一种磁性单元包含磁性区，所述磁性区由包括扩散物质及至少一种其它物质的前驱物磁性材料形成。非晶区接近于所述磁性区且由包括至少一种吸子物质的前驱物陷获材料形成，所述至少一种吸子物质具有至少一个陷获位点及对所述扩散物质的化学亲和力。所述扩散物质从所述前驱物磁性材料转移到所述前驱物陷获材料，其中所述扩散物质在所述陷获位点处键结到所述至少一种吸子物质。所述浓化陷获材料的物质可互混，使得所述浓化陷获材料变成或保持非晶的。接着可在无来自所述非晶浓化陷获材料的干扰的情况下通过来自相邻结晶材料的传播使耗尽磁性材料结晶。此实现高隧道磁阻及高磁各向异性强度。本发明专利技术还揭示制作方法及半导体装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权主张本申请案主张于2014年4月9日提出申请的标题为“存储器单元、半导体结构、半导体装置及制作方法(MEMORYCELLS,SEMICONDUCTORSTRUCTURES,SEMICONDUCTORDEVICES,ANDMETHODSOFFABRICATION)”的序号为14/249,183的美国专利申请案的申请日期的权益。
在各种实施例中，本专利技术大体来说涉及存储器装置设计及制作的领域。更特定来说，本专利技术涉及表征为自旋扭矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)单元的存储器单元的设计及制作，涉及此些存储器单元中所采用的半导体结构，且涉及并入有此些存储器单元的半导体装置。
技术介绍
磁性随机存取存储器(MRAM)是基于磁阻的非易失性计算机存储器技术。一种类型的MRAM单元是包含由衬底支撑的磁性单元核心的自旋扭矩转移MRAM(STT-MRAM)单元。磁性单元核心包含至少两个磁性区(举例来说，“固定区”及“自由区”)及介于其间的非磁性区。自由区及固定区可展现相对于所述区的宽度为水平定向(“平面内”)或垂直定向(“平面外”)的磁性定向。固定区包含具有大致上固定(例如，非可切换)磁性定向的磁性材料。另一方面，自由区包含具有可在单元的操作期间在“平行”配置与“反平行”配置之间切换的磁性定向的磁性材料。在平行配置中，固定区及自由区的磁性定向是被定向成相同方向(例如，分别为北与北、东与东、南与南或西与西)。在“反平行”配置中，固定区及自由区的磁性定向是被定向成相反方向(例如，分别为北与南、东与西、南与北或西与东)。在平行配置中，STT-MRAM单元跨越磁阻元件(例如，固定区及自由区)展现较低电阻。此低电阻状态可被定义为MRAM单元的“0”逻辑状态。在反平行配置中，STT-MRAM单元跨越磁阻元件展现较高电阻。此高电阻状态可被定义为STT-MRAM单元的“1”逻辑状态。对自由区的磁性定向的切换可通过使编程电流通过磁性单元核心及其中的固定区及自由区而完成。固定区使编程电流的电子自旋极化，且随着经自旋极化电流通过核心，会形成扭矩。经自旋极化电子电流对自由区施加扭矩。在通过核心的经自旋极化电子电流的扭矩大于自由区的临界切换电流密度(Jc)时，自由区的磁性定向的方向得以切换。因此，编程电流可用于跨越磁性区变更电阻。跨越磁阻元件的所得高或低电阻状态实现对MRAM单元的写入及读取操作。在切换自由区的磁性定向以实现与所要逻辑状态相关联的平行配置及反平行配置中的一者之后，通常期望在“存储”阶段期间维持自由区的磁性定向直到将MRAM单元重新写入到不同配置(即，到不同逻辑状态)为止。磁性区的磁各向异性(“MA”)是材料的磁性性质的方向相依性的指示。因此，MA也是材料的磁性定向的强度及其对其定向的变更的抵抗的指示。某些非磁性材料(例如，氧化物材料)与磁性材料之间的相互作用可沿着磁性材料的表面诱发MA(例如，增加MA强度)，从而增加磁性材料及MRAM单元的整体MA强度。呈现具有高MA强度的磁性定向的磁性材料可比呈现具有低MA强度的磁性定向的磁性材料较不易于变更其磁性定向。因此，具有高MA强度的自由区在存储期间可比具有低MA强度的自由区更稳定。自由区的其它有益性质通常与自由区的微结构相关联。举例来说，这些性质包含单元的隧道磁阻(“TMR”)。TMR是单元在反平行配置中的电阻(Rap)与其在平行配置中的电阻(Rp)之间的差对Rp的比率(即，TMR＝(Rap–Rp)/Rp)。通常，在其磁性材料的微结构中具有较少结构缺陷的具有一致晶体结构(例如，bcc(001)晶体结构)的自由区具有比具有结构缺陷的薄自由区高的TMR。具有高TMR的单元可具有高读出信号，所述高读出信号可在操作期间加速对MRAM单元的读取。高TMR还可实现对低编程电流的使用。已努力形成具有高MA强度且具有有益于高TMR的微结构的自由区。然而，由于促进所要特性(例如实现高MA、高TMR或两者的特性)的组合物及制作条件通常抑制MRAM单元的其它特性或性能，因而形成具有高MA强度及高TMR两者的MRAM单元已提出挑战。举例来说，在所要晶体结构处形成磁性材料的努力包含：将所要晶体结构从相邻材料(本文中称作“晶种材料”)传播到磁性材料(本文中称作“目标磁性材料”)。然而，使晶体结构传播可在以下情况下受到抑制或可在目标磁性材料中导致微结构缺陷：在晶种材料在其晶体结构中具有缺陷的情况下，在目标磁性材料具有与晶体材料的晶体结构对抗的晶体结构，或在对抗性晶体结构也从除晶种材料外的材料传播到目标磁性材料的情况下。确保晶种材料具有可成功传播到目标磁性材料的一致无缺陷晶体结构的努力已包含了对晶种材料进行退火。然而，由于晶种材料及目标磁性材料两者通常同时暴露于退火温度，因此尽管退火会改善晶种材料的晶体结构，但退火还可开始其它材料(包含目标磁性材料及其它相邻材料)的结晶。此种其它结晶可对抗所要晶体结构从晶种材料的传播并抑制所述传播。使目标磁性材料的结晶延迟直到在晶种材料结晶成所要晶体结构之后的努力已包含：在目标磁性材料最初形成时，将添加剂并入到目标磁性材料中，使得目标磁性材料最初是非晶的。举例来说，在目标磁性材料是钴铁(CoFe)磁性材料的情况下，可添加硼(B)使得钴铁硼(CoFeB)磁性材料可用作前驱物材料且形成为最初非晶状态。添加剂可在退火期间从目标磁性材料扩散出，从而使得目标磁性材料能够在晶种材料已结晶成所要晶体结构之后在来自晶种材料的传播下结晶。虽然这些努力可降低目标磁性材料将最初形成有将与待从晶种材料传播的晶体结构对抗的微结构的可能性，但所述努力并未抑制对抗性晶体结构从除晶种材料以外的相邻材料的传播。此外，从目标磁性材料扩散的添加剂可扩散到结构内的区，其中添加剂干扰结构的其它特性，例如，MA强度。因此，形成具有所要微结构(例如，实现高TMR)的磁性材料而不使磁性材料或所得结构的其它特性(例如MA强度)劣化可提出挑战。
技术实现思路
本专利技术揭示一种存储器单元。所述存储器单元包括磁性单元核心，所述磁性单元核心包括磁性区、另一磁性区、氧化物区及非晶区。所述磁性区包括由前驱物磁性材料形成的耗尽磁性材料，所述前驱物磁性材料包括至少一种扩散物质及至少一种其它物质。所述耗尽磁性材料包括所述至少一种其它物质。所述氧化物区介于磁性区与另一磁性区之间。所述非晶区接近于所述磁性区且由包括至少一种吸子物质的前驱物陷获材料形成，所述至少一种吸子物质具有至少一个陷获位点且对所述至少一种扩散物质的化学亲和力高于所述至少一种其它物质对所述至少一种扩散物质的化学亲和力。所述非晶区包括所述至少一种吸子物质，所述至少一种吸子物质键结到来自所述前驱物磁性材料的所述至少一种扩散物质。本专利技术还揭示一种包括磁性区及陷获区的半导体结构。所述磁性区位于衬底上方且包括前驱物磁性材料，所述前驱物磁性材料包括扩散物质。所述陷获区包括至少一种吸子物质，所述至少一种吸子物质包括至少一个陷获位点。所述至少一种吸子物质经调配以对所述前驱物材料的所述扩散物质展现高于所述扩散物质与所述前驱物磁性材料的另一物质之间的化学亲和力的化学亲和力。本专利技术揭示一种形成磁性存储器单元的方法。所述方法包括：形成前驱物结构。形成所述前驱物结构包括在衬底上方形成包括陷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种存储器单元，其包括：磁性单元核心，其包括：磁性区，其包括由前驱物磁性材料形成的耗尽磁性材料，所述前驱物磁性材料包括至少一种扩散物质及至少一种其它物质，所述耗尽磁性材料包括所述至少一种其它物质；另一磁性区；氧化物区，其介于所述磁性区与所述另一磁性区之间；及非晶区，其接近于所述磁性区，所述非晶区由前驱物陷获材料形成，所述前驱物陷获材料包括至少一种吸子物质，所述至少一种吸子物质具有至少一个陷获位点且对所述至少一种扩散物质的化学亲和力高于所述至少一种其它物质对所述至少一种扩散物质的化学亲和力，所述非晶区包括键结到来自所述前驱物磁性材料的所述至少一种扩散物质的所述至少一种吸子物质。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.09 US 14/249,1831.一种存储器单元，其包括：磁性单元核心，其包括：磁性区，其包括由前驱物磁性材料形成的耗尽磁性材料，所述前驱物磁性材料包括至少一种扩散物质及至少一种其它物质，所述耗尽磁性材料包括所述至少一种其它物质；另一磁性区；氧化物区，其介于所述磁性区与所述另一磁性区之间；及非晶区，其接近于所述磁性区，所述非晶区由前驱物陷获材料形成，所述前驱物陷获材料包括至少一种吸子物质，所述至少一种吸子物质具有至少一个陷获位点且对所述至少一种扩散物质的化学亲和力高于所述至少一种其它物质对所述至少一种扩散物质的化学亲和力，所述非晶区包括键结到来自所述前驱物磁性材料的所述至少一种扩散物质的所述至少一种吸子物质。2.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述磁性区具有大致上匹配所述氧化物区的晶体结构的晶体结构。3.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述磁性区及所述另一磁性区展现垂直磁性定向。4.根据权利要求1所述的存储器单元，其中：所述至少一种扩散物质包括硼；且所述至少一种其它物质包括钴及铁。5.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述至少一种吸子物质包括钴、铁及钨，所述非晶区包括大于约三十五原子百分比(35at.％)的钨。6.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述存储器单元展现大于约1.00(100％)的隧道磁阻。7.根据权利要求1所述的存储器单元，其进一步包括通过所述非晶区与所述磁性区间隔开的次级氧化物区。8.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述前驱物磁性材料是非晶的。9.根据权利要求1所述的存储器单元，其中所述至少一种吸子物质包括吸子物质及另一吸子物质。10.根据权利要求9所述的存储器单元，其中所述前驱物陷获材料包括与所述另一吸子物质的子区交替的所述吸子物质的子区。11.一种形成磁性存储器单元的方法，其包括：形成前驱物结构，包括：在衬底上方形成包括陷获位点的前驱物陷获材料；邻近于所述前驱物陷获材料形成包括扩散物质的前驱物磁性材料；及将所述扩散物质从所述前驱物磁性材料转移到所述前驱物陷获材料以将所述前驱物磁性材料的至少一部分转换成耗尽磁性材料且将所述前驱物陷获材料的至少一...
【专利技术属性】
技术研发人员：古尔特杰·S·桑胡，苏密特·C·潘迪，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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