向。
[0034]再次参考图5，在实施例中，电介质层508由适用于容许多数自旋的电流通过该层而同时至少阻碍一定程度的少数自旋的电流通过改层的材料构成。因此，电介质层508 (或自旋过滤层)可以被称为隧穿层。在一个实施例中，电介质层508由诸如但不限于氧化镁(MgO)或氧化铝(Al203)之类的材料构成。在一个实施例中，电介质层508具有大约为I纳米的厚度。
[0035]再次参考图5，在实施例中，自由磁性层510由适用于根据应用在多数自旋于少数自旋之间过渡的材料构成。因此，自由磁性层510 (或存储器层)可以被称为铁磁存储器层。在一个实施例中，自由磁性层510由钴铁(CoFe)或钴铁硼(CoFeB)的层构成。
[0036]再次参考图5，在实施例中，底部电极502由适用于电接触STTM器件的固定磁性层侧的材料或材料叠置体构成。在实施例中，底部电极502是形貌平滑的电极。在一个这种实施例中，底部电极502具有适合于良好导电率的厚度，但很少或没有本来会导致粗糙顶部表面的柱状结构形成。这种形貌平滑的电极可以被称为结构的无定形。在具体实施例中，底部电极由交错的Ru层和Ta层构成。实际上，根据本发明的实施例，底部电极502可以不是诸如Ru电极的常规的厚的单一金属电极，而是Ru/Ta交错的材料叠置体。然而，在替代实施例中，底部电极502是常规的厚是单一金属电极，诸如Ru电极。
[0037]在实施例中，顶部电极512由适用于电接触STTM器件的自由磁性层侧的材料或材料叠置体构成。在一个实施例中，顶部电极512由钌(Ru)层和接触金属层叠置体构成。可以包含钌层，以防止氧迀移到自由磁性层510内。金属接触层可以提供电流传导的低电阻路径，并且可以由诸如但不限于铜、铝、镍和钴之类的材料构成。在另一个实施例中，顶部电极512可以由与底部电极502基本相同的材料叠置体构成，例如，作为交错的并且无定形的厚的导电叠置体
[0038]再次参考图5，在实施例中，如果包括反铁磁性层504，则反铁磁性层504由适用于方便锁定相邻固定磁性层(诸如，固定磁性层506)中的自旋的材料构成。在一个实施例中，反铁磁层504由诸如但不限于铱猛(IrMn)或钼猛(PtMn)的材料构成
[0039]在实施例中，如稍后联系图6以另外的细节所描述的，非易失性存储器器件包括第一电极和设置于第一电极上方的固定磁性层。自由磁性层设置于固定磁性层上方，并且第二电极设置于自由磁性层上方。电介质层设置于自由磁性层与固定磁性层之间。第二电极与自由磁性层相邻。非易失性存储器器件还包括电连接到自由磁性层电极、源极线和字线的晶体管。在一个实施例中，非易失性存储器器件还包括设置于固定磁性层与第一电极之间的反铁磁性层。
[0040]在本发明的特定方面和至少一些实施例中，特定术语具有特定的可定义含义。例如，“自由”磁性层是存储可计算变量的磁性层。“固定”磁性层是具有永久磁化的磁性层。诸如隧穿电介质或隧穿氧化物的隧穿势皇是位于自由磁性层与固定磁性层之间的势皇。可以对固定磁性层进行图案化以生成输入和到相关联电路的输出。可以通过自旋转移扭矩效应写入磁化，同时使电流通过输入电极。可以在向输出电极施加电压的同时，经由隧穿磁电阻效应读取磁化。在实施例中，电介质层508的作用是导致大的磁电阻比。磁电阻是当两个铁磁性层具有反平行磁化和平行磁化时的电阻与具有平行磁化的状态的电阻之间的差异的比。
[0041]再次参考图5，自旋转移扭矩500中包括自由磁性层510、隧穿势皇层508和固定磁性层506的部分被称为磁性隧穿结。自由磁性层510和固定磁性层506可以是能够保持磁场或极化的铁磁性层。然而，固定磁性层被配置为保持多数自旋态(例如，示出为垂直自选状态的自旋向上)。分隔自由磁性层510和固定磁性层506的隧穿势皇层508可以具有大约I纳米或更小的厚度(例如自由磁性层510与固定磁性层506之间的距离)，以使得在自由磁性层电极514与固定磁性层电极502之间施加偏压时，电子可以在那里隧穿。
[0042]在实施例中，MTJ实质上充当电阻器，其中，根据自由磁性层510中和固定磁性层506中的磁化的相对方向或取向，通过MTJ的电气路径的电阻可以存在于两种电阻状态(“高”或“低”)中状态。参考图5，在自旋方向在自由磁性层510中向下(少数)的情况下，存在高电阻状态，其中自由磁性层510和固定磁性层506中的磁化的方向基本彼此相反或反平行。再次参考图5，在自旋方向在自由磁性层510中向上(多数)的情况下，存在低电阻状态，其中自由磁性层510和固定磁性层506中的磁化的方向基本彼此对齐或平行。应当理解的是，关于MTJ的电阻状态的术语“低”和“高”是彼此相对的。话句话说，高电阻状态仅仅是可检测到的比低电阻状态更高的电阻，反之亦然。因此，利用可检测到的电阻差异，高电阻状态和低电阻状态可以代表不同的信息位(即，“O”或“ I”)。
[0043]可以通过使用自旋极化电流的过程呼叫自旋转移扭矩(“STT”)来切换自由磁性层510中的磁化的方向。电流一般是非极化的(例如，由大约50%的自旋向上和大约50%的自旋向下电子构成)。自旋极化电流是具有更大数量的自旋向上或自旋向下的电子的电流，该自旋极化电流可以通过使电流通过固定磁性层506来生成。来自固定磁性层506的自旋极化电流的电子隧穿通过隧穿势皇或电介质层508，并且将其自旋角动量转移到自由磁性层510，其中，自由磁性层510将其磁性方向从反平行取向为固定磁性层506的磁性方向或平行。可以通过反转电流使自由磁性层510返回到其原始取向。
[0044]因此，MTJ可以通过其磁化的状态来存储单个信息位(“O”或“I”)。通过驱动电流通过MTJ来感测MTJ中存储的信息。自由磁性层510不需要功率来保持其磁性取向。如此，在去除到器件的电力时维持了 MTJ的状态。因此，在实施例中，分别由图5的叠置体500构成的自旋转移扭矩存储器位单元是非易失性的。
[0045]尽管本文未完全详细地描述制造用于例如自旋转移扭矩存储位单元的层500的叠置体的方法，但应当理解的是，制造步骤可以包括标准微电子制造工艺，诸如，光刻、蚀亥|J、薄膜沉积、平坦化(诸如化学机械抛光(CMP))、漫射、度量、牺牲层的使用、蚀刻停止层的使用、平滑化停止层的使用和/或与微电子分量制造相关联的任何其它工艺。
[0046]根据本发明的另一个实施例，固定磁性层506、自由磁性层510中的一个或两者包括半金属材料层。在第一个例子中，在一个实施例中，在固定磁性层506和电介质层508的界面处包括半金属材料层。在具体的这种实施例中，固定磁性层506是由半金属材料构成的单层。然而，在另一个特定实施例中，固定磁性层506中的仅仅一部分由半金属材料构成。在第二个例子中，在另一个实施例中，在自由磁性层510和电介质层508的界面处包括半金属材料层。在具体的这种实施例中，自由磁性层510是由半金属材料构成的单层。然而，在另一个特定实施例中，自由磁性层510中的仅仅一部分(例如，作为与电介质层508的界面处的子层)由半金属材料构成。在第三例子中，在又一实施例中，在固定磁性层506和电介质层508的界面处包括第一半金属材料层，并且在自由磁性层510和电介质层508的界面处包括第二半金属材料层。在实施例中，包括半金属(例如，霍斯勒(Heusler)合金)以增大磁性隧穿结(MTJ)器件中反并联电阻(RAP)和并联电阻(RP)(即，AR)之间的差异。
[0047]在实施例中，上述半金属材料层被称为霍斯勒合金，其是一种基于霍斯勒相的铁磁金属合金。霍斯勒相可以是具有特定组分的金属互化物(intermetallic)和面心立方晶体结构。即使构成元素不是铁磁性的，由于相邻磁性离子之间的双交换机制，材料也是铁磁性的。该材料通常包括锰离子，锰离子位于立方体结构的体心并且承载着合金磁矩的大部分。在具体实施例中，固定磁性层506、自由磁性层510的任一个或两个中包括的半金属材料层是诸如但不限于 Cu2MnAl、Cu2MnIru Cu2MnSru Ni2MnAl、Ni2MnIru Ni2MnSru Ni2MnSb>Ni2MnGa, Co2MnAl、Co2MnS1、Co2MnGa, Co2MnGe、Pd2MnAl、Pd2MnIn, Pd2MnSn, Pd2MnSb, Co2FeS1、Fe3S1、Fe2Val、Mn2VGa 或 Co2FeGe 的材料层。
[0048]再次参考与图5相关联的描述，包括例如用于磁性隧穿结中的磁性材料层的层的叠置体可以用于制造为存储器位单元。例如，图6示出了根据本发明的实施例包括自旋转移扭矩元件610的自旋转移扭矩存储器位单元600的示意图。
[0049]参考图6，自旋转移扭矩元件610可以包括自由磁性层电极512(其中，自由磁性层614与自由磁性层电极612相邻)、与固定磁性层618相邻的固定磁性层电极616以及设置于自由磁性层614与固定磁性层618之间的隧穿势皇或电介质层622。在实施例中，自旋转移扭矩元件610基于垂直磁性。
[0050]可以将第一电介质元件623和第二电介质元件624形成为与固定磁性层电极616、固定磁性层618和隧穿势皇或电介质层522相邻。固定磁性层电极516可以电连接到位线632。自由磁性层电极612可以与晶体管634耦合。晶体管634可以以本领域技术人员理解的方式与字线636和源极线638耦合。如本领域技术人员所理解的，自旋转移扭矩存储器位单元600还可以