KR101519767B1 - 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막 - Google Patents

수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 관한 것으로서, Si/SiO2 층과 Ta capping 층 및 Ta/Pd buffer 층을 포함하여 적층되는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 있어서, buffer 층인 상기 Ta와 Pd 사이에 2 이상의 CoSiB/Pd 이층박막이 적층되어 이루어지는 것이며, 신소재인 비정질 강자성체인 CoSiB와 Pd를 이용하여 손쉽게 수직 자기 이방성을 구현함으로써, cell size 감소를 통해 현재 메모리 시장에서 요구하는 고집적화를 이룩하는데 큰 기여를 하는 효과가 있다.

Description

수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막{Multilayers with perpendicular magnetic anisotropy}
본 발명은 자기 랜덤 액세스 메모리의 소재로 사용하는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 관한 것으로서, 상세히는 buffer 층인 Ta/Pd 층의 Ta와 Pd 사이에 다수의 CoSiB/Pd 이층박막을 적층하여 이루어지는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 관한 것이다.
자기 랜덤 액세스 메모리(magnetic random access memory)(이하 '자기 메모리'로 약칭한다)는 미사일, 우주선과 같은 군수용 제품에 사용되고 있다. 또한, 자기 메모리는 기존의 휘발성 소자인 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 고집적도와 SRAM(Static Random Access Memory)의 고속도를 구현할 수 있으며, 비휘발성계인 Flash 메모리에 비해 소비전력이 적으며, 기록재생 반복횟수가 매우 커 휴대 전화기, 컴퓨터 및 네트워크에 사용되는 기존의 메모리의 대체수단으로 부각되고 있다. 또한, 저가, 휘발성을 요구하는 RFID(Radio Frequency IDentification) 태그에 적용하려는 시도가 진행 중이며, 공장 자동화용 로봇 등에 활용가능성이 크다.
자기 메모리는 터널링 자기 저항(tunneling magnetoresistance: TMR)에 기초한 자기 터널 접합(MTJs: Magnetic Tunnel Junctions) 구조를 갖는 자기 기억 소자이며, 소자 내부에 있는 전자의 자체 회전으로 발생한 스핀의 방향을 이용하여, 이웃한 자성층의 스핀 방향이 평행(parallel) 또는 반평행(anti-parallel)인 가에 따라 소자의 저항값이 달라지는 성질을 이용하여 외부에서 자기장을 걸어 스핀 방향을 평행 또는 반평행으로 조작함으로써 정보를 입력할 수 있다.
여기서 자기 터널 접합은 터널링 장벽(tunneling barrier)으로서 절연층(일반적으로 Al2O3)을 사이에 둔 두 강자성층(ferromagnetic layer)의 샌드위치 형태로 되어 있으며, 전류가 각 층에 수직하게 흐르는 현상을 나타낸다. 또한 여기서 두 강자성층은 기준층으로 작용하는 고정층(pinned layer)과 저장이나 감지의 기능을 하는 자유층(free layer)을 말한다. 전류가 흐를 때, 두 강자성층의 스핀 방향이 같으면(parallel) 저항이 작으며 전류의 터널링 확률이 크게 된다. 반면에 두 강자성층의 스핀 방향이 정반대이면(anti-parallel), 저항이 크며 전류의 터널링 확률이 작게 된다.
자기메모리의 초고집적화를 위해서는 서브마이크로 미터 단위의 메모리 셀 형성이 필요하다. 이렇게 자기메모리의 고집적화를 위해 단위 자기 터널 접합의 크기를 감소시키면서 셀의 종횡비(aspect ratio)를 작게 하는 경우에는, 자기 터널 접합의 자성체 내부에서 강한 반자장에 의한 다자구(multidomain) 또는 볼텍스(vortex)가 형성되고 이로 인해 불안정한 셀 스위칭 현상이 나타나 기록마진이 떨어지게 된다.
큰 종횡비로 셀을 제작하면 이러한 다자구 구조는 형상 자기 이방성에 의해 발생하지 않지만 고집적화를 이룰 수 없고, 큰 스위칭 자기장을 필요로 하게 되어 결과적으로 고집적화를 이룰 수 없다. 그래서 개발된 것이 수직 자기 이방성 자기 터널 접합이다(Naoki Nishimura et al., J. Appl. Phys., vol. 91, p. 5246. 2002). 니시무라 그룹은 수직 자기 이방성 물질로 잘 알려진 TbFeCo, GdFeCo를 자유층과 고정층으로 사용하여 자기 터널 접합을 제작함으로써 자기저항비 55%를 획득하였다. 또한 MFM(magnetic force microscope)을 통해 수직 자기 이방성 자기 터널 접합에서 자화 비틀림 현상이 없다는 것을 확인하였다. 그러나 이 실험에서 사용된 Tb, Gd 등은 희토류 금속으로 지구상에서 존재량이 적어 실용화가 불가능하다. 그러므로 수직 자기 이방성 자기 터널 접합을 실용화하기 위해서는 새로운 수직 자기 이방성 물질의 개발이 필요하다.
기존에 연구되던 수직 자기 이방성 박막들은 고밀도화에 있어 한계에 부딪힌 수평자기 기록 매체를 대체하기 위하여 개발되었다. 수직 자기 이방성을 보이는 물질은 CoCr계 합금막, Co/Pt, Co/Pd 다층박막 등으로, 이때 요구되는 물리적 성질은 기록자구의 안정성과 신뢰성을 위하여 수직 자기 이방성이 크고, 보자력이 높으며, 잔류 자화값이 큰 것을 요구한다.
그러나 자기 메모리는 빠른 스위칭과 저전력 동작이 요구되며, 이에 따라 낮은 보자력(Coercivity, HC)과 재생마진 증진을 위한 높은 자기 이방성이 요구된다. 또한, 잔류자화값(remanent magnetization, Mr)이 포화자화도(saturation magnetization, MS)과 유사하며, 동시에 낮은 값을 유지하는 것이 자기 메모리 스위칭 동작의 민감도향상에 필요하다.
즉, 자기 메모리 고집적화 해결책으로서 현재 활발히 연구되고 있는 pMTJ(perpendicular magnetic tunnel junction)을 사용하기 위하여는 자기메모리로 사용할 수 있도록 낮은 보자력과 포화자화값, 높은 자기 이방성을 갖는 수직 자기 이방성 박막을 사용하여, 자화가 면에 수직으로 생성되는 수직 자기 이방성 자기 터널 접합은 낮은 포화자화도를 가지고 박막 끝 부분에서의 어떠한 자화 비틀림 현상도 나타나지 않기 때문에 고밀도가 가능하다.
따라서 낮은 보자력과 잔류자화값이 포화자화도와 유사하며, 동시에 낮은 포화자화도를 가지고, 소비전력을 최소화할 수 있는 수직 자기 이방성 박막이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 선행기술문헌의 특허문헌 1에는 Pt/CoFeSiB 층이 수직으로 둘 이상 적층된 수직 자기 이방성 다층박막이 기재되어 있고, 특허문헌 2에는 Pd층 상부에 형성되며, [CoFeB/Pd]이 N회 반복 적층된(N은 3 이상의 자연수) 다층막을 포함한 수직 자기 이방성 다층박막이 기재되어 있다.
그러나 수직 자기 이방성 다층박막은 열적 안정성이 뛰어나야 하는 자기 랜덤 액세스 메모리에 사용하는 특성상, 비정질의 성질을 잃어버려 본 성질을 잃게 되는 결정화 온도(Tx)가 높아야 하는데, Fe를 포함한 CoFeSiB/Pd 층을 적층하고 있는 상기한 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 종래 수직 자기 이방성 다층박막은 다수 회의 실험결과에 의하면 결정화 온도(Tx)가 낮아 본 발명의 CoSiB보다 열적 안정성이 떨어진다는 단점이 있다.
한국 등록특허 제10-0834811호 한국 등록특허 제10-1209328호
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막을 구성함에 있어 Pd와 함께 이루어지는 다층박막에서 Fe를 제외한 다수의 CoSiB/Pd 이층박막을 반복적으로 적층하여 구성함으로써, 결정화 온도가 높아져 열적 안정성이 향상되는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막은, Si/SiO2 층과 Ta capping 층 및 Ta/Pd buffer 층을 포함하여 적층되는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 있어서, 상기 Ta/Pd buffer 층의 Ta와 Pd 사이에 2 이상의 CoSiB/Pd 이층박막이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또 상기 CoSiB 층은 Co:Si:B = 75:15:10 의 조성으로 이루어지며, 2 이상의 CoSiB/Pd 이층박막 사이의 두께의 비는 1:1인 것이 바람직하다.
또 상기 다층박막의 보자력이 260Ｏｅ 이하인 것이 바람직하다.
또 상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막에서, Pd의 두께가 1.3㎚일 때, 상기 CoSiB의 두께는 0.3㎚ 이하이거나, 상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막에서, CoSiB의 두께가 0.3㎚일 때, 상기 Pd의 두께는 1.3㎚ 이상인 것이 바람직하다.
또 상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막은 5층으로 겹쳐 적층하는 것이 바람직하다.
또 비자성 사이층(tunnel barrier: 터널 배리어)으로 분리되어 있는 자유층과 고정층을 포함하는 자기터널접합(MTJ) 구조에 있어서, 상기 자유층은 CoSiB/Pd 층이 수직으로 2 이상 적층되어 이루어지는 상기한 수직 자기 이방성 다층박막을 포함하는 것을 다른 특징으로 하고 있다.
본 발명의 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 의하면, 신소재인 비정질 강자성체인 CoSiB와 Pd를 이용하여 손쉽게 수직 자기 이방성을 구현함으로써, cell size 감소를 통해 현재 메모리 시장에서 요구하는 고집적화 이룩하는데 큰 기여를 하는 효과가 있다.
또한 Fe를 포함하지 않는 CoSiB/Pd 이층박막을 여러 개 적층한 본 발명의 수직 자기 이방성 다층박막은 결정화 온도가 높아, 자기메모리에 적용하였을 때 상기 자기메모리의 열적 안정성이 뛰어나도록 해주는 효과가 있다.
도 1은 스위칭 자기장에 따른 터널링 자기 저항(TMR) 비율을 보여주는 그래프
도 2는 본 발명에 따른 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막의 적층 구조도
도 3a는 본 발명에 따른 다층박막의 CoSiB의 보자기장(H field:Ｏｅ)에 따른 포화자화도(Magnetization:emu/cc)를 보여주는 그래프
도 3b는 본 발명에 따른 다층박막의 CoSiB의 온도에 따른 구조적 성질을 보여주는 그래프
도 4a는 본 발명에 따른 다층박막에서 out of plane의 경우 CoSiB의 두께 변화 별로 보자기장(H field:Ｏｅ)에 따른 포화자화도(Magnetization:emu/cc)를 보여주는 그래프
도 4b는 본 발명에 따른 다층박막에서 in plane의 경우 CoSiB의 두께 변화 별로 보자기장(H field:Ｏｅ)에 따른 포화자화도(Magnetization:emu/cc)를 보여주는 그래프
도 5a는 본 발명에 따른 다층박막에서 out of plane의 경우 Pd의 두께 변화 별로 보자기장(H field:Ｏｅ)에 따른 포화자화도(Magnetization:emu/cc)를 보여주는 그래프
도 5b는 본 발명에 따른 다층박막에서 in plane의 경우 Pd의 두께 변화 별로 보자기장(H field:Ｏｅ)에 따른 포화자화도(Magnetization:emu/cc)를 보여주는 그래프
도 6a는 본 발명에 따른 다층박막에서 out of plane의 경우 CoSiB/Pd의 적층 횟수 변화 별로 보자기장(H field:Ｏｅ)에 따른 포화자화도(Magnetization:emu/cc)를 보여주는 그래프
도 6b는 본 발명에 따른 다층박막에서 in plane의 경우 CoSiB/Pd의 적층 횟수 변화 별로 보자기장(H field:Ｏｅ)에 따른 포화자화도(Magnetization:emu/cc)를 보여주는 그래프
도 7은 본 발명에 따른 다층박막의 CoSiB의 두께가 0.3㎚ 일 때 열처리 온도의 변화에 따른 보자기장(H field:Ｏｅ)에 따른 포화자화도(Magnetization:emu/cc)를 보여주는 그래프
도 8은 본 발명의 다층박막에서 CoSiB의 두께에 따른 보자력(HC)을 보여주는 그래프
도 9a는 종래 다층박막의 Co70.5Fe4.5Si15B10 조성에서 온도에 따른 방열온도를 나타내는 그래프
도 9b는 본 발명에 따른 다층박막의 Co75Si15B10 조성에서 온도에 따른 방열온도를 나타내는 그래프
이하, 본 발명에 따른 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명을 설명하기에 앞서 자기메모리에 사용되는 본 발명의 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막의 특성상, 상기 다층박막을 구성하는 CoSiB의 결정화 온도를 높여 열적 안정성을 좋게 하기 위해서는 스위칭 자기장(Switching field, HSW)을 감소시켜야 하는데, 도 1의 스위칭 자기장에 따른 TMR(tunneling magnetoresistance:터널링 자기 저항) 비율을 보여주는 그래프에 의하면 스위칭 자기장(swtiching field:Hsw)은 좁은 폭을 유지할수록 감소된다.
따라서 Stoner-Wohlfarth의 Single Domain Model (Hsw=4πCtMs/W)에 의하면 자기메모리의 고집적화를 위한 낮은 스위칭 자기장을 얻기 위해서는 낮은 포화자화도(Ms)를 얻는 것이 필요하다. 여기서 C는 형태비율과 관련된 계수, t는 구조의 두께, W는 구조의 폭이다.
도 2는 본 발명에 따른 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막의 적층 구조도를 도시한 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막은 Si/SiO2 기판 위에 Ta으로 capping층으로 적층하고, 상기 capping층 위에 Ta/Pd으로 buffer층을 적층하되, 상기 Ta과 Pd 사이에 비정질 강자성체인 CoSiB과 Pd으로 이루어진 CoSiB/Pd 이층박막을 반복적으로 적층하여 삽입한 것이다. 본 발명에서는 수직 자기 이방성이 중요하므로 CoSiB/Pd 이층박막의 각 CoSiB 및 Pd의 두께 및 CoSiB/Pd의 이층박막의 적층 반복 횟수에 변화를 주면서 수직 자기 이방성을 측정하였다. 일단 비정질 강자성체인 상기 CoSiB 단일박막의 자기적 특성을 보면, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 CoSiB은 열처리 시에 350℃ 이후에 결정화되어 종래 강자성체보다 좋은 열적 안정성을 나타내고 있다. 이때 상기 CoSiB의 포화자화도는 407emu/㎤이고, 자기이방성상수(Ku)는 1,500erg/㎤이며, 보자력은 1.69Ｏｅ로 측정되었다.
다음은 상기한 바와 같은 CoSiB/Pa 다층박막을 포함하고 있는 본 발명의 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막을 검증하기 위해 두께 및 반복 횟수에 변화를 주면서 자기적 특성과 결정질 특성을 측정한 것이고, 측정조건은 6개 타겟을 가진 dc magnetron sputtering system을 사용하고, 공정 전 압력은 2×10-7Torr이며, 공정 압력은 2×10-3Torr(46sccm)이다.
도 4a는 본 발명에 따른 다층박막에서 out of plane의 경우 CoSiB의 두께 변화 별로 보자기장에 따른 포화자화도를 보여주는 그래프이고, 도 4b는 본 발명에 따른 다층박막에서 in plane의 경우 CoSiB의 두께 변화 별로 보자기장에 따른 포화자화도를 보여주는 그래프이다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, [CoSiB tCoSiBnm/Pd 1.3nm]5로 표시되는 CoSiB/Pd 이층박막이 5층으로 적층되었을 때, Pd의 두께를 1.3㎚로 고정한 상태에서 CoSiB의 두께 변화(0.2∼0.5㎚)에 따른 포화자화도와 보자력을 구한다. 이에 대한 히스테리시스 곡선(hysteresis loops)을 구하였을 때, Pd의 두께가 1.3㎚이며 CoSiB 두께가 0.3㎚일 때 낮은 포화자화도를 가지면서 높은 보자력을 가지게 되며, 동시에 높은 수직도(squareness, Mr/MS)를 갖는 것을 알 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 다층박막에서 out of plane의 경우 Pd의 두께 변화 별로 보자기장에 따른 포화자화도를 보여주는 그래프이고, 도 5b는 본 발명에 따른 다층박막에서 in plane의 경우 Pd의 두께 변화 별로 보자기장에 따른 포화자화도를 보여주는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, [CoSiB 0.3nm/Pd tPdnm]5로 표시되는 CoSiB/Pd 이층박막이 5층으로 적층되었을 때, CoSiB의 두께를 0.3㎚로 고정한 상태에서 Pd의 두께 변화(1.1∼1.6㎚)에 따른 포화자화도와 보자력을 구한다. 이에 대한 스테리시스 곡선(hysteresis loops)을 구하였을 때, CoSiB 두께가 0.3㎚이며 Pd의 두께가 1.3㎚일 때 낮은 포화자화도를 가지면서 높은 보자력을 가지게 되며, 동시에 높은 수직도를 갖는 것을 알 수 있다.
도 6a는 본 발명에 따른 다층박막에서 out of plane의 경우 CoSiB/Pd의 적층 횟수 변화 별로 보자기장에 따른 포화자화도를 보여주는 그래프이고, 도 6b는 본 발명에 따른 다층박막에서 in plane의 경우 CoSiB/Pd의 적층 횟수 변화 별로 보자기장에 따른 포화자화도를 보여주는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, [CoSiB 0.3nm/Pd 1.3nm]n으로 표시되는 CoSiB의 두께를 0.3㎚, Pa의 두께를 1.3㎚로 고정한 상태에서 CoSiB/Pd 이층박막의 적층 횟수 변화(3층, 5층, 7층, 9층, 11층, 13층)에 따른 포화자화도와 보자력을 구하고, 이에 대해 히스테리시스 곡선(hysteresis loops)을 구하였을 때, CoSiB 두께가 0.3㎚이고, Pd의 두께가 1.3㎚인 상태에서 CoSiB/Pd의 적층 횟수가 5층이었을 때 낮은 포화자화도를 가지면서 높은 보자력을 가지게 되며, 동시에 높은 수직도를 갖는 것을 알 수 있다.
상기한 본 발명의 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에서 비정질 강자성체인 CoSiB/Pd 이층박막의 자기적 특성과 결정질 특성을 측정한 결과 [CoSiB 0.3nm/Pd 1.3nm]5로 시편이 가장 좋은 수직 자기 이방성을 보였다. 이러한 수직 자기 이방성은 Pd의 두께보다 CoSiB의 두께에 더 많은 영향을 받는데, 이는 수직 자기 이방성이 비자성보다 강자성에 더 많은 영향을 받기 때문이다. 또한 CoSiB/Pd 이층박막의 수직도는 적층되는 상기 CoSiB/Pd 이층박막의 적층 반복 횟수에 영향을 받는데, 이는 Pd의 확산현상 때문인 것으로 추측할 수 있다.
따라서 상기 결과에 따르면 본 발명에서 적용하는 비정질 강자성체 CoSiB은 pMTJ의 자유층에 응용되기에 아주 유용한 특성이 있다고 할 수 있다. 즉 비자성 사이층(tunnel barrier: 터널 배리어)으로 분리되어 있는 자유층과 고정층을 포함하는 자기터널접합(MTJ) 구조에서, 상기 자유층은 본 발명의 CoSiB/Pd 층이 수직으로 2 이상 적층되어 이루어지게 된다.
다음은 본 발명에 따른 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 대한 열적 안정성을 실험한 과정 및 결과를 설명한 것이다.
본 발명의 다층박막의 시편 구조는,
SiO 100nm/Ta 5nm/Pd 3nm/[CoSiB tCoSiBnm/Pd 1.3nm]5/Ta 5n이고, CoSiB의 조성은 Co75Si15B10이며, tCoSiB 범위는 0.1∼0.6 nm 이다. 열처리(annealing) 온도는 200℃, 250℃, 300℃, 350℃이다.
도 7은 본 발명 중 Ta 5nm/Pd 3nm/[CoSiB 0.3nm/Pd 1.3nm]5/Ta 5nm 박막의 히스테리시스 곡선을 도시한 것이다. 히스테리시스 곡선을 구함으로써 본 박막의 온도에 따른 포화자화도 및 보자력의 변화를 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 다층박막에서 CoSiB의 두께에 따른 보자력을 보여주는 그래프이고, 본 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층박막에서 보자력의 경우 열처리 온도가 300℃까지 증가하다 350℃에서는 대체적으로 수직 자기 이방성이 사라진다. 본문에는 도식도를 삽입하지 않았으나 수직도의 경우도 300℃까지는 1에 가까운 수치를 유지하다 350℃에서 급격히 작아진다.
따라서 본 발명에 따른 다층박막은 CoSiB의 두께가 0.3㎚이고, 열처리 온도가 300℃일 때 가장 바람직한 수직 자기 이방성과 수직도를 나타낸다고 할 수 있다.
도 9a는 종래 다층박막의 Co70.5Fe4.5Si15B10 조성에서 온도에 따른 결정화 온도를 나타내는 그래프이고, 도 9b는 본 발명에 따른 다층박막의 Co75Si15B10 조성에서 온도에 따른 결정화 온도를 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
도 9a에 도시한 바와 같이, Co70.5Fe4.5Si15B10 조성을 갖는 종래 다층박막은 결정화 온도의 값이 실험결과 790K(517℃)이고, 이와 같이 결정화 온도는 Co70.5Fe4.5Si15B10 조성을 갖는 비정질 시편이 발열반응을 보이며 결정화되는 지점을 지칭하는 것이므로, 상기 결정화 온도가 높을수록 열적 안전성이 뛰어나다는 것이며, 열적 안정성이 뛰어날수록 자기메모리의 소재로서의 응용 가능성이 높다고 할 수 있다.
이에 반해 도 9b에 도시한 바와 같이 Co75Si15B10 조성을 갖는 본 발명의 다층박막은 결정화 온도의 값이 실험결과 811K(538℃)이어서, 종래 CoFeSiB 조성보다 결정화 온도의 값이 다소 높다. 결정화 온도의 값이 종래 Co70.5Fe4.5Si15B10 조성을 갖는 다층박막보다 높다는 것은, 곧 종래 조성보다 본 발명의 조성이 갖는 열적 안정성이 더 뛰어나다는 의미이다.
이는 곧 CoSiB가 CoFeSiB보다 MRAM(Magnetic Random Access Memory)의 자유층에 적용되는 MJT를 구현하기에 더 우수한 특성이 있다는 것을 의미한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형과 실험적 시도가 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims (14)

  1. Si/SiO2 층과 Ta capping 층 및 Ta/Pd buffer 층을 포함하여 적층되는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막에 있어서,
    상기 Ta/Pd buffer 층의 Ta와 Pd 사이에 2 이상의 CoSiB/Pd 이층박막이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 CoSiB 층은 Co75Si15B10의 조성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막.
  3. 제 1항에 있어서,
    2 이상의 CoSiB/Pd 이층박막 사이의 두께의 비는 1:1인 것을 특징으로 하는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층박막의 보자력이 260Ｏｅ 이하인 것을 특징으로 하는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막에서, Pd의 두께가 1.3㎚일 때, 상기 CoSiB의 두께는 0.3㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막에서, CoSiB의 두께가 0.3㎚일 때, 상기 Pd의 두께는 1.3㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막이 수직으로 5층 겹쳐 적층된 것을 특징으로 하는 수직 자기 이방성을 가지는 비정질 강자성체 다층박막.
  8. 비자성 사이층(tunnel barrier: 터널 배리어)으로 분리되어 있는 자유층과 고정층을 포함하는 자기터널접합(MTJ) 구조에 있어서,
    상기 자유층은 CoSiB/Pd 층이 수직으로 2 이상 적층되어 이루어지는 수직 자기 이방성 다층박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기터널접합(MTJ) 구조.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 CoSiB 층은 Co75Si15B10의 조성으로 구성됨을 특징으로 하는 자기터널접합(MTJ) 구조.
  10. 제 8항에 있어서,
    2 이상의 CoSiB/Pd 이층박막 사이의 두께의 비는 1:1인 것을 특징으로 하는 자기터널접합(MTJ) 구조.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막이 수직으로 5층 겹쳐 적층된 것을 특징으로 하는 자기터널접합(MTJ) 구조.
  12. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층박막의 보자력이 260Ｏｅ 이하인 것을 특징으로 하는 자기터널접합(MTJ) 구조.
  13. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막에서, Pd의 두께가 1.3㎚일 때, 상기 CoSiB의 두께는 0.3㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 자기터널접합(MTJ) 구조.
  14. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층박막의 CoSiB/Pd 이층박막에서, CoSiB의 두께가 0.3㎚일 때, 상기 Pd의 두께는 1.3㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 자기터널접합(MTJ) 구조.
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