专利名称：利用磁畴壁的移动的信息存储装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种信息存储装置。具体的讲，本发明涉及一种利用磁畴壁 的移动的信息存储装置及该信息存储装置的制造方法。
背景技术：
传统-更盘驱动器(HDD)是通过旋转》兹记录介质并移动在》兹记录介质上方 的读/写头来读取及写入信息的装置。磁记录介质可以为盘形式。传统HDD
是非易失性数据存储装置，能存储100千兆字节(GB)的数据，并且可以在计 算机中用作主存储装置。
传统HDD可能包含相对多的移动机械部分或系统。例如，当HDD被移 动和/或受沖击影响时，这些机械系统可能导致各种机械故障因此降低移动性 和/或可靠性。另外，这些机械系统可能增加制造的复杂性、成本和/或功耗， 并可能产生不期望的噪音。例如，当减小传统HDD的尺寸时，可能增加制造 的复杂性和/或成本。
利用磁畴壁移动的数据或信息存储装置可作为传统HDD的替代选择。 在利用磁畴壁移动的传统数据存储装置内，组成磁体的微磁区域(magnetic minute region)被称作磁畴。在磁畴中，磁矩的方向是固定的或不变的(例如， 始终相同)。磁畴的大小和磁化方向可以通过磁性材料的特性、形状、大小和 /或外部能量来控制。磁畴壁是具有不同磁化方向的磁畴之间的边界。磁畴壁 可以通过向》兹性材料施加的电流或》兹场来移动。
通过将磁畴壁移动的原理应用到传统信息存储装置，磁畴可以通过移动 磁畴壁来经过固定的读/写头，因此能在没有记录介质的旋转的情况下进行读 取/写入。因此，利用磁畴壁移动的传统信息存储装置可以在没有传统HDD 所需的移动机械系统的情况下存储相对大量的数据。然而，在利用磁畴壁移 动的传统信息存储装置中，当移动时磁畴壁可能是相对不稳定的。为提高磁 畴壁按位移动的稳定性，可以在磁层的一侧形成凹口(notch)。响应于等于或 大于临界值的电流脉冲而开始移动的磁畴壁可以停止在凹口处。因此，磁畴
壁可以通过均匀地形成在;兹层上的多个凹口以一位来移动。另外，因为》兹畴 壁通过凹口更稳定地定位，所以存储在磁层中的数据可以保存更长的一段时 间。
然而，在具有大约几十纳米宽度的磁层的 一侧形成精细尺寸(fine-sized) 的凹口可能是相对困难的。由于信息存储装置的相对高的密度，使得磁层的 宽度可以被减小至几十纳米或更小。结果，凹口的大小也可能需要被减小。
例如，当凹口形成在具有大约50nm宽度的磁层的每侧时，凹口可以形 成为具有大约15nm的宽度(大约是磁层宽度的三分之一)。然而，利用传统曝 光和/或蚀刻技术来形成这样的凹口可能相对困难。而且，以相对均匀的间隔、 大小和/或形状来形成凹口可能相对困难。如果凹口的间隔、大小和/或形状不 够均匀，则使磁畴壁停止的磁场的强度(例如，定位磁场(pinning magnetic field) 的强度)可能变化，因此，信息存储装置的可靠性可能降低。
发明内容
示例实施例涉及一种信息存储装置，例如，利用磁畴壁的移动的信息存 储装置，及其制造方法。
至少一个示例实施例提供一种信息存储装置。才艮据至少这个示例实施例， 磁层可以包含多个磁畴。供应单元或电路可以向磁层供应能量以使磁畴壁移 动。磁层还可以包含具有第一磁各向异性能(magnetic anisotropic energy)的至 少一个第一区和具有第二磁各向异性能的至少一个第二区。第一磁各向异性 能可以大于第二磁各向异性能。第一区和第二区可以被交替布置，并且第二 区可以被掺杂杂质离子。
根据至少一些示例实施例，杂质离子可以包括He+、 Ga+等中的至少一种。 多个第二区可以以相等或基本相等的间隔形成。第二区之间的间隔可以为大 约5nm至大约1000nm(包含5nm和1000nm)。第二区的宽度可以为大约2nm 至大约150nm(包含2nm和150nm)。磁层可以由包括Fe、 Co、 Pt及其合金等 中的至少一种的材料形成。磁层可以由从包括FePt、 FePd、 CoCr、 CoCu、 CoPt、 CoTb、 CoCrPt、 CoFeTb、 CoFeGd和CoFeNi等的组或由其组成的组 中选择的至少 一种材料来形成。
至少一个示例实施例提供一种制造信息存储装置的方法。根据至少i个 示例实施例，可以形成树脂层以覆盖磁层。暴露磁层的多个槽可以形成在树
脂层中，并且暴露的磁层可以被掺杂杂质离子。
根据至少一些示例实施例，^^层的被掺杂杂质离子的第 一部分的磁各向 异性能可以比磁层的第二部分的磁各向异性能小。槽可以利用纳米压印
(nano-imprinting)方法来形成。在树脂层中形成槽的步骤可以包括利用主印 模(master stamp)来压印树脂层，并移除主印模，其中，主印模具有多个向下 定向的突出部分。杂质离子可以包括He+、 Ga+等中的至少一种。槽可以以相 等或基本相等的间隔形成。槽之间的间隔可以为大约5nm至大约1000nm(包 含5nm和1000nm)。槽的宽度可以为大约2nm至大约250nm(包含2nm和 250nm)。磁层可以由包括Fe、 Co、 Pt及其合金等的至少一种的材料形成。磁 层可以由从由FePt、 FePd、 CoCr、 CoCu、 CoPt、 CoTb、 CoCrPt、 CoFeTb、 CoFeGd和CoFeNi等组成的组中选择的至少一种材料来形成。
通过详细地描述附图，示例实施例将变得更清楚，其中 图1是根据示例实施例的信息存储装置的透视图2A至图2I是示出了形成包含在根据示例实施例的信息存储装置中的 磁层的方法的剖视图3示出了当通过向按照根据示例实施例的方法形成的样本(sample)磁 层施加外部》兹场来移动》兹畴壁时，磁畴壁的位置随时间变化的仿真结果；
图4是示出了当通过向图3的样本磁层施加外部》兹场来移动磁畴壁时， 样本磁层的磁化强度随时间的变化的曲线图。
具体实施例方式
现在将参照附图更充分地描述本发明的各种示例实施例，其中，附图中 示出了本发明的一些示例实施例。在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区 域的厚度。
这里^Hf了本发明的详细的示意性实施例。然而，这里公开的具体结构 和功能的细节仅代表描述本发明的示例实施例的意图。然而本发明可以以许 多不同的形式来实施，并不应被理解为仅局限于这里阐述的实施例。
因此，尽管本发明的示例实施例能进行各种修改及变形，但是附图中示 例性地示出了本发明的实施例并将在这里对其进行详细描述。然而应该理解
的是，意图不是将本发明的示例实施例限制为公开的具体形式，相反，本发 明的示例实施例旨在覆盖落入本发明的范围内的所有的修改、等同物和变形。 在对附图.的整个描述中，相同的标号表示相同的元件。
应该理解的是，虽然术语"第一"、"第二，，等可以在这里用来描述不同 的元件，但是这些元件不应该受这些术语限制。这些术语仅仅用来将一个元 件与另一个元件进行区分。例如，在没有脱离本发明的示例实施例的范围的 情况下，第一元件可以称为第二元件，同样地，第二元件可以称为第一元件。 如这里使用的，术语"和/或"包括一个或多个相关所列项的任意和全部组合。
应该理解的是，当元件被称为与另一元件"连接"或"结合"时，该元 件可以直接与另一元件连接或结合，或者可以存在中间元件。相反，当元件 被称为与另一元件"直接连接"或"直接结合"时，不存在中间元件。用于 描述元件间关系的其它词应该按相似的方式解释(例如，"在......之间"与"直
接在……之间"，"邻近"与"直接邻近"等)。
应该理解的是，当元件或层被称为"形成在"另一个元件或层"上"时， 该元件或层可以直接或间接形成在另一个元件或层上。即，例如，可以存在 中间元件或层。相反，当元件或层被称为"直接形成在"另一个元件或层"上" 时，不存在中间元件或层。描述元件或层之间的关系的其它词应该按相似的 方式解释(例如，"在......之间"与"直接在……之间"，"邻近"与"直接邻
近"等)。
这里使用的术语只是出于描述具体实施例的目的，而不是为了限制本发 明的示例实施例。如这里所使用的，除非上下文清楚地指出，否则单数形式 也旨在包括复数形式。还应该理解的是，当术语"包括"、"包含"、"含" 和/或"含有"在说明书中使用时，其表明所述的特征、整体、步骤、操作、 元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、 元件、组件和/或它们的组的存在或添加。
还应注意的是，在一些可选择的实施中，功能/动作可以不按附图中标注 的顺序发生。例如，依赖有关的功能/动作，连续示出的两个图实际上可以基 本同时执行或者有时可以以相反的顺序执行。
图1是根据示例实施例的利用磁畴壁的移动的信息存储装置的透视图。
参照图1 ，信息存储装置的示例实施例可以包含形成在基底(未示出)上的
磁层100。磁层100可以包含多个磁畴。磁层100可以是可存储数据的存储
轨道或信息存储层。
^磁层100可以包括至少一个第一区80和第二区90。例如，》兹层100可
以包括交替布置的多个第一区80和第二区90。第二区90之间的间隔在5nm和1000nm之间(包含5nm和1000nm)。至少一个第二区90的宽度在2rnn和250nm之间(包含2nm和1 OOOnm)。第一区80和第二区90可以具有软磁材料或铁磁材料的磁各向异性能密度。第一区80的磁各向异性能密度和第二区90的磁各向异性密度之间的差可以为至少几个ergs/cc。磁层100可以由包括Fe、 Co、 Pt及其合金等中的至少一种，例如，FePt、 FePd、 CoCr、 CoCu、CoPt、 CoTb、 CoCrPt、 CoFeTb、 CoFeGd和CoFeNi中的一种的材料形成。第二区90可以选择性地被掺杂杂质离子。杂质离子可以包括He+、 Ga+及其组合等。当第二区90被掺杂杂质离子时，可以减小形成,兹层100的磁性粒子间的磁耦合效应(magnetic coupling effect),因此减小第二区90的磁各向异性 沐
在第二区90中，磁畴壁的能量可以小于第一区80的能量。因此，磁畴 壁在第二区90中可以具有比在第一区80中更稳定的能态。因此，在磁层100 中开始移动的磁畴壁可以被定位在第二区90中。就第二区90的定位特性而 言，第一区80的磁各向异性能密度和第二区90的磁各向异性能密度之间的 差优选地为大。然而，即使该差仅为几个ergs/cc,移动的磁畴壁也可以被停 止在具有相对低的磁各向异性能密度的第二区90中。
第一导线Cl和第二导线C2可以分别连接到^兹层100的第一端El和第 二端E2。例如，第一导线C1和第二导线C2可以连接到驱动装置(未示出)， 例如，晶体管或二极管。使磁层100的磁畴壁移动的能量(例如电流)可以通过 第一导线Cl和第二导线C2来施加。可以根据电流的方向确定磁畴壁的移动 方向。因为/f兹畴壁沿电子的方向移动，所以^兹畴壁的方向可以与电流的方向 相反。
用来写入数据的写入器200和用来读取记录于磁层100的数据的读取器 300可以形成在-兹层100的相应区域中，写入器200和读取器300可以是隧 道磁电阻(TMR)头、巨磁电阻(GMR)头等。虽然没有被示出，但是绝缘层和/ 或电极层可以包含在可形成写入器200的磁层100的下表面上。写入器200 和读取器300的结构可以以各种形式修改，而不限于TMR头或GMR头的结 构。例如，写入器200可以是附着在磁层100的第一端El的一侧并具有以相反方向磁化的第 一磁畴和第二磁畴的写入轨道。当在写入轨道中第 一磁畴或 第二石兹畴向^兹层100的连接部分延伸，并且从石兹层100向写入轨道施加电流 时，对应于第一磁畴或第二磁畴的数据可以被记录在第一端El中。
通过经第一导线Cl和第二导线C2向磁层100施加电流来按位移动磁畴 壁，数据可以通过向写入器200施加写入电流被记录在磁层100中。同样地， 通过经第一导线Cl和第二导线C2向磁层100施加电流来按位移动磁畴壁， 存储在磁层100中的数据可以通过向读取器300施加读取电流来再现。
在根据示例性实施例的信息存储装置中，第二区90可以是定位区 (pinning region),因此，磁畴壁可以被按位移动，并且记录在磁层100中的数 据可以被更稳定地保存。
图2A至图2I是示出了形成包含在根据示例实施例的信息存储装置中的 磁层的方法的剖视图。图2A至图2E示出了形成主印模的方法，图2F至图 21示出了利用主印模来形成磁层100的方法。
参照图2A，模制板(molding plate)10可以用感光层来涂覆。感光层可以 利用给定的方法，例如，电子束光刻(E-beamlithography)等进行图案化，以形 成图案化的感光层20。多个第一槽H1可以形成在图案化的感光层20中，第 一槽Hl的侧壁可以倾斜。例如，第一槽Hl的侧壁可以与模制板10的顶面 成除90度以外的角度。可选择地，第一槽Hl的侧壁可以与模制板10的顶 面垂直。
参照图2B，模制板10和图案化的感光层20的整个表面可以被蚀刻。在 具有相对小的厚度的图案化的感光层20之下的模制板10会被相对深地蚀刻。
图2C示出了蚀刻过的模制板10的表面。参照图2C,通过表面蚀刻可 以去除图案化的感光层20，并且纳米大小的第二槽H2可以形成在模制板10 中。因为在表面蚀刻期间模制板10可能被以倾斜的角度来蚀刻，所以第二槽 H2的宽度可以沿向下的方向减小。可以通过蚀刻条件来控制第二槽H2的倾 斜角度。例如，第二槽H2的深度可以小于第一槽的深度。第二槽H2的侧壁 可以与模制板10的表面成除90度以外的角度。可选择地，第二槽H2的侧 壁可以与模制板10的表面垂直。
参照图2D,印模层(stamp layer)30可以形成在模制板10上以填充第二槽 H2并覆盖模制板10。
如图2E所示，印模层30可以与模制板10分离。在下文中将分离的印模层30称为主印模30。
参照图2F， ^磁层100可以形成在基底40上。树脂层50可以形成在磁层 100和基底40的暴露部分上。树脂层50可以覆盖,兹层100的顶部和侧壁。 根据图2A至图2E中示出的方法制造的主印模30可以布置在树脂层50上方。
参照图2G,通过利用主印模30来压印树脂层50,可以以纳米级别对树 脂层50进行图案化。结果，多个槽G可以形成在树脂层50中。槽G之间的 间隔的宽度在5nm和1000nm之间(包括5nm和1000nm)。槽G的宽度在2nm 和250nm之间(包4舌2nm和250nm)。
参照图2H，主印模30可以与树脂层50分离。当主印模30与树脂层50 分离时，树脂层50的至少一些部分可留在槽G的下表面上。留在槽G的下 表面上的树脂层50可以利用例如等离子灰化方法等来去除。主印模30可以 使用若干次。上面的纳米压印工序可以更简单和/或经济，因此，适合大规才莫 生产。
参照图21，磁层100的一些部分可以通过槽G来暴露。暴露的磁层100 可以利用树脂层50作为离子注入掩^t来掺杂杂质离子，比如He+、 Ga+及其 组合等。因此，#^杂区卯可以形成在^f兹层100中。掺杂区90可以与参照图 1描述的第二区90相同或基本相同。磁层100中的剩余区可以与参照图l描 述的第一区80相同或基本相同。
在去除树脂层50后，虽然没有示出，但是写入器和读取器可以形成在磁 层100的区域中。因此，可以制造包含磁层100的信息存储装置，其中，该 磁层100包含掺杂区90。
才艮据示例实施例，石兹层100可以不被几何地修改，而是可以通过利用离 子注入方法修改磁层100的一些部分的性质来形成定位区。因此，更微小的 定位区可以更均匀地形成在;兹层100中。根据示例实施例，可以改进信息存
储装置的记录密度和/或可靠性。
槽G也可以利用与利用主印模30的纳米压印方法不同的方法来形成。 例如，槽G可以通过利用电子束光刻法、利用紫外线或激光的干涉的光刻法 (lithography)、利用纳米颗粒的纳米球光刻法(nano sphere lithography)等的蚀刻 来形成，以代替利用主印模30来压印树脂层50的方法。
图3示出了当通过向按照这里描述的方法形成的样本磁层100a施加外部 磁场来移动样本磁层100a的磁畴壁DW时，磁畴壁DW的位置随时间变化
的仿真结果。样本磁层100a可以包含两个条形的以彼此相反的方向磁化的磁 畴。磁层100a还可以包含在磁畴之间形成的磁畴壁DW。样本磁层100a的 宽度、长度和厚度可以分别为大约50nm、大约430nm和大约10nm。掺杂区 90可以形成在样本^f兹层100a的中心。#^杂区90可以与上面参照图l描述的 第二区90相同或基本相同。磁畴壁DW可以位于掺杂区90的左侧，并可以 通过朝向掺杂区90右侧的方向施加的外部磁场F来移动。图3中，(a)至(f) 示出了,兹畴相对于时间的布置。
图4是示出了当通过向图3中的样本磁层100a施加外部磁场F来移动磁 畴壁DW时，样本磁层100a的磁化强度随时间的变化的曲线图。图4中，@、 ⑥和①分别对应于图3中的(a)、 (e)和(f)。
参照图3和图4，随着磁畴壁DW向掺杂区90移动，^兹化强度M可在 振荡的同时减小，并且当磁畴壁DW到达掺杂区90时，磁畴壁DW可以停 在掺杂区90中。此时，磁化强度M可以是不变的或是基本不变的，因此意 味着掺杂区90是定位区。因为磁畴壁DW可在振荡的同时移动，所以磁化强 度M可以在振荡的同时减小。
如上所述，根据示例实施例，更细微的、更小和/或更均匀的定位区可以 通过利用纳米压印和/或离子注入改变磁层IOO的一些部分的性质来形成。因 此，根据示例实施例，可以改进信息存储装置的记录密度和/或可靠性。
虽然已经参照附图具体示出和描述了示例实施例，但是示例实施例应该 被认为仅为描述性意义而不是为了限制的目的。例如，本领域技术人员应该 理解的是，可对信息存储装置中磁层100的结构以及写入器200和/或读取器 300的结构和位置做出各种形式和细节上的改变。因此，不是由发明的详细 描述而是由权利要求来限定本发明的范围。
权利要求
1、一种信息存储装置，包括磁层，在所述磁层中包括交替布置的至少一个第一区和至少一个第二区，所述至少一个第一区具有第一磁各向异性能，所述至少一个第二区具有第二磁各向异性能，所述至少一个第二区被掺杂杂质离子，所述第一磁各向异性能大于所述第二磁各向异性能。
2、 如权利要求1所述的信息存储装置，还包括供应单元，用于向所述磁层供应能量以使》兹畴壁在所述磁层中移动。
3、 如权利要求1所述的信息存储装置，其中，所述杂质离子包括He+ 和Ga+中的至少一种。
4、 如权利要求1所述的信息存储装置，其中，所述信息存储装置包括以 相等的间隔形成的多个第二区。
5、 如权利要求4所述的信息存储装置，其中，所述第二区之间的所述间 隔在5nm和1000nm之间，包含5nm和1000nm。
6、 如权利要求1所述的信息存储装置，其中，所述至少一个第二区的宽 度在2nm和250歷之间，包含2nm和1000nm。
7、 如权利要求1所述的信息存储装置，其中，所述^f兹层由包括Fe、 Co 和Pt中的至少 一种的材料形成。
8、 如权利要求1所述的信息存储装置，其中，所述石兹层由FePt、 FePd、 CoCr、 CoCu、 CoPt、 CoTb、 CoCrPt、 CoFeTb、 CoFeGd和CoFeNi中的至少 一种形成。
9、 一种信息存储装置的制造方法，所述方法包括 形成磁层；形成树脂层，该树脂层覆盖所述磁层；在所述树脂层中形成多个槽，以暴露所述磁层的第 一部分；对所述磁层的所述第 一部分进行掺杂。
10、 如权利要求9所述的方法，其中，所述磁层的第一部分的磁各向异 性能比所述磁层的剩余的未掺杂部分的磁各向异性能小。
11、 如权利要求9所述的方法，其中，利用纳米压印方法形成所述槽。
12、 如权利要求9所述的方法，其中，在所述树脂层中形成槽的步骤包括利用具有多个突出部分的主印模来压印所述树脂层， 移除所述主印模。
13、 如权利要求9所述的方法，其中，杂质离子包括He+和Ga+中的至少一种。
14、 如权利要求9所述的方法，其中，以相等间隔形成所述槽。
15、 如权利要求14所述的方法，其中，所述槽之间的间隔的宽度在5nm 和1000nm之间，包含5nm和1000nm。
16、 如权利要求9所述的方法，其中，所述槽的宽度在2nm和250nm之 间，包含2nm和250nm。
17、 如权利要求9所述的方法，其中，所述f兹层由包括Fe、 Co和Pt中 的至少一种的材料形成。
18、 如权利要求9所述的方法，其中，所述^兹层由FePt、 FePd、 CoCr、 CoCu、 CoPt、 CoTb、 CoCrPt、 CoFeTb、 CoFeGd和CoFeNi中的至少一种形 成。
全文摘要
本发明提供了一种信息存储装置及该信息存储装置的制造方法。该信息存储装置包括磁层和供应单元。所述磁层包括多个区具有第一磁各向异性能的第一区和具有第二磁各向异性能的第二区。所述第一区和所述第二区被交替布置，并且所述第二区被掺杂杂质离子。所述第二磁各向异性能小于所述第一磁各向异性能。所述供应单元向所述磁层供应能量以使磁畴壁在所述磁层内移动。
文档编号H01L43/08GK101207176SQ200710169379
公开日2008年6月25日 申请日期2007年11月26日 优先权日2006年12月22日
发明者林志庆 申请人:三星电子株式会社