KR100541558B1 - 양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에사용되는 포토 마스크들 - Google Patents

양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에사용되는 포토 마스크들 Download PDF

Info

Publication number
KR100541558B1
KR100541558B1 KR1020040026689A KR20040026689A KR100541558B1 KR 100541558 B1 KR100541558 B1 KR 100541558B1 KR 1020040026689 A KR1020040026689 A KR 1020040026689A KR 20040026689 A KR20040026689 A KR 20040026689A KR 100541558 B1 KR100541558 B1 KR 100541558B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
pattern
magnetic
tunnel junction
ferromagnetic
Prior art date
Application number
KR1020040026689A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050101461A (ko
Inventor
하영기
이장은
오세충
배준수
김현조
남경태
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020040026689A priority Critical patent/KR100541558B1/ko
Priority to US11/103,078 priority patent/US7582890B2/en
Priority to CN200510081709XA priority patent/CN1734662B/zh
Priority to DE102005018204A priority patent/DE102005018204A1/de
Publication of KR20050101461A publication Critical patent/KR20050101461A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100541558B1 publication Critical patent/KR100541558B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/20—Adhesives in the form of films or foils characterised by their carriers
    • C09J7/22—Plastics; Metallised plastics
    • C09J7/25—Plastics; Metallised plastics based on macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C09J7/255—Polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/20—Adhesives in the form of films or foils characterised by their carriers
    • C09J7/22—Plastics; Metallised plastics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/30—Adhesives in the form of films or foils characterised by the adhesive composition
    • C09J7/35—Heat-activated
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/20—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors
    • H10B61/22—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors of the field-effect transistor [FET] type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2203/00—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2203/326—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils for bonding electronic components such as wafers, chips or semiconductors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/10—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the structural features of the adhesive tape or sheet
    • C09J2301/12—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the structural features of the adhesive tape or sheet by the arrangement of layers
    • C09J2301/122—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the structural features of the adhesive tape or sheet by the arrangement of layers the adhesive layer being present only on one side of the carrier, e.g. single-sided adhesive tape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/10—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the structural features of the adhesive tape or sheet
    • C09J2301/16—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the structural features of the adhesive tape or sheet by the structure of the carrier layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/30—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier
    • C09J2301/304—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier the adhesive being heat-activatable, i.e. not tacky at temperatures inferior to 30°C

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합 구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에 사용되는 포토 마스크들을 제공한다. 상기 자기터널 접합 구조체들은 집적회로 기판 상에 적층된 고정층 패턴(pinned layer pattern), 터널링 절연층 패턴(tunneling insulation layer pattern) 및 자유층 패턴(free layer pattern)을 갖는다. 적어도 상기 자유층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 메인 바디와 아울러서 상기 메인 바디의 양 단들로부터 각각 돌출한 제1 및 제2 구부러진 팁들을 갖는다.

Description

양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합 구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에 사용되는 포토 마스크들{Magnetic tunnel junction structures having bended tips at both ends thereof, magnetic random access memory cells employing the same and photo masks used in formation thereof}
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 자기램 셀의 등가회로도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 자기램 셀의 평면도이다.
도 2b는 도 2a에 보여진 자기터널 접합 구조체의 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 4는 전형적인 합성 반강자성층(typical synthetic anti-ferromagnetic layer)의 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer)의 두께에 따른 상호변환 커플링 에너지(exchange coupling energy)를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 자기램 셀의 자유층 및/또는 고정층(pinned layer)에 채택되는 하이브리드 합성 반강자성층(hybrid SAF layer)을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2 및 도 3에 보여진 자유층의 자화특성(magnetization characteristic)을 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 도 6에 보여진 자유층의 형성에 사용되는 포토 마스크를 도시한 평면도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 자기램 셀들을 형성하는 방법들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12는 종래의 자기터널 접합 구조체들의 스위칭 특성들의 측정결과들(measurement results)을 도시한 에스테로이드 곡선들(asteroidal curves)이다.
도 13은 본 발명에 따라 제작된 자기터널 접합 구조체들의 스위칭 특성들의 측정결과들을 도시한 에스테로이드 곡선들이다.
도 14는 도 3에 보여진 3층의 합성 반강자성층(three layered SAF layer) 및 도 5에 보여진 하이브리드 합성 반강자성층의 자화특성들(magnetization characteristics)의 측정결과들을 도시한 그래프이다.
본 발명은 자기램 소자들에 관한 것으로, 특히 양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합 구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에 사용되는 포토 마스크들에 관한 것이다.
자기램 소자들은 저전압 및 고속에서 동작될 수 있는 비휘발성 기억 소자들 로서 널리 사용되고 있다. 상기 자기램 소자들의 단위 셀에 있어서, 데이터는 자기 저항체(magnetic resistor)의 자기터널 접합 구조체(magnetic tunnel junction structure; MTJ structure) 내에 저장된다. 상기 자기터널 접합(MTJ) 구조체는 제1 및 제2 강자성층들(ferromagnetic layers) 및 그들 사이에 개재된 터널링 절연층(tunneling insulation layer)을 포함한다. 자유층(free layer)이라고도 언급되는 상기 제1 강자성층의 자기 분극(magnetic polarization)은 상기 자기터널 접합(MTJ) 구조체에 인가되는 외부 자계(external magnetic field)를 이용하여 변화시킬 수 있다. 상기 외부 자계는 상기 자기터널 접합 구조체의 주위(around)를 지나는 전류에 의해 유기될 수 있고, 상기 자유층의 자기 분극은 고정층(pinned layer)이라고도 언급되는 상기 제2 강자성층 내의 고정된 자기 분극(fixed magnetic polarization)에 평행하거나 반평행(anti-parallel)할 수 있다. 상기 자계를 생성시키기 위한 전류는 상기 자기터널 접합 구조체의 주위에 배치된 디지트 라인(digit line) 및 비트라인(bit line)이라고 불리우는 도전층들을 통하여 흐른다.
양자역학(quantum mechanics)에 기초한 스핀트로닉스(spintronics)에 따르면, 상기 자유층 및 고정층 내의 자기 스핀들이 서로 평행하도록 배열된 경우에, 상기 자기터널 접합 구조체를 통하여 흐르는 터널링 전류는 최대값을 보인다. 이에 반하여, 상기 자유층 및 고정층 내의 자기 스핀들이 서로 반평행하도록 배열된 경우에, 상기 자기터널 접합 구조체를 통하여 흐르는 터널링 전류는 최소값을 보인다. 따라서, 상기 자기램 셀의 데이터는 상기 자유층 내의 자기 스핀들의 방향에 따라 결정될 수 있다.
상기 자기터널 접합 구조체의 대부분은 평면도로부터 보여질 때(when viewed from a plane view) 직사각형 형태(rectangular shape) 또는 타원형의 형태(ellipse shape)를 갖는다. 이는, 상기 자유층 내의 자기 스핀들이 상기 자유층의 길이방향에 평행한 경우에, 상기 자유층 내의 자기 스핀들은 안정된 상태를 갖기 때문이다.
상기 자기램 소자는 복수개의 자기터널 접합 구조체들을 포함한다. 상기 복수개의 자기터널 접합 구조체들은 제조 공정에 따라서 불균일한 스위칭 특성들을 보일 수 있다. 이 경우에, 상기 자기터널 접합 구조체들 내에 원하는 데이터들을 저장시키기 위한 외부 자계들은 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 자기터널 접합 구조체들의 스위칭 특성들이 불균일할수록, 상기 자기램 소자의 쓰기 여유도(writing margin)는 더욱 감소된다. 특히, 상기 자기터널 접합 구조체들이 고집적화(high integration density)를 위하여 축소되는 경우에, 상기 쓰기 여유도는 현저히 감소될 수 있다.
한편, 상기 자기터널 접합 구조체가 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer)으로 이루어진 고정층을 채택하는 경우에, 상기 자기터널 접합 구조체의 히스테리시스 곡선(hysteresis curve)은 상기 고정층(pinned layer) 내의 고정된(fixed) 자기 스핀들에 의한 기생 자계(parasitic magnetic field)에 기인하여 쉬프트될 수 있다. 즉, 상기 자기터널 접합 구조체에 외부 자계가 인가되지 않을지라도, 상기 자유층 내의 자기 스핀들은 상기 고정층(pinned layer) 내의 고정 된 자기 스핀들(fixed magnetic spins)에 기인하는 상기 기생 자계의 영향력 하에 있을 수 있다. 이에 따라, 상기 자유층 내의 자기 스핀들을 상기 고정층 내의 고정된 자기 스핀들에 평행하도록 배열시키는 데 요구되는 제1 외부 자계의 절대값이 상기 자유층 내의 자기 스핀들을 상기 고정층 내의 고정된 자기 스핀들에 반평행하도록 배열시키는 데 요구되는 제2 외부 자계의 절대값과 다를 수 있다. 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에 상기 고정층으로서 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)이 널리 사용되고 있다.
이에 더하여, 상기 자유층 역시 상기 합성 반강자성층을 채택할 수 있다. 이 경우에, 상기 합성 반강자성층으로 이루어진 자유층은 상기 단일 강자성층으로 이루어진 자유층에 비하여 더 좋은 열적 안정성(better thermal stability) 및 더 작은 자기분극 편차(less magnetic polarization deviation)를 보인다.
상기 합성 반강자성층으로 이루어진 고정층 및 자유층을 갖는 자기터널 접합 구조체가 미국특허 제6,531,723 B1호에 "개선된 축소가능성을 위한 자기저항 램(Magnetoresistance random access memory for improved scalability)"라는 제목으로 엥겔 등(Engel et al.)에 의해 개시된 바 있다. 그럼에도 불구하고, 엥겔 등에 따른 자기터널 접합 구조체가 평면적으로 보여질 때 직사각형 형태 또는 타원형의 형태를 갖는다면, 상기 쓰기 여유도를 개선시키는 데 한계가 있을 수 있다.
더 나아가서, 직사각형 및 타원형 이외의 다른 형태를 갖는 자기터널 접합 구조체를 채택하는 자기램 소자가 미국특허공개번호 (U.S. Patent Publication No.) US2003/0169147 A1호에 "자기저항 효과 소자 및 자기 메모리 소자(Magnetoresistive effect element and magnetic memory device)"라는 제목으로 히고(Higo)에 의해 개시된 바 있다. 히고에 따르면, 서로 마주보는 한 쌍의 C형 자유층들 사이의 영역을 수직한 쓰기 전극(vertical write electrode)이 관통한다. 상기 쓰기 전극은 상기 자유층들과 절연되고 상기 자유층들의 하부에 위치하는 고정층에 전기적으로 접속된다. 이에 더하여, 상기 쓰기 전극의 양 옆에 상기 자유층들과 전기적으로 접속된 읽기 라인들(read lines)이 제공된다. 이에 따라, 히고에 따른 자기터널 접합 구조체는 복잡한 제조공정을 요구할 수 있다. 또한, 히고에 따른 자기터널 접합 구조체는 상기 수직 쓰기 전극을 통하여 흐르는 수직 전류만에 의해 스위칭된다. 이에 따라, 상기 자기터널 접합 구조체 내에 저장된 데이터를 변화시키기 위하여 큰 쓰기 전류(large writing current)가 요구될 수 있다. 이는 쓰기 동작에 있어서 전력소모의 증가로 이어진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 쓰기 여유도(writing margin)를 향상시키기에 적합한 자기터널 접합 구조체들을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 쓰기 여유도(writing margin)를 향상시키기에 적합한 자기터널 접합 구조체를 갖는 자기램 셀들을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 쓰기 여유도(writing margin)를 향상시키기에 적합한 자기터널 접합 구조체들의 형성에 사용되는 포토 마스크들을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태(one aspect)에 따르면, 양 단들에 구부러진 팁들을 갖는 자기터널 접합 구조체들을 제공한다. 상기 자기터널 접합 구조체들은 집적회로 기판 상에 적층된 고정층 패턴(pinned layer), 터널링 절연층 패턴(tunneling insulating layer) 및 자유층 패턴(free layer)을 구비한다. 적어도 상기 자유층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 메인 바디(main body)와 아울러서 상기 메인 바디의 양 단들로부터 각각 돌출한 제1 및 제2 팁들(tips)을 갖는다. 상기 메인 바디는 서로 마주보는 제1 및 제2 변들(first and second sides), 상기 제1 변의 일 단으로부터 연장되어 상기 제2 변의 일 단에 접촉하는 제3 변, 및 상기 제1 변의 타 단으로부터 연장되어 상기 제2 변의 타 단에 접촉하는 제4 변을 갖는다. 또한, 상기 제1 팁은 상기 제2 및 제3 변들의 접촉점(contact point)에 해당하는 제1 꼭지점(a first vertex)으로부터 돌출하고 상기 제2 및 제3 변들과 접촉한다. 이와 마찬가지로, 상기 제2 팁은 상기 제2 및 제4 변들의 접촉점에 해당하는 제2 꼭지점으로부터 돌출하고 상기 제2 및 제4 변들과 접촉한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 변들은 상기 제3 및 제4 변들보다 길 수 있다. 또한, 상기 제1 변은 상기 제2 변과 동일한 길이를 가질 수 있고, 상기 제3 변은 상기 제4 변과 동일한 길이를 가질 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 터널링 절연층 패턴은 상기 자유층 패턴 및 상기 고정층 패턴 사이에 개재되고, 상기 터널링 절연층 패턴 및 상기 고정층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 상기 자유층 패턴과 동일한 모양(configuration)을 가질 수 있다.
또 다른 실시예들(still other embodiments)에서, 상기 고정층 패턴은 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer) 또는 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)일 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 자유층 패턴은 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer) 또는 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)일 수 있다.
또 다른 실시예들(further embodiments)에서, 상기 고정층 패턴에 피닝층 패턴(pinning layer pattern)이 접촉할 수 있다. 이 경우에, 상기 피닝층 패턴은 상기 터널링 절연층 패턴의 반대편에 위치한다. 상기 피닝층 패턴은 반강자성층(anti-ferromagnetic layer)이다.
본 발명의 다른 양태(another aspect)에 따르면, 양 단들에 구부러진 팁들을 갖는 자기터널 접합 구조체들을 채택하는 자기램 셀들을 제공한다. 상기 자기램 셀들은 집적회로 기판에 형성된 억세스 트랜지스터 및 상기 억세스 트랜지스터를 갖는 기판의 상부에 배치된 디지트 라인을 구비한다. 상기 디지트 라인의 상부에 하부전극이 배치된다. 상기 하부전극은 상기 억세스 트랜지스터의 출력단자(output terminal)에 전기적으로 접속된다. 상기 하부전극 상에 자기터널 접합 구조체가 위치한다. 상기 자기터널 접합 구조체는 적층된 고정층 패턴, 터널링 절연층 패턴 및 자유층 패턴을 구비한다. 적어도 상기 자유층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 메인 바디(main body)와 아울러서 상기 메인 바디의 양 단들로부터 각각 돌출한 제1 및 제2 팁들(tips)을 갖는다. 상기 메인 바디는 서로 마주보는 제1 및 제2 변들(first and second sides), 상기 제1 변의 일 단으로부터 연장되어 상기 제2 변의 일 단에 접촉하는 제3 변, 및 상기 제1 변의 타 단으로부터 연장되어 상기 제2 변의 타 단에 접촉하는 제4 변을 갖는다. 또한, 상기 제1 팁은 상기 제2 및 제3 변들의 접촉점(contact point)에 해당하는 제1 꼭지점(a first vertex)으로부터 돌출하고 상기 제2 및 제3 변들과 접촉한다. 이와 마찬가지로, 상기 제2 팁은 상기 제2 및 제4 변들의 접촉점에 해당하는 제2 꼭지점으로부터 돌출하고 상기 제2 및 제4 변들과 접촉한다. 상기 자기터널 접합 구조체 상에 상부전극이 배치된다. 상기 상부전극 상부에 비트라인이 배치되고, 상기 비트라인은 상기 상부전극에 전기적으로 연결된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 억세스 트랜지스터는 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터일 수 있다. 이 경우에, 상기 출력단자는 상기 모스 트랜지스터의 드레인 영역에 해당한다.
다른 실시예들에서, 상기 비트라인은 상기 디지트 라인의 상부를 가로지르도록 배치될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 메인 바디는 직사각형의 형태를 가질 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 변들은 상기 제3 및 제4 변들보다 길 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 터널링 절연층 패턴은 상기 자유층 패턴 및 상기 고정층 패턴 사이에 개재될 수 있다. 또한, 상기 터널링 절연층 패턴 및 상기 고정층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 상기 자유층 패턴과 동일한 모양(configuration)을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태(still another aspect)에 따르면, 양 단들에 구부러진 팁들을 갖는 자기터널 접합 구조체들의 형성에 사용되는 포토 마스크들을 제공한다. 상기 포토 마스크들은 투명한 기판 및 상기 투명한 기판의 주 표면(main surface) 상에 형성된 자기터널 접합 패턴을 구비한다. 상기 자기터널 접합 패턴은 서로 마주보는 제1 및 제2 변들(first and second sides)과 아울러서 서로 마주보는 제3 및 제4 변들을 갖는 사각형의 메인 패턴(square-shaped main pattern), 상기 제2 및 제3 변들의 접촉점에 해당하는 제1 꼭지점(a first vertex)으로부터 돌출한 제1 팁 패턴, 및 상기 제2 및 제4 변들의 접촉점에 해당하는 제2 꼭지점으로부터 돌출한 제2 팁 패턴을 포함한다. 상기 제1 팁의 일부는 상기 제1 꼭지점을 포함하는 상기 메인 패턴의 제1 코너 영역과 중첩하고, 상기 제2 팁의 일부는 상기 제2 꼭지점을 포함하는 상기 메인 패턴의 제2 코너 영역과 중첩한다.
몇몇 실시예들에서, 상기 메인 패턴은 직사각형일 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 변들은 상기 제3 및 제4 변들보다 길 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 팁 패턴들은 상기 메인 패턴의 중심점을 가로지르는 직선에 대하여 서로 대칭일 수 있다.
다른 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 팁 패턴들은 평면도로부터 보여질 때 사각형의 모양(square-shaped configuration) 또는 원형의 모양을 가질 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 메인 패턴, 상기 제1 팁 패턴 및 상기 제2 팁 패턴은 차광 패턴들(opaque patterns)일 수 있다. 이 경우에, 상기 차광 패턴들은 크롬 패턴들(chrome patterns)일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 자기램 셀의 등가회로도이다.
도 1을 참조하면, 억세스 트랜지스터(TA)가 제공된다. 상기 억세스 트랜지스터(TA)의 출력단자(output terminal)는 자기 저항체(magnetic resistor; MR)의 일 단에 전기적으로 연결된다. 상기 억세스 트랜지스터(TA)는 게이트 전극, 소오스 영역 및 드레인 영역을 갖는 모스 트랜지스터일 수 있다. 이 경우에, 상기 드레인 영역은 상기 억세스 트랜지스터(TA)의 출력 단자에 해당한다. 또한, 상기 게이트 전극은 연장되어 워드라인(WL)의 역할을 하고, 상기 소오스 영역은 접지단자(ground terminal) 또는 공통 소오스 라인에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 자기 저항체(MR)의 주위에 디지트 라인(DL)이 배치된다. 상기 디지트 라인(DL)은 상기 자기 저항체(MR)로부터 절연된다. 상기 자기 저항체(MR)의 타 단은 비트라인(BL)에 전기적으로 연결된다.
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 자기램 셀들을 설명하기 위한 평면도이고, 도 2b는 도 2a에 보여진 자기터널 접합 구조체를 도시한 사시도이다. 또한, 도 3은 도 2a의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'에 따라 취해진 단면도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 집적회로 기판(integrated circuit substrate; 11)의 소정영역에 억세스 트랜지스터(TA)가 제공된다. 상기 억세스 트랜지스터(TA)는 모스 트랜지스터일 수 있다. 이 경우에, 상기 억세스 모스 트랜지스터(TA)는 상기 집적회로 기판(11)의 소정영역에 형성된 소자분리막(13)에 의해 한정되는 활성영역(13a)에 제공된다. 구체적으로, 상기 억세스 모스 트랜지스터(TA)는 상기 활성영역(13a) 내에 형성되고 서로 이격된 소오스 영역(19s) 및 드레인 영역(19d)과 아울러서 상기 소오스 영역(19s) 및 드레인 영역(19d) 사이의 채널 영역의 상부에 배치된 게이트 전극(17)을 포함한다. 상기 게이트 전극(17)은 상기 활성영역(13a)의 상부를 가로지르도록 연장되어 워드라인(도 1 및 도 2a의 WL)의 역할을 할 수 있다. 상기 게이트 전극(17)은 게이트 절연막(15)에 의해 상기 활성영역(13a)으로부터 절연된다.
상기 억세스 모스 트랜지스터(TA)를 갖는 기판의 상부에 드레인 패드(25d) 및 공통 소오스 라인(25s)이 배치된다. 상기 드레인 패드(25d)는 드레인 콘택 플러그(23d)를 통하여 상기 드레인 영역(19d)에 전기적으로 접속되고, 상기 공통 소오스 라인(25s)은 소오스 콘택 플러그(23s)를 통하여 상기 소오스 영역(19s)에 전기적으로 접속된다. 상기 드레인 영역(19d)은 상기 억세스 모스 트랜지스터(TA)의 출력단자(output terminal)에 해당한다. 상기 공통 소오스 라인(25s)은 접지단자(ground terminal)에 전기적으로 연결될 수 있고 상기 워드라인(WL)에 평행하도록 배치될 수 있다.
상기 공통 소오스 라인(25s) 및 드레인 패드(25d)를 갖는 기판의 상부에 디지트 라인(29; 도 1 및 도 2a의 DL)이 배치된다. 상기 디지트 라인(29)은 상기 워드라인(WL)에 평행하도록 배치될 수 있다. 상기 디지트 라인(29)의 상부에 자기 저항체(MR)가 위치한다. 상기 자기 저항체(MR)는 차례로 적층된 하부전극(bottom electrode; 37), 자기터널 접합 구조체(magnetic tunnel junction structure; 5) 및 상부전극(55a)을 포함할 수 있다. 상기 하부전극(37)은 하부전극 콘택 플러그(33)를 통하여 상기 드레인 패드(25d)에 전기적으로 접속된다. 결과적으로, 상기 하부전극(37)은 상기 드레인 콘택 플러그(23d), 상기 드레인 패드(25d) 및 상기 하부전극 콘택 플러그(33)를 통하여 상기 드레인 영역(19d)에 전기적으로 접속된다. 상기 디지트 라인(29)은 상기 자기 저항체(MR)로부터 절연된다.
상기 자기터널 접합 구조체(5)는 상기 하부전극(37) 상에 차례로 적층된 피닝층 패턴(pinning layer pattern; 39a), 고정층 패턴(pinned layer pattern; 46a), 터널링 절연층 패턴(tunneling insulation layer pattern; 47a) 및 자유층 패턴(free layer pattern; 54a)을 포함할 수 있다. 이와 반대로, 상기 자유층 패턴(54a), 터널링 절연층 패턴(47a), 고정층 패턴(46a) 및 피닝층 패턴(39a)이 상기 하부전극(37) 상에 차례로 적층될 수 있다.
상기 피닝층 패턴(39a)은 반강자성층(anti-ferromagnetic layer)으로 이루어지고, 상기 자유층 패턴(54a) 및 고정층 패턴(46a)은 강자성층을 포함한다. 이에 따라, 상기 피닝층 패턴(39a)과 접촉하는 상기 고정층 패턴(46a) 내의 자기 스핀들은 상기 피닝층 패턴(39a), 즉 반강자성층의 존재 때문에 항상 특정 방향(a specific direction)을 향하여 배열된 고정된 자기 스핀들(fixed magnetic spins)을 갖는다. 상기 터널링 절연층 패턴(47a)은 알루미늄 산화막(Al2O3)과 같은 절연막으로 이루어질 수 있다.
상기 고정층 패턴(46a)은 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer) 또는 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)일 수 있다. 상기 고정층 패턴(46a)이 합성 반강자성층(SAF layer)일 때, 상기 고정층 패턴(46a)은 하부 강자성층(41a), 상부 강자성층(45a) 및 이들 사이에 개재된 반강자성 커플링 스페이서층 패턴(anti-ferromagnetic coupling spacer layer pattern; 43a)을 포함한다. 상기 반강자성 커플링 스페이서층 패턴(43a)으로서 루테니움층(Ruthenium layer)이 널리 채택될 수 있다. 이 경우에, 상기 하부 강자성층 패턴(41a) 내의 자기 스핀들은 상기 피닝층 패턴(39a)에 의해 항상 일정 방향을 향하여 배열된 고정된 자기 스핀들을 갖고, 상기 상부 강자성층(45a) 내의 자기 스핀들은 상기 커플링 스페이서층 패턴(43a)에 의해 상기 하부 강자성층(41a) 내의 자기 스핀들과 반대 방향을 향하여 배열된 고정된 자기 스핀들을 갖는다. 이에 따라, 상기 합성 반강자성층(SAF layer)으로 이루어진 고정층 패턴 내의 자기 스핀들의 벡터들(vectors)의 합(sum)은 상기 단일 강자성층으로 이루어진 고정층 패턴 내의 자기 스핀들의 벡터들의 합에 비하여 현저히 작을 수 있다. 결과적으로, 상기 합성 반강자성층으로 이루어진 고정층 패턴을 채택하는 자기터널 접합 구조체는 안정한 히스테리시스 곡선을 보일 수 있다.
더 나아가서, 상기 자유층 패턴(54a) 역시 단일 강자성층 또는 합성 반강자성층(SAF layer)일 수 있다. 상기 자유층 패턴(54a)이 상기 합성 반강자성층일 때, 상기 자유층 패턴(54a)은 하부 강자성층(49a), 상부 강자성층(53a) 및 이들 사이에 개재된 반강자성 커플링 스페이서층 패턴(anti-ferromagnetic coupling spacer layer pattern; 51a)을 포함한다. 이 경우에, 상기 자유층 패턴(54a)에 외부의 열적 스트레스가 가해질지라도, 상기 자유층 패턴(54a) 내의 자기 스핀들은 안정한 상태를 유지할 수 있다. 또한, 상기 자유층 패턴(54a)의 양 단들 내의 자기 스핀들은 상기 자유층 패턴(54a)을 형성하기 위한 식각 공정을 실시하는 동안 가해지는 식각 손상(etch damage) 등에 기인하여 불안정한 상태를 가질 수 있다. 그러나, 상기 자유층 패턴(54a)이 상기 합성 반강자성층인 경우에, 상기 자유층 패턴(54a)의 양 단들 내의 자기 스핀들은 서로 반대방향을 향하여 배열된 자기 스핀들의 상호 작용에 기인하여 안정한 상태를 유지할 수 있다.
상기 고정층 패턴(46a) 및 상기 자유층 패턴(54a) 모두 상기 합성 반강자성층을 채택하는 경우에, 상기 자기터널 접합 구조체(5)의 자기저항은 상기 상부 강자성층(45a) 내의 자기 스핀들의 배열방향(array direction) 및 상기 하부 강자성층(49a) 내의 자기 스핀들의 배열방향에 따라 결정된다. 즉, 상부 강자성층(45a) 내의 자기 스핀들이 상기 하부 강자성층(49a) 내의 자기 스핀들과 평행하면, 상기 자기터널 접합 구조체(5)는 최소 저항값을 갖는다. 이와 반대로, 상부 강자성층(45a) 내의 자기 스핀들이 상기 하부 강자성층(49a) 내의 자기 스핀들과 반평행(anti-parallel)하면, 상기 자기터널 접합 구조체(5)는 최대 저항값을 갖는 다.
상기 자기터널 접합 구조체(5)는 도 2a에 도시된 바와 같이 평면도로부터 보여질 때 메인 바디(main body; 1)와 아울러서 상기 메인 바디(1)의 양 단들로부터 각각 돌출한 제1 및 제2 팁들(3a 및 3b)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 메인 바디(1)는 서로 마주보는 제1 및 제2 변들(first and second sides; 1a 및 1b), 상기 제1 변(1a)의 일 단으로부터 연장되어 상기 제2 변(1b)의 일 단에 접촉하는 제3 변(1c), 및 상기 제1 변(1a)의 타 단으로부터 연장되어 상기 제2 변(1b)의 타 단에 접촉하는 제4 변(1d)을 갖는다. 상기 제3 변(1c)은 상기 제4 변(1d)에 대향한다(face). 또한, 상기 제1 팁(3a)은 상기 제2 및 제3 변들(1b 및 1c)의 접촉점(contact point)에 해당하는 제1 꼭지점(a first vertex; P1)으로부터 돌출하고 상기 제2 및 제3 변들(1b 및 1c)과 접촉한다. 이와 마찬가지로(similarly), 상기 제2 팁(3b)은 상기 제2 및 제4 변들(1b 및 1d)의 접촉점에 해당하는 제2 꼭지점(a second vertex; P2)으로부터 돌출하고 상기 제2 및 제4 변들(1b 및 1d)과 접촉한다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 팁들(3a 및 3b)은 상기 메인 바디(1)의 양 단들로부터 구부러진 형태를 갖도록 돌출한다.
한편, 상기 메인 바디(1)는 평면도로부터 보여질 때 사각형의 모양(square-shaped configuration)을 가질 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 메인 바디(1)는 직사각형의 모양(rectangular configuration)을 가질 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제2 변들(1a 및 1b)은 길이(L)을 갖고, 상기 제3 및 제4 변들(1c 및 1d)은 상기 길이(L)보다 작은 폭(W)을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 팁들(3a 및 3b)과 접촉하는 상기 제2 변(1b)에 대향하는 상기 제1 변(1a)은 직선 형태(straight line shape)를 갖는 것이 바람직하다. 이는, 적어도 상기 메인 바디(1) 내의 자기 스핀들은 상기 디지트 라인(29)을 통하여 흐르는 전류에 의해 유기되는 이지 자계(easy magnetic field)에 평행하거나 반평행하도록 배열되는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나, 상기 제1 변(1a)이 도 2a에 도시된 둥근 곡선(rounded curve; 1e)의 형태를 갖는다면, 상기 메인 바디(1) 내의 자기 스핀들은 소용돌이 상태들(vortex states)을 보일 수 있다. 이 경우에, 상기 자유층(54a) 내의 자기 스핀들은 전체적으로 불안정한 상태를 보일 수 있다.
상기 고정층 패턴(46a) 및 피닝층 패턴(39a)은 평면도로부터 보여질 때 상기 자유층 패턴(54a)과 다른 모양(different configuration)을 가질 수도 있다. 이 경우에, 적어도 상기 자유층 패턴(54a)은 도 2a에 도시된 상기 메인 바디(1)와 아울러서 상기 제1 및 제2 팁들(3a 및 3b)을 갖는 것이 바람직하다.
상술한 자기 저항체(MR)를 갖는 기판은 층간절연막(100)으로 덮여진다. 상기 층간절연막(100) 상에 비트라인(59; 도 1 및 도 2a의 BL)이 배치된다. 상기 비트라인(59)은 상기 층간절연막(100)을 관통하는 비트라인 콘택홀을 통하여 상기 자기 저항체(MR), 즉 상기 상부전극(55a)에 전기적으로 연결된다. 상기 비트라인(59)은 상기 디지트 라인(29)의 상부를 가로지르도록 배치된다.
한편, 상술한 합성 반강자성층은 도 4에 도시된 바와 같이 상부 강자성층 및 하부 강자성층 사이에 개재된 상기 반강자성 커플링 스페이서층(43a 또는 51a)의 두께에 따라 변하는 성질을 보인다.
도 4는 전형적인 합성 반강자성층(typical synthetic anti-ferromagnetic layer)의 상호변환 커플링 에너지(exchange coupling energy)를 도시한 그래프이다. 도 4에서, 가로축은 상기 합성 반강자성층(SAF layer)의 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer)의 역할을 하는 루테니움층의 두께(TH)를 나타내고, 세로축은 상기 합성 반강자성층의 상호변환 커플링 에너지(exchange coupling energy; Jex)를 나타낸다. 상기 상호변환 커플링 에너지(Jex)가 양의 방향(positive direction)을 향하여 증가하면, 상부 강자성층 및 하부 강자성층 내의 자기 스핀들은 더욱 강하게 서로 평행하도록 배열된다. 이와 반대로, 상기 상호변환 커플링 에너지(Jex)가 음의 방향(negative direction)을 향하여 증가하면, 상기 상부 강자성층 및 하부 강자성층 내의 자기 스핀들은 더욱 강하게 서로 반평행하도록 배열된다.
도 4에 보여진 바와 같이, 상기 상호변환 커플링 에너지(Jex)는 상기 루테니움층의 두께(TH)가 증가함에 따라 양의 값 및 음의 값을 반복적으로 보인다. 또한, 상기 상호변환 커플링 에너지(Jex)는 상기 루테니움층의 두께가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보인다. 따라서, 고성능(high performance) 자기램 셀에 적합한 우수한 합성 반강자성층을 구현하기 위해서, 상기 루테니움층은 상기 상호변환 커플링 에너지(Jex)가 최대 음의 값(maximum negative value)을 보이는 최적두께(optimum thickness; 도 4에서 Top)를 가져야 한다. 상기 루테니움층의 최적두께(Top)는 상부 강자성층 및 하부 강자성층의 물질에 따라 다를 수 있다.
구체적으로, 상기 합성 반강자성층의 상부 강자성층 및 하부 강자성층 모두 가 니켈철(NiFe)층일 때, 상기 루테니움층의 최적 두께는 약 8Å이다. 이 경우에, 상기 합성 반강자성층은 -0.036(erg/㎠)의 상호변환 커플링 에너지(Jex)를 보인다. 또한, 상기 상부 강자성층 및 하부 강자성층 모두가 코발트철붕소(CoFeB)층일 때, 상기 루테니움층의 최적 두께는 약 6Å이다. 이 경우에, 상기 합성 반강자성층은 -0.021(erg/㎠)의 상호변환 커플링 에너지(Jex)를 보인다. 이에 더하여, 상기 상부 강자성층 및 하부 강자성층 모두가 코발트철(CoFe)층일 때, 상기 루테니움층의 최적 두께는 약 8Å이다. 이 경우에, 상기 합성 반강자성층은 -0.18(erg/㎠)의 상호변환 커플링 에너지(Jex)를 보인다. 결과적으로, 상기 코발트철(CoFe)층은 상기 니켈철(NiFe)층 및 상기 코발트철붕소(CoFeB)층에 비하여 상기 합성 반강자성층의 상부 강자성층 및 하부 강자성층에 더욱 적합한 상호변환 커플링 에너지를 갖는다. 다시 말해서, 상기 니켈철(NiFe)층(또는 상기 코발트철붕소(CoFeB)층)은 합성 반강자성층의 상부 강자성층 및 하부 강자성층으로 적합하지 않은 것으로 이해될 수 있다.
그러나, 상기 니켈철(NiFe)층 및 상기 코발트철붕소(CoFeB)층은 상기 코발트철(CoFe)층에 비하여 상대적으로 킹크 현상(kink phenomenon) 없는 안정한 히스테리시스 특성을 보인다. 상기 킹크 현상은 자기터널 접합 구조체의 스위칭 특성을 저하시킨다. 따라서, 단일 자유층으로서 우수한 히스테리시스 특성을 보이는 강자성층과 합성 반강자성층으로서 높은 상호변환 커플링 에너지를 보이는 강자성층을 조합하여 하이브리드 합성 반강자성층(hybrid SAF layer)을 구현하는 경우에, 상기 하이브리드 합성 반강자성층은 도 3을 참조하여 설명된 3층의 합성 반강자성층(triple layered SAF layer; 54a 또는 46a)보다 우수한 특성을 보일 수 있다.
도 5는 도 3에 보여진 3층의 합성 반강자성층(54a 또는 46a) 대신에 채택될 수 있는 상기 하이브리드 합성 반강자성층(54a' 또는 46a')을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 하이브리드 합성 반강자성층(54a' 또는 46a')은 차례로 적층된 하부 하이브리드 강자성층(lower hybrid ferromagnetic layer; 108a), 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer; 109a) 및 상부 하이브리드 강자성층(114a)을 포함한다. 상기 하부 하이브리드 강자성층(108a)은 제1 하부 강자성층(105a)과 아울러서 상기 제1 하부 강자성층(105a) 및 상기 반강자성 커플링 스페이서층(109a) 사이에 개재된 제2 하부 강자성층(107a)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 상부 하이브리드 강자성층(114a)은 제1 상부 강자성층(113a)과 아울러서 상기 제1 상부 강자성층(113a) 및 상기 반강자성 커플링 스페이서층(109a) 사이에 개재된 제2 상부 강자성층(111a)을 포함할 수 있다. 결과적으로, 상기 하이브리드 합성 반강자성층(54a' 또는 46a')은 차례로 적층된 적어도 5층들로 구성된다.
상기 반강자성 커플링 스페이서층(109a)은 루테니움층 또는 크롬층일 수 있다. 상기 제1 하부 강자성층(105a) 및 상기 제1 상부 강자성층(113a)은 코발트철붕소(CoFeB)층이거나 니켈철(NiFe)층인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 하부 강자성층(107a) 및 상기 제2 상부 강자성층(111a)은 상기 제1 하부 강자성층(105a) 및 상기 제1 상부 강자성층(113a)보다 높은 상호변환 커플링 에너지를 갖는 코발트철(CoFe)층인 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 하부 강자성층들(105a 및 107a)은 서로 직접 접촉한다. 따라서, 상기 제1 하부 강자성층(105a) 내의 자기 스핀들은 항상 상기 제2 하부 강자성층(107a) 내의 자기 스핀들과 평행하도록 배열된다. 이와 마찬가지로, 상기 제1 및 제2 상부 강자성층들(113a 및 111a) 역시 서로 직접 접촉한다. 따라서, 상기 제1 상부 강자성층(113a) 내의 자기 스핀들은 항상 상기 제2 상부 강자성층(111a) 내의 자기 스핀들과 평행하도록 배열된다. 결과적으로, 상기 반강자성 커플링 스페이서층(109a)의 하부면 및 상부면에 각각 직접 접촉하는 상기 제2 하부 강자성층(107a) 및 상기 제2 상부 강자성층(111a)을 수 Å의 두께로 형성할지라도, 상기 제1 하부 강자성층(105a) 및 제1 상부 강자성층(113a)의 두께를 증가시키면 상기 하이브리드 합성 반강자성층(54a' 또는 46a')은 도 3을 참조하여 설명된 상기 3층의 합성 반강자성층(the triple layered SAF layer; 54a 또는 46a)보다 향상된 특성을 보일 수 있다.
도 6은 도 2b에 보여진 자기터널 접합 구조체(5)의 상기 자유층 패턴(54a) 내의 자기 스핀들의 스위칭 동작을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 자유층 패턴(54a)은 도 2a에 보여진 상기 메인 바디(1), 제1 팁(3a) 및 제2 팁(3b)에 각각 상응하는 메인 바디(1'), 제1 팁(3a') 및 제2 팁(3b')으로 구성된다. 상기 자유층 패턴(54a)이 합성 반강자성층(SAF layer)인 경우에, 상기 자유층 패턴(54a)은 도 3에 보여진 하부 강자성층(49a)으로 고려될 수 있다. 이 경우에, 상기 하부 강자성층(49a) 내의 자기 스핀들은 상기 메 인 바디(1') 내의 제1 자기 스핀들(S1), 상기 제1 팁(3a') 내의 제2 자기 스핀들(S2) 및 상기 제2 팁(3b') 내의 제3 자기 스핀들(S3)을 포함한다.
일반적으로, 강자성층 내의 자기 스핀들의 배열 방향(array direction)은 상기 강자성층의 모양에 의존하는 경향이 있다. 예를 들면, 상기 강자성층에 어떠한 외부 자계도 인가되지 않은 경우에, 상기 강자성층 내의 자기 스핀들은 그들의 안정한 상태를 갖기 위하여 상기 강자성층의 길이 방향을 향하여 배열되는 경향이 있다. 이에 따라, 도 6에 보여진 상기 하부 강자성층(49a) 내의 상기 제1 자기 스핀들(S1)은 상기 메인 바디(1')의 길이 방향, 즉 x축에 평행하도록 배열될 수 있다. 또한, 상기 제2 자기 스핀들(S2)은 상기 x축으로부터 양의 y축(positive y-axis)을 향하여 일정각도 만큼 회전된 상태를 갖도록 배열되고, 상기 제3 자기 스핀들(S3)은 상기 x축으로부터 음의 y축(negative y-axis)을 향하여 일정각도 만큼 회전된 상태를 갖도록 배열된다. 결과적으로, 상기 제1 내지 제3 자기 스핀들(S1, S2, S3)은 도 6에 도시된 바와 같이 원형의 자계(circular magnetic field; Hc)를 생성하여 매우 안정한 상태(highly stable states)를 유지한다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 자기터널 접합 구조체의 자유층 패턴 내의 자기 스핀들은 어떠한 외부 자계도 인가되지 않은 평형 상태에서 직사각형의 자유층 또는 타원형의 자유층을 갖는 종래의 자기터널 접합 구조체에 비하여 더욱 안정한 상태를 갖는다.
상기 하부 강자성층(49a)을 갖는 상기 자기터널 접합 구조체(도 2a, 도 2b 및 도 3의 5)의 데이터를 변환시키기(convert) 위해서는 상기 자기 스핀들(S1, S2, S3)을 180°만큼 회전시켜야 한다. 상기 자기 스핀들(S1, S2, S3)을 180°만큼 회 전시키기 위해서는, 상기 하부 강자성층(49a)에 상기 y축에 평행한 하드 자계(hard magnetic field; Hh) 및 상기 x축에 반평행한(anti-parallel) 이지 자계(easy magnetic field; He)를 인가하여야 한다. 상기 하드 자계(Hh)는 도 2a 및 도 3에 보여진 상기 비트라인(BL) 내로 제1 쓰기 전류(a first writing current)를 가함으로써(forcing) 생성될 수 있고, 상기 이지 자계(He)는 도 2a 및 도 3에 보여진 상기 디지트 라인(DL) 내로 제2 쓰기 전류를 가함으로써 생성될 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 및 제3 자기 스핀들(S1, S3), 특히 상기 제3 자기 스핀들(S3)이 우선적으로(primarily) 상기 제2 자기 스핀들(S2)에 평행하도록 배열되어야 한다. 그러나, 상술한 바와 같이 상기 초기의 자기 스핀들(S1, S2, S3)은 종래의 자기터널 접합 구조체의 자기 스핀들보다 더욱 안정한 상태를 갖는다. 따라서, 상기 제1 및 제3 자기 스핀들(S1, S3)을 상기 제2 자기 스핀들(S1)에 평행하도록 배열시키기 위해서는 특정값(a specific value)보다 큰 임계 하드 자계(critical hard magnetic field)가 요구된다. 그러나, 일단 상기 제1 및 제3 스핀들(S1, S3)이 상기 제2 스핀들(S2)에 평행하도록 배열되면, 상기 제1 내지 제3 스핀들(S1, S2 및 S3)을 각각 그들의 초기 상태에 반평행하도록 배열시키기 위한 최소 이지 자계는 종래의 자기터널 접합 구조체를 스위칭시키기 위한 이지 자계에 비하여 현저히 작을 수 있다.
도 7은 도 6에 보여진 자유층 또는 도 2a 및 도 2b에 보여진 자기터널 접합 구조체의 형성에 사용되는 포토 마스크를 도시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 포토 마스크는 투명한 기판(101) 및 상기 투명한 기판의 주 표면(main surface) 상에 형성된 자기터널 접합 패턴(5m)을 구비 한다. 상기 자기터널 접합 패턴(5m)은 사각형의 메인 패턴(a square-shaped main pattern; 1m) 및 상기 메인 패턴(1m)의 양 단들에 각각 부착된 제1 및 제2 팁 패턴들(3m', 3m")을 포함한다. 구체적으로, 상기 메인 패턴(1m)은 길이(L) 및 상기 길이(L)보다 작은 폭(W)을 갖는 직사각형의 모양을 가질 수 있고 서로 대향하는 제1 및 제2 변들과 아울러서 서로 대향하는 제3 및 제4 변을 갖는다. 상기 제1 및 제2 변들은 상기 길이(L)를 가질 수 있고, 상기 제3 및 제4 변들은 상기 폭(W)을 가질 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 또는 제2 변의 양 단들은 각각 제1 및 제2 꼭지점들(P1, P2)에 해당한다.
상기 제1 및 제2 팁 패턴들(3m', 3m")은 각각 상기 제1 및 제2 꼭지점들(P1, P2)에 부착된다. 구체적으로, 상기 제1 팁 패턴(3m')은 제1 가로 크기(a first width dimension; X1) 및 제1 세로 길이(a first length dimension; Y1)을 갖는 사각형인 것이 바람직하고, 상기 제2 팁 패턴(3m")은 제2 가로 크기(X2) 및 제2 세로 크기(Y2)를 갖는 사각형인 것이 바람직하다. 그러나, 상기 제1 및 제2 팁 패턴들(3m', 3m")은 원형일 수도 있다. 상기 제1 팁 패턴(3m')의 일 부분은 상기 제1 꼭지점(P1)을 포함하는 상기 메인 패턴의 제1 코너 영역과 중첩할 수 있고, 상기 제2 팁 패턴(3m")의 일 부분은 상기 제2 꼭지점(P2)을 포함하는 상기 메인 패턴의 제2 코너 영역과 중첩할 수 있다. 결과적으로, 상기 제1 및 제2 팁 패턴들(3m', 3m")은 각각 상기 제1 및 제2 꼭지점들(P1, P2)로부터 돌출하도록 배치된다.
상기 제1 팁 패턴(3m')은 상기 제2 팁 패턴(3m")과 동일한 크기를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 가로 크기(X1)는 상기 제2 가로 크기(X2)과 동일할 수 있고, 상기 제1 세로 크기(Y1)는 상기 제2 세로 크기(Y2)와 동일할 수 있다. 또한, 상기 제1 팁 패턴(3m')은 상기 메인 패턴(1m)의 중심점을 가로지르는 일 직선에 대하여 상기 제2 팁 패턴(3m")에 대칭이도록 배치되는 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2 팁 패턴들(3m', 3m")의 중심점들(C1, C2)은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 메인 패턴(1m)의 외부에 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 중심점(C1) 및 상기 제1 꼭지점(P1) 사이의 거리의 X성분(X component) 및 Y성분(Y component)은 각각 "X1'" 및 "Y1'"이고, 상기 제2 중심점(C2) 및 상기 제2 꼭지점(P2) 사이의 거리의 X성분(X component) 및 Y성분(Y component)은 각각 "X2'" 및 "Y2'"이다. 상기 제1 중심점(C1)은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 꼭지점(P1)에 접촉하는 상기 제2 변(또는 상기 제1 변) 및 상기 제3 변의 연장선들 상에 위치하지 않을 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 제2 중심점(C2) 역시 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제2 꼭지점(P2)에 접촉하는 상기 제2 변(또는 상기 제1 변) 및 상기 제4 변의 연장선들 상에 위치하지 않을 수 있다.
상기 제1 가로 크기(X1)는 상기 제1 세로 크기(Y1)와 동일할 수 있고, 상기 제2 가로 크기(X2)는 상기 제2 세로 크기(T2)와 동일할 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 팁 패턴들(3m', 3m")은 모두 정사각형일 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 팁 패턴들(3m', 3m")은 동일한 크기(the same dimension)를 갖는 정사각형일 수 있다. 이와는 달리(alternatively), 상기 제1 및 제2 팁 패턴들(3m', 3m")은 동일한 크기를 갖는 직사각형일 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 가로 크기들(X1, X2)은 상기 제1 및 제2 세로 크기들(Y1, Y2)과 다를 수 있다.
상기 메인 패턴(1m), 상기 제1 팁 패턴(3m') 및 상기 제2 팁 패턴(3m")은 차광패턴들(opaque patterns)일 수 있다. 예를 들면, 상기 패턴들(1m, 3m', 3m")은 크롬 패턴들(chrome patterns)일 수 있다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 자기터널 접합 구조체들을 채택하는 자기 램 셀들을 제조하는 방법들을 설명하기 위하여 도 2a의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'에 따라 취해진 단면도들이다.
도 8을 참조하면, 집적회로 기판(11)의 소정영역에 소자분리막(13)을 형성하여 활성영역(13a)을 한정한다. 상기 활성영역(13a)에 통상의 방법들을 사용하여 억세스 트랜지스터(TA)를 형성한다. 상기 억세스 트랜지스터(TA)는 도 8에 도시된 바와 같이 서로 이격된 소오스 영역(19s) 및 드레인 영역(19d)과 아울러서 상기 소오스 영역(19s) 및 드레인 영역(19d) 사이의 채널 영역의 상부에 배치된 게이트 전극(17)을 갖도록 형성된 모스 트랜지스터일 수 있다. 상기 게이트 전극(17)은 상기 활성영역(13a)의 상부를 가로지르도록 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 게이트 전극(17)은 연장되어 워드라인의 역할을 한다. 상기 게이트 전극(17)은 상기 활성영역(13a)으로부터 게이트 절연막(15)에 의해 절연된다.
상기 억세스 트랜지스터(TA)를 갖는 기판 상에 제1 하부 층간절연막(21)을 형성한다. 상기 제1 하부 층간절연막(21)을 패터닝하여 상기 소오스 영역(19s) 및 드레인 영역(19d)을 각각 노출시키는 소오스 콘택홀 및 드레인 콘택홀을 형성한다. 상기 소오스 콘택홀 및 드레인 콘택홀 내에 각각 소오스 콘택 플러그(23s) 및 드레인 콘택 플러그(23d)를 형성한다. 상기 콘택 플러그들(23s, 23d)을 갖는 기판 상에 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 패터닝하여 상기 드레인 콘택 플러그(23d)와 접촉하는 드레인 패드(25d) 및 상기 소오스 콘택 플러그(23s)와 접촉하는 공통 소오스 라인(25s)을 형성한다. 상기 공통 소오스 라인(25s)은 상기 연장된 게이트 전극(17)에 평행하도록 형성될 수 있다. 이어서, 상기 드레인 패드(25d) 및 공통 소오스 라인(25s)을 갖는 기판 상에 제1 상부 층간절연막(27)을 형성한다. 상기 제1 하부 층간절연막(21) 및 상기 제1 상부 층간절연막(27)은 제1 층간절연막(28)을 구성한다.
도 9를 참조하면, 상기 제1 상부 층간절연막(27) 상에 디지트 라인(29)을 형성한다. 상기 디지트 라인(29)은 상기 게이트 전극(17)에 평행하도록 형성될 수 있다. 상기 디지트 라인(29)을 갖는 기판 상에 제2 하부 층간절연막(31)을 형성한다. 상기 제2 하부 층간절연막(31) 및 상기 제1 상부 층간절연막(27)을 패터닝하여 상기 드레인 패드(25d)를 노출시키는 하부전극 콘택홀을 형성하고, 상기 하부전극 콘택홀 내에 하부전극 콘택 플러그(33)를 형성한다. 이어서, 상기 하부전극 콘택 플러그(33)를 갖는 기판 상에 제2 상부 층간절연막(35)을 형성한다. 상기 제2 하부 층간절연막(31) 및 제2 상부 층간절연막(35)은 제2 층간절연막(36)을 구성한다. 상기 제2 상부 층간절연막(35)을 패터닝하여 상기 하부전극 콘택 플러그(33)를 노출시키면서 상기 디지트 라인(29)의 일 부분과 중첩하는 그루브(groove)를 형성한다. 상기 그루브 내에 하부전극(37)을 형성한다. 상기 하부전극(37)은 통상의 다마신 기술(damascene technique)을 사용하여 형성할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 하부전극(37)을 갖는 기판 상에 피닝층(pinning layer; 39), 고정층(pinned layer; 46), 터널링층(tunneling layer; 47), 자유층(free layer; 54) 및 상부전극층(55)을 차례로 형성한다. 이와 반대로, 상기 하부전극(37)을 갖는 기판 상에 상기 자유층(54), 상기 터널링층(47), 상기 고정층(46), 상기 피닝층(39) 및 상기 상부전극층(55)을 순차적으로 형성할 수도 있다. 상기 피닝층(39)은 백금망간층(PtMn layer)과 같은 반강자성층(anti-ferromagnetic layer)으로 형성할 수 있고, 상기 터널링층(47)은 알루미늄 산화층(Al2O3)과 같은 절연층으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 고정층(46)은 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer) 또는 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)으로 형성할 수 있다. 상기 단일 강자성층은 코발트철(cobalt iron; CoFe) 또는 니켈철(nickel iron; NiFe)과 같은 강자성 물질을 스퍼터링 기술을 사용하여 증착함으로써 형성할 수 있다. 상기 고정층(46)이 상기 합성 반강자성층(SAF layer)인 경우에, 상기 고정층(46)은 하부 강자성층(41), 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer; 43) 및 상부 강자성층(45)을 차례로 적층시킴으로써 형성할 수 있다. 상기 하부 강자성층(41) 및 상부 강자성층(45)은 코발트철층(CoFe layer) 또는 니켈철층(NiFe layer)으로 형성할 수 있고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층(43)은 루테니움층(ruthenium layer; Ru layer)으로 형성할 수 있다.
이에 더하여, 상기 자유층(54) 역시 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer) 또는 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)으 로 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 단일 강자성층은 코발트철층(cobalt iron layer; CoFe layer) 또는 니켈철층(NiFe layer)으로 형성할 수 있다. 상기 자유층(54)이 상기 합성 반강자성층(SAF layer)인 경우에, 상기 자유층(54) 역시 하부 강자성층(49), 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer; 51) 및 상부 강자성층(53)을 차례로 적층시킴으로써 형성할 수 있다. 상기 하부 강자성층(49) 및 상부 강자성층(53)은 코발트철층(CoFe layer), 니켈철층 또는 코발트니켈철층(CoNiFe layer)으로 형성할 수 있고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층(51)은 루테니움층(ruthenium layer; Ru layer)으로 형성할 수 있다.
도 11을 참조하면, 적어도 상기 상부전극층(55) 및 상기 자유층(54)을 도 7에 도시된 상기 포토 마스크를 사용하여 패터닝한다. 그 결과, 상기 하부전극(37) 상부에 도 6의 평면도를 갖는 상부전극(55a) 및 자유층 패턴(54a)이 형성된다. 바람직하게는, 상기 상부전극층(55), 자유층(54), 터널링층(47), 고정층(46) 및 피닝층(39)을 도 7의 상기 포토 마스크를 사용하여 연속적으로 패터닝할 수 있다. 이 경우에, 도 2b에 보여진 바와 같이 서로 동일한 평면도를 갖는 피닝층 패턴(39a), 고정층 패턴(46a), 터널링 절연층 패턴(47a), 자유층 패턴(54a) 및 상부전극(55a)이 상기 하부전극(37) 상에 형성된다. 상기 피닝층 패턴(39a), 고정층 패턴(46a), 터널링 절연층 패턴(47a) 및 자유층 패턴(54a)은 자기터널 접합 구조체(5)를 구성한다.
상기 고정층(46)이 상술한 바와 같이 합성 반강자성층으로 형성하는 경우에, 상기 고정층 패턴(46a)은 차례로 적층된 하부 강자성층 패턴(41a), 반강자성 커플링 스페이서층 패턴(43a) 및 상부 강자성층 패턴(45a)을 갖도록 형성된다. 이와 마찬가지로, 상기 자유층(54)이 상술한 바와 같이 합성 반강자성층으로 형성하는 경우에, 상기 자유층 패턴(54a)은 차례로 적층된 하부 강자성층 패턴(49a), 반강자성 커플링 스페이서층 패턴(51a) 및 상부 강자성층 패턴(53a)을 갖도록 형성된다.
상기 자기터널 접합 구조체(5) 및 상부전극(55a)을 갖는 기판 상에 제3 층간절연막(57)을 형성한다. 상기 제3 층간절연막(57)을 패터닝하여 상기 상부전극(55a)을 노출시키는 비트라인 콘택홀을 형성한다. 상기 비트라인 콘택홀을 갖는 기판 상에 알루미늄막과 같은 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 패터닝하여 상기 비트라인 콘택홀을 통하여 상기 상부전극(55a)에 전기적으로 접속된 비트라인(59)을 형성한다. 상기 비트라인(59)은 상기 디지트 라인(29)의 상부를 가로지르도록 형성된다.
<실험예들; examples>
이하에서는, 상술한 실시예들 및 종래의 기술에 따라 제작된 자기터널 접합 구조체들의 스위칭 특성들을 설명하기로 한다.
도 12는 종래의 기술(conventional art)에 따라 제작된 자기터널 접합 구조체들의 스위칭 특성들을 보여주는 에스테로이드 곡선들(asteroid curves)의 측정결과들을 도시한 그래프이다. 도 12에 있어서, 가로축(abscissa)은 강제 자계(coercive magnetic field; Hc)에 대한 표준화된 하드 자계(normalized hard magnetic field; Hh/Hc)를 나타내고, 세로축(ordinate)은 상기 강제 자계(Hc)에 대 한 표준화된 이지 자계(He/Hc)를 나타낸다. 여기서, 상기 강제 자계(Hc)는 어떠한 하드 자계의 적용없이 종래의 자기터널 접합 구조체의 스위칭에 요구되는 최소 이지 자계(minimum easy magnetic field)를 의미한다.
도 12의 측정결과들을 보여주는 종래의 자기터널 접합 구조체들은 평면도로부터 보여질 때 직사각형의 형태(rectangular shape)를 갖도록 제작되었다. 구체적으로, 상기 직사각형의 자기터널 접합 구조체(rectangular MTJ structure)는 0.8㎛의 길이 및 0.4㎛의 폭을 갖는 직사각형의 자기터널 접합 패턴을 갖는 포토 마스크를 사용하여 패터닝되었다.
또한, 상기 직사각형의 자기터널 접합 구조체는 차례로 적층된 피닝층 패턴, 고정층 패턴, 터널링 절연층 패턴 및 자유층 패턴을 갖도록 제작되었다. 이 경우에, 상기 피닝층 패턴은 150Å의 두께를 갖는 백금망간층(PtMn layer)으로 형성되었고, 상기 터널링 절연층 패턴은 12Å의 두께를 갖는 알루미늄 산화층으로 형성되었다. 또한, 상기 고정층 패턴은 합성 반강자성층(SAF layer)으로 형성되었다. 구체적으로, 상기 합성 반강자성 고정층 패턴(SAF pinned layer pattern)은 30Å의 두께를 갖는 하부 코발트철층(a lower CoFe layer), 8Å의 두께를 갖는 루테니움층 및 30Å의 두께를 갖는 상부 코발트철층(an upper CoFe layer)을 차례로 적층시키어 형성하였다.
도 12에서, 참조부호 "■"로 표시된 데이터는 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer)으로 형성된 자유층 패턴을 갖는 종래의 자기터널 접합 구조체의 에스테로이드 곡선에 해당하고, 참조부호 "●"로 표시된 데이터는 합성 반강 자성층(SAF layer)으로 형성된 자유층 패턴을 갖는 종래의 자기터널 접합 구조체의 에스테이로이드 곡선에 해당한다. 이 경우에, 상기 단일 자유층 패턴(single free layer pattern)은 30Å의 두께를 갖는 코발트니켈철층(CoNiFe layer)으로 형성하였고, 상기 합성 반강자성 자유층 패턴(SAF free layer)은 40Å의 두께를 갖는 하부 코발트니켈철층(a lower CoNiFe layer), 8Å의 두께를 갖는 루테니움층 및 20Å의 두께를 갖는 상부 코발트니켈철층(an upper CoNiFe layer)을 차례로 적층시키어 형성하였다.
도 12를 참조하면, 상기 단일 자유층 패턴(single free layer pattern)을 갖는 종래의 자기터널 접합 구조체에 상기 강제 자계(Hc)의 0.5에 해당하는 하드 자계가 인가될 때, 상기 단일 자유층 패턴을 갖는 종래의 자기터널 접합 구조체는 적어도 상기 강제 자계의 0.63배(도 12의 α1 참조)에 해당하는 이지 자계와 함께 스위칭되었다. 또한, 상기 합성 반강자성 자유층 패턴을 갖는 종래의 자기터널 접합 구조체에 상기 강제 자계(Hc)의 0.5에 해당하는 하드 자계가 인가될 때, 상기 합성 반강자성 자유층 패턴을 갖는 종래의 자기터널 접합 구조체는 적어도 상기 강제 자계의 0.57배(도 12의 α2 참조)에 해당하는 이지 자계와 함께 스위칭되었다. 여기서, 상기 인자들(factors) "α1" 및 "α2"는 상기 자기터널 접합 구조체들의 쓰기 마진(writing margin)을 평가하는 수치에 해당한다. 즉, 상기 인자가 감소할수록 상기 쓰기 마진은 더욱 증가한다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따라 제작된 자기터널 접합 구조체들의 스위칭 특성들을 보여주는 에스테로이드 곡선들(asteroid curves)의 측정결과들을 도시 한 그래프이다. 도 13에 있어서, 가로축(abscissa) 및 세로축(ordinate)은 각각 도 12의 가로축 및 세로축과 동일한 파라미터들을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따라 제작된 자기터널 접합 구조체들은 단지 평면적인 형태(planar shape)에 있어서 종래의 자기터널 접합 구조체들과 다르다. 구체적으로, 본 발명에 따라 제작된 자기터널 접합 구조체들은 도 7에 도시된 포토 마스크를 사용하여 제작되었다. 이 경우에, 상기 포토 마스크의 자기터널 접합 패턴(5m)은 다음의 [표 1]에 기재된 크기들(dimensions)을 갖도록 제작되었다.
메인 패턴(1m) 팁 패턴들(3m', 3m") X1'(=X2') Y1'(=Y2')
L W X1(=X2) Y1(=Y2)
0.8㎛ 0.4㎛ 0.3㎛ 0.15㎛ 0.06㎛ 0.06㎛
도 13을 참조하면, 상기 단일 자유층 패턴(single free layer pattern)을 갖는 자기터널 접합 구조체에 상기 강제 자계(Hc)의 0.5에 해당하는 하드 자계가 인가될 때, 상기 자기터널 접합 구조체는 상기 강제 자계의 0.43배(도 13의 α1' 참조)에 해당하는 이지 자계와 함께 스위칭되었다. 또한, 상기 합성 반강자성 자유층 패턴을 갖는 자기터널 접합 구조체에 상기 강제 자계(Hc)의 0.5에 해당하는 하드 자계가 인가될 때, 상기 자기터널 접합 구조체는 상기 강제 자계의 0.13배(도 13의 α2' 참조)에 해당하는 이지 자계와 함께 스위칭되었다. 결과적으로, 본 발명에 따른 자기터널 접합 구조체들은 종래의 자기터널 접합 구조체에 비하여 향상된 쓰기 마진을 보였다. 특히, 본 발명에 따른 자기터널 접합 구조체가 상기 합성 반강자성 자유층 패턴을 채택하는 경우에, 상기 자기터널 접합 구조체의 쓰기 마진이 현저히 개선되었다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 3층의 합성 반강자성층(three layered SAF layer) 및 하이브리드 합성 반강자성층(hybrid SAF layer)의 자화특성 곡선들(magnetization curves)의 측정결과들을 도시한 그래프이다. 도 14에 있어서, 가로축은 상기 합성 반강자성층들에 인가된 외부 자계(external magnetic field; Hex)를 나타내고, 세로축은 표준화된 자화도(normalized magnetization; M)를 나타낸다.
도 14에서, 참조부호 "■"로 표시된 데이터는 상기 3층의 합성 반강자성층의 자화특성 곡선(magnetization curve)을 나타내고, 참조부호 "●"로 표시된 데이터는 상기 하이브리드 합성 반강자성층의 자화특성 곡선을 나타낸다. 상기 3층의 합성 반강자성층은 기판의 전면 상에 33Å의 두께를 갖는 하부 니켈철층, 8Å의 두께를 갖는 루테니움층 및 30Å의 두께를 갖는 상부 니켈철층을 차례로 적층시키어 형성하였다. 또한, 상기 하이브리드 합성 반강자성층은 기판의 전면 상에 33Å의 두께를 갖는 하부 니켈철(NiFe)층, 3Å의 두께를 갖는 하부 코발트철(CoFe)층, 8Å의 두께를 갖는 루테니움(Ru)층, 3Å의 두께를 갖는 상부 코발트철(CoFe)층 및 30Å의 두께를 갖는 상부 니켈철(NiFe)층을 차례로 적층시키어 형성하였다.
도 14를 참조하면, 상기 3층의 합성 반강자성층에 약 450(Oe)의 외부 자계(Hex)가 인가된 경우에, 상기 3층의 합성 반강자성층은 "1"의 표준화된 자화도(M)를 보였다. 이에 반하여, 상기 하이브리드 합성 반강자성층은 약 1400(Oe)보다 높은 외부 자계(Hex) 하에서 "1"의 표준화된 자화도(M)를 보였다. 여 기서, 상기 표준화된 자화도(M)는 상기 합성 반강자성층들의 상부 강자성층 내의 모든 자기 스핀들이 그들의 하부 강자성층 내의 모든 자기 스핀들과 완전히 평행하도록 배열된 경우에 "1"의 값을 갖는다. 결과적으로, 상기 하이브리드 합성 반강자성층의 모든 강자성층들 내의 자기 스핀들을 서로 평행하도록 강제적으로 배열시키기 위해서는 1400(Oe)보다 더 강한 외부 자계(Hex)가 요구되었고, 상기 3층의 합성 반강자성층의 모든 강자성층들 내의 자기 스핀들을 서로 평행하도록 강제적으로 배열시키기 위해서는 약 450(Oe)의 약한 외부 자계가 요구되었다. 이는 상기 하이브리드 합성 반강자성층의 상호변환 커플링 에너지(도 4에서 음의 Jex(negative Jex))가 크다는 것을 의미한다. 즉, 상기 하이브리드 합성 반강자성층이 상기 3층의 합성 반강자성층에 비하여 우수한 합성 반강자성층의 성질을 갖는 것으로 이해될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 적어도 자유층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 사각형의 메인 바디와 아울러서 상기 메인 바디의 양 단들로부터 각각 돌출하는 한 쌍의 구부러진 팁들을 갖는다. 이에 따라, 어떠한 외부 자계가 인가되지 않는 평형 상태(equilibrium state)에서 상기 자유층 패턴 내의 자기 스핀들은 원형의 자계를 형성하여 안정한 상태를 유지한다. 이에 더하여, 상기 구부러진 팁들은 현저히 개선된 쓰기 마진을 제공한다.

Claims (40)

  1. 집적회로 기판 상에 적층된 고정층 패턴(pinned layer pattern), 터널링 절연층 패턴(tunneling insulation layer pattern) 및 자유층 패턴(free layer pattern)을 갖는 자기터널 접합 구조체에 있어서, 적어도 상기 자유층 패턴은
    평면도로부터 보여질 때 서로 마주보는 제1 및 제2 변들(first and second sides), 상기 제1 변의 일 단으로부터 연장되어 상기 제2 변의 일 단에 접촉하는 제3 변, 및 상기 제1 변의 타 단으로부터 연장되어 상기 제2 변의 타 단에 접촉하는 제4 변을 갖는 메인 바디(main body);
    상기 제2 및 제3 변들의 접촉점(contact point)에 해당하는 제1 꼭지점(a first vertex)으로부터 돌출하되, 상기 제2 및 제3 변들과 접촉하는 제1 팁(tip); 및
    상기 제2 및 제4 변들의 접촉점에 해당하는 제2 꼭지점으로부터 돌출하되, 상기 제2 및 제4 변들과 접촉하는 제2 팁을 포함하는 자기터널 접합 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 변들은 상기 제3 및 제4 변들보다 긴 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 변은 상기 제2 변과 동일한 길이를 갖고, 상기 제3 변은 상기 제4 변과 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 터널링 절연층 패턴은 상기 자유층 패턴 및 상기 고정층 패턴 사이에 개재되고, 상기 터널링 절연층 패턴 및 상기 고정층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 상기 자유층 패턴과 동일한 모양(configuration)을 갖는 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정층 패턴에 접촉하고 상기 터널링 절연층 패턴의 반대편에 위치하는 피닝층 패턴(pinning layer pattern)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정층 패턴은 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정층 패턴은 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정층 패턴은 적어도 5개의 층들로 이루어진 하이브리드 합성 반강자성층(hybrid SAF layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하이브리드 합성 반강자성층은 차례로 적층된 하부 CoFeB층, 하부 CoFe층, 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer), 상부 CoFe층 및 상부 CoFeB층을 포함하고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층은 루테니움층(ruthenium layer) 또는 크롬층(chrome layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 하이브리드 합성 반강자성층은 차례로 적층된 하부 NiFe층, 하부 CoFe층, 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer), 상부 CoFe층 및 상부 NiFe층을 포함하고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층은 루테니움층(ruthenium layer) 또는 크롬층(chrome layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 자유층 패턴은 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 자유층 패턴은 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 자유층 패턴은 적어도 5개의 층들로 이루어진 하이브리드 합성 반강자성층(hybrid SAF layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하이브리드 합성 반강자성층은 차례로 적층된 하부 CoFeB층, 하부 CoFe층, 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer), 상부 CoFe층 및 상부 CoFeB층을 포함하고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층은 루테니움층(ruthenium layer) 또는 크롬층(chrome layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 하이브리드 합성 반강자성층은 차례로 적층된 하부 NiFe층, 하부 CoFe층, 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer), 상부 CoFe층 및 상부 NiFe층을 포함하고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층은 루테니움층(ruthenium layer) 또는 크롬층(chrome layer)인 것을 특징으로 하는 자기터널 접합 구조체.
  16. 집적회로 기판에 형성된 억세스 트랜지스터;
    상기 억세스 트랜지스터를 갖는 기판의 상부에 배치된 디지트 라인;
    상기 디지트 라인의 상부에 배치되고 상기 억세스 트랜지스터의 출력단자(output terminal)에 전기적으로 접속된 하부전극;
    상기 하부전극 상에 적층된 고정층 패턴, 터널링 절연층 패턴 및 자유층 패턴을 구비하되, 적어도 상기 자유층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 서로 마주보는 제1 및 제2 변들(first and second sides)과 상기 제1 변의 일 단으로부터 연장되어 상기 제2 변의 일 단에 접촉하는 제3 변과 상기 제1 변의 타 단으로부터 연장되어 상기 제2 변의 타 단에 접촉하는 제4 변을 갖는 메인 바디(main body), 상기 제2 및 제3 변들의 접촉점에 해당하는 제1 꼭지점(vertex)으로부터 돌출하고 상기 제2 및 제3 변들과 접촉하는 제1 팁(tip), 및 상기 제2 및 제4 변들의 접촉점에 해당하는 제2 꼭지점으로부터 돌출하고 상기 제2 및 제4 변들과 접촉하는 제2 팁을 갖는 자기터널 접합 구조체;
    상기 자기터널 접합 구조체 상에 배치된 상부전극; 및
    상기 상부전극 상부에 배치되고 상기 상부전극에 전기적으로 연결된 비트라인을 포함하는 자기램 셀.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 집적회로 기판의 소정영역에 형성되어 활성영역을 한정하는 소자분리막을 더 포함하되, 상기 억세스 트랜지스터는 상기 활성영역의 상부를 가로지르는 게이트 전극을 갖는 모스 트랜지스터이고, 상기 출력단자는 상기 모스 트랜지스터의 드레인 영역인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 메인 바디는 직사각형의 형태를 갖되, 상기 제1 및 제2 변들은 상기 제3 및 제4 변들보다 긴 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 터널링 절연층 패턴은 상기 자유층 패턴 및 상기 고정층 패턴 사이에 개재되고, 상기 터널링 절연층 패턴 및 상기 고정층 패턴은 평면도로부터 보여질 때 상기 자유층 패턴과 동일한 모양(configuration)을 갖는 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상기 고정층 패턴 사이에 개재된 피닝층 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 고정층 패턴은 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 고정층 패턴은 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 고정층 패턴은 적어도 5개의 층들로 이루어진 하이브리드 합성 반강자성층(hybrid SAF layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 하이브리드 합성 반강자성층은 차례로 적층된 하부 CoFeB층, 하부 CoFe층, 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer), 상부 CoFe층 및 상부 CoFeB층을 포함하고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층은 루테니움층(ruthenium layer) 또는 크롬층(chrome layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 하이브리드 합성 반강자성층은 차례로 적층된 하부 NiFe층, 하부 CoFe층, 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer), 상부 CoFe층 및 상부 NiFe층을 포함하고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층은 루테니움층(ruthenium layer) 또는 크롬층(chrome layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 자유층 패턴은 단일 강자성층(a single ferromagnetic layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 자유층 패턴은 합성 반강자성층(synthetic anti-ferromagnetic layer; SAF layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  28. 제 16 항에 있어서,
    상기 자유층 패턴은 적어도 5개의 층들로 이루어진 하이브리드 합성 반강자성층(hybrid SAF layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 하이브리드 합성 반강자성층은 차례로 적층된 하부 CoFeB층, 하부 CoFe층, 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer), 상부 CoFe층 및 상부 CoFeB층을 포함하고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층은 루테니움층(ruthenium layer) 또는 크롬층(chrome layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 하이브리드 합성 반강자성층은 차례로 적층된 하부 NiFe층, 하부 CoFe층, 반강자성 커플링 스페이서층(anti-ferromagnetic coupling spacer layer), 상부 CoFe층 및 상부 NiFe층을 포함하고, 상기 반강자성 커플링 스페이서층은 루테니움층(ruthenium layer) 또는 크롬층(chrome layer)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀.
  31. 기판 및 상기 기판의 주 표면(main surface) 상에 형성된 자기터널 접합 패턴을 갖는 자기램 셀 제조용 포토 마스크에 있어서, 상기 자기터널 접합 패턴은
    서로 마주보는 제1 및 제2 변들(first and second sides)과 아울러서 서로 마주보는 제3 및 제4 변들을 갖는 사각형의 메인 패턴(square-shaped main pattern);
    상기 제2 및 제3 변들의 접촉점에 해당하는 제1 꼭지점(a first vertex)으로부터 돌출하되, 그것의 일부가 상기 제1 꼭지점을 포함하는 상기 메인 패턴의 제1 코너 영역과 중첩하는 제1 팁 패턴; 및
    상기 제2 및 제4 변들의 접촉점에 해당하는 제2 꼭지점으로부터 돌출하되, 그것의 일부가 상기 제2 꼭지점을 포함하는 상기 메인 패턴의 제2 코너 영역과 중첩하는 제2 팁 패턴을 포함하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 메인 패턴은 직사각형이고, 상기 제1 및 제2 변들이 상기 제3 및 제4 변들보다 긴 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 팁 패턴들의 중심점들은 상기 메인 패턴의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 팁 패턴들의 상기 중심점들은 상기 제2 내지 제4 변들의 연장선들로부터 이격된 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 팁 패턴들은 상기 메인 패턴의 중심점을 가로지르는 직선에 대하여 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 팁 패턴들은 평면도로부터 보여질 때 사각형의 모양(square-shaped configuration) 또는 원형의 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 팁 패턴들의 중심점들은 상기 메인 패턴의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 팁 패턴들의 상기 중심점들은 상기 제2 내지 제4 변들의 연장선들로부터 이격된 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  39. 제 31 항에 있어서,
    상기 메인 패턴, 상기 제1 팁 패턴 및 상기 제2 팁 패턴은 차광 패턴들(opaque patterns)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 차광 패턴들은 크롬 패턴들(chrome patterns)인 것을 특징으로 하는 자기램 셀 제조용 포토 마스크.
KR1020040026689A 2004-04-19 2004-04-19 양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에사용되는 포토 마스크들 KR100541558B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040026689A KR100541558B1 (ko) 2004-04-19 2004-04-19 양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에사용되는 포토 마스크들
US11/103,078 US7582890B2 (en) 2004-04-19 2005-04-11 Magnetic tunnel junction structures having bended tips at both ends thereof, magnetic random access memory cells employing the same and photomasks used in formation thereof
CN200510081709XA CN1734662B (zh) 2004-04-19 2005-04-19 磁性隧道结结构、磁性随机存取存储单元、及光掩模
DE102005018204A DE102005018204A1 (de) 2004-04-19 2005-04-19 Magnetische Tunnelübergangsstruktur, MRAM-Zelle und Fotomaske

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040026689A KR100541558B1 (ko) 2004-04-19 2004-04-19 양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에사용되는 포토 마스크들

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050101461A KR20050101461A (ko) 2005-10-24
KR100541558B1 true KR100541558B1 (ko) 2006-01-11

Family

ID=36077002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040026689A KR100541558B1 (ko) 2004-04-19 2004-04-19 양 단들에 구부러진 팁들을 구비하는 자기터널 접합구조체들, 이들을 채택하는 자기램 셀들 및 이들의 형성에사용되는 포토 마스크들

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7582890B2 (ko)
KR (1) KR100541558B1 (ko)
CN (1) CN1734662B (ko)
DE (1) DE102005018204A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7267997B1 (en) * 2005-04-29 2007-09-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Process for forming magnetic memory structures
US7545602B1 (en) * 2005-07-26 2009-06-09 Sun Microsystems, Inc. Use of grating structures to control asymmetry in a magnetic sensor
JP4594839B2 (ja) * 2005-09-29 2010-12-08 株式会社東芝 磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ランダムアクセスメモリの製造方法、及び、磁気ランダムアクセスメモリのデータ書き込み方法
US7755153B2 (en) * 2006-01-13 2010-07-13 Macronix International Co. Ltd. Structure and method for a magnetic memory device with proximity writing
TWI307507B (en) * 2006-10-20 2009-03-11 Ind Tech Res Inst Magnetic tunnel junction devices and magnetic random access memory
US20090046397A1 (en) * 2007-08-15 2009-02-19 Freescale Semiconductor, Inc. Methods and apparatus for a synthetic anti-ferromagnet structure with improved thermal stability
DE102010055754A1 (de) * 2010-12-22 2012-06-28 Sensitec Gmbh Magnetoresistives Sensorelement
CN102938257B (zh) * 2011-08-15 2017-05-17 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 磁隧道结、其制作方法及含磁隧道结的存储单元
DE112013007035T5 (de) 2013-06-29 2016-01-21 Intel Corporation Magnetelement für Speicher und Logik
KR20160022970A (ko) 2014-08-20 2016-03-03 세종대학교산학협력단 고출력 전압 자기저항 소자
US10068945B2 (en) * 2015-09-30 2018-09-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor structure integrated with magnetic tunneling junction and manufacturing method thereof
CN111725394B (zh) * 2019-09-06 2022-11-11 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种磁性存储单元的加工方法、磁性随机存储器及设备

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0835760A (ja) 1994-07-22 1996-02-06 Sanyo Electric Co Ltd ショーケースのラウンド構造
US5640343A (en) * 1996-03-18 1997-06-17 International Business Machines Corporation Magnetic memory array using magnetic tunnel junction devices in the memory cells
US5898547A (en) * 1997-10-24 1999-04-27 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction magnetoresistive read head with sensing layer as flux guide
US6519124B1 (en) * 2000-03-27 2003-02-11 Tdk Corporation Magnetic tunnel junction read head using a hybrid, low-magnetization flux guide
JP3716386B2 (ja) 2000-07-24 2005-11-16 東芝セラミックス株式会社 耐プラズマ性アルミナセラミックスおよびその製造方法
US6818330B2 (en) 2000-08-25 2004-11-16 Seagate Technology Llc Perpendicular recording medium with antiferromagnetic exchange coupling in soft magnetic underlayers
JP3618654B2 (ja) 2000-09-11 2005-02-09 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置
JP4458703B2 (ja) 2001-03-16 2010-04-28 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、その製造方法、磁気ランダムアクセスメモリ、携帯端末装置、磁気ヘッド及び磁気再生装置
KR100389033B1 (ko) 2001-04-11 2003-06-25 삼성전자주식회사 강유전체 메모리소자 및 그 제조방법
US6833982B2 (en) * 2001-05-03 2004-12-21 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Magnetic tunnel junction sensor with a free layer biased by longitudinal layers interfacing top surfaces of free layer extensions which extend beyond an active region of the sensor
JP2002353537A (ja) 2001-05-30 2002-12-06 Sony Corp 磁気抵抗効果素子および磁気ランダムアクセスメモリ装置
US6657825B2 (en) * 2001-08-02 2003-12-02 International Business Machines Corporation Self aligned magnetoresistive flux guide read head with exchange bias underneath free layer
JP4462790B2 (ja) * 2001-09-04 2010-05-12 ソニー株式会社 磁気メモリ
US6531723B1 (en) 2001-10-16 2003-03-11 Motorola, Inc. Magnetoresistance random access memory for improved scalability
US6570783B1 (en) 2001-11-15 2003-05-27 Micron Technology, Inc. Asymmetric MRAM cell and bit design for improving bit yield
JP3661652B2 (ja) 2002-02-15 2005-06-15 ソニー株式会社 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置
JP2006501587A (ja) * 2002-05-22 2006-01-12 コーニンクレッカ　フィリップス　エレクトロニクス　エヌ　ヴィ 磁気抵抗メモリセルアレイとこのアレイを含むｍｒａｍメモリ
US7095646B2 (en) * 2002-07-17 2006-08-22 Freescale Semiconductor, Inc. Multi-state magnetoresistance random access cell with improved memory storage density
US7201947B2 (en) 2002-09-10 2007-04-10 Headway Technologies, Inc. CPP and MTJ reader design with continuous exchange-coupled free layer
JP3863484B2 (ja) * 2002-11-22 2006-12-27 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ
FR2866750B1 (fr) 2004-02-23 2006-04-21 Centre Nat Rech Scient Memoire magnetique a jonction tunnel magnetique et procede pour son ecriture

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050101461A (ko) 2005-10-24
CN1734662B (zh) 2010-06-09
US20050230771A1 (en) 2005-10-20
CN1734662A (zh) 2006-02-15
DE102005018204A1 (de) 2005-11-10
US7582890B2 (en) 2009-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7582890B2 (en) Magnetic tunnel junction structures having bended tips at both ends thereof, magnetic random access memory cells employing the same and photomasks used in formation thereof
KR100536592B1 (ko) 자기 메모리 및 그 제조 방법
US7173848B2 (en) Magnetic random access memory with memory cell stacks having more than two magnetic states
JP5177938B2 (ja) 磁気メモリセルおよび磁気メモリアレイならびにそれらの製造方法
KR100548997B1 (ko) 다층박막구조의 자유층을 갖는 자기터널 접합 구조체들 및이를 채택하는 자기 램 셀들
JP5667982B2 (ja) 電子的反射性絶縁スペーサを有する磁束閉鎖ｓｔｒａｍ
US20070076469A1 (en) Magnetoresistive effect element and magnetic memory device
JP5360599B2 (ja) 磁気抵抗効果素子及び磁気ランダムアクセスメモリ
US7583529B2 (en) Magnetic tunnel junction devices and magnetic random access memory
KR100366702B1 (ko) 쓰기 및 읽기 회로를 갖는 자기 터널 접합 소자를 이용한자기 랜덤 액세스 메모리
KR20040011390A (ko) 요크층을 구비한 자기 기억 장치 및 그 제조 방법
JP2010114143A (ja) 半導体記憶装置および半導体記憶装置の製造方法
KR20040050660A (ko) 기준 셀들을 갖는 자기 램 소자 및 그 구조체
WO2006092849A1 (ja) 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置
KR101958420B1 (ko) 자기 메모리소자 및 그 동작방법
JP2008187048A (ja) 磁気抵抗効果素子
KR100615600B1 (ko) 고집적 자기램 소자 및 그 제조방법
KR100434958B1 (ko) 마그네틱 램
KR100560661B1 (ko) 자기 메모리의 읽기 방법
JP5504847B2 (ja) スピン注入型磁気ランダムアクセスメモリ
US20050139880A1 (en) Method for manufacturing magnetic random access memory
KR101901323B1 (ko) 자기저항요소 및 이를 포함하는 메모리소자
JP2003298145A (ja) 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置
KR100684893B1 (ko) 자기 메모리 장치 및 그 제조방법
JP5625380B2 (ja) 磁気抵抗記憶素子及び磁気ランダムアクセスメモリ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121130

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131129

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191129

Year of fee payment: 15