[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20070054551A - Magnetic access memory using perpendicular magnetization and method of fabrication the same - Google Patents

Magnetic access memory using perpendicular magnetization and method of fabrication the same Download PDF

Info

Publication number
KR20070054551A
KR20070054551A KR1020060042011A KR20060042011A KR20070054551A KR 20070054551 A KR20070054551 A KR 20070054551A KR 1020060042011 A KR1020060042011 A KR 1020060042011A KR 20060042011 A KR20060042011 A KR 20060042011A KR 20070054551 A KR20070054551 A KR 20070054551A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
magnetic
magnetoresistive memory
base layer
memory
Prior art date
Application number
KR1020060042011A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
류호준
서동우
백문철
강광용
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to US11/603,463 priority Critical patent/US20070115715A1/en
Publication of KR20070054551A publication Critical patent/KR20070054551A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/14—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys containing iron or nickel
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

자구의 크기를 안정적으로 줄일 수 있는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리 및 그 제조방법을 제시한다. 그 메모리 및 제조방법은 두께방향을 따라 수직으로 자화되는 자구를 갖는 적어도 2층의 자성층 중의 적어도 하나의 자성층의 일면에 배치되며, 적어도 하나의 자성층을 이루는 원소 중에 적어도 하나의 원소를 포함하여 자성층과 교환 커플링을 형성하는 하지층을 포함한다. A magnetoresistive memory using a perpendicular magnetization capable of stably reducing the size of magnetic domains and a manufacturing method thereof are provided. The memory and the manufacturing method are disposed on one surface of at least one magnetic layer of at least two magnetic layers having magnetic domains vertically magnetized along the thickness direction, the magnetic layer including at least one element of at least one magnetic layer and An underlayer forming an exchange coupling.

수직자화, 메모리, 자구, 커플링 Vertical magnetization, memory, magnetic domain, coupling

Description

수직자화를 이용한 자기저항 메모리 및 그 제조방법{Magnetic access memory using perpendicular magnetization and method of fabrication the same}Magnetoresistive memory using perpendicular magnetization and its manufacturing method {Magnetic access memory using perpendicular magnetization and method of fabrication the same}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 자기저항 메모리를 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a magnetoresistive memory according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 자기저항 메모리를 나타낸 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing a magnetoresistive memory according to a second embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 자기저항 메모리를 나타낸 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing a magnetoresistive memory according to a third embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for main parts of drawings *

101; 기판 102; 버퍼층101; Substrate 102; Buffer layer

104; 기록층 106; 터널절연막104; Recording layer 106; Tunnel insulation film

108; 스핀고정층 110; 제1 하지층108; Spin fixing layer 110; First base layer

210; 제2 하지층 310; 제3 하지층210; Second underlayer 310; 3rd base layer

312; 제4 하지층312; 4th basement layer

본 발명은 자기저항 메모리(magnetic random access memory) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 수직 자화(perpendicular magnetization)를 이용한 자기저항 메모리 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic random memory and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a magnetoresistive memory using vertical magnetization and a method of manufacturing the same.

자기저항 메모리는 불휘발성 메모리의 하나로서, 자성체 특유의 스핀 의존 전도 현상에 기초한 자기저항 효과를 이용한다. 자기저항 메모리는 일반적으로 수평 자화기구(horizontal magnetization mechanism)를 이용하여 제작한다. 그러나 수평 자화기구를 이용하여 자기저항 메모리를 제작할 경우 몇 가지 문제점이 존재한다. The magnetoresistive memory is one of nonvolatile memories and utilizes a magnetoresistive effect based on spin-dependent conduction phenomena peculiar to a magnetic body. Magnetoresistive memories are typically fabricated using a horizontal magnetization mechanism. However, there are some problems when the magnetoresistive memory is manufactured using the horizontal magnetization mechanism.

첫째, 수평 자화기구를 이용한 메모리에서, 자화의 방향은 적층된 박막의 표면에 대하여 나란하게 놓인 수평방향으로 자화스핀이 존재하게 된다. 이러한 자화스핀을 갖는 박막을 이용하여 마이크론 크기보다 더 작은 크기의 메모리를 구현하게 되는 경우, 패터닝된 메모리의 끝부분에 자화 컬링(curling)이 발생하게 된다. 이러한 컬링은 와류 자화(vortex magnetization)를 유발하여 정보저장에 나쁜 영향을 미치게 된다. 한편 컬링을 방지하여 원하는 정보를 저장하기 위해서는, 종횡비(길이 대 폭의 비; aspect ratio)를 적어도 2 이상을 유지하여야 한다. 이러한 종횡비는 고밀도의 집적메모리를 구현하는데 장애물로 작용한다. First, in a memory using a horizontal magnetization mechanism, magnetization spins exist in a horizontal direction parallel to the surfaces of the stacked thin films. When a memory having a size smaller than the micron size is implemented using the thin film having the magnetized spin, magnetization curling occurs at the end of the patterned memory. Such curling causes vortex magnetization and adversely affects data storage. On the other hand, in order to prevent curling and store desired information, the aspect ratio (length-to-width ratio) must be maintained at least two or more. This aspect ratio is an obstacle to realizing high density integrated memory.

둘째, 수평 자화기구를 이용하여 자기저항 메모리를 형성하는 경우, 형상에 따른 비이상적인 스위칭이 발생하게 된다. 상기 스위칭 역시 자화 컬링에 의해서 발생하는 것으로, 스위칭을 할 수 있도록 작용하는 스위칭 자장(switching field)의 유동이 발생하여, 정보기록의 일관성을 잃게 한다. 비이상적인 스위칭은 현재 개발되고 있는 수평 자화반전기구(magnetization inversion mechanism)를 이용한 자기저항 메모리에서 관찰되며, 이는 자기저항 메모리의 상용화를 저해하는 요인이다. 더욱이 일반적으로 수평 자화를 이용한 자기저항 메모리에서 자기저항 곡선은 어느 정도의 오프셋(offset)을 포함한다. 상기 오프셋은 정보기록시 누화(cross talk)를 발생시켜 정보기록 효율을 현저하게 저하시킨다. Second, when the magnetoresistive memory is formed using the horizontal magnetization mechanism, non-ideal switching according to the shape occurs. The switching is also caused by magnetization curling, which causes a flow of a switching field that acts to enable switching, resulting in loss of consistency of information recording. Non-ideal switching is observed in magnetoresistive memories using a horizontal magnetization inversion mechanism, which is currently being developed, which hinders the commercialization of magnetoresistive memories. Moreover, in general magnetoresistive memory using horizontal magnetization, the magnetoresistance curve includes some offset. This offset causes information talk crosstalk, which significantly reduces information recording efficiency.

한편, 수직 자화기구를 이용한 자기저항 메모리에서는 전술한 문제점이 낮은 포화 자화(saturated magnetization)에서도 발생하지 않는다. 여기서, 수직자화는 자성층의 두께방향으로 자화되는 것이다. 또한, 종횡비가 1이 되는 경우에도 자화 컬링이 발생하지 않는다. 그런데, 고밀도의 수직 자화를 이용한 메모리를 제작할 경우에도, 기록(recording)을 위한 자구(magnetic domain)를 줄이는 데에는 한계가 있다. 왜냐하면, 자구의 크기가 임계 크기 이하로 작아지게 되면 초상자성(superparamagnetism)이라는 물리적 현상이 발생하게 되어 자화 특성을 상실하기 때문이다. 특히, 자구의 크기가 마이크론 크기보다 작은 경우에 자구의 안정성을 확보할 필요가 있다. On the other hand, in the magnetoresistive memory using the vertical magnetization mechanism, the above-described problem does not occur even at low saturated magnetization. Here, the vertical magnetization is to be magnetized in the thickness direction of the magnetic layer. In addition, even when the aspect ratio is 1, magnetization curling does not occur. However, even when a memory using high density vertical magnetization is manufactured, there is a limit in reducing a magnetic domain for recording. This is because, when the size of the magnetic domain becomes smaller than the critical size, a physical phenomenon called superparamagnetism occurs and the magnetization characteristics are lost. In particular, when the size of the magnetic domain is smaller than the micron size, it is necessary to ensure the stability of the magnetic domain.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자구의 크기를 안정적으로 줄일 수 있는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetoresistive memory using vertical magnetization that can stably reduce the size of magnetic domains.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 자구의 크기를 안정적으로 줄일 수 있는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetoresistive memory using vertical magnetization that can stably reduce the size of magnetic domains.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 자기저항 메모리는 두께방향을 따라 수직으로 자화되는 자구를 갖는 적어도 2층의 자성층과, 상기 자성층 사이에 형성된 터널절연막을 포함한다. 또한, 상기 터널절연막에 대향하면서 적어 도 하나의 상기 자성층의 일면에 배치되며, 상기 적어도 하나의 자성층을 이루는 원소 중에 적어도 하나의 원소를 포함하여 상기 자성층과 교환 커플링을 형성하는 하지층을 포함한다. The magnetoresistive memory according to the present invention for achieving the above technical problem includes at least two magnetic layers having a magnetic domain that is magnetized vertically along the thickness direction, and a tunnel insulating film formed between the magnetic layers. And at least one magnetic layer facing the tunnel insulating layer and including an underlayer including at least one of the elements constituting the at least one magnetic layer to form an exchange coupling with the magnetic layer. .

상기 하지층은 상기 스핀고정층의 일면, 기록층의 일면 또는 스핀고정층 및 기록층의 일면에 동시에 배치될 수 있다.The base layer may be simultaneously disposed on one surface of the spin fixing layer, one surface of the recording layer, or one surface of the spin fixing layer and the recording layer.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 자기저항 메모리의 제조방법은 먼저 두께방향을 따라 수직으로 자화되는 자구를 갖는 기록층을 형성한다. 이어서, 상기 기록층 상에 터널절연막을 형성한다. 상기 터널절연막 상에 스핀고정층을 형성한다. 상기 터널절연막에 대향하면서 상기 기록층 및 상기 스핀고정층 중의 적어도 하나의 층의 일면에 배치되고, 상기 적어도 하나의 층을 이루는 원소 중에 적어도 하나의 원소를 포함하여 상기 적어도 하나의 층과 교환 커플링을 형성하는 하지층을 형성한다. A method of manufacturing a magnetoresistive memory according to the present invention for achieving the above another technical problem is first to form a recording layer having a magnetic domain that is magnetized vertically along the thickness direction. Subsequently, a tunnel insulating film is formed on the recording layer. A spin fixing layer is formed on the tunnel insulating layer. An exchange coupling with the at least one layer disposed on one surface of at least one of the recording layer and the spin fixing layer and facing the tunnel insulating layer, and including at least one of the elements constituting the at least one layer. The underlayer to be formed is formed.

본 발명의 상기 하지층을 형성하는 단계는 상기 하지층과 동일한 조성을 가지나, 결정구조가 다른 예비 하지층(pre-sub-layer)을 형성하는 단계 및 상기 예비 하지층에 열을 가하여 상기 예비 하지층보다 자기 이방성 에너지가 높은 결정구조로 변환시키는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the base layer of the present invention may include forming a pre-sub-layer having the same composition as that of the base layer, but having a different crystal structure, and applying the heat to the preliminary base layer. The method may include converting the crystal structure with higher magnetic anisotropy energy.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위 하여 제공되는 것이다. 실시예 전체에 걸쳐서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Like reference numerals denote like elements throughout the embodiments.

본 발명의 실시예들은 예컨대 스핀고정층 및 기록층의 자구가 작아질 때, 임계크기 이하에서 발생하는 초상자성에 의한 자구의 자화 손실 및 자구 소멸을 억제시킬 수 있는 자기저항 메모리를 제공할 것이다. 본 발명의 실시예들은 자기저항 메모리에 배치되는 하지층(sub-layer)의 배열을 중심으로 설명될 것이다.Embodiments of the present invention will provide a magnetoresistive memory capable of suppressing magnetization loss and magnetic domain disappearance of magnetic domains caused by superparamagnetism occurring below a threshold size, for example, when the magnetic domains of the spin fixing layer and the recording layer become small. Embodiments of the present invention will be described based on the arrangement of sub-layers disposed in the magnetoresistive memory.

(제1 실시예)(First embodiment)

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 자기저항 메모리(100; 이하, 제1 메모리)를 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a magnetoresistive memory 100 (hereinafter, referred to as a first memory) according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 제1 메모리(100)는 기판(101), 예컨대 하부의 트랜지스터(도시 안됨)의 드레인과 연결되는 도전성 패드층 상에 기록층(104)이 배치된다. 이때, 기판(101)과 기록층(104) 사이의 결합력을 향상시키기 위하여, 버퍼층(102)을 삽입할 수 있다. 스핀고정층(108)은 터널절연막(106)에 기록층(104)에 대향하여 배치된다. 스핀고정층(108) 상에는 본 발명의 특징인 제1 하지층(110)이 형성된다. 제1 하지층(110)은 보호층(112)에 의해 보호된다. 본 발명의 제1 메모리(100)는 동일한 측벽 프로파일을 갖는 것이 바람직하며, 서로 반대방향으로 배열되는 수직자화를 이용한다. 즉, 도시된 바와 같이 자화가 수직적으로 기판(101) 방향이면 "1" 상태이고, 보호층(112) 방향이면 "0"로 정의될 수 있다. Referring to FIG. 1, in the first memory 100, a recording layer 104 is disposed on a conductive pad layer connected to a substrate 101, for example, a drain of a lower transistor (not shown). In this case, the buffer layer 102 may be inserted in order to improve the bonding force between the substrate 101 and the recording layer 104. The spin fixing layer 108 is disposed in the tunnel insulating film 106 opposite to the recording layer 104. The first base layer 110, which is a feature of the present invention, is formed on the spin fixing layer 108. The first base layer 110 is protected by the protective layer 112. The first memory 100 of the present invention preferably has the same sidewall profile, and uses vertical magnetization arranged in opposite directions. That is, as shown in the drawing, the magnetization may be defined as "1" when the magnetization is perpendicular to the substrate 101, and as "0" when the protection layer 112 is directed.

본 발명의 제1 실시예에 있어서, 제1 하지층(110)은 스핀고정층(108)을 이루는 원소를 포함하여 형성한다. 이에 따라, 제1 하지층(110)은 스핀고정층(108) 을 이루는 물질에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, TbFeCo로 이루어진 스핀고정층(108)의 경우, 스핀고정층(108)을 이루는 원소인 Fe를 포함하는 FePt로 이루어진 제1 하지층(110)을 스핀고정층(108) 상에 형성한다. 제1 하지층(110)은 Fe, Co, Ni 및 그들의 합금 중에서 선택한 어느 하나로 이루어진 적어도 1층의 박막일 수 있다.    In the first embodiment of the present invention, the first base layer 110 is formed to include the elements constituting the spin fixing layer 108. Accordingly, the first base layer 110 may vary depending on the material forming the spin fixing layer 108. For example, in the case of the spin fixing layer 108 made of TbFeCo, the first base layer 110 made of FePt containing Fe, which is an element forming the spin fixing layer 108, is formed on the spin fixing layer 108. The first base layer 110 may be at least one thin film made of any one selected from Fe, Co, Ni, and alloys thereof.

제1 하지층(110)을 스핀고정층(108)에 접촉하여 형성함으로써, 스핀고정층(108)과 제1 하지층(110) 사이에 교환 커플링(exchange coupling)이 야기된다. 교환 커플링은 스핀고정층(108)의 자구의 안정성을 향상시킨다. 이에 따라, 제1 하지층(110)에 의하여 스핀고정층(108)의 자구의 크기를 줄일 수 있으므로, 초상자성의 영향을 받지 않는 자기저항 메모리의 집적도를 향상시킬 수 있다. 상기 커플링은 제1 하지층(110)의 두께와 조성에 따라 달라질 수 있다. By forming the first base layer 110 in contact with the spin fixing layer 108, an exchange coupling is caused between the spin fixing layer 108 and the first base layer 110. The exchange coupling improves the stability of the magnetic domain of the spin-fixed layer 108. Accordingly, since the size of the magnetic domain of the spin fixing layer 108 can be reduced by the first base layer 110, the degree of integration of the magnetoresistive memory that is not affected by superparamagnetism can be improved. The coupling may vary depending on the thickness and composition of the first base layer 110.

구체적으로, 제1 실시예에 의한 제1 하지층(110)은 증착 중 또는 증착 후에 열처리를 통해 자기 이방성 에너지가 큰 결정구조로 상변화시킬 수 있다. 예를 들어, TbFeCo로 이루어진 스핀고정층(108) 상에 FePt를 제1 하지층(110)으로 사용하는 사례를 살펴보기로 한다. 이때, FePt층은 Fe와 Pt로 이루어진 단일층 또는 Fe층과 Pt층이 교대로 증착되어 형성될 수 있다. 증착한 후, 약 400~500℃에서 열처리하면, 면심입방정(face centered cubic, fcc) 구조를 갖는 Fe와 Pt는 면심정방정(face centered tetragonal, fct) 구조의 FePt를 바뀐다. 이렇게 형성된 FePt는 약 7x107 erg/cm3 정도의 매우 높은 자기 이방성(magnetic anisotropic) 에너지를 갖게 된다. Specifically, the first base layer 110 according to the first embodiment may be phase-changed into a crystal structure having a large magnetic anisotropy energy through heat treatment during or after deposition. For example, an example of using FePt as the first base layer 110 on the spin fixing layer 108 made of TbFeCo will be described. In this case, the FePt layer may be formed by alternately depositing a single layer consisting of Fe and Pt or an Fe layer and a Pt layer. After deposition, heat treatment at about 400 ~ 500 ℃, Fe and Pt having a face centered cubic (fcc) structure changes the FePt of a face centered tetragonal (fct) structure. FePt thus formed has a very high magnetic anisotropic energy of about 7x10 7 erg / cm 3 .

상기 에너지는 이웃하는 TbFeCo 스핀고정층(108)에 자기적으로 커플링(coupling)되어 스핀고정층(108)의 자구안정성을 향상시켜 준다. 즉, 본 발명의 제1 실시예의 스핀고정층(108)의 자구안정성은 제1 하지층(110)이 없는 경우보다 크게 개선된다. 이에 따라, 스핀고정층(108)의 자구가 상대적으로 작아야만 하는 경우에도 자구안정성을 높게 유지시켜 줄 수 있어서, 기록과 재생 신호의 품질을 크게 향상시킬 수 있다. The energy is magnetically coupled to the neighboring TbFeCo spin-fixing layer 108 to improve the magnetic domain stability of the spin-fixing layer 108. That is, the magnetic domain stability of the spin fixing layer 108 of the first embodiment of the present invention is greatly improved than that without the first base layer 110. Accordingly, even when the magnetic domain of the spin fixing layer 108 should be relatively small, the magnetic domain stability can be maintained high, and the quality of the recording and reproduction signals can be greatly improved.

(제2 실시예)(2nd Example)

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 자기저항 메모리(200; 이하, 제2 메모리)를 나타낸 단면도이다. 여기서, 제2 메모리(200)는 제2 하지층(210)이 기록층(104)에 접촉되도록 배치된 것을 제외하고는 구조 및 각층을 이루고 있는 물질은 제1 메모리(100)와 동일하다. 2 is a cross-sectional view illustrating a magnetoresistive memory 200 (hereinafter, referred to as a second memory) according to a second embodiment of the present invention. Here, the second memory 200 has the same structure and material as that of the first memory 100 except that the second base layer 210 is disposed to contact the recording layer 104.

본 발명의 제2 실시예에 있어서, 제2 하지층(210)은 기록층(104)을 이루는 원소를 포함하여 형성한다. 이에 따라, 제2 하지층(210)은 기록층(104)을 이루는 물질에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, GbFeCo로 이루어진 기록층(104)의 경우, 기록층(104)을 이루는 원소인 Fe를 포함하는 FePt로 이루어진 제2 하지층(210)을 기록층(104) 상에 형성한다. 제2 하지층(210)은 Fe, Co, Ni 및 그들의 합금 중에서 선택한 어느 하나로 이루어진 적어도 1층의 박막일 수 있다. In the second embodiment of the present invention, the second base layer 210 is formed including the elements constituting the recording layer 104. Accordingly, the second base layer 210 may vary depending on the material of the recording layer 104. For example, in the case of the recording layer 104 made of GbFeCo, a second base layer 210 made of FePt containing Fe as an element constituting the recording layer 104 is formed on the recording layer 104. The second base layer 210 may be at least one thin film made of any one selected from Fe, Co, Ni, and alloys thereof.

제2 하지층(210)을 기록층(104)에 접촉하여 형성함으로써, 기록층(104)과 제2 하지층(210) 사이에 교환 커플링(exchange coupling)이 야기된다. 교환 커플링은 기록층(104)의 자구의 안정성을 향상시킨다. 이에 따라, 제2 하지층(210)에 의하여 기록층(104)의 자구의 크기를 줄일 수 있으므로, 초상자성의 영향을 받지 않는 자기저항 메모리의 집적도를 향상시킬 수 있다. By forming the second underlayer 210 in contact with the recording layer 104, an exchange coupling is caused between the recording layer 104 and the second underlayer 210. The exchange coupling improves the stability of the magnetic domain of the recording layer 104. Accordingly, since the size of the magnetic domain of the recording layer 104 can be reduced by the second base layer 210, the degree of integration of the magnetoresistive memory which is not affected by superparamagnetism can be improved.

구체적으로, 제2 실시예에 의한 제2 하지층(210)은 증착 중 또는 증착 후에 열처리를 통해 자기 이방성 에너지가 큰 결정구조로 상변화시킬 수 있다. 예를 들어, GbFeCo로 이루어진 기록층(104) 상에 FePt를 제2 하지층(210)으로 사용하는 사례를 살펴보기로 한다. 이때, FePt층은 Fe와 Pt로 이루어진 단일층 또는 Fe층과 Pt층이 교대로 증착되어 형성될 수 있다. 증착한 후 약 400~500℃에서 열처리하면, 면심입방정(face centered cubic, fcc) 구조를 갖는 Fe와 Pt는 면심정방정(face centered tetragonal, fct) 구조의 FePt를 바뀐다. 이렇게 형성된 FePt는 약 7x107 erg/cm3 정도의 매우 높은 자기 이방성(magnetic anisotropic) 에너지를 갖게 된다. Specifically, the second base layer 210 according to the second embodiment may be phase-changed into a crystal structure having a large magnetic anisotropy energy through heat treatment during or after deposition. For example, an example of using FePt as the second base layer 210 on the recording layer 104 made of GbFeCo will be described. In this case, the FePt layer may be formed by alternately depositing a single layer consisting of Fe and Pt or an Fe layer and a Pt layer. After the deposition and heat treatment at about 400 ~ 500 ℃, Fe and Pt having a face centered cubic (fcc) structure changes the FePt of face centered tetragonal (fct) structure. FePt thus formed has a very high magnetic anisotropic energy of about 7x10 7 erg / cm 3 .

상기 에너지는 이웃하는 GbFeCo의 기록층(104)에 자기적으로 커플링되어 기록층(104)의 자구안정성을 향상시켜 준다. 즉, 본 발명의 제2 실시예의 기록층(104)의 자구안정성은 제2 하지층(210)이 없는 경우보다 크게 개선된다. 이에 따라, 기록층(104)의 자구가 상대적으로 작아야만 하는 경우에도 자구안정성을 높게 유지시켜 줄 수 있어서, 기록과 재생 신호의 품질을 크게 향상시킬 수 있다. The energy is magnetically coupled to the recording layer 104 of neighboring GbFeCo to improve the magnetic domain stability of the recording layer 104. That is, the magnetic domain stability of the recording layer 104 of the second embodiment of the present invention is greatly improved than when the second base layer 210 is absent. Accordingly, even when the magnetic domain of the recording layer 104 should be relatively small, the magnetic domain stability can be maintained high, and the quality of the recording and reproduction signals can be greatly improved.

(제3 실시예)(Third Embodiment)

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 자기저항 메모리(300; 이하, 제3 메모리)를 나타낸 단면도이다. 여기서, 제3 메모리(300)는 제3 및 제4 하지층(310, 312)이 각각 스핀고정층(108)과 기록층(104)에 접촉되도록 배치된 것을 제외하고는 구조 및 각층을 이루고 있는 물질은 제1 메모리(100)와 동일하다. 3 is a cross-sectional view illustrating a magnetoresistive memory 300 (hereinafter, referred to as a third memory) according to a third embodiment of the present invention. In this case, the third memory 300 is a material having a structure and each layer except that the third and fourth base layers 310 and 312 are disposed to contact the spin fixing layer 108 and the recording layer 104, respectively. Is the same as the first memory 100.

도 3을 참조하면, 스핀고정층(108)에 접촉된 제3 하지층(310)과 기록층(104)에 접촉된 제4 하지층(312)은 상호 대향하여 배치된다. 예컨대, 제3 하지층(310)은 스핀고정층(108)과 보호층(112) 사이에 형성되고, 제4 하지층(312)은 기록층(104)과 버퍼층(102) 사이에 형성된다. Referring to FIG. 3, the third underlayer 310 in contact with the spin fixing layer 108 and the fourth underlayer 312 in contact with the recording layer 104 are disposed to face each other. For example, the third base layer 310 is formed between the spin fixing layer 108 and the protective layer 112, and the fourth base layer 312 is formed between the recording layer 104 and the buffer layer 102.

여기서, 제3 하지층(310)은 스핀고정층(108)을 이루는 원소를 포함하여 형성되고, 제4 하지층(312)은 기록층(104)을 이루는 원소를 포함하여 형성된다. 또한, 제3 및 제4 하지층(310, 312)은 스핀고정층(108)과 기록층(104)을 이루는 원소를 동시에 포함할 수 있다. 제3 하지층(310)은 제1 메모리(100)의 제1 하지층(110)과 같은 역할을 하고, 제4 하지층(312)은 제2 메모리(200)의 제2 하지층(210)과 동일한 역할을 수행한다. 따라서, 제3 메모리(300)는 스핀고정층(108)과 기록층(104)의 자구안정성을 동시에 확보할 수 있다. In this case, the third base layer 310 is formed to include the elements constituting the spin fixing layer 108, and the fourth base layer 312 is formed to include the elements constituting the recording layer 104. In addition, the third and fourth base layers 310 and 312 may simultaneously include elements forming the spin fixing layer 108 and the recording layer 104. The third base layer 310 serves as the first base layer 110 of the first memory 100, and the fourth base layer 312 is the second base layer 210 of the second memory 200. Plays the same role as Therefore, the third memory 300 can secure the magnetic domain stability of the spin fixing layer 108 and the recording layer 104 at the same time.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. As mentioned above, although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible.

상술한 본 발명에 따른 자기저항 메모리 및 그 제조방법에 의하면, 수직으로 자화되는 적어도 2층의 자성층의 적어도 하나의 층의 일면에 자성층을 이루는 원소 중에 적어도 하나의 원소를 포함하는 하지층을 형성함으로써, 자구의 크기를 안정 적으로 줄일 수 있는 자기저항 메모리를 제공할 수 있다.According to the magnetoresistive memory according to the present invention and a method of manufacturing the same, by forming an underlayer including at least one element among the elements constituting the magnetic layer on one surface of at least one layer of at least two magnetic layers magnetized vertically As a result, a magnetoresistive memory capable of stably reducing the size of magnetic domains can be provided.

Claims (8)

두께방향을 따라 수직으로 자화되는 자구를 갖는 적어도 2층의 자성층;At least two magnetic layers having magnetic domains vertically magnetized along the thickness direction; 상기 자성층 사이에 형성된 터널절연막; 및A tunnel insulating film formed between the magnetic layers; And 상기 터널절연막에 대향하면서 적어도 하나의 상기 자성층의 일면에 배치되며, 상기 적어도 하나의 자성층을 이루는 원소 중에 적어도 하나의 원소를 포함하여 상기 자성층과 교환 커플링을 형성하는 하지층을 포함하는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리.Perpendicular to the tunnel insulating layer and disposed on one surface of the at least one magnetic layer, and including at least one element of the at least one magnetic layer to form an underlayer to form an exchange coupling with the magnetic layer. Magnetoresistive memory used. 제1항에 있어서, 상기 자성층은 스핀고정층 및 기록층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리.The magnetoresistive memory using vertical magnetization according to claim 1, wherein the magnetic layer includes a spin fixing layer and a recording layer. 제2항에 있어서, 상기 하지층은 상기 스핀고정층의 일면에 배치된 것을 특징으로 하는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리.The magnetoresistive memory using vertical magnetization according to claim 2, wherein the base layer is disposed on one surface of the spin fixing layer. 제2항에 있어서, 상기 하지층은 상기 기록층의 일면에 배치된 것을 특징으로 하는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리.The magnetoresistive memory using vertical magnetization according to claim 2, wherein the base layer is disposed on one surface of the recording layer. 제2항에 있어서, 상기 하지층은 각각 상기 스핀고정층 및 상기 기록층의 일면에 배치된 것을 특징으로 하는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리.The magnetoresistive memory using vertical magnetization according to claim 2, wherein the base layer is disposed on one surface of the spin fixing layer and the recording layer, respectively. 제2항에 있어서, 상기 하지층은 Fe, Co, Ni 및 그들의 합금 중에서 선택한 어느 하나로 이루어진 적어도 1층의 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리.The magnetoresistive memory using vertical magnetization according to claim 2, wherein the base layer is formed of at least one thin film made of any one selected from Fe, Co, Ni, and alloys thereof. 두께방향을 따라 수직으로 자화되는 자구를 갖는 기록층을 형성하는 단계;Forming a recording layer having magnetic domains magnetized vertically along the thickness direction; 상기 기록층 상에 터널절연막을 형성하는 단계; Forming a tunnel insulating film on the recording layer; 상기 터널절연막 상에 스핀고정층을 형성하는 단계; 및Forming a spin fixing layer on the tunnel insulating layer; And 상기 터널절연막에 대향하면서 상기 기록층 및 상기 스핀고정층 중의 적어도 하나의 층의 일면에 배치되고, 상기 적어도 하나의 층을 이루는 원소 중에 적어도 하나의 원소를 포함하여 상기 적어도 하나의 층과 교환 커플링을 형성하는 하지층을 형성하는 단계를 포함하는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리의 제조방법.An exchange coupling with the at least one layer disposed on one surface of at least one of the recording layer and the spin fixing layer and facing the tunnel insulating layer, and including at least one of the elements constituting the at least one layer. A method of manufacturing a magnetoresistive memory using vertical magnetization comprising forming a base layer to be formed. 제7항에 있어서, 상기 하지층을 형성하는 단계는The method of claim 7, wherein forming the underlayer 상기 하지층과 동일한 조성을 가지나, 결정구조가 다른 예비 하지층(pre-sub-layer)을 형성하는 단계; 및Forming a pre-sub-layer having the same composition as the base layer but having a different crystal structure; And 상기 예비 하지층에 열을 가하여 상기 예비 하지층보다 자기 이방성 에너지가 높은 결정구조로 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직자화를 이용한 자기저항 메모리의 제조방법.And applying heat to the preliminary underlayer to convert the crystal structure into a crystal structure having higher magnetic anisotropy than the preliminary underlayer.
KR1020060042011A 2005-11-23 2006-05-10 Magnetic access memory using perpendicular magnetization and method of fabrication the same KR20070054551A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/603,463 US20070115715A1 (en) 2005-11-23 2006-11-22 Magnetic access memory device using perpendicular magnetization and fabrication method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050112334 2005-11-23
KR20050112334 2005-11-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070054551A true KR20070054551A (en) 2007-05-29

Family

ID=38276348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060042011A KR20070054551A (en) 2005-11-23 2006-05-10 Magnetic access memory using perpendicular magnetization and method of fabrication the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20070054551A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100933355B1 (en) * 2007-12-21 2009-12-22 상지대학교산학협력단 Memory Device and MRAM Using Vertical Magnetic Anisotropic Spin Valve Magnetoresistive Element
KR101318035B1 (en) * 2008-11-05 2013-10-14 마이크론 테크놀로지, 인크. Spin torque transfer cell structure utilizing field-induced antiferromagnetic or ferromagnetic coupling
US9502639B2 (en) 2013-09-30 2016-11-22 SK Hynix Inc. Electronic device for improving characteristic of variable resistance element and method of fabricating the same
US9786840B2 (en) 2013-06-05 2017-10-10 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US9859490B2 (en) 2015-04-14 2018-01-02 SK Hynix Inc. Electronic device including a semiconductor memory having multi-layered structural free layer
US9865806B2 (en) 2013-06-05 2018-01-09 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US9865319B2 (en) 2014-12-17 2018-01-09 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US10205089B2 (en) 2014-02-28 2019-02-12 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US10490741B2 (en) 2013-06-05 2019-11-26 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100933355B1 (en) * 2007-12-21 2009-12-22 상지대학교산학협력단 Memory Device and MRAM Using Vertical Magnetic Anisotropic Spin Valve Magnetoresistive Element
KR101318035B1 (en) * 2008-11-05 2013-10-14 마이크론 테크놀로지, 인크. Spin torque transfer cell structure utilizing field-induced antiferromagnetic or ferromagnetic coupling
US9786840B2 (en) 2013-06-05 2017-10-10 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US9865806B2 (en) 2013-06-05 2018-01-09 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US10305030B2 (en) 2013-06-05 2019-05-28 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US10490741B2 (en) 2013-06-05 2019-11-26 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US10777742B2 (en) 2013-06-05 2020-09-15 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US9502639B2 (en) 2013-09-30 2016-11-22 SK Hynix Inc. Electronic device for improving characteristic of variable resistance element and method of fabricating the same
US10205089B2 (en) 2014-02-28 2019-02-12 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US9865319B2 (en) 2014-12-17 2018-01-09 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US10134458B2 (en) 2014-12-17 2018-11-20 SK Hynix Inc. Electronic device and method for fabricating the same
US9859490B2 (en) 2015-04-14 2018-01-02 SK Hynix Inc. Electronic device including a semiconductor memory having multi-layered structural free layer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5154184B2 (en) Data storage device using magnetic domain wall movement and operation method thereof
KR20070054551A (en) Magnetic access memory using perpendicular magnetization and method of fabrication the same
JP5321991B2 (en) Magnetic memory device and driving method thereof
KR101055595B1 (en) Magnetoresistive element and magnetic memory device
US6730949B2 (en) Magnetoresistance effect device
KR100989792B1 (en) Magnetoresistance effect element and magnetic memory device
JP2013041912A (en) Magnetic random access memory
JP2008227009A (en) Magnetic random access memory, writing method thereof, and manufacturing method thereof
CN104241286A (en) Storage element, storage device, method of manufacturing storage element and magnetic head
JP2002280639A (en) Magnetoresistive element, memory element using the same, memory cell, and recording/reproducing method of memory element
JPWO2011152281A1 (en) Magnetoresistive element and magnetic memory
JP5472830B2 (en) Ferromagnetic random access memory
WO2010047276A1 (en) Magnetoresistance element, mram, and magnetoresistance element initialization method
JP5397384B2 (en) Initialization method of magnetic memory element
JP2005203702A (en) Magnetoresistice effect element and magnetic memory device
JP3524486B2 (en) Magnetoresistance element and memory element using the element
JP2009170926A (en) Ferromagnetic tunnel junction element and manufacturing method thereof
JP2007317733A (en) Memory
JP2002246566A (en) Storage memory device
JP4542520B2 (en) Nanojunction with improved bonding morphology
JP2010212342A (en) Magnetic memory using voltage induced magnetization reversal, and method of manufacturing the same
JP2005203701A (en) Magnetoresistive effect element and magnetic memory device
JP3515940B2 (en) Magnetic tunnel junction device and magnetic memory using the same
JP2008060583A (en) Magnetic memory element utilizing current inductive switching
JP3872962B2 (en) Magnetoresistive element and magnetic storage device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
E902 Notification of reason for refusal
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20071220

Effective date: 20081028