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KR101209328B1 - PERPENDICULAR MAGNETIC ANISOTROPY OF CoFeB/Pd MULTILAYER AND MAGNETIC RANDOM ACCESS MEMORY FABRICATED USING THE SAME - Google Patents

PERPENDICULAR MAGNETIC ANISOTROPY OF CoFeB/Pd MULTILAYER AND MAGNETIC RANDOM ACCESS MEMORY FABRICATED USING THE SAME Download PDF

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KR101209328B1
KR101209328B1 KR1020100003614A KR20100003614A KR101209328B1 KR 101209328 B1 KR101209328 B1 KR 101209328B1 KR 1020100003614 A KR1020100003614 A KR 1020100003614A KR 20100003614 A KR20100003614 A KR 20100003614A KR 101209328 B1 KR101209328 B1 KR 101209328B1
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thin film
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임상호
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정종호
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 수직자기이방성을 가지는 CoFeB/Pd 다층박막 및 이를 이용하여 제조한 자기 랜덤 액세스 메모리에 관한 것으로, 기판 상부에 형성되는 Pd층 및 상기 Pd층 상부에 형성되는 [CoFeB/Pd]N(N은 3이상의 자연수)를 포함하는 다층박막을 제공하되, 상기 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 사파이어 기판 및 산화마그네슘 기판 중 어느 하나를 사용 하고, 상기 기판 및 Pd층 사이에 형성되는 Al 또는 Ta 시드층을 더 포함시킴으로써, 40 ~ 600 Oe의 높은 보자력(Hc)을 가지는 우수한 수직자기이방성을 나타내도록 하는 발명에 관한 것이다.The present invention relates to a CoFeB / Pd multilayer thin film having perpendicular magnetic anisotropy, and to a magnetic random access memory manufactured using the same, wherein the Pd layer formed on the substrate and the [CoFeB / Pd] N (N) formed on the Pd layer. A multi-layered thin film comprising a natural water of 3 or more), wherein the substrate is any one of a silicon substrate, a glass substrate, a sapphire substrate and a magnesium oxide substrate, and an Al or Ta seed layer formed between the substrate and the Pd layer. It further relates to the invention to exhibit excellent perpendicular magnetic anisotropy having a high coercive force (Hc) of 40 ~ 600 Oe.

Description

수직자기이방성을 가지는 코발트-철-보론/팔라듐 다층박막 및 이를 이용하여 제조한 자기 랜덤 액세스 메모리{PERPENDICULAR MAGNETIC ANISOTROPY OF CoFeB/Pd MULTILAYER AND MAGNETIC RANDOM ACCESS MEMORY FABRICATED USING THE SAME}Cobalt-Iron-Boron / Palladium Multilayer Thin Film with Vertical Magnetic Anisotropy and Magnetic Random Access Memory Fabricated Using the Same

본 발명은 수직자기이방성을 가지는 CoFeB/Pd 다층박막 및 이를 이용하여 제조한 자기 랜덤 액세스 메모리에 관한 것으로, 구체적으로는 다층의 CoFeB/Pd 막을 포함하는 다층박막의 수직자기이방성을 향상시키고 이를 이용하여 자기 랜덤 액세스 메모리를 제조하는 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a CoFeB / Pd multilayer thin film having perpendicular magnetic anisotropy, and to a magnetic random access memory manufactured using the same. Specifically, the vertical magnetic anisotropy of a multilayer thin film including multilayer CoFeB / Pd films is improved and used. A technique for manufacturing a magnetic random access memory is provided.

자기 랜덤 액세스 메모리(Magnetic Random Access Memory; 이하 MRAM)의 구동은 자화반전에 기반하고 있으며, 최근에는 전류를 이용한 자화반전(Current Induced Magnetization Switching, CIMS)이 고밀도 MRAM 구현에 적합한 것으로 증명되었다. The operation of magnetic random access memory (MRAM) is based on magnetization inversion, and recently, current induced magnetization switching (CIMS) has proved to be suitable for high density MRAM implementation.

자성박막에 전류를 인가하면 스핀토크 (Spin-Transfer Torque; STT)가 발생하는데, CIMS는 이러한 스핀토크를 자화반전에 용이하게 이용할 수 있기 때문이다.Spin-Transfer Torque (STT) occurs when a current is applied to the magnetic thin film, because CIMS can easily use such spin torque to reverse magnetization.

아울러, 스핀토크를 이용한 자화반전은 기존의 자장을 이용한 자화 반전에 비하여 고집적화 및 넓은 쓰기 윈도우, 낮은 전력 소모 등 몇 가지 장점을 가지고 있다.In addition, magnetization inversion using spin torque has several advantages, such as high integration, wide write window, and low power consumption, compared to magnetization inversion using a conventional magnetic field.

지금까지의 연구는 평면자화형(In-plane Anisotropy) 자기터널접합(Magnetic Tunnel Junctions (MTJs))을 통해 주된 연구가 진행 되어왔으며, 최근에는 나노미터 단위의 자기 셀에서 열적 안정성을 유지하면서도 상대적으로 낮은 수MA/㎠의 임계전류 밀도가 얻어졌다. Until now, the main research has been conducted through In-plane Anisotropy Magnetic Tunnel Junctions (MTJs), and recently, the thermal stability in nanometer magnetic cells is relatively high. A low critical current density of several MA / cm 2 was obtained.

이와 같은 결과들은 대개 MgO막을 기반으로, 3층 결합 구조의 자유층과 고정층을 이용한 MTJs 구조들에서 얻어졌지만 상용화를 위한 고집적 MRAM의 구현에는 보다 낮은 임계전류 밀도(1MA/㎠ 이하)가 요구되고 있는 상황이다. These results are usually obtained from MTJs structures based on MgO films using free and fixed layers of three-layer bonding structures, but lower critical current densities (less than 1MA / cm 2) are required for high-density MRAM for commercialization. Situation.

이러한 점에서 수직자화형(Perpendicular Anisotropy) 자기터널접합(pMTJs)은 기존의 평면자화형 자기터널접합의 임계전류 밀도에 원천적으로 포함 될 수밖에 없었던 반자장에 의한 증가분(2πMs; 여기서 Ms는 포화자화를 나타냄)을 제거 할 수 있다는 점에서 주목 받고 있다.In this sense, the perpendicular magnetic tunnel junction (pMTJs) is an increase due to the anti-magnetic field (2πMs; where Ms is the saturation magnetization, which was inherently included in the critical current density of the conventional planar magnetization magnetic tunnel junction). It is attracting attention because it can be removed.

한편, 수직자화형 자기터널접합(pMTJs) 구조에서 전류를 이용한 자화반전(CIMS)이 실험적으로 보고된 이래, 수직자기이방성의 구현 및 이를 이용한 수직자화형 자기터널 접합에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 현재 수직자화형 자기터널접합(pMTJs)의 구현에는 적합한 수준의 수직자기이방성 뿐만 아니라 높은 터널자기저항(Tunneling Magnetoresistance(TMR))이 필수적으로 요구되고 있다.On the other hand, since the magnetization reversal (CIMS) using the current in the vertical magnetization magnetic tunnel junction (pMTJs) structure has been reported experimentally, a lot of researches on the implementation of the perpendicular magnetic anisotropy and the vertical magnetization magnetic tunnel junction using the same . Currently, the implementation of vertical magnetization magnetic tunnel junctions (pMTJs) requires not only an appropriate level of perpendicular magnetic anisotropy but also high tunneling magnetoresistance (TMR).

또한, 수직자기이방성을 나타내는 박막으로 CoFeSiB/Pt 다층박막이 보고되기도 하였다. CoFeSiB/Pt 다층박막은 수직자기이방성은 크지만 보자력(Hc)을 최소화시키고자 하는데 그 주요 특징이 있었다. 따라서 보자력(Hc)의 최소화를 달성하기 위하여 포화자속밀도가 작은 CoFeSiB 합금을 사용하였다. 이때, CoFeSiB 합금은 높은 터널자기저항(TMR)을 가지는 고밀도 자기 랜덤액세스 메모리에 제조에 필수적인 MgO 자기터널접합에는 적용이 불가능한 문제가 있었다. CoFeSiB 합금은 열처리 시 MgO의 템플레이트 효과에 의한 bcc Co 또는 CoFe(001) 형성이 불가능하였기 때문이다. 따라서, CoFeSiB/Pt 다층박막은 자기장에 의한 자화반전 및 이를 이용한 MRAM에 응용이 가능하며, 전류인가에 의한 자화반전(CIMS) 기술을 이용한 고밀도 스핀 토크(STT) MRAM 제조를 위한 응용 분야에는 적합하지 않는 문제가 있었다.In addition, CoFeSiB / Pt multilayer thin films have been reported as thin films exhibiting perpendicular magnetic anisotropy. CoFeSiB / Pt multilayer thin films have high vertical magnetic anisotropy but try to minimize coercive force (Hc). Therefore, CoFeSiB alloy with small saturation magnetic flux density was used to achieve minimization of coercive force (Hc). At this time, CoFeSiB alloy has a problem that can not be applied to the MgO magnetic tunnel junction which is essential for manufacturing in high density magnetic random access memory having a high tunnel magnetoresistance (TMR). This is because CoFeSiB alloy was not able to form bcc Co or CoFe (001) due to the template effect of MgO during heat treatment. Therefore, CoFeSiB / Pt multilayer thin film can be applied to magnetization reversal by magnetic field and MRAM using the same, and is not suitable for application fields for manufacturing high density spin torque (STT) MRAM using CIMS technology by applying current. There was no problem.

따라서 평면 자화형 CoFeB/MgO/CoFeB 형태를 가지는 자기터널접합에서 높은 터널자기저항이 얻어지고 있는 것을 고려해 볼 때, 수직자화형 MTJs 역시 CoFeB을 이용한 구조가 적합한 특성을 나타낼 것으로 기대가 되었다.Therefore, considering that the high tunnel magnetoresistance is obtained in the magnetic tunnel junction having the planar magnetization type CoFeB / MgO / CoFeB type, it is expected that the vertical magnetization type MTJs also exhibit suitable characteristics using CoFeB.

최근 보고에 따르면 TbFeCo/CoFeB/MgO/CoFeB/TbCoFe 구조를 가지는 수직자화형 자기터널접합에서 4.7MA/㎠ 의 임계전류 밀도가 100ns의 전류 인가 시간에서 관찰되었다. 그러나 터널자기저항은 상대적으로 낮은 15% 수준이었으며, 이것은 TbCoFe과 CoFeB이 직접적으로 접촉해 있음으로 인해 높은 터널자기저항을 얻는데 필수적이라고 알려진 MgO 템플릿 효과가 잘 일어나지 못했을 가능성이 있다.According to a recent report, a critical current density of 4.7 MA / cm 2 was observed at a current application time of 100 ns in a vertical magnetized magnetic tunnel junction with a TbFeCo / CoFeB / MgO / CoFeB / TbCoFe structure. However, the tunnel magnetoresistance was at a relatively low 15% level, which is likely due to the direct contact of TbCoFe and CoFeB, which did not result in the MgO template effect, which is known to be essential for high tunnel magnetoresistance.

따라서 수직자화형 자기터널접합(pMTJs) 및 높은 자기터널저항(TMR)의 구현을 위해서는 CoFeB 자성층을 비 자성체를 이용하여 고립시키되, 수직자기이방성을 유지시키는 것이 중요하지만, 이에 대한 연구 또는 실험성과가 부족한 실정이다.
Therefore, in order to realize vertical magnetization magnetic tunnel junction (pMTJs) and high magnetic tunnel resistance (TMR), it is important to isolate the CoFeB magnetic layer using a non-magnetic material, but to maintain perpendicular magnetic anisotropy. It is not enough.

본 발명은 수직자화형 자기터널접합(pMTJs) 구현을 위해서는 CoFeB 자성층을 비 자성체를 이용하여 고립시키되, CoFeB/Pd 다층막 형성을 위한 기판과 시드층을 조절함으로써, 보다 향상된 수직자기이방성을 유지시킬 수 있도록 하는 코발트-철-보론/팔라듐 다층박막 및 이를 이용하여 제조한 자기 랜덤 액세스 메모리를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
In order to realize vertical magnetization type magnetic tunnel junction (pMTJs), the CoFeB magnetic layer is isolated by using a non-magnetic material, but by controlling the substrate and seed layer for forming the CoFeB / Pd multilayer, it is possible to maintain improved perpendicular magnetic anisotropy. An object of the present invention is to provide a cobalt-iron-boron / palladium multilayer thin film and a magnetic random access memory manufactured using the same.

본 발명에 따른 수직자기이방성 다층박막은, 기판 상에 형성된 Al 또는 Ta 재질의 시드층, 상기 시드층의 표면 상에 형성된 Pd층 및 상기 Pd층 상부에 형성되는 [CoFeB/Pd]이 N회 반복 적층된(N은 3이상의 자연수) 다층막 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the perpendicular magnetic anisotropic multilayer thin film according to the present invention, an Al or Ta seed layer formed on a substrate, a Pd layer formed on the surface of the seed layer, and [CoFeB / Pd] formed on the Pd layer are repeated N times. It is characterized by including a laminated (N is a natural number of 3 or more) multilayer structure.

여기서, 상기 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 사파이어 기판 및 산화마그네슘 기판 중에서 선택되는 것을 특징으로 하고, 상기 시드층의 두께는 5 ~ 20nm인 것을 특징으로 하고, 상기 Pd층의 두께는 5 ~ 20nm인 것을 특징으로 하고, 상기 CoFeB/Pd에서 CoFeB의 두께:Pd의 두께는 1:2.5의 비율로 구성됨을 특징으로 하고, 상기 N은 3 ~ 20인 것을 특징으로 하고, 상기 CoFeB은 CoxFeyBz(원자%, x+y+z=100)의 조성으로 형성하되, 일 실시예로 x=45~60, y=16~31, z=24이고, 다른 실시예로 x=43~58, y=15~30, z=27인 것을 특징으로 하고, 상기 다층박막의 보자력(Hc)은 40 ~ 600 Oe 인 것을 특징으로 한다.
Here, the substrate is characterized in that the silicon substrate, glass substrate, sapphire substrate and magnesium oxide substrate, characterized in that the thickness of the seed layer is characterized in that 5 ~ 20nm, the thickness of the Pd layer is 5 ~ 20nm Characterized in that, the thickness of the CoFeB in the CoFeB / Pd: the thickness of the Pd is characterized in that the ratio of 1: 2.5, the N is characterized in that 3 to 20, the CoFeB is Co x Fe y B z (atomic%, x + y + z = 100), but in one embodiment x = 45-60, y = 16-31, z = 24, and in another embodiment x = 43-58, It is characterized in that y = 15 ~ 30, z = 27, and the coercive force (Hc) of the multilayer thin film is characterized in that 40 ~ 600 Oe.

아울러, 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리는 상술한 수직자기이방성 다층박막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the magnetic random access memory according to the present invention is characterized by including the above-described vertical magnetic anisotropic multilayer thin film.

본 발명에 따른 수직자기이방성 다층박막을 포함하는 수직자화형 자기터널접합(pMTJs)의 임계전류 밀도는 평면자화형 자기터널접합의 반자장에 해당되는 2πMs가 포함되지 않는 특성으로 인해 낮은 임계전류 밀도 값만을 가져도 자화반전이 가능하다. 따라서, 본 발명은 기판 및 시드층을 조절함으로써, 수직자화형 자기터널접합의 특성을 더 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The critical current density of the vertical magnetization type magnetic tunnel junction (pMTJs) including the perpendicular magnetic anisotropic multilayer thin film according to the present invention is low threshold current density due to the characteristic that 2πMs corresponding to the half magnetic field of the planar magnetization type magnetic tunnel junction is not included. Magnetization reversal is possible even with a value. Accordingly, the present invention provides an effect of further improving the characteristics of the perpendicular magnetization magnetic tunnel junction by adjusting the substrate and the seed layer.

아울러, 자화반전에 기반하는 자기 랜덤 액세스 메모리에 있어서, 전류 인가에 의해 발생된 스핀 토크(STT)를 이용한 자화반전(CIMS)을 수행하되, 자화반전시 요구되는 전류밀도를 감소시킬 수 있는 고성능의 자기 랜덤 액세스 메모리를 제조할 수 있는 효과를 제공한다.
In addition, in the magnetic random access memory based on magnetization inversion, the magnetization inversion (CIMS) using the spin torque (STT) generated by the application of current is performed, but it is possible to reduce the current density required in the magnetization inversion. It provides the effect that a magnetic random access memory can be manufactured.

도 1은 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 층수별 전자기 특성을 실험하기 위한 실시예를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 층수별 m-H(자기모먼트-자기장) 이력곡선.
도 3은 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 층수별 전자기 특성을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 MFM 이미지를 나타낸 평면 사진.
도 5는 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 수직자기이방성에 대한 기판 및 시드층의 영향력을 실험하기 위한 실시예를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 시드층의 종류 및 그 두께(tseed)에 따른 보자력(Hc) 함수 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리를 도시한 단면도.
1 is a cross-sectional view showing an embodiment for testing the electromagnetic properties of each layer number of CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention.
Figure 2 mH (magnetic moment-magnetic field) hysteresis curve for each layer number of CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention.
Figure 3 is a graph showing the electromagnetic properties of each layer number of CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention.
4 is a planar photograph showing an MFM image of a CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view showing an embodiment for testing the influence of the substrate and seed layer on the perpendicular magnetic anisotropy of the CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention.
Figure 6 is a graph of the coercive force (Hc) function according to the type and the thickness (t seed ) of the seed layer according to the present invention.
7 is a sectional view showing a magnetic random access memory according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 상술한 본 발명의 기술에 근거하여 수직자기이방성을 가지는 코발트-철-보론/팔라듐 다층박막 및 이를 이용하여 제조한 자기 랜덤 액세스 메모리에 대해 상세히 설명하는 것으로 한다.Hereinafter, a cobalt-iron-boron / palladium multilayer thin film having perpendicular magnetic anisotropy and a magnetic random access memory manufactured by using the same will be described in detail based on the technique of the present invention described above.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 도면 및 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Advantages and features of the present invention, and methods of accomplishing the same will be apparent with reference to the drawings and embodiments described below in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to provide general knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims.

본 발명에 따른 수직자기이방성 다층박막은 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같이 기판(10)/Pd층(20)/[CoFeB(30)/Pd(40)]×N(N=3 ~ 20)의 다층박막 구조를 가진다.Vertically anisotropic multilayer thin film according to the present invention is basically a substrate 10 / Pd layer 20 / [CoFeB (30) / Pd (40)] × N (N = 3 ~ 20) as shown in FIG. It has a multilayer thin film structure of.

여기서, 본 발명에 따른 수직자기이방성 다층박막에 대한 다른 실시예로서, 하기 도 5에서와 같이 기판(100) 및 Pd층(120) 사이에 [CoFeB(130)/Pd(140)]의 수직자기이방성 강화를 위한 시드층(110)이 더 포함된 다층박막 구조를 가질 수 있다. 이때, 시드층(110)의 두께는 5 ~ 20nm인 것이 바람직하다. 여기서, [CoFeB/Pd] 이중층 구조는 CoFeB 상부에 Pd가 형성된 구조를 말하며, CoFeB/Pd 라고 표현할 수도 있다.Here, as another embodiment of the vertical magnetic anisotropic multilayer thin film according to the present invention, as shown in FIG. 5, the vertical magnetic field of [CoFeB 130 / Pd 140] between the substrate 100 and the Pd layer 120. It may have a multilayer thin film structure further includes a seed layer 110 for anisotropic reinforcement. At this time, the thickness of the seed layer 110 is preferably 5 ~ 20nm. Here, the [CoFeB / Pd] double layer structure refers to a structure in which Pd is formed on CoFeB, and may be expressed as CoFeB / Pd.

또한, 시드층(110)의 두께가 5nm 미만인 경우 수직자기이방성이 나타나지 않을 수 있으며, 시드층(110)의 두께가 20nm를 초과하는 경우에는 두께 대비 효율이 증가되지 않는 문제가 있을 수 있다.
In addition, when the thickness of the seed layer 110 is less than 5 nm, the perpendicular magnetic anisotropy may not appear. When the thickness of the seed layer 110 exceeds 20 nm, there may be a problem in that efficiency is not increased compared to the thickness.

이하에서는, 상술한 본 발명의 수직자기이방성에 대한 기판과 시드층의 영향력을 알아보기 위한 실시예로서 먼저 CoFeB/Pd 다층박막(N)의 영향력을 먼저 상세히 설명하는 것으로 한다.Hereinafter, as an embodiment for determining the influence of the substrate and the seed layer on the perpendicular magnetic anisotropy of the present invention described above, the influence of the CoFeB / Pd multilayer thin film (N) will be described first in detail.

도 1은 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 층수별 전자기 특성을 실험하기 위한 실시예를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an embodiment for testing the electromagnetic properties of each layer number of CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention.

도 1을 참조하면, 500㎛ 두께의 실리콘 기판(Si sub, 10)상부에 5nm두께의 Pd층을 형성하고, Pd층 상부에 [CoFeB(0.3nm)/Pd(0.8nm)]층을 복수번(N) 적층시켰다. 이때, N은 CoFeB/Pd 이층구조의 반복 횟수로 3번, 9번, 15번, 20번 적용하여 실험을 진행하였다.Referring to FIG. 1, a 5 nm-thick Pd layer is formed on a 500 μm-thick silicon substrate (Si sub, 10), and a plurality of [CoFeB (0.3 nm) / Pd (0.8 nm)] layers are formed on the Pd layer. (N) It laminated | stacked. At this time, N was applied to the number of repetitions of the CoFeB / Pd bilayer structure 3 times, 9 times, 15 times, 20 times the experiment was carried out.

여기서, 기판은 열산화된 실리콘(thermally oxidized Si (001))기판을 이용하였고, 증착은 1 ~ 5×10-8torr의 진공을 가지는 스퍼터를 통해 이루어 졌다. 증착 홀더에는 Nd-Fe-B 영구자석이 장착되어 있으며, 이 영구 자석을 통해 증착 과정에서 100 Oe 정도의 자기장이 박막 평면 방향에서 가해 졌다.Here, the substrate was used a thermally oxidized Si (001) substrate, the deposition was carried out through a sputter having a vacuum of 1 ~ 5 × 10 -8 torr. The deposition holder is equipped with a Nd-Fe-B permanent magnet, which has a magnetic field of about 100 Oe applied to the thin film plane during deposition.

이때, CoFeB은 Co56Fe24B20 (원자 %)의 합금 타겟을 통해 CoFeB이 증착되었으며, ICP AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy)를 통한 CoFeB 조성 분석에서는 Co51Fe22B27 (원자 %)의 조성이 확인 되었다. 또 다른 예들로서 Co40Fe40B20 (원자 %)의 합금 타겟을 통해 CoFeB을 증착하는 경우, ICP AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy)를 통한 CoFeB 조성 분석에서는 Co38Fe38B24 (원자 %)의 조성이 확인 되었으며, Co20Fe60B20 (원자 %)의 합금 타겟을 사용하는 경우 Co19Fe57B24 (원자 %)의 조성이 확인 되었다. 이러한 조성분석 결과로부터, Co/Fe 원자비는 타겟과 박막에서 동일하나, B함량은 박막이 타겟보다 높음을 알 수 있다. At this time, CoFeB was deposited through an alloy target of Co 56 Fe 24 B 20 (atomic%), and Co 51 Fe 22 B 27 (atomic%) in the analysis of CoFeB composition through ICP AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy) The composition of was confirmed. As another example, when depositing CoFeB through an alloy target of Co 40 Fe 40 B 20 (atomic%), Co 38 Fe 38 B 24 (atomic%) was analyzed by CoFeB composition analysis by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICP AES). ), And the composition of Co 19 Fe 57 B 24 (atomic%) was confirmed when using an alloy target of Co 20 Fe 60 B 20 (atomic%). From the results of the composition analysis, Co / Fe atomic ratio is the same in the target and the thin film, it can be seen that the B content is higher than the target thin film.

아울러, 본 발명에 따른 CoFeB은 CoxFeyBz(원자%, x+y+z=100)의 조성 범위 내에서 구성될 수 있으며, 일 실시예로서 x=45~60, y=16~31, z=24이고, 다른 실시예로서 x=43~58, y=15~30, z=27 인 것이 바람직하다. 만약에, 상기 x, y, z 범위를 벗어나는 경우 수직자기이방성이 떨어지거나 높은 터널자기저항에 필요한 결정구조가 형성되지 않을 수 있다.In addition, CoFeB according to the present invention can be configured in the composition range of Co x Fe y B z (atomic%, x + y + z = 100), as an embodiment x = 45 ~ 60, y = 16 ~ 31, z = 24, and it is preferable that x = 43-58, y = 15-30, z = 27 as another embodiment. If it is out of the x, y, z range, the perpendicular magnetic anisotropy may be degraded or a crystal structure necessary for high tunnel magnetoresistance may not be formed.

상기 조성범위에 대한 그 구체적인 임계적 의의를 설명하기 위해서 2nm의 CoFeB 단일 박막을 형성하였으며, Co의 함량을 높임으로써, 포화자화를 낮추고, 따라서 강한 수직자기이방성을 얻을 수 있도록 하였다. In order to explain the specific critical significance of the composition range, a single CoFeB thin film having a thickness of 2 nm was formed, and by increasing the Co content, the saturation magnetization was lowered, and thus strong perpendicular magnetic anisotropy was obtained.

이와 관련하여 통상의 MgO 기반 자기터널접합층(MTJs)에서는 Co40Fe40B20 의 조성범위를 가지는 타겟을 많이 사용하였다. 그 이유는 이 조성범위에서 높은 터널자기저항비(TMR) 달성에 필수적인 bcc CoFe 상이 열처리 중에 형성되는데 유리하기 때문이다. 그러나, Co40Fe40B20 의 조성 범위는 본 발명에 따른 Co56Fe24B20 의 조성 범위에 비해 포화자화가 높아 수직자기이방성을 형성하는데 있어 불리하다.In this regard, in the conventional MgO-based magnetic tunnel junction layers (MTJs), many targets having a composition range of Co 40 Fe 40 B 20 have been used. This is because the bcc CoFe phase, which is essential for achieving a high tunnel magnetoresistance ratio (TMR) in this composition range, is advantageously formed during heat treatment. However, the composition range of Co 40 Fe 40 B 20 is high in saturation magnetization compared to the composition range of Co 56 Fe 24 B 20 according to the present invention, which is disadvantageous in forming vertical magnetic anisotropy.

그러나 본 발명에 의한 실험 결과 Co56Fe24B20합금 타겟을 사용하는 경우 가장 우수한 수직자기이방성이 얻어졌으며(Hc=1050 Oe; Mr/Ms=100%, 여기서 Hc는 보자력, Mr은 잔류자화, Ms는 포화자화이며, Mr/Ms는 각형비를 나타냄), Co45Fe31B24, Co60Fe16B24, Co43Fe30B27 및 Co58Fe15B27 박막 조성에서 상기 최대치에 근접한 수직자기이방성이 얻어졌다. However, the experimental results according to the present invention obtained the best perpendicular magnetic anisotropy when using the Co 56 Fe 24 B 20 alloy target (Hc = 1050 Oe; Mr / Ms = 100%, where Hc is the coercivity, Mr is the residual magnetization, Ms is saturation magnetization, Mr / Ms represents square ratio), Co 45 Fe 31 B 24 , Co 60 Fe 16 B 24 , Co 43 Fe 30 B 27 And perpendicular magnetic anisotropy close to the maximum were obtained in the Co 58 Fe 15 B 27 thin film composition.

반면에 가장 큰 포화자화를 가지는 Co20Fe60B20합금 타겟을 사용하였을 때, Hc=0 Oe, Mr/Ms=0와 같은 가장 열화된 수직자기이방성이 얻어졌으며, 중간크기의 포화자화를 가지는 Co40Fe40B20합금 타겟을 사용하는 경우 중간 크기의 수직자기이방성(Hc=125 Oe; Mr/Ms=15%)이 얻어졌으며, x=62 이상의 낮은 포화자화를 가지는 경우 수직자기이방성이 지속적으로 감소하는 결과를 얻을 수 있었다.On the other hand, when the Co 20 Fe 60 B 20 alloy target having the largest saturation magnetization was used, the most deteriorated perpendicular magnetic anisotropy such as Hc = 0 Oe and Mr / Ms = 0 was obtained, and the intermediate saturation magnetization was obtained. Medium size perpendicular magnetic anisotropy (Hc = 125 Oe; Mr / Ms = 15%) was obtained when using Co 40 Fe 40 B 20 alloy target, and vertical magnetic anisotropy was sustained with low saturation magnetization of x = 62 or more. As a result it was reduced.

따라서, 본 발명에 따른 CoFeB층은 CoxFeyBz(원자%, x+y+z=100) 상기 x=45~60, y=16~31, z=24, 또는 x=43~58, y=15~30, z=27의 조성 범위에서 수직자기이방성의 신뢰성이 높아지는 것을 알 수 있다. Thus, the CoFeB layer according to the present invention is Co x Fe y B z (atomic%, x + y + z = 100) x = 45 ~ 60, y = 16 ~ 31, z = 24, or x = 43 ~ 58 , y = 15-30, z = 27 It can be seen that the reliability of the perpendicular magnetic anisotropy increases in the composition range.

하기 표 1 및 표 2는 상기 실험 결과를 정리한 것이다. 표 1은 z=24인 경우에 대한 결과를 요약한 것이고, 표 2는 z=27인 경우에 대한 결과를 요약한 것이다. Table 1 and Table 2 summarize the above experimental results. Table 1 summarizes the results for the case of z = 24 and Table 2 summarizes the results for case of z = 27.

[표 1][Table 1]

Figure 112010002580987-pat00001

Figure 112010002580987-pat00001

[표 2][Table 2]

Figure 112010002580987-pat00002
Figure 112010002580987-pat00002

상기 표 1 및 표 2는 각형비(Mr/Ms)=100%을 기준으로 실시예 및 비교예를 구분하였으며, 그에 따른 보자력(Hc) 값을 기준으로 최적의 조성비를 취한 것이다.
Table 1 and Table 2 divided the Examples and Comparative Examples on the basis of the square ratio (Mr / Ms) = 100%, it takes the optimum composition ratio based on the coercive force (Hc) value.

아울러, 상기와 같은 결과에 따라서 수직자기이방성에 미치는 표면/계면 효과를 무시한다면, 본 발명에 따른 조성 범위를 사용할 경우 포화자화가 낮기 때문에 종래에 비해 4πMs 만큼 큰 수직자기이방성을 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 이는 수직자기이방성 형성에 포화자화가 매우 큰 기여를 한다는 것을 보여주는 것이다.
In addition, if the surface / interface effect on the perpendicular magnetic anisotropy is ignored according to the above results, it means that the vertical magnetic anisotropy as large as 4πMs can be obtained compared to the prior art because the saturation magnetization is low when using the composition range according to the present invention do. This shows that saturation magnetization contributes to the formation of perpendicular magnetic anisotropy.

다음으로 각 층의 두께, 특히 CoFeB과 Pd의 두께는 전체 막의 특성에 큰 영향을 미치므로, 표면거칠기단차 박막두께측정기(Surface Profiler)와 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)의 2가지 실험방법을 통하여 정확하게 측정하였다. Next, the thickness of each layer, in particular the thickness of CoFeB and Pd, has a great influence on the properties of the entire film.Therefore, there are two experimental methods: Surface Profiler and Scanning Electron Microscope (SEM). It was measured accurately through.

다음으로, 특성 분석을 위한 M(or m)-H((자속 밀도 or 자기모먼트)-자기장) 이력곡선은 진동시료형자력계(Vibrating Sample Magnetometer; VSM)를 통하여 상온에서 측정하였고, 자구 관찰은 자기력간전자현미경(Magnetic Force Microscope; MFM)을 통하여 측정하였고, 박막의 표면 상태는 비접촉식 3D 광학 표면측정기(Non-contacting 3D Optical Profiler)를 통하여 측정하였고, 화학적인 성분분석은 ICP AES를 통하여 측정하였고, 박막의 미세구조는 X선회절계(X-ray diffractometer; XRD)를 통해 측정하였다.Next, the hysteresis curve of M (or m) -H ((magnetic flux density or magnetic moment) -magnetic field) for characterization was measured at room temperature using a Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Measured by magnetic force microscopy (MFM), the surface state of the thin film was measured by a non-contacting 3D Optical Profiler, chemical composition analysis was measured by ICP AES. The microstructure of the thin film was measured by X-ray diffractometer (XRD).

도 2는 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 층수별 m-H(자기모먼트-자기장) 이력곡선이다.2 is a m-H (magnetic moment-magnetic field) hysteresis curve for each layer of CoFeB / Pd multilayer thin films according to the present invention.

도 2는 자기장을 박막의 수직한 방향으로 가하며 측정한 것으로, N 값이 증가할수록 포화 자기모먼트가 증가되는 경향을 보였으며, 수직이방성을 가지고 가역적(reversible) 또는 비가역적(irreversible) 자화 반전을 하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 대한 보다 더 상세한 내용은 하기 도 3과 함께 설명하는 것으로 한다.
FIG. 2 is a measurement in which the magnetic field is applied in the vertical direction of the thin film. As the N value increases, the saturation magnetic moment tends to increase, and the reversible or irreversible magnetization reversal is performed with vertical anisotropy. I could confirm that. More details on this will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 층수별 전자기 특성을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the electromagnetic properties of each layer of the CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention.

도 3은 상기 도 1의 시드층을 포함하지 않은 CoFeB/Pd 다층박막에 대한 보자력(Hc)을 나타낸 것으로, N=12인 경우 까지 거의 일정한 값을 보이다가 N=15에서 최고값을 가진다. 이후 N=20에서는 크게 감소되는 양상을 보여주었다. FIG. 3 shows the coercive force (Hc) of the CoFeB / Pd multilayer thin film not including the seed layer of FIG. 1, showing a nearly constant value until N = 12, and having the highest value at N = 15. Afterwards, N = 20 showed a significant decrease.

포화자기장(Hs)(상기 도 2에서 m 값이 변하다가 일정해지면서 포화되는 시점의 자기장)과 역자구생성 자기장(Hn)(nucleation field; 상기 도 2에서 m 값이 떨어지기 시작하는 부분으로 이 점을 기준으로 자화의 거동이 가역적에서 비가역적으로 바뀐다.)을 살펴보면, N이 3에서 20 까지 변함에 따라 포화자기장(Hs)이 114 Oe에서 1360 Oe 까지 증가한 반면, 역자구생성 자기장(Hn)은 N 값 3에서 9 영역까지 거의 변함이 없었다. The saturation magnetic field (Hs) (the magnetic field at the time when the m value changes and is saturated while being constant in FIG. 2) and the reverse magnetic field generating field (Hn) (nucleation field); The behavior of magnetization changes from reversible to irreversible) .Saturation magnetic field (Hs) increases from 114 Oe to 1360 Oe as N changes from 3 to 20. There was little change from N value 3 to 9 area.

이때, 역자구생성 자기장(Hn)은 마이너스 값으로 표시되었는데, 이는 일반적인 자성 물질의 일반적인 거동으로 자화가 반대방향의 자기장이 걸릴 때에 반전됨을 의미한다. 그러나 이 값은 N=12 인 경우 거의 0 Oe 에 가까우며, 보다 큰 N 에서는 플러스 값으로 바뀌게 된다. N=20 인 경우를 예로 들면, 외부 자기장이 자화와 같은 방향으로 가해지고 있음에도 불구하고, 비가역적 자화 반전이 시작된다는 의미이다. At this time, the inverse magnetically generated magnetic field (Hn) is expressed as a negative value, which means that the magnetization is reversed when the magnetic field in the opposite direction is taken by the general behavior of the general magnetic material. However, this value is close to 0 Oe when N = 12, and becomes a positive value at larger N. For example, when N = 20, it means that irreversible magnetization reversal starts even though an external magnetic field is applied in the same direction as the magnetization.

N=20에서 자기모먼트(m) 값의 경우 역자구생성 자기장(Hn)에서 급격히 감소되는 모습을 보이며, 외부 자기장이 0인 상태(remanent state)에서는 거의 0에 가까운 값을 가지게 된다. 이와 같은 거동은 큰 N 값을 가질 때, 수직자기이방성을 가진 자구 형성 및 자구 벽 이동에 의한 것으로 설명이 가능하다. 또한 이러한 거동은 다층박막의 MFM 이미지를 통하여 알 수 있는데, 도 4는 상기 도 2에서 나타낸 N=20인 샘플의 MFM 이미지(스캔한 면적 5㎛×5㎛)를 나타낸 것으로, 전형적인 스트립(strip) 형태의 자구를 보여주고 있다. 그 폭은 약 125nm 로 카플랜 모델(Kaplan's model)을 이용하여 계산한 값 117nm와 잘 일치한다. 이때, 계산에 사용된 파라미터는 Ms(CoFeB와 Pd를 동시에 고려한 유효 saturation magnetization)=450 emu/cc, Ku(uniaxial anisotropy constant)=5.6×105 erg/cc 및 A(exchange stiffness)=10-6 erg/㎝ 이다.
In the case of N = 20, the magnetic moment (m) value is rapidly decreased in the inverse magnetic field generating magnetic field (Hn), and in the state where the external magnetic field is zero, the value is almost zero. Such behavior can be explained by the formation of magnetic domains having perpendicular magnetic anisotropy and the movement of magnetic domain walls when they have a large N value. In addition, this behavior can be seen through the MFM image of the multilayer thin film. FIG. 4 shows an MFM image (scanned area of 5 μm × 5 μm) of a sample having N = 20 shown in FIG. 2, which is a typical strip. It shows the form of grammar. The width is about 125 nm, which is in good agreement with the value of 117 nm calculated using Kaplan's model. At this time, the parameters used in the calculation are Ms (effective saturation magnetization considering CoFeB and Pd) = 450 emu / cc, Ku (uniaxial anisotropy constant) = 5.6 × 10 5 erg / cc and A (exchange stiffness) = 10 -6 erg / cm.

또한, 상기 도 2를 참조하면 N=3인 최소값에서도 수직자기이방성이 좋은 것이 확인 되었으므로, N=3인 조건에서 하지층(underlayer)으로서 작용되는 Pd의 두께를 최적화시키는 조건을 조사하였다. 그 결과, Pd 두께(tPd)에 대한 수직자기이방성의 의존성은 Pd 두께(tPd)가 증가함에 따라 증가되는 모습을 보여주었고, 그 실질적 범위는 5 ~ 20nm에서 포화되는 양상을 보여 주었다. Pd 두께(tPd)가 5nm 미만일 경우 CoFeB/Pd 다층박막의 수직자기이방성이 나타나지 않을 수 있으며, 20nm를 초과하는 경우에는 적층 두께 대비 효율이 증가되지 않는 문제가 있을 수 있다. 따라서 최적의 Pd 두께(tPd)는 20nm로 고정하는 것이 바람직하다.In addition, referring to FIG. 2, since it was confirmed that the perpendicular magnetic anisotropy was good even at the minimum value of N = 3, the conditions for optimizing the thickness of Pd acting as an underlayer under the condition of N = 3 were investigated. As a result, the dependence of the perpendicular magnetic anisotropy of the Pd thickness (t Pd) is showed the appearance is increased with increasing Pd thickness (t Pd), the substantial scope showed the pattern to be saturated at 5 ~ 20nm. If the Pd thickness t Pd is less than 5 nm, the perpendicular magnetic anisotropy of the CoFeB / Pd multilayer thin film may not appear, and if the thickness exceeds 20 nm, there may be a problem that efficiency is not increased compared to the thickness of the laminate. Therefore, the optimum Pd thickness t Pd is preferably fixed at 20 nm.

다음으로, 여기까지 형성된 상기 도 1의 CoFeB/Pd 다층박막의 구조에서 기판의 종류를 달리하고, 시드층을 추가하여 수직자기이방성에 미치는 영향을 조사하였다.
Next, in the structure of the CoFeB / Pd multilayer thin film of FIG. 1 formed so far, the type of substrate was changed, and the effect of the seed layer on the perpendicular magnetic anisotropy was investigated.

도 5는 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막의 수직자기이방성에 대한 기판 및 시드층의 영향력을 실험하기 위한 실시예를 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing an embodiment for testing the influence of the substrate and the seed layer on the perpendicular magnetic anisotropy of the CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention.

도 5를 참조하면, 500㎛ 정도의 두께를 갖는 기판(100) 상부에 5 ~ 20nm 두께(tseed)의 시드층(110)을 형성한다.Referring to FIG. 5, a seed layer 110 having a thickness of 5 to 20 nm (t seed ) is formed on the substrate 100 having a thickness of about 500 μm.

여기서, 기판은 열산화된 실리콘(thermally oxidized Si (001)) 기판, 유리(glass, Pyrex 7740) 기판, 단결정 사파이어(a single crystal sapphire (0001)) 기판 및 산화마그네슘(MgO (001)) 기판 중 선택된 어느 하나를 사용하였다. 그리고, 시드층은 Al 또는 Ta 를 사용하였다. Herein, the substrate may include a thermally oxidized Si (001) substrate, a glass (Pyrex 7740) substrate, a single crystal sapphire (0001) substrate, and a magnesium oxide (MgO (001)) substrate. Any one selected was used. And seed layer used Al or Ta.

다음으로, 20nm 두께의 Pd(120)층을 형성하고, 증착 공정을 통하여 [CoFeB(0.3nm)/Pd(0.8nm)] 구조의 다층박막을 형성하였다. Next, a Pd (120) layer having a thickness of 20 nm was formed, and a multilayer thin film having a [CoFeB (0.3 nm) / Pd (0.8 nm)] structure was formed through a deposition process.

여기서, 증착은 1 ~ 5×10-8torr의 진공을 가지는 스퍼터를 통해 이루어졌다. 이때, 증착 홀더에는 Nd-Fe-B 영구자석이 장착되어 있으며, 이 영구자석을 통해 증착 과정에서 100 Oe 정도의 자기장이 박막 평면 방향에서 가해지도록 하였다.
Here, the deposition was carried out through a sputter having a vacuum of 1-5 × 10 -8 torr. In this case, the Nd-Fe-B permanent magnet is mounted on the deposition holder, and a magnetic field of about 100 Oe is applied in the thin film plane direction during the deposition process through the permanent magnet.

그 다음으로, 각 층의 두께, 특히 CoFeB과 Pd의 두께는 전체 막의 수직자기이방성에 큰 영향을 미치므로, 박막 두께를 결정짓는 증착속도는 표면거칠기단차 박막두께측정기(Surface Profiler)와 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)의 2가지 실험 방법을 통하여 확인되었다.Next, the thickness of each layer, especially the thicknesses of CoFeB and Pd, have a great influence on the perpendicular magnetic anisotropy of the entire film, so that the deposition rate that determines the film thickness is determined by the surface roughness and the scanning profiler. (Scanning Electron Microscope; SEM) was confirmed through two experimental methods.

이와 같이 형성된 도 5의 적층구조에 자기장이 박막 면에 수직으로 가해지도록 하여 m-H 이력곡선을 측정하였다. 다음으로, 측정된 m-H 이력곡선을 통하여 보자력(Hc)을 구하였다.
The mH hysteresis curve was measured by applying a magnetic field perpendicular to the thin film plane to the laminated structure of FIG. 5 thus formed. Next, the coercive force (Hc) was obtained through the measured mH hysteresis curve.

도 6은 본 발명에 따른 시드층의 종류 및 그 두께(tseed)에 따른 보자력(Hc) 함수 그래프이다.6 is a graph of the coercive force (Hc) function according to the type of seed layer and its thickness t seed according to the present invention.

도 6을 참조하면, 보자력(Hc)을 4개의 서로 다른 기판(Si, Glass, Sapphire, MgO)에 대해서 나타내었다. Referring to FIG. 6, the coercive force Hc is shown for four different substrates Si, Glass, Sapphire, and MgO.

그 중에서, 도 6의 (a)는 Al 시드층에 대한 결과를 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 Ta 시드층에 대한 결과를 나타낸 것이다. Among them, Figure 6 (a) shows the results for the Al seed layer, Figure 6 (b) shows the results for the Ta seed layer.

Al 시드층을 사용한 다층박막의 경우 보자력(Hc) 값은 기판의 종류에 대한 의존성이 거의 없지만, 시드층의 두께(tseed)에 따라 민감하게 변화하였다. 즉, 시드층의 두께(tseed) 증가에 따라 보자력(Hc) 또한 증가되는 양상을 보이며, 초기 및 후기에는 그 증가 정도가 적었지만, 중간 영역의 시드층의 두께(tseed; 10 ~ 15nm)에서는 두께 증가에 따른 보자력(Hc) 변화가 크게 나타났다. 조사된 시드층의 두께(tseed) 영역에서 보자력(Hc)은 최대 301 Oe(5nm) 에서 최대 586 Oe(20nm) 로 거의 두 배에 가까운 증가를 보였다.In the case of a multilayer thin film using an Al seed layer, the coercive force (Hc) value has little dependence on the type of substrate, but is sensitively changed depending on the thickness (t seed ) of the seed layer. That is, the coercive force (Hc) also increases as the thickness (t seed ) of the seed layer increases. Although the increase is small in the early and late stages, the thickness of the seed layer in the middle region (t seed ; 10-15 nm) is increased. In, the coercive force (Hc) change was large with increasing thickness. The coercive force (Hc) in the thickness (t seed ) region of the irradiated seed layer was nearly doubled from 301 Oe (5nm) to 586 Oe (20nm).

그러나, 도 6의 (b)와 같이 Ta 시드층을 사용한 경우에는 다른 형태의 거동이 관찰 되었다. 이 경우, 보자력(Hc)은 기판의 종류에 따라(Si 과 glass 는 제외하고) 큰 차이를 나타내었다. Si 과 glass 기판이 사용된 경우는 결과가 거의 유사했는데, 시드층의 두께(tseed)가 5nm에서 15nm로 증가함에 따라 보자력(Hc)은 최대 322 Oe에서 최대 469 Oe로 증가했다. 다음으로, 시드층의 두께(tseed)가 20nm까지 증가했을 때에는 465 Oe ~ 472 Oe 수준의 서로 유사한 값을 나타내었다.However, when the Ta seed layer was used as shown in FIG. 6 (b), other forms of behavior were observed. In this case, the coercive force (Hc) showed a large difference depending on the type of substrate (except for Si and glass). When Si and glass substrates were used, the results were almost the same. The coercivity (Hc) increased from 322 Oe up to 469 Oe as the seed layer thickness (t seed ) increased from 5 nm to 15 nm. Next, when the thickness (t seed ) of the seed layer was increased to 20 nm, similar values of 465 Oe to 472 Oe levels were shown.

도 6의 (b)와 같이 Ta 시드층을 사용하고, 사파이어 기판이 사용된 경우에는 시드층의 두께(tseed)에 대한 의존성은 작은 편이였으며, 15nm에서 가장 큰 값이 관찰 되었다. When the Ta seed layer was used as shown in FIG. 6 (b) and the sapphire substrate was used, the dependency on the seed layer thickness (t seed ) was small, and the largest value was observed at 15 nm.

하지만 도 6의 (b)와 같이 Ta 시드층을 사용하고, MgO 기판이 적용된 경우 시드층의 두께(tseed)에 대한 보자력(Hc)의 의존성은 크게 다르게 나타났다. 이 경우 두 가지의 특징적인 거동이 관찰되는데, 첫째는 Al 시드층이 사용된 경우와는 반대로 시드층의 두께(tseed) 증가에 따라 보자력(Hc)이 감소하는 두께의존성을 보여준다. 두 번째는 시드층의 두께(tseed)에 대한 보자력(Hc)의 변화 양상이 여타의 경우 보다 크게 나타났다는 점인데, 시드층의 두께(tseed) 5nm ~ 15nm 범위에서 보자력 변화가 두드러지게 나타났다.However, when the Ta seed layer is used as shown in FIG. 6 (b) and the MgO substrate is applied, the dependence of the coercive force (Hc) on the thickness (t seed ) of the seed layer is significantly different. In this case, two characteristic behaviors are observed. First, the thickness dependence of the coercive force (Hc) decreases as the thickness (t seed ) of the seed layer increases, as opposed to when the Al seed layer is used. Second, the change in coercive force (Hc) with respect to the thickness of the seed layer (t seed ) was larger than in other cases. The coercive force change was remarkable in the thickness (t seed ) range of 5 nm to 15 nm. .

아울러, Ta 시드층(tseed=5 nm) 인 경우에 관찰된 576 Oe의 보자력(Hc)은 상당히 큰 값이다. 이는, Al 시드층이 사용된 경우에 관찰 된 가장 높은 586 Oe의 보자력(Hc) 값과 비슷한 수준이 된다.In addition, the coercive force (Hc) of 576 Oe observed in the case of the Ta seed layer (t seed = 5 nm) is a very large value. This is comparable to the coercive force (Hc) value of the highest 586 Oe observed when the Al seed layer was used.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 다층박막의 경우 두꺼운 Pd층(20nm)이 시드층 상부에 증착 되었음에도 불구하고, 기판과 시드층의 변화에 따라 수직자기이방성이 크게 변화된다. 이것은 수직자기이방성이 Pd/CoFeB의 경계면의 특성과 연관되지 않았을 가능성을 내포한다. 또한 이점은 Co/Pd 다층박막에서 Co/Pd 경계면의 특성은 Pd의 결정방향과 직접적 연관이 없다는 종래의 실험 결과와도 부합하는 모습을 보여준다.
As described above, in the case of the multilayer thin film according to the present invention, even though a thick Pd layer (20 nm) is deposited on the seed layer, the perpendicular magnetic anisotropy is greatly changed according to the change of the substrate and the seed layer. This implies that perpendicular magnetic anisotropy is not associated with the nature of the interface of Pd / CoFeB. In addition, this shows that the characteristics of the Co / Pd interface in the Co / Pd multilayer thin film is consistent with the results of conventional experiments, which are not directly related to the crystal direction of Pd.

본 발명에서 얻어진 결과를 설명하기 위하여 표면 거칠기를 관찰하였다. 이것은 다층박막이 증착되는 기판과 시드층의 거칠기가 Pd/CoFeB 경계면에서 생성되는 표면이방성(surface anisotropy)에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 이를 확인하기 위하여 비접촉식 3D 광학 표면측정기(Non-contacting 3D Optical Profiler)를 이용하여 450㎛×600㎛의 넓은 범위에서 다층박막의 표면 상태(surface morphology)를 측정해 보았다. Surface roughness was observed to explain the results obtained in the present invention. This is because the roughness of the seed layer and the substrate on which the multilayer thin film is deposited may affect the surface anisotropy generated at the Pd / CoFeB interface. In order to confirm this, the surface morphology of the multilayer thin film was measured in a wide range of 450 μm × 600 μm using a non-contacting 3D optical profiler.

결과에서는 기판과 시드층에 따라 큰 차이가 나타나지 않았다. 표면 거칠기에 대한 일예를 들어 보면, Si 기판이 사용된 경우 Ta 시드층의 두께가 0에서 10 nm 까지 변함에 따라 0.71에서 0.62 nm의 범위 값이 측정되었다. In the result, there was no significant difference between the substrate and the seed layer. As an example of the surface roughness, when the Si substrate is used, the value of the range of 0.71 to 0.62 nm was measured as the thickness of the Ta seed layer varied from 0 to 10 nm.

또한, 종래의 Co/Pd 다층 박막의 수직자기이방성 값은 하지층 Pd(111) texture 정도와 비례한다는 사실이 알려져 있으므로, 본 발명에서는 X선회절계(X-ray diffractometer; XRD)를 이용하여 다층박막의 Pd(111) texture를 측정하였다.In addition, since it is known that the perpendicular magnetic anisotropy value of the conventional Co / Pd multilayer thin film is proportional to the degree of texture of the underlying layer Pd (111), in the present invention, the multilayer thin film is formed by using an X-ray diffractometer (XRD). The Pd (111) texture of was measured.

Si 기판이 사용된 경우 Ta 시드층의 두께가 0에서 10nm 까지 변함에 따라 Pd(111) texture의 경우 시드층의 두께에 따라 크게 변화되는 결과가 얻어 졌는데, Ta 시드층이 사용되지 않은 경우 Pd(111) texture가 거의 발달하지 않았으나, Ta 시드층이 3nm 이상 증착된 경우 Pd(111) texture 발달이 두드러졌다. In the case of Si substrate, the thickness of the Ta seed layer varied from 0 to 10 nm, resulting in a significant change depending on the thickness of the seed layer for the Pd (111) texture. 111) Almost no texture was developed, but Pd (111) texture was remarkable when the Ta seed layer was deposited over 3 nm.

그리고, Ta 시드층의 두께가 5nm, 10nm로 두꺼워짐에 따라 Pd(111) texture의 세기는 약화되는 모습이 관찰 되었다. 이러한 결과는 이 범위의 시드층 두께에 대해 수직자기이방성이 증가하는 경향성과 일치되지 않기 때문에 Pd(111) texture가 수직자기이방성에 영향을 주지 않았을 것으로 판단된다.
As the thickness of the Ta seed layer was increased to 5 nm and 10 nm, the strength of the Pd (111) texture was observed to decrease. This result is not consistent with the tendency to increase the perpendicular magnetic anisotropy for the seed layer thickness in this range, it is determined that the Pd (111) texture did not affect the vertical magnetic anisotropy.

다음으로는, 표면 거칠기와 Pd(111) texture를 제외한 나머지 가능성을 자기탄성효과(magnetoelastic interaction)에서 찾는 시도를 하였다. CoFeB는 비정질 물질로 격자 상수 차이에의 의한 응력효과는 나타나지 않을 것이지만, 증착 과정 중 열팽창 계수의 차이에 의한 열응력은 박막에 생겨 날 수 있고, 이는 CoFeB의 자기변형(magnetostriction)과 결합 될 수 있다. 일반적으로 CoFeB의 자기 변형 계수는 +10ppm 정도로 알려져 있다.
Next, an attempt was made to find the possibility of magnetoelastic interaction except surface roughness and Pd (111) texture. CoFeB is an amorphous material, which will not show the stress effect due to the difference in lattice constant, but the thermal stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion during deposition may occur in the thin film, which may be combined with the magnetostriction of CoFeB. . In general, the magnetostriction of CoFeB is known to be about +10 ppm.

열응력을 계산하기 위해 필요한 열팽창계수(α), 영율(Young's modulus; E) 및 포아손 비(Poisson's ratio; ν) 등 물리적 파라미터들은 하기 표 3과 같이 요약되었다. 열응력을 계산하기 위한 구체적 방법은 다음과 같다.
Physical parameters such as coefficient of thermal expansion (α), Young's modulus (E), and Poisson's ratio (ν) required to calculate thermal stress are summarized as shown in Table 3 below. The specific method for calculating the thermal stress is as follows.

[표 3][Table 3]

Figure 112010002580987-pat00003

Figure 112010002580987-pat00003

먼저, 열응력의 계산은 상용 프로그램 팩키지(commercial program package; the multiphysics finite element method COMSOL)를 이용하여 계산하였다. 이때, CoFeB/Pd 다층박막은 다른 층에 비하여 아주 얇다는 점에서 이 다층박막을 하나의 실효층(effective layer)으로 간주함으로써 메쉬(mesh) 형성을 효율적으로 하여 계산의 정확성을 높이고자 하였다. First, thermal stress was calculated using a commercial program package (the multiphysics finite element method COMSOL). At this time, since the CoFeB / Pd multilayer thin film is much thinner than other layers, this multilayer thin film is regarded as one effective layer, so that the mesh formation is efficiently performed to increase the accuracy of the calculation.

여기서, 열응력의 계산은 다층박막의 증착이 400K에서 이루어진 후에 상온(300K)으로 냉각 된 상황을 가정하였다. 이 경우 간단한 2층막에 있어서는 상대적으로 열팽창계수가 높은 막에서는 인장응력이 형성되며, 상대적으로 열팽창계수가 낮은 막에서는 압축응력이 형성되는 것을 용이하게 예상 할 수 있다. Here, the calculation of the thermal stress assumes a situation where the multilayer thin film is cooled to room temperature (300K) after the deposition at 400K. In this case, in a simple two-layer film, a tensile stress is formed in a film having a relatively high coefficient of thermal expansion, and a compressive stress can be easily formed in a film having a relatively low coefficient of thermal expansion.

본 발명에서는 CoFeB에 생기는 열응력의 경우 기판의 열팽창계수에 의하여 주된 영향력을 받게 되는데, 이것은 기판의 두께가 상대적으로 훨씬 두껍기 때문이다. 예를 들어 실리콘(Si) 과 유리(glass) 처럼 다른 층들에 비해 작은 열팽창 계수를 가지는 물질의 경우, 기판에는 압축응력(compressive stress)이, CoFeB/Pd 다층박막에서는 인장응력(tensile stress)이 형성될 것으로 예상된다.In the present invention, the thermal stress generated in CoFeB is mainly influenced by the coefficient of thermal expansion of the substrate, because the thickness of the substrate is relatively much thicker. For example, materials with a smaller coefficient of thermal expansion than other layers, such as silicon (Si) and glass, form compressive stress on the substrate and tensile stress on CoFeB / Pd multilayers. It is expected to be.

결과적으로 본 발명에서 계산된 결과는 모든 샘플들에 대하여 CoFeB/Pd 다층박막에서 인장응력(tensile stress)이 형성되는 결과로 관찰 되었고, 그 크기 또한 시드층의 종류(Ta or Al) 및 두께(tseed) 에 크게 의존하지 않는 것으로 나타났다. As a result, the results calculated in the present invention were observed to be the result of the tensile stress (Co) is formed in the CoFeB / Pd multilayer thin film for all samples, the size of the seed layer (Ta or Al) and the thickness (t Seeds do not depend heavily on seed ).

한편, MgO 기판의 열팽창 계수가 다른층(Al 제외)에 비하여 상대적으로 크다는 점을 고려 해 보면 MgO 기판을 사용한 CoFeB/Pd 다층박막에서 인장응력(tensile stress)이 형성된 것은 예외적인 결과를 나타낸다. 이점은 열응력이 계면에 집중되어 있는 상태에서 기판 전체에 걸쳐 미치는 효과는 적다는 점에서 기판의 종류에 따른 영향력이 많이 감소된 현상으로 이해 할 수 있다. 다만 MgO 가 사용된 경우의 계산된 값 자체는 여타 다른 기판이 사용된 경우에 비해 아주 작았다. 이때, MgO의 경우 6.4MPa의 인장응력을 형성되었으며, 사파이어 기판은 129MPa, 유리기판은 173MPa, 실리콘 기판은 178MPa의 인장응력이 형성되었다.On the other hand, considering that the thermal expansion coefficient of the MgO substrate is relatively large compared to other layers (except Al), the tensile stress formed in the CoFeB / Pd multilayer thin film using the MgO substrate has an exceptional result. This can be understood as a phenomenon in which the influence of the type of the substrate is greatly reduced in that the effect of the thermal stress on the entire substrate in the state where the thermal stress is concentrated at the interface is small. However, the calculated value itself when MgO was used was much smaller than when other substrates were used. At this time, MgO formed a tensile stress of 6.4 MPa, sapphire substrate 129MPa, glass substrate 173MPa, silicon substrate 178MPa tensile stress was formed.

상기와 같은 상황에서 CoFeB이 플러스 값의 포화자기변형 계수 값을 가진다는 점에서 인장응력은 자기탄성상호작용으로부터 수직자기이방성 형성을 저해하는 역할을 한다. In the above situation, tensile stress plays a role of inhibiting perpendicular magnetic anisotropy formation from magnetic elastic interaction in that CoFeB has a positive value of the saturation magnetostriction coefficient.

이상의 결과들로부터 열응력과 포화자기변형 효과의 결합에 의한 설명을 본 발명에서 얻어진 기판 및 두께(tseed)에 따른 수직자기이방성을 설명하기 위한 보조 수단으로 사용할 수 있다.
From the above results, the description by combining the thermal stress and the saturation magnetostriction effect can be used as an auxiliary means for explaining the perpendicular magnetic anisotropy according to the substrate and the thickness (t seed ) obtained in the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 CoFeB/Pd 다층박막은 기판 및 시드층의 종류 그리고 그 두께(tseed)에 따라서 수직자기이방성이 변화함을 알 수 있다. 이와 같은 CoFeB/Pd 다층박막의 수직자기이방성 크기는 잘 알려진 Co/Pd 다층막에서 보고 된 값과 상응하는 결과를 나타내고 있다. As described above, in the CoFeB / Pd multilayer thin film according to the present invention, it can be seen that the perpendicular magnetic anisotropy changes according to the type and thickness (t seed ) of the substrate and the seed layer. The perpendicular magnetic anisotropy of the CoFeB / Pd multilayer thin film shows a result corresponding to that reported in the well-known Co / Pd multilayer.

[Co(0.3nm)/Pd(1nm)]×14의 보자력(Hc)은 1300 Oe, [Co(0.3nm)/Pd(0.6nm)]×4의 보자력(Hc)은 500 ~ 1000 Oe가 보고되고 있는데, 이에 상응하는 본 발명의 CoFeB/Pd 다층박막은 상기 도 3 내지 도 6의 결과를 통하여 40 ~ 600 Oe의 보자력(Hc)을 나타내고 있음을 알 수 있다. The coercive force (Hc) of [Co (0.3nm) / Pd (1nm)] × 14 is 1300 Oe, and the coercive force (Hc) of [Co (0.3nm) / Pd (0.6nm)] × 4 is reported as 500 ~ 1000Oe. The CoFeB / Pd multilayer thin film of the present invention has a corresponding coercive force (Hc) of 40 to 600 Oe through the results of FIGS. 3 to 6.

따라서, 본 발명의 CoFeB/Pd 다층박막은 높은 터널자기저항비(TMR) 및 낮은 임계전류 밀도를 달성할 가능성이 크므로, 고밀도 스핀 토크(STT) MRAM 의 구현에 필수적인 수직자화형 자기터널접합(pMTJs)에 보다 적합하게 적용할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRAM에 대해 상세히 설명하는 것으로 한다.
Therefore, the CoFeB / Pd multilayer thin film of the present invention has a high possibility of achieving a high tunnel magnetoresistance ratio (TMR) and a low critical current density. pMTJs) can be applied more suitably. Hereinafter, the MRAM according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리를 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a magnetic random access memory according to an embodiment of the present invention.

도 7의 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리는 기판(200)에 불순물이 각각 도핑되어 상호 소정 간격 이격되어 있는 제1 불순물 영역(215D)및 제2 불순물 영역(215S)을 포함한다. 이때, 기판(200)은 웨이퍼 기판이 사용 될 수 있다. The magnetic random access memory according to the present invention of FIG. 7 includes a first impurity region 215D and a second impurity region 215S spaced apart from each other by doping impurities on the substrate 200. In this case, the substrate 200 may be a wafer substrate.

다음으로, 제1 및 제2불순물 영역(215D, 215S) 사이의 기판(200) 상에 형성된 게이트 유전막(220)과, 게이트 유전막(220) 상에 형성되는 게이트 워드라인(230)이 구비된다.Next, a gate dielectric layer 220 formed on the substrate 200 between the first and second impurity regions 215D and 215S and a gate word line 230 formed on the gate dielectric layer 220 are provided.

그 다음으로, 제 1 및 제 2 불순물 영역(215D, 215S)과 각각 연결되는 콘택(240, 245)을 포함하고, 게이트 사이의 영역을 매립하는 제 1 층간절연막(235)이 구비된다.Next, a first interlayer insulating film 235 including contacts 240 and 245 connected to the first and second impurity regions 215D and 215S, respectively, and filling a region between the gates is provided.

그 다음으로, 콘택(240, 245)과 전기적으로 연결되는 전극 패드(250, 255)가 구비되고, 제 1 및 제 2 불순물 영역(215D, 215S) 중 선택된 어느 하나와 연결되는 수직자기이방성 CoFeB/Pd 다층박막(300)이 구비된다. 이때, 수직자기이방성 CoFeB/Pd 다층박막(300)은 시드층(310)과, Pd층(320)과, CoFeB(340)/Pd(360)으로 구성되고, 비트라인과 연결되는 드레인 불순물 영역과 접속되도록 구비된다.Next, the electrode pads 250 and 255 are electrically connected to the contacts 240 and 245, and the perpendicular magnetic anisotropic CoFeB / is connected to any one selected from the first and second impurity regions 215D and 215S. The Pd multilayer thin film 300 is provided. At this time, the vertical magnetic anisotropic CoFeB / Pd multilayer thin film 300 is composed of a seed layer 310, a Pd layer 320, CoFeB 340 / Pd (360), and a drain impurity region connected to the bit line and It is provided to be connected.

그 다음으로, 수직자기이방성 CoFeB/Pd 다층박막(300) 및 전극 패드(250, 255)를 매립하는 제 2 층간 절연막(260)이 구비된다.Next, a vertical magnetic anisotropic CoFeB / Pd multilayer thin film 300 and a second interlayer insulating film 260 filling the electrode pads 250 and 255 are provided.

그 다음으로, 제 2 층간 절연막(260) 상부에 수직자기이방성 CoFeB/Pd 다층박막(300)과 연결되며, 게이트 워드라인(230)과 수직한 방향으로 배열되는 비트라인(270)이 구비된다.Next, a bit line 270 is connected to the vertical magnetic anisotropic CoFeB / Pd multilayer thin film 300 on the second interlayer insulating layer 260, and is arranged in a direction perpendicular to the gate word line 230.

그 다음으로, 본 발명에 따른 고밀도 스핀 토크 MRAM은 상기와 같은 주요 구성 이외에 게이트 워드라인(230) 및 비트라인(270)에 전류를 공급할 수 있는 전류 인가 회로부 및 센스 앰프 등 메모리 소자를 구동하기 위한 각종 회로 장치들이 더 포함될 수 있다.Next, the high-density spin torque MRAM according to the present invention is used to drive a memory device such as a current applying circuit unit and a sense amplifier capable of supplying current to the gate word line 230 and the bit line 270 in addition to the above main configuration. Various circuit devices may further be included.

아울러, 상기 각 구성을 형성하는 공정 단계는 일반 반도체 제조 공정의 게이트 워드라인, 비트라인 형성 공정과 동일하므로 여기서는 그 구체적인 설명을 생략하는 것으로 한다.In addition, since the process steps for forming the respective components are the same as the gate word line and bit line forming process of the general semiconductor manufacturing process, detailed description thereof will be omitted here.

또한, 상술한 도면은 고밀도 스핀 토크 MRAM에 대한 기본 구조를 중심으로 설명한 것 일뿐이므로, MRAM에 대한 모든 경우를 대표하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 상기 도 7에 의해서 제한되는 것이 아니며, MRAM에 사용되는 수직자기이방성 다층 박막이라면, 어느 것이든 동일하게 적용이 되는 것으로 보아야 한다.
In addition, since the above-described drawings are only described based on the basic structure of the high density spin torque MRAM, they do not represent all cases of the MRAM. Therefore, the present invention is not limited by the above-described FIG. 7, and any vertical magnetic anisotropic multilayer thin film used in MRAM should be regarded as the same applies.

다음으로, 상술한 고밀도 스핀 토크(STT) MRAM에서 CoFeB/Pd 다층박막은 40 ~ 600 Oe의 보자력(Hc)을 나타내고, 높은 터널자기저항비(TMR) 및 낮은 임계전류 밀도를 나타내고 있는 수직자화형 자기터널접합(pMTJs)형태로서, MRAM의 구현에 최적의 조건을 제공한다. 또한, 기존의 자장을 이용한 자화 반전 MRAM에 비하여 고집적화 및 쓰기 윈도우 마진(쓰기는 전류를 크게 읽기는 전류를 작게)을 향상시키고, 낮은 전력 소모량을 나타냄으로써, 최적의 MRAM 구성으로써, 작용하는 장점이 있다.
Next, in the above-described high density spin torque (STT) MRAM, the CoFeB / Pd multilayer thin film has a coercive force (Hc) of 40 to 600 Oe, and has a high magnetoresistance ratio (TMR) and a low critical current density. In the form of magnetic tunnel junctions (pMTJs), they provide optimal conditions for the implementation of MRAM. In addition, compared to the conventional magnetization reversal MRAM using the magnetic field, high integration and write window margins (writes the current, reads the current is small) and improves the low power consumption, the optimum MRAM configuration has the advantage of working have.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 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.
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

10, 100, 200: 기판 20, 120, 320: Pd층
30, 130, 340: CoFeB 40, 140, 360: Pd
110, 310: 시드층 215D: 제1불순물 영역
215S: 제2불순물 영역 220: 게이트 유전막
230: 게이트 워드라인 235: 제1층간절연막
240, 245: 콘택 250, 255: 전극 패드
270: 비트라인 300: 수직자기이방성 CoFeB/Pd 다층박막
10, 100, 200: substrate 20, 120, 320: Pd layer
30, 130, 340: CoFeB 40, 140, 360: Pd
110, 310: seed layer 215D: first impurity region
215S: second impurity region 220: gate dielectric film
230: gate word line 235: first interlayer insulating film
240, 245: contacts 250, 255: electrode pads
270: bit line 300: vertical magnetic anisotropic CoFeB / Pd multilayer thin film

Claims (11)

기판 상에 형성된 Al 또는 Ta 재질의 시드층;
상기 시드층 상에 5 ~ 20nm 두께로 형성된 Pd층; 및
상기 Pd층 상부에 형성되며, [CoFeB/Pd]이 N회 반복 적층된(N은 3이상의 자연수) 다층막;를 포함하며,
상기 Pd층은 상기 시드층에 직접 접촉하여 형성되고,
상기 CoFeB은 CoxFeyBz(원자%, x+y+z=100)의 조성으로 형성하되, 상기 x=43~58이고, y=15~30이고, z=27인 것을 특징으로 하는 수직자기이방성 다층박막.
A seed layer of Al or Ta material formed on the substrate;
A Pd layer having a thickness of 5 to 20 nm on the seed layer; And
A multi-layered film formed over the Pd layer, in which [CoFeB / Pd] is repeatedly stacked N times (N is a natural number of 3 or more).
The Pd layer is formed in direct contact with the seed layer,
The CoFeB is formed of Co x Fe y B z (atomic%, x + y + z = 100), wherein x = 43 to 58, y = 15 to 30, and z = 27. Vertical magnetic anisotropic multilayer thin film.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 사파이어 기판 및 산화마그네슘 기판 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 수직자기이방성 다층박막.
The method of claim 1,
The substrate is a perpendicular magnetic anisotropic multilayer thin film, characterized in that selected from the silicon substrate, glass substrate, sapphire substrate and magnesium oxide substrate.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 시드층의 두께는 5 ~ 20nm인 것을 특징으로 하는 수직자기이방성 다층박막.
The method of claim 1,
Vertically anisotropic multilayer thin film, characterized in that the thickness of the seed layer is 5 ~ 20nm.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 CoFeB/Pd에서 CoFeB의 두께:Pd의 두께는 1:2.5의 비율로 구성됨을 특징으로 하는 수직자기이방성 다층박막.
The method of claim 1,
The thickness of CoFeB in the CoFeB / Pd: the thickness of the Pd is a vertical magnetic anisotropic multilayer thin film, characterized in that consisting of a ratio of 1: 2.5.
제 1 항에 있어서,
상기 N은 3 ~ 20인 것을 특징으로 하는 수직자기이방성 다층박막.
The method of claim 1,
N is 3 to 20, characterized in that the perpendicular magnetic anisotropic multilayer thin film.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 상기 제1항, 제2항, 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 하나의 항의 수직자기이방성 다층박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리.A magnetic random access memory comprising the perpendicular magnetic anisotropic multilayer thin film of any one of claims 1, 2, 4, 6 and 7.
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