KR101061811B1

KR101061811B1 - 자기링유닛 및 자기메모리장치

Info

Publication number: KR101061811B1
Application number: KR1020040028174A
Authority: KR
Inventors: 카와바타마코토; 하리이카즈야; 사이토에이지; 미야지마히데키
Original assignee: 각고호우징 게이오기주크
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2011-09-05
Also published as: JP3546238B1; US20040213039A1; US7002839B2; KR20040092494A; TWI313001B; JP2004327583A; TW200502963A

Abstract

본 발명은 자기링유닛 및 자기메모리장치에 관한 것으로, 핀고정 등의 열과정을 이용하지 않고 간단한 구조에 의해 자속의 회선방향을 자유롭고 또한 재현성좋게 제어하는 것을 목적으로 하며, 외경의 중심점에 대해서 내경의 중심점이 편심된 위치에 있는 편심링형상의 자성체링(1)에 의해 자기링유닛을 구성한다.

Description

자기링유닛 및 자기메모리장치{MAGNETIC RING UNIT AND MAGNETIC MEMORY DEVICE}

도1은 본 발명의 원리적 구성의 설명도이다.

도2는 본 발명의 제1실시형태의 자기링유닛의 중간까지의 제조공정의 설명도이다.

도3은 본 발명의 제1실시형태의 자기링유닛의 도2이후의 제조공정의 설명도이다.

도4는 본 발명의 제1실시형태의 자기링유닛의 자기모멘트의 회전방향 제어원리의 설명도이다.

도5는 본 발명의 제1실시형태의 자기링유닛의 히스테리시스특성의 설명도이다.

도6은 종래의 비편심 자기링유닛의 히스테리시스특성의 설명도이다.

도7은 본 발명의 제2실시형태의 MRAM의 개략적 주요부 단면도이다.

도8은 본 발명의 제2실시형태의 MRAM의 회로구성의 설명도이다.

도9는 본 발명의 제2실시형태의 MRAM에 있어서의 기록동작 및 판독동작의 설명도이다.

도10은 나노링유닛의 개념적 구성도이다.

도11은 나노링유닛에 있어서의 대향자구구조로부터 자기환류구조로의 변화의 설명도이다.

본 발명은 자기링유닛 및 자기메모리장치에 관한 것으로, 특히, 자기링유닛의 자화회선방향을 재현성좋게 제어하기 위한 구성에 특징이 있는 자기링유닛 및 자기메모리장치에 관한 것이다.

최근, 미세가공기술의 진전에 의해 자기기록매체나 자기기억장치의 급격한 고밀도화와 소형화가 진행되고, 기록밀도는 대략 이론적인 한계에 도달하고 있다.

이러한 자기기록매체나 자기기억장치에 있어서는, 자성체의 국소적인 자기모멘트(M)의 방향을 「0」이나 「1」의 디지털정보에 대응시키고 있다.

예를 들면, 자기기억장치인 자기 랜덤 액세스 메모리장치(MRAM: magnetic random access memory)는 자성구조에 전류를 흐르게 해서, 자성체에 있어서의 전자의 스핀의 방향에 의해 저항값이 변화하는 것을 이용한 메모리장치이며, 메모리셀을 구성하는 자성구조로서는 GMR(Giant Magneto Resistance)소자 또는 TMR(Tunneling Magneto Resistance)소자가 검토되고 있다〔예를 들면, 일본특허공개 2003-031776호 공보(특허문헌1) 또는 일본특허공개 2002-299584호 공보(특허문헌2) 참조〕.

또, 이러한 MRAM에는 큰 저항변화가 요구되고 있으므로, 연구개발에는 주로 TMR소자구조가 이용되고 있다.

이러한 자기기억장치나 자기기록매체를 고밀도로 집적시키면 자기기억장치나 자기기록매체를 구성하는 자성체유닛끼리는 서로 근접해서 배열되게 되지만, 자성체의 자극, 즉, N극 또는 S극을 근접시킨 경우, 이극끼리가 교대로 배열될 때에 정자에너지가 최소로 된다.

이것 이외의 자극배열에서는 열교란이나 터널현상에 의해 서서히 최소 에너지상태로 천이하여 기록정보가 소멸된다.

이렇게, 기록데이터가 자연소멸해 버리는 것은 자기기록매체나 자기기억장치로서 치명적 결함이므로, 상술한 자기적 상호작용에 의한 기록정보의 소멸을 방지하기 위해서는, 정보를 담지하는 자성체유닛끼리의 자기적 상호작용을 최대한 저감시킬 필요가 있다.

그러기 위한 유력한 방법의 하나로서, 나노스케일의 링형상의 자성체, 즉 나노링유닛을 기록유닛으로서 이용하는 것이 제안되고 있다〔예를 들면, 일본특허공개 2001-084758호 공보(특허문헌3) 또는 Journal of Applied Physics, Vol. 87, No. 9, pp. 6668-6673, 1 May 2000(비특허문헌1) 참조〕.

도10 참조

도10은 나노링유닛의 개념적 구성도이며, 나노링유닛은 직경이 100㎚정도의 링을 자기이방성이 작은 퍼멀로이(FeNi합금) 등의 강자성체로 제작한 것이며, 화살표로 나타내는 자속을 내부에 가두는 자기환류구조가 형성되어 있다.

이러한 자기환류구조에서는 자속의 좌회전과 우회전에서는 에너지적으로 같 으므로, 회선방향을 「0」이나 「1」의 디지털정보에 대응시킴으로써 자기메모리셀을 구성하는 것이다.

이 자기환류구조는 자속누설이 없으므로, 나노링유닛사이의 자기적 상호작용이 매우 작고, 따라서, 나노링유닛을 고밀도로 배열시켜도 나노링유닛에 기록된 정보데이터는 안정되게 유지되게 되므로, 400Gbit/in²(≒62Gbit/㎠)정도의 기록밀도의 달성이 가능하게 되고, 현재의 기록밀도의 10배이상의 고기록밀도로 된다.

상술한 바와 같이, 강자성 나노링유닛은 자기기록매체나 자기기억장치로서 매우 우수한 특성을 가지지만, 자속의 좌회전과 우회전에서는 에너지적으로 같으므로, 실용화를 위해서는 자속의 회선방향을 제어할 필요가 있다.

도11의 (a) 내지 (c) 참조

즉, 도11의 (a)에 나타내는 외부 자장의 인가에 의해 형성된 대향자구구조가 자장을 0으로 해서 자기환류구조로 변화하는 과정에서, 도11의 (b)에 나타내는 좌회전으로 되거나 도11의 (c)에 나타내는 우회전으로 되는 것을 에너지적으로 제어할 수 없기 때문이다.

그래서, 상기 특허문헌3에 있어서는, 강자성 나노링유닛의 중심을 관통하는 비자성도체를 형성하고, 이 비자성도체에 흐르는 전류의 방향에 따라 회선방향을 규정하고 있다.

또, 강자성 나노링유닛의 표면에 회전대칭으로부터 벗어난 위치에 국소적으로 반강자성체 패턴을 형성하고, 이 반강자성체 패턴에 부여한 자화방향에 따라 핀 층의 자화방향을 고정하고 있다.

또, 다른 방법으로서는, 나노링에 수축부 등을 형성시켜서 자벽을 핀고정함으로써 회선방향을 제어하는 것도 제안되고 있다〔예를 들면, Applied Physics Letters, Vol. 78, No. 21, pp. 3268-3270, 21 May 2001(비특허문헌2) 참조〕.

그러나, 상기 특허문헌1에 있어서는, 관통도체와 나노링 사이의 절연을 완전하게 할 필요가 있지만, 그러기 위해서는 핀홀이 없는 절연막을 터널현상이 일어나지 않을 정도이상의 두께로 형성할 필요가 있으며, 또, 반강자성체 패턴을 필요로 한다라는 문제가 있다.

또, 상기 비특허문헌2에 있어서는, 자벽의 핀고정효과를 이용하고 있으므로, 열적으로 취성이며, 실온에서의 안정된 동작은 기대할 수 없다라는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 핀고정 등의 열과정을 이용하지 않고 간단한 구조에 의해 자속의 회선방향을 자유롭고 또한 재현성좋게 제어하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 원리적 구성의 설명도이며, 이 도1을 참조해서 본 발명에 있어서의 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.

도1의 (a) 및 (b) 참조

(1)본 발명은 자기링유닛에 있어서, 외경의 중심점에 대해서 내경의 중심점이 편심된 위치에 있는 편심링형상의 자성체링(1)을 적어도 갖는 것을 특징으로 한다.

이러한 편심링형상의 자성체링(1)에 있어서는, 도면에 나타내듯이, 외부자장의 인가에 의해 형성된 대향자구구조가 자장을 0으로 해서 자기환류구조로 변화하는 과정에서 자벽(2,3)이 링폭이 가는 방향으로 이동하므로, 링폭이 굵은 측의 자기모멘트방향으로 회선한 자기환류구조로 되며, 외부자계의 인가방향에 의해 회선방향을 재현성좋게 제어할 수 있다.

(2)또, 본 발명은 상기 (1)에 있어서, 편심링형상의 자성체링(1)이 서로 보자력이 다른 한 쌍의 자성체링으로 이루어짐과 아울러, 한 쌍의 자성체링 사이에 비자성층을 개재시킨 것을 특징으로 한다.

이렇게, 자성링/비자성층/자성링으로 이루어지는 적층구조로 하고, 한 쌍의 자성체링의 보자력이 서로 다르도록 구성함으로써, 자기센서 또는 자기메모리셀을 구성할 수 있다.

또, 이 경우의 비자성층을 Cu, Au, Cr 등의 도전층으로 구성함으로써 GMR소자로 할 수 있고, 비자성층을 Al₂O₃, SiO₂ 등의 터널 절연막으로 구성함으로써 TMR소자로 할 수 있다.

(3)또, 본 발명은 반도체기판상에 서로 교차하는 방향으로 배치된 워드선과 비트선의 교차영역에 각각 배치되며, 자화회선방향이 가변인 제1자성체층과 자화회선방향이 고정된 제2자성체층이 비자성 중간층을 개재해서 적층된 자기저항 기억소자와, 비트선에 교차하는 방향으로 배치된 센스선을 게이트로 하는 액세스 트랜지스터를 구비한 자기메모리장치에 있어서, 자기저항 기억소자가 적어도 외경의 중심 점에 대해서 내경의 중심점이 편심된 위치에 있는 편심링형상의 제1자성체링과, 제1자성체링(1)보다 보자력이 큰 편심링형상의 제2자성체링과, 제1자성체링과 제2자성체링 사이에 형성된 비자성층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이렇게 자기저항 기억소자로서 자성링/비자성층/자성링으로 이루어지는 자기링유닛을 이용함으로써, 복잡한 구성이나 열과정을 필요로 하는 일없이, 신뢰성이 우수한 고기록밀도 자기메모리장치를 실현할 수 있다.

여기에서, 도 2 내지 도6을 참조해서 본 발명의 제1실시형태의 자기링유닛을 설명하지만, 먼저, 도2 및 도3을 참조해서 자기링유닛의 제조공정을 설명한다.

도2 참조

도2의 (a) 및 (b) 참조

도2의 (a)는 평면도이며, 도 2의 (b)는 도2의 (a)에 있어서의 A-A'를 연결하는 일점쇄선을 따른 개략적 단면도이다.

먼저, 실리콘기판(11)상에 두께가 예를 들면 100㎚의 포토레지스트층(12)을 도포하고, 노광·현상함으로써, 링형상 오목부(13)를 형성한다.

이 경우, 예를 들면, 링형상 오목부(13)의 외경은 500㎚로 하고, 또, 내부의 돌기부(14)의 평면형상으로서는 장축이 350㎚이며 단축이 250㎚인 타원으로 하고, 타원의 중심점이 외경의 중심점으로부터 단축방향으로 50㎚ 어긋난 편심링형상으로 한다.

도2의 (c)참조

다음으로, 스퍼터법에 의해 NiFe층(15)을 전체면에 두께가 예를 들면 20㎚로 되도록 퇴적시킨다.

도3의 (d)참조

다음으로, 포토레지스트층(12)을 제거함으로써, 링형상 오목부(13)에 퇴적한 NiFe층(15)이 자기링유닛(16)으로 된다.

도3의 (e)참조

도3의 (e)는 이렇게 해서 제작된 자기링유닛(16)의 배열상태를 나타내는 평면도이며, 자기링유닛(16)이 약 2㎛의 피치로 매트릭스상으로 배열되어 있다.

다음에, 도4 내지 도6을 참조해서, 자기링유닛의 자기모멘트 회전방향 제어원리를 설명한다.

도4의 (a) 참조

먼저, 자기링유닛(16)의 편심방향과 수직인 방향으로 자장을 인가해서, 자벽(17,18)을 통해 링폭이 굵은 자구(19)와 링폭이 가는 자구(20)가 대향하는 대향자구구조를 형성한다.

도4의 (b) 참조

다음으로, 자장을 0으로 함에 따라 자벽(17,18)이 링폭이 가는 자구(20)측으로 서서히 이동한다.

이것은 자벽에너지(ε)가 링의 원주상에서 편심에 기인해서 구배(▽ε)를 갖기 때문에, 자벽(17,18)에 응력(f)(=-▽ε)이 가해지기 때문이다.

도4의 (c) 및 도4의 (d) 참조

계속해서, 자벽(17,18)은 링폭이 가는 자구(20)측으로 더욱 이동하여, 마침 내 자기환류구조가 형성된다.

이 때, 자기환류구조의 회선방향은 링폭이 굵은 자구(19)의 자기모멘트의 방향과 일치하게 된다.

이러한 상태의 자기링유닛(16)을 MFM(자기력 현미경)에 의해 관찰하면, 모든 자기링유닛(16)이 같은 회선방향의 자기환류구조로 되어 있는 것이 확인되었다.

또, 외부자장의 인가방향을 반대로 하면, 링폭이 굵은 자구(19)의 자기모멘트의 방향은 도4의 (a)의 경우와 반대방향으로 되므로, 회선방향도 반대로 된다.

도5 참조

도5는 자기링유닛의 히스테리시스특성의 설명도이며, 3〔kOe〕정도의 자장을 인가함으로써, 안정된 자기환류구조가 형성됨과 아울러, 2〔kOe〕정도의 외부자장(H_ex)에서는 자기환류구조가 유지되는 것이 이해된다.

이 3〔kOe〕의 자장을 발생시키기 위해 자기링유닛 근방에 전류를 흐르게 할 경우, 그 전류는 1㎂이하로 하는 것이 가능하며, 충분히 작은 전류에 의해 정보를 자기적으로 기록할 수 있다.

도6 참조

도6은 참고를 위해 나타낸 종래의 비편심 자기링유닛의 히스테리시스특성의 설명도이며, 외부자장(H_ex)을 0으로 한 경우의 잔류자화(M_r)는 대략 M_r·0으로 되며, 회선방향이 불안정함과 아울러, 외부자장에 의해 용이하게 대향자구구조로 변화하는 것이 이해된다.

이러한 자기링유닛을 배열한 자기링 어레이는 자기기록매체로서 사용할 수 있는 것이며, 판독에는 MFM의 캔틸레버를 이용하면 좋다.

다음에, 도7 내지 도9를 참조해서 자기링유닛을 자기메모리셀로서 이용한 본 발명의 제2실시형태의 MRAM을 설명한다.

도7 참조

도7은 본 발명의 제2실시형태의 MRAM의 개략적 주요부 단면도이며, 먼저, n형 실리콘기판(21)의 소정영역에 p형 웰영역(22)을 형성함과 아울러, n형 실리콘기판(21)을 선택산화함으로써 소자분리 산화막(23)을 형성한 후, 소자형성영역에 게이트 절연막(24)을 개재해서 판독용 센스선(25)으로 되는 WSi로 이루어지는 게이트전극을 형성하고, 이 게이트전극을 마스크로 해서 As 등의 이온을 주입함으로써 n^-형 LDD(Lightly Doped Drain)영역(26)을 형성한다.

계속해서, 전체면에 SiO₂막 등을 퇴적시켜, 이방성 에칭을 실시함으로써 사이드월(27)을 형성한 후, 다시 As 등을 이온주입함으로써 n⁺형 드레인영역(28) 및 n⁺형 소스영역(29)을 형성하고, 계속해서 TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)-NSG막으로 이루어지는 두꺼운 제1층간 절연막(30)을 형성한 후, n⁺형 드레인영역(28) 및 n⁺형 소스영역(29)에 도달하는 컨택트홀을 형성하고, 이 컨택트홀을 Ti/TiN을 통해 W로 메워넣음으로써 W 플러그(31,32)를 형성한다.

계속해서, 예를 들면 전체면에 TiN/Al/TiN을 퇴적시킨 후 패터닝함으로써, 접속도체(33) 및 n⁺형 소스영역(29)에 접속하는 접지선(34)을 형성한 후, 다시, TEOS-NSG막으로 이루어지는 두꺼운 제2층간 절연막(35)을 형성하고, 계속해서, 접속도체(33)에 도달하는 컨택트홀을 형성하고, 이 컨택트홀을 Ti/TiN을 통해 W로 메워넣음으로써 W 플러그(36)를 형성한다.

계속해서, 다시, 전체면에 TiN/Al/TiN을 퇴적시킨 후 패터닝함으로써, 접속도체(37)와 기록용 워드선(38)을 형성한 후, 다시, TEOS-NSG막으로 이루어지는 제3층간 절연막(39)을 형성하고, 계속해서 접속도체(37)에 도달하는 컨택트홀을 형성하고, 이 컨택트홀을 Ti/TiN을 통해 W로 메워넣음으로써 W 플러그(40)를 형성한다.

계속해서, 다시, 전체면에 TiN/Al/TiN을 퇴적시킨 후 패터닝함으로써, 하부전극(41)을 형성한 후, 다시, TEOS-NSG막으로 이루어지는 두꺼운 제4층간 절연막(42)을 퇴적시키고, 다음에, 하부전극(41)이 노출될 때까지 CMP(화학기계연마)해서 평탄화한다.

계속해서, 상기 제1실시형태와 마찬가지로, 두께가 예를 들면 100㎚의 포토레지스트를 도포하고, 노광·현상함으로써 편심링형상 오목부를 형성한 후, 두께가 예를 들면 20㎚인 NiFe층(44), 두께가 예를 들면 1㎚인 Al₂O₃로 이루어지는 터널 절연층(45) 및 두께가 예를 들면 20㎚인 CoFe층(46)을 순차 퇴적시킨 후, 포토레지스트를 제거함으로써, NiFe/Al₂O₃/CoFe 적층구조의 자기링유닛(43)을 형성한다.

이 경우, 자기링유닛(43)의 편심방향은 기록용 워드선(38)과 후술하는 비트선(48)에 전류를 흐르게 한 경우에 형성되는 합성자계의 방향과 대략 직교하는 방 향으로 일치시킨다.

계속해서, 다시, TEOS-NSG막으로 이루어지는 얇은 제5층간 절연막(47)을 퇴적시킨 후, CoFe층(46)이 노출될 때까지 CMP에 의해 평탄화한다.

다음에, 전체면에, TiN/Al/TiN 구조의 다층도전층을 퇴적시킨 후, 기록용 워드선(38)과 직교하는 방향으로 연장되도록 패터닝해서 피트선(48)을 형성함으로써, MRAM의 기본구조가 완성된다.

이 MRAM에 대해서, 기록용 워드선(38)과 비트선(48)에 전류를 흐르게 한 경우에 형성되는 합성자계의 방향과 같은 방향의 강한 외부자계를 인가함으로써 핀층으로 되는 CoFe층(46)의 자화방향을 부여한다.

도8의 (a) 참조

도8의 (a)는 상술의 MRAM의 등가회로도이며, 워드선(38)과 비트선(48)의 교점에 자기링유닛(43)이 배치된 구성으로 되며, 비트선(48)의 단부에는 센스앰프(50)가 접속된 구조로 된다.

도8의 (b) 참조

도8의 (b)는 자기메모리셀의 개념적 구성도이며, 자기링유닛(43)의 상부가 비트선(48)에 접속되고, 하부가 액세스 트랜지스터(49)를 구성하는 n⁺형 드레인영역(28)에 접속된 구성으로 된다.

도9의 (a) 참조

도9의 (a)는 기록시의 자기메모리셀의 개념적 구성도이며, 자기링유닛(43)으 로의 기록은 센스선(25)으로의 바이어스를 0으로 해서 액세스 트랜지스터(49)를 오프로 한 상태에서, 비트선(48)과 기록용 워드선(38)에 CoFe층(46)의 자기환류구조가 파괴되는 전류값이하의 전류를 흐르게 하여, 발생하는 합성자계가 NiFe층(44)의 회선방향을 결정함으로써 행해지고, CoFe층(46)과 동일방향, 또는 역방향에 의해 「1」 또는 「0」의 데이터가 기록된다.

도9의 (b) 참조

도9의 (b)는 판독시의 자기메모리셀의 개념적 구성도이며, 자기링유닛(43)으로부터의 판독은 센스선(25)에 V_select를 인가해서 액세스 트랜지스터(49)를 온으로 한 상태에서, 비트선(48)에 V_read를 인가하고, 비트선(48)에 흐르는 전류를 센스 앰프(50)에 의해 검지함으로써, 자기링유닛(43)에 기록된 정보를 판독한다.

이 경우, NiFe층(44)의 회선방향이 CoFe층(46)의 회선방향과 동일방향인 경우에는 저저항으로 되며, 역방향인 경우에는 고저항, 예를 들면 저저항시의 10∼100%증가로 되므로, 전류의 대소를 판정함으로써 1비트의 기록을 판독할 수 있다.

이렇게, 본 발명의 제2실시형태에 있어서는, 자기저항효과소자를 편심링형상의 자기링유닛(43)에 의해 형성하고 있으므로, 외부자장을 인가하는 것만으로 재현성좋게 자화의 회선방향을 제어할 수 있고, 그것에 의해, MRAM에 있어서의 기억유지시간의 항구화, 고밀도화가 가능하게 된다.

이상, 본 발명의 각 실시형태를 설명해 왔지만, 본 발명은 각 실시형태에 기 재된 구성·조건에 한정되는 것은 아니며, 각종의 변경이 가능하다.

예를 들면, 상기 각 실시형태에 있어서는, 편심링의 내경형상을 타원형상으로 해서, 편심방향을 타원의 단축방향으로 하고 있지만, 타원의 장축방향을 편심방향으로 해도 되는 것이다.

또, 상기 각 실시형태에 있어서는, 편심링의 내경형상을 타원형상으로 하고 있지만, 완전 원형상이어도 좋고, 또한, 다각형상이어도 좋고, 어느 것으로 해도 내경의 중심점이 외경의 중심점으로부터 편심되어 있으면 되는 것이다.

또, 상기의 각 실시형태에 있어서는 편심링의 외경형상이 완전 원형상이지만, 완전 원형상에 한정되는 것은 아니고, 타원형이어도 좋고, 또한, 다각형상이어도 좋은 것이다.

또, 상기 제1실시형태에 있어서는, 자기링을 NiFe에 의해 구성하고 있지만, NiFe에 한정되는 것은 아니고, Fe, FeSi, FeAlSi, Co, Ni, CoFe, CoFeB, La_1-xSr_xMnO₃, La_1-xCa_xMnO₃, GaAsMn 등의 연자성을 나타내는 자성체를 이용해도 좋은 것이며, 또한, 단층구조가 아니고, NiFe/Co 등의 다층구조에 의해 구성해도 좋은 것이다.

또, 상기의 제2실시형태에 있어서는, NiFe/Al₂O₃/CoFe 구조에 의해 자기링유닛을 구성하고 있지만, 한 쌍의 자기링의 조성 또는 조성비의 조합은 임의이며, 상대적으로 보자력이 높은 재료로 구성되는 자기링을 핀층으로서 이용하고, 상대적으로 보자력이 낮은 재료로 구성되는 자기링을 프리층으로서 이용하면 좋다.

이 경우도 한 쌍의 자기링을 구성하는 자성체로서는, Fe, Co, Ni, NiFe, CoFe, CoFeB, CrO₂, La_1-xSr_xMnO₃, La_1-xCa _xMnO₃와 같은 자기모멘트가 큰 자성체를 이용해서 적절히 조합하면 된다.

또, 상기 제2실시형태에 있어서는, 한 쌍의 자기링을 단층의 자성체에 의해 구성하고 있지만, 적어도 한쪽의 자기링을 NiFe/Co 등의 다층구조에 의해 구성해도 좋은 것이다.

또, 상기 제2실시형태에 있어서는, 자기링유닛을 TMR소자로 구성하고 있지만, GMR소자로 구성해도 좋은 것이며, 그 경우에는 Al₂O₃로 이루어지는 터널 절연막을 Cu 등의 비자성 도전층으로 치환하면 된다.

또, 상기 제2실시형태에 있어서는, 자기링유닛을 구성하는 핀층에 고정자화를 부여할 때, 특정방향으로 균일한 외부자장을 인가하고 있지만, 워드선 및 비트선에 프리층에 자화를 부여할 때보다 큰 전류를 흐르게 해서 핀층에 고정자화를 부여해도 좋은 것이다.

또, 상기 제2실시형태에 있어서는, 자기링유닛을 NiFe/Al₂O₃/CoFe 구조에 의해 구성할 때, 핀층과 비트선이 접속하도록 구성하고 있지만, 적층구조를 반전시켜서 프리층과 비트선이 접속하도록 구성해도 좋은 것이다.

또, 상기 제2실시형태에 있어서는, 자기링유닛을 NiFe/Al₂O₃/CoFe 구조에 의해 구성하고 있지만, 핀층측에 반강자성층을 접속시켜서, 반강자성층에 부여된 고정자화에 의해 핀층의 회선방향을 보다 안정되게 핀고정해도 좋은 것이다.

이 경우, 반강자성층으로서는, IrMn, PtMn, FeMn, Fe₂O₃, CrMnPt, TbCo, CrAs, NiMn, RhMn, PdPtMn, FeRh 등의 각종의 반강자성체를 이용할 수 있고, 자기링유닛을 리프트오프법에 의해 형성할 때, 핀층과 접하는 순서로 퇴적시키면 된다.

또, 이 경우, 반강자성층에 자화를 부여하기 위해서는, 자장을 인가한 상태로 성막하거나, 또는 성막후에 자장을 인가한 상태로 열처리를 실시하면 된다.

또한, 상술의 특허문헌3과 같이, 핀층의 일부에 접하도록 국소적으로 반강자성층을 형성해도 좋은 것이다.

또, 상기 제2실시형태에 있어서는, 액세스 트랜지스터 및 주변회로 등을 반도체 집적회로장치를 이용해서 구성하고 있지만, 반도체 집적회로장치에 한정되는 것은 아니고, 조셉슨접합을 이용한 초전도 회로장치에 의해 스위칭소자 및 주변회로 등을 구성해도 좋은 것이다.

또, 상기 제2실시형태에 있어서는, 프리층/터널 절연층/핀층으로 이루어지는 자기링유닛에 의해 MRAM의 자기메모리셀을 구성하고 있지만, MRAM에 한정되는 것은 아니고, GMR구조를 포함한 동일한 자기링유닛에 의해 정보유지능력을 갖는 자기센서를 구성해도 좋은 것이다.

또, 상기의 각 실시형태에 있어서는, 편심링의 외경을 500㎚로 하고 있지만, 500㎚는 단지 일례이며, 리소그래피기술의 진전과 함께 미소화되는 것이며, 현재에 있어도 실험실에서는 외경치수가 100㎚정도의 편심링의 제작은 가능하며, 따라서, 나노링유닛으로 하는 것도 가능하다.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 자기링유닛을 편심링형상으로 하고 있으므로, 리프트오프공정만으로, 회선방향을 재현성좋게 제어할 수 있는 자기링유닛의 제작이 가능하게 되며, 그것에 의해, 자기적 상호작용에 의한 미세화의 한계의 영향을 받지 않는 고밀도 자기기록장치 또는 자기기억장치의 실현에 기여하는 바가 크다.

Claims

외경의 중심점에 대해서 내경의 중심점이 편심된 위치에 있는 편심링형상의 자성체링이 서로 보자력이 다른 한 쌍의 자성체링으로 이루어짐과 아울러, 상기 한 쌍의 자성체링 사이에 비자성층을 개재시킨 것을 특징으로 하는 자기링유닛.
삭제
반도체기판상에 서로 교차하는 방향으로 배치된 워드선과 비트선의 교차영역에 각각 배치되며, 자화회선방향이 가변인 제1자성체층과 자화회선방향이 고정된 제2자성체층이 비자성 중간층을 개재해서 적층된 자기저항 기억소자와, 상기 비트선에 교차하는 방향으로 배치된 센스선을 게이트로 하는 액세스 트랜지스터를 구비한 자기메모리장치에 있어서, 상기 자기저항 기억소자가 적어도 외경의 중심점에 대해서 내경의 중심점이 편심된 위치에 있는 편심링형상의 제1자성체링과, 상기 제1자성체링보다 보자력이 큰 편심링형상의 제2자성체링과, 상기 제1자성체링과 제2자성체링 사이에 형성된 비자성층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기메모리장치.