• 한국자기학회:학술대회 개요집
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• 한국자기학회 2005년도 하계학술연구발표회 논문개요집
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• pp.104-105
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• 2005

• 한국자기학회지
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• 제15권4호
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• pp.231-235
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• 2005

Al에 Zr과 Nb 또는 Zr과 Ti을 첨가한 삼원계 산화층을 절연층으로 사용한 자기터널접합(Magnetic Tunnel Junction, MTJ)에서, 각 원소의 비율에 따른 자기적 특성과 절연층의 미세구조 특성을 연구하였다. $(ZrNb)_{0.1}Al_{0.9}$ 및 $(ZrTi)_{0.1}Al_{0.9}$ 삼원계 산화 절연층을 가진 자기터널접합의 자기저항비는 Nb, 또는 Ti과 Zr의 첨가 비율이 1 : 1에 가까워질수록 낮아졌으며, Zr과 비교해 Nb 또는 Ti의 첨가량이 많아질수록 자기터널접합의 저항이 감소하였다. 이는 ZrNbAl, ZrTiAl 삼원계 합금 박막은 비정질인 ZrAl 이원계 합금박막과는 달리 다결정체로서 불균일한 산화 절연층을 형성하여 자기저항 및 전기적 특성을 감소시키는 역할을 하기 때문이다. 그러나 삼원계 산화 절연층의 경우 이원계 경우보다 낮은 터널 저항을 특성을 나타내었으며 이는 Nb 또는 Ti이 벤드갭 내에 국부적 에너지 준위를 만들어 에너지 장벽이 감소된 효과로 추측된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.169-169
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• 2011

STT-MRAM (수직자화 자기메모리)는 자화반전 현상을 원리로 구동하는 비휘발성 메모리로 기존의 메모리 장치에 비해 빠른 접근 속도와 높은 저장 밀도를 가지며 영구적인 기록이 가능하다. 이러한 장점들에 더해 적은 소모 전력을 지니므로 기존의 SRAM등의 한계를 극복할 대안으로 각광받고 있으며 차세대 메모리 군의 선두주자로 가장 적합한 후보중 하나이다. STT-MRAM의 건식 식각 방식에 있어 가장 큰 이슈는 소자 구동에 핵심적인 역할을 하는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction)의 식각이다. MTJ는 free layer, tunnel barrier, pinned layer 3개의 층으로 구성되어 있으며 양 끝 layer에는 강자성체인 CoFeB가 사용되고 tunnel barrier에는 절연층인 MgO가 사용되고 있다. 이러한 물질들은 기존의 반도체 소자에서는 사용되지 않았던 물질들로 기존 공정에서 사용되던 Cl2 based plasma etching에서는 측벽에 비화발성 반응물과 잔류 Cl2에 의해 부식이 발생하는 문제점이 드러나고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 대안으로 CO/NH3/Ar나 CH4/Ar 같은 새로운 가스 조합을 사용하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구에 의해 기존의 Cl2 plasma를 이용한 식각에서 나타나는 문제점은 해결이 되었으나 또 다른 문제점들이 보고되고 있다. 본 연구에서는 stack MRAM sample을 사용하여 기존의 사용되는 Cl2/Ar plasma와 대안 gas인 CO/NH3, CH4/Ar plasma에서의 식각을 진행하였으며 실험 조건(gas 비율 변화, Bias power 변화, 식각 시간)에 따른 식각 속도의 변화나 식각 후의 profile에 대하여 관찰하였다. 이에 따라 식각후에 어떠한 차이점이 있는 지를 알아보았으며 CO/NH3나 CH4/Ar plasma에서 식각시 나타나는 문제점에 대하여도 조명해 보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.167-167
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• 2011

Magnetic random access memory (MRAM) is one of the prospective semiconductor memories for next generation. It has the excellent features including nonvolatility, fast access time, unlimited read/write endurance, low operating voltage, and high storage density. MRAM consists of magnetic tunnel junction (MTJ) stack and complementary metal-oxide semiconductor (CMOS). The MTJ stack is composed of various magnetic materials, metals, and a tunneling barrier layer. For the successful realization of high density MRAM, the etching process of magnetic materials should be developed. Among various magnetic materials, FePt has been used for pinned layer of MTJ stack. The previous etch study of FePt magnetic thin films was carried out using $CH_4/O_2/NH_3$. It reported only the etch characteristics with respect to the variation of RF bias powers. In this study, the etch characteristics of FePt thin films have been investigated using an inductively coupled plasma reactive ion etcher in various etch chemistries containing $CH_4$/Ar and $CH_4/O_2/Ar$ gas mixes. TiN thin film was employed as a hard mask. FePt thin films are etched by varying the gas concentration. The etch characteristics have been investigated in terms of etch rate, etch selectivity and etch profile. Furthermore, x-ray photoelectron spectroscopy is applied to elucidate the etch mechanism of FePt thin films in $CH_4$/Ar and $CH_4/O_2/Ar$ chemistries.

• 한국자기학회지
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• 제16권3호
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• pp.186-191
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• 2006

자기터널접합 기반의 MRAM(magnetic random access memory)은 자기저항효과를 응용하는 메모리소자로서 비휘발성과 고속 정보처리가 가능할 뿐만 아니라 고집적화 할 수 있는 차세대 통합형 비휘발성 메모리이다. 그러나 기존의 메모리 소자들에 비해 스위칭 산포가 크고, 기록마진(writing margin)이 확보되지 않아 아직까지는 고집적화가 어려운 실정이다. 최근 포화자화가 낮은 NiFeSiB 및 CoFeSiB과 같은 비정질 강자성체를 자기터널접합의 자유층 재료로 사용하여 스위칭 자기장의 거대화를 크게 감소시켜 MRAM의 기록마진을 높이는 연구결과에 관해 정리하여 보았다. 그리고 이러한 물질을 이용하여 자기터널접합의 재생마진(reading margin)과 관련된 터널자기저항비의 인가전압의존성을 저감시킬 수 있었다. 본고에서는 나노자기소자 기술의 중요한 분야인 MRAM의 기술발전 방향과 연구사례를 소개하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.387-387
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• 2013

Currently, the flash memory and the dynamic random access memory (DRAM) have been used in a variety of applications. However, the downsizing of devices and the increasing density of recording medias are now in progress. So there are many demands for development of new semiconductor memory for next generation. Magnetic random access memory (MRAM) is one of the prospective semiconductor memories with excellent features including non-volatility, fast access time, unlimited read/write endurance, low operating voltage, and high storage density. MRAM is composed of magnetic tunnel junction (MTJ) stack and complementary metal-oxide semiconductor (CMOS). The MTJ stack consists of various magnetic materials, metals, and a tunneling barrier layer. Recently, MgO thin films have attracted a great attention as the prominent candidates for a tunneling barrier layer in the MTJ stack instead of the conventional Al2O3 films, because it has low Gibbs energy, low dielectric constant and high tunneling magnetoresistance value. For the successful etching of high density MRAM, the etching characteristics of MgO thin films as a tunneling barrier layer should be developed. In this study, the etch characteristics of MgO thin films have been investigated in various gas mixes using an inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE). The Cl2/Ar, CH3OH/Ar, and CH4/Ar gas mix were employed to find an optimized etching gas for MgO thin film etching. TiN thin films were employed as a hard mask to increase the etch selectivity. The etch rates were obtained using surface profilometer and etch profiles were observed by using the field emission scanning electron microscopy (FESEM).

• 한국자기학회지
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• 제15권6호
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• pp.315-319
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• 2005

본 연구에서는 자기터널접합(MTJs; magnetic tunnel junctions)의 스위칭 자기장($H_{SW}$)을 감소시키기 위하여 자유층으로 비정질 강자성 $Co_{70.5}Fe_{4,5}Si_{15}B_{10}$ 단일(single) 및 합성형 반강자성(SAF; synthetic antiferromagnet) 층을 사용하였다. $Si/SiO_2/Ta$ 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe 7/AlOx/CoFeSiB 7 or CoFeSiB (t)/Ru 1.0/CoFeSiB (7-t)/Ru 60 (in nm) MTJs의 자기저항과 스위칭 특성을 CoFe 자유층과 NiFe 자유층을 갖는 MTJs와 비교하여 조사하였다. CoFeSiB은 포화자화($M_s$)가 $560\;emu/cm^3$으로 CoFe보다 낮고, 이방성 상수(Ku)는 $2800 erg/cm^3$으로 NiFe보다 높다. CoFeSiB SAF 구조에서 CoFeSiB 사이의 Ru 두께가 1.0 nm일 때 교환결합에너지($J_{ex}$)는 $-0.003erg/cm^2$였다. 이와 같이 비교적 작은 $J_{ex}$ 때문에, CoFeSiB SAF 자유층을 갖는 MTJs의 실험 및 Landau-Lisfschitz-Gilbert(LLG)식에 의한 시뮬레이션 결과 모두에서 $H_{SW}$가 접합크기에 의존하는 경향을 보였다. CoFeSiB SAF 자유층 MTJ의 $H_{SW}$는 CoFe, NiFe 또는 CoFeSiB single을 자유층으로 하는 MTJs에 비해 훨씬 낮게 나타났다. 따라서 CoFeSiB SAF를 자유층으로 사용한 MTJ는 micrometer에서 submicrometer 크기 영역 모두에서 보지적의 감소와 민감도 증가와 같은 우수한 스위칭 특성을 갖는 것을 확인하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.29-29
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• 2009

현재 고집적 비휘발성 메모리 소자로는 MRAM (Magnetic Random Access Memory)과 PRAM (Phase Magnetic Random Access Memory)이 활발하게 미국과 일본, 한국 등에서 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 이 중에서 MRAM은 DRAM과 비슷한 10 ns의 빠른 읽기/쓰기 속도와 비휘발성 특성을 가지고 있으며, 전하를 저장할 커패시터가 필요 없고, 두 개의 자성충에 약 10 mA 정도의 전류를 가하면 그때 발생하는 약 10 Oe의 자장을 개개의 비트를 write하고, read 시에는 각 비트의 자기저항을 측정함으로써 데이터를 저장하고 읽을 있으므로, 고집적화가 가능성하다 [1]. 현재 우수한 박막 재료가 개발 되었으나, 고집적 MRAM 소자의 양산에는 해결 하여야 하는 문제점이 있다. 특히 다층 박막으로 구성되어 있으므로 식각 공정의 개발이 필수적이다. 지금까지 MRAM 재료의 식각은 주로 Ion milling, ICP, ECR등의 플라즈마 장치를 되었고, 식각 가스로는 할로겐 기체와 금속카보닐 형성을 위한 Co/$NH_3$와 $Ch_3OH$ 기체가 이용되고 있다. 그러나 할로겐 계열의 기체를 사용할 경우, 식각 부산물들의 높은 끓는점 때문에 식각 부산물이 박막의 표면에서 열적 탈착에 의하여 제거되지 않기 때문에 높은 에너지를 가지는 이온의 도움에 의한 식각이 필요하다. 또한 Cl 계열의 기체를 사용할 경우, 식각 공정 후, 시료가 대기에 노출되면 대기 중의 수분과 식각 부산물이 결합하여 부식 현상이 발생하게 된다. 그러므로 이를 방지하기 위한 추가 공정이 요구된다. 최근에는 부식 현상이 없고, MTJ 상부에 사용되는 Ta 또는 Ti Hard mask와의 높은 선택비를 가지는 $CH_3OH$ 또는 CO/$NH_3$가 사용되고 있다. 하부 박막에 따른 식각 특성에 연구와 다층의 박막의 식각 공정에 발생에 관한 발표는 거의 없다. MRAM을 양산에 적용하기 위하여서는 Main etch 공정에서 빠른 식각 공정이 필요하고, Over etch 공정에서 하부박막에 대한 높은 선택비가 요구된다. 그러므로 본 논문에서는 식각 변수에 따른 플라즈마 측정과 표면 반응을 비교하여 각 공정의 식각 메커니즘을 규명하고, Main Etch 공정에서는 $Cl_2$/Ar 또는 $BCl_3$/Ar 가스를 이용하여 식각 실험을 수행하고, Over etch 공정에는 낮은 Ta 박막 식각 속도를 가지는 $Ch_4/O_2$/Ar 또는 $Ch_3OH$/Ar 가스를 이용하고자 한다. 플라즈마 내의 식각종과 Ta 박막과의 반응을 XPS와 AES를 이용하여 분석하고, 식각 공정 변수에 따른 식각 속도, 식각 선택비와 식각 프로파일 변화를 SEM을 이용하여 관찰한다.

• 자원환경지질
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• 제41권1호
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• pp.81-92
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• 2008

Fonualei Rift and Spreading Center(FRSC)와 Mangatolu Triple Junction(MTJ) 칼데라는 활동성 후호분지인 라우(Lau)분지 북동쪽에 위치하고 있다. FRSC에서는 심해 견인 및 표층 자력탐사가 수행되었으며, 심해 견인 자력탐사에서 나타나는 해저 지형과 자력계 고도 사이의 거리 변화 영향을 보정하기 위해 Guspi의 상향연속법을 이용하여 동일한 고도에서 측정한 값으로 변환하였다. Parker and Huestis의 역산 알고리즘을 이용하여 해양지각의 자화를 계산하였고, 이로부터 심해저 열수 분출구 탐사와 해저지각 구조를 파악하고자 하였다. FRSC의 심해 견인 자력탐사 결과 해령에서 주로 나타나는 최대 4.5 A/m의 Central Anomaly Magnetization High(CAMH)가 관측되었으며, 남남서-북북동으로 추정되는 해령의 방향은 라우분지 내 주요 확장축의 방향과 일치하는 경향을 보인다. 또한 FRSC에서는 열수 분출구로 의심되는 - 4.0 A/m의 저자화이상이 발견되었다. MTJ 칼데라$(174^{\circ}00'W\;15^{\circ}20'S)$에서는 표층 자력탐사만이 수행되었고, 남남서-북북동 방향으로 함몰된 화륜과 중앙에서 나타나는 CAMH를 통해 칼데라 중심에 활동성 확장축이 존재하는 것으로 판단된다.

• 한국자기학회지
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• 제16권6호
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• pp.279-282
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• 2006

비정질 강자성 NiFeSiB 자유층을 갖는 자기터널접합 (MTJ)에 대하여 연구하였다. 비정질 자유층이 MTJ의 스위칭 특성에 미치는 영향을 알아보는데 역점을 두어 기존의 CoFe와 NiFe층 대신에 NiFeSiB 자성층을 사용하였다. $Ni_{16}Fe_{62}Si_{8}B_{14}$는 $Co_{90}Fe_{10}$보다 더 낮은 포화자화도 ($M_{s}:\;800\;emu/cm^{3}$) 그리고 $Ni_{80}Fe_{20}$보다 더 높은 이방성 상수 ($K_{u}:\;2700\;erg/cm^{3}$)를 갖는다. $Si/SiO_{2}/Ta$ 45/Ru 9.5/IrMn 10/CoFe $7/AlO_{x}/CoFeSiB\;(t)/Ru\;60\;(nm)$ 구조는 그 자체의 낮은 포화자화도와 높은 일축 이방성을 가짐으로 인하여 보자력($H_{c}$)을 감소시키고 스위칭 각형을 증가시키게 함으로서 MTJ의 스위칭 특성에 유리한 것으로 조사되었다. 더욱이 미소두께(1 nm)의 CoFe층을 터널장벽/NiFeSiB 경계면에 삽입하면 TMR비와 스위칭 각형이 증가하고 개선되었다.