磁畴型信息存储器件及其制造方法
阅读：839发布：2020-05-16
专利汇可以提供磁畴型信息存储器件及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供具有沟槽的 磁畴 型信息 存储器 件及制造该信息存储器件的方法。本发明的信息存储器件包括衬底上的 磁性 层，该磁性层具有多个磁畴和一个用于移动磁畴壁的功率单元。磁性层平行于衬底，且磁性层中的多个沟槽垂直于衬底。与沟槽相对应的磁性层的下表面的部分向下突出。，下面是磁畴型信息存储器件及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种信息存储器件，包括：
衬底，沿第一方向延伸并包括与所述第一方向基本垂直地延伸的多个衬底沟槽；
在该衬底上沿第一方向延伸的磁性层，该磁性层包括被多个可移动磁畴壁分开的多个磁畴，该磁性层包括与所述多个衬底沟槽对应的多个磁性层沟槽，在所述多个磁性层沟槽中的每个的下面该磁性层的下表面向下突出到所述多个衬底沟槽的对应一个中；以及用于移动所述可移动磁畴壁的功率单元。
2.如权利要求1所述的信息存储器件，其中该多个磁性层沟槽是等间距的。
3.如权利要求1所述的信息存储器件，其中该多个磁性层沟槽随深度而变窄。
4.如权利要求1所述的信息存储器件，其中该多个磁性层沟槽是V形。
5.如权利要求1所述的信息存储器件，其中该多个磁性层沟槽的深度为2nm到50nm。
6.如权利要求2所述的信息存储器件，其中该等间距为5nm到1000nm。
7.如权利要求1所述的信息存储器件，其中该多个磁性层沟槽的最大宽度为2nm到
250nm。
8.如权利要求1所述的信息存储器件，其中该多个衬底沟槽随深度而变窄。
9.一种制造磁畴型信息存储器件的方法，该磁畴型信息存储器件具有沟槽，该方法包括：
在衬底中形成多个衬底沟槽；
在该衬底上形成磁性层使得该磁性层包括与所述多个衬底沟槽对应的多个磁性层沟槽，并且在所述多个磁性层沟槽中的每个的下面该磁性层的下表面向下突出到所述多个衬底沟槽的对应一个中。
10.如权利要求9所述的方法，其中该衬底沟槽用纳米压印法形成。
11.如权利要求9所述的方法，其中形成所述多个衬底沟槽包括用母模压印该衬底并移去所述母模，所述母模在其下表面上具有多个突起。
12.如权利要求11所述的方法，其中该突起随深度而变窄。
13.如权利要求9所述的方法，其中该多个磁性层沟槽随深度而变窄。
14.如权利要求9所述的方法，其中该多个磁性层沟槽为V形。
磁畴型信息存储器件及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及信息存储器件，具体涉及利用磁畴壁移动的信息存储器件和/或制造该信息存储器件的方法。
背景技术
[0003] 一般的HDD是一种通过旋转盘状的磁记录介质和/或在磁记录介质上方移动读/写头从而读和/或写信息的器件。HDD是能够存储100GB或更多数据的非易失性数据存储器件并且可在计算机中用作存储器件。
[0004] HDD可包括移动机械系统。如果硬盘驱动器被移动或受到震动，这些机械系统可引起各种机械故障，由此将降低硬盘驱动器的可移动性和/或可靠性。这些机械系统增加了制造HDD的复杂程度和/或成本，增加了功耗，和/或产生噪音。如果要减小HDD的尺寸，与制造复杂度和成本相关的问题将变的更加突出。
[0005] 广泛使用的闪存是一种非易失性RAM。然而，闪存存在读写速度慢以及使用寿命短的缺点。由于闪存的这些缺点，已经发展出有限数量的新的存储器件如铁电随机存取存储器(FRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)和相变随机存取存储器(PRAM)并且少数已经商业化。然而，由于闪存，FRAM，MRAM，和PRAM在它们的每一个存储单元中都包括开关器件，所以很难减小存储单元的面积。此外，与HDD相比这些存储器件的存储容量很小。
[0006] 因此，作为解决上述传统的非易失性信息存储器件缺点的方法，对新的存储器件的研发已经实施，新的存储器件能够存储大量数据而不包括移动机械系统和大量开关器件。作为该新的存储器件的一个示范例，一种利用磁畴壁移动的信息存储器件被提出。
[0007] 组成磁体的磁性区域叫做磁畴。单个磁畴具有一致的磁矩方向。磁畴的尺寸和磁化方向会取决于磁性材料的性质，形状和大小，以及外部能量。
[0008] 磁畴壁是具有不同磁化方向的磁畴之间的边界并且能够被施加在磁性材料上的电流和/或磁场所移动。具有一个磁化方向的多个磁畴可形成在所要求宽度和厚度的磁性层中，并且利用电流和/或磁场使磁畴和磁畴壁移动。
[0009] 将磁畴壁移动的原理应用到信息存储器件，通过磁畴壁的移动使磁畴经过钉扎的读/写头，这样就能在记录介质不旋转的情况下实现读/写。
[0010] 利用磁畴壁移动的信息存储器件可以存储大量数据并不需要移动机械系统，因此具有高的可移动性和/或可靠性，制造更容易，并具有低的耗电量。
[0011] 为了成功地操作利用磁畴壁移动的信息存储器件，需要稳定的磁畴壁的移动。
[0012] 为确保磁畴壁按位移动的稳定性，可以使用在磁性层一侧上形成切口的方法，例如形成横向切口。由于电流脉冲等于或大于临界值所引起的磁畴壁的移动可在横向切口上停止。通过在所述磁性层上形成一致的多个横向切口使磁畴壁一次移动一位。
[0013] 很难在磁性层的一侧形成仅有几十纳米的宽度的精细尺寸的切口。例如，如果切口形成在宽度约为50nm的磁性层的两侧，那么切口的宽度可以约为15nm，即磁性层宽度的三分之一。通过曝光和蚀刻技术很难达到如此精确的横向切口。也很难形成具有一致的间隔、尺寸和形状的精细的横向切口。如果横向切口的间隔、尺寸和/或形状不一致，使磁畴壁停止的磁场的强度，例如钉扎(pinning)磁场的强度，就会改变，并且示范信息存储器件的可靠性将会降低。因此，用现有技术制造包括横向切口的信息存储器件是很困难的。
发明内容
[0014] 示范实施例提供一种磁畴操纵的信息存储器件，其具有更容易形成的横向切口，提高的器件特征一致性，和/或提高的磁畴壁按位移动稳定性。
[0015] 示范实施例还提供一种制造信息存储器件的方法。
[0016] 示范实施例提供一种包括形成在衬底上的磁性层的信息存储器件。该磁性层可包括磁畴和/或给所述磁性层施加能量用于移动磁畴壁的单元。磁性层可平行于衬底，沟槽可垂直于衬底，并且对应于沟槽的磁性层的下表面的部分从磁性层下表面向下突出。
[0017] 示范信息存储器件可具有横穿磁性层并具有等间距的沟槽。该沟槽的宽度可随深度而减小，且为V形。例如，沟槽的深度可约为2nm到约50nm，沟槽之间的间隔可约为5nm到1000nm。磁性层上表面处的沟槽的宽度可约为2nm到250nm。衬底中相应沟槽的位置与磁性层中沟槽的位置相对应。衬底中相应的沟槽的宽度随深度而减小。
[0018] 示范方法可包括制造利用磁畴壁移动的信息存储器件的方法，所述信息存储器件包括在衬底上的具有磁畴的磁性层和给所述磁性层施加能量用于移动磁畴壁的单元。示范方法可包括在衬底中形成多个沟槽并在形成有沟槽的衬底上形成磁性层。形成磁性层以使得所述磁性层的上表面与所述沟槽具有相同的形状。
[0019] 通过采用母模压印衬底并移去母模而在衬底中形成沟槽，其中该母模具有从母模的下表面突出的突起。突起的宽度随深度而减小。可采用纳米压印法或类似方法形成沟槽。
[0021] 通过参考附图详细描述，本发明的上述和/或其他特征以及优点将变得更加清楚。
[0022] 图1为展示示范实施例的利用磁畴壁移动的信息存储器件的等距图；
[0023] 图2A到2I为展示包括在利用磁畴壁移动的信息存储器件中的磁性层的示范形成方法的截面图；以及
[0024] 图3阐明了当对示范实施例的利用磁畴壁移动的信息存储器件中的磁性层施加磁场使所述磁性层中的磁畴壁移动时，磁畴壁的移动速度与时间的关系。
具体实施方式
[0025] 现将参考在其中显示一些示范实施例的附图详细描述本发明的不同示范实施例。为了清楚起见，附图中层和区域的厚度被夸大。
[0026] 在此公开本发明的具体说明性的实施例。然而，这里所公开的特别的结构和功能细节仅仅出于表述本发明具体实施例的目的。而本发明可以以多种变形实现并不仅限于这里所提出的实施例。
[0027] 据此，虽然本发明的具体实施例能够存在多种修改或变形，但其实施例由附图中的实例的方式被展示并在这里被详细说明。然而，应该明白，并不旨在将本发明示范实施例限制为公开的具体形式，相反地，本发明的示范实施例覆盖在本发明范围内的所有修改，等价物，和可替代物。整个附图的描述中相同附图标记代表相同的元件。
[0028] 应该明白，尽管术语第一，第二等在这里代表不同的元件，但这些元件不被这些术语所限定。这些术语仅用于区别一个元件与另一个元件。例如，在不超出本发明示范实施例的范围情况下，第一单元可以被称作第二单元，类似地，第二单元可以被称作第一单元。这里用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目中的任意一个和所有的组合。
[0029] 应该明白，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，其可以直接连接或耦合到其他元件或存在中间元件。相反地，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，就不存在中间元件。其他用于描述元件之间的关系的词语应以同样的方式解释(如，“在...之间”与“直接在...之间”相对，“相邻”与“直接相邻”相对，等)。
[0030] 这里所用的术语仅为了描述特殊实施例的目的，并不旨在限制本发明示范实施例的范围。这里所用的单数形式也旨在包括复数形式，除非在文中另有清楚指明。还应该明白，当在此使用时术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”指明了所述特征，整体，步骤，操作，单元，和/或组分的存在，但并不排除存在或添加一个或多个所述特征，整体，步骤，操作，单元，组分和/或组。
[0031] 还应该注意在一些可选择的实现中，注释的功能/动作会不以图中注释的顺序进行。例如，连续示出的两个图在实际中可以基本同时执行，或有时以相反的顺序执行，这取决于有关的功能/动作。
[0032] 图1展示了一个示范实施例的利用磁畴壁移动的信息存储器件。
[0033] 如图1所示，示范实施例的信息存储器件包括衬底(未示出)上的磁性层100，其具有多个磁畴。该磁性层100是存储数据的存储道。磁性层100平行于衬底，且垂直于衬底的多个沟槽T可在磁性层100中。与沟槽T相对应的磁性层100的下表面的部分向下突出。磁性层100中磁畴壁的钉扎位置可由沟槽T控制。磁畴壁按位移动的稳定性可通过沟槽T增加。将在下面详细描述包括沟槽T的磁性层100。
[0034] 第一导线C1可连接到磁性层100的第一端E1。
[0035] 磁性层100的第二端E2与将数据写入磁性层100的写头200相邻近。写头200可以是铁磁层，其包括磁化方向相反的两个磁畴；即，第一磁畴D1和第二磁畴D2。磁性层100和写头200可以相互垂直地形成在同一平面中。在图1中，⊙表示以第一方向M1磁化，表示以第二方向M2磁化，该方向与第一方向M1相反。
[0036] 形成第二导线C2和第三导线C3，它们可以分别连接到写头200的第一端E3和第二端E4。如果通过第二导线C2和第三导线C3将电流施加到写头200，磁畴壁W即第一磁畴D1和第二磁畴D2之间的边界就会移动。该磁畴壁W可以沿与电子移动相同的方向移动；即，与电流的方向相反。磁畴D1和D2的尺寸可以根据磁畴壁W的移动而改变。如图1所示，当第一磁畴D1延伸到与磁性层100邻近的写头200的部分并且将电流从磁性层100的第一端E1施加到写头200的第一端E3时，该第一磁畴D1可延伸到磁性层100的第二端E2。相应于第一方向M1的数据例如‘0’可被记录到磁性层100的第二端E2。如果第二磁畴D2延伸到与磁性层100邻近的写头200的部分并且将电流从磁性层100的第一端E1施加到写头200的第二端E4时，该第二磁畴D2可延伸到磁性层100的第二端E2。相应于第二方向M2的数据例如‘1’可被记录到磁性层100的第二端E2。示范实施例的信息存储装置可相应地移动磁性层100和写头200中的磁畴并且按位移动磁畴壁从而将数据记录到磁性层100。
[0037] 用于读取记录在磁性层100上的数据的读头300可以在该磁性层100的区域中。该读头300可以是隧道磁致电阻型(TMR)读头，或巨磁阻型(GMR)读头，它们常用于磁记录型信息存储器件中。在磁性层100的第一端E1和读头300之间施加读取电流。这样，磁性层100的第一端E1和读头300之间的电阻会根据读头300下面的磁性层100的磁畴的磁化方向而变化。
[0038] 示范实施例的信息存储器件中写头200和读头300的结构和位置可以被改变。例如，写头200可以是利用电子自旋扭矩的TMR和/或GMR型写头，和/或利用外磁场的写头。
[0039] 下面将详细描述包括沟槽T的磁性层100及其形成方法。
[0040] 沟槽T贯穿磁性层100以等间距方式形成。该沟槽T可为V形。沟槽T的深度可以约为2nm到约50nm，沟槽T之间的间隔可以约为5nm到1000nm，且磁性层100顶表面处的沟槽T的宽度可以约为2nm到250nm。其他沟槽的位置可以与衬底上的沟槽T相对应，且相应于沟槽T的突起P可以从磁性层100的底表面向下突出。磁性层100的厚度是一致的，不管沟槽T或没有沟槽形成的部分。
[0041] 图2A到2I是截面图，展示了包括在图1的信息存储器件中的磁性层100的示范形成方法。图2A到2E展示了形成母模(master stamp)的示范方法，图2F到2I展示了利用母模形成磁性层100的示范方法。
[0042] 如图2A所示，光敏材料可以涂敷在造型底板(molding plate)10上，并且利用相关现有方法例如使用电子束光刻(E-beam lithography)和/或其他合适的工艺，使该感光材料图案化从而形成图案化的感光层20。在该图案化的感光层20中可以形成多个凹槽H1，且凹槽H1的侧壁可以是倾斜的。
[0043] 如图2B所示，图案化的感光层20的整个表面和/或造型底板10被蚀刻。
[0044] 在对应于凹槽H1的图案化的感光层20部分下面的造型底板10部分蚀刻较深。图2C展示了蚀刻该图案化的感光层20的整个表面和/或造型底板10的结果。
[0045] 如图2C所示，通过蚀刻工艺可以除去图案化的感光层20，并且纳米尺寸的第二凹槽H2可以在造型底板10中形成。该第二凹槽H2的宽度可以沿向下方向减小，因为在上述蚀刻工艺中对造型底板10进行倾斜蚀刻。通过蚀刻条件可以控制第二凹槽H2侧面的倾斜角度。
[0046] 如图2D所示，压模层(stamp layer)30可以形成在造型底板10上以充填第二凹槽H2。
[0047] 如图2E所示，压模层30可以与造型底板10分开。该被分开的压模层30现在可以作为母模。
[0049] 如图2G所示，可以利用母模30对衬底60进行压印，使该衬底60具有纳米图案。因为压印使第一沟槽T1形成在衬底60中。
[0050] 如图2H所示，母模30可以与衬底60分开。该母模30可在后续的衬底上多次使用。
[0051] 如图2I所示，磁性层100可以在形成有第一沟槽T1的衬底60的上表面上形成。该磁性层100可以填满衬底60上的第一沟槽T1。多个第二沟槽T2可以垂直于衬底60而形成在磁性层100中，并且相应于第二沟槽T2的磁性层100的下表面的部分可以向下突出。该第二沟槽T2可以为图1的沟槽T。
[0052] 虽然在图2I中未示出，然而在形成磁性层100的同时可以一起形成写头，和在形成磁性层100之后读头可以形成在该磁性层100的区域中。以这样的方式可以制造包括磁性层100的信息存储器件。
[0053] 示范实施例的信息存储器件可以采用除了利用母模30的纳米压印法之外的其他方法来制造。例如，替代用母模30压印树脂层50，可以采用电子束光刻、利用紫外或激光干涉的光刻、利用纳米粒子的纳米球光刻(nanosphere lithography)、和/或其他合适的相关背景技术的方法蚀刻该树脂层50。多个沟槽可以相应地形成在树脂层50上。充填该沟槽的磁性层可以形成在树脂层50上。
[0054] 图3阐明了当在示范实施例中通过向磁性层100施加磁场使该磁性层100中的磁畴壁移动时，磁性层100中的该磁畴壁的移动速度随时间的变化。
[0055] 如图3所示，在点P1到点P5磁畴壁停止振荡。磁畴壁移动的速度接近0的点P1到P5对应于该磁畴壁接近图1沟槽T的位置时的时间。沟槽T中磁畴壁的振荡幅度比在这些点更低。因此磁畴壁可以容易地设置在该沟槽T中。磁性层100中磁畴壁的按位移动的稳定性可通过沟槽T而增加。从图3的曲线中可以看出磁畴壁的移动速度的范围从正值(+)到负值(-)，因为磁畴壁在振荡，并且此振荡是磁畴壁的一个独特的属性。
[0056] 如上所述，因为相关技术的信息存储器件日益趋于集成化，因此在记录数据的磁性层中形成横向切口变得更加困难。示范实施例可提供精细的沟槽T，该沟槽T垂直于衬底60而形成，利用上述纳米压印法更容易地形成在磁性层100上。该磁性层100在具有垂直于衬底60形成的沟槽T的同时，可以具有一致的厚度，因此，即使磁性层100的宽度和/或厚度因为信息存储器件的高度集成而减小，该沟槽T的尺寸也可以不需要减小。示范实施的信息存储器件的磁畴壁按位移动的稳定性增加了。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元 | 2020-05-12 | 400 |
| 一种具有磁畴壁可调控锰氧化物薄膜的器件及磁畴壁调控方法 | 2020-05-14 | 299 |
| 磁畴型信息存储器件及其制造方法 | 2020-05-16 | 839 |
| 采用磁畴壁移动的存储器装置 | 2020-05-16 | 473 |
| 具有用于改进的读出的适配磁畴形状的磁畴扩展ROM介质 | 2020-05-14 | 635 |
| 包括多个垂直磁畴的磁性隧道结单元 | 2020-05-13 | 955 |
| 磁畴观测装置 | 2020-05-11 | 392 |
| 利用磁畴运动的磁存储装置 | 2020-05-14 | 1023 |
| 利用磁畴运动的磁存储装置 | 2020-05-12 | 756 |
| 利用磁畴运动的磁存储器 | 2020-05-12 | 534 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈