• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.212-212
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• 2010

최근 차세대 반도체 메모리 소자로 대두된 magnetic random access memory(MRAM)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 MRAM의 magnetic tunnel junction(MTJ) stack을 구성하는 자성 재료의 건식 식각에 대한 연구에서는 좋은 profile을 얻고, 재층착의 문제를 해결하기 위한 노력이 계속해서 진행되고 있다. 본 연구에서는 photoresist(PR)과 Ti 하드 마스크로 패턴 된 배리어(barrier) 층인 MgO 박막의 식각 특성을 유도결합 플라즈마를 이용한 고밀도 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching-ICPRIE)을 통해서 연구하였다. PR 및 Ti 마스크를 이용한 자성 박막들은 HBr/Ar, HBr/$O_2$/Ar 식각 가스의 농도를 변화시키면서 식각되었다. HBr/Ar 가스를 이용 식각함에 있어서 좋은 식각 조건을 얻기 위한 parameter로서 pressure, bias voltage, rf power를 변화시켰다. 각 조건에서 Ti 하드마스크에 대한 터널 배리어층인 MgO 박막에 selectivity를 조사하였고 식각 profile을 관찰하였다. 식각 속도를 구하기 위해 alpha step(Tencor P-1)이 사용되었고 또한 field emission scanning electron microscopy(FESEM)를 이용하여 식각 profile을 관찰함으로써 최적의 식각 가스와 식각 조건을 찾고자 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.232-232
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• 2010

정보화 산업의 발달은 DRAM, flash memory 등을 포함한 기존의 반도체 메모리 소자를 대체할 수 있는 차세대 메모리 소자에 대한 개발을 요구하고 있다. 특히 magnetic random access memory (MRAM)는 SRAM과 대등한 고속화 그리고 DRAM 보다 높은 기록 밀도가 가능하고 낮은 동작 전압과 소비전력 때문에 대표적인 차세대 비휘발성 메모리로 주목받고 있다. 또한 MRAM소자의 고집적화를 위해서 우수한 프로파일을 갖고 재증착이 없는 나노미터 크기의 magnetic tunnel junction (MTJ) stack의 건식 식각에 대한 연구가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 고밀도 반응성 이온 식각법(Inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPRIE)을 이용하여 재증착이 없이 우수한 식각 profile을 갖는 CoFeB과 IrMn 박막을 형성하고자 하였다. Photoresist(PR) 및 Ti 박막의 두 가지 마스크를 이용하여 HBr/Ar, HBr/$O_2$/Ar 식각 가스들의 농도를 변화시키면서 CoFeB과 IrMn 박막의 식각 특성들이 조사되었다. 자성 박막과 동일한 조건에 대하여 hard mask로서 Ti가 식각되었다. 좋은 조건을 얻기 위해 HBr/Ar 식각 가스를 이용 식각할 때 pressure, bias voltage, rf power를 변화시켰고 식각조건에서 Ti 하드마스크에 대한 자성 박막들의 selectivity를 조사하고 식각 profile을 관찰하였다. 식각 속도를 구하기 위해 alpha step(Tencor P-1)이 사용되었고 또한 field emission scanning electron microscopy(FESEM)를 이용하여 식각 profile을 관찰함으로써 최적의 식각 가스와 식각 조건을 찾고자 하였다.

• 한국자기학회지
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• 제18권3호
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• pp.103-108
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• 2008

비휘발성 메모리 분야에서 MRAM이 큰 주목을 받지 못하는 이유는 일반적인 비휘발성 메모리에 비해 기록용량이 작다는 문제를 안고 있기 때문이다. 이러한 문제는 MRAM의 일반적인 구조가 자기 효율이 떨어지는 구조를 가지고 있기 때문이다. MRAM이 고용량화 되기 위해선 한 셀의 구조가 작아져야 하는데 두 전류라인만을 이용하는 일반적인 구조에선 큰 기록 필드를 발생시킬 수 없기에 셀의 구조를 작게하는 것은 불가능하다. 본 논문에서는 MRAM의 기록층 양단에 큰 투자율을 가진 Pole을 추가한 형태의 새로운 MRAM을 제안하고 있다. 새로이 고안된 MRAM은 일반적인 MRAM에 비해 자기효율이 크게 향상 되기 때문에 큰 기록 필드를 발생시킬 수 있기 때문에 보자력이 큰 기록 층을 사용할 수 있고 이로 인해 한 셀의 사이즈를 줄일 수 있게 된다. 본 연구는 3차원 유한요소법을 사용하여 진행 되었다.

• Journal of Magnetics
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• 제9권1호
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• pp.17-22
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• 2004

We studied the magnetotransport properties of tunnel junctions with AlO and AlN barriers fabricated using microwave-excited plasma. The plasma nitridation process provided wider controllability than the plasma oxidization for the formation of MTJs with ultra-thin insulating layer, because of the slow nitriding rate of metal Al layers, comparing with the oxidizing rate of them. High tunnel magnetoresistance (TMR) ratios of 49 and 44% with respective resistance-area product $(R{\times}A) of 3 {\times} 10^4 and 6 {\times} 10^3 {\Omega}{\mu}m^2$ were obtained in the Co-Fe/Al-N/Co-Fe MTJs. We conclude that AlN is a hopeful barrier material to realize MTJs with high TMR ratio and low $R{\times}A$ for high performance MRAM cells. In addition, in order to clarify the annealing temperature dependence of TMR, the local transport properties were measured for Ta $50{\AA} /Cu 200 {\AA}/Ta 50 {\AA}/Ni_{76}Fe_{24} 20 {\AA}/Cu 50 {\AA}/Mn_{75}Ir_{25} 100 {\AA}/Co_{71}Fe_{29} 40 {\AA}/Al-O$ junction with $d_{Al}= 8 {\AA} and P_{O2}{\times}t_{0X}/ = 8.4 {\times} 10^4$ at various temperatures. The current histogram statistically calculated from the electrical current image was well in accord with the fitting result considering the Gaussian distribution and Fowler-Nordheim equation. After annealing at $340^{\circ}C$, where the TMR ratio of the corresponding MTJ had the maximum value of 44%, the average barrier height increased to 1.12 eV and its standard deviation decreased to 0.1 eV. The increase of TMR ratio after annealing could be well explained by the enhancement of the average barrier height and the reduction of its fluctuation.

• 한국자기학회지
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• 제14권3호
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• pp.99-104
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• 2004

자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction, MTJ)의 플라즈마 산화시간과 열처리 온도에 따른 자기저항(Tunneling Magnetoresistance, TMR) 온도의존특성을 연구하였다. 플라즈마 산화시간을 30$_{s}$ 70$_{s}$ 까지 10$_{s}$ 간격으로 변화시켜 측정한 결과, 산화시간 50초에서 상온에서 25.3%의 가장 높은 TMR 비를 얻었다. 스핀 분극도 $P_{0}$ 스핀파 지수(spin wave parameter) $\alpha$를 구한 결과, 산화시간 50$_{s}$ 에서 40.3%의 가장 높은 스핀 분극도와 가장 낮은 온도 의존 특성인 (10$\pm$4.742)${\times}$$10^{-6}$ $K^{－1.5}$스핀파 지수(spin wave parameter) $\alpha$값을 얻었다. 그리고 온도별 열처리 결과 175$^{\circ}C$에서 TMR비가 25.3%에서 27.5%까지 증가하였으며 스핀파 지수는 (10$\pm$0.719)${\times}$$10^{-6}$ K $^{－1.5}$ 까지 감소하여 온도의존도가 감소하였다.