KR20190046653A - 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
반도체 장치가 제공된다. 반도체 장치는, 기판, 기판 상에 배치되고, (001) 방향으로 배향되는 MnN 층 및 MnN 층 상에 배치되어 MnN 층과 접하고, 자기 터널 접합의 일부를 형성하는 자기층(magnetic layer)을 포함하고, 자기층은, 망간(Mn)을 포함하는 호이슬러 화합물(Heusler compound)을 포함하고, 자기층은 강자성(ferromagnetic) 및 페리 자성(ferrimagnetic) 중 어느 하나를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 자기 터널 접합 자기 저항 장치(magnetic tunnel junction magnetoresistive device) 및 자기 터널 접합 자기 저항 장치를 포함하는 자기 랜덤 액세스 메모리(magnetic random access memory)에 관한 것이다.
MRAM(자기 랜덤 액세스 메모리, Magnetic Random Access Memory) 장치는, 메모리 구성 요소로, 자기 터널 접합(MTJ; Magnetic tunnel junction)에 이용될 수 있다. 자기 터널 접합은 터널 베리어에 의해 분리되는 적어도 두 개의 자기 전극을 포함할 수 있다. 전극 중 어느 하나는, 방향이 고정된 자기 모멘트(magnetic moment)를 가질 수 있고, 전극 중 다른 하나(예를 들어, 자유층 또는 메모리 층)는 고정된 자기 모멘트와 평행 또는 역평행한 방향을 갖는 모멘트를 가질 수 있다. 따라서, 자기 터널 접합은, 서로 다른 두 개의 상태를 가질 수 있다.
이러한 자기 터널 접합의 두 개의 상태는, 스핀 분극된 터널링 전류에 대해, 서로 매우 상이한 저항값을 가질 수 있다. 자기 터널 접합 소자가 두 개의 와이어 또는 두 개의 전극 사이에 배치되었을 때, 스핀 전송 토크(spin transfer torque)를 이용하여 자기 터널 접합의 (변화된) 상태를 기록 및/또는 저항 상태를 판독하기 위해, 전류가 전극들 사이에 흐를 수 있다.
자기 터널 접합의 영역은, 기존 CMOS 기술의 각 기술 노드와 일치하도록 조정될 수 있다. 자기 터널 접합의 영역이 축소되면서, 열적 변동(thermal fluctuation)으로부터 고정층에 대해 자유층의 회전을 위한 에너지 베리어는 감소될 수 있다. 이는 전극들이 불충분한 높은 에너지 베리어를 갖는 물질로 구성되는 경우 문제가 될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 호이슬러 화합물을 이용하여, MnN 층이 (001) 방향을 갖도록 할 수 있는 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
높은 에너지 베리어를 갖는 새로운 물질은, MRAM 장치에 이용되기 위해 개시될 수 있다. 높은 이방성 에너지는, 에너지 베리어가 자유층의 자기 이방성과 직접적으로 연관되기 때문에, 본 명세서에 개시된 호이슬러 화합물(Heusler compound)과 같은, 본래의 자기 결정 이방성(magnetic crystal anisotropy)을 갖는 물질로부터 실현될 수 있다.
호이슬러 화합물의 화학식은, X2YZ 또는 X'X''YZ일 수 있다. 여기서, X, X', X'', 및 Y는 천이 금속 또는 란탄 계열 원소(lanthanide)(희토류(rare earth metals))일 수 있고, Z는 주요 그룹 금속일 수 있다. 본 명세서에 개시된 호이슬러 화합물은, X, X', X'' 및/또는 Y 사이트(site)에서 자기 모멘트들간의 상호 교환에 의존하는, 강자성(ferromagnetic) 또는 페리 자성(ferrimagnetic)일 수 있다. 나아가, 대부분의 호이슬러 화합물은 입방체(cubic)이고, 약하거나 현저하지 않은 자기 이방성을 나타내지만, 몇몇 호이슬러 화합물은 정방정계로(tetragonally) 왜곡되어 있을 수 있다. 이러한 왜곡으로 인해, 이러한 화합물들에 의해 나타나는 자화(magnetization)는, 정방정계 축(tetragonal axis)을 따라 정렬될 수 있다. 따라서, 이러한 물질로부터 형성된 박막은, 정방정계로 왜곡된 구조와 연관된 자기 결정 이방성(magnetocrystalline anisotropy)으로 인해, PMA(perpendicular magnetic anisotropy)를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 이용될 수 있는 적절한 정방정계 호이슬러 화합물의 몇몇 예시는, 2원 화합물 및 3원 화합물(ternary compound)을 포함할 수 있다. 2원 화합물은 예를 들어, Mn3Z (여기서, Z는 Ge, Ga, Sn, 및 Sb 중 어느 하나)일 수 있고, 3원 화합물은 예를 들어, Mn2CuSb, Mn2CoSn, Mn2OsSn 등일 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 거대한 수직 자기 이방성을 갖는 경질 자석으로서 이용되는 호이슬러 합금을 갖는 이상적인 스택을 포함하는 반도체 장치를 도시한 도면이다. 이러한 반도체 장치는, (희토류의 이용을 피함으로써) 경질 자석을 위한 대체물, 자기 디스크 드라이브의 저장층, 및 자기 터널 접합의 고정층과 같은, 여러 응용 분야에서 이용될 수 있다.
MRAM에 적용시키기 위해, 호이슬러 합금의 두께는 매우 얇아야 한다. 왜냐하면, 호이슬러 합금의 두께가 매우 얇아야 스핀 전송 토크에 의해 스위칭될 수 있고, 감자(demagnetizing) 영역이 최소화될 수 있기 때문이다. 따라서, 호이슬러 합금은 전기적 연결을 제공하기 위해, 하부층 상에서 성장될 수 있다. 하부층은 또한, 호이슬러 층의 자화가 그 층의 평면에 수직인 높은 PMA를 유지하는 적절한 결정 방향을 갖으며 호이슬러 층이 성장될 수 있도록 촉진하는 데에 이용될 수 있다. 상당한 PMA를 갖는 호이슬러 화합물은 일반적으로, 그들의 입방 구조체로부터 정방정계로 왜곡된 것을 보여준다. 따라서, 호이슬러 층은 정방정계 축이 호이슬러 층에 대해 수직하도록 성장될 수 있다. 본 명세서에 개시된 호이슬러 화합물은, Mn(망간)을 함유하는 2원 또는 3원 합금으로부터 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 명세서에 개시된 시드 층(seed layer)은, 성장 평면에 대해 수직인 정방정계 축(즉, c축)에 대해 요구되는 결정 방향을 제공하기 위해, 배향된(oriented) 호이슬러 화합물의 성장에 이용될 수 있다. 시드 층은, 질소가 가벼운 원소이기 때문에 선호되는 후보 물질인 MnN, 즉 가벼운 원소를 포함할 수 있다. 나아가, MnN은 4.01 
의 격자 상수를 갖는 단순한 입방 구조를 가지며, Mn계 정방정계 호이슬러 화합물의 격자 상수와 거의 일치할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치는, 기판, 기판 상에 배치되고, (001) 방향으로 배향되는 MnN 층 및 MnN 층 상에 배치되어 MnN 층과 접하고, 자기 터널 접합의 일부를 형성하는 자기층(magnetic layer)을 포함하고, 자기층은, 망간(Mn)을 포함하는 호이슬러 화합물(Heusler compound)을 포함하고, 자기층은 강자성(ferromagnetic) 및 페리 자성(ferrimagnetic) 중 어느 하나를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치는, 적어도 100개의 어레이를 포함하고, 상기 적어도 100개의 어레이 중 어느 하나는, 기판, 상기 기판 상에 배치되고, (001) 방향으로 배향되는 MnN 층, 상기 MnN 층 상에 배치되어 상기 MnN 층과 접하는 자기층(magnetic layer), 상기 자기층 상의 터널 베리어, 및 상기 터널 베리어 상의 제1 전극을 포함하는 자기 터널 접합, 상기 자기 터널 접합 상에 배치되어, 상기 자기 터널 접합과 접하는 캡핑 층 및 상기 MnN 층과 접하는 제2 전극을 포함하고, 상기 자기층은, 망간(Mn)을 포함하는 호이슬러 화합물(Heusler compound)을 포함하고, 상기 자기층은 강자성(ferromagnetic) 및 페리 자성(ferrimagnetic) 중 어느 하나이고, 상기 제1 전극은 자성이고, 상기 어레이는 메모리 장치를 형성하기 위해 상호 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 방법은, 적어도 100개의 어레이의 제1 전극에 데이터를 기록하는 방법을 포함하고, 상기 적어도 100개의 어레이 중 어느 하나는, 기판, 상기 기판 상에 배치되고, (001) 방향으로 배향되는 MnN 층, 상기 MnN 층 상에 배치되어 상기 MnN 층과 접하는 자기층(magnetic layer), 상기 자기층 상의 터널 베리어, 및 상기 터널 베리어 상의 상기 제1 전극을 포함하는 자기 터널 접합, 상기 자기 터널 접합 상에 배치되어, 상기 자기 터널 접합과 접하는 캡핑 층 및 상기 MnN 층과 접하는 제2 전극을 포함하고, 상기 자기층은, 망간(Mn)을 포함하는 호이슬러 화합물(Heusler compound)을 포함하고, 상기 자기층은 강자성(ferromagnetic) 및 페리 자성(ferrimagnetic) 중 어느 하나이고, 상기 제1 전극은 자성이고, 상기 어레이는 메모리 장치를 형성하기 위해 상호 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되고, (001) 방향으로 배향되는 MnN 층 및 상기 MnN 층 상에 배치되어 상기 MnN 층과 접하는 자기층(magnetic layer)을 포함하고, 상기 자기층은, 망간(Mn)을 포함하는 호이슬러 화합물(Heusler compound)을 포함하고, 상기 자기층은 강자성(ferromagnetic) 및 페리 자성(ferrimagnetic) 중 어느 하나일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 거대한 수직 자기 이방성을 갖는 경질 자석으로서 이용되는 호이슬러 합금을 갖는 이상적인 스택을 포함하는 반도체 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 스퍼터 가스(sputter gas)에서의 Ar:N2 비율을 달리하여 성장된 MnN 박막에 대해 RBS(Rutherford backscattering)에 의해 결정된 Mn:N 비율을 보여주는 도면이다.
도 3은 200
의 두께를 갖는 MnN 박막에 대해, 스퍼터 가스의 N2의 함유량에 MnN의 증착 비율이 의존된다는 것을 보여주는 도면이다.
도 4는 Si(100) / 250
SiO2 기판의 20 
두께의 MnN 시드 층에서 성장한 IrMn3(위에서 두번째) 및 Cr(밑에서 두번째)의, 150 
두께의 박막의 평면 외 x 선 회절 쎄타-2쎄타 스캔(out-of plane x-ray diffraction theta-2theta scan )을 보여준다. 도 4에는 비교를 위해, MnN 시드 층이 없는 Si(100) / 250 
SiO2 기판의 직접 위에서 성장된 100 
의 IrMn3(최상부의 그래프) 및 150 
의 Cr(최하부의 그래프)의 XRD(X-ray diffraction) 스캔이 포함되어 있다.
도 5는 서로 다른 100
두께의 질화물 시드 층 상에서 성장된 200 
두께의 Mn3Sn 호이슬러 화합물의 X 선 회절 쎄타-2쎄타 스캔을 나타낸다. 질화물 시드 층은 비정질 SiO2의 직접 위에 실온에서 증착될 수 있고, Mn3Sn 박막은 200℃에서 기판에 증착될 수 있다.
도 6의 왼쪽 도면은 도 5의 MnN/Mn3Sn 샘플에 상응하는 HR-TEM 이미지를 나타내는 도면이다. 도 6의 오른쪽 도면은 도 6의 왼쪽 도면의 표시된 영역을 확대한 확대도이다. 도 6의 오른쪽 도면의 표시된 영역은, 두 개의 층 간의 경계를 대략적으로 나타내는 것일 수 있다.
도 7은 실온에서 측정된, 도 5의 Mn3Sn 호이슬러 화합물의 자화에 대한 수직 자기장 히스테리시스 루프를 보여주는 도면이다.
도 8a는, 평면 외 x 선 회절 쎄타-2쎄타 스캔을 나타내는 도면이다. 도 8a는 MgO(002)와 MnN(002)의 회절 피크 부분의 스캔을 확대한 확대도를 포함한다.
도 8b는 실온에서 MgO (001) 기판 상에 증착된 200
두께의 MnN 박막의 AFM(atomic force microscopy) 스캔을 나타내는 도면이다. 도 8b로부터 측정된 RMS 값은, 2.2
일 수 있다.
도 9는 호이슬러 층 및 MnN 시드 층을 포함하는 자기 터널 접합 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 층에 대한 레이스트랙(racetrack)을 나타낸 도면이다.
도 2는 스퍼터 가스(sputter gas)에서의 Ar:N2 비율을 달리하여 성장된 MnN 박막에 대해 RBS(Rutherford backscattering)에 의해 결정된 Mn:N 비율을 보여주는 도면이다.
도 3은 200
도 4는 Si(100) / 250
도 5는 서로 다른 100
도 6의 왼쪽 도면은 도 5의 MnN/Mn3Sn 샘플에 상응하는 HR-TEM 이미지를 나타내는 도면이다. 도 6의 오른쪽 도면은 도 6의 왼쪽 도면의 표시된 영역을 확대한 확대도이다. 도 6의 오른쪽 도면의 표시된 영역은, 두 개의 층 간의 경계를 대략적으로 나타내는 것일 수 있다.
도 7은 실온에서 측정된, 도 5의 Mn3Sn 호이슬러 화합물의 자화에 대한 수직 자기장 히스테리시스 루프를 보여주는 도면이다.
도 8a는, 평면 외 x 선 회절 쎄타-2쎄타 스캔을 나타내는 도면이다. 도 8a는 MgO(002)와 MnN(002)의 회절 피크 부분의 스캔을 확대한 확대도를 포함한다.
도 8b는 실온에서 MgO (001) 기판 상에 증착된 200
도 9는 호이슬러 층 및 MnN 시드 층을 포함하는 자기 터널 접합 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 층에 대한 레이스트랙(racetrack)을 나타낸 도면이다.
본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 MnN 층은 실리콘 기판 상에 배치될 수 있다. 실리콘 기판은, 약 25nm의 두께를 갖고, 1x10-9 Torr의 기본 압력을 갖는 울트라 고 진공실(ultra-high vacuum chamber) 내에서 열적으로 산화된 SiO2 층일 수 있다. 실리콘 기판은 흡수된 유기물질을 제거하기 위해, UV 오존 챔버 내에서 클리닝된 후, 뜨거운 IPA(isopropanol) 증기에 노출된 미립자 및 수용성 오염물질을 제거하기 위해 초순수(de-ionized water) 배스(bath)에서 린스되고, 60도의 고온의 질소 노(furnace)에서 건조될 수 있다.
MnN 시드 층은 3x10-3 Torr의 가스 압력에서의 Mn 금속 타겟으로부터, 질소 및 아르곤(Ar)의 혼합 가스 내에서의 반응성 DC 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering)에 의해 증착될 수 있다.
MnN 시드 층 내에서의 Mn과 N의 상대적인 비율은, 도 2에 도시된 바와 같이, Ar과 N2의 비율을 조정함으로써 제어될 수 있다. MnN 박막의 조성은, 주위 환경에 노출된 경우, 산화되는 것을 방지하기 위해 100 
Pt로 캡핑되고 그라파이트(graphite) 기판 상에 증착된, 200 
MnN 박막의 일련의 RBS(Rutherford backscattering)에 의해 결정될 수 있다. 그라파이트 기판(주로 질소의 원자 번호보다 낮은 원자 번호를 갖는 원소와 탄소를 함유함)은, MnN 박막의 질소 함유량을 ± 0.5% 내로 결정할 수 있게 할 수 있다. MnN 박막의 화학양론적 막은, 20:80의 Ar:N2 비율에서 얻어질 수 있다. 대안적으로, MnN은 MnN 타겟으로부터 스퍼터링에 의해 성장될 수도 있다.
MnN 박막의 전도도는, 4 포인트 인라인(4-point-in-line) 프로브 기술에 의해, 샘플의 중심에 가깝게 결정될 수 있다. 네 개의 컨택들 간의 이격 거리는 약 1mm일 수 있고, 이는 샘플 사이즈(1'' 직경)보다 훨씬 작은 수치일 수 있다. MnN 박막의 전도도는, 박막의 N2 함유량에 따라 증가될 수 있다. 화학양론적 MnN 박막의 전도도(약 2.65 MS/m)는, 자기 터널 접합 스택에 일반적으로 이용되는 금속성 하부층(예를 들어, Ti의 전도도는 2.38 MS/m일 수 있고, Ta의 전도도는 1.05 MS/m일 수 있다.)과 유사할 수 있다. 나아가, MnN 박막의 전도도는, 자기 터널 접합 스택에 이용되는 TaN 시드 층보다 거의 한 단계 높을 수 있다. 여기서, 반응성 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해, 10%의 N2를 갖는 아르곤 환경에서 성장된 TaN 박막의 전도도는, 0.14 MS/m으로 보고되었다.
MnN의 전도성은 TaN의 전도성과 비교하여 현저하게 높기 때문에, 자기 터널 접합 스택 내의 수십 nm 두께의 두꺼운 MnN 박막의 사용이 용이하게 될 수 있다. MnN 박막의 증착 비율은, 스퍼터링 가스 혼합에서 N2의 함유량에 의존될 수 있다. 도 3을 참조하면, MnN 박막의 증착 비율은, N2 함유량이 증가할수록 현저하게, 그리고 거의 선형적으로 감소될 수 있다. 이러한 질화 박막의 증착 비율에서의 선형에 가까운 감소는 또한, N2:Ar 혼합 가스에서의 Ta 금속 타겟으로부터의 반응성 RF 마그네트론 스퍼터링에 의한 TaN 박막의 성장에서 관찰될 수 있다(Nie et al., Applied Physics A, 73, 220 (2001) 참고).
도 4를 참조하면, MnN 시드 층의 사용은, MnN 시드 층 상에 증착되는 박막의 바람직한 (001) 질감을 촉진시킨다는 것이 입증될 수 있다. IrMn3 및 Cr 박막에 대한 XRD(X-ray diffraction) 데이터는, IrMn3 및 Cr 박막은 정방정계 호이슬러 합금 막의 (001) 배향 성장을 위한 시드 층으로 이용되어 왔기 때문에, 도 4에 포함되어 있다. XRD 측정은, GADDS(General Area Detector Diffraction System)를 갖는 Bruker X선 회절계(Bruker X ray diffractometer)에서 수행되었다. IrMn3 및 Cr 박막은, 비정질 SiO2의 250 
두께의 층을 열적으로 두껍게 성장시킨 Si(100) 기판 (Si(100) / 250 
SiO2) 상에, MnN 시드 층이 배치되거나 배치되지 않고, 실온에서 증착될 수 있다. 이러한 샘플들은, 주변 환경에 노출되어 IrMn3 및 Cr 박막을 산화로부터 보호하기 위해, 30 
의 Ta 으로 캡핑될 수 있다. Cr 층을 갖는 샘플만이 (30분동안 400 ℃의 증착 챔버에서, 인시츄(in situ)로) 어닐링될 수 있다.
fcc IrMn3 박막은, Si(100) / 250 
SiO2 기판 상에서 (111) 텍스쳐로 성장될 수 있다. 반면, bcc Cr 박막은 샘플의 법선을 따라, (110) 및 (001)로 배향된, 혼합된 텍스쳐를 가질 수 있다.
MnN 박막은 20 
로 두께가 얇다고 하더라도(박막의 두께는 10 
내지 300 
또는 10 
내지 500 
이 적절할 수 있다), bcc 및 fcc 금속 또는 합금 모두가 (001) 배향을 갖는 높은 텍스쳐 박막으로 성장되는 것을 촉진시킬 수 있다. 도 4를 참조하면, 20 
두께의 MnN 층이 이용된 경우, (002) 피크는 존재하는 반면, (111) 피크와 (110) 피크는 존재하지 않는다.
아래의 표 1을 참조하면, 표 1은 금속 또는 반도체 중 일부인 전이 금속 질화물의 개략도이다. 이들 질화물의 격자 상수는, 입방 MgO의 격자 상수(4.21 
)의 격자상수에 상대적으로 가깝기 때문에, 이러한 질화물이 MRAM의 바람직한 터널 베리어인 (001) 배향된 MgO 터널 베리어의 성장을 촉진할 가능성을 높일 수 있다.
도 5는 (001) 배향된 Mn3Sn 호이슬러 박막의 성장을 촉진시키는 시드 층으로서의 MnN의 특이성을 설명하기 위한 도면이다. 대안적으로, Mn3Sn은 Mn3Z 호이슬러 합금으로 대체될 수 있다. 이 때, Z는 Ge, Ga 또는 Sb일 수 있다.
Si(100) / 250 
SiO2 / 100 
XN (여기서 X는 Mn, Ti, V 또는 Ta) / 200 
Mn3Sn / 30 
Ta 구조체를 갖는 샘플 시리즈로부터, 평면 외 방향을 따라 측정된 XRD 데이터는, 도 5에서 비교될 수 있다. 질화물 층 및 Ta 캡핑 층은 실온에서 증착될 수 있고, Mn3Sn 층은 200℃에서 증착될 수 있다. 이러한 데이터들은, MnN 박막이 높은 텍스처를 갖고, (001) 배향되었음을 나타낸다. 결과적으로, 이는 박막의 정방정계 축(즉, c축)에 대응되는 (001) 방향을 갖는 Mn3Sn 호이슬러 박막의 성장을 촉진시킬 수 있다.
Mn3Sn 호이슬러 박막의 자화는 정방정계 축을 따라 정렬되므로, (001) 배향을 갖는 Mn3Sn 호이슬러 박막은 바람직한 수직 자기 이방성(PMA; Perpendicular Megnetic Anisotropy)을 나타낼 수 있다. TiN, VN, 및 TaN 중 어느 것도 Si(100) / 250 
SiO2 기판 상에서 (001) 텍스처로 성장될 수 없기 때문에, 이러한 질화물들은 Mn3Sn 호이슬러 박막이 바람직한 (001) 텍스처를 갖고 성장하는 것을 촉진시킬 수 없다.
도 6은 Si(100) / 250 
SiO2 / 100 
MnN (여기서 X는 Mn, Ti, V 또는 Ta) / 200 
Mn3Sn / 30 
Ta 샘플로부터의 HR-TEM(high resolution transmission electron microscopy) 이미지이다. Ta의 최상부는 TaO2를 형성하기 위해 산화되어 있을 수 있다. 질화물 및 Ta 캡핑 층은 실온에서 증착될 수 있고, Mn3Sn 층은 200℃에서 증착될 수 있다.
도면 내의 다양한 층들은 참조 부호가 기재되어 있다. 도 5의 XRD 데이터는, MnN 박막이 고 텍스쳐되어 있다는 것을 나타낼 수 있다. MnN과 Mn3Sn 호이슬러 층들 간의 계면을 확대한 도 6의 오른쪽 도면은, 상부의 Mn3Sn 층이 MnN 층 상에서 에피텍셜하게 성장되었음을 나타내고 있다.
도 7은, 도 5에 도시된 XRD 데이터를 수집하는데에 이용되는 동일한 Mn3Sn 호이슬러 박막에 대한 자화 데이터를 나타낸다. 자화 히스테리시스 루프(magnetization hysteresis loop)는 실온에서, Quantum Design SQUID-VSM(superconducting quantum interference device - vibrating sample magnetometer)의 평면 외 기하학(out-of-plane geometry)에서 측정될 수 있다. 이러한 데이터는, Mn3Sn 호이슬러 박막이 MnN 시드 층 상에서 증착되었을 때만이, 샘플의 법선을 따라 Mn3Sn 호이슬러 박막의 정방정계 축을 갖고 있음을 나타내는, 구조적인 측정과 동일할 수 있다. 다른 질화물(예를 들어, TiN, CN, 및 TaN) 상의 Mn3Sn 호이슬러 박막은 수직 자기 이방성을 나타내지 않는다. 이러한 MnN 시드 층 상의 Mn3Sn 호이슬러 박막은, 상온에서, 대략 2T의 항장(coercive field)을 갖는 큰 PMA를 가질 수 있다.
도 8a 및 도 8b는, 단결정 MgO(001) 기판 상의 금속 시드층으로서의 MnN의 유용성을 설명하기 위한 도면이다. 이는 특히, MgO 기판 상에서, Mn3Z (여기서, Z는 Ge, Ga, Sn 또는 Sb) 호이슬러 박막의 성장과 관련있다. MnN 시드 층은 종래의 Cr 시드 층보다 바람직한데, 이는 호이슬러 박막의 임의의 후속 어닐링 공정동안, 시드 층과 Mn3Z 호이슬러 박막 간의 내부 확산이 호이슬러 박막의 자기 특성을 저하시키지 않기 때문이다.
도 8a는, MgO(001) 기판 상의 200 
두께를 갖는 MnN을 평면 외 XRD 스캔한 결과를 도시한 도면이다. MnN 박막은 실온에서 증착될 수 있고, 대기의 산소에 의해 MnN이 산화되는 것을 방지하기 위해, 30 
두께의 Ta로 캡핑될 수 있다. MnN 박막은 MgO 기판 상에서 에피텍셜하게 성장될 수 있고, Kiessing 프린지(fringe)의 존재는 고품질의 박막임을 나타내는 것일 수 있다. 프린지의 주기성은, MnN 박막의 두께와 일치할 수 있다. 2.2 
의 거칠기의 RMS(root mean square) 값은, 박막이 매우 부드럽다는 것을 나타낼 수 있다(도 8b 참조).
본 명세서에 개시된 구조체는, MRAM의 구성요소 및 레이스트랙(racetrack) 메모리 장치와 같이, 다양하게 응용될 수 있다. 응용될 수 있는 MRAM 소자 중 하나는 도 9에 도시되어 있으며, 그 어레이는 집적되어 MRAM 장치를 형성할 수 있다. MRAM 소자와 마찬가지로, 터널링 베리어는 두 개의 자기 전극 사이에 위치할 수 있고, 두 개의 전극 중 하나는 고정된 자기 모멘트를 갖고, 두 개의 전극 중 다른 하나는 스위칭 가능한 자기 모멘트를 가질 수 있으며, 이로써 데이터의 기록 및 소거가 가능하게 될 수 있다.
기존의 MRAM 소자와 달리, 도 9의 고정된 자기 모멘트(고정층)를 갖는 자기층은 본 명세서에 개시된 호이슬러 박막을 포함할 수 있다. 호이슬러 박막은 예를 들어, Mn2CuSb, Mn2CoSn, Mn2OsSn, Co2FeGe 등과 같은 2원 화합물, 또는, Co2FeGa0.5Ge0.5와 같은 4원 화합물(quaternary compounds)을 포함할 수 있다. 선택적인 제2 고정층은 좀 더 개선된 성능을 위해 포함될 수 있고, Co2MnSi 또는 Co2FeAl과 같은 호이슬러 화합물, CoFe 합금 또는 Fe를 포함할 수 있다.
도 9에서, 고정층(즉, 강자성 또는 페리자성인 호이슬러 층)은 기판 상에 배치되는 MnN 시드 층 상에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, MnN 시드 층과 기판은, 층의 평면에 수직하게 정렬되는 자기 모멘트를 갖는 호이슬러 층의 성장을 촉진시키기 위해 선택적으로 배치될 수 있다.
터널 베리어는 예를 들어, CaO 및 LiF와 같은 (001) 배향된 터널 베리어 층이 이용된다 할지라도, MgO(001)이 바람직할 수 있다. 또는, Mg-Al 조합을 제어함으로써 격자간 거리가 조정되어, 호이슬러 합금과 더 나은 격자 매칭 결과를 나을 수 있도록, 터널 베리어가 MgAl2O4를 포함할 수도 있다.
터널링 베리어 상의 자기 전극은 예를 들어, Fe, CoFe 합금 또는 CoFeB 합금을 포함할 수 있다. 캡핑 층은, Mo, W, Ta, Ru 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 전류는 터널링 베리어에 의해 분리된 두 개의 자기 전극에 전압을 인가함으로써 유도될 수 있다.
본 명세서에 개시된 특정 구조체는 또한, 레이스트랙 메모리 장치에 이용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 특정 구조체가 레이스트랙 메모리 장치에 이용되는 경우, 레이스트랙은 나노 와이어일 수 있다. 나노 와이어는, 기판, 선택적인 시드층, MnN 층 및 호이슬러 화합물의 제1 자기층을 포함할 수 있다. 이러한 층들에 대한 가능한 구성은 도 9를 참조하여 설명한 부분을 참조하여 설명하였다. 도 10에 도시된 레이스트랙 메모리 장치에서, 도 9에 도시된 터널링 베리어와 스위칭 가능한 자기층은 일반적으로 배치되지 않을 수 있다. 그러나, 이 경우, 도 9에 도시된 제1 자기층은 고정되지 않고 스위칭이 가능한 자기 모멘트를 가질 수 있다.
자벽(magnetic domain wall)은 이러한 레이스 트랙을 따라 이동될 수 있다. 데이터는 레이스 트랙 내의 인접한 도메인 벽(domain wall)들 사이의 자성 물질의 자기 모멘트의 배향(orientation)으로부터 정보를 얻거나 또는 변경함으로써, 레이스 트랙으로부터 판독 (및 저장)될 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 층들은 마그네트론 스퍼터링, 전착(electrodeposition), 이온 빔 스퍼터링, 원자층 증착, 화학 기상 증착 및 열증착(thermal evaporation)을 포함하는, 여러가지 방법 중 하나 이상의 방법을 통해 증착될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Substrate: 기판
MnN: MnN 층
Magnetic Layer: 자기층
Magnetic Layer: 자기층
Claims (10)
- 기판;
상기 기판 상에 배치되고, (001) 방향으로 배향되는 MnN 층; 및
상기 MnN 층 상에 배치되어 상기 MnN 층과 접하고, 자기 터널 접합의 일부를 형성하는 자기층(magnetic layer)을 포함하고,
상기 자기층은, 망간(Mn)을 포함하는 호이슬러 화합물(Heusler compound)을 포함하고,
상기 자기층은 강자성(ferromagnetic) 및 페리 자성(ferrimagnetic) 중 어느 하나인 반도체 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 호이슬러 화합물은 정방정계(tetragonal)인 반도체 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 자기층 및 상기 자기 터널 접합은, 서로 일치하는 각각의 결정 구조를 갖는 반도체 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 MnN 층 및 상기 자기층은, 서로 정렬되는 각각의 결정 구조를 갖는 반도체 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 자기 터널 접합은,
상기 자기층;
상기 자기층 상의 터널 베리어; 및
상기 터널 베리어 상의 제1 전극을 포함하고,
상기 제1 전극은 자성인 반도체 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 자기 터널 접합 상에 배치되어, 상기 자기 터널 접합과 접하는 캡핑 층을 더 포함하는 반도체 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 터널 베리어는 MgO를 포함하는 반도체 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 터널 베리어는 Mg1 - xAl2 - xO4를 포함하고, x는 -0.5보다 크고 0.5보다 작은 반도체 장치. - 제 6항에 있어서,
상기 MnN 층과 접하는 제2 전극을 더 포함하는 반도체 장치. - 적어도 100개의 어레이를 포함하고,
상기 적어도 100개의 어레이 중 어느 하나는,
기판;
상기 기판 상에 배치되고, (001) 방향으로 배향되는 MnN 층;
상기 MnN 층 상에 배치되어 상기 MnN 층과 접하는 자기층(magnetic layer), 상기 자기층 상의 터널 베리어, 및 상기 터널 베리어 상의 제1 전극을 포함하는 자기 터널 접합;
상기 자기 터널 접합 상에 배치되어, 상기 자기 터널 접합과 접하는 캡핑 층; 및
상기 MnN 층과 접하는 제2 전극을 포함하고,
상기 자기층은, 망간(Mn)을 포함하는 호이슬러 화합물(Heusler compound)을 포함하고,
상기 자기층은 강자성(ferromagnetic) 및 페리 자성(ferrimagnetic) 중 어느 하나이고,
상기 제1 전극은 자성이고,
상기 적어도 100개의 어레이는 메모리 장치를 형성하기 위해 상호 연결되는 반도체 장치.
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|---|---|---|---|---|
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| CN110739010B (zh) * | 2019-10-21 | 2021-05-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 低温存储单元及存储器件 |
| US20230180624A1 (en) * | 2021-12-07 | 2023-06-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic tunnel junction including hexagonal multi-layered structure |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014060297A (ja) * | 2012-09-18 | 2014-04-03 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子 |
| US20170125045A1 (en) * | 2015-10-28 | 2017-05-04 | International Business Machines Corporation | Termination layer-compensated tunneling magnetoresistance in ferrimagnetic heusler compounds with high perpendicular magnetic anisotropy |
Family Cites Families (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6452240B1 (en) * | 2000-10-30 | 2002-09-17 | International Business Machines Corporation | Increased damping of magnetization in magnetic materials |
| AU2003222000A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-29 | Wisys Technology Foundation, Inc. | Mbe-method for the production of a gallium manganese nitride ferromagnetic film |
| US6834005B1 (en) | 2003-06-10 | 2004-12-21 | International Business Machines Corporation | Shiftable magnetic shift register and method of using the same |
| US7274080B1 (en) * | 2003-08-22 | 2007-09-25 | International Business Machines Corporation | MgO-based tunnel spin injectors |
| US7252852B1 (en) * | 2003-12-12 | 2007-08-07 | International Business Machines Corporation | Mg-Zn oxide tunnel barriers and method of formation |
| US7672088B2 (en) * | 2006-06-21 | 2010-03-02 | Headway Technologies, Inc. | Heusler alloy with insertion layer to reduce the ordering temperature for CPP, TMR, MRAM, and other spintronics applications |
| US20070297220A1 (en) * | 2006-06-22 | 2007-12-27 | Masatoshi Yoshikawa | Magnetoresistive element and magnetic memory |
| WO2009054062A1 (ja) | 2007-10-26 | 2009-04-30 | Canon Anelva Corporation | サンドイッチ構造の磁化自由層を有する磁気トンネル接合素子 |
| US7936597B2 (en) * | 2008-03-25 | 2011-05-03 | Seagate Technology Llc | Multilevel magnetic storage device |
| JP4764466B2 (ja) * | 2008-09-25 | 2011-09-07 | 株式会社東芝 | ホイスラー合金を有する積層体、この積層体を用いた磁気抵抗素子、及びスピントランジスタ |
| KR101652006B1 (ko) | 2010-07-20 | 2016-08-30 | 삼성전자주식회사 | 자기 기억 소자 및 그 제조 방법 |
| JP5761788B2 (ja) * | 2011-03-25 | 2015-08-12 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
| US9076661B2 (en) * | 2012-04-13 | 2015-07-07 | Applied Materials, Inc. | Methods for manganese nitride integration |
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| US9166152B2 (en) * | 2012-12-22 | 2015-10-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Diffusionless transformations in MTJ stacks |
| US9705069B2 (en) * | 2013-10-31 | 2017-07-11 | Seiko Epson Corporation | Sensor device, force detecting device, robot, electronic component conveying apparatus, electronic component inspecting apparatus, and component machining apparatus |
| US9236564B2 (en) * | 2013-12-11 | 2016-01-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for providing an engineered magnetic layer including Heusler layers and an amorphous insertion layer |
| JP6135018B2 (ja) * | 2014-03-13 | 2017-05-31 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
| US9634241B2 (en) * | 2014-08-06 | 2017-04-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and system for providing magnetic junctions including Heusler multilayers |
| KR20160019253A (ko) | 2014-08-11 | 2016-02-19 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 전자 장치 |
| JP6271370B2 (ja) * | 2014-08-25 | 2018-01-31 | 株式会社東芝 | 磁気メモリ、磁気メモリ装置、及び磁気メモリの製造方法 |
| US9406365B1 (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-02 | International Business Machines Corporation | Underlayers for textured films of Heusler compounds |
| JP6824504B2 (ja) * | 2015-03-06 | 2021-02-03 | 株式会社ＢｌｕｅＳｐｉｎ | 磁気メモリ、磁気メモリへのデータ書き込み方法及び半導体装置 |
| JP2017084891A (ja) * | 2015-10-26 | 2017-05-18 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 磁気トンネル接合素子 |
| JP6216403B2 (ja) * | 2016-03-22 | 2017-10-18 | 株式会社東芝 | 磁気記憶素子及び不揮発性記憶装置 |
| JP6713650B2 (ja) * | 2016-05-10 | 2020-06-24 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 垂直磁化膜と垂直磁化膜構造並びに磁気抵抗素子および垂直磁気記録媒体 |
| US10177305B2 (en) * | 2017-01-19 | 2019-01-08 | International Business Machines Corporation | Templating layers for perpendicularly magnetized heusler films |
| US9966529B1 (en) * | 2017-03-17 | 2018-05-08 | Headway Technologies, Inc. | MgO insertion into free layer for magnetic memory applications |
-
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2014060297A (ja) * | 2012-09-18 | 2014-04-03 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子 |
| US20170125045A1 (en) * | 2015-10-28 | 2017-05-04 | International Business Machines Corporation | Termination layer-compensated tunneling magnetoresistance in ferrimagnetic heusler compounds with high perpendicular magnetic anisotropy |
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