• 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.

• 한국자기학회지
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• 제16권2호
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• pp.136-139
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• 2006

자기터널접합은 일반적으로 $250^{\circ}C$ 이상의 온도에서 터널자기저항비의 저하가 발생하는데 이는 반강자성체로 사용된 IrMn 중 Mn이 강자성체인 CoFe 및 터널배리어로의 내부확산에 기인한다. 자기터널접합의 열적 안정성을 향상시키기 위하여 나노산화층을 삽입하여 Mn의 확산을 제어하였다. CoNbZr 4/CoFe 10/IrMn 7.5/CoFe 3/터널배리어/CoFe 3/CoNbZr 2(nm)와 같은 자기터널접합을 기본구조로 하여 각각의 층에 나노산화층을 삽입하여 열적안정성 및 전자기적 특성을 비교 분석 하였다. 나노산화층의 삽입에 의해 터널자기저항비, 자기터널접합의 표면 평활도 및 열적안정성이 향상되었다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2004년도 하계종합학술대회 논문집(2)
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• pp.419-422
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• 2004

A sensing scheme for current-mode magneto-resistance random access memory (MRAM) with a 1T1MTJ cell structure is proposed. Magnetic tunnel junction (MTJ) resistance, which is HIGH or LOW, is converted to different cell currents during READ operation. The cell current is then amplified to be evaluated by the reference cell current. In this scheme, conventional bit line sense amplifiers are not required and the operation is less sensitive to voltage noise than that of voltage-mode circuit is. It has been confirmed with HSPICE simulations using a 0.35-${\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS technology.

• 한국자기학회지
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• 제17권4호
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• pp.162-165
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• 2007

본 연구에서는 CoFeB/MgO/CoFeB 구조를 가지는 자기터널접합에서 capping층 재료의 종류와 열처리 시간에 따른 비정질 top CoFeB 자성층의 결정화 상태 및 자기터널접합의 자기적 특성 변화에 대한 연구결과를 비교 분석 하였다. Hcp(Hexagonal close-packed)의 결정구조를 가지는 Ru(002)를 capping층 재료로 사용한 자기터널접합 박막의 경우에는 열처리 이후 Ru과 인접한 부분의 top CoFeB이 bcc-CoFe(110)로 성장하는 반면, TiAl과 ZrAl을 capping층 재료로 사용한 자기터널접합의 경우는 열처리 이후 top CoFeB이 MgO와 epitaxial하게 bcc-CoFe(002)로 결정성장 하였다. 이로 인해 Ru을 사용한 자기터널접합의 터널자기 저항비(46.7%)보다 약 1.5배 높은 터널자기저항비(TiAl: 71.8%, ZrAl: 72.7%)를 나타내었다.

• 한국자기학회지
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• 제12권4호
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• pp.127-131
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• 2002

자성터널접합(magnetic tunnel junction: MTJ)소자의 AlO$_{x}$터널장벽 절연층을 플라즈마 산화법으로 2번에 나누어 금속증착.산화를 반복하여 만들어 보았다. 이중산화I그룹은 10A의 $\AA$의 Al 하부 절연막을 증착하고 산화시간을 10 s로 완성한 후 그 위에 13$\AA$의 Al을성막하고 50, 80, 120s간 산화시켜 완성한 절연막의 특성을 알아보았다. 이중산화II그룹은 10$\AA$봐 Al하부 절연막의 산화시간을 30~120 s간 달리하고 그 위에 13 $\AA$의 Al을 성막하고 210 s간 산화시켜 완성한 절연막의 특성을 알아보았다. 이중산화공정으로 제조된 시편은 전 실험범위에서 자기저항비(magnetoresistance： MR)는 27% 이상으로 우수하였고, 이는 13 $\AA$의 Al을 증착하고 한번만 산화시키는 통상의 단일산화에 비해 MR비가 우수하고 공정범위가 넓었다. 수직단면 투과전자현미경(transmission electron microscope： TEM)으로 미세구조를 확인한 결과 이중산화가 단일산화보다도 더 얇고 균일한 두께를 유지함을 알 수 있었다 X선광전자분석(X-ray photoelectron spectroscopy： XPS)으로 확인한 결과 이중산화는 절연막층 하부 CoFe 자성층의 Fe의 산화를 방지하여, 결과적으로 단일산화법에 비해서 하부자성층의 산화를 방지하여 긴 산화시간 공정 범위에서도 우수한 MR비를 가질 수 있었다.

• 한국자기학회지
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• 제19권6호
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• pp.197-202
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• 2009

코닝유리(Corning glass) 기판 위에 이온빔 증착법으로 제작한 버퍼(Ta)/코네틱(Conetic; NiFeCuMo) 박막에 대해 버퍼층에 의존하는 결정성장과 열처리 효과를 조사하였다. 또한 코네틱층을 증착할 때에 인가한 자기장 방향으로 용이축과 곤란축의 자기저항 곡선으로부터 얻은 보자력과 포화자기장값을 버퍼층 유무에 따라 서로 비교하였다. Ta 박막의 두께가 5 nm이고 코네틱 박막의 두께가 50 nm일 때에 보자력은 0.12 Oe으로 작았으며, MH 히스테리시스 곡선에서 얻은 자화율($\chi$)은 1.2 ${\times}\;10^4$으로 우수한 연자성의 특성을 가졌다. 저자기장에 민감한 거대자기저항 스핀밸브(GMR-SV; giant magneoresistance-spin valve)나 자기터널링접합(MTJ; megnetic tunnel junction) 박막구조에서 자유층으로 연자성의 특성이 우수한 코네틱 박막을 사용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.77-77
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• 2011

These days, a growing demand for memory device is filled up with the flash memory and the dynamic random access memory (DRAM). Although DRAM is a reasonable solution for current demand, the universal novel memory with high density, high speed and nonvolatility, needs to be developed. Among various new memories, the magnetic random access memory (MRAM) device is considered as one of good candidate memories because of excellent features including high density, high speed, low operating power and nonvolatility. The etching of MTJ stack which is composed of magnetic materials and insulator such as MgO is one of the vital process for MRAM. Recently, MgO has attracted great interest in the MTJ stack as tunneling barrier layer for its high tunneling magnetoresistance values. For the successful realization of high density MRAM, the etching process of MgO thin films should be investigated. Until now, there were some works devoted to the investigations on etch characteristics of MgO thin films. Initially, ion milling was applied to the etching of MgO thin films. However, ion milling has many disadvantages such as sidewall redeposition and etching damage. High density plasma etching containing the magnetically enhanced reactive ion etching and high density reactive ion etching have been employed for the improvement of etching process. In this work, inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE) system was adopted for the improvement of etching process using MgO thin films and etching gas mixes of $CH_4$/Ar and $CH_4$/$O_2$/Ar have been employed. The etch rates are measured by a surface profilometer and etch profiles are observed using field emission scanning emission microscopy (FESEM). The effects of gas concentration and etch parameters such as coil rf power, dc-bias voltage to substrate, and gas pressure on etch characteristics will be systematically explored.

• 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.

• 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.