(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング可能な磁性配向を示す磁性領域と、
固定された磁性配向を示す別の磁性領域と、
前記磁性領域と前記別の磁性領域との間の中間酸化物領域と、
前記磁性領域によって前記中間酸化物領域から離隔されており、前記中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する、別の酸化物領域と、
前記別の酸化物領域に近接しており、酸素と金属とを含むゲッター領域と、
を含む
磁性セルコアを含む、少なくとも一つのメモリセルを含み、
前記金属の金属酸化物は、生成熱が、前記別の酸化物領域の前記酸化物の生成熱よりも小さい、
半導体デバイス。
【請求項２】
スイッチング可能な磁性配向を示す磁性領域と、
固定された磁性配向を示す別の磁性領域と、
前記磁性領域と前記別の磁性領域との間の中間酸化物領域と、
前記磁性領域によって前記中間酸化物領域から離隔されており、前記中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する、別の酸化物領域と、
前記別の酸化物領域に近接しており、酸素と金属とを含むゲッター領域と、
を含む
磁性セルコアを含む、少なくとも一つのメモリセルを含み、
前記ゲッター領域は、前記別の酸化物領域の内部にある、
半導体デバイス。
【請求項３】
スイッチング可能な磁性配向を示す磁性領域と、
固定された磁性配向を示す別の磁性領域と、
前記磁性領域と前記別の磁性領域との間の中間酸化物領域と、
前記磁性領域によって前記中間酸化物領域から離隔されており、前記中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する、別の酸化物領域と、
前記別の酸化物領域に近接しており、酸素と金属とを含むゲッター領域と、
を含む
磁性セルコアを含む、少なくとも一つのメモリセルを含み、
前記ゲッター領域は、カルシウム化合物を含む、
半導体デバイス。
【請求項４】
前記金属の金属酸化物は、生成熱が、前記別の酸化物領域の酸化物の生成熱よりも約１０％未満までしか大きくはない、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記金属の金属酸化物は、前記生成熱が、前記別の酸化物領域の前記酸化物の生成熱よりも小さい、
請求項２又は３に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記中間酸化物領域と前記別の酸化物領域は、同一の酸化物材料から形成されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記別の酸化物領域は、前記中間酸化物領域よりも低い酸素濃度を有する、
請求項６に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記ゲッター領域は、前記別の酸化物領域に直接隣接している、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記ゲッター領域は、前記別の酸化物領域の内部にある、
請求項１又は３に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記別の酸化物領域は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含み、
前記ゲッター領域は、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、バリウム（Ｂａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびそれらの化合物のうちの少なくとも一つを含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記ゲッター領域は、カルシウム化合物を含む、
請求項１又は２に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記別の酸化物領域の電気抵抗は、前記中間酸化物領域の電気抵抗の５０％よりも小さい、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記ゲッター領域の前記金属の金属酸化物の生成熱は、約−５．６６（ｅＶ）よりも小さい、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのメモリセルは、アレイ状の複数のメモリセルを含み、前記少なくとも一つのメモリセルは、少なくとも一つの周辺デバイスと動作可能に接続している、
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
磁性メモリセルを形成する方法であって、
中間酸化物領域と別の酸化物領域との間に自由領域を形成することと、
前記別の酸化物領域に近接してゲッター材料を形成することと、
前記別の酸化物領域から前記ゲッター材料に酸素を移動させて前記別の酸化物領域の電気抵抗を低下させることと、
を含み、
前記別の酸化物領域に近接してゲッター材料を形成することは、
前記別の酸化物領域のうちの下部酸化物サブ領域を形成することと、
前記下部酸化物サブ領域の上に前記ゲッター材料を形成することと、
前記ゲッター材料の上に前記別の酸化物領域のうちの上部酸化物サブ領域を形成することと、
を含む、
方法。
【請求項１６】
前記自由領域および前記ゲッター材料を形成することは、
基板の上に前記下部酸化物サブ領域を形成することと、
前記下部酸化物サブ領域の上に前記ゲッター材料を形成することと、
前記ゲッター材料の上に前記上部酸化物サブ領域を形成することと、
前記上部酸化物サブ領域の上に前記自由領域を形成することと、
前記自由領域の上に前記中間酸化物領域を形成することと、
を含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記自由領域および前記ゲッター材料を形成することは、
基板の上に前記中間酸化物領域を形成することと、
前記中間酸化物領域の上に前記自由領域を形成することと、
前記自由領域の上に前記下部酸化物サブ領域を形成することと、
前記下部酸化物サブ領域の上に前記ゲッター材料を形成することと、
前記ゲッター材料の上に前記上部酸化物サブ領域を形成することと、
を含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記別の酸化物領域から前記ゲッター材料へと酸素を移動させることは、前記別の酸化物領域と前記ゲッター材料とをアニーリングすることを含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記別の酸化物領域から前記ゲッター材料へと酸素を移動させることは、前記別の酸化物領域から前記ゲッター材料へと前記酸素の一部を移動させることを含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記中間酸化物領域に隣接して固定領域を形成することをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
金属酸化物の生成熱が、前記別の酸化物領域の酸化物の生成熱よりも約１０％までしか高くはないように、前記ゲッター材料を選択することをさらに含む、
請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年９月１３日に出願された米国特許出願整理番号１４／０２６，６２７“ＭＥＭＯＲＹ ＣＥＬＬＳ，ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ，ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＤＥＶＩＣＥＳ，ＭＥＭＯＲＹ  ＳＹＳＴＥＭＳ，ＡＮＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＳＹＳＴＥＭＳ”の出願日の利益を享受する権利を主張する。
【０００２】
本開示は、種々の実施形態において、概して、メモリデバイスの設計および製造の分野に関する。より詳細には、本開示は、スピントルクトランスファー磁気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する。
【背景技術】
【０００３】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、磁気抵抗に基づいた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、スピントルクトランスファーＭＲＡＭ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）セルであり、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、基板によって支持される磁性セルコアを含む。磁性セルコアは、例えば、“固定領域（ｆｉｘｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）”および“自由領域（ｆｒｅｅ  ｒｅｇｉｏｎ）”など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（例えば、トンネルバリア領域として構成された酸化物領域）を有する。自由領域および固定領域は、その領域の幅にわたって、水平方向に配向される（“平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）”）か、または垂直方向に配向された（“平面外（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ）”）磁性配向（方位、ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を示すことがある。固定領域は、実質的に固定された（例えば、スイッチングできない）磁性配向を有する磁性材料を含む。一方、自由領域は、“平行な”配置と“反平行な”配置との間でセル動作中に、スイッチングされ得る磁性配向を有する磁性材料を含む。平行な配置においては、固定領域および自由領域の磁性配向は、同一方向に向けられる（例えば、其々、北と北、東と東、南と南または西と西）。反平行な配置においては、固定領域および自由領域の磁性配向は、逆方向に向けられる（例えば、其々、北と南、東と西、南と北、または西と東）。平行な配置においては、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、磁気抵抗素子（例えば、固定領域および自由領域）にわたって、より低い電気抵抗を示す。この低電気抵抗状態は、ＭＲＡＭセルの“０”の論理状態として定義されてもよい。反平行な配置においては、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、磁気抵抗素子にわたって、より高い電気抵抗を示す。この高電気抵抗状態は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの“１”の論理状態として定義されてもよい。
【０００４】
自由領域の磁性配向のスイッチングは、磁性セルコアおよびその中の固定領域と自由領域にプログラミング電流を通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させ、スピン分極した電流がコアを通ると、トルクが作り出される。スピン分極した電子流は、自由領域にトルクを及ぼす。コアを通るスピン分極した電子流のトルクが、自由領域の臨界スイッチング電流密度（Ｊｃ）よりも大きいとき、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できる。結果として生じる、磁気抵抗素子にわたる高電気抵抗状態または低電気抵抗状態は、ＭＲＡＭセルの書き込みおよび読み出し動作を可能とする。平行な配置および反平行な配置のうち所望の論理状態に関連付けられた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、自由領域の磁性配向は、“保存（ｓｔｏｒａｇｅ）”段階（ステージ）の間、ＭＲＡＭセルが異なる配置（即ち、異なる論理状態）へと上書きされることになるまで、保持されることが通常望ましい。
【０００５】
幾つかのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、自由領域と固定領域との間の酸化物領域（“中間酸化物領域”）に加えて、別の酸化物領域を含む。自由領域は、中間酸化物領域と別の酸化物領域との間にあってもよい。自由領域の二つの酸化物領域への接触は、自由領域の磁性異方性（“ＭＡ”）強度を増加させることがある。例えば、酸化物領域は、例えば自由領域などの隣接している材料に対する表面／界面ＭＡを誘起するように、構成されてもよい。ＭＡは、磁性材料の磁性特性の、方向依存性の指標である。したがって、ＭＡは、材料の磁性配向の強度の指標でもあり、その材料の、磁性配向の変化のしにくさの指標でもある。高いＭＡ強度を有する磁性配向を示す磁性材料は、より低いＭＡ強度を有する磁性配向を示す磁性材料よりも、その磁性配向の変化を生じにくい可能性がある。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、保存中に、より安定である可能性がある。
【０００６】
唯一つの酸化物領域（即ち、中間酸化物領域）のみに隣接する自由領域と比較すると、二つの酸化物領域が自由領域のＭＡ強度を増加させることがあるが、磁性セルコア内に追加された酸化物材料の量は、コアの電気抵抗（例えば、直列抵抗）を増加させることがあり、それによって、唯一つの酸化物領域（即ち、中間酸化物領域）のみを含むセルコアと比較すると、セルの実効的な磁性抵抗（例えば、トンネル磁性抵抗）を低下させる。電気抵抗の増加は、セルの抵抗面積（“ＲＡ”）も増加させ、プログラミング中に自由領域の磁性配向をスイッチングするために必要とされる電圧を増加させることがある。実効的な磁性抵抗の減少がセルの性能を低下させることがあるのとともに、ＲＡの増加およびプログラミング電圧の増加セルの性能を低下させることがある。したがって、磁性抵抗（例えば、トンネル磁性抵抗）、ＲＡおよびプログラミング電圧などの他の特性を劣化させることなく、高いＭＡ強度のために自由領域の周囲に二つの酸化物領域を有するようにＳＴＴ−ＭＲＡＭセルを形成することは、課題を提示してきた。
【発明の概要】
【０００７】
メモリセルが開示される。メモリセルは磁性セルコアを含む。磁性セルコアは、スイッチング可能な磁性配向を示す磁性領域と、固定された磁性配向を示す別の磁性領域と、前記磁性領域と前記別の磁性領域との間の中間酸化物領域と、を含む。別の酸化物領域は、前記磁性領域によって中間酸化物領域から離隔されており、中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する。ゲッター領域が、前記別の酸化物領域に近接しており、酸素および金属を含む。
【０００８】
磁性メモリセルの形成方法も開示される。方法は、中間酸化物領域と別の酸化物領域との間に自由領域を形成することを含む。ゲッター材料が、前記別の酸化物領域に近接して形成される。酸素が、前記別の酸化物領域からゲッター材料へと移動させられて、前記別の酸化物領域の電気抵抗を低下させる。
【０００９】
スピントルクトランスファー磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）システムも開示される。ＳＴＴ−ＭＲＡＭシステムは、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、一対の磁性領域と、一対の酸化物領域とを含む。磁性領域の対は、スイッチング可能な磁性配向を示す磁性領域と、固定された磁性配向を示す別の磁性領域とを含む。酸化物領域の対は、中間酸化物領域と別の酸化物領域とを含む。中間酸化物領域は、前記磁性領域と前記別の磁性領域との間にある。前記別の酸化物領域は、中間酸化物領域と前記磁性領域との間の界面に対向する、前記磁性領域の表面に隣接する。前記別の酸化物領域は、中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する。ゲッター領域は、前記別の酸化物領域に近接しており、金属と酸素とを含む。少なくとも一つの周辺デバイスが、前記少なくとも一つのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルと、動作可能に接続している。アクセストランジスタ、ビット線、ワード線、ソース線のうちの少なくとも一つが、前記少なくとも一つのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルと、動作可能に接続している。
【００１０】
半導体デバイスも開示される。半導体デバイスは、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルを含むスピントルクトランスファー磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）アレイを含む。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルのうちの少なくとも一つのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、自由領域と固定領域との間の中間酸化物領域を含む。別の酸化物領域は自由領域に隣接し、中間酸化物領域から離隔される。前記別の酸化物領域は、中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する。ゲッター領域は、前記別の酸化物領域に近接しており、金属酸化物の生成熱が前記別の酸化物領域の酸化物の生成熱よりも１０％未満までしか大きくはない金属を含む。
【００１１】
少なくとも一つのプロセッサを含む電子システムも開示される。前記少なくとも一つのプロセッサは、少なくとも一つの磁性メモリセルを含む。前記少なくとも一つの磁性メモリセルは、固定された磁性配向を示す固定領域と、固定領域に隣接する中間酸化物領域と、中間酸化物領域に隣接する自由領域とを含む。自由領域は、スイッチング可能な磁性配向を示す。別の酸化物領域は自由領域に隣接し、ゲッター材料が前記別の酸化物領域に近接している。ゲッター材料は、金属と酸素とを含む。前記金属の金属酸化物は、生成熱が、前記別の酸化物領域の酸化物の生成熱よりも約１０％未満までしか大きくはない。電源が、前記少なくとも一つのプロセッサと、動作可能に接続している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態による磁性セル構造の概略断面立面図であり、ゲッター領域はベース酸化物領域に隣接している。
【図１Ａ】図１の長方形ＡＢの拡大図であり、本開示の一実施形態に従い、図１の磁性セル構造の自由領域および固定領域が垂直方向の磁性配向を示す。
【図１Ｂ】図１の長方形ＡＢの拡大図であり、本開示の一実施形態に従い、図１の磁性セル構造の自由領域および固定領域が水平方向の磁性配向を示す。
【図２】本開示の一実施形態による磁性セル構造の概略断面立面図であって、ゲッター領域はベース酸化物領域内にある。
【図３】酸化物領域から近接するゲッター領域への酸素の移動前の、加工段階中の、磁性セル構造の部分的な概略断面立面図である。
【図４】図３の加工段階の後、かつ、酸化物領域から近接するゲッター領域への酸素の移動後の、加工段階中の、磁性セル構造の部分的な概略断面立面図である。
【図５】本開示の一実施形態による磁性セル構造の概略断面立面図であり、ゲッター領域は、自由領域の上にあるキャップ酸化物領域に隣接し、かつ、キャップ酸化物領域の上にある。
【図６】本開示の一実施形態による磁性セル構造の部分的な概略断面立面図であり、ゲッター領域は、ベース酸化物領域に間接的に隣接している。
【図７】本開示の一実施形態による磁性セル構造の部分的な概略断面立面図であり、ゲッター領域はベース酸化物領域を側面から包囲している。
【図８】直線８−８に沿って描かれた図７の構造の平面図である。
【図９】本開示の一実施形態による磁性セル構造を有するメモリセルを含むＳＴＴ−ＭＲＡＭシステムの概略図である。
【図１０】本開示の一実施形態による磁性セル構造を有するメモリセルを含む半導体デバイス構造の簡略化ブロック図である。
【図１１】本開示の一つ以上の実施形態により実現されるシステムの簡略化ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
メモリセル、メモリセルの形成方法、半導体デバイス、メモリシステムおよび電子システムが開示される。メモリセルは、二つの酸化物領域の間に、磁性材料から形成された磁性領域（例えば、自由領域）を含み、二つの酸化物領域の双方は、磁性異方性（“ＭＡ”）誘起領域であってもよい。例えば、自由領域と別の磁性領域（例えば、固定領域）との間に配置され、“中間酸化物領域”と本明細書で称される酸化物領域のうちの一つは、メモリセルのトンネルバリアとして機能するように構成されてもよい。本明細書で“第二の酸化物領域”と称される他方の酸化物領域は、トンネルバリアとして機能するように構成されなくてもよい。ゲッター材料は、第二の酸化物領域に近接し、かつ、第二の酸化物領域から酸素を除去するように調製され、第二の酸化物領域の電気抵抗を低下させ、それによって、メモリセルの実効的な磁性抵抗の実質的な低下を回避する。第二の酸化物領域の電気抵抗は、中間酸化物領域の電気抵抗の約５０％よりも小さく（例えば、約１％から約２０％の間）てもよい。幾つかの実施形態においては、第二の酸化物領域は、ゲッター材料による酸素の除去の結果として、導電性になる可能性がある。したがって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル全体の電気抵抗は、第二の酸化物領域に近接するゲッター材料を欠くＳＴＴ−ＭＲＡＭセルと比較すると、減少してもよい。さらに、電気抵抗の低下は、セルの磁性抵抗の低下を回避し、それによって、第二の酸化物領域に近接するゲッター材料を有するＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、このようなゲッター材料領域を欠くＳＴＴ−ＭＲＡＭセルと比較すると、より高い実効的な磁性抵抗を有してもよい。それにもかかわらず、ゲッターを含むＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの二つの酸化物領域は、やはり自由領域にＭＡを誘起し得る。したがって、ＭＡ強度は低下しないかもしれないが、電気抵抗は低下して、最大のトンネリング磁性抵抗と、小さな抵抗面積（“ＲＡ”）積と、低いプログラミング電圧の使用とを可能にする。
【００１４】
本明細書で用いられるように、“基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）”という用語は、メモリセル内のコンポーネントなどの諸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し、含む。基板は、半導体基板、支持構造上のベース半導体材料、金属電極、または、その上に形成された材料、構造もしくは領域のうちの一つ以上を有する半導体基板であってもよい。基板は、従来のシリコン基板、または半導電性材料を含む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”という用語は、シリコンウェーハだけではなく、例えばシリコン・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、ベース半導体の下地の上のシリコンのエピタキシャル層、または、例えばシリコン・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なども意味し、含む。さらに、以下の説明において“基板”に対して参照が行われるときには、それ以前の処理段階は、ベース半導体の構造または下地内の材料、領域または接合を形成するために利用されたのであってもよい。
【００１５】
本明細書で用いられるように、“ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ  ｃｅｌｌ）”という用語は、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性セルコアを含む磁性セル構造を意味し、含む。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、磁性トンネル接合（“ＭＴＪ”）配置の形で構成されてもよく、ＭＴＪ配置において、非磁性領域は、酸化物などの電気的に絶縁性の（例えば、誘電性の）材料を含む。自由領域と固定領域との間に配置された、このような電気的に絶縁性の酸化物の非磁性領域は、本明細書では、“中間酸化物領域（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｏｘｉｄｅ  ｒｅｇｉｏｎ）”と称される。
【００１６】
本明細書で用いられるように、“磁性セルコア（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｅｌｌ  ｃｏｒｅ）”という用語は、自由領域および固定領域を含むメモリセル構造であって、メモリセルの使用および動作中に、自由領域および固定領域の磁性配向の平行または反平行な配置を引き起こすように、そこに電流を通す（即ち、流す）ことのできるメモリセル構造を、意味し、含む。
【００１７】
本明細書で用いられるように、“磁性領域（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｇｉｏｎ）”という用語は、磁性を示す領域を意味する。磁性領域は、磁性材料を含み、さらに一つ以上の非磁性材料を含むこともある。
【００１８】
本明細書で用いられるように、“磁性材料（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）”という用語は、強磁性材料、フェリ磁性材料、反強磁性材料、常磁性材料を意味し、含む。
【００１９】
本明細書で用いられるように、“ＣｏＦｅＢ材料（ＣｏＦｅＢ  ｍａｔｅｒｉａｌ）”という用語は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）およびホウ素（Ｂ）を含む材料（例えば、ＣｏｘＦｅｙＢｚであり、ｘ＝１０から８０、ｙ＝１０から８０、ｚ＝０から５０である）を意味し、含む。ＣｏＦｅＢ材料は、その形状（例えば、その厚さ）によって、磁性を示すこともあるし、磁性を示さないこともある。
【００２０】
本明細書で用いられるように、“固定領域（ｆｉｘｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）”という用語は、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性配向を有するＳＴＴ−ＭＲＡＭセル内の磁性領域のことを意味し、含み、その固定とは、セルコアのうちの一つの磁性領域、例えば、自由領域の、磁化方向内の変化をもたらす電流または印加された電界が、固定領域の磁化方向内の変化をもたらさないかもしれない、という意味においてである。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、磁性サブ領域同士によって結びつけられたルテニウム（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。磁性サブ領域の各々は、一つ以上の材料および一つ以上の領域をその中に含んでもよい。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、一様な磁化を有することもあるし、あるいは、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ような、相異なる磁化のサブ領域を有してもよい。
【００２１】
本明細書で用いられるように、“自由領域（ｆｒｅｅ  ｒｅｇｉｏｎ）”という用語は、磁性材料を含み、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの使用中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、平行な配置と反平行な配置との間でスイッチングされてもよい。
【００２２】
本明細書で用いられるように、“スイッチング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）”という用語は、自由領域および固定領域の磁性配向の平行な配置または反平行な配置をもたらすために、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの磁性セルコアにプログラミング電流が通されているメモリセルの使用および動作の段階を意味し、含む。
【００２３】
本明細書で用いられるように、“保存（ｓｔｏｒａｇｅ）”という用語は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの磁性セルコアにプログラミング電流が通されておらず、かつ、自由領域および固定領域の磁性配向の平行な配置または反平行な配置が故意に変化しない間の、メモリセルの使用および動作段階のことを意味し、含む。
【００２４】
本明細書で用いられるように、“垂直方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ）”という用語は、其々の領域の幅および長さに垂直な方向を意味し、含む。“垂直方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ）”とは、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルが配置される基板の主表面に対して垂直な方向も意味し、含む。
【００２５】
本明細書で用いられるように、“水平方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）”という用語は、其々の領域の幅および長さのうちの少なくとも一つに平行な方向を意味し、含む。“水平方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）”とは、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルが配置される基板の主表面に平行な方向も意味し、含む。
【００２６】
本明細書で用いられるように、“サブ領域（ｓｕｂ−ｒｅｇｉｏｎ）”という用語は、別の領域に含まれる領域を意味し、含む。このように、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ともに、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。
【００２７】
本明細書で用いられるように、“間（ｂｅｔｗｅｅｎ）”という用語は、少なくとも二つの他の材料、領域またはサブ領域について、一つの材料、領域またはサブ領域の相対的配置を記述するために使用される空間的相対用語である。“間（ｂｅｔｗｅｅｎ）”という用語は、前記の他の材料、領域またはサブ領域に直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、前記の他の材料、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する可能性がある。
【００２８】
本明細書で用いられるように、“近接する（ｐｒｏｘｉｍａｔｅ  ｔｏ）”という用語は、別の材料、領域、またはサブ領域の近くの、ある材料、領域またはサブ領域の配置を記述するために使用される空間的相対用語である。“近接する（ｐｒｏｘｉｍａｔｅ）”という用語は、間接的に隣接する配置、直接的に隣接する配置および内部にある配置を含む。
【００２９】
本明細書で用いられるように、他の構成要素の“上（ｏｎ）”または“上方（ｏｖｅｒ）”にあるものとして一要素に言及することは、当該他の構成要素の上部に直接的に接して存在するか、当該他の構成要素と直接的に隣接するか、当該他の構成要素の直接下にあるか、または当該他の構成要素と直接的に接触している構成要素を意味し、含む。また、間に別の構成要素を置いて、上記他の構成要素の上部に間接的に存在するか、間接的に上記他の構成要素に隣接するか、間接的に上記他の構成要素の下にあるか、または上記他の構成要素の近傍にある構成要素も含む。対照的に、ある構成要素が、別の構成要素の“直接上にある（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）”または別の構成要素に“直接隣接している（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ  ｔｏ）”ものとして言及されるとき、介在する構成要素は存在しない。
【００３０】
本明細書で用いられるように、“下（ｂｅｎｅａｔｈ）”、“下（ｂｅｌｏｗ）”、“下部（ｌｏｗｅｒ）”、“底部（ｂｏｔｔｏｍ）”、“上（ａｂｏｖｅ）”、“上部（ｕｐｐｅｒ）”、“上部（ｔｏｐ）”、“前（ｆｒｏｎｔ）”、“後ろ（ｒｅａｒ）”、“左（ｌｅｆｔ）”、“右（ｒｉｇｈｔ）”などの他の空間的相対用語は、図面に示されるような、他の（一つもしくは複数の）構成要素または（一つもしくは複数の）形体に対する、ある構成要素または形体の関係を記述するために、記述を容易にするために用いられることがある。特に別段の指定がされない限りは、これらの空間的相対用語は、図面に示されるような方向に加えて、材料の別の方向も包含することを意図される。例えば、図面内の材料が反転される場合、他の構成要素または形体の“下（ｂｅｌｏｗ）”または“下（ｂｅｎｅａｔｈ）”または“下（ｕｎｄｅｒ）”または“底部（ｏｎ  ｂｏｔｔｏｍ  ｏｆ）”にあるものとして記述されている構成要素は、今度は、他の構成要素または形体の“上（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（ｂｅｌｏｗ）”という用語は、その用語が用いられる文脈によっては、上および下の方向づけの双方を包含することができ、そのことは、当業者に明らかであろう。材料は、他の方法で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相対記述語は、それに従って解釈される。
【００３１】
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）”という用語は、言及される特徴、領域、整数、段階、動作、構成要素、材料、コンポーネントおよび／または集合の存在を特定するものであるが、一つ以上の他の特徴、領域、整数、段階、動作、構成要素、材料、コンポーネントおよび／またはそれらの集合の存在または追加を排除することはない。
【００３２】
本明細書で用いられるように、“および／または（ａｎｄ／ｏｒ）”は、関連付けられ列挙された項目のうちの一つ以上のものの、ありとあらゆる組み合わせを含む。
【００３３】
本明細書で用いられるように、“一つの（ａ）”、“一つの（ａｎ）”および“その（ｔｈｅ）”という単数形は、そうではないと文脈から明確に示されない限りは、複数形をさらに含むことを意図される。
【００３４】
本明細書に提示される図面は、いかなる特定のコンポーネント、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もなく、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的表現に過ぎない。
【００３５】
実施形態は、概略図である断面図を参照して、本明細書に記述される。したがって、例えば、製造技法および／または許容誤差の結果としての、図面の形状からの変形が予測されるべきである。したがって、本明細書に記述される実施形態は、図示された特定の形状または領域に限定すると解釈されるべきではなく、例えば、製造技法に起因する、形状におけるずれを含んでもよい。例えば、箱形として図示されるかまたは記述される領域は、でこぼこの形体および／または直線的でない形体を有することがある。さらに、図示される鋭い角は、丸みを帯びていることがある。このように、図面に示される材料、特徴および領域は、本質的に概略であって、これらの形状は、材料、特徴または領域の正確な形状を図示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ことはない。
【００３６】
以下の記述は、開示されるデバイスおよび方法の実施形態についての十分な理解を提供するために、材料の種類および処理条件などの具体的詳細事項を提供する。しかしながら、これらの具体的詳細事項を使用しなくても、デバイスおよび方法の実施形態が実現され得ることを、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、本産業で使用される従来の半導体製造技法と組み合わせて実現されることがある。
【００３７】
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、当業者には既知のものである。したがって、本デバイスおよび本方法の実施形態を理解するのに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。
【００３８】
特に別段の指定がされない限りは、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”）またはエピタキシャル成長を含むがそのいずれにも限定はされない任意の好適な技法によって、形成されてもよい。形成されることになる特定の材料によっては、材料を堆積するかまたは成長させるための技法は、当業者によって選択されてもよい。
【００３９】
特に別段の指定がされない限りは、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、研磨による平坦化、または他の既知の方法を含むがそのいずれにも限定はされない任意の好適な技法によって、達成されてもよい。
【００４０】
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示す。図面は、必ずしも同じ縮尺で描かれるとは限らない。
【００４１】
メモリセルが開示される。メモリセルは、中間酸化物領域と第二の酸化物領域とを含む二つの酸化物領域の間に配置された自由領域を含む磁性セルコアを含む。双方の領域は、自由領域にＭＡ（磁性異方性）を誘起するように構成されてもよい。中間酸化物領域は、トンネルバリアとして機能するようにも構成されてもよい。ゲッター材料は、第二の酸化物領域に近接している。ゲッター材料は、第二の酸化物領域の酸化物材料の酸素に対する化学親和性よりも大きいか、それとほぼ等しい酸素に対する化学親和性を有する。例えば、ゲッター材料は、その金属からの金属酸化物の生成熱が第二の酸化物領域の酸化物の生成熱よりも低い（例えば、より負の方向に大きい）金属で、形成されてもよい。したがって、ゲッター材料は、第二の酸化物領域から酸素を除去するように調製され、第二の酸化物領域内の酸素濃度を低下させ、それによって、第二の酸化物領域の電気抵抗を低下させる。電気抵抗の低下は、ゲッター物質のないＳＴＴ−ＭＲＡＭセルと比較すると、より高い磁気抵抗と、より小さなＲＡ（抵抗面積）積と、より低いプログラミング電圧とを可能とする。したがって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、二つのＭＡ誘起領域を含むように形成されてもよく、それにより、トンネル磁気抵抗、ＲＡ積またはプログラミング電圧を悪化させることなく、高いＭＡ強度を提供する。
【００４２】
図１は、本開示による磁性セル構造１００の一実施形態を示す。磁性セル構造１００は、基板１０２の上の磁性セルコア１０１を含む。磁性セルコア１０１は、上方の上部電極１０４と下方の下部電極１０５との間に配置されてもよい。導電性材料は、上部電極１０４および下部電極１０５のうちのいずれかまたはその双方が形成され、この導電性材料は、限定はしないが、例えば、金属（例えば、銅、タングステン、チタン、タンタル）、金属合金、もしくはその組み合わせを含んでもよく、実質的に金属（例えば、銅、タングステン、チタン、タンタル）、金属合金、もしくはその組み合わせのみから成っていてもよく、または、金属（例えば、銅、タングステン、チタン、タンタル）、金属合金、もしくはその組み合わせのみから成っていてもよい。
【００４３】
磁性セルコア１０１は、例えば、“固定領域”１１０および“自由領域”１２０などの、少なくとも二つの磁性領域を含む。自由領域１２０および固定領域１１０は、例えばＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉもしくはこれらの合金であるＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅなどの強磁性材料、または、ＣｏＸ、ＣｏＦｅＸ、ＣｏＮｉＦｅＸ（Ｘ＝Ｂ，Ｃｕ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃ）などのドープされた合金、または、例えば、ＮｉＭｎＳｂおよびＰｔＭｎＳｂなどの他のハーフメタリック（ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌｌｉｃ）強磁性材料から形成されてもよいし、こうしたものを含んでもよいし、本質的にこうしたもののみから成ってもよいし、または、こうしたもののみから成っていてもよい。幾つかの実施形態においては、例えば、自由領域１２０、固定領域１１０またはその双方は、ＣｏｘＦｅｙＢｚから、全体としてまたは部分的に形成されてもよく、ここでｘは１０から８０で、ｙは１０から８０で、ｚは０から５０である。他の実施形態においては、自由領域１２０、固定領域１１０またはその双方は、鉄（Ｆｅ）およびホウ素（Ｂ）で、全体としてまたは部分的に形成されてもよく、かつ、コバルト（Ｃｏ）を含まなくてもよい。自由領域１２０および固定領域１１０の組成および構造（例えば、厚さおよび他の物理的寸法）は、同一であってもよいし、異なってもよい。
【００４４】
代替的または追加的に、幾つかの実施形態においては、自由領域１２０、固定領域１１０、またはその双方は、複数の材料で形成されるか、複数の材料を含んでもよく、複数の材料のうちのいくつかは、磁性材料であってもよく、複数の材料のうちのいくつかは、非磁性材料であってもよい。例えば、このような複数材料の自由領域、固定領域またはその双方のうちのいくつかは、複数のサブ領域を含んでもよい。例えば、限定はしないが、自由領域１２０、固定領域１１０またはその双方は、コバルトおよびプラチナの繰り返しサブ領域から形成されるか、コバルトおよびプラチナの繰り返しサブ領域を含んでもよく、プラチナのサブ領域は、コバルトのサブ領域同士の間に配置されてもよい。別の例として、限定はしないが、自由領域１２０、固定領域１１０またはその双方は、コバルトおよびニッケルの繰り返しサブ領域を含んでもよく、ニッケルのサブ領域は、コバルトのサブ領域同士の間に配置されてもよい。したがって、固定領域１１０および自由領域１２０のいずれかまたはその双方は、同種のもので形成されてもよく、または、任意で、磁性材料とさらに任意で非磁性材料（例えばカップリング剤）のサブ領域を、一つより多く含むように形成されてもよい。
【００４５】
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の双方は、例えば、ＣｏＦｅＢ材料などの同一の材料から、全体としてまたは部分的に形成されてもよい。しかしながら、このような幾つかの実施形態においては、Ｃｏ：Ｆｅ：Ｂの相対的な原子比は、固定領域１１０および自由領域１２０において異なる可能性がある。固定領域１１０および自由領域１２０のうちの一方またはその双方は、互いに同一の元素を含むがそれらのサブ領域中の元素の相対的な原子比同士は異なるような、磁性材料の複数のサブ領域を含んでもよい。例えば、限定はしないが、自由領域１２０のサブ領域は、自由領域１２０の別のサブ領域よりも、ＣｏＦｅと比較すると、より低い濃度のホウ素（Ｂ）を有してもよい。
【００４６】
幾つかの実施形態においては、本開示の実施形態のメモリセルは、平面外ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルとして構成されてもよい。“平面外”ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、主に垂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の長方形ＡＢの図である図１Ａに示されるように、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垂直方向の磁性配向を示すように構成されてもよい。示された垂直方向の磁性配向は、垂直方向磁性異方性（“ＰＭＡ”）強度によって特徴づけられることがある。矢印１１２Ａおよび両矢印１２２Ａによって図１Ａ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、垂直方向の磁性配向を示すことがある。固定領域１１０の磁性配向は、例えば、図１Ａの矢印１１２Ａによって示される方向、というように、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの動作中ずっと、本質的に同一の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１Ａの両矢印１２２Ａによって示されるように、平行な配置と反平行な配置との間で、セルの動作中にスイッチングされてもよい。
【００４７】
他の実施形態においては、本開示の実施形態のメモリセルは、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、主に水平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の長方形ＡＢの図である図１Ｂに示されるように、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水平方向の磁性配向を示すように構成されてもよい。示された水平方向の配向は、水平方向磁性異方性（“ＨＭＡ”）強度によって特徴づけられることがある。矢印１１２Ｂおよび両矢印１２２Ｂによって図１Ｂ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、水平方向の磁性配向を示すことがある。固定領域１１０の磁性配向は、例えば、図１Ｂの矢印１１２Ｂによって示される方向、というように、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルの動作中ずっと、本質的に同一の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１Ｂの両矢印１２２Ｂによって示されるように、平行な配置と反平行な配置との間で、セルの動作中に、スイッチングされてもよい。
【００４８】
引き続き図１を参照すると、中間酸化物領域１３０は、自由領域１２０および固定領域１１０の間に配置されてもよい。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、界面１３２に沿って自由領域１２０と接触することがある。中間酸化物領域１３０は、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）もしくは他の従来のトンネルバリア領域の酸化物材料などの非磁性酸化物材料から形成されるか、こうした非磁性酸化物材料を含むか、本質的にこうした非磁性酸化物材料のみから成るか、または、こうした非磁性酸化物材料のみから成っていてもよい。一つ以上の非磁性酸化物材料が含まれてもよい。幾つかの実施形態においては、追加の非酸化物材料が含まれてもよい。したがって、中間酸化物領域１３０は、同種のものでできた領域として形成されてもよいし、または、異種のものでできた混合物を有する領域として形成されてもよいし、もしくは一つ以上の材料の個別のサブ領域を有する領域として、形成されてもよい。
【００４９】
一つ以上の下部中間領域１４０は、任意で、下部電極１０５の上、かつ、固定領域１１０と自由領域１２０との下に配置されてもよい。下部中間領域１４０は、被覆材料がその上に形成されるような平坦なテンプレートを提供するように、かつ、所望の結晶構造での被覆材料の形成を可能とするように、調製され構成された下地材料を含んでもよい。下部中間領域１４０は、下部電極１０５と、下部中間領域１４０を被覆する材料との間で、メモリセルの動作中に拡散を抑制するように構成された材料を代替的または追加的に含んでもよい。例えば、限定はしないが、下部中間領域１４０は、コバルト（Ｃｏ）および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも一つ（例えば、ＣｏＦｅＢ材料）か、非磁性材料（例えば、金属（例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ））、金属窒化物（例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ））、金属合金）か、もしくは、それらのあらゆる組合せを含む材料で形成されるか、そうした材料を含むか、本質的にそうした材料のみから成るか、または、そうした材料のみから成っていてもよい。幾つかの実施形態においては、下部中間領域１４０は、含まれる場合には、下部電極１０５に組み込まれてもよい。例えば、下部中間領域１４０は、下部電極１０５の最上部サブ領域を含むか、または、下部電極１０５の最上部サブ領域のみから成っていてもよい。
【００５０】
一つ以上の上部中間領域１５０は、磁性セルコア１０１の磁性領域（例えば、固定領域１１０および自由領域１２０）の上に、任意で配置されてもよい。上部中間領域１５０は、含まれる場合には、隣接する材料内での所望の結晶構造を確実にするため、または磁性セルの製造中のパターン化・プロセスを支援するため、または拡散バリアとして機能するように構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、上部中間領域１５０は、含まれる場合には、導電性材料（例えば、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、窒化タンタル（ＴａＮ）または窒化チタン（ＴａＮ）などの一つ以上の材料）から形成されるか、こうした導電性材料を含むか、本質的にこうした導電性材料のみから成るか、または、こうした導電性材料のみから成っていてもよい。幾つかの実施形態においては、上部中間領域１５０は、含まれる場合には、上部電極１０４に組み込まれていてもよい。例えば、上部中間領域１５０は、上部電極１０４の最下部サブ領域を含むか、または、上部電極１０４の最下部サブ領域のみから成っていてもよい。
【００５１】
磁性セルコア１０１は、自由領域１２０に隣接する第二の酸化物領域１７０も含む。第二の酸化物領域１７０は、下部電極１０５の上かつ、存在する場合には下部中間領域１４０がその上に、形成されてもよい。第二の酸化物領域１７０は、例えば、限定はしないが、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）もしくは他の従来のトンネルバリア領域の酸化物材料）から形成されるか、こうした非磁性酸化物材料を含むか、本質的にこうした非磁性酸化物材料のみから成るか、または、こうした非磁性酸化物材料のみから成っていてもよい。幾つかの実施形態においては、第二の酸化物領域１７０は、中間酸化物領域１３０が形成されるのと同一の材料から形成されてもよいが、このような材料の元素の相対的な原子比は、第二の酸化物領域１７０と中間酸化物領域１３０とでは異なっていてもよい。例えば、第二の酸化物領域１７０および中間酸化物領域１３０の双方がＭｇＯから形成されていてもよい。しかしながら、以下で議論されるように、第二の酸化物領域１７０は、中間酸化物領域１３０よりもより低濃度の酸素を有してもよい。
【００５２】
ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域１７０に近接して形成される。幾つかの実施形態においては、図１に示されるように、ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域１７０に隣接して（例えば、その直下に）存在してもよい。したがって、第二の酸化物領域１７０は、上部表面に沿って、例えば、界面１７２において、自由領域１２０に隣接してもよく、一方で、第二の酸化物領域１７０は、対向する下部表面に沿って、例えば、界面１７８において、ゲッター領域１８０に隣接してもよい。
【００５３】
ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域１７０内の酸素濃度を低下させ、それによって第二の酸化物領域１７０の電気抵抗を低下させるために、第二の酸化物領域１７０から酸素を除去するように調製および構成され、それによって、磁性セルコア１０１の磁性抵抗を最大化する。例えば、ゲッター領域１８０の材料（本明細書では、“ゲッター材料”と称される）が、第二の酸化物領域１７０の酸素獲得に対して競合するように調製された状態になるように、ゲッター領域１８０は、酸素に対する化学親和性が、第二の酸化物領域１７０の材料の酸素に対する化学親和性とほぼ等しいか、それより大きいような材料から形成されるか、そのような材料を含むか、本質的にそのような材料のみから成るか、または、そのような材料のみから成っていてもよい。ゲッター材料が金属を含む実施形態においては、金属酸化物の生成熱は、酸素に対するゲッター材料の化学親和性の指標である。したがって、ゲッター領域１８０のゲッター材料は、金属酸化物の生成熱が、第二の酸化物領域１７０の酸化物の生成熱とほぼ同一（例えば、約１０％以下だけ高い）か、またはそれより小さくてもよい。
【００５４】
例えば、限定はしないが、第二の酸化物領域１７０が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成され、約−６．２９（ｅＶ）の金属酸化物の生成熱を有する実施形態においては、ゲッター領域１８０のゲッター材料は、例えば、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、バリウム（Ｂａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの、金属酸化物の生成熱が約−５．６６（ｅＶ）以下の金属、それらの化合物、もしくはその組み合わせから形成されるか、そのようなものを含むか、本質的にそのようなもののみから成るか、または、そのようなもののみから成っていてもよい。酸化カルシウム（ＣａＯ）は、約−６．５８（ｅＶ）の（即ち、ＭｇＯの生成熱よりも小さい）金属酸化物の生成熱を有する。酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）は、約−６．１３（ｅＶ）（即ち、ＭｇＯの生成熱よりも約２．５％のみ高いだけである）の金属酸化物の生成熱を有する。酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は、約−５．７９（ｅＶ）（即ち、ＭｇＯの生成熱よりも約７．９％高いだけである）の金属酸化物の生成熱を有する。酸化バリウム（ＢａＯ）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）は、約−５．６８（ｅＶ）（即ち、ＭｇＯの生成熱よりも約９．７％高いだけである）の金属酸化物の生成熱を有する。このように、ゲッター領域１８０のゲッター材料は、第二の酸化物領域１７０の材料と酸素に対して競合するように選択されてもよい。
【００５５】
ゲッター領域１８０は、酸素に対する所望の化学親和性（例えば、金属酸化物の生成熱）を有する純粋な単体金属、またはそのような金属の化合物の、均質な領域として、形成されてもよい。例えば、第二の酸化物領域１７０が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成される実施形態においては、ゲッター領域１８０は、純粋なカルシウム（Ｃａ）から形成されてもよいし、またはカルシウム化合物（例えば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３））から形成されてもよい。他の実施形態においては、ゲッター領域１８０は、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や酸化チタン（ＴｉＯ）などのキャリア材料内に埋め込まれた、ゲッター材料（例えば金属）を含んでもよい。しかしながら、ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域１７０の酸素濃度の低下および電気抵抗の低下をもたらすように第二の酸化物領域１７０からの酸素の吸引および除去を達成するために、十分な量の遊離した（即ち、酸素との化学反応および／または化学結合に使用可能な）金属原子を提供するよう調製および構成され得る、と考えられる。例えば、ゲッター領域１８０は、ある濃度の遊離金属を含むように調製されてもよく、かつ、第二の酸化物領域１７０からの所望の量の酸素の除去を可能とする量（例えば、厚さ）を有するように構成されてもよい。ゲッター材料内の遊離金属の濃度が低い実施形態においては、ゲッター領域１８０は、厚くなるように形成されてもよい。一方、ゲッター材料内の遊離金属の濃度が高い実施形態においては、ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域１７０からの酸素の同様な除去を達成するために薄くなるように形成されてもよい。
【００５６】
ゲッター領域１８０による第二の酸化物領域１７０から酸素の除去は、その製造中に磁性セルコア１０１の材料をアニーリングすることによって開始されてもよい。このような実施形態においては、アニールが一つ以上の段階において実行されてもよいが、アニールの温度および期間は、第二の酸化物領域１７０からゲッター領域１８０への所望の酸素の移動を達成するように適合されてもよい。より高いアニール温度およびより長いアニール期間は、より低いアニール温度およびより短いアニール期間と比較すると、より多くの酸素除去を促進することがある。第二の酸化物領域１７０からゲッター領域１８０への酸素の移動は、いったん移動すると酸素が第二の酸化物領域１７０に拡散して戻り得ないような、実質的に永久的なものだろう、と考えられる。
【００５７】
少なくとも、中間酸化物領域１３０および第二の酸化物領域１７０が同一の酸化物材料（例えば、ＭｇＯ）から形成される実施形態においては、第二の酸化物領域１７０とゲッター領域１８０との間の酸素の移動後に、結果として生じる磁性セルコア１０１は、中間酸化物領域１３０と比較すると、より低い濃度の酸素を有する第二の酸化物領域１７０を含む。この実施形態または他の実施形態においては、第二の酸化物領域１７０は、中間酸化物領域１３０と比較するとより低い電気抵抗を有する。例えば、限定はしないが、第二の酸化物領域１７０は、中間酸化物領域１３０の電気抵抗の約５０％よりも低い（例えば、約１％から約２０％の）電気抵抗を有してもよい。幾つかの実施形態においては、第二の酸化物領域１７０は、酸素除去の結果として導電性を有することがある。したがって、本明細書で記述されるように、第二の酸化物領域１７０は、中間酸化物領域１３０ほどではなくても電気的に抵抗性を有してもよいし、または、導電性を有してもよく、その双方の状態が、本明細書で用いられる“より低い電気抵抗”という記述によって包含される。したがって、第二の酸化物領域１７０は、セルの磁性抵抗を低下させ（例えば、実質的に減少させ）ない。
【００５８】
第二の酸化物領域１７０内の酸素のうちの全てがゲッター領域１８０によって除去されるとは限らない。むしろ、ゲッター領域１８０は、酸素の一部のみを除去して、第二の酸化物領域１７０内に最小限の酸素濃度を残すように、調製され、構成されてもよい。最小限の酸素濃度とは、第二の酸化物領域１７０が自由領域１２０に表面／界面ＭＡを誘起し続けることを可能とするのに十分な濃度である、と考えられる。幾つかの実施形態においては、結果として生じる、第二の酸化物領域１７０内の低下した酸素濃度は、第二の酸化物領域１７０の全体にわたって均一であってもよい。他の実施形態においては、第二の酸化物領域１７０は、第二の酸化物領域１７０からゲッター領域１８０への酸素の移動後、酸素の勾配を有してもよい。このような酸素の勾配は、自由領域１２０との界面１７２に近接する部分でのより高い濃度と、ゲッター領域１８０との界面１７８に近接する部分でのより低い酸素濃度とを含んでもよい。このような実施形態においては、酸素濃度は、後に平衡して、第二の酸化物領域１７０の全体にわたって実質的に均一な酸素濃度になってもよい。
【００５９】
ゲッター領域１８０が中間酸化物領域１３０から酸素を除去して中間酸化物領域１３０の酸素濃度を低下させるのを抑制するために、ゲッター領域１８０は、中間酸化物領域１３０から物理的に隔離されてもよい、と考えられる。したがって、図１に示されるように、ゲッター領域１８０は、例えば、限定はしないが、第二の酸化物領域１７０および自由領域１２０を含む磁性セルコア１０１の他の領域によって、中間酸化物領域１３０から離隔されてもよい。そうした実施形態において、ゲッター領域１８０は、中間酸化物領域１３０とは化学的に相互作用し得ない。
【００６０】
本開示の一実施形態においては、磁性セル構造１００は、カルシウム（Ｃａ）またはカルシウム化合物（例えば、ＣａＣＯ３）で形成されたゲッター領域１８０と、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成された第二の酸化物領域１７０と、ＣｏＦｅＢ材料で形成された自由領域１２０と、ＭｇＯで形成された中間酸化物領域１３０と、少なくとも部分的にＣｏＦｅＢ材料で形成された固定領域１１０と、を含む。ＭｇＯの生成熱（即ち、−６．２８（ｅＶ））と比較すると、ＣａＯの生成熱はより低い（即ち、−６．５８（ｅＶ））ため、酸素は、第二の酸化物領域１７０からゲッター領域１８０へと移動する。したがって、ゲッター領域１８０は、Ｃａおよび酸素を含み、この酸素は、第二の酸化物領域１７０に由来する。さらに、この実施形態の第二の酸化物領域１７０および中間酸化物領域１３０の双方は、同一の材料、即ちＭｇＯで形成されているが、結果として生じる磁性セルコア１０１の第二の酸化物領域１７０は、中間酸化物領域１３０よりも低い酸素濃度と低い電気抵抗とを有する。第二の酸化物領域１７０は、中間酸化物領域１３０の電気抵抗の約２０％よりも小さい電気抵抗を有することがある。
【００６１】
図１では、ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域１７０の下に直接隣接しているが、図２の実施形態など、他の実施形態においては、ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域２７０の内部に配置されることによって、第二の酸化物領域１７０に近接することがある。例えば、ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域２７０の中央サブ領域であってもよく、ゲッター領域１８０の上に上部酸化物サブ領域２７６があり、かつ、ゲッター領域１８０の下に下部酸化物サブ領域２７８があるのでもよい。上部酸化物サブ領域２７６は、界面２７２に沿って自由領域１２０に隣接してもよく、下部酸化物サブ領域２７８は、下部電極１０５に隣接してもよいし、または、界面２７４に沿って、もし下部中間領域１４０が存在する場合には、下部中間領域１４０に隣接してもよい。
【００６２】
他の実施形態においては、ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域１７０（図１）に近接する（例えば、隣接するか、または内部にある）個別の領域ではないことがあるが、第二の酸化物領域１７０に隣接する材料内に埋め込まれたゲッター材料の領域であってもよい。何らかの点において、ゲッター材料は、第二の酸化物領域１７０に近接しており、かつ、第二の酸化物領域１７０の酸素濃度および電気抵抗を低下させるために、第二の酸化物領域１７０から酸素を除去するように構成され、調製される。
【００６３】
したがって、磁性セルコアを含むメモリセルが開示される。磁性セルコアは、スイッチング可能な磁性配向を示す磁性領域を含む。別の磁性領域は、固定された磁性配向を示す。中間酸化物領域は、前記磁性領域と前記別の磁性領域との間に配置される。別の酸化物領域は、前記磁性領域によって中間酸化物領域から離隔されている。前記別の酸化物領域は、中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する。ゲッター領域が、前記別の酸化物領域に近接しており、酸素と金属とを含む。
【００６４】
本開示のメモリセルを形成することは、底部から上部へ、各領域の一つ以上の材料を逐次的に形成することを含んでもよい。したがって、例えば、図１の磁性セル構造１００を形成するために、下部電極の導電性材料が、基板１０２の上に形成されてもよい。その後、下部中間領域１４０が含まれる場合には、下部中間領域１４０の材料が導電性材料の上に形成されてもよい。その後、ゲッター領域１８０のゲッター材料は、（例えば、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤまたは他の既知の堆積技法によって）形成されてもよい。第二の酸化物領域１７０の酸化物材料は、ゲッター材料の上に形成されてもよく、自由領域１２０の磁性材料は、酸化物材料の上に形成されてもよい。中間酸化物領域１３０の酸化物材料は、その後、自由領域１２０の磁性材料の上に形成されてもよい。固定領域１１０の磁性材料は、中間酸化物領域１３０の酸化物材料の上に形成されてもよい。上部中間領域１５０の材料は、含まれる場合には、その上に形成されてもよい。最後に、上部電極１０４の導電性材料が形成されてもよい。その後、一つ以上の段階で、磁性セルコア１０１の構造を形成するために、これらの材料がパターン化されてもよい。記述された材料の前駆構造などの構造をパターン化して図１の磁性セル構造１００などの構造を形成するための技法は、本技術分野で既知であるため、詳細には記述されていない。
【００６５】
下部酸化物サブ領域２７８と上部酸化物サブ領域２７６との間にゲッター領域１８０を形成するために、第二の酸化物領域２７０の酸化物材料の構造が複数の段階で形成され得ることを除いて、図２の磁性セル構造２００は、同様に形成されてもよい。
【００６６】
少なくともゲッター領域１８０のゲッター材料と、第二の酸化物領域（例えば、図１の第二の酸化物領域１７０、図２の第二の酸化物領域２７０）の酸化物材料との形成の後、酸素は、第二の酸化物領域（例えば、図１の１７０、図２の２７０）とゲッター領域１８０との間で（例えば、アニールの間に）移動させられてもよい。図３を参照すると、酸素３７１を含む酸化物材料３７０がゲッター材料３８０に近接している、部分的セルコア構造３００が図示されている。図３は、材料を最初に形成したときの、酸化物材料３７０とゲッター材料３８０との状態を表すことがある。その後、かつ、幾つかの実施形態においてはアニール後、少なくとも酸素３７１のうちの幾らかは、酸化物材料３７０からゲッター材料３８０へと拡散し、図４に示されるように、酸素の欠乏した酸化物材料４７０と、酸素の豊富なゲッター材料４８０とを有する部分的セルコア構造４００を形成する。少なくとも幾つかの実施形態においては、欠乏状態の酸化物材料４７０が自由領域１２０にＭＡを誘起するよう調製および構成されたままであるように、酸素３７１のうちの幾らかは、欠乏状態の酸化物材料４７０内にとどまる。欠乏状態の酸化物材料４７０（図４）の電気抵抗は、酸化物材料３７０（図３）の電気抵抗よりも低い。
【００６７】
一つ以上のアニール段階は、磁性セルコア１０１の材料の形成中または形成後に実行されてもよい。幾つかの実施形態においては、アニールは、パターン化後に実行されてもよい。
【００６８】
図１および図２の実施形態においては、自由領域１２０が固定領域１１０よりも基板１０２に対してより近接しているものとして図示されているが、他の実施形態においては、固定領域１１０が基板１０２に対してより近接していてもよい。例えば、図５を参照すると、本開示の別の実施形態による磁性セル構造５００は、底部（基板１０２と、下部電極１０５と、下部中間領域１４０が含まれる場合には下部中間領域１４０とに近接している）から、上部（上部電極１０４と、上部中間領域１５０が含まれる場合には上部中間領域１５０とに近接している）へと向かって、固定領域１１０、中間酸化物領域１３０、自由領域１２０および第二の酸化物領域１７０を含む磁性セルコア５０１を代替的に含んでもよい。ゲッター領域１８０は、第二の酸化物領域１７０に近接していてもよく、例えば、（図５におけるように）第二の酸化物領域１７０の上で第二の酸化物領域１７０に隣接していてもよいし、または、（図２の第二の酸化物領域２７０におけるように）第二の酸化物領域１７０の内部にあってもよい。
【００６９】
少なくとも第二の酸化物領域１７０およびゲッター領域１８０の形成の後、酸素は、第二の酸化物領域１７０からゲッター領域１８０へと移動させられて、第二の酸化物領域１７０の酸素濃度および電気抵抗を低下させてもよい。図５の実施形態においては、酸素は上方に移動させられる。
【００７０】
これに従い、磁性メモリセルを形成する方法が開示される。当該方法は、中間酸化物領域と別の酸化物領域との間に自由領域を形成することを含む。ゲッター材料は、前記別の酸化物領域に近接して形成される。酸素が、前記別の酸化物領域からゲッター材料に移動させられて、前記別の酸化物領域の電気抵抗を低下させる。
【００７１】
幾つかの実施形態においては、第二の酸化物領域１７０およびゲッター領域１８０は、直接接触していなくてもよい。例えば、図６に示されるように、第二の酸化物領域１７０が界面６７６に沿って中間領域６６０と接触するように、部分的セルコア構造６００は、第二の酸化物領域１７０とゲッター領域１８０との間に中間領域６６０を含んでもよい。中間領域６６０は、第二の酸化物領域１７０からゲッター領域１８０への酸素の拡散を可能とするように調製されてもよい。したがって、第二の酸化物領域１７０がゲッター領域１８０に近接はするが直接隣接してはいない場合であっても、ゲッター領域１８０が第二の酸化物領域１７０に対する近接性によって、第二の酸化物領域１７０の酸素濃度および電気抵抗の低下が可能となることがある。
【００７２】
図７および図８を参照すると、幾つかの実施形態においては、部分的セルコア構造７００のゲッター材料は、側面で第二の酸化物領域１７０に隣接することによって第二の酸化物領域１７０に近接していてもよい。したがって、ゲッター領域７８０が、第二の酸化物領域１７０を側面から包囲していてもよく、第二の酸化物領域１７０から酸素を除去して、第二の酸化物領域１７０の電気抵抗を低下させることがある。
【００７３】
図９を参照すると、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４と動作可能に接続している周辺デバイス９１２を含むＳＴＴ−ＭＲＡＭシステム９００が図示されており、そのＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４の集まりは、システム要件および製造技術に応じて、多数の行と列とを含むグリッドパターンまたは種々の他の配置の、メモリセルのアレイを形成するように、製造されてもよい。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４は、磁性セルコア９０２、アクセストランジスタ９０３、データ／センス線９０４（例えば、ビット線）として機能し得る導電性材料、アクセス線９０５（例えば、ワード線）として機能し得る導電性材料、および、ソース線９０６として機能し得る導電性材料を含む。ＳＴＴ−ＭＲＡＭシステム９００の周辺デバイス９１２は、読み出し／書き込み回路９０７、ビット線基準（ｂｉｔ  ｌｉｎｅ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）９０８、およびセンス増幅器９０９を含んでもよい。セルコア９０２は、上述された磁性セルコア（例えば、磁性セルコア１０１（図１）、磁性セルコア２０１（図２）、磁性セルコア５０１（図５））のうちの何れの磁性セルコアであってもよい。セルコア９０２の構造、製造方法またはその双方によって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４は、ＭＡを誘起する二つの酸化物領域（例えば、中間酸化物領域１３０（図１）と第二の酸化物領域１７０（図１））の間に自由領域１２０（図１）を含んでいてもよく、ここで、第二の酸化物領域１７０による電気抵抗への寄与は、中間酸化物領域１３０による電気抵抗への寄与の約５０％よりも小さい。したがって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４は、高いＭＡ強度、高い磁性抵抗、低いＲＡ積および低いプログラミング電圧を有することがある。
【００７４】
使用中および動作中のとき、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４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９１４に印加され、電流は、セルコア９０２の固定領域によってスピン分極され、セルコア９０２の自由領域にトルクを及ぼし、それによって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４に“書き込む”か、またはＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４を“プログラムする”ために、自由領域の磁化をスイッチングする。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４の読み出し動作においては、電流は、セルコア９０２の抵抗状態を検出するために使用される。
【００７５】
ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４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９０７は、データ／センス線９０４およびソース線９０６に対して、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９０４とソース線９０６との間のプログラミング電圧の極性は、セルコア９０２内の自由領域の磁性配向におけるスイッチングを決定づける。スピン極性を使って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９１４に書き込まれる。
【００７６】
ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４を読み出すために、読み出し／書き込み回路９０７は、セルコア９０２およびアクセストランジスタ９０３を通る、データ／センス線９０４およびソース線９０６に対しての読み出し電圧を、生成する。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４のプログラムされた状態は、セルコア９０２にわたる電気抵抗に関連し、これは、データ／センス線９０４とソース線９０６との間の電圧差によって決定されてもよい。したがって、ゲッター領域１８０（図１）により低下した第二の酸化物領域１７０（図１）の電気抵抗に起因する、より低いＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４の電気抵抗により、より低いプログラミング電圧の使用が可能となる。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４は、ゲッター領域１８０（図１）のために実効的な磁気抵抗がより高くなっている場合があり、これによって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４の性能をさらに向上することがある。幾つかの実施形態においては、電圧差は、ビット線基準９０８と比較されセンス増幅器９０９によって増幅されてもよい。
【００７７】
図９は、動作可能なＳＴＴ−ＭＲＡＭシステム９００の一例を示す。しかしながら、磁性セルコア（例えば、磁性セルコア１０１（図１）、磁性セルコア２０１（図２）、磁性セルコア５０１（図５））は、磁性領域を有する磁性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もよく、またはそこで使用されてもよい、と考えられる。
【００７８】
したがって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルを含むスピントルクトランスファー磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）システムが開示される。ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルのうちの少なくとも一つのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、一対の磁性領域と一対の酸化物領域とを含む。一対の磁性領域は、スイッチング可能な磁性配向を示す磁性領域と、固定された磁性配向を示す別の磁性領域とを含む。一対の酸化物領域は、中間酸化物領域と別の酸化物領域とを含む。中間酸化物領域は、前記磁性領域と前記別の磁性領域との間にある。前記別の酸化物領域は、中間酸化物領域と前記磁性領域との間の界面に対向する、前記磁性領域の表面に隣接している。前記別の酸化物領域は、中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する。前記少なくとも一つのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルは、前記別の酸化物領域に近接するゲッター領域も含む。ゲッター領域は金属と酸素とを含む。少なくとも一つの周辺デバイスが、前記少なくとも一つのＳＴＴ−ＭＲＡＭセルと動作可能に接続している。アクセストランジスタ、ビット線、ワード線およびソース線のうちの少なくとも一つは、磁性セルコアと、動作可能に接続している。
【００７９】
図１０を参照すると、本明細書に記述された一つ以上の実施形態により実現される半導体デバイス１０００の簡略化ブロック図が示されている。半導体デバイス１０００は、メモリアレイ１００２と制御論理コンポーネント１００４とを含む。メモリアレイ１００２は、上述された磁性セルコア（例えば、磁性セルコア１０１（図１）、磁性セルコア２０１（図２）、磁性セルコア５０１（図５））のうちの任意の磁性セルコアを含む複数のＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４（図９）を含んでもよく、これらの磁性セルコア（例えば、磁性セルコア１０１（図１）、磁性セルコア２０１（図２）、磁性セルコア５０１（図５））は、上述された方法により形成されたのであってもよく、上述された方法に従って運用されてもよい。制御論理コンポーネント１００４は、メモリアレイ１００２内の任意のメモリセルまたは全てのメモリセル（例えば、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセル９１４（図９））から読み出すか、任意のメモリセルまたは全てのメモリセルに書き込むために、稼働中にメモリアレイ１００２と相互作用するように構成されてもよい。
【００８０】
したがって、ＳＴＴ−ＭＲＡＭセルを含むスピントルクトランスファー磁気ランダムアクセスメモリ（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、自由領域と固定領域との間に中間酸化物領域を含む。別の酸化物領域は、自由領域に隣接し、中間酸化物領域からは離隔されている。前記別の酸化物領域は、中間酸化物領域よりも低い電気抵抗を有する。ゲッター領域は、前記別の酸化物領域に近接しており、金属酸化物の生成熱が前記別の酸化物領域の酸化物の生成熱よりも１０％未満までしか大きくはない金属を含む。
【００８１】
図１１を参照すると、プロセッサベースのシステム１１００が図示されている。プロセッサベースのシステム１１００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１１００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任意のものであってもよい。プロセッサベースのシステム１１００は、プロセッサベースのシステム１１００内のシステム機能および要求の処理を制御するために、マイクロプロセッサなど、一つ以上のプロセッサ１１０２を含んでもよい。プロセッサ１１０２や、プロセッサベースのシステム１１００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性メモリデバイスを含んでもよい。
【００８２】
プロセッサベースのシステム１１００は、プロセッサ１１０２と動作可能に接続している電源１１０４を含んでもよい。例えば、プロセッサベースのシステム１１００がポータブルシステムである場合、電源１１０４は、燃料電池、環境発電デバイス、永久電池、交換式電池および再充電可能電池のうちの一つ以上を含んでもよい。電源１１０４は、ＡＣアダプタも含んでよい。したがって、プロセッサベースのシステム１１００は、例えば、壁付コンセントにプラグを挿されてもよい。プロセッサベースのシステム１１００が、例えば、自動車の煙草用ライターまたは自動車の電源ポートなどにつながれてもよいように、電源１１０４は、ＤＣアダプタも含んでいてよい。
【００８３】
プロセッサベースのシステム１１００が実施する機能に応じて、種々の他のデバイスがプロセッサ１１０２に結合されてもよい。例えば、ユーザインターフェイス１１０６が、プロセッサ１１０２に結合されてもよい。ユーザインターフェイス１１０６は、ボタン、スイッチ、キーボード、ライトペン、マウス、デジタイザーおよびスタイラス、タッチスクリーン、音声認識システム、マイクロフォン、またはその組み合わせなどの、入力デバイスを含んでいてもよい。ディスプレイ１１０８も、プロセッサ１１０２に結合されていてよい。ディスプレイ１１０８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いてもよい。さらに、ＲＦサブシステム／ベースバンドプロセッサ１１１０も、プロセッサ１１０２に結合されていてよい。ＲＦサブシステム／ベースバンドプロセッサ１１１０は、ＲＦ受信機およびＲＦ送信機（図示せず）に結合されたアンテナを含んでいてもよい。一つの通信ポート１１１２、または二以上の通信ポート１１１２も、プロセッサ１１０２に結合されていてよい。通信ポート１１１２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１１１４に結合されるようになっていてもよく、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なっていてもよい。
【００８４】
プロセッサ１１０２は、メモリ内に記憶されたソフトウェアプログラムを実行することによって、プロセッサベースのシステム１１００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いてもよい。種々のプログラムを記憶し、種々のプログラムの実行を容易にするために、メモリがプロセッサ１１０２に、動作可能に結合される。例えば、プロセッサ１１０２は、システムメモリ１１１６に結合されてもよく、システムメモリ１１１６は、スピントルクトランスファー磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）、磁気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種類のメモリのうちの一つ以上を含んでいてもよい。システムメモリ１１１６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いてもよい。システムメモリ１１１６は、動的にロードされたアプリケーションおよびデータを記憶できるように、典型的には大容量である。幾つかの実施形態においては、システムメモリ１１１６は、図１０の半導体デバイス１０００などの半導体デバイス、上述の磁性セルコア（例えば、磁性セルコア１０１（図１）、磁性セルコア２０１（図２）、磁性セルコア５０１（図５））のうちの任意の磁性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いてもよい。
【００８５】
プロセッサ１１０２は、不揮発性メモリ１１１８にも結合されていてよいが、このことは、システムメモリ１１１６が必ずしも揮発性であると示唆するものではない。不揮発性メモリ１１１８は、システムメモリ１１１６と組み合わせて使用されるＳＴＴ−ＭＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＥＰＲＯＭなどのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、抵抗変化型リードオンリーメモリ（ＲＲＯＭ）およびフラッシュメモリのうちの一つ以上を、含んでいてもよい。不揮発性メモリ１１１８の規模は、典型的には、あらゆる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記憶するのにちょうど十分なだけ大きいように、選択される。さらに、不揮発性メモリ１１１８は、例えば、抵抗変化型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いてもよい。不揮発性メモリ１１１８は、図１０の半導体デバイス１０００などの半導体デバイス、上述の磁性セルコア（例えば、磁性セルコア１０１（図１）、磁性セルコア２０１（図２）、磁性セルコア５０１（図５））のうちの任意の磁性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いてもよい。
【００８６】
したがって、少なくとも一つのプロセッサを含む電子システムが開示される。前記少なくとも一つのプロセッサは、少なくとも一つの磁性メモリセルを含む。前記少なくとも一つの磁性メモリセルは、固定された磁性配向を示す固定領域と、固定領域に隣接する中間酸化物領域と、中間酸化物領域に隣接する自由領域とを含む。自由領域は、スイッチング可能な磁性配向を示す。別の酸化物領域は自由領域に隣接し、ゲッター材料は前記別の酸化物領域に近接している。ゲッター材料は、金属と酸素とを含む。前記金属の金属酸化物は、生成熱が、前記別の酸化物領域の酸化物の生成熱よりも約１０％未満までしか大きくはない。電源が、前記少なくとも一つのプロセッサと、動作可能に接続している。
【００８７】
本開示は、その実現における種々の改変および代替的形態を受け入れることが可能であるが、特定の実施形態が、例示として図面に示され、本明細書に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するものではない。むしろ、本開示は、以下に添付する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。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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