CN116168740A - 磁存储器件 - Google Patents

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CN116168740A CN202211471280.5A CN202211471280A CN116168740A CN 116168740 A CN116168740 A CN 116168740A CN 202211471280 A CN202211471280 A CN 202211471280A CN 116168740 A CN116168740 A CN 116168740A
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尹智湖
梁时熏
S.P.帕金
皮雄焕
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Abstract

一种磁存储器件包括在第一方向上延伸的磁道。磁道包括下磁性层、在下磁性层上的上磁性层、在下磁性层上并且在上磁性层的一侧的非磁性图案、以及在下磁性层和上磁性层之间并且在下磁性层和非磁性图案之间延伸的间隔物层。下磁性层和上磁性层通过间隔物层彼此反铁磁耦合。非磁性图案具有在垂直于第一方向的第二方向上彼此相反的第一表面和第二表面。非磁性图案和上磁性层之间的接合表面相对于与第一表面和第二表面垂直的参考表面倾斜。

Description

磁存储器件
技术领域
本公开涉及磁存储器件，更具体地，涉及利用磁畴壁的移动现象的磁存储器件。
背景技术
对用于包括存储器件的高速低功率电子装置中的高速低电压存储器件的需求已经增长。磁存储器件已被视为可以满足这些需求的候选存储器件。由于其高速操作特性和/或非易失性特性，磁存储器件已作为下一代存储器件受到关注。特别地，已经研究和开发了利用磁性材料的磁畴壁的移动现象的新的磁存储器件。
发明内容
本发明构思的实施方式可以提供被配置为将磁畴壁注入到包括合成反铁磁结构的磁道中的磁存储器件。
本发明构思的实施方式还可以提供被配置为降低用于将磁畴壁注入到包括合成反铁磁结构的磁道中的电流密度的磁存储器件。
在一方面，一种磁存储器件可以包括在第一方向上延伸的磁道。磁道可以包括下磁性层、在下磁性层上的上磁性层、在下磁性层上并且在上磁性层的一侧的非磁性图案、以及在下磁性层和上磁性层之间并且在下磁性层和非磁性图案之间延伸的间隔物层。下磁性层和上磁性层可以通过间隔物层彼此反铁磁耦合。非磁性图案可以具有在垂直于第一方向的第二方向上彼此相反的第一表面和第二表面，第一方向和第二方向可以平行于磁道的下表面。非磁性图案和上磁性层之间的接合表面可以相对于与非磁性图案的第一表面和第二表面垂直的参考表面倾斜。
在一方面，一种磁存储器件可以包括在第一方向上延伸的磁道。磁道可以包括下磁性层、在下磁性层上的上磁性层、在下磁性层上并且在上磁性层的一侧的非磁性图案、以及在下磁性层和上磁性层之间并且在下磁性层和非磁性图案之间延伸的间隔物层。下磁性层和上磁性层可以通过间隔物层彼此反铁磁耦合。非磁性图案可以具有在垂直于第一方向的第二方向上彼此相反的第一表面和第二表面，第一方向和第二方向可以平行于磁道的下表面。非磁性图案在第一方向上的长度可以从第一表面朝向第二表面逐渐变大。
附图说明
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平面图。
图2是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的截面图。
图3A至图6A是与图1的部分“A”对应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的平面图。
图3B至图6B是与图2的部分“B”对应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的截面图。
图7A至图7D是与图2的部分“B”对应以示出根据本发明构思的一些实施方式的用于初始化磁存储器件的方法的截面图。
图8和图9是示出用于将磁畴壁注入到根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的磁道中的电流密度的图。
图10是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的截面图。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述本发明构思的示例实施方式。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于在此阐述的实施方式。在附图中，贯穿本申请，相同的附图标记指代相同的元件，并且可以省略重复的描述。将理解，尽管在此可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。因此，例如，下面讨论的第一元件、第一部件或第一区段可以被称为第二元件、第二部件或第二区段，而不脱离本发明构思的教导。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列举项目的任何和所有组合。注意，关于一个实施方式描述的方面可以结合在不同的实施方式中，尽管没有相对于其具体描述。即，所有实施方式和/或任何实施方式的特征可以以任何方式和/或组合进行组合。
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平面图。图2是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的截面图。
参照图1和图2，磁存储器件可以包括导电线CL、在导电线CL上的磁道MTR和在磁道MTR上的读/写单元150。导电线CL和磁道MTR中的每个可以具有在第一方向D1上延伸的线形。导电线CL和磁道MTR中的每个可以具有其中第一方向D1上的长度大于与第一方向D1垂直的第二方向D2上的宽度的线形。第一方向D1和第二方向D2可以平行于平面(例如，导电线CL的下表面或者磁道MTR的下表面)并且可以彼此垂直。换言之，由第一方向D1和第二方向D2限定的平面可以平行于导电线CL的下表面或者磁道MTR的下表面。磁道MTR可以在垂直于第一方向D1和第二方向D2两者的第三方向D3上堆叠在导电线CL上。第三方向D3可以垂直于平面(例如，导电线CL的下表面或由第一方向D1和第二方向D2限定的平面)。读/写单元150可以与磁道MTR的一部分相邻设置。
导电线CL可以被配置为通过或响应于流过其中的电流而产生自旋轨道矩。导电线CL可以包括被配置为通过或响应于在导电线CL中沿第一方向D1或与第一方向D1相反的方向流动的电流而产生自旋霍尔效应或拉什巴效应的材料。导电线CL可以包括原子序数为30或更大的重金属，并且可以包括例如铱(Ir)、钌(Ru)、钽(Ta)、铂(Pt)、钯(Pd)、铋(Bi)、钛(Ti)和/或钨(W)。
磁道MTR可以包括依次堆叠在导电线CL上的下磁性层110、间隔物层120和上磁性层130。下磁性层110、间隔物层120和上磁性层130可以在第三方向D3上依次堆叠在导电线CL上。下磁性层110可以设置在导电线CL和间隔物层120之间，间隔物层120可以设置在下磁性层110和上磁性层130之间。下磁性层110、间隔物层120和上磁性层130可以具有在第一方向D1上延伸的线形。导电线CL和磁道MTR可以具有在第一方向D1上延伸的直线形状，但本发明构思的实施方式不限于此。在一些实施方式中，导电线CL和磁道MTR可以具有U形线形状。
下磁性层110可以包括在第一方向D1上排列的下磁畴D_L和在下磁畴D_L之间的下磁畴壁DW_L。每个下磁畴D_L可以是下磁性层110中的其中磁矩在某一方向上对齐的区域，每个下磁畴壁DW_L可以是其中磁矩的方向在下磁畴D_L之间改变的区域。下磁畴D_L和下磁畴壁DW_L可以在第一方向D1上交替地排列。
上磁性层130可以包括在第一方向D1上排列的上磁畴D_U和在上磁畴D_U之间的上磁畴壁DW_U。每个上磁畴D_U可以是上磁性层130中的其中磁矩在某一方向上对齐的区域，每个上磁畴壁DW_U可以是其中磁矩的方向在上磁畴D_U之间改变的区域。上磁畴D_U和上磁畴壁DW_U可以在第一方向D1上交替地排列。上磁畴D_U可以在第三方向D3上分别与下磁畴D_L垂直地重叠。
下磁性层110和上磁性层130可以通过间隔物层120彼此反铁磁耦合。下磁性层110和上磁性层130中的每个可以包括磁性元素，并且可以包括例如钴(Co)、铁(Fe)和/或镍(Ni)中的至少一种。间隔物层120可以包括非磁性金属，并且可以包括例如钌(Ru)、铱(Ir)、钨(W)、钽(Ta)和/或其任何合金。
在一些实施方式中，下磁性层110中的下磁畴D_L和上磁性层130中的上磁畴D_U可以具有垂直磁各向异性(PMA)。下磁性层110中的每个下磁畴D_L可以具有基本上垂直于下磁性层110和间隔物层120之间的界面的磁化方向110M，并且彼此直接相邻的下磁畴D_L的磁化方向110M可以彼此相反。每个下磁畴壁DW_L可以限定具有彼此相反的磁化方向110M的相邻下磁畴D_L之间的边界。上磁性层130中的每个上磁畴D_U可以具有基本上垂直于上磁性层130和间隔物层120之间的界面的磁化方向130M，并且彼此直接相邻的上磁畴D_U的磁化方向130M可以彼此相反。每个上磁畴壁DW_U可以限定具有彼此相反的磁化方向130M的相邻上磁畴D_U之间的边界。
上磁畴D_U可以在第三方向D3上分别与下磁畴D_L垂直地重叠，并且上磁畴D_U和下磁畴D_L可以通过间隔物层120彼此反铁磁耦合。每个上磁畴D_U的磁化方向130M可以与下磁畴D_L中的对应的下磁畴D_L的磁化方向110M反平行。
磁道MTR可以进一步包括设置在间隔物层120上并且在上磁性层130的一侧的非磁性图案140。非磁性图案140可以在第三方向D3上与下磁性层110的一部分垂直地重叠。例如，非磁性图案140可以(例如，在第三方向D3上)与下磁性层110中的下磁畴D_L中的对应的下磁畴D_L垂直地重叠。对应的下磁畴D_L可以具有基本上垂直于下磁性层110和间隔物层120之间的界面的磁化方向110M。
间隔物层120可以设置在下磁性层110和上磁性层130之间，并且可以在下磁性层110的所述部分(即，在第三方向D3上与非磁性图案140垂直重叠的部分)和非磁性图案140之间延伸。非磁性图案140可以包括金属氧化物。非磁性图案140可以包括与上磁性层130中的磁性元素相同的磁性元素，并且可以进一步包括氧。
非磁性图案140可以与上磁性层130的侧表面130S接触。上磁性层130的侧表面130S可以被称为非磁性图案140和上磁性层130之间的接合表面130S。非磁性图案140可以具有在第二方向D2上彼此相反的第一表面140S1和第二表面140S2。非磁性图案140和上磁性层130之间的接合表面130S可以相对于与非磁性图案140的第一表面140S1和第二表面140S2垂直的参考表面SS倾斜。参考表面SS可以是垂直于第一方向D1并且平行于由第二方向D2和第三方向D3形成的平面的表面。接合表面130S和参考表面SS之间的角度θj可以大于30度。例如，接合表面130S和参考表面SS之间的角度θj可以大于30度且小于90度。非磁性图案140可以在第一方向D1上具有长度140L。非磁性图案140在第一方向D1上的长度140L可以从第一表面140S1朝向第二表面140S2逐渐变大。换言之，非磁性图案140的第二表面140S2在第一方向D1上的长度可以大于非磁性图案140的第一表面140S1在第一方向D1上的长度。
磁道MTR可以包括合成反铁磁区域SAF和铁磁区域FM。合成反铁磁区域SAF可以是其中下磁性层110和上磁性层130通过间隔物层120彼此反铁磁耦合的区域。铁磁区域FM可以包括非磁性图案140和下磁性层110的与非磁性图案140垂直重叠的部分(即，对应的下磁畴D_L)。磁道MTR可以具有铁磁体-合成反铁磁体(FM-SAF)侧向接合结构，其中铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF在第一方向D1上彼此接合。非磁性图案140和上磁性层130之间的接合表面130S也可以被称为铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF之间的接合表面130S。
磁道MTR的铁磁区域FM可以是用于将磁畴壁(例如，下磁畴壁DW_L)注入到磁道MTR的合成反铁磁区域SAF中以用于磁存储器件的初始化的区域。
当电流在导电线CL中沿第一方向D1或与第一方向D1相反的方向流动时，下磁性层110中的下磁畴壁DW_L可以在第一方向D1上移动。下磁畴壁DW_L的移动可以归因于在导电线CL和下磁性层110之间的界面处产生的自旋轨道矩和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)。下磁畴壁DW_L的移动方向可以取决于下磁畴壁DW_L的手性。因为下磁性层110中的下磁畴壁DW_L在第一方向D1上移动，所以上磁性层130中的上磁畴壁DW_U也可以在第一方向D1上移动。上磁畴壁DW_U的移动可以归因于下磁性层110和上磁性层130之间的反铁磁耦合。
读/写单元150可以设置在磁道MTR的合成反铁磁区域SAF上。读/写单元150可以包括利用巨磁阻效应的GMR传感器或利用隧道磁阻效应的TMR传感器。例如，读/写单元150可以包括在上磁性层130上的磁性图案154、在上磁性层130和磁性图案154之间的隧道势垒图案152和在磁性图案154上的电极图案156。磁性图案154可以设置在隧道势垒图案152和电极图案156之间。磁性图案154可以包括钴(Co)、铁(Fe)和/或镍(Ni)中的至少一种。隧道势垒图案152可以包括镁(Mg)氧化物、钛(Ti)氧化物、铝(Al)氧化物、镁锌(Mg-Zn)氧化物和/或镁硼(Mg-B)氧化物中的至少一种。电极图案156可以包括导电材料，并且可以包括例如金属(例如铜、钨或铝)和/或金属氮化物(例如，钽氮化物、钛氮化物和/或钨氮化物)。
读/写单元150可以(例如，在第三方向D3)与上磁性层130中的上磁畴D_U中的对应的上磁畴D_U以及下磁性层110中的下磁畴D_L中的对应的下磁畴D_L垂直地重叠。
在一些实施方式中，读/写单元150的磁性图案154可以具有垂直磁各向异性(PMA)。磁性图案154可以具有基本上垂直于磁性图案154和隧道势垒图案152之间的界面的磁化方向154M，并且磁性图案154的磁化方向154M可以固定在一个方向上。上磁性层130中的上磁畴D_U的磁化方向130M和下磁性层110中的下磁畴D_L的磁化方向110M可以是可改变的，以与磁性图案154的磁化方向154M平行或反平行。
磁性图案154可以(例如，在第三方向D3上)与上磁畴D_U中的对应的上磁畴D_U和下磁畴D_L中的对应的下磁畴D_L垂直地重叠。彼此垂直重叠的磁性图案154、对应的上磁畴D_U和对应的下磁畴D_L可以构成磁隧道结MTJ。磁性图案154可以是具有固定在一个方向上的磁化方向154M的被钉扎层，对应的上磁畴D_U和对应的下磁畴D_L可以彼此反铁磁耦合以构成具有合成反铁磁结构的自由层。
在读操作中，读电流Iread可以流过磁隧道结MTJ。可以通过读电流Iread来检测磁隧道结MTJ的电阻状态。可以通过读电流Iread来检测磁隧道结MTJ是处于高电阻状态还是低电阻状态。可以从磁隧道结MTJ的电阻状态检测存储在自由层中的数据(0或1)。在写操作中，写电流Isw可以流过磁隧道结MTJ。写电流Isw的大小可以大于读电流Iread的大小。对应的上磁畴D_U的磁化方向130M可以通过由写电流Isw产生的自旋转移矩而切换。通过由写电流Isw产生的自旋转移矩，对应的上磁畴D_U的磁化方向130M可以切换为平行或反平行于磁性图案154的磁化方向154M。通过对应的上磁畴D_U和对应的下磁畴D_L之间的反铁磁耦合，对应的下磁畴D_L的磁化方向110M可以切换为反平行于对应的上磁畴D_U的磁化方向130M。
在一些实施方式中，下磁性层110、上磁性层130和磁性图案154中的每个可以包括钴(Co)、铁(Fe)和/或镍(Ni)中的至少一种，并且可以进一步包括一种或更多种非磁性材料，诸如硼(B)、锌(Zn)、铝(Al)、钛(Ti)、钌(Ru)、钽(Ta)、硅(Si)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、碳(C)和/或氮(N)。例如，下磁性层110、上磁性层130和磁性图案154中的每个可以包括垂直磁性材料(例如，CoFeTb、CoFeGd和/或CoFeDy)、具有L10结构的垂直磁性材料、具有密排六方(HCP)晶格结构的CoPt合金、和/或垂直磁性结构中的至少一种。具有L10结构的垂直磁性材料可以包括具有L10结构的FePt、具有L10结构的FePd、具有L10结构的CoPd或具有L10结构的CoPt中的至少一种。垂直磁性结构可以包括交替且重复堆叠的磁性层和非磁性层。例如，垂直磁性结构可以包括(Co/Pt)n、(CoFe/Pt)n、(CoFe/Pd)n、(Co/Pd)n、(Co/Ni)n、(CoNi/Pt)n、(CoCr/Pt)n和/或(CoCr/Pd)n中的至少一种，其中“n”表示双层的数量。在某些实施方式中，下磁性层110、上磁性层130和磁性图案154中的每个可以包括CoFeB和/或基于Co的赫斯勒(Heusler)合金。
图3A至图6A是与图1的部分“A”对应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的平面图。图3B至图6B是与图2的部分“B”对应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的截面图。在下文中，为了说明的容易和方便，将省略与参照图1和图2所提及的相同特征的描述。
参照图3A和图3B，可以在导电层CLa上依次堆叠第一磁性层110a、非磁性层120a和第二磁性层130a。导电层CLa、第一磁性层110a、非磁性层120a和第二磁性层130a可以使用化学气相沉积(CVD)方法和/或物理气相沉积(PVD)方法来形成，并且可以使用例如溅射沉积法来形成。可以在第二磁性层130a上形成第一掩模图案M1。第一掩模图案M1可以具有在第一方向D1上延伸的线形，并且可以是光致抗蚀剂图案或硬掩模图案。
参照图4A和图4B，可以使用第一掩模图案M1作为蚀刻掩模依次蚀刻第二磁性层130a、非磁性层120a、第一磁性层110a和导电层CLa。可以通过例如离子束蚀刻工艺依次蚀刻第二磁性层130a、非磁性层120a、第一磁性层110a和导电层CLa。可以分别通过蚀刻第二磁性层130a、非磁性层120a、第一磁性层110a和导电层CLa来形成上磁性层130、间隔物层120、下磁性层110和导电线CL。下磁性层110和上磁性层130可以通过间隔物层120彼此反铁磁耦合。
在形成导电线CL、下磁性层110、间隔物层120和上磁性层130之后，可以去除第一掩模图案M1。可以通过例如灰化工艺和/或剥离工艺来去除第一掩模图案M1。
参照图5A和图5B，可以在上磁性层130上形成第二掩模图案M2。第二掩模图案M2可以暴露上磁性层130的一部分，并且可以至少部分地覆盖上磁性层130的剩余部分。第二掩模图案M2可以形成为具有在第一方向D1上延伸的线形，但本发明构思的实施方式不限于此。第二掩模图案M2可以是光致抗蚀剂图案或硬掩模图案。第二掩模图案M2可以包括金属氮化物，并且可以包括例如TaN。
第二掩模图案M2的侧表面M2_S可以与上磁性层130的暴露部分相邻。上磁性层130可以具有在第二方向D2上彼此相反的第一表面130S1和第二表面130S2。第二掩模图案M2的侧表面M2_S可以相对于与上磁性层130的第一表面130S1和第二表面130S2垂直并且平行于由第二方向D2和第三方向D3形成的平面的参考表面SS倾斜。第二掩模图案M2的侧表面M2_S与参考表面SS之间的角度θj可以大于30度。例如，第二掩模图案M2的侧表面M2_S与参考表面SS之间的角度θj可以大于30度且小于90度。
可以对上磁性层130执行氧化工艺。第二掩模图案M2可以用作氧化工艺的掩模。氧化工艺可以包括例如氧等离子体处理。
参照图6A和图6B，可以通过氧化工艺来氧化上磁性层130的暴露部分，因此，可以在上磁性层130的一侧形成非磁性图案140。非磁性图案140可以包括金属氧化物。非磁性图案140可以包括与上磁性层130相同的磁性元素，并且可以进一步包括氧。
非磁性图案140可以与上磁性层130的侧表面130S接触。上磁性层130的侧表面130S可以被称为非磁性图案140和上磁性层130之间的接合表面130S。非磁性图案140可以具有在第二方向D2上彼此相反的第一表面140S1和第二表面140S2。非磁性图案140和上磁性层130之间的接合表面130S可以相对于与非磁性图案140的第一表面140S1和第二表面140S2垂直并且平行于由第二方向D2和第三方向D3形成的平面的参考表面SS倾斜。接合表面130S与参考表面SS之间的角度θj可以大于30度。例如，接合表面130S与参考表面SS之间的角度θj可以大于30度且小于90度。非磁性图案140可以在第一方向D1上具有长度140L。非磁性图案140在第一方向D1上的长度140L可以从第一表面140S1朝向第二表面140S2逐渐变大。换言之，非磁性图案140的第二表面140S2在第一方向D1上的长度可以大于非磁性图案140的第一表面140S1在第一方向D1上的长度。
间隔物层120可以用作氧化工艺的氧化停止层。因此，下磁性层110的(例如，在第三方向D3上)与非磁性图案140垂直重叠的部分110P可以不被氧化工艺氧化，而是可以保持铁磁特性。
在通过氧化工艺形成非磁性图案140之后，可以去除第二掩模图案M2。可以通过例如灰化工艺和/或剥离工艺去除第二掩模图案M2。
下磁性层110、间隔物层120、上磁性层130和非磁性图案140可以构成磁道MTR。导电线CL和磁道MTR可以具有在第一方向D1上延伸的线形。
磁道MTR可以包括合成反铁磁区域SAF和铁磁区域FM。合成反铁磁区域SAF可以是其中下磁性层110和上磁性层130通过间隔物层120彼此反铁磁耦合的区域。铁磁区域FM可以包括非磁性图案140和下磁性层110的与非磁性图案140垂直(即，D3方向)重叠的部分110P。磁道MTR可以具有铁磁体-合成反铁磁体(FM-SAF)侧向接合结构，其中铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF在第一方向D1上彼此接合。非磁性图案140和上磁性层130之间的接合表面130S也可以被称为铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF之间的接合表面130S。
再次参照图1和图2，可以在磁道MTR的合成反铁磁区域SAF上形成读/写单元150。例如，读/写单元150的形成可以包括：在磁道MTR上依次形成隧道绝缘层、磁性层和电极层；以及蚀刻隧道绝缘层、磁性层和电极层。可以分别通过蚀刻隧道绝缘层、磁性层和电极层来形成隧道势垒图案152、磁性图案154和电极图案156。
图7A至图7D是与图2的部分“B”对应以示出根据本发明构思的一些实施方式的用于初始化磁存储器件的方法的截面图。在下文中，为了说明的容易和方便，将省略与参照图1和图2所提及的相同特征的描述。
参照图7A，磁存储器件可以包括导电线CL和在导电线CL上的磁道MTR。磁道MTR可以包括依次堆叠在导电线CL上的下磁性层110、间隔物层120和上磁性层130，并且可以进一步包括设置在间隔物层120上并且在上磁性层130的一侧的非磁性图案140。非磁性图案140可以在第三方向D3上与下磁性层110的部分110P垂直地重叠。磁道MTR可以包括合成反铁磁区域SAF和铁磁区域FM，在合成反铁磁区域SAF中下磁性层110和上磁性层130通过间隔物层120彼此反铁磁耦合，铁磁区域FM包括(例如，在第三方向D3上)彼此垂直重叠的非磁性图案140和下磁性层110的部分110P。铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF之间的接合表面130S(即，非磁性图案140和上磁性层130之间的接合表面)可以相对于与非磁性图案140的第一表面140S1和第二表面140S2垂直的参考表面SS倾斜，如参照图1和图2所述。
在一些实施方式中，下磁性层110可以具有基本上垂直于下磁性层110和间隔物层120之间的界面的磁化方向110M，上磁性层130可以具有基本上垂直于上磁性层130和间隔物层120之间的界面的磁化方向130M。下磁性层110和上磁性层130可以通过间隔物层120彼此反铁磁耦合，因此上磁性层130的磁化方向130M可以与下磁性层110的磁化方向110M反平行。例如，下磁性层110的磁化方向110M可以在向上的方向上对齐，上磁性层130的磁化方向130M可以在向下的方向上对齐。
下磁性层110的与非磁性图案140垂直重叠的部分110P的初始磁化方向110Mi可以与下磁性层110的磁化方向110M相同。例如，下磁性层110的部分110P的初始磁化方向110Mi可以在向上的方向上对齐。
参照图7B，外部磁场H1可以施加到磁道MTR。外部磁场H1的方向可以是与下磁性层110的部分110P的初始磁化方向110Mi相反的方向。例如，外部磁场H1的方向可以是向下的方向。
磁道MTR的合成反铁磁区域SAF的矫顽力(Hc)可以大于磁道MTR的铁磁区域FM的矫顽力(Hc)。因为磁道MTR的合成反铁磁区域SAF具有相对较大的矫顽力(Hc)，所以磁道MTR的合成反铁磁区域SAF中的下磁性层110的磁化方向110M和上磁性层130的磁化方向130M可以不被外部磁场H1反转。因为磁道MTR的铁磁区域FM具有相对较低的矫顽力(Hc)，所以磁道MTR的铁磁区域FM中的下磁性层110的部分110P的初始磁化方向110Mi可以被外部磁场H1反转。因此，下磁性层110的部分110P可以具有在向下的方向上对齐的第一磁化方向110M1。
因为下磁性层110的部分110P的初始磁化方向110Mi被外部磁场H1反转为第一磁化方向110M1，所以下磁畴壁DW_L可以形成在下磁性层110的与铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF之间的接合表面相邻的部分110P中。
参照图7C，电流I可以被施加以沿第一方向D1(或与第一方向D1相反的方向)在导电线CL中流动。因此，形成在铁磁区域FM中的下磁性层110的部分110P中的下磁畴壁DW_L可以注入到合成反铁磁区域SAF中的下磁性层110中。例如，下磁畴壁DW_L可以在第一方向D1上移动。
为了将下磁畴壁DW_L从铁磁区域FM注入到合成反铁磁区域SAF中，在导电线CL中可能需要相对较大的电流密度。
根据本发明构思，如参照图1和图2所述，铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF之间的接合表面130S(即，非磁性图案140和上磁性层130之间的接合表面)可以相对于与非磁性图案140的第一表面140S1和第二表面140S2垂直的参考表面SS倾斜，接合表面130S与参考表面SS之间的角度θj可以大于30度。因此，可以降低施加到导电线CL以将下磁畴壁DW_L从铁磁区FM注入到合成反铁磁区SAF中的电流密度。换言之，可以降低用于将磁畴壁(例如，下磁畴壁DW_L)注入到包括合成反铁磁区域SAF的磁道MTR中的电流密度。结果，可以提供被配置为将磁畴壁(例如，下磁畴壁DW_L)注入到包括合成反铁磁区域SAF的磁道MTR中的磁存储器件。
参照图7D，通过或响应于施加到导电线CL的电流I，下磁畴壁DW_L可以被注入到合成反铁磁区域SAF中的下磁性层110中，并且可以沿第一方向D1在合成反铁磁区域SAF中的下磁性层110中移动。通过下磁畴壁DW_L的移动，下磁性层110的磁化方向110M可以反转为在向下的方向上对齐的第一磁化方向110M1。
通过上磁性层130和下磁性层110之间的反铁磁耦合，上磁性层130的磁化方向130M可以反转以与下磁性层110的第一磁化方向110M1反铁磁耦合。上磁性层130的反转的磁化方向130M1可以与下磁性层110的第一磁化方向110M1反铁磁耦合，并且可以在例如向上的方向上对齐。因为上磁性层130具有反转的磁化方向130M1，所以上磁畴壁DW_U可以形成在上磁性层130中。上磁畴壁DW_U可以(例如，在第三方向D3上)与下磁畴壁DW_L垂直地重叠。
图8和图9是示出用于将磁畴壁注入到根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的磁道中的电流密度的图。
图8示出了根据电流I的脉冲宽度τp的电流密度J，电流I被施加到导电线CL以将下磁畴壁DW_L从磁道MTR的铁磁区域FM注入到磁道MTR的合成反铁磁区域SAF。可以认识到，当参考表面SS与铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF之间的接合表面130S之间的角度θj大于30度(例如，θj＝45°或θj＝60°)时，在电流I的相同脉冲宽度τp的条件下，电流密度J降低。
图9示出了根据参考表面SS与铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF之间的接合表面130S之间的角度θj的电流密度J，该电流密度J被施加到导电线CL以将下磁畴壁DW_L从铁磁区域FM注入到合成反铁磁区域SAF中。可以认识到，当参考表面SS与铁磁区域FM和合成反铁磁区域SAF之间的接合表面130S之间的角度θj大于30度(例如，θj＝45°或θj＝60°)时，施加到导电线CL的电流密度J降低。
图10是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的截面图。在下文中，为了说明的容易和描述，将主要描述本实施方式与图1和图2的上述实施方式之间的不同之处。
参照图1和图10，下磁性层110中的下磁畴D_L和上磁性层130中的上磁畴D_U可以具有面内磁各向异性(IMA)。下磁性层110中的每个下磁畴D_L可以具有平行于下磁性层110和间隔物层120之间的界面的磁化方向110M，并且彼此直接相邻的下磁畴D_L的磁化方向110M可以彼此相反。每个下磁畴壁DW_L可以限定具有彼此相反的磁化方向110M的相邻下磁畴D_L之间的边界。上磁性层130中的每个上磁畴D_U可以具有平行于上磁性层130和间隔物层120之间的界面的磁化方向130M，并且彼此直接相邻的上磁畴D_U的磁化方向130M可以彼此相反。每个上磁畴壁DW_U可以限定具有彼此相反的磁化方向130M的相邻上磁畴D_U之间的边界。
读/写单元150的磁性图案154可以具有面内磁各向异性(IMA)。磁性图案154可以具有平行于磁性图案154和隧道势垒图案152之间的界面的磁化方向154M，并且磁性图案154的磁化方向154M可以固定在一个方向上。上磁性层130中的上磁畴D_U的磁化方向130M和下磁性层110中的下磁畴D_L的磁化方向110M可以是可改变的，以与磁性图案154的磁化方向154M平行或反平行。
在一些实施方式中，下磁性层110、上磁性层130和磁性图案154中的每个可以包括铁磁材料，磁性图案154可以进一步包括用于钉扎或固定铁磁材料的磁化方向的反铁磁材料。
除了前述不同之处外，根据本实施方式的磁存储器件的其他特征和部件可以与参照图1和图2描述的磁存储器件的对应特征和部件基本相同。此外，根据本实施方式的磁存储器件可以通过与参照图3A至图6A和图3B至图6B描述的基本相同的方法形成，并且可以通过与参照图7A至图7D描述的基本相同的方法被初始化。
根据本发明构思，磁存储器件可以包括导电线和在导电线上的磁道，导电线和磁道可以在第一方向上延伸。磁道可以具有其中铁磁区域和合成反铁磁区域在第一方向上彼此接合的铁磁体-合成反铁磁体(FM-SAF)侧向接合结构。铁磁区域和合成反铁磁区域之间的接合表面可以相对于与第一方向垂直的参考表面倾斜，并且接合表面和参考表面之间的角度可以大于30度。因此，可以降低施加到导电线以将磁畴壁从铁磁区域注入到合成反铁磁区域中的电流密度。换言之，可以降低用于将磁畴壁注入到包括合成反铁磁区域的磁道中的电流密度。结果，可以提供被配置为将磁畴壁注入到包括合成反铁磁区域的磁道中的磁存储器件。
虽然已经具体示出和描述了本发明构思的示例实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的变化。
本申请要求2021年11月25日在韩国知识产权局提交的第10-2021-0164289号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用合并于此。

Claims (20)

1.一种磁存储器件，包括：
在第一方向上延伸的磁道，
其中所述磁道包括：
下磁性层；
在所述下磁性层上的上磁性层；
非磁性图案，在所述下磁性层上并且在所述上磁性层的一侧；以及
间隔物层，在所述下磁性层和所述上磁性层之间，并且在所述下磁性层和所述非磁性图案之间延伸，
其中所述下磁性层和所述上磁性层通过所述间隔物层彼此反铁磁耦合，
其中所述非磁性图案具有在垂直于所述第一方向的第二方向上彼此相反的第一表面和第二表面，所述第一方向和所述第二方向平行于所述磁道的下表面，以及
其中所述非磁性图案和所述上磁性层之间的接合表面相对于与所述非磁性图案的所述第一表面和所述第二表面垂直的参考表面倾斜。
2.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述参考表面与所述非磁性图案和所述上磁性层之间的所述接合表面之间的角度大于30度。
3.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述下磁性层包括在所述第一方向上交替排列的下磁畴和下磁畴壁，
其中所述上磁性层包括在所述第一方向上交替排列的上磁畴和上磁畴壁，以及
其中所述上磁畴在垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上分别与所述下磁畴垂直地重叠。
4.根据权利要求3所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案在所述第三方向上与所述下磁畴中的对应的下磁畴垂直地重叠。
5.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案包括氧。
6.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案包括金属氧化物。
7.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案包括与所述上磁性层中的磁性元素相同的磁性元素，并且进一步包括氧。
8.根据权利要求1所述的磁存储器件，进一步包括：
在所述磁道下方并且在所述第一方向上延伸的导电线，
其中所述下磁性层在所述导电线和所述间隔物层之间。
9.根据权利要求8所述的磁存储器件，其中所述导电线被配置为通过在其中流动的电流产生自旋轨道矩。
10.根据权利要求8所述的磁存储器件，其中所述导电线包括重金属元素。
11.根据权利要求8所述的磁存储器件，进一步包括：
在所述磁道上的读/写单元，
其中所述上磁性层在所述读/写单元和所述间隔物层之间。
12.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案在垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上与所述下磁性层的一部分垂直地重叠，
其中所述磁道具有铁磁体-合成反铁磁体侧向接合结构，在所述铁磁体-合成反铁磁体侧向接合结构中铁磁区域和合成反铁磁区域在所述第一方向上彼此接合，
其中所述合成反铁磁区域是所述下磁性层和所述上磁性层通过所述间隔物层彼此反铁磁耦合的区域，以及
其中所述铁磁区域包括所述非磁性图案和所述下磁性层的与所述非磁性图案垂直重叠的所述部分。
13.一种磁存储器件，包括：
在第一方向上延伸的磁道，
其中所述磁道包括：
下磁性层；
在所述下磁性层上的上磁性层；
非磁性图案，在所述下磁性层上并且在所述上磁性层的一侧；以及
间隔物层，在所述下磁性层和所述上磁性层之间，并且在所述下磁性层和所述非磁性图案之间延伸，
其中所述下磁性层和所述上磁性层通过所述间隔物层彼此反铁磁耦合，
其中所述非磁性图案具有在垂直于所述第一方向的第二方向上彼此相反的第一表面和第二表面，所述第一方向和所述第二方向平行于所述磁道的下表面，以及
其中所述非磁性图案在所述第一方向上的长度从所述第一表面朝向所述第二表面逐渐变大。
14.根据权利要求13所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案与所述上磁性层的侧表面接触。
15.根据权利要求14所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案和所述上磁性层之间的接合表面相对于与所述非磁性图案的所述第一表面和所述第二表面垂直的参考表面倾斜。
16.根据权利要求15所述的磁存储器件，其中所述参考表面与所述非磁性图案和所述上磁性层之间的所述接合表面之间的角度大于30度。
17.根据权利要求13所述的磁存储器件，其中所述下磁性层包括在所述第一方向上交替排列的下磁畴和下磁畴壁，
其中所述上磁性层包括在所述第一方向上交替排列的上磁畴和上磁畴壁，以及
其中所述上磁畴在垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上分别与所述下磁畴垂直地重叠。
18.根据权利要求17所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案在所述第三方向上与所述下磁畴中的对应的下磁畴垂直地重叠。
19.根据权利要求13所述的磁存储器件，其中所述非磁性图案包括与所述上磁性层中的磁性元素相同的磁性元素，并且进一步包括氧。
20.根据权利要求13所述的磁存储器件，进一步包括：
在所述磁道下方并且在所述第一方向上延伸的导电线，
其中所述导电线被配置为通过在其中流动的电流产生自旋轨道矩。
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