KR100375812B1

KR100375812B1 - A Magnetic Thin Film Having Multiple Easy-Axis And A Method For Manufacturing The Magnetic Thin Film

Info

Publication number: KR100375812B1
Application number: KR10-2001-0001601A
Authority: KR
Inventors: 황정남; 채근화; 장갑수
Original assignee: 주식회사 피앤티기술; 황정남
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2003-03-15
Also published as: KR20020060483A

Abstract

본 발명은 자기 기록 밀도를 향상시키기 위해 다중 자화 용이축(Multiple easy-axis)을 갖는 자성 박막 및 그 자성 박막을 제조하는 방법에 관련된 것이다. 본 발명의 목적은 고밀도 자기 기록을 위하여 이웃하는 자구의 자화 방향을 선형적으로 독립적인 방향으로 이원화 시킴으로써, 이웃하는 자구가 서로에게 영향을 주지 않는 자성 박막 및 그 자성 박막을 제조하는 방법을 제공하는데 있다. 본 발명은 제1 자화 용이축을 갖는 제1 자성 영역과, 제2 자화 용이축을 가지며 상기 제1 자성 영역에 이웃하는 제2 자성 영역을 포함하는 자성 박막을 제공한다. 또한, 본 발명은 강자성체를 포함하는 자성 박막을 형성하는 단계와, 상기 자성 박막의 제1 영역에 이온을 주입하여 제1 자화 용이축을 갖는 제1 자성 영역을 형성하는 단계와, 그리고, 상기 자성 박막에 소정의 자기장을 걸어준 후 상기 제1 영역의 이웃하는 제2 영역에 이온을 주입하여 제2 자화 용이축을 갖는 제2 자성 영역을 형성하는 단계를 포함하는 자성 박막 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to a magnetic thin film having multiple easy-axis and a method of manufacturing the magnetic thin film to improve magnetic recording density. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magnetic thin film and a method of manufacturing the magnetic thin film in which neighboring magnetic domains do not affect each other by dualizing the magnetization directions of neighboring magnetic domains in a linearly independent direction for high density magnetic recording. have. The present invention provides a magnetic thin film including a first magnetic region having a first easy magnetization axis and a second magnetic region having a second easy magnetization axis and adjacent to the first magnetic region. In addition, the present invention is to form a magnetic thin film comprising a ferromagnetic material, implanting ions into the first region of the magnetic thin film to form a first magnetic region having a first axis of easy magnetization, and the magnetic thin film And applying a predetermined magnetic field to the second region adjacent to the first region to form a second magnetic region having a second easy axis of magnetization.

Description

A magnetic thin film having multiple easy-axis and a method for manufacturing the magnetic thin film

본 발명은 자성 및 광자성 박막에 있어서, 자성 박막의 자화 용이축 설정 제어를 통하여 자성체의 자화 방향을 임의로 조절하여 얻어진 다중 자화축을 갖는 자성체 박막 및 그 자성체 박막의 제조 방법에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 자기 기록 밀도를 향상시키기 위해 자성 박막 제작시 형성되는 자화 방향을 임의의 각도로 회전 시켜 이중 혹은 다중의 자화 방향을 갖는 다중 자화축(Multiple easy-axis) 자성 박막 및 자성 박막을 제조하는 방법에 관련된 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic thin film having multiple magnetization axes obtained by arbitrarily adjusting the magnetization direction of a magnetic body by controlling the easy magnetization axis setting of the magnetic thin film in a magnetic and photomagnetic thin film, and a method of manufacturing the magnetic thin film. In particular, the present invention is to rotate the magnetization direction formed during the manufacture of the magnetic thin film in order to improve the magnetic recording density at an arbitrary angle to provide a multiple easy-axis magnetic thin film and a magnetic thin film having a double or multiple magnetization directions. It relates to a manufacturing method.

산업 사회에 이어 정보화 사회로 발전됨에 따라, 정보 사회를 이룩하는 공학적인 발전이 거듭되고 있다. 정보 사회를 구현하는 전자공학의 분야는 크게 다음 세가지로 분류할 수 있다. 첫번째는 정보를 처리하는 분야로 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)에 관련된 분야로서 고속의 반도체 처리 소자를 개발하는데 총력을 기울이고 있다. 두번째는 정보를 전달하는데 관련된 것으로 유선, 무선 통신 분야이다.여기에서도, 고속 처리를 위한 반도체 소자 및 통신 장비, 통신 알고리즘을 개발하는데 많은 노력을 기울기고 있다. 세번째로는, 본 발명과 관련된 것으로서 정보를 저장하는 기술 분야이다. 이것은 흔히 메모리(Memory) 분야라고 불리우는 분야로서, 다시 반도체 메모리 분야와 기계적인 메모리 분야로 구분된다. 반도체 메모리는 전자적인 처리 방법을 사용하여 고속 처리가 가능한 반면, 제조하는데 상당히 많은 재원이 필요하다. 기계적인 메모리 분야는 본 발명에 직접적으로 관련된 것으로서, 흔히 보조 기억 장치라고 불리우는 자기 테이프, 하드 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD 저장 장치들에 관련된 것이다. 기계적인 메모리들은 저렴한 가격으로 대용량의 정보를 오랜 기간 저장할 수 있는 반면에, 그 처리 속도는 무척 느린편이다. 기계적인 정보 저장장치에는 기록 매체의 형태로 구분하기도 하고, 기록 방식에 따라 구분하기도 한다. 기록 매체의 형태에 의한 구분으로서는, 테이프 형태, 드럼형태, 디스크 형태로 구분된다. 기록 방식에 따른 구분으로서는, 자기 기록 방식인지, 광학적 기록 방식인지에 따라 구분된다. 기계적 저장 장치에서는 정보를 기록하거나 읽어내는데 속도가 빠르면서, 많은 정보의 양을 담을 수 있는 디스크 형태의 저장 장치가 많이 사용되고 있다.As the industrial society is developed into an information society, engineering developments for the information society are being repeated. The fields of electronics that embody the information society can be classified into three categories. The first is the field of information processing, which is related to the central processing unit (CPU) of computers, and focuses on developing high-speed semiconductor processing devices. The second is related to the transmission of information, and is in the field of wired and wireless communication. Here, much effort has been made to develop semiconductor devices, communication equipment, and communication algorithms for high-speed processing. Third, the technical field of storing information as related to the present invention. This is commonly referred to as the memory field, which is divided into the semiconductor memory field and the mechanical memory field. While semiconductor memories are capable of high speed processing using electronic processing methods, they require a great deal of resources to manufacture. The field of mechanical memory relates directly to the present invention and relates to magnetic tapes, hard disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD storage devices, often referred to as auxiliary storage devices. Mechanical memories can store large amounts of information for long periods of time at an affordable price, while the processing speed is very slow. Mechanical information storage devices may be classified in the form of a recording medium or may be classified according to a recording method. The types of recording media are divided into tape, drum, and disk types. The classification according to the recording method is classified according to whether it is a magnetic recording method or an optical recording method. In a mechanical storage device, a disk-type storage device capable of storing a large amount of information is rapidly used in recording and reading information.

저장 용량 및 처리 속도에서 가장 주목받고 있는 디스크 형태의 저장매체는 자성체 박막에 전자석을 사용하여 정보를 기록하고, 읽어내는 자기 디스크 형의 저장 매체와 자성 박막에 레이저 빔을 이용하여 정보를 기록하고, 읽어내는 광자기 디스크 형의 저장매체로 크게 구분된다. 자기 디스크 시스템과 광자기 디스크 시스템은 정보 기록 및 읽기에 사요하는 구체적인 방식에 따라 다소 차이가 있을 뿐,디스크의 구성이나 작동 방식은 거의 유사하다.The disk-type storage medium, which is attracting the most attention in storage capacity and processing speed, records information by using an electromagnet on a magnetic thin film, and records information by using a laser beam on a magnetic disk-type storage medium and a magnetic thin film that are read out, It is largely divided into storage media of magneto-optical disk type to read. Magnetic disk systems and magneto-optical disk systems differ slightly depending on the specific method used for recording and reading information, and the configuration and operation of the disk are almost the same.

일반적으로 하드 디스크라고 불리우는 자기 디스크 저장 매체의 경우를 살펴보면 다음과 같다. 도 1a는 일반적인 자기 디스크 시스템의 구조를 나타내는 평면도면이고, 도 1b는 도 1a의 절단선 A-A'을 기준으로 단면도이다. 자성체 박막을 포함하는 자기 디스크(1)가 스핀들 모터(도시되지 않음)에 의해 회전축(7)을 기준으로 회전 가능하도록 설치되어 있다. 자기 디스크(1)의 표면에 정보를 기록하고, 읽어내는 것은 자기 헤드(3)인데, 이것은 자기 디스크(1)의 옆 부분에 설치된 구동부(9)에 연결된 헤드 암(Head Arm)(5)의 한쪽 끝 부분에 설치된다. 자기 디스크(1)는 헤드(3)를 보관하는 파킹존(31)과 실제 정보를 기록하는 데이터존(21)으로 구성된다. 상기 구동부(9)에 의해 자기 헤드(3)가 자기 디스크(1)의 데이터존(21) 표면 위로 이동하여 임의 위치에서 정보를 기록하고, 재생하게 된다. 도 1b를 참조하여, 자기 디스크(1)의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 유리 혹은 알루미늄을 포함하는 기판(11) 위에 크롬과 같이 내부식성이 강한 지지층(13)을 형성한다. 그리고, 상기 지지층(13) 위에 CoCrPt, CoCrPtB, FePtCr, CoNiCr와 같은 합금을 열 증착법, 전자선 증착법 혹은 CVD 법으로 자성체 박막층(15)을 형성한다. 그 위에는 자성체 박막층(15)을 보호하기 위하여 C:Nx를 포함하는 보호층(17)을 형성한다. 다시 자기 디스크(1)의 맨 위층에는 자기 헤드(3)와의 접촉을 방지하는 윤활층(19)을 더 형성한다. 광자기 디스크를 포함한 자기 디스크에 기록을 위한 구성을 보면 다음과 같다. 도 2a는 자기 디스크의 일부분을 확대하여 자기 디스크 표면의 기록 영역 구조를 나타내는 평면도면이다. 도 2b는 도 2a의 절단선 B-B'으로 자른 단면도이다. 자기 디스크(1)의 데이터존(도 1a의 21) 부분은 일정간격으로 배열된 동심원 형태의 트랙(41)이 형성되어 있고, 상기 트랙(41)들은 반경 방향의 구획선(53)에 의해 섹터(51)로 구분된다. 상기 섹터(51)에는 자성을 갖는 작은 영역인 자구(Magnetic Domain)으로 구성된 단위 기억셀인 비트 셀이 연속으로 수천개 나열되어 있다. 상기 트랙(41) 위에 자기 헤드(3)가 위치하여 섹터(51)의 각 비트 셀의 자화 상태를 조절하여 정보를 기록하거나 자화 상태를 파악하여 기록된 정보를 재생한다.A magnetic disk storage medium, generally called a hard disk, is as follows. FIG. 1A is a plan view illustrating a structure of a general magnetic disk system, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A 'of FIG. 1A. The magnetic disk 1 containing the magnetic thin film is provided so as to be rotatable about the rotating shaft 7 by a spindle motor (not shown). It is the magnetic head 3 that records and reads information on the surface of the magnetic disk 1, which is the head of the head arm 5 connected to the drive 9 provided on the side of the magnetic disk 1. It is installed at one end. The magnetic disk 1 is composed of a parking zone 31 for holding the head 3 and a data zone 21 for recording actual information. The drive section 9 causes the magnetic head 3 to move over the surface of the data zone 21 of the magnetic disk 1 to record and reproduce the information at an arbitrary position. Referring to FIG. 1B, the structure of the magnetic disk 1 is as follows. On the substrate 11 containing glass or aluminum, a support layer 13 having high corrosion resistance such as chromium is formed. Then, on the support layer 13, an alloy such as CoCrPt, CoCrPtB, FePtCr, CoNiCr is formed on the magnetic thin film layer 15 by thermal evaporation, electron beam evaporation, or CVD. On it, a protective layer 17 including C: Nx is formed to protect the magnetic thin film layer 15. Again a lubrication layer 19 is formed on the top layer of the magnetic disk 1 to prevent contact with the magnetic head 3. The configuration for recording on a magnetic disk including a magneto-optical disk is as follows. Fig. 2A is a plan view showing a structure of a recording area on the surface of a magnetic disk by enlarging a portion of the magnetic disk. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 2A. A portion of the data zone (21 in FIG. 1A) of the magnetic disk 1 is formed with concentric tracks 41 arranged at regular intervals, and the tracks 41 are divided by sectors 53 by radial partition lines 53. 51). In the sector 51, thousands of bit cells, which are unit memory cells composed of magnetic domains, which are magnetic regions, are arranged in a row. The magnetic head 3 is positioned on the track 41 to adjust the magnetization state of each bit cell of the sector 51 to record information or to grasp the magnetization state to reproduce the recorded information.

이러한 자기 디스크의 저장용량을 늘리기 위한 대표적인 물리적인 방법으로, 단위 면적당 저장 정보의 수를 늘리는 방법이 있다. 그러기 위해서, 트랙의 폭을 좁게 설계하여 단위 길이당 트랙의 수를 늘이는 방법이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 현재까지 개발된 미세 식각 기술에 의해 제조할 수 있는 혹은 앞으로 제조할 수 있다고 생각되는 섹터내의 비트 크기의 사양을 살펴보면 다음 도 3에 나타난 것과 같다. 도 3의 비트 셀(55)에서 비트의 폭(세로 길이 : width)으로는 인치당 천비트(kbpi) 단위를, 비트의 길이(가로 길이 : length)는 인치당 트랙의 수(tpi)의 단위를 사용하였다. 현재 상용화되는 기술은 20Gb/inch²이고, 40Gb/inch²은 연구소에서 앞으로 상용화 될 것으로 개발 중에 있다. 그리고, 100Gb/inch²은 현재 기술의 한계상 다다를 수 있는 최고의 범위로 생각되어 진다(참고, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200(1999) 616-633, Journal of Mangnetism and Magnetic Materials 209(2000)1-5). 자화된 비트 셀의 크기를 이와 같이 한정 짓는 이유는 여러가지가 있다. 그 대표적인 것으로는 이웃하는 비트 셀의 상호 간섭(Crosstalk)에 의한 정보의 상실이다. 도 4를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다. 비트 셀(55)에는 헤드에 의해 소정의 방향을 따라 N-S, S-N 두 개의 상태중 어느 한 상태로 자화되어 있다. 그러나, 기록 밀도를 높이기 위해 비트 셀간의 간격이 좁아지게 되면, 이웃하는 비트 셀과의 간섭에 의해 자화 상태(즉, 기록 내용)가 변형이 될 수 있다. 예를들어, 제1 비트 셀(55a)은 N-S 상태로 제2 비트 셀(55b)은 S-N 상태로 자화되어 있다고 가정하자. 이 상태에서, 두 비트 셀(55a, 55b)들의 간격이 좁아지게 되면, 상호 간섭에 의해 제2 비트 셀(55b)의 자화 상태가 N-S로 바뀌든지, 제1 비트 셀(55a)의 자화 상태가 S-N 상태로 바뀌게 된다. 따라서, 어느 정도 이하로는 비트 셀의 간격을 줄일 수 없다. 또한, 비트 셀이 작아졌을 경우, 비트 셀에 저장된 자화력이 너무 작아서 헤드에 의해 재생하기 불가능하게 될 수도 있다. 그리고, NSIC(National Storage Industrial Consortium)와 UC Sandiego의 연구원 Zhang과 Bertram의 보고에 따르면, 비트 셀의 크기가 직경 80Å(=0.008㎛) 정도 되면, 자화도가 80% 이하로 떨어지는 시간이 33년에서 100초로 급격히 감소한다고 알려져 있다. 따라서, 현재의 자기 기록 매체(광자기 디스크를 포함)와 같은 수평(longitudial) 자기 기록 방식에 의해서는 100Gb/inch²을 이룩하기 위해서는 새로운 제조 기술이 필요하다고 보고하고 있다. 이를 극복하기 위한 한 방법으로 박막의 표면에 대하여 수직방향으로(Perpendicular) 자기를 기록하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 수직 자화 박막을 형성하는 것은 아직 실용화하기에는 많은 어려운 문제들이 산재하여 있다.As a representative physical method for increasing the storage capacity of such a magnetic disk, there is a method of increasing the number of storage information per unit area. To do this, the method of narrowing the track width to increase the number of tracks per unit length is most commonly used. Looking at the specification of the bit size in the sector that can be manufactured or thought to be manufactured by the micro-etching technology developed to date as shown in Figure 3 below. In the bit cell 55 of FIG. 3, the width of the bit (vertical length: width) is used in units of thousands of bits (kbpi), and the length of the bit (width: length) is used in units of the number of tracks per inch (tpi). It was. The technology currently commercialized is 20Gb / inch ² , and 40Gb / inch ² is being developed in the future. And, 100Gb / inch ² is considered to be the best range that can be reached due to the limitations of current technology (see Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200 (1999) 616-633, Journal of Mangnetism and Magnetic Materials 209 (2000) 1-). 5). There are several reasons for limiting the size of magnetized bit cells in this way. The representative example is the loss of information due to crosstalk of neighboring bit cells. Referring to Figure 4 in detail as follows. The bit cell 55 is magnetized to one of two states NS and SN in a predetermined direction by the head. However, when the interval between the bit cells is narrowed to increase the recording density, the magnetization state (i.e., the recording contents) may be deformed by interference with neighboring bit cells. For example, assume that the first bit cell 55a is magnetized to the NS state and the second bit cell 55b is magnetized to the SN state. In this state, when the interval between the two bit cells 55a and 55b becomes narrow, the magnetization state of the second bit cell 55b is changed to NS by mutual interference, or the magnetization state of the first bit cell 55a is changed. It will change to SN status. Therefore, the spacing between bit cells cannot be reduced to some extent. In addition, when the bit cell is small, the magnetization force stored in the bit cell may be too small to be reproduced by the head. And, according to reports from the National Storage Industrial Consortium (NSIC) and Zhang and Bertram researchers at UC Sandiego, when the size of a bit cell is about 80 μm (= 0.008 μm) in diameter, the magnetization drops to less than 80% in 33 years. It is known to decrease rapidly to 100 seconds. Therefore, it is reported that a new manufacturing technique is required to achieve 100 Gb / inch ² by the longitudial magnetic recording method such as the current magnetic recording medium (including a magneto-optical disk). As a way of overcoming this, a method of recording magnetism perpendicular to the surface of the thin film has been proposed. However, forming a vertical magnetized thin film has many difficult problems that are not practical yet.

또 다른 자기 기록 매체로서는, 반도체 메모리 분야인 RAM에 자성 물질을 응용한 마그네틱 램(MRAM)이 있다. 마그네틱 램은 전자적인 방식을 사용하여 처리 속도가 빠른 반도체 메모리의 장점을 이용하고, 자성체를 기억 비트 셀로 사용함으로써 비휘발성인 차세대 메모리 소자로 관심의 대상이 되고 있는 제품이다. 도 5는 마그네틱 램의 기본 구조를 나타내는 사시도이다. 마그네틱 램의 기본 원리는 자기 저항을 이용하는 것으로서, 제조 방법은 MR(Magnetic Resistance) 헤드와 유사하다. 아래 부분에 제1 방향으로 진행하는 워드 라인(61)들이 일정 간격을 두고 배열되어 있다. 각각의 워드 라인(61) 위에 일정 간격으로 마그네틱 비트 셀(55)들이 배열되어 있다. 그리고, 상기 비트 셀(55)의 상부에는 제2 방향으로 진행하는 비트 라인(63)들이 배열되어 있다. 즉, 워드 라인(61)과 비트 라인(63)들은 서로 직교하도록 배치되며, 워드 라인(61)과 비트 라인(63)이 교차하는 곳에 비트 셀(55)들이 끼워져 형성되어 있다. 여기에서 비트 셀(55)은 한쪽 면이 워드 라인(61)과 직접 맞닿은 제1 페리자성(Ferromagnetic) 층(71)과, 그 위에 터널링 장벽층(77) 그리고, 그 위에는 한쪽 면이 비트 라인(63)과 직접 맞닿은 제2 페리자성층(73)으로 이루어져 있다. 제1 페리자성층(71)은 워드 라인(61)에 흐르는 전류의 방향(워드 라인의 진행방향)과 평행한 방향으로 자화축을 갖고 있다. 제1 페리자성층(71)과 제2페리자성층(73)의 자화상태가 동일하면 비트 셀(55) 양단의 전류저항이 작으므로 "0" 값을 나타내고, 자화상태가 반대이면 비트 셀(55) 양단의 전류저항이 크므로 "1"값을 나타낸다. 따라서, 어느 워드 라인(61)에 전류를 흘려보내면, 그 워드 라인(61)에 나열된 각 비트 셀(55)들의 자화 상태에 따라 비트 라인(63)에는 전압이검출된다. 상기 전압 값으로 각 비트 셀(55)에 저장된 논리 값을 알아냄으로써, 재생 작업이 이루어진다. 재 기록시에는 특정 워드 라인(61)에 전류가 흐르는 상태에서 특정 비트 라인(63)에 전류를 흘려 보내면, 그 교차점에 있는 비트 셀(55)에서만 제2 페리자성층(73)의 자화 방향만 제1 페리자성층(71)과 반대 방향으로 설정된다. 이런 방법으로 "0"값과 "1"값을 기록할 수 있다.Another magnetic recording medium is a magnetic RAM (MRAM) in which magnetic materials are applied to RAM, which is a semiconductor memory field. Magnetic RAM is a product of interest as a next-generation nonvolatile memory device by utilizing the advantages of a semiconductor memory that has a high processing speed by using an electronic method and using a magnetic material as a memory bit cell. 5 is a perspective view showing the basic structure of the magnetic ram. The basic principle of magnetic ram is to use a magnetoresistance, which is similar to a magnetic resistance (MR) head. In the lower portion, word lines 61 traveling in the first direction are arranged at regular intervals. Magnetic bit cells 55 are arranged on each word line 61 at regular intervals. In addition, the bit lines 63 traveling in the second direction are arranged above the bit cell 55. That is, the word lines 61 and the bit lines 63 are arranged to be orthogonal to each other, and the bit cells 55 are formed where the word lines 61 and the bit lines 63 cross each other. The bit cell 55 may include a first ferromagnetic layer 71 having one side directly in contact with the word line 61, a tunneling barrier layer 77 thereon, and one side thereof having a bit line ( And a second ferromagnetic layer 73 in direct contact with the ferrite layer 63). The first ferromagnetic layer 71 has a magnetization axis in a direction parallel to the direction of the current flowing in the word line 61 (the advancing direction of the word line). If the magnetization states of the first ferromagnetic layer 71 and the second ferromagnetic layer 73 are the same, the current resistance at both ends of the bit cell 55 is small, indicating a value of "0". If the magnetization state is opposite, the bit cell 55 "1" is displayed because the current resistance at both ends is large. Therefore, when a current flows through a word line 61, a voltage is detected in the bit line 63 according to the magnetization state of each bit cell 55 listed in the word line 61. By recognizing the logic value stored in each bit cell 55 by the voltage value, a regeneration operation is performed. When rewriting, when current flows to a specific bit line 63 while current flows through a specific word line 61, only the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 73 is changed only at the bit cell 55 at the intersection thereof. 1 is set in the opposite direction to the ferrimagnetic layer 71. In this way, the values "0" and "1" can be recorded.

이러한 차세대 기억 소자로 각광을 받고 있는 마그네틱 램의 경우에서도, 앞에서 언급한 것과 같이 이웃하는 비트 셀 사이의 간섭에 의한 자화 반전 문제가 기억 소자의 집적도를 결정하는 중요 요인중 하나가 된다. 특히, 마그네틱 램의 경우에는 모든 비트 셀의 자화축이 동일하기 때문에 집적도를 높이기 위해서 비트 셀 간의 거리를 좁히는 것에 어려움이 많이 따르게 된다.In the case of the magnetic RAM, which has been spotlighted as such a next-generation memory device, the magnetization reversal problem caused by interference between neighboring bit cells, as mentioned above, is one of the important factors that determine the integration degree of the memory device. In particular, in the case of magnetic RAM, since the magnetization axes of all bit cells are the same, it is difficult to narrow the distance between the bit cells in order to increase the degree of integration.

본 출원인은 자기 기록 매체에 사용할 수 있는 자성체에 있어서, 자화 밀도를 향상 시키는 방법의 일환으로 자성체 박막을 형성함에 있어, 다층 박막을 형성하고, 이를 Ar⁺이온으로 이온선 혼합을 하여 준안정성 합금을 형성함으로써, 자화도(magnetization)를 향상 시키는 방법에 대하여 대한민국 특허청에 출원번호 10-1998-029830로 출원한 바 있다. 이 후에 본 출원인은 이에 대한 연구를 계속한 결과 상기 출원된 특허기술에 의하면, 자화도 향상뿐만이 아니라 자기응력 (Coercivity)도 향상되고, 자축에 변화가 있는 것을 발견하였다. 이에 본 출원인은자화 밀도를 증가시킬 수 있는 새로운 방법 및 그 방법에 의한 자성 박막을 제공하고자 한다.In the magnetic material that can be used for the magnetic recording medium, the present applicant forms a multilayer thin film as part of a method of improving the magnetization density, and forms a multilayer thin film and ion-ray mixed with Ar ⁺ ions to form a metastable alloy. By forming, a method for improving the magnetization (magnetization) has been filed with the Korean Patent Application No. 10-1998-029830. Subsequently, the present applicant continued the study and found that not only the magnetization is improved but also the Coercivity is improved and the magnetic axis is changed according to the patented patent application. Accordingly, the present applicant is to provide a new method and a magnetic thin film by the method that can increase the magnetization density.

일반적으로 자성 박막을 형성하게 되면, 자성 박막은 특정한 자축을 가지는 것이 아니라. 외부에서 가해지는 자화 방향에 따라서 자축이 변경된다. 현재의 기술로 자성 박막을 형성함에 있어서, 임의로 자화 용이축을 갖도록 형성하는 것이 무척 어렵다. 자화 용이축은 외부의 자기장에 따라 자화 축이 변경되는 것이 아니고, 어느 한 방향으로 자화 방향이 고정이 되있도록 하는 축을 말한다. 동일한 자성 박막을 형성하는데 있어서, 임의로 자화 용이축을 두개 이상 형성하는 것은 지금까지는 거의 불가능 한 것으로 알려져 있다.In general, when the magnetic thin film is formed, the magnetic thin film does not have a specific magnetic axis. The magnetic axis changes according to the magnetization direction applied from the outside. In forming the magnetic thin film with the current technology, it is very difficult to form the magnetic thin film arbitrarily. The easy magnetization axis refers to an axis in which the magnetization direction is fixed in one direction without changing the magnetization axis according to an external magnetic field. In forming the same magnetic thin film, it is known so far that it is almost impossible to form two or more easy magnetization axes arbitrarily.

본 발명의 목적은 고밀도 자기 기록을 위하여 이웃하는 자구의 자화 방향을 거의 선형적으로 독립적인 방향으로 이원화 시킴으로써, 이웃하는 자구가 서로에게 자기적 영향을 주지 않도록 구성된 자성체 박막을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 목적은 고밀도 자기 기록을 위하여 자성체 박막을 형성함에 있어서, 이웃하는 자구의 자화 방향을 거의 선형적으로 독립적인 방향으로 설정하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a magnetic thin film which is configured such that neighboring magnetic domains do not magnetically influence each other by dualizing the magnetization directions of neighboring magnetic domains in a nearly linear independent direction for high-density magnetic recording. It is also an object of the present invention to provide a method for setting the magnetization direction of neighboring magnetic domains in a substantially linear independent direction in forming a magnetic thin film for high density magnetic recording.

도 1은 일반적인 원반형 자기 기록 매체의 구조를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the structure of a general disc-shaped magnetic recording medium.

도 2는 일반적인 원반형 자기 기록 매체의 자기 디스크의 정보 수록 구조를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing an information recording structure of a magnetic disk of a general disc-shaped magnetic recording medium.

도 3은 종래의 기술에 의하여 설계된 비트 셀의 크기를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating the size of a bit cell designed by the prior art.

도 4는 종래의 기술에 의하여 자기 기록 매체에서 비트 셀이 한계치 이상 접근하였을 때 일어나는 자화 역전 현상을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a magnetization reversal phenomenon occurring when a bit cell approaches a threshold value in a magnetic recording medium according to a conventional technique.

도 5는 종래의 기술에 의하여 형성된 마그네틱 램의 구조를 나타내는 도면이다.5 is a view showing the structure of a magnetic ram formed by a conventional technique.

도 6은 본 발명에 의하여 다층 박막을 형성하여 이온선 혼합법으로 다중 자화 용이축을 갖는 자성 박막을 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a view showing a method of forming a magnetic thin film having multiple easy magnetization axes by ion beam mixing by forming a multilayer thin film according to the present invention.

도 7은본 발명에 의하여 자성 박막에서 이온선 혼합법으로 다중 자화 용이축을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.7 is a view showing a method for forming a multi-axis easy axis by the ion beam mixing method in a magnetic thin film according to the present invention.

도 8은8 is

도 9는9 is

도 10은 본 발명에 의하여 단일축 방향으로 나열된 비트 셀을 갖는 자기 기록 매체에 사용될 다중 자화 용이축을 갖는 자성 박막을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.10 is a diagram showing a method of forming a magnetic thin film having multiple easy magnetization axes to be used for a magnetic recording medium having bit cells arranged in a single axis direction according to the present invention.

도 11은 본 발명에 의하여 장방형태로 나열된 비트 셀을 갖는 자기 기록 장치(마그네틱 램)에 사용되는 다중 자화 용이축을 갖는 자성 박막의 형태를 나타내는 도면이다.Fig. 11 is a diagram showing the form of a magnetic thin film having multiple axes of easy magnetization used in a magnetic recording device (magnetic RAM) having bit cells arranged in a rectangular shape according to the present invention.

도 12은 본 발명에 의하여 원반형 자기 기록 매체에서 다중 자화 용이축을 갖는 자성 박막을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.12 is a view showing a method of forming a magnetic thin film having multiple axes of easy magnetization in a disc shaped magnetic recording medium according to the present invention.

* 도면 부호에 대한 상세한 설명 *Detailed description of the reference numbers

1 : 자기 디스크 3 : 자기 헤드1: magnetic disk 3: magnetic head

5 : 헤드 암(Arm) 7 : (스핀들)중심 축5: Head arm 7: (spindle) center axis

9 : 구동부 21 : 데이터 존(Data Zone)9 driving unit 21 data zone

31 : 파킹 존(Parking Zone) 41 : 트랙(Track)31: Parking Zone 41: Track

51 : 섹터(Sector) 53 : 섹터 구분선51: sector 53: sector divider

55 : 비트 셀 55a : 제1 비트 셀55: bit cell 55a: first bit cell

55b : 제2 비트 셀 61 : 워드 라인55b: second bit cell 61: word line

63 : 비트 라인 71 : 제1 페리자성층63: bit line 71: first ferrimagnetic layer

73 : 제2 페리자성층 75 : 터널링 장벽층73: second ferrimagnetic layer 75: tunneling barrier layer

101 : 기판 111 : 다층 기판101: substrate 111: multilayer substrate

111a : 제1 박막 111b : 제2 박막111a: first thin film 111b: second thin film

113a : 제1 마스크 113b : 제2 마스크113a: first mask 113b: second mask

115 : 이온선 121a : 제1 자성 박막115: ion beam 121a: first magnetic thin film

121b : 제2 자성 박막121b: a second magnetic thin film

종래 기술의 문제점 및 물리적인 한계 상황을 극복하고, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 제1 자화 용이축을 갖는 제1 자성 영역과, 제2 자화 용이축을 가지며 상기 제1 자성 영역에 이웃하는 제2 자성 영역을 포함하는 것을 특징으로하는 자성 박막을 제공한다. 또한 본 발명은 기판 위에 강자성체를 포함하는 자성 박막을 형성하는 단계와, 상기 자성 박막의 제1 영역에 이온을 주입하여 제1 자화 용이축을 갖는 제1 자성 영역을 형성하는 단계와, 그리고, 상기 자성 박막에 소정의 자기장을 걸어준 후 상기 제1 영역의 이웃하는 제2 영역에 이온을 주입하여 제2 자화 용이축을 갖는 제2 자성 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 박막 제조 방법을 제공한다.In order to overcome the problems and physical limitations of the prior art, and to achieve the above object, the present invention provides a first magnetic region having a first easy magnetization axis and a second magnetic axis having a second easy magnetization axis and adjacent to the first magnetic area. Provided is a magnetic thin film comprising two magnetic regions. In another aspect, the present invention is to form a magnetic thin film including a ferromagnetic material on a substrate, to form a first magnetic region having a first axis of easy magnetization by implanting ions into the first region of the magnetic thin film, and the magnetic Forming a second magnetic region having a second easy axis by injecting ions into a neighboring second region of the first region after applying a predetermined magnetic field to the thin film. to provide.

본 발명의 기본 개념에 대하여 본 출원인이 구체적으로 실험한 몇 가지 실예를 들어 설명하도록 한다. 도 6는 본 발명에 대하여 첫번째 실험에 관련된 도면으로서, Co와 Pt를 교대로 다층 박막을 형성한 후 이온선 혼합법으로 다중 자화 용이축을 갖는 준 안정성 합금을 만드는 방법에 대한 도면이다.With respect to the basic concept of the present invention will be described by some examples of the applicant specifically tested. 6 is a view related to the first experiment with respect to the present invention, a method of making a semi-stable alloy having a multi-axis easy axis by ion beam mixing method after forming a multilayer thin film of Co and Pt alternately.

기판(101) 위에 Co나 Fe를 포함하는 강자성 물질로 35Å의 두께를 갖는 제1 박막(111a)을 그리고, Pt, Cr, 혹은 Au를 포함하는 내부식성이 강한 물질로 45Å의 두께를 갖는 제2 박막(111b)을 교대로 각각 8층씩 도합 16층을 적층하여 640Å의 두께를 갖는 다층 박막(111)을 형성한다(도 6a).On the substrate 101, a first thin film 111a having a thickness of 35 GPa is formed of a ferromagnetic material containing Co or Fe, and a second corrosion having a thickness of 45 GPa is formed of a highly corrosion resistant material including Pt, Cr, or Au. The thin film 111b is alternately laminated with a total of 16 layers of eight layers each to form a multilayer thin film 111 having a thickness of 640 kPa (FIG. 6A).

상기 다층 박막(111)을 두 개의 영역으로 나누어 제1 영역을 개방하고, 제2 영역을 차단하도록 고안된 패턴된 제1 포토레지스트 마스크층이나 제1 스텐실 마스크(113a)를 사용하여 상기 다층 박막(111)의 일 부분을 가리고, 상기 다층 박막(111)의 표면에 거의 수직 방향으로 Ar⁺을 포함하는 이온을 약 80kev 로 가속한 이온선(115)을 주입하여 상기 다층 박막(111)을 CoPt, FePt 혹은 FeAu로 이루어진제1 준안정성 합금박막(121a)으로 만든다(도 6b).The multilayer thin film 111 may be divided into two regions to open the first region and to block the second region by using the patterned first photoresist mask layer or the first stencil mask 113a. ), And the ion thin film 115 is accelerated to about 80 kev by ions containing Ar ⁺ in a direction substantially perpendicular to the surface of the multilayer thin film 111. The multilayer thin film 111 is coated with CoPt and FePt. Or a first metastable alloy thin film 121a made of FeAu (FIG. 6B).

이 상태에서 상기 박막을 자석(117) 사이에 위치시켜 상기 박막에 소정의 자기장을 걸어준다. 여기에서는 박막의 표면에 대하여 수직 방향으로 자기장을 걸어주었다. 그리고, 이전과는 반대로 제2 영역을 개방하고, 제1 영역을 차단하도록 고안된 패턴된 제2 포토레지스트 마스크층이나 제2 스텐실 마스크(113b)를 사용하여 상기 제1 준안정성 합금박막(121a) 이외의 부분에 남아 있는 다층 박막(111)에 Ar⁺을 포함하는 이온을 약 80kev 로 가속한 이온선(117)을 주입하여 CoPt, FePt 혹은 FeAu로 이루어진 제2 준안정성 합금박막(121b)으로 만든다(도 6c).In this state, the thin film is placed between the magnets 117 to apply a predetermined magnetic field to the thin film. In this case, the magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of the thin film. In addition, the pattern of the second photoresist mask layer or the second stencil mask 113b, which is designed to open the second region and block the first region, in contrast to the former, except for the first metastable alloy thin film 121a. the part remaining ion containing Ar ⁺ in the multi-layered thin film 111 in the injection of the ion beam 117 is accelerated to about 80kev made of CoPt, FePt or second metastable alloy thin film (121b) made of a FeAu ( 6c).

도 7은 본 발명에 대한 두번째 실험에 관련된 도면으로서, CoPt 나 FePt 합금으로 직접 박막을 형성한 후에 이온선 주입을 하여 다중 자화축을 갖는 자성체 박막을 제조하는 방법을 나타낸다.FIG. 7 is a view related to a second experiment of the present invention, and shows a method of manufacturing a magnetic thin film having multiple magnetization axes by ion beam implantation after directly forming a thin film from CoPt or FePt alloy.

기판(101) 위에 CoPt 혹은 FePt 합금을 포함하는 강자성체 물질을 증착하여 약 600Å의 두께를 갖는 자성체 박막(131)을 형성한다(도 7a).A ferromagnetic material containing CoPt or FePt alloy is deposited on the substrate 101 to form a magnetic thin film 131 having a thickness of about 600 GPa (FIG. 7A).

상기 자성체 박막(131)을 두 개의 영역으로 나누어 제1 영역을 개방하고, 제2 영역을 차단하도록 고안된 패턴된 제1 포토레지스트 마스크층이나 제1 스텐실 마스크(113a)를 사용하여 상기 자성체 박막(131) 표면에 거의 수직 방향으로 Ar⁺을 포함하는 이온을 약 80kev 로 가속한 이온선(115)을 주입한다. 그 결과 제1 영역에는 제1 자성체 박막(131a)이 형성된다(도 7b).The magnetic thin film 131 using the patterned first photoresist mask layer or the first stencil mask 113a designed to divide the magnetic thin film 131 into two regions to open the first region and block the second region. Inject the ion beam 115 which accelerates the ion containing Ar ⁺ to about 80 kev in a direction substantially perpendicular to the surface. As a result, the first magnetic thin film 131a is formed in the first region (FIG. 7B).

이 상태에서 상기 자성체 박막(131)을 자석(117) 사이에 위치시켜 상기 박막에 소정의 자기장을 걸어준다. 여기에서는 자성체 박막(131)의 표면에 대하여 수직 방향으로 자기장을 걸어주었다. 그리고, 이전과는 반대로 제2 영역을 개방하고, 제1 영역을 차단하도록 고안된 패턴된 제2 포토레지스트 마스크층이나 제2 스텐실 마스크(113b)를 사용하여 Ar⁺을 포함하는 이온을 약 80kev 로 가속한 이온선(115)을 주입한다. 그 결과 제2 영역에는 제2 자성체 박막(131b)이 형성된다(도 7c).In this state, the magnetic thin film 131 is positioned between the magnets 117 to apply a predetermined magnetic field to the thin film. In this case, a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of the magnetic thin film 131. In contrast, the patterned second photoresist mask layer or the second stencil mask 113b designed to open the second region and block the first region, as opposed to the above, accelerates the ions containing Ar ⁺ to about 80 kev. One ion beam 115 is injected. As a result, a second magnetic thin film 131b is formed in the second region (FIG. 7C).

도 8은 본 발명의 방법으로 형성한 자성 박막에서 새로이 형성된 자화 용이축의 방향을 나타내는 도면이다. 도 8a는 본 발명에서 기판 위에 자성 박막을 형성하고 소정의 방향으로 기준 자화축을 설정하고 난 후에, 이온선을 주입하여 형성된 자화 용이축의 방향을 나타내고 있다. 하얀색 사각형으로 나타난 그래프는 기준 자화축의 방향을 나타내고 있고, 검은색 삼각형으로 나타난 그래프는 이온선을 주입하여 형성된 자화 용이축의 방향을 나타내고 있다. 여기에서, 기준 자화축에 대하여 시계 방향으로 약 40° 회전한 것을 알 수 있다. 도 8b는 기준 자화축에 대하여 자장을 걸어주고 이온을 주입한 경우에 형성된 자화 용이축을 나타내고 있다. 하얀색 사각형으로 나타난 그래프는 기준 자화축의 방향을, 검은색 원으로 나타난 그래프는 자기장 내에서 이온선을 주입하여 형성된 자화 용이축의 방향을 나타낸다. 여기에서, 기준 자화축에 대하여 반 시계 방향으로 약 25° 정도 회전한 것을 알 수 있다. 결국, 제1 영역에 형성된 자화 용이축과 제2 영역에 형성된 자화 용이축은 서로 약 64° 정도의 각도로 비틀어져 있음을 알 수 있다. 도 8c에서 하얀색 삼각형으로 이온선을 주입한 영역의 자화 용이축을 검은색 원으로 자기장 내에서 이온선을 주입한 영역의 자화 용이축을 비교하고 있다. 그리고, 도 9는 본 발명에 의하여 자성 박막을 형성 한 후,오른쪽 부분(제1 영역)은 이온선을 주입하고, 왼쪽 부분(제2 영역)은 자기장을 걸어준 상태에서 이온을 주입하여 형성된 자구의 MFM 영상 사진을 나타낸다. 화살표 방향이 각각의 영역에서 형성된 자화 용이축의 방향을 나타낸다. 화살표의 머리는 N-S 혹은 S-N 중 선택되는 어느 한 자화 상태를 나타낸다.8 is a view showing the direction of the newly formed magnetization easy axis in the magnetic thin film formed by the method of the present invention. FIG. 8A illustrates the direction of the easy magnetization axis formed by implanting ion beams after forming a magnetic thin film on a substrate and setting a reference magnetization axis in a predetermined direction. The graph represented by the white square shows the direction of the reference magnetization axis, and the graph represented by the black triangle shows the direction of the easy magnetization axis formed by implanting ion beams. Here, it can be seen that the rotation is about 40 ° clockwise with respect to the reference magnetization axis. 8B shows an easy magnetization axis formed when the magnetic field is applied to the reference magnetization axis and ions are implanted. The graph represented by the white square shows the direction of the reference magnetization axis, and the graph represented by the black circle shows the direction of the easy magnetization axis formed by injecting ion rays in the magnetic field. Here, it can be seen that about 25 ° rotated counterclockwise with respect to the reference magnetization axis. As a result, it can be seen that the easy magnetization axis formed in the first region and the easy magnetization axis formed in the second region are twisted at an angle of about 64 ° with each other. In FIG. 8C, the easy magnetization axis of the region where the ion beam is injected into the white triangle is compared with the easy axis of magnetization of the region where the ion beam is injected into the magnetic field with the black circle. And, after forming the magnetic thin film according to the present invention, Figure 9 is a magnetic domain formed by implanting ions in the right portion (first region) and ion implantation in the state of applying a magnetic field to the left portion (second region) Represents an MFM image picture. The arrow direction indicates the direction of the easy magnetization axis formed in each area. The head of the arrow indicates the magnetization state selected from N-S or S-N.

결국, 본 발명에 의해 제조된 자성체 박막은 정보를 저장하는 최소 영역 즉, 비트 셀(혹은 자구)을 나타내는 구역을 사이에 띄개(space) 없이 서로 이웃하는 제1 영역과 제2 영역으로 구분짓게된다. 그리고, 제1 영역과 제2 영역의 자화 용이축은 서로 64°의 각도를 갖고 다른 방향으로 정렬된다. 이 경우에 제1 영역과 제2 영역의 자화력이 서로에게 끼치는 영향력은 cos64°= 0.438371에 비례하여, 약 60% 정도가 없어지게 된다. 따라서, 이론적으로만 보더라도, 제1 영역과 제2 영역을 구분하는 기록보호 영역이 없더라도, 이웃하는 비트 셀에 의한 영향을 거의 무시할 수 있게된다. CoPt의 경우에 자화 용이축의 사이가 64°정도 이루게 되는 것은 CoPt의 결정 구조가 육각형 구조를 갖고 있음에 기인한 것으로 추측된다. 만일에 FeAu와 같이 육면체 격자구조를 갖는 합금박막을 사용할 경우 제1 영역과 제2 영역의 자화 용이축의 사이각이 거의 90°에 가깝게 형성될 것으로 예측된다. 이럴 경우에는 제1 영역과 제2 영역의 상호 간섭은 이론적으로 완전히 없게 된다(cos90°= 0).As a result, the magnetic thin film manufactured by the present invention divides the minimum region for storing information, that is, the region representing the bit cell (or magnetic domain) into the first region and the second region neighboring each other without a space therebetween. . And, the easy axes of magnetization of the first region and the second region are aligned in different directions at an angle of 64 ° to each other. In this case, the influence of the magnetization forces of the first region and the second region on each other is reduced by about 60% in proportion to cos64 ° = 0.438371. Therefore, even if theoretically seen, even if there is no record protection area for distinguishing the first area from the second area, the influence by neighboring bit cells can be almost ignored. In the case of CoPt, the reason that the easy magnetization axis is about 64 ° is assumed to be due to the hexagonal structure of the crystal structure of CoPt. If an alloy thin film having a hexahedral lattice structure, such as FeAu, is used, the angle between the easy axis of magnetization of the first region and the second region is expected to be formed to almost 90 °. In this case, the mutual interference between the first region and the second region is theoretically completely absent (cos90 ° = 0).

이와 같은 본 발명의 개념을 실제로 하드 디스크, 광자 기디스크, 자기 테이프, 마그네틱 램과 같은 여러가지 형태의 자기 기록 매체에 적용하는 구제척인 실시 예를 들어 본 발명에 대하여 자세히 설명하도록 한다.The present invention will be described in detail with reference to an embodiment, which is a remedy that applies the concept of the present invention to various types of magnetic recording media such as a hard disk, a magneto-optical disk, a magnetic tape, and a magnetic RAM.

실시 예 1Example 1

본 실시 예에서는 자기 테이프, 카드 형태 혹은, 자기 디스크에서는 단일 섹터와 같이 일차원 공간을 이루는 형태의 자기 기록 매체나, 마그네틱 램과 같이 장방형 매트릭스 구조를 갖는 자기 기록 소자에 본 발명의 개념을 도입한 예를 설명한다. 도 10은 기록 매체가 제1 축으로 형성되고, 형성된 방향으로 선형 운동을 통하여 정보를 기록 재생하는 일차원적인 자기 기록 장치에 적용하는 경우를 나타내는 도면이다.In the present embodiment, the concept of the present invention is introduced into a magnetic recording medium in the form of a magnetic tape, a card, or a magnetic disk in a one-dimensional space such as a single sector, or a magnetic recording element having a rectangular matrix structure such as a magnetic RAM. Explain. FIG. 10 is a diagram showing a case where the recording medium is formed on the first axis and applied to a one-dimensional magnetic recording apparatus for recording and reproducing information through a linear motion in the formed direction.

기판(201) 위에 CoPt나 FePt, CoCrPt, 를 포함하는 강자성체 물질을 증착하여 띠 혹은 테이프 형태의 자성 박막(231)을 형성한다. 이 때에, 자성 박막(231)은 모든 방향으로 자축이 형성될 수 있는 상태가 된다. 따라서, 기준 자화축을 정의 하기 위해 소정의 각도록 정렬된 헤드를 사용하여 일정 방향으로 자화축을 설정하여 놓는 것이 바람직하다(도 10a).A ferromagnetic material including CoPt, FePt, CoCrPt, or the like is deposited on the substrate 201 to form a magnetic thin film 231 in the form of a strip or tape. At this time, the magnetic thin film 231 is in a state in which magnetic axes can be formed in all directions. Therefore, in order to define the reference magnetization axis, it is preferable to set the magnetization axis in a predetermined direction using a head aligned to a predetermined angle (Fig. 10A).

상기 자성 박막(231)을 서로 이웃하며 교대로 배열된 제1 영역과 제2 영역으로 구획을 정의한다. 이온선이 투과할 수 없고, 상기 자성 박막(231)의 제2 영역을 차단하도록 고안된 패턴된 제1 포토레지스트 마스크층(213a)이나 제1 스텐실 마스크를 사용하여 Ar⁺이온선(215)을 주입한다. 그러면, 상기 자성 박막(231)의 제1 영역에는 제1 방향으로 자화 용이축을 갖는 제1 자성 박막(231a)이 형성된다. 이 때 제1 방향의 자화 용이축은 이온 주입하기 이전의 프리 포맷에 의한 자화축 설정 상태에서 시계방향으로 약 24°회전된 상태로 정렬된다(도 10b).The magnetic thin film 231 is defined as a first region and a second region alternately arranged next to each other. Inject the Ar ⁺ ion beam 215 using a patterned first photoresist mask layer 213a or a first stencil mask designed to block the second region of the magnetic thin film 231, which cannot penetrate the ion beam. do. Then, a first magnetic thin film 231a having an easy magnetization axis in a first direction is formed in the first region of the magnetic thin film 231. At this time, the easy axis of magnetization in the first direction is aligned in a state of rotating about 24 ° clockwise from the magnet axis setting state by the free format before ion implantation (FIG. 10B).

이 상태에서 상기 자성체 박막(231)을 자석(217) 사이에 위치시켜 소정의 자기장을 걸어준다. 여기에서는 자성체 박막(231)의 표면에 대하여 수직 방향으로 자기장(251)을 걸어주었다. 그리고, 이전과는 반대로 제2 영역을 개방하고, 제1 영역을 차단하도록 고안된 패턴된 제2 포토레지스트 마스크층(213b)이나 제2 스텐실 마스크를 사용하여 Ar⁺을 포함하는 이온을 약 80kev 로 가속한 이온선(215)을 주입한다. 그 결과 제2 영역에는 제2 자성체 박막(231b)이 형성된다. 이 때 제2 방향의 자화 용이축은 이온을 주입하기 이전의 프리 포맷에 의한 자화축 설정 상태에서 반 시계방향으로 약 40°회전된 상태로 정렬된다(도 10c).In this state, the magnetic thin film 231 is placed between the magnets 217 to apply a predetermined magnetic field. In this case, the magnetic field 251 is applied in a direction perpendicular to the surface of the magnetic thin film 231. In contrast, the patterned second photoresist mask layer 213b or the second stencil mask designed to open the second region and block the first region, as opposed to the above, accelerates the ions containing Ar ⁺ to about 80 kev. One ion beam 215 is injected. As a result, a second magnetic thin film 231b is formed in the second region. At this time, the easy axis of magnetization in the second direction is aligned in a state of rotating about 40 ° counterclockwise from the magnet axis setting state by the pre-format before implanting ions (FIG. 10C).

본 실시 예에서는 1축 방향만을 고려하여 설명하였으나, 마그네틱 램과 같이 장방형을 이루는 2개의 축 방향으로 비트 셀이 배열되는 2차원적인 구조에 적용하는 경우는 다음과 같이 생각할 수 있다. 도 11은 마그네틱 램에 본 발명의 개념의 적용한 경우를 나타낸 도면이다.In the present embodiment, only one axis direction has been considered. However, when applied to a two-dimensional structure in which bit cells are arranged in two rectangular axial directions such as magnetic RAM, it can be considered as follows. 11 is a view showing a case where the concept of the present invention is applied to a magnetic RAM.

기판(도시하지 않음) 위에 알루미늄, 크롬과 같은 금속물질을 이용하여 제1 방향으로 진행하는 제1 라인(361a, 361b)들을 일정 간격을 두고 배열한다. 그리고,Fe, Co, Al, Ni 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 페리자성 물질을 증착하여 상기 제1 라인(361a, 361b)들 위에 제1 페리자성층(371)을 형성한다(도 11a).On the substrate (not shown), first lines 361a and 361b traveling in the first direction are arranged at a predetermined interval using a metal material such as aluminum and chromium. In addition, a ferrimagnetic material including at least one selected from Fe, Co, Al, and Ni is deposited to form a first ferromagnetic layer 371 on the first lines 361a and 361b (FIG. 11A).

상기 제1 페리자성층(371)을 상기 제1 라인(361a, 361b)의 배열과 일치하게 격자형으로 구획하고, 서로 대각선 방향으로 이웃하는 구획을 같은 구획으로 하도록 제1 영역과 제2 영역으로 구분한다. 상기 제1 영역을 개방하고, 상기 제2 영역을 가린 상태에서, 이온선(315)을 주입하여 제1 영역의 제1 페리자성층(371)을 제1 라인(361a, 361b)과 평행한 방향으로 자화 용이축을 갖도록 형성한다(도 11b).The first ferromagnetic layer 371 is partitioned into a lattice in accordance with the arrangement of the first lines 361a and 361b, and divided into a first region and a second region so that the neighboring sections in the diagonal direction are the same partition. do. The first ferromagnetic layer 371 of the first region is injected in a direction parallel to the first lines 361a and 361b by opening an ion beam 315 while opening the first region and covering the second region. It is formed to have an easy axis of magnetization (FIG. 11B).

상기 제1 페리자성층(371)을 포함하는 기판에 소정의 자기장을 부가한다. 그리고, 상기 제1 영역을 가리고, 제2 영역을 개방한 상태에서 이온선(315)을 주입하여 상기 제1 라인(361a,361b)과 직교하는 방향으로 자화 용이축을 갖도록 형성한다(도 11c).A predetermined magnetic field is added to the substrate including the first ferromagnetic layer 371. Then, the first region is covered and the ion beam 315 is injected while the second region is opened to form an easy magnetization axis in a direction orthogonal to the first lines 361a and 361b (FIG. 11C).

상기 제1 페리자성층(371) 위에 자기 절연물질을 이용하여 터널링 장벽층(375)을 형성한다. 그리고, 상기 터널링 장벽층(375) 위에 제1 페리자성층(371)과 동일한 물질을 증착하여 제2 페리자성층(373)을 형성한다. 또한, 제1 페리자성층(371)과 마찬가지 방법으로 제1 영역에는 제1 라인(361a, 361b)과 평행한 방향으로 자화 용이축을 갖고, 제2 영역에는 제1 라인(361a, 361b)과 직교하는 방향으로 자화 용이축을 갖도록 형성한다(도 11d).A tunneling barrier layer 375 is formed on the first ferromagnetic layer 371 by using a magnetic insulating material. A second ferromagnetic layer 373 is formed on the tunneling barrier layer 375 by depositing the same material as the first ferromagnetic layer 371. In the same manner as the first ferromagnetic layer 371, the first region has an easy magnetization axis in a direction parallel to the first lines 361a and 361b, and the second region is perpendicular to the first lines 361a and 361b. It is formed to have an easy magnetization axis in the direction (FIG. 11D).

상기 제2 페리자성층(373) 위에 금속을 증착하고 패턴하여 상기 워드 라인(361)과 직교하는 제2 라인(363a, 363b)들을 배열한다. 도 11d에 나타난 것과 같이, 제1 영역과 제2 영역의 비트 셀들은 서로 직교하는 방향으로 자화 용이축이형성되어 있다. 따라서, 이웃하는 비트 셀 사이에 간섭이 발생하지 않으므로, 비트 셀들을 따로 떼어 놓지 않더라도 안전하게 정보를 저장 할 수 있다. 다만, 상기 제1 라인 중에서 제1 영역의 비트 셀의 자화 방향과 평행한 라인들은 워드 라인(361a)으로 사용하며, 이것은 제2 영역의 비트 셀에 대하여는 비트 라인(361b)으로 사용한다. 그리고, 상기 제2 라인 중에서 제1 영역의 비트 셀의 자화 방향과 직교하는 라인들은 비트 라인(363a)으로 사용하며, 이것은 제2 영역의 비트 셀에 대하여는 워드 라인(363b)으로 사용한다(도 11e).A metal is deposited and patterned on the second ferromagnetic layer 373 to arrange the second lines 363a and 363b orthogonal to the word line 361. As illustrated in FIG. 11D, the bit cells of the first region and the second region have an easy magnetization axis in a direction orthogonal to each other. Therefore, since interference does not occur between neighboring bit cells, information can be safely stored even if the bit cells are not separated. However, the lines parallel to the magnetization direction of the bit cell of the first region of the first line are used as the word line 361a, which is used as the bit line 361b for the bit cell of the second region. Of the second lines, lines perpendicular to the magnetization direction of the bit cells of the first region are used as the bit lines 363a, which are used as word lines 363b for the bit cells of the second region (Fig. 11E). ).

실시 예 2Example 2

본 실시 예에서는 정방형 기록 장치가 아닌 원반형의 자기기록 매체에 적용할 경우를 설명한다. 특히, 현재 사용중인 하드 디스크나, 광자기 디스크의 경우에 적용하는 경우를 설명하도록 한다.This embodiment describes a case where the present invention is applied to a disc-shaped magnetic recording medium instead of a square recording device. In particular, the case where the present invention is applied to a hard disk or a magneto-optical disk in use will be described.

원반형 기판(401) 위에 CoPt나 FePt, CoCrPt, 를 포함하는 강자성체 물질을 증착하여 자성 박막(431)을 형성한다. 이 때에, 자성 박막(431)은 모든 방향으로 자축이 형성될 수 있는 상태가 된다. 따라서, 기준 자화축을 정의 하기 위해 기존과 동일한 구조를 갖는 헤드로 프리 포맷을 하여, 각 비트 셀들을 일정 방향의 자화축으로 설정하여 놓는 것이 바람직하다. 주의 할 것은 본 실시 예에서는 트랙과 트랙 사이를 구분짓지 않기 때문에 트랙 사이의 구분 없이 모든 기록 영역을 프리 포맷하여야 한다. 원반형의 경우 도면과 같이 원반의 중심축을 기준으로 방사형으로 비트 셀의 자화 방향이 설정된다(도 12a).A magnetic thin film 431 is formed by depositing a ferromagnetic material including CoPt, FePt, CoCrPt, on the disc-shaped substrate 401. At this time, the magnetic thin film 431 is in a state in which magnetic axes can be formed in all directions. Accordingly, in order to define the reference magnetization axis, it is preferable to preformat the head having the same structure as the conventional structure and to set each bit cell as a magnetization axis in a predetermined direction. It should be noted that in this embodiment, since no distinction is made between tracks and tracks, all recording areas must be preformatted without any distinction between tracks. In the case of a disc shape, the magnetization direction of the bit cell is radially set based on the center axis of the disc (Fig. 12A).

상기 자성 박막(431)에서 종래의 기술에서 사용하던 트랙을 제1 영역으로 그리고, 트랙과 트랙 사이를 구분 짓던 부분을 제2 영역으로 정의한다. 이온선이 투과할 수 없고, 상기 자성 박막(431)의 제2 영역을 차단하도록 고안된 패턴된 제1 포토레지스트 마스크층(413b)이나 제1 스텐실 마스크를 사용하여 Ar⁺이온선(415)을 주입한다. 그러면, 상기 자성 박막(431)의 제1 영역에는 제1 방향으로 자화 용이축을 갖는 제1 자성 박막(431a)이 형성된다. 이 때 제1 방향의 자화 용이축은 이온 주입하기 이전의 프리 포맷에 의한 자화축 설정 상태에서 시계방향으로 약 40°회전된 상태로 정렬된다(도 12b).In the magnetic thin film 431, a track used in the related art is defined as a first region, and a portion that separates the track from the track is defined as a second region. Ar ⁺ ion beam 415 is implanted using a patterned first photoresist mask layer 413b or a first stencil mask designed to block the second region of the magnetic thin film 431, which cannot penetrate the ion beam. do. Then, a first magnetic thin film 431a having an easy magnetization axis in a first direction is formed in the first region of the magnetic thin film 431. At this time, the easy axis of magnetization in the first direction is aligned in a state of rotating about 40 ° clockwise from the magnet axis setting by the pre-format before ion implantation (Fig. 12B).

이 상태에서 상기 원반형 자성체 박막(431)을 자석(417) 사이에 위치시켜 소정의 자기장을 걸어준다. 여기에서는 자성체 박막(431)의 표면에 대하여 수직 방향으로 자기장을 걸어주었다. 그리고, 이전과는 반대로 제2 영역을 개방하고, 제1 영역을 차단하도록 고안된 패턴된 제2 포토레지스트 마스크층(413b)이나 제2 스텐실 마스크를 사용하여 Ar⁺을 포함하는 이온을 약 80kev 로 가속한 이온선(415)을 주입한다. 그 결과 제2 영역에는 제2 자성체 박막(431b)이 형성된다. 이 때 제2 방향의 자화 용이축은 이온을 주입하기 이전의 프리 포맷에 의한 자화축 설정 상태에서 반 시계방향으로 약 24°회전된 상태로 정렬된다(도 12c).In this state, the disk-shaped magnetic thin film 431 is placed between the magnets 417 to apply a predetermined magnetic field. In this case, a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of the magnetic thin film 431. And vice versa, using the patterned second photoresist mask layer 413b or the second stencil mask designed to open the second region and block the first region, as opposed to the previous, to accelerate the ions containing Ar ⁺ to about 80 kev. One ion beam 415 is injected. As a result, a second magnetic thin film 431b is formed in the second region. At this time, the easy axis of magnetization in the second direction is aligned in a state of rotating about 24 ° counterclockwise from the magnet axis setting state by the pre-format before implanting ions (FIG. 12C).

본 발명은 평면상에 수평방향으로 형성된 자성 박막을 이용하는 자성 기록소자에 관련된 것이다. 본 발명은 동일한 평면 상에서 상기 평면을 이루는 서로 독립된 두 개의 축을 따라서 자화 용이축을 형성하는 방법을 제공한다. 또한, 동일한 평면 상에서 평면을 이루는 서로 독립된 두 개의 축을 따라 형성된 두 개의 독립된 자화 용이축을 갖는 자성 박막을 제공한다. 따라서, 서로 이웃하는 자기 비트 셀 사이에 자화력의 상호 간섭을 최소한으로 줄일 수 있다. 본 발명에 의하면, 자성을 이용한 기록 매체를 제조하는데 있어서, 물리적으로 최대의 집적도를 보장한다. 또한, 자기 기록 매체의 집적도를 높이기 위한 방법을 연구하는데 있어서, 더욱 편리하고, 저렴하게 집적도를 높이는 방법을 제공한다. 예를 들어, 현재 단위 면적당 20Gb의 집적도를 갖고 있으며, 단위 면적당 40Gb의 집적도를 실현하고자 한다고 가정하자. 그렇다면, 현재의 기술로 단위 면적당 40Gb을 실현하기 위해서는, 더욱 세밀한 식각 기술의 개발은 물론이거니와 엄청난 비용과 시간이 필요할 것이다. 그러나, 본 기술을 적용한다면, 현재 사용하고 있지 않는 트랙과 트랙 사이를 사용할 수 있기 때문에 현재의 기술에 바로 적용한다면, 쉽게 단위 면적당 40Gb/을 구현할 수 있다. 더 나아가, 단일 섹터 내의 밀도도 2배로 늘일 수 있기 때문에 단위 면적당 80Gb/도 별다른 기술적 발전이 없더라도 쉽게 이룩할 수 있다. 즉, 본 발명은 자기 기록 매체에 관련된 종래의 기술에 비해 2배 혹은 4배의 집적도를 향상하는 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a magnetic recording element using a magnetic thin film formed in a horizontal direction on a plane. The present invention provides a method of forming an easy magnetization axis along two independent axes constituting the plane on the same plane. In addition, the present invention provides a magnetic thin film having two independent magnetization easy axes formed along two independent axes forming a plane on the same plane. Therefore, mutual interference of magnetization forces between neighboring magnetic bit cells can be reduced to a minimum. According to the present invention, in manufacturing a recording medium using magnetism, it is possible to physically guarantee the maximum degree of integration. Further, in studying a method for increasing the degree of integration of a magnetic recording medium, a method of increasing the degree of integration more conveniently and inexpensively is provided. For example, suppose you have a current density of 20 Gb per unit area and you want to achieve a density of 40 Gb per unit area. If so, realizing 40Gb per unit area with current technology will require not only the development of finer etching techniques, but also enormous cost and time. However, if the present technology is applied, since it can be used between tracks that are not currently used, it is easy to realize 40 Gb / per unit area if applied directly to the present technology. Furthermore, the density in a single sector can be doubled, making it easy to achieve 80 Gb / degree per unit area without significant technological advances. That is, the present invention can obtain the effect of improving the integration degree 2 times or 4 times compared with the conventional technology related to the magnetic recording medium.

Claims

In a magnetic thin film for recording information using magnetic,

A first magnetic region having a first easy axis of magnetization;

And a second magnetic region having a second easy magnetization axis and adjacent to the first magnetic region.

The method of claim 1,

The magnetic thin film of claim 1, wherein the second and second easy axes are between 60 ° and 90 °.

The method of claim 1,

The magnetic thin film is magnetic, characterized in that it comprises at least one selected from Co, Fe, Cr, Ni, Pt.

In the magnetization thin film formed on a plane including a first axis and a second axis,

A first region having an easy magnetization axis formed in the first axial direction;

And a second region adjacent to the first region and having an easy axis of magnetization formed in the second axis direction.

The method of claim 4, wherein

The first thin film and the second axis of the magnetic thin film, characterized in that the angle between 60 ° to 90 °.

Forming a magnetic thin film including a magnetic material on a substrate;

Implanting ions into the first region of the magnetic thin film to form a first magnetic region having a first easy axis of magnetization;

Forming a second magnetic region having a second easy magnetization axis by applying a predetermined magnetic field to the magnetic thin film and implanting ions into a neighboring second region of the first region; Way.

The method of claim 6, wherein the manufacturing of the magnetic thin film comprises:

A first thin film including at least one selected from Co and Fe and having a predetermined thickness and a second thin film including at least one selected from Pt, Cr, and Au and alternately stacked to form a multilayer thin film. Forming a magnetic thin film, characterized in that formed.

Method of manufacturing a magnetic thin film, characterized in that formed by depositing a ferromagnetic material containing any one selected from CoPt, FePt, FeAu, CoCrPt, FeCrPt.

The method of claim 6,

The ion is a magnetic thin film manufacturing method, characterized in that the implanted in the direction perpendicular to the surface of the magnetic thin film.

The method of claim 6,

The magnetic thin film is a magnetic thin film manufacturing method comprising at least one selected from Co, Fe, Cr, Pt, Au.