KR100846509B1 - Information storage device using magnetic domain wall moving and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 개시된 본 발명의 정보 저장 장치는 자구벽을 갖는 쓰기용 자성층; 상기 쓰기용 자성층 상에 형성된 것으로서, 연결용 자성층과 정보 저장용 자성층이 차례로 적층된 적층 구조물; 및 상기 정보 저장용 자성층에 저장된 정보를 읽기 위한 읽기 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Figure R1020060133095

The present invention relates to an information storage device using magnetic domain wall movement and a method of manufacturing the same. The disclosed information storage device of the present invention includes a magnetic layer for writing having a magnetic domain wall; A stacked structure formed on the magnetic layer for writing, in which a connecting magnetic layer and a magnetic layer for storing information are sequentially stacked; And reading means for reading information stored in the information storage magnetic layer.

Figure R1020060133095

Description

자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법{Information storage device using magnetic domain wall moving and method of manufacturing the same}Information storage device using magnetic domain wall moving and method of manufacturing the same

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 보여주는 사시도 및 측면도이다. 1A and 1B are a perspective view and a side view showing an information storage device using magnetic domain wall movement according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 보여주는 사시도이다. 2 is a perspective view illustrating an information storage device using magnetic domain wall movement according to a second embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치의 쓰기방법을 단계별로 보여주는 사시도이다. 3A to 3E are perspective views illustrating a step-by-step method of writing an information storage device using magnetic domain wall movement according to a first embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4j는 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치의 제조방법을 단계별로 보여주는 단면도이다. 4A through 4J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an information storage device using magnetic domain wall movement according to an exemplary embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *

100 : 쓰기용 자성층 200 : 연결용 자성층100: magnetic layer for writing 200: magnetic layer for connection

300 : 정보 저장용 자성층 400 : 자기 저항 센서300: magnetic layer for storing information 400: magnetoresistive sensor

A : 제1 영역 B : 제2 영역A: first region B: second region

C1∼C6 : 제1 내지 제6 도전선 D1∼D5 : 제1 내지 제5 자구C1 to C6: first to sixth conductive lines D1 to D5: first to fifth magnetic domains

DW1, DW2 : 제1 및 제2 자구벽 E1 : 쓰기용 자성층의 일단DW1, DW2: first and second magnetic domain walls E1: one end of the magnetic layer for writing

E2 : 쓰기용 자성층의 타단 M1, M2 : 제1 및 제2 방향E2: other end of the magnetic layer for writing M1, M2: first and second directions

본 발명은 정보 저장 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 자구벽(magnetic domain wall) 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an information storage device, and more particularly, to an information storage device using magnetic domain wall movement and a method of manufacturing the same.

일반적인 HDD(Hard disk drive)는 디스크 형태의 자기 기록 매체를 회전시키면서 그 위에 읽기/쓰기(reading/writing) 헤드를 부상시켜 정보를 읽고 쓰는 장치이다. 이러한 HDD는 100GB(gigabite) 이상의 많은 데이터를 저장할 수 있는 비휘발성 정보 저장 장치로서, 주로 컴퓨터의 주 저장 장치로 이용되어왔다. A typical hard disk drive (HDD) is a device that reads and writes information by rotating a disk-type magnetic recording medium while floating a read / write head thereon. The HDD is a nonvolatile information storage device capable of storing a lot of data of more than 100GB (gigabite), and has been mainly used as a main storage device of a computer.

그러나 HDD는 그 내부에 많은 수의 움직이는 기계 시스템을 포함한다. 이들은 HDD가 이동되거나 충격을 받으면 다양한 기계적인 고장(trouble)을 유발할 수 있고, 그러므로 HDD의 이동성(mobility) 및 신뢰성(reliability)을 저하시킨다. 또한, 상기 기계 시스템들은 HDD의 제조 복잡성과 제조 비용을 증가시키고, 소비 전력을 증가시키며, 소음을 유발한다. 특히, HDD를 소형화할 때 상기 제조 복잡성과 제조 비용의 증가 문제는 더욱 커진다. HDDs, however, contain a large number of moving mechanical systems therein. These can cause various mechanical troubles when the HDD is moved or impacted, thus degrading the mobility and reliability of the HDD. In addition, the mechanical systems increase the manufacturing complexity and manufacturing cost of the HDD, increase power consumption, and cause noise. In particular, when miniaturizing the HDD, the problem of increasing the manufacturing complexity and the manufacturing cost becomes larger.

이에, 최근에는 움직이는 기계 시스템을 포함하지 않으면서 HDD와 같이 대량의 데이터를 저장할 수 있는 새로운 저장 장치의 개발을 위한 연구가 이루어지고 있다. 상기 새로운 저장 장치의 일례로, 자성 물질의 자구벽(magnetic domain wall) 이동 원리를 이용한 정보 저장 장치가 제안되었다. Recently, research has been made for the development of a new storage device capable of storing a large amount of data such as an HDD without including a moving mechanical system. As an example of the new storage device, an information storage device using a principle of moving magnetic domain walls of magnetic materials has been proposed.

이하에서는, 먼저 자성 물질의 자구 및 자구벽에 대해 설명한 후, 그를 이용한 정보 저장 장치에 대해 설명한다. Hereinafter, the magnetic domain and the magnetic domain wall of the magnetic material will first be described, and then the information storage device using the magnetic domain will be described.

자성체를 구성하는 자기적인 미소영역을 자기 구역(magnetic domain ; 이하, 자구라 함)이라 한다. 이러한 자구 내에서는 전자의 자전, 즉 자기 모멘트의 방향이 동일하다. 이러한 자구의 크기 및 자화 방향은 자성 재료의 물성, 모양, 크기 및 외부의 에너지에 의해 적절히 제어될 수 있다. The magnetic microregions constituting the magnetic body are called magnetic domains (hereinafter, referred to as magnetic domains). In such a magnetic domain, the direction of rotation of the electrons, that is, the magnetic moment, is the same. The size and magnetization direction of the magnetic domain can be appropriately controlled by the physical properties, shape, size, and external energy of the magnetic material.

자구벽(magnetic domain wall)은 서로 다른 자화 방향을 갖는 자구들의 경계 부분이고, 이러한 자구벽은 자성 재료에 인가되는 전류 또는 자기장에 의해 이동될 수 있다. 즉, 소정의 폭 및 두께를 갖는 자성층(magnetic layer) 내에 특정 자화 방향을 갖는 다수의 자구들을 만들 수 있고, 적절한 강도를 갖는 전류 또는 자기장을 이용해서 상기 자구 및 자구벽을 이동시킬 수 있다. The magnetic domain wall is a boundary portion of magnetic domains having different magnetization directions, and the magnetic domain wall can be moved by a current or a magnetic field applied to the magnetic material. That is, a plurality of magnetic domains having a specific magnetization direction can be made in a magnetic layer having a predetermined width and thickness, and the magnetic domain and the magnetic domain walls can be moved by using a current or magnetic field having an appropriate strength.

상기 자구벽의 이동 원리를 정보 저장 장치에 적용하면, 읽기/쓰기 헤드 및 기록 매체의 회전 없이 읽기/쓰기가 가능하다. 이러한 자구벽 이동 원리가 적용된 정보 저장 장치는 움직이는 기계 시스템을 포함하지 않아 이동성(mobility) 및 신뢰성(reliability)이 우수하고, 소비 전력이 적다는 이점이 있다. When the principle of movement of the magnetic domain wall is applied to the information storage device, it is possible to read / write without rotating the read / write head and the recording medium. The information storage device to which the magnetic domain wall moving principle is applied does not include a moving mechanical system, and thus has advantages of high mobility and reliability, and low power consumption.

그러나 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치는 아직 개발 초기단계에 있고, 특히, 대량의 데이터를 저장할 수 있는 최적화된 구조를 갖는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법은 구체화되지 못하고 있다. However, the information storage device using the magnetic domain wall movement is still in the early stage of development, and in particular, the information storage device and the manufacturing method using the magnetic domain wall movement having an optimized structure capable of storing a large amount of data have not been specified.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 대량의 데이터를 저장할 수 있는 구조를 갖고, 움직이는 기계 시스템을 포함하지 않아 이동성(mobility) 및 신뢰성(reliability)이 우수한 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 제공함에 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-mentioned conventional problems, and has a structure capable of storing a large amount of data, and does not include a moving mechanical system, and thus has excellent mobility and reliability. It is to provide an information storage device using the movement.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 정보 저장 장치의 제조방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the information storage device.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 자구벽을 갖는 쓰기용 자성층; 상기 쓰기용 자성층 상에 형성된 것으로서, 연결용 자성층과 정보 저장용 자성층이 차례로 적층된 적층 구조물; 및 상기 정보 저장용 자성층에 저장된 정보를 읽기 위한 읽기 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention is a magnetic layer for writing having a magnetic domain wall; A laminated structure formed on the writing magnetic layer, in which a connecting magnetic layer and an information storage magnetic layer are sequentially stacked; And reading means for reading information stored in the magnetic layer for storing information, and provides an information storage apparatus using magnetic domain wall movement.

여기서, 상기 쓰기용 자성층 및 상기 정보 저장용 자성층은 바(bar) 형상이고, 상기 쓰기용 자성층은 상기 정보 저장용 자성층과 수직 또는 평행할 수 있다. The writing magnetic layer and the information storage magnetic layer may have a bar shape, and the writing magnetic layer may be perpendicular or parallel to the information storage magnetic layer.

상기 적층 구조물은 상기 쓰기용 자성층을 따라 복수 개로 형성될 수 있다. The stack structure may be formed in plural along the writing magnetic layer.

상기 적층 구조물은 상기 쓰기용 자성층과 수직한 방향으로 복수 개로 형성될 수 있다. 이때, 상기 적층 구조물에서 상기 정보 저장용 자성층들의 길이는 상기 쓰기용 자성층 방향으로 갈수록 짧아질 수 있다. The stack structure may be formed in plural in a direction perpendicular to the writing magnetic layer. In this case, the length of the magnetic layer for storing information in the laminated structure may be shortened toward the writing magnetic layer.

상기 쓰기용 자성층의 자기 이방성 에너지는 2×103∼107 J/m3일 수 있다. Magnetic anisotropic energy of the magnetic layer for writing may be 2 × 10 3 to 10 7 J / m 3 .

상기 쓰기용 자성층은 CoPt 또는 FePt로 형성되거나, CoPt와 FePt의 합금으로 형성될 수 있다. The magnetic layer for writing may be formed of CoPt or FePt, or an alloy of CoPt and FePt.

상기 연결용 자성층의 자기 이방성 에너지는 10∼103 J/m3일 수 있다.Magnetic anisotropy energy of the connection magnetic layer may be 10 to 10 3 J / m 3 .

상기 연결용 자성층은 Ni, Co, NiCo, NiFe, CoFe, CoZrNb 및 CoZrCr 중 어느 하나로 형성될 수 있다. The connection magnetic layer may be formed of any one of Ni, Co, NiCo, NiFe, CoFe, CoZrNb, and CoZrCr.

상기 정보 저장용 자성층의 자기 이방성 에너지는 2×103∼107 J/m3일 수 있다. Magnetic anisotropic energy of the magnetic layer for storing information may be 2 × 10 3 to 10 7 J / m 3 .

상기 정보 저장용 자성층은 CoPt 또는 FePt로 형성되거나, CoPt와 FePt의 합금으로 형성될 수 있다. The magnetic layer for storing information may be formed of CoPt or FePt, or an alloy of CoPt and FePt.

상기 정보 저장용 자성층에서 상기 연결용 자성층과 접한 제1 영역의 자기 이방성 에너지는 상기 정보 저장용 자성층에서 상기 제1 영역을 제외한 나머지 영역의 자기 이방성 에너지보다 작을 수 있다. The magnetic anisotropy energy of the first region in contact with the connection magnetic layer in the information storage magnetic layer may be less than the magnetic anisotropy energy of the rest of the information storage magnetic layer except for the first region.

상기 정보 저장용 자성층에서 상기 연결용 자성층과 접한 제1 영역의 자기 이방성 에너지(K1)는 0≤K1＜107 J/m3이고, 상기 정보 저장용 자성층에서 상기 제1 영역을 제외한 나머지 영역의 자기 이방성 에너지(K2)는 2×103≤K2≤107 J/m3일 수 있다. In the information storage magnetic layer, magnetic anisotropy energy K1 of the first region in contact with the connection magnetic layer is 0 ≦ K1 <10 7 J / m 3 , and the rest of the information storage magnetic layer except for the first region Magnetic anisotropy energy K2 may be 2 × 10 3 ≦ K 2 ≦ 10 7 J / m 3 .

상기 제1 영역은 불순물 이온이 도핑된 부분일 수 있다. The first region may be a portion doped with impurity ions.

상기 불순물 이온은 He+ 및 Ga+중 적어도 어느 하나일 수 있다. The impurity ion may be at least one of He + and Ga + .

상기 읽기 수단은 상기 쓰기용 자성층 또는 상기 정보 저장용 자성층에 형성된 자기 저항 센서일 수 있다. The reading means may be a magnetoresistive sensor formed in the magnetic layer for writing or the magnetic layer for storing information.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 자구벽 이동을 이용한 제1 정보 저장용 자성층을 포함하는 정보 저장 장치의 제조방법에 있어서, 기판 상에 쓰기용 자성층을 형성하는 단계; 상기 쓰기용 자성층을 덮도록 상기 기판 상에 제1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 절연층을 패터닝하여 상기 쓰기용 자성층을 노출시키는 제1 개구부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 개구부 내에 제1 연결용 자성층과 상기 제1 정보 저장용 자성층을 차례로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an information storage device including a first information storage magnetic layer using magnetic domain wall movement, the method comprising: forming a magnetic layer for writing on a substrate; Forming a first insulating layer on the substrate to cover the magnetic layer for writing; Patterning the first insulating layer to form a first opening exposing the writing magnetic layer; And sequentially forming a first connection magnetic layer and the first information storage magnetic layer in the first opening.

여기서, 상기 제1 개구부는 제1 홈 및 상기 제1 홈 상에 상기 제1 홈보다 큰 제2 홈을 포함할 수 있다. Here, the first opening may include a first groove and a second groove larger than the first groove on the first groove.

상기 제1 개구부는 나노 임프린트(nano-imprint) 방식으로 형성할 수 있다. The first opening may be formed by a nano-imprint method.

상기 제1 연결용 자성층은 상기 제1 홈 내에 형성할 수 있다. The first connection magnetic layer may be formed in the first groove.

상기 제1 정보 저장용 자성층은 상기 제2 홈 내에 형성할 수 있다. The first information storage magnetic layer may be formed in the second groove.

상기 본 발명의 정보 저장 장치의 제조방법은 상기 제1 개구부 내에 제1 연결용 자성층과 제1 정보 저장용 자성층을 형성하는 단계 후, 상기 제1 정보 저장용 자성층 및 상기 제1 절연층 상에 제2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제2 절연층을 패터닝하여 상기 제1 정보 저장용 자성층을 노출시키는 제2 개구부를 형성하는 단계; 및 상기 제2 개구부 내에 제2 연결용 자성층과 제2 정보 저장용 자성층을 차례로 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the information storage device of the present invention, after forming the first connection magnetic layer and the first information storage magnetic layer in the first opening, the method may be further provided on the first information storage magnetic layer and the first insulating layer. Forming an insulating layer; Patterning the second insulating layer to form a second opening exposing the first information storage magnetic layer; And sequentially forming a second connection magnetic layer and a second information storage magnetic layer in the second opening.

상기 제2 연결용 자성층과 제2 정보 저장용 자성층을 형성하는 단계 전, 상기 제2 개구부에 의해 노출된 제1 정보 저장용 자성층에 불순물 이온을 도핑하는 단계를 더 수행할 수 있다. Before the forming of the second connection magnetic layer and the second information storage magnetic layer, doping the impurity ions into the first information storage magnetic layer exposed by the second opening may be further performed.

상기 불순물 이온은 He+ 및 Ga+중 적어도 어느 하나일 수 있다. The impurity ion may be at least one of He + and Ga + .

상기 제2 개구부는 제3 홈 및 상기 제3 홈 상에 상기 제3 홈보다 큰 제4 홈을 포함할 수 있다. The second opening may include a third groove and a fourth groove larger than the third groove on the third groove.

상기 제2 개구부는 나노 임프린트(nano-imprint) 방식으로 형성할 수 있다. The second opening may be formed by a nano-imprint method.

상기 제2 연결용 자성층은 상기 제3 홈 내에 형성할 수 있다. The second connection magnetic layer may be formed in the third groove.

상기 제3 정보 저장용 자성층은 상기 제4 홈 내에 형성할 수 있다. The third information storage magnetic layer may be formed in the fourth groove.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치와 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. Hereinafter, an information storage apparatus using a magnetic domain wall movement and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the layers or regions illustrated in the drawings are somewhat exaggerated for clarity.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치(이하, 본 발명의 제1 정보 저장 장치)를 보여준다. 도 1a는 사시도이고, 도 1b는 측면도이다. 1A and 1B show an information storage device (hereinafter, the first information storage device of the present invention) using magnetic domain wall movement according to the first embodiment of the present invention. 1A is a perspective view and FIG. 1B is a side view.

도 1a를 참조하면, 자구벽 이동 특성을 갖는 쓰기용 자성층(100) 및 쓰기용 자성층(100)과 교차하며 다층 구조를 갖는 다수의 정보 저장용 자성층(300)이 형성 되어 있다. 쓰기용 자성층(100)과 정보 저장용 자성층(300) 사이 및 정보 저장용 자성층(300)들 사이에 연결용 자성층(200)이 형성되어 있다. 그리고 정보 저장용 자성층(300)에 저장된 정보를 읽기 위한 자기 저항 센서(400)가 정보 저장용 자성층(300)의 소정 영역 상에 형성되어 있다. 자기 저항 센서(400)는 잘 알려진 TMR(Tunnel Magneto Resistance) 센서 또는 GMR(Giant Magneto Resistance) 센서일 수 있고, 정보 저장용 자성층(300)의 하부에 형성되거나, 쓰기용 자성층(100)의 상부 또는 하부에 형성될 수도 있다. Referring to FIG. 1A, a plurality of information storage magnetic layers 300 having a multilayered structure intersecting with the writing magnetic layer 100 having the magnetic domain wall moving property and the writing magnetic layer 100 are formed. A connection magnetic layer 200 is formed between the magnetic magnetic layer 100 for writing and the magnetic layer 300 for information storage and the magnetic layer 300 for information storage. In addition, a magnetoresistive sensor 400 for reading information stored in the information storage magnetic layer 300 is formed on a predetermined region of the information storage magnetic layer 300. The magnetoresistive sensor 400 may be a well-known Tunnel Magneto Resistance (TMR) sensor or a Giant Magneto Resistance (GMR) sensor, and may be formed under the information storage magnetic layer 300, or may be formed on the upper portion of the magnetic layer 100 for writing or the like. It may be formed at the bottom.

정보 저장용 자성층(300)의 길이는 아래로 갈수록 짧아지는 것이 바람직하고, 각 정보 저장용 자성층(300)의 양단 하부에는 구동 소자(미도시)와의 전기적 연결을 위한 도전선(미도시)이 형성된다. The length of the information storage magnetic layer 300 is preferably shortened toward the bottom, and conductive lines (not shown) for electrical connection with a driving element (not shown) are formed below both ends of each information storage magnetic layer 300. do.

쓰기용 자성층(100)은 CoPt 또는 FePt로 형성되거나, CoPt와 FePt의 합금으로 형성된 강자성층이고, 그의 자기 이방성 에너지는 2×103∼107 J/m3 정도일 수 있다. 연결용 자성층(200)은 Ni, Co, NiCo, NiFe, CoFe, CoZrNb 및 CoZrCr 중 어느 하나로 형성된 연자성층이고, 그의 자기 이방성 에너지는 10∼103 J/m3 정도일 수 있다. 정보 저장용 자성층(300)에서 연결용 자성층(200)과 접한 제1 영역(A)의 자기 이방성 에너지는 상기 제1 영역(A)을 제외한 나머지 영역, 즉 제2 영역(B)의 자기 이방성 에너지보다 작은 것이 바람직하다. 그러나 정보 저장용 자성층(300)은 전 영역에서 동일한 자기 이방성 에너지를 가질 수도 있다. 제1 영역(A)의 자기 이방성 에너지(K1)는 0≤K1≤107 J/m3 정도일 수 있고, 제2 영역(B)의 자기 이방성 에 너지(K2)는 2×103≤K2≤107 J/m3 정도일 수 있다. 이러한 정보 저장용 자성층(300)은 CoPt 또는 FePt로 형성되거나, CoPt와 FePt의 합금으로 형성될 수 있는데, 제1 영역(A)은 He+나 Ga+와 같은 불순물 이온이 도핑된 영역일 수 있다. 상기 불순물 이온이 도핑됨에 따라, 제1 영역(A)의 자기 이방성 에너지가 제2 영역(B)의 그것보다 낮아진다. The magnetic layer 100 for writing is formed of CoPt or FePt, or a ferromagnetic layer formed of an alloy of CoPt and FePt, and its magnetic anisotropy energy may be about 2 × 10 3 to 10 7 J / m 3 . The connecting magnetic layer 200 is a soft magnetic layer formed of any one of Ni, Co, NiCo, NiFe, CoFe, CoZrNb, and CoZrCr, and its magnetic anisotropy energy may be about 10 to 10 3 J / m 3 . The magnetic anisotropy energy of the first region A in contact with the connection magnetic layer 200 in the information storage magnetic layer 300 is the magnetic anisotropy energy of the remaining region except the first region A, that is, the second region B. Smaller is preferred. However, the magnetic layer 300 for storing information may have the same magnetic anisotropy energy in all regions. The magnetic anisotropy energy K1 of the first region A may be 0 ≦ K1 ≦ 10 7 J / m 3 , and the magnetic anisotropic energy K2 of the second region B may be 2 × 10 3 ≦ K2 ≦ It may be about 10 7 J / m 3 . The magnetic layer 300 for storing information may be formed of CoPt or FePt, or an alloy of CoPt and FePt, and the first region A may be a region doped with impurity ions such as He + or Ga + . . As the impurity ions are doped, the magnetic anisotropy energy of the first region A becomes lower than that of the second region B.

도 1b를 참조하면, 쓰기용 자성층(100)은 적어도 두 개의 자구 및 적어도 한 개의 자구벽을 포함한다. 도 1b에는 쓰기용 자성층(100)이 제1 내지 제3 자구(D1∼D3)와 제1 및 제2 자구벽(DW1, DW2)을 갖는 경우가 도시되어 있다. 쓰기용 자성층(100) 내에 제1 내지 제3 자구(D1∼D3)를 형성하는 방법은 다양하다. 예를 들면, 쓰기용 자성층(100)이 될 강자성층의 중앙부 상에 연자성층을 형성한 후, 상기 강자성층과 상기 연자성층에 소정의 외부 자장을 인가하면, 상기 연자성층과 접한 강자성층은 그 양측의 강자성층과 다른 자화 방향을 가질 수 있다. 이 밖에도 다양한 방법으로 제1 내지 제3 자구(D1∼D3)를 형성할 수 있다. 쓰기용 자성층(100)의 양단 및 중앙은 전류 인가를 위한 제1 내지 제3 도전선(C1∼C3)과 연결되어 있다. 제1 및 제2 도전선(C1, C2) 사이 또는 제2 및 제3 도전선(C2, C3) 사이에 인가되는 전류에 따라, 제1 또는 제2 자구벽(DW1, DW2)이 이동한다. 예컨대, 제1 도전선(C1)에서 제2 도전선(C2)으로 전류를 흘려주면 제1 자구벽(DW1)은 제1 도전선(C1) 쪽으로 이동한다. 전류의 방향과 자구벽의 이동 방향은 반대인데, 이것은 자구벽이 전자의 이동 방향으로 이동하기 때문이다. Referring to FIG. 1B, the magnetic layer 100 for writing includes at least two magnetic domains and at least one magnetic domain wall. FIG. 1B illustrates a case in which the magnetic layer 100 for writing has first to third magnetic domains D1 to D3 and first and second magnetic domain walls DW1 and DW2. There are various methods for forming the first to third magnetic domains D1 to D3 in the magnetic layer 100 for writing. For example, after forming a soft magnetic layer on the central portion of the ferromagnetic layer to be the magnetic layer for writing 100, and applying a predetermined external magnetic field to the ferromagnetic layer and the soft magnetic layer, the ferromagnetic layer in contact with the soft magnetic layer is It may have a magnetization direction different from the ferromagnetic layers on both sides. In addition, the first to third magnetic domains D1 to D3 may be formed by various methods. Both ends and the center of the write magnetic layer 100 are connected to the first to third conductive lines C1 to C3 for applying current. According to a current applied between the first and second conductive lines C1 and C2 or between the second and third conductive lines C2 and C3, the first or second magnetic domain walls DW1 and DW2 move. For example, when a current flows from the first conductive line C1 to the second conductive line C2, the first magnetic domain wall DW1 moves toward the first conductive line C1. The direction of the current and the direction of movement of the magnetic domain walls are opposite, because the magnetic domain walls move in the direction of electron movement.

제1 및 제2 자구벽(DW1, DW2)의 위치에 따라, 연결용 자성층(200)의 자화 방향이 달라질 수 있다. 다시 말해, 연결용 자성층(200)의 자화 방향은 연결용 자성층(200)과 접한 쓰기용 자성층(100)의 자화 방향을 따른다. 이것은 연결용 자성층(200)이 자화 반전되기 용이한 연자성층이기 때문이다. 연결용 자성층(200)의 자화 방향이 반전되면, 그에 따라 제1 영역(A)의 자화 방향이 연결용 자성층(200)의 그것과 동일해진다. 이것은 연결용 자성층(200) 및 제1 영역(A)이 동일한 자화 방향을 가지는 것이 그렇지 않은 것보다 에너지적으로 안정하기 때문이다. 이러한 자화 반전은 최하층의 연결용 자성층(200)부터 최상층의 제1 영역(A)까지 연쇄적으로 일어난다. 제1 영역(A)의 자기 이방성 에너지(K1)가 제2 영역(B)의 자기 이방성 에너지(K2)보다 작으면, 제1 영역(A)의 자화 반전이 용이하다. Depending on the positions of the first and second magnetic domain walls DW1 and DW2, the magnetization direction of the connection magnetic layer 200 may vary. In other words, the magnetization direction of the connection magnetic layer 200 is along the magnetization direction of the writing magnetic layer 100 in contact with the connection magnetic layer 200. This is because the connection magnetic layer 200 is a soft magnetic layer that is easily magnetized inverted. When the magnetization direction of the connection magnetic layer 200 is reversed, the magnetization direction of the first region A becomes the same as that of the connection magnetic layer 200. This is because the connecting magnetic layer 200 and the first region A have the same magnetization direction, and are more energy stable than the other. This magnetization reversal occurs in sequence from the lowermost connection magnetic layer 200 to the uppermost first region A. FIG. When the magnetic anisotropy energy K1 of the first region A is smaller than the magnetic anisotropy energy K2 of the second region B, the magnetization reversal of the first region A is easy.

제1 영역(A)의 자화 방향을 원하는 상태로 반전시킨 후, 제1 영역(A)에서 제2 영역(B) 방향으로 자구벽을 1 비트만큼 이동시키면, 제2 영역(B)에 소정의 정보를 저장할 수 있다. After inverting the magnetization direction of the first region A to a desired state, if the magnetic domain wall is moved by one bit from the first region A to the second region B direction, the predetermined region is set in the second region B. Information can be stored.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치(이하, 본 발명의 제2 정보 저장 장치)를 보여주는 사시도이다. 본 발명의 제2 정보 저장 장치는 본 발명의 제1 정보 저장 장치가 변형된 것으로서, 둘 간의 차이는 정보 저장용 자성층(300)에 있다. 본 발명의 제1 정보 저장 장치에서는 제1 영역(A) 양측에 제2 영역(B)이 존재하지만, 본 발명의 제2 정보 저장 장치에서는 제1 영역(A) 일측에 제2 영역(B)이 존재한다. 이러한 본 발명의 제2 정보 저장 장치에서는 정보 저장용 자성층(300)의 일단 하부에 전류 인가를 위한 도전선(미도시)이 형성된다. 2 is a perspective view showing an information storage device (hereinafter, the second information storage device of the present invention) using magnetic domain wall movement according to the second embodiment of the present invention. The second information storage device of the present invention is a modification of the first information storage device of the present invention, and the difference between the two is in the magnetic layer 300 for information storage. In the first information storage device of the present invention, the second area B exists on both sides of the first area A, but in the second information storage device of the present invention, the second area B is located on one side of the first area A. This exists. In the second information storage device of the present invention, a conductive line (not shown) for applying a current is formed below one end of the magnetic layer 300 for storing information.

쓰기용 자성층(100)과 정보 저장용 자성층(300)은 평행하게 형성될 수도 있다. 이 경우에도 쓰기용 자성층(100) 상에 연결용 자성층(200)과 정보 저장용 자성층(300)을 포함하는 적층 구조물이 다수 적층되는데, 동일 평면 상에 다수의 쓰기용 자성층(100)이 소정 간격을 두고 규칙적으로 배열될 수 있다. 상기 소정 간격은 쓰기용 자성층(100)의 폭과 유사할 수 있다. The magnetic magnetic layer 100 for writing and the magnetic layer 300 for information storage may be formed in parallel. In this case, a plurality of stacked structures including a connecting magnetic layer 200 and an information storing magnetic layer 300 are stacked on the magnetic layer 100 for writing, and a plurality of writing magnetic layers 100 are disposed on the same plane. Can be arranged regularly. The predetermined interval may be similar to the width of the magnetic layer 100 for writing.

이하에서는, 본 발명의 제1 정보 저장 장치의 쓰기방법을 보다 자세히 설명한다. Hereinafter, the writing method of the first information storage device of the present invention will be described in more detail.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1 정보 저장 장치의 쓰기방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 3a 내지 도 3e에서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 제1 정보 저장 장치의 일부만 보여준다. 3A to 3E are perspective views illustrating a writing method of the first information storage device of the present invention. 3A to 3E show only a part of the first information storage device of the present invention for convenience of description.

도 3a를 참조하면, 쓰기용 자성층(100)의 제1 자구(D1), 연결용 자성층(200) 및 정보 저장 자성층(300)은 제1 방향(M1)으로 자화되어 있고, 쓰기용 자성층(100)의 제2 자구(D2)는 제2 방향(M2)으로 자화되어 있다. 도 3a에서 연결용 자성층(200)은 제1 및 제2 연결용 자성층(200a, 200b)으로 구분할 수 있고, 정보 저장 자성층(300)은 제1 및 제2 정보 저장 자성층(300a, 300b)으로 구분할 수 있다. 제1 정보 저장 자성층(300a)의 양단에 제4 및 제5 도전선(C4, C5)이 형성되어 있고, 제2 정보 저장 자성층(300b)의 양단에 제6 및 제7 도전선(C6, E7)이 형성되어 있다. 도면부호 C1 및 C2는 쓰기용 자성층(300a)의 일단(E1) 및 타단(E2)에 형성된 제1 및 제2 도전선을 나타낸다. Referring to FIG. 3A, the first magnetic domain D1, the connection magnetic layer 200, and the information storage magnetic layer 300 of the magnetic magnetic layer 100 for writing are magnetized in the first direction M1 and the magnetic magnetic layer 100 for writing. The second magnetic domain D2 of) is magnetized in the second direction M2. In FIG. 3A, the connection magnetic layer 200 may be divided into first and second connection magnetic layers 200a and 200b, and the information storage magnetic layer 300 may be divided into first and second information storage magnetic layers 300a and 300b. Can be. Fourth and fifth conductive lines C4 and C5 are formed at both ends of the first information storage magnetic layer 300a, and sixth and seventh conductive lines C6 and E7 are formed at both ends of the second information storage magnetic layer 300b. ) Is formed. Reference numerals C1 and C2 denote first and second conductive lines formed at one end E1 and the other end E2 of the magnetic layer 300a for writing.

도 3b는 도 3a의 정보 저장 장치의 제1 자구벽(DW1)을 이동시킨 결과를 보여준다. 이러한 제1 자구벽(DW1)의 이동은 제1 도전선(C1)에서 제2 도전선(C2)으로 전류를 인가한 결과이다. 도 3b를 참조하면, 제1 자구벽(DW1)의 이동에 의해 제2 자구(D2)가 제1 연결용 자성층(200a) 하부까지 확장되고, 그 결과, 제1 연결용 자성층(200a)의 자화 방향이 제2 방향(M2)으로 반전된다. 이어서 제1 연결용 자성층(200a)과 접한 제1 영역(A1)의 자화 방향도 제2 방향(M2)으로 반전된다. 이러한 자화 반전은 제1 연결용 자성층(200a)에서 제2 정보 저장 자성층(300b)의 제1 영역(A2)까지 연쇄적으로 일어난다. 이러한 자화 반전에 따라 정보 저장용 자성층(300)에 다른 자구(이하, 제4 자구)(D4)가 형성된다. 3B illustrates a result of moving the first magnetic domain wall DW1 of the information storage device of FIG. 3A. The movement of the first magnetic domain wall DW1 is a result of applying a current from the first conductive line C1 to the second conductive line C2. Referring to FIG. 3B, the second magnetic domain D2 is extended to the lower portion of the first connection magnetic layer 200a by the movement of the first magnetic domain wall DW1. As a result, the magnetization of the first connection magnetic layer 200a is caused. The direction is reversed in the second direction M2. Subsequently, the magnetization direction of the first region A1 in contact with the first connection magnetic layer 200a is also reversed in the second direction M2. This magnetization reversal occurs in series from the first connection magnetic layer 200a to the first region A2 of the second information storage magnetic layer 300b. According to such magnetization reversal, another magnetic domain (hereinafter referred to as a fourth magnetic domain) D4 is formed in the magnetic layer 300 for storing information.

도 3c를 참조하면, 제6 도전선(C6)에서 제2 도전선(C2)으로 전류를 흘려주어 제2 정보 저장용 자성층(300b) 내에서 제4 자구(D4)를 제2 정보 저장용 자성층(300)의 일단 방향으로 1 비트만큼 확장시킨다. 제4 자구(D4)에 대응하는 데이터는, 예컨대, '0'일 수 있다. Referring to FIG. 3C, a current flows from the sixth conductive line C6 to the second conductive line C2 to transfer the fourth magnetic domain D4 in the second information storage magnetic layer 300b to the second information storage magnetic layer. It extends by one bit in one direction of 300. The data corresponding to the fourth magnetic domain D4 may be, for example, '0'.

도 3d를 참조하면, 제2 도전선(C2)에서 제1 도전선(C1)으로 전류를 흘려주어 제1 자구벽(DW1)을 일단(E1)에서 타단(E2) 방향으로 이동시킨다. 이에 제1 자구(D1)가 제1 연결용 자성층(200a) 하부까지 확장된다. 이러한 제1 자구벽(DW1)의 이동에 따라, 제1 연결용 자성층(200)에서 제2 정보 저장 자성층(300b)의 제1 영역(A2)까지 자화 방향이 제1 방향(M1)으로 반전된다. 이때 제1 영역(A1, A2)에 형성된 자구를 제5 자구(D5)라 칭한다. 제5 자구(D5)에 대응하는 데이터는, 예컨대 '1'일 수 있다. Referring to FIG. 3D, a current flows from the second conductive line C2 to the first conductive line C1 to move the first magnetic domain wall DW1 from one end E1 to the other end E2. Accordingly, the first magnetic domain D1 extends to the lower portion of the first connection magnetic layer 200a. As the first magnetic domain wall DW1 moves, the magnetization direction is inverted in the first direction M1 from the first connection magnetic layer 200 to the first region A2 of the second information storage magnetic layer 300b. . At this time, the magnetic domain formed in the first regions A1 and A2 is referred to as a fifth magnetic domain D5. The data corresponding to the fifth magnetic domain D5 may be, for example, '1'.

도 3e를 참조하면, 제6 도전선(C6)에서 제1 도전선(C1)으로 전류를 흘려주어 제4 및 제5 자구(D4, D5)를 제2 정보 저장용 자성층(300b)의 일단 방향으로 1 비트만큼 이동시킨다. Referring to FIG. 3E, a current flows from the sixth conductive line C6 to the first conductive line C1 to move the fourth and fifth magnetic domains D4 and D5 in one direction of the magnetic layer 300b for the second information storage. Move by 1 bit.

결과적으로 제2 정보 저장용 자성층(300b)의 제2 영역(B)에 '0' 및 '1'에 대응하는 데이터가 저장된다. 이러한 방법으로 정보 저장용 자성층(300)의 소정 영역에 2진(binary) 데이터를 저장할 수 있다. As a result, data corresponding to '0' and '1' is stored in the second area B of the second information storage magnetic layer 300b. In this manner, binary data may be stored in a predetermined area of the magnetic layer 300 for storing information.

도 3a 내지 도 3e에서는 쓰기용 자성층(100), 연결용 자성층(200) 및 정보 저장용 자성층(300)이 수직 자기 이방성을 갖는 경우에 대해 도시하였지만, 쓰기용 자성층(100), 연결용 자성층(200) 및 정보 저장용 자성층(300)이 수평 자기 이방성을 갖는 경우에도 상기 쓰기방법은 동일하게 적용될 수 있다. 3A to 3E illustrate the case where the writing magnetic layer 100, the connecting magnetic layer 200, and the information storing magnetic layer 300 have vertical magnetic anisotropy, the writing magnetic layer 100 and the connecting magnetic layer ( The write method may be equally applied to the case in which the information storage layer 200 and the magnetic layer 300 for storing information have horizontal magnetic anisotropy.

이와 같이 본 발명의 정보 저장 장치에서는 쓰기용 자성층(100) 및 정보 저장용 자성층(300) 내에서 자구벽을 이동시키는 방법으로 데이터를 기록한다. 그러므로 본 발명의 정보 저장 장치에서는 움직이는 기계 시스템이 요구되지 않는다. 또한 본 발명의 정보 저장 장치는 도 1a 및 도 2에 도시한 바와 같은 멀티 스택(multi-stack) 정보 저장 장치이기 때문에, 대용량의 정보를 저장할 수 있다. As described above, in the information storage device of the present invention, data is recorded by moving the magnetic domain walls in the magnetic layer 100 for writing and the magnetic layer 300 for storing information. Therefore, no moving mechanical system is required in the information storage device of the present invention. In addition, since the information storage device of the present invention is a multi-stack information storage device as shown in Figs. 1A and 2, a large amount of information can be stored.

한편, 도시하지는 않았지만, 소정의 데이터가 저장된 자구를 자기 저항 센서(400) 하부로 이동시키고, 자기 저항 센서(400)에 소정의 읽기 전류를 인가하면, 상기 소정의 데이터를 읽을 수 있다. 상기 읽기/쓰기 동작시 정보 저장용 자성층(300)의 일부 또는 쓰기용 자성층(100)은 데이터의 임시 보관을 위한 버퍼 영역으로 사용된다. On the other hand, although not shown, by moving the magnetic domain storing the predetermined data to the lower portion of the magnetoresistive sensor 400, and applying a predetermined read current to the magnetoresistive sensor 400, the predetermined data can be read. In the read / write operation, a part of the magnetic layer 300 for storing information or the magnetic layer 100 for writing is used as a buffer area for temporarily storing data.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치의 제조방법(이하, 본 발명의 제조방법)을 설명한다. Hereinafter, the manufacturing method of the information storage device using the magnetic domain wall movement according to the embodiment of the present invention (hereinafter, the manufacturing method of the present invention) will be described.

도 4a 내지 도 4j는 본 발명의 제조방법을 단계별로 보여준다. 4a to 4j show step by step the manufacturing method of the present invention.

도 4a를 참조하면, 기판(10) 상에 쓰기용 자성층(100)을 형성한다. 쓰기용 자성층(100)은 도 1a를 참조하여 설명한 쓰기용 자성층(100)과 동일하다. 그런 후, 쓰기용 자성층(100)을 덮도록 기판(10) 상에 제1 절연층(20)을 형성한다. 제1 절연층(20)은 레진층(resin layer)일 수 있다. Referring to FIG. 4A, the magnetic layer 100 for writing is formed on the substrate 10. The write magnetic layer 100 is the same as the write magnetic layer 100 described with reference to FIG. 1A. Then, the first insulating layer 20 is formed on the substrate 10 to cover the magnetic layer 100 for writing. The first insulating layer 20 may be a resin layer.

그 다음, 제1 절연층(20) 위쪽에 다중 단차(multi-step) 구조를 갖는 제1 마스터 스탬프(master stamp)(50)를 정렬시킨다. 제1 마스터 스탬프(50)은 전자빔 리소그라피(E-beam lithography)와 같은 나노 패터닝 방법으로 제작된 것으로서, 반복적으로 사용할 수 있다. Next, a first master stamp 50 having a multi-step structure is aligned above the first insulating layer 20. The first master stamp 50 is manufactured by a nano patterning method such as electron beam lithography, and can be used repeatedly.

도 4b를 참조하면, 제1 마스터 스탬프(50)로 제1 절연층(20)을 찍어(imprint) 제1 절연층(20)을 패터닝한다. Referring to FIG. 4B, the first insulating layer 20 is imprinted with the first master stamp 50 to pattern the first insulating layer 20.

그런 다음, 제1 마스터 스탬프(50)를 제1 절연층(20)으로부터 제거한다. 도 4c는 제1 마스터 스탬프(50)를 제거한 이후의 상태를 보여준다. Then, the first master stamp 50 is removed from the first insulating layer 20. 4C shows the state after removing the first master stamp 50.

도 4c를 참조하면, 제1 마스터 스탬프(50)를 이용한 임프린트 공정에 의해 쓰기용 자성층(100)의 일부를 노출시키는 제1 개구부(1)가 형성된다. 제1 개구부(1)는 제1 홈(H1) 및 제1 홈(H1) 상에 제1 홈(H1)보다 큰 제2 홈(H2)을 포함한다. 제1 홈(H1) 바닥에 상기 레진층의 일부가 잔류될 수 있는데, 잔류된 레진층은 RIE(reactive ion etching) 또는 플라즈마 에싱(plasma ashing) 방법으로 제거될 수 있다. Referring to FIG. 4C, a first opening 1 exposing a portion of the magnetic layer 100 for writing is formed by an imprint process using the first master stamp 50. The first opening 1 includes a first groove H1 and a second groove H2 larger than the first groove H1 on the first groove H1. A portion of the resin layer may remain on the bottom of the first groove H1, and the remaining resin layer may be removed by reactive ion etching (RIE) or plasma ashing.

도 4d를 참조하면, 제1 홈(H1) 내에 도 1a의 연결용 자성층(200)과 동일한 제1 연결용 자성층(200a)을 형성한다. 제1 연결용 자성층(200a)은 전해도금 방법으로 형성할 수 있는데, 그 두께는 상기 전해도금시 반응 조건 및 반응 시간을 조절함으로써 제어될 수 있다. 그러므로 제1 연결용 자성층(200a)의 높이와 제1 홈(H1)의 높이를 맞출 수 있다. 비록 제1 연결용 자성층(200a)의 높이가 제1 홈(H1)의 높이와 정확히 일치하지 않는다 하더라도, 그로 인해 후속 공정 진행 및 장치의 동작시 문제가 발생되지는 않는다. Referring to FIG. 4D, the same first connecting magnetic layer 200a as that of the connecting magnetic layer 200 of FIG. 1A is formed in the first groove H1. The first connection magnetic layer 200a may be formed by an electroplating method, and the thickness thereof may be controlled by adjusting the reaction conditions and reaction time during the electroplating. Therefore, the height of the first connection magnetic layer 200a and the height of the first groove H1 may be matched. Although the height of the first connection magnetic layer 200a does not exactly coincide with the height of the first groove H1, this does not cause a problem in the subsequent process and operation of the apparatus.

다음으로, 제2 홈(H2) 내에 도 1a의 정보 저장용 자성층(300)과 동일한 제1 정보 저장용 자성층(300a)을 형성한다. 제1 정보 저장용 자성층(300a)은 제1 연결용 자성층(200a) 및 제1 절연층(20) 상에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 자성층을 증착한 후, 상기 자성층을 CMP(chemical mechanical polishing)함으로써 형성할 수 있다. Next, the same first information storage magnetic layer 300a as the information storage magnetic layer 300 of FIG. 1A is formed in the second groove H2. The first information storage magnetic layer 300a is formed by depositing a magnetic layer on the first connection magnetic layer 200a and the first insulating layer 20 by sputtering, and then chemically polishing the magnetic layer by CMP. Can be formed.

도 4e를 참조하면, 상기 제1 정보 저장용 자성층(300a) 및 제1 절연층(20) 상에 제2 절연층(30)을 형성한다. 제2 절연층(30)은 제1 절연층(20)과 동일 물질로 형성할 수 있다. 그런 후, 제2 절연층(30) 위쪽에 다중 단차(multi-step) 구조를 갖는 제2 마스터 스탬프(60)을 위치시킨다. Referring to FIG. 4E, a second insulating layer 30 is formed on the first information storage magnetic layer 300a and the first insulating layer 20. The second insulating layer 30 may be formed of the same material as the first insulating layer 20. Thereafter, a second master stamp 60 having a multi-step structure is positioned above the second insulating layer 30.

앞서 언급한 제1 마스터 스탬프(50)로 제1 절연층(20)을 패터닝한 방법과 유사하게 제2 마스터 스탬프(60)로 제2 절연층(30)을 패터닝한다. 도 4f는 제2 절연층(30)을 패터닝하고, 제2 마스터 스탬프(60)를 제거한 상태를 보여준다. Similar to the method of patterning the first insulating layer 20 with the first master stamp 50 described above, the second insulating layer 30 is patterned with the second master stamp 60. FIG. 4F shows a state in which the second insulating layer 30 is patterned and the second master stamp 60 is removed.

도 4f를 참조하면, 제2 마스터 스탬프(60)를 이용한 임프린트 공정에 의해 제1 정보 저장용 자성층(300a)의 일부를 노출시키는 제2 개구부(2)가 형성된다. 제2 개구부(2)는 제3 홈(H3) 및 제3 홈(H3) 상에 제3 홈(H3)보다 큰 제4 홈(H4)을 포함한다. 제3 홈(H3)의 크기는 도 4c의 제1 홈(H1)의 크기와 같고, 제4 홈(H4)의 크기는 도 4c의 제2 홈(H2)의 크기보다 클 수 있다. Referring to FIG. 4F, a second opening 2 exposing a part of the first information storage magnetic layer 300a is formed by an imprint process using the second master stamp 60. The second opening 2 includes a fourth groove H4 larger than the third groove H3 on the third groove H3 and the third groove H3. The size of the third groove H3 may be the same as the size of the first groove H1 of FIG. 4C, and the size of the fourth groove H4 may be larger than the size of the second groove H2 of FIG. 4C.

도 4g를 참조하면, 제2 개구부(2)를 갖는 제2 절연층(30)을 이온주입 마스크로 이용해서, 제2 개구부(2)에 의해 노출된 제1 정보 저장용 자성층(300a)에 불순물 이온을 도핑한다. 상기 불순물 이온은 He+ 및/또는 Ga+일 수 있다. 상기 He+ 및 Ga+와 같은 불순물 이온이 자성 물질에 도핑되면, 상기 불순물 이온에 의해 자성 물질의 자기 이방성 에너지가 감소한다. 이것은 상기 불순물 이온이 상기 자성 물질을 구성하는 자성 입자간 자기적 커플링(coupling) 효과를 떨어뜨리기 때문이다. 도핑되는 불순물 이온의 양에 따라 상기 자성 물질의 자기 이방성 에너지는 0까지 감소할 수 있다. 도면부호 A1은 제1 정보 저장용 자성층(300a)에서 상기 불순물 이온이 도핑된 부분을 나타낸다. 상기 불순물 이온의 도핑 공정은 선택적인(optional) 공정이다. Referring to FIG. 4G, impurities are formed in the first information storage magnetic layer 300a exposed by the second opening 2 using the second insulating layer 30 having the second opening 2 as an ion implantation mask. Doping ions The impurity ions may be He + and / or Ga + . When the impurity ions such as He + and Ga + are doped in the magnetic material, the magnetic anisotropy energy of the magnetic material is reduced by the impurity ions. This is because the impurity ions degrade the magnetic coupling effect between the magnetic particles constituting the magnetic material. Depending on the amount of impurity ions doped, the magnetic anisotropy energy of the magnetic material may decrease to zero. Reference numeral A1 denotes a portion in which the impurity ions are doped in the first information storage magnetic layer 300a. The doping process of the impurity ions is an optional process.

도 4h를 참조하면, 제1 개구부(1) 내에 제1 연결용 자성층(200a)과 제1 정보 저장용 자성층(300a)을 형성한 것과 동일한 방법으로, 제2 개구부(2) 내에 제2 연결용 자성층(200b)과 제2 정보 저장용 자성층(300b)을 형성한다. Referring to FIG. 4H, a second connection is formed in the second opening 2 in the same manner as the first connection magnetic layer 200a and the first information storage magnetic layer 300a are formed in the first opening 1. The magnetic layer 200b and the second information storage magnetic layer 300b are formed.

도 4i를 참조하면, 상기 제2 정보 저장용 자성층(300b) 및 제2 절연층(30) 상에 제3 절연층(40)을 형성한다. 제3 절연층(40)은 제1 절연층(20)과 동일 물질로 형성할 수 있다. 그런 후, 앞서 언급한 제1 및 제2 절연층(20, 30)을 패터닝한 방법과 유사하게 제3 절연층(40)을 패터닝한다. 그 결과, 제2 정보 저장용 자성층(300b)의 일부를 노출시키는 제3 개구부(3)가 형성된다. 제3 개구부(3)는 제5 홈(H5) 및 제5 홈(H5) 상에 제5 홈(H5)보다 큰 제6 홈(H6)을 포함한다. Referring to FIG. 4I, a third insulating layer 40 is formed on the second information storage magnetic layer 300b and the second insulating layer 30. The third insulating layer 40 may be formed of the same material as the first insulating layer 20. Thereafter, the third insulating layer 40 is patterned similarly to the method of patterning the first and second insulating layers 20 and 30 mentioned above. As a result, a third opening 3 exposing a part of the second information storage magnetic layer 300b is formed. The third opening 3 includes a sixth groove H6 larger than the fifth groove H5 on the fifth groove H5 and the fifth groove H5.

도 4j를 참조하면, 제3 개구부(3)를 갖는 제3 절연층(40)을 이온주입 마스크로 이용해서, 제3 개구부(3)에 의해 노출된 제2 정보 저장용 자성층(300b)에 He+ 및 Ga+와 같은 불순물 이온을 도핑한다. 도면부호 A2은 제2 정보 저장용 자성층(300b)에서 상기 불순물 이온이 도핑된 부분을 나타낸다. 상기 불순물 이온의 도핑 공정은 선택적인(optional) 공정이다. Referring to FIG. 4J, using the third insulating layer 40 having the third opening 3 as an ion implantation mask, the second information storage magnetic layer 300b exposed by the third opening 3 may be He. Dopant ions such as + and Ga + are doped. Reference numeral A2 denotes a portion doped with the impurity ions in the second information storage magnetic layer 300b. The doping process of the impurity ions is an optional process.

이후, 도시하지는 않았지만, 제1 개구부(1) 내에 제1 연결용 자성층(200a)과 제1 정보 저장용 자성층(300a)을 형성한 것과 동일한 방법으로, 제3 개구부(3) 내에 제3 연결용 자성층과 제3 정보 저장용 자성층을 형성할 수 있다. Subsequently, although not shown, the third connection portion 3 is formed in the third opening portion 3 in the same manner as the first connection magnetic layer 200 a and the first information storage magnetic layer 300 a are formed in the first opening portion 1. A magnetic layer and a third magnetic layer for storing information may be formed.

이상에서 설명한 본 발명의 제조방법은 도 1a의 정보 저장 장치를 제조하는 방법에 관한 것이지만, 상기 본 발명의 제조방법에서 제1 및 제2 마스터 스탬프(50, 60) 및 제1 및 제2 개구부(1, 2)의 형태를 변형하면 도 2의 정보 저장 장치를 제조할 수 있다. The manufacturing method of the present invention described above relates to the method of manufacturing the information storage device of FIG. 1A, but in the manufacturing method of the present invention, the first and second master stamps 50 and 60 and the first and second opening portions ( By modifying the form of 1, 2), the information storage device of FIG. 2 can be manufactured.

본 발명의 제조방법에서는 다중 단차 마스터 스탬프(multi-step master stamp)를 사용하여 한 번의 임프린트(imprint) 공정으로 두 개의 홈을 형성한다. 그러므로 본 발명의 방법을 이용하면 적은 수의 공정으로 대용량의 정보 저장 장치를 용이하게 구현할 수 있다. In the manufacturing method of the present invention, two grooves are formed in one imprint process using a multi-step master stamp. Therefore, by using the method of the present invention, a large amount of information storage device can be easily implemented in a small number of processes.

이상의 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 쓰기용 자성층(100), 연결용 자성층(200) 및 정보 저장용 자성층(300) 간의 위치 관계를 다양하게 변형할 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.Although many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may variously change the positional relationship between the magnetic layer for writing 100, the magnetic layer for connection 200 and the magnetic layer 300 for storing information. . Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명을 이용하면 움직이는 기계 시스템을 포함하지 않아 이동성(mobility) 및 신뢰성(reliability)이 우수하고 대용량의 정보를 저장할 수 있는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 비교적 적은 수의 공정으로 용이하게 구현할 수 있다. As described above, according to the present invention, a relatively small number of information storage apparatuses using magnetic domain wall movement that can store a large amount of information with excellent mobility and reliability because it does not include a moving mechanical system can be used. It can be easily implemented by the process.

Claims (28)

자구벽을 갖는 쓰기용 자성층; A magnetic layer for writing having a magnetic domain wall; 상기 쓰기용 자성층 상에 형성된 것으로서, 연결용 자성층과 정보 저장용 자성층이 차례로 적층된 적층 구조물; 및 A laminated structure formed on the writing magnetic layer, in which a connecting magnetic layer and an information storage magnetic layer are sequentially stacked; And 상기 정보 저장용 자성층에 저장된 정보를 읽기 위한 읽기 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. And reading means for reading the information stored in the magnetic layer for storing information. 제 1 항에 있어서, 상기 쓰기용 자성층 및 상기 정보 저장용 자성층은 바(bar) 형상이고, 상기 쓰기용 자성층은 상기 정보 저장용 자성층과 수직 또는 평행한 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The magnetic storage layer of claim 1, wherein the magnetic layer for writing and the magnetic layer for storing information have a bar shape, and the magnetic layer for writing is perpendicular to or parallel to the magnetic layer for storing information. Device. 제 1 항에 있어서, 상기 적층 구조물은 상기 쓰기용 자성층을 따라 복수 개로 형성된 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device using magnetic domain wall movement according to claim 1, wherein the laminated structure is formed in plural along the writing magnetic layer. 제 1 항에 있어서, 상기 적층 구조물은 상기 쓰기용 자성층과 수직한 방향으로 복수 개로 형성된 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device using magnetic domain wall movement according to claim 1, wherein the laminated structure is formed in plural in a direction perpendicular to the writing magnetic layer. 제 4 항에 있어서, 상기 적층 구조물에서 상기 정보 저장용 자성층들의 길이는 상기 쓰기용 자성층 방향으로 갈수록 짧아지는 것을 특징으로 하는 자구벽 이동 을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device of claim 4, wherein a length of the magnetic layer for storing information in the stack structure is shortened toward the writing magnetic layer. 제 1 항에 있어서, 상기 쓰기용 자성층의 자기 이방성 에너지는 2×103∼107 J/m3인 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device using magnetic domain wall movement according to claim 1, wherein magnetic anisotropy energy of the magnetic layer for writing is 2 x 10 3 to 10 7 J / m 3 . 제 1 항에 있어서, 상기 쓰기용 자성층은 CoPt 또는 FePt로 형성되거나, CoPt와 FePt의 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device of claim 1, wherein the magnetic layer for writing is formed of CoPt or FePt, or an alloy of CoPt and FePt. 제 1 항에 있어서, 상기 연결용 자성층의 자기 이방성 에너지는 10∼103 J/m3인 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device using magnetic domain wall movement according to claim 1, wherein the magnetic anisotropy energy of the connection magnetic layer is 10 to 10 3 J / m 3 . 제 1 항에 있어서, 상기 연결용 자성층은 Ni, Co, NiCo, NiFe, CoFe, CoZrNb 및 CoZrCr 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device of claim 1, wherein the magnetic layer for connection is formed of any one of Ni, Co, NiCo, NiFe, CoFe, CoZrNb, and CoZrCr. 제 1 항에 있어서, 상기 정보 저장용 자성층의 자기 이방성 에너지는 2×103 ∼107 J/m3인 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device using magnetic domain wall movement according to claim 1, wherein the magnetic anisotropy energy of the magnetic layer for storing information is 2 x 10 3 to 10 7 J / m 3 . 제 1 항에 있어서, 상기 정보 저장용 자성층은 CoPt 또는 FePt로 형성되거나, CoPt와 FePt의 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device of claim 1, wherein the magnetic layer for storing information is formed of CoPt or FePt, or an alloy of CoPt and FePt. 제 1 항에 있어서, 상기 정보 저장용 자성층에서 상기 연결용 자성층과 접한 제1 영역의 자기 이방성 에너지는 상기 정보 저장용 자성층에서 상기 제1 영역을 제외한 나머지 영역의 자기 이방성 에너지보다 작은 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The magnetic anisotropy energy of the first region of the information storage magnetic layer that is in contact with the connection magnetic layer is smaller than the magnetic anisotropy energy of the rest of the information storage magnetic layer except for the first region. Information storage device using magnetic domain wall movement. 제 12 항에 있어서, 상기 정보 저장용 자성층에서 상기 연결용 자성층과 접한 제1 영역의 자기 이방성 에너지(K1)는 0≤K1＜107 J/m3이고, 상기 정보 저장용 자성층에서 상기 제1 영역을 제외한 나머지 영역의 자기 이방성 에너지(K2)는 2×103≤K2≤107 J/m3인 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The magnetic anisotropic energy K1 of the first region of the information storage magnetic layer that is in contact with the connection magnetic layer is 0 ≦ K1 <10 7 J / m 3 , and the first storage layer of the information storage magnetic layer has the first magnetic field. Magnetic anisotropy energy (K2) of the remaining regions other than the region is 2 × 10 3 ≤ K2 ≤ 10 7 J / m 3 Information storage device using a magnetic domain wall movement. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 영역은 불순물 이온이 도핑된 부분인 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device of claim 12, wherein the first region is a portion doped with impurity ions. 제 14 항에 있어서, 상기 불순물 이온은 He+ 및 Ga+중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. 15. The information storage device using magnetic domain wall movement according to claim 14, wherein the impurity ions are at least one of He + and Ga + . 제 1 항에 있어서, 상기 읽기 수단은 상기 쓰기용 자성층 또는 상기 정보 저장용 자성층에 형성된 자기 저항 센서인 것을 특징으로 하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치. The information storage device using magnetic domain wall movement according to claim 1, wherein the reading means is a magnetoresistive sensor formed in the magnetic layer for writing or the magnetic layer for storing information. 자구벽 이동을 이용한 제1 정보 저장용 자성층을 포함하는 정보 저장 장치의 제조방법에 있어서, In the manufacturing method of the information storage device including a magnetic layer for storing the first information using the magnetic domain wall movement, 기판 상에 쓰기용 자성층을 형성하는 단계; Forming a magnetic layer for writing on the substrate; 상기 쓰기용 자성층을 덮도록 상기 기판 상에 제1 절연층을 형성하는 단계; Forming a first insulating layer on the substrate to cover the magnetic layer for writing; 상기 제1 절연층을 패터닝하여 상기 쓰기용 자성층을 노출시키는 제1 개구부를 형성하는 단계; 및 Patterning the first insulating layer to form a first opening exposing the writing magnetic layer; And 상기 제1 개구부 내에 제1 연결용 자성층과 상기 제1 정보 저장용 자성층을 차례로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. And sequentially forming a first connection magnetic layer and the first information storage magnetic layer in the first opening. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 개구부는 제1 홈 및 상기 제1 홈 상에 상기 제1 홈보다 큰 제2 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 18. The method of claim 17, wherein the first opening includes a first groove and a second groove larger than the first groove on the first groove. 제 17 항 및 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 개구부는 나노 임프린트(nano-imprint) 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 19. The method of claim 17, wherein the first opening is formed by a nano-imprint method. 제 18 항에 있어서, 상기 제1 연결용 자성층은 상기 제1 홈 내에 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 19. The method of claim 18, wherein the first connection magnetic layer is formed in the first groove. 제 19 항에 있어서, 상기 제1 정보 저장용 자성층은 상기 제2 홈 내에 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 20. The method of claim 19, wherein the first magnetic layer for storing information is formed in the second groove. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 개구부 내에 제1 연결용 자성층과 제1 정보 저장용 자성층을 형성하는 단계 후, The method of claim 17, wherein after forming the first connection magnetic layer and the first information storage magnetic layer in the first opening, 상기 제1 정보 저장용 자성층 및 상기 제1 절연층 상에 제2 절연층을 형성하는 단계; Forming a second insulating layer on the first information storage magnetic layer and the first insulating layer; 상기 제2 절연층을 패터닝하여 상기 제1 정보 저장용 자성층을 노출시키는 제2 개구부를 형성하는 단계; 및 Patterning the second insulating layer to form a second opening exposing the first information storage magnetic layer; And 상기 제2 개구부 내에 제2 연결용 자성층과 제2 정보 저장용 자성층을 차례로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. And sequentially forming a second connection magnetic layer and a second information storage magnetic layer in the second opening. 제 22 항에 있어서, 상기 제2 연결용 자성층과 제2 정보 저장용 자성층을 형성하는 단계 전, 상기 제2 개구부에 의해 노출된 제1 정보 저장용 자성층에 불순물 이온을 도핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 23. The method of claim 22, further comprising: doping impurity ions into the first information storage magnetic layer exposed by the second opening before forming the second connection magnetic layer and the second information storage magnetic layer. Method of manufacturing an information storage device, characterized in that. 제 23 항에 있어서, 상기 불순물 이온은 He+ 및 Ga+중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 24. The method of claim 23, wherein the impurity ions are at least one of He + and Ga + . 제 22 항에 있어서, 상기 제2 개구부는 제3 홈 및 상기 제3 홈 상에 상기 제3 홈보다 큰 제4 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 23. The method of claim 22, wherein the second opening includes a third groove and a fourth groove on the third groove, the fourth groove being larger than the third groove. 제 22 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 개구부는 나노 임프린트(nano-imprint) 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 26. The method of claim 22 or 25, wherein the second opening is formed by a nano-imprint method. 제 25 항에 있어서, 상기 제2 연결용 자성층은 상기 제3 홈 내에 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 27. The method of claim 25, wherein the second connection magnetic layer is formed in the third groove. 제 25 항에 있어서, 상기 제3 정보 저장용 자성층은 상기 제4 홈 내에 형성 하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법. 27. The method of claim 25, wherein the third magnetic layer for storing information is formed in the fourth groove.
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