JP2006237183A - Method of manufacturing data track to be used in magnetic shift register memory device - Google Patents

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ツゼーチアン・チェン
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved method of manufacturing a magnetic data track necessary for building a magnetic shift register memory device. <P>SOLUTION: The magnetic data track can be manufactured by forming a multilayered stack made by stacking a dielectric material and/or a silicon layer alternately. A via having a height of about 10 microns and a cross section of about 100 nm in length and width is formed in the multilayered stack of alternate layers by etching. Then, the via is filled up with a layer of alternately stacked ferromagnetic material and ferrimagnetic metal by electrical plating. The ferromagnetic material layer and the ferrimagnetic material layer are formed of magnetic materials having a different magnetization characteristic, a different magnetic exchange characteristic, or a different magnetic anisotropy. Due to the different magnetic characteristics, a magnetic wall can be fixed to the boundary between these layers. The magnetic wall is formed by the ferromagnetic material occurring on a notch or projection along the wall of the via or by the discontinuity in the ferromagnetic material. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、「ShiftableMagnetic Shift Register and Method of Using the Same」と題する同時係属中の米国特許出願連続番号第10/458,554号、および、「Systemand method for Writing to a Magnetic Shift Register」と題する連続番号第10/458,147号に関する。これらは双方とも、2003年6月10日に出願され、引用により、その全体が本願にも関連するものとする。   The present invention relates to co-pending US patent application Ser. No. 10 / 458,554 entitled “Shiftable Magnetic Shift Register and Method of Using the Same” and a series of “System and method for Writing to a Magnetic Shift Register”. No. 10 / 458,147. Both of these were filed on June 10, 2003 and are hereby incorporated by reference in their entirety.

本発明は、一般に、メモリ保存システムに関し、具体的には、磁区の磁気モーメントを用いてデータを保存するメモリ保存システムに関する。特に、本発明は、磁気シフト・レジスタ・メモリ・デバイスにおいて用いる磁気データ・トラックを製造するための方法に関する。   The present invention generally relates to memory storage systems, and more particularly to a memory storage system that stores data using magnetic moments of magnetic domains. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a magnetic data track for use in a magnetic shift register memory device.

2つの最も一般的な従来の不揮発性データ保存デバイスは、ディスク・ドライブおよび固体ランダム・アクセス・メモリ(RAM)である。ディスク・ドライブは、大量すなわち100GBを超えるデータを安価に保存することができる。しかしながら、ディスク・ドライブは本来、信頼性が低い。ハード・ドライブは、固定した読み取り/書き込みヘッドおよび移動媒体を備え、この移動媒体上にデータを書き込む。移動部品を有するデバイスは、摩耗および故障が生じやすい傾向がある。固体ランダム・アクセス・メモリは、現在、デバイス当たり約1GB(ギガバイト)のデータを保存し、ディスク・ドライブに比べ、保存ユニット当たり比較的高価である。   The two most common conventional non-volatile data storage devices are disk drives and solid state random access memory (RAM). A disk drive can store large amounts of data, ie, over 100 GB, at low cost. However, disk drives are inherently unreliable. The hard drive has a fixed read / write head and a moving medium on which data is written. Devices with moving parts tend to be subject to wear and failure. Solid state random access memory currently stores about 1 GB (gigabytes) of data per device and is relatively expensive per storage unit compared to disk drives.

固体RAMの最も一般的なタイプは、フラッシュ・メモリである。フラッシュ・メモリは、トランジスタのオン−オフ制御ゲートの下の酸化物に配置された薄いポリシリコン層を利用する。このポリシリコン層は、浮動ゲートであり、シリコンによって制御ゲートおよびトランジスタ・チャネルから分離している。フラッシュ・メモリは、速度が比較的遅く、読み取りおよび書き込み時間は約1マイクロ秒である。更に、フラッシュ・メモリのセルは、100万回未満の書き込みサイクルの後にデータを喪失し始める可能性がある。これは、用途によっては充分である場合もあるが、フラッシュ・メモリ・セルは、コンピュータのメイン・メモリにおけるように絶えず新しいデータの書き込みに用いられると、短時間で故障し始めることがある。更に、フラッシュ・メモリのアクセス時間は、コンピュータ用途では、あまりにも長すぎる。   The most common type of solid state RAM is flash memory. Flash memory utilizes a thin polysilicon layer located in the oxide under the transistor on-off control gate. This polysilicon layer is a floating gate and is separated from the control gate and transistor channel by silicon. Flash memory is relatively slow with read and write times of about 1 microsecond. In addition, flash memory cells may begin to lose data after less than one million write cycles. While this may be sufficient for some applications, flash memory cells may begin to fail in a short time when used constantly for writing new data, such as in a computer's main memory. Furthermore, flash memory access times are too long for computer applications.

RAMの別の形態は、強誘電体RAM(ferroelectricRAM)すなわちFRAMである。FRAMは、強誘電体ドメインが示す方向に基づいてデータを保存する。FRAMは、フラッシュ・メモリよりもはるかにアクセス時間が速く、標準的なダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)よりもエネルギ消費が小さい。しかしながら、市販のメモリの容量は現在、約0.25MB(メガバイト)と小さい。更に、FRAMにおけるメモリ保存は、物理的に移動する原子に頼っており、結果として媒体の劣化およびメモリの故障を招く。   Another form of RAM is a ferroelectric RAM (FRAM). The FRAM stores data based on the direction indicated by the ferroelectric domain. FRAM has much faster access times than flash memory and consumes less energy than standard dynamic random access memory (DRAM). However, the capacity of commercially available memories is currently as small as about 0.25 MB (megabytes). Furthermore, memory storage in FRAM relies on physically moving atoms, resulting in media degradation and memory failure.

更に別の形態のRAMは、相変化メモリ(OUM:OvonicUnified Memory)であり、結晶およびアモルファス相間で交番する材料を利用してデータを保存する。この用途において用いられる材料は、カルコゲニド合金(chalcogenide alloy)である。カルコゲニド合金が加熱および冷却サイクルを経た後、これを、多結晶およびアモルファスという2つの安定相のうち1つを受け入れるようにプログラムすることができる。2相の各抵抗の差によって、カルコゲニド合金をメモリ保存装置として用いることが可能となる。データ・アクセス時間は約50nsである。しかしながら、これらのメモリのサイズはまだ小さく、現在、約4MBである。更に、OUMは、結晶からアモルファスに材料を物理的に変化させることに頼っているので、結局は材料が劣化したり故障したりする可能性が高い。   Yet another form of RAM is phase change memory (OUM: OvonicUnified Memory), which stores data using alternating materials between crystalline and amorphous phases. The material used in this application is a chalcogenide alloy. After the chalcogenide alloy has undergone a heating and cooling cycle, it can be programmed to accept one of two stable phases, polycrystalline and amorphous. The chalcogenide alloy can be used as a memory storage device due to the difference in resistance between the two phases. Data access time is about 50 ns. However, the size of these memories is still small, currently about 4 MB. Furthermore, since OUM relies on physically changing the material from crystalline to amorphous, it is likely that the material will eventually degrade or fail.

半導体磁気抵抗RAM(MRAM:magnetoresistiveRAM)は、材料の磁気モーメントの方向を利用することによって、強磁性体材料においてデータ・ビットを符号化する。強磁性体の原子は、外部の磁界に応答し、それらの磁気モーメントを印加された磁界の方向に整列させる。磁界を取り除くと、原子の磁気モーメントは、誘導された方向に整列したままである。反対の方向に磁界を印加すると、原子は新しい方向に再整列する。通常、強磁性体材料のボリューム内の原子の磁気モーメントは、磁気交換相互作用によって相互に並列に整列する。次いで、これらの原子は、概ね1つのマクロ磁気モーメントまたは磁区として、外部の磁界に対して共に応答する。   Semiconductor magnetoresistive RAM (MRAM) encodes data bits in a ferromagnetic material by utilizing the direction of the magnetic moment of the material. Ferromagnetic atoms respond to external magnetic fields and align their magnetic moments in the direction of the applied magnetic field. When the magnetic field is removed, the magnetic moments of the atoms remain aligned in the induced direction. When a magnetic field is applied in the opposite direction, the atoms realign in the new direction. Usually, the magnetic moments of atoms in a volume of ferromagnetic material are aligned in parallel with each other by magnetic exchange interactions. These atoms then respond together to an external magnetic field, generally as one macro magnetic moment or domain.

MRAMに対する1つの手法は、メモリ・セルとして磁気トンネル接合(magnetic tunneling junction)を用いる。磁気トンネル接合は、薄い絶縁材料によって分離した2層の強磁性体材料から成る。磁区の方向は、1つの層では固定されている。第2の層では、磁区の方向は、印加された磁界に応答して動くことができる。この結果、第2の層の磁区の方向は、第1の層に対して平行または逆であり、1およびゼロの形態でデータを保存することが可能となる。しかしながら、現在利用可能なMRAMは、1Mb(メガバイト)まで保存することができるのみであり、ほとんどのメモリ用途に必要なものよりはるかに少ない。もっと大きなメモリは、現在、開発段階である。更に、各MRAMメモリ・セルは、1ビット・データを保存できるだけであり、このため、かかるデバイスの可能な最大メモリ容量が制限される。   One approach to MRAM uses a magnetic tunneling junction as the memory cell. The magnetic tunnel junction consists of two layers of ferromagnetic material separated by a thin insulating material. The direction of the magnetic domains is fixed in one layer. In the second layer, the direction of the magnetic domains can move in response to the applied magnetic field. As a result, the magnetic domain direction of the second layer is parallel or opposite to the first layer, and data can be stored in the form of 1s and zeros. However, currently available MRAM can only store up to 1 Mb (megabytes), far less than what is needed for most memory applications. Larger memories are currently in development. Furthermore, each MRAM memory cell can only store 1-bit data, which limits the maximum possible memory capacity of such devices.

磁気シフト・レジスタは、磁気記録ハード・ディスク・ドライブ、ならびに、DRAM、SRAM、FeRAM、およびMRAM等の多くの固体メモリを含むがこれらに限定されない多くの従来のメモリ・デバイスに取って代わる。磁気シフト・レジスタは、従来のメモリ・デバイスにおいて与えられるものに匹敵する大容量の保存を提供するが、移動部品を全く用いず、コストはハード・ディスク・ドライブと同程度である。   Magnetic shift registers replace many conventional memory devices including, but not limited to, magnetic recording hard disk drives and many solid state memories such as DRAM, SRAM, FeRAM, and MRAM. The magnetic shift register provides a large storage capacity comparable to that provided in conventional memory devices, but does not use any moving parts and is as costly as a hard disk drive.

簡潔に言えば、磁気シフト・レジスタ・メモリ・デバイスは、強磁性体材料における磁壁の固有かつ天然の性質を用いてデータを保存する。磁気シフト・レジスタ・メモリ・デバイスは、1つの読み取り/書き込みデバイスを利用して、約100ビット以上という多数ビットのデータにアクセスする。従って、小数の論理要素で、何百ビットものデータにアクセスすることができる。   Briefly, magnetic shift register memory devices store data using the intrinsic and natural properties of domain walls in ferromagnetic materials. A magnetic shift register memory device uses a single read / write device to access multiple bits of data, such as about 100 bits or more. Therefore, hundreds of bits of data can be accessed with a small number of logical elements.

磁気シフト・レジスタ・メモリ・デバイスは、スピンに基づいたエレクトロニクス(spin-based electronics)を用いて、強磁性体材料におけるデータの書き込みおよび読み取りを行うので、磁気シフト・レジスタの材料の物理的性質は不変である。シフト可能磁気シフト・レジスタは、強磁性体材料から成る材料の細いワイヤまたは細片で形成されたデータ・トラックを備える。ワイヤは、物理的に均一で磁気的に均質な強磁性体材料または異なる強磁性体材料の層から成るものとすることができる。情報は、トラックにおける磁区内の磁気モーメントの方向として保存される。ワイヤは、ある方向または別の方向に小さいセクション単位で磁化することができる。   Magnetic shift register memory devices use spin-based electronics to write and read data in ferromagnetic materials, so the physical properties of magnetic shift register materials are Is unchanged. A shiftable magnetic shift register comprises a data track formed of a thin wire or strip of material made of a ferromagnetic material. The wire may consist of a physically uniform and magnetically homogeneous ferromagnetic material or a layer of different ferromagnetic materials. Information is stored as the direction of the magnetic moment in the magnetic domain at the track. The wire can be magnetized in small sections in one direction or another.

トラックに電流を印加して、トラックに沿って電流の方向に、読み取りまたは書き込み要素またはデバイスを超えて磁区を移動させる。磁壁を有する磁気材料において、磁壁を通過した電流は、電流の方向に磁壁を移動させる。電流が磁区を通過すると、これは「スピン偏極」になる。このスピン偏極電流が、磁壁を超えて次の磁区へと移動すると、これはスピン・トルクを生じる。このスピン・トルクが磁壁を移動させる。磁壁速度は極めて速く、約100から500m/秒である。   A current is applied to the track to move the magnetic domain across the read or write element or device in the direction of the current along the track. In a magnetic material having a domain wall, a current passing through the domain wall moves the domain wall in the direction of the current. When the current passes through the magnetic domain, it becomes “spin polarized”. As this spin-polarized current moves across the domain wall to the next domain, this creates spin torque. This spin torque moves the domain wall. The domain wall speed is very fast, about 100 to 500 m / sec.

要約すると、トラック(交互の方向の一連の磁区を有する)を通過した電流が、読み取りおよび書き込み要素を超えてこれらの磁区を移動させることができる。そして、読み取りデバイスは、磁気モーメントの方向を読み取ることができる。書き込みデバイスは、磁気モーメントの方向を変えることによって、トラックに情報を書き込むことができる。   In summary, current that has passed through a track (with a series of magnetic domains in alternating directions) can move these domains across read and write elements. The reading device can then read the direction of the magnetic moment. The writing device can write information to the track by changing the direction of the magnetic moment.

磁気シフト・レジスタ・メモリ・デバイスを構築するために必要な磁気データ・トラックを製造するための改良した方法が望まれている。   It would be desirable to have an improved method for producing the magnetic data tracks necessary to build a magnetic shift register memory device.

本発明は、この必要性を満足させ、磁気シフト・レジスタ・メモリ・デバイスを構築するために必要な磁気データ・トラックを製造するための方法を提示する。   The present invention satisfies this need and presents a method for manufacturing the magnetic data tracks necessary to build a magnetic shift register memory device.

磁気シフト・レジスタ・メモリ・デバイスは、読み取りおよび書き込み要素を備えた平面に概ね垂直な磁気ワイヤにおける情報の保存を含む。これらの読み取りおよび書き込み要素は、従来のCMOS技術を用いて構築する。磁気シフト・レジスタ・メモリでは、従来のCMOSメモリに比べて100倍の密度向上が期待される。磁気ワイヤは、背が高く(約10ミクロン)幅の狭い(約0.1ミクロン)柱として形成することができ、柱の1端部でこれらの柱の2つの間を接続する。   The magnetic shift register memory device includes the storage of information in a magnetic wire generally perpendicular to a plane with read and write elements. These read and write elements are constructed using conventional CMOS technology. The magnetic shift register memory is expected to have a density improvement of 100 times that of a conventional CMOS memory. The magnetic wire can be formed as a tall (about 10 microns) and narrow (about 0.1 micron) column, connecting between two of these columns at one end of the column.

磁気データ・トラックは、シリコンまたは誘電体から形成された異なる材料で交互の層の多層スタックを形成することによって製造する。この多層スタック構造に、約1から10ミクロンの高さで、縦が約100nmで横が約100nmの断面を有するバイアをエッチングする。バイアは、楕円、矩形、方形、または他のいずれかの所望もしくは適切な形状の断面を有することができる。これらの寸法のバイアを作成するための製造技法は、DRAMが用いるトレンチ・キャパシタを製造するために用いられる技法に基づく。これらのトレンチ・キャパシタを製造するための従来の技法は、約9から10ミクロンの深さおよび約0.1ミクロンの断面という寸法を達成している。米国特許番号第6,544,838号および第6,284,666号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。   Magnetic data tracks are manufactured by forming a multi-layer stack of alternating layers of different materials formed from silicon or dielectric. Vias having a cross section with a height of about 1 to 10 microns, a length of about 100 nm and a width of about 100 nm are etched into the multilayer stack structure. The via can have an oval, rectangular, square, or any other desired or suitable cross-section. The manufacturing technique for creating these size vias is based on the technique used to manufacture the trench capacitor used by DRAM. Conventional techniques for manufacturing these trench capacitors have achieved dimensions of about 9 to 10 microns deep and about 0.1 microns cross-section. See U.S. Patent Nos. 6,544,838 and 6,284,666. These patents are also incorporated herein by reference.

1つの実施形態では、非選択的なエッチングによりバイアをエッチングして、円滑な壁を有するバイアを形成することができる。交互のタイプの強磁性体またはフェリ磁性体金属の層を電気めっきすることによって、バイアを充填する。各層の厚さは、例えば約50nmおよび500nmの間とすることができる。交互の強磁性体またはフェリ磁性体層は、異なる磁化または磁気交換または磁気異方性を有する磁気材料から成る。これらの異なる磁気特性によって、これらの層の間の境界またはこれらの層の1つの内部に磁壁を固定することができる。   In one embodiment, vias can be etched by non-selective etching to form vias with smooth walls. Vias are filled by electroplating layers of alternating types of ferromagnetic or ferrimagnetic metals. The thickness of each layer can be, for example, between about 50 nm and 500 nm. The alternating ferromagnetic or ferrimagnetic layers are made of magnetic materials having different magnetization or magnetic exchange or magnetic anisotropy. These different magnetic properties allow the domain wall to be fixed at the boundary between these layers or within one of these layers.

別の実施形態では、バイアを非選択的にエッチングした後に、選択的なエッチングを実行する。この選択的なエッチングにより、多層スタック構造における材料の層を、他の材料の層よりも高いレートで除去して、バイアの壁にノッチまたは突出を形成する。   In another embodiment, selective etching is performed after the vias are non-selectively etched. This selective etching removes layers of material in the multilayer stack structure at a higher rate than layers of other materials, forming notches or protrusions in the via walls.

バイアに、例えば電気めっきまたは化学的気相堆積法(CVD)によって、均質な強磁性体材料を充填する。磁壁は、バイアの壁に沿ってノッチまたは突出に生じる強磁性体または強磁性体材料における切れ目の付近に形成される。   Vias are filled with a homogeneous ferromagnetic material, for example by electroplating or chemical vapor deposition (CVD). The domain wall is formed in the vicinity of a break in a ferromagnetic or ferromagnetic material that occurs in a notch or protrusion along the wall of the via.

データ・トラックに沿って磁壁を移動させるために電流を注入する目的で、各データ・トラックの各端部に電流リード線を接続する手段を提供する。   Means are provided for connecting current leads to each end of each data track for the purpose of injecting current to move the domain wall along the data track.

本発明の様々な特徴およびそれらを達成する方法を、以下の記載、特許請求の範囲、および図面を参照して、更に詳細に説明する。図面において、適宜、参照番号を再利用して、参照した要素間の対応を示す。   Various features of the present invention and methods of accomplishing them will be described in further detail with reference to the following description, claims and drawings. In the drawings, reference numbers are reused where appropriate to indicate correspondence between referenced elements.

以下の定義および説明は、本発明の技術分野に関連する背景情報を提供し、その範囲を限定することなく本発明の理解を容易にすることを意図している。   The following definitions and descriptions provide background information relevant to the technical field of the present invention and are intended to facilitate understanding of the present invention without limiting its scope.

均質の磁気材料とは、磁気材料の連続的なボリュームを意味し、これは複雑な形状を有する場合があり、磁化、磁気異方性、磁気交換、および磁気減衰等の磁気特性は、ボリューム内の位置とは無関係に、名目上は同一である。   Homogeneous magnetic material means a continuous volume of magnetic material, which may have a complex shape, and magnetic properties such as magnetization, magnetic anisotropy, magnetic exchange, and magnetic damping are within the volume. Regardless of their position, they are nominally the same.

不均質の磁気材料とは、磁気材料の連続的なボリュームを意味し、これは複雑な形状を有する場合があり、例えば材料組成の変化のため、および/またはこの材料の堆積中または材料を堆積した後に材料に作用する何らかの物理的プロセスのため、磁化、磁気異方性、磁気交換、および磁気減衰等の磁気特性は、ボリューム内の位置と共に変動する場合がある。   Heterogeneous magnetic material means a continuous volume of magnetic material, which may have a complex shape, for example due to changes in material composition and / or during deposition of this material or depositing material Because of some physical process that subsequently affects the material, magnetic properties such as magnetization, magnetic anisotropy, magnetic exchange, and magnetic damping may vary with position within the volume.

図1および図2は、磁気メモリ・システム100の例示的な高レベルのアーキテクチャを示し、これは、書き込みデバイス(本明細書中では、書き込み要素とも呼ぶ)15および読み取りデバイス(本明細書中では、読み取り要素とも呼ぶ)20を利用する磁気シフト・レジスタ10を備えている。読み取りデバイス20および書き込みデバイス15は、双方とも、システム100の読み取り/書き込み要素を形成する。   FIGS. 1 and 2 illustrate an exemplary high level architecture of a magnetic memory system 100, which includes a writing device (also referred to herein as a writing element) 15 and a reading device (referred to herein). (Also referred to as a read element) 20 is provided. Both the reading device 20 and the writing device 15 form the read / write element of the system 100.

磁気シフト・レジスタ10は、好ましくは強磁性体または強磁性体材料から成る細いデータ・トラック11を備えている。データ・トラック11は、ある方向または別の方向に、小さいセクションすなわち磁区単位で磁化することができる。情報は、データ・トラック11における磁区25、30等の領域に保存される。トラックが作製される磁気材料の配列パラメータ、すなわち磁化方向または磁気モーメントの方向は、方向ごとに変わる。この磁気モーメントの方向のばらつきは、データ・トラック11に情報を保存するための基礎を形成する。   The magnetic shift register 10 comprises a thin data track 11, preferably made of a ferromagnetic material or a ferromagnetic material. The data track 11 can be magnetized in small sections or domains in one direction or another. Information is stored in areas such as magnetic domains 25 and 30 in the data track 11. The alignment parameter of the magnetic material from which the track is made, ie the direction of magnetization or the direction of the magnetic moment, varies from direction to direction. This variation in the direction of the magnetic moment forms the basis for storing information in the data track 11.

1つの実施形態では、磁気シフト・レジスタ10は、中央領域42によって連結されたデータ領域35および蓄積部40を備えている。データ領域35は、データを保存する磁区25、30等の1組の連続した磁区を備える。蓄積部40の形態で、磁気シフト・レジスタ10に、追加の長さを与える。   In one embodiment, the magnetic shift register 10 includes a data area 35 and a storage 40 connected by a central area 42. The data area 35 includes a set of continuous magnetic domains such as magnetic domains 25 and 30 for storing data. An additional length is provided to the magnetic shift register 10 in the form of an accumulator 40.

蓄積部40は、充分に長く形成して、中央領域42において磁区の書き込みおよび読み取りを行う目的のため、データ領域35内の磁区をデータ領域35から中央領域42を介して書き込み要素15および読み取り要素20を通って完全に移動させた場合に、全ての磁区を収容するようになっている。このため、いずれかの所与の時点では、磁区は、一部がデータ領域35に、一部が蓄積部40に保存されるので、保存要素を形成するのは、データ領域35、蓄積部40、および中央領域42の組み合わせである。1つの実施形態では、蓄積部40は、休止状態では磁区を有しない。   The storage unit 40 is formed to be long enough to write and read magnetic domains in the central region 42, so that the magnetic domains in the data region 35 can be transferred from the data region 35 through the central region 42 to the writing element 15 and the reading element. When fully moved through 20, all the magnetic domains are accommodated. For this reason, at any given time, a part of the magnetic domain is stored in the data area 35 and a part thereof is stored in the storage unit 40. Therefore, the storage element is formed by the data region 35 and the storage unit 40. , And a central region 42. In one embodiment, the storage unit 40 does not have a magnetic domain in the resting state.

このため、いずれかの所与の時点で、データ領域35は、磁気シフト・レジスタ10の異なる部分内に位置することができ、蓄積部40は、データ領域35の両側の2つの領域に分割させることができる。データ領域35は1つの連続的な領域であり得るが、データ領域35がシフト・レジスタ10内のどこに位置していようとも、データ領域35内の磁区の空間的な分布および範囲は、ほぼ同一とすることができる。別の実施形態では、特に読み取り要素20および書き込み要素15を通ってこの領域が移動する間、保存領域の部分を拡大することができる。データ領域35の一部または全体を蓄積部40内に移動させて、特定の磁区のデータにアクセスする。   Thus, at any given time, the data area 35 can be located in a different part of the magnetic shift register 10 and the storage unit 40 is divided into two areas on either side of the data area 35. be able to. Although the data area 35 can be one continuous area, the spatial distribution and range of the magnetic domains in the data area 35 are substantially the same no matter where the data area 35 is located in the shift register 10. can do. In another embodiment, a portion of the storage area can be enlarged, especially while this area moves through the read element 20 and the write element 15. A part or the whole of the data area 35 is moved into the storage unit 40 to access data of a specific magnetic domain.

図1に示す蓄積部40は、データ領域35とほぼ同じサイズを有する。しかしながら、他の代替的な実施形態では、蓄積部40がデータ領域35とは異なるサイズを有することも可能である。1例として、各磁気シフト・レジスタ10ごとに、2つ以上の読み取り要素20および書き込み要素15を用いる場合、蓄積部40をデータ領域35よりもはるかに小さくすることができる。例えば、1つの磁気シフト・レジスタ10について2つの読み取り要素20および2つの書き込み要素15を用い、データ領域35の長さに沿って等しく配置した場合、蓄積部40は、データ領域35のほぼ半分の長さしか必要としない。   The storage unit 40 shown in FIG. 1 has substantially the same size as the data area 35. However, in other alternative embodiments, the storage unit 40 may have a different size than the data area 35. As an example, if more than one read element 20 and write element 15 are used for each magnetic shift register 10, the storage 40 can be much smaller than the data area 35. For example, when two read elements 20 and two write elements 15 are used for one magnetic shift register 10 and are arranged equally along the length of the data area 35, the storage unit 40 is approximately half of the data area 35. Only length is needed.

データ・トラック11に電流45を印加して、データ・トラック11に沿って、更に読み取りデバイス20または書き込みデバイス15を超えて、磁区25、30内の磁気モーメントを移動させる。磁壁を有する磁気材料では、磁壁を通過した電流は、電流の方向に磁壁を動かす。電流が磁区を通過すると、これは「スピン偏極」になる。このスピン偏極電流が、介在する磁壁を通って次の磁区内に移動すると、スピン・トルクを生じる。このスピン・トルクが磁壁を動かす。磁壁の速度は極めて速く、すなわち約100から数百m/秒であるので、特定の磁区を読み取る目的のため、または書き込み要素によってその磁気状態を変化させるためにこの磁区を必要な位置に動かすプロセスを、極めて短くすることができる。   A current 45 is applied to the data track 11 to move the magnetic moment in the magnetic domains 25, 30 along the data track 11 and beyond the read device 20 or the write device 15. In a magnetic material having a domain wall, a current passing through the domain wall moves the domain wall in the direction of the current. When the current passes through the magnetic domain, it becomes “spin polarized”. When this spin-polarized current moves through the intervening domain wall and into the next magnetic domain, spin torque is generated. This spin torque moves the domain wall. The speed of the domain wall is very high, ie about 100 to several hundred m / s, so that the process of moving this domain to the required position for the purpose of reading a particular domain or for changing its magnetic state by means of a writing element Can be made extremely short.

磁区25、30、31等の磁区を、書き込みデバイス15および読み取りデバイス20上で前後に移動させ(シフトさせ)て、図3、4、5に示すように、蓄積部40の内部および外部にデータ領域35を移動させる。図3の例では、データ領域35は、最初は磁気シフト・レジスタ10のくぼみ部分すなわち中央領域42の左側にあり、蓄積部40に磁区は存在しない。図5は、データ領域35が全体的に磁気シフト・レジスタ10の右側にある場合を示す。   The magnetic domains 25, 30, 31, etc. are moved back and forth (shifted) on the writing device 15 and the reading device 20, and data is stored inside and outside the storage unit 40 as shown in FIGS. The area 35 is moved. In the example of FIG. 3, the data area 35 is initially in the recessed portion of the magnetic shift register 10, that is, on the left side of the central area 42, and there is no magnetic domain in the storage unit 40. FIG. 5 shows the case where the data area 35 is entirely on the right side of the magnetic shift register 10.

磁区31等の特定の磁区にデータを書き込むために、磁気シフト・レジスタ10に電流45を印加して、書き込みデバイス15上に、かつ書き込みデバイス15とアラインメントするように、磁区31を移動させる。磁気シフト・レジスタ10に電流を印加すると、データ領域35の全ての磁区が動く。   In order to write data to a particular magnetic domain, such as magnetic domain 31, current 45 is applied to magnetic shift register 10 to move magnetic domain 31 over writing device 15 and to align with writing device 15. When a current is applied to the magnetic shift register 10, all magnetic domains in the data area 35 move.

磁区の移動は、電流の大きさおよび方向ならびに電流を印加する時間の双方によって制御される。1つの実施形態では、指定した形状(大きさ対時間)および持続時間の1つの電流パルスを印加して、1増分またはステップだけ、保存領域において磁区を移動させる。一連の電流パルスを印加することで、必要な増分またはステップ数だけ磁区を移動させる。このため、データ領域35のシフトした部分205(図4)は、蓄積部領域40内に押し出される(シフトまたは移動される)。   The movement of the magnetic domains is controlled by both the magnitude and direction of the current and the time for which the current is applied. In one embodiment, a single current pulse of specified shape (magnitude versus time) and duration is applied to move the magnetic domains in the storage region by one increment or step. By applying a series of current pulses, the magnetic domains are moved by the required increment or number of steps. For this reason, the shifted portion 205 (FIG. 4) of the data area 35 is pushed out (shifted or moved) into the storage area 40.

データ・トラック11内の磁区の移動方向は、印加した電流の方向に依存する。電流パルスの長さは、2〜300ピコ秒から数十ナノ秒の範囲とすることができ、電流の大きさに依存する。電流の大きさが大きくなるほど、必要な電流パルスの長さは短くなる。また、電流パルスの形状(すなわちパルスにおける電流対時間の詳細な依存関係)は、磁壁の最適な移動を達成するように調節することができる。電流パルスの形状は、トラックの強磁性体材料の詳細な特質に関連付けて適正に設計して、次の最大位置を超えて移動するような多大なエネルギまたは推進力を有することなく、磁壁をある位置から次の位置に移動させるようにしなければならない。   The direction of movement of the magnetic domains in the data track 11 depends on the direction of the applied current. The length of the current pulse can range from 2 to 300 picoseconds to tens of nanoseconds, depending on the magnitude of the current. The greater the current magnitude, the shorter the required current pulse length. Also, the shape of the current pulse (i.e., the detailed dependence of current versus time on the pulse) can be adjusted to achieve optimal movement of the domain wall. The shape of the current pulse is well-designed in relation to the detailed nature of the track's ferromagnetic material, and the domain wall has no significant energy or driving force to move beyond the next maximum position. It must be moved from one position to the next.

磁区25等の特定の磁区においてデータを読み取るために、磁気シフト・レジスタ10に追加の電流を印加して、読み取りデバイス20上に、かつ読み取りデバイス20とアラインメントするように、磁区25を移動させる。データ領域35のもっと大きなシフト部分が、蓄積部40内に押し出される(シフトまたは移動される)。   In order to read data in a particular magnetic domain, such as magnetic domain 25, additional current is applied to magnetic shift register 10 to move magnetic domain 25 over and in alignment with reading device 20. A larger shift portion of the data area 35 is pushed (shifted or moved) into the storage unit 40.

図1から図5に示す読み取りデバイス20および書き込みデバイス15は、読み取りデバイス20および書き込みデバイス15を配列する基準面を確定する制御回路の一部を形成する。1つの実施形態では、磁気シフト・レジスタ10は、この基準面に概ね直交して、基準面の外側に垂直に直立する。   The reading device 20 and the writing device 15 shown in FIGS. 1 to 5 form part of a control circuit that determines a reference plane on which the reading device 20 and the writing device 15 are arranged. In one embodiment, the magnetic shift register 10 stands upright perpendicular to the outside of the reference plane, generally perpendicular to the reference plane.

磁気シフト・レジスタ10を動作させるため、制御回路は、読み取り要素20および書き込み要素15の他に、様々な目的のための論理および他の回路を備えている。その様々な目的には、読み取り要素20および書き込み要素15の動作、磁気シフト・レジスタ10内で磁区を移動させるための電流パルスの供給、および磁気シフト・レジスタ10におけるデータの符号化および復号の手段が含まれる。1つの実施形態では、制御回路は、シリコン・ウエハ上のCMOSプロセスを用いて製造される。好ましくは、磁気シフト・レジスタ10は、できるだけ低いコストを維持するため最小のシリコン面積を用いながらメモリ・デバイスの保存容量を最大化するように、シリコン・ウエハ上に小さい設置面積を有するように設計する。   In order to operate the magnetic shift register 10, the control circuit includes logic and other circuitry for various purposes in addition to the read element 20 and the write element 15. Its various purposes include operation of read element 20 and write element 15, supply of current pulses for moving magnetic domains within magnetic shift register 10, and means for encoding and decoding data in magnetic shift register 10. Is included. In one embodiment, the control circuit is manufactured using a CMOS process on a silicon wafer. Preferably, the magnetic shift register 10 is designed to have a small footprint on the silicon wafer so as to maximize the storage capacity of the memory device while using the smallest silicon area to maintain the lowest possible cost. To do.

図1から図3に示す実施形態では、磁気シフト・レジスタ10の設置面積は、読み取り要素20および書き込み要素15によって占められるウエハの面積によって概ね決定する。このため、磁気シフト・レジスタ10は、ウエハ面の外側の方向に主に延出するデータ・トラック11で構成される。垂直方向のデータ・トラック11の長さは、磁気シフト・レジスタ10の保存容量を決定する。垂直範囲は、水平方向のデータ・トラック11の範囲よりもはるかに大きくすることができるので、水平面において磁気シフト・レジスタ10が占める面積が極めて小さいにもかかわらず、何百もの磁気ビットを磁気シフト・レジスタ10に保存することができる。このため、磁気シフト・レジスタ10は、従来の固体メモリと比較して、同一のシリコン・ウエハ領域に対して、もっと多くのビットを保存することができる。   In the embodiment shown in FIGS. 1-3, the footprint of the magnetic shift register 10 is largely determined by the area of the wafer occupied by the read element 20 and the write element 15. For this reason, the magnetic shift register 10 comprises a data track 11 that mainly extends in the direction of the outside of the wafer surface. The length of the vertical data track 11 determines the storage capacity of the magnetic shift register 10. The vertical range can be much larger than that of the horizontal data track 11, so that hundreds of magnetic bits can be magnetically shifted despite the extremely small area occupied by the magnetic shift register 10 in the horizontal plane. Can be saved in the register 10 Thus, the magnetic shift register 10 can store more bits for the same silicon wafer area as compared to a conventional solid state memory.

磁気シフト・レジスタ10のデータ・トラック11は、読み取り要素20および書き込み要素の面(回路面)に概ね直交しているように図示するが、これらのデータ・トラック11は、一例として、密度を高める目的のため、またはこれらのデバイスの製造を容易にするため、この基準面に対してある角度で傾斜させることができる。   Although the data track 11 of the magnetic shift register 10 is illustrated as being generally orthogonal to the plane (circuit plane) of the read element 20 and the write element, these data tracks 11 increase density as an example. For purposes or to facilitate the manufacture of these devices, it can be tilted at an angle with respect to this reference plane.

図6に、磁気シフト・レジスタ10を動作させる方法300を示し、更に図3、4、5を参照する。図3を参照すると、メモリ・システム100は、ブロック305において、書き込みデバイス15または読み取りデバイス20のいずれかまで磁区25を移動させるために必要なビット数を決定する。また、ブロック310において、メモリ・システム100は、磁区25を移動させるために必要な方向を決定する。図3において、磁区25は、書き込みデバイス15および読み取りデバイス20の左側にある。例えば、磁区25を右に移動させるために、正の電流45が必要であり、磁区25を左に移動させるために、負の電流45が必要である場合がある。   FIG. 6 shows a method 300 for operating the magnetic shift register 10, and further reference is made to FIGS. Referring to FIG. 3, the memory system 100 determines the number of bits required to move the magnetic domain 25 to either the writing device 15 or the reading device 20 at block 305. Also, at block 310, the memory system 100 determines the direction required to move the magnetic domain 25. In FIG. 3, the magnetic domain 25 is on the left side of the writing device 15 and the reading device 20. For example, a positive current 45 may be required to move the magnetic domain 25 to the right, and a negative current 45 may be required to move the magnetic domain 25 to the left.

次いで、ブロック315において、メモリ・システム100は、所望の電流45を磁気シフト・レジスタ10に印加する。電流45は、1つのパルスまたは一連のパルスであり、磁区25を1度に1ビットずつ移動させることができる。また、パルス内の電流の持続時間の長さもしくは大きさ、またはパルス形状(パルス内の電流対時間)を変えて、1つのパルスを印加する間に、データ領域35内の磁区25を数増分だけ移動させることも可能である。ブロック320において、データ領域35の磁区は、電流45に応答して移動する。磁区25は、所望のデバイスすなわち書き込みデバイス15または読み取りデバイス20において停止する(ブロック325)。   Next, at block 315, the memory system 100 applies the desired current 45 to the magnetic shift register 10. The current 45 is one pulse or a series of pulses, and can move the magnetic domain 25 one bit at a time. In addition, the magnetic domain 25 in the data area 35 is incremented several times during the application of one pulse by changing the length or magnitude of the current duration in the pulse or the pulse shape (current in the pulse versus time). It is also possible to move only. In block 320, the magnetic domains in the data area 35 move in response to the current 45. The magnetic domain 25 stops at the desired device, ie, the writing device 15 or the reading device 20 (block 325).

図7および図8を参照すると、代替的な磁気シフト・レジスタ10Aは、図1から5に示す磁気シフト・レジスタ10と同様とすることができるが、磁気シフト・レジスタ10A内の磁区の可能な位置を固定するために、交互の磁気層を備えている。磁区の可能な位置を固定することにより、指定した磁区が動いてしまうことを防ぐ。   Referring to FIGS. 7 and 8, an alternative magnetic shift register 10A can be similar to the magnetic shift register 10 shown in FIGS. 1-5, but possible for the magnetic domains in the magnetic shift register 10A. In order to fix the position, alternating magnetic layers are provided. By fixing the possible positions of the magnetic domains, the specified magnetic domains are prevented from moving.

磁気層は、様々な強磁性体またはフェリ磁性体材料から成るものとすることができる。これらの磁気材料は、主に、それらの磁化の大きさ(ボリューム当たりの磁気モーメント)、交換パラメータ、磁気異方性、および減衰係数に基づいて、適切に選択する。また、これらの材料の選択は、それらの製造しやすさ、および磁気シフト・レジスタを製造するために用いるプロセスとの適合性に左右される。   The magnetic layer can be made of various ferromagnetic or ferrimagnetic materials. These magnetic materials are selected appropriately based mainly on the magnitude of their magnetization (magnetic moment per volume), exchange parameters, magnetic anisotropy, and damping coefficient. Also, the selection of these materials depends on their ease of manufacture and compatibility with the process used to manufacture the magnetic shift register.

磁気シフト・レジスタ10Aの領域405に示すように、磁区410、420のためにあるタイプの磁気材料を用い、これらに交互に配置した磁区415、425のために異なるタイプの磁気材料を用いることができる。別の実施形態では、多数のタイプの磁気材料を、様々な材料の順序で使用可能である。   As shown in region 405 of magnetic shift register 10A, one type of magnetic material may be used for magnetic domains 410, 420 and a different type of magnetic material may be used for interleaved magnetic domains 415, 425. it can. In another embodiment, multiple types of magnetic materials can be used in various material orders.

磁気シフト・レジスタ10Aにおける異なる強磁性体層の導入により、「ポテンシャル井戸(potential well)」と同様の局所的なエネルギ最小値が生じ、このため、異極性の磁区間の磁壁は、交互の強磁性体層410、415等の間の境界に並ぶ。このため、磁区の範囲およびサイズは、磁気層の厚さによって決定する。   The introduction of different ferromagnetic layers in the magnetic shift register 10A results in a local minimum of energy similar to the “potential well”, so that the domain walls in the magnetic domain of different polarity are alternately strong. Lined up at the boundary between the magnetic layers 410, 415, etc. For this reason, the domain range and size are determined by the thickness of the magnetic layer.

磁気シフト・レジスタ10Aに印加される電流パルス45によって、領域405内の磁区410、415、420、425は、電流45の方向に移動する。しかしながら、電流パルス45が充分な振幅および持続時間を有しなければ、磁区410、415、420、425は、2つの異なるタイプの磁気材料間の境界を超えて移動しない場合がある。従って、データ領域35を1度に1ビット移動させることができ、磁区が所望の位置よりも先へ動くことは不可能となる。   Due to the current pulse 45 applied to the magnetic shift register 10A, the magnetic domains 410, 415, 420, 425 in the region 405 move in the direction of the current 45. However, if the current pulse 45 does not have sufficient amplitude and duration, the magnetic domains 410, 415, 420, 425 may not move across the boundary between two different types of magnetic material. Therefore, the data area 35 can be moved one bit at a time, and the magnetic domain cannot move beyond the desired position.

磁区の可能な位置を固定することに加えて、異なる層の磁気材料を用いることによって、電流振幅およびパルス持続時間について許容差の増大が可能となる。この実施形態では、書き込みデバイス15および読み取りデバイス20上を通過する磁気シフト・レジスタ10Aの部分は、図9に示すように均質の磁気材料または図7に示すように異なる磁気材料の層とすることができる。   In addition to fixing the possible locations of the magnetic domains, using different layers of magnetic material allows for increased tolerances in current amplitude and pulse duration. In this embodiment, the portion of the magnetic shift register 10A that passes over the writing device 15 and the reading device 20 is a layer of a homogeneous magnetic material as shown in FIG. 9 or a different magnetic material as shown in FIG. Can do.

交互の磁気領域410、420等および415、425等の長さは、異なる場合がある。更に、磁気領域410、420等および420、425等の各タイプの長さは、磁気シフト・レジスタ10A全体を通して同一であることが好ましいが、これは必須ではなく、これらの長さは、磁気シフト・レジスタ10A全体でいくらか変動し得る。重要なことは、ポテンシャルによって、電流パルスが誘導した電流誘導移動に対して画定した位置に磁区を固定することである。   The length of the alternating magnetic regions 410, 420, etc. and 415, 425, etc. may be different. Furthermore, the length of each type of magnetic regions 410, 420, etc. and 420, 425, etc. is preferably the same throughout the magnetic shift register 10A, but this is not required and these lengths are • It may vary somewhat across register 10A. What is important is to fix the magnetic domain in a defined position with respect to the current induced movement induced by the current pulse by the potential.

図10および図11を参照すると、均質の磁気材料から成る別の磁気シフト・レジスタ10Bは、データ・トラック11の幅または面積を物理的に変えることによって、不均質にすることができる。磁気シフト・レジスタ10Bを物理的に整形することによって、磁気シフト・レジスタ10B内で局所的エネルギ最小値を作成することができる。   Referring to FIGS. 10 and 11, another magnetic shift register 10B made of a homogeneous magnetic material can be made inhomogeneous by physically changing the width or area of the data track 11. FIG. By physically shaping the magnetic shift register 10B, a local energy minimum can be created in the magnetic shift register 10B.

図10および図11の整形手法では、磁気シフト・レジスタ10Bの強磁性体材料に、切れ込み505、506等の切れ込みを設ける。切れ込み505、506は、開放しても良いし、または、金属もしくは絶縁性とすることができる材料を充填しても良い。   In the shaping method of FIGS. 10 and 11, notches such as notches 505 and 506 are provided in the ferromagnetic material of the magnetic shift register 10B. The notches 505, 506 may be open or filled with a material that can be metallic or insulating.

1つの実施形態では、これらの切れ込み505、506は均等な間隔で配置することができる。別の実施形態では、これらの切れ込み505、506間の間隔は、磁気シフト・レジスタ10Bの長さに沿って非均等とすることができる。切れ込み505、506は、データ・トラック511の各側で相互にアラインメントする。   In one embodiment, these cuts 505, 506 can be evenly spaced. In another embodiment, the spacing between these notches 505, 506 can be non-uniform along the length of the magnetic shift register 10B. The notches 505, 506 are aligned with each other on each side of the data track 511.

データ・トラック511の一方側のみに切れ込みを有する磁気シフト・レジスタを製造することが好都合である場合がある。これらの切れ込み505、506を用いて磁壁を固定するので、データ・トラック511の一方側の1つのみの切れ込みにより、充分な固定ポテンシャルを供給することができる。切れ込みは、図10および図11に示すデータ・トラック511の4つの側面のうちいずれかの1つまたは2つまたはそれ以上に配することができる。また、製造を容易にするため、切れ込みは、トラックに沿って連続した固定位置を得るように、側面ごとに交互に設けることも可能である(例えば、全ての切れ込みをトラックの単一側面上に配置することによって可能になるよりも、トラックに沿ってもっと高密度の1組の固定位置を形成するため)。   It may be advantageous to manufacture a magnetic shift register that has a notch on only one side of the data track 511. Since the domain walls are fixed using these notches 505 and 506, a sufficient fixed potential can be supplied by only one notch on one side of the data track 511. The notches can be placed on one or more of the four sides of the data track 511 shown in FIGS. 10 and 11 or more. Also, for ease of manufacture, the notches can be provided alternately on each side to obtain a continuous fixed position along the track (eg, all notches on a single side of the track). To form a more dense set of fixed positions along the track than would be possible by positioning).

別の実施形態では、切れ込み505、506の代わりに、データ・トラック511の幅を局所的に大きくし狭くない突出を設ける。必要なのは、磁壁について局所的ポテンシャルを変えることによって磁区を固定する手段である。   In another embodiment, instead of the notches 505, 506, the width of the data track 511 is locally increased to provide a non-narrow protrusion. What is needed is a means of fixing the magnetic domain by changing the local potential on the domain wall.

更に別の実施形態では、データ・トラック511の幅または面積を連続した領域で交互に形成して、データ・トラック511が互い違いの幅または面積の領域から成るようにする。   In yet another embodiment, the width or area of the data track 511 is alternately formed in successive regions so that the data track 511 is composed of regions of alternate width or area.

磁気シフト・レジスタ10Bでは、その長さに沿って切れ込みもしくは突出または交互の磁気領域を均一に形成する必要はない。磁気シフト・レジスタ10Bには、充分な数のこのような固定位置を形成して、データ領域35が、電流パルス当たり1増分だけ、または指定した数の増分だけ移動するようになっていれば良い。例えば、N個の磁区当たり1つのみの固定位置で充分である場合がある。ここで、Nは2以上とすることができる。   In the magnetic shift register 10B, it is not necessary to uniformly form cuts or protrusions or alternating magnetic regions along its length. A sufficient number of such fixed positions may be formed in the magnetic shift register 10B so that the data area 35 is moved by one increment per current pulse or by a specified number of increments. . For example, only one fixed position per N magnetic domains may be sufficient. Here, N can be 2 or more.

蓄積部40は、これらの切れ込みを含む場合もあるし含まない場合もある。書き込みデバイス15および読み取りデバイス20を横切る磁気シフト・レジスタ10Bの底部510は、これらの切れ込み505、506を含む場合もあるし含まない場合もある。   The storage unit 40 may or may not include these cuts. The bottom 510 of the magnetic shift register 10B across the writing device 15 and the reading device 20 may or may not include these cuts 505, 506.

更に別の実施形態では、磁気シフト・レジスタ10Bは、切れ込み505、506を有する異なる強磁性体材料の組み合わせから成り、磁気シフト・レジスタ10Aおよび10Bの特徴を結び付ける。   In yet another embodiment, the magnetic shift register 10B consists of a combination of different ferromagnetic materials having cuts 505, 506, combining the features of the magnetic shift registers 10A and 10B.

一般的に、磁気シフト・レジスタ10のデータ・トラック11は、交互のシリコンおよび/または誘電体材料の層から成る多層スタックを形成することによって製造される。この交互のシリコンまたは誘電体層の多層スタックに、高さが0.5から10ミクロンであり、断面が縦約100nm横100nmであるバイアをエッチングする。全体を通して寸法を提示するが、これらの寸法は例示の目的のためのみに与えられ、本発明はこれらの値または寸法に限定されないことは理解されよう。例えば、バイアの高さは約0.5ミクロンおよび約10ミクロンの間の範囲を取ることができる。バイアの断面は、縦約10nm横10nm間、および縦約1ミクロン横1ミクロンの範囲を取ることができる。次いで、これらのバイアに、強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して、図1の磁気シフト・レジスタ10のデータ・トラック11のデータ領域35および蓄積部40を形成する。   In general, the data track 11 of the magnetic shift register 10 is manufactured by forming a multilayer stack of alternating layers of silicon and / or dielectric material. Vias having a height of 0.5 to 10 microns and a cross section of about 100 nm in length and 100 nm in width are etched into this multilayer stack of alternating silicon or dielectric layers. Although dimensions are presented throughout, it will be understood that these dimensions are given for illustrative purposes only and that the invention is not limited to these values or dimensions. For example, the via height can range between about 0.5 microns and about 10 microns. Via cross-sections can range between about 10 nm in length and 10 nm in width and about 1 micron in length and 1 micron in width. These vias are then filled with a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the data region 35 and storage 40 of the data track 11 of the magnetic shift register 10 of FIG.

バイアは、楕円、矩形、または方形の断面を有することができる。単一のシリコン層の場合、DRAMが用いるトレンチ・キャパシタに基づいてこれらの寸法のバイアを作成するための製造技法が存在する。これらのトレンチ・キャパシタを製造するための従来の技法は、深さ約1から10ミクロンおよび断面が約0.1ミクロンの寸法を達成している。米国特許第6,544,838号、第6,284,666号、第5,811,357号、第6,345,399号を参照のこと。これらは、引用により本願にも含まれるものとする。これらの製造技法を用いて、図12から図32に示す磁気シフト・レジスタ10のデータ・トラック11を製造する。   The via can have an elliptical, rectangular, or square cross section. In the case of a single silicon layer, there are manufacturing techniques to create vias of these dimensions based on the trench capacitors used by DRAM. Conventional techniques for manufacturing these trench capacitors have achieved dimensions of about 1 to 10 microns in depth and about 0.1 microns in cross section. See U.S. Patent Nos. 6,544,838, 6,284,666, 5,811,357, and 6,345,399. These are also incorporated herein by reference. Using these manufacturing techniques, the data track 11 of the magnetic shift register 10 shown in FIGS. 12 to 32 is manufactured.

図12から図14は、データ・トラック11の底部すなわち中央領域42を形成する実施形態を示す。例えば二酸化シリコンまたは窒化シリコン等の絶縁体605を、厚さ約300nmに形成する。絶縁体605にフォトレジストを塗布して、矩形610の形状にパターニングする。標準的なエッチング技法を用いて、矩形610を深さ約200nmにエッチングして、トレンチ615を形成する。窒化シリコン・エッチングのプロセスに関するこれ以上の詳細については、米国特許番号第6,051,504号を、二酸化シリコン・エッチングのプロセスに関するこれ以上の詳細については、米国特許番号第5,811,357号を参照のこと。これらは、引用により本願にも含まれるものとする。   FIGS. 12-14 illustrate an embodiment for forming the bottom or central region 42 of the data track 11. For example, an insulator 605 such as silicon dioxide or silicon nitride is formed to a thickness of about 300 nm. A photoresist is applied to the insulator 605 and patterned into a rectangular shape 610. Using standard etching techniques, rectangle 610 is etched to a depth of about 200 nm to form trench 615. For more details on the silicon nitride etch process, see US Pat. No. 6,051,504, and for further details on the silicon dioxide etch process, see US Pat. No. 5,811,357. checking ... These are also incorporated herein by reference.

図14において、トレンチ615にある材料を充填して、ブロック620を形成する。ブロック620は、例えば、強磁性体材料およびフェリ磁性体から成る群から選択された、中央領域42に対応する均質の磁気材料から成るものとすることができる。この場合、ブロック620を平坦化し研磨する。ブロック620において用いられる例示的な強磁性体またはフェリ磁性体材料は、パーマロイ、ニッケル−鉄合金、コバルト−鉄合金、Ni、Co、およびFeのうち1つ以上から形成された合金、Ni、Co、およびFeおよび他の元素、例えばB、Zr、Hf、Cr、Pd、Pt等のうち1つ以上から形成された合金である。あるいは、ブロック620は、例えば、図7の領域410、420、および415、425に示すものと同様の、異なる強磁性体またはフェリ磁性体材料の交互の領域から成る不均質の磁気材料から形成することも可能である。これらの領域は、図12から図15に図示しない追加の処理ステップによって形成することができる。この追加の処理ステップには、追加のリソグラフィ、パターニング、エッチング、例えばめっきまたはスパッタ堆積またはCVDを用いた材料堆積、および平坦化ステップが含まれる場合がある。あるいは、ブロック620は、後にエッチングによって除去される犠牲材料を含むことも可能である。犠牲材料は、低圧化学的気相堆積の後に化学機械研磨により平坦化を行うことによって形成することができる。   In FIG. 14, the material in trench 615 is filled to form block 620. Block 620 may comprise a homogeneous magnetic material corresponding to the central region 42 selected from the group consisting of, for example, a ferromagnetic material and a ferrimagnetic material. In this case, the block 620 is planarized and polished. Exemplary ferromagnetic or ferrimagnetic materials used in block 620 include permalloy, nickel-iron alloys, cobalt-iron alloys, alloys formed from one or more of Ni, Co, and Fe, Ni, Co , And Fe and other elements such as B, Zr, Hf, Cr, Pd, Pt and the like. Alternatively, block 620 is formed from a heterogeneous magnetic material consisting of alternating regions of different ferromagnetic or ferrimagnetic materials, for example, similar to those shown in regions 410, 420, and 415, 425 of FIG. It is also possible. These regions can be formed by additional processing steps not shown in FIGS. This additional processing steps may include additional lithography, patterning, etching, material deposition using, for example, plating or sputter deposition or CVD, and planarization steps. Alternatively, the block 620 can include a sacrificial material that is later removed by etching. The sacrificial material can be formed by low-pressure chemical vapor deposition followed by planarization by chemical mechanical polishing.

次いで、絶縁体605の上に、例えば窒化シリコンである薄い誘電体層625を堆積して、底部キャッピング層として機能させ、必要であれば、以降のプロセス・ステップの間トレンチを保護することができる。底部キャッピング層の厚さは、約10から500nmの間の範囲である。底部キャッピング層625は、窒化シリコン、酸化シリコン、または他のいずれかの適切な誘電体から成るものとすることができる。別の実施形態では、底部キャッピング層625は必要でない場合もある。   A thin dielectric layer 625, for example silicon nitride, can then be deposited over insulator 605 to serve as a bottom capping layer and, if necessary, protect the trench during subsequent process steps. . The thickness of the bottom capping layer ranges between about 10 and 500 nm. The bottom capping layer 625 can comprise silicon nitride, silicon oxide, or any other suitable dielectric. In another embodiment, the bottom capping layer 625 may not be necessary.

図16は、2つのバイアを形成し、データ・トラック11のデータ領域35および蓄積部40を作成することができる構造の製造を示す。多層スタック構造705は、交互のシリコン/誘電体または誘電体/誘電体材料(材料AおよびBとして示す)で形成されている。材料AおよびBは、エッチング特性を考慮して選択する。好適な実施形態では、材料Aは二酸化シリコン(SiO2)で、材料Bはシリコン(Si)で構成される。あるいは、材料Aは二酸化シリコン、材料Bは窒化シリコン(Si34)を含む。 FIG. 16 illustrates the fabrication of a structure that can form two vias and create the data area 35 and storage 40 of the data track 11. Multilayer stack structure 705 is formed of alternating silicon / dielectric or dielectric / dielectric materials (shown as materials A and B). Materials A and B are selected in consideration of etching characteristics. In a preferred embodiment, material A is silicon dioxide (SiO 2 ) and material B is silicon (Si). Alternatively, the material A includes silicon dioxide and the material B includes silicon nitride (Si 3 N 4 ).

図16の例では、層710、715、720等の第1組の層は、例えば二酸化シリコンのような材料Aで形成される。層725、720、735等の第2組の層は、例えばシリコンまたは窒化シリコンのような材料Bで形成される。第1および第2の組の層は、様々な技法を用いて形成可能である。例えば、低圧化学的気相堆積法を用いて多結晶シリコン層を形成し、スパッタ堆積を用いてアモルファス・シリコン層を形成することができる。多層スタック構造705の上に、例えば窒化シリコンのような薄い誘電体層を堆積して、上部キャッピング層740として機能させることができる。上部キャッピング層740の厚さは、約10から500nmの間の範囲である。上部キャッピング層は、窒化シリコン、酸化シリコン、または他のいずれかの適切な誘電体から成るものとすることができる。   In the example of FIG. 16, the first set of layers, such as layers 710, 715, 720, etc. is formed of material A, such as silicon dioxide. The second set of layers, such as layers 725, 720, 735, etc. are formed of material B, such as silicon or silicon nitride. The first and second sets of layers can be formed using various techniques. For example, a polycrystalline silicon layer can be formed using low pressure chemical vapor deposition and an amorphous silicon layer can be formed using sputter deposition. A thin dielectric layer, such as silicon nitride, can be deposited over the multilayer stack structure 705 to serve as the upper capping layer 740. The thickness of the upper capping layer 740 ranges between about 10 and 500 nm. The top capping layer may consist of silicon nitride, silicon oxide, or any other suitable dielectric.

材料Aおよび材料Bは、異なるエッチング・レートを有するように選択し、バイアの壁にノッチまたは突出の形成を可能とする。図16には等しい厚さで示すが、材料Aおよび材料Bから形成される層は、異なる厚さを有する場合がある。   Material A and Material B are selected to have different etch rates, allowing the formation of notches or protrusions in the via walls. Although shown with equal thickness in FIG. 16, the layers formed from material A and material B may have different thicknesses.

多層スタック構造705は、例えば、約100層の材料Aおよび材料Bの交互の層を含み、合計の厚さを例えば約0.5から10ミクロン以上とすることができる。例えば層710、715、720、725、730、735を形成する材料Aおよび材料Bの厚さは、データ・トラック11のデータ領域35または蓄積部40における磁壁の分離距離に等しい。   The multilayer stack structure 705 can include, for example, about 100 layers of alternating material A and material B, for example, with a total thickness of, for example, about 0.5 to 10 microns or more. For example, the thicknesses of material A and material B forming the layers 710, 715, 720, 725, 730, 735 are equal to the separation distance of the domain walls in the data region 35 or the storage portion 40 of the data track 11.

材料Aおよび材料Bをエッチングして、ノッチまたは突出を形成する。例えば材料Aによって表される1つの材料の厚さは、データ・トラック11における磁壁間の分離距離に対応する。例えば材料Bによって表される他の材料は、データ・トラック11におけるデータ領域35または蓄積部40のノッチまたは突出を形成する。かかるデータ・トラック11の構成は、図10および図11に示されている。層710、715、720、725、730、735によって表される層Aおよび層Bは等しい厚さで示すが、実際には、それらは極めて異なる厚さである場合がある。各ノッチまたは突出の幅は、約5nmから100nmの間の範囲とすることができる。   Material A and material B are etched to form notches or protrusions. For example, the thickness of one material represented by material A corresponds to the separation distance between the domain walls in the data track 11. Other materials, for example represented by material B, form notches or protrusions in the data area 35 or storage 40 in the data track 11. The structure of such a data track 11 is shown in FIGS. Although layer A and layer B represented by layers 710, 715, 720, 725, 730, 735 are shown with equal thickness, in practice they may be very different thicknesses. The width of each notch or protrusion can range from about 5 nm to 100 nm.

図17、18、19、20、および21は、多層スタック構造705におけるバイア805、810の形成を示す。材料B(すなわち層725、730、735)としてシリコンを利用する実施形態では、バイア805、810の側壁を酸化させて、二酸化シリコンの薄い絶縁層を形成する(厚さは約3nmから30nmの間の範囲である)。バイア805、810に、均質の強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して、データ・トラック11のデータ領域35および蓄積部40を形成することができる。図18に、バイア805、810に対して垂直に見た多層スタック構造705の断面図を示し、バイア805、810の方形の断面を例示する。バイア805、810は、他の様々な断面に形成することも可能である。例えば、図19に示すバイア805A、810Aに示すような矩形の断面、図20に示すバイア805B、810Bに示すような円形の断面、および図21に示すバイア805C、810Cに示すような楕円の断面である。   17, 18, 19, 20, and 21 illustrate the formation of vias 805, 810 in the multilayer stack structure 705. In embodiments utilizing silicon as material B (ie, layers 725, 730, 735), the sidewalls of vias 805, 810 are oxidized to form a thin insulating layer of silicon dioxide (thickness between about 3 nm and 30 nm). Range). Vias 805, 810 can be filled with a homogeneous ferromagnetic or ferrimagnetic material to form data area 35 and storage 40 of data track 11. FIG. 18 shows a cross-sectional view of the multilayer stack structure 705 as viewed perpendicular to the vias 805, 810, illustrating a rectangular cross section of the vias 805, 810. Vias 805, 810 can be formed in a variety of other cross sections. For example, rectangular cross sections as shown in vias 805A and 810A shown in FIG. 19, circular cross sections as shown in vias 805B and 810B shown in FIG. 20, and elliptical cross sections as shown in vias 805C and 810C shown in FIG. It is.

図22の断面図に示すように、バイア805、810は、多層スタック構造705を通して絶縁体605内のブロック620までエッチングする。図17から図21の例では、バイア805、810は、バイアをエッチングするプロセスによって、平坦で円滑な壁を有するように形成する。材料B(すなわち層725、730、735)がシリコンから成る実施形態では、二酸化シリコンに比べてシリコンに選択的なプロセスとシリコンに比べて二酸化シリコンに選択的なプロセスとで、ドライ・エッチング・プロセスを交互に行うことによって、バイア805、810を形成することができる。「選択的」という言葉は、エッチング液が、第2の材料よりも速く第1の材料をエッチングすることを示すために用いる。換言すると、二酸化シリコンに対して選択的なシリコンのためのドライ・エッチング・プロセスでは、より優れたエッチング制御を得るために、シリコンは、二酸化シリコンよりも速いレートでエッチングされる。二酸化シリコンに対して選択的なシリコンのためのドライ・エッチング・プロセスに関するこれ以上の詳細については、米国特許番号第6,544,838号および第6,284,666号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。シリコンに対して選択的な二酸化シリコンのためのドライ・エッチング・プロセスに関するこれ以上の詳細については、米国特許番号第6,294,102号および5,811,357号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 22, vias 805, 810 etch through multilayer stack structure 705 to block 620 in insulator 605. In the example of FIGS. 17 to 21, the vias 805 and 810 are formed to have flat and smooth walls by a process of etching the vias. In embodiments where material B (ie, layers 725, 730, 735) comprises silicon, a dry etch process with a process selective to silicon relative to silicon dioxide and a process selective to silicon dioxide relative to silicon. The vias 805 and 810 can be formed by alternately performing. The term “selective” is used to indicate that the etchant etches the first material faster than the second material. In other words, in a dry etch process for silicon that is selective to silicon dioxide, silicon is etched at a faster rate than silicon dioxide in order to obtain better etch control. See US Pat. Nos. 6,544,838 and 6,284,666 for further details regarding dry etching processes for silicon selective to silicon dioxide. These patents are also incorporated herein by reference. See U.S. Pat. Nos. 6,294,102 and 5,811,357 for further details on dry etching processes for silicon dioxide selective to silicon. These patents are also incorporated herein by reference.

材料Aを酸化シリコンで形成し、材料Bを窒化シリコンで形成する場合、バイア805、810は、酸化シリコンよりも窒化シリコンを優先的にエッチングするプロセス(米国特許番号第6,461,529号および第6,051,504号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする)と、窒化シリコンよりも二酸化シリコンを優先的にエッチングするプロセス(米国特許番号第6,294,102号および第5,928,967号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする)とで、連続的に交互にドライ・エッチング・プロセスを行うことによって、同様に形成可能である。ブロック620が、強磁性体またはフェリ磁性体材料等の金属から成る場合、エッチング液がブロック620の材料内まで著しくエッチングする可能性は低い。バイア805、810を形成した後に、キャッピング層625をエッチングして、均質の強磁性体またはフェリ磁性体材料の底部すなわちブロック620に対するコンタクトを開放する。   When material A is formed of silicon oxide and material B is formed of silicon nitride, vias 805, 810 are processes that preferentially etch silicon nitride over silicon oxide (US Pat. No. 6,461,529 and No. 6,051,504, which are incorporated herein by reference) and a process for preferentially etching silicon dioxide over silicon nitride (US Pat. Nos. 294,102 and 5,928,967, which are also incorporated herein by reference) by performing a dry etching process alternately and continuously. Can be formed similarly. If block 620 is made of a metal such as a ferromagnetic or ferrimagnetic material, the etchant is unlikely to etch significantly into the block 620 material. After the vias 805, 810 are formed, the capping layer 625 is etched to open the contact to the bottom or block 620 of homogeneous ferromagnetic or ferrimagnetic material.

バイア805、810をエッチングする前に、適切なエッチング液を用いてキャッピング層740をエッチングするか、または、層AおよびBの材料の構成要素ならびに層740のものに応じて、層AまたはBのためのエッチング液の一方を用いて、キャッピング層740をエッチングすることができる。交互のシリコンおよび/または誘電体層の多層スタック構造の最上層がシリコンから成る場合に、キャッピング層740を用いて、例えば、このスタックの上層の酸化を防ぐことができる。   Prior to etching vias 805, 810, etch capping layer 740 with an appropriate etchant, or depending on the components of layers A and B and layer 740, the layer A or B The capping layer 740 can be etched using one of the etching solutions. A capping layer 740 can be used, for example, to prevent oxidation of the top layer of the stack when the top layer of a multilayer stack structure of alternating silicon and / or dielectric layers is composed of silicon.

図23、24、25、26、27は、バイア805、810を形成した後に選択的なウエット・エッチング・プロセスを用いた結果を示す。図23、24、25、26、27において、多層スタック構造705では、キャッピング層740も基板キャッピング層625も図示していない。選択的なウエット・エッチング・プロセスを用いることによって、材料Aおよび材料Bを異なるレートでエッチングすることができる。1例として、酸化シリコンおよび窒化シリコンの双方に選択的に二酸化シリコンをウエット・エッチングするため、フッ化水素酸(HF)系の化学薬品(例えば緩衝または希釈HF)を使用可能であり、二酸化シリコンに選択的に窒化シリコンをウエット・エッチングするため、リン酸H3PO4系の化学薬品を使用可能である。 23, 24, 25, 26, 27 show the results of using a selective wet etch process after forming vias 805, 810. FIG. 23, 24, 25, 26, and 27, neither the capping layer 740 nor the substrate capping layer 625 is shown in the multilayer stack structure 705. By using a selective wet etch process, material A and material B can be etched at different rates. As an example, hydrofluoric acid (HF) based chemicals (eg buffered or diluted HF) can be used to wet etch silicon dioxide selectively to both silicon oxide and silicon nitride, and silicon dioxide. In order to selectively wet-etch silicon nitride, phosphoric acid H 3 PO 4 based chemicals can be used.

異なるレートでの材料Aおよび材料Bのエッチングにより、バイア805、810の断面に規則的な変動が形成される。強磁性体またはフェリ磁性体で充填すると、バイア805、810の断面の変動は、データ・トラック11のデータ領域35または蓄積部40に突出またはノッチを作成する。磁気材料トラック11の突出またはノッチを用いて、データ領域35および蓄積部40において磁壁を固定することができる。バイア805、810のノッチまたは突出の構成は、磁気シフト・レジスタ10のデータ・トラック11の最適な性能を得るように選択される。具体的には、ノッチまたは突出の長さおよび深さならびにそれらの形状を変えて、磁壁の固定ポテンシャルを変動させることができる。   Etching of material A and material B at different rates creates regular variations in the cross-section of vias 805, 810. When filled with a ferromagnetic or ferrimagnetic material, the cross-sectional variation of the vias 805, 810 creates a protrusion or notch in the data area 35 or storage 40 of the data track 11. The magnetic wall can be fixed in the data region 35 and the storage unit 40 by using the protrusion or notch of the magnetic material track 11. The notch or protruding configuration of the vias 805, 810 is selected to obtain the optimum performance of the data track 11 of the magnetic shift register 10. Specifically, the length and depth of the notches or protrusions and their shapes can be varied to vary the fixed potential of the domain wall.

図23は、バイア1002の一部の断面を示し、材料A(層1004、1008によって表す)のエッチングが材料B(層1006、1010によって表す)よりも速く行われる選択的なエッチング・プロセスを例示する。バイア1002に強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填すると、データ・トラック11のデータ領域35または蓄積部40において、層1004、1008は突出を形成し、層1006、1010はノッチを形成する。   FIG. 23 shows a cross-section of a portion of via 1002 illustrating a selective etching process in which material A (represented by layers 1004, 1008) is etched faster than material B (represented by layers 1006, 1010). To do. When the via 1002 is filled with a ferromagnetic or ferrimagnetic material, the layers 1004, 1008 form protrusions and the layers 1006, 1010 form notches in the data region 35 or storage 40 of the data track 11.

図24は、バイア1012の部分の断面図を示し、ここでは、材料A(層1014、1018によって表す)が材料B(層1016、1020によって表される)よりも遅くエッチングされる。バイア1012に強磁性体または強磁性体材料を充填すると、データ・トラック11のデータ領域35または蓄積部40において、層1014、1018はノッチを形成し、層1016、1020は突出を形成する。   FIG. 24 shows a cross-sectional view of a portion of via 1012 where material A (represented by layers 1014, 1018) is etched later than material B (represented by layers 1016, 1020). When the via 1012 is filled with ferromagnetic material or ferromagnetic material, the layers 1014 and 1018 form notches and the layers 1016 and 1020 form protrusions in the data region 35 or storage 40 of the data track 11.

材料A、材料B、およびエッチング・プロセスは、図23および24に示すような浅いノッチ、または図25のバイア1022によって示すようなもっと深いノッチを設けるように選択することができる。材料B(層1026、1030によって表される)は、材料A(層1024、1028によって表される)よりもはるかに速くエッチングする。   Material A, material B, and the etching process can be selected to provide shallow notches as shown in FIGS. 23 and 24, or deeper notches as shown by vias 1022 in FIG. Material B (represented by layers 1026, 1030) etches much faster than Material A (represented by layers 1024, 1028).

また、図26および27に示すように、材料Aおよび材料Bの層の厚さは変動することがある。図26は、材料Aの層(層1034、1038によって表される)が材料Bの層(層1036、1040によって表される)よりも厚いバイア1032の断面を示す。バイア1032に強磁性体または強磁性体材料を充填すると、データ・トラック11のデータ領域35または蓄積部40において、層1036、1040は薄い突出を形成し、層1034、1038は広いノッチを形成する。   Also, as shown in FIGS. 26 and 27, the layer thicknesses of material A and material B may vary. FIG. 26 shows a cross section of via 1032 where the layer of material A (represented by layers 1034, 1038) is thicker than the layer of material B (represented by layers 1036, 1040). When the via 1032 is filled with a ferromagnetic or ferromagnetic material, the layers 1036, 1040 form thin protrusions and the layers 1034, 1038 form wide notches in the data region 35 or storage 40 of the data track 11. .

図27は、材料Aの層(層1046、1050によって表される)が材料Bの層(層1044、1048によって表される)よりも薄いバイア1042の断面を示す。バイア1042に強磁性体または強磁性体材料を充填すると、データ・トラック11のデータ領域35または蓄積部40において、層1046、1050は薄いノッチを形成し、層1044、1048は広い突出を形成する。   FIG. 27 shows a cross section of a via 1042 in which a layer of material A (represented by layers 1046, 1050) is thinner than a layer of material B (represented by layers 1044, 1048). When via 1042 is filled with ferromagnetic material or ferromagnetic material, layers 1046, 1050 form thin notches and layers 1044, 1048 form wide protrusions in data region 35 or storage 40 of data track 11. .

図28、29は、バイア1105、1110(多層スタック構造1115にエッチングされる)およびトレンチ1120を備えたデータ・トラック11の1形態の断面を示す。トレンチ1120を作成するため、ブロック620に犠牲誘電体材料(図12〜15)を充填する。この材料は、バイア1105、1110を形成した場合にエッチングにより除去される。図29に示す代替的な実施形態では、ブロック620は、バイア1105、1110を作成した後に残る強磁性体またはフェリ磁性体材料1125を備える。   FIGS. 28 and 29 show a cross-section of one form of data track 11 with vias 1105, 1110 (etched into multilayer stack structure 1115) and trench 1120. To create the trench 1120, the block 620 is filled with a sacrificial dielectric material (FIGS. 12-15). This material is removed by etching when vias 1105 and 1110 are formed. In an alternative embodiment shown in FIG. 29, block 620 comprises ferromagnetic or ferrimagnetic material 1125 that remains after creating vias 1105, 1110.

図28に示すように、材料A(層1130、1135によって表される)は材料B(層1140、1145によって表される)よりも速いレートでエッチングされる。この結果、バイア1105、1110によって形成されるデータ・トラック11は、規則的に離間したノッチおよび突出、ならびに、等しい厚さの材料Aおよび材料Bの層を有することになる。   As shown in FIG. 28, material A (represented by layers 1130, 1135) is etched at a faster rate than material B (represented by layers 1140, 1145). As a result, the data track 11 formed by the vias 1105, 1110 will have regularly spaced notches and protrusions as well as layers of material A and material B of equal thickness.

図30、31は、充填したバイア1205、1210および底部領域1220によって示すように、バイア1105、1110、およびトレンチ1120に強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填することによって作成されたトラック1215を示す。充填されたバイア1205はデータ領域35に対応し、充填された1210は蓄積部40に対応し、底部領域1220は中央領域42に対応する。   FIGS. 30 and 31 show a track 1215 created by filling vias 1105, 1110, and trench 1120 with a ferromagnetic or ferrimagnetic material, as shown by filled vias 1205, 1210 and bottom region 1220. FIG. . The filled via 1205 corresponds to the data area 35, the filled 1210 corresponds to the accumulator 40, and the bottom area 1220 corresponds to the central area 42.

バイア1105、1110、およびトレンチ1120は、例えば無電解めっきまたは電気めっきのような様々な方法によって充填することができる。無電解めっきのプロセスについては米国特許番号第3,702,263号を、電気めっきのプロセスについては米国特許番号第4,315,985号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。あるいは、ブロック1125は、バイア1105、1110を充填する前に、強磁性体またはフェリ磁性体材料等の磁気材料を含むことができる。ブロック1125の磁気材料は、バイア1105、1110を充填するために用いるものと同一である場合もあるし、そうでない場合もある。ブロック1125の金属は、無電解または電気めっきプロセスのためのシード層電極として使用可能である。電気めっきプロセスは無電解めっきプロセスよりもはるかに高速であるので、電気めっきプロセスを用いることが望ましい。電気めっきを実行するため、シード層電極にコンタクトを提供しなければならない。これは、犠牲ワイヤまたはコンタクト(図には示さない)を介して達成可能であり、またはバイア1105、1110の側壁上に堆積されたAl等の極めて薄い金属層とすることができる。めっきプロセスが完了した後、側壁上のAl金属を酸化させて、ほぼ300Cの温度でトラックを加熱することにより、絶縁性である酸化アルミニウムを形成することができる。犠牲層が除去された図28の場合は、バイアを充填する前に、化学的気相堆積法等のプロセスによって薄いシード層電極を堆積することができる。   Vias 1105, 1110, and trenches 1120 can be filled by various methods such as electroless plating or electroplating. See US Pat. No. 3,702,263 for electroless plating processes and US Pat. No. 4,315,985 for electroplating processes. These patents are also incorporated herein by reference. Alternatively, the block 1125 can include a magnetic material, such as a ferromagnetic or ferrimagnetic material, before filling the vias 1105, 1110. The magnetic material of block 1125 may or may not be the same as that used to fill vias 1105 and 1110. The metal of block 1125 can be used as a seed layer electrode for electroless or electroplating processes. Since electroplating processes are much faster than electroless plating processes, it is desirable to use electroplating processes. In order to perform electroplating, the seed layer electrode must be contacted. This can be accomplished via a sacrificial wire or contact (not shown) or can be a very thin metal layer such as Al deposited on the sidewalls of vias 1105, 1110. After the plating process is complete, the Al metal on the sidewalls can be oxidized and the track heated at a temperature of approximately 300 C to form an insulating aluminum oxide. In the case of FIG. 28 with the sacrificial layer removed, a thin seed layer electrode can be deposited by a process such as chemical vapor deposition before filling the via.

図32のプロセス・フローチャートによって、トラック1215を製造するための方法1300を示す。ステップ1305では、絶縁体605を形成する(図12)。ステップ1310では、絶縁体605上に矩形610をパターニングする(図12)。ステップ1315において、矩形610をエッチングして、トレンチ615を形成する(図13)。ステップ1320では、トレンチ615に、犠牲誘電体、強磁性体、またはフェリ磁性体材料を充填する(図14)。次いで、ステップ1325において、トレンチ620をキャッピング層625によって被覆すると好ましい。   A process 1300 for manufacturing the track 1215 is illustrated by the process flowchart of FIG. In step 1305, an insulator 605 is formed (FIG. 12). In step 1310, a rectangle 610 is patterned on the insulator 605 (FIG. 12). In step 1315, the rectangle 610 is etched to form a trench 615 (FIG. 13). In step 1320, the trench 615 is filled with a sacrificial dielectric, ferromagnetic, or ferrimagnetic material (FIG. 14). Then, in step 1325, trench 620 is preferably covered by capping layer 625.

ステップ1330において、絶縁体605に、交互の材料Aおよび材料Bの多層を加えて、多層スタック構造705を形成する(図16)。多層スタック構造705は、例えば、約100層の交互の材料AおよびBを含み、合計の厚さは例えば約10ミクロンとすることができる。ステップ1335では、多層スタック構造705の上部にキャッピング層740を形成する。   In step 1330, alternating layers of material A and material B are added to insulator 605 to form a multilayer stack structure 705 (FIG. 16). The multi-layer stack structure 705 includes, for example, about 100 layers of alternating materials A and B, and the total thickness can be, for example, about 10 microns. In step 1335, a capping layer 740 is formed on top of the multilayer stack structure 705.

ステップ1340では、多層スタック構造705を貫通してブロック620まで、バイア805、510を非選択的にエッチングする(図17から図22)。ブロック620に犠牲誘電体材料を充填した場合、ステップ1340では、この犠牲誘電体材料もエッチングにより除去される(図11)。   In step 1340, vias 805, 510 are non-selectively etched through multilayer stack structure 705 to block 620 (FIGS. 17-22). If block 620 is filled with a sacrificial dielectric material, then at step 1340, the sacrificial dielectric material is also removed by etching (FIG. 11).

ステップ1345において、オプションの選択的エッチング・プロセスを用いて、ある材料を他のものよりも速く選択的にエッチングし、バイア805、810の壁にノッチおよび突出を形成することができる(図23から図29)。ステップ1350では、バイア805、810に強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填し(図30、31)、磁気シフト・レジスタ10のデータ・トラック11を形成する。   In step 1345, an optional selective etching process can be used to selectively etch one material faster than the other to form notches and protrusions in the walls of vias 805, 810 (from FIG. 23). FIG. 29). In step 1350, vias 805, 810 are filled with a ferromagnetic or ferrimagnetic material (FIGS. 30, 31) to form data track 11 of magnetic shift register 10.

データ・トラック11の製造の別の実施形態では、下部絶縁層に導電性パッドを形成し、多層スタック構造705の上層に中央領域42を形成する。この製造プロセスを、図33〜47に図示する。   In another embodiment of manufacturing the data track 11, conductive pads are formed in the lower insulating layer and the central region 42 is formed in the upper layer of the multilayer stack structure 705. This manufacturing process is illustrated in FIGS.

図34、35、36、37は、データ・トラック11の底部におけるデータ領域35および蓄積部40に接続する導電パッドの製造を示す。例えば窒化シリコンまたは二酸化シリコン等の絶縁体1405を、約300nmの厚さに形成する。   34, 35, 36, and 37 illustrate the manufacture of conductive pads that connect to the data region 35 and storage 40 at the bottom of the data track 11. For example, an insulator 1405 such as silicon nitride or silicon dioxide is formed to a thickness of about 300 nm.

絶縁体1405にフォトレジストを塗布し、矩形1410、1415の形態にパターニングする。標準的なエッチング技法を用いて、矩形1410、1415を約200nmの深さまでエッチングして、トレンチ1420、1425を形成する。窒化シリコン・エッチングのプロセスについては、米国特許番号第6,051,504号を、二酸化シリコンのエッチングのプロセスについては、米国特許番号第5,811,357号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。   A photoresist is applied to the insulator 1405 and patterned into a rectangular shape 1410 and 1415. Using standard etching techniques, rectangles 1410, 1415 are etched to a depth of about 200 nm to form trenches 1420, 1425. See US Pat. No. 6,051,504 for the silicon nitride etch process and US Pat. No. 5,811,357 for the silicon dioxide etch process. These patents are also incorporated herein by reference.

図35において、トレンチ1420、1425にある材料を充填して、ブロックすなわち底部パッド1430、1435を形成する。ブロック1430、1435は、導電性材料から成り、データ・ブロック11の底部の導電性パッドを形成する。ブロック1430、1435に用いられる例示的な導電性材料は、導電シリコン、銅等である。あるいは、ブロック1430、1435は、後にエッチングにより除去される犠牲材料から成ることも可能である。犠牲材料は、例えば二酸化シリコンから成るものとすることができる。犠牲材料は、低圧化学的気相堆積法の後に化学機械研磨を行って平坦化することにより形成する。次いで、絶縁体1405の上部に、例えば窒化シリコンのような薄い誘電体層を堆積し、キャッピング層1440として機能させる。キャッピング層1440の厚さは、約10および500nmの間の範囲である。キャッピング層1440は、窒化シリコン、酸化シリコン、または他のいずれかの適切な誘電体から成るものとすることができる。   In FIG. 35, the material in trenches 1420, 1425 is filled to form blocks or bottom pads 1430, 1435. Blocks 1430 and 1435 are made of a conductive material and form a conductive pad at the bottom of the data block 11. Exemplary conductive materials used for blocks 1430, 1435 are conductive silicon, copper, and the like. Alternatively, the blocks 1430, 1435 can be made of a sacrificial material that is later removed by etching. The sacrificial material can be made of, for example, silicon dioxide. The sacrificial material is formed by flattening by chemical mechanical polishing after low pressure chemical vapor deposition. Next, a thin dielectric layer such as silicon nitride is deposited on top of the insulator 1405 to function as the capping layer 1440. The thickness of the capping layer 1440 ranges between about 10 and 500 nm. The capping layer 1440 can comprise silicon nitride, silicon oxide, or any other suitable dielectric.

図37は、2つのバイアを形成し、データ・トラック11のデータ領域35および蓄積部40を作成する構造の製造を示す。多層スタック構造1505は、交互に配された材料すなわち材料Aおよび材料Bから形成される。材料AおよびBは、シリコン/誘電体または誘電体/誘電体材料から形成される。好適な実施形態では、材料Aは二酸化シリコンから成り、材料Bはシリコンから形成される。シリコンは、低圧化学的気相堆積法プロセスによって多結晶シリコンとして形成可能であり、または、スパッタ堆積プロセスによりアモルファス・シリコンから形成可能である。あるいは、材料Aは二酸化シリコンを、材料Bは窒化シリコンを含む。   FIG. 37 illustrates the manufacture of a structure that forms two vias and creates the data area 35 and storage 40 of the data track 11. The multilayer stack structure 1505 is formed from alternating materials, ie, material A and material B. Materials A and B are formed from silicon / dielectric or dielectric / dielectric materials. In a preferred embodiment, material A comprises silicon dioxide and material B is formed from silicon. Silicon can be formed as polycrystalline silicon by a low pressure chemical vapor deposition process or can be formed from amorphous silicon by a sputter deposition process. Alternatively, material A includes silicon dioxide and material B includes silicon nitride.

図37の例では、層1510、1515、1520等の第1組の層は、例えば二酸化シリコンのような材料Aで形成される。層1525、1530、1535等の第2組の層は、例えばシリコンまたは窒化シリコンのような材料Bで形成される。多層スタック構造1505の上部に、例えば窒化シリコンのような薄い誘電体層を堆積し、キャッピング層1540として機能させる。キャッピング層1540の厚さは、約10nmおよび500nmの間の範囲である。底部キャッピング層1540は、窒化シリコン、酸化シリコン、または他のいずれかの適切な誘電体から成るものとすることができる。   In the example of FIG. 37, the first set of layers, such as layers 1510, 1515, 1520, is formed of material A, such as silicon dioxide. A second set of layers, such as layers 1525, 1530, 1535, is formed of material B, such as silicon or silicon nitride. A thin dielectric layer such as silicon nitride is deposited on top of the multi-layer stack structure 1505 to function as the capping layer 1540. The thickness of the capping layer 1540 ranges between about 10 nm and 500 nm. The bottom capping layer 1540 can comprise silicon nitride, silicon oxide, or any other suitable dielectric.

材料Aおよび材料Bは、異なるエッチング・レートを有するように選択し、バイアの壁にノッチまたは突出の形成を可能とする。図37には等しい厚さで示すが、材料Aおよび材料Bは異なる厚さを有する場合がある。   Material A and Material B are selected to have different etch rates, allowing the formation of notches or protrusions in the via walls. Although shown with equal thickness in FIG. 37, material A and material B may have different thicknesses.

多層スタック構造1505は、例えば、約100層の交互の材料Aおよび材料Bを含み、合計の厚さは例えば約10ミクロンとすることができる。層1510、1515、1520、1525、1530、1535等の層の厚さは、個々の磁区に対応するか、またはデータ・トラック11のデータ領域35または蓄積部40における磁壁固定位置として機能する。   Multilayer stack structure 1505 includes, for example, about 100 layers of alternating material A and material B, and the total thickness can be, for example, about 10 microns. The thicknesses of the layers 1510, 1515, 1520, 1525, 1530, 1535, etc. correspond to individual magnetic domains or function as domain wall fixing positions in the data area 35 or the storage unit 40 of the data track 11.

材料Aまたは材料Bをエッチングして、ノッチまたは突出を形成する。層1510、1515、1520、1525、1530、1535等の層は等しい厚さで示すが、実際には、それらは異なる厚さである可能性がある。例えば材料Aが表す1つの材料の厚さは、データ・トラック11における磁壁間の分離距離に相当する場合がある。例えば材料Bが表す他の材料は、データ・トラックのデータ領域35または蓄積部40においてノッチまたは突出を形成する。かかるデータ・トラック11の構成は、図10および11に示す。トラックを形成する材料の磁気特性に応じて、磁壁は、ノッチもしくは突出に限定するか、または、ノッチもしくは突出間の領域内に限定することができる。   Material A or material B is etched to form notches or protrusions. Layers such as layers 1510, 1515, 1520, 1525, 1530, 1535 are shown with equal thickness, but in practice they may be of different thicknesses. For example, the thickness of one material represented by the material A may correspond to the separation distance between the domain walls in the data track 11. For example, the other material represented by material B forms a notch or protrusion in the data area 35 or storage 40 of the data track. The structure of such a data track 11 is shown in FIGS. Depending on the magnetic properties of the material forming the track, the domain wall can be limited to notches or protrusions, or can be limited to the region between the notches or protrusions.

図38は、多層スタック構造1505におけるバイア1605、1610の形成を示す。材料B(すなわち層1525、1530、1535)としてシリコンを用いる実施形態では、バイア1605、1610の側壁を酸化させて、二酸化シリコンの薄い絶縁体層を形成する(厚さは約3nmおよび30nmの間の範囲である)。バイア1605、1610に、強磁性体またはフェリ磁性体材料等の均質の磁気材料を充填して、データ・トラック11のデータ領域35および蓄積部40を形成することができる。   FIG. 38 shows the formation of vias 1605, 1610 in the multilayer stack structure 1505. In embodiments using silicon as material B (ie, layers 1525, 1530, 1535), the sidewalls of vias 1605, 1610 are oxidized to form a thin insulator layer of silicon dioxide (thickness between about 3 nm and 30 nm). Range). Vias 1605 and 1610 can be filled with a homogeneous magnetic material, such as a ferromagnetic or ferrimagnetic material, to form data region 35 and storage 40 of data track 11.

図39の断面図に示すように、バイア1605、1610は、多層スタック構造1505およびキャッピング層1440を貫通してブロック1430、1435までエッチングされている。図38および39の例では、バイア1605および1610は、バイアを非選択的にエッチングするプロセスによって平坦かつ円滑な壁を有するように形成する。材料A(すなわち層1510、1515、1520)が二酸化シリコンから成り、材料B(すなわち層1525、1530、1535)がシリコンから成る実施形態では、バイア1605、1610は、二酸化シリコンに選択的なシリコンのドライ・エッチング・プロセスおよびシリコンに選択的な二酸化シリコンのドライ・エッチング・プロセスを交互に行うことによって形成することができる。二酸化シリコンに選択的なシリコンのドライ・エッチング・プロセスを交互に行うプロセスについては、米国特許番号第6,544,838号および第6,284,666号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。シリコンに選択的な二酸化シリコンのドライ・エッチング・プロセスを交互に行うプロセスについては、米国特許番号第6,294,102号および第5,811,357号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 39, vias 1605, 1610 have been etched through the multilayer stack structure 1505 and capping layer 1440 to blocks 1430, 1435. In the example of FIGS. 38 and 39, vias 1605 and 1610 are formed to have flat and smooth walls by a process that non-selectively etches the vias. In embodiments in which material A (ie, layers 1510, 1515, 1520) is comprised of silicon dioxide and material B (ie, layers 1525, 1530, 1535) is comprised of silicon, vias 1605, 1610 are composed of silicon selective to silicon dioxide. It can be formed by alternating a dry etching process and a silicon dioxide dry etching process selective to silicon. See US Pat. Nos. 6,544,838 and 6,284,666 for a process that alternates a silicon dry etch process selective to silicon dioxide. These patents are also incorporated herein by reference. See US Pat. Nos. 6,294,102 and 5,811,357 for a process for alternating a silicon dioxide dry etch process selective to silicon. These patents are also incorporated herein by reference.

材料Aが酸化シリコンから形成され、材料Bが窒化シリコンから形成される代替的な実施形態では、酸化シリコンに選択的な窒化シリコンのドライ・エッチング・プロセス(米国特許番号第6,461,529号および第6,051,504号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする)および窒化シリコンに選択的な二酸化シリコンのドライ・エッチング・プロセス(米国特許番号第6,294,102号および第5,928,967号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする)を交互に行うことによって、バイア1605および1610を形成可能である。非選択的なエッチング・プロセスは、材料Aおよび材料Bを同一のレートでエッチングする。ブロック1430、1435が導電シリコン、銅等の導体で構成される場合、エッチング材料はブロック1430、1435の材料を実質的に浸食しない。   In an alternative embodiment where material A is formed from silicon oxide and material B is formed from silicon nitride, a silicon nitride dry etch process selective to silicon oxide (US Pat. No. 6,461,529). And US Pat. No. 6,051,504, which are hereby incorporated by reference) and a silicon dioxide dry etching process selective to silicon nitride (US Pat. No. 6 , 294,102 and 5,928,967, which patents are hereby incorporated by reference) to form vias 1605 and 1610. . The non-selective etching process etches material A and material B at the same rate. If the blocks 1430, 1435 are composed of a conductor such as conductive silicon, copper, etc., the etching material does not substantially erode the material of the blocks 1430, 1435.

図40は、異なるエッチング・レートで材料に選択的エッチング・プロセスを用いた結果を示す。選択的なエッチング・プロセスを用いることにより、多層スタック構造1505の材料Aおよび材料Bを異なるレートでエッチングすることができる。例えば、フッ化水素酸HF系の化学薬品(例えば緩衝または希釈HF)を、シリコンに選択的な二酸化シリコンのウエット・エッチングに用いることができ、リン酸H3PO4系の化学薬品を、二酸化シリコンに選択的な窒化シリコンのウエット・エッチングに用いることができる。   FIG. 40 shows the results of using a selective etch process on the material with different etch rates. By using a selective etching process, material A and material B of the multilayer stack structure 1505 can be etched at different rates. For example, hydrofluoric acid HF-based chemicals (eg buffered or diluted HF) can be used for wet etching of silicon dioxide selective to silicon, and H3PO4 based chemicals are selected for silicon dioxide. It can be used for wet etching of typical silicon nitride.

異なるレートでの材料Aおよび材料Bのエッチングによって、バイア1805、1810の断面に規則的なばらつきが形成される。強磁性体または強磁性体材料で充填すると、バイア1805、1810の断面のばらつきは、データ・トラック11のデータ領域35または蓄積部40における突出またはノッチを生成する。トラック11の突出またはノッチは、トラック11の磁気領域間の可能な境界、すなわち、例えば図2に示す書き込み要素15を用いてトラックに書き込まれる磁壁を表すように機能する。このため、これらのノッチまたは突出を用いて、データ領域35および蓄積部40においてトラックの磁壁を休止状態に固定する。バイア1805、1810のノッチまたは突出の構成は、データ・トラック11の最適な性能を与えるように選択される。バイア1805、1810の構成ならびに材料Aおよび材料Bの厚さの選択は、図23、24、25、26、27のものと同様とすることができる。   Etching of material A and material B at different rates creates regular variations in the cross-section of vias 1805, 1810. When filled with a ferromagnetic material or ferromagnetic material, cross-sectional variations in the vias 1805, 1810 create protrusions or notches in the data region 35 or storage 40 of the data track 11. The protrusions or notches of the track 11 serve to represent possible boundaries between the magnetic regions of the track 11, i.e., domain walls that are written to the track using, for example, the write element 15 shown in FIG. 2. For this reason, the magnetic domain wall of the track is fixed in the rest state in the data area 35 and the storage unit 40 using these notches or protrusions. The notch or protrusion configuration of the vias 1805, 1810 is selected to provide optimal performance of the data track 11. The configuration of vias 1805, 1810 and the selection of material A and material B thickness can be similar to those of FIGS. 23, 24, 25, 26, 27.

図41は、多層スタック構造1505から材料を除去して領域または上部トレンチ1905を形成した結果を示す。材料を除去して領域1905を形成することは、例えば、フォトレジスト等を用いてエッチングすることによって実施可能である(米国特許番号第6,461,529号および第6,051,504号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする)。次いで、領域1905に強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して、図42のデータ・トラック2005によって示すように、データ・トラック11の中央領域2010を形成する。   FIG. 41 shows the result of removing material from the multilayer stack structure 1505 to form a region or upper trench 1905. Removing the material to form region 1905 can be performed, for example, by etching with photoresist or the like (see US Pat. Nos. 6,461,529 and 6,051,504). These patents are hereby incorporated by reference). The region 1905 is then filled with a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the central region 2010 of the data track 11, as shown by the data track 2005 in FIG.

図42は、バイア1805、1810および領域1905に強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填することによって作成したデータ・トラック2005を示す。バイア1805、1810および領域1905は、例えば無電解めっきまたは電気めっきのような様々な方法により充填することができる。無電解めっきのプロセスについては、米国特許番号第3,702,263号を、電気めっきのプロセスについては第4,315,985号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。   FIG. 42 shows a data track 2005 created by filling vias 1805, 1810 and regions 1905 with a ferromagnetic or ferrimagnetic material. Vias 1805, 1810 and region 1905 can be filled by various methods such as electroless plating or electroplating. See U.S. Pat. No. 3,702,263 for the electroless plating process and U.S. Pat. No. 4,315,985 for the electroplating process. These patents are also incorporated herein by reference.

図43、44の断面図に示すように、バイア2105、2110は、多層スタック構造1505を貫通してブロック1430、1435までエッチングされている。バイア2105、2110は、ブロック1430、1435との接触により、データ・トラック2005に外部回路を接続する導体を形成する。材料Aが酸化シリコンから形成され、材料Bが窒化シリコンから形成される実施形態では、バイア2105、2110は、酸化シリコンに選択的な窒化シリコンのドライ・エッチング・プロセス(米国特許番号第6,461,529号および第6,051,504号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。)および窒化シリコンに選択的な二酸化シリコンのドライ・エッチング・プロセス(米国特許番号第6,294,102号および第5,928,967号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。)を交互に行うことによって形成可能である。   As shown in the cross-sectional views of FIGS. 43 and 44, the vias 2105 and 2110 are etched through the multi-layer stack structure 1505 to blocks 1430 and 1435. Vias 2105 and 2110 contact the blocks 1430 and 1435 to form conductors that connect external circuitry to the data track 2005. In an embodiment where material A is formed from silicon oxide and material B is formed from silicon nitride, vias 2105, 2110 may be a silicon nitride dry etch process (US Pat. No. 6,461) selective to silicon oxide. , 529 and 6,051,504, which are incorporated herein by reference) and silicon dioxide dry etching processes selective to silicon nitride (USA). See Patent Nos. 6,294,102 and 5,928,967, which patents are also incorporated herein by reference).

代替的な実施形態では、ブロック1430、1435は犠牲誘電体材料から構成され、これは、バイア2105、2110を形成するエッチング・プロセスによって除去される。この結果、図44に示すようにトレンチ2115、2120が形成される。   In an alternative embodiment, blocks 1430, 1435 are composed of sacrificial dielectric material, which is removed by an etching process that forms vias 2105, 2110. As a result, trenches 2115 and 2120 are formed as shown in FIG.

図45、46は、バイア2105、2110に、ポリシリコン、タングステン等の導電性材料を、ブロック1430、1435(図45)まで充填した結果を示す。代替的な実施形態では、トレンチ2115、2120に、バイア2105、2110のものと同じプロセスによって、バイア2105、2110を充填するのと同じ導電性材料を充填して、導電性パッドを形成する。   45 and 46 show the results of filling the vias 2105 and 2110 with conductive materials such as polysilicon and tungsten up to the blocks 1430 and 1435 (FIG. 45). In an alternative embodiment, trenches 2115, 2120 are filled with the same conductive material that fills vias 2105, 2110 by the same process as that of vias 2105, 2110 to form conductive pads.

データ・トラック2005に導電性接続を形成するための技法の一例として、バイア2105、2110の構成を示す。更に別の実施形態では、図47に示すように、絶縁体1405を貫通してバイア2305、2310をエッチングすることによって、ブロック1430、1435までの導体を形成可能である。バイア2305、2310に導電性材料を充填することにより、データ・トラック2005を、金属バイアを介して絶縁体1405の底部まで電気的に接続し、例えばトラック11まで送信される電流パルスを形成するためのデバイスに接続することができる。   As an example of a technique for forming a conductive connection in data track 2005, the configuration of vias 2105, 2110 is shown. In yet another embodiment, conductors up to blocks 1430 and 1435 can be formed by etching vias 2305 and 2310 through insulator 1405 as shown in FIG. By filling the vias 2305 and 2310 with conductive material, the data track 2005 is electrically connected to the bottom of the insulator 1405 through a metal via to form a current pulse that is transmitted to the track 11, for example. Can be connected to any device.

データ・トラック2005を製造するための方法2400を、図48、49のプロセス・フローチャートによって示す。ステップ2405において、絶縁体1405を形成する(図33)。ステップ2410では、絶縁体1405上に矩形1410、1415をパターニングする(図33)。ステップ2415において、矩形1410、1415をエッチングして、トレンチ1420、1425を形成する(図34)。ステップ2420では、トレンチ1420、1425に犠牲誘電体または導電性材料を充填して(図35)、ブロック1430、1435を形成する。次いで、ステップ2425において、絶縁体1405の表面にキャッピング層を適用する。   A method 2400 for manufacturing the data track 2005 is illustrated by the process flowcharts of FIGS. In step 2405, an insulator 1405 is formed (FIG. 33). In step 2410, rectangles 1410 and 1415 are patterned on the insulator 1405 (FIG. 33). In step 2415, rectangles 1410 and 1415 are etched to form trenches 1420 and 1425 (FIG. 34). In step 2420, trenches 1420, 1425 are filled with a sacrificial dielectric or conductive material (FIG. 35) to form blocks 1430, 1435. Next, in step 2425, a capping layer is applied to the surface of the insulator 1405.

ステップ2430では、絶縁体1450に、交互の材料AおよびBの多層を加え、多層スタック構造1505を形成する(図37)。多層スタック構造1505は、例えば、約100層の交互の材料AおよびBを含み、合計の厚さは例えば約10ミクロンとすることができる。ステップ2435において、多層スタック構造1505の上部にキャッピング層1540を形成する。ステップ2440では、多層スタック構造1505を貫通してブロック1430、1435まで、バイア1605、1610を非選択的にエッチングする(図38、39)。   In step 2430, multiple layers of alternating materials A and B are added to insulator 1450 to form a multilayer stack structure 1505 (FIG. 37). The multilayer stack structure 1505 includes, for example, about 100 layers of alternating materials A and B, and the total thickness can be, for example, about 10 microns. In step 2435, a capping layer 1540 is formed on top of the multilayer stack structure 1505. In step 2440, vias 1605, 1610 are non-selectively etched through multilayer stack structure 1505 to blocks 1430, 1435 (FIGS. 38, 39).

ステップ2445では、オプションの選択的エッチング・プロセスを用いて、バイア1605、1610の壁において、ある材料を他のものよりも選択的に速くエッチングし、バイア1605、1610の壁にノッチおよび突出を形成することができる(図40、41)。   In step 2445, an optional selective etch process is used to etch one material selectively faster than the other in the walls of vias 1605, 1610 to form notches and protrusions in the walls of vias 1605, 1610. (FIGS. 40 and 41).

ステップ2450において、エッチングにより領域1905を除去して、バイア1805をバイア1810と接続するトレンチ1905を形成する(図41)。ステップ2455では、バイア1805、1810およびトレンチ1905に、強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填し(図42)、データ・トラック2005を形成する。   In step 2450, regions 1905 are removed by etching to form trenches 1905 that connect vias 1805 to vias 1810 (FIG. 41). In step 2455, vias 1805, 1810 and trenches 1905 are filled with a ferromagnetic or ferrimagnetic material (FIG. 42) to form a data track 2005.

ステップ2460では、多層スタック構造1505の上部からブロック1430、1435まで、バイア2105、2110をエッチングする。ブロック1430、1435に犠牲誘電体材料を充填し、ステップ2460において、犠牲誘電体材料もエッチングにより除去し(図44)、トレンチ2115、2120を形成する。ステップ2465では、バイア2105、2110に導電性材料を充填し、データ・トラック2005を通して電流経路を形成する(図45、46)。ステップ2460において、ブロック1430、1435から犠牲誘電体材料をエッチングにより除去した場合、ステップ2465では、トレンチ2115、2120も充填し、導電性パッド2215、2220を形成する。   In step 2460, vias 2105, 2110 are etched from the top of multilayer stack structure 1505 to blocks 1430, 1435. Blocks 1430 and 1435 are filled with a sacrificial dielectric material, and in step 2460, the sacrificial dielectric material is also etched away (FIG. 44) to form trenches 2115 and 2120. In step 2465, vias 2105, 2110 are filled with a conductive material to form a current path through data track 2005 (FIGS. 45, 46). In step 2460, if the sacrificial dielectric material is etched away from blocks 1430, 1435, then in step 2465, trenches 2115, 2120 are also filled to form conductive pads 2215, 2220.

図50、51、52は、データ・トラック11の底部すなわち中央領域42を形成する実施形態を示す。例えば窒化シリコンまたは二酸化シリコン等の絶縁体2505を、厚さ約300nmに形成する。絶縁体2505にフォトレジストを塗布し、矩形2510の形状にパターニングする。標準的なエッチング技法を用いて、矩形2510を約200nmの深さまでエッチングして、トレンチ2515を形成する。窒化シリコン・エッチングのプロセスについては、米国特許番号第6,051,504号を、二酸化シリコンのエッチングのプロセスについては、米国特許番号第5,811,357号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。   50, 51, 52 illustrate an embodiment that forms the bottom or central region 42 of the data track 11. For example, an insulator 2505 such as silicon nitride or silicon dioxide is formed to a thickness of about 300 nm. A photoresist is applied to the insulator 2505 and patterned into a rectangular 2510 shape. Using standard etching techniques, rectangle 2510 is etched to a depth of about 200 nm to form trench 2515. See US Pat. No. 6,051,504 for the silicon nitride etch process and US Pat. No. 5,811,357 for the silicon dioxide etch process. These patents are also incorporated herein by reference.

トレンチ2515に図52の材料を充填して、ブロック2520を形成する。ブロック2520は、強磁性体またはフェリ磁性体材料から成り、データ・ブロック11の中央領域42に対応する。ブロック2520が強磁性体またはフェリ磁性体材料から成る場合、ブロック2520を平坦化し研磨する。ブロック2520において用いる例示的な強磁性体またはフェリ磁性体材料は、パーマロイ、ニッケル鉄等である。あるいは、ブロック2520は、後にエッチングにより除去される犠牲材料から成るものとすることができる。犠牲材料は、低圧化学的気相堆積法の後に平坦化のため化学機械研磨を行うことによって形成可能である。次いで、例えば窒化シリコンのような薄い誘電体層を、絶縁体2505の上部に堆積させて、キャッピング層として機能させる(図25には示さない)。キャッピング層の厚さは、約10nmおよび500nmの間の範囲である。キャッピング層は、窒化シリコン、酸化シリコン、または他のいずれかの適切な誘電体から成るものとすることができる。   The trench 2515 is filled with the material of FIG. 52 to form a block 2520. Block 2520 is made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material and corresponds to the central region 42 of the data block 11. If the block 2520 is made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material, the block 2520 is planarized and polished. Exemplary ferromagnetic or ferrimagnetic materials used in block 2520 are permalloy, nickel iron, and the like. Alternatively, the block 2520 can comprise a sacrificial material that is later removed by etching. The sacrificial material can be formed by performing chemical mechanical polishing for planarization after low pressure chemical vapor deposition. A thin dielectric layer such as silicon nitride is then deposited on top of the insulator 2505 to function as a capping layer (not shown in FIG. 25). The thickness of the capping layer ranges between about 10 nm and 500 nm. The capping layer may consist of silicon nitride, silicon oxide, or any other suitable dielectric.

図53は、2つのバイアを形成し、データ・トラック11のデータ領域35および蓄積部40を作成することができる構造の製造を示す。均一な層構造2605(本明細書中では均一層2605とも称する)を、例えば約10ミクロンの厚さに形成する。層2605は、シリコンまたは、二酸化シリコンもしくは窒化シリコンのような誘電体材料から構成することができる。層2605がシリコンから形成される場合、シリコン層の表面の酸化を防ぐため、均一層2605の上部に、例えば窒化シリコンのような薄い誘電体層を堆積して、キャッピング層2610として機能させることができる。キャッピング層2610の厚さは、例えば約10および500nmの間の範囲とすることができる。底部キャッピング層2610は、窒化シリコン、酸化シリコン、または他のいずれかの適切な誘電体から成るものとすることができる。   FIG. 53 illustrates the manufacture of a structure that can form two vias and create the data area 35 and storage 40 of the data track 11. Uniform layer structure 2605 (also referred to herein as uniform layer 2605) is formed to a thickness of, for example, about 10 microns. Layer 2605 can be composed of silicon or a dielectric material such as silicon dioxide or silicon nitride. If layer 2605 is formed from silicon, a thin dielectric layer such as silicon nitride can be deposited on top of uniform layer 2605 to function as capping layer 2610 to prevent oxidation of the surface of the silicon layer. it can. The thickness of the capping layer 2610 can range, for example, between about 10 and 500 nm. Bottom capping layer 2610 may comprise silicon nitride, silicon oxide, or any other suitable dielectric.

図54は、均一層2605におけるバイア2705、2710の形成を示す。バイア2705、2710に、強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して、データ・トラック11のデータ領域35および蓄積部40を形成することができる。均一層2605としてシリコンを利用する実施形態では、バイア2705、2710の側壁を酸化させて、二酸化シリコンの薄い絶縁層を形成する(厚さは約3nmおよび30nmの間の範囲である)。   FIG. 54 shows the formation of vias 2705, 2710 in the uniform layer 2605. Vias 2705 and 2710 can be filled with a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the data region 35 and storage 40 of the data track 11. In embodiments utilizing silicon as the uniform layer 2605, the sidewalls of vias 2705, 2710 are oxidized to form a thin insulating layer of silicon dioxide (thickness ranges between about 3 nm and 30 nm).

図55の断面図に示すように、バイア2705、2710は、均一層2605を貫通して絶縁体2505のブロック2520までエッチングされている。バイア2705、2710は、平坦かつ円滑な壁を有するように形成する。均一層2605がシリコンである場合、バイア2705、2710の側壁を酸化させて、二酸化シリコンの薄い絶縁層を形成する(厚さは約3nmおよび30nmの間の範囲である)。バイア2705、2710を形成した後に、キャッピング層2610をエッチングして、均質の強磁性体またはフェリ磁性体材料の底部すなわちブロック2520までコンタクトを開放する。キャッピング層2610は、絶縁体2505と同様に酸化に対して強いResistant。ブロック2520が強磁性体またはフェリ磁性体材料等の金属から構成される場合、エッチング材料は実質的にブロック2520内までエッチングしない。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 55, vias 2705 and 2710 have been etched through the uniform layer 2605 to a block 2520 of insulator 2505. Vias 2705 and 2710 are formed to have flat and smooth walls. If the uniform layer 2605 is silicon, the sidewalls of the vias 2705, 2710 are oxidized to form a thin insulating layer of silicon dioxide (thickness ranges between about 3 nm and 30 nm). After the vias 2705, 2710 are formed, the capping layer 2610 is etched to open the contact to the bottom of the homogeneous ferromagnetic or ferrimagnetic material or block 2520. The capping layer 2610 is resistant to oxidation similarly to the insulator 2505. If block 2520 is comprised of a metal such as a ferromagnetic or ferrimagnetic material, the etching material will not etch substantially into block 2520.

図56、57は、バイア2705、2710(均一層2605)およびトレンチ2905を備えたデータ・トラック11の1形態の断面を示す。トレンチ2905を作成するため、ブロック2520に犠牲誘電体材料を充填する(図52)。この材料は、バイア2705、2710を形成するとエッチングにより除去される。図57に示す代替的な実施形態では、ブロック2910は強磁性体またはフェリ磁性体材料から構成され、これはバイア2705、2710を作成した後にも残る。   56 and 57 show a cross section of one form of data track 11 with vias 2705, 2710 (uniform layer 2605) and trench 2905. Block 2520 is filled with a sacrificial dielectric material to create trench 2905 (FIG. 52). This material is removed by etching when vias 2705, 2710 are formed. In an alternative embodiment shown in FIG. 57, block 2910 is comprised of a ferromagnetic or ferrimagnetic material that remains after creating vias 2705, 2710.

図58は、バイア2705、2710、およびトレンチ2905(図56、57)に、異なるタイプの強磁性体またはフェリ磁性体材料の交互の層を充填することによって作成されたトラック3005を示す。バイア2705、2710、およびトレンチ2905は、例えば無電解めっきまたは電気めっきのような様々な方法によって充填することができる。無電解めっきのプロセスについては米国特許番号第3,702,263号を、電気めっきのプロセスについては米国特許番号第4,315,985号を参照のこと。これらの特許は、引用により本願にも含まれるものとする。トレンチ2905に、1つの磁気材料すなわち材料Iを充填し、ブロック3010を作成する。ブロック3010は、データ・トラック11の中央領域42に対応する。   FIG. 58 shows a track 3005 created by filling vias 2705, 2710 and trenches 2905 (FIGS. 56, 57) with alternating layers of different types of ferromagnetic or ferrimagnetic materials. Vias 2705, 2710, and trench 2905 can be filled by various methods such as electroless plating or electroplating. See US Pat. No. 3,702,263 for electroless plating processes and US Pat. No. 4,315,985 for electroplating processes. These patents are also incorporated herein by reference. The trench 2905 is filled with one magnetic material or material I to create a block 3010. Block 3010 corresponds to the central region 42 of the data track 11.

次いで、ブロック3010上の層に磁気材料IIを堆積して、層3015を形成する。次いで、層3015上に磁気材料Iを堆積して、層3020を形成する。磁気材料Iおよび磁気材料IIをバイア内で交互に堆積して、例えば合計で約100層の交互の層を形成する。層3015、3020等の各層の厚さは、例えば約50および500nmの間とすることができる。交互の強磁性体またはフェリ磁性体層3015、3020は、磁化および/または磁気交換および/または磁気異方性を含む磁気特性が異なる磁気材料から成る。これらの異なる磁気特性によって、これらの層間の境界または層内に磁壁を固定することができる。   A magnetic material II is then deposited on the layer above block 3010 to form layer 3015. A magnetic material I is then deposited on the layer 3015 to form the layer 3020. Magnetic material I and magnetic material II are alternately deposited in the via to form, for example, a total of about 100 alternating layers. The thickness of each layer, such as layers 3015, 3020, can be between about 50 and 500 nm, for example. The alternating ferromagnetic or ferrimagnetic layers 3015, 3020 are made of magnetic materials having different magnetic properties including magnetization and / or magnetic exchange and / or magnetic anisotropy. These different magnetic properties make it possible to fix the domain walls within the boundaries or layers between these layers.

あるいは、バイア2705、2710を充填する前に、ブロック2520が強磁性体またはフェリ磁性体等の材料を含むことも可能である。ブロック2520の金属を、電気めっきプロセスの電極として用いることができる。ブロック2520の磁気材料は、バイア2705、2710を充填するために用いるものと同じである場合もあるし、同じでない場合もある。   Alternatively, before filling vias 2705, 2710, block 2520 may include a material such as a ferromagnetic or ferrimagnetic material. The metal of block 2520 can be used as an electrode for the electroplating process. The magnetic material of block 2520 may or may not be the same as that used to fill vias 2705, 2710.

交互の磁気層の間に、磁壁3025、3030が生じ得る。交互の強磁性体またはフェリ磁性体層3020、3035は、異なる磁化または磁気交換または磁気異方性を有する磁気材料から成る。これらの異なる磁気特性によって、層3020、3035間の境界3025に磁壁を固定することができる。例えば、層3020と層3035との間に磁壁3025が生じる。層3035と層3040との間には磁壁3030が生じる。   Domain walls 3025, 3030 can occur between the alternating magnetic layers. The alternating ferromagnetic or ferrimagnetic layers 3020, 3035 are made of magnetic materials having different magnetization or magnetic exchange or magnetic anisotropy. Due to these different magnetic properties, the domain wall can be fixed at the boundary 3025 between the layers 3020, 3035. For example, a domain wall 3025 is generated between the layer 3020 and the layer 3035. A domain wall 3030 is formed between the layer 3035 and the layer 3040.

代替的な実施形態では、磁気材料の1つ、例えば磁気材料IIの各層内に、磁壁3045、3050が生じる可能性がある。磁気材料内に磁壁を有する層を形成することができる能力は、強磁性体またはフェリ磁性体材料の特性に依存する。データ・トラック11内の磁壁の配置は、磁気材料Iおよび磁気材料IIに用いる磁気材料の選択によって、意図的に最適化することができる。   In an alternative embodiment, domain walls 3045, 3050 may occur in each layer of one of the magnetic materials, eg, magnetic material II. The ability to form a layer with a domain wall in a magnetic material depends on the properties of the ferromagnetic or ferrimagnetic material. The arrangement of the domain walls in the data track 11 can be intentionally optimized by the selection of the magnetic material used for the magnetic material I and the magnetic material II.

図59、60、61に示すように、磁気材料の層の厚さは変動する場合がある。例示を容易にするため、図59、60、61にキャッピング層は図示しない。図59は、等しい厚さの磁気層から成るデータ・トラック3005を示す。図60は、異なる厚さの磁気層から成るデータ・トラック3105を示す。図60において、磁気材料Iの層(層3110、3115によって表す)は薄い。磁気材料IIの層(層3120、3125によって表す)は厚い。図61において、データ・トラック3130も、異なる厚さの磁気層から成る。図61では、磁気材料Iの層(層3135、3140によって表す)は厚い。磁気材料IIの層(層3145、3150によって表す)は薄い。   As shown in FIGS. 59, 60, 61, the thickness of the layer of magnetic material may vary. For ease of illustration, the capping layer is not shown in FIGS. FIG. 59 shows a data track 3005 consisting of magnetic layers of equal thickness. FIG. 60 shows a data track 3105 consisting of magnetic layers of different thicknesses. In FIG. 60, the layer of magnetic material I (represented by layers 3110, 3115) is thin. The layer of magnetic material II (represented by layers 3120, 3125) is thick. In FIG. 61, the data track 3130 is also composed of magnetic layers having different thicknesses. In FIG. 61, the layer of magnetic material I (represented by layers 3135, 3140) is thick. The layer of magnetic material II (represented by layers 3145, 3150) is thin.

図62は、異なる強磁性体またはフェリ磁性体の層から成るデータ・トラック3005を製造する方法3200を示す。ステップ3205では、絶縁体2505を形成する(図50)。ステップ3210では、絶縁体2505上に矩形2510をパターニングする(図50)。ステップ3215において、矩形2510をエッチングして、トレンチ2515を形成する(図51)。ステップ3220では、トレンチ2515に、犠牲誘電体、強磁性体、またはフェリ磁性体材料を充填し(図52)、ブロック2520を形成する。ステップ3225において、絶縁体に均一層2605を加える(図53)。均一層2605は、例えば約10ミクロンの厚さを有することができる。ステップ3230では、均一層2605の上にキャッピング層2610を形成する(図53)。ブロック2520を完成した後に、層2505の上にもキャッピング層を適用することができる。   FIG. 62 shows a method 3200 for manufacturing a data track 3005 composed of layers of different ferromagnetic or ferrimagnetic materials. In step 3205, an insulator 2505 is formed (FIG. 50). In step 3210, a rectangle 2510 is patterned on the insulator 2505 (FIG. 50). In step 3215, the rectangle 2510 is etched to form a trench 2515 (FIG. 51). In step 3220, trench 2515 is filled with a sacrificial dielectric, ferromagnetic, or ferrimagnetic material (FIG. 52) to form block 2520. In step 3225, a uniform layer 2605 is added to the insulator (FIG. 53). The uniform layer 2605 can have a thickness of about 10 microns, for example. In step 3230, a capping layer 2610 is formed on the uniform layer 2605 (FIG. 53). After completing block 2520, a capping layer may also be applied over layer 2505.

ステップ3235では、非選択的エッチング・プロセスを用いて、均一層2605を貫通してブロック2520まで、バイア2705、2710をエッチングする(図54、55、56、57)。ブロック2520に犠牲誘電体材料を充填した場合、ステップ3235において、この犠牲誘電体材料もエッチングにより除去される(図56)。   In step 3235, a non-selective etch process is used to etch vias 2705, 2710 through uniform layer 2605 to block 2520 (FIGS. 54, 55, 56, 57). If block 2520 is filled with a sacrificial dielectric material, this sacrificial dielectric material is also etched away at step 3235 (FIG. 56).

ステップ3240では、バイア2705、2710に、異なるタイプの強磁性体材料またはフェリ磁性体材料の交互の磁気層を充填し(図58)、データ・トラック3005を形成する。トラック3005の磁気材料層の厚さは、様々に異なる場合がある(図59〜61)。   In step 3240, vias 2705, 2710 are filled with alternating magnetic layers of different types of ferromagnetic or ferrimagnetic material (FIG. 58) to form data track 3005. The thickness of the magnetic material layer of the track 3005 may vary widely (FIGS. 59-61).

方法3200を用いてトラック11を作成するプロセスは、多層の磁気材料を用いることを除いて、方法1300を用いてトラック11を製造するプロセスと同様である。同様に、方法3200を用いてトラック11を製造することができる。この実施形態では、均一な誘電材料を多層スタック構造1505の代わりに用い、データ・トラック2005に、均一な磁気材料でなく交互の層の磁気材料を充填する。   The process of creating track 11 using method 3200 is similar to the process of manufacturing track 11 using method 1300, except that multiple layers of magnetic material are used. Similarly, the track 11 can be manufactured using the method 3200. In this embodiment, a uniform dielectric material is used in place of the multi-layer stack structure 1505 and the data track 2005 is filled with alternating layers of magnetic material instead of uniform magnetic material.

これまで説明した本発明の具体的な実施形態は、本発明の原理のいくつかの利用を単に例示したことは理解されよう。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載した磁気シフト・レジスタ・システムに用いるデータ・トラックを製造する方法に対して、多数の変更が可能である。本明細書中に記載した寸法は、例示の目的のみで与えたものであり、本発明の範囲をこれらの寸法に限定する意図は全く無いことは、極めて明白であろう。   It will be appreciated that the specific embodiments of the present invention described above are merely illustrative of some uses of the principles of the present invention. Numerous modifications can be made to the method of manufacturing data tracks used in the magnetic shift register system described herein without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be very clear that the dimensions described herein are given for illustrative purposes only and that there is no intent to limit the scope of the invention to these dimensions.

本発明に従って、書き込み要素を用いて磁気シフト・レジスタにデータを書き込む例示的な実施形態の動作を表す。Fig. 4 illustrates the operation of an exemplary embodiment for writing data to a magnetic shift register using a write element in accordance with the present invention. 本発明に従って、書き込み要素を用いて磁気シフト・レジスタにデータを書き込む例示的な実施形態の動作を表す。Fig. 4 illustrates the operation of an exemplary embodiment for writing data to a magnetic shift register using a write element in accordance with the present invention. 図1および2の磁気シフト・レジスタの動作方法を示す概略図である。3 is a schematic diagram illustrating a method of operation of the magnetic shift register of FIGS. 1 and 2. FIG. 図1および2の磁気シフト・レジスタの動作方法を示す概略図である。3 is a schematic diagram illustrating a method of operation of the magnetic shift register of FIGS. 1 and 2. FIG. 図1および2の磁気シフト・レジスタの動作方法を示す概略図である。3 is a schematic diagram illustrating a method of operation of the magnetic shift register of FIGS. 1 and 2. FIG. 図1および2の磁気シフト・レジスタの動作方法を示すプロセス・フローチャートである。3 is a process flowchart illustrating a method of operating the magnetic shift register of FIGS. 多数タイプの交互の強磁性体材料から構築された図1の磁気シフト・レジスタの実施形態を示す概略図を表す。FIG. 2 represents a schematic diagram illustrating an embodiment of the magnetic shift register of FIG. 1 constructed from multiple types of alternating ferromagnetic materials. 多数タイプの交互の強磁性体材料から構築された図1の磁気シフト・レジスタの実施形態を示す概略図を表す。FIG. 2 represents a schematic diagram illustrating an embodiment of the magnetic shift register of FIG. 1 constructed from multiple types of alternating ferromagnetic materials. 図1のシフト・レジスタの別の実施形態の概略図であり、単一の強磁性体材料から成るものとしてシフト・レジスタのウエルまたは底部を示す。FIG. 2 is a schematic diagram of another embodiment of the shift register of FIG. 1, showing the well or bottom of the shift register as being composed of a single ferromagnetic material. 均質な強磁性体材料に切れ込みを有するように構築された図1の磁気シフト・レジスタの実施形態を示す概略図を表す。2 represents a schematic diagram illustrating an embodiment of the magnetic shift register of FIG. 1 constructed to have a cut in a homogeneous ferromagnetic material. FIG. 均質な強磁性体材料に切れ込みを有するように構築された図1の磁気シフト・レジスタの実施形態を示す概略図を表す。2 represents a schematic diagram illustrating an embodiment of the magnetic shift register of FIG. 1 constructed to have a cut in a homogeneous ferromagnetic material. FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックの底部領域の形成を示す図を表す。FIG. 2 represents a diagram illustrating the formation of the bottom region of the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックの底部領域の形成を示す図を表す。FIG. 2 represents a diagram illustrating the formation of the bottom region of the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックの底部領域の形成を示す図を表す。FIG. 2 represents a diagram illustrating the formation of the bottom region of the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックの底部領域の形成を示す図を表す。FIG. 2 represents a diagram illustrating the formation of the bottom region of the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタにおけるデータ・トラックのデータ領域および蓄積部を形成することができる多層スタック構造の形成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the formation of a multi-layer stack structure capable of forming a data area and an accumulation part of a data track in the magnetic shift register of FIG. 1. 強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して図1の磁気シフト・レジスタのデータ領域および蓄積部を形成するため、多層スタック構造にバイアを形成することを示す図を表す。FIG. 2 shows a diagram illustrating the formation of vias in a multilayer stack structure to fill a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the data region and storage of the magnetic shift register of FIG. 強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して図1の磁気シフト・レジスタのデータ領域および蓄積部を形成するため、多層スタック構造にバイアを形成することを示す図を表す。FIG. 2 shows a diagram illustrating the formation of vias in a multilayer stack structure to fill a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the data region and storage of the magnetic shift register of FIG. 強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して図1の磁気シフト・レジスタのデータ領域および蓄積部を形成するため、多層スタック構造にバイアを形成することを示す図を表す。FIG. 2 shows a diagram illustrating the formation of vias in a multilayer stack structure to fill a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the data region and storage of the magnetic shift register of FIG. 強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して図1の磁気シフト・レジスタのデータ領域および蓄積部を形成するため、多層スタック構造にバイアを形成することを示す図を表す。FIG. 2 shows a diagram illustrating the formation of vias in a multilayer stack structure to fill a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the data region and storage of the magnetic shift register of FIG. 強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して図1の磁気シフト・レジスタのデータ領域および蓄積部を形成するため、多層スタック構造にバイアを形成することを示す図を表す。FIG. 2 shows a diagram illustrating the formation of vias in a multilayer stack structure to fill a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the data region and storage of the magnetic shift register of FIG. 図16の多層スタック構造の上部から図12〜15の底部まで平面的で円滑な壁を有するようにエッチングしたバイアを示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a via etched to have a planar and smooth wall from the top of the multilayer stack structure of FIG. 16 to the bottom of FIGS. バイアの壁に選択的なエッチング・プロセスを用いて、断面に規則的なばらつきを有するバイアを作成した結果を表す。Fig. 4 represents the result of creating a via with a regular variation in cross-section using a selective etching process on the via wall. バイアの壁に選択的なエッチング・プロセスを用いて、断面に規則的なばらつきを有するバイアを作成した結果を表す。Fig. 4 represents the result of creating a via with a regular variation in cross-section using a selective etching process on the via wall. バイアの壁に選択的なエッチング・プロセスを用いて、断面に規則的なばらつきを有するバイアを作成した結果を表す。Fig. 4 represents the result of creating a via with a regular variation in cross-section using a selective etching process on the via wall. バイアの壁に選択的なエッチング・プロセスを用いて、断面に規則的なばらつきを有するバイアを作成した結果を表す。Fig. 4 represents the result of creating a via with a regular variation in cross-section using a selective etching process on the via wall. バイアの壁に選択的なエッチング・プロセスを用いて、断面に規則的なばらつきを有するバイアを作成した結果を表す。Fig. 4 represents the result of creating a via with a regular variation in cross-section using a selective etching process on the via wall. 磁気材料を充填して図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックを製造することができるデータ・トラックの形態の断面を示す。2 shows a cross-section in the form of a data track that can be filled with magnetic material to produce the data track of the magnetic shift register of FIG. 磁気材料を充填して図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックを製造することができるデータ・トラックの形態の断面を示す。2 shows a cross-section in the form of a data track that can be filled with magnetic material to produce the data track of the magnetic shift register of FIG. バイアおよび底部トレンチに強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填することによって作成されたデータ・トラックを示す。Figure 3 shows a data track created by filling vias and bottom trenches with ferromagnetic or ferrimagnetic material. バイアおよび底部トレンチに強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填することによって作成されたデータ・トラックを示す。Figure 3 shows a data track created by filling vias and bottom trenches with ferromagnetic or ferrimagnetic material. 図30および31に示すように均質な磁気材料によって図1の磁気シフト・レジスタを製造する方法を示すプロセス・フローチャートである。FIG. 32 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing the magnetic shift register of FIG. 1 with a homogeneous magnetic material as shown in FIGS. 30 and 31. FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックのデータ領域および蓄積部に接続する導電パッドの製造を示す。FIG. 2 shows the manufacture of conductive pads that connect to the data area and storage of the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックのデータ領域および蓄積部に接続する導電パッドの製造を示す。FIG. 2 shows the manufacture of conductive pads that connect to the data area and storage of the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックのデータ領域および蓄積部に接続する導電パッドの製造を示す。FIG. 2 shows the manufacture of conductive pads that connect to the data area and storage of the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックのデータ領域および蓄積部に接続する導電パッドの製造を示す。FIG. 2 shows the manufacture of conductive pads that connect to the data area and storage of the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ領域および蓄積部を作成するために2つのバイアを形成することができる多層スタック構造の製造を示す。FIG. 2 illustrates the fabrication of a multilayer stack structure in which two vias can be formed to create the data region and storage of the magnetic shift register of FIG. 強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填して図1の磁気シフト・レジスタのデータ領域および蓄積部を形成するため、多層スタック構造にバイアを形成することを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the formation of vias in a multilayer stack structure to fill a ferromagnetic or ferrimagnetic material to form the data region and storage of the magnetic shift register of FIG. 多層スタック構造の上部から図33〜36の導電パッドまでエッチングしたバイアの形成を示す、図38の多層スタック構造の断面図である。FIG. 39 is a cross-sectional view of the multilayer stack structure of FIG. 38 showing the formation of vias etched from the top of the multilayer stack structure to the conductive pads of FIGS. バイアの断面に選択的なエッチング・プロセスを用いて、バイア断面に規則的なばらつきを作成した結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a result of creating regular variations in a via cross section using a selective etching process for the via cross section; 多層スタック構造の上部でバイア間の材料を除去して、図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックのデータ領域を蓄積部と接続する磁気領域のためのトレンチを作成することを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the creation of a trench for a magnetic region connecting the data region of the data track of the magnetic shift register of FIG. . 図39のバイアおよび図41の領域に均質な強磁性体またはフェリ磁性体材料を充填することによって製造されたデータ・トラックを示す図である。FIG. 42 shows a data track produced by filling the vias of FIG. 39 and the region of FIG. 41 with a homogeneous ferromagnetic or ferrimagnetic material. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックに接続する導体を形成するため、多層スタック構造にエッチングしたバイアの断面を示す図を表す。2 represents a cross section of a via etched into a multi-layer stack structure to form a conductor that connects to the data track of the magnetic shift register of FIG. 図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックに接続する導体を形成するため、多層スタック構造にエッチングしたバイアの断面を示す図を表す。2 represents a cross section of a via etched into a multi-layer stack structure to form a conductor that connects to the data track of the magnetic shift register of FIG. 図43および44のバイアに導電性材料を充填した結果を示す図を表す。FIG. 45 shows a diagram illustrating the result of filling the vias of FIGS. 43 and 44 with a conductive material. 図43および44のバイアに導電性材料を充填した結果を示す図を表す。FIG. 45 shows a diagram illustrating the result of filling the vias of FIGS. 43 and 44 with a conductive material. 図33〜36の導体の底部までバイアを形成し、図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックに短い導電性経路を形成することを示す図である。FIG. 37 illustrates forming vias to the bottom of the conductors of FIGS. 33-36 and forming short conductive paths in the data track of the magnetic shift register of FIG. 図47に示す均質な磁気材料によって図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックを製造する方法を示すプロセス・フローチャートを表す。FIG. 48 depicts a process flowchart illustrating a method of manufacturing the data track of the magnetic shift register of FIG. 1 with the homogeneous magnetic material shown in FIG. 47. FIG. 図47に示す均質な磁気材料によって図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックを製造する方法を示すプロセス・フローチャートを表す。FIG. 48 depicts a process flowchart illustrating a method of manufacturing the data track of the magnetic shift register of FIG. 1 with the homogeneous magnetic material shown in FIG. 47. FIG. 図1のデータ・トラックにおいて、データ領域および蓄積部を接続する領域の形成を示す図を表す。In the data track of FIG. 1, the figure which shows formation of the area | region which connects a data area | region and an accumulation | storage part is represented. 図1のデータ・トラックにおいて、データ領域および蓄積部を接続する領域の形成を示す図を表す。In the data track of FIG. 1, the figure which shows formation of the area | region which connects a data area | region and an accumulation | storage part is represented. 図1のデータ・トラックにおいて、データ領域および蓄積部を接続する領域の形成を示す図を表す。In the data track of FIG. 1, the figure which shows formation of the area | region which connects a data area | region and an accumulation | storage part is represented. 図1のデータ・トラックのデータ領域および蓄積部を作成するために2つのバイアを形成することができる均一な層構造の製造を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the fabrication of a uniform layer structure in which two vias can be formed to create the data area and storage portion of the data track of FIG. 図1のデータ・トラックのデータ領域および蓄積部のため、均一層構造におけるバイアの形成を示す図である。FIG. 2 shows the formation of vias in a uniform layer structure for the data area and storage portion of the data track of FIG. 図54の均一層構造およびバイアの断面を示す図である。FIG. 57 is a diagram showing a cross-section of the uniform layer structure and vias of FIG. 54. 図54のバイアおよび2つのバイアを接続するトレンチの断面を示す図を表す。FIG. 56 depicts a cross section of a trench connecting the via and two vias of FIG. 54. 図54のバイアおよび2つのバイアを接続するトレンチの断面を示す図を表す。FIG. 56 depicts a cross section of a trench connecting the via and two vias of FIG. 54. 図54のバイアに交互の磁気材料を充填して図1のデータ・トラックを製造した結果を示す図である。FIG. 55 is a diagram illustrating the result of manufacturing the data track of FIG. 1 by filling the vias of FIG. 54 with alternating magnetic material. 交互の厚さの磁気材料の交互の層を用いて図1のデータ・トラックを製造することを示す図を表す。FIG. 2 represents a diagram illustrating the fabrication of the data track of FIG. 1 with alternating layers of alternating thickness of magnetic material. 交互の厚さの磁気材料の交互の層を用いて図1のデータ・トラックを製造することを示す図を表す。FIG. 2 represents a diagram illustrating the fabrication of the data track of FIG. 1 with alternating layers of alternating thickness of magnetic material. 交互の厚さの磁気材料の交互の層を用いて図1のデータ・トラックを製造することを示す図を表す。FIG. 2 represents a diagram illustrating the fabrication of the data track of FIG. 1 with alternating layers of alternating thickness of magnetic material. 交互の層の磁気材料を用いて図1の磁気シフト・レジスタのデータ・トラックを製造する方法を示すプロセス・フローチャートである。2 is a process flowchart illustrating a method of manufacturing the data track of the magnetic shift register of FIG. 1 using alternating layers of magnetic material.

Claims (67)

データ・トラックを備えた磁気シフト・レジスタを製造する方法であって、
絶縁体基板にトレンチをエッチングするステップと、
前記トレンチにトレンチ材料を充填して中央領域を形成するステップと、
前記絶縁体基板および前記トレンチ材料の上に多層スタック構造を形成するステップと、
前記多層スタック構造を貫通するように2つのバイアを形成して前記中央領域を露呈させるステップと、
前記2つのバイアに磁気材料を充填してデータ領域および蓄積部を形成し、これによって前記データ領域、前記中央領域、および前記蓄積部が前記データ・トラックを形成するようにするステップと、
を備えることを特徴とする、方法。
A method of manufacturing a magnetic shift register with a data track, comprising:
Etching a trench in an insulator substrate;
Filling the trench with a trench material to form a central region;
Forming a multilayer stack structure on the insulator substrate and the trench material;
Forming two vias through the multilayer stack structure to expose the central region;
Filling the two vias with a magnetic material to form a data region and a storage portion, whereby the data region, the central region, and the storage portion form the data track;
A method comprising:
前記トレンチ材料が均質な磁気材料を備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the trench material comprises a homogeneous magnetic material. 前記均質な磁気材料が、強磁性体材料およびフェリ磁性体材料から成る群から選択されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。 The method of claim 2, wherein the homogeneous magnetic material is selected from the group consisting of a ferromagnetic material and a ferrimagnetic material. 前記均質な磁気材料が、パーマロイ、ニッケル−鉄合金、コバルト−鉄合金、Ni、Co、およびFeのうち1つ以上から形成される合金、Ni、Co、およびFeのうち1つ以上をB、Zr、Hf、Cr、Pd、およびPtのうちいずれか1つ以上と組み合わせて形成される合金から成る群から選択されることを特徴とする、請求項3に記載の方法。 The homogeneous magnetic material is an alloy formed from one or more of permalloy, nickel-iron alloy, cobalt-iron alloy, Ni, Co, and Fe, B, one or more of Ni, Co, and Fe; 4. The method of claim 3, wherein the method is selected from the group consisting of alloys formed in combination with any one or more of Zr, Hf, Cr, Pd, and Pt. 前記トレンチ材料が不均質な磁気材料を備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the trench material comprises a heterogeneous magnetic material. 前記不均質な磁気材料が、強磁性体材料およびフェリ磁性体材料から成る群から選択されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the heterogeneous magnetic material is selected from the group consisting of a ferromagnetic material and a ferrimagnetic material. 前記トレンチ材料を充填するステップが、前記トレンチに犠牲材料を充填するステップを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein filling the trench material comprises filling the trench with a sacrificial material. 前記中央領域上に底部保護キャッピング層を形成して前記トレンチ材料を保護するステップを更に備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, further comprising forming a bottom protective capping layer on the central region to protect the trench material. 前記底部保護キャッピング層が、窒化シリコン、酸化シリコン、および誘電体から成る群から選択される材料を含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。 9. The method of claim 8, wherein the bottom protective capping layer comprises a material selected from the group consisting of silicon nitride, silicon oxide, and dielectric. 前記底部保護キャッピング層の厚さが約10および500nmの間の範囲であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。 The method of claim 8, wherein the thickness of the bottom protective capping layer ranges between about 10 and 500 nm. 前記多層スタック構造を形成するステップが、交互の材料AおよびBで前記多層スタック構造を形成するステップを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein forming the multilayer stack structure comprises forming the multilayer stack structure with alternating materials A and B. 材料AおよびBが異なる材料を備えることを特徴とする、請求項11に記載の方法。 12. Method according to claim 11, characterized in that materials A and B comprise different materials. 材料AおよびBが同様の材料を備えることを特徴とする、請求項11に記載の方法。 12. Method according to claim 11, characterized in that materials A and B comprise similar materials. 材料Aが二酸化シリコン(SiO2)を備えることを特徴とする、請求項11に記載の方法。 Material A is characterized in that it comprises a silicon dioxide (SiO 2), The method of claim 11. 材料Bがシリコン(Si)を備えることを特徴とする、請求項14に記載の方法。 15. A method according to claim 14, characterized in that material B comprises silicon (Si). 材料Aが二酸化シリコンを備えることを特徴とする、請求項11に記載の方法。 12. A method according to claim 11, characterized in that material A comprises silicon dioxide. 材料Bが窒化シリコン(Si34)を備えることを特徴とする、請求項16に記載の方法。 The method according to claim 16, characterized in that the material B comprises silicon nitride (Si 3 N 4 ). 前記多層スタック構造および前記2つのバイアの上に上部保護キャッピング層を形成するステップを更に備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, further comprising forming an upper protective capping layer over the multilayer stack structure and the two vias. 前記上部保護キャッピング層が誘電体材料を含むことを特徴とする、請求項18に記載の方法。 The method of claim 18, wherein the top protective capping layer comprises a dielectric material. 前記上部保護キャッピング層が窒化シリコンを含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。 The method of claim 19, wherein the upper protective capping layer comprises silicon nitride. 前記上部保護キャッピング層の厚さが約10および500nmの間の範囲であることを特徴とする、請求項19に記載の方法。 The method of claim 19, wherein the thickness of the upper protective capping layer ranges between about 10 and 500 nm. 材料AおよびBが、予め選択されたエッチング液に対して異なるエッチング・レートを有することを特徴とする、請求項12に記載の方法。 13. A method according to claim 12, characterized in that materials A and B have different etching rates for a preselected etchant. 材料AおよびBの厚さが前記データ・トラックにおける磁壁の分離距離に対応することを特徴とする、請求項12に記載の方法。 13. A method according to claim 12, characterized in that the thickness of the materials A and B corresponds to the separation distance of the domain walls in the data track. 材料AおよびBの厚さが同様であり、約0.5および10ミクロンの間の範囲であることを特徴とする、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23, wherein the thicknesses of materials A and B are similar and range between about 0.5 and 10 microns. 材料AおよびBの厚さが異なることを特徴とする、請求項23に記載の方法。 24. A method according to claim 23, characterized in that the thicknesses of materials A and B are different. 材料AおよびBをエッチングして、前記データ・トラックに沿って磁壁に対応する一連のノッチを形成するステップを更に備えることを特徴とする、請求項11に記載の方法。 12. The method of claim 11, further comprising etching materials A and B to form a series of notches corresponding to domain walls along the data track. 材料AおよびBをエッチングして、前記データ・トラックに沿って磁壁に対応する一連の突出を形成するステップを更に備えることを特徴とする、請求項11に記載の方法。 12. The method of claim 11, further comprising etching materials A and B to form a series of protrusions corresponding to domain walls along the data track. 前記2つのバイアを形成するステップが前記2つのバイアを選択的にエッチングするステップを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein forming the two vias comprises selectively etching the two vias. 前記バイアが内側の側壁を備え、前記内側の側壁に絶縁体層を形成するステップを更に備えることを特徴とする、請求項28に記載の方法。 29. The method of claim 28, wherein the via comprises an inner sidewall and further comprising forming an insulator layer on the inner sidewall. 前記内側の側壁に絶縁体層を形成するステップが、前記内側の側壁を酸化させるステップを備えることを特徴とする、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein forming an insulator layer on the inner sidewall comprises oxidizing the inner sidewall. 前記絶縁体層が二酸化シリコンを含むことを特徴とする、請求項30に記載の方法。 The method of claim 30, wherein the insulator layer comprises silicon dioxide. 前記絶縁体層の厚さが約3nmおよび30nmの間の範囲であることを特徴とする、請求項31に記載の方法。 32. The method of claim 31, wherein the thickness of the insulator layer ranges between about 3 nm and 30 nm. 前記2つのバイアを形成するステップが、概ね方形の断面を有する前記2つのバイアを形成するステップを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein forming the two vias comprises forming the two vias having a generally square cross section. 前記2つのバイアを形成するステップが、概ね矩形の断面を有する前記2つのバイアを形成するステップを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein forming the two vias comprises forming the two vias having a generally rectangular cross section. 前記2つのバイアを形成するステップが、概ね円形の断面を有する前記2つのバイアを形成するステップを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein forming the two vias comprises forming the two vias having a generally circular cross section. 前記2つのバイアを形成するステップが、第1のエッチング・プロセスを用いて、材料Bに対して選択的に材料Aをエッチングするステップを更に備えることを特徴とする、請求項11に記載の方法。 The method of claim 11, wherein forming the two vias further comprises etching material A selectively with respect to material B using a first etching process. . 前記2つのバイアを形成するステップが、前記第1のエッチング・プロセスと交互に、第2のエッチング・プロセスを用いて、材料Aに対して選択的に材料Bをエッチングするステップを更に備えることを特徴とする、請求項36に記載の方法。 Forming the two vias further comprises etching material B selectively with respect to material A using a second etching process, alternating with the first etching process; The method of claim 36, characterized. 前記第1のエッチング・プロセスが、二酸化シリコンに比べてシリコンに対して選択的であり、前記第2のエッチング・プロセスが、シリコンに比べて二酸化シリコンに対して選択的であることを特徴とする、請求項37に記載の方法。 The first etching process is selective to silicon relative to silicon dioxide, and the second etching process is selective to silicon dioxide relative to silicon. 38. The method of claim 37. 前記第1のエッチング・プロセスが、酸化シリコンに比べて窒化シリコンに対して選択的であり、前記第2のエッチング・プロセスが、窒化シリコンに比べて酸化シリコンに対して選択的であることを特徴とする、請求項37に記載の方法。 The first etching process is selective to silicon nitride relative to silicon oxide, and the second etching process is selective to silicon oxide relative to silicon nitride. 38. The method of claim 37. 前記トレンチを充填するステップが無電解めっきプロセスを用いるステップを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein filling the trench comprises using an electroless plating process. 前記トレンチを充填するステップが電気めっきプロセスを用いるステップを備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein filling the trench comprises using an electroplating process. 前記トレンチ材料を充填するステップが前記トレンチに犠牲材料を充填するステップを備え、前記犠牲材料をエッチングにより除去するステップを更に備える、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein filling the trench material comprises filling the trench with a sacrificial material, and further removing the sacrificial material by etching. データ・トラックを備えた磁気シフト・レジスタを製造する方法であって、
絶縁体基板に2つの下部トレンチをエッチングするステップと、
前記2つの下部トレンチに導電性トレンチ材料を充填して、前記データ・トラックの上部に導電性パッドを形成するステップと、
前記絶縁体基板および前記2つの下部トレンチ材料の上に多層スタック構造を形成するステップと、
前記多層スタック構造を貫通するように2つのバイアを形成して前記2つの下部トレンチを露呈させるステップと、
前記多層スタック構造に、前記2つのバイアを接続する上部トレンチを形成するステップと、
前記2つのバイアおよび前記上部トレンチに磁気材料を充填して、前記データ・トラックのデータ領域、中央領域、および蓄積部を形成するステップと、
を備えることを特徴とする、方法。
A method of manufacturing a magnetic shift register with a data track, comprising:
Etching two lower trenches in an insulator substrate;
Filling the two lower trenches with a conductive trench material to form a conductive pad on top of the data track;
Forming a multilayer stack structure on the insulator substrate and the two lower trench materials;
Forming two vias through the multilayer stack structure to expose the two lower trenches;
Forming an upper trench connecting the two vias in the multilayer stack structure;
Filling the two vias and the upper trench with magnetic material to form a data region, a central region, and a storage portion of the data track;
A method comprising:
前記多層スタック構造を形成するステップが、交互の材料AおよびBで前記多層スタック構造を形成するステップを備えることを特徴とする、請求項43に記載の方法。 44. The method of claim 43, wherein forming the multilayer stack structure comprises forming the multilayer stack structure with alternating materials A and B. 前記絶縁体基板および前記2つの下部トレンチの上に底部保護キャッピング層を形成するステップを更に備えることを特徴とする、請求項44に記載の方法。 45. The method of claim 44, further comprising forming a bottom protective capping layer over the insulator substrate and the two lower trenches. 前記底部保護キャッピング層が誘電体材料を含むことを特徴とする、請求項45に記載の方法。 46. The method of claim 45, wherein the bottom protective capping layer comprises a dielectric material. 前記底部保護キャッピング層が窒化シリコンを含むことを特徴とする、請求項46に記載の方法。 The method of claim 46, wherein the bottom protective capping layer comprises silicon nitride. 前記底部保護キャッピング層の厚さが約10および500nmの間の範囲であることを特徴とする、請求項46に記載の方法。 47. The method of claim 46, wherein the thickness of the bottom protective capping layer ranges between about 10 and 500 nm. 前記2つのバイアを形成する前に、前記多層スタック構造の上に上部保護キャッピング層を形成するステップを更に備えることを特徴とする、請求項43に記載の方法。 44. The method of claim 43, further comprising forming an upper protective capping layer over the multilayer stack structure before forming the two vias. 前記2つのバイアを形成するステップが、非選択的なエッチング・プロセスを用いて前記多層スタック構造に前記2つのバイアをエッチングするステップを備えることを特徴とする、請求項43に記載の方法。 44. The method of claim 43, wherein forming the two vias comprises etching the two vias into the multilayer stack structure using a non-selective etching process. 前記バイアが内側の壁を備え、前記2つのバイアを形成するステップが、選択的なエッチング・プロセスを用いて、材料Bよりも速く材料Aを選択的にエッチングすることにより、前記バイアの前記内側の壁を選択的にエッチングするステップを更に備えることを特徴とする、請求項50に記載の方法。 The via comprises an inner wall and the step of forming the two vias selectively etches material A faster than material B using a selective etching process, thereby allowing the inner side of the via to 51. The method of claim 50, further comprising selectively etching the walls. 前記2つのバイアに均質な磁気材料を充填するステップを更に備えることを特徴とする、請求項51に記載の方法。 52. The method of claim 51, further comprising filling the two vias with a homogeneous magnetic material. 前記均質な磁気材料が、強磁性体材料およびフェリ磁性体材料から成る群から選択されることを特徴とする、請求項52に記載の方法。 53. The method of claim 52, wherein the homogeneous magnetic material is selected from the group consisting of a ferromagnetic material and a ferrimagnetic material. 前記多層スタック構造を貫通するように2つの導体バイアを形成して前記2つの下部トレンチを露呈させるステップを更に備えることを特徴とする、請求項44に記載の方法。 45. The method of claim 44, further comprising forming two conductive vias through the multilayer stack structure to expose the two lower trenches. 前記2つの導体バイアに導電性材料を充填するステップを更に備えることを特徴とする、請求項54に記載の方法。 55. The method of claim 54, further comprising filling the two conductor vias with a conductive material. 前記2つの下部トレンチをエッチングするステップが、前記絶縁体基板に前記2つの下部トレンチの形状をパターニングするステップを備えることを特徴とする、請求項43に記載の方法。 44. The method of claim 43, wherein etching the two lower trenches comprises patterning the shape of the two lower trenches on the insulator substrate. データ・トラックを備えた磁気シフト・レジスタを製造する方法であって、
絶縁体基板にトレンチをエッチングするステップと、
前記トレンチにトレンチ材料を充填して中央領域を形成するステップと、
前記絶縁体基板および前記トレンチ材料の上に均一層を形成するステップと、
前記均一層を貫通するように2つのバイアを形成して前記中央領域を露呈させるステップと、
前記2つのバイアに磁気材料の交互の層を充填してデータ領域および蓄積部を形成し、これによって前記データ領域、前記中央領域、および前記蓄積部が前記データ・トラックを形成するようにするステップと、
を備えることを特徴とする、方法。
A method of manufacturing a magnetic shift register with a data track, comprising:
Etching a trench in an insulator substrate;
Filling the trench with a trench material to form a central region;
Forming a uniform layer over the insulator substrate and the trench material;
Forming two vias through the uniform layer to expose the central region;
Filling the two vias with alternating layers of magnetic material to form a data region and a storage portion, whereby the data region, the central region, and the storage portion form the data track; When,
A method comprising:
前記2つのバイアに磁気材料の交互の層を充填するステップが、前記バイアの各々に少なくとも2つの交互の材料を充填するステップを備えることを特徴とする、請求項57に記載の方法。 58. The method of claim 57, wherein filling the two vias with alternating layers of magnetic material comprises filling each of the vias with at least two alternating materials. 前記2つのバイアを形成するステップが、非選択的なエッチング・プロセスを用いて前記均一層に前記2つのバイアをエッチングするステップを備えることを特徴とする、請求項58に記載の方法。 59. The method of claim 58, wherein forming the two vias comprises etching the two vias into the uniform layer using a non-selective etching process. 前記2つの交互の材料が、強磁性体材料およびフェリ磁性体材料から成る群から選択されることを特徴とする、請求項59に記載の方法。 60. The method of claim 59, wherein the two alternating materials are selected from the group consisting of a ferromagnetic material and a ferrimagnetic material. 前記均一層が約10ミクロンの厚さを有することを特徴とする、請求項57に記載の方法。 58. The method of claim 57, wherein the uniform layer has a thickness of about 10 microns. 前記均一層が少なくとも約10ミクロンの厚さを有することを特徴とする、請求項57に記載の方法。 58. The method of claim 57, wherein the uniform layer has a thickness of at least about 10 microns. 前記均一層の上に保護キャッピング層を形成するステップを更に備えることを特徴とする、請求項57に記載の方法。 58. The method of claim 57, further comprising forming a protective capping layer over the uniform layer. 前記保護キャッピング層が窒化シリコンを含むことを特徴とする、請求項57に記載の方法。 58. The method of claim 57, wherein the protective capping layer comprises silicon nitride. 前記絶縁体基板に前記トレンチをエッチングするステップが、前記絶縁体基板に前記トレンチの形状をパターニングするステップを備えることを特徴とする、請求項57に記載の方法。 58. The method of claim 57, wherein etching the trench in the insulator substrate comprises patterning a shape of the trench in the insulator substrate. 前記均一層が、シリコンおよび誘電体材料から成る群から選択される材料を含むことを特徴とする、請求項57に記載の方法。 58. The method of claim 57, wherein the uniform layer comprises a material selected from the group consisting of silicon and a dielectric material. 前記均一層が、二酸化シリコンおよび窒化シリコンから成る群から選択される材料を含むことを特徴とする、請求項57に記載の方法。 58. The method of claim 57, wherein the uniform layer comprises a material selected from the group consisting of silicon dioxide and silicon nitride.
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