磁存储器件

技术领域

本发明构思的实施方式涉及半导体器件，更具体地，涉及包括磁隧道结的磁存储器件。

背景技术

随着对高速度和/或低功耗的电子器件的需求增加，对在其中使用的高速度和/或低电压的半导体存储器件的需求也增加。磁存储器件已经被开发为能够满足这种需求的半导体存储器件。磁存储器件可以由于其高速度和/或非易失性特性而成为下一代半导体存储器件。

通常，磁存储器件可以包括磁隧道结(MTJ)。磁隧道结可以包括两个磁性层和设置在这两个磁性层之间的绝缘层。磁隧道结的电阻值可以取决于这两个磁性层的磁化方向而改变。磁存储器件可以使用磁隧道结的电阻值之间的差异而写入/读取数据。随着电子产业的发展，对高度集成和/或低功率的磁存储器件的需求日益增加。因此，正在进行各种研究以满足这种需求。

发明内容

本发明构思的实施方式可以提供能够减小切换电流的磁存储器件。

本发明构思的实施方式还可以提供能够在切换自由层之后允许自由层的磁化方向被更容易地对准在垂直方向上的磁存储器件。

在一些实施方式中，一种磁存储器件可以包括：在基板上的磁隧道结图案；第一导电图案，在基板和磁隧道结图案之间；下接触插塞，在第一导电图案和基板之间并设置在磁隧道结图案的相应侧；以及分别在下接触插塞上的第二导电图案。第二导电图案可以将下接触插塞连接到第一导电图案。第二导电图案可以包括铁磁材料。

在一些实施方式中，一种磁存储器件可以包括：磁隧道结图案，在基板上沿着第一方向布置并在第一方向上间隔开；第一导电图案，分别在磁隧道结图案的底表面下面；以及下导电图案，在基板和第一导电图案之间。下导电图案可以在俯视图中设置在磁隧道结图案之间，并可以连接第一导电图案中的相邻的第一导电图案。下导电图案可以包括在第一方向上交替布置的第一下导电图案和第二下导电图案。第一下导电图案和第二下导电图案可以分别具有被固定在彼此相反的方向上的第一磁化方向和第二磁化方向。

在一些实施方式中，一种磁存储器件可以包括：磁隧道结图案，在基板上沿着第一方向布置并在第一方向上间隔开；第一导电图案，分别在磁隧道结图案的底表面下面；以及第二导电图案，在基板和第一导电图案之间并包括铁磁材料。第二导电图案可以在俯视图中设置在磁隧道结图案之间，并可以连接第一导电图案中的相邻的第一导电图案。第二导电图案可以包括设置在第一导电图案的第一侧的第一图案和设置在第一导电图案的第二侧的第二图案。每个第二图案的截面面积可以大于每个第一图案的截面面积。

附图说明

鉴于附图和随附的详细描述，本发明构思将变得更加明显。

图1是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的俯视图。

图2是沿着图1的线I-I'截取的剖视图。

图3和图5是图2的部分“A”的放大图。

图4是示出第一磁性图案的磁化方向的变化的概念图。

图6是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的俯视图。

图7、图9、图11、图13、图15和图17是示出根据本发明构思的一些实施方式的制造磁存储器件的方法的俯视图。

图8、图10、图12、图14、图16和图18是分别沿着图7、图9、图11、图13、图15和图17的线I-I'截取的剖视图。

图19是对应于图1的线I-I'的剖视图，以示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件。

图20至图22是沿着图1的线I-I'截取的剖视图，以示出根据本发明构思的一些实施方式的制造磁存储器件的方法。

图23是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的俯视图。

图24是沿着图23的线I-I'截取的剖视图。

图25和图27是示出根据本发明构思的一些实施方式的制造磁存储器件的方法的俯视图。

图26和图28是分别沿着图25和图27的线I-I'截取的剖视图。

图29是沿着图1的线I-I'截取的剖视图，示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件。

图30是沿着图1的线I-I'截取的剖视图，示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件。

具体实施方式

在下文，将参照附图详细描述本发明构思的实施方式。此外，为了示出和说明的方便，在俯视图(例如，图1、图6、图9等)中彼此重合的一些元件被示出为具有略微不同的尺寸，但是实际上它们可以具有相同的尺寸(如在剖视图中示出的)。

图1是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的俯视图。图2是沿着图1的线I-I'截取的剖视图。图3和图5是图2的部分“A”的放大图。图4是示出第一磁性图案的磁化方向的变化的概念图。术语第一、第二等在这里用于将元件、参数和/或操作彼此区别开，而不是为了限制的目的，并且在不脱离本发明构思的范围的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。

参照图1至图5，下导电图案可以设置在基板100上。在本说明书中，下导电图案可以指的是稍后将描述的第二导电图案，或者可以指的是第二导电图案和设置在其下面的下接触插塞120。下接触插塞120以及在下接触插塞120之间的第一层间绝缘层111可以设置在基板100上。基板100可以包括半导体基板和形成在半导体基板上或处的选择元件SW。半导体基板可以包括硅(Si)、绝缘体上硅(SOI)、硅锗(SiGe)、锗(Ge)或镓砷化物(GaAs)。选择元件SW可以是场效应晶体管或二极管。为了便于描述，这里可以使用空间关系术语诸如“在……之下”、“在……下面”、“下”、“在……之上”、“上”等来描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解，除了附图中绘出的取向之外，空间关系术语还旨在涵盖器件在使用或操作中的不同取向。

下接触插塞120可以彼此横向地间隔开。下接触插塞120可以布置为在平行于基板100的顶表面100U的第一方向D1上间隔开。例如，下接触插塞120可以布置在第一方向D1和第三方向D3上。第三方向D3可以平行于基板100的顶表面100U并可以与第一方向D1相交。布置在第一方向D1上的下接触插塞120中的奇数编号的下接触插塞120可以被称为第一下接触插塞120A，而其偶数编号的下接触插塞120可以被称为第二下接触插塞120B。换言之，第一下接触插塞120A和第二下接触插塞120B可以在第一方向D1上交替地布置或交替。

每个下接触插塞120可以连接到选择元件SW中的对应一个选择元件的一个端子。当在这里使用时，术语“连接”可以指物理连接和/或电连接。下接触插塞120可以包括掺杂的半导体材料(例如掺杂的硅)、金属(例如钨、钛或钽)、导电的金属氮化物(例如钛氮化物、钽氮化物或钨氮化物)和/或金属-半导体化合物(例如金属硅化物)。下接触插塞120可以通过第一层间绝缘层111而彼此电隔离。第一层间绝缘层111可以包括氧化物层、氮化物层和/或氮氧化物层。

第二导电图案(191和192)可以分别提供在下接触插塞120上。第二导电图案(191和192)可以设置在提供于第一层间绝缘层111上的第二层间绝缘层112中。第二层间绝缘层112可以包括氧化物层、氮化物层和/或氮氧化物层。第二导电图案(191和192)可以包括在第一下接触插塞120A上的第一图案191和在第二下接触插塞120B上的第二图案192。第二导电图案(191和192)的侧壁可以与下接触插塞120的侧壁对准。第二导电图案(191和192)的厚度可以小于下接触插塞120的厚度。当在俯视图中观看时，第二导电图案(191和192)中的每个可以具有与设置在其下面的下接触插塞120基本上相同的形状。

磁隧道结图案MTJ可以设置在第二层间绝缘层112上并可以彼此横向地间隔开。磁隧道结图案MTJ可以布置为在第一方向D1上相隔一定距离间隔开。每个磁隧道结图案MTJ可以设置在彼此紧邻的一对下接触插塞120之间的第二层间绝缘层112上。各自成对的下接触插塞120可以设置在每个磁隧道结图案MTJ的两侧(例如相反侧)，并且每个下接触插塞120在紧邻的磁隧道结图案MTJ之间。每个磁隧道结图案MTJ可以包括在与第一方向D1和第三方向D3相交(例如垂直于第一方向D1和第三方向D3)的第二方向D2上顺序地堆叠的第一磁性图案MP1、隧道势垒图案TBP和第二磁性图案MP2。隧道势垒图案TBP可以设置在第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2之间。例如，隧道势垒图案TBP可以包括镁氧化物(MgO)层、钛氧化物(TiO)层、铝氧化物(AlO)层、镁锌氧化物(MgZnO)层和/或镁硼氧化物(MgBO)层。第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2中的每个可以包括至少一个磁性层。

如图3和图5所示，第二磁性图案MP2可以包括具有被固定在一个方向上的磁化方向M2的参考层，并且第一磁性图案MP1可以包括具有可改变为与参考层的磁化方向M2平行或反平行的磁化方向M1的自由层。在一些实施方式中，如图3所示，磁化方向M1和M2可以基本上垂直于隧道势垒图案TBP和第一磁性图案MP1之间的界面。在这种情况下，参考层和自由层的每个可以包括垂直磁性材料(例如CoFeTb、CoFeGd或CoFeDy)、具有L1

电极图案160可以分别设置在磁隧道结图案MTJ上。第一磁性图案MP1可以设置在第二层间绝缘层112和隧道势垒图案TBP之间，并且第二磁性图案MP2可以设置在每个电极图案160和隧道势垒图案TBP之间。例如，电极图案160可以包括金属(例如Ta、W、Ru或Ir)和/或导电的金属氮化物(例如TiN)。

第一导电图案150可以分别设置在磁隧道结图案MTJ下面。与每个磁隧道结图案MTJ相邻的一对第二导电图案(191和192)可以分别连接到对应的第一导电图案150的两个端部。例如，第一图案191可以连接到第一导电图案150的一个端部E1，第二图案192可以连接到第一导电图案150的另一端部E2。所述一个端部E1和所述另一端部E2可以在第一方向D1上彼此间隔开。第二导电图案(191和192)中的每个的一个端部可以连接到第一导电图案150中的一个，并且其另一端部可以连接到第一导电图案150中的另一个。第一导电图案150的底表面可以与第二层间绝缘层112的顶表面接触。

第一导电图案150和第二导电图案(191和192)可以在第一方向D1上交替地布置。第二导电图案(191和192)中的每个可以在俯视图中设置在磁隧道结图案MTJ之间，并可以将彼此紧邻的第一导电图案150连接。

第三层间绝缘层170可以设置在第二导电图案(191和192)上以覆盖磁隧道结图案MTJ和电极图案160。例如，第三层间绝缘层170可以覆盖磁隧道结图案MTJ的侧壁和电极图案160的侧壁。第三层间绝缘层170可以包括氧化物层、氮化物层和/或氮氧化物层。上导电线200可以设置在第三层间绝缘层170上。上导电线200可以分别电连接到磁隧道结图案MTJ。每个上导电线200可以通过电极图案160中的对应一个电连接到磁隧道结图案MTJ中的对应一个。例如，上导电线200可以在第三方向D3上延伸并可以在第一方向D1上彼此间隔开。

每条上导电线200可以在第三方向D3上延伸并可以电连接到其下面的多个电极图案160和磁隧道结图案MTJ。上导电线200可以包括金属(例如铜)和/或导电的金属氮化物。上导电线200可以用作位线。

图3示出在与第一方向D1相反的方向上流过第一导电图案150的第一面内电流Jc1。图4是示出第一磁性图案MP1的磁化方向M1的变化的概念图。在本说明书中，术语“面内”可以指的是平行于对应部件的特定表面的方向，并可以指的是平行于基板100的顶表面100U的方向和/或平行于隧道势垒图案TBP和第一磁性图案MP1之间的界面的方向，除非另外地定义。同样地，“垂直方向”可以指的是垂直于基板100的顶表面100U的方向(例如第二方向D2或与第二方向D2相反的方向)和/或垂直于隧道势垒图案TBP和第一磁性图案MP1之间的界面的方向，除非另外地定义。

从连接到互连线CL的第一选择元件SW1提供的电流可以顺序地流过第一下接触插塞120A、第一图案191、第一导电图案150、第二图案192和第二下接触插塞120B，然后可以被传输到第二选择元件SW2。在这种情况下，电子可以通过与以上路径相反的路径从第二选择元件SW2运动到第一选择元件SW1。

第一导电图案150可以配置为向磁隧道结图案MTJ施加自旋轨道转矩。第一导电图案150可以配置为具有强的自旋轨道相互作用。流过第一导电图案150的第一面内电流Jcl可以通过第一导电图案150中的自旋轨道相互作用而引起自旋极化的电荷载流子(例如电子)在磁隧道结图案MTJ附近累积。自旋轨道场可以由累积的电荷载流子产生。自旋轨道场可以在第一导电图案150的面内并可以垂直于流过第一导电图案150的面内电流的方向。例如，第一面内电流Jcl可以在与第一方向D1相反的方向上流动，并且自旋轨道场可以平行于第三方向D3。在第一导电图案150中产生的自旋轨道场可以将自旋轨道转矩施加到磁隧道结图案MTJ(更具体地，第一磁性图案MP1的磁化方向M1)。因此，可以通过使用自旋轨道转矩将第一磁性图案MP1的初始磁化方向Ma切换为与初始磁化方向Ma相反的最终磁化方向Mc。在图3中，初始磁化方向Ma可以是与第二方向D2相反的方向，并且最终磁化方向Mc可以是第二方向D2。

第一面内电流Jcl和由其产生的自旋轨道场可以具有在面内方向上的分量，该分量比在垂直方向(例如第二方向D2或与第二方向D2相反的方向)上的分量强。因此，通过第一转矩RQ1，第一磁性图案MP1的初始磁化方向Ma可以相对容易地改变为面内的(例如与第一磁性图案MP1的底表面IP平行)的中间磁化方向Mb。可能需要在垂直方向上的转矩以将中间磁化方向Mb改变为最终磁化方向Mc。然而，如上所述，第一面内电流Jc1和由其产生的自旋轨道场可能在面内方向上具有强的分量，因此向最终磁化方向Mc的改变可能不容易。因此，可能发生其中最终磁化方向被不准确地确定的不确定性切换。

根据本发明构思的一些实施方式，第二导电图案(191和192)可以具有垂直于基板100的顶表面100U的磁化方向(Mu和Md)，从而增强用于将中间磁化方向Mb改变为最终磁化方向Mc的第二转矩RQ2的垂直分量。第二转矩RQ2的垂直分量的增强可以归因于在非磁性图案的第一导电图案150与具有垂直磁化方向的第二导电图案(191和192)之间的界面处的自旋过滤。例如，第二图案192可以具有被固定在第二方向D2上的垂直磁化方向Mu，因此通过第二下接触插塞120B传输到第二图案192中的电子的自旋方向可以在第二方向D2上对准。第二转矩RQ2的垂直分量可以通过所述电子的在第二方向D2上对准的自旋方向来增强，因此中间磁化方向Mb可以更容易地改变为最终磁化方向Mc。换言之，可以执行能够准确地确定最终磁化方向的确定性切换。

图5示出在第一方向D1上流过第一导电图案150的第二面内电流Jc2。从连接到互连线CL的第二选择元件SW2提供的电流可以顺序地流过第二下接触插塞120B、第二图案192、第一导电图案150、第一图案191和第一下接触插塞120A，然后可以被传输到第一选择元件SW1。在这种情况下，电子可以通过与以上路径相反的路径从第一选择元件SW1运动到第二选择元件SW2。像图3和图4的描述，第一图案191可以具有被固定在与第二方向D2相反的方向上的垂直磁化方向Md，因此通过第一下接触插塞120A传输到第一图案191中的电子的自旋方向可以被对准在与第二方向D2相反的方向上。第二转矩RQ2的垂直分量可以通过所述电子的被对准在与第二方向D2相反的方向上的自旋方向来增强，因此第二方向D2的初始磁化方向Ma可以被更容易地改变为具有与第二方向D2相反的方向的最终磁化方向Mc。

图6是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的俯视图。在下文，为了易于说明，将省略对与以上实施方式中相同的部件和特征的描述。

参照图6，磁隧道结图案MTJ的第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2的磁化方向可以垂直于基板100的顶表面100U，如参照图3和图5所述。在第一方向D1上的第二面内电流Jc2或在与第一方向D1相反的方向上的第一面内电流Jc1可以通过第一下接触插塞120A和第二下接触插塞120B在第一导电图案150中流动。

在本实施方式中，第二导电图案(191和192)中的每个可以具有被固定在水平方向(即面内方向)上的磁化方向。第二导电图案(191和192)中的每个的磁化方向可以被固定在垂直于第一图案191与第二图案192间隔开的方向的方向上。换言之，第二导电图案(191和192)中的每个的磁化方向可以被固定在垂直于第一面内电流Jc1和第二面内电流Jc2的流动方向的方向上。例如，第二图案192可以具有被固定在第三方向D3上的磁化方向Mu，第一图案191可以具有被固定在与第三方向D3相反的方向上的磁化方向Md。

通过第二下接触插塞120B传输到第二图案192中的电子的自旋方向可以通过第二图案192的被固定在第三方向D3上的磁化方向Mu而被对准在第三方向D3上。参照图4描述的第二转矩RQ2的在第三方向D3(即垂直于面内电流的方向)上的分量可以通过电子的被对准在第三方向D3上的自旋方向来增强，这可以使中间磁化方向Mb更容易地改变为最终磁化方向Mc。

同样，通过第一图案191的被固定在第三方向D3的相反方向上的磁化方向Md，通过第一下接触插塞120A传输到第一图案191中的电子的自旋方向可以被对准在第三方向D3的相反方向上。参照图4描述的第二转矩RQ2在第三方向D3的相反方向(即垂直于面内电流的方向)上的分量可以通过电子的被对准在第三方向D3的相反方向上的自旋方向来增强，这可以使中间磁化方向Mb更容易地改变为最终磁化方向Mc。

再次参照图1和图2，第一导电图案150可以包括重金属或掺有重金属的材料。例如，第一导电图案150可以包括“A”和/或掺有“B”的“M”。“A”可以包括钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、锝(Tc)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、镉(Cd)、铟(In)、锑(Sb)、碲(Te)、铪(Hf)、钽(Ta，包括高电阻非晶的β-Ta)、钨(W)、铼(Re)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、金(Au)、汞(Hg)、铊(Tl)、铅(Pb)、铋(Bi)、钋(Po)、砹(At)和/或其任何组合。“B”可以包括钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、磷(P)、硫(S)、锌(Zn)、镓(Ga)、锗(Ge)、砷(As)、硒(Se)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、锝(Tc)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、镉(Cd)、铟(In)、锑(Sb)、碲(Te)、碘(I)、镥(Lu)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、铼(Re)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、金(Au)、汞(Hg)、铊(Tl)、铅(Pb)、铋(Bi)、钋(Po)、砹(At)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)和/或镱(Yb)。“M”可以包括铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、铼(Re)、铂(Pt)、金(Au)、汞(Hg)、铅(Pb)、硅(Si)、镓(Ga)、镓锰(GaMn)和/或镓砷化物(GaAs)。例如，第一导电图案150可以包括掺有铱(Ir)的铜(Cu)和/或掺有铋(Bi)的铜(Cu)。

根据一些实施方式，第二导电图案(191和192)可以是铁磁图案并可以包括铁磁材料。在一些实施方式中，第二导电图案(191和192)的磁化方向(Mu和Md)可以基本上垂直于隧道势垒图案TBP和第一磁性图案MP1之间的界面。在这种情况下，第二导电图案(191和192)可以包括垂直磁性材料(例如CoFeTb、CoFeGd或CoFeDy)、具有L1

在某些实施方式中，如图6所示，第二导电图案(191和192)的磁化方向(Mu和Md)可以基本上平行于隧道势垒图案TBP和第一磁性图案MP1之间的界面。在这种情况下，第二导电图案(191和192)还可以包括用于固定铁磁材料的磁化方向的反铁磁材料。

第一图案191的矫顽力可以大于第二图案192的矫顽力。例如，第一图案191可以包括上述材料中的至少一种，其矫顽力大于第二图案192的矫顽力。在这种情况下，第一图案191可以包括与第二图案192的材料不同的材料。

根据本发明构思的实施方式，第一导电图案150可以通过第二导电图案(191和192)更容易地切换与自由层对应的第一磁性图案MP1的磁化方向。第二导电图案(191和192)可以帮助自由层的最终磁化方向被垂直地对准，因此可以减小用于切换磁存储器件的自旋电流。

图7、图9、图11、图13、图15和图17是示出根据本发明构思的一些实施方式的制造磁存储器件的方法的俯视图。图8、图10、图12、图14、图16和图18是分别沿着图7、图9、图11、图13、图15和图17的线I-I'截取的剖视图。在下文，为了易于说明，对与图1至图6的实施方式中相同的技术特征的描述将被省略或简要提及。为了易于图示，选择元件被省略。

参照图7和图8，可以在基板100上形成第一层间绝缘层111。基板100可以包括半导体基板和形成在半导体基板上的选择元件(见图2的SW)。下接触插塞120可以形成在第一层间绝缘层111中。在一些实施方式中，下接触插塞120的形成可以包括形成穿透第一层间绝缘层111的下接触孔以及分别在下接触孔中形成下接触插塞120。每个下接触插塞120可以连接到选择元件中的对应一个选择元件的一个端子。

可以形成第二层间绝缘层112以覆盖下接触插塞120。第二层间绝缘层112可以与下接触插塞120的顶表面接触。

参照图9和图10，第一开口OP1可以形成为穿透并延伸穿过第二层间绝缘层112。第一开口OP1可以暴露第一下接触插塞120A。第一开口OP1可以具有与第一下接触插塞120A的平面形状类似的平面形状。然而，本发明构思的实施方式不限于此。第二下接触插塞120B的顶表面可以不被暴露，而是可以被第二层间绝缘层112覆盖。在某些实施方式中，第一开口OP1可以通过使下接触插塞120的上部凹入(例如，使第一下接触插塞120A的上部选择性地凹入)来形成，而不形成第二层间绝缘层112。

参照图11和图12，可以形成第一图案191以分别填充第一开口OP1。形成第一图案191的工艺可以包括：沉积铁磁材料以填充第一开口OP1；以及对所沉积的铁磁材料执行平坦化工艺，直到暴露第二层间绝缘层112的顶表面。形成第一图案191的工艺可以包括通过第一外部磁场使第一图案191的磁化方向对准。例如，第一图案191可以具有通过对准工艺被固定在与第二方向D2相反的方向上的磁化方向Md，如图3所示。

覆盖第一图案191的掩模层113可以形成在第二层间绝缘层112上。暴露第二下接触插塞120B的第二开口OP2可以形成在掩模层113中。第二开口OP2可以穿透并延伸穿过第二层间绝缘层112。

参照图13和图14，可以形成第二图案192以分别填充第二开口OP2。形成第二图案192的工艺可以包括：沉积铁磁材料以填充第二开口OP2；以及对所沉积的铁磁材料执行平坦化工艺，直到暴露第二层间绝缘层112的顶表面。因此，第一图案191和第二图案192可以在第一方向D1上彼此交替地布置并彼此间隔开。第一图案191的顶表面可以形成在与第二图案192的顶表面基本上相同的水平处，并且第一图案191的底表面可以形成在与第二图案192的底表面基本上相同的水平处。然而，本发明构思的实施方式不限于此。

形成第二图案192的工艺可以包括通过第二外部磁场使第二图案192的磁化方向对准。例如，第二图案192可以具有通过该对准工艺而被固定在第二方向D2上的磁化方向Mu，如图3所示。由于第一图案191的矫顽力大于第二图案192的矫顽力，所以参照图11和图12描述的第一图案191的磁化方向Md可以不通过第二外部磁场改变，而是可以被保持。

参照图15和图16，可以在第二导电图案(191和192)上顺序地形成第一导电层152和磁隧道结层MTJL。第一导电层152可以通过溅射工艺、化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺形成。磁隧道结层MTJL可以包括顺序地堆叠在第一导电层152上的第一磁性层ML1、隧道势垒层TBL和第二磁性层ML2。第一磁性层ML1和第二磁性层ML2中的每个包括至少一个磁性层。隧道势垒层TBL可以包括镁氧化物(MgO)层、钛氧化物(TiO)层、铝氧化物(AlO)层、镁锌氧化物(MgZnO)层和/或镁硼氧化物(MgBO)层。第一磁性层ML1、隧道势垒层TBL和第二磁性层ML2中的每个可以通过溅射工艺或CVD工艺形成。

电极图案160可以形成在磁隧道结层MTJL上。电极图案160可以限定在其中将形成磁隧道结图案的区域。例如，电极图案160可以包括金属(例如Ta、W、Ru或Ir)和/或导电的金属氮化物(例如TiN)。

参照图17和图18，可以顺序地蚀刻磁隧道结层MTJL和第一导电层152以形成磁隧道结图案MTJ和第一导电图案150。每个第一导电图案150可以在俯视图中设置在彼此紧邻的一对第二导电图案(191和192)之间，并可以连接到所述一对第二导电图案(191和192)。第二导电图案(191和192)中的每个可以在俯视图中设置在彼此紧邻的一对第一导电图案150之间，并可以连接到所述一对第一导电图案150。第二导电图案(191和192)中的每个的顶表面可以与第一导电图案150的底表面接触。

每个磁隧道结图案MTJ可以包括顺序地堆叠在对应的第一导电图案150上的第一磁性图案MP1、隧道势垒图案TBP和第二磁性图案MP2。第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2可以彼此间隔开，并且隧道势垒图案TBP插设在它们之间。

磁隧道结层MTJL和第一导电层152可以通过例如离子束蚀刻工艺被蚀刻。该离子束蚀刻工艺可以通过将离子束照射到基板100上来执行。离子束可以相对于基板100的顶表面倾斜地照射。离子束可以包括惰性离子(例如氩正离子(Ar

再次参照图1和图2，可以形成第三层间绝缘层170以覆盖磁隧道结图案MTJ和电极图案160。第三层间绝缘层170可以覆盖磁隧道结图案MTJ的侧壁和电极图案160的侧壁。上导电线200(例如位线)可以形成在第三层间绝缘层170上。每条上导电线200可以通过电极图案160中的对应一个电连接到磁隧道结图案MTJ中的对应一个。

图19是对应于图1的线I-I'的剖视图，以示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件。在下文，为了易于说明，将省略对与以上实施方式中相同的部件和特征的描述。

参照图19，在根据本实施方式的磁存储器件中，第一图案191的体积(包括长度、宽度、高度/厚度和/或截面面积)可以与第二图案192的体积不同。例如，每个第一图案191的体积可以大于每个第二图案192的体积。例如，每个第一图案191的截面面积可以大于每个第二图案192的截面面积。在本实施方式中，每个第一图案191的第一厚度T1可以大于每个第二图案192的第二厚度T2。例如，第一厚度T1可以在从第二厚度T2的约2倍至约7倍的范围内。

在本实施方式中，第一图案191和第二图案192可以由相同的材料形成。由于第一图案191的体积大于第二图案192的体积，所以第一图案191的有效矫顽力可以大于第二图案192的有效矫顽力。在本说明书中，有效矫顽力可以是考虑了对应图案的体积的矫顽力。例如，有效矫顽力可以由对应图案的厚度和/或对应图案的内部晶体结构(例如晶粒尺寸)确定。第一图案191的磁化方向和第二图案192的磁化方向可以与参照图3至图6描述的相同。

图20至图22是沿着图1的线I-I'截取的剖视图，以示出根据本发明构思的一些实施方式的制造磁存储器件的方法。

参照图20，图9和图10的结构中的第一下接触插塞120A的上部可以被蚀刻。例如，第一下接触插塞120A可以通过湿蚀刻工艺来蚀刻。通过该蚀刻工艺，第一开口OP1可以在第二下接触插塞120B之间延伸。

参照图21，可以对第二层间绝缘层112执行图案化工艺以形成暴露第二下接触插塞120B的第二开口OP2。在一些实施方式中，可以形成牺牲层以填充第一开口OP1，并且可以在形成第二开口OP2之后去除该牺牲层。第二开口OP2的深度可以小于第一开口OP1的深度。

参照图22，可以形成填充第一开口OP1的第一图案191和填充第二开口OP2的第二图案192。第一图案191和第二图案192可以由相同的材料通过相同的沉积工艺同时形成。例如，可以形成铁磁层以填充第一开口OP1和第二开口OP2，然后可以对该铁磁层执行平坦化工艺直到暴露第二层间绝缘层112。

可以施加第一外部磁场以使第一图案191的磁化方向和第二图案192的磁化方向对准在与第二方向D2相反的方向上。此后，可以施加比第一外部磁场弱的第二外部磁场，以使第二图案192的磁化方向对准在第二方向D2上。第一图案191的有效矫顽力可以大于第二图案192的有效矫顽力，因此第一图案191的磁化方向可以不被第二外部磁场改变而是可以保持在与第二方向D2相反的方向上。结果，第一图案191的磁化方向和第二图案192的磁化方向可以具有图3所示的方向。

再次参照图19，可以对图22的所得结构执行参照图15至图19、图1和图2描述的工艺。结果，可以形成磁隧道结图案MTJ、第一导电图案150、电极图案160和上导电线200。

图23是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的俯视图。图24是沿着图23的线I-I'截取的剖视图。

参照图23和图24，在根据本实施方式的磁存储器件中，第一图案191的体积可以与第二图案192的体积不同。例如，每个第一图案191的截面面积可以小于每个第二图案192的截面面积。例如，第二图案192在第一方向D1上的第二宽度W2可以大于第一图案191在第一方向D1上的第一宽度W1。例如，第二宽度W2可以在从第一宽度W1的约1.5倍至约3倍的范围内。

在本实施方式中，第一图案191和第二图案192可以由相同的材料形成。由于第一图案191的体积小于第二图案192的体积，所以第一图案191的有效矫顽力可以小于第二图案192的有效矫顽力。第一图案191的磁化方向和第二图案192的磁化方向可以与参照图3至图6描述的相同。

图25和图27是示出根据本发明构思的一些实施方式的制造磁存储器件的方法的俯视图。图26和图28是分别沿着图25和图27的线I-I'截取的剖视图。

参照图25和图26，下接触插塞120可以形成在第一层间绝缘层111中。第一下接触插塞120A在第一方向D1上的宽度可以与第二下接触插塞120B在第一方向D1上的宽度不同。例如，第二下接触插塞120B的宽度可以大于第一下接触插塞120A的宽度。或者，第二下接触插塞120B的宽度可以基本上等于第一下接触插塞120A的宽度。此后，可以沉积第二层间绝缘层112。

参照图27和图28，可以在第二层间绝缘层112中形成暴露第一下接触插塞120A的第一开口OP1和暴露第二下接触插塞120B的第二开口OP2。第二开口OP2在第一方向D1上的第二宽度W2可以大于第一开口OP1在第一方向D1上的第一宽度W1。

此后，可以分别在第一开口OP1中形成第一图案191，并且可以分别在第二开口OP2中形成第二图案192。第一图案191和第二图案192可以由相同的材料通过相同的沉积工艺同时形成。例如，可以形成铁磁层以填充第一开口OP1和第二开口OP2，然后可以对铁磁层执行平坦化工艺直到暴露第二层间绝缘层112。

可以施加第一外部磁场以使第一图案191的磁化方向和第二图案192的磁化方向在第二方向D2上对准。此后，可以施加比第一外部磁场弱的第二外部磁场以使第一图案191的磁化方向在与第二方向D2相反的方向上对准。第二图案192的有效矫顽力可以大于第一图案191的有效矫顽力，因此第二图案192的磁化方向可以不被第二外部磁场改变而是可以保持在第二方向D2上。结果，第一图案191的磁化方向和第二图案192的磁化方向可以具有图3所示的方向。

再次参照图24，可以对图28的所得结构执行参照图15至图19、图1和图2描述的工艺。结果，可以形成磁隧道结图案MTJ、第一导电图案150、电极图案160和上导电线200。

图29是沿着图1的线I-I'截取的剖视图，以示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件。在本实施方式中，可以省略在第二导电图案(191和192)下面的单独的第一下接触插塞120A和第二下接触插塞120B，并且第二导电图案(191和192)可以分别用作第一下接触插塞120A和第二下接触插塞120B。

图30是沿着图1的线I-I'截取的剖视图，以示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件。在本实施方式中，第一导电图案150可以不在磁隧道结图案MTJ之间被切割或分割，而是可以具有在第一方向D1上连续延伸的线性形状或线形状。因此，第一导电图案150可以在第一方向D1上连续地延伸，并可以交替地连接到沿着第一方向D1间隔开的第一图案191和第二图案192。

根据本发明构思的实施方式，可以提供能够减小切换电流的磁存储器件。根据本发明构思的实施方式，可以提供能够在切换自由层之后允许自由层的磁化方向更容易地对准在垂直方向上的磁存储器件。

尽管已经参照示例实施方式描述了本发明构思，但是对于本领域技术人员将是明显的，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，应当理解，以上实施方式不是限制性的，而是说明性的。因此，本发明构思的范围将由所附权利要求及其等同物的最宽可允许解释来确定，不应由前述描述约束或限制。

本专利申请要求于2019年9月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0113440号的优先权，其公开内容通过引用整体地结合于此。