저응력 폴리머 절연층을 이용한 스핀전달토크 자기터널접합구조의 특징 연구

Abstract

기존 반도체 산업에서 오랜시간 동안 컴퓨터의 시스템을 읽고 쓰기가 가능한 부품으로 SRAM, DRAM, flash memory등이 사용 되어 왔다. SRAM은 고집적화가 곤란하기 때문에 대용량메모리로 맞지 않고 DRAM은 휘발성이라는 단점을 가지고 있고 Flash memory는 고속 동작이 느리고 Endurance 문제를 가지고 있어서 새로운 메모리의 연구가 필요하다는 생각으로 많은 연구기간에서 새로운 메모리에 대한 연구를 진행하고 있다. 이러한 연구 중에서 특히 STT-MRAM은 고속의 read/write, Endurance, 비휘발성, 높은 신뢰성으로 universal memory로의 가능성을 가장 많이 가진 메모리로서 많은 연구가 이루어지고 있다.

메모리를 제작하기 위한 이루어지는 passivation공정은 각 셀 간의 절연 역활을 해야 하기 때문에 아주 중요한 요소가 된다. Al2O3은 고밀도 및 우수한 화학적 내부식성과 기계적 강도 특성을 가지고 있고 Si3N4는 상온과 고온에서 강도, 파괴인성, 열충격 저항성, 내산화성이 우수하기 때문에 passivation layer로써 많은 연구가 보고되었다. 하지만 이런 절연층들이 메모리 제작 과정에서 중요한 MTJ의 Pillar에 stress를 주어서 소자특성을 저하시킨다. 이 문제점을 해결하기 위해 passivation layer를 polymer로 이용하여 실험을 진행하였으며 polyimide를 etching된 MTJ위에 코팅을 시켜서 각 셀 간의 단락을 시켰으며 자기장을 주어서 강자성체의 자화방향을 Switching을 시켜서 메모리소자의 특성을 파악하였다. 이때 passivation layer에 따른 특성이 어떻게 변하는지를 확인하였고 polyimide가 낮은 stress를 주어서 single domain으로 switching이 되는 것을 확인 할수 있었다. 이처럼 수직 자화 STT-MRAM 소자를 제작하기 위해서는 많은 공정상의 문제를 해결해 나가야 하며 이런 문제의 개선을 통하여 차세대 메모리 산업에서 주력적인 역할을 담당해야 할 것이다.