磁区壁移動を利用した半導体装置及びその製造方法
【課題】磁区壁移動を利用した半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に形成されて複数の磁区を持つ磁性層及びその磁性層に磁区壁移動のためのエネルギーを印加する手段を備える半導体装置であって、前記磁性層は基板と平行に形成され、磁性層の長手方向に沿って交互に配置される突出部及び陥没部を持つことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置。この磁区壁移動を利用した半導体装置では、磁性層が凸凹の形態を持って磁区壁のビット単位移動の安定性が確保される。
【解決手段】基板上に形成されて複数の磁区を持つ磁性層及びその磁性層に磁区壁移動のためのエネルギーを印加する手段を備える半導体装置であって、前記磁性層は基板と平行に形成され、磁性層の長手方向に沿って交互に配置される突出部及び陥没部を持つことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置。この磁区壁移動を利用した半導体装置では、磁性層が凸凹の形態を持って磁区壁のビット単位移動の安定性が確保される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に係り、より詳細には磁性材料の磁区壁移動を利用する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ保存装置は、揮発性データ保存装置と不揮発性データ保存装置とに大別できる。揮発性データ保存装置の場合、電源が遮断されれば記録されたデータがいずれも消去されるが、不揮発性データ保存装置の場合、電源が遮断されても記録されたデータは消えない。
【０００３】
不揮発性データ保存装置は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）や不揮発性ＲＡＭ（Ｒａｍｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などがある。ＨＤＤは、読み取り／書き込みヘッドとデータが記録される回転媒体とを備え、１００ＧＢ（ｇｉｇａｂｙｔｅｓ）以上の多くのデータが保存されうる。ところが、ＨＤＤのように回転する部分を持つ保存装置は摩耗される傾向があり、動作時にフェイル（ｆａｉｌ）が発生する可能性が大きいために信頼性が落ちる。
【０００４】
このために、最近には前記のような従来の不揮発性データ保存装置の問題点を克服するための方法として、磁性物質の磁区壁の移動原理を利用する新たなデータ保存装置に関する研究及び開発が行われている。
【０００５】
まず、磁性物質の磁区及び磁区壁について説明した後、それを利用したデータ保存装置について説明する。
【０００６】
強磁性体を構成する磁性の微小領域を磁気区域（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ；以下、磁区という）という。このような磁区内では電子の自転、すなわち、磁気モーメントの方向が同一である。このような磁区の大きさ及び磁化方向は、磁性材料の物性、形態、サイズ及び外部のエネルギーにより適切に制御されうる。
【０００７】
磁区壁は、相異なる磁化方向を持つ磁区の境界部分であり、このような磁区壁は、磁性材料に印加される磁場または電流により移動しうる。すなわち、所定の幅及び厚さを持つ磁性層内に特定方向を持つ複数の磁区を作ることができ、適切な強度を持つ磁場または電流を利用して前記磁区を移動させることができる。
【０００８】
前記磁区壁の移動原理は、ＨＤＤのようなデータ保存装置に適用されうる。すなわち、磁性物質内に特定データと対応するように磁化された磁区を読み取り／書き込みするためのヘッドを通過するように移動させることによって、データの読み取り／書き込み動作が可能である。この場合、記録媒体を直接回転させなくても読み取り／書き込みが可能であるので、従来のＨＤＤの摩耗及びフェイル問題が解決される。このように、磁区壁の移動原理をＨＤＤのようにデータ保存装置に適用した一例が特許文献１に紹介された。
【０００９】
また、磁区壁の移動原理は、不揮発性ＲＡＭのようなメモリに適用される。すなわち、特定方向に磁化された磁区及びそれらの境界の磁区壁を持つ磁性物質で磁区壁が移動するにつれて磁性物質内の電圧が変化する原理を利用して、‘０’または‘１’のデータを書き込み／読み取り可能な不揮発性メモリ素子を具現できる。この場合、ライン形態の磁性物質内に特定電流を流して磁区壁の位置を変化させつつデータを書き込み／読み取り可能であるために、非常に簡単な構造を持つ高集積素子の具現が可能である。このように、磁区壁の移動原理をＲＡＭのようなメモリに適用した例は、特許文献２及び３に紹介された。
【００１０】
しかし、磁区壁移動を利用した半導体装置はまだ開発初期段階にあり、その実用化のためにはいくつかの問題点が解決されねばならない。重要な問題点のうち一つは、磁区壁移動の安定性と関連する。
【００１１】
磁区壁移動の安定性を確保するためには、一般的に人為的なノッチが利用される。図１は、前記特許文献２に紹介されたものであり、ノッチが形成された磁性層２００の平面図である。図面符号２０及び２５はそれぞれ磁区及び磁区壁を表す。図１で磁区壁２５は二次元で表現されたが、実際の磁区壁は体積を持つ３次元的な要素である。
【００１２】
図１に示したように、ノッチは、磁区壁予定部分に該当する磁性層２００の両側に形成された溝であり、移動する磁区壁をピンニングする役割を行う。すなわち、ノッチにより磁区壁が１ビット単位で移動できる。
【００１３】
しかし、数十ナノメートル程度の厚さ及び幅を持つ磁性層に微細なサイズのノッチを形成することは現実的に非常に困難である。さらに微細なノッチを均一な間隔、サイズ及び形態を持つように形成することはさらに困難である。もし、ノッチの間隔、サイズ及び形態が不均一であれば、それにより磁区壁をピンニングする磁場の強度、すなわち、ピンニング磁場の強度が変わるために素子特性が不均一になる。
【００１４】
また、基板と平行したノッチを形成する場合、露光工程の限界によってノッチ間隔を縮め難い。これは、ビットサイズの縮小が困難であるということを意味する。
【００１５】
したがって、ノッチを利用する従来技術では素子の高集積化が困難であり、磁区壁移動の安定性を確保し難い。
【特許文献１】米国特許第６，８３４，００５ Ｂ１号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開１０−２００６−００１３４７６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７８１，８７１ Ｂ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであり、ノッチによるビットサイズ縮少の難点及び製造工程上の難点など諸般問題が解決され、磁区壁移動の安定性も確保された半導体装置を提供するところにある。
【００１７】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記半導体装置の製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記技術的課題を達成するために、本発明は、基板上に形成されて複数の磁区を持つ磁性層、及び前記磁性層に磁区壁移動のためのエネルギーを印加する手段を備える半導体装置であって、前記磁性層は前記基板と平行に形成され、前記磁性層の長手方向に沿って交互に配置される突出部及び陥没部を持つことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置を提供する。
【００１９】
ここで、前記基板と前記突出部との間に絶縁層パターンが備わる。前記基板と前記突出部との間に絶縁層パターンが備わる場合、前記磁性層は、前記基板及び前記絶縁層パターンの表面に沿って形成される。
【００２０】
前記突出部に対応する前記基板部分は突出する。前記突出部に対応する前記基板部分が突出する場合、前記磁性層は、前記基板の表面に沿って形成される。
【００２１】
前記基板表面は平坦である。
【００２２】
前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部を除外した残りの突出部または陥没部の長さより長い。
【００２３】
前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、前記磁性層の幅の１〜３倍である。
【００２４】
前記残りの突出部のピッチ及び前記残りの陥没部のピッチは、前記磁性層の幅の１〜２倍である。
【００２５】
前記磁性層の一端及び他端に電流印加のための第１及び第２電極が備わる。
【００２６】
前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、磁区壁が移動する磁性層を備える半導体装置の製造方法であって、基板上にダミーパターンを形成する工程と、前記ダミーパターン両側の前記基板上に絶縁層パターンを形成する工程と、前記ダミーパターンを除去する工程と、前記基板及び前記絶縁層パターン上に磁性層を形成する工程と、を含む磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を提供する。
【００２７】
前記ダミーパターンは、ラインタイプである。さらに望ましくは、前記ダミーパターンは、等間隔に離隔した複数のラインパターンである。
【００２８】
前記ダミーパターンは、シリコンで形成される。
【００２９】
前記絶縁層パターンは、シリコン窒化物で形成される。
【００３０】
前記本発明の磁区壁移動を用いた半導体装置の製造方法は、前記絶縁層パターンを形成する工程と前記ダミーパターンを除去する工程との間に、前記ダミーパターンの上端部及び前記絶縁層パターンの上端部をエッチングする工程をさらに含む。
【００３１】
また、前記他の技術的な課題を達成するために、本発明は、磁区壁が移動する磁性層を備える半導体装置の製造方法であって、基板上に均一な厚さの磁性層を形成する工程と、前記磁性層上に第１パターンを形成する工程と、前記第１パターン両側の前記磁性層上に第２パターンを形成する工程と、前記第１パターンを除去する工程と、前記第２パターンをエッチングマスクとして利用して前記磁性層の一部厚さをエッチングする工程と、を含む磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を提供する。
【００３２】
ここで、前記第１パターンは、前記磁性層を横切るラインパターンである。
【００３３】
前記第１パターンは、等間隔に離隔した複数のラインパターンである。
【００３４】
前記第１パターンは、シリコンで形成される。
【００３５】
前記本発明の磁区壁移動を用いた半導体装置の製造方法は、前記第２パターンを形成する工程と前記第１パターンを除去する工程との間に、前記第１パターンの上端部及び前記第２パターンの上端部をエッチングする工程をさらに含む。
【００３６】
前記本発明の磁区壁移動を用いた半導体装置の製造方法は、前記磁性層の一部厚さをエッチングする工程後、前記第２パターンを除去する工程をさらに含む。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、磁区壁移動を利用した半導体装置の磁性層を全体的に基板と平行に形成するが、凸凹の形態を持つように形成する。この場合、磁性層に規則的に段差が付いたことと関連して磁区壁のビット単位移動の安定性が確保される。
【００３８】
特に、基板上にピッチがＦである絶縁層パターンを形成した後、基板と絶縁層パターンとの表面に沿ってコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）に磁性層を形成する場合、ノッチを利用する従来技術に比べて２倍の集積度を得ることができる。本発明の実施形態による半導体装置のセルサイズは１Ｆ２であるので、Ｆが３０ｎｍである場合に１００ＧＢ／ｃｍ２の記録密度を持つ高集積素子の具現が可能である。
【００３９】
また、ノッチ形成による工程の難点及び素子特性の均一性低下の問題点なしに、信頼性の高い磁区壁移動半導体装置を具現できる。ノッチ形成が現実的に難しく、その均一性確保はさらに難しいということに鑑みれば、本発明は磁区壁移動を利用した半導体装置の大量生産及び再現性確保に大きく寄与できると期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体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。この過程で図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張されて図示されている。
【００４１】
図２は、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置（以下、本発明の実施形態による半導体装置）の部分斜視図である。
【００４２】
図２を参照すれば、本発明の実施形態による半導体装置は、基板１上に形成されて複数の磁区を持つ磁性層３００と、前記磁性層３００に磁区壁（前記磁区の壁）移動のためのエネルギーを印加する手段とを備える半導体装置である。
【００４３】
ここで、前記エネルギーを印加する手段は、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２を備えることができる。前記磁性層３００は、前記基板１と平行に形成され、前記磁性層３００の長手方向に沿って交互に配置される突出部４と陥没部５とを持つ。突出部４の幅と陥没部５の幅とは磁性層３００の幅と同じである。
【００４４】
基板１と突出部４との間には絶縁層パターン３が備わりうる。この場合、磁性層３００は、基板１と絶縁層パターン３の表面に沿ってコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）に形成される。絶縁層パターン３の介在の代りに基板１の一部分が突出することもある。この場合、突出部４に対応する基板部分が突出し、磁性層３００は、基板の表面に沿ってコンフォーマルに形成される。
【００４５】
突出部４及び陥没部５のうち、いずれか一つは少なくとも２つでありうる。
【００４６】
磁性層３００の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、残りの突出部または陥没部の長さより長い。さらに具体的には、磁性層３００の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、磁性層３００の幅の１〜３倍でありうる。図面には両端の陥没部の長さが磁性層３００の幅と同じ場合について図示されている。
【００４７】
前記残りの突出部及び前記残りの陥没部のピッチは、磁性層３００の幅と同一であることが望ましいが、前記残りの突出部及び前記残りの陥没部のピッチは磁性層３００の幅の１〜２倍でありうる。ここで、ピッチは突出部または陥没部の中央部の距離である。
【００４８】
前記磁区壁移動のためのエネルギーは、電流及び磁場のうち一つでありうる。
【００４９】
前記磁区壁移動のためのエネルギーが電流である場合、磁性層３００の一端及び他端に第１及び第２電極４００ａ、４００ｂが備わりうる。第１及び第２電極４００ａ、４００ｂは、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２とそれぞれ連結されるか、または交流電流発生器（図示せず）と連結されうる。第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２または前記交流電流発生器は、第１及び第２電極４００ａ、４００ｂと共に磁区壁移動のための前記エネルギー印加手段を構成できる。
【００５０】
図示していないが、磁性層３００の中央部には読み取りヘッドと書き込みヘッドとがさらに備わりうる。前記読み取りヘッドと書き込みヘッドとは一体型であり、磁性層３００の中央部ではない両端のうち少なくともいずれか１箇所に備わってもよい。このように、磁性層３００に読み取りヘッドと書き込みヘッドとが備われば、本発明の実施形態による半導体装置は記録装置である。もし、読み取りヘッドと書き込みヘッドの代りに磁性層３００の特定位置を選択するためのワードラインとビットラインとが備われば、本発明の実施形態による半導体装置はメモリ素子である。
【００５１】
以下では、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明する。
【００５２】
図３Ａないし図３Ｆは、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【００５３】
図３Ａを参照すれば、基板１上にダミーパターン２を形成する。ダミーパターン２は等間隔に離隔した複数のラインパターンでありうる。ダミーパターン２の材質はシリコンであり、ダミーパターン２のピッチは２Ｆ（Ｆ：ｆｅａｔｕｒｅ ｓｉｚｅ）でありうる。ここで、Ｆは、以後に形成される磁性層の線幅であり、露光工程で具現可能な最小線幅でありうる。
【００５４】
図３Ｂを参照すれば、ダミーパターン２を覆うように、基板１上に絶縁膜３’を形成する。絶縁膜３’はシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）であり、基板１とダミーパターン２との表面に沿ってコンフォーマルに形成される。
【００５５】
図３Ｃを参照すれば、絶縁膜３’をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの方法で異方性エッチングして、ダミーパターン２の上部面と基板１の一部とを露出させる。これにより、ダミーパターン２の両側の基板１上に絶縁層パターン３が形成される。絶縁層パターン３のピッチはＦであり、絶縁層パターン３の間隔はＦ／２である。
【００５６】
図３Ｄを参照すれば、ダミーパターン２の上端部及び絶縁層パターン３の上端部をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）でエッチングする。前記ＣＭＰは選択的工程である。
【００５７】
図３Ｅを参照すれば、ウェットまたはドライエッチングで前記ダミーパターンを除去する。前記ウェットまたはドライエッチングは、シリコン材質のダミーパターンを選択的にエッチングする選択的エッチング特性を持つ。
【００５８】
図３Ｆを参照すれば、基板１及び絶縁層パターン３上にそれらの表面に沿って磁性物質膜を形成した後、前記磁性物質膜をライン形態にパターニングする。これにより、基板１と平行して、突出部４と陥没部５とを持つ磁性層３００が形成される。突出部４と陥没部５とは、磁性層３００の長手方向に沿って交互に配置される。突出部４のピッチ及び陥没部５のピッチはＦであり、突出部４の長さ及び陥没部５の長さはそれぞれＦ／２程度である。ここで、図示していないが、磁性層３００の両端の突出部または陥没部の長さは、残りの突出部及び陥没部の長さより長い。磁性層３００の両端の突出部または陥没部の長さを長くする理由は、それに形成される電極のコンタクトマージンを確保するためである。
【００５９】
以後、図示していないが、磁性層３００の両端に磁区壁を移動させるための手段として第１及び第２電極を形成できる。前記磁区壁を移動させるための手段は他の形態でありうる。
【００６０】
このように、本発明の実施形態では、ダミーパターン２を利用して基板１上にピッチがＦである絶縁層パターン３を形成した後、基板１と絶縁層パターン３との表面に沿って磁性層３００を形成する。これにより、突出部４と陥没部５とが交互に配置される磁性層３００が形成されるが、ここで、突出部４と陥没部５それぞれのピッチはＦであり、突出部４と陥没部５の長さはＦ／２程度である。
【００６１】
一方、本発明の実施形態による半導体装置では、突出部４と陥没部５とが交互に配置されることと関連して、磁区壁のビット単位移動の安定性が確保される。すなわち、突出部４と陥没部５との境界の段差部が従来のノッチのような役割を行える。この場合、前記段差部で磁区壁がピンニングされる。一方、段差部を除外した残りの部分、すなわち、突出部４の中央部及び陥没部５の中央部が従来のノッチのような役割を行うこともある。この場合、突出部４の中央部及び陥没部５の中央部で磁区壁がピンニングされる。磁区壁のピンニング位置は磁性層の形態によって決定される。
【００６２】
図４ないし図６は、本発明の実施形態による半導体装置の磁性層の多様な形態を示す断面図である。各磁性層３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び絶縁層パターン３ａ’、３ｂ’、３ｃ’の部位別寸法は図面に記載されている。磁性層３００ａ、３００ｂ、３００ｃの部位別寸法は、磁性層の材質、形成条件及び段差被覆性に依存する。図４ないし図６で図面番号１は基板を表す。
【００６３】
磁性層の内部エネルギーは、スピン交換エネルギー、結晶異方性エネルギー及び静磁場エネルギーなどの相互作用により決定されるが、凹凸状の磁性層において磁区壁は特定位置で低いエネルギーを持つ。前述したように、磁区壁の停止位置は磁性層の形態によって変わるので、磁性層の形態を適切に調節することによって所望の位置に磁区壁を停止させることができる。
【００６４】
磁区壁が突出部（または陥没部）の中央部でピンニングされる場合、突出部（または陥没部）の中央部が一つのビットになる。一方、磁区壁が段差部でピンニングされる場合、段差部が一つのビットになる。したがって、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置では、磁区壁がビット単位として安定的にピンニングされることができるが、ここで、ビットサイズはＦ×（Ｆ／２）程度でありうる。磁性層の間隔をＦとすれば、本発明の実施形態による半導体装置のセルサイズは２Ｆ×（Ｆ／２）、すなわち、１Ｆ２程度である。このような本発明の実施形態による半導体装置でのビットサイズ及びセルサイズは、従来の工程で具現できるビットサイズ及びセルサイズの半分ほどである。
【００６５】
一方、図７は、本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置（以下、本発明の他の実施形態による半導体装置）の部分斜視図である。本発明の他の実施形態による半導体装置は、基板と磁性層との間に絶縁層パターンがなく、磁性層の下面が平坦なことを除いては、図２を参照して説明した本発明の実施形態による半導体装置と同じ構造を持つ。図２と図７とで同じ図面番号は同じ構成要素を表す。
【００６６】
図７を参照すれば、本発明の他の実施形態による半導体装置で磁性層６００ａの下面は平坦である。そして、突出部４及び陥没部５のピッチは、磁性層６００ａの幅Ｆの１〜２倍でありうる。
【００６７】
図８Ａないし図８Ｇは、本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【００６８】
図８Ａを参照すれば、基板１上に均一な厚さの磁性層６００を形成する。次いで、前記磁性層６００上に第１パターン２ａを形成する。第１パターン２ａは磁性層６００と垂直のライン形態であり、等間隔に離隔した複数のラインパターンでありうる。第１パターン２ａの材質はシリコンであり、第１パターン２ａのピッチは２Ｆでありうる。
【００６９】
図８Ｂを参照すれば、第１パターン２ａを覆うように磁性層６００上に絶縁膜３”を形成する。絶縁膜３”はシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）であり、磁性層６００と第１パターン２ａとの表面に沿ってコンフォーマルに形成される。
【００７０】
図８Ｃを参照すれば、絶縁膜３”をＲＩＥなどの方法で異方性エッチングして第１パターン２ａの上部面と磁性層６００の一部とを露出させる。これにより、第１パターン２ａの両側の磁性層６００上に第２パターン３ａが形成される。第２パターン３ａのピッチはＦであり、第２パターン３ａの間隔はＦ／２である。
【００７１】
図８Ｄを参照すれば、第１パターン２ａの上端部及び第２パターン３ａの上端部をＣＭＰでエッチングする。前記ＣＭＰは選択的工程である。
【００７２】
図８Ｅを参照すれば、ウェットまたはドライエッチングで前記第１パターンを除去する。前記ウェットまたはドライエッチングは、シリコン材質の第１パターンを選択的にエッチングする選択的エッチング特性を持つ。
【００７３】
図８Ｆを参照すれば、第２パターン３ａをエッチングマスクとして利用して前記磁性層６００の一部厚さをエッチングする。これにより、下面が平坦であって突出部４と陥没部５とが交互に配置される磁性層６００ａが形成される。突出部４と陥没部５とは、磁性層６００ａの長手方向に沿って交互に配置される。突出部４のピッチ及び陥没部５のピッチはＦであり、突出部４の長さ及び陥没部５の長さはそれぞれＦ／２程度である。ここで、図示していないが、磁性層６００ａの両端の突出部または陥没部の長さは、残りの突出部及び陥没部の長さより長い。磁性層６００ａの両端の突出部または陥没部の長さを長くする理由は、それに形成される電極のコンタクトマージンを確保するためである。
【００７４】
図８Ｇを参照すれば、前記第２パターンを除去する。以後、図示していないが、磁性層６００ａの両端に磁区壁を移動させるための手段として第１及び第２電極を形成できる。前記磁区壁を移動させるための手段は他の形態でありうる。
【００７５】
前述した本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置でも、磁性層６００ａに段差があることと関連して磁区壁がビット単位で安定的に移動できる。ところが、前記本発明の他の実施形態による半導体装置では磁性層６００ａの下面が平坦であるので、本発明の実施形態による半導体装置とは異なって突出部４または陥没部５の全体が磁区壁領域となる。したがって、本発明の他の実施形態による半導体装置のセルサイズは、本発明の実施形態による半導体装置のセルサイズより大きい。したがって、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法の方が本発明の他の実施形態による半導体装置の製造方法より高集積化に有利である。
【００７６】
前記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というよりは、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者ならば、本発明の半導体装置は、ＨＤＤのようなストレージ装置でもあり、ＲＡＭのようなメモリ素子でもあり、場合によってはロジック素子でもありうるということが分かり、また、それぞれの場合に付加される構成要素がさらに多様化するということが分かるであろう。さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、前記の製造方法に限定されず、製造方法によって突出部４と陥没部５とのピッチ及び形態は多様に変更されるということが分かる。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定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、半導体装置関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来技術による磁性層の平面図である。
【図２】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の部分斜視図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｆ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図４】本発明の実施形態による半導体装置の磁性層の多様な形態を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態による半導体装置の磁性層の多様な形態を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態による半導体装置の磁性層の多様な形態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の部分斜視図である。
【図８Ａ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｃ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｄ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｅ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｆ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｇ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 基板
３ 絶縁層パターン
４ 突出部
５ 陥没部
３００ 磁性層
４００ａ 第１電極
４００ｂ 第２電極
Ｆ 磁性層の線幅
Ｔ１ 第１トランジスタ
Ｔ２ 第２トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に係り、より詳細には磁性材料の磁区壁移動を利用する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ保存装置は、揮発性データ保存装置と不揮発性データ保存装置とに大別できる。揮発性データ保存装置の場合、電源が遮断されれば記録されたデータがいずれも消去されるが、不揮発性データ保存装置の場合、電源が遮断されても記録されたデータは消えない。
【０００３】
不揮発性データ保存装置は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）や不揮発性ＲＡＭ（Ｒａｍｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などがある。ＨＤＤは、読み取り／書き込みヘッドとデータが記録される回転媒体とを備え、１００ＧＢ（ｇｉｇａｂｙｔｅｓ）以上の多くのデータが保存されうる。ところが、ＨＤＤのように回転する部分を持つ保存装置は摩耗される傾向があり、動作時にフェイル（ｆａｉｌ）が発生する可能性が大きいために信頼性が落ちる。
【０００４】
このために、最近には前記のような従来の不揮発性データ保存装置の問題点を克服するための方法として、磁性物質の磁区壁の移動原理を利用する新たなデータ保存装置に関する研究及び開発が行われている。
【０００５】
まず、磁性物質の磁区及び磁区壁について説明した後、それを利用したデータ保存装置について説明する。
【０００６】
強磁性体を構成する磁性の微小領域を磁気区域（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ；以下、磁区という）という。このような磁区内では電子の自転、すなわち、磁気モーメントの方向が同一である。このような磁区の大きさ及び磁化方向は、磁性材料の物性、形態、サイズ及び外部のエネルギーにより適切に制御されうる。
【０００７】
磁区壁は、相異なる磁化方向を持つ磁区の境界部分であり、このような磁区壁は、磁性材料に印加される磁場または電流により移動しうる。すなわち、所定の幅及び厚さを持つ磁性層内に特定方向を持つ複数の磁区を作ることができ、適切な強度を持つ磁場または電流を利用して前記磁区を移動させることができる。
【０００８】
前記磁区壁の移動原理は、ＨＤＤのようなデータ保存装置に適用されうる。すなわち、磁性物質内に特定データと対応するように磁化された磁区を読み取り／書き込みするためのヘッドを通過するように移動させることによって、データの読み取り／書き込み動作が可能である。この場合、記録媒体を直接回転させなくても読み取り／書き込みが可能であるので、従来のＨＤＤの摩耗及びフェイル問題が解決される。このように、磁区壁の移動原理をＨＤＤのようにデータ保存装置に適用した一例が特許文献１に紹介された。
【０００９】
また、磁区壁の移動原理は、不揮発性ＲＡＭのようなメモリに適用される。すなわち、特定方向に磁化された磁区及びそれらの境界の磁区壁を持つ磁性物質で磁区壁が移動するにつれて磁性物質内の電圧が変化する原理を利用して、‘０’または‘１’のデータを書き込み／読み取り可能な不揮発性メモリ素子を具現できる。この場合、ライン形態の磁性物質内に特定電流を流して磁区壁の位置を変化させつつデータを書き込み／読み取り可能であるために、非常に簡単な構造を持つ高集積素子の具現が可能である。このように、磁区壁の移動原理をＲＡＭのようなメモリに適用した例は、特許文献２及び３に紹介された。
【００１０】
しかし、磁区壁移動を利用した半導体装置はまだ開発初期段階にあり、その実用化のためにはいくつかの問題点が解決されねばならない。重要な問題点のうち一つは、磁区壁移動の安定性と関連する。
【００１１】
磁区壁移動の安定性を確保するためには、一般的に人為的なノッチが利用される。図１は、前記特許文献２に紹介されたものであり、ノッチが形成された磁性層２００の平面図である。図面符号２０及び２５はそれぞれ磁区及び磁区壁を表す。図１で磁区壁２５は二次元で表現されたが、実際の磁区壁は体積を持つ３次元的な要素である。
【００１２】
図１に示したように、ノッチは、磁区壁予定部分に該当する磁性層２００の両側に形成された溝であり、移動する磁区壁をピンニングする役割を行う。すなわち、ノッチにより磁区壁が１ビット単位で移動できる。
【００１３】
しかし、数十ナノメートル程度の厚さ及び幅を持つ磁性層に微細なサイズのノッチを形成することは現実的に非常に困難である。さらに微細なノッチを均一な間隔、サイズ及び形態を持つように形成することはさらに困難である。もし、ノッチの間隔、サイズ及び形態が不均一であれば、それにより磁区壁をピンニングする磁場の強度、すなわち、ピンニング磁場の強度が変わるために素子特性が不均一になる。
【００１４】
また、基板と平行したノッチを形成する場合、露光工程の限界によってノッチ間隔を縮め難い。これは、ビットサイズの縮小が困難であるということを意味する。
【００１５】
したがって、ノッチを利用する従来技術では素子の高集積化が困難であり、磁区壁移動の安定性を確保し難い。
【特許文献１】米国特許第６，８３４，００５ Ｂ１号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開１０−２００６−００１３４７６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７８１，８７１ Ｂ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであり、ノッチによるビットサイズ縮少の難点及び製造工程上の難点など諸般問題が解決され、磁区壁移動の安定性も確保された半導体装置を提供するところにある。
【００１７】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記半導体装置の製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記技術的課題を達成するために、本発明は、基板上に形成されて複数の磁区を持つ磁性層、及び前記磁性層に磁区壁移動のためのエネルギーを印加する手段を備える半導体装置であって、前記磁性層は前記基板と平行に形成され、前記磁性層の長手方向に沿って交互に配置される突出部及び陥没部を持つことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置を提供する。
【００１９】
ここで、前記基板と前記突出部との間に絶縁層パターンが備わる。前記基板と前記突出部との間に絶縁層パターンが備わる場合、前記磁性層は、前記基板及び前記絶縁層パターンの表面に沿って形成される。
【００２０】
前記突出部に対応する前記基板部分は突出する。前記突出部に対応する前記基板部分が突出する場合、前記磁性層は、前記基板の表面に沿って形成される。
【００２１】
前記基板表面は平坦である。
【００２２】
前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部を除外した残りの突出部または陥没部の長さより長い。
【００２３】
前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、前記磁性層の幅の１〜３倍である。
【００２４】
前記残りの突出部のピッチ及び前記残りの陥没部のピッチは、前記磁性層の幅の１〜２倍である。
【００２５】
前記磁性層の一端及び他端に電流印加のための第１及び第２電極が備わる。
【００２６】
前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、磁区壁が移動する磁性層を備える半導体装置の製造方法であって、基板上にダミーパターンを形成する工程と、前記ダミーパターン両側の前記基板上に絶縁層パターンを形成する工程と、前記ダミーパターンを除去する工程と、前記基板及び前記絶縁層パターン上に磁性層を形成する工程と、を含む磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を提供する。
【００２７】
前記ダミーパターンは、ラインタイプである。さらに望ましくは、前記ダミーパターンは、等間隔に離隔した複数のラインパターンである。
【００２８】
前記ダミーパターンは、シリコンで形成される。
【００２９】
前記絶縁層パターンは、シリコン窒化物で形成される。
【００３０】
前記本発明の磁区壁移動を用いた半導体装置の製造方法は、前記絶縁層パターンを形成する工程と前記ダミーパターンを除去する工程との間に、前記ダミーパターンの上端部及び前記絶縁層パターンの上端部をエッチングする工程をさらに含む。
【００３１】
また、前記他の技術的な課題を達成するために、本発明は、磁区壁が移動する磁性層を備える半導体装置の製造方法であって、基板上に均一な厚さの磁性層を形成する工程と、前記磁性層上に第１パターンを形成する工程と、前記第１パターン両側の前記磁性層上に第２パターンを形成する工程と、前記第１パターンを除去する工程と、前記第２パターンをエッチングマスクとして利用して前記磁性層の一部厚さをエッチングする工程と、を含む磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を提供する。
【００３２】
ここで、前記第１パターンは、前記磁性層を横切るラインパターンである。
【００３３】
前記第１パターンは、等間隔に離隔した複数のラインパターンである。
【００３４】
前記第１パターンは、シリコンで形成される。
【００３５】
前記本発明の磁区壁移動を用いた半導体装置の製造方法は、前記第２パターンを形成する工程と前記第１パターンを除去する工程との間に、前記第１パターンの上端部及び前記第２パターンの上端部をエッチングする工程をさらに含む。
【００３６】
前記本発明の磁区壁移動を用いた半導体装置の製造方法は、前記磁性層の一部厚さをエッチングする工程後、前記第２パターンを除去する工程をさらに含む。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、磁区壁移動を利用した半導体装置の磁性層を全体的に基板と平行に形成するが、凸凹の形態を持つように形成する。この場合、磁性層に規則的に段差が付いたことと関連して磁区壁のビット単位移動の安定性が確保される。
【００３８】
特に、基板上にピッチがＦである絶縁層パターンを形成した後、基板と絶縁層パターンとの表面に沿ってコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）に磁性層を形成する場合、ノッチを利用する従来技術に比べて２倍の集積度を得ることができる。本発明の実施形態による半導体装置のセルサイズは１Ｆ２であるので、Ｆが３０ｎｍである場合に１００ＧＢ／ｃｍ２の記録密度を持つ高集積素子の具現が可能である。
【００３９】
また、ノッチ形成による工程の難点及び素子特性の均一性低下の問題点なしに、信頼性の高い磁区壁移動半導体装置を具現できる。ノッチ形成が現実的に難しく、その均一性確保はさらに難しいということに鑑みれば、本発明は磁区壁移動を利用した半導体装置の大量生産及び再現性確保に大きく寄与できると期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体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。この過程で図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張されて図示されている。
【００４１】
図２は、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置（以下、本発明の実施形態による半導体装置）の部分斜視図である。
【００４２】
図２を参照すれば、本発明の実施形態による半導体装置は、基板１上に形成されて複数の磁区を持つ磁性層３００と、前記磁性層３００に磁区壁（前記磁区の壁）移動のためのエネルギーを印加する手段とを備える半導体装置である。
【００４３】
ここで、前記エネルギーを印加する手段は、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２を備えることができる。前記磁性層３００は、前記基板１と平行に形成され、前記磁性層３００の長手方向に沿って交互に配置される突出部４と陥没部５とを持つ。突出部４の幅と陥没部５の幅とは磁性層３００の幅と同じである。
【００４４】
基板１と突出部４との間には絶縁層パターン３が備わりうる。この場合、磁性層３００は、基板１と絶縁層パターン３の表面に沿ってコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）に形成される。絶縁層パターン３の介在の代りに基板１の一部分が突出することもある。この場合、突出部４に対応する基板部分が突出し、磁性層３００は、基板の表面に沿ってコンフォーマルに形成される。
【００４５】
突出部４及び陥没部５のうち、いずれか一つは少なくとも２つでありうる。
【００４６】
磁性層３００の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、残りの突出部または陥没部の長さより長い。さらに具体的には、磁性層３００の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、磁性層３００の幅の１〜３倍でありうる。図面には両端の陥没部の長さが磁性層３００の幅と同じ場合について図示されている。
【００４７】
前記残りの突出部及び前記残りの陥没部のピッチは、磁性層３００の幅と同一であることが望ましいが、前記残りの突出部及び前記残りの陥没部のピッチは磁性層３００の幅の１〜２倍でありうる。ここで、ピッチは突出部または陥没部の中央部の距離である。
【００４８】
前記磁区壁移動のためのエネルギーは、電流及び磁場のうち一つでありうる。
【００４９】
前記磁区壁移動のためのエネルギーが電流である場合、磁性層３００の一端及び他端に第１及び第２電極４００ａ、４００ｂが備わりうる。第１及び第２電極４００ａ、４００ｂは、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２とそれぞれ連結されるか、または交流電流発生器（図示せず）と連結されうる。第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２または前記交流電流発生器は、第１及び第２電極４００ａ、４００ｂと共に磁区壁移動のための前記エネルギー印加手段を構成できる。
【００５０】
図示していないが、磁性層３００の中央部には読み取りヘッドと書き込みヘッドとがさらに備わりうる。前記読み取りヘッドと書き込みヘッドとは一体型であり、磁性層３００の中央部ではない両端のうち少なくともいずれか１箇所に備わってもよい。このように、磁性層３００に読み取りヘッドと書き込みヘッドとが備われば、本発明の実施形態による半導体装置は記録装置である。もし、読み取りヘッドと書き込みヘッドの代りに磁性層３００の特定位置を選択するためのワードラインとビットラインとが備われば、本発明の実施形態による半導体装置はメモリ素子である。
【００５１】
以下では、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明する。
【００５２】
図３Ａないし図３Ｆは、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【００５３】
図３Ａを参照すれば、基板１上にダミーパターン２を形成する。ダミーパターン２は等間隔に離隔した複数のラインパターンでありうる。ダミーパターン２の材質はシリコンであり、ダミーパターン２のピッチは２Ｆ（Ｆ：ｆｅａｔｕｒｅ ｓｉｚｅ）でありうる。ここで、Ｆは、以後に形成される磁性層の線幅であり、露光工程で具現可能な最小線幅でありうる。
【００５４】
図３Ｂを参照すれば、ダミーパターン２を覆うように、基板１上に絶縁膜３’を形成する。絶縁膜３’はシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）であり、基板１とダミーパターン２との表面に沿ってコンフォーマルに形成される。
【００５５】
図３Ｃを参照すれば、絶縁膜３’をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの方法で異方性エッチングして、ダミーパターン２の上部面と基板１の一部とを露出させる。これにより、ダミーパターン２の両側の基板１上に絶縁層パターン３が形成される。絶縁層パターン３のピッチはＦであり、絶縁層パターン３の間隔はＦ／２である。
【００５６】
図３Ｄを参照すれば、ダミーパターン２の上端部及び絶縁層パターン３の上端部をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）でエッチングする。前記ＣＭＰは選択的工程である。
【００５７】
図３Ｅを参照すれば、ウェットまたはドライエッチングで前記ダミーパターンを除去する。前記ウェットまたはドライエッチングは、シリコン材質のダミーパターンを選択的にエッチングする選択的エッチング特性を持つ。
【００５８】
図３Ｆを参照すれば、基板１及び絶縁層パターン３上にそれらの表面に沿って磁性物質膜を形成した後、前記磁性物質膜をライン形態にパターニングする。これにより、基板１と平行して、突出部４と陥没部５とを持つ磁性層３００が形成される。突出部４と陥没部５とは、磁性層３００の長手方向に沿って交互に配置される。突出部４のピッチ及び陥没部５のピッチはＦであり、突出部４の長さ及び陥没部５の長さはそれぞれＦ／２程度である。ここで、図示していないが、磁性層３００の両端の突出部または陥没部の長さは、残りの突出部及び陥没部の長さより長い。磁性層３００の両端の突出部または陥没部の長さを長くする理由は、それに形成される電極のコンタクトマージンを確保するためである。
【００５９】
以後、図示していないが、磁性層３００の両端に磁区壁を移動させるための手段として第１及び第２電極を形成できる。前記磁区壁を移動させるための手段は他の形態でありうる。
【００６０】
このように、本発明の実施形態では、ダミーパターン２を利用して基板１上にピッチがＦである絶縁層パターン３を形成した後、基板１と絶縁層パターン３との表面に沿って磁性層３００を形成する。これにより、突出部４と陥没部５とが交互に配置される磁性層３００が形成されるが、ここで、突出部４と陥没部５それぞれのピッチはＦであり、突出部４と陥没部５の長さはＦ／２程度である。
【００６１】
一方、本発明の実施形態による半導体装置では、突出部４と陥没部５とが交互に配置されることと関連して、磁区壁のビット単位移動の安定性が確保される。すなわち、突出部４と陥没部５との境界の段差部が従来のノッチのような役割を行える。この場合、前記段差部で磁区壁がピンニングされる。一方、段差部を除外した残りの部分、すなわち、突出部４の中央部及び陥没部５の中央部が従来のノッチのような役割を行うこともある。この場合、突出部４の中央部及び陥没部５の中央部で磁区壁がピンニングされる。磁区壁のピンニング位置は磁性層の形態によって決定される。
【００６２】
図４ないし図６は、本発明の実施形態による半導体装置の磁性層の多様な形態を示す断面図である。各磁性層３００ａ、３００ｂ、３００ｃ及び絶縁層パターン３ａ’、３ｂ’、３ｃ’の部位別寸法は図面に記載されている。磁性層３００ａ、３００ｂ、３００ｃの部位別寸法は、磁性層の材質、形成条件及び段差被覆性に依存する。図４ないし図６で図面番号１は基板を表す。
【００６３】
磁性層の内部エネルギーは、スピン交換エネルギー、結晶異方性エネルギー及び静磁場エネルギーなどの相互作用により決定されるが、凹凸状の磁性層において磁区壁は特定位置で低いエネルギーを持つ。前述したように、磁区壁の停止位置は磁性層の形態によって変わるので、磁性層の形態を適切に調節することによって所望の位置に磁区壁を停止させることができる。
【００６４】
磁区壁が突出部（または陥没部）の中央部でピンニングされる場合、突出部（または陥没部）の中央部が一つのビットになる。一方、磁区壁が段差部でピンニングされる場合、段差部が一つのビットになる。したがって、本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置では、磁区壁がビット単位として安定的にピンニングされることができるが、ここで、ビットサイズはＦ×（Ｆ／２）程度でありうる。磁性層の間隔をＦとすれば、本発明の実施形態による半導体装置のセルサイズは２Ｆ×（Ｆ／２）、すなわち、１Ｆ２程度である。このような本発明の実施形態による半導体装置でのビットサイズ及びセルサイズは、従来の工程で具現できるビットサイズ及びセルサイズの半分ほどである。
【００６５】
一方、図７は、本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置（以下、本発明の他の実施形態による半導体装置）の部分斜視図である。本発明の他の実施形態による半導体装置は、基板と磁性層との間に絶縁層パターンがなく、磁性層の下面が平坦なことを除いては、図２を参照して説明した本発明の実施形態による半導体装置と同じ構造を持つ。図２と図７とで同じ図面番号は同じ構成要素を表す。
【００６６】
図７を参照すれば、本発明の他の実施形態による半導体装置で磁性層６００ａの下面は平坦である。そして、突出部４及び陥没部５のピッチは、磁性層６００ａの幅Ｆの１〜２倍でありうる。
【００６７】
図８Ａないし図８Ｇは、本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【００６８】
図８Ａを参照すれば、基板１上に均一な厚さの磁性層６００を形成する。次いで、前記磁性層６００上に第１パターン２ａを形成する。第１パターン２ａは磁性層６００と垂直のライン形態であり、等間隔に離隔した複数のラインパターンでありうる。第１パターン２ａの材質はシリコンであり、第１パターン２ａのピッチは２Ｆでありうる。
【００６９】
図８Ｂを参照すれば、第１パターン２ａを覆うように磁性層６００上に絶縁膜３”を形成する。絶縁膜３”はシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）であり、磁性層６００と第１パターン２ａとの表面に沿ってコンフォーマルに形成される。
【００７０】
図８Ｃを参照すれば、絶縁膜３”をＲＩＥなどの方法で異方性エッチングして第１パターン２ａの上部面と磁性層６００の一部とを露出させる。これにより、第１パターン２ａの両側の磁性層６００上に第２パターン３ａが形成される。第２パターン３ａのピッチはＦであり、第２パターン３ａの間隔はＦ／２である。
【００７１】
図８Ｄを参照すれば、第１パターン２ａの上端部及び第２パターン３ａの上端部をＣＭＰでエッチングする。前記ＣＭＰは選択的工程である。
【００７２】
図８Ｅを参照すれば、ウェットまたはドライエッチングで前記第１パターンを除去する。前記ウェットまたはドライエッチングは、シリコン材質の第１パターンを選択的にエッチングする選択的エッチング特性を持つ。
【００７３】
図８Ｆを参照すれば、第２パターン３ａをエッチングマスクとして利用して前記磁性層６００の一部厚さをエッチングする。これにより、下面が平坦であって突出部４と陥没部５とが交互に配置される磁性層６００ａが形成される。突出部４と陥没部５とは、磁性層６００ａの長手方向に沿って交互に配置される。突出部４のピッチ及び陥没部５のピッチはＦであり、突出部４の長さ及び陥没部５の長さはそれぞれＦ／２程度である。ここで、図示していないが、磁性層６００ａの両端の突出部または陥没部の長さは、残りの突出部及び陥没部の長さより長い。磁性層６００ａの両端の突出部または陥没部の長さを長くする理由は、それに形成される電極のコンタクトマージンを確保するためである。
【００７４】
図８Ｇを参照すれば、前記第２パターンを除去する。以後、図示していないが、磁性層６００ａの両端に磁区壁を移動させるための手段として第１及び第２電極を形成できる。前記磁区壁を移動させるための手段は他の形態でありうる。
【００７５】
前述した本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置でも、磁性層６００ａに段差があることと関連して磁区壁がビット単位で安定的に移動できる。ところが、前記本発明の他の実施形態による半導体装置では磁性層６００ａの下面が平坦であるので、本発明の実施形態による半導体装置とは異なって突出部４または陥没部５の全体が磁区壁領域となる。したがって、本発明の他の実施形態による半導体装置のセルサイズは、本発明の実施形態による半導体装置のセルサイズより大きい。したがって、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法の方が本発明の他の実施形態による半導体装置の製造方法より高集積化に有利である。
【００７６】
前記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というよりは、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者ならば、本発明の半導体装置は、ＨＤＤのようなストレージ装置でもあり、ＲＡＭのようなメモリ素子でもあり、場合によってはロジック素子でもありうるということが分かり、また、それぞれの場合に付加される構成要素がさらに多様化するということが分かるであろう。さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、前記の製造方法に限定されず、製造方法によって突出部４と陥没部５とのピッチ及び形態は多様に変更されるということが分かる。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定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、半導体装置関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来技術による磁性層の平面図である。
【図２】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の部分斜視図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図３Ｆ】本発明の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図４】本発明の実施形態による半導体装置の磁性層の多様な形態を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態による半導体装置の磁性層の多様な形態を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態による半導体装置の磁性層の多様な形態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の部分斜視図である。
【図８Ａ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｃ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｄ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｅ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｆ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【図８Ｇ】本発明の他の実施形態による磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 基板
３ 絶縁層パターン
４ 突出部
５ 陥没部
３００ 磁性層
４００ａ 第１電極
４００ｂ 第２電極
Ｆ 磁性層の線幅
Ｔ１ 第１トランジスタ
Ｔ２ 第２トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されて複数の磁区を持つ磁性層、及び前記磁性層に磁区壁移動のためのエネルギーを印加する手段を備える半導体装置において、
前記磁性層は前記基板と平行に形成され、前記磁性層の長手方向に沿って交互に配置される突出部及び陥没部を持つことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項２】
前記基板と前記突出部との間に絶縁層パターンが備わったことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項３】
前記磁性層は、前記基板及び前記絶縁層パターンの表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項４】
前記突出部に対応する前記基板部分突出していることを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項５】
前記磁性層は、前記基板の表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項４に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項６】
前記基板表面は平坦であることを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項７】
前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部を除外した残りの突出部または陥没部の長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項８】
前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、前記磁性層の幅の１〜３倍であることを特徴とする請求項７に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項９】
前記残りの突出部のピッチは、前記磁性層の幅の１〜２倍であることを特徴とする請求項７に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項１０】
前記残りの陥没部のピッチは、前記磁性層の幅の１〜２倍であることを特徴とする請求項７に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項１１】
前記磁性層の一端及び他端に電流印加のための第１及び第２電極が備わったことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項１２】
磁区壁が移動する磁性層を備える半導体装置の製造方法において、
基板上にダミーパターンを形成する工程と、
前記ダミーパターン両側の前記基板上に絶縁層パターンを形成する工程と、
前記ダミーパターンを除去する工程と、
前記基板及び前記絶縁層パターン上に磁性層を形成する工程と、を含むことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記ダミーパターンは、ラインタイプであることを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ダミーパターンは、等間隔に離隔した複数のラインパターンであることを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記ダミーパターンは、シリコンで形成されることを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記絶縁層パターンは、シリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記絶縁層パターンを形成する工程と前記ダミーパターンを除去する工程との間に、前記ダミーパターンの上端部及び前記絶縁層パターンの上端部をエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
磁区壁が移動する磁性層を備える半導体装置の製造方法において、
基板上に均一な厚さの磁性層を形成する工程と、
前記磁性層上に第１パターンを形成する工程と、
前記第１パターン両側の前記磁性層上に第２パターンを形成する工程と、
前記第１パターンを除去する工程と、
前記第２パターンをエッチングマスクとして利用して前記磁性層の一部厚さをエッチングする工程と、を含むことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１パターンは、前記磁性層を横切るラインパターンであることを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１パターンは、等間隔に離隔した複数のラインパターンであることを特徴とする請求項１９に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記第１パターンは、シリコンで形成されることを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第２パターンは、シリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第２パターンを形成する工程と前記第１パターンを除去する工程との間に、前記第１パターンの上端部及び前記第２パターンの上端部をエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記磁性層の一部厚さをエッチングする工程後に、前記第２パターンを除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板上に形成されて複数の磁区を持つ磁性層、及び前記磁性層に磁区壁移動のためのエネルギーを印加する手段を備える半導体装置において、
前記磁性層は前記基板と平行に形成され、前記磁性層の長手方向に沿って交互に配置される突出部及び陥没部を持つことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項２】
前記基板と前記突出部との間に絶縁層パターンが備わったことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項３】
前記磁性層は、前記基板及び前記絶縁層パターンの表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項４】
前記突出部に対応する前記基板部分突出していることを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項５】
前記磁性層は、前記基板の表面に沿って形成されたことを特徴とする請求項４に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項６】
前記基板表面は平坦であることを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項７】
前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部を除外した残りの突出部または陥没部の長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項８】
前記磁性層の両端に位置した突出部または陥没部の長さは、前記磁性層の幅の１〜３倍であることを特徴とする請求項７に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項９】
前記残りの突出部のピッチは、前記磁性層の幅の１〜２倍であることを特徴とする請求項７に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項１０】
前記残りの陥没部のピッチは、前記磁性層の幅の１〜２倍であることを特徴とする請求項７に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項１１】
前記磁性層の一端及び他端に電流印加のための第１及び第２電極が備わったことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置。
【請求項１２】
磁区壁が移動する磁性層を備える半導体装置の製造方法において、
基板上にダミーパターンを形成する工程と、
前記ダミーパターン両側の前記基板上に絶縁層パターンを形成する工程と、
前記ダミーパターンを除去する工程と、
前記基板及び前記絶縁層パターン上に磁性層を形成する工程と、を含むことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記ダミーパターンは、ラインタイプであることを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ダミーパターンは、等間隔に離隔した複数のラインパターンであることを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記ダミーパターンは、シリコンで形成されることを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記絶縁層パターンは、シリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記絶縁層パターンを形成する工程と前記ダミーパターンを除去する工程との間に、前記ダミーパターンの上端部及び前記絶縁層パターンの上端部をエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
磁区壁が移動する磁性層を備える半導体装置の製造方法において、
基板上に均一な厚さの磁性層を形成する工程と、
前記磁性層上に第１パターンを形成する工程と、
前記第１パターン両側の前記磁性層上に第２パターンを形成する工程と、
前記第１パターンを除去する工程と、
前記第２パターンをエッチングマスクとして利用して前記磁性層の一部厚さをエッチングする工程と、を含むことを特徴とする磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１パターンは、前記磁性層を横切るラインパターンであることを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１パターンは、等間隔に離隔した複数のラインパターンであることを特徴とする請求項１９に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記第１パターンは、シリコンで形成されることを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第２パターンは、シリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第２パターンを形成する工程と前記第１パターンを除去する工程との間に、前記第１パターンの上端部及び前記第２パターンの上端部をエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記磁性層の一部厚さをエッチングする工程後に、前記第２パターンを除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁区壁移動を利用した半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【公開番号】特開２００８−１１８１２８（Ｐ２００８−１１８１２８Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７０３８０（Ｐ２００７−２７０３８０）
【出願日】平成１９年１０月１７日（２００７．１０．１７）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１７日（２００７．１０．１７）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]