KR100631896B1 - 단일 자구 자성체 필라 어레이를 갖는 자기 저장 소자의제조 방법 - Google Patents
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Abstract
다공성 양극산화 알루미나층을 이용하여 단일 자구 자성체 필라 어레이를 갖는 자기 저장 소자를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 자기 저장 소자의 제조 방법은, 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층이 형성되어 있는 알루미늄 기판을 준비하는 단계와; 상기 양극산화 알루미나층이 형성된 상기 알루미늄 기판에 대해 전기도금을 실시하여 상기 공극 내에 단일 자구 자성체 필라를 형성하는 단계와; 상기 공극 내에 단일 자구 자성체 필라를 형성하는 단계 후에, 상기 양극산화 알루미나층을 습식식각에 의해 완전히 제거하는 단계를 포함한다.
단일 자구, 자성체 필라, 자기 저장 소자
Description
도 1 내지 도 3은 종래의 박막 자기 저장 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기 저장 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 제조된 자기 저장 소자의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 자기 저장 소자의 개략적인 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 제조된 자기 저장 소자의 개략적인 부분 사이도이다.
도 10은 본 발명에 따른 단일 자구 자성체 필라 어레이를 형성하기 위해 사용되는 전기도금 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 자기 저장 소자의 제조 방법에 사용되는 다공성 양극산화 알루미나층 표면의 일례를 나타내는 평면 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
101: 알루미늄 기판 102: 다공성 양극산화 알루미나층
103: 공극 104: 자성체 필라
본 발명은 자기 저장 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 양극산화 알루미나층을 이용하여 단일 자구 자성체 필라 어레이(single-domain magnetic pillar)를 갖는 자기 저장 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 자기 저장 매체로 상용화되고 있는 박막 자기 저장 소자는, 기판 상에 강자성체인 자성체 박막을 형성하여 제조된 것이다. 이 자성체 박막에 특정 데이터를 쓰기(write) 위해서는, 기록 헤드를 사용하여 자성체 박막에 특정한 자기 신호를 기록한다. 자기 신호가 기록된 자성 박막으로부터 데이터를 읽기(read) 위해서, 재생 헤드로 자성 박막에 기록된 자기 신호를 검출하여 전기 신호를 얻는다.
도 1 내지 도 3은 종래의 박막 자기 저장 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 자성체 박막을 형성할 기판을 준비한다. 상기 기판으로는 유리 기판을 사용할 수 있다. 다음으로, 도 2에 도시된 바 와 같이, 기판(11) 상에 자성체 재료로 된 자성체 박막(13)을 증착한다. 상기 자성체 박막(13)으로는 통상 철, 니켈 또는 코발트 등의 강자성체 재료를 사용한다. 이 때, 스퍼터링법에 의해 기판(11) 상에 자성체 박막(13)을 증착을 증착한다. 상기 스퍼터링법에서는, 자성체 재료로 된 타겟(target)을 향해 플라즈마 상태의 이온 입자들을 입사하여 타겟과 충돌시킨다. 이러한 충돌에 의해 타켓으로부터 자성체 재료의 원자들이 떨어져 나가서 기판(11) 상에 증착하게 된다. 이러한 스퍼터링 방법에는, 증착과 에칭을 동시에 진행할 수 있는 바이어스 스퍼터링(bias sputtering)법과 반응성 가스량을 조절하여 합금화시킬 수 있는 반응성 스퍼터링(reactive sputtering)법이 있다.
이와 같이 기판(11) 상에 증착된 자성 박막(13)을 기록 헤드로 자화시키면, 자기적 정보가 자성 박막(13)에 기록된다. 도 3은 2진 비트의 자기적 정보가 기록된 자성 박막을 나타내는 단면도이다. 도 3에서, 화살표는 자성체 박막(13)을 이루는 자성체의 자화 방향을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 자성체 박막(13)의 각 영역에서는 업(up) 또는 다운(down) 중 어느 하나에 해당하는 평균 자화 방향를 갖는다. 하나의 평균 자화 방향을 갖는 각 영역은, 한 비트(bit)에 해당하는 정보를 저장한다.
그런데, 한 비트의 정보는, 자성체 박막(12) 내의 다수의 자기 그레인들(magnetic grains)에 걸쳐 저장된다. 또한, 하나의 비트의 정보를 저장하는 다수의 자기 그레인들은 그레인 크기, 그레인 간격 및 자화 방향에 있어서 넓은 분포를 나타낸다. 이러한 분포는 한 비트의 전체 자화에 변이(variation)을 발생시키므로, 읽기 동작시 잡음을 일으키게 된다. 또한, 다른 비트의 정보를 저장하는 인접한 자화 영역들 사이에 상호 작용으로 인한 혼선(crosstalk)이 발생하기 쉽다. 따라서, 자기 기록 밀도에 제한이 있으며, 읽기 동작시 정보가 정확히 판독되지 않을 수도 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 수직 자기 이방성을 향상시켜 데이터를 쉽게 정확히 기록할 수 있고, 인접한 자구들 간의 상호 작용을 억제하여 기록 밀도를 높일 수 있으며 정확한 판독을 가능하게 하는, 단일 자구 자성체 필라 어레이를 갖는 자기 저장 소자의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 저비용으로 높은 양산성을 구현할 수 있고, 기록 밀도을 용이하게 조절할 수 있는, 단일 자구 자성체 필라 어레이를 갖는 자기 저장 소자의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자기 저장 소자의 제조 방법은, 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층이 형성되어 있는 알루미늄 기판을 준비하는 단계와; 상기 양극산화 알루미나층이 형성된 상기 알루미늄 기판에 대해 전기도금을 실시하여 상기 공극 내에 단일 자구 자성체 필라를 형성하는 단계와; 상기 공극 내에 단일 자구 자성체 필라를 형성하는 단계 후에, 상기 양극산화 알루미나층을 습식식각에 의해 완전히 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 단일 자구 자성체 필라를 형성하는 단계는, 상기 알루미늄 기판에 대해 전기 도금을 실시하여 상기 공극을 자성체로 완전히 매립하는 단계와; 상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층을 평탄화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층을 평탄화하는 단계는 상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층을 습식식각하여 평탄화하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층의 습식식각은, 탈이온수와 질산이 1:1의 부피비로 혼합된 식각액을 사용하여 실시될 수 있다. 상기 평탄화를 위한 다른 방안으로서, 상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층에 대해 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)를 실시할 수도 있다.
상기 양극산화 알루미나층을 습식식각에 의해 완전히 제거하는 단계는 인산 용액을 사용하여 실시할 수 있다.
바람직하게는, 상기 자성체 필라는 니켈로 이루어진다. 그 밖에도, 상기 자성체 필라는 철(Fe), 코발트(Co) 등의 강자성체 물질 또는 강자성체 합금으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 자성체 필라의 종횡비는 3 이상이다.
본 발명에서는, 다수의 공극을 갖는 다공성의 양극산화 알루미나층(Anodized Aluminium Oxide layer; 이하, AAO층이라 함)을 사용하여 균일하게 분포된 다수의 자성체 필라를 형성한다. 이 자성체 필라는 좁고 긴 형태의 기둥 모양으로 되어 있어 수직 이방성 특성이 우수하다. 따라서, 수직 방향으로 자화시키기가 용이하다. 특히, 외부 자기장이 없을 경우, 상기 각각의 자성체 필라는 업(up) 또는 다운(down) 중 어느 한 방향만의 자기 모멘트를 갖는 단일 자구(single-domain)을 이룬다. 따라서, 이 자성체 필라들의 균일한 배열 구조(즉, 자성체 필라 어레이)를 자기 저장 매체로 이용하면, 정보를 용이하고 정확하게 기록할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다공성 AAO층의 공극 밀도를 용이하게 조절할 수 있기 때문에, 자성체 필라의 밀도 조절이 용이하다. 이에 따라, 자기 저장 소자의 기록 밀도를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 매우 높은 밀도의 자성체 필라 어레이를 구현할 수 있고 각각의 자성체 필라들이 서로 분리되어 있기 때문에, 인접한 자성체 필라들 간의 자기적인 상호작용을 방지할 수 있고, 높은 기록 밀도를 갖는 자기 저장 소자를 제조할 수 있다. 각각의 자성체 필라는 단일 자구를 이루며, 하나의 비트의 정보를 저장할 수 있다. 각 비트는 명확히 한정되어 서로 분리되어 있기 때문에, 정보의 정확한 판독이 가능하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이 하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기 저장 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저, 도 4를 참조하면, 알루미늄 기판(101)을 양극산화하여 알루미늄 기판(101) 상에 다공성 AAO층(102)을 형성한다. 이 다공성 AAO층(102)에는 다수의 공극(103)이 균일하게 분포되어 있다. 이러한 다공성 AAO층(102)은 본 기술분야에서 이미 알려져 있는 알루미늄의 양극산화(oxide anodization)공정을 통해 얻을 수 있다. 필요에 따라 상기 AAO층(102)을 에칭 처리하여 공극(103)의 크기와 길이를 조절할 수 있는데, 예를 들어, 0.5M의 인산용액으로 상기 AAO층(103)을 에칭하여 공극(103)의 크기와 길이를 증가시킬 수 있다. 이 공극은 예를 들어, 300 내지 500 nm의 직경과 5 내지 10 ㎛의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 도 11은 이러한 다공성 AAO층의 일례를 나타내는 사진이다. 도 11에 나타난 바와 같이, 다공성 AAO층에는 비교적 균일하게 분포된 다수의 공극이 형성되어 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, AAO층(102)이 형성되어 있는 알루미늄 기판(101)에 대해 니켈 도금을 실시하여 공극(103) 내에 니켈 금속을 매립한다. 도 10은 이러한 니켈 도금에 사용되는 장치를 나타낸 개략적인 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, AAO층(102)이 형성된 알루미늄 기판(101)을 도금조(40)에 수용된 니켈 도금액(60)에 침지한 후, 상기 기판(101)을 음극으로 하여 DC 전원(30)에 연결하여 전류를 흘려준다. 예를 들어, 상기 알루미늄 기판(101)을 약 섭씨 50도의 니켈 도금액에 침지한 후 0.1 내지 0.5 A/dm2의 전류 밀도로 30분 내지 1시간 동안 전류를 흘려주어 니켈 전기도금을 실시할 수 있다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 공극을 완전히 매립하여 AAO층(102)의 표면을 덮는 니켈 금속(104a)을 형성한다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 니켈 금속(104a)과 AAO층(102)을 평탄화하여 AAO층(102)의 표면 상에 있는 니켈 금속(104a) 부분을 완전히 제거하고, 공극 내에 기둥 모양의 니켈 필라(104)를 얻는다. 이 니켈 필라(104)는 충분한 형상 자기 이방성을 갖도록 3 이상의 종횡비를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 니켈 필라(104)들의 배열 구조는 자기 저장 소자의 자성체 필라 어레이를 이룬다.
상기 니켈 금속(104a)과 AAO층(102)의 평탄화 공정은, 습식식각을 통해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같은 결과물을, 탈이온수와 질산이 1:1의 부피비로 혼합된 식각액으로 AAO층(102) 표면 상에 남아 있는 니켈 금속(104a) 부분을 완전히 제거하여, 니켈 금속(104a)과 AAO층(102)을 평탄화하고 니켈 필라(104)를 얻는다. 평탄화를 위한 다른 방안으로서, 화학적 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용할 수도 있다. 즉, 연마용 패드와 슬러리의 화학적 기계적 작용을 이용하여 니켈 금속(104a)과 AAO층(102)을 연마함으로써 평탄화 공정을 수행할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 니켈 필라(104)는 좁고 긴 기둥 모양을 이룬다. 이러한 형상으로 인해, 강자성체로 이루어진 니켈 필라(104)는 형상 자기 이방성을 갖는다. 특히, 니켈 필라(104)는 수직으로 길게 연장된 형상으로 인해 수직 자기 이방성이 우수하다. 따라서, 각각의 니켈 필라(104)는 업 또는 다운 방향의 자기 모멘트를 갖기가 용이하다. 실제로, 외부 자기장이 없을 경우는, 니켈 필라(104)는 업 또는 다운 방향 중 어느 한 방향으로만 자화될 수 있다. 따라서, 각각의 니켈 필라(104)는 업 또는 다운 방향 중 어느 한 방향만의 자기 모멘트(자기 스핀)을 갖고 있기 때문에, 각각의 니켈 필라(104)는 단일 자구(single domain)을 이룬다.
도 8은, 이와 같이 단일 자구를 갖는 니켈 필라(104)의 배열체, 즉 단일 자구 자성체 필라 어레이를 나타내고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 니켈 필라(104)는 업 또는 다운 방향 중 어느 한 방향만의 자기 스핀을 나타내며 단일 자구를 형성하고 있다. 따라서, 이러한 니켈 필라 어레이를 2진 비트의 자기 저장 소자로 이용하면, 정보의 기록이 매우 용이해지고 정확해진다. 즉, 기록 동작은 단순히 단일 자구를 이루는 각각의 니켈 필라(104)의 자화 방향만 플립핑(flip)하면 된다. 이 때, 각각의 자화된 니켈 필라(104)는 한 비트의 정보를 저장한다. 또한, 기록 헤드가 의도된 위치에서 약간 벗어나더라도, 원하는 비트의 자화방향만을 상 기 기록 헤드가 플리핑하는 한, 정보의 기록은 정확할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 니켈 필라(104)는 비자성체인 AAO층(102)에 의해 명확히 분리되어 있다. 따라서, 인접한 니켈 필라(104)들 간의 자기적 상호 작용이 적어 혼선(crosstalk)이 매우 저감되고, 니켈 필라(104)에 저장된 정보를 정확히 판독할 수 있다. 또한, 니켈 필라(104)의 분포 밀도를 제어함으로써 높은 기록밀도의 자기 저장 장치를 구현할 수 있다. 나아가, 액상의 도금 공정을 이용함으로써, 저비용으로 높은 생산성을 얻을 수 있고 높은 균일도의 니켈 필라 어레이를 대면적으로 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 제조된 자기 저장 소자의 부분 단면도이다. 이 실시형태의 제조 방법에서도, 전술한 바와 마찬가지로 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 공정을 수행한다. 다만, 이 실시형태에서는 도 6에 도시된 바와 같은 평탄화 공정을 실시한 후 니켈 필라(104)들 사이에 형성되어 있는 AAO층(102)을 완전히 제거하여, 도 7에 도시된 바와 같이 니켈 필라(104)들을 완전히 노출시킨다. 예를 들어, 도 6에 도시된 결과물을 얻은 후, 0.5M의 인산용액을 사용하여 AAO층(102)을 식각함으로써 니켈 필라(104)를 완전히 노출시킬 수 있다. 이에 따라, 빈 공간에 의해 명확히 분리된 다수의 니켈 필라(104)를 갖는 니켈 필라 어레이를 얻게 된다.
도 9는, 도 7의 니켈 필라 어레이를 부분 사시도로 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 알루미늄 기판(101) 상에 형성된 각각의 니켈 필라(104)는 단일 자구를 이루며, 업 또는 다운 방향중 어느 한 방향만의 자기 모멘트를 갖는다. 이러한 수직 자기 이방성 때문에, 니켈 필라 어레이는 우수한 기록 특성과 판독 특성을 구현할 수 있다. 이 실시형태에서도, 전술한 실시 형태와 마찬가지로, 정확하고 용이한 기록, 정확한 판독, 높은 기록 밀도, 향상된 양산성 및 대면적의 장점을 얻을 수 있다.
이상 설명한 실시형태들에서는, 니켈 도금으로 니켈 필라를 형성하여 단일 자구를 얻었으나, 다른 자성체 물질을 사용하여 단일 자구를 얻을 수도 있다. 예를 들어, 철(Fe), 코발트(Co) 등의 강자성체 물질 또는 강자성체 합금으로 이루어진 자성체 필라를 형성하여, 분리된 단일 자구들의 어레이를 얻을 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다공성 AAO층의 공극에 자성체 필라를 형성함으로써 단일 자구 자성체 필라 어레이를 갖는 자기 저장 소자를 제조할 수 있다. 이에 따라, 자기 저장 소자의 수직 자기 이방성을 향상시켜, 정보를 용이하고 정확하게 기록할 수 있게 된다. 또한, 각각의 자성체 필라가 AAO층 또는 빈 공간에 의해 명확히 분리되므로, 인접한 자성체 필라들 간의 상호 작용을 저감시켜 각각의 자성체 필라가 저장하는 각 비트의 정보를 정확하게 판독할 수 있게 된다. 나아가, 다공성 AAO층의 공극 밀도를 조절함으로써, 기록 밀도를 용이하게 조절할 수 있고 높은 기록 밀도의 자기 저장 소자를 구현할 수 있다.
본 발명은 액상에서의 도금 공정을 이용하므로 저비용으로 높은 양산성을 구현할 수 있고, 대면적의 자기 저장 소자를 얻을 수 있다. 또한, 나노 크기의 다공성 AAO층 공극을 이용하여 자성체 필라를 형성하므로, 나노 크기의 자성체 필라 어레이를 구현하기 용이하며, 상기 공극이 균일하게 분포되어 있어 균일한 자성체 필라 어레이를 얻을 수 있다.
Claims (10)
- 다수의 균일한 공극을 갖는 양극산화 알루미나층이 형성되어 있는 알루미늄 기판을 준비하는 단계;상기 양극산화 알루미나층이 형성된 상기 알루미늄 기판에 대해 전기도금을 실시하여 상기 공극 내에 단일 자구 자성체 필라를 형성하는 단계; 및상기 공극 내에 단일 자구 자성체 필라를 형성하는 단계 후에, 상기 양극산화 알루미나층을 습식식각에 의해 완전히 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 단일 자구 자성체 필라를 형성하는 단계는,상기 알루미늄 기판에 대해 전기 도금을 실시하여 상기 공극을 자성체로 완전히 매립하는 단계; 및상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층을 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층을 평탄화하는 단계는,상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층을 습식식각하여 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
- 제3항에 있어서,상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층의 습식식각은, 탈이온수와 질산이 혼합된 식각액을 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층의 습식 식각은, 탈이온수와 질산이 1:1의 부피비로 혼합된 식각액을 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층을 평탄화하는 단계는,상기 자성체와 상기 양극산화 알루미나층에 대해 화학적 기계적 연마를 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 공극 내에 형성되는 상기 자성체 필라는 강자성체 또는 강자성체를 포함하는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
- 제8항에 있어서,상기 공극 내에 형성되는 상기 자성체 필라는 니켈로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 공극 내에 형성되는 상기 자성체 필라는 3 이상의 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저장 소자의 제조 방법.
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| CN108091579A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-05-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种电沉积制备高密度电子封装用垂直互连基板的方法 |
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