[发明专利]利用磁畴壁移动的半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的装置和方法涉及一种半导体器件且，更具体地，涉及一种利用磁畴壁移动(magnetic domain wall movement)的半导体器件及其制造方法。

背景技术

数据存储器件大致分为关闭电源时失去所有记录的数据的易失性数据存储器件和关闭电源时保留数据的非易失性数据存储器件。

非易失性数据存储器件包括硬盘驱动器(HDD)和非易失性随机存取存储器(RAM)。HDD包括读和写头以及旋转的数据记录媒介，且可以存储100吉比特或更多的数据。但是，类似于HDD的具有旋转部分的器件有一个问题是其随着时间的流逝而磨损，并且因此，存在操作故障的可能性，因此降低了可靠性。

因此，作为解决前述常规非易失性数据存储器件缺陷的方法，已经进行了多个关于利用磁畴壁移动的新型数据存储器件的研究和开发。

现在将描述在磁性物质中的磁畴和磁畴壁。然后，将描述利用磁畴和磁畴壁的存储器件。

构成铁磁体的微小的磁性区域称为磁畴。磁畴中电子的旋转，即，磁矩的方向是相同的。磁畴的尺寸和磁化方向可以通过磁性物质的形状、尺寸和特性以及外能而得到适当的控制。

磁畴壁是具有与另一磁畴磁化方向不同的磁畴的边界部分。磁畴壁可以通过外部磁场或通过向磁性物质施加的电流而移动。

磁畴壁移动的原理可以应用到例如HDD的数据存储器件。即，当磁性物质中对应于具体数据而磁化的磁畴通过读/写头而移动时，读/写数据的操作成为可能。这种情况下，不直接地旋转记录媒介也能进行读/写操作。因此，常规HDD的磨损和故障问题可以得到解决。在美国专利第6834005B1中公开了应用磁畴壁移动原理的数据存储器件的例子。

此外，磁畴壁移动原理可以应用到例如非易失性RAM的存储器中。即，可以读/写数据“0”或“1”的非易失性存储器件能通过利用这样的原理实现：磁性物质中的电压根据磁性物质中的磁畴壁的移动而改变，其中该磁性物质具有沿特定方向磁化的磁畴以及磁畴壁。这样，由于可以通过在线型磁性物质中流过特定电流而改变磁畴壁的位置来读和写数据，所以可以实现具有简单结构的高度集成的器件。因此，当应用磁畴壁移动原理时，具有很大存储容量的存储器的制造成为可能。在公开号为10-2006-0013476的韩国专利和美国专利第6781871B2中公开了将磁畴壁移动原理应用到类似于RAM的存储器中的实例。

但是，利用磁畴壁移动的半导体器件的发展仍然处于初始阶段，且为了使其应用于实际中，一些问题仍要解决。其中一个问题涉及磁畴壁的可靠性。

为了获得在磁畴壁的移动中的可靠性，使用了人造凹口(notch)。图1是如在韩国专利第10-2006-0013476中公开的其中形成有多个凹口的相关技术磁性层200的平面图。图1中的附图标记20和25分别表示磁畴和磁畴壁。虽然图1中的磁畴壁25为二维描述，但实际上是三维实体。

参考图1，凹口是分别在相关技术的磁性层200的两侧形成的缩进，且用于钉扎磁畴壁的移动。即，凹口允许磁畴壁以1位为单位移动。

但是，在只有几十个纳米宽度和厚度的磁性层中形成凹口非常困难。更困难的是形成一致距离、尺寸和形状的凹口。如果凹口的距离、尺寸和形状不一致，钉扎磁畴壁移动的磁场强度(即，钉扎磁场的强度)将不同，所以相应器件的特性也将不一致。

此外，当凹口平行于衬底形成时，由于曝光工艺的局限性，难以减小凹口之间的距离。这等同于难于减小位尺寸。

因此，当使用凹口时，难以实现器件的高集成度和磁畴壁的可靠移动。

发明内容

本发明示范性实施例提供一种使用磁畴壁移动的半导体器件，具有可靠的磁畴壁移动、同时避免凹口导致的问题。

本发明还提供一种制造上述半导体器件的方法。

依照本发明的一方面，提供一种半导体器件，包括：设置在衬底上且具有多个磁畴的磁性层；以及使磁性层中的磁畴壁移动的能量供应单元，其中磁性层平行于衬底而形成，且包括沿磁性层纵向交替形成的凸起部(prominence)和凹陷部(depression)。

多个绝缘层图案进一步设置于衬底和凸起部之间。当在衬底和凸起部之间提供绝缘图案时，磁性层可以与衬底和绝缘层图案的表面共形地(conformally)形成。

对应于凸起部的衬底部分可以突出。当对应于凸起部的衬底部分突出时，磁性层可以与衬底表面共形地形成。

衬底可以包括平坦化表面。

在磁性层两端的凸起部或凹陷部具有的长度可大于其它凸起部和凹陷部的长度。