KR20170057464A - 메모리 셀들, 반도체 디바이스들, 및 제조 방법들 - Google Patents

메모리 셀들, 반도체 디바이스들, 및 제조 방법들 Download PDF

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KR20170057464A
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Abstract

자기 셀은 자기 영역, 이차 산화물 영역, 및 게터 시드 영역을 포함한다. 형성 동안, 확산성 종은 게터 종에 의해 유발되는 화학 친화도로 인해, 전구 자기 물질로부터 게터 시드 영역으로 전달된다. 자기 물질의 감손은 농축된 게터 시드 영역으로부터의 간섭 없이, 이웃하는 결정 물질로부터 결정 구조 증식을 통해 감손된 자기 물질의 결정화를 가능하게 한다. 이는 높은 터널 자기 저항 및 높은 자기 이방성 세기를 조성한다. 또한 형성 동안, 다른 확산성 종은 다른 게터 종에 의해 유발되는 화학 친화도로 인해, 전구 산화물 물질로부터 게터 시드 영역으로 전달된다. 산화물 물질의 감손은 보다 셀 구조물에서의 낮은 제동 및 낮은 전기 저항을 가능하게 한다. 제조 방법들 및 반도체 디바이스들이 또한 개시된다.

Description

메모리 셀들, 반도체 디바이스들, 및 제조 방법들{MEMORY CELLS, SEMICONDUCTOR DEVICES, AND METHODS OF FABRICATION}
우선권 주장
본 출원은 "메모리 셀들, 반도체 디바이스들, 및 제조 방법들"에 대해, 2014년 10월 16일에 출원된, 미국 특허 출원 번호 제14/516,347호의 출원일의 혜택을 주장한다.
기술분야
본 발명은 다양한 실시예에서, 일반적으로 메모리 디바이스 설계 및 제조 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory, 스핀 토크 전달 자기 랜덤 액세스 메모리) 셀들이라고 특징지어지는 메모리 셀들의 설계 및 제조, 그러한 메모리 셀들에 채용되는 반도체 구조물들, 및 그러한 메모리 셀들을 통합하는 반도체 디바이스들에 관한 것이다.
MRAM(Magnetic Random Access Memory, 자기 랜덤 액세스 메모리)은 자기 저항에 기초한 비휘발성 컴퓨터 메모리 기술이다. MRAM의 일 유형은 STT-MRAM(spin torque transfer MRAM)이며, 여기서 자기 셀 코어는 그 사이에 비자기 영역을 갖는, 적어도 두 개의 자기 영역, 예를 들어, "고정 영역" 및 "자유 영역"을 갖는 자기 터널 접합("MTJ"; magnetic tunnel junction) 서브 구조물을 포함한다. 자유 영역 및 고정 영역은 영역들의 폭에 관해 수평으로 배향되거나("평면 내") 또는 수직으로 배향되는("평면 외") 자기 배향들을 나타낼 수 있다. 고정 영역은 실질적으로 고정된(예를 들어, 비전환가능한) 자기 배향을 갖는 자기 물질을 포함한다. 다른 한편, 자유 영역은 셀의 동작 동안, "평행" 구조 및 "역평행" 구조 간에 전환될 수 있는 자기 배향을 갖는 자기 물질을 포함한다. 평행 구조에서, 고정 영역 및 자유 영역의 자기 배향들은 동일한 방향(예를 들어, 각각, 북-북, 동-동, 남-남, 또는 서-서)으로 지향된다. "역평행" 구조에서 고정 영역 및 자유 영역의 자기 배향들은 반대 방향들(예를 들어, 각각, 북-남, 동-서, 남-북, 또는 서-동)로 지향된다. 평행 구조에서, STT-MRAM 셀은 자기 저항 소자들(예를 들어, 고정 영역 및 자유 영역)에 걸쳐 보다 낮은 전기 저항을 나타내, MRAM 셀의 "0" 논리 상태를 정의한다. 역평행 구조에서, STT-MRAM 셀은 자기 저항 소자들에 걸쳐 보다 높은 전기 저항을 나타내, STT-MRAM 셀의 "1" 논리 상태를 정의한다.
자유 영역의 자기 배향의 전환은 프로그래밍 전류가 고정 및 자유 영역들을 포함하는, 자기 셀 코어를 통해 흐름으로써 실현될 수 있다. 고정 영역은 프로그래밍 전류의 전자 스핀을 편극시키고, 스핀 편극 전류가 코어를 통해 흐름에 따라 토크가 생성된다. 스핀 편극 전류는 자유 영역 상에 토크를 가한다. 스핀 편극 전류의 토크가 자유 영역의 임계 전환 전류 밀도(Jc)보다 클 때, 자유 영역의 자기 배향의 방향이 전환된다. 따라서, 프로그래밍 전류는 자기 영역들에 걸친 전기 저항을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 그 결과로 초래된 자기 저항 소자들에 걸친 높은 또는 낮은 저항 상태들은 MRAM 셀의 기록 및 판독 동작들을 가능하게 한다. 원하는 논리 상태와 연관된 평행 구조 및 역평행 구조를 달성하기 위해 자유 영역의 자기 배향을 전환한 후, 자유 영역의 자기 배향은 보통 MRAM 셀이 상이한 구조로(즉, 상이한 논리 상태로) 재기록될 때까지, "저장" 단계 동안, 유지되는 것이 바람직하다.
몇몇 STT-MRAM 셀은 이중 산화물 영역, 즉, MTJ 서브 구조물의 "중간 산화물 영역"(또한 "터널 장벽"으로서도 지칭될 수 있음)에 더하여 다른 산화물 영역을 포함한다. 자유 영역은 중간 산화물 영역 및 다른 산화물 영역 사이에 있을 수 있다. 자유 영역의 두 개의 산화물 영역에 대한 노출은 자유 영역의 자기 이방성("MA"; magnetic anisotropy) 세기를 증가시킬 뿐만 아니라, 셀 코어에서의 제동을 낮출 수 있다. 예를 들어, 산화물 영역들은 예를 들어, 자유 영역의 이웃하는 물질에 의해 표면/계면 MA를 유도하도록 구성될 수 있다. MA는 자기 물질의 자기 속성들의 방향 의존성의 표시이다. 따라서, MA는 또한 자기 배향의 변경을 위한 물질의 자기 배향의 그리고 그것의 저항의 세기의 표시이다. 높은 MA 세기를 갖는 자기 배향을 나타내는 자기 물질은 보다 낮은 MA 세기를 갖는 자기 배향을 나타내는 자기 물질보다 그것의 자기 배향을 변경하기 덜 쉬울 수 있다. 게다가, 이중 산화물 영역들에 의해 제공되는 낮은 제동은 셀의 프로그래밍 동안 낮은 프로그래밍 전류의 사용을 가능하게 할 수 있다. 높은 MA 세기를 갖는 자유 영역은 저장 동안 낮은 MA 세기를 갖는 자유 영역보다 더 안정적일 수 있고, 낮은 제동을 갖는 셀 코어는 보다 높은 제동을 갖는 셀 코어보다 효율적으로 프로그래밍될 수 있다.
이중 산화물 영역들이 단지 하나의 산화물 영역(즉, 중간 산화물 영역)에 인접한 자유 영역과 비교할 때, 자유 영역의 MA 세기를 증가시키고 셀 코어의 제동을 낮출 수 있으나, 자기 셀 코어에 추가된 산화물 물질의 양은 코어의 전기 저항(예를 들어, 직렬 저항)을 증가시킬 수 있으며, 이는 단지 하나의 산화물 영역(즉, 중간 산화물 영역)을 포함하는 셀 코어와 비교할 때, 셀의 실효 자기 저항(예를 들어, 터널 자기 저항("TMR"; tunnel magnetoresistance")을 낮춘다. 증가된 전기 저항은 또한 셀의 저항 영역("RA"; resistance-area)을 증가시키고, 프로그래밍 동안 자유 영역의 자기 배향을 전환하는데 필요한 전압을 증가시킬 수 있다. 감소된 실효 자기 저항은 증가된 RA 및 프로그래밍 전압을 그러할 수 있는 바와 같이, 셀의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 자기 저항(예를 들어, TMR), RA, 및 프로그래밍 전압과 같은, 다른 속성들을 저하시키지 않고, 높은 MA 세기 및 낮은 제동을 위해, 자유 영역 주위에 이중 산화물 영역들을 갖도록 STT-MRAM 셀들을 형성하는 것이 과제들로 제시되어 왔다.
자유 영역들의 다른 유익한 속성들은 보통 자유 영역들의 마이크로구조와 연관된다. 이러한 속성들은 예를 들어, 셀의 TMR을 포함한다. TMR은 역평행 구조에서의 셀의 전기 저항(Rap) 및 평행 구조에서의 그것의 저항(Rp) 간 차 대 Rp의 비이다(즉, TMR　= (Rap - Rp)/Rp). 일반적으로, 그것의 가지 물질의 마이크로구조에 적은 구조적 결함을 갖는, 일관된 결정 구조(예를 들어, bcc (001) 결정 구조)를 갖는 자유 영역은, 구조적 결함들을 갖는 얇은 자유 영역보다 높은 TMR을 갖는다. 높은 TMR을 갖는 셀은 높은 판독 신호를 가질 수 있으며, 이는 동작 동안 MRAM 셀의 판독을 가속시킬 수 있다. 높은 TMR은 높은 MA 및 낮은 제동을 동반하여, 낮은 프로그래밍 전류의 사용을 가능하게 할 수 있다.
원하는 결정 구조로 자기 물질을 형성하기 위한 노력들이 이루어져 왔다. 이러한 노력들은 이웃하는 물질(본 출원에서 "종정(crystal seed) 물질"로서 지칭됨)로부터 자기 물질(본 출원에서 "타겟 자기 물질"로서 지칭됨)로 원하는 결정 구조를 증식시키는 것을 포함하며, 이 증식은 물질들을 어닐링함으로써 지원될 수 있다. 그러나, 동시에 종정 물질 및 타겟 자기 물질 양자를 결정화하는 것은 종정 물질이 타겟 자기 물질로 완전히 증식하기 위해 원하는 결정 구조를 갖기 전에 원치 않는 결정 구조로 타겟 자기 물질을 결정화하는 것을 초래할 수 있다. 따라서, 종정 물질이 원하는 결정 구조로 결정화된 후까지, 타겟 자기 물질의 결정화를 지연시키기 위한 노력들이 이루어져 왔다. 이러한 노력들은 처음 형성될 때 물질이 비결정질이도록 타겟 자기 물질에 첨가제를 편입시키는 것을 포함해왔다. 첨가제는 종정 물질이 원하는 결정 구조로 결정화한 후, 어닐 동안 타겟 자기 물질 외로 확산하여, 타겟 자기 물질이 종정 물질로부터의 증식 하에서 결정화하게 할 수 있다. 그러나, 이러한 노력들은 경쟁하는 결정 구조들이 종정 물질이 아닌 이웃하는 물질들에서 증식하는 것을 억제하지 않는다. 게다가, 타겟 자기 물질로부터 확산하는 첨가제는 첨가제가 구조물의 다른 특성들, 예를 들어, MA 세기를 방해하는 구조물 내 영역들로 확산할 수 있다. 따라서, 자기 물질 또는 그 결과로 초래된 구조물의 다른 특성들, 예를 들어 MA 세기,을 악화시키지 않으면서, 예를 들어, 높은 TMR을 가능하게 하기 위해, 원하는 마이크로구조를 갖는 자기 물질을 형성하는 것이 또한 과제들로 제시될 수 있다.
메모리 셀이 개시된다. 상기 메모리 셀은 자기 셀 코어를 포함한다. 상기 자기 셀 코어는 고정 영역, 자유 영역, 및 상기 고정 영역 및 상기 자유 영역 간 중간 산화물 영역을 포함하는 자기 터널 접합 서브-구조물을 포함한다. 이차 산화물 영역은 상기 자기 터널 접합 서브-구조물에 인접한다. 게터 시드 영역은 이차 산화물 영역에 근접하고, 산소에 결합되는 산소-게터 종을 포함한다. 상기 이차 산화물 영역 및 상기 게터 영역 중 적어도 하나는 확산되는 확산된 종에 결합되는 다른 게터 종을 포함한다.
코발트(Co) 및 철(Fe)을 포함하는 자기 영역을 포함하는 메모리 셀이 또한 개시된다. 상기 자기 영역은 전환 가능한 자기 배향을 나타낸다. 산화물 영역은 상기 자기 영역 및 실질적으로 고정된 자기 배향을 나타내는 다른 자기 영역 사이에 배치된다. 다른 산화물 영역은 상기 자기 영역에 인접하고, 상기 자기 영역과의 계면에 근접하여 농축되는 산소를 포함한다. 비결정질 게터 시드 영역이 상기 다른 산화물 영역에 인접하다. 상기 게터 시드 영역은 산소, 붕소, 산소-게터 종, 및 붕소-게터 종을 포함한다.
메모리 셀을 형성하는 방법이 또한 개시된다. 방법은 전구 구조물을 형성하는 단계를 포함한다. 전구 구조물을 형성하는 단계는 기판 위에 전구 게터 시드 물질을 형성하는 단계를 포함한다. 전구 산화물 물질은 상기 전구 게터 시드 물질 위에 형성된다. 전구 자기 물질은 상기 전구 산화물 물질 위에 형성된다. 상기 전구 자기 물질의 적어도 부분을 감손된 자기 물질로 전환시키고, 상기 전구 산화물 물질의 적어도 부분을 산소-감손된 물질로 전환시키며, 그리고 상기 전구 게터 시드 물질의 적어도 부분을 농축된 게터 시드 물질로 전환시키기 위해 확산성 종이 상기 전구 자기 물질로부터 확산되고, 산소가 상기 전구 산화물 물질로부터 상기 전구 게터 시드 물질로 확산된다. 상기 전구 구조물은 상기 농축된 게터 시드 물질로 형성되는 게터 시드 영역, 상기 산소-감손 물질로 형성되는 이차 산화물 영역, 및 상기 감손된 자기 물질로 형성되는 자유 영역을 포함하는 셀 코어 구조물을 형성하기 위해 패터닝된다.
또한 반도체 구조물을 형성하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 기판 위에 비결정질 전구 게터 시드 물질을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 비결정질 전구 게터 시드 물질은 붕소-게터 종 및 산소-게터 종을 포함한다. 산소를 포함하는 전구 산화물 물질은 상기 비결정질 전구 게터 시드 물질 위에 형성된다. 붕소를 포함하는 전구 자기 물질은 상기 전구 산화물 물질 위에 형성된다. 다른 산화물 물질은 상기 전구 산화물 물질 위에 형성된다. 상기 전구 자기 물질로부터 상기 붕소를 상기 비결정질 전구 게터 시드 물질의 상기 붕소-게터 종과 반응시키고 상기 전구 산화물 물질로부터 상기 산소를 상기 비결정질 전구 게터 시드 물질의 상기 산소-게터 종과 반응시키기 위해 적어도 상기 전구 자기 물질 및 상기 전구 산화물 물질이 어닐링된다.
추가적으로, STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory) 셀들을 포함하는 STT-MRAM 어레이를 포함하는 반도체 디바이스가 개시된다. 상기 STT-MRAM 셀들의 적어도 하나의 STT-MRAM 셀은 기판 위에 자기 터널 접합 서브-구조물을 포함한다. 상기 자기 터널 접합 서브-구조물은 자유 영역, 고정 영역, 및 중간 산화물 영역을 포함한다. 상기 자유 영역은 전환 가능한 수직 자기 배향을 보인다. 상기 고정 영역은 실질적으로 고정된 수직 자기 배향을 보인다. 상기 중간 산화물 영역은 상기 자유 영역 및 상기 고정 영역 사이에 있다. 다른 산화물 영역은 상기 자유 영역에 접촉한다. 비결정질 영역은 상기 자유 영역 및 상기 다른 산화물 영역에 근접하다. 상기 비결정질 영역은 붕소 및 산소를 포함한다.
도 1은 게터 시드 영역이 이차 산화물 영역에 인접한, 본 발명의 실시예에 따른 자기 셀 구조물의 개략적인 단면 입면도이다.
도 1a는 고정 영역이 산화물 인접 부분, 중간 부분, 및 전극 인접 부분을 포함하는, 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 도 1의 박스(1A)의 확대도이다.
도 1b는 고정 영역 및 자유 영역이 평면 내 자기 배향들을 보이는, 본 발명의 대안적인 실시예에 따른, 도 1의 박스(1B)의 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1, 도 1a 및 도 1b의 자기 셀 구조물들을 제조하기 위해 다양한 프로세싱 스테이지 동안 개략적인 단면 입면도들이며, 여기서:
도 2는 전구 게터 시드 물질을 형성하는 프로세싱 스테이지 동안 구조물의 개략적인 단면, 입면도이다;
도 3은 전구 산화물 물질 및 전구 자기 물질이 전구 게터 시드 물질 위에 놓이도록 형성되는, 도 2의 프로세싱 스테이지 다음의 프로세싱 스테이지의 개략적인 단면, 입면도이다;
도 3a는 도 3의 박스(3A)의 확대도이다;
도 4는 도 3의 구조물이 어닐링된, 도 3의 프로세싱 스테이지 다음의 프로세싱 스테이지의 개략적인 단면, 입면도이다;
도 4a는 도 4의 박스(4A)의 확대도이다; 그리고
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 도 4의 프로세싱 스테이지 다음의 프로세싱 스테이지 동안 전구 구조물의 개략적인 단면, 입면도이다.
도 6은 게터 시드 영역이 게터 이차 산화물 영역에 인접한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 셀 구조물의 개략적인 단면 입면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 6의 자기 셀 구조물을 제조하기 위해 다양한 프로세싱 스테이지 동안 개략적인 단면 입면도들이며, 여기서:
도 7은 전구 게터 산화물 물질 및 전구 자기 물질이 전구 게터 시드 물질 위에 놓이도록 형성되는 프로세싱 스테이지 동안 그조의 개략적인 단면, 입면도이다;
도 7a는 도 7의 박스(7A)의 확대도이다;
도 8은 도 7의 구조물이 어닐링된, 도 7의 프로세싱 스테이지 다음의 프로세싱 스테이지의 개략적인 단면, 입면도이다;
도 8a는 도 8의 박스(8A)의 확대도이다; 그리고
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 도 8의 프로세싱 스테이지 다음의 프로세싱 스테이지 동안 전구 구조물의 개략적인 단면, 입면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자기 셀 구조물을 갖는 메모리 셀을 포함하는 STT-MRAM 시스템의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 자기 셀 구조물을 갖는 메모리 셀들을 포함하는 반도체 디바이스 구조물의 간략화된 블록도이다.
도 12는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 구현되는 시스템의 간략화된 블록도이다.
메모리 셀들, 반도체 구조물들, 반도체 디바이스들, 메모리 시스템들, 전자 시스템들, 메모리 셀들을 형성하는 방법들, 및 반도체 구조물들을 형성하는 방법들이 개시된다. 메모리 셀의 제조 동안, "확산성 종"은 확산성 종 및 근접 물질 중 적어도 하나의 "게터 종", 이를테면 "전구 게터 시드 물질" 간 화학 친화도로 인해, 본 출원에서 "전구 자기 물질"로서도 특징지어질 수 있는, 자기 물질에서 적어도 부분적으로 제거된다. 추가적으로, 메모리 셀의 제조 동안, 다른 확산성 종, 이를테면 산소는 산소 및 적어도 다른 게터 종, 이를테면 전구 게터 시드 물질의 산소 게터 종 간 화학 친화도로 인해, 본 출원에서 "전구 산화물 물질"로서도 특징지어질 수 있는, 산화물 물질에서 적어도 부분적으로 제거된다.
"감손된 자기 물질"로서 특징지어질 수 있는 것을 형성하는, 확산성 종의 전구 자기 물질에서의 제거는, 예를 들어, 다른 이웃하는 물질로부터의 결정 구조 증식으로 인해, 감손된 자기 물질의 원하는 결정 구조(예를 들어, bcc (001) 구조)로의 결정화는 조성한다. 이러한 결정화는 그 결과로 초래된 셀 코어 구조물에 높은 터널 자기 저항("TMR"; tunnel magnetoresistance)을 조성한다.
"산소 감손된 물질"로서 특징지어질 수 있는 것을 형성하는, 산소의 전구 산화물 물질로부터의 제거는, 산화물 물질의 전기 저항을 낮추며, 이는 그 결과로 초래된 셀 코어 구조물의 낮은 제동 및 낮은 저항 영역("RA"; resistance area)을 조성한다. 따라서, 그 결과로 초래된 셀 코어 구조물은 제동 및 전기 저항을 실질적으로 증가시키는 이차 산화물 영역 없이, 자유 영역에 근접한 이중 산화 영역들을 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "기판"은 베이스 물질 또는 그 위에 구성요소들, 이를테면 메모리 셀들 내 구성요소들이 형성되는 다른 구조를 의미하고 포함한다. 기판은 반도체 기판, 지지 구조물 상의 베이스 반도체 물질, 금속 전극, 또는 하나 이상의 물질, 구조물, 또는 영역이 그 위에 형성되는 반도체 기판일 수 있다. 기판은 종래 실리콘 기판 또는 반도체 물질을 포함하는 다른 벌크 기판일 수 있다. 본 출원에서 사용될 때, 용어 "벌크 기판"은 실리콘 웨이퍼들 뿐만 아니라, 다른 것들 중에서도, 실리콘 온 인슐레이터("SOI"; silicon-on-insulator) 기판들, 이를테면 실리콘 온 사파이어("SOS") 기판들 또는 실리콘 온 글래스("SOG") 기판들, 베이스 파운데이션 상의 실리콘의 에피택셜층들, 또는 다른 반도체 또는 광전자 물질들, 이를테면 실리콘-게르마늄(Si1 - xGex, 여기서 x는 예를 들어 0.2 내지 0.8의 몰 분율), 게르마늄(Ge), 및 비화 갈륨(GaAs), 질화 갈륨(GaN), 또는 인화 인듐(Inp)을 의미하고 포함한다. 뿐만 아니라, 다음 설명에서 "기판"이 언급될 때, 이전 프로세스 스테이지들이 베이스 반도체 구조물 또는 파운데이션에 물질들, 영역들, 또는 접합들을 형성하기 위해 채용되었을 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "STT-MRAM 셀"은 자유 영역 및 고정 영역 사이에 배치되는 비자기 영역을 포함하는 자기 셀 코어를 포함하는 자기 셀 구조물을 의미하고 포함한다. 비자기 영역은 자기 터널 접합("MTJ"; magnetic tunnel junction) 구조물의 전기 절연(예를 들어, 유전체) 영역일 수 있다. MTJ 구조물은 자유 영역 및 고정 영역 사이에 비자기 영역을 포함한다. 예를 들어, 자유 및 고정 영역들 간 비자기 영역은 산화물 영역(본 출원에서 "중간 산화물 영역"으로서 지칭됨)일 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "이차 산화물 영역"은 중간 산화물 영역이 아닌 STT-MRAM 셀의 산화물 영역을 나타낸다. 이차 산화물 영역은 이웃하는 자기 물질, 예를 들어, 자유 영역에 의해 자기 이방성("MA"; magnetic anisotropy)을 유도하도록 만들어지고 위치될 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "자기 셀 코어"는 자유 영역 및 고정 영역을 포함하고 이를 통해 메모리 셀의 사용 및 동작 동안, 전류가 통과되어(즉, 흘러) 자유 영역 및 고정 영역의 자기 배향들의 평행 또는 역평행 구조를 이룰 수 있는 메모리 셀 구조물을 의미하고 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "자기 영역"은 자성을 보이는 영역을 의미한다. 자기 영역은 자기 물질을 포함하고 또한 하나 이상의 비자기 물질을 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "자기 물질"은 강자성 물질들, 철자성 물질들, 반강자성, 및 상자성 물질들을 의미하고 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어들 "CoFeB 물질" 및 "CoFeB 전구 물질"은 코발트(Co), 철(Fe), 및 붕소(B)를 포함하는 물질(예를 들어, CoxFeyBz, 여기서 x = 10 내지 80, y　= 10 내지 80, 및 z = 0 내지 50)을 의미하고 포함한다. CoFeB 물질 또는 CoFeB 전구 물질은 그것의 구조(예를 들어, 그것의 두께)에 따라, 자성을 보일 수 있거나 보이지 않을 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "종(species)"은 물질을 구성하는 원소들의 주기율표로부터의 원소 또는 원소들을 의미하고 포함한다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, CoFeB 물질에서, Co, Fe, 및 B의 각각은 CoFeB 물질의 종으로서 지칭될 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "확산성 종"은 이의 부재가 물질의 바람직한 기능을 금지하지 않을 수 있는, 물질의 화학 종을 의미하고 포함한다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 자기 영역의 CoFeB 물질에서, 붕소(B)는 붕소(B)가 존재하지 않음에도 불구하고 코발트(Co) 및 철(Fe)이 자기 물질(즉, 자성을 보임)로서의 기능을 할 수 있다는 점에서 확산성 종으로서 지칭될 수 있다. 다른 예로서, 그리고 제한 없이, 이차 산화물 영역의 마그네슘 산화물(MgO) 물질에서, 산소(O)는 산소(O)가 물질에 상당히 적음에도 불구하고 MgO가 이웃하는 자기 물질에 의해 MA를 유도하는 기능을 할 수 있다는 점에서 확산성 종로서 지칭될 수 있다. 예를 들어, MgO는 MA-유도 물질의 바디의 나머지 전체에 걸쳐 산소(O)가 없더라도, 자기 물질과의 계면을 따라 산소(O)가 존재한다면 계면의 MA를 유도하는 기능을 할 수 있다. 확산 이후, "확산성 종"은 "확산된 종"으로서 지칭될 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "감손된"은 물질을 설명하기 위해 사용될 때, 전구 물질에서 확산성 종을 전체적으로 또는 부분적으로 제거한 결과로 초래되는 물질을 설명한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "농축된(enriched)"은 물질을 설명하기 위해 사용될 때, 확산된 종이 추가된(예를 들어, 전달된) 물질을 설명한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "전구체"는 물질, 영역, 또는 구조물을 나타낼 때, 그 결과로 초래된 물질, 영역, 또는 구조물로 변환될 물질, 영역, 또는 구조물을 의미하고 나타낸다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, "전구 물질"은 전구 물질을 감손된 물질로 변환하기 위해 종이 확산될 물질을 나타낼 수 있다; "전구 물질"은 전구 물질을 농축된 물질로 변환하기 위해 종이 확산될 물질을 나타낼 수 있다; "전구 물질"은 전구 물질을 "농축된-감손된" 물질로 변환하기 위해, 그것으로 종이 확산될, 그리고 그로부터 다른 종이 확산될 물질을 나타낼 수 있다; 그리고 "전구 구조물"은 전구 구조물을 그 결과로 초래된, 패터닝된 구조물로 변환하기 위해 패터닝될 물질들 또는 영역들의 구조물을 나타낼 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 문맥이 다르게 표시하지 않는 한, 용어 "~로 형성되는"은 물질 또는 영역을 설명할 때, 전구 물질 또는 전구 영역의 변환을 초래한 작용으로부터 결과로 초래된 물질 또는 영역을 나타낸다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "화학 친화도"는 비유사한 화학 종이 화합물들을 생성하는 경향이 있는 전자 특성을 의미하고 나타낸다. 화학 친화도는 화합물의 생성열에 의해 표시될 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 확산성 종 및 제2 물질의 다른 종 간 화학 친화도와 비교하여, 제2 물질의 확산성 종에 대해 보다 높은 화학 친화도를 갖는 것으로 설명되는 제1 물질은 확산성 종 및 제1 물질로부터의 적어도 하나의 종을 포함하는 화합물의 생성열이 확산성 종 및 제2 물질의 다른 종을 포함하는 화합물의 생성열보다 낮은 것을 의미하고 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "비결정질"은 물질을 나타낼 때, 비결정 구조를 갖는 물질을 의미하고 나타낸다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, "비결정질" 물질을 글래스를 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "고정 영역"은 자기 물질을 포함하고, 셀 코어의 하나의 자기 영역(예를 들어, 자유 영역)의 자화 방향의 변경을 가져오는 전류 또는 인가된 필드가 고정 영역의 자하 방향의 변경을 가져오지 않을 수 있다는 점에서 STT-MRAM 셀의 사용 및 동작 동안 고정된 자기 배향을 갖는 STT-MRAM 셀 내 자기 영역을 의미하고 포함한다. 고정 영역은 하나 이상의 비자기 물질 및 임의로, 하나 이상의 비자기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 영역은 자기 서브 영역들에 인접되는 루테늄(Ru)의 서브 영역을 포함하는 합성 반강자성체(SAF; synthetic antiferromagnet)로서 구성될 수 있다. 대안적으로, 고정 영역은 자기 물질 및 커플러 물질이 교번하는 서브 영역들의 구조물들로 구성될 수 있다. 자기 서브 영역들의 각각은 그 안에 하나 이상의 물질 및 하나 이상의 영역을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 고정 영역은 단일의, 동종 자기 물질로서 구성될 수 있다. 그에 따라, 고정 영역은 균등한 자화, 또는 결국, STT-MRAM 셀의 사용 및 동작 동안 고정된 자기 배향을 갖는 고정된 영역에 영향을 미치는 서브 영역들의 상이한 자화를 가질 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "커플러(coupler)"는 물질, 영역, 또는 서브 영역을 나타낼 때, 이웃하는 자기 물질들, 영역들, 또는 서브 영역들을 반강자성으로 결합하도록 만들어지거나 다르게 구성되는 물질, 영역, 또는 서브 영역을 의미하고 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "자유 영역"은 자기 물질을 포함하고, STT-MRAM 셀의 사용 및 동작 동안 전환 가능한 자기 배향을 갖는 STT-MRAM 셀 내 자기 영역을 의미하고 포함한다. 자기 배향은 전류의 인가 또는 인가된 필드에 의해 평행 구조 및 역평행 구조 간에서 전환될 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, "전환"은 프로그래밍 전류가 STT-MRAM 셀의 자기 셀 코어를 통해 흘러 자유 영역 및 고정 영역의 자기 배향들의 평행 또는 역평행 구조를 가져오는 메모리 셀의 사용 및 동작 스테이지를 의미하고 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, "저장"은 프로그래밍 전류가 STT-MRAM 셀의 자기 셀 코어를 통해 흐르지 않고 자유 영역 및 고정 영역의 자기 배향들의 평행 또는 역평행 구조가 의도적으로 변경되지 않는 메모리 셀의 사용 및 동작 스테이지를 의미하고 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "수직"은 각각의 영역의 폭 및 길이에 수직하는 방향을 의미하고 포함한다. "수직"은 또한 그 위에 STT-MRAM이 위치되는 기판의 주요 표면에 수직하는 방향을 의미하고 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "수평"은 각각의 영역의 폭 및 길이 중 적어도 하나에 평행한 방향을 의미하고 포함한다. "수평"은 또한 그 위에 STT-MRAM이 위치되는 기판의 주요 표면에 평행한 방향을 의미하고 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "서브 영역"은 다른 영역에 포함되는 영역을 의미하고 포함한다. 따라서, 하나의 자기 영역은 하나 이상의 자기 서브 영역, 즉, 자기 물질의 서브 영역, 뿐만 아니라 비자기 서브 영역, 즉, 비자기 물질의 서브 영역을 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "서브 구조물"은 다른 구조물의 부분으로서 포함되는 구조물을 의미하고 포함한다. 따라서, 하나의 셀 코어 구조물은 하나 이상의 서브 구조물, 예를 들어, MTJ 서브 구조물을 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "사이/간"은 적어도 두 개의 다른 물질, 영역, 또는 서브 영역에 관해 하나의 물질, 영역, 또는 서브 영역의 상대적인 배치를 설명하기 위해 사용되는 공간상 상대적인 용어이다. 용어 "사이/간"은 다른 물질들, 영역들, 또는 서브 영역들에 직접적으로 인접한 하나의 물질, 영역, 또는 서브 영역의 배치 및 다른 물질들, 영역들, 또는 서브 영역들에 간접적으로 인접한 하나의 물질, 영역, 또는 서브 영역의 배치 양자를 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용될 때, 용어 "~에 근접"은 다른 물질, 영역, 또는 서브 영역에 가까운 하나의 물질, 영역, 또는 서브 영역의 배치를 설명하기 위해 사용되는 공간상 상대적인 용어이다. 용어 "근접"은 ~에 간접적으로 인접한, ~에 직접적으로 인접한, 그리고 ~ 내부의 배치들을 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 요소가 다른 요소 "상에" 또는 "위에" 있는 것으로 언급되는 것은 요소가 다른 요소 직접적으로 위, 인접, 아래, 또는 직접 접촉하는 것을 의미하고 포함한다. 그것은 또한 요소가 그 사이에 존재하는 다른 요소들에 의해, 다른 요소 간접적으로 위, 인접, 아래, 또는 가까이 있는 것을 포함한다. 그에 반해, 요소가 다른 요소 "상에 직접적으로" 또는 "에 직접적으로 인접한" 것으로서 지칭될 때, 개재하는 어떠한 요소도 존재하지 않는다.
본 출원에서 사용될 때, 다른 공간상 상대적인 용어들, 이를테면 "~ 아래", "~보다 하측", "맨 아래", "~ 위", "~보다 상측", "맨 위" 기타 같은 종류의 것은 도면들에 예시된 바와 같은 하나의 요소의 또는 피처의 다른 요소(들) 또는 피처(들)과의 관계를 설명하기 위해 설명의 용이함을 위해 사용될 수 있다. 다르게 명시되지 않는 한, 공간상 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 바와 같은 배향에 더하여 물질들의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 도면들에서의 물질들이 도치되는 경우, 다른 요소들 또는 피처들 "아래" 또는 "하" 또는 "바닥"으로 설명되는 요소들이 다른 요소들 또는 피처들 "위" 또는 "맨 위"에 배향될 수 있다. 따라서, 용어 "~아래"는 용어가 사용되는 맥락에 따라, 위 및 아래의 배향 양자를 포함할 수 있으며, 이는 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 물질들은 그 외 (90도 회전되는, 도치되는 등) 배향될 수 있고, 본 출원에서 사용되는 공간상 상대적인 기술자들이 그에 따라 해석된다.
본 출원에서 사용될 때, 용어들 "구비한다", "구비하는", "포함한다", 및/또는 "포함하는"은 서술된 피처들, 영역들, 스테이지들, 동작들, 요소들, 물질들, 구성요소들, 및/또는 그룹들의 존재를 명시하나, 그것들의 다른 피처들, 영역들, 스테이지들, 동작들, 요소들, 물질들, 구성요소들, 및/또는 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다.
본 출원에서 사용될 때, "및/또는"은 나열된 연관 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다.
본 출원에서 사용될 때, 단수 형태들 "한", "하나의", 및 "그"는 문맥상 명백히 다르게 표시되지 않는 한, 복수 형태들도 포함하도록 의도된다.
본 출원에 제시된 도면들은 임의의 특정한 물질, 종, 구조물, 디바이스, 또는 시스템의 실제 뷰들인 것으로 의도되지 않고, 본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 채용되는 단지 이상화된 표현들이다.
실시예들은 개략적인 도면들인 단면도들을 참조하여 본 출원에서 설명된다. 따라서, 예를 들어, 제조 기술들 및/또는 공차들의 결과로서 도면들의 형태들로부터의 변형들이 예상될 것이다. 따라서, 본 출원에 설명된 실시예들은 예시된 바와 같은 특정 형상들 또는 영역들로 제한되는 것으로 간주되지 않아야 하고 예를 들어, 제조 기술들로부터의 결과로 초래되는 형상들에서 벗어난 형상들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 박스 형상으로 도시 또는 설명되는 영역은 고르지 않고/거나 직선이 아닌 피처들을 가질 수 있다. 게다가, 도시되는 예리한 각들은 둥글 수 있다. 따라서, 도면들에 도시되는 물질들, 피처들, 및 영역들은 사실상 개략적이고 그것들의 형상들은 물질, 피처, 또는 영역의 정확한 형상을 도시하도록 의도되지 않고 본 청구항들의 범위를 제한하지 않는다.
다음 설명은 개시된 디바이스들 및 방법들의 실시예들에 대한 상세한 묘사를 제공하기 위해, 구체적 세부사항들, 이를테면 물질 유형들 및 프로세싱 조건들을 제공한다. 그러나, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 본 디바이스들 및 방법들의 실시예들이 이러한 구체적 세부사항들을 채용하지 않아도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 실제로, 디바이스들 및 방법들의 실시예들은 산업에서 채용되는 종래 반도체 제조 기술들과 함께 실시될 수 있다.
본 출원에 설명되는 제조 프로세스들은 반도체 디바이스 구조들을 프로세싱하기 위한 완전한 프로세스 흐름을 형성하지는 않는다. 프로세스 흐름의 나머지는 해당 기술분야에서의 통상의 기술자들에게 알려져 있다. 따라서, 본 출원에는 단지 본 디바이스들 및 방법들의 실시예들을 이해하는데 필요한 방법들 및 반도체 디바이스 구조물들이 설명된다.
문맥이 다르게 표시하지 않는 한, 본 출원에서 설명되는 물질들은 이에 한정되는 것은 아니지만, 스핀 코팅, 블랭킷 코팅, 화학적 기상 증착(“CVD”), 원자 층 증착(“ALD”), 플라즈마 증강 ALD, 물리적 기상 증착(“PVD”)(예를 들어, 스퍼터링), 또는 에피택셜 성장을 포함하는 임의의 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다. 형성될 구체적인 물질에 따라, 물질을 증착 또는 성장하기 위한 기술은 해당 기술분야의 통상의 기술자에 의해 선택될 수 있다.
문맥이 다르게 표시하지 않는 한, 본 출원에서 설명되는 물질들의 제거는 이에 한정되는 것은 아니지만, 에칭, 이온 밀링, 연마 평탄화, 또는 다른 공지된 방법들을 포함하는 임의의 적합한 기술에 의해 실현될 수 있다.
이제 같은 부호들이 전체에 걸쳐 같은 구성요소들을 나타내는, 도면들에 대한 참조가 이루어질 것이다. 도면들은 반드시 일정한 축척으로 그려진 것은 아니다.
메모리 셀이 개시된다. 메모리 셀은 자기 터널 접합("MTJ"; magnetic tunnel junction) 서브 구조물, 이차 산화물 영역, 및 게터 시드 영역을 포함하는 자기 셀 코어를 포함한다. 게터 시드 영역은 MTJ 서브 구조물의 전구 자기 물질의 확산성 종에 대해 화학 친화도를 갖는 게터 종을 포함한다. 게터 시드 영역은 또한 이차 산화물 영역으로부터의 산소에 대해 화학 친화도를 갖는 산소 게터 종을 포함한다. 메모리 셀의 형성 동안, 확산성 종은 전구 자기 물질로부터 게터 시드 영역으로 전달된다. 또한 메모리 셀의 형성 동안, 이차 산화물 영역으로부터의 산소는 전구 산화물 물질로부터 게터 시드 영역으로 전달된다.
확산성 종의 전구 자기 물질로부터의 제거는 그 결과로 초래된 감손된 자기 물질의 결정화를 가능하게 하고 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 확산성 종이 전구 자기 물질에서 제거되면, 결정질 구조물이 예를 들어, MTJ 서브 구조물의 중간 산화물 영역의, 이웃하는 결정질 물질, 예를 들어, 결정질 산화물 물질로부터 감손된 자기 물질로 증식할 수 있다. 게다가, 그 결과로 초래된, 농축된 게터 시드 영역은 비결정질을 유지하거나 그렇게 될 수 있다. 농축된 트랩 물질의 비결정성은, 인접한 결정질 물질, 예를 들어, 중간 산화물 영역의 산화물 물질로부터 감손된 자기 물질로의 결정 구조의 증식에 맞서거나 그 외 부정적인 영향을 미치지 않을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 농축된 트랩 물질은 높은 온도에서도(예를 들어, 약 300℃ 이상, 예를 들어, 약 500℃ 이상) 비결정질일 수 있다. 따라서, 농축된 게터 시드 물질을 결정화하지 않고 감손된 자기 물질의 결정화를 조성하기 위해 고온 어닐이 사용될 수 있다. 감손된 자기 물질의 결정화는 높은 TMR(예를 들어, 약 100% 이상, 예를 들어, 약 120% 이상)을 가능하게 할 수 있다. 게다가, 게터 종과의 경합을 통해 농축된 게터 시드 물질에 확산된 종이 유지되면 확산된 종이 자기 영역 및 인접한 중간 산화물 영역 간 계면을 따르는 MA-유도를 방해하는 것을 억제할 수 있다. 임의의 하나의 이론에 제한되지 않고, 비자기 및 자기 물질들 간(예를 들어, 자기 영역에서의 철(Fe) 및 비자기 영역에서의 산소(O) 간)의 결합들(즉, 철-산소(Fe-O) 결합들)이 보다 높은 MA 세기 및 높은 TMR에 기여할 수 있음이 고려된다. 감손된 자기 물질 및 이웃하는 산화물 영역들 간 계면들에 확산성 종이 적거나 없는 것은 보다 많은 MA-유도 결합 및 스핀-필터링 결합이 형성되게 할 수 있다. 따라서, MA-유도 결합들에 의한 확산된 종에 의한 간섭 없음은 높은 MA 세기 및 TMR을 가능하게 할 수 있다.
이차 산화물 영역의 전구 산화물 물질에서의 산소의 제거는 이차 산화물 영역의 그 결과로 초래된 감소된 산화물 물질에서의 낮은 전지 저항 및 최종 셀 코어 구조물에서의 낮은 제동을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 산소가 전구 산화물 물질에서 반드시 제거되는 것은 아님이 고려된다. 오히려, 그 결과로 초래된 감손된 산화물 물질에 남아 있는 임의의 산소(본 출원에서 "잔류 산소"로서 지칭될 수 있음)는 예를 들어, MTJ 서브 구조물에서의 자유 영역의, 이웃하는 자기 물질 및 이차 산화물 영역 간 계면을 따라 산소의 최대 농도를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 감손된 자기 물질에서의 철(Fe) 및 감손된 산화물 영역에서의 잔류 산소(O) 간의 MA-유도 결합들이 계속해서 계면의 MA를 형성 및 유도할 수 있다. 따라서, 높은 MA 유도를 조성하기 위해 이중 산화물 영역들이 사용될 수 있는 한편, 이차 산화물 영역에서의 산소 농도의 감손은 제2 산화 영역이 구조물에 포함되더라도, 셀 코어 구조물에서의, 낮은 전기 저항 및 낮은 제동을 가능하게 할 수 있다.
전구 자기 물질로부터 확산성 종의 감손에 의해, 결정화를 조성하기 위해, 그리고 전구 산화물 물질로부터 산소의 감손으로 인해, 낮은 전기 저항 및 낮은 제동을 조성하기 위해, 자기 메모리 셀은 높은 TMR, 높은 MA 세기, 낮은 전기 저항(낮은 저항 영역("RA"; resistance-area)을 포함), 및 낮은 제동으로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 셀 구조물(100)의 실시예를 도시한다. 자기 셀 구조물(100)은 기판(102) 위에 자기 셀 코어(101)를 포함한다. 자기 셀 코어(101)는 상측 전극(104) 및 하측 전극(105) 사이에 배치될 수 있다. 자기 셀 코어(101)는 그 사이에 산화물 영역(예를 들어, "중간 산화물 영역"(130))을 갖는, 자기 영역 및 다른 자기 영역, 예를 들어, 각각, "고정 영역"(110) 및 "자유 영역"(120)을 포함한다. 고정 영역(110), 자유 영역(120), 및 그 사이 중간 산화물 영역(130)의 서브-구조물은 본 출원에서 자기 터널 접합("MTJ"; magnetic tunnel junction) 서브 구조물(123) 또는 MTJ 구조물(123)로서 지칭될 수 있다. 따라서, 중간 산화물 영역(130)은 터널 장벽 영역으로서 구성될 수 있고 계면(131)을 따라 고정 영역(110)에 접촉할 수 있으며 계면(132)을 따라 자유 영역(120)에 접촉할 수 있다.
고정 영역(110) 및 자유 영역(120) 중 어느 하나 또는 양자는 균질하게 형성될 수 있거나, 또는 임의로, 하나보다 많은 서브 영역을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1a를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 자기 셀 코어(101)(도 1)의 고정 영역(110')은 다수의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 영역(110')은 자기 서브 영역을 산화물 인접 부분(113)으로서 포함할 수 있다. 중간 부분(115), 이를테면 전도성 서브 영역은 산화물 인접 부분(113)을 전극 인접 부분(117)과 분리시킬 수 있다. 전극 인접 부분(117)은 자기 서브 영역들(118) 및 커플러 서브 영역들(119)이 교번하는 구조물을 포함할 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 하나 이상의 하측 중간 영역(140)이 임의로, 자기 영역들(예를 들어, 고정 영역(110) 및 자유 영역(120)) 하에 배치될 수 있고, 하나 이상의 상측 중간 영역(150)이 임의로, 자기 셀 구조물(100)의 자기 영역들 위에 배치될 수 있다. 하측 중간 영역들(140) 및 상측 중간 영역들(150)은 포함되는 경우, 메모리 셀의 동작 동안, 각각, 하측 전극(105) 및 그 위에 놓이는 물질들 간 그리고 상측 전극(104) 및 그 아래에 놓이는 물질들 간 종의 확산을 억제하도록 구성될 수 있다. 하측 중간 영역들(140) 및 상층 중간 영역들(150)은 추가적으로 또는 대안적으로, 이웃하는 물질들에 원하는 결정화를 조성하도록 만들어지는 물질들을 포함할 수 있다.
이차 산화물 영역(170)은 MTJ 서브 구조물(123)에 근접하게 배치된다. 예를 들어, 이차 산화물 영역(170)은 자유 영역(120)에 인접할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이차 산화물 영역(170)은 계면(172)을 따라 자유 영역(120)에 물리적으로 직접 접촉할 수 있다. 그에 따라, 그러한 이차 산화물 영역(170)은 자유 영역(120)의 자기 물질로 계면-MA를 유도하도록 배치될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 자기 셀 구조물(100)은 "이중 산화물" 구조로 구성될 수 있다.
자유 영역(120)은 또한 게터 시드 영역(180)에 근접하게 배치된다. 몇몇 실시예에서, 게터 시드 영역(180)은 이차 산화물 영역(170)에 의해 자유 영역(120)으로부터 이격될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 게터 시드 영역(180)은 계면(178)을 따라 이차 산화물 영역(170)에 물리적으로 직접 접촉할 수 있다. 게터 시드 영역(180)은 적어도 하나의 게터 종을 포함하는 전구 게터 시드 물질로 형성된다. 몇몇 실시예에서, 전구 게터 시드 물질을 적어도 두 개의 게터 종을 포함하고, 이 중 적어도 하나는 이웃하는 전구 자기 물질로부터의 확산성 종에 대해 화학 친화도를 갖도록 만들어지며, 이 중 적어도 다른 하나는 이웃하는 전구 산화물 물질로부터의 확산성 종, 이를테면 산소에 대해 화학 친화도를 갖도록 만들어진다. 몇몇 실시예에서, 도 6 내지 도 9에 대하여 아래에서 더 논의될 바와 같이, 전구 자기 물질의 확산성 종에 대해 화학 친화도를 갖는 게터 종은 또한 이차 산화물 영역(170)에도 포함될 수 있다. 각 게터 종은 대응하는 이웃 전구 물질 및 대응하는 타겟 확산성 종 간 화학 친화도보다 큰 그것의 대응하는 타겟 확산성 종에 대한 화학 친화도를 가질 수 있다.
전구 자기 물질의 확산성 종의 초기 존재는 전구 자기 물질의 결정화를 억제할 수 있으나, 게터 시드 영역(180)이 전구 자기 물질에 근접하면 확산성 종이 전구 자기 물질로부터 게터 시드 영역(180)의 물질로 확산하게 할 수 있다. 확산되면, 확산된 종은 게터 종과 화학적으로 반응하여, 최종 구조물에서의 게터 시드 영역(180)에 남는 화합물을 형성할 수 있다.
확산성 종의 전구 자기 물질로부터의 제거는 원하는 결정 구조(예를 들어, bcc (001))로 결정화할 수 있는 감손된 자기 물질(즉, 확산 이전 농도와 비교하여 확산성 종의 보다 낮은 농도를 갖는 자기 물질)을 남긴다. 원하는 결정 구조는 하나 이상의 이웃 물질, 예를 들어, 중간 산화물 영역(130)의 산화물로부터 증식될 수 있다. 원하는 결정 구조를 갖는, 결정화된, 감손된 자기 물질의 결정화는 높은 TMR(예를 들어, 약 100%(약 1.00) 이상, 예를 들어, 약 120%(약 1.20) 이상)을 보일 수 있다.
전구 산화물 물질의 확산성 종은 산소(O)일 수 있고, 전구 산화물 물질에서의 그것의 초기 존재는 산화물 물질에서의 전기 저항들 및 높은 제동에 기여한다. 게터 시드 영역(180)이 전구 산화물 물질에 근접하면 산소(O)의 확산이 전구 산화물 물질로부터 게터 시드 영역(180)으로 확산하게 할 수 있다. 확산되면, 확산된 산소(O)는 본 출원에서 "산소 게터 종"로서 지칭될 수 있는, 다른 게터 종과 화학적으로 반응하여, 최종 구조물에서의 게터 시드 영역(180)에 남는 산소 화합물을 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이웃하는 감손된 자기 물질이 결정화하나, 게터 시드 영역(180)은 비결정질로 만들어지고 비결정질을 유지할 수 있다. 따라서, 게터 시드 영역(180)의 전구 물질은 초기에 형성될 때 비결정질일 수 있고, 예를 들어, 어닐 동안 높은 온도에서도 그리고 전구 자기 물질 및 전구 산화물 물질로부터 확산된 종로 농축되더라도 비결정질을 유지할 수 있다. 따라서, 게터 시드 영역(180)의 물질은 이웃하는 감손된 자기 물질의 결정화를 억제하지 않을 수 있다.
게터 시드 영역(180)의 두께, 조성, 및 구조는 충분한 양의 게터 종을-전구 자기 물질로부터의 확산성 종에 대한-그리고 충분한 양의 산소 게터 종을-전구 산화물 물질로부터의 확산성 산소(O)에대한- 게터 시드 영역(180)에 제공하도록 선택되어, 원하는 수용 용량을 갖고 이웃 전구 자기 물질 및 이웃 전구 산화물 물질로부터 확산된 종과 결합되도록 선택될 수 있다. 보다 두꺼운 게터 시드 영역은 보다 얇은 게터 시드 영역과 비교하여, 확산된 종에 대해 비교적 높은 용량을 가질 수 있다. 실시예 이를테면 도 1에 예시된 실시예에 따르면, 게터 시드 영역(180)은 두께가 약 7.5 Å(약 0.75 nm) 내지 약 30 Å(약 3.0 nm)일 수 있다.
이차 산화물 영역(170)의 두께, 조성, 및 구조는 전구 자기 물질로부터 이차 산화물 영역(170)의 물질을 통해 게터 시드 영역(180)으로 확산성 종의 확산을 가능하게 하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 이차 산화물 영역(170)의 두께는 낮은 전기 저항 및 낮은 제동을 제공할 수 있기 위해, 계면-MA가 자유 영역(120)에 의해 계면(172)을 따라 유도되도록 충분히 높인 두께를 갖는 한편 전구 자기 물질로부터의 확산성 종이 그것을 통해 확산할 수있도록 그리고 충분한 산소가 이차 산화물 영역(170)의 물질의 밖으로 게터 시드 영역(180)으로 확산할 수 있도록 충분히 낮은 두께를 가지도록 조정될 수 있다. 따라서, 이차 산화물 영역(170)의 두께는 MTJ 서브 구조물(123) 내 중간 산화물 영역(130)의 두께보다 적을 수 있다. 실시예 이를테면 도 1에 예시된 실시예에 따르면, 이차 산화물 영역(170)은 두께가 약 2 Å(약 0.2 nm) 내지 약 10 Å(약 1.0 nm)일 수 있는 한편, 중간 산화물 영역(130)의 두께는 약 5 Å(약 0.5 nm) 내지 약 10 Å(약 1.0 nm)일 수 있다.
(미도시된) 몇몇 실시예에서, 추가 게터 시드 영역들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 다른 게터 시드 영역이 이차 산화물 영역(170) 내부에 또는 이차 산화물 영역(170) 및 자유 영역(120) 중 하나 또는 양자에 측 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 추가 게터 시드 영역들은 또한 자유 영역(120)의 전구 자기 물질로부터 확산된 종을 수용하도록 만들어지고, 이차 산화물 영역(170)의 전구 산화물 물질로부터 확산되는 산소를 수용하도록 만들어질 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 게터 시드 영역(180)이 자유 영역(120)에 근접한 실시예들에서, 게터 시드 영역(180)은 하나 이상의 다른 영역, 예를 들어, 자유 영역(120), 중간 산화물 영역(130), 및 이차 산화물 영역(170)에 의해 고정 영역(110)에서 물리적으로 격리될 수 있다. 따라서, 게터 시드 영역(180)의 게터 종은 고정 영역(110)의 종과 화학적으로 반응하지 않을 수 있다.
도 1의 자기 셀 구조물(100)은 "맨 위가 고정된" 메모리 셀, 즉 고정 영역(110)이 자유 영역(120) 위에 배치되는 메모리 셀로서 구성된다. (미도시된) 다른 실시예들에서, 메모리 셀은 "맨 아래가 고정된" 메모리 셀, 즉 고정 영역(110)이 자유 영역(120) 하에 배치되는 메모리 셀로서 구성된다. 그러한 실시예들에서, 이차 산화물 영역(170)은 자유 영역(120) 위에 놓일 수 있고, 게터 시드 영역(180)은 이차 산화물 영역(170) 위에 놓일 수 있다. 그럼에도 불구하고 게터 시드 영역(180)은 자유 영역(120)의 전구 자기 물질로부터 확산되는 종을 수용하여, 중간 산화물 영역(130)으로부터 감손된 자기 물질로 원하는 결정 구조의 증식을 가능하게 하도록, 그리고 이차 산화물 영역(170)의 전구 산화물 물질로부터 확산되는 산소를 수용하여, 이차 산화물 영역에서의 낮은 전기 저항 및 낮은 제동을 가능하게 하도록 만들어질 수 있다. 따라서, "맨 위가 고정된" 것으로서 도시되거나 본 출원에서 다르게 설명된 임의의 실시예는 대안적으로 예를 들어, 셀 코어 구조물(예를 들어, 셀 코어 구조물(도 1의 101))의 영역들의 순서의 역전에 의해, "맨 아래가 고정된" 구성으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들의 메모리 셀들은 도 1에서와 같이 평면 외 STT-MRAM 셀들로서, 또는 대안적으로, 도 1b에 예시된 바와 같이 평면 내 STT-MRAM 셀들로서 구성될 수 있다. "평면 내" STT-MRAM 셀들은 대부분 수평 방향으로 배향되는 자기 배향을 보이는 자기 영역들을 포함하는 한편, "평면 외" STT-MRAM 셀들은 대부분 수직 방향으로 배향되는 자기 배향을 보이는 자기 영역들을 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, STT-MRAM 셀은 자기 영역들 중 적어도 하나(예를 들어, 고정 영역(110) 및 자유 영역(120))에서 수직 자기 배향을 보이도록 구성될 수 있다. 보이는 수직 자기 배향은 수직 자기 이방성("PMA"; perpendicular magnetic anisotropy) 세기로 특징지어질 수 있다. 도 1에서 화살표들(112) 및 이중점 화살표들(122)에 의해 표시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 고정 영역(110) 및 자유 영역(120)의 각각은 수직 자기 배향을 보일 수 있다. 고정 영역(110)의 자기 배향은 "실질적으로 고정되어", 즉 예를 들어, 도 1의 화살표들(112)에 의해 표시된 방향으로, STT-MRAM 셀의 동작 전체에 걸쳐 기본적으로 동일한 방향으로 지향되어 유지될 수 있다. 다른 한편, 자유 영역(120)의 자기 배향은 도 1의 이중점 화살표들(122)에 의해 표시된 바와 같이, 셀의 동작 동안, 평행 구조 및 역평행 구조 간에 전환될 수 있다. 다른 예로서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 평면 내 STT-MRAM 셀은 고정 영역(110'')에서 화살표(112B) 및 자유 영역(120'')에서 이중점 화살표(122B)에 의해 표시된 바와 같이, MTJ 서브 구조물(123')의 자기 영역들 중 적어도 하나(예를 들어, 고정 영역(110'') 및 자유 영역(120''))에서 수평 자기 배향을 보이도록 구성될 수 있다.
따라서, 자기 셀 코어를 포함하는 메모리 셀이 개시된다. 자기 셀 코어는 고정 영역, 자유 영역, 및 고정 영역 및 자유 영역 간 중간 산화물 영역을 포함하는 자기 터널 접합 서브 구조물을 포함한다. 이차 산화물 영역은 자기 터널 접합 서브 구조물에 인접한다. 게터 시드 영역은 이차 산화물 영역에 근접하고, 산소에 결합되는 산소-게터 종을 포함한다. 이차 산화물 영역 및 게터 영역 중 적어도 하나는 확산되는 확산된 종에 결합되는 다른 게터 종을 포함한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 자기 셀 구조물들, 이를테면 도 1의 자기 셀 구조물(100)을 제조하는 방법의 스테이지들이 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 중간 구조물(200)은 기판(102) 위에 형성되는 전도성 물질(205) 및 전도성 물질(205) 위 전구 게터 시드 물질(280)로 형성될 수 있다. 임의로, 하나 이상의 하측 중간 물질(240)이 전구 게터 시드 물질(280)이 그 위에 형성되기 전에, 전도성 물질(205) 위에 형성될 수 있다.
하측 전극(105)(도 1)이 형성되는 전도성 물질(205)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 금속(예를 들어, 구리, 텅스텐, 타이타늄, 탄탈륨), 금속 합금, 또는 이들의 조합을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다.
임의적인 하측 중간 영역(140)(도 1)이 하측 전극(105) 위에 형성되는 실시예들에서, 하측 중간 영역(140)이 형성되는 하측 중간 물질(240)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 탄탈륨(Ta), 타이타늄(Ti), 질화 탄탈륨(TaN), 질화 타이타늄(TiN), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 또는 이들의 조합을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하측 중간 물질(240)은 포함되는 경우, 하측 전극(105)(도 1)이 형성될 전도성 물질(205)과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 하측 중간 물질(240)은 전도성 물질(205)의 최상측 서브 영역일 수 있다.
전구 게터 시드 물질(280)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 이전에 형성된 물질들 위에 적어도 하나의 게터 종을 포함하는 물질을 스퍼터링함으로써 형성될 수 있다. 전구 게터 시드 물질(280)은 자유 영역(120)(도 1)이 형성될, 전구 자기 물질로부터의 확산성 종에 대해 화학 친화도를 갖도록 선택되는 적어도 하나의 게터 종을 포함하도록 만들어진다. 예를 들어, 적어도 하나의 게터 종은 전구 자기 물질의 확산성 종 및 다른 종 간 화학 친화도와 비교하여 전구 자기 물질의 확산성 종에 대해 보다 높은 화학 친화도를 갖도록 선택될 수 있다. 그에 따라, 전구 게터 시드 물질(280)의 적어도 하나의 게터 종이 확산성 종을 전구 자기 물질로부터 유인하도록 만들어진다.
전구 게터 시드 물질(280)은 또한 이차 산화물 영역(170)(도 1)이 형성될, 전구 산화물 물질로부터의 확산성 종에 대해 화학 친화도를 갖도록 선택되는 적어도 다른 하나의 게터 종을 포함하도록 만들어진다. 예를 들어, 적어도 다른 하나의 게터 종은 전구 산화물 물질의 산소 및 다른 종 간 화학 친화도와 비교하여 전구 산화물 물질의 산소(O)에 대해 보다 높은 화학 친화도를 갖도록 선택될 수 있다. 그에 따라, 전구 게터 시드 물질(280)의 적어도 다른 하나의 게터 종이 확산성 종, 예를 들어, 산소(O)를 전구 산화물 물질로부터 유인하도록 만들어진다.
몇몇 실시예에서, 전구 게터 시드 물질(280)의 각 종은 전구 자기 물질로부터 확산된 종 및 전구 산화물 물질로부터 확산된 종(예를 들어, 산소(O)) 중 적어도 하나에 대해 화학 친화도를 갖도록(즉, 그것과 화학적으로 결합하기 위해 융화성이도록) 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에서는, 모든 전구 게터 시드 물질(280)의 종보다 적은 종이 확산성 종에 대해 원하는 화학 친화도를 갖도록 만들어질 수 있다. 그에 따라, 전구 게터 시드 물질(280)은 확산된 종 중 하나 또는 양자와 반응하지 않는 종을 포함할 수 있거나 확산된 종 중 하나 또는 양자와 반응하는 종으로 구성되거나 본질적으로 구성될 수 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 전구 게터 시드 물질(280)이 하나 이상의 타겟(291, 292)을 사용한 스퍼터링(즉, 물리적 기상 증착(PVD))에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 스퍼터 타겟(291)이 전구 자기 물질의 확산성 종에 대해 화학 친화도를 갖는 게터 종을 포함하도록 만들어지고 다른 스퍼터 타겟(292)은 전구 산화물 물질의 확산성 종(예를 들어, 산소(O))에 대해 화학 친화도를 갖는 게터 종(예를 들어, 산소-게터 종)을 포함하도록 만들어진, 두 개의 스퍼터 타겟(291, 292)이 동시에 사용될 수 있다. 타겟들(291, 292) 양자는 전구 게터 시드 물질(280)이 형성됨에 따라 종이 혼합되고 실질적으로 고르게 분포되도록 동시에 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 이차 산화물 영역(170)(도 1)이 형성될 전구 산화물 물질(370)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 비자기 산화물 물질(예를 들어, 산화 마그네슘(MgO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 타이타늄(TiO2), 또는 MTJ 서브 구조물들의 종래의 터널 장벽 영역들의 다른 산화 물질들을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 전구 산화물 물질(370)은 전구 게터 시드 물질(280) 상에 직접적으로 형성(예를 들어, 성장, 증착)될 수 있다.
적어도 하나의 전구 자기 물질(320)은 또한 도 3에 도시된 바와 같이, 전구 게터 시드 물질(280) 위에 형성될 수 있다. 종내에는 자유 영역(120)(도 1)이 형성되는 전구 자기 물질(320)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 코발트(Co) 및 철(Fe)(예를 들어, CoxFey, 여기서 x　=　10 내지 80 및 y = 10 내지 80) 및 몇몇 실시예에서는 또한 붕소(B)(예를 들어, CoxFeyBz, 여기서 x = 10 내지 80, y = 10 내지 80, 및 z = 0 내지 50)를 포함하는 강자성 물질을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 그에 따라, 전구 자기 물질(320)은 Co, Fe, 및 B 중 적어도 하나를 포함할 수 있다(예를 들어, CoFeB 물질, FeB 물질, CoB 물질). 다른 실시예들에서, 전구 자기 물질(320)은 대안적으로 또는 추가적으로 니켈(Ni)을 포함할 수 있다(예를 들어, NiB 물질).
전구 자기 물질(320)은 균질 영역으로서 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전구 자기 물질(320)은 Co, Fe, 및　B의 상이한 상대적인 원자 비들을 갖는 서브 영역들을 갖는, 예를 들어, CoFeB 물질의 하나 이상의 서브 영역들 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 전구 자기 물질(320)은 적어도 하나의 확산성 종(321)을 포함한다. 확산성 종(321)은 그것의 부재가 전구 자기 물질(320), 또는 그것으로 형성되는 감손된 자기 물질이 자성을 보이는 것을 억제하지 않도록 하는 것이다. 그러나, 전구 자기 물질(320) 내 확산성 종(321)의 존재는 전구 자기 물질(320)이 비결정질 상태로 (예를 들어, 스퍼터링에 의해) 형성되게 할 수 있다.
또한 도 3a를 참조하면, 전구 산화물 물질(370)은 적어도 하나의 확산성 종(372)을 포함한다. 확산성 종(372)은 전구 산화물 물질(370)의 바디로부터, 그것의 부재가 전구 산화물 물질(370), 또는 그것으로 형성되는 감손된 산화물 물질이 전구 자기 물질(320) 또는 감손된 자기 물질에 의해 계면-MA를 유도하는 것을 억제하지 않도록 하는 것이다. 오히려, 전구 산화물 물질(370)(또는 그 결과로 초래된 감손된 산화물 물질) 및 전구 자기 물질(320)(또는 그 결과로 초래된 감손된 자기 물질) 간 단지 계면(172)에 따른 확산성 종(372)의 존재가 계면-MA의 유도를 가능하게 할 수 있다.
전구 게터 시드 물질(280)은 게터 종(281) 및 다른 게터 종(282)을 포함하여, 적어도 두 개의 게터 종을 포함하도록 만들어질 수 있다. 게터 종(281)은 전구 자기 물질(320)의 확산성 종(321)에 대해 화학 친화도를 갖도록 만들어지고, 다른 게터 종(282)은 전구 산화물 물질(370)의 확산성 종(372)에 대해 화학 친화도를 갖도록 만들어진다.
전구 게터 시드 물질(280)의 게터 종(281)은 게터 종(281) 및 전구 자기 물질(320)로부터의 확산성 종(321) 간 화합물의 흡열 생성열을 갖도록 선택될 수 있다. 게다가, 게터 종(281)은 최종 구조물의 게터 시드 영역(180)(도 1)의 전도도를 증가시키기 위해, 전기적으로 전도성이도록 선택될 수 있다(예를 들어, 전도성 물질을 포함할 수 있다). 최종적으로, 게터 종(281)은 다른 게터 종(282)과 실질적으로 반응하지 않도록 그리고 전구 게터 시드 물질(280)이 높은 온도까지(예를 들어, 적어도 약 500 ℃) 비결정질 구조를 보이게 하도록 선택될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전구 게터 시드 물질(280)은 전구 자기 물질(320)의 확산성 종(321)에 대해 화학 친화도를 갖는 게터 종(281)으로서, 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 질소(N), 하프늄(Hf), 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
하나의 특정 예에서, 제한 없이, 전구 자기 물질(320)은 CoFeB 자기 물질일 수 있으며, 이의 붕소(B)가 확산성 종(321)이다. 전구 게터 시드 물질(280)(및 예를 들어, 타겟(291)(도 2))은 약 49.5:49.5:1.0의 원자 비를 갖는 텅스턴-루테늄-질소(W-Ru-N)를 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성되도록 만들어질 수 있다. 그러한 조성은 높은 온도까지(예를 들어, 약 500 ℃까지) 비결정질 구조를 보이도록 만들어진다. 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 및 질소(N)의 각각은 붕소(B) 확산성 종(321)에 대해 화학 친화도를 보이는 게터 종(281)일 수 있다.
다른 실시예들에서, 전구 게터 시드 물질(280)(및 예를 들어, 타겟(291)(도 2))은: 원자 비가 약 75:25인 텅스텐-질소(W-N)(여기서 텅스턴(W) 및 질소(N) 양자가 붕소(B) 확산성 종(321)에 대해 화학 친화도를 보이는 게터 종(281)일 수 있다); 원자 비가 약 46:37:17인 텅스텐-루테늄-붕소(W-Ru-B)(여기서 텅스텐(W) 및 루테늄(Ru)이 붕소(B)에 대해 화학 친화도를 보이는 게터 종(281)일 수 있다); 원자 비가 약 45:55인 텅스텐-루테늄(W-Ru)(여기서 텅스텐(W) 및 루테늄(Ru)이 붕소(B)에 대해 화학 친화도를 보이는 게터 종(281)일 수 있다); 및 FeCo 대 W에 대한 원자 비가 약 82 미만 내지 18 초과인 철-코발트-텅스텐(Fe-Co-W)(여기서 텅스텐(W)이 붕소(B)에 대해 화학 친화도를 보이는 게터 종(281)일 수 있다)을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되도록 만들어질 수 있다.
질소(N)가 전구 게터 시드 물질(280)에 포함되는 임의의 실시예들에서, 물질 내 질소(N)의 존재는 또한 그 결과로 초래된 셀 구조물에서의 낮은 댐핑, 및 그에 따른 보다 낮은 프로그래밍 전류를 가능하게 한다.
전구 게터 시드 물질(280)의 다른 게터 종(282)은 다른 게터 종(282) 및 전구 산화물 물질(270)로부터의 확산성 종(372) 간 화합물의 생성열을 갖도록 선택될 수 있으며, 이는 다른 확산성 종(372) 및 전구 산화물 물질(270)의 다른 종 간 화합물의 생성열 이하이다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 이차 산화물 물질(370)이 산화 마그네슘(MgO)으로 본질적으로 구성되도록 만만들어지는 실시예들에서, 다른 게터 종(282)은 MgO의 산소(O) 및 마그네슘(Mg) 간 생성열과 비교하여, 다른 확산성 종(372)인 산소(O)와 보다 낮은 생성열을 갖도록 선택될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전구 게터 시드 물질(280)은 다른 게터 종(282)으로서, 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 베릴륨(Be), 란타넘(La), 바륨(Ba), 알루미늄(Al), 및 마그네슘(Mg) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
중간 산화물 영역(130)(도 1)이 형성되는 산화물 물질(330)은 예를 들어, 전구 자기 물질(320)(또는 오히려, 전구 자기 물질(320)로 형성되는 감손된 자기 물질)이 산화물 물질(330)로부터 결정 구조의 증식을 통해 결정화되는 어닐 이전에, 전구 자기 물질(320) 상에 형성될 수 있다. 산화물 물질(330)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 비자기 산화물 물질(예를 들어, 산화 마그네슘(MgO), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 타이타늄(TiO2), 또는 종래의 MTJ 비자기 영역들의 다른 산화 물질들을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 다른 산화물 물질(330)은 전구 산화물 물질(370)과 동일한 물질 또는 전구 산화물 물질(370)과 동일한 원소들을 포함하나 상이한 원자 비들을 갖는 물질일 수 있다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 산화물 물질(330) 및 다른 전구 산화물 물질(370)의 양자는 MgO를 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다.
산화물 물질(330)은 전구 자기 물질(320) 상에 직접적으로 형성(예를 들어, 성장, 증착)될 수 있다. 산화물 물질(330)은 초기에 형성될 때 결정질(예를 들어, bcc (001) 구조를 갖는)일 수 있거나 이후 어닐 동안 결정화될 수 있다. 산화물 물질(330)은 예를 들어, 도 3의 중간 구조물(300)의 어닐 동안, 원하는 결정 구조가 이웃하는 자기 물질(예를 들어, 감손된 자기 물질(420)(도 4))로 증식하여, 자기 물질(예를 들어, 감손된 자기 물질(420)(도 4))이 동일한 결정 구조(예를 들어, bcc (001) 구조)로 결정화하게 할 수 있도록 위치될 수 있다.
후속 프로세싱 동안, 이를테면 자기 물질(예를 들어, 감손된 자기 물질(420)(도 4))을 결정화하는 어닐 동안, 또는 도 3의 중간 구조물(300)의 추가 후속 어닐 동안, 확산성 종(321)은 전구 자기 물질(320)로부터 전구 산화물 물질(370)을 통해 전구 게터 시드 물질(280)로 전달(예를 들어, 확산)될 수 있다. 마찬가지로, 어닐 동안, 다른 확산성 종(372)이 전구 산화물 물질(370)로부터 전구 게터 시드 물질(280)로 전달(예를 들어, 확산)될 수 있다. 이것이 발생할 때, 도 4 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 게터 종(281)은 확산성 종(321)(이제 본 출원에서, 확산된 종(321')으로서 지칭됨)과 반응하고 이와 결합할 수 있고, 다른 게터 종(282)은 다른 확산성 종(372)(이제 본 출원에서, 다른 확산된 종(372')으로서 지칭됨)과 반응하고 이와 결합할 수 있다. 그에 따라, 전구 자기 물질(320)(도 3)이 "감손된" 자기 물질(420)로 전환되고, 전구 산화물 물질(370)(도 3)이 "감손된" 산화물 물질(470)로 전환되며, 전구 게터 시드 물질(280)(도 3)이 "농축된" 게터 시드 물질(480)로 전환된다.
적어도 전구 산화물 영역(370)(도 3)의 다른 확산성 종(372)이 산소(O)인 실시예에서, 감손된 산화물 영역(470)은 다른 확산성 종(372)이 전혀 없지 않을 수 있다. 오히려, 산소(O)의 양은 감손된 자기 물질(420)과의 계면(172)에 근접하여 유지될 수 있다. 그에 따라, 감손된 산화물 물질(470)에 남아 있는 산소는 계면(172)을 따라 최대 산소 농도를 포함할 수 있다. 따라서, 계면(172)에서 산소(O)는 감손된 자기 물질(420) 내 예를 들어, 철(Fe)과 결합하여 계면(172)을 따라 계면-MA를 유도하도록 기능할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 감손된 산화물 물질(470)의 나머지 전체에 걸쳐 감소된 산소(O)의 농도는 감손된 산화물 물질(470)의 전기 저항을 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 완전한 감손은 아니지만, 산소의 환원은 감손된 산화물 물질(470)이 전기적으로 전도성이게 할 수 있다. 따라서, 그 결과로 초래된 자기 셀 구조물은 메모리 셀의 전기 저항을 저하시키지 않고(즉, 전기 저항을 실질적으로 상승시키지 않고) 이중 산화물 영역들(즉, 중간 산화물 영역(130) 및 감손된 산화물 물질(470)로부터 형성되는 이차 산화물 영역(170)(도 1))을 포함할 수 있다.
계속해서 도 4a를 참조하면, 농축된 게터 시드 물질(480)은 확산된 종(321'), 다른 확산된 종(372'), 게터 종(281), 및 다른 게터 종(282)을 포함한다. 따라서, 전구 자기 물질(320)(도 3)이 CoFeB 물질로서 만들어지고 전구 산화물 물질(370)(도 3)이 산화 마그네슘(MgO)을 포함하도록 만들어진 실시예에서, 농축된 게터 시드 물질(480)은 CoFeB 물질로부터의 붕소(B)(확산된 종(321')으로서), 및 MgO로부터의 산소(O)의 일부(다른 확산된 종(372')으로서)를 포함하여, CoFe 감손된 자기 물질(420)과의 계면(172)을 따라 산소(O)의 상당량(확산성 종(372)으로서)을 남길 수 있다.
따라서, 코발트(Co) 및 철(Fe)을 포함하는 자기 영역을 포함하는 메모리 셀이 개시된다. 자기 영역은 전환 가능한 자기 배향을 나타낸다. 산화물 영역은 자기 영역 및 실질적으로 고정된 자기 배향을 나타내는 다른 자기 영역 사이에 배치된다. 다른 산화물 영역은 자기 영역에 인접하고, 자기 영역과의 계면에 근접하여 농축되는 산소를 포함한다. 비결정질 게터 시드 영역이 다른 산화물 영역에 인접하다. 게터 시드 영역은 산소, 붕소, 산소-게터 종, 및 붕소-게터 종을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 전구 게터 시드 물질(280)(도 3)은 기판(102) 위에 초기에 형성될 때 비결정질이도록 그리고 농축된 게터 시드 물질(480)로 전환될 때 비결절징을 유지하도록 만들어질 수 있다. 따라서, 전구 게터 시드 물질(280)(도 3) 내 게터 종(281, 282)의 최종, 농축된 게터 시드 물질(480) 대 비결정질이고 높은 어닐 온도에서 비결정질을 유지할 조성의 원자 비들을 조정하도록 선택될 수 있다.
게다가, 전구 게터 시드 물질(280)(도 3)은 전구 게터 시드 물질(280)이 감손된 자기 물질(420)을 결정화하기 위한 어닐 동안 사용되는 높은 온도에서 안정도록(예를 들어, 종이 밖으로 확산되지 않도록) 만들어질 수 있다. 따라서, (예를 들어, 산화물 물질(330)으로부터의 결정 구조 증식에 의해) 감손된 자기 물질(420)의 원하는 결정 구조(예를 들어, bcc (001) 구조)로의 결정화를 조성하는 고온이 결정화를 억제하는 전구 게터 시드 물질(280) 없이 이용될 수 있다. 임의의 하나의 이론에 제한되지 않고, 농축된 게터 시드 물질(480)의 비결정성이 농축된 게터 시드 물질(480)이 원하는 결정 구조(예를 들어, bcc (001) 구조)의 마이크로구조와 상이하고 그것에 맞서는 마이크로구조를 갖는 경우, 중간 산화물 영역(130)(도 1)에 대해 이웃하는 물질(예를 들어, 산화물 물질(330)(도 3))로부터 감손된 자기 물질(420)로 증식되는 결정 구조로서 다르게 형성될 수 있는 감손된 자기 물질(420)에 마이크로구조 결함들을 방지함이 고려된다. 나아가, 감손된 자기 물질(420)이 결손된 산화물 물질(470)에 의해, 간섭이 없음으로 인해, 원하는 결정 구조를 보이도록 형성될 수 있으며, 중간 산화물 영역(130)(도 1)의 산화물 물질(330) 간 결정 구조가 감손된 자기 물질(420)로 증식하기 때문에, 자유 영역(120)(도 1)이 높은 TMR을 조성하는 결정 구조를 보이도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 전구 자기 물질(320)(도 3)이 CoFeB 물질이도록 만들어진 실시예에서, 붕소(B)에 대해 화학 친화도를 갖는 게터 종(281)을 갖는 전구 게터 시드 물질(280)에 의해 CoFeB 전구 자기 물질(320)에서 확산성 종(321)(도 3a) 붕소(B)를 제거하면, CoFeB(즉, 계속해서 확산성 종(321)을 포함하는 전구 자기 물질(320)(도 3))의 결정화 온도보다 낮은 온도에서 감손된 자기 물질(420)의 결정화를 가능하게 할 수 있다. 그에 따라, 사용되는 어닐 온도(예를 들어, 약 500℃ 이상까지)가 이웃하는 물질들을 저하시킬 만큼 높지 않고(예를 들어, 종, 예를 들어, 텅스텐(W)을 농축된 게터 시드 물질(480)로부터 밖으로 확산시키지 않고) (예를 들어, 중간 산화물 영역(130)(도 1)의 이웃하는 물질, 예를 들어, 산화물 물질(330)로부터 원하는 결정 구조를 증식시킴으로써) 감손된 자기 물질(420)의 결정화를 가능하게 할 수 있다. 그에 따라, 감손된 자기 물질(420)은 실질적인 구조적 결함들을 겪지 않고 자기 셀 구조물(예를 들어, 자기 셀 구조물(100)(도 1))의 형성을 가능하게 하는 원하는 결정 구조(예를 들어, bcc (001) 결정 구조)로 결정화될 수 있다. 실질적인 구조적 결함들의 부재는 높은 TMR을 가능하게 할 수 있다.
중간 구조물(300)(도 3)의 다른 물질들은 또한 어닐링된 구조물(400)(도 4)을 형성하기 위한 어닐링으로 인해 결정화될 수도 있다. 어닐링 프로세스는 약 300℃ 내지 약 700℃(예를 들어, 약 500℃)의 어닐링 온도에서 수행될 수 있고, 1분(약 1 min) 내지 약 1시간(약 1 hr) 동안 어닐링 온도로 유지될 수 있다 어닐링 온도 및 시간은 중간 구조물(300)의 물질들, 예를 들어, 감손된 자기 물질(420)의 원하는 결정 구조, 전구 자기 물질(320)(도 3)로부터 확산된 종(321')의 원하는 감손량, 및 전구 산화물 물질(370)(도 3)로부터 다른 확산된 종(372')의 원하는 감손량에 기초하여 조정될 수 있다.
전구 자기 물질(320)(도 3)으로부터의 확산성 종(321)(도 3a)의 제거는 감손된 자기 물질(420)의 결정화를 조성할 수 있으나, 임의의 특정 이론으로 제한되지 않고, 해당 제거가 또한 감손된 자기 물질(420) 및 감손된 산화물 물질(470) 간 계면(172)을 따라, 감손된 자기 물질(420) 및 중간 산화물 영역(130)(도 1) 간 계면(132)(도 1)을 따라, 또는 계면들(172, 132) 양자를 따라 MA의 유도를 조성할 수 있음이 더 고려된다. 예를 들어, 확산성 종(321)(도 3a)의 부재 시, 감손된 자기 물질(420)의 다른 종은 확산성 종(321)이 계속해서 전구 자기 물질(320)에 편입되는 경우 다른 종이 가질 것보다 많은 산화물 물질과의 상호작용을 가질 수 있다. 게다가, 게터 종(281)과 화학적 결합들은 통해 농축된 게터 시드 물질(480)에 확산성 종(321')(도 4a)을 유지하면 확산된 종(321')이 자기 영역(예를 들어, 자유 영역(120)) 및 그것의 이웃하는 MA-유도 산화물 영역들 간 계면들(172, 132)(도 1)로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 이는 다르게 실현될 수 있는 것보다 많은 계면들(172, 132)(도 1)을 따른 MA-유도 상호작용을 가능하게 할 수 있다. 따라서, MA 세기는 전구 게터 시드 물질(280)(또는 오히려 농축된 게터 시드 물질(480))이 없는 동일한 구조의 MA 세기보다 전구 게터 시드 물질(280)(또는 오히려 농축된 게터 시드 물질(480)의 존재로 인해, 더 클 수 있다.
예를 들어, 전구 자기 물질(320)이 CoFeB 물질이며, 붕소(B)가 확산성 종(321)인 실시예들에서, 전구 자기 물질(320)로부터의 붕소(B) 확산성 종(321)의 확산은 붕소(B) 확산성 종(321)이 계면(172)을 따라 남는 것을 억제할 수 있으며, 여기서 그것은 그렇지 않으면 계면-MA의 유도를 방해할 수 있다. 상당량의 붕소(B)가 계면(172)을 따라 있는 경우, 붕소(B)의 존재는 자기 물질(예를 들어, 감손된 자기 물질(420)(도 4)) 및 산화물 물질(예를 들어, 감손된 산화물 물질(470)(도 4)) 간 결합들, 이를테면 MA를 유도하는 철-산호(Fe-O) 결합들의 생성을 억제할 수 있음이 고려된다. 따라서, 전구 게터 시드 물질(380) 내 게터 종(281)이 전구 자기 물질(320)에 근접하면, 확산성 종(321)이 전구 게터 시드 물질(380)로 지향되고 계면(172)에서 멀어질 수 있기 때문에 보다 높은 계면-MA 유도를 가능하게 할 수 있다.
자유 영역(120)(도 1)이 확산성 종(321)(도 3a)을 포함하는 전구 자기 물질(320)(예를 들어, CoFeB 물질)"로 형성"되는 것으로 설명되지만, 제조된, 자기 셀 코어(101)(도 1)(또는 본 발명의 임의의 셀 코어)의 자유 영역(120)은 전구 자기 물질(320)이 초기에 형성된 때보다 상당히 적은 확산성 종(321)(예를 들어, 붕소(B))을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 이차 산화물 영역(170)(도 1)이 다른 확산성 종(372)(예를 들어, 산소(O))을 포함하는 전구 산화물 물질(320)(도 3)(예를 들어, MgO 포함 물질)"로 형성"되는 것으로 설명되지만, 제조된, 자기 셀 코어(101)(도 1)(또는 본 발명의 임의의 셀 코어)의 이차 산화물 영역(170)은 전구 산화물 물질(370)이 초기에 형성된 때보다 상당히 적은 다른 확산성 종(372)(예를 들어, 산소(O))을 포함할 수 있다.
어닐 이후, 자기 셀 구조물의 다른 물질들은 어닐링된 중간 구조물(400) 위에 형성되어, 도 5에 도시된 바와 같은 전구 구조물(500)을 형성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 자기 셀 구조물(100)(도 1)의 다른 물질들은 예를 들어, 어닐 이전, 예를 들어, 산화물 물질(330) 위에 형성될 수 있고, 하측 물질들과 함께 어닐링될 수 있다.
계속해서 도 5를 참조하면, 고정 영역(110)(도 1)이 형성될 다른 자기 물질(510)은 감손된 자기 물질(420)을 결정화하는 예를 들어, 어닐 스테이지 이전 또는 이후, 산화물 물질(330) 상에 직접적으로 형성(예를 들어, 성장, 증착)될 수 있다. 다른 자기 물질(510)은 예를 들어 그리고 제한 없이, 코발트(Co) 및 철(Fe)(예를 들어, CoxFey, 여기서 x　=　10 내지 80 및 y = 10 내지 80) 및 몇몇 실시예에서는 또한 붕소(B)(예를 들어, CoxFeyBz, 여기서 x = 10 내지 80, y = 10 내지 80, 및 z = 0 내지 50)를 포함하는 강자성 물질을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 그에 따라, 다른 자기 물질(510)은 CoFeB 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다른 자기 물질(510)은 전구 자기 물질(320)(도 3)과 동일한 물질 또는 동일한 원소들을 가지나, 원자 비들이 상이한 물질을 포함할 수 있다.
고정 영역(110)(도 1)이 도 1a의 고정 영역(110')의 구조를 갖도록 구성되는 실시예들에서, 중간 부분(115)(도 1a)에 대한, 중간 물질이 다른 자기 물질(510) 위에 형성될 수 있다. 중간 물질은 전도성 물질(예를 들어, 탄탈륨(Ta))을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 각각, 자기 서브 영역들(118)(도 1a) 및 커플러 서브 영역(119)(도 1a)에 대해, 교번하는 자기 물질 및 커플러 물질이 중간 물질 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 교번하는 자기 및 커플러 물질들은 코발트/팔라듐(Co/Pd) 멀티 서브 영역들; 코발트/플라티늄(Co/Pt) 멀티 서브 영역들; 코발트/니켈(Co/Ni) 멀티 서브 영역들; 코발트/이리듐(Co/Ir) 멀티 서브 영역들; 코발트/철/테르븀(Co/Fe/Tb)계 물질들, L10 물질들, 커플러 물질들, 또는 종래 고정 영역들의 다른 자기 물질들을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 임의로, 하나 이상의 상측 중간 물질(550)이 다른 자기 물질(510)(및 고정 영역(110)(도 1)이 형성될 임의의 다른 물질들) 위에 형성될 수 있다. 포함되는 경우, 임의적인 상층 중간 영역들(150)(도 1)을 형성하는 상측 중간 물질들(550)은, 이웃하는 물질들에서의 원하는 결정 구조를 보장하도록 구성된 물질들을 포함하거나, 그것으로 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 상측 중간 물질들(550)은 대안적으로 또는 추가적으로 자기 셀, 장벽 물질들, 또는 종래의 STT-MRAM 셀 코어 구조물들의 다른 물질들의 제조 동안 패터닝 프로세스들을 원조하도록 구성된 금속 물질들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상측 중간 물질(550)은 전도성 캡핑 영역으로 형성될 전도성 물질(예를 들어, 하나 이상의 물질 이를테면 구리, 탄탈륨, 타이타늄, 텅스텐, 루테늄, 하프늄, 지르코늄, 질화 탄탈륨, 또는 질화 타이타늄)을 포함할 수 있다.
상측 전극(104)(도 1)이 형성될 수 있는 다른 전도성 물질(504)이 다른 자기 물질(510)(및 고정 영역(110)(도 1)이 형성될 임의의 다른 물질들) 및 존재하는 경우, 상측 중간 물질들(550) 위에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다른 전도성 물질(504) 및 상측 중간 물질들(550)은, 존재하는 경우, 서로 혼합될 수 있으며, 예를 들어 상측 중간 물질들(550)이 전도성 물질(504)의 하측 서브 영역들이 된다.
그 다음 전구 구조물(500)은 도 1에 도시된 실시예에 따라, 자기 셀 구조물(100)을 형성하기 위해, 하나 이상의 스테이지에서 패터닝될 수 있다. 구조물들 이를테면 가지 셀 구조물(100)(도 1)을 형성하기 위해 구조물들 이를테면 전구 구조물(500)을 패터닝하기 위한 기술들은 해당 기술분야에 알려져 있고 따라서 본 출원에서는 상세하게 설명하지 않는다.
전구 구조물(500)을 패터닝한 후, 자기 셀 구조물(100)은 자유 영역(120)에 근접한 이차 산화물 영역(170) 및 게터 시드 영역(180)을 포함하는 자기 셀 코어(101)를 포함한다. 자유 영역(120)은 전구 자기 물질(320)(도 3)로 형성되는 감손된 자기 물질(420)(도 4)을 포함하고 그것에 근접한 게터 시드 영역(180) 없이 전구 자기 물질(320)(도 3)로 형성되는 자유 영역보다 낮은 농도의 확산성 종(321)(도 3a)을 포함한다. 이차 산화물 영역(170)은 전구 산화물 물질(370)(도 3)로 형성되는 감손된 산화물 물질(470)(도 4)을 포함하고 그것에 근접한 게터 시드 영역(180) 없이 전구 산화물 물질(370)(도 3)로 형성되는 이차 산화물 영역보다 낮은 농도의 다른 확산성 종(372)(도 3a)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 게터 시드 영역(180)에 근접한 자기 영역(예를 들어, 자유 영역(120))에서는 확산성 종(321)이 실질적으로 또는 완전히 감손될 수 있다. 다른 실시예들에서, 자기 영역에서는 확산성 종(321)이 부분적으로 감손될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 자기 영역 또는 영역들은 그것을 통해, 서로에 관해, 계면(172)(도 1)을 따라, 게터 시드 영역(180)에 인접하여 확산성 종(321)의 농도가 낮고, 계면(132)(도 1)을 따라, 게터 시드 영역(180) 맞은 편에 확산성 종(321)의 농도가 높은, 확산성 종(321)(예를 들어, 붕소)의 구배를 가질 수 있다. 확산성 종(321)의 농도는 몇몇 실시예에서 어닐 이후 또는 그 동안 평형을 유지할 수 있다.
결정질의, 감손된 자기 물질(420)(도 4)로 형성되는 자유 영역(120)은 적어도 부분적으로 확산성 종(321)의 제거 및 확산성 종(321)의 게터 종(281)에 대한 결합으로 인해, 그리고 적어도 부분적으로 게터 시드 영역(180)의 비결정질 마이크로구조로 인해, 결함들이 거의 없을 수 있는 원하는 결정 구조를 가질 수 있다.
자유 영역(120)의 결정성은 자기 셀 구조물(100)이 사용 및 동작 동안 높은 TMR을 보이게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 자유 영역(120)의 감손된 자기 물질(420)은 이웃 산화물 영역들(예를 들어, 이차 산화물 영역(170) 및 중간 산화물 영역(130))에 의해 MA-유도를 조성할 수 있다.
감손된 산화물 물질(470)(도 4)로 형성되는 이차 산화물 영역(170)은 낮은 전기 저항을 가질 수 있다, 예를 들어, 전기적으로 전도성일 수 있으며, 자유 영역(120)과의 계면(172)을 따라 최대 산소 농도를 갖는다.
따라서, 높은 MA 세기가 또한 높은 전기 저항(예를 들어, 높은 저항 영역(RA)) 및 높은 제동을 보이지 않고 이중 산화물 영역들(즉, 중간 산화물 영역(130) 및 이차 산화물 영역(170))의 양자로부터 자유 영역(120)에서의 MA-유도로 인해 조성될 수 있다. 게터 시드 영역(180)이 질소(N)를 포함하는 실시예들에서, 낮은 제동이 훨씬 더 가능해질 수 있다.
따라서, 메모리 셀을 형성하는 방법으로서, 전구 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다. 전구 구조를 형성하는 단계는 기판 위에 전구 게터 시드 물질을 형성하는 단계를 포함한다. 전구 산화물 물질은 전구 게터 시드 물질 위에 형성된다. 전구 자기 물질은 전구 산화물 물질 위에 형성된다. 전구 자기 물질의 적어도 부분을 감손된 자기 물질로 전환시키고, 전구 산화물 물질의 적어도 부분을 산소-감손된 물질로 전환시키며, 그리고 전구 게터 시드 물질의 적어도 부분을 농축된 게터 시드 물질로 전환시키기 위해 확산성 종이 전구 자기 물질로부터 확산되고, 산소가 전구 산화물 물질로부터 전구 게터 시드 물질로 확산된다. 전구 구조는 농축된 게터 시드 물질로 형성되는 게터 시드 영역, 산소-감손 물질로 형성되는 이차 산화물 영역, 및 감손된 자기 물질로 형성되는 자유 영역을 포함하는 셀 코어 구조를 형성하기 위해 패터닝된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 셀 구조물(600)이 예시된다. 자기 셀 구조물(600)은 게터 이차 산화물 영역(670)을 포함하는 자기 셀 코어(601)를 포함한다. 게터 이차 산화물 영역(670)은 도 7에 도시된 바와 같이, 전구 게터 산화물 물질(770)로 형성될 수 있으며, 이는 위에서 설명된 전구 산화물 물질(370)(도 3)과 동일한 물질을 포함하는 한편, 또한 전구 자기 물질(320)의 확산성 종(321)에 대해 화학 친화도를 갖도록 만들어지는, 추가 게터 종(281')을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전구 게터 산화물 물질(770)은 추가 게터 종(281')이 추가된 산화 마그네슘(MgO)을 포함할 수 있다. 전구 게터 산화물 물질(770)은 전구 게터 시드 물질(280) 및 전구 자기 물질(320) 사이, 중간 구조물(700) 내에 배치될 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 확산성 종(321)(예를 들어, 붕소(B))은 전구 게터 시드 물질(280) 내 게터 종(281)으로 뿐만 아니라 전구 게터 산화물 물질(770) 내 추가 게터 종(281')으로 유인될 수 있다. 그에 따라, 어닐 이후, 도 8 및 도 8a에 도시된 바와 같은 어닐링된 구조물(800)은 전구 게터 산화물 물질(770)로 형성되는 "농축된-감손된 산화물 물질(870)을 포함한다. 농축된-감손된 산화물 물질(870)에는 계면(172)을 따라서는 제외하고, 추가 게터 종(281')에 결합되는 확산된 종(321')의 상당량이 농축되고, 다른 확산성 종(372)(예를 들어, 산소(O))이 감손된다.
추가 게터 종(281')은 농축된 게터 시드 물질(480) 내 게터 종(281)과 동일하거나 상이할 수 있다. 따라서, 추가 게터 종(281')은 게터 종(281)에 대하여 위헤에서 설명된 임의의 종으로부터 선택될 수 있다.
전구 산화물 물질(770)(도 7)을 형성하기 위해, 추가 게터 종(281')이 전구 자기 물질(320)의 형성 전에, 전구 산화물 물질(370)(도 3)로 주입될 수 있다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 추가 게터 종(281')이 물리적 기상 증착(PVD)을 사용하여 추가 게터 종(281') 및 전구 산화물 물질(370) 양자의 코-스퍼터링에 의해 전구 산화물 물질(370)(도 3)로 편입될 수 있다. 다른 예로서, 제한 없이, 추가 게터 종(281')은 전구 산화물 물질(370)의 증착 동안 기체 형태로 도입될 수 있다. 그 다음 전구 구조물(900)의 남아 있는 물질들이 도 9에 도시된 바와 같이 형성될 수 있고, 전구 구조물(900)이 도 6의 자기 셀 구조물(600)을 형성하도록 패터닝된다.
이차 산화물 영역(170)(도 1) 또는 게터 이차 산화물 영역(670)(도 6)이 산화 마그네슘(MgO)을 포함하도록 만들어지는, 본 발명의 이러한 또는 앞서 언급한 실시예들에서, 전구 게터 시드 물질(280) 및 전구 산화물 물질(370)(도 3) 또는 전구 게터 산화물 물질(770)(도 7)의 조합된 구성은 마그네슘(Mg) 대 산소(O) 대 추가 게터 종(281')을 포함하는(전구 게터 산화물 물질(770)을 사용하는 경우), 게터 종(281)(예를 들어, 붕소-게터 종) 대 다른 게터 종(282)(예를 들어, 산소-게터 종)의 원자 비(즉, Mg:O:B-게터:O-게터 원자 비)가 약 40:40:10:10 내지 약 45:45:5:5가 되도록 하는 것일 수 있다. 그에 따라, 추가 게터 종(281')(포함되는 경우)을 포함하는 게터 종(281) 및 다른 게터 종(282) 중 하나 이상은 낮은 원자 레벨들에 있을 수 있다(예를 들어, 약 10 at. %보다 적은, 예를 들어, 약 5 at. %보다 적은, 예를 들어, 약 2 at. %보다 적은 "도펀트" 레벨들).
따라서, 반도체 구조를 형성하는 방법이 개시된다. 방법은 기판 위에 비결정질 전구 게터 시드 물질을 형성하는 단계를 포함한다. 비결정질 전구 게터 시드 물질은 붕소-게터 종 및 산소-게터 종을 포함한다. 산소를 포함하는 전구 산화물 물질은 비결정질 전구 게터 시드 물질 위에 형성된다. 붕소를 포함하는 전구 자기 물질은 전구 산화물 물질 위에 형성된다. 다른 산화물 물질은 전구 산화물 물질 위에 형성된다. 전구 자기 물질로부터 붕소를 비결정질 전구 게터 시드 물질의 붕소-게터 종과 반응시키고 전구 산화물 물질로부터 산소를 비결정질 전구 게터 시드 물질의 산소-게터 종과 반응시키기 위해 적어도 전구 자기 물질 및 전구 산화물 물질이 어닐링된다.
도 10을 참조하면, STT-MRAM 셀(1014)와 작동가능하게 통신하는 주변 디바이스들(1012)을 포함하는 STT-MRAM 시스템(1000)이 도시되며, 이의 그룹핑은 시스템 요건 및 제조 기술에 따라, 다수의 로우 및 컬럼을 포함하는 그리드 패턴으로, 또는 다양한 다른 배열로 메모리 셀들의 어레이를 형성하도록 제조될 수 있다. STT-MRAM 셀(1014)은 자기 셀 코어(1002), 액세스 트랜지스터(1003), 데이터/센스 라인(1004)(예를 들어, 비트 라인)으로서의 기능을 할 수 있는 전도성 물질, 액세스 라인(1005)(예를 들어, 워드 라인)으로서의 기능을 할 수 있는 전도성 물질, 및 소스 라인(1006)으로서의 기능을 할 수 있는 전도성 물질을 포함한다. STT-MRAM 시스템(1000)의 주변 디바이스들(1012)은 판독/기록 회로(1007), 참조 비트 라인(1008), 및 센스 증폭기(1009)를 포함할 수 있다. 셀 코어(1002)는 위에서 설명된 자기 셀 코어들(예를 들어, 자기 셀 코어들(101)(도 1), (601)(도 6)) 중 임의의 하나일 수 있다. 셀 코어(1002)의 구조, 제조 방법, 또는 양자로 인해, STT-MRAM 셀(1014)은 높은 MA 세기, 낮은 저항(예를 들어, 낮은 저항 영역(RA) 제품), 낮은 제동, 및 높은 TMR을 가질 수 있다.
사용 및 동작 시, STT-MRAM 셀(1014)이 프로그래밍되도록 선택될 때, 프로그래밍 전류가 STT-MRAM 셀(1014)에 인가되고, 전류는 셀 코어(1002)의 고정 영역에 의해 스핀-편극되고 셀 코어(1002)의 자유 영역 상에 토크를 가하며, 이는 자유 영역의 자화를 전환하여 STT-MRAM 셀(1014)"에 기록" 또는 "을 프로그래밍"으로 전환한다. STT-MRAM 셀(1014)의 판독 동작 시, 전류는 셀 코어(1002)의 저장 상태를 검출하기 위해 사용된다.
STT-MRAM 셀(1014)의 프로그래밍을 개시하기 위해, 판독/기록 회로(1007)는 데이터/센스 라인(1004) 및 소스 라인(1006)으로 기록 전류(즉, 프로그래밍 전류)를 생성할 수 있다. 데이터/센스 라인(1004) 및 소스 라인(1006) 간 전압의 극성은 셀 코어(1002)에서의 자유 영역의 자기 배향의 전환을 결정한다. 스핀 극성에 의해 자유 영역의 자기 배향을 변경함으로써, 자유 영역은 프로그래밍 전류의 스핀 극성에 따라 자화되며, 프로그래밍 로직 상태는 STT-MRAM 셀(1014)에 기록된다.
STT-MRAM 셀(1014)을 판독하기 위해, 판독/기록 회로(1007)는 셀 코어(1002) 및 액세스 트랜지스터(1003)를 통해 데이터/센스 라인(1004) 및 소스 라인(1006)으로 판독 전압을 생성한다. STT-MRAM 셀(1014)의 프로그래밍된 상태는 셀 코어(1002)에 걸친 전기 저항에 관한 것이며, 이는 데이터/센스 라인(1004) 및 소스 라인(1006) 간 전압 차에 의해 결정될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전압 차는 참조 비트 라인(1008)과 비교되고 센스 증폭기(1009)에 의해 증폭될 수 있다.
도 10은 작동가능한 STT-MRAM 시스템(1000)의 일례를 도시한다. 그러나, 자기 셀 코어들(101)(도 1), (601)(도 6)은 자기 영역들을 갖는 자기 셀 코어를 포함하도록 구성된 임의의 STT-MRAM 시스템 내에 포함 및 이용될 수 있다.
따라서, STT-MRAM(spin torque transfer magnetic random access memory) 셀들을 포함하는 STT-MRAM 어레이를 포함하는 반도체 디바이스가 개시된다. STT-MRAM 셀들의 적어도 하나의 STT-MRAM 셀은 기판 위에 자기 터널 접합 서브-구조를 포함한다. 자기 터널 접합 서브-구조는 자유 영역, 고정 영역, 및 중간 산화물 영역을 포함한다. 자유 영역은 전환 가능한 수직 자기 배향을 보인다. 고정 영역은 실질적으로 고정된 수직 자기 배향을 보인다. 중간 산화물 영역은 자유 영역 및 고정 영역 사이에 있다. 다른 산화물 영역은 자유 영역에 접촉한다. 비결정질 영역은 자유 영역 및 다른 산화물 영역에 근접하다. 비결정질 영역은 붕소 및 산소를 포함한다.
도 11을 참조하면, 본 출원에 설명되는 하나 이상의 실시예에 따라 구현되는 반도체 디바이스(1100)의 간략화된 블록도가 도시된다. 반도체 디바이스(1100)은 메모리 어레이(1102) 및 제어 로직 구성요소(1104)를 포함한다. 메모리 어레이(1102)는 위에서 논의된 임의의 자기 셀 코어들(예를 들어, 자기 셀 코어들(101(도 1), 601(도 6))을 포함하는 복수의 STT-MRAM 셀(1014(도 10))을 포함할 수 있으며, 이 자기 셀 코어들(예를 들어, 자기 셀 코어들(101(도 1), 601(도 6))은 위에서 설명된 방법에 따라 형성될 수 있고 위에서 설명된 방법에 따라 작동될 수 있다. 제어 로직 구성요소(1104)는 메모리 어레이(1102) 내 임의의 또는 모든 메모리 셀(예를 들어, STT-MRAM 셀(1014(도 10))로부터 판독 또는 그것에 기록하기 위해 메모리 어레이(1102)와 작동가능하게 상호작용하도록 구성될 수 있다.
도 12를 참조하면, 프로세서-기반 시스템(1200)이 도시된다. 프로세서-기반 시스템(1200)은 본 발명의 실시예들에 따라 제조되는 다양한 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 프로세서-기반 시스템(1200)은 다양한 유형 이를테면 컴퓨터, 페이저, 셀룰러 폰, 개인용 오거나이저, 제어 회로, 또는 다른 전자 디바이스 중 임의의 것일 수 있다. 프로세서-기반 시스템(1200)은 프로세서-기반 시스템(1200)에서 시스템 기능들 및 요청들의 프로세싱을 제어하기 위한 하나 이상의 프로세서(1202), 이를테면 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(1202) 및 다른 프로세서-기반 시스템(1200)의 서브 구성요소들은 본 발명의 실시예들에 따라 제조되는 자기 메모리 디바이스들을 포함할 수 있다.
프로세서-기반 시스템(1200)은 프로세서(1202)와 작동가능하게 통신하는 전력 공급원(1204)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서-기반 시스템(1200)이 휴대용 시스템인 경우, 전력 공급원(1204)은 연료 전지, 전력 청소 디바이스, 영구 배터리들, 교체형 배터리들, 및 충전형 배터리들을 포함할 수 있다. 전력 공급원(1204)은 또한 AC 어댑터를 포함할 수 있으며; 그에 따라, 프로세서-기반 시스템(1200)은 예를 들어, 벽 콘센트에 플러깅될 수 있다. 전력 공급원(1204)은 또한 DC 어댑터를 포함할 수 있으며, 그에 따라 프로세서-기반 시스템(1200)은 예를 들어, 차량 담배 라이터 또는 차량 전력 포트에 플러깅될 수 있다.
다양한 다른 디바이스는 프로세서-기반 시스템(1200)이 수행하는 기능들에 따라 프로세서(1202)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(1206)는 프로세서(1202)에 결합될 수 있다. 사용자 인터페이스(1206)는 입력 디바이스들, 이를테면 버튼들, 스위치들, 키보드, 라이트 펜, 마우스, 디지타이저 및 스타일러스, 터치 스크린, 음성 인식 시스템, 마이크로폰, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 디스플레이(1208)가 또한 프로세서(1202)에 결합될 수 있다. 디스플레이(1208)는 LCD 디스플레이, SED 디스플레이, CRT 디스플레이, DLP 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, OLED 디스플레이, LED 디스플레이, 3차원 프로젝션, 오디오 디스플레이, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, RF 서브-시스템/기저대역 프로세서(1210)가 또한 프로세서(1202)에 결합될 수 있다. RF 서브-시스템/기저대역 프로세서(1210)는 RF 수신기 및 RF 송신기(미도시)에 결합되는 안테나를 포함할 수 있다. 통신 포트(1212), 또는 하나보다 많은 통신 포트(1212)가 또한 프로세서(1202)에 결합될 수 있다. 통신 포트(1212)는 예를 들어, 하나 이상의 주변 디바이스(1214), 이를테면 모뎀, 프린터, 컴퓨터, 스캐너, 또는 카메라에, 또는 네트워크, 이를테면 로컬 영역 네트워크, 원격 영역 네트워크, 인트라넷, 또는 인터넷에 결합되도록 적응될 수 있다.
프로세서(1202)는 메모리에 저장된 소프트웨어 프로그램들을 구현함으로써 프로세서-기반 시스템(1200)을 제어할 수 있다. 소프트웨어 프로그램들은 예를 들어, 운영 체제, 데이터베이스 소프트웨어, 드래프팅 소프트웨어, 워드 프로세싱 소프트웨어, 미디어 편집 소프트웨어, 또는 미디어 플레이 소프트웨어를 포함할 수 있다. 메모리는 다양한 프로그램의 실행을 저장하고 용이하게 하기 위해 프로세서(1202)에 작동가능하게 결합된다. 예를 들어, 프로세서(1202)는 시스템 메모리(1216)에 결합될 수 있으며, 이는 스핀 토크 전달 자기 랜덤 액세스 메모리(STT-MRAM), 자기 랜덤 액세스 메모리(MRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 레이스트랙 메모리, 및 다른 알려진 메모리 유형들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 시스템 메모리(1216)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 시스템 메모리(1216)는 그것이 동적으로 로딩된 어플리케이션들 및 데이터를 저장할 수 있도록 통상적으로 대형이다. 몇몇 실시예에서, 시스템 메모리(1216)는 반도체 디바이스들, 이를테면 반도체 디바이스(도 11의 1100), 위에서 설명된 임의의 자기 셀 코어들(101(도 1), 601(도 6))을 포함하는 메모리 셀들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다.
프로세서(1202)는 또한 비휘발성 메모리(1218)에 결합될 수 있으며, 이는 시스템 메모리(1216)가 필수적으로 휘발성일 것을 시사하지 않는다. 비휘발성 메모리(1218)는 시스템 메모리(1216)와 함께 사용될 STT-MRAM, MRAM, 판독 전용 메모리(ROM) 이를테면 EPROM, 저항성 판독 전용 메모리(RROM), 및 플래시 메모리 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(1218)의 크기는 통상적으로 임의의 필수 운영 체제, 어플리케이션 프로그램들, 및 고정된 데이터를 저장하기에 충분히 크게 선택된다. 추가적으로, 비휘발성 메모리(1218)는 예를 들어, 고용량 메모리 이를테면 디스크 드라이브 메모리, 이를테면 저항성 메모리 또는 비휘발성 고체 상태 메모리의 다른 유형들을 포함하는 하이브리드 드라이브를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(1218)는 반도체 디바이스들, 이를테면 반도체 디바이스(도 11의 1100), 위에서 설명된 임의의 자기 셀 코어들(101(도 1), 601(도 6))을 포함하는 메모리 셀들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다.
본 발명이 그것의 구현 시 다양한 변형 및 대안적인 형태의 여지가 있지만, 구체적인 실시예들이 도면들에 예로서 도시되었고 본 출원에 상세하게 설명되었다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형태들로 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명은 다음 첨부된 청구항들 및 그것들의 법적 등가물들에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 들어가는 모든 변형, 조합, 등가, 변경, 및 대안을 포함한다.

Claims (20)

  1. 반도체 디바이스로서,
    자기 셀 코어를 포함하는 적어도 하나의 메모리 셀을 포함하며, 상기 적어도 하나의 메모리 셀은:
    다음을 포함하는 자기 터널 접합(magnetic tunnel junction) 서브-구조물:
    고정 영역;
    자유 영역; 및
    상기 고정 영역 및 상기 자유 영역 간 중간 산화물 영역;
    상기 자기 터널 접합 서브-구조물에 인접한 이차 산화물 영역; 및
    상기 이차 산화물 영역에 근접하고, 산소에 결합되는 산소-게터 종을 포함하는 게터 시드 영역(getter seed region)을 포함하고,
    상기 이차 산화물 영역 및 상기 게터 시드 영역 중 적어도 하나는 확산된 종에 결합되는 다른 게터 종을 포함하는, 반도체 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자유 영역은 전구 자기 물질로 형성되며; 그리고
    상기 다른 게터 종에 결합되는 상기 확산된 종은 상기 전구 자기 물질로부터 확산되는, 반도체 디바이스.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이차 산화물 영역은 전구 산화물 물질로 형성되며; 그리고
    상기 산소-게터 종에 결합되는 상기 산소는 상기 전구 산화물 물질로부터 확산되는, 반도체 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 이차 산화물 영역은 전기적으로 전도성인, 반도체 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 산소-게터 종은 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 베릴륨(Be), 란타넘(La), 바륨(Ba), 알루미늄(Al), 및 마그네슘(Mg) 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 다른 게터 종은 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 질소(N), 하프늄(Hf), 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 디바이스.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 확산된 종은 붕소(B)를 포함하는, 반도체 디바이스.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 게터 시드 영역은 비결정질 구조를 보이는, 반도체 디바이스.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 메모리 셀은 약 1.20 (120%)보다 큰 터널 자기 저항(TMR; tunnel magnetoresistance)을 보이는, 반도체 디바이스.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 이차 산화물 영역 및 상기 게터 시드 영역은 상기 다른 게터 종을 포함하는, 반도체 디바이스.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 이차 산화물 영역 및 상기 게터 시드 영역 중 상기 적어도 하나의, 단지 상기 게터 시드 영역은 상기 다른 게터 종을 포함하는, 반도체 디바이스.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 자유 영역은 코발트(Co) 및 철(Fe)을 포함하고, 상기 자유 영역은 전환 가능한 자기 배향을 보이고;
    상기 고정 영역은 실질적으로 고정된 자기 배향을 보이고;
    상기 이차 산화물 영역은 상기 자유 영역과의 계면에 근접하여 농축되는 산소를 포함하고;
    상기 게터 시드 영역은 비결정질 구조를 보이고;
    상기 다른 게터 종은 붕소-게터 종으로서 만들어지고;
    상기 확산된 종은 붕소(B)를 포함하며; 그리고
    상기 게터 시드 영역은 상기 산소에 결합되는 상기 산소-게터 종을 포함하고, 상기 붕소-게터 종은 상기 붕소(B)에 결합되는, 반도체 디바이스.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 자유 영역 및 고정 영역은 수직 자기 배향들을 보이는, 반도체 디바이스.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 붕소-게터 종은 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 및 질소(N)를 포함하는, 메모리 셀.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메모리 셀은 어레이로 복수의 메모리 셀을 포함하고, 상기 적어도 하나의 메모리 셀은 적어도 하나의 주변 디바이스와 작동가능하게 통신하는, 반도체 디바이스.
  16. 메모리 셀을 형성하는 방법으로서,
    전구 구조물을 형성하는 단계로서,
    기판 위에 전구 게터 시드 물질을 형성하는 단계;
    상기 전구 게터 시드 물질 위에 전구 산화물 물질을 형성하는 단계;
    상기 전구 산화물 물질 위에 전구 자기 물질을 형성하는 단계; 및
    상기 전구 자기 물질의 적어도 부분을 감손된 자기 물질로 전환시키고, 상기 전구 산화물 물질의 적어도 부분을 산소-감손된 물질로 전환시키며, 그리고 상기 전구 게터 시드 물질의 적어도 부분을 농축된 게터 시드 물질로 전환시키기 위해 확산성 종을 상기 전구 자기 물질로부터 확산시키고 산소를 상기 전구 산화물 물질로부터 상기 전구 게터 시드 물질로 확산시키는 단계를 포함하는, 상기 전구 구조물을 형성하는 단계; 및
    셀 코어 구조물을 형성하기 위해 상기 전구 구조물을 패터닝하는 단계로서, 상기 셀 코어 구조물은:
    상기 농축된 게터 시드 물질로부터의 게터 시드 영역;
    상기 산소-감손된 물질로 형성되는 이차 산화물 영역; 및
    상기 감손된 자기 물질로 형성되는 자유 영역을 포함하는, 상기 전구 구조물을 패터닝하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 확산성 종을 상기 전구 자기 물질로부터 확산시키고 산소를 상기 전구 산화물 물질로부터 상기 전구 게터 시드 물질로 확산시키는 단계는 상기 확산성 종을 상기 전구 자기 물질로부터 상기 전구 산화물 물질을 통해 상기 전구 게터 물질로 확산시키는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 전구 게터 시드 물질 위에 전구 산화물 물질을 형성하는 단계는 상기 확산성 종에 대해 화학 친화도를 갖는 게터 종을 산화 물질에 편입시키는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    전구 게터 시드 물질을 형성하는 단계는 상기 기판 위에 비결정질 전구 게터 시드 물질을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 비결정질 전구 게터 시드 물질은 붕소-게터 종 및 산소-게터 종을 포함하고;
    전구 자기 물질을 형성하는 단계는 붕소를 포함하는 전구 자기 물질을 형성하는 단계를 포함하고;
    상기 전구 자기 물질 위에 다른 산화물 물질을 형성하는 단계를 더 포함하며; 그리고
    확산성 종을 상기 전구 자기 물질로부터 확산시키고 산소를 상기 전구 산화물 물질로부터 확산시키는 단계는 상기 전구 자기 물질로부터의 상기 붕소를 상기 비결정질 전구 게터 시드 물질의 상기 붕소-게터 종과 반응시키고 상기 전구 산화물 물질로부터의 산소를 상기 비결정질 전구 게터 시드 물질의 상기 산소-게터 종과 반응시키기 위해 적어도 상기 전구 자기 물질 및 상기 전구 산화물 물질을 어닐링하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 기판 위에 비결정질 전구 게터 시드 물질을 형성하는 단계는 동시에:
    스퍼터 타겟으로부터 상기 붕소-게터 종을 스퍼터링하는 단계; 및
    다른 스퍼터 타겟으로부터 상기 산소-게터 종을 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 방법.
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