JP2008172219A - Information storage device utilizing domain wall displacement and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、情報記憶装置に係り、さらに詳細には、磁壁移動を利用した情報記憶装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an information storage device, and more particularly to an information storage device using domain wall motion and a manufacturing method thereof.
不揮発性データ記憶装置は、HDD(Hard Disk Drive)及び不揮発性RAM(Random Access Memory)などがある。一般的なHDDは、ディスク状の磁気記録媒体を回転させつつ、その上に読み取り/書き込みヘッドを浮上させて情報を読み取り/書き込みする装置である。このようなHDDは、100GB以上の多くのデータを記憶できる不揮発性情報記憶装置であって、主にコンピュータの主記憶装置として利用されてきた。 Non-volatile data storage devices include HDD (Hard Disk Drive) and non-volatile RAM (Random Access Memory). A general HDD is a device that reads / writes information by rotating a disk-shaped magnetic recording medium and floating a read / write head thereon. Such an HDD is a non-volatile information storage device capable of storing a large amount of data of 100 GB or more, and has been mainly used as a main storage device of a computer.
しかし、HDDは、その内部に多数の動く機械システムを含む。これらは、HDDが移動するか、または衝撃を受ければ、多様な機械的な故障を誘発し、したがって、HDDの移動性及び信頼性を低下させる。また、前記機械システムは、HDDの製造を複雑にし、かつ製造コストを上昇させ、消費電力を増加させ、ノイズを誘発する。特に、HDDを小型化するとき、前記製造複雑性と製造コストの上昇問題は、さらに大きくなる。 However, the HDD contains a number of moving mechanical systems within it. These induce various mechanical failures if the HDD moves or is impacted, thus reducing the mobility and reliability of the HDD. In addition, the mechanical system complicates the manufacturing of the HDD, increases the manufacturing cost, increases the power consumption, and induces noise. In particular, when the HDD is miniaturized, the problem of increase in manufacturing complexity and manufacturing cost is further increased.
一方、不揮発性RAMとしては、現在広く使われているフラッシュメモリが代表的であるが、フラッシュメモリは、読み取り/書き込み動作速度が遅く、かつ寿命が短いという短所がある。このようなフラッシュメモリの短所を克服するために、FRAM(Ferroelectric RAM)、MRAM(Magnetic RAM)及びPRAM(Phase−change RAM)などのような新たなメモリが紹介され、こちらのうち一部は、限定的に製品化されている。しかし、フラッシュメモリ、FRAM、MRAM及びPRAMは、何れもそれぞれのメモリセルにスイッチング素子を含んでいるため、そのメモリセルの面積を減らしがたい。また、このようなメモリは、HDDに比べてデータ記憶容量が非常に少ない。 On the other hand, a flash memory that is currently widely used as a typical nonvolatile RAM is typical, but the flash memory has the disadvantages that the read / write operation speed is slow and the lifetime is short. In order to overcome such shortcomings of flash memory, new memories such as FRAM (Ferroelectric RAM), MRAM (Magnetic RAM) and PRAM (Phase-change RAM) have been introduced. Limited production. However, since flash memory, FRAM, MRAM, and PRAM all include a switching element in each memory cell, it is difficult to reduce the area of the memory cell. In addition, such a memory has a very small data storage capacity compared to an HDD.
これにより、最近では、前記のような従来の不揮発性情報記憶装置の問題点を克服するための方法として、動く機械システム及び多数のスイッチング素子を含まずに、HDDのように大量のデータを記憶できる新たな記憶装置の開発のための研究がなされている。前記新たな記憶装置の一例として、磁性物質の磁壁移動原理を利用した情報記憶装置が提案されている。 As a result, recently, as a method for overcoming the problems of the conventional nonvolatile information storage device as described above, a large amount of data is stored like an HDD without including a moving mechanical system and a large number of switching elements. Research is being conducted to develop new storage devices that can be used. As an example of the new storage device, an information storage device using the domain wall motion principle of a magnetic substance has been proposed.
以下では、まず磁性物質の磁区及び磁壁について説明した後、磁壁移動を利用した情報記憶装置について説明する。 In the following, first, the magnetic domains and domain walls of the magnetic material will be described, and then an information storage device using domain wall movement will be described.
磁性体を構成する磁気的な微小領域を磁気区域(以下、磁区という)という。このような磁区内では、磁気モーメントの方向が同一である。このような磁区のサイズ及び磁化方向は、磁性材料の物性、形、サイズ及び外部のエネルギーによって適切に制御される。 A magnetic minute region constituting the magnetic material is referred to as a magnetic region (hereinafter referred to as a magnetic domain). Within such a magnetic domain, the direction of the magnetic moment is the same. The size and the magnetization direction of such a magnetic domain are appropriately controlled by the physical properties, shape, size, and external energy of the magnetic material.
磁壁は、異なる磁化方向を有する磁区の境界部分であり、このような磁壁は、磁性材料に印加される電流または磁場によって移動する。すなわち、所定の幅及び厚さを有する磁性層内に特定磁化方向を有する多数の磁区を作り、適切な強度を有する電流または磁場を利用して、前記磁区及び磁壁を移動させうる。 A domain wall is a boundary between magnetic domains having different magnetization directions, and such a domain wall is moved by an electric current or a magnetic field applied to the magnetic material. That is, a plurality of magnetic domains having a specific magnetization direction can be formed in a magnetic layer having a predetermined width and thickness, and the magnetic domains and domain walls can be moved using a current or magnetic field having an appropriate strength.
前記磁壁の移動原理を情報記憶装置に適用すれば、読み取り/書き込みヘッド及び記録媒体の回転なしに読み取り/書き込みが可能である。このような磁壁移動原理が適用された情報記憶装置は、動く機械システムを含まずに、移動性及び信頼性に優れており、消費電力が低いという利点がある。 If the domain wall movement principle is applied to an information storage device, reading / writing is possible without rotation of the reading / writing head and the recording medium. An information storage device to which such a domain wall motion principle is applied does not include a moving mechanical system, has excellent mobility and reliability, and has an advantage of low power consumption.
しかし、磁壁移動を利用した情報記憶装置は、まだ開発初期段階であり、特に、大量のデータを記憶できる最適化された構造を有する磁壁移動を利用した情報記憶装置及びその製造方法は、具体化されていない。 However, the information storage device using the domain wall motion is still in the early development stage, and in particular, the information storage device using the domain wall motion having an optimized structure capable of storing a large amount of data and the manufacturing method thereof are embodied. It has not been.
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記従来の問題点を改善するためのものであって、大量のデータを記憶できる構造を有し、動く機械システムを含まずに、移動性及び信頼性に優れた磁壁移動を利用した情報記憶装置を提供することである。 The technical problem to be solved by the present invention is to improve the above-mentioned conventional problems, which has a structure capable of storing a large amount of data, does not include a moving mechanical system, and has mobility and reliability. It is an object to provide an information storage device using domain wall motion having excellent properties.
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記情報記憶装置の製造方法を提供することである。 Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing the information storage device.
前記課題を達成するために、本発明は、磁壁を有する書き込み用磁性層と、前記書き込み用磁性層上に形成されたものであって、連結用磁性層と情報記憶用磁性層とが順次に積層された積層構造物と、前記情報記憶用磁性層に記憶された情報を読み取るための読み取り手段と、を備えることを特徴とする磁壁移動を利用した情報記憶装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a write magnetic layer having a domain wall and a write magnetic layer formed on the write magnetic layer, wherein the coupling magnetic layer and the information storage magnetic layer are sequentially formed. An information storage device using domain wall motion is provided, comprising: a laminated structure that is laminated; and reading means for reading information stored in the information storage magnetic layer.
ここで、前記書き込み用磁性層及び前記情報記憶用磁性層は、バー形状でありうる。 Here, the write magnetic layer and the information storage magnetic layer may have a bar shape.
前記書き込み用磁性層は、前記情報記憶用磁性層と垂直または平行でありうる。 The magnetic layer for writing may be perpendicular or parallel to the magnetic layer for information storage.
前記積層構造物は、前記書き込み用磁性層に沿って複数形成される。 A plurality of the laminated structures are formed along the write magnetic layer.
前記積層構造物は、複数の前記連結用磁性層及び複数の前記情報記憶用磁性層を備え、前記連結用磁性層及び前記情報記憶用磁性層は、交互に積層される。 The laminated structure includes a plurality of coupling magnetic layers and a plurality of information storage magnetic layers, and the coupling magnetic layers and the information storage magnetic layers are alternately stacked.
前記積層構造物は、前記書き込み用磁性層と垂直した方向に複数形成される。 A plurality of the laminated structures are formed in a direction perpendicular to the write magnetic layer.
前記情報記憶用磁性層は、異なる長さを有しうる。前記情報記憶用磁性層のうち最上層の情報記憶用磁性層は、残りの情報記憶用磁性層より長い。前記情報記憶用磁性層の長さは、前記書き込み用磁性層方向に行くほど短くなりうる。 The information storage magnetic layers may have different lengths. Among the information storage magnetic layers, the uppermost information storage magnetic layer is longer than the remaining information storage magnetic layers. The length of the information storage magnetic layer can be shortened toward the write magnetic layer.
前記書き込み用磁性層の磁気異方性エネルギーは、2×103〜107J/m3でありうる。 The magnetic anisotropy energy of the write magnetic layer may be 2 × 10 3 to 10 7 J / m 3 .
前記書き込み用磁性層は、CoPtまたはFePtで形成されるか、またはCoPtとFePtとの合金で形成される。 The magnetic layer for writing is made of CoPt or FePt, or an alloy of CoPt and FePt.
前記連結用磁性層の磁気異方性エネルギーは、10〜103J/m3でありうる。 The magnetic anisotropy energy of the coupling magnetic layer may be 10 to 10 3 J / m 3 .
前記連結用磁性層は、Ni、Co、NiCo、NiFe、CoFe、CoZrNb、CoZrCr及びこれらの合金のうち何れか一つで形成される。 The coupling magnetic layer is formed of any one of Ni, Co, NiCo, NiFe, CoFe, CoZrNb, CoZrCr, and alloys thereof.
前記情報記憶用磁性層の磁気異方性エネルギーは、2×103〜107J/m3でありうる。 The magnetic anisotropy energy of the information storage magnetic layer may be 2 × 10 3 to 10 7 J / m 3 .
前記情報記憶用磁性層は、CoPtまたはFePtで形成されるか、またはCoPtとFePtとの合金で形成される。 The information storage magnetic layer is made of CoPt or FePt, or an alloy of CoPt and FePt.
前記情報記憶用磁性層で前記連結用磁性層と接した第1領域の磁気異方性エネルギーは、前記情報記憶用磁性層で前記第1領域を除外した残りの領域の磁気異方性エネルギーより小さい。 The magnetic anisotropy energy of the first region in contact with the coupling magnetic layer in the information storage magnetic layer is greater than the magnetic anisotropy energy of the remaining region excluding the first region in the information storage magnetic layer. small.
前記情報記憶用磁性層で前記連結用磁性層と接した第1領域の磁気異方性エネルギー(K1)は、0≦K1<107J/m3であり、前記情報記憶用磁性層で前記第1領域を除外した残りの領域の磁気異方性エネルギー(K2)は、2×103≦K2≦107J/m3でありうる。 The magnetic anisotropy energy (K1) of the first region in contact with the coupling magnetic layer in the information storage magnetic layer is 0 ≦ K1 <10 7 J / m 3. The magnetic anisotropy energy (K2) of the remaining region excluding the first region may be 2 × 10 3 ≦ K2 ≦ 10 7 J / m 3 .
前記第1領域は、不純物イオンがドーピングされた部分でありうる。 The first region may be a portion doped with impurity ions.
前記不純物イオンは、He+及びGa+のうち少なくとも何れか一つでありうる。 The impurity ions may be at least one of He + and Ga + .
前記読み取り手段は、前記書き込み用磁性層または前記情報記憶用磁性層に形成された磁気抵抗センサーでありうる。 The reading means may be a magnetoresistive sensor formed on the writing magnetic layer or the information storing magnetic layer.
前記書き込み用磁性層は、前記積層構造物の一端に備えられる。 The write magnetic layer is provided at one end of the multilayer structure.
前記書き込み用磁性層は、前記積層構造物の中央に備えられる。 The write magnetic layer is provided at the center of the multilayer structure.
前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、磁壁移動を利用した情報記憶装置の製造方法において、基板上に書き込み用磁性層を形成する工程と、前記書き込み用磁性層を覆うように前記基板上に第1絶縁層を形成する工程と、前記第1絶縁層をパターニングして前記書き込み用磁性層を露出させる第1開口部を形成する工程と、前記第1開口部内に第1連結用磁性層と第1情報記憶用磁性層とを順次に形成する工程と、を含むことを特徴とする情報記憶装置の製造方法を提供する。 In order to achieve the other technical problem, the present invention provides a method for forming a magnetic layer for writing on a substrate and a method for covering the magnetic layer for writing in a method for manufacturing an information storage device using domain wall motion. Forming a first insulating layer on the substrate; patterning the first insulating layer to form a first opening exposing the magnetic layer for writing; and a first in the first opening. And a step of sequentially forming a coupling magnetic layer and a first information storage magnetic layer. A method for manufacturing an information storage device is provided.
ここで、前記第1開口部は、第1溝及び前記第1溝上に前記第1溝より大きい第2溝を備えうる。 The first opening may include a second groove larger than the first groove on the first groove and the first groove.
前記第1開口部は、ナノインプリント方式で形成される。 The first opening is formed by a nanoimprint method.
前記第1連結用磁性層は、前記第1溝内に形成されうる。 The first coupling magnetic layer may be formed in the first groove.
前記第1情報記憶用磁性層は、前記第2溝内に形成されうる。 The first information storage magnetic layer may be formed in the second groove.
前記本発明の情報記憶装置の製造方法は、前記第1開口部内に第1連結用磁性層と第1情報記憶用磁性層とを形成する工程後、前記第1情報記憶用磁性層及び前記第1絶縁層上に第2絶縁層を形成する工程と、前記第2絶縁層をパターニングして前記第1情報記憶用磁性層を露出させる第2開口部を形成する工程と、前記第2開口部内に第2連結用磁性層と第2情報記憶用磁性層とを順次に形成する工程と、をさらに含みうる。 In the method of manufacturing the information storage device of the present invention, after the step of forming the first coupling magnetic layer and the first information storage magnetic layer in the first opening, the first information storage magnetic layer and the first information storage magnetic layer are formed. Forming a second insulating layer on the one insulating layer, patterning the second insulating layer to form a second opening exposing the first information storage magnetic layer, and in the second opening And sequentially forming a second coupling magnetic layer and a second information storage magnetic layer.
前記第2連結用磁性層と第2情報記憶用磁性層とを形成する工程前、前記第2開口部によって露出された第1情報記憶用磁性層に不純物イオンをドーピングする工程をさらに行える。 Before the step of forming the second coupling magnetic layer and the second information storage magnetic layer, a step of doping impurity ions into the first information storage magnetic layer exposed by the second opening can be further performed.
前記不純物イオンは、He+及びGa+のうち少なくとも何れか一つでありうる。 The impurity ions may be at least one of He + and Ga + .
前記第2開口部は、第3溝及び前記第3溝上に前記第3溝より大きい第4溝を備えうる。 The second opening may include a fourth groove larger than the third groove on the third groove and the third groove.
前記第2開口部は、ナノインプリント方式で形成されうる。 The second opening may be formed by a nanoimprint method.
前記第2連結用磁性層は、前記第3溝内に形成されうる。 The second coupling magnetic layer may be formed in the third groove.
前記第3情報記憶用磁性層は、前記第4溝内に形成されうる。 The third information storage magnetic layer may be formed in the fourth groove.
本発明を利用すれば、動く機械システムを含まずに、移動性及び信頼性に優れ、大容量の情報を記憶できる磁壁移動を利用した情報記憶装置を比較的少ない数の工程で容易に具現化しうる。 By using the present invention, an information storage device using domain wall motion that does not include a moving mechanical system, has excellent mobility and reliability, and can store a large amount of information can be easily realized in a relatively small number of steps. sell.
以下、本発明の実施形態による磁壁移動を利用した情報記憶装置及びその製造方法を、添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に示した層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張して示してある。 Hereinafter, an information storage device using domain wall motion according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the layers and regions shown in the drawings are exaggerated for the sake of clarity.
図1A及び図1Bは、本発明の第1実施形態による磁壁移動を利用した情報記憶装置(以下、本発明の第1情報記憶装置)を示す。図1Aは、斜視図であり、図1Bは、側面図である。 1A and 1B show an information storage device using domain wall motion according to a first embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a first information storage device of the present invention). FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a side view.
図1Aを参照すれば、磁壁移動特性を有する書き込み用磁性層100及び書き込み用磁性層100と交差して多層構造を有する多数の情報記憶用磁性層300が形成されている。書き込み用磁性層100と情報記憶用磁性層300との間、及び情報記憶用磁性層300同士の間に連結用磁性層200が形成されている。そして、情報記憶用磁性層300に記憶された情報を読み取るための磁気抵抗センサー400が情報記憶用磁性層300の所定領域上に形成されている。磁気抵抗センサー400は、公知のTMR(Tunnel Magneto Resistance)センサーまたはGMR(Giant Magneto Resistance)センサーであり、情報記憶用磁性層300の下部に形成されるか、または書き込み用磁性層100の上部または下部に形成されることもある。
情報記憶用磁性層300の長さは、下側に行くほど短くなることが望ましく、各情報記憶用磁性層300の両端の下部には、駆動素子(図示せず)との電気的連結のための導電線(図示せず)が形成される。
Referring to FIG. 1A, a magnetic layer for writing 100 having domain wall motion characteristics and a plurality of magnetic layers for
The length of the information storage
書き込み用磁性層100は、CoPtまたはFePtで形成されるか、またはCoPtとFePtとの合金で形成された強磁性層であり、その磁気異方性エネルギーは、2×103〜107J/m3ほどでありうる。連結用磁性層200は、Ni、Co、NiCo、NiFe、CoFe、CoZrNb、CoZrCr及びそれらの合金のうち何れか一つで形成された軟磁性層であり、その磁気異方性エネルギーは、10〜103J/m3ほどでありうる。情報記憶用磁性層300で連結用磁性層200と接した第1領域Aの磁気異方性エネルギーは、前記第1領域Aを除外した残りの領域、すなわち第2領域Bの磁気異方性エネルギーより小さいことが望ましい。しかし、情報記憶用磁性層300は、全領域で同じ磁気異方性エネルギーを有することもある。第1領域Aの磁気異方性エネルギーK1は、0≦K1≦107J/m3ほどであり、第2領域Bの磁気異方性エネルギーK2は、2×103≦K2≦107J/m3ほどでありうる。このような情報記憶用磁性層300は、CoPtまたはFePtで形成されるか、またはCoPtとFePtとの合金で形成されるが、第1領域Aは、He+やGa+のような不純物イオンがドーピングされた領域でありうる。前記不純物イオンがドーピングされることによって、第1領域Aの磁気異方性エネルギーが第2領域Bのそれより低くなる。
The magnetic layer for writing 100 is a ferromagnetic layer formed of CoPt or FePt or an alloy of CoPt and FePt, and its magnetic anisotropy energy is 2 × 10 3 to 10 7 J / m 3 or so. The coupling
図1Bを参照すれば、書き込み用磁性層100は、少なくとも二つの磁区及び少なくとも一つの磁壁を備える。図1Bには、書き込み用磁性層100が第1ないし第3磁区D1〜D3と第1及び第2磁壁DW1,DW2とを有する場合が示されている。書き込み用磁性層100内に第1ないし第3磁区D1〜D3を形成する方法は多様である。例えば、書き込み用磁性層100となる強磁性層の中央部上に軟磁性層を形成した後、前記強磁性層と前記軟磁性層とに所定の外部磁場を印加すれば、前記軟磁性層と接した強磁性層は、その両側の強磁性層と異なる磁化方向を有しうる。これ以外にも、多様な方法で第1ないし第3磁区D1〜D3を形成しうきる。書き込み用磁性層100の両端及び中央は、電流印加のための第1ないし第3導電線C1〜C3と連結されている。第1及び第2導電線C1,C2の間または第2及び第3導電線C2,C3の間に印加される電流によって、第1または第2磁壁DW1,DW2が移動する。例えば、第1導電線C1から第2導電線C2に電流を流せば、第1磁壁DW1は、第1導電線C1側に移動する。電流の方向と磁壁の移動方向とは、逆であるが、これは、磁壁が電子の移動方向に移動するためである。
Referring to FIG. 1B, the write
第1及び第2磁壁DW1,DW2の位置によって、連結用磁性層200の磁化方向が変わりうる。言い換えれば、連結用磁性層200の磁化方向は、連結用磁性層200と接した書き込み用磁性層100の磁化方向による。これは、連結用磁性層200が磁化反転されやすい軟磁性層であるためである。連結用磁性層200の磁化方向が反転されれば、それにより、第1領域Aの磁化方向が連結用磁性層200のそれと同一になる。これは、連結用磁性層200及び第1領域Aが同じ磁化方向を有する場合は、そうでない場合よりエネルギー的に安定しているためである。このような磁化反転は、最下層の連結用磁性層200から最上層の第1領域Aまで連鎖的に発生する。第1領域Aの磁気異方性エネルギーK1が第2領域Bの磁気異方性エネルギーK2より小さければ、第1領域Aの磁化反転が容易である。
Depending on the position of the first and second domain walls DW1, DW2, the magnetization direction of the coupling
第1領域Aの磁化方向を所望の状態に反転させた後、第1領域Aから第2領域B方向に磁壁を1ビットぶん移動させれば、第2領域Bに所定の情報を記憶しうる。 After the magnetization direction of the first region A is reversed to a desired state, predetermined information can be stored in the second region B by moving the domain wall by one bit from the first region A toward the second region B. .
図2は、本発明の第2実施形態による磁壁移動を利用した情報記憶装置(以下、本発明の第2情報記憶装置)を示す斜視図である。本発明の第2情報記憶装置は、本発明の第1情報記憶装置を変形したものであって、二つの差は、情報記憶用磁性層300にある。本発明の第1情報記憶装置では、第1領域Aの両側に第2領域Bが存在するが、本発明の第2情報記憶装置では、第1領域Aの一側に第2領域Bが存在する。このような本発明の第2情報記憶装置では、情報記憶用磁性層300の一端の下部に電流印加のための導電線(図示せず)が形成される。
FIG. 2 is a perspective view showing an information storage device (hereinafter referred to as a second information storage device of the present invention) using domain wall motion according to a second embodiment of the present invention. The second information storage device of the present invention is a modification of the first information storage device of the present invention, and the difference between the two is in the information storage
書き込み用磁性層100と情報記憶用磁性層300とは、平行して形成されることもある。その場合にも、書き込み用磁性層100上に連結用磁性層200と情報記憶用磁性層300とを備える積層構造物が多数積層されるが、同一平面上に多数の書き込み用磁性層100が所定間隔をおいて規則的に配列される。前記所定間隔は、書き込み用磁性層100の幅と類似している。
The magnetic layer for writing 100 and the magnetic layer for
以下では、本発明の第1情報記憶装置の書き込み方法をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the writing method of the first information storage device of the present invention will be described in more detail.
図3Aないし図3Eは、本発明の第1情報記憶装置の書き込み方法を説明するための斜視図である。図3Aないし図3Eでは、説明の便宜のために、本発明の第1情報記憶装置の一部のみ示す。 3A to 3E are perspective views for explaining a writing method of the first information storage device of the present invention. 3A to 3E show only a part of the first information storage device of the present invention for convenience of explanation.
図3Aを参照すれば、書き込み用磁性層100の第1磁区D1、連結用磁性層200及び情報記憶磁性層300は、第1方向M1に磁化しており、書き込み用磁性層100の第2磁区D2は、第2方向M2に磁化している。図3Aで、連結用磁性層200は、第1及び第2連結用磁性層200a,200bに区分し、情報記憶磁性層300は、第1及び第2情報記憶磁性層300a,300bに区分しうる。第1情報記憶磁性層300aの両端に第4及び第5導電線C4,C5が形成されており、第2情報記憶磁性層300bの両端に第6及び第7導電線C6,E7が形成されている。図面符号C1及びC2は、書き込み用磁性層100の一端E1及び他端E2に形成された第1及び第2導電線を表す。
3A, the first magnetic domain D1, the coupling
図3Bは、図3Aの情報記憶装置の第1磁壁DW1を移動させた結果を示す。このような第1磁壁DW1の移動は、第1導電線C1から第2導電線C2に電流を印加した結果である。図3Bを参照すれば、第1磁壁DW1の移動によって第2磁区D2が第1連結用磁性層200aの下部まで拡張され、その結果、第1連結用磁性層200aの磁化方向が第2方向M2に反転される。次いで、第1連結用磁性層200aと接した第1領域A1の磁化方向も第2方向M2に反転される。このような磁化反転は、第1連結用磁性層200aから第2情報記憶磁性層300bの第1領域A2まで連鎖的に発生する。このような磁化反転によって、情報記憶用磁性層300に他の磁区(以下、第4磁区)D4が形成される。
FIG. 3B shows the result of moving the first domain wall DW1 of the information storage device of FIG. 3A. The movement of the first domain wall DW1 is a result of applying a current from the first conductive line C1 to the second conductive line C2. Referring to FIG. 3B, the movement of the first domain wall DW1 extends the second magnetic domain D2 to a lower portion of the first coupling
図3Cを参照すれば、第6導電線C6から第2導電線C2に電流を流して、第2情報記憶用磁性層300b内で第4磁区D4を第2情報記憶用磁性層300の一端方向に1ビットぶん拡張させる。第4磁区D4に対応するデータは、例えば、‘0’でありうる。
Referring to FIG. 3C, a current is passed from the sixth conductive line C6 to the second conductive line C2, and the fourth magnetic domain D4 is moved in one end direction of the second information storage
図3Dを参照すれば、第2導電線C2から第1導電線C1に電流を流して、第1磁壁DW1を一端E1から他端E2方向に移動させる。これにより、第1磁区D1が第1連結用磁性層200aの下部まで拡張される。このような第1磁壁DW1の移動によって、第1連結用磁性層200から第2情報記憶磁性層300bの第1領域A2まで磁化方向が第1方向M1に反転される。このとき、第1領域A1,A2に形成された磁区を第5磁区D5と称す。第5磁区D5に対応するデータは、例えば、‘1’でありうる。
Referring to FIG. 3D, a current is passed from the second conductive line C2 to the first conductive line C1, and the first domain wall DW1 is moved from one end E1 to the other end E2. Thereby, the first magnetic domain D1 is expanded to the lower part of the first coupling
図3Eを参照すれば、第6導電線C6から第1導電線C1に電流を流して第4及び第5磁区D4,D5を第2情報記憶用磁性層300bの一端方向に1ビットぶん移動させる。
Referring to FIG. 3E, a current is passed from the sixth conductive line C6 to the first conductive line C1 to move the fourth and fifth magnetic domains D4 and D5 by one bit toward one end of the second information storage
結果的に、第2情報記憶用磁性層300bの第2領域Bに‘0’及び‘1’に対応するデータが記憶される。このような方法で情報記憶用磁性層300の所定領域に2進データを記憶しうる。
As a result, data corresponding to ‘0’ and ‘1’ is stored in the second region B of the second information storage
図3Aないし図3Eでは、書き込み用磁性層100、連結用磁性層200及び情報記憶用磁性層300が垂直磁気異方性を有する場合について示したが、書き込み用磁性層100、連結用磁性層200及び情報記憶用磁性層300が水平磁気異方性を有する場合にも、前記書き込み方法は同一に適用される。
3A to 3E show the case where the write
このように、本発明の情報記憶装置では、書き込み用磁性層100及び情報記憶用磁性層300内で磁壁を移動させる方法でデータを記録する。したがって、本発明の情報記憶装置では、動く機械システムが要求されない。また、本発明の情報記憶装置は、図1A及び図2に示したようなマルチスタック情報記憶装置であるため、大容量の情報を記憶しうる。
Thus, in the information storage device of the present invention, data is recorded by a method of moving the domain wall in the magnetic layer for writing 100 and the magnetic layer for
一方、図示していないが、所定のデータが記憶された磁区を磁気抵抗センサー400の下部に移動させ、磁気抵抗センサー400に所定の読み取り電流を印加すれば、前記所定のデータを読み取れる。前記読み取り/書き込み動作時に情報記憶用磁性層300の一部または書き込み用磁性層100は、データの臨時保管のためのバッファ領域として使われる。
On the other hand, although not shown, the predetermined data can be read by moving a magnetic domain storing predetermined data to the lower part of the
以下では、本発明の実施形態による磁壁移動を利用した情報記憶装置の製造方法(以下、本発明の製造方法)を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing an information storage device using domain wall motion according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a manufacturing method of the present invention) will be described.
図4Aないし図4Jは、本発明の製造方法を工程別に示す。 4A to 4J show the manufacturing method of the present invention by process.
図4Aを参照すれば、基板10上に書き込み用磁性層100を形成する。書き込み用磁性層100は、図1Aを参照して説明した書き込み用磁性層100と同一である。次いで、書き込み用磁性層100を覆うように基板10上に第1絶縁層20を形成する。第1絶縁層20は、レジン層でありうる。
Referring to FIG. 4A, the write
次いで、第1絶縁層20の上側に多重段差構造を有する第1マスタースタンプ50を整列させる。第1マスタースタンプ50は、電子ビームリソグラフィのようなナノパターニング法で製作されたものであって、反復的に使用しうる。
Next, the
図4Bを参照すれば、第1マスタースタンプ50で第1絶縁層20をインプリントして第1絶縁層20をパターニングする。
Referring to FIG. 4B, the first insulating
次いで、第1マスタースタンプ50を第1絶縁層20から除去する。図4Cは、第1マスタースタンプ50を除去した以後の状態を示す。
Next, the
図4Cを参照すれば、第1マスタースタンプ50を利用したインプリント工程によって書き込み用磁性層100の一部を露出させる第1開口部1が形成される。第1開口部1は、第1溝H1及び第1溝H1上に第1溝H1より大きい第2溝H2を備える。第1溝H1の底部に前記レジン層の一部が残留するが、残留したレジン層は、RIE(Reactive Ion Etching)またはプラズマアッシング法で除去される。
Referring to FIG. 4C, the first opening 1 exposing a part of the write
図4Dを参照すれば、第1溝H1内に図1Aの連結用磁性層200と同じ第1連結用磁性層200aを形成する。第1連結用磁性層200aは、電解メッキ法で形成しうるが、その厚さは、前記電解メッキ時に反応条件及び反応時間を調節することによって制御される。したがって、第1連結用磁性層200aの高さと第1溝H1の高さとを合せうる。たとえ、第1連結用磁性層200aの高さが第1溝H1の高さと正確に一致しないとしても、それにより、後続工程の進行及び装置の動作時に問題が発生しない。
Referring to FIG. 4D, the first coupling
次いで、第2溝H2内に図1Aの情報記憶用磁性層300と同じ第1情報記憶用磁性層300aを形成する。第1情報記憶用磁性層300aは、第1連結用磁性層200a及び第1絶縁層20上にスパッタリング法で磁性層を蒸着した後、前記磁性層をCMP(Chemical Mechanical Polishing)することによって形成しうる。
Next, the same first information storage
図4Eを参照すれば、前記第1情報記憶用磁性層300a及び第1絶縁層20上に第2絶縁層30を形成する。第2絶縁層30は、第1絶縁層20と同一物質で形成しうる。次いで、第2絶縁層30の上側に多重段差構造を有する第2マスタースタンプ60を位置させる。
Referring to FIG. 4E, a second insulating
前述した第1マスタースタンプ50で第1絶縁層20をパターニングした方法と同様に、第2マスタースタンプ60で第2絶縁層30をパターニングする。図4Fは、第2絶縁層30をパターニングし、第2マスタースタンプ60を除去した状態を示す。
Similar to the method of patterning the first insulating
図4Fを参照すれば、第2マスタースタンプ60を利用したインプリント工程によって第1情報記憶用磁性層300aの一部を露出させる第2開口部2が形成される。第2開口部2は、第3溝H3、及び第3溝H3上に第3溝H3より大きい第4溝H4を備える。第3溝H3のサイズは、図4Cの第1溝H1のサイズと同じであり、第4溝H4のサイズは、図4Cの第2溝H2のサイズより大きい。
Referring to FIG. 4F, the
図4Gを参照すれば、第2開口部2を有する第2絶縁層30をイオン注入マスクとして利用して、第2開口部2によって露出された第1情報記憶用磁性層300aに不純物イオンをドーピングする。前記不純物イオンは、He+及び/またはGa+でありうる。前記He+及びGa+のような不純物イオンが磁性物質にドーピングされれば、前記不純物イオンによって磁性物質の磁気異方性エネルギーが減少する。これは、前記不純物イオンが前記磁性物質を構成する磁性粒子間の磁気的カップリング効果を落とすためである。ドーピングされる不純物イオンの量によって前記磁性物質の磁気異方性エネルギーは、0まで減少しうる。A1は、第1情報記憶用磁性層300aで前記不純物イオンがドーピングされた部分を表す。前記不純物イオンのドーピング工程は、選択的な工程である。
Referring to FIG. 4G, using the second insulating
図4Hを参照すれば、第1開口部1内に第1連結用磁性層200aと第1情報記憶用磁性層300aとを形成したところと同じ方法で、第2開口部2内に第2連結用磁性層200bと第2情報記憶用磁性層300bとを形成する。
Referring to FIG. 4H, the second connection is formed in the
図4Iを参照すれば、前記第2情報記憶用磁性層300b及び第2絶縁層30上に第3絶縁層40を形成する。第3絶縁層40は、第1絶縁層20と同一物質で形成しうる。次いで、前述した第1及び第2絶縁層20,30をパターニングした方法と同様に、第3絶縁層40をパターニングする。その結果、第2情報記憶用磁性層300bの一部を露出させる第3開口部3が形成される。第3開口部3は、第5溝H5、及び第5溝H5上に第5溝H5より大きい第6溝H6を備える。
Referring to FIG. 4I, a third insulating
図4Jを参照すれば、第3開口部3を有する第3絶縁層40をイオン注入マスクとして利用して、第3開口部3によって露出された第2情報記憶用磁性層300bにHe+及びGa+のような不純物イオンをドーピングする。A2は、第2情報記憶用磁性層300bで前記不純物イオンがドーピングされた部分を表す。前記不純物イオンのドーピング工程は、選択的な工程である。
Referring to FIG. 4J, using the third insulating
以後、図示していないが、第1開口部1内に第1連結用磁性層200aと第1情報記憶用磁性層300aとを形成したところと同じ方法で、第3開口部3内に第3連結用磁性層と第3情報記憶用磁性層とを形成しうる。
Thereafter, although not shown in the figure, the
前述した本発明の製造方法は、図1Aの情報記憶装置を製造する方法に関するが、前記本発明の製造方法で第1及び第2マスタースタンプ50,60及び第1及び第2開口部1,2の形態を変形すれば、図2の情報記憶装置を製造しうる。
The manufacturing method of the present invention described above relates to a method of manufacturing the information storage device of FIG. 1A. In the manufacturing method of the present invention, the first and
本発明の製造方法では、多重段差マスタースタンプを使用して一回のインプリント工程で二つの溝を形成する。したがって、本発明の方法を利用すれば、少数の工程で大容量の情報記憶装置を容易に具現しうる。 In the manufacturing method of the present invention, two grooves are formed in one imprint process using a multi-step master stamp. Therefore, if the method of the present invention is used, a large-capacity information storage device can be easily implemented with a small number of steps.
以上の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示であると解釈されたい。例えば、当業者ならば、書き込み用磁性層100、連結用磁性層200及び情報記憶用磁性層300間の位置関係を多様に変形しうる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されるものである。
Although many matters have been specifically described in the above description, they should not be construed as limiting the scope of the invention but merely as exemplifications of desirable embodiments. For example, those skilled in the art can variously modify the positional relationship among the write
本発明は、情報記憶関連の技術分野に適用可能である。 The present invention is applicable to technical fields related to information storage.
100 書き込み用磁性層
200 連結用磁性層
300 情報記憶用磁性層
400 磁気抵抗センサー
C1 第1導電線
C2 第2導電線
C3 第3導電線
A 第1領域
B 第2領域
100 magnetic layer for writing 200 magnetic layer for
Claims (35)
前記書き込み用磁性層上に形成されたものであって、連結用磁性層と情報記憶用磁性層とが順次に積層された積層構造物と、
前記情報記憶用磁性層に記憶された情報を読み取るための読み取り手段と、を備えることを特徴とする磁壁移動を利用した情報記憶装置。 A magnetic layer for writing having a domain wall;
A laminated structure formed on the write magnetic layer, wherein a coupling magnetic layer and an information storage magnetic layer are sequentially laminated;
An information storage device using domain wall motion, comprising: reading means for reading information stored in the information storage magnetic layer.
基板上に書き込み用磁性層を形成する工程と、
前記書き込み用磁性層を覆うように前記基板上に第1絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層をパターニングして前記書き込み用磁性層を露出させる第1開口部を形成する工程と、
前記第1開口部内に第1連結用磁性層と第1情報記憶用磁性層とを順次に形成する工程と、を含むことを特徴とする情報記憶装置の製造方法。 In a method for manufacturing an information storage device using domain wall motion,
Forming a magnetic layer for writing on the substrate;
Forming a first insulating layer on the substrate so as to cover the magnetic layer for writing;
Patterning the first insulating layer to form a first opening exposing the write magnetic layer;
And sequentially forming a first coupling magnetic layer and a first information storage magnetic layer in the first opening.
前記第1情報記憶用磁性層及び前記第1絶縁層上に第2絶縁層を形成する工程と、
前記第2絶縁層をパターニングして前記第1情報記憶用磁性層を露出させる第2開口部を形成する工程と、
前記第2開口部内に第2連結用磁性層と第2情報記憶用磁性層とを順次に形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項24に記載の情報記憶装置の製造方法。 After the step of forming the first coupling magnetic layer and the first information storage magnetic layer in the first opening,
Forming a second insulating layer on the first information storage magnetic layer and the first insulating layer;
Patterning the second insulating layer to form a second opening exposing the first information storage magnetic layer;
25. The method of manufacturing an information storage device according to claim 24, further comprising: sequentially forming a second coupling magnetic layer and a second information storage magnetic layer in the second opening.
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