KR20040000634A - 열자기 자발 홀 효과를 이용한 자기 램 및 이를 이용한데이터 기록 및 재생방법 - Google Patents

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Abstract

열자기 자발 홀 효과를 이용한 자기 램 및 이를 이용한 데이터 기록 및 재생 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 자기 램은 MOS 트랜지스터와 이것의 소오스와 연결되고 데이터가 기록되는 메모리 층과 메모리 층을 가열하기 위한 히팅 수단과 데이터 기록시에 상기 메모리 층의 히팅된 영역의 자화 상태를 바꾸기 위해 자기장을 인가하도록 구비된 기록 라인을 구비한다. 이러한 본 발명을 이용하면, 고집적에 따른 코아시브티의 증가 및 셀의 열적 안정성 문제를 해소할 수 있고, 셀 저항이 작아서 초고속 동작이 가능하며, 제조 공정이 단순하여 제조 비용을 줄일 수 있다. 또한, 메모리 층의 자화 상태에 따른 자발 홀 전압차가 크기 때문에, 높은 데이터 센싱 마진을 갖는다.

Description

열자기 자발 홀 효과를 이용한 자기 램 및 이를 이용한 데이터 기록 및 재생 방법{MRAM using thermo-magnetic spontaneous hall effect and method for writing and reading data using the same}
본 발명은 자기 램(Magnetic RAM) 및 이를 이용한 데이터 기록 및 재생 방법에 관한 것으로써, 자세하게는 열자기 자발 홀 효과를 이용한 자기 램 및 이를 이용한 데이터 기록 및 재생 방법에 관한 것이다.
거대자기저항(GMR) 현상은 전자가 이웃한 자성층을 통과할 때 두 자성층의 자화배열이 평행이냐, 반평행이냐에 따라 박막의 저항값이 변화하는 것에 기인하는 것으로 스핀의존산란(spin-dependent scattering)으로 설명이 가능하다.
한편, 두 자성층 사이에 금속이 아닌 알루미늄 산화막(Al2O3)과 같은 절연막이 존재하는 경우에도 스핀의존전달현상이 나타나는데, 이를 투과자기저항(TMR Tunneling Magneto-Resistance)현상이라 한다.
종래의 자기 램은 이러한 GMR현상이나 TMR현상을 이용한 비휘발성(nonvolatile) 메모리(MRAM) 소자이다. 따라서, 자기 램에 기록된 정보는 DRAM이나 SRAM 등과 같은 메모리 소자와 달리 전원이 꺼진 상태에서도 유실되지 않는다.
GMR 메모리 소자는 보자력이 큰 핀드 레이어(pinned layer)와 보자력이 작은자유층(free layer)으로 구성된 스핀-밸브(spin-valve) 구조를 가지고 있다. 정보의 기록은 워드 라인(word line) 및 비트 라인(bit line)에 가해지는 전류에 의해 생성되는 자기장에 따라 상기 자유층의 스핀방향을 바꾸어 줌으로써, 이루어지고, 정보의 판독은 워드 라인에 전류를 가하고 비트 라인을 통해 저항을 측정함으로써 이루어진다.
TMR 메모리 소자는 GMR 메모리 소자에 비해 자기저항이 커서 신호가 크고, 전력소모가 작은 장점이 있는 반면, 저항이 106 Ωμm2 정도로 아주 크기 때문에, 사이즈가 작아질 경우 작동 시간이 길어지고 잡음이 증가되는 단점이 있다.
이러한 종래의 자기 램들은 공통적으로 셀 사이즈가 섭-미크론(sub-micron) 이하로 줄어들 경우, 코아시브티(coercivity)가 증가되고, 셀의 열적 안정성에 대한 문제점이 발생되어 고집적화가 극히 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 고집적이 가능하고 초고속 동작이 가능하며 제작 공정이 단순하여 제조 비용도 낮출 수 있는 열자기 자발 홀 효과를 이용한 자기 램을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 자기 램을 이용한 데이터 기록 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 자기 램을 이용한 데이터 재생 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 열자기 자발 홀 효과를 이용한 자기 램을 구성하는 단위 메모리 셀에 대한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1에 도시한 단위 메모리 셀에 데이터 "1" 및 "0"을 기록하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 및 도 5는 각각 도 1에 도시한 단위 메모리 셀에 기록된 데이터 "1" 및 "0"을 재생(읽는)하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
40:기판 42:접지
44:상호연결 금속배선 46:제1 절연층
48:열 차단막 50:히팅 수단
52:메모리층 52a:셀 영역
54:제2 절연층 56:기록라인(write line)
D:드레인 S:소오스
G:게이트 WL:워드 라인
BL:비트 라인 Iw:기록전류
Ir:재생전류 Ih:히팅 전류
B:자기장 Sd:스핀 방향
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 절연막을 사이에 두고 MOS 트랜지스터의 소오스와 연결된 히팅 수단; 상기 히팅 수단 상에 형성되어 "1" 또는 "0"이 기록되는 메모리 층; 상기 메모리 층상에 형성되어 있되, 상기 히팅 수단을 지나도록 형성된 비트라인; 비트 라인과 메모리 층을 덮는 층간 절연막; 및 상기 층간 절연막 상에 형성되어 상기 메모리 층의 적어도 상기 히팅 수단 상에 형성된 부분에 데이터 기록을 위한 자기장을 발생시키는 데이터 기록 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 자발 홀 효과를 이용한 자기 램을 제공한다.
상기 히팅 수단은 MOS 트랜지스터의 게이트와 연결된 워드 라인 위쪽에 구비되어 있다.
상기 히팅 수단은 전류에 의해 히팅되는 물질층으로써, 예를 들면 니켈과 크롬을 포함하는 합금층(NiCr), 티타늄 알루미늄 나이트라이드(TiAlN)층 등이 될 수 있다.
상기 메모리 층은 비정질 희토류 전이 금속층(Amorphous rare earth(ER)-transition metal(TM))인 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 데이터가 기록되는 메모리 층이 구비된 메모리 셀을 선택하는 단계; 및 상기 메모리 층의 자화 상태가 상자성이 될 때까지 상기 메모리 층을 가열하여 데이터를 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 데이터가 기록되는 메모리 층이 구비된 메모리 셀을 선택하는 단계; 상기 선택된 셀의 상기 메모리 층의 자화 상태가 상자성이 될 때까지 상기 메모리 층을 가열하는 단계; 및 상기 가열된 메모리 층의 자화 상태를 강자성으로 바꾸어 데이터를 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 데이터가 기록된 메모리 층을 포함하는 메모리 셀을 선택하는 단계; 상기 선택된 셀의 상기 메모리 층에 재생 전류를 인가하는 단계; 및 상기 메모리 층의 자발 홀 전압(VH)을 측정하는 상기 메모리 층에 기록된 데이터를 읽는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 재생 방법을 제공한다.
이러한 본 발명을 이용하면, 고집적에 따른 코아시브티의 증가 및 셀의 열적 안정성 문제를 해소할 수 있고, 셀 저항이 작아서 초고속 동작이 가능하며, 제조 공정이 단순하여 제조 비용을 줄일 수 있다. 또한, 메모리 층의 자화 상태에 따른 자발 홀 전압차가 크기 때문에, 높은 데이터 센싱 마진을 갖는다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 열자기 자발 홀 효과를 이용한 자기 램 및 이를 이용한 데이터 기록 및 재생 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 자기 램은 자성 물질인 비정질 희토류 전이 금속(이하, 비정질 RT-TM이하 함)으로 데이터가 기록되는 메모리 층을 형성한 것으로 상기 메모리 층의 자화 상태에 따라 변하는 자발 홀 효과를 이용한 것이다. 곧, 상기 메모리 층의 자화 상태에 따라 상기 메모리 층의 홀 전압이 달라지는데, 본 발명의실시예에 의한 자기 램은 데이터를 기록하고 재생하는데 이것을 이용한다.
상기한 자발 홀 효과는 자성 물질의 고유 특성으로 자성 물질내의 자유 전자와 자기 모멘트의 상호 작용인 스핀-궤도(spin-orbit) 상호 작용에 기인한다. 자성 물질 내에서의 자발 홀 효과는 로렌쯔 힘(Lorentz force)에 의한 홀 효과(이하, 정상 홀 효과라 함)에 비해 상당히 크다. 특히, 비정질 RE-TM에서의 자발 홀 효과는 정상 홀 효과에 비해 수천배 이상 크기 때문에, 본 발명의 실시예에서 정상 홀 효과에 의한 홀 전압은 무시할 수 있다.
상기 메모리 층에서의 자발 홀 효과는 메모리 층의 자화 상태에 따라 달라진다. 곧, 상기 메모리 층의 자발 홀 효과는 상기 메모리 층의 자화 상태가 상자성 상태(paramagnetic state)일 때와 강자성 상태(ferromagnetic state)일 때 크게 달라진다.
상기 메모리 층이 비정질 RE-TM으로 형성된 경우에 상기 메모리 층이 큐리점 이상으로 가열되면, 상기 메모리 층의 자화 상태는 전자들의 스핀 방향이 임의 방향이 되는 상자성 상태가 되어, 상기 메모리 층의 자발 홀 효과에 기인한 자발 홀 전압은 낮아지게 된다. 이와 같이, 상기 메모리 층의 자화 상태가 상자성 상태일 때, 외부에서 자기장을 인가하는 경우, 상기 메모리 층의 전자들은 상기 외부 자기장을 따라 특정한 방향으로 정렬하게 된다. 곧, 상기 메모리 층의 전자들의 스핀 방향은 상기 외부 자기장의 방향과 평행하게 되어 상기 메모리 층의 자화 상태는 강자성 상태가 되고, 그 결과 상기 메모리 층의 자발 홀 효과에 기인한 자발 홀 전압은 상기 메모리 층의 자화 상태가 상자성 상태일 때에 비해 훨씬 높아지게 된다.
본 발명은 상기 메모리 층의 이러한 특성을 이용하여 데이터 "0" 또는 "1"을 기록하거나 재생하는 자기 메모리 소자 및 이를 이용한 데이터 기록 및 재생 방법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 자기 램에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 자기 램은 비트 단위로 데이터가 기록되는 복수의 단위 셀로 구성되는데, 도 1은 상기 단위 셀의 구성을 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 자기 램을 구성하는 단위 셀은 상부 및 하부 구조물(P1, P2)로 구성된다. 상부 및 하부 구조물(P1, P2)의 경계에 히팅 수단(50)이 구비되어 있다.
하부 구조물(P2)은 MOS 트랜지스터(예컨대, NMOS 트랜지스터)와 상기 MOS 트랜지스터의 불순물 영역, 예컨대 소오스 영역(S)과 히팅 수단(50)을 전기적으로 연결하는 금속 배선(44)을 포함한다. 금속배선(44)은 다양한 도전성 배선이 될 수 있는데, 예를 들면 알루미늄 배선 또는 도핑된 폴리 실리콘 배선이 될 수 있다. 하부 구조물(P2)에서 참조부호 G 및 D는 각각 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 및 드레인을 나타낸다. 또한, WL은 게이트(G)에 연결된 워드 라인을, 참조번호 40 및 42는 각각 상기 MOS 트랜지스터가 형성된 기판 및 드레인(D)에 연결된 접지선을 나타낸다. 히팅 수단(40)과 연결된 금속배선(44)과 워드 라인(WL)사이에 제1 절연막(46)이 형성되어 있다.
상부 구조물(P1)은 데이터 "0" 또는 "1"이 기록되는 영역을 갖고 있고 워드 라인(WL)과 나란한 메모리 층(52), 메모리 층(52)과 교차하도록 구비되어 메모리층(52)에 기록된 데이터를 스위칭시키는 비트 라인(BL), 메모리 층(52) 및 비트라인(BL)을 덮는 제2 절연막(54) 및 메모리 층(52)과 나란하게 제2 절연막(54) 상에 구비된 쓰기 라인(56)을 포함한다. 메모리 층(52)의 데이터가 기록되는 영역(52a, 데이터 기록 영역이라 함)에 데이터를 기록하기 위해서는 히팅 수단(50)에 의해 데이터 기록 영역(52a)을 주어진 온도 이상으로(바람직하게는 큐리점 이상으로)가열한 다음, 기록하고자 하는 데이터에 따라 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태를 결정하여 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압을 결정하여야 한다.
예를 들면, 기록하고자 하는 데이터가 "1"인 경우, 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태를 강자성 상태로 하여 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압을 크게 한다. 반면, 기록하고자 하는 데이터가 "0"인 경우, 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태를 상자성 상태로 하여 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압을 작게 한다. 상기 두 경우는 서로 반대가 될 수 있다. 곧, 기록하고자 하는 데이터가 "1"인 경우에 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압을 작게 하고, 데이터가 "0"인 경우에 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압을 크게 한다.
이와 같이, 메모리 층(52)의 데이터 기록 영역(52a)에 데이터를 기록하는 과정에서 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태는 기록 라인(56)에 의해 결정되므로, 결국, 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압도 기록 라인(56)에 의해 결정된다.
곧, 데이터 기록 영역(52a)에 데이터 "1"을 기록할 때, 주어진 온도 이상으로 히팅된 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태를 강자성 상태로 만들기 위해 기록 라인(56)에 주어진 값의 전류를 인가한다. 이 결과, 기록 라인(56) 둘레에 상기 주어진 값의 전류에 비례하는 세기를 갖는 자기장이 형성되고, 데이터 기록 영역(52a)은 상기 자기장 속에 놓이게 된다. 상기 히팅된 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태는 상자성 상태이기 때문에, 상기 자기장이 상기 상자성 상태의 데이터 기록 영역(52a)을 통과하는 경우, 데이터 기록 영역(52a)의 전자들의 스핀 방향은 상기 자기장을 따라 정렬하게 된다. 이 결과, 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태는 상기 상자성 상태에서 강자성 상태로 되어 자발 홀 전압이 크게 되고, 이러한 데이터 기록 영역(52a)은 데이터 "1"이 기록된 것으로 간주된다.
반면, 데이터 기록 영역(52a)에 데이터 "0"을 기록할 때는 기록 라인(56)에 전류가 인가되지 않으므로, 기록 라인(56) 둘레에 자기장이 형성되지 않는다. 이와 같이, 데이터 "1"을 기록할 때와 달리 데이터 "0"을 기록할 때는 데이터 기록 영역(52a)을 통과하는 자기장은 없기 때문에, 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태는 히팅되었을 때의 상자성 상태가 그대로 유지되어 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압은 낮아지게 된다. 이와 같이 데이터 기록 영역(52)의 자발 홀 전압이 낮아진 상태를 데이터 "0"이 기록된 것으로 간주한다.
메모리 층(52)은 비정질의 RE-TM층으로써, 바람직하게는 테르븀(Tb)과 코발트(Co)를 포함하는 합금층(TbCo)이다. 메모리 층(52)의 상기 데이터가 기록되는 영역(52a)은 히팅 수단(50) 바로 위에 위치하고 히팅 수단(50)과 접촉되어 있다. 제2 절연막(54)은 실리콘 산화막이지만, 다른 절연막일 수 있다. 히팅 수단(50)은 하부 구조물(P2)의 MOS 트랜지스터로부터 히팅 수단(50) 및 비트 라인(BL)을 통해 흐르는 전류에 의해 가열되어, 메모리 층(52)의 데이터 기록 영역(52a)을 가열시키는물질층으로써, 데이터 기록 영역(52a)을 주어진 시간에 주어진 온도이상으로(메모리 층(52)이 테르븀과 코발트의 합금층인 경우, 250℃ 이상으로), 바람직하게는 가능한 짧은 시간에 큐리점(curie point) 이상으로 가열시킬 수 있는 물질층인 것이 바람직하다. 일예로써, 이러한 히팅 수단(50)은 니켈 크롬(NiCr) 합금층이나 티타늄 알루미늄 나이트라이드(TiAlN)층이 될 수 있다.
다음에는 상술한 바와 같은 자기 램에 데이터를 기록하는 방법과 기록된 데이터를 재생하는 방법을 순차적으로 설명한다.
데이터 "1"을 기록하는 방법
도 2는 데이터 "1"이 기록되는 과정을 보여주는 개념도로써, 도 1에 도시한 자기 램의 히팅 수단(50)을 가열하기 위해 인가되는 전류(Ih)의 흐름과 쓰기 라인(56)에 인가되는 전류(Iw)에 의해 데이터 기록 영역(52a)에 형성되는 자기장(B)을 보여준다.
도 2를 참조하면, 하부 구조물(P2)의 MOS 트랜지스터로부터 히팅 수단(50)을 거쳐 비트 라인(BL)으로 흐르는 전류(Ih, 이하 히팅 전류라 함)를 인가한다. 이때, 히팅 전류(Ih)은 히팅 수단(50)에 의해 메모리 층(52)이 적어도 큐리점 이상으로 가열될 수 있을 정도로 인가하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 메모리 층(52)이 TbCo층인 경우, 히팅 전류(Ih)는 히팅 수단(50)에 의해 메모리 층(52)이 주어진 시간동안 적어도 250℃이상으로 가열될 수 있을 만큼 인가하는 것이 바람직하다. 히팅 전류(Ih)에 의해 히팅 수단(50)이 가열되어 데이터 기록 영역(52a)이 자신의 큐리점 온도 이상으로 가열되면, 기록 라인(56)에 주어진 전류(Iw, 이하 기록 전류라함)를 인가하여 기록 라인(56) 둘레에 자기장(B)을 형성한다. 이때, 기록 라인(56)에 인가하는 기록 전류(Iw)는 히팅되어 상자성 상태인 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태를 강자성 상태로 바꿀 수 있을 만큼 충분한 세기를 갖는 자기장(B)이 데이터 기록 영역(52a)에 형성될 수 있을 정도로 인가하는 것이 바람직하다. 도 2에서 참조부호 Sd는 이러한 자기장(B)에 의해 자기장(B) 방향으로 정렬된 데이터 기록 영역(52a)의 전자들의 전체 스핀 방향을 나타낸다. 이와 같이, 데이터 기록 영역(52a)의 전자들의 스핀 방향이 자기장(B)의 방향을 따라 정렬됨으로써, 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태는 강사성 상태가 되고, 이러한 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압은 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태가 상자성일 때보다 훨씬 크게 된다. 이와 같이 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압이 크진 상태를 데이터 "1"이 기록된 것으로 한다.
데이터 "0"을 기록하는 방법
도 3에 도시한 바와 같이, 히팅 전류(Ih)를 흘려서 히팅 수단(50)을 가열하여 메모리 층(52)의 데이터 기록 영역(52a)을 주어진 온도 이상으로 가열한다. 이 과정은 상기한 데이터 "1"을 기록할 때와 동일하다. 그러나 데이터 "0"을 기록할 때는 데이터 기록 영역(52a)이 가열된 후, 기록 라인(56)에 별도의 전류를 인가하지 않는다. 곧, 가열된 데이터 기록 영역(52a)에 자기장을 인가하지 않는다. 이에 따라, 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태는 전자들의 스핀 방향이 특정한 방향으로 정렬되지 않는 상태, 곧 상자성 상태가 된다. 상자성 상태의 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압은 강자성 상태일 때에 비해 훨씬 작다. 이와 같이 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압이 작아진 상태를 데이터 "0"이 기록된 것으로 한다.
상술한 데이터 기록 방법에서, 데이터 "1"을 기록하는 방법과 데이터 "0"을 기록하는 방법은 반대가 될 수 있다. 곧, 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압이 큰 경우를 데이터 "0"이 기록된 것으로 하고, 자발 홀 전압이 작은 경우를 데이터 "1"이 기록된 것으로 해도 무방하다.
다음에는 도 1에 도시한 자기 램의 데이터 기록 영역(52a)에 기록된 데이터를 재생(read)하는 방법에 대해 설명한다. 이때, 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압이 큰 경우를 데이터 "1"이 기록된 것으로 하고, 자발 홀 전압이 작은 경우를 데이터 "0"이 기록된 것으로 한다. 이와 반대인 경우도 무방하다.
데이터 "1"을 재생하는 방법
도 4에 도시한 바와 같이, 메모리 층(52)에 재생 전류(Ir)를 인가한 다음, 데이터 기록 영역(52a)의 상부 및 하부사이의 자발 홀 전압(Vh)을 측정한다. 이때, 데이터 기록 영역(52a)의 전자 스핀 방향(Sd)은 데이터 "1"을 기록할 때 인가된 자기장의 방향으로 정렬되어 있기 때문에, 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태는 강자성 상태이다. 따라서 상기 측정된 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압(Vh)은 큰 값으로 측정된다.
데이터 "0"을 재생하는 방법
도 5에 도시한 바와 같이, 메모리 층(52)에 재생 전류(Ir)를 인가한 다음, 데이터 기록 영역(52a)의 상부 및 하부사이의 자발 홀 전압(Vh1)을 측정한다. 이때, 데이터 기록 영역(52a)에는 데이터 "1"이 기록된 경우와 달리 전자들의 정렬된 스핀 방향이 없다. 곧, 데이터 "0"이 기록된 경우, 데이터 기록 영역(52a)에 포함된 전자들의 각 스핀 방향은 임의이기 때문에, 데이터 기록 영역(52a) 전체로 보았을 때는 특정한 방향으로 정렬된 전자 스핀은 없고, 따라서 데이터 기록 영역(52a)의 자화 상태는 상자성 상태가 된다. 그러므로, 상기 측정된 데이터 기록 영역(52a)의 자발 홀 전압(Vh1)은 데이터 "1"을 측정할 때보다 훨씬 작은 값으로 측정된다.
상기한 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, 하부 구조물에서 MOS 트랜지스터를 다양한 것으로 대체할 수 있을 것이고, 상부 및 하부 구조물에서 절연막을 다층막으로 구성할 수도 있을 것이다. 이러한 본 발명의 다양한 변형 가능성 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 자기 램은 고집적에 따른 코아시브티의 증가 및 셀의 열적 안정성 문제를 개선할 수 있고, 셀 저항이 작기 때문에 초고속 동작이 가능하다. 그리고 기존의 반도체 제조 공정을 그대로 적용할 수 있는 단순한 구조이기 때문에 제조 비용을 줄일 수 있다. 또, 메모리 층의 자화 상태에 따른 자발 홀 전압차가 크다는 사실을 이용하여 데이터를 기록하고 또한 재생하기 때문에 높은 데이터 센싱 마진을 갖는다.

Claims (16)

  1. 절연막을 사이에 두고 MOS 트랜지스터의 소오스와 연결되도록 상기 MOS 트랜지스터 상에 형성된 히팅 수단;
    일부가 상기 히팅 수단 상에 형성되어 있고 상기 일부에 데이터가 기록되는 메모리 층;
    상기 메모리 층의 상기 데이터가 기록되는 부분을 지나도록 형성된 비트라인;
    상기 비트 라인 및 메모리 층을 덮는 층간 절연막; 및
    적어도 상기 메모리 층의 상기 데이터가 기록되는 부분에 데이터 기록에 필요한 자기장을 발생시키도록 상기 층간 절연막 상에 형성된 데이터 기록 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 자발 홀 효과를 이용한 자기 램.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 히팅 수단은 MOS 트랜지스터의 게이트 바로 위쪽에 구비된 것을 특징으로 하는 자발 홀 효과를 이용한 자기 램.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 히팅 수단은 전류에 의해 히팅되는 물질층으로써, 니켈과 크롬을 포함하는 합금층 또는 티타늄 알루미늄 나이트라이드(TiAlN)층인 것을 특징으로 하는 자발 홀 효과를 이용한 자기 램.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 메모리 층은 비정질 희토류 전이 금속층(Amorphous rare earth(ER)-transition metal(TM))인 것을 특징으로 하는 자발 홀 효과를 이용한 자기 램.
  5. 데이터가 기록되는 메모리 층이 구비된 메모리 셀을 선택하는 단계; 및
    상기 메모리 층의 자화 상태가 상자성이 될 때까지 상기 메모리 층을 가열하여 데이터를 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 메모리 층은 그 하부에 구비된 히팅 수단을 이용하여 가열하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 히팅 수단에 전류를 통과시켜 상기 메모리 층을 가열하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  8. 제 5항 내지 제 7 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 메모리 층은 비정질 희토류 전이 금속층인 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 히팅 수단은 니켈과 크롬을 포함하는 합금층 또는 티타늄 알루미늄 나이트라이드(TiAlN)층인 것을 특징으로 하는 데이터기록 방법.
  10. 데이터가 기록되는 메모리 층을 구비하는 메모리 셀을 선택하는 단계;
    상기 메모리 층의 자화 상태가 상자성이 될 때까지 상기 메모리 층을 가열하여 데이터를 기록하는 단계; 및
    상기 메모리 층의 자화 상태를 강자성으로 바꾸어 데이터를 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 메모리 층은 그 하부에 구비된 히팅 수단을 이용하여 가열하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 히팅 수단에 전류를 통과시켜 상기 메모리 층을 가열하는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  13. 제 10항 내지 제 12 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 메모리 층은 비정질 희토류 전이 금속층인 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 히팅 수단은 니켈과 크롬을 포함하는 합금층 또는 티타늄 알루미늄 나이트라이드(TiAlN)층인 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 메모리 층 위로 상기 메모리 층과 평행하게 전류를 통과시켜 상기 메모리 층의 자화 상태를 상자성에서 강자성으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 데이터 기록 방법.
  16. 데이터가 기록된 메모리 층을 포함하는 메모리 셀을 선택하는 단계;
    상기 선택된 셀의 상기 메모리 층에 재생 전류를 인가하는 단계; 및
    상기 메모리 층의 자발 홀 전압(VH)을 측정하여 상기 메모리 층에 기록된 데이터를 읽는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 재생 방법.
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