CN105531838A - 存储器单元、制作方法、半导体装置、存储器系统及电子系统 - Google Patents

存储器单元、制作方法、半导体装置、存储器系统及电子系统 Download PDF

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Abstract

磁性单元包含中间氧化物区域(例如，隧穿势垒)与第二氧化物区域之间的自由区域。两个氧化物区域均可经配置以诱发与所述自由区域的磁各向异性“MA”，从而增强所述自由区域的MA强度。接近于所述第二氧化物区域的吸气剂材料经调配且经配置以从所述第二氧化物区域移除氧以减小所述第二氧化物区域的氧浓度且因此减小其电阻。因此，所述第二氧化物区域仅最小程度地贡献于单元芯的电阻。因此，本发明的实施例实现高有效磁阻、低电阻面积乘积及低编程电压以及所述增强的MA强度。本发明还揭示制作方法、存储器阵列、存储器系统及电子系统。

Description

存储器单元、制作方法、半导体装置、存储器系统及电子系统
优先权主张
本申请案主张2013年9月13日提出申请的序列号为14/026,627的美国专利申请案“存储器单元、制作方法、半导体装置、存储器系统及电子系统(MEMORYCELLS,METHODSOFFABRICATION,SEMICONDUCTORDEVICES,MEMORYSYSTEMS,ANDELECTRONICSYSTEMS)”的申请日期的权益。
技术领域
在各种实施例中，本发明一般来说涉及存储器装置设计及制作的领域。更特定来说，本发明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。
背景技术
磁性随机存取存储器(MRAM)为基于磁阻的非易失性计算机存储器技术。一种类型的MRAM单元为包含由衬底支撑的磁性单元芯的自旋扭矩转移MRAM(STT-MRAM)单元。磁性单元芯包含至少两个磁性区域，举例来说，“固定区域”及“自由区域”以及其之间的非磁性区域(例如，配置为隧穿势垒区域的氧化物区域)。自由区域及固定区域可展现随着区域的宽度水平定向(“平面内”)或垂直定向(“平面外”)的磁性定向。固定区域包含具有大致固定(例如，非可切换)磁性定向的磁性材料。另一方面，自由区域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，固定区域及自由区域的磁性定向是沿相同方向引导(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，固定区域及自由区域的磁性定向是沿相反方向引导(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单元展现跨越磁阻元件(例如，固定区域及自由区域)的较低电阻。此低电阻状态可定义为MRAM单元的“0”逻辑状态。在反平行配置中，STT-MRAM单元展现跨越磁阻元件的较高电阻。此高电阻状态可定义为STT-MRAM单元的“1”逻辑状态。
切换自由区域的磁性定向可通过将编程电流传递穿过磁性单元芯及其中的固定区域及自由区域而完成。固定区域极化编程电流的电子自旋，且扭矩形成为通过芯的自旋极化电流。自旋极化电子电流将扭矩施加于自由区域上。在通过芯的自旋极化电子电流的扭矩大于自由区域的临界切换电流密度(Jc)时，自由区域的磁性定向的方向得以切换。因此，编程电流可用于更改跨越磁性区域的电阻。跨越磁阻元件的所得高或低电阻状态实现MRAM单元的写入及读取操作。在切换自由区域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域的磁性定向直到将MRAM单元重写到不同配置(即，到不同逻辑状态)为止。
除自由区域与固定区域之间的氧化物区域(“中间氧化物区域”)以外，一些STT-MRAM单元还包含另一氧化物区域。自由区域可在中间氧化物区域与另一氧化物区域之间。自由区域暴露于两个氧化物区域可增加自由区域的磁各向异性(“MA”)强度。举例来说，氧化物区域可经配置以诱发与(例如)自由区域的相邻材料的表面/界面MA。MA为磁性材料的磁性性质的方向相依性的指示。因此，MA也为材料的磁性定向及更改磁性定向的其电阻的强度的指示。展现具有高MA强度的磁性定向的磁性材料可比展现具有较低MA强度的磁性定向的磁性材料较不易受其磁性定向的更改。因此，具有高MA强度的自由区域在存储期间可比具有低MA强度的自由区域更稳定。
虽然双氧化物区域与仅邻近于一个氧化物区域(即，中间氧化物区域)的自由区域相比可增加自由区域的MA强度，但磁性单元芯中的氧化物材料的所添加量可增加芯的电阻(例如，串联电阻)，与仅包括一个氧化物区域(即，中间氧化物区域)的单元芯相比，此降低了单元的有效磁阻(例如，隧穿磁阻)。增加的电阻也增加单元的电阻面积(“RA”)且可增加在编程期间用于切换自由区域的磁性定向所需要的电压。降低的有效磁阻可使单元的性能降级，正如增加的RA及编程电压可使单元性能降级一样。因此，形成出于高MA强度具有围绕自由区域的双氧化物区域而不使例如磁阻(例如，隧穿磁阻)、RA及编程电压的其它性质降级的STT-MRAM单元已呈现挑战。
发明内容
揭示存储器单元。所述存储器单元包括磁性单元芯。所述磁性单元芯包括：磁性区域，其展现可切换磁性定向；另一磁性区域，其展现固定磁性定向；及中间氧化物区域，其在所述磁性区域与所述另一磁性区域之间。另一氧化物区域通过所述磁性区域与所述中间氧化物区域间隔开且具有比所述中间氧化物区域低的电阻。吸气剂区域接近于所述另一氧化物区域且包括氧及金属。
还揭示一种形成磁性存储器单元的方法。所述方法包括在中间氧化物区域与另一氧化物区域之间形成自由区域。接近于所述另一氧化物区域形成吸气剂材料。将氧从所述另一氧化物区域转移到所述吸气剂材料以降低所述另一氧化物区域的电阻。
还揭示自旋扭矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)系统。所述STT-MRAM系统包括STT-MRAM单元。所述STT-MRAM单元中的至少一个STT-MRAM单元包括一对磁性区域及一对氧化物区域。所述对磁性区域包括展现可切换磁性定向的磁性区域及展现固定磁性定向的另一磁性区域。所述对氧化物区域包括中间氧化物区域及另一氧化物区域。所述中间氧化物区域在所述磁性区域与所述另一磁性区域之间。所述另一氧化物区域邻近和所述中间氧化物区域与所述磁性区域之间的界面相对的磁性区域的表面。所述另一氧化物区域具有比所述中间氧化物区域低的电阻。吸气剂区域接近于所述另一氧化物区域且包括金属及氧。至少一个外围装置与所述至少一个STT-MRAM单元以可操作方式通信。存取晶体管、位线、字线及源极线中的至少一者与所述至少一个STT-MRAM单元以可操作方式通信。
还揭示半导体装置。所述半导体装置包括自旋扭矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)阵列，所述STT-MRAM阵列包括STT-MRAM单元。所述STT-MRAM单元中的至少一个STT-MRAM单元包括自由区域与固定区域之间的中间氧化物区域。另一氧化物区域邻近所述自由区域且与所述中间氧化物区域间隔开。所述另一氧化物区域具有比所述中间氧化物区域低的电阻。吸气剂区域接近所述另一氧化物区域且包括金属，所述金属具有比所述另一氧化物区域的氧化物的生成热大不到10％的金属氧化物生成热。
还揭示包括至少一个处理器的电子系统。所述至少一个处理器包括至少一个磁性存储器单元。所述至少一个磁性存储器单元包括展现固定磁性定向的固定区域、邻近于所述固定区域的中间氧化物区域及邻近于所述中间氧化物区域的自由区域。所述自由区域展现可切换磁性定向。另一氧化物区域邻近于所述自由区域，且吸气剂材料接近于所述另一氧化物区域。所述吸气剂材料包括金属及氧。所述金属的金属氧化物具有比所述另一氧化物区域的氧化物的生成热大不到约10％的生成热。电力供应器与所述至少一个处理器以可操作方式通信。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的磁性单元结构的横截面立面示意性图解说明，其中吸气剂区域邻近于基底氧化物区域。
图1A是根据本发明的实施例的图1的方框AB的放大视图，其中图1的磁性单元结构的自由区域及固定区域展现垂直磁性定向。
图1B是根据本发明的实施例的图1的方框AB的放大视图，其中图1的磁性单元结构的自由区域及固定区域展现水平磁性定向。
图2是根据本发明的实施例的磁性单元结构的横截面立面示意性图解说明，其中吸气剂区域是在基底氧化物区域内。
图3是在处理阶段期间、在将氧从氧化物区域转移到接近吸气剂区域之前的磁性单元结构的部分横截面立面示意性图解说明。
图4是在图3的处理阶段之后且在将氧从氧化物区域转移到接近吸气剂区域之后的处理阶段期间的磁性单元结构的部分横截面立面示意性图解说明。
图5是根据本发明的实施例的磁性单元结构的横截面立面示意性图解说明，其中吸气剂区域邻近在自由区域上面的帽盖氧化物区域且在所述帽盖氧化物区域上面。
图6是根据本发明的实施例的磁性单元结构的部分横截面立面示意性图解说明，其中吸气剂区域间接邻近于基底氧化物区域。
图7是根据本发明的实施例的磁性单元结构的部分横截面立面示意性图解说明，其中吸气剂区域横向地环绕基底氧化物区域。
图8是沿着线8—8截取的图7的结构的平面图。
图9是根据本发明的实施例的包含具有磁性单元结构的存储器单元的STT-MRAM系统的示意图。
图10是根据本发明的实施例的包含具有磁性单元结构的存储器单元的半导体装置结构的简化框图。
图11是根据本发明的一个或多个实施例实施的系统的简化框图。
具体实施方式
揭示了存储器单元、形成存储器单元的方法、半导体装置、存储器系统及电子系统。存储器单元包含两个氧化物区域之间的由磁性材料形成的磁性区域(例如，自由区域)，所述两个氧化物区域均可为磁各向异性(“MA”)诱发区域。(例如)定位于自由区域与另一磁性区域(例如，固定区域)之间且在本文中称作“中间氧化物区域”的氧化物区域中的一者可经配置以用作存储器单元的隧穿势垒。在本文中称作“第二氧化物区域”的另一氧化物区域可不经配置以用作隧穿势垒。吸气剂材料接近于第二氧化物区域且经调配以从第二氧化物区域移除氧，从而减小第二氧化物区域的电阻，且因此避免了存储器单元的有效磁阻的实质降低。第二氧化物区域的电阻可小于中间氧化物区域的电阻的约50％(例如，介于约1％与约20％之间)。在一些实施例中，作为由吸气剂材料移除氧的结果，第二氧化物区域可变得导电。因此，与缺乏接近第二氧化物区域的吸气剂材料的STT-MRAM单元相比，STT-MRAM单元的总体电阻可降低。此外，降低的电阻避免对单元的磁阻的降级；因此，与缺乏此吸气剂材料区域的STT-MRAM单元相比，具有接近第二氧化物区域的吸气剂材料的STT-MRAM单元可具有更高有效磁阻。尽管如此，吸气剂的两个氧化物区域-包含STT-MRAM单元仍可诱发与自由区域的MA。因此，MA强度可不降级，而电阻降低以实现最大隧穿磁阻、低电阻面积(“RA”)乘积及低编程电压的使用。
如本文中所使用，术语“衬底”意指并包含基底材料或其上形成有例如存储器单元内的所述组件的组件的其它构造。衬底可为半导体衬底、支撑结构上的基底半导体材料、金属电极或其上形成有一个或多个材料、结构或区域的半导体衬底。衬底可为常规硅衬底或包含半导电材料的其它块体衬底。如本文中所使用，术语“块体衬底”不仅意指并包含硅晶片，而且意指并包含绝缘体上硅(“SOI”)衬底(例如蓝宝石上硅(“SOS”)衬底或玻璃上硅(“SOG”)衬底)、基底半导体基础部上的硅外延层或其它半导体或光电材料(例如硅锗(Si1-xGex，其中x为(举例来说)介于0.2与0.8之间的摩尔分数)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)或磷化铟(InP)以及其它)。此外，当在以下说明中提及“衬底”时，可能已利用先前过程阶段在基底半导体结构或基础部中形成材料、区域或结。
如本文中所使用，术语“STT-MRAM单元”意指并包含磁性单元结构，所述磁性单元结构包含磁性单元芯，所述磁性单元芯包含安置于自由区域与固定区域之间的非磁性区域。STT-MRAM单元可以磁性隧穿结(“MTJ”)配置而配置，其中非磁性区域包括例如氧化物的电绝缘(例如，电介质)材料。安置于自由区域与固定区域之间的此电绝缘氧化物非磁性区域在本文中称作“中间氧化物区域”。
如本文中所使用，术语“磁性单元芯”意指并包含包括自由区域及固定区域的存储器单元结构且在存储器单元的使用及操作期间电流可通过(即，流动通过)所述磁性单元芯以影响自由区域及固定区域的磁性定向的平行配置或反平行配置。
如本文中所使用，术语“磁性区域”意指展现磁力的区域。磁性区域包含磁性材料且还可包含一个或多个非磁性材料。
如本文中所使用，术语“磁性材料”意指并包含铁磁性材料、亚铁磁性材料、反铁磁性及顺磁性材料。
如本文中所使用，术语“CoFeB材料”意指并包含包括钴(Co)、铁(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材料可展现或可不展现磁力，此取决于其配置(例如，其厚度)。
如本文中所使用，术语“固定区域”意指并包含STT-MRAM单元内的包含磁性材料且在STT-MRAM单元的使用及操作期间具有固定磁性定向的磁性区域，其中影响单元芯的一个磁性区域(例如，自由区域)的磁化方向的改变的电流或所施加场可不影响固定区域的磁化方向的改变。固定区域可包含一个或多个磁性材料及任选地一个或多个非磁性材料。举例来说，固定区域可经配置为包含由磁性子区域邻接的钌(Ru)子区域的合成反铁磁体(SAF)。磁性子区域中的每一者其中可包含一个或多个材料及一个或多个区域。作为另一实例，固定区域可经配置为单个均质磁性材料。因此，固定区域可具有均匀磁化或不同磁化的子区域，总的来说，此在STT-MRAM单元的使用及操作期间影响具有固定磁性定向的固定区域。
如本文中所使用，术语“自由区域”意指并包含STT-MRAM单元内的包含磁性材料且在STT-MRAM单元的使用及操作期间具有可切换磁性定向的磁性区域。磁性定向可通过电流或所施加场的施加而在平行配置与反平行配置之间切换。
如本文中所使用，“切换”意指并包含存储器单元的使用及操作的阶段，在所述阶段期间编程电流通过STT-MRAM单元的磁性单元芯以影响自由区域及固定区域的磁性定向的平行或反平行配置。
如本文中所使用，“存储”意指并包含存储器单元的使用及操作的阶段，在所述阶段期间编程电流不通过STT-MRAM单元的磁性单元芯且其中并不有目的地更改自由区域及固定区域的磁性定向的平行或反平行配置。
如本文中所使用，术语“垂直”意指并包含垂直于相应区域的宽度及长度的方向。“垂直”也可意指并包含垂直于其上定位有STT-MRAM单元的衬底的主要表面的方向。
如本文中所使用，术语“水平”意指并包含平行于相应区域的宽度及长度的至少一者的方向。“水平”也可意指并包含平行于其上定位有STT-MRAM单元的衬底的主要表面的方向。
如本文中所使用，术语“子区域”意指并包含包含于另一区域中的区域。因此，一个磁性区域可包含一个或多个磁性子区域(即，磁性材料子区域)以及非磁性子区域(即，非磁性材料子区域)。
如本文中所使用，术语“在…之间”为用于描述一种材料、区域或子区域相对于至少两种其它材料、区域或子区域的相对安置的空间相对术语。术语“在…之间”可涵盖一种材料、区域或子区域直接邻近于其它材料、区域或子区域的安置及一种材料、区域或子区域间接邻近于其它材料、区域或子区域的安置两者。
如本文中所使用，术语“接近于”为用于描述一种材料、区域或子区域靠近另一材料、区域或子区域的安置的空间相对术语。术语“接近”包含间接邻近于、直接邻近于及在内部的安置。
如本文中所使用，将元件提及为在另一元件“上”或“上方”意指并包含所述元件直接在所述另一元件的顶部上、邻近于所述另一元件、在所述另一元件下方或与所述另一元件直接接触。其也包含所述元件间接在所述另一元件的顶部上、邻近于所述另一元件、在所述另一元件下方或靠近所述另一元件，其中其它元件存在于其之间。相比来说，当将元件称作“直接位于”另一元件上或“直接邻近于”另一元件时，不存在介入元件。
如本文中所使用，例如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“底部”、“在…上面”、“上部”、“顶部”、“前”、“后”、“左”、“右”及类似物的其它空间相对术语为便于说明可用于描述如各图中所图解说明的一个元件或特征相对于另一元件(另一些元件)或特征(若干特征)的关系。除非另外规定，否则空间相对术语打算涵盖除如各图中所描绘的定向以外的材料的不同定向。举例来说，如果颠倒各图中的材料，那么描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”或“下边”或者“底部上”的元件则将定位为在其它元件或特征“上面”或“顶部上”。因此，术语“在…下面”取决于其中使用术语的上下文而可涵盖在…上面及在…下面的定向两者，此对所属领域的技术人员将为显而易见的。材料可以其它方式定向(旋转90度、颠倒等)且因此解释本文中所使用的空间相对描述符。
如本文中所使用，术语“包括(comprises、comprising)”及/或“包含(includes、including)”规定所陈述特征、区域、整数、阶段、操作、元件、材料、组件及/或群组的存在，但并不排除一个或多个其它特征、区域、整数、阶段、操作、元件、材料、组件、及/或其群组的存在或添加。
如本文中所使用，“及/或”包含相关联所列举项目中的一或多者的任何及全部组合。
如本文中所使用，单数形式“一(a、an)”及“所述(the)”也打算包含复数形式，除非上下文另外清晰地指示。
本文中所呈现的图解说明并不意在为任何特定组件、结构、装置或系统的实际视图，而仅仅为用于描述本发明的实施例的理想化表示。
本文中参考为示意性图解说明的横截面图解说明来描述实施例。因此，将预期图解说明的形状会因(举例来说)制造技术及/或公差而有所变化。因此，本文中所描述的实施例不应视为限于如所图解说明的特定形状或区域，而可包含因(举例来说)制造技术而引起的形状偏差。举例来说，图解说明或描述为盒形的区域可具有粗糙及/或非线性特征。此外，所图解说明的锐角可经修圆。因此，各图中所图解说明的材料、特征及区域在本质上为示意性的，且其形状并不打算图解说明材料、特征或区域的精确形状且并不限制本方面权利要求书的范围。
以下说明提供具体细节(例如材料类型及处理条件)以便提供对所揭示装置及方法的实施例的透彻说明。然而，所属领域的技术人员将理解，可在不采用这些具体细节的情况下实践装置及方法的实施例。实际上，装置及方法的实施例可结合行业中采用的常规半导体制作技术来实践。
本文中所描述的制作过程并不形成用于处理半导体装置结构的完整过程流程。过程流程的其余部分为所属领域的技术人员已知的。因此，本文中仅描述用以理解本发明装置及方法的实施例必需的方法及半导体装置结构。
除非上下文另外指示，否则本文中所描述的材料可通过包含但不限于旋涂、毯覆式涂布、化学气相沉积(“CVD”)、原子层沉积(“ALD”)、等离子增强型ALD、物理气相沉积(“PVD”)或外延生长的任何适合技术而形成。用于沉积或生长材料的技术可由所属领域的技术人员取决于待形成的具体材料而选择。
除非上下文另外指示，否则本文中所描述的材料的移除可通过包含但不限于蚀刻、离子研磨、磨料平坦化或其它已知方法的任何适合技术而完成。
现在将参考图式，其中在通篇中相似编号是指相似组件。所述图式未必按比例绘制。
揭示存储器单元。存储器单元包含磁性单元芯，所述磁性单元芯包含位于两个氧化物区域之间的自由区域，所述两个氧化物区域包含中间氧化物区域及第二氧化物区域。两个区域均可经配置以诱发与自由区域的MA(磁各向异性)。中间氧化物区域也可经配置以用作隧穿势垒。吸气剂材料接近于第二氧化物区域。吸气剂材料具有大于或约等于对第二氧化物区域的氧化物材料的氧的化学亲和性的对氧的化学亲和性。举例来说，吸气剂材料可由金属形成，针对所述金属，来自所述金属的金属氧化物的生成热低于(例如，更具负性)第二氧化物区域的氧化物的生成热。因此，吸气剂材料经调配以从第二氧化物区域移除氧，从而减小第二氧化物区域内的氧浓度，且因此减小第二氧化物区域的电阻。与不具有吸气剂情形的STT-MRAM单元相比，电阻的减小实现较高磁阻、较低RA(电阻面积)乘积及较低编程电压。因此，STT-MRAM单元可经形成以包含提供高MA强度而不使隧穿磁阻、RA乘积或编程电压降级的两个MA-诱发区域。
图1图解说明根据本发明的磁性单元结构100的实施例。磁性单元结构100包含衬底102上方的磁性单元芯101。磁性单元芯101可安置于在上面的上部电极104与在下面的下部电极105之间。由其形成上部电极104及下部电极105中的任一者或两者的导电材料可包括以下各项、由以下各项基本组成或组成：(举例来说且并非限制)金属(例如，铜、钨、钛、钽)、金属合金或其组合。
磁性单元芯101包含至少两个磁性区域，举例来说，“固定区域”110及“自由区域”120。自由区域120及固定区域110可由以下各项形成、包括以下各项、由以下各项基本组成或组成：铁磁性材料(例如Co、Fe、Ni或其合金NiFe、CoFe、CoNiFe或经掺杂合金CoX、CoFeX、CoNiFeX(X＝B、Cu、Re、Ru、Rh、Hf、Pd、Pt、C))或者其它半金属铁磁性材料(例如(举例来说)NiMnSb及PtMnSb)。在一些实施例中，举例来说，自由区域120、固定区域110或两者可由CoxFeyBz全部或部分地形成，其中x＝10到80，y＝10到80且z＝0到50。在其它实施例中，自由区域120、固定区域110或两者可由铁(Fe)及硼(B)全部或部分地形成且不包含钴(Co)。自由区域120及固定区域110的组成及结构(例如，厚度及其它物理尺寸)可为相同或不同的。
或者或另外，在一些实施例中，自由区域120、固定区域110或两者可由多种材料形成或包括多种材料，所述多种材料中的一些材料可为磁性材料且所述多种材料中的一些材料可为非磁性材料。举例来说，一些此类多材料自由区域、固定区域或两者可包含多个子区域。举例来说且并非限制，自由区域120、固定区域110或两者可由重复的钴及铂子区域形成或包括重复的钴及铂子区域，其中铂子区域可安置于钴子区域之间。作为另一实例并非限制，自由区域120、固定区域110或两者可包括重复的钴及镍子区域，其中镍子区域可安置于钴子区域之间。因此，固定区域110及自由区域120中的任一者或两者可均质地形成，或任选地可经形成以包含一个以上磁性材料子区域及任选地非磁性材料(例如，耦合器材料)子区域。
在一些实施例中，固定区域110及自由区域120两者可由相同材料全部或部分地形成，例如，CoFeB材料。然而，在一些此类实施例中，Co:Fe:B的相对原子比在固定区域110及自由区域120中可为不同的。固定区域110及自由区域120中的一者或两者可包含磁性材料子区域，所述磁性材料子区域包含彼此相同的元素但其中具有不同的元素相对原子比。举例来说且并非限制，与CoFe相比，自由区域120的子区域可具有比自由区域120的另一子区域低的硼(B)浓度。
在一些实施例中，本发明的实施例的存储器单元可经配置为平面外STT-MRAM单元。“平面外”STT-MRAM单元包含展现主要沿垂直方向定向的磁性定向的磁性区域。举例来说，如在图1A(其为图1的方框AB的视图)中所图解说明，STT-MRAM单元可经配置以展现磁性区域中的至少一者(例如，固定区域110及自由区域120)中的垂直磁性定向。所展现的垂直磁性定向可由垂直磁各向异性(“PMA”)强度来表征。如图1A中通过箭头112A及双头箭头122A所图解说明，在一些实施例中，固定区域110及自由区域120中的每一者可展现垂直磁性定向。固定区域110的磁性定向在STT-MRAM单元的整个操作中可保持沿基本相同的方向(举例来说，沿图1A的箭头112A所指示的方向)引导。另一方面，自由区域120的磁性定向可在单元的操作期间在平行配置与反平行配置之间切换，如图1A的双头箭头122A所指示。
在其它实施例中，本发明的实施例的存储器单元可经配置为平面内STT-MRAM单元。“平面内”STT-MRAM单元包含展现主要沿水平方向定向的磁性起源的磁性区域。举例来说，如在图1B(其为图1的方框AB的视图)中所图解说明，STT-MRAM单元可经配置以展现磁性区域(例如，固定区域110及自由区域120)中的至少一者中的水平磁性定向。所展现的水平定向可由水平磁各向异性(“HMA”)强度来表征。如图1B中通过箭头112B及双头箭头122B所图解说明，在一些实施例中，固定区域110及自由区域120中的每一者可展现水平磁性定向。固定区域110的磁性定向在STT-MRAM单元的整个操作中可保持沿基本相同的方向(举例来说，沿图1B的箭头112B所指示的方向)引导。另一方面，自由区域120的磁性定向可在单元的操作期间在平行配置与反平行配置之间切换，如图1B的双头箭头122B所指示。
继续参考图1，中间氧化物区域130可安置于自由区域120与固定区域110之间。中间氧化物区域130可经配置为隧穿区域且可沿着界面131接触固定区域110且可沿着界面132接触自由区域120。中间氧化物区域130可由以下材料形成、包括以下材料、由以下材料基本组成或组成：非磁性氧化物材料，例如，氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)或常规隧穿势垒区域的其它氧化物材料。可包含一种或多种非磁性氧化物材料。在一些实施例中，可包含额外非氧化物材料。因此，中间氧化物区域130可形成为均质区域或者形成为具有异质混合物或一种或多种材料的区别性子区域的区域。
一个或多个下部中间区域140可任选地安置于下部电极105上方以及固定区域110及自由区域120下边。下部中间区域140可包含经调配且经配置以提供其上形成有上覆材料的平滑模板且实现以所要结晶结构形成上覆材料的基础部材料。或者或另外，下部中间区域140可包含经配置以在存储器单元的操作期间抑制下部电极105与上覆于下部中间区域140上的材料之间的扩散的材料。举例来说且并非限制，下部中间区域140可由以下材料形成、包括以下材料、由以下材料基本组成或组成：包括钴(Co)及铁(Fe)中的至少一者的材料(例如，CoFeB材料)；非磁性材料(例如，金属(例如，钽(Ta)、钛(Ti)、钌(Ru)、钨(W))；金属氮化物(例如，氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN))、金属合金)；或其任何组合。在一些实施例中，下部中间区域140(如果包含)可与下部电极105一起并入。举例来说，下部中间区域140可包含下部电极105的最上部子区域或由所述子区域组成。
一个或多个上部中间区域150可任选地安置于磁性单元芯101的磁性区域(例如，固定区域110及自由区域120)上方。上部中间区域150(如果包含)可经配置以确保相邻材料中的所要晶体结构以在磁性单元的制作期间辅助图案化过程或用作扩散势垒。在一些实施例中，上部中间区域150(如果存在)可由导电材料形成、包括所述导电材料、由所述导电材料基本组成或组成(例如，例如铜(Cu)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、钌(Ru)、氮化钽(TaN)或氮化钛Ta(N)的一种或多种材料)。在一些实施例中，上部中间区域150(如果包含)可与上部电极104一起并入。举例来说，上部中间区域150可包含上部电极104的最下部子区域或由所述子区域组成。
磁性单元芯101还包含邻近于自由区域120的第二氧化物区域170。第二氧化物区域170可形成于下部电极105及下部中间区域140(如果存在)上方。举例来说且并非限制，第二氧化物区域170可由以下材料形成、包括以下材料、由以下材料基本组成或组成：非磁性氧化物材料(例如，氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)或常规隧穿势垒区域的其它氧化物材料)。在一些实施例中，第二氧化物区域170可由从其形成中间氧化物区域130的相同材料形成，但此材料的元素的相对原子比在第二氧化物区域170及中间氧化物区域130中可为不同的。举例来说，第二氧化物区域170及中间氧化物区域130两者均可由MgO形成。然而，如下文所讨论，第二氧化物区域170可具有比中间氧化物区域130低的氧浓度。
吸气剂区域180接近于第二氧化物区域170而形成。在一些实施例中，如图1中所图解说明，吸气剂区域180可邻近(例如，直接在其下面)第二氧化物区域170。因此，虽然第二氧化物区域170可沿着上部表面(例如，在界面172处)邻近于自由区域120，但第二氧化物区域170可沿着相对下部表面(例如，在界面178处)邻近于吸气剂区域180。
吸气剂区域180经调配且经配置以从第二氧化物区域170移除氧以便降低第二氧化物区域170中的氧浓度且因此降低第二氧化物区域170的电阻，此最大化磁性单元芯101的磁阻。举例来说，吸气剂区域180可由具有对氧的化学亲和性的材料形成、包括所述材料、由所述材料基本组成或组成，所述材料的对氧的化学亲和性约等于或大于对第二氧化物区域170的材料的氧的化学亲和性，使得吸气剂区域180的材料(在本文中称作“吸气剂材料”)经调配以竞争第二氧化物区域170的氧。在其中吸气剂材料包含金属的实施例中，金属氧化物生成热为吸气剂材料对氧的化学亲和性的指示。因此，吸气剂区域180的吸气剂材料可具有与第二氧化物区域170的氧化物的生成热约相同(例如，比其高不到约10％)或小于所述生成热的金属氧化物生成热。
举例来说且并非限制，在其中第二氧化物区域170由具有约-6.29(eV)的金属氧化物生成热的氧化镁(MgO)形成的实施例中，吸气剂区域180的吸气剂材料可由具有等于或小于约-5.66(eV)的金属氧化物生成热的金属形成、包括所述金属、由所述金属基本组成或组成，例如，钙(Ca)、锶(Sr)、铝(Al)、钡(Ba)、锆(Zr)、其化合物或其组合。氧化钙(CaO)具有约-6.58(eV)的金属氧化物生成热(即，小于MgO的生成热)。氧化锶(SrO)具有约-6.13(eV)的金属氧化物生成热(即，仅比MgO的生成热高约2.5％)。氧化铝(Al2O3)具有约-5.79(eV)的金属氧化物生成热(即，仅比MgO的生成热高约7.9％)。氧化钡(BaO)及氧化锆(ZrO2)具有约-5.68(eV)的金属氧化物生成热(即，仅比MgO的生成热高约9.7％)。因此，吸气剂区域180的吸气剂材料可经选择以与第二氧化物区域170的材料竞争氧。
吸气剂区域180可形成为具有对氧的所要化学亲和性(例如，金属氧化物生成热)的纯元素金属或此金属的化合物的均质区域。举例来说，在其中第二氧化物区域170由氧化镁(MgO)形成的实施例中，吸气剂区域180可由纯钙(Ca)或由钙化合物(例如，碳酸钙(CaCO3))形成。在其它实施例中，吸气剂区域180可包含嵌入于载体材料(例如，氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO))中的吸气剂材料(例如，金属)。然而，预期，吸气剂区域180可经调配且经配置以提供充分自由(即，可用于化学反应及/或与氧接合)金属原子来完成从第二氧化物区域170吸引及移除氧以影响第二氧化物区域170的氧浓度及电阻的减小。举例来说，吸气剂区域180可经调配以包含自由金属浓度且可经配置以具有实现从第二氧化物区域170移除所要量的氧的量(例如，厚度)。在其中吸气剂材料中的自由金属浓度较低的实施例中，吸气剂区域180可经形成为较厚；而在其中吸气剂材料中的自由金属浓度较高的实施例中，吸气剂区域180可经形成为较薄以完成氧从第二氧化物区域170的相同移除。
由吸气剂区域180从第二氧化物区域170移除氧可在其制作期间通过对磁性单元芯101的材料进行退火而起始。在此类实施例中，可在一个或多个阶段中实施的退火的温度及时间可经修整以实现氧从第二氧化物区域170到吸气剂区域180的所要转移。与较低退火温度及较短退火时间相比，较高退火温度及较长退火时间可促进更多的氧移除。预期，氧从第二氧化物区域170到吸气剂区域180的转移为大致永久的，使得一旦被转移，氧可不能扩散回到第二氧化物区域170。
至少在其中中间氧化物区域130及第二氧化物区域170由同一种氧化物材料(例如，MgO)形成的实施例中，所得磁性单元芯101在氧于第二氧化物区域170与吸气剂区域180之间的转移之后包含与中间氧化物区域130相比具有较低氧浓度的第二氧化物区域170。在此或其它实施例中，第二氧化物区域170与中间氧化物区域130相比具有较低电阻。举例来说且并非限制，第二氧化物区域170可具有小于中间氧化物区域130的电阻的约50％(例如，介于约1％与约20％之间)的电阻。在一些实施例中，作为氧移除的结果，第二氧化物区域170可为导电的。因此，如本文中所描述，第二氧化物区域170可为电阻的(但比中间氧化物区域130程度小得多)或可为导电的，两种替代形式均由“较低电阻”的描述涵盖，如本文中所使用。因此，第二氧化物区域170并不使单元的磁阻降级(例如，大致降低)。
并非第二氧化物区域170中的所有氧均可由吸气剂区域180移除。而是，吸气剂区域180可经调配且经配置以仅移除氧的一部分而在第二氧化物区域170中留下最小氧浓度。预期，最小氧浓度为足以使得第二氧化物区域170能够继续诱发与自由区域120的表面/界面MA的浓度。在一些实施例中，第二氧化物区域170中的所得经降低氧浓度在整个第二氧化物区域170中可为一致的。在其它实施例中，在氧从第二氧化物区域170到吸气剂区域180的转移之后，第二氧化物区域170可具有氧梯度。此氧梯度接近于与自由区域120的界面172可包含较高浓度且接近于与吸气剂区域180的界面178包含较低氧浓度。在此类实施例中，氧浓度随后可与整个第二氧化物区域170的大致一致氧浓度平衡。
预期，吸气剂区域180与中间氧化物区域130在物理上隔离以抑制吸气剂区域180从中间氧化物区域130移除氧且降低中间氧化物区域130的氧浓度。因此，如图1中所图解说明，吸气剂区域180可由磁性单元芯101的其它区域(包含(举例来说且并非限制)第二氧化物区域170及自由区域120)与中间氧化物区域130间隔开。在此类实施例中，吸气剂区域180可不与中间氧化物区域130进行化学反应。
在本发明的一个实施例中，磁性单元结构100包含由钙(Ca)或钙化合物(例如，CaCO3)形成的吸气剂区域180、由氧化镁(MgO)形成的第二氧化物区域170、由CoFeB材料形成的自由区域120、由MgO形成的中间氧化物区域130及由CoFeB材料至少部分地形成的固定区域110。由于与MgO的生成热(即，-6.28(eV))相比CaO的较低生成热(即，-6.58(eV))，因此来自第二氧化物区域170的氧转移到吸气剂区域180。因此，吸气剂区域180包含Ca及氧，氧从第二氧化物区域170衍生。此外，尽管此实施例的第二氧化物区域170及中间氧化物区域130两者由相同材料MgO形成，但所得磁性单元芯101的第二氧化物区域170具有比中间氧化物区域130低的氧浓度及比其低的电阻。第二氧化物区域170可具有小于中间氧化物区域130的电阻的约20％的电阻。
尽管在图1中，吸气剂区域180直接邻近第二氧化物区域170且在第二氧化物区域170下面，但在其它实施例中，例如在图2的实施例中，吸气剂区域180可通过位于第二氧化物区域270内部而接近于第二氧化物区域170。举例来说，吸气剂区域180可为第二氧化物区域270的中心子区域，第二氧化物区域270具有在吸气剂区域180上方的上部氧化物子区域276及在吸气剂区域180下边的下部氧化物子区域278。上部氧化物子区域276可沿着界面272邻近于自由区域120，且下部氧化物子区域278可沿着界面274邻近于下部电极105或下部中间区域140(如果存在)。
在其它实施例中，吸气剂区域180可不是接近于(例如，邻近于或在其内部)第二氧化物区域170(图1)的区别性区域，而可为嵌入于与第二氧化物区域170相邻的材料内的吸气剂材料区域。在任何方面中，吸气剂材料接近于第二氧化物区域170且经配置且经调配以从第二氧化物区域170移除氧来降低第二氧化物区域170的氧浓度及电阻。
因此，揭示包括磁性单元芯的存储器单元。磁性单元芯包括展现可切换磁性定向的磁性区域。另一磁性区域展现固定磁性定向。中间氧化物区域安置于磁性区域与另一磁性区域之间。另一氧化物区域通过磁性区域与中间氧化物区域间隔开。另一氧化物区域具有比中间氧化物区域低的电阻。吸气剂区域接近于另一氧化物区域且包括氧及金属。
形成本发明的存储器单元可包含从底部到顶部依序形成每一区域的材料或若干材料。因此，举例来说，为形成图1的磁性单元结构100，可在衬底102上方形成下部电极的导电材料。接着，可在导电材料上方形成下部中间区域140(如果包含)的材料。接着，可(例如，通过溅镀、CVD、PVD、ALD或其它已知沉积技术)形成吸气剂区域180的吸气剂材料。可在吸气剂材料上方形成第二氧化物区域170的氧化物材料，且可在氧化物材料上方形成自由区域120的磁性材料。接着可在自由区域120的磁性材料上方形成中间氧化物区域130的氧化物材料。可在中间氧化物区域130的氧化物材料上方形成固定区域110的磁性材料。可在固定区域110上方形成上部中间区域150(如果包含)的材料。最后，可形成上部电极104的导电材料。接着可在一个或多个阶段中将所述材料图案化以形成磁性单元芯101的结构。用于图案化结构(例如经描述以形成例如图1的磁性单元结构100的结构的材料的前驱物结构)的技术为所属领域中已知的且因此并不详细地描述。
除第二氧化物区域270的氧化物材料的形成可在多个阶段中形成以形成下部氧化物子区域278与上部氧化物子区域276之间的吸气剂区域180以外，可类似地形成图2的磁性单元结构200。
至少在形成吸气剂区域180的吸气剂材料及第二氧化物区域(例如，图1的第二氧化物区域170、图2的第二氧化物区域270)的氧化物材料之后，可(例如，在退火期间)在第二氧化物区域(例如，图1的170、图2的270)与吸气剂区域180之间转移氧。参考图3，图解说明其中包括氧371的氧化物材料370接近于吸气剂材料380的部分单元芯结构300。图3可表示氧化物材料370及吸气剂材料380在材料的初始形成时的状态。在时间之后且在一些实施例中，在退火之后，氧371中的至少一些氧从氧化物材料370扩散到吸气剂材料380，从而形成具有耗尽氧的氧化物材料470及富含氧的吸气剂材料480的部分单元芯结构400，如图4中所图解说明。至少在一些实施例中，氧371中的一些氧保持在耗尽氧化物材料470中，使得耗尽氧化物材料470保持经调配且经配置以诱发与自由区域120的MA。耗尽氧化物材料470(图4)的电阻低于氧化物材料370(图3)的电阻。
可在磁性单元芯101的材料的形成期间或之后实施一个或多个退火阶段。在一些实施例中，可在图案化之后实施退火。
尽管在图1及2的实施例中，自由区域120被图解说明为比固定区域110更接近衬底102，但在其它实施例中，固定区域110可更接近衬底102。举例来说，参考图5，根据本发明的另一实施例，磁性单元结构500可替代地包含从底部(接近于衬底102、下部电极105及下部中间区域140(如果包含))到顶部(接近于上部电极104及上部中间区域150(如果包含))包括固定区域110、中间氧化物区域130、自由区域120及第二氧化物区域170的磁性单元芯501。吸气剂区域180可接近于第二氧化物区域170，举例来说，邻近第二氧化物区域170或在其上方(如在图5中)或在第二氧化物区域170内部(如在图2的第二氧化物区域270中)。
至少在形成第二氧化物区域170及吸气剂区域180之后，可将氧从第二氧化物区域170转移到吸气剂区域180来降低第二氧化物区域170的氧浓度及电阻。在图5的实施例中，氧被向上转移。
因此，揭示形成磁性存储器单元的方法。所述方法包括在中间氧化物区域与另一氧化物区域之间形成自由区域。接近于另一氧化物区域形成吸气剂材料。将氧从另一氧化物区域转移到吸气剂材料以降低另一氧化物区域的电阻。
在一些实施例中，第二氧化物区域170与吸气剂区域180可不直接接触。举例来说，如图6中所图解说明，部分单元芯结构600可包含第二氧化物区域170与吸气剂区域180之间的中间区域660，使得第二氧化物区域170沿着界面676接触中间区域660。中间区域660可经调配以准许氧从第二氧化物区域170扩散到吸气剂区域180。因此，甚至在第二氧化物区域170接近于但不直接邻近于吸气剂区域180的情况下，吸气剂区域180接近于第二氧化物区域170也可实现第二氧化物区域170的氧浓度及电阻的减小。
参考图7及8，在一些实施例中，部分单元芯结构700的吸气剂材料可通过横向地邻近于第二氧化物区域170而接近于第二氧化物区域170。因此，吸气剂区域780可横向地环绕第二氧化物区域170且可从第二氧化物区域170移除氧且减小第二氧化物区域170的电阻。
参考图9，图解说明包含与STT-MRAM单元914以可操作方式通信的外围装置912的STT-MRAM系统900，STT-MRAM单元914的分组可取决于系统要求及制作技术而经制作以形成呈包含若干个行及列的栅格图案或呈各种其它布置的存储器单元阵列。STT-MRAM单元914包含磁性单元芯902、存取晶体管903、可用作数据/感测线904(例如，位线)的导电材料、可用作存取线905(例如，字线)的导电材料及可用作源极线906的导电材料。STT-MRAM系统900的外围装置912可包含读取/写入电路907、位线参考908及感测放大器909。单元芯902可为上文所描述的磁性单元芯(例如，磁性单元芯101(图1)、磁性单元芯201(图2)、磁性单元芯501(图5))中的任一者。由于单元芯902的结构、制作方法或此两者所致，STT-MRAM单元914可包含两个MA诱发氧化物区域(例如，中间氧化物区域130(图1)与第二氧化物区域170(图1))之间的自由区域120(图1)，其中来自第二氧化物区域170的电阻贡献小于中间氧化物区域130的电阻贡献的约50％。因此，STT-MRAM单元914可具有高MA强度、高磁阻、低RA乘积及低编程电压。
在使用及操作中，当选择对STT-MRAM单元914进行编程时，将编程电流施加到STT-MRAM单元914，且由单元芯902的固定区域自旋极化所述电流且将扭矩施加于单元芯902的自由区域上，这切换自由区域的磁化以“写入到”或STT-MRAM单元914对其进行“编程”。在STT-MRAM单元914的读取操作中，使用电流来检测单元芯902的电阻状态。
为启动STT-MRAM单元914的编程，读取/写入电路907可产生写入电流(即，编程电流)到数据/感测线904及源极线906。数据/感测线904与源极线906之间的编程电压的极性确定单元芯902中的自由区域的磁性定向的切换。通过随自旋极性而改变自由区域的磁性定向，根据编程电流的自旋极性磁化自由区域，且将经编程逻辑状态写入到STT-MRAM单元914。
为读取STT-MRAM单元914，读取/写入电路907产生通过单元芯902及存取晶体管903的读取电压到数据/感测线904及源极线906。STT-MRAM单元914的经编程状态与跨越单元芯902的电阻有关，所述电阻可由数据/感测线904与源极线906之间的电压差来确定。因此，由于第二氧化物区域170(图1)的降低电阻(由于吸气剂区域180(图1)所致)所致的STT-MRAM单元914的较低电阻实现较低编程电压的使用。STT-MRAM单元914由于吸气剂区域180(图1)而可具有较高有效磁阻，此可进一步增强STT-MRAM单元914的性能。在一些实施例中，电压差可与位线参考908相比且由感测放大器909放大。
图9图解说明可操作STT-MRAM系统900的一个实例。然而，预期，磁性单元芯(例如，磁性单元芯101(图1)、磁性单元芯201(图2)、磁性单元芯501(图5))可并入于且用于经配置以并入具有磁性区域的磁性单元芯的任何STT-MRAM系统内。
因此，揭示包括STT-MRAM单元的自旋扭矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)系统。所述STT-MRAM单元中的至少一个STT-MRAM单元包括一对磁性区域及一对氧化物区域。所述对磁性区域包括展现可切换磁性定向的磁性区域及展现固定磁性定向的另一磁性区域。所述对氧化物区域包括中间氧化物区域及另一氧化物区域。中间氧化物区域在磁性区域与另一磁性区域之间。另一氧化物区域邻近和中间氧化物区域与磁性区域之间的界面相对的磁性区域的表面。另一氧化物区域具有比中间氧化物区域低的电阻。至少一个STT-MRAM单元还包括接近于另一氧化物区域的吸气剂区域。吸气剂区域包括金属及氧。至少一个外围装置与至少一个STT-MRAM单元以可操作方式通信。存取晶体管、位线、字线及源极线中的至少一者与磁性单元芯以可操作方式通信。
参考图10，图解说明根据本文中所描述的一个或多个实施例实施的半导体装置1000的简化框图。半导体装置1000包含存储器阵列1002及控制逻辑组件1004。存储器阵列1002可包含多个STT-MRAM单元914(图9)，STT-MRAM单元914包含上文所讨论的磁性单元芯(例如，磁性单元芯101(图1)、磁性单元芯201(图2)、磁性单元芯501(图5))中的任一者，所述磁性单元芯(例如，磁性单元芯101(图1)、磁性单元芯201(图2)、磁性单元芯501(图5))可已根据上文所描述的方法形成且可根据上文所描述的方法操作。控制逻辑组件1004可经配置以与存储器阵列1002以操作方式互动以便从存储器阵列1002内的任何或所有存储器单元(例如，STT-MRAM单元914(图9))读取或写入到任何或所有存储器单元。
因此，揭示包括自旋扭矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)阵列(包括STT-MRAM单元)的半导体装置。所述STT-MRAM单元中的至少一个STT-MRAM单元包括自由区域与固定区域之间的中间氧化物区域。另一氧化物区域邻近于自由区域且与中间氧化物区域间隔开。另一氧化物区域具有比中间氧化物区域低的电阻。吸气剂区域接近所述另一氧化物区域且包括金属，所述金属具有比所述另一氧化物区域的氧化物的生成热大不到10％的金属氧化物生成热。
参考图11，描绘基于处理器的系统1100。基于处理器的系统1100可包含根据本发明的实施例制造的各种电子装置。基于处理器的系统1100可为例如计算机、寻呼机、蜂窝式电话、个人备忘记事本、控制电路或其它电子装置的多种类型中的任一者。基于处理器的系统1100可包含例如微处理器的一个或多个处理器1102以控制基于处理器的系统1100中的系统功能及请求的处理。基于处理器的系统1100的处理器1102及其它子组件可包含根据本发明的实施例制造的磁性存储器装置。
基于处理器的系统1100可包含与处理器1102以可操作方式通信的电力供应器1104。举例来说，如果基于处理器的系统1100为便携式系统，那么电力供应器1104可包含燃料电池、电力收集装置、永久电池、可替换电池及可再充电电池中的一者或多者。举例来说，电力供应器1104还可包含AC适配器；因此基于处理器的系统1100可插入到壁式插座中。举例来说，电力供应器1104还可包含DC适配器，使得基于处理器的系统1100可插入到车辆点烟器或车辆电源端口中。
取决于基于处理器的系统1100执行的功能，各种其它装置可耦合到处理器1102。举例来说，用户接口1106可耦合到处理器1102。用户接口1106可包含例如按钮、开关、键盘、光笔、鼠标、数字化器及手写笔、触摸屏、语音辨识系统、麦克风或其组合的输入装置。显示器1108也可耦合到处理器1102。显示器1108可包含LCD显示器、SED显示器、CRT显示器、DLP显示器、等离子显示器、OLED显示器、LED显示器、三维投影、音频显示器或其组合。此外，RF子系统/基带处理器1110也可耦合到处理器1102。RF子系统/基带处理器1110可包含耦合到RF接收器且耦合到RF发射器的天线(未展示)。通信端口1112或一个以上通信端口1112也可耦合到处理器1102。举例来说，通信端口1112可适于耦合到一个或多个外围装置1114(例如调制解调器、打印机、计算机、扫描仪或相机)或耦合到网络(例如局域网、远程区域网、内联网或因特网)。
处理器1102可通过实施存储于存储器中的软件程序来控制基于处理器的系统1100。举例来说，软件程序可包含操作系统、数据库软件、绘图软件、字处理软件、媒体编辑软件或媒体播放软件。所述存储器可操作地耦合到处理器1102以存储并促进各种程序的执行。举例来说，处理器1102可耦合到系统存储器1116，系统存储器1116可包含自旋扭矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、赛道存储器及其它已知存储器类型中的一者或多者。系统存储器1116可包含易失性存储器、非易失性存储器或其组合。系统存储器1116通常较大，使得其可存储动态加载的应用程序及数据。在一些实施例中，系统存储器1116可包含：半导体装置(例如图10的半导体装置1000)、包含上文所讨论的磁性单元芯(例如，磁性单元芯101(图1)、磁性单元芯201(图2)、磁性单元芯501(图5))中的任一者或其组合的存储器单元。
处理器1102还可耦合到非易失性存储器1118，此并不暗示系统存储器1116必须为易失性的。非易失性存储器1118可包含STT-MRAM、MRAM、只读存储器(ROM)(例如EPROM、电阻式只读存储器(RROM))及快闪存储器中的一或多者以与系统存储器1116结合使用。非易失性存储器1118的大小通常经选择以恰好足够大来存储任何必需操作系统、应用程序及固定数据。另外，非易失性存储器1118可包含高容量存储器，例如磁盘存储器，例如(举例来说)包含电阻式存储器或其它类型的非易失性固态存储器的混合驱动器。非易失性存储器1118可包含：半导体装置(例如图10的半导体装置1000)、包含上文所讨论的磁性单元芯(例如，磁性单元芯101(图1)、磁性单元芯201(图2)、磁性单元芯501(图5))中的任一者或其组合的存储器单元。
因此，揭示包括至少一个处理器的电子系统。所述至少一个处理器包括至少一个磁性存储器单元。所述至少一个磁性存储器单元包括展现固定磁性定向的固定区域、邻近于固定区域的中间氧化物区域及邻近于中间氧化物区域的自由区域。自由区域展现可切换磁性定向。另一氧化物区域邻近于自由区域，且吸气剂材料接近于另一氧化物区域。吸气剂材料包括金属及氧。所述金属的金属氧化物具有比另一氧化物区域的氧化物的生成热大不到约10％的生成热。电力供应器与至少一个处理器以可操作方式通信。
虽然本发明易于在其实施方案中做出各种修改及替代形式，但已在图式中通过实例方式展示具体实施例且已在本文中详细地描述所述具体实施例。然而，本发明并不打算限于所揭示的特定形式。而是，本发明涵盖归属于由以上所附权利要求书及其合法等效形式定义的本发明的范围内的所有修改、组合、等效形式、变化及替代形式。

Claims (20)

1.一种半导体装置，其包括：
至少一个存储器单元，其包括磁性单元芯，所述磁性单元芯包括：
磁性区域，其展现可切换磁性定向；
另一磁性区域，其展现固定磁性定向；
中间氧化物区域，其在所述磁性区域与所述另一磁性区域之间；
另一氧化物区域，其通过所述磁性区域与所述中间氧化物区域间隔开，所述另一氧化物区域具有比所述中间氧化物区域低的电阻；及
吸气剂区域，其接近于所述另一氧化物区域，所述吸气剂区域包括氧及金属。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述金属的金属氧化物具有比所述另一氧化物区域的氧化物的生成热大不到约10％的生成热。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述金属氧化物具有比所述另一氧化物区域的所述氧化物的所述生成热小的所述生成热。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述中间氧化物区域及所述另一氧化物区域是由同一种氧化物材料形成。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中所述另一氧化物区域具有比所述中间氧化物区域低的氧浓度。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述吸气剂区域直接邻近于所述另一氧化物区域。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述吸气剂区域在所述另一氧化物区域内部。
8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中：
所述另一氧化物区域包括氧化镁MgO；且
所述吸气剂区域包括钙Ca、锶Sr、铝Al、钡Ba、锆Zr及其化合物中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述吸气剂区域包括钙化合物。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述另一氧化物区域的电阻小于所述中间氧化物区域的电阻的50％。
11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述吸气剂区域的所述金属的金属氧化物生成热小于约-5.66(eV)。
12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的半导体装置，其中所述至少一个存储器单元包括阵列中的多个存储器单元，所述至少一个存储器单元与至少一个外围装置以可操作方式通信。
13.一种形成磁性存储器单元的方法，其包括：
在中间氧化物区域与另一氧化物区域之间形成自由区域；
接近于所述另一氧化物区域形成吸气剂材料；及
将氧从所述另一氧化物区域转移到所述吸气剂材料以降低所述另一氧化物区域的电阻。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成自由区域及形成吸气剂材料包括：
在衬底上方形成吸气剂材料；
在所述吸气剂材料上方形成所述另一氧化物区域；
在所述另一氧化物区域上方形成所述自由区域；及
在所述自由区域上方形成所述中间氧化物区域。
15.根据权利要求13所述的方法，其中接近于所述另一氧化物区域形成吸气剂材料包括：
形成所述另一氧化物区域的下部氧化物子区域；
在所述下部氧化物子区域上方形成所述吸气剂材料；及
在所述吸气剂材料上方形成所述另一氧化物区域的上部氧化物子区域。
16.根据权利要求13所述的方法，其中形成自由区域及形成吸气剂材料包括：
在衬底上方形成所述中间氧化物区域；
在所述中间氧化物区域上方形成所述自由区域；
在所述自由区域上方形成所述另一氧化物区域；及
在所述另一氧化物区域上方形成所述吸气剂材料。
17.根据权利要求13所述的方法，其中将氧从所述另一氧化物区域转移到所述吸气剂材料包括对所述另一氧化物区域及所述吸气剂材料进行退火。
18.根据权利要求13所述的方法，其中将氧从所述另一氧化物区域转移到所述吸气剂材料包括将所述氧的一部分从所述另一氧化物区域转移到所述吸气剂材料。
19.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括邻近于所述中间氧化物区域形成固定区域。
20.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括将所述吸气剂材料选择为具有比所述另一氧化物区域的氧化物的生成热高不大于约10％的金属氧化物生成热。
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