基于處理器的系統(tǒng)1200?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)1200可包含根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所制造的各種電子裝置?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)1200可為多種類型中的任一者，例如計(jì)算機(jī)、傳呼機(jī)、蜂窩式電話、個人記事薄、控制電路或其它電子裝置?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)1200可包含例如微處理器等的一個或多個處理器1202以控制基于處理器的系統(tǒng)1200中對系統(tǒng)功能及請求的處理。基于處理器的系統(tǒng)1200的處理器1202及其它子組件可包含根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所制造的磁性存儲器裝置。

基于處理器的系統(tǒng)1200可包含與處理器1202進(jìn)行可操作通信的電力供應(yīng)器1204。舉例來說，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、可替換電池及可再充電電池中的一者或多者。舉例來說，電力供應(yīng)器1204還可包含AC適配器；因此，基于處理器的系統(tǒng)1200可插入到壁式插座中。舉例來說，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。

取決于基于處理器的系統(tǒng)1200所執(zhí)行的功能，各種其它裝置可耦合到處理器1202。舉例來說，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、開關(guān)、鍵盤、光筆、鼠標(biāo)、數(shù)字化器及手寫筆、觸摸屏、話音辨識系統(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接收器并耦合到RF發(fā)射器的天線(未展示)。通信端口1212或多個通信端口1212也可耦合到處理器1202。舉例來說，通信端口1212可適于耦合到例如調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、計(jì)算機(jī)、掃描儀或相機(jī)等的一個或多個外圍裝置1214，或耦合到例如局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程局域網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或因特網(wǎng)等的網(wǎng)絡(luò)。

處理器1202可通過實(shí)施存儲于存儲器中的軟件程序而控制基于處理器的系統(tǒng)1200。舉例來說，所述軟件程序可包含操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、制圖軟件、字處理軟件、媒體編輯軟件或媒體播放軟件。所述存儲器可操作地耦合到處理器1202以存儲并促進(jìn)各種程序的執(zhí)行。舉例來說，處理器1202可耦合到系統(tǒng)存儲器1216，系統(tǒng)存儲器1216可包含自旋扭矩轉(zhuǎn)移磁性隨機(jī)存取存儲器(STT-MRAM)、磁性隨機(jī)存取存儲器(MRAM)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)、賽道存儲器及其它已知存儲器類型中的一者或多者。系統(tǒng)存儲器1216可包含易失性存儲器、非易失性存儲器或其組合。系統(tǒng)存儲器1216通常較大，以使得其可存儲動態(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)、包含上文所描述的磁性單元核心101(圖1)、201(圖2)、401(圖4A)、401′(圖4B)、501(圖5)中的任一者或其組合的存儲器單元。

處理器1202還可耦合到非易失性存儲器1218，此并不暗示系統(tǒng)存儲器1216必定為易失性。非易失性存儲器1218可包含STT-MRAM、MRAM、只讀存儲器(ROM)(例如EPROM、電阻式只讀存儲器(RROM))及將結(jié)合系統(tǒng)存儲器1216使用的快閃存儲器中的一者或多者。非易失性存儲器1218的大小通常經(jīng)選擇以恰好大到足以存儲任何必需的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序及固定數(shù)據(jù)。另外，舉例來說，非易失性存儲器1218可包含高容量存儲器，例如磁盤驅(qū)動存儲器，例如包含電阻式存儲器或其它類型的非易失性固態(tài)存儲器等的混合式驅(qū)動器。非易失性存儲器1218可包含半導(dǎo)體裝置(例如圖11的半導(dǎo)體裝置1100)、包含上文所描述的磁性單元核心結(jié)構(gòu)101(圖1)、201(圖2)、401(圖4A)、401′(圖4B)、501(圖5)中的任一者或其組合的存儲器單元。

雖然易于對本發(fā)明的實(shí)施方案做出各種修改及替代形式，但已在圖示中以舉例方式展示并已在本文中詳細(xì)地描述了特定實(shí)施例。然而，本發(fā)明并不意欲限于所揭示的特定形式。而是，本發(fā)明囊括歸屬于由所附權(quán)利要求書及其合法等效內(nèi)容所界定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、組合、等效形式、變化形式及替代形式。