KR101708548B1 - 개선된 터널 배리어 구조를 갖는 mtj 셀 및 그 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

개선된 터널 배리어(tunnel barrier) 구조를 갖는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀은 인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 “‡향을 갖는 자유층; 상기 자유층의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는 고정층; 및 상기 자유층과 상기 고정층 사이에 금속 산화물로 형성되는 터널 배리어층을 포함하고, 상기 터널 배리어층은 상하면에 금속층이 성막된다.

Description

개선된 터널 배리어 구조를 갖는 MTJ 셀 및 그 제작 방법{MAGNETIC TUNNEL JUNCTION CELL HAVING IMPROVED TUNNEL BARRIER STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 개선된 터널 배리어(tunnel barrier) 구조를 갖는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 저항 드리프트 현상을 억제하는 개선된 터널 배리어 구조를 갖는 MTJ 셀에 관한 기술이다.
STT-MRAM(Spin-Transfer Torque Magnetic Random Access Memory)은 전자 주입에 의한 스핀 전달 토크(Spin-Transfer Torque; STT) 현상을 이용하여 MTJ 셀의 자화 상태를 변화시킴으로써, 변화된 자화 상태에 대응하는 서로 다른 저항 값을 기준으로 온(on)/오프(off)를 판별하는 소자이다.
예를 들어, 기존의 MTJ 셀의 구조를 나타낸 도 1을 살펴보면, 기존의 STT-MRAM은 자유층(110), 고정층(120) 및 터널 배리어층(130)을 포함하는 MTJ 셀에서, 인가되는 전압에 기초하여 자유층(110)의 자화 방향을 변화시킴으로써, 변화된 자화 상태에 대응하는 서로 다른 저항 값을 기준으로 데이터를 기록할 수 있다.
이 때, STT-MRAM에서 MTJ 셀의 MR(Magnetro-Resistance) 저항비를 100% 이상 확보하는 것이 중요하며, 지속적인 동작 및 가속 조건에서도 MR 저항비를 안정적으로 유지하는 것이 중요하다.
그러나, 기존의 MTJ 셀에서는 터널 배리어층(130)의 상/하부에 맞닿는 자유층(110) 및 고정층(120)이 자성 박막층으로 형성되고, 터널 배리어층(130)이 단일 층으로 형성되기 때문에, 터널 배리어층(130)의 상/하부 계면에서 트랩 사이트(trap site)의 트랩 투 트랩 터널링(trap to trap tunneling)에 의한 저항 드리프트 현상(MR 저항비가 열화되는 형상)이 발생되는 단점이 있다.
이에, 본 명세서에서는 터널 배리어층(130)의 구조를 개선함으로써, 저항 드리프트 현상을 억제하는 MTJ 셀에 관한 기술을 제안한다.
본 발명의 실시예들은 터널 배리어층의 구조를 개선함으로써, 저항 드리프트 현상을 억제하는 MTJ 셀 및 그 제작 방법을 제공한다.
특히, 본 발명의 실시예들은 터널 배리어층의 상하면에 금속층이 성막됨으로써, 개선된 터널 배리어층 구조를 갖는 MTJ 셀 및 그 제작 방법을 제공한다.
이 때, 본 발명의 실시예들은 어닐링 공정을 통하여 터널 배리어층의 상하면에 성막되는 금속층 중 적어도 일부가 금속 산화물로 변화되는 개선된 터널 배리어층 구조를 갖는 MTJ 셀 및 그 제작 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 개선된 터널 배리어(tunnel barrier) 구조를 갖는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀은 인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 “‡향을 갖는 자유층; 상기 자유층의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는 고정층; 및 상기 자유층과 상기 고정층 사이에 금속 산화물로 형성되는 터널 배리어층을 포함하고, 상기 터널 배리어층은 상하면에 금속층이 성막된다.
상기 터널 배리어층의 상하면에 성막되는 금속층 중 적어도 일부는 어닐링(annealing) 공정을 통하여 금속 산화물로 변화될 수 있다.
상기 금속층 중 적어도 일부가 상기 금속 산화물로 변화되는 두께는 상기 금속 산화물로 변화되는 상기 금속층 중 적어도 일부를 포함하는 상기 터널 배리어층의 두께가 미리 설정된 두께 이하를 유지하도록 상기 어닐링 공정을 통하여 조절될 수 있다.
상기 금속 산화물은 FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속층은 Fe, Al 또는 Mg 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 개선된 터널 배리어(tunnel barrier) 구조를 갖는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀 제작 방법은 인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 “‡향을 갖는 자유층을 생성하는 단계; 상기 자유층 위에 금속 산화물로 터널 배리어층을 형성하는 단계; 및 상기 터널 배리어층 위에 상기 자유층의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는 고정층을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 터널 배리어층을 형성하는 단계는 상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계를 포함한다.
상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계는 상기 터널 배리어층의 상하면에 성막되는 금속층 중 적어도 일부를 금속 산화물로 변화시키기 위하여, 상기 금속층이 상하면에 성막되는 터널 배리어층에 대한 어닐링 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 터널 배리어층에 대한 어닐링 공정을 수행하는 단계는 상기 금속 산화물로 변화되는 상기 금속층 중 적어도 일부를 포함하는 상기 터널 배리어층의 두께가 미리 설정된 두께 이하를 유지하도록 상기 어닐링 공정을 통하여 상기 금속층 중 적어도 일부가 상기 금속 산화물로 변화되는 두께를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 터널 배리어층을 형성하는 단계는 상기 자유층 위에 FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 산화물로 상기 터널 배리어층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계는 상기 터널 배리어층 상하면에 Fe, Al 또는 Mg 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속층을 성막하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 개선된 터널 배리어(tunnel barrier) 구조를 갖는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀 제작 방법은 자유층의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는 고정층을 생성하는 단계; 상기 고정층 위에 금속 산화물로 터널 배리어층을 형성하는 단계; 및 상기 터널 배리어층 위에 인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 “‡향을 갖는 상기 자유층을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 터널 배리어층을 형성하는 단계는 상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계를 포함한다.
상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계는 상기 터널 배리어층의 상하면에 성막되는 금속층 중 적어도 일부를 금속 산화물로 변화시키기 위하여, 상기 금속층이 상하면에 성막되는 터널 배리어층에 대한 어닐링 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 터널 배리어층에 대한 어닐링 공정을 수행하는 단계는 상기 금속 산화물로 변화되는 상기 금속층 중 적어도 일부를 포함하는 상기 터널 배리어층의 두께가 미리 설정된 두께 이하를 유지하도록 상기 어닐링 공정을 통하여 상기 금속층 중 적어도 일부가 상기 금속 산화물로 변화되는 두께를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 터널 배리어층의 구조를 개선함으로써, 저항 드리프트 현상을 억제하는 MTJ 셀 및 그 제작 방법을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들은 터널 배리어층의 상하면에 금속층이 성막됨으로써, 개선된 터널 배리어층 구조를 갖는 MTJ 셀 및 그 제작 방법을 제공할 수 있다.
이 때, 본 발명의 실시예들은 어닐링 공정을 통하여 터널 배리어층의 상하면에 성막되는 금속층 중 적어도 일부가 금속 산화물로 변화되는 개선된 터널 배리어층 구조를 갖는 MTJ 셀 및 그 제작 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 기존의 MTJ 셀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 MTJ 셀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MTJ 셀 제작 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 MTJ 셀 제작 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 MTJ 셀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 MTJ 셀은 자유층(210), 고정층(220) 및 터널 배리어층(230)을 포함한다. 여기서, 도면에는 도시하지 않았지만, MTJ 셀의 측면은 ILD(Inter-Level Dielectric)에 의해 감싸질 수 있고, MTJ 셀의 상부(도면에서, 고정층(220)의 상부)에는 상부 전극이 배치될 수 있고, MTJ 셀의 하부(도면에서, 자유층(210)의 하부)에는 하부 전극이 배치될 수 있다. 이하, MTJ 셀에서 고정층(220)이 자유층(210) 보다 상부에 위치하는 구조로 설명하나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, MTJ 셀에서 고정층(220)은 자유층(210) 보다 하부에 위치할 수도 있다. 이러한 경우의 MTJ 셀은 도 2의 MTJ 셀이 뒤집어진 구조를 가질 수 있다.
자유층(210)은 인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 방향을 갖는다. 이 때, 전압은 상부 전극 및 하부 전극(도면에 도시되지 않음)을 통하여 자유층(210)에 인가될 수 있다. 여기서, 자유층(210)은 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가될 때 조절되는 자화 방향을 갖도록 강자성체인 자성 박막층 또는 자성 박막층과 금속층의 복합층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 자유층(210)은 CoFeB, CoFe, FePt, Pt, Pd, 강자성을 갖는 소재로 이루어진 인공격자 또는 반금속(half-metal) 중 적어도 어느 하나로 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가될 때 조절되는 자화 방향을 갖도록 형성될 수 있다.
고정층(220)은 자유층의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는다. 이 때, 고정층(220) 역시 강자성을 갖는 강자성체인 자성 박막층 또는 자성 박막층과 금속층의 복합층으로 형성될 수 있다. 다만, 고정층(220)은 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가되더라도, 고정된 기준 자화 방향을 갖도록 형성되어야 한다. 예를 들어, 고정층(220)은 CoFeB, CoFe, FePt, Pt, Pd, 강자성을 갖는 소재로 이루어진 인공격자 또는 반금속 중 적어도 어느 하나로 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가되더라도, 고정된 기준 자화 방향을 갖도록 형성될 수 있다.
터널 배리어층(230)은 자유층(210)과 고정층(220) 사이에 금속 산화물로 형성된다. 여기서, 터널 배리어층(230)은 자유층(210)과 고정층(220) 사이에 배치되어, 자유층(210)과 고정층(220) 사이의 터널링 자기 저항(Tunneling Magneto Resistance; TMR) 값을 도출하는 층으로서, FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다양한 소재의 금속 산화물과 같은 절연체로 형성될 수 있다.
이 때, 터널 배리어층(230)은 터널 절연막으로서, 자유층(210)과 고정층(220) 사이에 미리 설정된 두께로 형성되어(예컨대, 1nm 이하의 두께로 형성됨) 자유층(210)과 고정층(220)을 격리시킬 수 있다.
특히, 터널 배리어층(230)은 상하면에 금속층(231, 232)이 성막됨으로써, 개선된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 터널 배리어층(230)의 상하면에는 미리 설정된 두께(예컨대, 0.5nm 이하의 두께)로 Fe, Al 또는 Mg 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다양한 소재의 금속층(231, 232)이 성막될 수 있다. 이하, 기재되는 성막 공정은 대상 물체의 표면 위에 박막을 코팅하는 공정 또는 접착/부착하는 공정 모두를 포함한다. 따라서, 금속층(231, 232)이 터널 배리어층(230)의 상하면에 성막된다는 것은 금속층(231, 232)이 터널 배리어층(230)의 상하면에 다양한 공정을 통하여 형성되는 것을 의미한다.
이 때, 터널 배리어층(230)의 상면에 성막되는 금속층(231)은 정 바이어스(positive bias) 인가 시 트랩 투 트랩 터널링 영향을 최소화하고, 터널 배리어층(230)의 하면에 성막되는 금속층(232)이 부 바이어스(negative bias) 인가 시 트랩 투 트랩 터널링 영향을 최소화하기 때문에, 터널 배리어층(230)은 상하면에 금속층(231, 232)이 성막됨으로써, 상하면에서의 계면 특성을 개선시킬 수 있다.
구체적으로, 터널 배리어층(230)의 상하면에 성막되는 금속층(231, 232) 중 적어도 일부(233)가 어닐링(annealing) 공정을 통하여 금속 산화물로 변화되기 때문에, 금속층(231, 232) 중 금속 산화물로 변화되는 적어도 일부(233)를 포함하는 터널 배리어층(230)의 계면 특성이 개선되어 터널 배리어층(230)에서의 저항 드리프트 현상이 억제될 수 있다. 이 때, 어닐링 공정을 통하여 금속층(231, 232) 중 적어도 일부(233)가 변화되는 금속 산화물은 FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이하, 기재되는 어닐링 공정은 대상 금속 재료를 가열하여 재료의 내부 구조 속에 남아있는 열 이력 및 가공에 의한 영향을 제거하는 열처리 공정을 의미한다. 따라서, 금속층(231, 232)이 상하면에 성막되는 터널 배리어층(230)에 대한 어닐링 공정은 금속층(231, 232) 중 적어도 일부를 금속 산화물로 변화시키기 위한, MTJ 셀에 대해 수행되는 다양한 열처리 공정을 의미한다.
도면에는 금속층(231, 232) 중 적어도 일부(233)가 금속 산화물로 변화되는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 금속층(231, 232) 전부가 금속 산화물로 변화될 수도 있고, 터널 배리어층(230)의 상면에 성막되는 금속층(231)만이 금속 산화물로 변화되거나, 터널 배리어층(230)의 하면에 성막되는 금속층(232)만이 금속 산화물로도 변화될 수 있다.
또한, 금속층(231, 232) 중 적어도 일부(233)가 금속 산화물로 변화되는 두께는 금속 산화물로 변화되는 금속층(231, 232) 중 적어도 일부(233)를 포함하는 터널 배리어층(230)의 두께(234)가 미리 설정된 두께 이하를 유지하도록 어닐링 공정을 통하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 터널 배리어층(230)이 1nm의 두께를 갖도록 형성되고, 금속층(231, 232)이 터널 배리어층(230)의 상하면에 0.5nm의 두께를 갖도록 성막된 경우, 어닐링 공정을 통하여 금속층(231, 232) 중 적어도 일부(233)가 0.1nm의 두께를 갖도록 금속 산화물로 변화됨으로써, 금속 산화물로 변화되는 금속층(231, 232) 중 적어도 일부(233)를 포함하는 터널 배리어층(230)의 두께(234)가 1.1nm의 두께를 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MTJ 셀 제작 방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 MTJ 셀 제작 시스템은 인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 방향을 갖는 자유층(310)을 형성한다. 이 때, MTJ 셀 제작 시스템은 CoFeB, CoFe, FePt, Pt, Pd, 강자성을 갖는 소재로 이루어진 인공격자 또는 반금속 중 적어도 어느 하나를 포함하는 강자성체인 자성 박막층 또는 자성 박막층과 금속층의 복합층으로 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가될 때 조절되는 자화 방향을 갖도록 자유층(310)을 형성할 수 있다.
이 때, 도면에는 도시하지 않았지만, MTJ 셀 제작 시스템은 자유층(310)을 형성하기 이전에, 기판을 준비하고, 기판 위에 하부 버퍼층을 성막한 후, 하부 버퍼층이 성막된 기판 상에 자유층(310)을 형성할 수 있다.
이어서, MTJ 셀 제작 시스템은 자유층(310) 위에 금속 산화물로 터널 배리어층(320)을 형성한다. 이 때, MTJ 셀 제작 시스템은 자유층(310)과 고정층(330) 사이의 터널링 자기 저항 값을 도출하는 층으로서, FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다양한 소재의 금속 산화물과 같은 절연체로 자유층(310) 위에 터널 배리어층(320)을 형성할 수 있다. 여기서, MTJ 셀 제작 시스템은 터널 배리어층(320)의 상하면에 Fe, Al 또는 Mg 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다양한 소재의 금속층(321, 322)을 성막할 수 있다.
구체적으로, MTJ 셀 제작 시스템은 자유층(310) 위에 하부 금속층(321)을 성막한 후, 하부 금속층(321)이 성막된 자유층(310) 위에 터널 배리어층(320)을 형성하고, 그 위에 상부 금속층(322)을 성막함으로써, 상하면에 금속층(321, 322)이 성막되는 터널 배리어층(320)을 형성할 수 있다. 이 때, 터널 배리어층(320) 및 상하면에 성막되는 금속층(321, 322) 각각은 미리 설정된 두께에 따라 두께가 조절되어 형성될 수 있다.
그 다음, MTJ 셀 제작 시스템은 상하면에 금속층(321, 322)이 성막된 터널 배리어(320) 위에 자유층(310)의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는 고정층(330)을 생성한다. 이 때, MTJ 셀 제작 시스템은 CoFeB, CoFe, FePt, Pt, Pd, 강자성을 갖는 소재로 이루어진 인공격자 또는 반금속 중 적어도 어느 하나를 포함하는 강자성체인 자성 박막층 또는 자성 박막층과 금속층의 복합층으로 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가되더라도, 고정된 기준 자화 방향을 갖도록 고정층(330)을 형성할 수 있다.
그 후, MTJ 셀 제작 시스템은 터널 배리어층(320)의 상하면에 성막되는 금속층(321, 322) 중 적어도 일부(323)를 금속 산화물로 변화시키기 위하여, 금속층(321, 322)이 상하면에 성막되는 터널 배리어층(320)에 대한 어닐링 공정을 수행할 수 있다.
여기서, MTJ 셀 제작 시스템은 금속 산화물로 변화되는 금속층(321, 322) 중 적어도 일부(323)를 포함하는 터널 배리어층(320)의 두께가 미리 설정된 두께 이하를 유지하도록 어닐링 공정을 통하여 금속층(321, 322) 중 적어도 일부(323)가 금속 산화물로 변화되는 두께를 조절할 수 있다. 이 때, 어닐링 공정을 통하여 금속층(321, 322) 중 적어도 일부(323)가 변화되는 금속 산화물은 FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 이와 같은 방법에 의해 제작된 MTJ 셀은 상하면에 금속층(321, 322)이 성막된 터널 배리어층(320)을 포함함으로써, 상하면에 금속층(321, 322)이 성막된 터널 배리어층(320)의 상하면에서의 계면 특성을 개선시켜, 저항 드리프트 현상을 억제할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 MTJ 셀 제작 방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 MTJ 셀 제작 시스템은 도 3에서 도시된 MTJ 셀 제작 방법과 일부 동일한 순서로 MTJ 셀을 제작하나, 자유층과 고정층의 위치를 바꾼 뒤집어진 구조의 MTJ 셀을 제작한다는 점에서 차이가 있다.
구체적으로, MTJ 셀 제작 시스템은 자유층(410)의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는 고정층(420)을 생성한다. 이 때, MTJ 셀 제작 시스템은 CoFeB, CoFe, FePt, Pt, Pd, 강자성을 갖는 소재로 이루어진 인공격자 또는 반금속 중 적어도 어느 하나를 포함하는 강자성체인 자성 박막층 또는 자성 박막층과 금속층의 복합층으로 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가되더라도, 고정된 기준 자화 방향을 갖도록 고정층(420)을 형성할 수 있다.
이 때, 도면에는 도시하지 않았지만, MTJ 셀 제작 시스템은 고정층(420)을 형성하기 이전에, 기판을 준비하고, 기판 위에 하부 버퍼층을 성막한 후, 하부 버퍼층이 성막된 기판 상에 고정층(420)을 형성할 수 있다.
이어서, MTJ 셀 제작 시스템은 고정층(420) 위에 금속 산화물로 터널 배리어층(430)을 형성한다. 이 때, MTJ 셀 제작 시스템은 자유층(410)과 고정층(420) 사이의 터널링 자기 저항 값을 도출하는 층으로서, FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다양한 소재의 금속 산화물과 같은 절연체로 고정층(420) 위에 터널 배리어층(430)을 형성할 수 있다. 여기서, MTJ 셀 제작 시스템은 터널 배리어층(430)의 상하면에 Fe, Al 또는 Mg 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다양한 소재의 금속층(431, 432)을 성막할 수 있다.
예를 들어, MTJ 셀 제작 시스템은 고정층(420) 위에 하부 금속층(431)을 성막한 후, 하부 금속층(431)이 성막된 고정층(420) 위에 터널 배리어층(430)을 형성하고, 그 위에 상부 금속층(432)을 성막함으로써, 상하면에 금속층(431, 432)이 성막되는 터널 배리어층(430)을 형성할 수 있다. 이 때, 터널 배리어층(430) 및 상하면에 성막되는 금속층(431, 432) 각각은 미리 설정된 두께에 따라 두께가 조절되어 형성될 수 있다.
그 다음, MTJ 셀 제작 시스템은 상하면에 금속층(431, 432)이 성막된 터널 배리어(430) 위에 인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 방향을 갖는 자유층(410)을 형성한다. 이 때, MTJ 셀 제작 시스템은 CoFeB, CoFe, FePt, Pt, Pd, 강자성을 갖는 소재로 이루어진 인공격자 또는 반금속 중 적어도 어느 하나를 포함하는 강자성체인 자성 박막층 또는 자성 박막층과 금속층의 복합층으로 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가될 때 조절되는 자화 방향을 갖도록 자유층(410)을 형성할 수 있다.
그 후, MTJ 셀 제작 시스템은 터널 배리어층(430)의 상하면에 성막되는 금속층(431, 432) 중 적어도 일부(433)를 금속 산화물로 변화시키기 위하여, 금속층(431, 432)이 상하면에 성막되는 터널 배리어층(430)에 대한 어닐링 공정을 수행할 수 있다.
여기서, MTJ 셀 제작 시스템은 금속 산화물로 변화되는 금속층(431, 432) 중 적어도 일부(433)를 포함하는 터널 배리어층(430)의 두께가 미리 설정된 두께 이하를 유지하도록 어닐링 공정을 통하여 금속층(431, 432) 중 적어도 일부(433)가 금속 산화물로 변화되는 두께를 조절할 수 있다. 이 때, 어닐링 공정을 통하여 금속층(431, 432) 중 적어도 일부(433)가 변화되는 금속 산화물은 FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 이와 같은 방법에 의해 제작된 MTJ 셀은 상하면에 금속층(431, 432)이 성막된 터널 배리어층(430)을 포함함으로써, 상하면에 금속층(431, 432)이 성막된 터널 배리어층(430)의 상하면에서의 계면 특성을 개선시켜, 저항 드리프트 현상을 억제할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 개선된 터널 배리어(tunnel barrier) 구조를 갖는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀 제작 방법에 있어서,
    인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 “‡향을 갖는 자유층을 생성하는 단계;
    상기 자유층 위에 금속 산화물로 터널 배리어층을 형성하는 단계; 및
    상기 터널 배리어층 위에 상기 자유층의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는 고정층을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 터널 배리어층을 형성하는 단계는
    상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계
    를 포함하며,
    상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계는
    상기 터널 배리어층의 상하면에 성막되는 금속층 중 금속 산화물로 변화되는 적어도 일부를 포함하는 상기 터널 배리어층의 두께가 미리 설정된 두께 이하를 유지하고, 상기 터널 배리어층의 하면에 성막되는 금속층 중 상기 금속 산화물로 변화되는 적어도 일부를 제외한 나머지의 두께가 부 바이어스(negative bias) 인가 시 트랩 투 트랩 터널링 영향을 최소화하는 두께로 조절되며, 상기 터널 배리어층의 상면에 성막되는 금속층 중 상기 금속 산화물로 변화되는 적어도 일부를 제외한 나머지의 두께가 정 바이어스(positive bias) 인가 시 트랩 투 트랩 터널링 영향을 최소화하는 두께로 조절되도록, 상기 금속층이 상하면에 성막되는 터널 배리어층에 대한 어닐링 공정을 수행하는 단계
    를 포함하는 MTJ 셀 제작 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 터널 배리어층을 형성하는 단계는
    상기 자유층 위에 FeO, AlO 또는 MgO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 산화물로 상기 터널 배리어층을 형성하는 단계인 MTJ 셀 제작 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계는
    상기 터널 배리어층 상하면에 Fe, Al 또는 Mg 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속층을 성막하는 단계
    를 포함하는 MTJ 셀 제작 방법.
  11. 개선된 터널 배리어(tunnel barrier) 구조를 갖는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 셀 제작 방법에 있어서,
    자유층의 조절되는 자화 방향에 대한 기준 자화 방향을 갖는 고정층을 생성하는 단계;
    상기 고정층 위에 금속 산화물로 터널 배리어층을 형성하는 단계; 및
    상기 터널 배리어층 위에 인가되는 전압에 기초하여 조절되는 자화 “‡향을 갖는 상기 자유층을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 터널 배리어층을 형성하는 단계는
    상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계
    를 포함하며,
    상기 터널 배리어층 상하면에 금속층을 성막하는 단계는
    상기 터널 배리어층의 상하면에 성막되는 금속층 중 금속 산화물로 변화되는 적어도 일부를 포함하는 상기 터널 배리어층의 두께가 미리 설정된 두께 이하를 유지하고, 상기 터널 배리어층의 하면에 성막되는 금속층 중 상기 금속 산화물로 변화되는 적어도 일부를 제외한 나머지의 두께가 부 바이어스(negative bias) 인가 시 트랩 투 트랩 터널링 영향을 최소화하는 두께로 조절되며, 상기 터널 배리어층의 상면에 성막되는 금속층 중 상기 금속 산화물로 변화되는 적어도 일부를 제외한 나머지의 두께가 정 바이어스(positive bias) 인가 시 트랩 투 트랩 터널링 영향을 최소화하는 두께로 조절되도록, 상기 금속층이 상하면에 성막되는 터널 배리어층에 대한 어닐링 공정을 수행하는 단계
    를 포함하는 MTJ 셀 제작 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000099923A (ja) 1998-09-17 2000-04-07 Sony Corp 磁気トンネル素子及びその製造方法
JP2002314164A (ja) 2001-02-06 2002-10-25 Sony Corp 磁気トンネル素子及びその製造方法、薄膜磁気ヘッド、磁気メモリ、並びに磁気センサ
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Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999067828A1 (fr) * 1998-06-22 1999-12-29 Sony Corporation Dispositif a effet tunnel magnetique, procede de fabrication de ce dernier et tete magnetique

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000099923A (ja) 1998-09-17 2000-04-07 Sony Corp 磁気トンネル素子及びその製造方法
JP2002314164A (ja) 2001-02-06 2002-10-25 Sony Corp 磁気トンネル素子及びその製造方法、薄膜磁気ヘッド、磁気メモリ、並びに磁気センサ
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