KR100752068B1

KR100752068B1 - 패턴화 및 안정화된 자성 차폐부를 가지는 자기 임의 접근 메모리 설계

Info

Publication number: KR100752068B1
Application number: KR1020040073144A
Authority: KR
Inventors: 민타이; 왕보강
Original assignee: 헤드웨이 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2007-08-28
Also published as: JP5177938B2; US20050059170A1; KR20050027159A; JP2005094002A; US6929957B2

Abstract

자기 터널링 접합(magnetic tunnel junction) (MTJ) 메모리 셀 및 이런 셀의 MRAM 어레이는 영구 자성 재료 또는 반강자성 재료(antiferromagnetic material)의 패턴화된 층에 의해 안정화되는 강자성 차폐부에 의해, 또는 강자성 재료의 자성 차폐부에 의해 차폐된다. 차폐부의 강자성 부분은 실질적으로 정합되도록 MTJ 셀을 둘러싸며, 그에 의해, 다양한 기하학적 단면 형상의 MTJ 셀의 자유층의 폴을 보상하고, 또한, 외래 자장의 부정적 영향으로부터 셀을 보호할 수도 있다. 부가적인 반강자성 및 영구 자성 재료는 교환 또는 직접 결합에 의해 차폐부를 안정화한다.

자성 차폐부, 자성 재료, 자기 터널링 접합, 자유층, 외래 자장

Description

패턴화 및 안정화된 자성 차폐부를 가지는 자기 임의 접근 메모리 설계{Magnetic random access memory designs with patterned and stabilized magnetic shields}

도 1a 내지 도 1d는 타원형(elliptical) MTJ 셀을 위해 정합되도록 패턴화된 다수의 서로 다른 차폐부 설계의 개략적인 예시도.

도 2a 내지 도 2c는 반강자성 또는 영구 자성 층에 의해 안정화된 차폐부 설계의 개략적이 예시도.

도 3a 내지 도 3e는 절연층 및 차폐층에 의해 둘러싸인 다층 MTJ 셀의 형성을 개략적으로 예시하는 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20 : MTJ 셀 30 : 차폐부

40 : 간극 50 : 스트립

1. 발명의 분야

본 발명은 불휘발성 자기 메모리 셀 어레이(non-volatile magnetic memory cell array)(MRAM)내의 저장 소자(storage element)(셀)로서의 자기 터널 접합부(magnetic tunnel junction)(MTJ)의 사용에 관련한다. 특히, 이는 셀이 자성 차폐부에 대한 마그네토스태틱 결합(magnetostatic coupling)에 의해 그 비보상 에지 폴(uncompensated edge pole)이 소거되고, 부가적으로 상기 차폐부의 다양한 형상 및 구조에 의해 외래적인 외부 자기장으로부터, 그리고, 서로로부터 차폐되는 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이에 관련한다.

2. 관련 기술의 설명

자기 터널 접합부(MTJ)는 기본적으로 두 개의 전극을 포함하며, 이러한 두 개의 전극은 강자성 재료의 층이며, 터널 배리어 층에 의해 분리되어 있고, 터널 배리어 층은 절연 재료의 박층이다. 상기 터널 배리어 층은 양자 기계적 터널링에 의해 층을 횡단하도록 캐리어(일반적으로는 전자)를 충전할 가능성이 존재하도록 충분히 얇아야만 한다. 터널링 가능성은 스핀 의존적(spin dependent)이며, 강자성 층의 자화 방향에 대한 터널링 전자의 스핀의 배향에 의존한다. 따라서, 이들 자화 방향이 변하면, 터널링 전류도 주어진 인가 전압을 위한 상대 방향의 함수로서 변화한다. MTJ의 거동(behavior)의 결과로서, 고정된 전위를 위한 터널링 전류의 변경을 감지하는 것은 이를 포함하는 두 개의 강자성 층의 상대 자화 방향의 결정을 가능하게 한다. 대등하게, 서로 다른 자화 방향이 서로 다른 저항을 생성하기 때문에, MTJ의 저항이 측정될 수 있다.

정보 저장 디바이스로서의 MTJ의 사용은 그 강자성 층 중 적어도 하나의 자화가 나머지에 대하여 변화될 수 있으며, 또한, 상대 방향의 변화가 터널링 전류 또는 대등하게, 접합부 저항의 변화에 의해 감지될 수 있는 것을 필요조건으로 한다. 2상 메모리 저장 디바이스(two state memory storage device)로서의 그 가장 단순한 형태에서, MTJ는 단지 그 자화를 평행 또는 반평행 구조(기록)가 되게 할 수 있고, 이들 두 구조가 터널링 전류 변화 또는 저항 변화에 의해 감지(판독)될 수 있기만 하면 된다. 실제로, 자유 강자성 층은 회전이 자유롭지만 그 용이(easy) 축을 따른 어느 한 방향(자기 결정 이방성의 방향)으로 정렬하는 것을 에너지적으로 선호하는 자화를 갖는 것으로서 모델링될 수 있다. 고정층의 자화는 그 용이축 방향으로 영구 정렬되는 것으로서 고려될 수 있다. 자유층이 고정층과 반정렬될 때, 접합부는 그 최대 저항을 가지며, 자유층이 고정층과 정렬될 때, 최소 저항이 존재한다. 일반적인 NRAM 회로에서, MTJ 디바이스는 워드선(word line) 및 비트선(bit line)(또는 워드선 및 감지선)이라 지칭되는 전류 운반 선의 교차부에 배치된다. 양 선이 활성화될 때, 디바이스는 기록, 즉, 그 자화 방향이 변경된다. 단 하나의 선이 활성화될 때, 디바이스의 자기 저항이 감지될 수 있고, 그래서, 디바이스가 효과적으로 판독된다. 이에 관하여, Bronner 등(US 특허 제 6,242,770 B1)은 MTJ 디바이스가 하부 선에 매우 근접하고, 다이오드가 이 선 아래에 배치되도록 워드 및 비트선으로서 박막 도전체를 형성하는 방법을 교시한다.

DRAM의 다른 형태와 경쟁적인 MTJ NRAM을 위하여, MTJ가 일반적으로 서브미크론 치수로 매우 작게 이루어질 필요가 있다. Parkin 등(US 특허 제 6,166,948)은 10-100Mbit 용량의 범위의 DRAM과 경쟁하기 위해 서브미크론 치수가 필요하다는 것을 주지한다. 또한, Parkin은 이런 작은 크기가 현저한 문제, 특히, 과-상자성(super-paramagnetism)과 연계된다는 것을 주지하며, 과-상자성은 충분한 자기 이방성(magnetic anisotropy)(주어진 자화 방향을 유지하기 위한 샘플의 기능의 척도)을 갖기에 너무 작은 강자성 재료의 샘플에 의해 생성된 자화의 임의적 열적 변동이다. 다른 크기 관련 문제점은 형상-이방성(shape-anisotropy)(비 원형 샘플의 특성)에 의해 생성되는 비균일 및 비제어적인 에지 자장(uncontrollable edge-field)으로부터 초래된다. 이들 에지 자장은 MTJ 셀의 에지에서 형성하는 임의의 배향 자화 벡터(magnetization vector)로부터 큰 정도로 초래된다. 이들 배향은 셀의 자기 에너지를 최소화하는 노력으로 셀 본체의 자화 벡터를 향해 후향하여 비틀리는 경향(a tendency to curl)을 갖는다. 이런 에지 효과는 또한, 셀 에지에 형성하는 비보상 자기 폴(uncompensated magnetic pole)과도 연계된다. 셀 크기가 감소함에 따라, 이들 에지 필드는 셀의 본체의 자화보다 상대적으로 보다 중요해지며, 데이터의 저장 및 판독에 부정적인 영향을 갖는다. 비록 이런 형사 이방성이, 충분한 크기로 이루어질 때, 과-상자성의 부정적 영향을 감소시키기는 하지만, 이들은 데이터를 저장하는 목적을 위해 MTJ의 자화 방향을 변경하기 위해서 높은 전류를 필요로 하는 부정적인 효과를 갖는다. 이들 에지 효과를 상쇄하기 위해서, Shi 등(US 특허 제 5,757,695)는 타원형 MTJ 셀의 형성을 교시하며(teach), 여기서, 자화 벡터는 셀의 길이(주 축)를 따라 정렬되고, 다양하게 배향된 에지 도메인(domain), 높은 자장 및 소자의 단부에서의 폴을 제공하지 않는다.

MTJ 디바이스는 다수의 구조로 제조되어왔으며, 한가지 유형은 고정(또는 핀 고정) 층으로부터 분리된 자유 강자성 층을 포함한다. 이런 구조에서, MTJ는 핀 고정층의 것에 평행 또는 반평행(antiparallel) 중 어느 하나가 되는 그 자유층의 자화를 유발함으로써 그 내부에 저장된 데이터를 갖는다. 상기 핀 고정층은 자체적으로 MTJ에 제로 또는 무시 가능한 순(net) 자기 모멘트를 제공하도록 자기 결합의 일부 형태에 의해 반평행 자화 구조로 유지되는 두 개의 강자성 층으로 형성된 합성층일 수 있다. 이런 배열은 이방성으로 인한 에지 효과를 감소시키는데 유리하다. 상술한 Parkin은 작은, 그러나, 제로가 아닌 자기 모멘트를 생성하도록 반평행 자화 구조의 그 쌍극 자장에 의해 결합된 두 개의 강자성층을 포함하는 자유층을 활용하는 개선된 MTJ 셀을 교시한다. 외부 인가 자기장에 의한 기록시, 두 개의 자기 모멘트는 동시에 방향을 전환하고, 그래서, 자유층의 순 자기 모멘트는 핀 고정층에 대해 방향을 전환한다. 부가적으로, Gallagher 등(US 특허 제 5,650,958)은 MRAM에 사용하기에 적합한 MTJ 디바이스의 형성을 교시하며, 여기서는 상기 디바이스는 자유 강자성층 및 핀 고정 강자성층을 포함하고, 핀 고정 강자성층은 반강자성층과 계면 교환에 의해 핀 고정된다. Gallagher 등(US 특허 제 5,841,692)은 또한, 자유 및 고정층을 가지는 MTJ 디바이스의 형성을 교시하며, 여기서, 상기 고정층은 반강자성 결합된 강자성 층의 샌드위치로서 형성된다. 또한, Shi 등(US 특허 제 5,959,880)은 자기 저항 재료의 두 층이 전기 절연 재료에 의해 분리되어 있는 저 형상비 MTJ 디바이스의 형성을 교시한다.

동일 디바이스내에 균등한 또는 이웃 디바이스의 인접 자기층 사이의 과도한 자기 결합을 갖는 것은 MTJ 디바이스에 부적합하며, 그 이유는 과도한 자기 결합이 디바이스 상에 기록시 극복되어야만 하기 때문이다. 상술된 바와 같이, 에지 이방성은 부적합한 결합의 한가지 근원이다. Koch 등(US 특허 제 6,005,800)은 하나의 특정 셀에 대한 기록시 또한, 어드레스 대상이 아닌 인접 셀의 자화 방향에 영향을 주는 문제를 다룬다. Koch는 서로의 경면 대칭 이미지(mirror image)인 두 형상을 갖는 셀의 형성을 교시한다. 상기 셀은 체커판 패턴(checkerboard pattern)으로 배열되며, 그래서, 일 형상의 셀이 다른 형상의 셀에 의해 둘러싸인다. 그에 의해 이웃 셀이 서로 다르게 배향된 그 양호한 자화 벡터를 갖기 때문에, 하나의 셀 유형에 대한 기록이 다른 유형의 자화에 영향을 주는 가능성이 감소된다.

상술한 바와 같이, MRAM 어레이의 구성에 관련된 다수의 문제점은 셀의 형상에 관련된다. 현재 설계의 셀 형상은 일반적으로 직사각형, 타원 또는 마름모(lozenge)의 단일 요소이다. Chen 등(미국 특허 제 5,917,749)은 비자성 층에 의해 분리된, 자기 이방성의 방향에 대응하는 용이축을 따른 평행 방향으로 자화된 두 개의 직사각형 자기 층을 포함하는 직사각형 다층 MTJ 셀을 제공한다.

이들 형상의 소정의 불규칙성, 그 형성동안 생성되는 그 에지에서의 결손 또는 가변 강도의 비보상 폴은 어레이 전체에 걸쳐 분포된 보자력 변동(coercivity fluctuation)을 초래한다. 본 발명의 목적은 MRAM 어레이내의 셀 배열 사이에 자성 차폐부를 제공함으로써 종래 기술에서 이루어지는 것보다 효과적으로 부적합한 에지 효과 및 비균일한 어레이 보자력의 문제를 제어하는 것이다. 이들 차폐부는 셀 엘리먼트의 에지 폴을 위한 폴 보상의 제공, 외부 자기장의 영향으로부터 셀을 차폐 및 인근 셀의 영향으로부터 개별 셀의 자화를 차폐를 포함하는 몇몇 목적으로 기능을 한다. MTJ 셀을 부분적으로 둘러싸도록 차폐부를 사용하는 것은 종래 기술에 공지되어 있지 않다. Gill 등(US 특허 제 6,219,212 B1)은 MTJ 디바이스 아래 및 위에 자기 재료 층이 배치되어 있는 자기 디스크 드라이브내의 자기장 센서로서, 또는 MRAM 셀로서 사용하기 위한 MTJ 디바이스를 제공한다. 또한, 차폐부는 MTJ 디바이스를 위한 전류 리드로서도 작용한다. 차폐층의 형상으로부터 동일 평면의 인접한 MTJ 디바이스로부터 하나의 이런 MTJ 디바이스를 차폐하도록 의도되지 않은 것이라는 것은 명백하다. 또한, 차폐부 형상으로부터 이들이 MTJ 디바이스의 자기 자유층의 에지에서 형성되는 비보상 폴을 상쇄하기 위한 것이 아니라는 것도 명백하다.

본 발명의 제 1 목적은 외래적인 외부 자기장으로부터, 그리고, 서로로부터 자기적으로 차폐되는 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 그 자화 전환 특성이 형상 불규칙성 및 에지 결함에 둔감한(insensitive) 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 MTJ 디바이스내의 형상 불규칙성 및 에지 결함으로 인한 어레이 보자력 변화 및 결과적인 전환 자기장 변화가 제거 또는 현저히 감소된 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 4 목적은 기록 선택성, 즉, 비의도(unintended) 어레이 위치에 대한 기록의 문제가 제거 또는 현저히 감소된 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 5 목적은 그 성능이 개별 셀 엘리먼트의 형상에 덜 의존하는 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 6 목적은 어레이의 모든 지점에서 전환 특성(switching property)이 균일한 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 7 목적은 전환 임계값이 감소된 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명이 제 8 목적은 MTJ 셀이 어레이내에 밀도 있게 전개되는(densely deployed), 그리고, 상기 목적을 충족하는 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하는 것이다.

이들 목적은 셀의 에지에서 각 MTJ 셀의 자유 강자성 층을 차폐부가 보상하는 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이에 의해 달성된다. 부가적으로, 상기 차폐부는 또한, 외래적 외부 자기장의 영향 및 어레이내의 다른 MTJ 셀에 의해 유발된 자기장의 부적합한 영향으로부터 MRAM 어레이 내의 각 MTJ 셀을 보호한다. MTJ 셀 층, 절연층 및 차폐층이 본 기술에 잘 알려진 이온 빔 증착 또는 화학 기상 증착 프로세스의 방법에 의해 형성된다. 상기 차폐부는 강자성 합금으로 이루어지고, 동일 스텐실(stencil)을 사용하는 셀 어레이의 형성 및 패턴화에 이어 포토리소그래픽 스텐실 및 이온 빔 밀링의 사용에 의해 패턴화된다. 차폐부는 그에 의해, 개별 MTJ 셀에 정합되도록 성형되며, 셀 어레이에 자체 정렬된다. 차폐부는 차폐부 형성 이전에 증착된 절연층의 형성에 의해 각 메모리 셀로부터 전기적으로 격리된다. 본 발명의 목적에 따라, MTJ 셀의 에지에서의 비보상 폴은 차폐부에 마그네토스태틱 결합되며(magnetostatically coupled), 그래서, 자화의 뒤틀림 및 임의 배향 에지 도메인의 형성을 감소시킨다. 차폐부의 결정 이방성은 MTJ 셀의 용이축(easy axis)을 형성하는 결정 이방성에 수직이 되도록 설정될 수 있다. 이는 차폐부 및 셀이 서로 수직으로 자화되는 것을 보증한다. 이런 결정 이방성의 설정은 적절한 자기장으로 층을 증착하는 것을 포함하는 본 기술에 잘 알려진 방법에 의해 형성된다. 자화의 상호 직교성(mutual orthogonality)은 셀과 차폐부 사이의 마그네토스태틱 결합을 향상시켜서 보다 효과적인 폴 보상을 초래한다. 비보상 폴의 존재는 이런 폴이 셀의 높은 에너지 상태를 구축하기 때문에 매우 부적합하다. 그 에너지를 최소화하기 위해서, 상기 셀은 불안정한, 임의 배향 에지 도메인을 폴의 근방에 형성함으로써, 자화 뒤틀림을 형성하는 경향을 갖는다. 이들 임의 배향된 불안정하고 제어 불가능한 도메인 상태는 상태 전환을 위한 핵 위치(nucleation site)로서 기능한다(핵 위치는 자화 변경의 온셋이 존재하는 위치이다). 도메인이 임의 배향되기 때문에, 상기 상태 전환은 비균일하고, MRAM 어레이를 가로지른 보자력 및 전환 임계값의 부적합한 변화를 초래한다. 본 발명에 의해 제공된 차폐부는 구성의 에너지를 감소시키기 위한 대안적 메커니즘을 제공함으로써 이런 에지 도메인의 형성을 제거하는 폴 보상 메커니즘으로서 기능을 함으로써, 임의 배향 에지 도메인의 형성을 방지한다. 또한, 임의 배향 에지 도메인의 제거는 MRAM 어레이의 전환 자기장의 균일성을 가능하게 한다. 자성 차폐부 자체가 부적합한 도메인 형성이 없이 남아있는 것을 보증하기 위해서, 본 발명은 또한, 차폐부에 연속하여 형성되면서 그들을 에지 도메인이 없는 상태로 유지하고 그 자화를 안정화하는 반강자성 또는 영구 자성 층의 부가적인 형성을 제공한다.

MRAM 어레이는 셀-액세싱 도전선(cell-accessing conductive line)이 이미 존재할 수 있는 기판상에 형성된 MTJ 셀 구조의 어레이로 형성되는 것이 적합하다. 각 셀은 제 1 자화 방향을 가지는 제 1 강자성층, 비자성 결합층, 제 1 방향에 대향한 제 2 자화 방향을 가지는 제 2 강자성층 및 그 상호 반평행 구조로 고정층의 강자성 층을 핀 고정하는 반강자성층을 포함하는 제로 자성 모멘트를 갖는 마그네토스태틱 결합된 다층인 고정층으로부터 절연 터널링 접합층에 의해 분리된 강자성 자유층을 포함하는 것이 적합하다. 이렇게 형성된 구조는 본 기술에 잘 알려진 포토리소그래피 및 이온 밀링의 프로세스에 의해 패턴화될 수 있다. 패턴화에 이어, MTJ 셀 둘레에 절연층이 형성되고, 이어서, 강자성 차폐부가 MTJ 셀 둘레에 정합되도록 형성되며, 그 자성 이방성의 방향은 MTJ 셀의 것에 직교하여 형성된다. 마지막으로, 영구 자성 재료의 부가적인 층이 차폐부의 부가적인 자기장 안정화를 제공하기 위해 차폐층에 인접하게 형성될 수 있다. 어레이 내의 셀은 절연층에 의해 보다 이전에 덮여질 수 있으며, 부가적인 도전성 액세스 선이 그 위에 형성될 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예는 MTJ 셀의 차폐된 MRAM 어레이의 형성 방법을 교시하며, 상기 셀은 반강자성 및 영구자성 재료의 부가적인 층의 형성에 의해 안정화될 수 있으면서 MTJ 셀의 형상에 정합하는 강자성 차폐부의 형성으로부터 전기적으로 절연되고, 그에 의해 실질적으로 둘러싸여 진다. 자성 차폐부는 MTJ 셀의 에지에서 통상적으로 형성되는 자성 폴을 보상하며, 부적합한 자기장으로부터 셀을 차폐한다.

도 1a 내지 도 1d를 먼저 참조하면, 서로 다른 차폐부(30) 및 간극(40) 패턴에 의해 둘러싸인 타원형 MTJ 셀(20)의 어레이의 개략적인 개요도가 도시되어 있다. 이들 설계는 본 발명의 목적을 충족하며, 설계 조건들을 충족하는 경우 다른 패턴도 대등하게 적절할 수 있다는 것은 명백하다. 그 크기 및 타원형 수평 단면이 실질적으로 동일한 MTJ 셀의 선택은 단지 예시를 위한 것이며, 광범위하게 다양한 격리된 기하학적 수평 단면 형상 및 크기의 실질적으로 동일한 개별 셀이 다양한 형상 및 크기의 이산 세그먼트의 연쇄로 구성되는 셀로서 동등하게 만족스러울 수 있다. 차폐부는 어레이내의 MTJ 셀의 강자성 층과 동일한 강자성 재료로 형성되거나, 서로 다른 강자성 재료로 형성될 수 있다. 그러나, 선택된 재료는 차폐부 및 MTJ 셀의 에지 사이의 마그네토스태틱 결합을 허용하기에 충분한 자성 연성(magnetic softness)(낮은 보자력)을 가져야만 한다. 차폐부의 용이축은 형상 이방성 또는 바람직하게는 MTJ 셀의 용이축 자화에 실질적으로 수직인 결정 이방성에 의해 설정될 수 있다. 이러한 배열은 셀과 차폐부 사이의 마그네토스태틱 결합을 향상시킨다. 또한, 차폐부와 MTJ 셀 사이의 결합의 유효성은 차폐부가 적어도 부분적으로 셀을 정합적으로 둘러싸는 것을 필요로 한다. 본 발명에서 셀의 형상에 대한 차폐부 개구의 정합(conforming)은 셀의 성형을 위해 이미 사용된 포토리소그래픽 스텐실 둘레에 포토리소그래픽 스텐실이 형성되는 차폐부의 포토리소그래픽 및 이온 밀링 프로세스에 의해 제공된다. 이런 스텐실의 형성 및 이온 밀링 마스크로서 상기 스텐실을 사용하는 이온 밀링의 프로세스는 본 기술에 잘 알려져 있으며, 여기서 설명되지 않는다.

다음, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 안정화 자성 재료(50)의 부가적인 연속 층이 네 개의 MTJ 셀(20)을 부분적으로 둘러싸는 도시된 강자성 차폐 재료(30) 둘레에 다양하게 패턴화된 구조로 추가되어 있는 차폐형 MRAM 어레이의 개략적인 개요도가 도시되어 있다. 상기 안정화 재료는 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe와 같은 영구 자성 재료 또는 강자성 차폐부에 교환 결합하는 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO와 같은 반강자성 재료일 수 있으며, 이는 강자성 부분에 직접 결합한다. 어느 한 재료가 강자성 차폐부(30)내의 자성 영역을 소거하는 원하는 목적을 달성하고, 그에 의해, 강자성 차폐부와 메모리 셀(20) 사이의 결합을 안정화할 수 있다. 도 2a는 강자성 차폐부(30)의 저면 에지를 따라 형성된 반강자성 또는 영구 자성 재료의 스트립(strip)(50)을 도시한다. 도 2b는 강자성 차폐부(30)를 통해 수평으로 형성된 세 개의 이런 스트립을 예시한다. 도 2c는 강자성 스트립(30)을 통과하는 세 개의 수직 스트립(50)을 도시한다.

도 3a를 참조하면, 어레이를 형성하기 위해 패턴화되는 것에 이어 본 발명의 목적을 효과적으로 달성하기 위해 설계된 다층 MTJ 구조체의 단면도를 도시한다. MTJ 구조체 형성의 간단한 요약이 후술된다.

MTJ 구조체는 그 내부에 도전성 라인(8)이 MTJ 구조체의 하부측에 접촉하도록 이미 형성되어 있는 기판(5) 상에 형성된다. MTJ 구조체는, 자기적으로 핀 형성된 층(20)으로부터 터널링층(30)을 절연함으로써 분리되어 있는, 다층일 수도 있는 강자성 자유층(10)으로 형성된다. 자유 및 핀 형성 강자성 층들의 결정 이방성 방향은, 자화 용이축이 그 방향을 따르도록 상기 층들의 형성 중에 바람직한 방향으로 설정될 수도 있다. 본 바람직한 실시예에서, 결정 이방성 방향은 모든 강자성 층에서 동일할 수 있지만, 최종 자화 방향은 상기 방향에 평행하거나 반평행할 수도 있다.

핀 형성 층(20)은 대략 5 내지 50Å 사이의 두께로 형성된 Rh, Ru, Cr 또는 Cu와 같은 비자성 결합 재료로 형성된 결합층(24)에 의해 분리된 제 1 강자성 층(22) 및 제 2 강자성 층(26)을 포함하는 다층이다. 제 1 및 제 2 강자성 층의 자화는 적절하게 선택된 두께의 결합층을 가로지르는 반평행 방향으로 교환 결합되고, 제 2 강자성 층의 자화는 제 2 강자성 층에 인접하게 위치되어 대략 30 내지 300Å 사이의 두께로 형성된 PtMn, NiMn, OsMn, IrMn, NiO 또는 CoNiO의 층과 같은 반강자성 층(28)에 의해 핀 형성된다. 제 1 및 제 2 강자성층의 재료 조성 및 두께는 이들의 자화가 실질적으로 크기가 동일하도록 선택된다. 따라서, 이들이 대향 방향으로 고정되면, 핀 형성층의 전체 자성 모멘트는 실질적으로 0이다. 본원의 바람직한 실시예에서, 이들 핀 형성 층 뿐만 아니라 자유층의 재료는 NiFe, CoFe, CoNiFe, CoFeB, CoZrB, CoHfB, FeN이고 이들은 대략 5 내지 500Å 사이의 두께로 형성된다. 또한, 자유층은 워드 라인 필드에 의해 스위칭되기 때문에, 순(net) 자성 모멘트가 0이 아니어야 하는 경고(caveat)를 갖고 핀 형성층의 형성과 유사한 방식으로 Rh, Ru, Cr 또는 Cu의 비자성층을 가로지르는 반평행 구조로 이들의 자화와 결합된 2개의 강자성 층을 포함하는 다층으로서 강자성 자유층을 형성하는 것이 유리할 수도 있다.

다음, 도 3b를 참조하면, 도 3a의 구조가 이제는 상부면(90) 및 측면(92)을 갖는 셀로 형성되어 있는 것이 도시되어 있다. 상기 셀은, 소정 형상의 MTJ 셀에 정합하여 형성된 포토리소그래픽 스텐실이 구조체 상에 형성되고, 이어서 스텐실이 이온 밀링에 의해 요구되는 기하학적 형상을 생성하기 위해서 포토리소그래픽 마스크로서 사용되는 포토리소그래픽 및 이온 밀링 방법을 사용하여 본 발명의 목적에 정합하는 특정 수평 단면 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 프로세스는 당 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있기 때문에, 본원에 더욱 설명하지 않는다. 또한, 셀 성형을 위한 포토리소그래픽 스텐실은 자기 실드를 형성하는데 사용되는 후속의 포토리소그래픽 스텐실을 자체 정렬하기 위한 용도로 잔류할 수도 있다는 것이 상술되어 있다. 상기 프로세스는 또한, 당 기술 분야에 공지되어 있고 본원에 설명하지 않는다.

셀 형상은 타원형, 마름모꼴, 노치형 기하학적 형태, 이들의 중앙에서 가장 협소한 치수를 갖는 형태, 또는 이러한 형태의 다수의 개별 세그먼트인 체인과 같은 광범위한 분리된 기하학적 형태 중 임의의 하나일 수 있다. 도 1 및 도 2와 마찬가지로, 수평 단면 형상은 타원형으로서 고려될 수 있다. 도 3b는 단지 하나의 타원형 세그먼트(100)만을 도시하는데, 이는 프로파일로 도시되어 타원형이 명백하지 않다는 사실 때문이다. 또한, 임의의 셀의 어레이를 형성할 때, 도 3a의 다층 구조체는 단일의 포토리소그래픽 및 이온 밀링 프로세스에 의해 본 도면에 도시된 단일 셀과 실질적으로 동일한 셀의 어레이로 형성될 수 있다.

다음, 도 3c를 참조하면, 절연층(120)이 셀(92)의 측면의 상부에 정합하여(연속적으로 접촉하여) 형성되어 셀(95)을 둘러싸는 기판의 적어도 일부를 중첩하는 도 3b의 셀(100)이 도시되어 있다. 셀의 어레이가 형성되면, 절연층은 이들을 둘러싸는 노출 기판 표면 및 어레이 내의 모든 셀의 측면을 정합적으로 커버하여 형성될 수 있다. 절연층은 대략 100 내지 1000Å의 두께로 형성된 Al₂O₃, HaO₂, ZrO₂또는 SiO₂와 같은 유전 재료의 층인 것이 바람직할 수 있다. 어레이의 크기 및 그의 소자의 형상에 따라, 절연 적층이 단일의 단계 또는 일련의 단계에서 수행될 수도 있다.

다음, 도 3d를 참조하면, 절연층(120) 상의 자기 차폐층(200)의 형성 이후의 도 3c의 셀(100)이 도시되어 있고, 상기 차폐층은 셀(92)의 측면 상의 절연층에 균일하게 접촉하고 접함으로써 셀을 정합적으로 둘러싼다. 차폐부의 형성은, 셀 어레이를 형성하기 위해 사용된 포토리소그래픽 스텐실이 셀 어레이 형성 후에 제거되지 않고 잔류하며 또한, 절연층 및 차폐부를 형성하는데 사용되는 자체 정렬 프로세스에 의해 가장 유리하게 성취될 수 있다. 스텐실은 전체 프로세스 이후에 제거된다. 이러한 프로세스는 당 기술 분야에 공지되어 있으며 본원에 설명하지 않는다.

다음, 차폐부는 셀의 강자성 층을 형성하는데 사용되는 것과 동일한 강자성 재료 또는 다른 연성(낮은 보자력) 강자성 재료로 형성될 수도 있다. 약 10 내지 1000Å 사이의 두께로 형성된 CoFe의 차폐부가 바람직할 수 있지만, MTJ 셀의 강자성 층을 형성하는데 또한, 사용될 수 있는 NiFe, CoFe, CoNiFe, CoFeB, CoZrB, CoHfB, FeN과 같은 재료가 또한, 10 내지 1000Å의 두께로 형성될 때 적합하다. 차폐부를 형성하는 프로세스에서, 차폐부의 결정 이방성이 제어되어 소정의 이방성 방향으로 대략 30 내지 60 Oe 필드의 존재하에서 차폐부를 형성함으로써 MTJ 셀의 자유 강자성 층의 결정 이방성에 대해 다양한 방향으로 설정된다. MTJ 셀의 방향에 직교하는 차폐부 이방성의 방향 및 MTJ 셀의 자화에 또한, 직교하는 차폐부의 후속 자화가 바람직하고 셀과 차폐부 사이의 마그네토스태틱 결합을 최대화하고 안정화하는 것으로 판명되었다. 차폐부 형성 프로세스는 또한, 차폐 재료의 보자력의 제어를 허용하고 0 내지 200 Oe 사이의 범위의 보자력이 바람직하다.

다음, 도 3e를 참조하면, 자기 차폐부에 걸친 부가의 절연층(210)의 형성 및 MTJ 셀의 상부면에 접촉하는 절연 차폐부에 걸친 부가의 도전층(300)의 형성이 도시되어 있다. 상위의 도전층(300)은, 기판 내에 이미 형성된(통상적으로, 셀 어레이로부터 별도로) 도전성 워드 라인(8)과 함께 셀 상의 판독 및 기록이 허용될 수 있도록, 특히 어레이의 선택된 셀 상의 판독 및 기록이 허용될 수 있도록 패터닝될 수 있다. MTJ 셀 어레이가 상부에 형성되어 있는 기판 내에 워드 라인을 형성하는 방법은 종래 공지되어 있으며 본원에 설명하지 않는다.

본 발명의 목적을 성취하기 위한 차폐부의 형성은, 도 2a 내지 도 2c의 도시에 따라 반강자성의 안정화 층 또는 영구 자석 재료가 그 내부에 형성될 수 있는 구역의 패터닝을 포함할 수 있다. 이러한 부가의 층의 형성은 차폐부를 위한 부가의 패터닝 프로세스 및 차폐부에 인접한 영구 자석층의 자체 정렬 형성을 형성하기 위한 동일한 패터닝 스텐실의 사용을 필요로 한다. 다음, 영구 자석층의 자화는 특히 MTJ 셀의 자화에 수직으로 설정된다. 반강자성층은 사용되는 경우 요구 교환 결합을 얻기 위해 실드의 상부에 적층된다.

본 기술의 숙련자에 의해 이해될 때, 본 발명의 양호한 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것이다. 첨부된 청구항에 규정된 바와 같은 본 발명에 따라 형성된 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 제공하면서, 개장 및 변형이 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이를 형성하는 방법, 프로세스, 재료, 구조 및 치수에 대하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따라서 외래적인 외부 자기장으로부터, 그리고, 서로로부터 자기적으로 차폐되는 MTJ 셀의 MRAM 어레이가 제공된다. 본 발명에 따라서 그 자화 전환 특성이 형상 불규칙성 및 에지 결함에 둔감한 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이가 제공된다. 본 발명에 따라서, MTJ 디바이스내의 형상 불규칙성 및 에지 결함으로 인한 어레이 보자력 변화 및 결과적인 전환 자기장 변화가 제거 또는 현저히 감소된 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이가 제공된다. 본 발명에 따라서, 기록 선택성, 즉, 비의도 어레이 위치에 대한 기록의 문제가 제거 또는 현저히 감소된 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이가 제공된다. 본 발명에 따라서, 그 성능이 개별 셀 엘리먼트의 형상에 덜 의존하는 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이가 제공된다. 본 발명에 따라서, 어레이의 모든 지점에서 전환 특성이 균일한 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이가 제공된다. 본 발명에 따라서, 전환 임계값이 감소된 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이가 제공된다. 본 발명에 따라서, MTJ 셀이 어레이내에 밀도 있게 전개되는, 그리고, 상기 목적을 충족하는 차폐형 MTJ 셀의 MRAM 어레이가 제공된다.

Claims

자성 차폐형(magnetically shielded) 자기 터널 접합(magnetic tunnel junction)(MTJ) 셀로서,

기판,

상기 기판상에 형성된 자기 터널 접합(MTJ) 셀로서, 상단부 및 측부를 가지고, 상기 셀의 수평 단면이 특정 기하학적 형상을 가지는 자기 터널 접합(MTJ) 셀,

상기 셀을 둘러싸는 기판의 적어도 일부와, 상기 셀의 상기 측부 위에 정합되도록 형성된 절연체의 제 1 층,

상기 기판상의 상기 절연체의 부분을 덮고, 상기 셀의 측부상의 상기 절연체의 부분에 인접하여 형성되는 자성 차폐 재료의 층으로서, 상기 절연체에 의해 상기 기판 및 상기 셀로부터 전기 절연되는 자성 차폐 재료의 층,

상기 MTJ 셀의 상기 상단부와 접촉하지 않는, 상기 자성 차폐부 위에 형성된 절연체의 제 2 층을 포함하고,

상기 MTJ 셀은 제 1 자화 방향을 가지고,

상기 차폐 재료는 제 2 자화 방향을 가지며,

상기 MTJ 셀의 자화는 상기 자성 차폐 재료에 마그네토스태틱 결합함으로써 유지되는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 상기 셀은 소요되는 셀 형상의 포토리소그래픽 스텐실(stencil)이 미성형 셀(unshaped cell)상에 먼저 형성되고, 상기 스텐실이 그후 상기 기하학적 형상을 생성하기 위한 이온 밀링 마스크로서 사용되는 이온 밀링 및 포토리소그래피를 포함하는 프로세스에 의해 형성되는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 상기 셀의 형상은 원형, 타원형, 마름모형, 복잡한 기하학적 형상 및 이런 형상의 다중-구획화 체인(multi-segmented chain)으로 구성되는 형상의 그룹으로부터 선택되는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 3 항에 있어서, 상기 형상은 타원형인, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 상기 절연층은 Al₂O₃, HaO₂, ZrO₂ 및 SiO₂로 구성되는 그룹으로부터 선택된 유전체 재료의 층이고, 상기 층은 약 50 및 500Å 사이의 두께로 형성되는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 상기 차폐층은 상기 셀을 형성하기 위해 사용된 것과 동일한 스텐실을 활용하는 포토리소그래픽 프로세스에 의해 형성되며, 그에 의해, 상기 차폐층은 상기 MTJ 셀과 자체 정렬되는(self-aligned), 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 상기 차폐층은 NiFe, CoFe, CoNiFe, CoFeB, CoZrB, CoHfB 및 FeN으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료의 층이고, 상기 층은 결정 이방성 방향 및 공선적 자성 용이축(co-linear magnetic easy axis)을 구비하는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 7 항에 있어서, 상기 차폐층은 약 10과 1000Å 사이의 두께로 형성된 CoFe의 층인, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 상기 셀은 제 1 결정 이방성 방향을 가지는 강자성 자유층,

상기 자유층상에 형성된 절연성 터널링층, 및

상기 터널링층상에 형성된 핀 고정 자성층을 포함하고,

상기 핀 고정층은

제 2 결정 이방성 방향을 가지는 제 1 강자성 핀 고정층,

상기 제 1 강자성 핀 고정층상에 형성된 비자성 결합층,

제 3 결정 이방성 방향을 가지는 상기 결합층상에 형성된 제 2 강자성 핀 고정층,

상기 제 2 강자성 핀 고정층상에 형성되고, 그 자화를 핀 고정하는 반강자성 핀 고정층을 포함하며,

상기 제 1, 제 2 및 제 3 이방성 방향은 공선적으로 되어 있으며,

상기 제 1, 제 2 강자성 핀 고정층은 상기 이방성 방향을 따른 반평행 방향으로 직접 결합함으로써 자성 결합되고,

상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층의 총 자성 모멘트는 제로인, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 9 항에 있어서, 상기 셀의 단면 형상은 장축 및 단축에 의해 특징화되고, 상기 결정 이방성 방향은 상기 장축을 따르는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 9 항에 있어서, 상기 세 개의 강 자성층은 약 5와 500 Å 사이의 두께로 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로 형성되는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 9 항에 있어서, 상기 결합층은 Rh, Ru, Cr 및 Cu로 구성되는 그룹으로부터 선택된 비자성 결합 재료의 층이며, 약 5와 50Å 사이의 두께로 형성되는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 12 항에 있어서, 상기 결합층 두께는 상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층 사이의 교환 결합(exchange coupling)을 제공하도록 선택되는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 9 항에 있어서, 상기 반강자성 핀 고정층은 PtMn, NiMn, OsMn, IrMn, NiO 및 CoNiO로 구성되는 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료의 층이며, 상기 층은 약 30과 300Å 사이의 두께로 형성되는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 9 항에 있어서, 상기 강자성 자유층은 상기 강자성 층 사이의 마그네토스태틱 결합을 허용하는 비자성 결합층에 의해 분리된 반대방향으로 지향된 자화를 가지는 두 개의 강자성층을 포함하는 비-제로(non-zero) 자화를 가지는 다층인, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 상기 MTJ 셀의 상기 제 1 자화 방향 및, 상기 차폐부의 제 2 자화 방향은 실질적으로 직교하는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 상기 차폐부는 약 0과 약 200 Oe 사이의 보자력을 가지는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 1 항에 있어서, 제 1 도전층은 상기 MTJ 셀 아래에서 상기 기판내에 형성되고, 상기 층은 상기 MTJ 셀과 접촉하는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
제 16 항에 있어서, 상기 절연층상에 형성된 제 2 도전층을 더 포함하고, 상기 도전층은 상기 MTJ 셀의 상단부와 접촉하는, 자성 차폐 자기 터널 접합(MTJ) 셀.
차폐형 MTJ 셀의 어레이로서,

기판,

상기 기판상에 균일한 어레이로 배치된 복수의 MTJ 셀로서, 상단부 및 측부와, 주어진 기하학적 형상의 수평 단면을 각각 가지는 복수의 MTJ 셀,

상기 기판상에 형성되고, 또한, 상기 MTJ 셀의 측부를 덮는 절연층,

각 MTJ 셀의 측부 위에서 상기 절연층의 적어도 일부와 정합되도록 인접 및 접촉하는, 상기 기판상의 상기 절연층상에 형성된 패턴화된 자성 차폐부, 및

상기 MTJ 셀의 상단부와 접촉하지 않는, 상기 자성 차폐부 위에 형성된 제 2 절연층을 포함하고,

상기 자성 차폐부는 상기 기판 및 각 MTJ 셀로부터 전기 절연되고,

각 MTJ 셀은 제 1 방향으로 자화되며,

상기 자성 차폐부는 제 2 방향으로 자화되고,

각 MTJ 셀은 상기 자성 차폐부에 마그네토스태틱 결합되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 20 항에 있어서, 상기 셀 각각은 소요되는 셀 형상의 포토리소그래픽 스텐실이 먼저 미성형 셀상에 형성되고, 상기 스텐실이 그후 상기 기하학적 형상을 형성하기 위한 이온 밀링 마스크로서 사용되는 포토리소그래피 및 이온 밀링을 포함하는 프로세스에 의해 성형되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 21 항에 있어서, 상기 자성 차폐부는 상기 포토리소그래픽 스텐실을 사용하여 형성 및 패턴화되고, 그에 의해, 상기 차폐부는 상기 MTJ 셀과 자체 정렬되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 22 항에 있어서, 상기 차폐부의 결정 이방성은 상기 방향으로 약 30과 60 Oe 사이의 외부 자기장내에 배치함으로써 그 형성 동안 결정되고, 그에의해, 양호한 자화 방향으로 용이축이 형성되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 23 항에 있어서, 상기 차폐부의 자화 방향 및 상기 MTJ 셀의 자화 방향은 실질적으로 직교하는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 24 항에 있어서, 상기 차폐층은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료의 층이고, 상기 층은 약 10과 1000Å 사이의 두께로 형성되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 25 항에 있어서, 상기 차폐층은 CoFe의 층인, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 24 항에 있어서, 상기 수평 단면 형상은 타원형, 직사각형, 마름모, 절결형(notched) 기하학적 형상, 그 중앙부에 그 최협소 치수(narrowest dimension)를 가지는 형상, 구획화된 형상, 원의 체인(chain) 및 기타 규칙 및 불규칙 기하학적 형상을 포함하는 형상의 그룹으로부터 선택되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 27 항에 있어서, 상기 각 셀의 수평 단면 형상은 장축 및 단축을 가지고, 상기 축은 서로 직교하며, 상기 셀은 그 주 축(major axis)이 공선적인 균일하게 분리된 셀의 열(row) 및 그 부 축(minor axis)이 공선적인 균일하게 분리된 셀의 행(column)을 형성하고, 그에 의해, 그 제 1 및 제 2 어레이 축이 상기 단축 및 장축 각각을 따라 공선적으로 연장하는 직교 직사각형 어레이를 형성하는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 28 항에 있어서, 상기 수평 단면 형상은 타원인, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 26 항에 있어서, 상기 차폐부의 보자력은 약 0과 200 Oe 사이인, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 28 항에 있어서, 상기 차폐부는 그 긴 에지가 상기 제 1 어레이 축에 평행한 연속적이고 실질적인 직사각형 스트립을 형성하도록 패턴화되고, 상기 스트립은 상기 제 1 어레이 축에 역시 평행한 실질적인 직사각형 간격에 의해 상기 제 2 어레이 축의 방향을 따라 분리되며, 상기 간격의 중앙선(mid-line)은 상기 제 1 어레이 축을 따른 행으로 정렬된 MTJ 셀의 중심을 통과함으로써, 상기 간격은 상기 셀의 수평으로 배치된 단부 부분이 서로로부터 간격을 횡단하여 배치된 상기 차폐부의 분리된 부분내로 연장하고, 정합되도록 그에 의해 둘러싸이지만, 그로부터 전기적으로 절연되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 31 항에 있어서, 상기 제 2 어레이 축의 방향을 따라 연장하는 평행하고, 균일하게 분리된 간격을 더 포함하고, 상기 간격의 중앙선은 상기 MTJ 셀 사이의 중간을 통과하는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 32 항에 있어서, 상기 제 1 축의 방향을 따라 연장하면서 인접 MTJ 셀의 대향 에지 사이를 통과하는 평행하고, 균일하게 분리된 간격을 더 포함하는 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 16 항에 있어서, 상기 절연층상에 형성된 제 2 도전층을 더 포함하고, 상기 도전층은 상기 MTJ 셀 상단부에 접촉하는, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
제 20 항에 있어서, 상기 MTJ 셀 각각은,

제 1 결정 이방성 방향을 가지는 강자성 자유층,

상기 자유층상에 형성된 절연 터널링층, 및

상기 터널링층상에 형성된 핀 고정 자성층을 포함하고,

상기 핀 고정층은,

제 2 결정 이방성 방향을 가지는 제 1 강자성 핀 고정층,

상기 제 1 강자성 핀 고정층상에 형성된 비자성 결합층,

제 3 결정 이방성 방향을 가지며, 상기 결합층상에 형성된 제 2 강자성 핀 고정층,

상기 제 2 강자성 핀 고정층상에 형성되며, 그 자화를 핀 고정하는 반강자성 핀 고정층을 포함하고,

상기 제 1, 제 2 및 제 3 이방성 방향은 공선적이며,

상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층은 상기 이방성 방향을 따라 반평행 방향으로의 직접 결합에 의해 자기적으로 결합되며,

상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층의 총 자성 모멘트는 제로인, 차폐형 MTJ 셀 어레이.
안정화된 자성 차폐부에 의해 차폐된 MTJ 셀의 어레이로서,

기판,

상기 기판상에 균일한 어레이로 배치되며, 상단부와 측부 및 주어진 기하학적 형상의 수평 단면을 각각 갖는 복수의 MTJ 셀,

상기 기판상에 형성되며, 또한, 상기 MTJ 셀의 상기 측부를 덮는 절연층,

상기 기판상의 상기 절연층상에 형성되며, 제 1 패턴부 및 제 2 패턴부를 포함하고, 상기 제 1 패턴부는 각 MTJ 셀의 측부 위에서 상기 절연층의 적어도 일부와 정합되도록 인접 및 접촉하는 패턴화된 안정화된 자성 차폐부,

상기 MTJ 셀의 상단부와 접촉하지 않는, 상기 자성 차폐부 위에 형성된 제 2 절연층을 포함하고,

자성 차폐부의 양쪽 부분은 상기 기판 및 각 MTJ 셀로부터 전기 절연되고,

각 MTJ 셀은 제 1 방향으로 자화되고,

상기 자성 차폐부의 제 1 부분은 상기 제 1 방향에 실질적으로 직교하는 제 2 방향으로 자화되며,

각 MTJ 셀은 상기 자성 차폐부의 상기 제 1 부분에 마그네토스태틱 결합되고,

상기 자성 차폐부의 상기 제 2 부분은 자성 결합의 형태로 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 36 항에 있어서, 상기 셀 각각은 소요되는 셀 형상의 포토리소그래픽 스텐실이 먼저 형성되고, 상기 스텐실이 그후 상기 기하학적 형상을 형성하기 위한 이온 밀링 마스크로서 사용되는 포토리소그래피 및 이온 밀링을 포함하는 프로세스에 의해 성형되는, MTJ 셀 어레이.
제 37 항에 있어서, 상기 자성 차폐부의 상기 부분 양자 모두는 상기 차폐부를 위한 포토리소그래픽 스텐실이 상기 MTJ 셀을 위한 포토리소그래픽 스텐실과 정렬되는 포토리소그래피 및 이온 밀링의 자체 정렬된 프로세스를 사용하여 형성 및 패턴화되는, MTJ 셀 어레이.
제 38 항에 있어서, 각 셀의 상기 수평 단면 형상은 장축 및 단축을 가지고, 상기 축들은 서로 직교하며, 상기 셀은 그 주 축이 공선적인 균일하게 분리된 셀의 열 및, 그 부 축이 공선적인 균일하게 분리된 셀의 행을 형성하고, 그에 의해, 그 제 1 및 제 2 어레이 축이 상기 단축 및 장축 각각을 따라 공선적으로 연장하는 직교 직사각형 어레이를 형성하는, MTJ 셀 어레이.
제 39 항에 있어서, 상기 제 1 부분은 그 상부 및 하부 에지가 상기 제 2 어레이 축을 따라 공선적이며, 그 긴 에지가 상기 제 1 어레이 축에 평행하고, 연속적인, 동일 길이 및 폭의 실질적인 직사각형 스트립을 형성하도록 패턴화되고, 상기 스트립은 상기 제 1 어레이 축에 역시 평행하고 실질적인 직사각형 간격에 의해 상기 제 2 어레이 축의 방향을 따라 분리되며, 상기 간격의 중앙선은 상기 제 1 어레이 축을 따라 행으로 정렬된 MTJ 셀의 중심을 통과하며, 상기 간격은 상기 셀의 수평방향으로 배향된 단부 부분이 서로 상기 간극을 가로질러 배치된 상기 차폐부의 분리된 부분내로 연장하고, 그에 의해 정합적으로 둘러싸이지만 그로부터 전기 절연되도록 상기 셀의 주 축 보다 좁으며, 상기 차폐부의 상기 제 2 부분은 제 2 어레이 축 방향으로 연장하면서 상기 차폐부의 상기 제 1 부분의 상부 및 하부 에지에 접촉하는 두 개의 수평 직사각형 스트립으로서 형성되는, MTJ 셀 어레이.
제 40 항에 있어서, 상기 차폐부의 상기 제 1 부분은 상기 제 2 어레이 축의 방향으로 연장하는 평행하게, 균일하게 이격된 간격의 형성에 의해 더 패턴화되고, 상기 간격의 중앙선은 상기 제 1 어레이 축을 따른 열로 배열된 MTJ 셀의 중심 사이의 중앙을 통과하며, 상기 차폐부의 상기 제 2 부분은 상기 제 2 어레이 축 방향으로 형성된 상기 간극내에 형성되어 있는 자성 재료의 직사각형 스트립을 더 포함하는, MTJ 셀 어레이.
제 41 항에 있어서, 상기 차폐부의 상기 제 1 부분은 상기 제 1 어레이 축의 방향으로 연장하는 평행하고, 균일하게 이격된 간격의 제 2 세트(set)의 형성에 의해 더 패턴화되며, 상기 간격의 제 2 세트의 중앙선은 상기 제 1 어레이 축을 따른 행으로 배열된 MTJ 셀의 중심 사이의 중앙을 통과하며, 상기 차폐부의 상기 제 2 부분은 상기 제 1 어레이 축 방향으로 형성된 상기 간극의 제 2 세트내에 형성되어 있는 자성 재료의 직사각형 스트립을 더 포함하는, MTJ 셀 어레이.
제 40 항에 있어서, 상기 차폐부의 제 1 부분은 직사각형 세그먼트를 형성하도록 패턴화되고, 상기 세그먼트의 장측은 상기 제 1 어레이 축에 평행해지고, 단측은 상기 제 2 어레이 축에 평행해지며, 상기 세그먼트는 상기 제 1 및 제 2 어레이 축의 방향으로 연장하는 연속적인 간격에 의해 형성되며, 그에 의해 그 측부가 경계형성(bound)되고, 각 직사각형 세그먼트는 적어도 하나의 MTJ 셀을 포함하며, 상기 차폐부의 상기 제 2 부분은 상기 간격내에 형성된 자성 재료의 스트립을 포함하는, MTJ 셀 어레이.
제 40 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe로 구성되는 그룹으로부터 선택된 영구 자성 재료로 형성되며, 상기 제 2 부분은 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 41 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe로 구성되는 그룹으로부터 선택된 영구 자성 재료로 형성되며, 상기 제 2 부분은 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 42 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, CoFeNi로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe로 구성되는 그룹으로부터 선택된 영구 자성 재료로 형성되며, 상기 제 2 부분은 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 43 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, CoFeNi로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe로 구성되는 그룹으로부터 선택된 영구 자성 재료로 형성되며, 상기 제 2 부분은 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 40 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO로 구성되는 재료의 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료로 선택되며, 상기 제 2 부분은 교환 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 41 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO로 구성되는 재료의 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료로 선택되며, 상기 제 2 부분은 교환 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 42 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO로 구성되는 재료의 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료로 선택되며, 상기 제 2 부분은 교환 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 43 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO로 구성되는 재료의 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료로 선택되며, 상기 제 2 부분은 교환 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이.
제 36 항에 있어서, 상기 MTJ 셀 각각은,

제 1 결정 이방성 방향을 가지는 강자성 자유층,

상기 자유층상에 형성된 절연 터널링층,

상기 터널링층상에 형성된 핀 고정 자성층을 포함하고,

상기 핀 고정층은

제 2 결정 이방성 방향을 가지는 제 1 강자성 핀 고정층,

상기 제 1 강자성 핀 고정층상에 형성된 비자성 결합층,

제 3 결정 이방성 방향을 가지며, 상기 결합층상에 형성된 제 2 강자성 핀 고정층,

상기 제 2 강자성 핀 고정층상에 형성되어 그 자화를 핀 고정하는 반강자성 핀 고정층을 포함하고,

상기 제 1, 제 2 및 제 3 이방성 방향은 공선적이며,

상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층은 상기 이방성 방향을 따라 반평행 방향으로 직접 결합에 의해 자성 결합되고,

상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층의 전체 자성 모멘트는 제로인, MTJ 셀 어레이.
자성 차폐된 자기 터널 접합(MTJ) 셀을 형성하는 방법으로서,

기판을 제공하는 단계,

상기 기판상에, 상단부 및 측부를 가지면서, 그 수평 단면이 소정 기하학적 형상을 가지는 자기 터널 접합(MTJ) 셀을 형성하는 단계,

상기 셀을 둘러싸는 기판의 적어도 일부와 상기 셀의 측부 위에 정합되는 절연체의 제 1 층을 형성하는 단계,

상기 기판상의 상기 절연체의 부분을 덮고, 상기 셀의 측부상의 상기 절연체의 부분에 인접하며, 그에 의해, 상기 셀 및 상기 기판으로부터 상기 절연체에 의해 전기 절연되는 자성 차폐 재료층을 형성하는 단계,

상기 MTJ 셀의 상단부와 접촉하지 않는, 상기 자성 차폐 재료 위의 절연체의 제 2 층을 형성하는 단계,

제 1 방향을 따라 상기 셀을 자화하는 단계,

제 2 방향을 따라 상기 차폐 재료를 자화하는 단계, 및

상기 자성 차폐 재료에 대한 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 셀의 자화를 유지하는 단계를 포함하는 MTJ 셀 형성 방법.
제 53 항에 있어서, 상기 셀은 소요 셀 형상의 포토리소그래픽 스텐실이 먼저 형성되고, 그후에, 상기 스텐실이 기하학적 형상을 형성하기위한 이온 밀링 마스크로서 사용되는 포토리소그래피 및 이온 밀링 프로세스를 포함하는 프로세스에 의해 성형되는, MTJ 셀 형성 방법.
제 54 항에 있어서, 상기 셀의 상기 기하학적 형상은 원, 타원, 마름모형, 복잡한 기하학적 형상 및 이런 형상의 다구획 체인으로 구성되는 형상의 그룹으로부터 선택되는, MTJ 셀 형성 방법.
제 54 항에 있어서, 상기 차폐층은 자체 정렬된 포토리소그래픽 프로세스에 의해 형성되고, 상기 셀의 성형에 사용되는 포토리소그래픽 스텐실이 또한, 상기 차폐부의 형성 및 패터닝에 사용되는, MTJ 셀 형성 방법.
제 53 항에 있어서, 상기 MTJ 셀의 형성은,

제 1 결정 이방성 방향을 가지는 강자성 자유층을 형성하는 단계,

상기 자유층상에 절연 터널링층을 형성하는 단계,

상기 터널링층상에 핀 고정 자성층을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 핀 고정층 형성 단계는,

제 2 결정 이방성 방향을 갖는 제 1 강자성 핀 고정층을 형성하는 단계,

상기 제 1 강자성 핀 고정층상에 비자성 결합층을 형성하는 단계,

제 3 결정 이방성 방향을 가지는 제 2 강자성 핀 고정층을 상기 결합층상에 형성하는 단계, 및

상기 제 2 강자성 핀 고정층상에 반강자성 핀 고정층을 형성하고, 그에 의해, 그 자화를 핀 고정하는 단계를 더 포함하며,

상기 제 1, 제 2 및 제 3 이방성 방향은 공선적이고,

상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층은 상기 이방성 방향을 따라 반평행 방향으로의 직접 결합에 의해 자성 결합되며,

상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층의 전체 자성 모멘트는 제로인, MTJ 셀 형성 방법.
제 57 항에 있어서, 상기 셀 단면 형상은 장축 및 단축에 의해 특징지워지고, 상기 결정 이방성 방향은 장축을 따르는, MTJ 셀 형성 방법.
제 57 항에 있어서, 상기 비자성 결합층 두께는 상기 제 1 및 제 2 강자성 핀 고정층 사이의 직접 마그네토스태틱 결합을 제공하도록 선택되는, MTJ 셀 형성 방법.
제 53 항에 있어서, 상기 MTJ 셀의 상기 제 1 자화 방향 및 상기 차폐부의 제 2 자화 방향은 실질적으로 직교하는, MTJ 셀 형성 방법.
제 60 항에 있어서, 상기 차폐부의 보자력은 약 0과 200 Oe 사이인, MTJ 셀 형성 방법.
차폐형 MTJ 셀의 어레이를 형성하는 방법으로서,

기판을 제공하는 단계,

상단부 및 측부와 소정 기하학적 형상의 수평 단면을 각각 가지는 복수의 MTJ 셀을 상기 기판상에 균일한 어레이로 배치하는 단계,

상기 MTJ 셀의 측부와 상기 기판상에 절연층을 형성하는 단계,

상기 기판상의 절연층상에 각 MTJ 셀의 측부 위에 상기 절연층의 적어도 일부가 정합되도록 인접 및 접촉하는 패턴화된 자성 차폐부를 형성하는 단계, 및

상기 MTJ 셀의 상단부에 접촉하지 않도록 상기 자성 차폐부 위에 절연체의 제 1 층을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 자성 차폐부는 상기 각 MTJ 셀 및 상기 기판으로부터 전기 절연되고,

상기 각 MTJ 셀은 제 1 방향으로 자화되며,

상기 자성 차폐부는 제 2 방향으로 자화되고,

상기 각 MTJ 셀은 상기 자성 차폐부에 마그네토스태틱 결합되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 62 항에 있어서, 상기 셀은 소요 형상의 포토티소그래픽 스텐실이 먼저 형성되고, 상기 스텐실이 그후 상기 기하학적 형상을 생성하기 위한 이온 밀링 마스크로서 사용되는 포토리소그래피 및 이온 밀링을 포함하는 프로세스에 의해 성형되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 63 항에 있어서, 상기 자성 차폐부는 상기 차폐부를 위한 포토리소그래픽 스텐실이 상기 MTJ 셀을 위한 포토리소그래픽 스텐실과 정렬되는 포토리소그래피 및 이온 밀링의 자체 정렬 프로세스를 사용하여 형성 및 패턴화되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 64 항에 있어서, 상기 차폐부의 결정 이방성은 그 형성 동안 결정되고, 약 30 과 60 Oe 사이의, 양호한 자화 방향을 따라서 지향하는 외부 자기장에서 상기 차폐부를 형성함으로써 양호한 자화 방향으로 자화의 용이축을 형성하도록 정렬되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 62 항에 있어서, 상기 차폐부의 자화 방향과 상기 MTJ 셀의 자화 방향은 실질적으로 직교하는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 63 항에 있어서, 상기 수평 단면 형상은 타원, 직사각형, 마름모, 절결형 기하학적 형상, 그 최소 치수가 그 중앙부인 기하학적 형상, 구획화된 형상, 원의 체인 및 기타 규칙 및 불규칙 기하학적 형상을 포함하는 형상의 그룹으로부터 선택되는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 67 항에 있어서, 상기 각 셀의 수평 단면 형상은 장축과 단축을 가지고, 상기 축은 서로 직교하며, 상기 셀은 그 주 축이 공선적인 균일하게 분리된 셀의 열 및 그 부 축이 공선적인 균일하게 분리된 셀의 행을 형성하며, 그에 의해, 그 제 1 및 제 2 어레이 축이 각각 상기 단축 및 장축을 따라 공선적으로 연장하는 직교 직사각형 어레이를 형성하는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 68 항에 있어서, 상기 차폐부는 동일한 길이 및 폭의 연속적이며 실질적인 직사각형 스트립을 형성하도록 패턴화되며, 상기 스트립의 보다 짧은 에지는 상기 제 2 어레이 축과 공선적으로 정렬되고, 긴 에지는 상기 제 1 어레이 축에 평행하며, 상기 스트립은 상기 제 1 축에 역시 평행한 실질적으로 직사각형 간격 만큼 상기 제 2 어레이 축의 방향을 따라 분리되고, 상기 간격의 중앙선은 상기 제 1 어레이 축을 따른 행으로 정렬된 상기 MTJ 셀의 중심을 통과하고, 상기 간격은 상기 셀의 수평방향으로 배치된 단부 부분이 서로로부터 상기 간격을 가로질러 배치된 상기 차폐부의 분리된 부분내로 연장하면서, 그에 의해 정합되도록 둘러싸이지만, 그로부터 전기적으로 절연되도록 상기 셀의 상기 주 축 보다 좁은, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 69 항에 있어서, 상기 차폐부는 상기 제 2 어레이 축의 방향을 따라 연장하는 평행한, 균일하게 분리된 간격을 더 포함하도록 패턴화되고, 상기 간격의 중앙선은 상기 MTJ 셀 사이의 중간을 통과하는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 69 항에 있어서, 상기 차폐부는 상기 제 1 어레이 축의 방향을 따라 연장하면서, 인접한 MTJ 셀의 대향 에지 사이를 통과하는 평행한, 균일하게 이격된 간격을 더 포함하는, 차폐형 MTJ 셀 어레이 형성 방법.
안정화된 자성 차폐부에 의해 차폐되는 MTJ 셀의 어레이를 형성하는 방법으로서,

기판을 제공하는 단계,

상단부 및 측부와 소정 기하학적 형상의 수평 단면을 각각 갖는, 상기 기판상에 균일한 어레이로 배치된 복수의 MTJ 셀을 상기 기판상에 형성하는 단계,

상기 MTJ 셀의 상기 측부를 역시 덮는 절연층을 상기 기판상에 형성하는 단계,

제 1 패턴화된 부분 및 제 2 패턴화된 부분을 가지며, 제 1 패턴화된 부분이 상기 각 MTJ 셀의 상기 측부상의 절연층의 적어도 일부에 정합적으로 인접 및 접촉하는 패턴화 및 안정화된 자성 차폐부를 상기 기판상의 상기 절연층의 부분 상에 형성하는 단계, 및

상기 MTJ 셀의 상단부에 접촉하지 않는 제 2 절연층을 상기 패턴화 및 안정화된 자성 차폐부 위에 형성하는 단계를 포함하고,

상기 자성 차폐부의 부분 양자 모두는 상기 각 MTJ 셀 및 상기 기판으로부터 전기 절연되고,

각각의 MTJ 셀은 제 1 방향으로 자화되고,

상기 자성 차폐부의 제 1 부분은 상기 제 1 방향에 실질적으로 직교하는 제 2 방향으로 자화되고,

상기 각 MTJ 셀은 상기 자성 차폐부의 상기 제 1 부분에 마그네토스태틱 결합되며,

상기 자성 차폐부의 상기 제 2 부분은 자성 결합의 형성에 의해 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 72 항에 있어서, 상기 MTJ 셀 각각은 소요 셀 형상의 포토리소그래픽 스텐실이 먼저 형성되고, 상기 스텐실이 그후에 상기 기하학적 형상을 생성하기 위한 이온 밀링 마스크로서 사용되는 포토리소그래피 및 이온 밀링을 포함하는 프로세스에 의해 성형되는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 73 항에 있어서, 상기 자성 차폐부의 상기 부분 양자 모두는 포토리소그래피의 자체 정렬된 프로세스를 사용하여 형성되고 패턴화되며, 상기 차폐부를 형성하기 위해 사용되는 포토리소그래픽 스텐실이 상기 MTJ 셀을 성형하기 위해 사용되는 포토리소그래픽 스텐실과 동일한, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 73 항에 있어서, 각 셀의 상기 수평 단면 형상은 장축 및 단축을 가지고, 여기에서 상기 축은 서로 직교하며, 상기 셀은 그 주 축이 공선적인 균일하게 분리된 셀의 열 및 그 부 축이 공선적이고 균일하게 분리된 셀의 행을 형성하고, 그에 의해, 그 제 1 및 제 2 어레이 축이 상기 단축 및 장축 각각을 따라 공선적으로 연장하는 직교 직사각형 어레이를 형성하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 75 항에 있어서, 상기 제 1 부분은 그 상부 및 하부 에지가 상기 제 2 어레이를 따라서 공선적이며, 그 긴 에지가 상기 제 1 어레이 축에 평행한, 연속적인, 동일 길이 및 폭의 실질적인 직사각형 스트립을 형성하도록 패턴화되고, 상기 스트립은 상기 제 1 어레이 축에 역시 평행한 실질적인 직사각형 간격에 의해 상기 제 2 어레이 축의 방향을 따라 분리되며, 상기 간격의 중앙선은 상기 제 1 어레이 축을 따라 행으로 정렬된 MTJ 셀의 중심을 통과하며, 상기 간격은 상기 셀의 수평방향으로 배향된 단부 부분이 서로 상기 간극을 가로질러 배치된 상기 차폐부의 분리된 부분내로 연장하고, 그에 의해 정합적으로 둘러싸이지만 그로부터 전기 절연되도록 상기 셀의 주 축 보다 좁으며, 상기 차폐부의 상기 제 2 부분은 제 2 어레이 축 방향으로 연장하면서 상기 차폐부의 상기 제 1 부분의 상부 및 하부 에지에 접촉하는 두 개의 수평 직사각형 스트립으로서 형성되는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 76 항에 있어서, 상기 차폐부의 상기 제 1 부분은 상기 제 2 어레이 축의 방향으로 연장하는 평행하고, 균일하게 이격된 간격의 형성에 의해 더 패턴화되고, 상기 간격의 중앙선은 상기 제 1 어레이 축을 따른 열로 배열된 MTJ 셀의 코너 사이의 중앙을 통과하며, 상기 차폐부의 상기 제 2 부분은 상기 제 2 어레이 축 방향으로 형성된 상기 간극내에 형성되어 있는 자성 재료의 직사각형 스트립을 더 포함하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 77 항에 있어서, 상기 차폐부의 상기 제 1 부분은 상기 제 1 축의 방향으로 연장하는 평행하고, 균일하게 이격된 제 2 세트의 간격 형성에 의해 더 패턴화되며, 상기 제 2 세트의 간격의 중앙선은 상기 제 1 어레이 축을 따른 행으로 배열된 MTJ 셀의 중심 사이의 중앙을 통과하며, 상기 차폐부의 상기 제 2 부분은 상기 제 1 어레이 축 방향으로 형성된 상기 제 2 세트의 간격내에 형성되어 있는 자성 재료의 직사각형 스트립을 더 포함하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 75 항에 있어서, 상기 차폐부의 제 1 부분은 직사각형 세그먼트를 형성하도록 패턴화되고, 상기 세그먼트의 장측은 상기 제 1 어레이 축에 평행하고, 상기 단측은 상기 제 2 어레이 축에 평행해지며, 상기 세그먼트는 상기 제 1 및 제 2 어레이 축의 방향으로 연장하는 연속적인 간격에 의해 형성되며, 그에 의해 그 측부가 경계형성되고, 각 직사각형 세그먼트는 적어도 하나의 MTJ 셀을 포함하며, 상기 차폐부의 상기 제 2 부분은 상기 간격내에 형성된 자성 재료의 스트립을 포함하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 75 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe로 구성되는 그룹으로부터 선택된 영구 자성 재료로 형성되며, 상기 제 2 부분은 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 76 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe로 구성되는 그룹으로부터 선택된 영구 자성 재료로 형성되며, 상기 제 2 부분은 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 77 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe로 구성되는 그룹으로부터 선택된 영구 자성 재료로 형성되며, 상기 제 2 부분은 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 78 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 Co, CoCr, CoCrPt, CoPt, CoCrB, CoPtB, CoP 또는 CoNiFe로 구성되는 그룹으로부터 선택된 영구 자성 재료로 형성되며, 상기 제 2 부분은 마그네토스태틱 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 75 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO로 구성되는 재료의 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료로 선택되며, 상기 제 2 부분은 교환 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 76 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO로 구성되는 재료의 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료로 선택되며, 상기 제 2 부분은 교환 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 77 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO로 구성되는 재료의 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료로 선택되며, 상기 제 2 부분은 교환 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.
제 78 항에 있어서, 상기 패턴화된 제 1 부분은 CoFe, NiFe, CoNiFe, CoZrB, CoFeB, CoZrTa, CoNbTa 및 CoHfTa로 구성되는 그룹으로부터 선택된 강자성 재료로 형성되고, 상기 패턴화된 제 2 부분은 PtMn, NiMn, IrMn, OsMn, PdPtMn, NiO, CoO 또는 CoNiO로 구성되는 재료의 그룹으로부터 선택된 반강자성 재료로 선택되며, 상기 제 2 부분은 교환 결합에 의해 상기 제 1 부분의 자화를 안정화하는, MTJ 셀 어레이 형성 방법.