JP6400118B2 - メモリセル、半導体構造、半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
［優先権主張］
本出願は、２０１４年４月９日に出願された米国特許出願整理番号１４／２４９，１８３“ＭＥＭＯＲＹ ＣＥＬＬＳ，ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ，ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ”の出願日の利益を享受する権利を主張する。
本出願は、２０１４年４月９日に出願された米国特許出願整理番号１４／２４９，１８３“ＭＥＭＯＲＹ ＣＥＬＬＳ，ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ，ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ”の出願日の利益を享受する権利を主張する。
本開示は、種々の実施形態において、概して、メモリデバイス設計および製造分野に関する。より詳細には、本開示は、スピントルク注入磁気（ｍａｇｎｅｔｉｃ）ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）セルとして特徴づけられるメモリセルの設計および製造に関し、このようなメモリセルで使用される半導体構造、およびこのようなメモリセルを組み込む半導体デバイスに関する。
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、磁気抵抗に基づく不揮発性コンピュータメモリ技術である。ＭＲＡＭセルの一種は、スピントルク注入ＭＲＡＭ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）セルであり、基板によって支持された磁性セルコアを含む。磁性セルコアは、例えば、“固定領域”および“自由領域”の少なくとも二つの磁性領域を含み、その間に非磁性領域を含む。自由領域および固定領域は、領域の幅に対して、水平方向に配向される（“平面内”）か、または垂直方向に配向される（“平面外”）かのいずれかの磁性配向を示すことが出来る。固定領域は、実質的に固定された（例えば、スイッチング不可能な）磁性配向を有する磁性材料を含む。一方、自由領域は、“パラレル”構成と“アンチパラレル”構成との間で、セルの動作中にスイッチングすることが出来る磁性配向を有する磁性材料を含む。パラレル構成においては、固定領域および自由領域の磁性配向は、同一方向（例えば、其々、北と北、東と東、南と南または西と西）に方向づけられる。“アンチパラレル”構成においては、固定領域および自由領域の磁性配向は、反対方向（例えば、其々、北と南、東と西、南と北または西と東）に方向づけられる。パラレル構成においては、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、磁気抵抗素子（例えば、固定領域と自由領域）にわたり、より低い電気抵抗を示す。この電気抵抗の低い状態は、ＭＲＡＭセルの“０”論理状態として定義され得る。アンチパラレル構成においては、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、磁気抵抗素子にわたり、より高い電気抵抗を示す。この電気抵抗の高い状態は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの“１”論理状態として定義され得る。
自由領域の磁性配向のスイッチングは、磁性セルコアと、その中の固定および自由領域にプログラミング電流を流すことによって達成されてもよい。固定領域は、プログラミング電流の電子スピンを分極し、コアをスピン分極電流が通過すると、トルクが生成される。スピン分極電流は、自由領域に対してトルクを及ぼす。コアを通るスピン分極電流のトルクが自由領域の臨界スイッチング電流密度（ＪＣ）よりも大きいと、自由領域の磁性配向の方向はスイッチングされる。したがって、プログラミング電流は、磁性領域にわたって電気抵抗を変化させるために使用することが出来る。磁気抵抗素子にわたる、結果として生ずる高いまたは低い電気抵抗によって、ＭＲＡＭセルの書き込みおよび読み出し動作を可能とする。所望の論理状態に関連付けられるパラレル構成およびアンチパラレル構成のうちの一方を達成するために、自由領域の磁性配向をスイッチングした後、ＭＲＡＭセルが異なる構造（即ち、異なる論理状態）に再書き込みされるべきときまでは、自由領域の磁性配向は、“保存（ｓｔｏｒａｇｅ）”段階の間は、維持されることが通常望ましい。
磁性領域の磁気異方性（“ＭＡ”）は、材料の磁気特性の方向に対する依存性を示すものである。したがって、ＭＡは、また、材料の磁性配向の強度を示すものでもあって、その配向の変化に対する抵抗性を示すものでもある。ある非磁性材料（例えば、酸化物材料）と磁性材料との間の相互作用は、磁性材料およびＭＲＡＭセルの全体のＭＡ強度に加えて、磁性材料の表面に沿ってＭＡを誘発する（即ち、ＭＡ強度を増加させる）ことがある。高いＭＡ強度を有する磁性配向を示す磁性材料は、低いＭＡ強度を有する磁性配向を示す磁性材料よりも、その磁性配向が変化しにくい傾向がある。したがって、高いＭＡ強度を有する自由領域は、低いＭＡ強度を有する自由領域よりも、保存中、より安定であることが出来る。
自由領域の他の有利な特性は、自由領域の微細構造にしばしば関連する。これらの特性は、例えば、セルのトンネル磁気抵抗（“ＴＭＲ”）を含む。ＴＭＲは、アンチパラレル構成におけるセルの電気抵抗（Ｒａｐ）とパラレル構成におけるその抵抗（Ｒｐ）との間の差のＲｐに対する比率である（即ち、ＴＭＲ＝（Ｒａｐ−Ｒｐ）／Ｒｐ）。一般的に、その磁性材料の微細構造内にあまり構造的欠陥を有しない均質な結晶構造（例えば、ｂｃｃ（００１）結晶構造）を有する自由領域は、構造的欠陥を伴う自由領域よりも高いＴＭＲを有する。高いＴＭＲを有するセルは、高い読み出し信号を有することが出来、動作中におけるＭＲＡＭセルの読み出し速度を増加させることが出来る。高いＴＭＲは、また、低いプログラミング電流の使用を可能とすることが出来る。
高いＭＡ強度を有し、かつ高いＴＭＲのために導電性である微細構造を有する自由領域を形成するための努力が行われてきた。しかしながら、高いＭＡ、高いＴＭＲまたはその双方を可能とする特徴などの、所望の特徴を促進する組成および製造条件は、しばしば、ＭＲＡＭセルの他の特性または性能を阻害するために、高いＭＡ強度および高いＴＭＲの双方を有するＭＲＡＭセルを形成することは、課題を提示するものであった。
例えば、所望の結晶構造で磁性材料を形成するための努力は、隣接材料（本明細書では、“シード材料”と称される）から磁性材料（本明細書では、“対象磁性材料”と称される）に対して所望の結晶構造を伝搬することを含む。しかしながら、シード材料がその結晶構造内に欠陥を有する場合、対象磁性材料が結晶材料の結晶構造に対して競合する結晶構造を有する場合、または、競合する結晶構造が、また、シード材料以外の材料から対象磁性材料に伝搬する場合、結晶構造を伝搬することは抑制され得るか、または対象磁性材料における微細構造の欠陥につながることがある。
対象磁性材料に首尾よく伝搬することが出来る、均質で、かつ欠陥のない結晶構造を、シード材料が確実に有するようにするための努力は、シード材料をアニーリングすることを含んできた。しかしながら、シード材料および対象磁性材料の双方は、しばしば同時にアニーリング温度に晒されるために、アニールがシード材料の結晶構造を改善する間、アニールは、対象磁性材料および他の近傍の材料を含む、他の材料の結晶化をも開始させることが出来る。この他の結晶化は、シード材料からの所望の結晶構造の伝搬と競合し、阻害することがある。
シード材料が所望の結晶構造に結晶化される後まで、対象磁性材料の結晶化を遅らせるための努力は、最初に形成されるときに、対象磁性材料に添加物を組み込むことを含んできたため、対象磁性材料は、最初非晶質である。例えば、対象磁性材料がコバルト・鉄（ＣｏＦｅ）磁性材料である場合、ホウ素（Ｂ）が添加され、コバルト・鉄・ホウ素（ＣｏＦｅＢ）磁性材料が前駆体材料として用いられて、初期非晶質で形成されてもよいようにする。添加物は、アニール中に対象磁性材料の外に拡散することが出来、シード材料が所望の結晶構造に結晶化された後、シード材料からの伝搬によって、対象磁性材料が結晶化することを可能にする。これらの努力は、シード材料から伝搬されるべき結晶構造と競合するであろう微細構造で対象磁性材料が最初に形成される可能性を減少させることが出来るが、この努力は、シード材料以外の近傍の材料からの競合する結晶構造の伝搬を抑制しない。さらに、添加物が構造の他の特性、例えば、ＭＡ強度、と干渉する場合、対象磁性材料から拡散する添加物は、構造内の領域に拡散することが出来る。したがって、所望の微細構造で磁性材料を形成すること、例えば、高いＴＭＲを可能とすることは、磁性材料または結果として生じる構造の、例えばＭＡ強度などの他の特性を劣化させないことと同様、課題を提示することがある。
メモリセルが開示される。そのメモリセルは、磁気セルコアを含み、磁気セルコアは、磁性領域と、別の磁性領域と、酸化物領域と、非晶質領域とを含む。磁性領域は、少なくとも一つの拡散性の種と少なくとも一つの他の種とを含む前駆体磁性材料から形成された空乏磁性材料を含む。空乏磁性材料は、少なくとも一つの他の種を含む。酸化物領域は、磁性領域と別の磁性領域との間にある。非晶質領域は、磁性領域に隣接し、少なくとも一つのトラップ部位と、少なくとも一つの拡散性の種に対する少なくとも一つの他の種の化学親和力よりも高い、少なくとも一つの拡散性の種に対する化学親和力とを有する少なくとも一つの誘引種（ａｔｔｒａｃｔｅｒ）を含む前駆体トラップ材料から形成される。非晶質領域は、前駆体磁性材料からの少なくとも一つの拡散性の種に結合された少なくとも一つの誘引種を含む。
磁性領域とトラップ領域とを含む半導体構造もまた開示される。磁性領域は、基板の上にあり、拡散性の種を含む前駆体磁性材料を含む。トラップ領域は、少なくとも一つのトラップ部位を含む少なくとも一つの誘引種を含む。少なくとも一つの誘引種は、拡散性の種と前駆体磁性材料の別の種との間の化学親和力よりも、前駆体材料の拡散性の種に対してより高い化学親和力を示すように調製される。
磁気メモリセルを形成する方法が開示される。その方法は、前駆体構造を形成することを含む。前駆体構造を形成することは、基板の上に、トラップ部位を含む前駆体トラップ材料を形成することを含む。拡散性の種を含む前駆体磁性材料は、前駆体トラップ材料に隣接して形成される。拡散性の種は、前駆体材料から前駆体トラップ材料に移されて、前駆体磁性材料の少なくとも一部を空乏磁性材料に変換し、前駆体トラップ材料の少なくとも一部を濃縮トラップ材料に変換する。注入後、磁性セルコア構造は、前駆体構造から形成される。
半導体構造を形成する方法もまた開示される。その方法は、少なくとも一つの拡散性の種を含む非晶質前駆体磁性材料を基板の上に形成することを含む。前駆体トラップ材料は、非晶質前駆体磁性材料に隣接して形成される。前駆体トラップ材料は、少なくとも一つのトラップ部位を有する誘引種を含む。非晶質前駆体磁性材料および前駆体トラップ材料は、誘引種の少なくとも一つのトラップ部位で、拡散性の種に反応するようにアニールされる。
半導体デバイスもまた開示される。半導体デバイスは、スピントルク注入磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）アレイを含む。ＳＴＴ−ＭＲＡＭアレイは、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルを含む。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルのうちの少なくとも一つのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、基板の上に結晶質磁性領域を含む。結晶質磁性領域は、スイッチング可能な磁性配向を示す。結晶質酸化物領域は、結晶質磁性領域に隣接している。磁性領域は、実質的に固定された磁性配向を示し、結晶質酸化物領域によって結晶質磁性領域から離隔される。非晶質トラップ領域は、結晶質磁性領域に隣接している。非晶質トラップ領域は、結晶質磁性領域の前駆体磁性材料から拡散された種を含み、非晶質トラップ領域の前駆体トラップ材料の誘引種に結合される。前駆体磁性材料は、トラップ部位を有し、そこで、前駆体磁性材料から拡散された種は、非晶質トラップ領域内の誘引種に結合される。
メモリセル、半導体構造、半導体デバイス、メモリシステム、電子システム、メモリセルを形成する方法、半導体構造を形成する方法が開示される。メモリセルの製造中、“拡散性の種”は、磁性材料から少なくとも部分的に除去され、この磁性材料は、少なくとも一つの誘引種を含む“前駆体トラップ材料”に対する前駆体磁性材料の近接性により、“前駆体磁性材料”としてまた特徴づけられることもある。少なくとも一つの誘引種は、少なくとも一つのトラップ部位を有し、前駆体磁性材料内における、拡散性の種と他の種との間の化学親和力と比較すると、拡散性の種に対する、より高い化学親和力を有する。拡散性の種は、前駆体磁性材料から前駆体トラップ材料に拡散することが出来る。その中で、拡散性の種は、トラップ部位であった位置における誘引種と結合することが出来る。拡散性の種の前駆体磁性材料からの除去は、“空乏磁性材料”と特徴づけられ得るものを形成するが、空乏磁性材料を所望の結晶構造（例えば、ｂｃｃ（００１）構造）へ結晶化することを促進する。さらに、前駆体トラップ材料内の拡散された種の存在は、“濃縮前駆体トラップ材料”として特徴づけられ得るが、濃縮前駆体トラップ材料の種の混合によって、所望の結晶構造へと結晶化する磁性材料の能力に悪影響を与えない微細構造、例えば、非晶質構造を有する濃縮トラップ材料を形成することができる。それによって、空乏磁性材料は、空乏磁性材料を含むメモリセルが、高いトンネル磁気抵抗（“ＴＭＲ”）を示し、かつ一つ以上の隣接する酸化物材料によって、磁性材料（例えば、空乏磁性材料）の界面に沿い磁気異方性（“ＭＡ”）が誘発されることを可能とする、微細構造に結晶化されてもよい。
本明細書で用いられるように、“基板”という語は、メモリセル内のコンポーネントなどのコンポーネントがその上に形成されるベース材料または他の構造を意味すると共に含む。基板は、半導体基板、支持構造上のベース半導体基盤、金属電極、またはその上に形成された一つ以上の材料、構造もしくは領域を有する半導体基板であってもよい。基板は、半導電性材料を含む従来のシリコン基板または他のバルク基板であってもよい。本明細書で用いられるように、“バルク基板”という語は、シリコンウェーハのみならず、シリコン・オン・サファイア（“ＳＯＳ”）基板もしくはシリコン・オン・グラス（“ＳＯＧ”）基板などのシリコン・オン・インシュレータ（“ＳＯＩ”）基板と、ベース半導体基板上のシリコンのエピタキシャル層と、またはシリコン・ゲルマニウム（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ、ここでｘは、例えば、０．２から０．８の間のモル分率である）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、もしくはリン化インジウム（ＩｎＰ）などの他の半導体もしくは光電子材料も意味すると共に含む。さらに、以下の説明において“基板”に対して参照がなされるときには、前処理段階は、ベース半導体構造もしくは基盤の中の材料、領域、または接合を形成するために使用されたものであってもよい。
本明細書で用いられるように、“ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル”という語は、自由領域と固定領域との間に配置された非磁性領域を含む磁気セルコアを含む磁気セル構造を意味すると共に含む。非磁性領域は、磁性トンネル接合（“ＭＴＪ”）構成において、電気的に絶縁性の（例えば、誘電性の）領域であってもよい。例えば、自由領域と固定領域との間の非磁性領域は、酸化物領域（本明細書では“中間酸化物領域”とも称される）であってもよい。
本明細書で用いられるように、“第２の酸化物領域”という語は、中間酸化物領域以外のＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの酸化物領域を称する。第２の酸化物領域は、隣接する磁性材料との磁気異方性（“ＭＡ”）を誘発するように調製され、配置されてもよい。
本明細書で用いられるように、“磁気セルコア“という語は、メモリセルの使用および動作中に、自由領域と固定領域の磁性配向のパラレル構成またはアンチパラレル構成をもたらすように電流が通される（即ち、流される）自由領域および固定領域を含むメモリセル構造を意味する共に含む。
本明細書で用いられるように、“磁性領域”という語は、磁性を示す領域を意味する。磁性領域は、磁性材料を含み、一つ以上の非磁性材料もまた含んでもよい。
本明細書で用いられるように、“磁性材料”という語は、強磁性材料、フェリ磁性材料、反強磁性および常磁性材料を意味すると共に含む。
本明細書で用いられるように、“ＣｏＦｅＢ材料”および“ＣｏＦｅＢ前駆体材料”という語は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）およびホウ素（Ｂ）を含む材料（例えば、ＣｏＸＦｅｙＢｚ、ここでｘ＝１０から８０、ｙ＝１０から８０、ｚ＝０から５０）を意味し、含む。ＣｏＦｅＢ材料またはＣｏＦｅＢ前駆体材料は、その構造（例えば、その厚さ）により、磁性を示してもよいし、示さなくてもよい。
本明細書で用いられるように、“種”という語は、材料を構成する元素周期表からの一つ以上の元素を意味すると共に含む。例えば、限定することなく、ＣｏＦｅＢ材料においては、Ｃｏ、ＦｅおよびＢの各々は、ＣｏＦｅＢ材料の種として称されてもよい。
本明細書で用いられるように、“拡散性の種”という語は、材料の化学種を意味すると共に含み、材料内におけるその存在は、必要不可欠ではなく、または少なくとも一例においては、材料の機能のために望まれるものである。例えば、限定することなく、磁性領域のＣｏＦｅＢ材料において、ＣｏおよびＦｅが磁性材料として機能するため（即ち、磁性を示すため）、ＣｏとＦｅとの組み合わせにおけるＢの存在が必要不可欠ではない程度に、Ｂ（ホウ素）は拡散性の種として称されてもよい。拡散に続いて、“拡散性の種”は、“拡散された種”として称されてもよい。
本明細書で用いられるように、“空乏”という語は、材料を記述するために用いられるとき、前駆体材料から拡散性の種を全体的または部分的に除去した結果として生じる材料を記述する。
本明細書で用いられるように、“濃縮”という語は、材料を記述するために用いられるとき、拡散性の種が添加された（例えば、注入された）材料を記述する。
本明細書で用いられるように、“前駆体”という語は、材料、領域、または構造を指すとき、結果として生じる材料、領域または構造へと変形されるべき材料、領域または構造を意味すると共に、指す。たとえば、限定することなく、“前駆体材料”とは、空乏材料に前駆体材料を変形するため、その材料由来の種が拡散される材料を称することがあり、“前駆体材料”とは、濃縮材料に前駆体材料を変形するため、その材料へ種が拡散される材料を称することがあり、“前駆体材料”とは、一度利用可能なトラップ部位が現在ある種によって占められる材料へと“前駆体材料”を変換するために、その種が化学結合されるべきトラップ部位を有する不飽和材料を称することがあり、“前駆体材料”とは、結果として生じるパターン化された構造へ前駆体構造を変換するためにパターン化される材料または領域の構造を称することがある。
本明細書で用いられるように、文脈がそうでないと示さない限りは、“から形成される”という語は、材料または領域を記述するとき、前駆体材料または前駆体領域の変化を生成した作用の結果として生じた材料または領域を称する。
本明細書で用いられるように、“化学親和力”という語は、これにより異なる化学種が化学化合物を形成する傾向がある電子的特性を意味すると共に指す。化学親和力は、化学化合物の生成熱によって示されてもよい。例えば、拡散性の種と、第２の材料の他の種との間の化学親和力と比較すると、第２の材料の拡散性の種に対してより高い化学親和性を有するものとして記述された第１の材料は、拡散性の種と第２の材料の他の種を含む化学化合物の生成熱よりも、拡散性の種と第１の材料由来の少なくとも一つの種を含む化学化合物の生成熱がより低いことを意味すると共に含む。
本明細書で用いられるように、“不飽和材料”という語は、少なくとも一つのトラップ部位を有する原子を含む材料を意味し、称する。
本明細書で用いられるように、“トラップ部位”という語は、不十分配位、フラストレートされた（ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ）、もしくはダングリング（ｄａｎｇｌｉｎｇ）結合または原子の点欠陥またはトラップ部位を含む材料の構造のうちの少なくとも一つを意味すると共に称する。例えば、限定することなく“トラップ部位”は、原子における満たされていない原子価を含む。満たされていない配位または原子価によって、トラップ部位は、高い反応性を有し、共有結合の場合には、原子の原子価殻を満たすために、ダングリング結合の非共有電子が、他の原子内の電子と反応する。トラップ部位を有する原子は、例えば固体などの固定化材料における、フリーラジカルであってもよい。
本明細書で用いられるように、“非晶質”という語は、材料に対して言及されるとき、非結晶質の構造を有する材料を意味し、称する。例えば、限定することなく、“非晶質”材料はガラスを含む。
本明細書で用いられるように、“固定領域”という語は、磁性材料を含み、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの使用および動作中に固定された磁気配向を有するＳＴＴ−ＭＲＡＭセル内の磁性領域を意味すると共に含み、セルコアの一つの磁性領域（例えば、自由領域）の磁性配向における変化をもたらす電流または印加された電界は、このＳＴＴ−ＭＲＡＭセル内においては固定領域の磁性配向における変化はもたらし得ない。固定領域は、一つ以上の磁性材料を含んでもよく、任意で、一つ以上の非磁性材料を含んでもよい。例えば、固定領域は、磁性サブ領域によって接合されたルテニウム（Ｒｕ）のサブ領域を含む合成反強磁性体（ＳＡＦ）として構成されてもよい。あるいは、固定領域は、磁性材料およびカプラ材料の交互のサブ領域の構造で構成されてもよい。磁性サブ領域の各々は、その中に一つ以上の材料及び一つ以上の領域を含んでもよい。別の例として、固定領域は、単一の均質な磁性材料として構成されてもよい。したがって、固定領域は、均一の磁化を有してもよく、またはＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの使用および動作中に固定された磁性配向を有する固定領域を全体としてもたらす、異なる磁化のサブ領域を有してもよい。
本明細書で用いられるように、“カプラ”という語は、材料、領域またはサブ領域に対して言及されるとき、隣接する磁性材料、領域またはサブ領域を反強磁性的に結合するよう調製されるか、さもなければ構成される材料、領域またはサブ領域を意味すると共に含む。
本明細書で用いられるように、“自由領域”という語は、磁性材料を含み、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの使用および動作中にスイッチング可能な磁性配向を有するＳＴＴ−ＭＲＡＭセル内の磁性領域を意味し、含む。磁性配向は、電流または印加される電界の適用によってパラレル構成とアンチパラレル構成との間でスイッチングされてもよい。
本明細書で用いられるように、“スイッチング”という語は、自由領域および固定領域の磁性配向のパラレルまたはアンチパラレル構成をもたらすために、プログラミング電流がＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの磁性セルコアを通過する、メモリセルの使用および動作の段階を意味すると共に、含む。
本明細書で用いられるように、“保存”とは、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの磁気セルコアをプログラミング電流は通過せず、自由領域および固定領域の磁性配向のパラレルまたはアンチパラレル構成は意図的に変化させられないメモリセルの使用および動作の段階を意味すると共に、含む。
本明細書で用いられるように、“鉛直方向”という語は、其々の領域の幅と長さに対し垂直な方向を意味すると共に含む。“鉛直方向”は、また、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルが配置される基板の主表面に垂直な方向をも意味すると共に、含んでもよい。
本明細書で用いられるように、“水平方向”という語は、其々の領域の幅と長さのうちの少なくとも一つに対して平行な方向を意味すると共に含む。“水平方向”は、また、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルが配置される基板の主表面に平行な方向をも意味すると共に、含んでもよい。
本明細書で用いられるように、“サブ領域”という語は、別の領域に含まれる領域を意味すると共に含む。したがって、一つの磁性領域は、非磁性サブ領域、即ち、非磁性材料のサブ領域と共に、一つ以上の磁性サブ領域、即ち、磁性材料のサブ領域を含んでもよい。
本明細書で用いられるように、“間”という語は、少なくとも二つの他の材料、領域またはサブ領域に対して、一つの材料、領域またはサブ領域の相対的な配置を記述するために用いられる空間的に相対的な語である。“間”という語は、他の材料、領域またはサブ領域に直接隣接する一つの材料、領域またはサブ領域の配置と、他の材料、領域またはサブ領域に間接的に隣接する一つの材料、領域またはサブ領域の配置との双方を包含し得る。
本明細書で用いられるように、“隣接する”という語は、別の材料、領域またはサブ領域に近傍する一つの材料、領域またはサブ領域の配置を記述するために用いられる空間的に相対的な語である。“隣接する”という語は、そこに間接的に隣接する配置、直接的に隣接する配置、その内部にある配置を含む。
本明細書で用いられるように、別の要素“の上（ｏｎ）”または別の要素“の上に（ｏｖｅｒ）”あるとされる要素に対する言及は、他の要素の直接上部に、他の要素に隣接して、他の要素の下に、または他の要素に直接接触する要素を意味すると共に含む。それは、また、それらの間に存在するそのまた他の要素を伴いつつ、他の要素の間接的に上部、他の要素に対し隣接、または他の要素の近傍にある、要素をも含む。対照的に、ある要素が、別の要素の“直接上（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）”または“直接隣接して（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ）”いるものとして言及される場合には、中間要素は存在しない。
本明細書で用いられるように、“下方（ｂｅｌｏｗ）”“下部（ｌｏｗｅｒ）”“底部（ｂｏｔｔｏｍ）”“上方（ａｂｏｖｅ）”“上部（ｕｐｐｅｒ）”“上部（ｔｏｐ）”などの他の空間的に相対的な語は、図面内で図示されるように別の（複数の）要素または（複数の）特徴に対する、ある要素または特徴の関係を記述すための記述を容易にするために用いられてもよい。そうでないと特に示されない限り、空間的に相対的な語は、図面内に示される方向に加えて、材料の異なる方向を包含することが意図される。例えば、図面内の材料が反転される場合、他の要素または特徴の“下方（ｂｅｌｏｗ）”または“下部（ｕｎｄｅｒ）”または“底部（ｂｏｔｔｏｍ）”として記述される要素は、今度は、他の要素または特徴の“上方（ａｂｏｖｅ）”または“上部（ｏｎ ｔｏｐ ｏｆ）”に方向づけられるだろう。したがって、“下方（ｂｅｌｏｗ）”という語は、その語が用いられる文脈によっては、上方と下方の双方の方向を包含することが出来、このことは、当業者に明らかであろう。材料は、それ以外の方向に方向づけられてもよく（９０度回転される、反転されるなど）、本明細書で用いられる空間的に相対的な語は、それに従って解釈されてもよい。
本明細書で用いられるように、“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）”“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”“含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）”および／または“含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）”という語は、言及された特徴、領域、段階、動作、要素、材料、コンポーネントおよび／または集合の存在を示すが、一つ以上の他の特徴、領域、段階、動作、要素、材料、コンポーネントおよび／またはその集合、の存在または追加を排除するものではない。
本明細書で用いられるように、“および／または（ａｎｄ／ｏｒ）”は、関連して記載された項目のうちの一つ以上の任意および全ての組み合わせを含む。
本明細書で用いられるように、“ａ”“ａｎ”および“ｔｈｅ”という単数形は、文脈が明確にそうでないと示さない限りは、複数形を同様に含むものと意図される。
本明細書に提示された図示は、任意の特定の材料、種、構造、デバイスまたはシステムの実際の外観を意味するものではなく、本開示の実施形態を記述するために使用される単なる理想化された表現に過ぎない。
本明細書では、概略図である断面図を参照して、実施形態が記述される。したがって、例えば、製造技術および／またはトレランスの結果として図面の形状からの変形が予想されるべきである。したがって、本明細書に記述される実施形態は、図示される特定の形状または領域に限定されると解釈されるべきではなく、例えば、製造技術の結果として生じる形状面での逸脱を含んでもよい。例えば、箱型形状として図示され、または記述される領域は、粗いおよび／または非線形の外形を有してもよい。さらに、鋭角として図示される角度が、丸まっていてもよい。このように、図面内に図示された材料、特徴および領域は、本質的に概略的なものであって、それらの形状は、材料、特徴または領域の精密な形状を説明することを意図するものではなく、本請求項の範囲を限定するものではない。
以下の記述は、材料の種類および処理条件などの具体的な詳細事項を提供し、開示されるデバイスおよび方法に係る実施形態の網羅的な記述を提供する。しかしながら、デバイスおよび方法に係る実施形態は、これらの具体的な詳細事項を使用しなくても実施できることを、当業者は理解するであろう。実際には、デバイスおよび方法の実施形態は、業界で使用される従来の半導体製造技術と組み合わせて実施することが出来る。
本明細書で記述される製造プロセスは、半導体デバイス構造を処理するための完全なプロセスフローを形成しない。プロセスフローの残りは、当業者に既知のものである。従って、本デバイスおよび方法の実施形態を理解するうえで必要な方法および半導体デバイス構造のみが本明細書に記述される。
文脈がそうでないと示さない限りは、本明細書で記述される材料は、スピンコーティング、ブランケットコーティング、化学蒸着（“ＣＶＤ”）、原子層堆積（“ＡＬＤ”）、プラズマ増強ＡＬＤ、物理蒸着（“ＰＶＤ”）（例えば、スパッタリング）またはエピタキシャル成長、を含みつつも、そのいずれにも限定されない任意の適切な技術によって形成されてもよい。形成されるべき特定の材料によって、材料を堆積または成長させるための技術は、当業者によって選択されてもよい。
そうでないと文脈が示さない限りは、本明細書で記述される材料の除去は、エッチング、イオンミリング、研磨平坦化、または他の既知の方法、を含みつつも、そのいずれにも限定されない任意の適切な技術によって達成されてもよい。
ここで、図面に対して参照が行われ、類似の参照番号は、図面を通して類似のコンポーネントを指す。図面は、必ずしも同一の縮尺で描かれるとは限らない。
メモリセルが開示される。メモリセルは、磁性領域に隣接する非晶質領域を含む磁気セルコアを含む。非晶質領域は、少なくとも一つのトラップ部位を有する少なくとも一つの誘引種を含む前駆体トラップ材料から形成される。誘引種は、磁性領域が形成される前駆体磁性材料の拡散性の種に対して化学親和力を有する。したがって、誘引種は、前駆体磁性材料から拡散性の種を引き付けるために選択され、前駆体トラップ材料は、そのトラップ部位において、拡散性の種が誘引種と反応し、誘引種に結合する部位を提供するように構成される。
前駆体トラップ材料におけるトラップ部位が存在することを促進するために、前駆体トラップ材料は、複数の誘引種の交互のサブ領域を含むように構成されてもよく、これにより、トラップ部位は、サブ領域の間の複数の界面において広く行き渡るようにする。代替的または追加的に、トラップ部位の存在は、前駆体トラップ材料を例えば、“衝突種”と、衝突させることによって促進されてもよく、材料内に追加のトラップ部位を形成する。前駆体トラップ材料内における一つ以上の誘引種の、トラップ部位の濃度の増加は、前駆体磁性材料から拡散性の種を引き付け、濃縮トラップ材料内の拡散された種を少なくとも実質的に維持する、前駆体トラップ材料を構成する。
前駆体磁性材料からの拡散性の種の除去は、空乏磁性材料の結晶化を、可能とし、改善することが出来る。例えば、拡散性の種がいったん前駆体磁性材料から除去されると、結晶構造は、隣接する結晶材料、例えば、結晶質酸化物材料から空乏磁性材料に伝搬してもよい。さらに、濃縮トラップ材料の、少なくとも一つの誘引種と任意の他の種が存在する場合、拡散された種がこれらと混合すると、濃縮トラップ材料は、非晶質を維持するか、または非晶質になってもよい。濃縮トラップ材料の非晶質特性は、隣接する結晶質材料から空乏磁性材料に対する結晶構造の伝搬と競合しないか、または悪影響を与えない。幾つかの実施形態においては、濃縮トラップ材料は、高温（例えば、約３００℃を超える温度、例えば、約５００℃を超える温度）であっても非晶質であり得る。したがって、濃縮トラップ材料を結晶化することなく、空乏磁性材料の結晶化を促進するために、高温アニールが使用されてもよい。空乏磁性材料の結晶化は、高いＴＭＲ（例えば、約１００％を超える、例えば、約２００％を超える）を可能とすることが出来る。さらに、一度利用可能なトラップ部位を介する、濃縮トラップ材料内の拡散された種の保持は、磁性領域とこれに隣接する中間酸化物領域との間の界面に沿って、ＭＡ誘発を拡散性の種が妨げることを抑制することが出来る。任意の理論に限定されることなく、非磁性材料と磁性材料との間の結合（例えば、磁性領域内の鉄（Ｆｅ）と非磁性領域内の酸素（Ｏ）との間、即ち、鉄・酸素（Ｆｅ−Ｏ）結合）は、ＭＡ強度に寄与することが出来ると考えられる。界面における拡散性の種が少ないこと、または拡散性の種が全く存在しないことによって、より多くのＭＡ誘発結合が形成されることを可能とすることが出来る。したがって、拡散された種によるＭＡ誘発結合との干渉の不足は、高いＭＡ強度を可能とすることが出来る。したがって、トラップ部位を有する前駆体トラップ材料から形成される非晶質の濃縮トラップ領域を有する磁気メモリセル、は、高いＴＭＲおよび高いＭＡ強度の双方を有するように形成されることが出来る。
図１は、本開示による磁気セル構造１００の一実施形態を図示する。磁気セル構造１００は、基板１０２の上の磁気セルコア１０１を含む。磁気セルコア１０１は、上部電極１０４と下部電極１０５との間に配置されてもよい。磁気セルコア１０１は、一方の磁性領域と他方の磁性領域、例えば、其々“固定領域”１１０と“自由領域”１２０とを含み、その間に酸化物領域（例えば、“中間酸化物領域”１３０）を有する。中間酸化物領域１３０は、トンネル領域として構成されてもよく、界面１３１に沿って固定領域１１０と接触してもよく、界面１３２に沿って自由領域１２０と接触してもよい。
固定領域１１０および自由領域１２０のうちのいずれか、またはその双方は、均質に形成、または、任意に２以上のサブ領域を含むように形成されてもよい。例えば、図１Ａを参照すると、幾つかの実施形態においては、磁気セルコア１０１（図１）の固定領域１１０’は、複数の部分を含んでもよい。例えば、固定領域１１０’は、酸化物隣接部分１１３として磁性サブ領域を含んでもよい。導電性サブ領域などの中間部分１１５は、電極隣接部分１１７から酸化物隣接部分１１３を分離してもよい。電極隣接部分１１７は、磁性サブ領域１１８とカプラサブ領域１１９の交互の構造を含んでもよい。
図１を続けて参照すると、一つ以上の下部中間領域１４０は、任意に、磁性領域（例えば、固定領域１１０および自由領域１２０）の下に配置されてもよく、一つ以上の上部中間領域１５０は、任意に、磁気セル構造１００の磁性領域の上に配置されてもよい。下部中間領域１４０および上部中間領域１５０は、もしこれらが含まれる場合には、メモリセルの動作中に、下部電極１０５と上にある材料との間、および上部電極１０４と下にある材料との間の種の拡散を其々、抑制するように構成されてもよい。
自由領域１２０は、トラップ領域１８０に隣接して形成される。トラップ領域１８０は、トラップ部位を有する少なくとも一つの誘引種を含む、前駆体トラップ材料から形成される。前駆体トラップ材料は、また、本明細書で“不飽和誘引材料”とも称される。トラップ部位は、例えば、限定することなく、誘引種の交互のサブ領域の不整合な格子構造、トラップ部位を形成するための（即ち、既存の結合を破壊することによる）衝突種（例えば、イオンおよびプラズマ）と誘引材料との衝突、またはその双方の結果として形成されてもよい。
誘引種隣接する前駆体磁性材料の他の種と拡散性の種との間の化学親和力よりも、隣接する前駆体磁性材料由来の拡散性の種に対し、誘引種は、より高い化学親和力を有するように調製される。前駆体磁性材料内の拡散性の種の最初の存在によって、前駆体磁性材料の結晶化を抑制することができるが、前駆体磁性材料に対するトラップ領域１８０の近接性によって、前駆体磁性材料からトラップ領域１８０の材料に対する拡散性の種の拡散を可能とすることが出来る。いったん拡散されると、拡散された種は、トラップ部位にあった誘引種と化学反応してもよい。
前駆体磁性材料からの拡散性の種の除去によって、所望の結晶構造（例えば、ｂｃｃ（００１））に結晶化することが出来る空乏磁性材料（即ち、拡散前の濃度に比べて、拡散性の種の濃度がより低い磁性材料）を残す。所望の結晶構造は、一つ以上の隣接する材料、例えば、中間酸化物領域１３０の酸化物から伝搬されてもよい。結晶化された、空乏磁性材料は、所望の結晶構造を有し、高いＴＭＲ（例えば、約１００％（約１．００）を超える、例えば、約２００％（約２．００）を超える）を示すことが出来る。
幾つかの実施形態においては、トラップ領域１８０は、隣接する空乏磁性材料が結晶化する間、非晶質であり、かつ非晶質のままであるように調製されてもよい。幾つかのこのような実施形態においては、トラップ領域１８０の前駆体材料は、最初に形成されたときは、非晶質ではない、即ち、結晶質であってもよいが、例えばアニール中、前駆体磁性材料から拡散された種が、受け取られ、トラップ領域１８０の前駆体材料と混合されて、前駆体材料は、非晶質構造に変換されてもよい。他の実施形態においては、トラップ領域１８０の前駆体材料は、最初に形成された時に非晶質であってもよく、例えば、高温、例えば、アニール中でさえも、また、拡散された種により一旦濃縮されたときでさえも、非晶質のままであることが出来る。このように、トラップ領域１８０の材料は、隣接する空乏磁性材料の結晶化を抑制し得ない。
トラップ領域１８０の厚さ、組成および構造は、隣接する前駆体磁性材料から拡散された種を受け取り、結合するための所望の容量を有するために、トラップ領域１８０内の十分な量の不飽和誘引材料（即ち、十分な数のトラップ部位）を提供するよう選択される。より厚いトラップ領域は、より薄いトラップ領域と比較して、拡散された種に対し比較的高い容量を有することが出来る。図１に図示されたような一実施形態により、トラップ領域１８０は、約１０Å（約１．０ｎｍ）から約１００Å（約１０．０ｎｍ）の間の厚さであってもよい。
図１Ｂを参照すると、幾つかの実施形態においては、追加のトラップ領域が存在してもよい。例えば、別のトラップ領域１８２が、磁気セルコア１０１（図１）に含まれてもよい。別のトラップ領域１８２は、固定領域１１０”の磁性材料（例えば、最初の前駆体磁性材料およびその後の空乏磁性材料）に隣接してもよい。幾つかの実施形態においては、別のトラップ領域１８２は、酸化物隣接部分１１４と電極隣接部分１１７との間に、固定領域１１０”の中間部分を形成してもよい。
別のトラップ領域１８２は、また、少なくとも一つの誘引種も含み、この少なくとも一つの誘引種は、自由領域１２０に隣接するトラップ領域１８０の誘引種と同一であってもよいし、または異なってもよい。別のトラップ領域１８２の、この少なくとも一つの誘引種はまた、拡散性の種の受け取りの前に、トラップ部位を含んでいた。したがって、別のトラップ領域１８２は、隣接する前駆体磁性材料（例えば、酸化物隣接部分１１４の）由来の拡散性の種を引き付けて、拡散された種と反応し、空乏磁性材料の結晶化を促進するように、調製され、構成され、配置されてもよい。例えば、拡散された種が誘引種に結合され、誘引種と拡散された種が混合されると、別のトラップ領域１８２は、非晶質であってもよい。このように、拡散された種によって濃縮された別のトラップ領域１８２は、隣接する空乏磁性材料が結晶化するときに、結晶化を妨害しないよう、非晶質のままであることが出来る。
図１を続けて参照すると、トラップ領域１８０が自由領域１２０に隣接する実施形態においては、トラップ領域１８０は、一つ以上の他の領域によって、例えば、自由領域１２０および中間酸化物領域１３０によって、固定領域１１０から物理的に分離されてもよい。したがって、トラップ領域１８０の種は、固定領域１１０の種と化学反応し得ない。
図１Ｂ等の実施形態においては、別のトラップ領域１８２は、固定領域１１０”に隣接するが、一つ以上の他の領域によって、例えば、固定領域１１０”の酸化物隣接部分１１４によって、および中間酸化物領域１３０によって、自由領域１２０から物理的に分離されてもよい。したがって、別のトラップ領域１８２の種は、自由領域１２０の種と化学反応し得ない。
図１の磁気セル構造１００は、“トップピン（ｔｏｐ−ｐｉｎｎｅｄ）”メモリセル即ち、このメモリセル上において固定領域１１０が自由領域１２０の上に配置されるメモリセルとして構成される。磁気セル構造１００は、また、単一の酸化物領域、即ち中間酸化物領域１３０を含み、中間酸化物領域１３０は、自由領域１２０内にＭＡを誘発し、自由領域１２０、中間酸化物領域１３０および固定領域１１０の相互作用によってもたらされる磁性トンネル接合（ＭＴＪ）のトンネル領域として機能するように構成されてもよい。
あるいは、図２を参照すると、本開示の一実施形態による磁気セル構造２００は、二重（ｄｕａｌ（２つで構成される））ＭＡ誘発酸化物領域（例えば、中間酸化物領域１３０および第２の酸化物領域２７０）を有する磁気セルコア２０１を有するトップピンメモリセルとして構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、図２に示されるように、第２の酸化物領域２７０は、基盤領域２６０の上に（例えば、直接上に）形成されてもよく、これにより基板領域２６０の上面および第２の酸化物領域２７０の下面は互いに接触することが出来てもよい。
基盤領域２６０は、第２の酸化物領域２７０の材料などの、上層材料が、その上に形成される滑らかなテンプレートを提供することが出来る。幾つかの実施形態において、所望の結晶構造（例えば、ｂｃｃ（００１）結晶構造）で、第２の酸化物領域２７０の上の自由領域１２０の形成を可能とする結晶構造を示すための、第２の酸化物領域２７０の形成を可能とするよう、基盤領域２６０は調製され、構成される。例えば、限定することなく、基盤領域２６０は、第２の酸化物領域２７０を、ｂｃｃ（００１）結晶構造でその上に形成する、または、ｂｃｃ（００１）結晶構造にその後結晶化することを可能にしてもよく、その構造は、自由領域１２０が形成される空乏磁性材料に伝搬されてもよい。
幾つかの実施形態においては、基盤領域２６０は、下部電極１０５の直接上に形成されてもよい。他の実施形態においては、図２に図示されるように、基盤領域２６０は、一つ以上の下部中間領域１４０上に形成されてもよい。
磁気セルコア２０１においては、二重酸化物領域のうちの第２の領域、即ち第２の酸化物領域２７０が、自由領域１２０に隣接して、例えば、中間酸化物領域１３０に隣接する自由領域１２０の表面に対向する、自由領域１２０の表面に隣接して、配置されてもよい。したがって、第２の酸化物領域２７０は、自由領域１２０によって中間酸化物領域１３０から離隔されてもよい。
トラップ領域２８０は、第２の酸化物領域２７０から自由領域１２０を分離してもよい。それとは関係なく、トラップ領域２８０は、自由領域１２０および第２の酸化物領域２７０が直接物理的に接触しなくても、自由領域１２０と第２の酸化物領域２７０との間のＭＡ誘発を可能とする厚さに形成されてもよいと考えられる。例えば、トラップ領域２８０は、薄くしてもよい（例えば、約６Å未満（約０．６ｎｍ未満）の厚さで（例えば、約２．５Å（約０．２５ｎｍ）と約５Å（約０．５ｎｍ）の間の高さ））。したがって、トラップ領域２８０は、酸化物領域（例えば、第２の酸化物領域２７０）と磁性領域（例えば、自由領域１２０）との間のＭＡ誘発を実質的に低下させ得ない。したがって、磁性領域は、隣接する酸化物領域が高いＭＡ強度を促進しつつ、高いＴＭＲを促進する構造で結晶化されてもよい。
図２のトップピン、二重酸化物領域構成においては、固定領域１１０は、議論されたように、代替的に、図１Ａの固定領域１１０’または図１Ｂの固定領域１１０”のうちのいずれかとして構成されてもよい。したがって、図１Ｂの固定領域１１０”と同様に、磁気セル構造２００は、２以上のトラップ領域（例えば、トラップ領域２８０（図２）および別のトラップ領域１８２（図１Ｂ））を含んでもよい。
図２Ｃを参照すると、本明細書に開示されたここでの磁気セル構造、または任意の他の磁気セル構造の実施形態においては、トラップ領域２８０は、一つ以上の中間領域２９０によって、隣接する磁性領域（例えば、自由領域１２０）から離隔されてもよい。このような中間領域２９０は、磁性領域（例えば、自由領域１２０）からトラップ領域２８０への拡散性の種の拡散を可能とするように調製され、構成されてもよい。
本開示の実施形態のメモリセルは、図１および図２におけるような平面外ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルとして、または、図３に図示されるような平面内ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルとして構成されてもよい。“平面内”ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、水平方向に主に方向づけられた磁性配向を示す磁性領域を含むが、“平面外”ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、主に鉛直方向に方向づけられた磁性配向を示す磁性領域を含む。例えば、図１に図示されるように、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、磁性領域（例えば、固定領域１１０および自由領域１２０）のうちの少なくとも一つにおいて鉛直方向の磁性配向を示すように構成されてもよい。示される鉛直方向の磁性配向は、鉛直方向の磁気異方性（“ＰＭＡ”）強度によって特徴づけることが出来る。矢印１１２および両方向矢印１２２によって図１に示されるように、幾つかの実施形態においては、固定領域１１０および自由領域１２０のうちの各々は、鉛直方向の磁性配向を示してもよい。固定領域１１０の磁性配向は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの動作中ずっと、実質的に同一方向、例えば、図１の矢印１１２により示される方向に方向づけられたままであってもよい。一方、自由領域１２０の磁性配向は、図１の両方向矢印１２２によって示されるように、パラレル構成とアンチパラレル構成との間で、セルの動作中にスイッチングされてもよい。別の例として、図３に図示されるように、平面内ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、固定領域３１０における矢印３１２と自由領域３２０における両方向矢印３２２によって示されるように、磁性領域（例えば、固定領域３１０および自由領域３２０）のうちの少なくとも一つにおいて、水平方向の磁性配向を示すように構成されてもよい。図３は、固定領域３１０、中間酸化物領域１３０、自由領域３２０のみを示すが、図１および図２の固定領域１１０の上に上層領域があってもよく、図１および図２の自由領域１２０の下に下層領域があってもよい。
図１および図２など、幾つかの実施形態においては、固定領域１１０が自由領域１２０の上にあり得るが、図４Ａ図４Ｂおよび図５など、他の実施形態においては、固定領域１１０が自由領域１２０の下にあってもよい。例えば、限定することなく、図４Ａにおいて磁気セル構造４００が示され、この磁気セル構造４００は磁気セルコア４０１を有し、磁気セルコア４０１において、固定領域４１０が、下部電極１０５と、存在する場合には下部中間領域１４０と、の上に配置される。基盤領域２６０（図２）（図４Ａには図示せず）は、任意に、例えば、下部電極１０５（または、存在する場合には下部中間領域１４０）と固定領域４１０との間に含まれてもよい。固定領域４１０は、例えば、限定することなく、電極隣接部分４１７を伴うマルチサブ領域固定領域４１０として構成されてもよく、電極隣接部分４１７は、図１Ａおよび図１Ｂの電極隣接部分１１７における構造と同様な、代替構造として構成されてもよい。例えば均質な磁性材料の、酸化物隣接部分１１３は、電極隣接部分４１７の上にあってもよい。図１Ａの中間部分１１５などのサブ領域は、電極隣接部分４１７と酸化物隣接部分１１３との間に配置されてもよい。中間酸化物領域１３０は、固定領域４１０の上にあってもよく、自由領域４２０は、中間酸化物領域１３０の上にあってもよい。
トラップ領域４８０は、固定領域４１０および自由領域４２０のうちの少なくとも一つに隣接してもよい。例えば、図４Ａに図示されるように、トラップ領域４８０は、自由領域４２０の上にあってもよい。他の実施形態（図４Ａに図示せず）において、トラップ領域４８０または別のトラップ領域は、代替的、または追加的に、自由領域４２０の下にあってもよく、または、自由領域４２０の内部に配置されてもよい。
それとは関係なく、トラップ領域４８０は、前駆体磁性材料（例えば、自由領域４２０がそこから形成される）に隣接して、前駆体トラップ材料から形成される。前駆体トラップ材料は、高いＴＭＲを可能とする所望の結晶構造へと空乏磁性材料の結晶化を促進するために、トラップ部位で、前駆体磁性材料から拡散された種を引き付けて反応するように調製され、構成された少なくとも一つの誘引種を含む。
上部電極１０４と、存在する場合には、上部中間領域１５０は、トラップ領域４８０および自由領域４２０の上にあってもよい。したがって、磁気セル構造４００は、単一のＭＡ誘発酸化物領域（例えば、中間酸化物領域１３０）を有する“ボトムピン”メモリセルとして構成される。
図４Ｂを参照すると、磁気セル構造４００’の代替的な実施形態は、単一のＭＡ誘発酸化物領域を有するボトムピンメモリセルとして構成されるが、図４Ａの磁気セル構造４００と実質的に同一の構造を含んでもよいが、図４Ａの固定領域４１０の中間部分１１５の代わりに、別のトラップ領域４８２を含む磁気セルコア４０１’の固定領域４１０’を有する。したがって、磁気セルコア４０１’は、また、図４Ａの非空乏酸化物隣接部分１１３の代わりに空乏酸化物隣接部分４１４も含んでもよい。
図５を参照すると、ボトムピンメモリセルとしてまた構成された磁気セル構造５００が図示される。図示されたメモリセル構造５００は、二重酸化物領域、例えば、中間酸化物領域１３０および第２の酸化物領域５７０を有する磁気セルコア５０１を含む。第２の酸化物領域５７０は、上部電極１０４の下で、自由領域４２０およびトラップ領域４８０の双方の上にあってもよい。
本明細書に記述されるこの実施形態または任意の他の実施形態において、トラップ領域４８０は、例えば、第２の酸化物領域５７０のうちの一つ以上のサブ領域として、第２の酸化物領域５７０に組み込まれてもよい。このようなトラップ酸化物組込み領域は、本明細書では、“トラップ酸化物領域”と称されることがある。例えば、図５Ａに図示されるように、トラップ酸化物領域５７８は、個別の第２の酸化物領域５７０’と交互に配置された個別のトラップサブ領域４８０’を含んでもよい。個別のトラップサブ領域４８０’は、それにもかかわらず、前駆体磁性材料から拡散された、拡散された種が結合し得るトラップ部位を有する誘引種を有する前駆体トラップ材料から形成されてもよい。
本明細書に開示された実施形態のうちの任意の実施形態のトラップ領域（例えば、トラップ領域１８０（図１））は、実質的に連続（即ち、領域の材料内に間隙がない）してもよい。しかしながら、他の実施形態においては、本明細書に開示された実施形態のうちの任意の実施形態によるトラップ領域は、不連続であってもよい（即ち、領域の材料の間の間隙を有してもよい）。
本明細書に記述される実施形態のうちの任意の実施形態においては、固定領域１１０（図１および図２）、１１０’（図１Ａ）、１１０”（図１Ｂ）、３１０（図３）、４１０（図４Ａ）、４１０’（図４Ｂおよび図５）と、中間酸化物領域１３０（図１から図２および図３から図５）と、自由領域１２０（図１および図２）、３２０（図３）、４２０（図４Ａ、図４Ｂおよび図５）、一つ以上のトラップ領域１８０（図１）、１８２（図１Ｂ）、２８０（図２）、４８０（図４Ａ、図４Ｂおよび図５）、４８２（図４Ｂおよび図５）、（もし存在する場合には）第２の酸化物領域２７０（図２）、５７０（図５）、（もし存在する場合には）トラップ酸化物領域５７８（図５Ａ）と、（もし存在する場合には）任意のサブ領域の、相対的な配置は、其々反転されてもよい。反転される場合でも、中間酸化物領域１３０は、自由領域１２０（図１および図２）、３２０（図３）、４２０（図４Ａ、図４Ｂおよび図５）と、少なくとも一つのトラップ領域（例えば、トラップ領域１８０（図１）、別のトラップ領域１８２（図１Ｂ）、トラップ領域２８０（図２）、トラップ領域４８０（図４Ａ、図４Ｂおよび図５）、別のトラップ領域４８２（図４Ｂおよび図５）、トラップ酸化物領域５７８（図５Ａ））を有する固定領域１１０（図１および図２）、１１０’（図１Ａ）、１１０”（図１Ｂ）、３１０（図３）、４１０（図４Ａ）、４１０’（図４Ｂおよび図５）との間に、磁性領域（例えば、自由領域１２０（図１および図２）、３２０（図３）、４２０（図４Ａ、図４Ｂおよび図５）ならびに固定領域１１０（図１および図２）、１１０’（図１Ａ）、１１０”（図１Ｂ）、３１０（図３）、４１０（図４Ａ）、４１０’（図４Ｂおよび図５）のうちの少なくとも一つ）のうちの少なくとも一つの前駆体磁性材料に隣接して配置される。
他の実施形態（図示せず）においては、トラップ領域は、磁性領域（例えば、自由領域１２０）に対して側方向に隣接する部分を含んでもよい。側方向に隣接する部分は、鉛直方向に隣接する部分に加えて、または鉛直方向に隣接する部分の代わりにあってもよい。
このように、磁気セルコアを含むメモリセルが開示される。磁気セルコアは、少なくとも一つの拡散性の種と少なくとも一つの他の種とを含む前駆体磁性材料から形成された空乏磁性材料を含む磁性領域を含む。空乏磁性材料は、少なくとも一つの他の種を含む。磁気セルコアは、また、別の磁性領域と、磁性領域と別の磁性領域との間の酸化物領域とを含む。非晶質領域は、磁性領域に隣接している。非晶質領域は、少なくとも一つのトラップ部位を有し、少なくとも一つの拡散性の種に対する少なくとも一つの他の種の化学親和力よりも高い、少なくとも一つの拡散性の種に対する化学親和力を有する少なくとも一つの誘引種を含む前駆体トラップ材料から形成される。非晶質領域は、前駆体磁性材料由来の少なくとも一つの拡散性の種に結合された少なくとも一つの誘引種を含む。
図６から図９Ｃを参照すると、図１Ａおよび図１Ｂの実施形態による、図１の磁気セル構造１００などの磁気セル構造を製造する方法における段階が図示される。図６に図示されるように、中間構造６００は、基板１０２の上に形成された導電性材料６０５と、導電性材料６０５の上の前駆体トラップ材料６８０とを有するように形成されてもよい。任意で、一つ以上の下部中間材料６４０は、その上に前駆体トラップ材料６８０を形成する前に、導電性材料６０５の上に形成されてもよい。
図２の磁気セル構造２００またはベースの第２の酸化物領域（例えば、第２の酸化物領域２７０（図２））を含む別の構造を形成するために使用され得るような他の実施形態において、基盤材料（図示せず）は、存在する場合には、導電性材料６０５と下部中間材料６４０との上に形成されてもよい。酸化物材料（図示せず）は、その上に前駆体トラップ材料６８０を形成する前に、基盤材料の上に形成されてもよい。
導電性材料６０５は、下部電極１０５（図１、図２、図４Ａ、図４Ｂおよび図５）がそこから形成されるが、例えば、限定することなく、金属（例えば、銅、タングステン、チタン、タンタル）、金属合金、またはその組み合わせを含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、またはそれらで構成されてもよい。
任意の下部中間領域１４０（図１、図２、図４Ａ、図４Ｂおよび図５）が下部電極１０５の上に形成される実施形態においては、そこから下部中間領域１４０が形成される下部中間材料６４０は、例えば、限定することなく、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）またはその組み合わせを含んでもよいし、それらを実質的に含んでもよいし、またはそれらで構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、含まれる場合には、下部中間材料６４０は、下部電極１０５（図１、図２、図４Ａ、図４Ｂおよび図５）が形成されるべき導電性材料６０５が組み込まれてもよい。例えば、下部中間材料６４０は、導電性材料６０５の最上部サブ領域であってもよい。
図２の磁気セル構造２００の形成のように、基盤材料が導電性材料の上に形成される実施形態においては、基盤材料は、例えば、限定することなく、コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも一つを含む材料（例えば、ＣｏＦｅＢ材料）、非磁性材料を含む材料（例えば、非磁性導電性材料（例えば、ニッケルベースの材料））またはその組み合わせを含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよい。基盤材料は、所望の結晶構造（例えば、ｂｃｃ（００１）結晶構造）で、その上に材料（たとえば、酸化物材料）を形成することを可能にする、テンプレートを提供するように調製され、構成されてもよい。
また、図２の磁気セル構造２００を形成する実施形態においては、酸化物材料は、そこから第２の酸化物領域２７０（図２）が形成され、例えば、限定することなく、非磁性酸化物材料（例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）または従来のＭＴＪ領域の他の酸化物材料）を含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよい。酸化物材料は、存在する場合には基盤材料の直接上に形成（例えば、成長、堆積）されてもよい。基盤材料が最初に形成されたときに非晶質である実施形態においては、結果として生じる酸化物材料は、基盤材料の上に最初に形成されたときに結晶質であってもよい（例えば、ｂｃｃ（００１）結晶構造を有してもよい）。
前駆体トラップ材料６８０は、例えば、限定することなく、以前形成された材料の上に少なくとも一つの誘引種をスパッタリングすることによって形成されてもよい。前駆体トラップ材料６８０は、拡散性の種と前駆体磁性材料の別の種との間の化学親和力と比較して、前駆体トラップ材料６８０に隣接して形成される前駆体磁性材料由来の拡散性の種に対して、より高い化学親和力を有するように調製される（即ち、少なくとも一つの誘引種が選択される）。したがって、前駆体トラップ材料６８０は、前駆体磁性材料から拡散性の種を引き付けるために調製される。
幾つかの実施形態においては、前駆体トラップ材料６８０の各種は、前駆体磁性材料から拡散された種に対する化学親和力を有する（即ち、化学結合に対して整合性がある）ように調製されてもよい。他の実施形態においては、前駆体トラップ材料６８０の全てよりは少ない種は、拡散性の種に対する所望の化学親和力を有するように調製されてもよい。したがって、前駆体トラップ材料６８０は、拡散された種と非反応性の種を含んでもよいし、または拡散された種と反応性を有する種で構成されてもよいし、それらを実質的に含んでもよい。
図６から図６Ｆを参照すると、前駆体トラップ材料６８０は、少なくとも一つの誘引種６８４、６８６（図６Ａおよび図６Ｃから図６Ｆ）の少なくとも一つのトラップ部位６８７（図６Ｄ）を提供するように構成され、調製される。トラップ部位６８７（図６Ｄ）は、前駆体磁性材料一度拡散された拡散性の種が、少なくとも一つの誘引種６８４、６８６のうちの少なくとも一つと結合することを可能とし、これにより、拡散された種は、本明細書で“濃縮前駆体トラップ材料”６８１（図６Ｅ）と称される材料内で維持できるようにする。
トラップ部位６８７（図６Ｄ）を含むように前駆体トラップ材料６８０を構成することは、誘引種６８４、６８６の隣接するサブ領域の間に不整合な結晶格子の構造を有するように前駆体トラップ材料６８０を形成することを含んでもよい。本明細書で用いられるように、“不整合な結晶格子”という語は、種を完全に飽和させるために、種の間の１：１の結合が容易に達成できないように、互いに整列されていない隣接する種の結晶格子構造のことを指す。例えば、図６Ａから図６Ｄを参照すると、複数の誘引種６８４、６８６は、互いの上に形成されてもよく、誘引種６８４、６８６のうちの二つが互いに隣接する場合に、界面６８５を備える交互の構造を形成する。図６Ｄを参照すると、このような不整合な結晶格子構造は、誘引種６８４、６８６の原子６８４’、６８６’、６８６”においてトラップ部位６８７を残してもよい。トラップ部位６８７は、誘引種６８４、６８６の結晶格子構造の間の不整合に少なくとも部分的に影響を受けて、種の間の界面６８５を特に占めてもよい。
如何なる特定の理論に限定されずに、界面６８５の数がより多くなり、それによって、誘引種６８４、６８６の交互のサブ領域の数が多くなると、前駆体トラップ材料６８０に含まれ得るトラップ部位６８７の数が多くなると考えられる。個々のサブ領域の各々の厚さは、最小（例えば、ほぼ一原子の厚さまたは数原子の厚さ）とすることができ、このような中間構造６００’の総合の厚さは、形成されるセルの他の特性（例えば、電気抵抗）を低下させることなく、最大数のトラップ部位６８７（即ち、その後の処理動作中に拡散された種に対する潜在的な結合部位）を提供するように調整される。
幾つかの実施形態においては、前駆体トラップ材料６８０は、遷移金属（例えば、タングステン（Ｗ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ））を誘引種６８４、６８６（例えば、図６Ａおよび図６Ｃから図６Ｆの誘引種６８４）のうちの少なくとも一つとして含んでもよく、誘引化学物質（例えば、図６Ａおよび図６Ｃから図６Ｆの誘引種６８６）のうちの少なくとも他方として、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびニッケル（Ｎｉ）のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
一つの特定の例においては、限定することなく、前駆体トラップ材料６８０は、誘引種のうちの一種（例えば、誘引種６８６）としてコバルトおよび鉄を、別の誘引種（例えば、誘引種６８４）としてタングステン（Ｗ）を含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよい。コバルト・鉄およびタングステンの各々は、ＣｏＦｅＢ磁性材料として調製された隣接する前駆体磁性材料のホウ素（Ｂ）などの拡散性の種に対する化学親和力を有してもよい。少なくともホウ素に対するタングステンの化学親和力は、ホウ素と、前駆体磁性材料のうちの他の種（例えば、コバルトおよび鉄）との間の化学親和力よりも大きくすることが出来る。
別の特定の例においては、限定することなく、前駆体トラップ材料６８０は、一方の誘引種としてルテニウム（Ｒｕ）を、他方の誘引種としてタングステン（Ｗ）を、含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよい。また、ルテニウムおよびタングステンの各々は、拡散性の種（例えば、ホウ素（Ｂ））に対する化学親和力を有してもよい。
図６Ｂを参照すると、トラップ部位６８７（図６Ｄ）を含むように前駆体トラップ材料６８０を構成するための別の方法は、基板１０２の上に材料６８０”を形成することであり、アトラクタ材料６８０”は、最初に形成されたときには必ずしも不飽和でなくてもよく、衝突種としての、例えば、プラズマ由来の一つ以上のイオンまたはラジカルと衝突させた誘引材料６８０”とを形成し、アトラクタ材料６８０”の微小構造内の点欠陥、フラストレートされた結合、不十分配位の部位またはダングリング結合（即ちトラップ部位）を誘発する。例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、ヘリウム（Ｈｅ）、キセノン（Ｘｅ）などの衝突種は、矢印６８８によって示されるように、中間構造６００”の誘引材料６８０”へ打ち込まれることが出来、占有された結合を破壊し、トラップ部位６８７（図６Ｄ）を生成する。このような実施形態においては、衝突種は、前駆体トラップ材料６８０（図６および図６Ｄ）内に保持されてもよい。
図６Ｃを参照すると、技術の組み合わせは、トラップ部位６８７（図６Ｄ）を含む前駆体トラップ材料６８０を構成するために使用されてもよい。例えば、図６Ａの中間構造６００’は、不整合な結晶格子構造を有し、図６Ｂの衝突６８８プロセスに晒されてもよい。衝突された不整合な結晶格子中間構造６００”’は、図６Ａおよび図６Ｂのみの技術の結果として生じ得るより多くのトラップ部位６８７（図６Ｄ）を含むことが出来る。
アニール段階中など、その後の処理中、拡散性の種６２１’（図７Ａ）は、隣接する前駆体磁性材料から前駆体トラップ材料６８０へ、その間移動（例えば、拡散）してもよい。これが生じると、図６Ｅに図示されるように、トラップ部位６８７（図６Ｄ）は、濃縮前駆体トラップ材料６８１を形成するために、拡散された種６２１を受け取って、反応してもよい。拡散された種６２１の原子は、誘引種６８４、６８６（図６Ｅを参照）の一つ以上の原子６８４’、６８６’、６８６”に結合してもよい。
図６Ａおよび図６Ｃなど、また、任意で、図６Ｂの、幾つかの実施形態においては、前駆体トラップ材料６８０は、基板１０２の上に最初に形成されたとき、結晶質であってもよい。前駆体トラップ材料６８０は、拡散された種６２１がトラップ部位６８７（図６Ｄ）に拡散し、トラップ部位６８７と反応し始めるとき、少なくとも最初は結晶質のままであってもよい。しかしながら、濃縮前駆体トラップ材料６８１の組成が変化すると、即ち、拡散された種６２１のうちのより多くがトラップ部位６８７（図６Ｄ）によってトラップされ、アニールの高温が材料の移動を促進すると、図６Ｆに図示されるように、濃縮前駆体トラップ材料６８１の種（例えば、拡散された種６２１および誘引種６８４，６８６）が混合し、濃縮前駆体トラップ材料６８１を、非晶質トラップ材料６８２（本明細書では、“濃縮トラップ材料６８２”および“濃縮非晶質トラップ材料６８２”とも称される）に変換してもよい。
図６Ｇおよび図６Ｈなどの、他の実施形態においては、前駆体トラップ材料６８０（図６）は、基板１０２の上に最初に形成されたときに非晶質であって、例えばアニールの間非晶質のままであるように調製されてもよい。例えば、図６Ｇを参照すると、前駆体トラップ材料６８０ＩＶは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびタングステン（Ｗ）を含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよく、基板１０２（図６）の上に最初に形成されたときに非晶質であってもよい。Ｆｅ、ＣｏおよびＷの原子のうちの少なくとも一つは、不十分配位であるか、フラストレートされるか、またはダングリング結合もしくは点欠陥を有してもよく、原子がトラップ部位６８７（図６Ｄ参照）（図６Ｇには図示せず）を含むようにする。別の例として、図６Ｈを参照すると、前駆体トラップ材料６８０Ｖは、ルテニウム（Ｒｕ）およびタングステン（Ｗ）を含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよく、基板１０２（図６）の上に最初に形成されたときに非晶質であってもよい。ＲｕおよびＷの原子のうちの少なくとも一つは、不十分配位であるか、フラストレートされるか、またはダングリング結合もしくは点欠陥を有してもよく、その原子がトラップ部位６８７（図６Ｄ参照）（図６Ｈには図示せず）を含むようにする。このようないずれかの実施形態においては、トラップ部位６８７（図６Ｄ参照）は、画定された界面に沿って整列されなくてもよいが、むしろ、前駆体トラップ材料６８０ＩＶ（図６Ｇ）および６８０Ｖ（図６Ｈ）にわたって分散されてもよい。さらに、濃縮前駆体トラップ材料６８１もまた非晶質であってもよい。このような実施形態においては、前駆体トラップ材料６８０ＩＶ（図６Ｇ）、６８０Ｖ（図６Ｈ）の種の原子比率は、前駆体トラップ材料６８０ＩＶ（図６Ｇ）、６８０Ｖ（図６Ｈ）が非晶質であって、（例えば、約５００℃を超える）高いアニール温度においてでさえも非晶質のままであることを可能とするように選択されてもよい。
あらゆる場合に、前駆体トラップ材料６８０内の誘引種６８４、６８６の原子比率は、最終的な濃縮トラップ材料６８２における原子比率を、非晶質であって、高いアニール温度においても非晶質のままである組成へと、調整するように、選択されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、前駆体トラップ材料６８０は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびタングステン（Ｗ）を含むか、実質的にそれらを含むか、またはそれらで構成されており、ホウ素（Ｂ）が拡散性の種６２１であるこの実施形態においては、前駆体トラップ材料６８０の組成は、拡散された種６２１と、任意に衝突種とを含む、濃縮トラップ材料６８２の組成が、少なくとも約３５アトミック％の、約７００℃の温度まで非晶質であることが出来るタングステン（Ｗ）を含むように選択されてもよい。
さらに、前駆体トラップ材料６８０は、前駆体トラップ材料６８０が、空乏磁性材料を結晶化するためのアニール中に使用される高温で安定（例えば、種が外部に拡散しない）であるように調製されてもよい。したがって、空乏磁性材料の結晶化を促進する高温は、前駆体磁性材料から所望の結晶構造（例えば、ｂｃｃ（００１）構造）へと派生されるが、結晶化を抑制する前駆体トラップ材料６８０なしで使用されてもよい。如何なる一つの理論に限定されることなく、隣接する材料から空乏磁性材料に伝搬された結晶構造として、濃縮トラップ材料６８２が所望の結晶構造（例えば、ｂｃｃ（００１）構造）の微細構造とは異なる、それと競合する微細構造を有した場合、濃縮トラップ材料６８２の非晶質特性は、そうでなければ形成し得る空乏磁性材料内の、微細構造の欠陥を回避するものと考えられる。
したがって、基板の上に磁性領域を含む半導体構造が開示される。磁性領域は、拡散性の種を含む前駆体磁性材料を含む。トラップ領域は、少なくとも一つの誘引種を含み、少なくとも一つの誘引種は、少なくとも一つのトラップ部位を含む。少なくとも一つの誘引種は、拡散性の種と前駆体磁性材料の別の種との間の化学親和力よりも、磁性前駆体材料の拡散性の種に対して、より高い化学親和力を示すように調製される。
図７を参照すると、図６の前駆体トラップ材料６８０が形成された後であって、トラップ部位６８７（図６Ｄおよび図６Ｅ）と反応するための拡散性の種６２１’の拡散前に、少なくとも一つの前駆体磁性材料７２０が、図７に図示されるように、前駆体トラップ材料６８０の上に形成されてもよい。前駆体磁性材料７２０は、そこから自由領域１２０（図１）が最終的に形成されるが、例えば、限定することなく、コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）（例えば、ＣｏｘＦｅｙ、ここでｘ＝１０から８０、ｙ＝１０から８０）および幾つかの実施形態においては、ホウ素（Ｂ）も（例えば、ＣｏｘＦｅｙＢｚ、ここでｘ＝１０から８０、ｙ＝１０から８０かつｚ＝０から５０）含む強磁性材料を含んでもよいし、それらを実質的に含んでもよいし、それらで構成されてもよい。したがって、前駆体磁性材料７２０は、Ｃｏ、ＦｅおよびＢのうちの少なくとも一つを含んでもよい（例えば、ＣｏＦｅＢ材料、ＦｅＢ材料、ＣｏＢ材料）。他の実施形態においては、前駆体磁性材料７２０は、代替的または追加的に、ニッケル（Ｎｉ）（例えば、ＮｉＢ材料）を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、基板１０２上の導電性材料６０５の上に基盤材料と同一の材料が含まれる場合、前駆体磁性材料７２０は、基盤材料と同一の材料を含んでもよいし、または、それらの素子とは異なる原子比率ではあるが、基盤材料と同一の元素を有する材料を含んでもよい。前駆体磁性材料７２０は、均質な領域として形成されてもよい。他の実施形態においては、前駆体磁性材料７２０は、例えば、ＣｏＦｅＢ材料の一つ以上のサブ領域を含んでもよく、そのサブ領域は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｂの異なる相対的原子比率を有する。
図７Ａを参照すると、前駆体磁性材料７２０は、少なくとも一つの拡散性の種６２１’と少なくとも一つの他の種とを含む。拡散性の種６２１’の存在は、前駆体磁性材料７２０、またはそこから形成される空乏磁性材料が磁性を示すために必ずしも必要不可欠ではない。しかしながら、前駆体磁性材料７２０における拡散性の種６２１’の存在は、非晶質状態で（例えば、スパッタリングによって）前駆体磁性材料７２０を形成することを可能とすることが出来る。
前駆体磁性材料７２０に対する前駆体トラップ材料６８０の近接性と、前駆体磁性材料７２０の他の種に対する化学親和力と比較した場合における、拡散性の種６２１’（図７Ａ）に対する前駆体トラップ材料６８０のより高い化学親和力とによって、前駆体磁性材料７２０から拡散性の種６２１’（図７Ａ）の除去を可能とすることが出来る。図８および図８Ａを参照すると、この除去によって、図８に図示されるように、空乏磁性材料８２０および濃縮トラップ材料６８２を形成される。例えば、拡散性の種６２１が前駆体トラップ材料６８０の誘引種６８４、６８６に化学結合し得る場合に、拡散性の種６２１’（図７Ａ）は前駆体トラップ材料６８０に拡散することが出来る。前駆体トラップ材料６８０による拡散性の種６２１の前駆体磁性材料７２０からの除去は、中間構造７００（図７）のアニール中に生じることがあり、図８に図示されたように、アニールされた中間構造８００を形成する。
アニールされた中間構造８００においては、空乏磁性材料８２０は、より低い濃度の拡散された種６２１（図８Ａ）を有するが、濃縮トラップ材料６８２は、図８Ａに図示されるように、拡散された種６２１を含む。磁気セル構造１００（図１）、２００（図２）、４００（図４Ａ）、４００’（図４Ｂ）および５００（図５）は、このように、空乏磁性材料８２０を、（例えば、自由領域１２０（図１および図２）、３２０（図３）、４２０（図４Ａ、図４Ｂ、図５）内、固定領域１１０”（図１Ｂ）の酸化物隣接部分１１４内、および固定領域４１０’（図４および図５）の酸化物隣接部分４１４内に含んでもよく、また、拡散された種を含有する濃縮トラップ材料６８２を、（例えば、トラップ領域１８０（図１）、２８０（図２および図２Ｃ）、４８０（図４Ａ、図４Ｂおよび図５）内、別のトラップ領域１８２（図１Ｂ）、４８２（図４Ｂおよび図５）内、トラップ酸化物領域５７８（図５Ａ）の個別のトラップサブ領域４８０’内に含んでもよい。
例えば、限定することなく、前駆体磁性材料７２０（図７）がＣｏＦｅＢ材料である実施形態においては、空乏磁性材料８２０は、ＣｏＦｅ材料（即ち、コバルトおよび鉄を含む磁性材料）であってもよい。このような実施形態においては、前駆体トラップ材料６８０（図７）は、コバルト・鉄（ＣｏＦｅ）誘引種のサブ領域と、タングステン（Ｗ）誘引種のサブ領域との交互の構造であり、濃縮トラップ材料６８２は、コバルト、鉄、タングステンおよびホウ素（Ｂ）（即ち、ＣｏＦｅＷＢ混合物または合金）の非晶質混合物であってもよい。
如何なる理論に拘束されることもなく、ホウ素に対する親和力を有する誘引種のトラップ部位６８７（図６Ｄ）を有する前駆体トラップ材料６８０で、ＣｏＦｅＢ前駆体磁性材料７２０からホウ素の拡散性の種６２１’（図７Ａ）を除去することは、拡散性の種６２１’を含む前駆体磁性材料７２０（図７）の結晶化温度よりも低い温度で、空乏磁性材料８２０の結晶化を可能とすることが出来ると考えられる。したがって、使用される（例えば、約５００℃を超える）アニール温度は、隣接する材料を劣化させるほど高くはなく（例えば、濃縮トラップ材料６８２からタングステン（Ｗ）を外部に拡散することなく）、（例えば、隣接する材料、例えば、中間酸化物領域１３０（図１）から所望の結晶構造を伝搬することによって）空乏磁性材料８２０の結晶化を可能とすることが出来る。空乏磁性材料８２０は、したがって、実質的な構造欠陥を被ることなく、磁気セル構造（例えば、磁気セル構造１００（図１）、２００（図２）、４００（図４Ａ）、４００’（図４Ｂ）、５００（図５））の形成を可能とする所望の結晶構造（例えばｂｃｃ（００１）結晶構造）に結晶化することが出来る。実質的な構造的欠陥の欠如により、高いＴＭＲを可能とすることが出来る。
如何なる理論に限定されることもなく、前駆体磁性材料７２０（および／または別の前駆体磁性材料７１３’（図９Ｂ））からの拡散性の種６２１’の除去は、また、空乏磁性材料８２０と、隣接する酸化物材料（例えば、第２の酸化物領域２７０（図２）または中間酸化物領域１３０（図１）の酸化物材料）との間の界面に沿ってＭＡの誘発を促進することが出来るものとさらに考えられる。例えば、拡散性の種６２１’（図７Ａ）がない場合、もし拡散性の種６２１’が前駆体磁性材料７２０内にいまだ組み込まれていた場合に他の種が有するであろう相互作用よりも、空乏磁性材料８２０の他の種は、酸化物材料とのより大きい相互作用を有し得る。さらに、濃縮トラップ材料６８２内の一度利用可能なトラップ部位６８７（図６Ｄ）における化学結合を介した、拡散された種６２１（図８Ａ）の保持は、磁性領域（例えば、自由領域１２０）とその隣接するＭＡ誘発酸化物領域（例えば、中間酸化物領域１３０（図１））との間の界面（例えば、界面１３２（図１））への、拡散された種６２１の拡散を回避することが出来る。これによって、そうでなければ達成される界面（例えば、界面１３２（図１））に沿う、より大きなＭＡ誘発相互作用を可能とすることが出来る。したがって、単一のみのＭＡ誘発酸化物領域（例えば、中間酸化物領域１３０）が含まれる実施形態であっても、前駆体トラップ材料６８０（または、その代わりに濃縮トラップ材料６８２）によって、前駆体トラップ材料６８０（または、その代わりに濃縮トラップ材料６８２）がない場合の同一構造のＭＡ強度よりも、ＭＡ強度をより大きくすることが出来る。
自由領域１２０（図１）が、拡散性の種６２１’（図７Ａ）を含む前駆体磁性材料７２０（例えば、ＣｏＦｅＢ材料）“から形成される”ものとして記述される一方、製造される磁気セルコア１０１（図１）の自由領域１２０（または本開示の任意のセルコア）は、前駆体磁性材料７２０が最初に形成されたときよりも、実質的により少ない拡散性の種６２１’（例えば、ホウ素（Ｂ））を含んでもよい。同様に、固定領域１１０（図１）の磁性材料がトラップ材料の隣接する領域によって影響を及ぼされる実施形態においては、固定領域１１０は、隣接するトラップ材料のない場合ほどには、実質的に拡散性の種６２１’を含まなくてもよい。むしろ、製造された磁気セルコア１０１のトラップ領域１８０（図１）は、前駆体磁性材料７２０から拡散された、前駆体トラップ材料６８０の種と、拡散された種６２１（例えば、ホウ素（Ｂ））との双方を含んでもよい。
続けて、図７および図８を参照すると、酸化物材料７３０は、そこから中間酸化物領域１３０（図１）が形成されるが、例えば、空乏磁性材料８２０を結晶化するアニールの前に、前駆体磁性材料７２０上に形成されてもよい。酸化物材料７３０は、例えば、限定することなく、非磁性酸化物材料（例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）または従来のＭＴＪ非磁性領域の他の酸化物材料）を含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよい。前駆体トラップ材料６８０の前に別の酸化物材料が形成された実施形態においては、別の酸化物材料は、酸化物材料７３０と同一の材料であってもよいし、または、異なる原子比率ではあるが酸化物材料７３０と同一の元素を含む材料であってもよい。例えば、限定することなく、酸化物材料７３０および別の酸化物材料の双方は、二重酸化物実施形態においては、ＭｇＯを含んでもよいし、実質的にＭｇＯを含んでもよいし、ＭｇＯで構成されてもよい。
酸化物材料７３０は、前駆体磁性材料７２０の直接上に形成（例えば、成長、堆積）されてもよい。酸化物材料７３０は、最初に形成されるときに結晶質であって（例えば、ｂｃｃ（００１）構造を有して）もよいし、または、その後アニール中に結晶化されてもよい。アニール中に、所望の結晶構造が、隣接する磁性材料（例えば、空乏磁性材料８２０（図８））に伝搬し得るように、酸化物材料７３０が配置されてもよく、磁性材料（例えば、空乏磁性材料８２０（図８））が同一の結晶構造（例えば、ｂｃｃ（００１）構造）に結晶化することを可能とする。
アニールされた中間構造８００の他の材料は、また、アニーリングによって結晶化されてもよい。アニーリングプロセスは、約３００℃から約７００℃（例えば、約５００℃）のアニーリング温度で実行されてもよく、約１分から約１時間の間、そのアニーリング温度に維持されてもよい。アニーリング温度および時間は、中間構造７００の材料、例えば空乏磁性材料８２０の所望の結晶構造、および前駆体磁性材料７２０から拡散された種６２１の所望の空乏量に基づいて、調整されてもよい。
図７および図８に図示されるような、幾つかの実施形態においては、別の磁性材料７１３は、そこから固定領域１１０’（図１Ａ）の酸化物隣接部分１１３が形成されるが、例えば、空乏磁性材料８２０を結晶化するアニール段階の前またはその後に、酸化物材料７３０の直接上に形成（例えば、成長、堆積）されてもよい。別の磁性材料７１３は、例えば、限定することなく、コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）を含む強磁性材料（例えば、ＣｏｘＦｅｙ、ここで、ｘ＝１０から８０、ｙ＝１０から８０）および幾つかの実施形態においては、ホウ素（Ｂ）も含む強磁性材料（例えば、ＣｏｘＦｅｙＢｚ、ここでｘ＝１０から８０、ｙ＝１０から８０、ｚ＝０から５０）を含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよい。したがって、別の磁性材料７１３は、ＣｏＦｅＢ材料を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、別の磁性材料７１３は、中間構造８００内に含まれる場合には、前駆体磁性材料７２０および基盤材料、のいずれかまたはその双方と同一の材料、または異なる原子比率ではあるが同一の元素を有する材料であってもよい。
図９Ａを参照すると、図１および図１Ａによる磁気セル構造１００を形成するための一実施形態によると、アニールされた中間構造８００（図８）が形成された後、非トラップ中間材料９１５は、別の磁性材料７１３上に形成されてもよい。中間材料９１５は、したがって、導電性材料（例えば、タンタル（Ｔａ））を含んでもよいし、実質的に導電性材料を含んでもよいし、導電性材料で構成されてもよい。
あるいは、図９Ｂを参照すると、図１および図１Ｂによる磁気セル構造１００を形成する一実施形態によると、別の前駆体トラップ材料６８０’は、図９Ａの中間材料９１５の代わりに形成されてもよい。このような実施形態においては、別の磁性材料７１３は、別の前駆体トラップ材料６８０’によって別の前駆体磁性材料７１３’から除去され得る拡散性の種６２１’（図７Ａ）（例えば、ホウ素（Ｂ））を含む別の前駆体磁性材料７１３’として特徴づけられてもよい。別の前駆体トラップ材料６８０’は、アニーリングに先立ち、別の前駆体磁性材料７１３’上に形成されてもよく、これによりアニールされた構造断片９００”（図９Ｃ）は、別の前駆体磁性材料７１３’から形成された別の空乏磁性材料８２０’（図９Ｃ）を含むことが出来るようにする。アニールされた構造断片９００”は、また、別の空乏磁性材料８２０’に隣接する別の非晶質濃縮トラップ材料６８２’も含む。
磁気セル構造（例えば、磁気セル構造１００（図１、図１Ａ、図１Ｂ））の残りの材料は、図９Ａの実施形態による中間材料９１５の上に製造されてもよいし、または、図９Ｂおよび図９Ｃの実施形態による別の濃縮トラップ材料６８２’の上に製造されてもよく、其々前駆体構造９００（図９Ａ）または９００’（図９Ｂ）を形成する。例えば、交互の、磁性材料９１８とカプラ材料９１９など、の材料９１７は、中間材料９１５（図９Ａ）または別の濃縮トラップ材料６８２’（図９Ｃ）上に形成されてもよい。例えば、限定することなく、材料９１７は、コバルト／パラジウム（Ｃｏ／Ｐｄ）マルチサブ領域、コバルト／プラチナ（Ｃｏ／Ｐｔ）マルチサブ領域、コバルト／ニッケル（Ｃｏ／Ｎｉ）マルチサブ領域、コバルト／鉄／テルビウム（Ｃｏ／Ｆｅ／Ｔｂ）ベース材料、Ｌ１０材料、カプラ材料、または従来の固定領域の他の磁性材料を含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよい。したがって、固定領域１１０’（図１Ａ）または１１０”（図１Ｂ）は其々、材料９１７から形成された電極隣接部分１１７（図１Ａおよび図１Ｂ）を含んでもよい。固定領域１１０’（図１Ａ）もしくは１１０”（図１Ｂ）は、また、中間材料９１５または別の濃縮トラップ材料６８２’から形成される中間部分１１５（図１Ａ）または別のトラップ領域１８２（図１Ｂ）を其々含んでもよく、別の前駆体磁性材料７１３（図９Ａ）または別の空乏磁性材料８２０’（図９Ｃ）から形成された酸化物隣接部分１１３（図１Ａ）もしくは１１４（図１Ｂ）を其々含んでもよい。
幾つかの実施形態においては、任意に、一つ以上の上部中間材料９５０が、固定領域１１０’（図１Ａ）、１１０”（図１Ｂ）の電極隣接部分１１７のための材料９１７の上に形成されてもよい。含まれる場合には、任意の上部中間領域１５０（図１）を形成する上部中間材料９５０は、隣接する材料内の所望の結晶構造を確保するように構成された材料を含んでもよいし、実質的にそれらを含んでもよいし、それらで構成されてもよい。上部中間材料９５０は、従来のＳＴＴ−ＭＲＡＭセル構造の、磁気セル、バリア材料、または他の材料の製造中、パターン化プロセスを支援するように構成された金属材料を、代替的または追加的に含んでもよい。幾つかの実施形態においては、上部中間材料９５０は、導電性キャッピング領域へと形成される導電性材料（例えば、銅、タンタル、チタン、タングステン、ルテニウム、窒化タンタル、または窒化チタンなどの一つ以上の材料）を含んでもよい。
別の導電性材料９０４は、そこから上部電極１０４（図１）が形成され得るが、固定領域１１０’（図１Ａ）、１１０”（図１Ｂ）の電極隣接部分１１７のための材料９１７と、存在する場合には、上部中間材料９５０の上に形成されてもよい。幾つかの実施形態においては、別の導電性材料９０４および上部中間材料９５０は、それらが存在する場合には、互いに一体化することが出来、例えば、上部中間材料９５０は、導電性材料９０４の下部サブ領域である。
前駆体構造９００（図９Ａ）、９００’（図９Ｂ）は其々、図１および図１Ａまたは図および図１Ｂに図示された実施形態による磁気セル構造１００を形成するために、一つ以上の段階において、その後パターン化されてもよい。磁気セル構造１００（図１、図１Ａおよび図１Ｂ）などの構造を形成するための前駆体構造９００（図９Ａ）、９００’（図９Ｂ）などの構造をパターン化するための技術は、本技術分野で既知であるので、本明細書では詳細には記述されない。
パターン化後、磁気セル構造１００は、自由領域１２０に隣接するトラップ領域１８０、および図１Ｂの実施形態においては、固定領域１１０”に隣接する別のトラップ領域１８２、を含む磁気セルコア１０１を含む。自由領域１２０は、前駆体磁性材料７２０（図７）から形成された空乏磁性材料８２０（図８）を含み、そこに隣接するトラップ領域１８０のない前駆体磁性材料７２０（図７）から形成された自由領域よりも低い濃度の拡散性の種６２１’（図７Ａ）を含む。さらに、図１Ｂの実施形態により、別の前駆体磁性材料７１３’（図９Ｂ）から形成された酸化物隣接部分１１４内の別の空乏磁性材料８２０’（図９Ｃ）を含む固定領域１１０”は、そこに隣接する別のトラップ領域１８２のない別の前駆体磁性材料７１３’（図９Ｂ）から形成された固定領域よりも低濃度の拡散性の種６２１’（図７Ａ）を含む。
幾つかの実施形態においては、複数のトラップ領域（例えば、トラップ領域１８０、別のトラップ領域１８２（図１Ｂ））に隣接する複数の磁性領域（例えば自由領域１２０、固定領域１１０”（図１Ｂ））は、拡散性の種６２１’が実質的または完全に空乏状態であってもよい。他の実施形態においては、一つ以上の磁性領域は、拡散性の種６２１’が部分的に空乏状態であってもよい。このような実施形態においては、一つ以上の磁性領域は、そこを通過する拡散性の種６２１’（例えばホウ素）の勾配であって、トラップ領域１８０に隣接する低濃度の拡散性の種６２１’と、トラップ領域１８０に対向する高濃度の拡散性の種６２１’を互いに伴う勾配を有してもよい。拡散性の種６２１’の濃度は、幾つかの実施形態においては、アニール後、またはアニール中において、平衡であってもよい。
自由領域１２０または他の磁性領域（例えば、固定領域１１０”（図１Ｂ）の酸化物隣接部分１１４）は、結晶質の空乏磁性材料８２０（図８）または他の空乏磁性材料から形成されるが、拡散性の種６２１’の除去と、トラップ部位６８７（図６Ｄ）だった部分に対して拡散された種６２１の結合と、に少なくとも部分的に、かつ、トラップ領域１８０（または別のトラップ領域１８２）の非晶質微細構造に少なくとも部分的によって、実質的に欠陥がないようにすることが出来る所望の結晶構造を有してもよい。
自由領域１２０の結晶化度は、使用および動作中に、磁性セル構造１００が高いＴＭＲを示すことを可能にすることが出来る。さらに、自由領域１２０の空乏磁性材料８２０は、隣接する酸化物領域（例えば、第２の酸化物領域２７０および中間酸化物領域１３０）とのＭＡ誘発を促進することが出来る。
さらに、自由領域１２０が二重酸化物領域（例えば、中間酸化物領域１３０および図２の第２の酸化物領域２７０）の間に配置される実施形態においては、高いＭＡ強度は、二重酸化物領域の双方からのＭＡ誘発によってさらに促進することが出来る。このような実施形態においては、自由領域１２０と第２の酸化物領域２７０との間に配置されたトラップ領域１８０があっても、ＭＡは、第２の酸化物領域２７０に隣接する自由領域１２０の表面に沿って誘発されてもよい。トラップ領域１８０を形成するために用いられる前駆体トラップ材料６８０（図７）の量は、第２の酸化物領域２７０と自由領域１２０との間のＭＡ誘発を実質的に抑制しないような量でありながら、前駆体磁性材料７２０（図７Ａ）から拡散性の種６２１’（図７Ａ）のうちの少なくともいくらかの除去をもたらすのに十分な量であるように調整されてもよい。
このように、磁気メモリセルを形成する方法が開示される。方法は、前駆体構造を形成することを含む。前駆体構造を形成することは、基板の上にトラップ部位を含む前駆体トラップ材料を形成することを含む。前駆体構造を形成することは、また、前駆体トラップ材料に隣接する拡散性の種を含む前駆体磁性材料を形成することも含む。拡散性の種は、前駆体磁性材料から、前駆体トラップ材料に移され、前駆体磁性材料の少なくとも一部を空乏磁性材料に変換し、かつ、前駆体トラップ材料の少なくとも一部を濃縮トラップ材料に変換する。移動後、磁性セルコア構造は、前駆体構造から形成される。
図４Ａの磁性セル構造４００は、図１および図１Ａの磁気セルコア１０１の反転として特徴づけられ得る磁気セルコア４０１を含む。図４Ａの磁気セル構造４００は、基板１０２から上方に磁性セル構造４００の材料を形成してパターン化することによって製造されることが出来、少なくとも一度のアニールは、自由領域４２０の上にあるトラップ領域４８０に対して前駆体トラップ材料６８０（図６）を形成した後で行われる。
図４Ｂの磁気セル構造４００’は、図１および図１Ｂの磁気セルコア１０１の反転として特徴づけら得る磁気セルコア４０１’を含む。図４Ｂの磁気セル構造４００’は、基板１０２から上方に磁気セル構造４００’の材料を形成してパターン化することによって製造されることが出来、少なくとも一度のアニールは、自由領域４２０の上にあるトラップ領域４８０に対して前駆体トラップ材料６８０（図６）を形成した後で行われる。任意で、固定領域４１０’の酸化物隣接部分４１４に対して別の前駆体磁性材料７１３’（図９Ｂ）を形成した後で、中間アニールが実行されてもよい。
図５の磁気セル構造５００は、図２の磁気セルコア２０１の反転として特徴づけられ得る磁気セルコア５０１を含む。図５の磁気セル構造５００は、基板１０２から上方に磁気セル構造５００の材料を形成してパターン化することによって製造されることが出来、少なくとも一度のアニールは、トラップ領域４８０に対して前駆体トラップ材料６８０（図６）を形成した後で行われる。任意で、固定領域４１０’の酸化物隣接部分４１４に対して別の前駆体磁性材料７１３’（図９Ｂ）を形成した後で、中間アニールが実行されてもよい。
このように、半導体構造を形成する方法が開示される。本方法は、基板の上に少なくとも一つの拡散性の種を含む非晶質前駆体磁性材料を形成することを含む。少なくとも一つのトラップ部位を有する誘引種を含む前駆体トラップ材料は、非晶質前駆体磁性材料に隣接して形成される。非晶質前駆体磁性材料および前駆体トラップ材料は、誘引種の少なくとも一つのトラップ部位で拡散性の種と反応するようにアニールされる。
図１０を参照すると、ＳＴＴ−ＭＲＭＡセル１０１４と動作可能なように通信する周辺デバイス１０１２を含むＳＴＴ−ＭＲＡＭシステム１０００が図示され、そのグループ分けは、システム要件および製造技術に応じて、多数の行と列を含むグリッドパターンで、または、他の様々な配置で、メモリセルのアレイを形成するように製造され得る。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４は、磁気セルコア１００２と、アクセストランジスタ１００３と、データ／センス線１００４（例えば、ビット線）として機能し得る導電性材料と、アクセス線１００５（例えば、ワード線）として機能し得る導電性材料と、ソース線１００６として機能し得る導電性材料とを含む。ＳＴＴ−ＭＲＡＭシステム１０００の周辺デバイス１０１２は、読み出し／書き込み回路１００７と、ビット線基準１００８と、センス増幅器１００９とを含んでもよい。セルコア１００２は、上述された磁気セルコア（例えば、磁気セルコア１０１（図１）、２０１（図２）、４０１（図４Ａ）、４０１’（図４Ｂ）、５０１（図５））のうちのいずれか一つであってもよい。セルコア１００２の構造、製造方法またはその双方によって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４は、高いＴＭＲと高いＭＡ強度を有することが出来る。
使用および動作中に、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４がプログラムされるように選択されると、プログラミング電流がＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４に印加され、電流は、セルコア１００２の固定領域によってスピン分極され、セルコア１００２の自由領域に対してトルクを及ぼし、それによって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４に“書き込む”かまたは“プログラムする”ように自由領域の磁化をスイッチングする。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４の読み出し動作においては、電流は、セルコア１００２の抵抗状態を検出するために使用される。
ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４のプログラミングを開始するために、読み出し／書き込み回路１００７は、データ／センス線１００４およびソース線１００６に書き込み電流（即ち、プログラミング電流）を生成してもよい。データ／センス線１００４とソース線１００６との間の電圧の極性は、セルコア１００２内の自由領域の磁性配向におけるスイッチングを判定する。スピン極性で自由領域の磁性配向を変化させることによって、自由領域は、プログラミング電流のスピン極性に従って磁化され、プログラムされた論理状態がＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４に書き込まれる。
ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４を読み出すために、読み出し／書き込み回路１００７は、セルコア１００２およびアクセストランジスタ１００３を通じて、データ／センス線１００４およびソース線１００６に読み出し電圧を生成する。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４のプログラムされた状態は、セルコア１００２にわたる電気抵抗に関連し、それは、データ／センス線１００４とソース線１００６との間の電圧差によって判定されてもよい。幾つかの実施形態においては、電圧差は、ビット線基準１００８に対して比較されて、センス増幅器１００９によって増幅されてもよい。
図１０は、動作可能なＳＴＴ−ＭＲＡＭシステム１０００の一例を図示する。しかしながら、磁性セルコア１０１（図１）、２０１（図２）、４０１（図４Ａ）、４０１’（図４Ｂ）、５０１（図５）は、磁性領域を有する磁気セルコアを組み込むように構成された任意のＳＴＴ−ＭＲＡＭシステム内に組み込まれて使用されてもよい、と考えられる。
したがって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルを含むスピントルク注入磁気ランダムメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）アレイを含む半導体デバイスが開示される。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルのうちの少なくとも一つのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、基板の上に結晶質磁性領域を含む。結晶質磁性領域は、スイッチング可能な磁性配向を示す。結晶質酸化物領域は、結晶質磁性領域に隣接している。実質的に固定された磁性配向を示す磁性領域は、結晶質酸化物領域によって結晶質磁性領域から離隔される。非晶質トラップ領域は、結晶質磁性領域に隣接する。非晶質トラップ領域は、結晶質磁性領域の前駆体磁性材料から拡散された種であって、非晶質トラップ領域の前駆体トラップ材料の誘引種に結合された種を含む。前駆体磁性材料は、前駆体磁性材料から拡散された種が非晶質トラップ領域内の誘引種に、そこにおいて結合されるトラップ部位を有していた。
図１１を参照すると、本明細書で記述された一つ以上の実施形態により実装される半導体デバイス１１００の簡略化されたブロック図が示される。半導体デバイス１１００は、メモリアレイ１１０２と制御論理コンポーネント１１０４とを含む。メモリアレイ１１０２は、上述された磁気セルコア１０１（図１）、２０１（図２）、４０１（図４Ａ）、４０１’（図４Ｂ）、５０１（図５）のうちの任意の磁気セルコアを含む複数のＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４（図１０）を含んでもよく、磁気セルコア１０１（図１）、２０１（図２）、４０１（図４Ａ）、４０１’（図４Ｂ）、５０１（図５）は、上述された方法に従って形成されたものであり、上述された方法に従って動作してもよい。制御論理コンポーネント１１０４は、メモリアレイ１１０２内のあらゆるまたは全てのメモリセル（例えば、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル１０１４（図１０））から読み出しを行い、そこに書き込みを行うために、メモリアレイ１１０２と動作可能に相互作用するように構成されてもよい。
図１２を参照すると、プロセッサベースのシステム１２００が示される。プロセッサベースのシステム１２００は、本開示の実施形態により製造された種々の電子デバイスを含んでもよい。プロセッサベースのシステム１２００は、コンピュータ、ページャ、携帯電話、パーソナルオーガナイザ、制御回路または他の電子デバイスなどの様々な種類のうちの如何なる種類であってもよい。プロセッサベースのシステム１２００は、マイクロプロセッサなどの一つ以上のプロセッサ１２０２を含んでもよく、プロセッサベースのシステム１２００内のシステム機能および要求の処理を制御する。プロセッサ１２０２およびプロセッサベースのシステム１２００の他のサブコンポーネントは、本開示の実施形態により製造された磁気メモリデバイスを含んでもよい。
プロセッサベースのシステム１２００は、プロセッサ１２０２と動作可能に通信する電源１２０４を含んでもよい。例えば、プロセッサベースのシステム１２００がポータブルシステムである場合、電源１２０４は、燃料電池、動力掃気装置、永久電池、交換式電池、再充電可能な電池のうちの一つ以上を含んでもよい。電源１２０４は、また、ＡＣアダプタも含んでもよい。したがって、プロセッサベースのシステム１２００は、例えば、壁のコンセントにプラグを差し込まれてもよい。電源１２０４は、また、ＤＣアダプタを含んでもよく、これにより、プロセッサベースのシステム１２００は、例えば、自動車の煙草ライターまたは自動車の電源ポートにプラグを差し込まれることが可能となる。
プロセッサベースのシステム１２００が実行する機能によって、種々の他のデバイスがプロセッサ１２０２に結合されてもよい。例えば、ユーザインターフェイス１２０６は、プロセッサ１２０２に結合されてもよい。ユーザインターフェイス１２０６は、ボタン、スイッチ、キーボード、ライトペン、マウス、デジタイザおよびスタイラス、タッチスクリーン、音声認識システム、マイクまたはその組み合わせなどの入力デバイスを含んでもよい。ディスプレイ１２０８は、また、プロセッサ１２０２に結合されてもよい。ディスプレイ１２０８は、ＬＣＤディスプレイ、ＳＥＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、ＤＬＰディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、三次元投影、音声ディスプレイまたはその組み合わせを含んでもよい。さらに、ＲＦサブシステム／ベースバンドプロセッサ１２１０が、また、プロセッサ１２０２に結合されてもよい。ＲＦサブシステム／ベースバンドプロセッサ１２１０は、ＲＦ受診器およびＲＦ送信器（図示せず）に結合されたアンテナを含んでもよい。通信ポート１２１２または２以上の通信ポート１２１２は、またプロセッサ１２０２に結合されてもよい。通信ポート１２１２は、例えば、モデム、プリンタ、コンピュータ、スキャナもしくはカメラなどの一つ以上の周辺デバイス１２１４に、または、ローカルエリアネットワーク、リモートエリアネットワーク、イントラネット、もしくはインターネットなどのネットワークに結合されるように適合されてもよい。
プロセッサ１２０２は、メモリ内に格納されたソフトウェアプログラムを実装することによってプロセッサベースのシステム１２００を制御してもよい。ソフトウェアプログラムは、例えば、オペレーティングシステム、データベースソフトウェア、ドラフティングソフトウェア、ワープロソフトウェア、メディア編集ソフトウェアまたはメディア再生ソフトウェアを含んでもよい。メモリは、種々のプログラムの実行を格納し、容易にするために、プロセッサ１２０２に動作可能なように結合される。例えば、プロセッサ１２０２は、システムメモリ１２１６に結合されてもよく、スピントルクトランスファー磁性ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）、磁性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、レーストラックメモリおよび他の既知のメモリ種類のうちの一つ以上を含んでもよい。システムメモリ１２１６は、揮発性メモリ、不揮発性メモリまたはその組み合わせを含んでもよい。システムメモリ１２１６は、典型的には大きいので、動的にロードされたアプリケーションおよびデータを格納することが出来る。幾つかの実施形態においては、システムメモリ１２１６は、図１１の半導体デバイス１１００などの半導体デバイスと、上述されたような磁気セルコア１０１（図１）、２０１（図２）、４０１（図４Ａ）、４０１’（図４Ｂ）、５０１（図５）のうちの任意の磁気セルコアを含むメモリセル、またはその組み合わせを含んでもよい。
プロセッサ１２０２は、また、不揮発性メモリ１２１８に結合されてもよいが、これは、システムメモリ１２１６が必ずしも揮発性であることを示唆するわけではない。不揮発性メモリ１２１８は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、抵抗性リードオンリーメモリ（ＲＲＯＭ）などのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、システムメモリ１２１６と組み合わせて使用されるフラッシュメモリのうちの一つ以上を含んでもよい。不揮発性メモリ１２１８のサイズは、任意の必要なオペレーティングシステム、アプリケーションプログラムおよび固定データを格納するのに十分な大きさとなるように一般的に選択される。さらに、不揮発性メモリ１２１８は、例えば、抵抗性メモリまたは他の種類の不揮発性ソリッドステートメモリを含むハイブリッドドライブなどの、ディスクドライブメモリなどの高容量メモリを含んでもよい。不揮発性メモリ１２１８は、図１１の半導体デバイス１１００などの半導体デバイス、上述された磁気セルコア１０１（図１）、２０１（図２）、４０１（図４Ａ）、４０１’（図４Ｂ）、５０１（図５）のうちの任意の磁気セルコアを含むメモリセル、またはその組み合わせを含んでもよい。
本開示は、種々の改変およびその実装における代替形態が可能であるが、特定の実施形態は、図面内で例示として示され、本明細書で詳細に記述されてきた。しかしながら、本開示は、開示された特定の形態に限定されることを意図されるものではない。むしろ、本開示は、以下に添付の請求項およびその法的均等物によって定義されるように、本開示の範囲内にある全ての改変、組み合わせ、均等物、変形および代替物を包含する。
Claims (18)
- 少なくとも一つの拡散性の種と少なくとも一つの他の種とを含む前駆体磁性材料から形成された空乏磁性材料を含む磁性領域であって、前記空乏磁性材料は、前記少なくとも一つの他の種を含む、磁性領域と、
別の磁性領域と、
前記磁性領域と前記別の磁性領域との間の酸化物領域と、
前記磁性領域に隣接する非晶質領域であって、少なくとも一つのトラップ部位と、前記少なくとも一つの拡散性の種に対する前記少なくとも一つの他の種の化学親和力よりも高い、前記少なくとも一つの拡散性の種に対する化学親和力と、を有する少なくとも一つの誘引種を含む前駆体トラップ材料から形成され、前記前駆体磁性材料からの前記少なくとも一つの拡散性の種に結合される前記少なくとも一つの誘引種を含む、非晶質領域と、
を含む磁気セルコアを含み、
前記少なくとも一つの誘引種は、コバルト、鉄、タングステンを含み、前記非晶質領域は、約３５原子百分率（３５アトミック％）よりも多いタングステンを含む、
メモリセル。 - 前記磁性領域は、前記酸化物領域の結晶構造と実質的に整合する結晶構造を有する、
請求項１に記載のメモリセル。 - 前記メモリセルは、約１．００（１００％）を超えるトンネル磁性抵抗を示す、
請求項１に記載のメモリセル。 - 前記非晶質領域によって前記磁性領域から離隔された第２の酸化物領域をさらに含む、
請求項１に記載のメモリセル。 - 前記前駆体磁性材料は、非晶質である、
請求項１に記載のメモリセル。 - 前記少なくとも一つの誘引種は、誘引種と別の誘引種とを含む、
請求項１に記載のメモリセル。 - 前記前駆体トラップ材料は、前記別の誘引種のサブ領域と交互の前記誘引種のサブ領域を含む、
請求項６に記載のメモリセル。 - 少なくとも一つの拡散性の種と少なくとも一つの他の種とを含む前駆体磁性材料から形成された空乏磁性材料を含む磁性領域であって、前記空乏磁性材料は前記少なくとも一つの他の種を含むと共に結晶化された磁性領域と、
結晶化された別の磁性領域と、
前記磁性領域と前記別の磁性領域との間の結晶化された酸化物領域と、
少なくとも一つの誘引種を含み、前記少なくとも一つの拡散性の種に対する前記少なくとも一つの誘引種の化学親和力が前記少なくとも一つの拡散性の種に対する前記少なくとも一つの他の種の化学親和力よりも高い前駆体トラップ材料から形成されたトラップ領域であって、前記少なくとも一つの誘引種が前記前駆体磁性材料からの前記少なくとも一つの拡散性の種に結合されると共に非晶質状態を維持されたまま前記磁性領域に隣接するトラップ領域と、
を含む磁気セルコアを含み、
前記前駆体トラップ材料は、前記少なくとも一つの誘引種としてルテニウムおよびタングステンを含む、
メモリセル。 - 前記前駆体磁性材料は、前記少なくとも一つの拡散性の種としてホウ素を含み、前記少なくとも一つの他の種としてコバルトおよび鉄を含む、
請求項８に記載のメモリセル。 - 磁気メモリセルを形成する方法であって、
基板の上にトラップ部位を含む前駆体トラップ材料を形成することと、前記前駆体トラップ材料に隣接する拡散性の種を含む前駆体磁性材料を形成することと、前記前駆体トラップ材料に前記前駆体磁性材料から前記拡散性の種を移動し、前記前駆体磁性材料のうちの少なくとも一部を空乏磁性材料に変換し、前記前駆体トラップ材料のうちの少なくとも一部を濃縮トラップ材料に変換することとを含む、前駆体構造を形成することと、
前記移動の後、前記前駆体構造から磁気セルコア構造を形成することと、
を含み、
前記基板の上にトラップ部位を含む前駆体トラップ材料を形成することは、前記基板の上に誘引種を形成することと、前記誘引種の結びつけられた結合を分解し、前記トラップ部位を形成するために、前記誘引種を衝突させることとを含み、
前記前駆体磁性材料から前記前駆体トラップ材料に前記拡散性の種を移動させることは、前記前駆体トラップ材料に前記拡散性の種を拡散させることと、前記トラップ部位で前記拡散性の種を反応させることとを含む、
方法。 - 磁気メモリセルを形成する方法であって、
基板の上にトラップ部位を含む前駆体トラップ材料を形成することと、前記前駆体トラップ材料に隣接する拡散性の種を含む前駆体磁性材料を形成することと、前記前駆体トラップ材料に前記前駆体磁性材料から前記拡散性の種を移動し、前記前駆体磁性材料のうちの少なくとも一部を空乏磁性材料に変換し、前記前駆体トラップ材料のうちの少なくとも一部を濃縮トラップ材料に変換することとを含む、前駆体構造を形成することと、
前記移動の後、前記前駆体構造から磁気セルコア構造を形成することと、
を含み、
前記基板の上にトラップ部位を含む前駆体トラップ材料を形成することは、少なくとも一つの他の誘引種のサブ領域と交互の誘引種のサブ領域を含む材料構造を形成することを含み、前記材料構造は、一つ以上の前記誘引種と前記少なくとも一つの他の誘引種との前記トラップ部位を含み、前記トラップ部位は、前記誘引種の前記サブ領域と、前記少なくとも一つの他の誘引種の前記サブ領域との間の界面に少なくとも沿って配置され、
前記前駆体磁性材料から前記前駆体トラップ材料に前記拡散性の種を移動させることは、前記誘引種と、前記少なくとも一つの他の誘引種とのうちの少なくとも一つの前記トラップ部位と前記拡散性の種を反応させることを含み、
前記材料構造の結びつけられた結合を分解し、さらなるトラップ部位を形成するために、前記材料構造を衝突させることをさらに含む、
方法。 - 前記移動させることの前に、
前記前駆体磁性材料の上に酸化物材料を形成することをさらに含む、
請求項１０に記載の方法。 - 前記酸化物材料を形成した後、前記酸化物材料の上に別の磁性材料を形成することをさらに含む、
請求項１２に記載の方法。 - 磁気メモリセルを形成する方法であって、
基板の上にトラップ部位を含む前駆体トラップ材料を形成することと、前記前駆体トラップ材料に隣接する拡散性の種を含む前駆体磁性材料を形成することと、前記前駆体トラップ材料に前記前駆体磁性材料から前記拡散性の種を移動し、前記前駆体磁性材料のうちの少なくとも一部を空乏磁性材料に変換し、前記前駆体トラップ材料のうちの少なくとも一部を濃縮トラップ材料に変換することとを含む、前駆体構造を形成することと、
前記移動の後、前記前駆体構造から磁気セルコア構造を形成することと、
を含み、
前記拡散性の種を移動させることは、５００℃より高い温度で、前記前駆体磁性材料と前記前駆体トラップ材料とをアニールすることを含む、
方法。 - 前記前駆体磁性材料と前記前駆体トラップ材料とをアニールすることは、結晶質微細構造から非晶質微細構造へ、前記前駆体トラップ材料の微細構造を変換することを含む、
請求項１４に記載の方法。 - 磁気メモリセルを形成する方法であって、
基板の上に非晶質の前駆体トラップ材料と拡散性の種を含む非晶質の前駆体磁性材料とを互いに隣接して形成することと、
アニールにより、前記前駆体トラップ材料に前記前駆体磁性材料から前記拡散性の種を移動させると共に、前記前駆体磁性材料のうちの少なくとも一部を結晶化された空乏磁性材料に変換し、前記前駆体トラップ材料のうちの少なくとも一部を非晶質状態に維持された濃縮トラップ材料に変換することと、
前記アニールの後、前記結晶化された空乏磁性材料および前記非晶質状態に維持された濃縮トラップ材料のそれぞれの一部を含む磁気セルコア構造を形成することと、
を含み、
前記前駆体トラップ材料は、タングステンおよびルテニウムを含み、
前記前駆体磁性材料は、前記拡散性の種としてホウ素を含み、他の種としてコバルトおよび鉄を含む、
方法。 - 前記前駆体トラップ材料を形成した後に前記前駆体磁性材料を形成する、請求項１６に記載の方法。
- 前記前駆体磁性材料を形成した後に前記前駆体トラップ材料を形成する、請求項１６に記載の方法。
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