JP5172317B2 - 磁壁移動を利用した情報記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

前記書き込み用磁性層の磁気異方性エネルギーは、２×１０^３〜１０^７Ｊ／ｍ^３でありうる。

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。

前記連結用磁性層の磁気異方性エネルギーは、１０〜１０^３Ｊ／ｍ^３でありうる。

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。

前記情報記憶用磁性層の磁気異方性エネルギーは、２×１０^３〜１０^７Ｊ／ｍ^３でありうる。

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。

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。

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＜１０^７Ｊ／ｍ^３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、２×１０^３≦Ｋ２≦１０^７Ｊ／ｍ^３でありうる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

前記第１開口部は、ナノインプリント方式で形成される。

前記第１連結用磁性層は、前記第１溝内に形成されうる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

前記第２連結用磁性層は、前記第３溝内に形成されうる。

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。

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。

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。

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。

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。

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、２×１０^３〜１０^７Ｊ／ｍ^３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、１０〜１０^３Ｊ／ｍ^３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≦１０^７Ｊ／ｍ^３ほどであり、第２領域Ｂの磁気異方性エネルギーＫ２は、２×１０^３≦Ｋ２≦１０^７Ｊ／ｍ^３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図４Ａないし図４Ｊは、本発明の製造方法を工程別に示す。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、情報記憶関連の技術分野に適用可能である。

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を示す斜視図である。 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を示す側面図である。 本発明の他の実施形態による磁壁移動を利用した情報記憶装置を示す斜視図である。 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書き込み方法をステップ別に示す斜視図である。 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書き込み方法をステップ別に示す斜視図である。 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書き込み方法をステップ別に示す斜視図である。 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書き込み方法をステップ別に示す斜視図である。 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書き込み方法を段階別に示す斜視図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。 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を工程別に示す断面図である。

符号の説明

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

Claims (34)

1. 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、
   前記書き込み用磁性層及び前記情報記憶用磁性層は、バー形状を有し、
   前記連結用磁性層は前記書き込み用磁性層に接触され、前記連結用磁性層と接触された前記書き込み用磁性層の磁化方向に沿って前記連結用磁性層の磁化方向が変わり、
   前記情報記憶用磁性層は磁壁を有し、前記書き込み用磁性層及び前記情報記憶用磁性層内で磁壁を移動させることによりデータを記録する
   ことを特徴とする磁壁移動を利用した情報記憶装置。
2. 前記書き込み用磁性層は、前記情報記憶用磁性層と垂直である
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
3. 前記書き込み用磁性層は、前記情報記憶用磁性層と平行している
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
4. 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た
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
5. 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、交互に積層されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
6. 前記積層構造物は、前記書き込み用磁性層と垂直方向に複数形成された
   ことを特徴とする請求項４に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
7. 前記積層構造物は、交互に積層される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、前記情報記憶用磁性層は、異なる長さを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
8. 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
   ことを特徴とする請求項７に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
9. 前記情報記憶用磁性層の長さは、前記書き込み用磁性層側に行くほど短くなる
   ことを特徴とする請求項８に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
10. 前記書き込み用磁性層の磁気異方性エネルギーは、２×１０^３〜１０^７Ｊ／ｍ^３である
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
11. 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た
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
12. 前記連結用磁性層の磁気異方性エネルギーは、１０〜１０^３Ｊ／ｍ^３である
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
13. 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た
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
14. 前記情報記憶用磁性層の磁気異方性エネルギーは、２×１０^３〜１０^７Ｊ／ｍ^３である
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
15. 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た
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
16. 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
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
17. 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＜１０^７Ｊ／ｍ^３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、２×１０^３≦Ｋ２≦１０^７Ｊ／ｍ^３である
    ことを特徴とする請求項１６に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
18. 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る
    ことを特徴とする請求項１６に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
19. 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る
    ことを特徴とする請求項１８に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
20. 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る
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
21. 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た
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
22. 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た
    ことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報記憶装置。
23. 請求項１乃至請求項２２のいずれか一項に記載の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。
24. 前記第１開口部は、第１溝と、前記第１溝上の前記第１溝より大きい第２溝とを備える
    ことを特徴とする請求項２３に記載の情報記憶装置の製造方法。
25. 前記第１開口部を、ナノインプリント方式で形成する
    ことを特徴とする請求項２３に記載の情報記憶装置の製造方法。
26. 前記第１連結用磁性層を、前記第１溝内に形成する
    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。
27. 前記第１情報記憶用磁性層を、前記第２溝内に形成する
    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。
28. 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、を含む
    ことを特徴とする請求項２３に記載の情報記憶装置の製造方法。
29. 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含む
    ことを特徴とする請求項２８に記載の情報記憶装置の製造方法。
30. 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る
    ことを特徴とする請求項２９に記載の情報記憶装置の製造方法。
31. 前記第２開口部は、第３溝と、前記第３溝上の前記第３溝より大きい第４溝とを備える
    ことを特徴とする請求項２８に記載の情報記憶装置の製造方法。
32. 前記第２開口部を、ナノインプリント方式で形成する
    ことを特徴とする請求項２８に記載の情報記憶装置の製造方法。
33. 前記第２連結用磁性層を、前記第３溝内に形成する
    ことを特徴とする請求項３１に記載の情報記憶装置の製造方法。
34. 前記第２情報記憶用磁性層を、前記第４溝内に形成する
    ことを特徴とする請求項３１に記載の情報記憶装置の製造方法。

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