KR100887643B1 - Domain wall movement memory device having artificial antiferromagnetism or artificial ferrimagnetism and method of forming the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인위적 반강자성 또는 인위적 준반강자성을 갖는 자벽이동 메모리 장치 및 그 형성 방법을 제공한다. 이 장치는 복수 개의 셀 영역들을 갖는 기판 및 셀 영역에 배치되는 메모리 패턴을 포함하되, 상기 메모리 패턴은 복수의 자구들을 갖는 제1 정보 저장 패턴, 상기 제1 정보 저장 패턴과 나란히 진행하는 복수의 자구들을 갖는 제2 정보 저장 패턴, 및 상기 제1 정보 저장 패턴과 상기 제2 정보 저장 패턴 사이에 개재된 적어도 하나의 비자성 패턴을 포함한다. The present invention provides a magnetic domain moving memory device having artificial antiferromagnetic or artificial semiferromagnetic and a method of forming the same. The apparatus includes a substrate having a plurality of cell regions and a memory pattern disposed in the cell region, the memory pattern including a first information storage pattern having a plurality of magnetic domains and a plurality of magnetic domains running alongside the first information storage pattern. And a non-magnetic pattern interposed between the first information storage pattern and the second information storage pattern.
전류인가, 자벽이동, 자벽, 자구, 반강자성, 준반강자성 Current application, magnetic domain movement, magnetic domain wall, magnetic domain, antiferromagnetic, semiferromagnetic
Description
도 1a 및 도 1b는 전류인가 자벽이동 현상을 설명하기 위한 개념도이다.1A and 1B are conceptual diagrams for explaining a phenomenon of applying a magnetic domain wall movement.
도 2a 및 도 2b는 인위적 반강자성(artificial antiferromagnetism) 현상을 설명하기 위한 도면들이다. 2A and 2B are diagrams for explaining an artificial antiferromagnetism phenomenon.
도 3a 및 도 3b는 인위적 준반강자성(artificial ferrimagnetism) 현상을 설명하기 위한 도면들이다. 3A and 3B are diagrams for explaining an artificial ferrimagnetism phenomenon.
도 4a 내지 4b는 인위적 반강자성 또는 인위적 준반강자성을 이용한 메모리 장치에서 정보 저장 패턴의 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 4A to 4B are perspective views illustrating a structure of an information storage pattern in a memory device using artificial antiferromagnetic or artificial semiferromagnetic.
도 5a 내지 5c은 본 발명의 일 실시예에 따른 자벽이동 메모리 장치를 설명하기 위한 사시도이다.5A through 5C are perspective views illustrating a magnetic wall moving memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 장치의 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.6A through 6E are perspective views illustrating a method of forming a memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 장치의 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.7A and 7B are perspective views illustrating a method of forming a memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
본 발명은 기억장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 전류인가 자벽이동 메모리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a memory device, and more particularly to a current-applied magnetic domain moving memory device.
메모리 장치에는 디렘(DRAM), 에스렘(SRAM), 플래시 메모리(Flash memory), 자기 하드 디스크(magnetic hard disk)등이 있다. 상기 플래시 메모리의 장점은 비휘발성이나, 단점은 가격이 비싸고 대용량화가 어렵다는 것이다. 상기 자기 하드 디스크의 장점은 높은 기록 밀도 및 비휘발성을 가지나, 단점은 기계적으로 움직이는 헤드를 가져 충격에 약하다. 따라서, 상기 하드 디스크는 이동성 저장장치로서 사용되기 부적합하다.Memory devices include DRAMs, DRAMs, flash memory, magnetic hard disks, and the like. The advantage of the flash memory is non-volatile, but the disadvantage is that the price is expensive and the capacity is difficult to enlarge. The advantage of the magnetic hard disk is that it has a high recording density and nonvolatile, but the disadvantage is that it has a mechanically moving head, which is weak to impact. Thus, the hard disk is not suitable for use as a removable storage device.
본 발명의 일 기술적 과제는 대용량화가 가능하고, 외부 충격에 강하며, 고속동작이 가능한 자벽이동 메모리 장치를 제공하는 것이다.One technical problem of the present invention is to provide a magnetic domain mobile memory device capable of high capacity, resistant to external impact, and capable of high speed operation.
본 발명의 일 기술적 과제는 대용량화가 가능하고, 외부 충격에 강하며, 고속동작이 가능한 자벽이동 메모리 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.One technical problem of the present invention is to provide a method of forming a magnetic domain mobile memory device capable of increasing the capacity, resisting external shock, and enabling high-speed operation.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 인위적 반강자성 또는 인위적 준반강자성을 이용한 자벽이동 메모리 장치를 제공한다. 이 장치는In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a magnetic domain moving memory device using artificial antiferromagnetic or artificial semiferromagnetic. This device is
복수 개의 셀 영역들을 갖는 기판, 및 상기 셀 영역에 배치되는 메모리 패 턴을 포함하되, 상기 메모리 패턴은 복수의 자구들(magnetic domains)을 갖는 제1 정보 저장 패턴(data storage pattern), 상기 제1 정보 저장 패턴과 나란히 진행하는 복수의 자구들을 갖는 제2 정보 저장 패턴, 및 상기 제1 정보 저장 패턴과 상기 제2 정보 저장 패턴 사이에 개재된 적어도 하나의 비자성 패턴을 포함한다.A substrate having a plurality of cell regions, and a memory pattern disposed in the cell region, wherein the memory pattern is a first data storage pattern having a plurality of magnetic domains, the first pattern And a second information storage pattern having a plurality of magnetic domains running alongside the information storage pattern, and at least one nonmagnetic pattern interposed between the first information storage pattern and the second information storage pattern.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 인위적 반강자성 또는 인위적 준반강자성을 이용한 자벽이동 메모리 장치의 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 복수의 자구들(magnetic domains)을 갖는 제1 정보 저장 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 정보 저장 패턴 상에 비자성 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 비자성 패턴 상에 제2 정보저장 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method of forming a magnetic domain movable memory device using artificial antiferromagnetic or artificial semiferromagnetic. The method includes forming a first information storage pattern having a plurality of magnetic domains, forming a nonmagnetic pattern on the first information storage pattern, and storing a second information on the nonmagnetic pattern. Forming a pattern.
자벽이동 메모리 장치는 복수의 자구들(magnetic domains)을 갖는 정보 저장 패턴을 구비한다. 자구들은 자벽(magnetic domain wall)이라고 불리는 경계면에 의해 구분될 수 있으며, 자구들 각각은 서로 다른 자화 방향을 가질 수 있다.The magnetic domain moving memory device includes an information storage pattern having a plurality of magnetic domains. The domains can be distinguished by an interface called a magnetic domain wall, and each domain can have a different magnetization direction.
각 자구의 자화 방향(magnetization direction)은 상기 정보 저장 패턴의 일측에 배치되는 기록 전극 구조체로부터 인가되는 자기장에 의하여 바뀔 수 있지만, 서로 평행(parallel) 또는 반평행(anti-parallel)한 상태들 중의 하나일 수 있다. 이처럼, 자구의 자화 방향이 가변적이면서 평행 또는 반평행한 두 가지 상태만을 가질 수 있다는 점에서, 자구의 자화 방향은 이진 정보(binary data)로서 이용될 수 있다.The magnetization direction of each domain can be changed by a magnetic field applied from a recording electrode structure disposed on one side of the information storage pattern, but in one of parallel or anti-parallel states. Can be. As such, the magnetization direction of the magnetic domain may be used as binary data in that the magnetization direction of the magnetic domain may have only two states that are variable and parallel or anti-parallel.
이때, 상기 자구들은 정보가 저장될 수 있는 독립된 영역이라는 점에서, 하나의 정보 저장 패턴에는 복수 개의 정보들이 기록될 수 있다. 이에 더하여, 상기 자구들은 자벽을 경계로 연속적으로 배열된다는 점에서, 자벽 이동 메모리 장치는 정보가 저장되는 영역들(예를 들면, 플로팅 게이트 전극들)의 공간적 분리를 요구하는 플래시 메모리에 비하여 더 높은 정보 저장 밀도를 구현할 수 있다.In this case, since the magnetic domains are independent areas in which information may be stored, a plurality of information may be recorded in one information storage pattern. In addition, in that the magnetic domains are continuously arranged at the boundary of the magnetic wall, the magnetic domain moving memory device is higher than the flash memory requiring spatial separation of regions (eg, floating gate electrodes) in which information is stored. Information storage density can be implemented.
한편, 상기 정보 저장 패턴에 소정의 전류가 흐를 경우, 소정 자구에 기록된 정보는 인접하는 다른 자구로 연속적으로 이동될 수 있다. 이러한 현상은 전류인가 자벽이동(current driven magnetic domain wall movement) 현상이라고 불린다. 상기 전류인가 자벽이동 현상은 자구들에 기록된 데이터의 훼손 없이 데이터가 기록된 자구의 위치를 변화시킨다. 상기 전류인가 자벽이동 현상을 이용하면, 소정 자구에 기록된 데이터를 변경하기 위해, 자기 하드 디스크의 경우처럼 기록 전극 구조체를 기계적으로 이동시킬 필요가 없다. 이에 따라, 전류인가 자벽이동 현상을 이용하는 메모리 장치는 외부 충격에 강하다. On the other hand, when a predetermined current flows in the information storage pattern, information recorded in a predetermined magnetic domain may be continuously moved to another adjacent magnetic domain. This phenomenon is called current driven magnetic domain wall movement. The current-applied magnetic domain movement phenomenon changes the position of the magnetic domain in which the data is recorded without damaging the data recorded in the magnetic domains. By using the current applied magnetic wall shift phenomenon, it is not necessary to mechanically move the recording electrode structure as in the case of the magnetic hard disk in order to change the data recorded in the predetermined magnetic domain. Accordingly, the memory device using the current-applied magnetic domain shift phenomenon is resistant to external shock.
구체적으로, 이러한 데이터 변경은, 상기 전류인가 자벽이동 현상을 이용하여, 변경하고자 하는 데이터를 상기 기록 전극 구조체에 인접한 자구로 이동시킨 후, 상기 기록 전극 구조체를 이용하여 해당 데이터를 변경하는 과정을 통하여 수행될 수 있다.Specifically, the data change is performed by moving the data to be changed to a magnetic domain adjacent to the recording electrode structure by using the current-applied magnetic domain shift phenomenon, and then changing the data by using the recording electrode structure. Can be performed.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어진 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기 하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한 층 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Also when referred to as being "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
도 1a 및 도 1b는 전류인가 자벽이동 현상을 설명하기 위한 개념도이다.1A and 1B are conceptual diagrams for explaining a phenomenon of applying a magnetic domain wall movement.
도 1a를 참조하면, 정보 저장 패턴(100)은 자구들(magnetic domains, 10,30)을 포함하고, 스트립 라인(strip line)의 형태이고, 상기 정보 저장 패턴(100)은 설명을 위하여 세 영역만을 표시하였다. 제1 영역(10)은 자구이며, 스트립 라인의 장축 방향(6)으로 자화되어 있으며, 제 3 영역(30)도 자구이며, 스트립 라인의 장축 방향(6)의 역방향으로 자화되어 있다. 상기 제1 영역(10)과 상기 제3 영역(30) 사이에는 제2 영역(20)인 자벽이 존재한다. 상기 제2 영역(자벽)의 자화 방향은 상기 스트립 라인의 진행방향과 평행 또는 반평행하지 않을 수 있다. Referring to FIG. 1A, the
전류에 의하여 자벽이 이동하기 위하여는 자벽(20) 내부의 자화 방향(magnetization direction)이 이동하여야 한다. 복수의 자구들(10, 30)로 구성된 정보 저장 패턴(data storage pattern, 100)에서 전류인가 자벽이동 현상은 물리적으로 아디아바틱(adiabatic)항, 논아디아바틱(non-adiabatic)항, 감쇄 (damping) 항, 유효 자기장 (effective field) 항에 의한 운동으로 나누어 설명될 수 있다. In order to move the magnetic wall by the current, the magnetization direction of the
상기 정보 저장 패턴(100)이 스트립 라인(strip line)의 형태를 가진 경우, 도 1a에 도시된 것처럼, 상기 자구의 자화 방향은 상기 스트립 라인 표면의 법선 방향(normal direction, 2)과 상기 법선 방향에 수직한 상기 스트립 라인의 표면을 포함하는 표면 방향(plane direction, 4)으로 분리될 수 있다. 상기 정보 저장 패턴에 전류를 인가한 경우, 상기 자구 사이의 자벽의 자화 방향은 스핀 토크(spin torque)에 의하여 상기 스트립 라인의 표면을 포함하는 표면 방향(4)에서 벗어나면서 진행할 수 있다. 이때, 상기 자벽(20)의 자화 방향은 상기 법선 방향(2)의 성분을 가질 수 있다.When the
아디아바틱(Adiabatic)항의 기여만 있는 경우, 상기 자벽(20)은 전류에 의해서 자화 방향을 상기 스트립 라인의 표면을 포함하는 표면 방향(4)에서 움직이게 한다. 이 자벽의 움직임은 다시 감쇄 항에 의해서 상기 법선 방향(2)을 생성하는 방향으로 움직일 수 있다. 이 경우, 상기 자벽(20)의 자화 방향이 상기 법선 방향(2)을 가지는 상기 정보 저장 패턴(100)의 정자기 에너지(static magnetic energy)는 불안정 상태일 수 있고, 상기 정자기 에너지는 상기 법선 방향(2)의 변화를 저지하는 힘을 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 아디아바틱(adiabatic)항 만의 기여가 있는 경우, 상기 자벽(20)은 전류에 의하여 이동하지 않을 수 있다. If only the contribution of the Adiabatic term, the
한편, 논아디아바틱(non-adiabatic) 항이 아디아바틱 항과 함께 존재하는 경우 상기 자벽(20) 내부의 자화 방향이 전류에 의해서 변할 때, 감쇄항에 의한 효과를 효과적으로 상쇄 시킬 수 있다. 따라서 상기 자화 방향은 상기 스트립 라인의 표면을 포함하는 표면 방향(4)에서 효과적으로 움직일 수 있다. 상기 자벽(20)의 자화방향이 상기 법선 방향(2)을 가지지 않는 경우, 상기 정보 저장 패턴(100)의 정자기 에너지는 안정 상태일 수 있고, 상기 스트립 라인의 표면을 포함하는 표면 방향(4)의 변화를 저지하는 힘을 발생시키지 않을 수 있다. 따라서, 상기 논아디아바틱(non-adiabatic)항의 기여가 있는 경우, 상기 자벽은 전류에 의하여 이동할 수 있다. 즉, 전류 인가 자벽 이동 속도는 논아디아바틱(non-adiabatic)항에 의존할 수 있다. On the other hand, when a non-adiabatic term is present together with an adiabatic term, when the magnetization direction inside the
한편, 전이금속 강자성체(Co, Fe, Ni)이나 그 합금(FeNi)등은 상기 논아디아바틱(non-adiabatic)항이 작을 수 있다. 따라서, 상기 아디아바틱 (adiabatic)항에 의한 불안정한 상기 정자기 에너지를 안정화할 필요가 있다.On the other hand, the transition metal ferromagnetic material (Co, Fe, Ni) or its alloy (FeNi), etc. may have a small non-adiabatic term. Therefore, there is a need to stabilize the unstable static magnetic energy due to the adiabatic term.
도 1b를 참조하면, 상기 정보 저장 패턴(100a)에 전류가 인가된 경우, 전류인가 자벽이동 현상에 의하여 상기 제1 영역(10), 상기 제2 영역(20) 및 상기 제3 영역(30)은 상기 스트립라인의 장축 방향(6)으로 이동하여 각각 이동된 제1 영역(10a), 이동된 제2 영역(20a) 및 이동된 제3 영역(30a)이 된다. 상기 정보 저장 패턴(100a)에 전류를 인가한 경우, 자벽의 자화 방향은 스핀 토크에 의하여 상기 스트립 라인의 표면을 포함하는 표면 방향(4)에서 벗어나면서 진행할 수 있다. 이때, 상기 자벽(20)의 자화 방향은 상기 법선 방향(2)의 성분을 가질 수 있다.Referring to FIG. 1B, when a current is applied to the
상기 자벽의 자화방향이 상기 법선 방향(2)을 가지는 경우, 상기 정보 저장 패턴(100b)의 정자기 에너지는 불안정 상태일 수 있고, 상기 법선 방향(2)의 변화를 저지하는 힘을 발생시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 인위적 반강자성과 인위적 준반강자성을 이용하여 상기 정보 저장 패턴(100b)의 정자기 에너지를 안정화시킨다. When the magnetization direction of the magnetic wall has the
도 2a 및 도 2b는 인위적 반강자성(artificial antiferromagnetism) 현상을 설명하기 위한 도면들이다. 2A and 2B are diagrams for explaining an artificial antiferromagnetism phenomenon.
도 2a를 참조하면, 두께가 같은 제1 정보 저장 패턴(300a) 및 제2 정보 저장 패턴(200a) 사이에 적어도 하나의 비자성 패턴(150a)이 개재된다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300a)과 상기 제2 정보 저장 패턴(200a)의 층간 상호 교환 작용 에너지(interlayer exchange coupling energy)가 양수인 경우, 상기 제1 정보 저장 패턴(300a)의 자화 방향과 제2 정보 저장 패턴(200a)의 자화 방향은 서로 같은 방향(평행한 방향)으로 정렬될 수 있다. Referring to FIG. 2A, at least one
도 2b를 참조하면, 두께가 같은 제1 정보 저장 패턴(300b)과 제2 정보 저장 패턴(200b) 사이에 비자성 패턴(150b) 이 개재된다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300b)과 상기 제2 정보 저장 패턴(200b)의 층간 상호 교환 작용 에너지가 음수인 경우, 상기 제1 정보 저장 패턴(300b)의 자화 방향과 제2 정보 저장 패턴(200b)의 자화 방향은 서로 반대 방향으로 정렬될 수 있다. 즉, 두께가 같은 제1 정보 저장 패턴의 자화 방향과 제2 정보 저장 패턴의 자화 방향이 반평행(anti parallel)한 방향으로 정렬될 수 있다. 이러한 현상을 인위적 반강자성(artificial antiferromagnetism)이라 한다. 상기 인위적 반강자성은 상기 비자성 패턴(150b)의 물질과 비자성 패턴의 두께 등에 영향을 받을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전류인가 메모리 장치에서 상기 인위적 반강자성을 이용할 수 있다. 상기 인위적 반강성을 갖는 메모리 장치는 에너지가 안정되어 상기 자벽이동 속도가 증가할 수 있다.Referring to FIG. 2B, a
도 3a 및 도 3b는 인위적 준반강자성(artifical ferrimagnetizm) 현상을 설 명하기 위한 도면들이다. 3A and 3B are diagrams for explaining an artificial ferrimagnetizm phenomenon.
도 3a를 참조하면, 두께가 다른 제1 정보 저장 패턴(300c)과 제2 정보 저장 패턴(200c) 사이에 적어도 하나의 비자성 패턴(150c)이 개재된다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300c)과 상기 제2 정보 저장 패턴(200c)의 층간 상호 교환 작용 에너지가 양수인 경우, 상기 제1 정보 저장 패턴(300c)의 자화 방향과 제2 정보 저장 패턴(200c)의 자화 방향은 서로 평행한 방향으로 정렬될 수 있다. Referring to FIG. 3A, at least one
도 3b를 참조하면, 두께가 다른 제1 정보 저장 패턴(300d)과 제2 정보 저장 패턴(200d) 사이에 비자성 패턴(150d)이 개재된다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300d)과 상기 제2 정보 저장 패턴(400d)의 층간 상호 교환 작용 에너지가 음수인 경우, 상기 제1 정보 저장 패턴(300d)의 자화 방향과 제2 정보 저장 패턴(200d)의 자화 방향은 서로 반대 방향으로 정렬될 수 있다. 두께가 다른 상기 제1 정보 저장 패턴(300d)의 자화 방향과 상기 제2 정보 저장 패턴(200d)의 자화 방향이 반평행(anti parallel)한 경우를 인위적 준반강자성(artificial ferrimagnetizm)이라 한다. 상기 인위적 준반강자성은 상기 비자성 패턴(150d)의 물질과 두께에 영향받을 수 있다. 상기 인위적 준반강성을 갖는 메모리 장치는 에너지가 안정되어 상기 자벽이동 속도가 증가할 수 있다.Referring to FIG. 3B, a
도 4a 내지 4b는 인위적 반강자성 또는 인위적 반강자성을 이용한 메모리 장치에서 정보 저장 패턴의 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 4A to 4B are perspective views illustrating the structure of an information storage pattern in a memory device using artificial antiferromagnetic or artificial antiferromagnetic.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인위적 반강자성을 갖는 자벽이동 메모리 장치는 제1 정보 저장 패턴(300e) 및 제2 정보 저장 패턴(200e)을 포함한다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300e) 및 상기 제2 정보 저장 패턴(200e)사이 에 적어도 하나의 비자성 패턴(150e)이 개재된다. 메모리 패턴(90e)은 제1 정보 저장 패턴(300e), 제2 정보 저장 패턴(200e), 및 비자성 패턴을 포함한다.Referring to FIG. 4A, according to an embodiment of the present invention, the magnetic domain moving memory device having artificial anti-ferromagneticity includes a first
상기 제1 정보 저장 패턴(300e)는 복수의 자구들(magnetic domains)을 포함하고, 스트립 라인(strip line)의 모양일 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300e)은 설명의 간략함을 위하여 세 영역만을 표시하였다. 제1 영역(310e)은 자구이며, 스트립 라인의 장축 방향(6)으로 자화되어 있으며, 제 3 영역(330e)도 자구이며, 스트립 라인의 장축 방향(6)의 역방향으로 자화되어 있다. 상기 제1 영역(310e)과 상기 제3 영역(330e) 사이에는 제2 영역(320e)인 자벽이 존재한다. 상기 제3 영역(330e)의 자화 방향은 상기 스트립 라인의 장축 방향(6)과 평행 또는 반평행하지 않을 수 있다. The first
도 4b를 참조하면, 인위적 반강자성을 갖는 상기 자벽이동 메모리 장치에서 상기 제1, 제2 정보 저장 패턴(300e, 200e)에 전류가 인가된 경우, 전류인가 자벽이동 현상에 의하여 상기 제1 영역(310e, 210e), 상기 제2 영역(320e, 220e) 및 상기 제3 영역(330e, 220e)은 상기 스트립라인의 장축 방향(6)으로 이동하여 각각 이동된 제1 영역(310f, 210f), 이동된 제2 영역(320f, 220f) 및 이동된 제3 영역(330f, 230f)이 된다. Referring to FIG. 4B, when a current is applied to the first and second
상기 제1 정보 저장 패턴(300f) 및 상기 제2 정보 저장 패턴(200f)사이에 적어도 하나의 비자성 패턴(150f)이 개재된다. 상기 비자성 패턴(150f)은 상기 자벽이동 메모리 장치의 에너지를 안정하게 할 수 있다. 따라서, 상기 제1 정보 저장 패턴(300f)에 전류 인가시, 상기 자벽(320f, 220f)은 감소된 저항력을 받는다. At least one
도 5a 내지 5c은 본 발명의 일 실시예에 따른 자벽이동 메모리 장치를 설명하기 위한 사시도이다.5A through 5C are perspective views illustrating a magnetic wall moving memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5a을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자벽이동 메모리 장치는 제1 및 제2 정보 저장 패턴들(300,200)과 상기 제1 및 제2 정보 저장 패턴들(300,200) 사이에 개재된 적어도 하나의 비자성 패턴(150)을 포함한다. 메모리 패턴(90)은 상기 제1, 제2 정보 저장 패턴들(300, 200), 및 상기 비자성 패턴(150)을 포함한다. 상기 제 1 정보 저장 패턴(300)의 소정의 자구(301)의 자화 방향은 이에 대향하는 상기 제2 정보 저장 패턴(200)의 자구(201)의 자화 방향과 역평행할 수 있다. 상기 자벽이동 메모리 장치는 상기 메모리 패턴(90)의 일측에서 배치되는 적어도 하나의 자구에 대향되는 적어도 하나의 재생 전극 구조체(230), 및 상기 메모리 패턴(90)의 일측에 배치되는 적어도 하나의 자구에 대향되는 적어도 하나의 기록 전극 구조체(220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5A, the magnetic domain moving memory device may include at least one interposed between first and second
상기 기판(400)은 2차원적으로 배열된 복수 개의 셀 영역들을 가질 수 있다. 각각의 상기 셀 영역에는 복수 자구들을 포함하는 메모리 패턴이 배치될 수 있다. 상기 기판(400) 상에 제1 정보 저장 패턴(300)이 배치된다. 상기 기판(200)은 절연체 또는 반도체일 수 있다. 상기 기판(400) 상에는 본 발명의 자벽이동 메모리 장치를 구동시키는 소자가 배치될 수 있다.The
상기 기판(400)과 상기 메모리 패턴(90) 사이에는 절연막이 존재할 수 있다. 상기 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막일 수 있다. An insulating layer may exist between the
상기 메모리 패턴(90)의 모양은 도 5a에 도시된 것처럼 스트립 라인(strip line) 모양, 도 5b에 도시된 것처럼 서펜타인(serpentine) 모양, 및 도 5c에 도시된 것처럼 "U" 모양 중에서 적어도 하나일 수 있다. 상기 제1, 제2 정보 저장 패턴(300,200)은 나란히 배치될 수 있다.The shape of the
상기 제1, 제2 정보 저장 패턴들(300, 200)은 강자성체(ferromagnetic material), 강자성체 합금, 및 페리자성체(ferrimagnetic material) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 강자성체는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co)등의 전이금속 강자성체일 수 있다. The first and second
상기 제1, 제2 정보 저장 패턴들(300,200)은 자구들 사이의 자벽을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2 정보 저장 패턴들(300,200)은 저장영역(242)과 보존영역(244)으로 구분될 수 있다. 상기 저장 영역(242)은 상기 기록 전극 구조체(220)에 의하여 상기 제1, 제2 정보 저장 패턴(300,200)이 자화된 영역을 포함할 수 있다. 상기 보존 영역(244)은 상기 저장 영역(242)의 정보를 임시로 보관하는 영역일 수 있다.The first and second
상기 제1 정보 저장 패턴(300)과 상기 제2 정보 저장 패턴(200)은 다른 물질일 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300)과 제2 정보 저장 패턴(200)의 폭(W)은 다를 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 정보 저장 패턴(300)과 제2 정보 저장 패턴(200)의 두께(t)가 다를 수 있다.The first
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 메모리 패턴(90)은 상기 기판(400) 상에 평행하게 배치되는 것에 한하지 않고, 상기 기판(400)에 기울어진 각도 또는 수 직한 각도로 배치될 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른, 자벽이동 메모리 장치는 상기 제1 정보 저장 패턴(300)에 연결된 배선(202)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 정보 저장 패턴(300)에 연결된 상기 배선들(202)은 상기 제1 정보 저장 패턴(300)에 흐르는 전류를 생성하는 전류인가 회로(204)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300)과 상기 제2 정보 저장 패턴(200)은 상기 비자성 패턴(150)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300) 또는 제2 정보 저장 패턴(200)의 저항은 상기 비자성 패턴(150)의 저항보다 작을 수 있다. 또는 상기 제1, 제2 정보 저장 패턴(300,200)의 전기 전도도는 상기 비자성 패턴(150)의 전기 전도도 보다 클 수 있다. Referring to FIG. 5A, according to an embodiment of the present disclosure, the magnetic domain moving memory device may include a
도 5a를 참조하면, 상기 비자성 패턴(150)은 전이금속(주기율표 상에서 3d, 4d, 5d) 또는 그 합금 중에서 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로, 상기 전이금속은 구리(Cu), 크롬(Cr), 루세듐(Ru) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300)과 상기 제2 정보 저장 패턴(200)의 간격은(h)는 0.1nm 내지 100 nm 중에서 하나일 수 있다. 상기 비자성 패턴(150)은 물질이 다른 복수의 층으로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 5A, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 것처럼, 본 발명의 메모리 장치는 상기 기록 전극 구조체(220)를 포함할 수 있다. 상기 기록 전극 구조체(220)는 도전성 물질일 수 있다. 상기 기록 전극 구조체(220)에 전류가 흐르는 경우, 상기 기록 전극 구조체(220)에 대향하는 상기 제1 정보 저장 패턴(300)의 소정의 자구(301)는 특정한 방향으로 자화될 수 있고다. 에 따라, 상기 제 1 정보 저장 패턴(300)에 대향하는 제2 정보 저장 패턴(200)의 소정의 자구(201)는 상기 특정한 방향의 반대 방향으로 자화될 수 있다. 상기 기록 전극 구조체(220)에 흐르는 전류의 방향은 상기 제1 정보 저장 패턴(300)에 기록되는 정보에 따라 변할 수 있다. 상기 기록 전극 구조체(220)에 흐르는 전류는 펄스 형태일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as described above, the memory device of the present invention may include the
도 5a를 참조하면, 상기 기록 전극 구조체(220)가 상기 메모리 패턴(90)의 일측에 배치된 경우, 상기 기록 전극 구조체(220)에 전류가 인가되면, 상기 기록 전극 구조체(220)에 상기 제1 정보 저장 패턴(300)의 가장 인접한 자구(201)는 소정의 방향으로 자화되고, 상기 인접한 자구(201)에 대향하는 상기 제2 정보 저장 패턴(200)의 자구(301)는 상기 인접한 자구(201)의 자화 방향과 역방향으로 자화될 수 있다. Referring to FIG. 5A, when the
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 메모리 패턴(90)의 일측에 상기 기록 전극 구조체(230)가 배치되고, 또다른 일측에 상기 기록 전극 구조체(220)가 배치될 수 있다. 다만, 상기 제1 정보 저장 패턴(300)의 소정의 자구(301)의 자화방향은 상기 제2 정보 저장 패턴(200)의 소정의 자구(201)의 자화방향과 서로 평행할 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, the
상기 재생 전극 구조체(230)은 도전성 물질일 수 있다. 상기 재생 전극 구조체(230)과 상기 메모리 패턴(90)의 교차점 상에 상기 자구의 자화 방향을 감지하는 센서가 개재될 수 있다. 상기 센서는 상기 재생 전극 구조체(230)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 센서는 터널링 자기저항 센서(tunneling magneto resistance sensor) 또는 거대 자기저항 센서(giant magneto resistance sensor)일 수 있다.The
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 장치의 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.6A through 6E are perspective views illustrating a method of forming a memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 6a를 참조하면, 기판(400) 상에 도전막을 형성할 수 있다. 상기 도전막은 금속, 금속 실리사이드, 및 도핑된 폴리 실리콘 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도전막 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 상기 도전막을 식각하여 기록 전극 구조체(220) 및 재생 전극 구조체(230)을 형성할 수 있다. 상기 재생 전극 구조체(230) 상에는 자구의 자화 방향을 감지하는 센서가 배치될 수 있다. 상기 센서는 상기 재생 전극 구조체(230)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 센서는 터널링 자기저항 센서(tunneling magneto resistance sensor) 또는 거대 자기저항 센서 (giant magneto resistance sensor)일 수 있다.Referring to FIG. 6A, a conductive film may be formed on the
도 6b를 참조하면, 상기 재생 전극 구조체(230) 상에 제1 절연막(210)이 형성될 수 있다. 상기 제1 절연막(210)은 유전막일 수 있다. 상기 제1 절연막(210)은 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6B, a first insulating
도 6c를 참조하면, 상기 제1 절연막(212) 상에 제1 정보 저장막이 형성될 수 있다. 상기 제1 정보 저장막 상에 제2 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제2 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 상기 제1 정보 저장막을 식각하여 제1 정보 저장 패턴(300)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6C, a first information storage layer may be formed on the first insulating layer 212. A second photoresist pattern may be formed on the first information storage layer. The first information storage layer may be etched using the second photoresist pattern as a mask to form a first
상기 제1 정보 저장 패턴(300)은 강자성체(ferromagnetic material), 강자 성체 합금, 및 페리자성체(ferrimagnetic material) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 강자성체는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co)등의 전이금속 강자성체일 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300)의 모양은 스트립 라인(strip line) 모양, "U" 모양, 및 서펜타인(serpentine) 모양 중에서 적어도 하나의 모양일 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300)은 복수의 자구와 상기 자구들 사이의 자벽을 포함할 수 있다. 상기 제 1 정보 저장 패턴(300)은 상기 재생 전극 구조체(230)를 가로지르도록 형성될 수 있다.The first
도 6d를 참조하면, 상기 제1 정보 저장 패턴 상에는 비자성막이 형성될 수 있다. 상기 비자성막은 전이금속(주기율표 상에서 3d, 4d, 5d) 또는 그 합금일 수 있다. 구체적으로, 상기 전이금속은 구리(Cu), 크롬(Cr), 루세듐(Ru) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 비자성막은 도전성을 가질 수 있다. 상기 비자성막(150)은 물질이 다른 복수의 층으로 형성될 수 있다. 상기 비자성막을 패터닝하여 비자성 패턴(150)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6D, a nonmagnetic film may be formed on the first information storage pattern. The nonmagnetic film may be a transition metal (3d, 4d, 5d on the periodic table) or an alloy thereof. Specifically, the transition metal may include at least one of copper (Cu), chromium (Cr), and rucedium (Ru). The nonmagnetic film may have conductivity. The
도 6e를 참조하면, 상기 비자성 패턴(212) 상에 제2 정보 저장막을 형성할 수 있다. 상기 제2 정보 저장막 상에 제3 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제3 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 제2 정보 저장막을 식각하여 제2 정보 저장 패턴(200)을 형성할 수 있다. 상기 제2 정보 저장 패턴(200)의 장축 방향은 상기 제1 정보 저장 패턴(300)의 장축 방향과 평행할 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300)의 두께와 상기 제2 정보 저장 패턴(200)의 두께가 다를 수 있다. 상기 제1 정보 저장 패턴(300)과 상기 제2 정보 저장 패턴(2000)의 간격(h)는 0.1 nm 내지 100 nm 중에서 하나일 수 있다. Referring to FIG. 6E, a second information storage layer may be formed on the nonmagnetic pattern 212. A third photoresist pattern may be formed on the second information storage layer. The second information storage layer may be etched using the third photoresist pattern as a mask to form the second
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 장치의 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.7A and 7B are perspective views illustrating a method of forming a memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 7a를 참조하면, 도 6a 및 도 6b에서 설명한 것처럼, 기판(400) 상에 기록 전극 구조체(220)와 재생 전극 구조체(230)를 형성하고, 이어서 상기 기록 전극 구조체(220) 및 상기 재생 전극 구조체(230)을 덮는 제1 절연막(210)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 절연막(210) 상에 차례로 적층된 제1 정보 저장막(300g), 비자성막(150g), 및 제2 정보 저장막(200g)을 형성한다. 상기 제1 정보 저장막(300g), 비자성막(150g), 및 제2 정보 저장막(200g)의 특성은 도 6 a 내지 6e에서 설명한 바와 같다. Referring to FIG. 7A, as described with reference to FIGS. 6A and 6B, a
도 7b를 참조하면, 상기 제2 정보 저장막(200g), 비자성막(150g), 및 제1 정보 저장막(300g)을 연속적으로 패터닝하여 상기 제2 정보 저장 패턴(200), 상기 비자성 패턴(150), 및 상기 제1 정보 저장 패턴(300)을 형성한다. 상기 패터닝은 포토 리소그라피(photo lithography) 공정 및 식각 공정을 사용할 수 있다. 이 실시예의 장점은 공정을 단순화가 가능하다는 것이다.Referring to FIG. 7B, the second
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 기록 전극 구조체(220) 및 상기 재생 전극 구조체(230) 중에서 적어도 하나는 상기 제2 정보 저장 패턴(200) 상에 형성될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, at least one of the
본 발명에 따르면, 메로리 패턴은 나란히 배치된 제1, 제2 정보 저장 패턴을 구비한다. 상기 제1 정보 저장 패턴과 상기 제2 정보 저장 패턴 사이에 에너지를 안정화시키는 비자성 패턴이 개재하기 때문에, 상기 제1 또는 제2 정보 저장 패턴에 전류를 흘릴 때 상기 제1 또는 제2 정보 저장 패턴의 자벽들은 더 빠른 속도로 이동된다. 즉, 이러한 인위적 반강자성 또는 인위적 준반강자성을 갖는 상기 메모리 패턴은 전류인가 자벽이동 메모리 장치의 동작속도를 증가시키는데 기여한다. According to the present invention, the memory pattern includes first and second information storage patterns arranged side by side. Since a nonmagnetic pattern for stabilizing energy is present between the first information storage pattern and the second information storage pattern, the first or second information storage pattern when a current flows in the first or second information storage pattern. Walls are moving faster. That is, the memory pattern having such an artificial antiferromagnetic or artificial semiferromagnetic contributes to increasing the operating speed of the current-applied magnetic domain moving memory device.
본 발명에 따르면, 상기 메모리 패턴의 일측에 기록 전극 구조체가 배치된다. 상기 기록 전극 구조체는 기판에 배치되기 때문에, 전류인가 자벽이동 메모리 장치는 충격에 강하다.According to the present invention, a write electrode structure is disposed on one side of the memory pattern. Since the write electrode structure is disposed on the substrate, the current-applied magnetic domain moving memory device is resistant to impact.
본 발명에 따르면, 상기 메모리 패턴은 복수의 자구들을 포함하고 있기 때문에, 대용량의 메모리 장치가 될 수 있다.According to the present invention, since the memory pattern includes a plurality of magnetic domains, the memory pattern may be a large memory device.
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