JP2008166787A - 磁壁移動を利用した情報保存装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁壁移動を利用した情報保存装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】磁壁を有する書き込みトラックと、書き込みトラックと連結され、磁壁を有する保存トラックと、保存トラックに記録されたデータを読み取るための読み取り手段とを備え、書き込みトラックと保存トラックとの間の連結部の幅は、書き込みトラックから保存トラックの方に行くほど狭くなることを特徴とする情報保存装置である。
【選択図】図１
【解決手段】磁壁を有する書き込みトラックと、書き込みトラックと連結され、磁壁を有する保存トラックと、保存トラックに記録されたデータを読み取るための読み取り手段とを備え、書き込みトラックと保存トラックとの間の連結部の幅は、書き込みトラックから保存トラックの方に行くほど狭くなることを特徴とする情報保存装置である。
【選択図】図１
Description
本発明は、情報保存装置及びその製造方法に係り、さらに詳細には、磁壁移動を利用した情報保存装置及びその製造方法に関する。
不揮発性データ保存装置には、ＨＤＤ（Hard disk drive）と不揮発性ＲＡＭ（Random Access Memory）とがある、
一般的なＨＤＤは、ディスク形態の磁気記録媒体を回転させつつ、その上に読み取り／書き込み（reading/writing）ヘッドを浮上させて情報をリード／ライトする装置である。かかるＨＤＤは、１００ＧＢ（gigabytes）以上の多くのデータを保存することができる不揮発性情報保存装置で、主にコンピュータの主保存装置として利用されてきた。
しかしＨＤＤは、その内部に多数の動く機械システムを備える。それらは、ＨＤＤが移動したり、または衝撃を受ければ、多様な機械的な故障（trouble）を誘発させ、従ってＨＤＤの移動性（mobility）及び信頼性（reliability）を低下させる。また、前記機械システムは、ＨＤＤの製造複雑性と製造コストを増大させ、消費電力を増加させ、騷音を誘発する。特に、ＨＤＤを小型化するとき、前記製造複雑性と製造コストとの増大問題は、さらに大きくなる。
一方、不揮発性ＲＡＭとしては、現在広く使用されているフラッシュ・メモリが代表的であるが、フラッシュ・メモリは、読み取り／書き込み動作速度が遅く、また寿命が短いという短所がある。かかるフラッシュ・メモリの短所を克服するために、ＦＲＡＭ(Ferroelectric Random Access Memory)、ＭＲＡＭ(Magnetic Random Access Memory)及びＰＲＡＭ(Phase-change Random Access Memory)のような新たなメモリが紹介され、これらのうち一部は、制限的ではあるが製品化されている。しかし、フラッシュ・メモリ、ＦＲＡＭ、ＭＲＡＭ及びＰＲＡＭは、いずれもそれぞれのメモリセルにスイッチング素子を備えているために、そのメモリセルの面積を縮めることができない。またかかるメモリは、ＨＤＤに比べ、データ保存容量がはるかに少ない。
これにより最近では、前記のような従来の不揮発性情報保存装置の問題点を克服するための方法として、動く機械システム及び多数のスイッチング素子を備えずに、ＨＤＤのように大量のデータを保存することができる新しい保存装置の開発のための研究がなされている。前記新しい保存装置の一例として、磁性物質の磁壁（magnetic domain wall）移動原理を利用した情報保存装置が提案された。
磁性体を構成する磁気的な微小領域を磁気区域（magnetic domain、以下、磁区という）という。かかる磁区内では、電子の自転、すなわち磁気モーメントの方向が同一である。磁区の大きさ及び磁化方向は、磁性材料の物性、形態、大きさ及び外部のエネルギーにより適切に制御できる。磁壁は、互いに異なる磁化方向を有する磁区の境界部分であり、磁性材料に印加される電流または磁場により移動されうる。前記磁壁の移動原理を情報保存装置に適用すれば、磁壁移動により磁区に固定された読み取り／書き込みヘッドを通過させることにより、記録媒体の回転なしに読み取り／書き込みが可能である。かかる磁壁移動原理の適用された情報保存装置は、大量のデータを保存することができつつも、動く機械システムを含まずに、移動性及び信頼性にすぐれ、製造が容易であり、消費電力が少ないという利点がある。
しかし、磁壁移動を利用した情報保存装置は、まだ開発初期段階にあり、その実用化のためには、いくつかの問題点が解決されねばならない。特に、磁壁移動を利用した情報保存装置の実用化のためには、データを記録する方法の改善が要求される。以下では、従来の磁壁移動を利用した情報保存装置での書き込み方法（以下、従来の書き込み方法）の問題点を簡略に説明する。
従来の書き込み方法は、外部磁場を利用した方法と、電子のスピントルク現象を利用した方法とに分けられる。前記外部磁場を利用した書き込み方法は、磁気異方性エネルギー（magnetic anisotropic energy）の大きい磁性層を記録媒体として使用する場合には、適用が不可能であるという限界がある。記録媒体としてＮｉＦｅのような軟磁性層を使用すれば、磁壁移動の安定性を確保し難く、高い記録密度を具現し難い。一方、前記電子のスピントルク現象を利用した書き込み方法は、データを記録しようとする磁性層の厚さが所定厚さ、すなわち約３ｎｍ以上に厚くなれば、適用し難くなる。よって、約１００ｎｍ以上の厚さを有する磁性層が要求される垂直磁気記録方式の保存装置に、前記電子のスピントルク現象を利用した書き込み方法を適用し難い。
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の従来の問題点を改善するためのものであり、データを記録しようとする磁性層の物性（property）及び寸法（dimension）による制約のない書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報保存装置を提供するところある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記情報保存装置の製造方法を提供するところにある。
前記技術的課題を達成するために本発明は、磁壁を有する書き込みトラックと、前記書き込みトラックと連結され、磁壁を有する保存トラックと、前記保存トラックに記録されたデータを読み取るための読み取り手段とを備え、前記書き込みトラックと前記保存トラックとの間の連結部の幅は、前記書き込みトラックから前記保存トラックの方に行くほど狭くなることを特徴とする磁壁移動を利用した情報保存装置を提供する。
ここで、前記連結部の少なくとも２つの側壁と前記書き込みトラックとの間の角度θは、１０°≦θ＜９０°でありうる。
前記書き込みトラックは、強磁性層でありうる。
前記連結部は、前記書き込みトラック上に形成された軟磁性層でありうる。
前記保存トラックは、前記連結部上に形成されうる。
前記保存トラックは、強磁性層でありうる。
前記保存トラックで、前記連結部と接する部分は軟磁性層または強磁性層であり、前記保存トラックで、前記連結部と接する部分を除外した残りの部分は強磁性層でありうる。
前記書き込みトラックは強磁性層であり、前記連結部は、前記書き込みトラック上に形成された軟磁性層であり、前記保存トラックは、前記連結部上に形成された場合、前記保存トラック上に、軟磁性物質から形成されている中間層と、異なる保存トラックとが交互に積層されうる。前記保存トラックと前記異なる保存トラックは、互いに異なる長さを有することができる。前記中間層は軟磁性層であって、前記異なる保存トラックは、強磁性層でありうる。前記他の保存トラックで、前記中間層と接する部分は軟磁性層または強磁性層であり、前記他の保存トラックで、前記中間層と接する部分を除外した残りの部分は、強磁性層でありうる。
前記保存トラックは、前記連結部を挟んで前記書き込みトラックの側面に連結されうる。その場合、前記書き込みトラックと前記保存トラックとは強磁性層であり、前記連結部は、強磁性層または軟磁性層でありうる。前記書き込みトラック、前記連結部及び前記保存トラックは、同じ物質で同一層に形成されうる。また、前記保存トラックは、複数でありうる。
前記他の技術的課題を達成するために本発明は、磁壁移動特性を有する書き込みトラック及び保存トラックを備える情報保存装置の製造方法において、書き込みトラックを形成する段階と、前記書き込みトラック上に、上に行くほど幅が狭くなる連結層を形成する段階と、前記連結層上に保存トラックを形成する段階とを含むことを特徴とする磁壁移動を利用した情報保存装置の製造方法を提供する。
前記書き込みトラック上に前記連結層を形成する段階は、前記書き込みトラック上に、上に行くほど幅が狭くなる開口部を有する絶縁層を形成する段階と、前記開口部により露出された前記書き込みトラック上に、前記連結層を形成する段階とを含むことができる。
前記書き込みトラック上に、前記開口部を有する前記絶縁層を形成する段階は、前記書き込みトラック上に、上に行くほど幅が狭くなる樹脂層パターンを形成する段階と、前記樹脂層パターンを覆うように、前記書き込みトラック上に絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層を前記樹脂層パターンが露出されるまでＣＭＰする段階と、前記樹脂層パターンを除去する段階とを含むことができる。
前記連結層は、電解メッキ法で形成されうる。
前記書き込みトラック上に前記樹脂層パターンを形成する段階は、前記書き込みトラック上に樹脂層を形成する段階と、前記樹脂層を、上に行くほど幅が狭くなる溝を有するマスタースタンプでインプリント・パターニングする段階と、前記マスタースタンプを除去する段階とを含むことができる。
本発明を利用すれば、書き込みトラック及び保存トラック内で磁壁を適切に移動する方法で、保存トラック内に所定のデータを容易に記録できる。かかる書き込み方式は、データを記録しようとする磁性層の物性及び寸法などによる制約がない。
特に、本発明の実施形態による情報保存装置では、書き込みトラックと保存トラックとの間の中間層の幅が書き込みトラックから保存トラックの方に行くほど次第に減少するために、書き込みトラック内で磁壁の移動が円滑である。従って本発明は、磁壁移動を利用した情報保存装置の書き込み動作の信頼性を改善でき、書き込み動作時に要求される電流の大きさを減少させることができる。
以下、本発明の実施形態による磁壁移動を利用した情報保存装置及びその製造方法について、添付された図面を参照しつつ詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張されるように図示されている。
図１は、本発明の第１実施形態による磁壁移動を利用した情報保存装置（以下、本発明の第１情報保存装置）を示している。
図１を参照すれば、本発明の第１情報保存装置は、データ保存のための保存トラック３００と、保存トラック３００にデータを記録するための書き込みトラック１００とを備える。書き込みトラック１００と保存トラック３００は、いずれも磁壁移動特性を有する。図１には、書き込みトラック１００と保存トラック３００とが平行している場合が図示されているが、それらは、直交するように形成されてもよい。書き込みトラック１００と保存トラック３００とが直交する場合、書き込みトラック１００に沿って多数の保存トラック３００が形成されうる。保存トラック３００は、複数が垂直に積層されうるが、下から番号を付して、第１保存トラック３００ａ及び第２保存トラック３００ｂと称する。第１保存トラック３００ａ及び第２保存トラック３００ｂの長さは、互いに異なりうる。例えば、保存トラック３００の長さは、上部へ行くほど長くなりうる。
書き込みトラック１００と保存トラック３００との間、及び保存トラック３００間には、軟磁性物質から形成されている中間層２００が備わる。書き込みトラック１００と第１保存トラック３００ａとの間の中間層２００を第１中間層２００ａといい、第１保存トラック３００ａ及び第２保存トラック３００ｂ間の中間層２００を第２中間層２００ｂという。第１中間層２００ａは、書き込みトラック１００と保存トラック３００との間の連結層である。第１中間層２００ａの幅は、書き込みトラック１００から第１保存トラック３００ａの方に行くほど狭くなる。
保存トラック３００に記録された情報を読み取るための磁気抵抗センサ４００が、保存トラック３００の所定領域上に形成されている。磁気抵抗センサ４００は、周知のＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）センサまたはＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）センサであって、保存トラック３００の下部に形成されたり、書き込みトラック１００の上部または下部に形成されてもよい。
書き込みトラック１００の両端Ｅ１，Ｅ２に、第１導電線Ｃ１及び第２導電線Ｃ２が形成されており、各保存トラック３００の両端に、第３導電線ないし第６導電線Ｃ３〜Ｃ６が形成されている。第１導電線ないし第６導電線Ｃ１〜Ｃ６は、書き込みトラック１００及び保存トラック３００に電流を印加するための手段であり、それぞれトランジスタのような駆動素子（図示せず）と連結されていることが可能である。
書き込みトラック１００は、ＣｏＰｔまたはＦｅＰｔにより形成されるか、またはＣｏＰｔとＦｅＰｔとの合金により形成された強磁性層であり、その磁気異方性エネルギーは、２×１０３〜１０７Ｊ／ｍ３ほどでありうる。中間層２００は、Ｎｉ、Ｃｏ、ＮｉＣｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＣｒのうちいずれか一つにより形成された軟磁性層であり、その磁気異方性エネルギーは、１０〜１０３Ｊ／ｍ３ほどでありうる。保存トラック３００で、中間層２００と接した部分（以下、第１部分）の磁気異方性エネルギーは、前記第１部分を除外した残りの部分（以下、第２部分）の磁気異方性エネルギーより小さいことが望ましい。しかし保存トラック３００は、全領域で同じ磁気異方性エネルギーを有することもできる。前記第１部分の磁気異方性エネルギーＫ１は、０≦Ｋ１≦１０７Ｊ／ｍ３ほどであって、前記第２部分の磁気異方性エネルギーＫ２は、２×１０３≦Ｋ２≦１０７Ｊ／ｍ３ほどでありうる。かかる保存トラック３００は、ＣｏＰｔまたはＦｅＰｔにより形成されたり、ＣｏＰｔとＦｅＰｔとの合金により形成されうるが、前記第１部分は、Ｈｅ＋やＧａ＋のような不純物イオンがドーピングされた領域でありうる。前記不純物イオンがドーピングされることによって、前記第１部分の磁気異方性エネルギーが前記第２部分のそれより低くなる。
書き込みトラック１００は、少なくとも２つの磁区及び少なくとも１つの磁壁を備える。図１には、書き込みトラック１００が第１磁区Ｄ１及び第２磁区Ｄ２と、それらの間に１つの磁壁ＤＷとを有する場合が図示されている。書き込みトラック１００内に第１磁区Ｄ１及び第２磁区Ｄ２を形成する方法は多様である。例えば、書き込みトラック１００になる強磁性層の一端上に軟磁性層を形成した後、前記強磁性層と前記軟磁性層とに所定の外部磁場を印加すれば、前記軟磁性層と接した強磁性層は、残りの部分と異なる磁化方向を有することができる。それ以外にも多様な方法で、第１磁区Ｄ１及び第２磁区Ｄ２を形成できる。
図１では、第１磁区Ｄ１、中間層２００及び保存トラック３００が第１方向Ｍ１に磁化され、第２磁区Ｄ２が第２方向Ｍ２に磁化された場合について図示されている。書き込みトラック１００の両端Ｅ１，Ｅ２間に電流を流すことにより、磁壁ＤＷを書き込みトラック１００内で移動させることができる。電流方向と電子との移動方向は反対であるから、磁壁ＤＷは、電流方向と反対方向に移動する。例えば、第１導電線Ｃ１から第２導電線Ｃ２に電流を流せば、磁壁ＤＷは、第１導電線Ｃ１側に移動する。磁壁ＤＷの位置によって、第１中間層２００ａの磁化方向が変わりうる。換言すれば、第１中間層２００ａの磁化方向は、第１中間層２００ａと接した書き込みトラック１００の磁化方向に従う。これは、中間層２００が磁化反転されやすい軟磁性層であるためである。第１中間層２００ａの磁化方向が反転されれば、それによって第１中間層２００ａ上の第１保存トラック３００ａで第１中間層２００ａと接した部分、すなわち前記第１部分の磁化方向が第１中間層２００ａのそれと同一になる。これは、第１中間層２００ａ及び第１保存トラック３００ａの前記第１部分が同じ磁化方向を有するのが、そうでない場合よりエネルギー的に安定しているためである。かかる磁化反転は、最下層の中間層２００、すなわち第１中間層２００ａから最上層の第１部分、すなわち第２保存トラック３００ｂで第２中間層２００ｂと接した部分まで連鎖的に起こる。前記第１部分の磁気異方性エネルギーＫ１が前記第２部分の磁気異方性エネルギーＫ２より小さければ、前記第１部分の磁化反転がさらに容易である。
前記第１部分の磁化方向を所望の状態に反転させた後、前記第１部分から前記第２部分方向に磁壁を１ビットほど移動させれば、前記第２部分に所定の情報を記録できる。
以下では、本発明の第１情報保存装置の書き込み方法についてさらに詳細に説明する。
図２Ａないし図２Ｄは、本発明の第１情報保存装置の書き込み方法を段階別に示す。
図２Ａは、図１に図示した情報保存装置の磁壁ＤＷを移動させた結果を示している。書き込みトラック１００の一端Ｅ１から他端Ｅ２に電流を流し、磁壁ＤＷを他端Ｅ２から一端Ｅ１側に移動させることによって、第２磁区Ｄ２が第１中間層２００ａの下部まで拡張される。かかる磁壁ＤＷの移動によって、第１中間層２００ａから第２保存トラック３００ｂの前記第１部分まで磁化方向が第２方向Ｍ２に反転される。その結果、保存トラック３００に他の磁区（以下、第３磁区）Ｄ３が形成される。第３磁区Ｄ３に対応するデータは「０」でありうる。図面符号Ｅ３及びＥ４は、第２保存トラック３００ｂの一端及び他端を表す。
図２Ｂを参照すれば、第２保存トラック３００ｂの一端Ｅ３から書き込みトラック１００に電流を流し、第３磁区Ｄ３を第２保存トラック３００ｂの一端Ｅ３側に１ビットほど拡張させる。
図２Ｃを参照すれば、書き込みトラック１００の他端Ｅ２から一端Ｅ１に電流を流し、磁壁ＤＷを一端Ｅ１から他端Ｅ２側に移動させる。これにより、第２磁区Ｄ１が第１中間層２００ａ下部まで拡張される。かかる磁壁ＤＷの移動によって、第１中間層２００ａから第２保存トラック３００ｂの前記第１部分まで磁化方向が第１方向Ｍ１に反転される。第２中間層２００ｂと接した第２保存トラック３００ｂ部分に形成された磁区を第４磁区Ｄ４と称する。第４磁区Ｄ４に対応するデータは「１」でありうる。
図２Ｄを参照すれば、第２保存トラック３００ｂの一端Ｅ３から書き込みトラック１００に電流を流し、第３磁区Ｄ３及び第４磁区Ｄ４を第２保存トラック３００の一端Ｅ３側に１ビットほど移動させる。
このように、本発明の第１情報保存装置では、書き込みトラック１００及び保存トラック３００内で磁壁を適切に移動させる方法で、二進（binary）データを記録する。かかる磁壁移動を利用した書き込みは、電流の流れを制御する方法でなされる。従って、本発明の実施形態による情報保存装置の書き込み動作は、データを記録しようとする磁性層の物性（property）及び寸法（dimension）などによる制約がない。
特に、本発明の第１情報保存装置では、第１中間層２００ａの幅が書き込みトラック１００から保存トラック３００の方に行くほど狭くなる。換言すれば、第１中間層２００ａの２つあるいは４つの側壁は、書き込みトラック１００と９０°未満の角度、望ましくは１０°〜６０°ほどの角度をなしている。ここで、第１中間層２００ａの前記２つの側壁とは、４つの側壁のうちエッジを共有しない２つの側壁である。
このように、第１中間層２００ａの形状によって、書き込みトラック１００内で磁壁ＤＷが円滑に移動できる。もし第１中間層２００ａの４つの側壁が書き込みトラック１００と垂直であるならば、磁壁ＤＷは、第１中間層２００ａと書き込みトラック１００との接合部（junction）を円滑に移動し難い。それは、第１中間層２００ａの側壁が直交するとき、前記接合部の端部分で磁壁ＤＷ移動のための電流密度が急激に低下するためである。磁壁ＤＷは、電流密度が急激に低下する地点を円滑に通過し難い。従って、磁壁ＤＷは、前記接合部を順調に（smoothly）通過できず、磁壁ＤＷが前記接合部を通過するためには、大きい電流が要求される。一方、本発明のように、第１中間層２００ａの側壁が書き込みトラック１００と傾斜していれば、第１中間層２００ａと書き込みトラック１００との接合部で、電流密度の変化が漸進的（gradual）である。従って、磁壁ＤＷは、書き込みトラック１００内で円滑に移動することができる。
以下では、本発明の第１実施形態による磁壁移動を利用した情報保存装置の製造方法（以下、本発明の製造方法）を説明する。
図３Ａないし図３Ｋは、本発明による該製造方法を段階別に示す。
図３Ａを参照すれば、基板１０上に書き込みトラック１００を形成する。その後、書き込みトラック１００を覆うように基板１０上に第１絶縁層２０を形成し、第１絶縁層２０を書き込みトラック１００が露出されるように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）する。
図３Ｂを参照すれば、書き込みトラック１００及び第１絶縁層２０上に、樹脂層３０を形成する。その後、樹脂層３０の上側に第１溝Ｈ１を有する第１マスタースタンプ８０を整列させる。第１溝Ｈ１の幅は、上部へ行くほど狭くなる。第１マスタースタンプ８０は、電子ビームリソグラフィ（E-beam lithography）のようなナノパターニング方法で製作されたものであって、第１溝Ｈ１の側壁の傾斜角は、第１マスタースタンプ８０の製作時のエッチング条件によって変わりうる。かかる第１マスタースタンプ８０は、反復的に使用できる。
図３Ｃを参照すれば、第１マスタースタンプ８０で樹脂層３０をインプリントして樹脂層３０をパターニングする。これにより、書き込みトラック１００上に樹脂層パターン３０ａが形成される。
その後、第１マスタースタンプ８０を樹脂層パターン３０ａ、書き込みトラック１００及び第１絶縁層２０から除去する。図３Ｄは、第１マスタースタンプ８０を除去した後の状態を示している。
図３Ｄを参照すれば、前述のように、第１マスタースタンプ８０を利用したインプリント工程により、書き込みトラック１００上に樹脂層パターン３０ａが形成される。このとき、樹脂層パターン３０ａの形成された領域を除外した残り領域に、樹脂層３０の一部が残留しうるように、残留樹脂層は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）またはプラズマエッチング方法で除去できる。前記残留樹脂層の除去時に、樹脂層パターン３０ａも微小エッチングされるが、樹脂層パターン３０ａの形状は、ほとんど変化しない。樹脂層パターン３０ａの形態は、第１溝Ｈ１の形態によるので、その幅は、上部へ行くほど狭くなる。
図３Ｅを参照すれば、樹脂層パターン３０ａを覆うように、書き込みトラック１００及び第１絶縁層２０上に第２絶縁層４０を形成し、第２絶縁層４０を樹脂層パターン３０ａが露出されるようにＣＭＰする。第２絶縁層４０は、シリコン酸化物層でありうる。
図３Ｆを参照すれば、樹脂層パターン３０ａをウェット及び／またはドライエッチングで除去する。それによって、書き込みトラック１００を露出させる第２溝Ｈ２が形成される。樹脂層パターン３０ａと第２絶縁層４０との間エッチング選択比の差によって、樹脂層パターン３０ａの選択的除去が可能である。
図３Ｇを参照すれば、第２溝Ｈ２内に電解メッキ法で、第１中間層２００ａを形成する。第１中間層２００ａの厚さは、前記電解メッキ時の反応条件及び反応時間を調節することによって制御されうる。従って、第１中間層２００ａの高さと第２溝Ｈ２の高さとを合わせることができる。その後、第１中間層２００ａ及び第２絶縁層４０上に、第１保存トラック３００ａを形成する。
図３Ｈを参照すれば、第１保存トラック３００ａを覆うように、第２絶縁層４０上に他の樹脂層（以下、第２樹脂層）５０を形成する。
その後、第２樹脂層５０の上側に、多重段差構造を有する第２マスタースタンプ９０を整列させる。第２マスタースタンプ９０も電子ビームリソグラフィのようなナノパターニング方法で製作され、反復的に使用できる。
図３Ｉを参照すれば、第２マスタースタンプ９０で第２樹脂層５０をインプリントして第２樹脂層５０をパターニングする。
その後、第２マスタースタンプ９０を第２樹脂層５０から除去する。図３Ｊは、第２マスタースタンプ９０を除去した後の状態を示している。
図３Ｊを参照すれば、第２マスタースタンプ９０を利用したインプリント工程により、第１中間層２００ａを露出させる二重溝Ｄが形成される。二重溝Ｄは、中央部の第３溝Ｈ３、及び第３溝Ｈ３上に第３溝Ｈ３より大きい第４溝Ｈ４を備える。第３溝Ｈ３の底に、第２樹脂層５０の一部が残留しうるが、前記残留された第２樹脂層は、ＲＩＥまたはプラズマアッシング方法で除去できる。
二重溝Ｄを有する第２樹脂層５０をイオン注入マスクとして利用し、二重溝Ｄにより露出された第１保存トラック３００ａに、Ｈｅ＋またはＧａ＋のような不純物イオンをドーピングすることもできる。前記Ｈｅ＋及びＧａ＋のような不純物イオンが磁性物質にドーピングされれば、前記不純物イオンにより磁性物質の磁気異方性エネルギーが低下する。これは、前記不純物イオンが前記磁性物質を構成する磁性粒子間の磁気的カップリング効果を低下させるためである。前記不純物イオンのドーピング工程は、選択的工程である。
図３Ｋを参照すれば、第３溝Ｈ３内に、第２中間層２００ｂを形成する。第２中間層２００ｂは、電解メッキ法で形成できる。次に、第４溝Ｈ４内に、第２保存トラック３００ｂを形成する。第２保存トラック３００ｂは、第４溝Ｈ４を有する第２樹脂層５０及び第２中間層２００ｂ上に、スパッタリング方法で磁性層を蒸着した後、前記磁性層をＣＭＰすることによって形成できる。
図示していないが、第２保存トラック３００ｂ上に、他の中間層と異なる保存トラックを反復して積層しうる。そして、前記本発明の製造方法で、保存トラック３００または書き込みトラック１００の所定領域上に、ＴＭＲまたはＧＭＲ効果を利用した磁気抵抗センサを形成できる。
本発明の製造方法では、多重段差マスタースタンプを使用して、１回のインプリント工程で２つの溝を形成する。従って、本発明の方法を利用すれば、少数の工程で大容量の情報保存装置を容易に具現できる。
本発明の情報保存装置の構造は、多様に変形可能である。例えば、本発明の情報保存装置は、図４に図示されているような構造を有することもできる。
図４は、本発明の第２実施形態による情報保存装置（以下、本発明の第２情報保存装置）を示している。
図４を参照すれば、本発明の第２情報保存装置は、書き込みトラック１００’と、書き込みトラック１００’の側面と連結されるように形成された保存トラック３００’とを備える。１つの書き込みトラック１００’の側面に、多数の保存トラック３００’が形成されうる。書き込みトラック１００’と保存トラック３００’は、磁壁移動特性を有する強磁性層であることが望ましい。書き込みトラック１００’と保存トラック３００’との間には、それらの連結のための中間層２００’が形成されている。中間層２００’の幅は、書き込みトラック１００’から保存トラック３００’の方に行くほど狭くなる。かかる中間層２００’の形状のために、書き込みトラック１００’内で磁壁ＤＷが円滑に移動できる。
書き込みトラック１００’、中間層２００’及び保存トラック３００’は、同じ物質で同じ層に形成できる。中間層２００’は、強磁性層または軟磁性層であるが、製造工程側面で、強磁性層であることが望ましい。
書き込みトラック１００’は、互いに反対の方向に磁化された２つの磁区、すなわち第５磁区Ｄ５及び第６磁区Ｄ６を備えることができる。図４で
は、第１方向Ｍ１に磁化されていることを意味し、
は、前記第１方向Ｍ１と反対である第２方向Ｍ２に磁化されていることを意味する。図面符号Ｄは、保存トラック３００’内の磁区を表す。
書き込みトラック１００’の一端Ｅ１及び他端Ｅ２に、第７導電線Ｃ７及び第８導電線Ｃ８が形成されており、保存トラック３００’の一端Ｅ３に、第９導電線Ｃ９が形成されている。第７導電線Ｃ７及び第８導電線Ｃ８を介して書き込みトラック１００’に電流を印加すれば、第５磁区Ｄ５及び第６磁区Ｄ６の境界である磁壁ＤＷを移動させることができる。磁壁ＤＷの移動によって、第５磁区Ｄ５及び第６磁区Ｄ６の大きさが変わる。図４に図示されているように、第５磁区Ｄ５が保存トラック３００’と接した書き込みトラック１００’部分まで拡張された状態で、保存トラック３００’の一端Ｅ３から書き込みトラック１００’の一端Ｅ１に電流を流せば、第５磁区Ｄ５が保存トラック３００’の他端Ｅ４まで拡張されうる。これは、保存トラック３００’の他端Ｅ４に、第１方向Ｍ１に対応するデータ、例えば「０」が記録されたのである。もし第６磁区Ｄ６が保存トラック３００’と接した書き込みトラック１００’部分まで拡張された状態で、保存トラック３００’の一端Ｅ３から書き込みトラック１００’の他端Ｅ２に電流を流せば、第６磁区Ｄ６が保存トラック３００’の他端Ｅ４まで拡張される。これは、保存トラック３００’の他端Ｅ４に第２方向Ｍ２に対応するデータ、例えば「１」が記録されたのである。このように、本発明の第２情報保存装置では、書き込みトラック１００’及び保存トラック３００’内で、磁区及び磁壁をビット単位で移動させることによって、保存トラック３００’に所定のデータを記録できる。
保存トラック３００’の所定領域に保存トラック３００’に記録されたデータを読み取るための磁気抵抗センサ４００’が形成されている。保存トラック３００’の一端Ｅ３と磁気抵抗センサ４００’との間に読み取り電流を印加できる。その場合、磁気抵抗センサ４００’下に位置した保存トラック３００’の磁化方向によって、保存トラック３００’の一端Ｅ３と磁気抵抗センサ４００’との間の電気抵抗が変わる。
本発明の原理は、書き込みトラック１００，１００’及び保存トラック３００，３００’が垂直磁気異方性ではない水平磁気異方性を有する場合にも同一に適用されうる。
以上の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものとするより、望ましい実施形態の例示として解釈されるものである。例えば、本発明が属する技術分野で当業者ならば、書き込みトラック１００，１００’、中間層２００，２００’及び保存トラック３００，３００’の構造及びそれらの間の位置関係を多様に変形できるであろう。よって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められるのではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によってのみ定められものである。
本発明の磁壁移動を利用した情報保存装置及びその製造方法は、例えば、情報保存関連の技術分野に効果的に適用可能である。
１０ 基板
２０ 第１絶縁層
３０ 樹脂層
３０ａ 樹脂層パターン
４０ 第２絶縁層
５０ 第２樹脂層
８０ 第１マスタースタンプ
９０ 第２マスタースタンプ
１００，１００’ 書き込みトラック
２００，２００’ 中間層
２００ａ 第１中間層
２００ｂ 第２中間層
３００，３００’ 保存トラック
３００ａ 第１保存トラック
３００ｂ 第２保存トラック
４００，４００’ 磁気保存センサ
Ｄ１ 第１磁区
Ｄ２ 第２磁区
ＤＷ 磁壁
２０ 第１絶縁層
３０ 樹脂層
３０ａ 樹脂層パターン
４０ 第２絶縁層
５０ 第２樹脂層
８０ 第１マスタースタンプ
９０ 第２マスタースタンプ
１００，１００’ 書き込みトラック
２００，２００’ 中間層
２００ａ 第１中間層
２００ｂ 第２中間層
３００，３００’ 保存トラック
３００ａ 第１保存トラック
３００ｂ 第２保存トラック
４００，４００’ 磁気保存センサ
Ｄ１ 第１磁区
Ｄ２ 第２磁区
ＤＷ 磁壁
Claims (21)
- 磁壁を有する書き込みトラックと、
前記書き込みトラックと連結され、磁壁を有する保存トラックと、
前記保存トラックに記録されたデータを読み取るための読み取り手段とを備え、
前記書き込みトラックと前記保存トラックとの間の連結部の幅は、前記書き込みトラックから前記保存トラックの方に行くほど狭くなることを特徴とする磁壁移動を利用した情報保存装置。 - 前記連結部の少なくとも２つの側壁と前記書き込みトラックとの間の角度θは、１０°≦θ＜９０°であることを特徴とする請求項1に記載の情報保存装置。
- 前記書き込みトラックは、強磁性層であることを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
- 前記連結部は、前記書き込みトラック上に備わった軟磁性層であることを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
- 前記保存トラックは、前記連結部上に備わったことを特徴とする請求項４に記載の情報保存装置。
- 前記保存トラックは、強磁性層であることを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
- 前記保存トラックで、前記連結部と接する部分は軟磁性層または強磁性層であり、前記保存トラックで、前記連結部と接する部分を除外した残りの部分は強磁性層であることを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
- 前記保存トラック上に、中間層と、異なる保存トラックとが交互に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
- 前記保存トラックと前記異なる保存トラックは、互いに異なる長さを有することを特徴とする請求項８に記載の情報保存装置。
- 前記中間層は、軟磁性層であることを特徴とする請求項８に記載の情報保存装置。
- 前記保存トラックと前記異なる保存トラックとのうち少なくとも一つは、強磁性層であることを特徴とする請求項８に記載の情報保存装置。
- 前記他の保存トラックで、前記中間層と接する部分は軟磁性層または強磁性層であり、前記他の保存トラックで、前記中間層と接する部分を除外した残りの部分は強磁性層であることを特徴とする請求項８に記載の情報保存装置。
- 前記保存トラックは、前記連結部を挟んで前記書き込みトラックの側面に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の情報保存装置。
- 前記書き込みトラックと前記保存トラックとは強磁性層であり、前記連結部は、強磁性層または軟磁性層であることを特徴とする請求項１３に記載の情報保存装置。
- 前記保存トラックは、複数であることを特徴とする請求項１３に記載の情報保存装置。
- 前記書き込みトラック、前記連結部及び前記保存トラックは、同じ物質から形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の情報保存装置。
- 磁壁移動特性を有する書き込みトラック及び保存トラックを備える情報保存装置の製造方法において、
書き込みトラックを形成する段階と、
前記書き込みトラック上に、上に行くほど幅が狭くなる連結層を形成する段階と、
前記連結層上に保存トラックを形成する段階とを含むことを特徴とする磁壁移動を利用した情報保存装置の製造方法。 - 前記書き込みトラック上に前記連結層を形成する段階は、
前記書き込みトラック上に、上に行くほど幅が狭くなる開口部を有する絶縁層を形成する段階と、
前記開口部により露出された前記書き込みトラック上に、前記連結層を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１７に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の製造方法。 - 前記書き込みトラック上に、前記開口部を有する前記絶縁層を形成する段階は、
前記書き込みトラック上に、上に行くほど幅が狭くなる樹脂層パターンを形成する段階と、
前記樹脂層パターンを覆うように、前記書き込みトラック上に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層を前記樹脂層パターンが露出されるまでＣＭＰする段階と、
前記樹脂層パターンを除去する段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の製造方法。 - 前記樹脂層パターンを形成する段階は、
前記書き込みトラック上に樹脂層を形成する段階と、
前記樹脂層を、上に行くほど幅が狭くなる溝を有するマスタースタンプでインプリント・パターニングする段階と、
前記マスタースタンプを除去する段階とを含むことを特徴とする請求項１９に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の製造方法。 - 前記連結層は、電解メッキ法で形成することを特徴とする請求項１７に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の製造方法。
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