KR0123448B1 - 자기저항효과센서 - Google Patents

자기저항효과센서

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KR0123448B1
KR0123448B1 KR1019930000165A KR930000165A KR0123448B1 KR 0123448 B1 KR0123448 B1 KR 0123448B1 KR 1019930000165 A KR1019930000165 A KR 1019930000165A KR 930000165 A KR930000165 A KR 930000165A KR 0123448 B1 KR0123448 B1 KR 0123448B1
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레이코 곤도
히토시 이와사키
준이치 아키야마
유이치 오사와
도시히코 오타
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사토 후미오
가부시키가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은 자기저항효과센서에 관한 것으로, 기판, 자기저항효과층, 자기저항효과층의 자화를 안정화시킨 자화안정화층 및 자기저항효과층 또는 자기안정화층 위에 형성된 도전층을 구비하고, 자기저항효과층의 전기저항의 변화에 의해 자계를 검출하는 자기저항효과센서로서, 자기저항효과층과 자화안정화층이 그 양단부 영역에 있어서 그 이외의 영역보다 강한 교환 결합력으로 자기적으로 결합하도록 적층된 것을 특징으로 하며, 이에 따라 자기기록매체 등에서의 자계에 의해 바이어스 자계가 흐트러지지 않고 MR층으로 원하는 바이어스 자계가 부여될 수 있는 고감도의 자기저항효과센서를 얻을 수 있도록 되어 있다.

Description

자기저항효과센서
제1도는 종래의 자기저항효과센서를 설명하기 위한 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 자기저항효과센서의 제1실시예를 나타내는 단면도.
제3a∼3d도는 본 발명에 따른 자기저항효과센서의 제조방법의 한 예를 설명하기 위한 단면도.
제4a∼4c, 6a∼6d, 7a∼7e도는 본 발명에 따른 자기저항효과센서의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 단면도 및
제5,8∼10도는 본 발명에 따른 자기저항효과센서의 제2실시예를 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : MR층 11 : 고보자력막
21,71,81 : 기판 22,72 : 밑바닥층
23,73,86 : 고보자력막 24 : 산화층
25,77 : MR층 26,87 : 도전층
30,74 : 마스크 41 : 바이어스전류층
42 : 고저항층 43,60,76,83 : 자기절연층
61 : SiN 62 : 레지스트층
82 : 반강자성막 84 : 저보자력막
본 발명은 자기헤드 등에 사용되는 자기저항효과센서에 관한 것이다.
일반적으로 자기기록매체에 기록된 정보의 판독은 코일을 이용한 판독용 자기헤드를 자기기록매체로 이동시키고, 그때 발생되는 전자 유도에 의해 코일에 유기된 전압을 검출함에 따라 행해지고 있다. 또 정보의 판독에 자기저항효과형 헤드를 이용한 것[IEEE MAG-7, 150(1971)]도 알려져 있다.
이 자기저항효과헤드는 강자성체의 전기저항이 외부자계의 강도에 따라 변화한다는 현상을 이용한 것으로, 자기기록매체용의 고감도 헤드로 이용되고 있다. 최근 자기기록매체의 소형화, 대용량화가 진행되어 정보 판독시의 판독용 자기헤드와 자기기록매체 사이으이 상대속도가 작아지게 되어 작은 상대 속도라도 커다란 출력이 가능한 자기저항효과형 헤드(이하 MR헤드로 생락한다)에 대한 기대가 높아지고 있다.
MR헤드에 사용되는 MR소자는 단층막 및 높은 자기저항변화를 나타내는 다층막의 것이 있다. 다층막의 MR소자로는 첫 번째로 보자력이 다른 2종류의 막을 이용하여 각각의 자화를 반평행 상태로 한 2개의 자성막의 보자력의 차를 이용하여 커다란 자기저항변화를 발생하는 것이 있다. [일본 응용자기학회지 vol 15. No. 5813(1991)](비교교환결합형).
두번째로 비자성막을 사이에 넓은 2개의 강자성막으로 이루어진 적층막의 한쪽 강자성막위에 반강자석만에 의한 교환 바이서스를 인가하여 그 강자성막의 자화를 안정시키고, 다른 한쪽의 강자성막의 자화를 외부작계에 의햐 반전시킴으로써 비자성막을 사이에 넣은 2개의 강자성막의 자화의 방향이 서로 평행하거나 반평행상태로 되어 큰 자기저항변화를 나타내는 것이 있다.[Phys. Rev. B, Vol. 4580(1992)], [J. Appl. phys, vol. 69, 4774(1991)](비교교환결합형.)
세번째로 센스전류의 전류자계에 의해 자화를 반평행 상태를 만들고, 이 상태와 신호자계에 의해 얻어진 자화의 평행 상태 사이의 차 때문에 커다란 자기저항변화를 나타내는 것이 있다. [IEEE TRANSACTION ON MAGENTICS Vol. MAG-20, No863(1984)(뎁스 통전(depth current)방식)
실제 MR헤드를 이용하는 경우, 2종류의 바이어스 자계를 MR소자에 인가할 필요가 있다. 이중 하나는 MR소자의 센스전류에 수직방향으로 인가한 바이어스 자계이고, 일반적으로 횡바이어스로 불리는 것이다.횡바이어스는 외부신호의 크기와 검출신호의 크기가 비례하는 상태, 이른바 동작점에 도달하기까지의 자계이다.
다른 하나의 바이어스 자계는 MR소자의 센스전류에 평행한 방향으로 인가한 바이어스 자계이고, 일반적으로 종바이어스로 불리는 것이다. 종바이어스는 MR소자의 다자구성에 기인하는 바르크하우젠(Barkhausen) 노이즈를 억제하는 역할을 담당한다.
이 종바이어스를 인가하는 방법으로서는 자화된 강자성막을 이용하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들면 미국특허 3,840,898호에는 MR층을 얇은 절연막을 통해 자화된 경막(hard film)에 인접하도록 배치하고 MR층에 종바이어스를 인가하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의하면 자화의 방향을 선택함에 따라 종바이어스, 횡바이어스 또는 그 중간 방향 바이어스도 인가할 수 있다. 또 미국특허 제4,103,315호에는 반강자성막과 강자성막의 교환결합에 의해 MR층에 균일한 종바이어스가 발생하는 것이 개시되어 있다. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Vol. 52,2274(1981)에는 반강자성막으로서 FeMn합금막을 이용한 경우에 MR층에 종바이어스가 가해지는 것이 보고되어 있다.
한편, MR층에 있어서 양 단부에 비해 그 중앙부인 소위 홀성영역에서는 종바이어스 자계가 비교적 약한 것이 바람직하다. 이것은 신호자계에서의 여분의 종바이어스 자계가 감도는 저하를 초래하기 때문이다. 정자통산학회의 자기기록연구소 MR86-37에는 MR층의 단부영역에만 자화 안정화막으로서 고보자력막을 형성하나 구조가 개시되어 있다.
즉, 이 구조는 요크형 MR헤드의 단부에 자화된 CoPt막을 배치함에 따라 종바이어스를 인가한 것이다. 또 IEEE TRANS. MAG-25, 3692(1989)에는 MR층의 단부에만 FeMn을 형성한 경우라도 MR층의 활성영역에 종바이어스가 가해지는 것이 보고되어 있다.
종바이어스를 MR소자에 인가하는 방법은 이처럼 몇 개가 제안되어 있지만, 이들 방법을 하드디스크 드라이브용의 자기헤드에 적용하면 다음과 같은 문제를 일으킨다.
자하안정화막을 MR층 정면에형성하는 경우, 활성영역에 있어서 바이어스 자계가 강해지고 감도의 저하를 초래한다. 또한 자화안정화막을 MR단부에만 형성하는 경우에 있어서, 자화안정화막이 고보자력막이 고보자력막일 때는 제1도에 도시한 바와 같이 MR층(10)위에 패터닝된 고보자력막(11)의 자화방향을 세로로 절단하는 단면(12)에 + 및 -의 자화가 발생하고, 이에 따라 누설되는 자계가 MR층(10)에 악영향을미치고 MR층의 자화안정화를 저해한다. 그리고, MR층 단부에만 자화안정화막을 패터닝하는 경우에 통상 수십 nm의 막을 이온 밀링하게 되고 패터닝시에 MR층에 손상을 줄 가능성이 있어 공정이 곤란하다. 또한, MR층의 단부에만 약 20nm이상의 두께를 가지는 보자력막을 형성하고, 그 위에 두께 30nm정도의 MR층을 형성했을 때에 MR층은 밑바탕의 영향을 받아 현저한 단차를 발생한다. 이 때문에 MR층의 특성이 약화된다. 따라서 이와 같은 경우에는 MR층 위에 고보자력막을 형성하는 것이 요망된다. 그러나 MR층인 MiFe는 고보자력막인 Co계 막의 C축 배향을 촉진하기 때문에 종바이어스 자계를 가하는 것이 어렵다.
본 발명은 자기기록매체 등에서의 자계에 의해 바이어스 자계가 흐트러지지 않고 MR층으로 원하는 바이어스 자계가 부여될 수 있는 고감도의 자기저항효과센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 목적은 기판, 자기저항효과층, 상기 자기저항효과층의 자화를 안정화하는 고보자력막(또는 자화안정화층) 및 상기 자기저항효과층 또는 상기 고보자력마상에 형성된 도전층을 포함하는 상기 자기저항효과층의 변화에 의해 자계를 검출하는 자기저항교과센서에 있어서, 상기 자기저항교과층과 상기 보자력막이 양단부에서 이 양단부를 제외한 영역보다 강한 교환결합력으로 자기적으로 결합하도록 적층된 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서에의해 달성된다.
본 발명에 따른 자기저항효과센서는 자기저항효과층(MR층)과 이 MR층의 자화를 안정하는 고보자력막을 적층하고, 양 단부가 자기적으로 교환결합한 상태이며, 활성영역이 자기적으로 비교환결합 상태인 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 구성에 의해 MR층 단부에만 반자계를 제거할 수 있을 만큼 충분히 강한 바이어스 자계를 가할 수 있고, 반면에 활성영역에서는 자기저항효과센서의 감도를 저하시킬수 있는 여부의 종바이어스 자계를 억제할 수 있다. 또한 MR층과 자화안정화층 사이에 작용하는 교환결합력을 끊기 위한 자기절연층으로 두께가 얇은 막을 사용할 수 있기 때문에 누설되는 자계가 매우 적어질 수 있고 누설되는 자계에 의한 악양향을 방지할 수 있다. 또 자기 절연층을 얇게 함에 따라 단차의 효과가 적어질 수 있고 자화안정화층 또는 MR층의 특성 악화를 방지할수 있다. 또한 이러한 구성의 자기저항효과센서는 제조가 용이하다.
여기에서 기판의 재료로는 Al2O3을 주성분으로 하는 세라믹과 페라이트 등을 이용할수 있다.
자기저항효과층의 재료로는 NiFe합금 등을 이용할 수 있다. 도전층의 재료로는 Cu, Ti, Ta 등을 이용할수 있다.
자화안정화층은 자성층 사이에서 반강자성 결합을 나타내는 반강자성막, 고보자력막 또는 인공격자막 등을 의미하고, 반강자성막의 재료로는 FeMn, NiO 등을 이용할수 있고, 고보자력막의 재료노는 CoPt, CoCr등을 이용할 수 있으며, 인공격자막의 재료로는 Fouranal of Materials 94(1991) L1-L5에 표시된 Co/Cu, Fe/Cr 등을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 자기저항효과센서의 교환 결합 및 비교환결합 부분은 다음과 같이 제조된다.
우선 기판위에 자화안정화층의 배향제어를 목적으로 하는 밑바탕층을 형성한다. 밑바탕층으로는 예를 들면 Cr막 등이 이용된다. 다음에 밑바탕층위에 CoCr를 증착법 또는 스파터링법 등으로 성막하여 자화안정화층을 형성한다. 다음에 자화안정화층 위에 자기 절연층을 원하는 폭으로, 예를 들면 리프트오프(lift off)법으로 형성한다. 대안적으로 자화안정화층을 활성영역을 형성하기 위해이온 밀링법 등으로 패터닝한다.
자기절연층의 재료로는 Ta, Nb, SiO2 등을 이용할 수 있다. 또 자기절연층의 두께는 자화안정화층과 MR층 사이의 교환 결합력을 끊는 정도의 두께, 예를 들면 1∼10nm으로 좋다. 다음에 이 위에 예를 들면 NiFe를 증팍법 또는 스파터링법 등을 이용해 성막하고 MR층을 형성한다.
이 구조에 의해 활성영역은 자기 절연층을 통해 MR층과 자회 안정화층이 적층되어 있기 때문에 비교환결합 상태가 되고, 그 양 단부는 자기 절연층을 통하지 않고 MR층과 자화 안정화층이 적층되어 있기 때문에 교환결합 상태가 된다.
또 자화 안정화층과 MR층의 형성순서는 특별한 제한은 없다. 즉 상기한 것과는 반대로 자기절연층 등의 성막후에 행하는 것도 가능하다.
횡바이어스의 부여방법으로는 션트(shunt) 바이어스 방식, 연자성막을 이용한 SAL바이어스 방식 등을 이용할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조해 구체적으로 설명한다.
[실시예1]
제2도는 본 발명의 자기저항효과센서(MR센서)의 제1실시예를 도시한 단면도이다. 도면중 21은 기판을 나타낸다. 기판(21)위에는 Cr 등으로 이루어진 밑바닥층(22)이 형성되어 있다. 밑바닥층(22)은 고보자력막의 배향을 제어하기 위한 것이다. 밑바닥층(22) 위에는 CoCr합금 등으로 이루어진 고보자력막(23)이 형성되어 있다. 고보자력막(23)의 중앙영역, 즉 활성영역에는 산화층(24)이 형성되어 있다. 산화층(24)을 포함하는 고보자력막(23)위에는 NiFe합금 등으로 이루어진 MR층(25)이 형성되어 있다. 또한 MR층(25)의 일부 영역위에는 MR층(25)에 전류를 공급하기 위한 도전층(26)이 형성되어 있다. 이와 같은 구조로 선택, 설정함에 의해 밑바닥층(22)은 고보자력막(23)의 배향을 제어하고 또한 션트 바이어스층으로서의 역할도 담당한다. 제3a∼3d도는 본 발명에 따른 MR센서의 제조방법의 한 예를 설명하기 위한 단면도이다. 제3a도에 도시된 바와 같이 기판(21) 위에 예를 들면 0.1μm 정도의 Cr막을 형성함에 따라 밑바닥층(22)을 형성한다. 다음에 밑바닥층(22) 위에 증착법 또는 스파터링법에 의해 고보자력막(23)으로서 예를 들면 CoCr합금막을 성막한다. 다음에 고보자력막(23)의 활성영역 이외의 영역에 예를 들면 Cr등에 의해 마스크(30)를 형성한다.
이어서 제3b도에 도시된 바와 같이 산소 분위기에서 열처리를 실시하여 고보자력막(23)을 산화시키고 대략 2nm 이상의 산화층(24)을 형성한다. 여기서 열처리를 대신해 고보자력막(23)에 예를 들면 산소원소를 이온 주입하여 그 부분을 비자성으로 함으로써 고보자력막(23)내에 비자성층을 형성해도 좋다.
이어서 제3c도에 도시된 바와 같이 마스크(30)인 Cr을 고보자력막(23)과 같은 선택성이 높은 에칭액에 의해 제거하고, NiFe합금막 등을 증착법 또는 스파터링법에 의해 성막하여 MR층(25)을 형성한다. 여기에서 고보자력막(23)의 단부, 즉 마스크(30)가 형성되어 있던 부분은 고보자력막(23)과 MR층(25)이 교환결합 상태가 아니면 안되기 때문에 MR층(25)의 형성전에 산화층(24)이 원하는 막두께(대략 2nm)만 남길수 있는 정도로 역스퍼터 에칭하는 것이 바람직하다.
이어서 제3c도에 도시된 바와 같이 리드선으로서 도전층(26)을 패터링하여 형성한다.
또 고보자력막(23) 대신에 반강자성막을 이용해도 상기한 형성방법으로 MR센서를 제조할수 있다. 이 경우 반강자성막으로 예를 들면 FeMn을 이용했을 때는 MR층과 교환결합되는 γ-FeMn의 성장에 적합한 밑바닥층을 선택할 수 있다.
비자성층인 산화층(24)은 자기적으로 비교환결합을 발생하는 약 2nm정도이기 때문에 상기와 같은 제조방법이 가능하다. 또 두께가 얇기 때문에 누설되는 자계에 의한 악영향을 피할수 있다. 또 상기와 같은 제조방법으로 했기 때문에 산화층(24)에 의한 단차 발생 또는 MR층의 특성을 악화시키는 것을 방지한다.
[실시예2]
제4a~4c도는 본 발명에 따른 MR센서의 제조방법의 다른 예를 위한 단면도이다. 제4a도에 도시된 바와같이 기판(21) 위에 Ta, Ti 등으로 이루어진 바이어스 전류층(41) 및 TiN과 TiO2등으로 이루어진 고저항층(42)을 순차적으로 형성한다. 바이어스 전류층(41) 및 고저항층(42)에 의해 션트 바이어스층이 구성된다.
다음에 션트 바이어스 층위에 증착법 또는 스파터링법에 의해 MR층(25)을 형성한다. 다음에 MR층(25)의 활성영역에 예를 들면 Ti, SiO2등의 비자성 재료로 이루어진 자기절연층(43)을 형성한다.
이때 자기절연층(43)의 단부는 MR층(25) 표면에 대해 수직(θ=90도)이어도 좋지만 자기절연층(43)의 단부에 형성된 고보자력막(23)의 막두께가 충분히 확보되지 않는 경우가 있기 때문에 자기절연층(43)의 단부를 경사형(θ90도)으로 하는 것이 바람직하다. 또 자기절연층(43)의 형성시에 마스크의 위치를 이동시키면서 성막함에 따라 제5도에 도시된 바와 같이 단차를 갖도록 할 수도 있다.
이어서 제4b도에 도시된 바와 같이 자기절연층(43)을 포함한 MR층(25)위에 고보자력막(23)을 증착법 또는 스파터링법에 의해 형성한다. 이때 MR층(25)의 단부에 있어서는 고보자력막(23)과 MR층(25)이 교환결합상태가 아니면 안되기 때문에 자기절연층(43)을 원하는 막두께만 남기는 정도로 역스퍼터 에칭한 후 고보자력막(23)을 성막하는 것이 바람직하다.
이어서 제4c도에 도시된 바와 같이 도전층(26)을 패터닝하여 리드선을 형성한다.
또 고보자력막(23) 대신에 반강자성막을 이용해도 마찬가지로 상기 형성방법으로 MR센서를 제조할 수 있다. 고보자력막은 반강자성막의 경우에도 마찬가지로 상기 형성방법으로 형성할 수 있다.
비자성층인 자기절연층(43)은 두께 2nm정도의 박막이기 때문에 이온 밀링법에 의한 패터닝은 용이하게 행할 수 있다. 또 리프트오프법으로 형성하는 것도 가능하다. 이 Ti, SiO2등의 자기절연층은 얇아서 누설되는 자계가 없고 누설되는 자계에 의한 악영향을 피할 수 있다. 또 자기절연층은 고보자력막의 두께 약 40nm에 비해서 2nm정도로 작기 때문에 단차를 발생하는 일이 없고, 고보자력막의 특성을 악화시키는 것을 방지한다.
전술한 바와 같이 자기절연층은 누설자계, 단차효과의 관점에서는 얇고, 또 경사막이 θ이 작은 쪽이 바람직하다. 다음에 경사각이 θ이 30도 이하인 자기적 절연층을 제작하는 방법을 설명한다.
우선 기판(21) 위에 바이어스 전류층(41), 고저항층(42) 및 MR층(25)을 상기와 같이 순차적으로 형성한다. 다음에 제6a도에 도시된 바와 같이 MR층(25) 위에 스파터링법 등에 의해 SiO2를 성막하고 막두께 3nm의 자기절연층(60)을 형성한다.또한 자기절연층(60)위에 스파터링법 등에 의해 SiN을 막두께1nm종도로 성막한다. 이 SiN(61)은 자기절연층(60)의 패터닝마스크로서 이용한다. 또 제6b도에 도시된 바와 같이 SiN(61) 위에 레지스트층(62)을 형성하여 이것을 원하는 형상으로 패터닝하여 마스크를 형성한다.
이어서 제6b도에 도시된 바와 같이 반도체 프로세스로 이용되는 화학 드라이 에칭법에 의해 CF4+O2가스로 SiN(61) 및 SiO2를 애칭한다. CF4+O2가스의 SiN 및 SiO2에 대한 에칭속도는 가스중 O2의 혼합비를 바꿈에 의해 제어할 수 있기 때문에, 가스중 O2의 혼합비를 적절히 선택함에 따라 자기절연층(60)의 단부의 경사각 θ을 대략 30도 또는 그 이하로 할 수 있다.
즉 원하는 에칭후 레지스트를 제거허면 제6C도와 같이 된다.
최후에 제6d도에 도시한 바와 같이 SiN(61)을 제거하는 경우도 제 CF4+O2가스중의 O2의 혼합비를 적절히 선택하여 에칭한다.제6a~6d도에 도시한 공정에 있어서 제반조건은 최종적인 자기절연층(60)의 형상, 크기 등을 고려해 선택할 필요가 있다.
이와 같이 경사각 θ가 작은 자기절연층을 제작함에 의해, 자기절연층 위에 확실히 자화안정화막 또는 MR층을 형성할 수 있다. 따라서 자기절연층의 두께에 의한 단차에 기인하는 자기특성의 악화를 억제할 수 있다. 또 이 자기절연층 위에 형성된 자화안정화막과 MR층에 의하여 활성영역에 발생하는 누설자계를 방지 할 수 있다.
다시 자기절연층의 재료로서 금속을 이용하는 경우에는 마스크재료로서 SiN대신에 CF4+O2가스의 에칭 속도가 자기절연층에 대한 CF4+O2가스의 에칭속도와 다른 재료를 이용한다. 예를 들면 자기절연층의 재료로서 W와 Nb를 이용하는 경우에는 마스크 재료로서 Mo를 선택한다. 이처럼 마스크 재료를 선택하고 CF4+O2가스중 O2의 혼합비를 적절히 선택함에 따라 자기절연층의 단부의 경사각 θ을 30도 이하로 할 수 있다.
[실시예 3]
제7a~7e도는 본 발명에 따른 자기저항효과센서의 제2실시예를 도사한 단면도이다. 우선 제7a도에 도시된 바와 같이 기판(71)위에 고보자력막의 배향을 제어하기 위해 예를 들면 Cd을 성막하여 막두께 0.1μm의 밑바탕층(72)을 형성한다. 이 밑바탕층(72)은 전술한 바와 같이 고보자력막의 배향을 제어하는 동시에 션트 바이어스층으로도 이용된다.
다음에 밑바탕층(72)위에 예를 들면 CoCr합금을 증착법 떠느 스파터링법에 의해 성막하여 막두께 30nm의 고보자력막(73)을 형성한다. 다시 고보자력막(73)위에 레지스터층을 형성하고, 활성영역에 대응하는 영역을 제거하여 마스크(74)를 형성한다.
다음에 제7b도에 도시된 바와 같이 이온 밀링 또는 역스파터 에칭 등에 M이해 고보자력막(73)을 5nm에칭하고 오목부(75)를 형성한다. 다음에 제7c도에 도시된 바와 같이 오목부(75)내에 예를 들면 Cr을 성막하여 막두께 10nm의 자기절연층(76)을 형성한다. 이때의 자기절연층(76)은 매우 얇고, 누설자계가 발생하지 않기 때문에 누설자계에 의한 영향을 무시할 수 있다. 다음에 제7D도에 도시된 바와 같이 마스크(74)를 아세톤 등으로 제거한 후, NiFe합금을 증착법 또는 스파터링법에 이해 성막하고 막두께 30nm의 MR층(77)을 형성한다. 이때 마스크(74)가 형성되어 있던 고보자력막(73)과 함께 자기절연층(76)도 에칭되어 버리기 때문에 자기절연층(76)의 막두께는 고보자력막(73)과 MR층(77)이 교환결합하지 않는 정도로 해놓는 것이 바람직하다.
최후에 제7e도에 도시된 바와 같이 MR층(77)위에 예를 들면 Cu로 이루어진 도전층(78)을 형성하고 이것을 패터닝한다.
이와 같이 하여 얻어진 자기저항효과센서에 있어서, 자기절연층(76)은 고보자력막(73)과 MR층(77)사이의 교환결합을 충분히 단절시킬 수 있다. 또 자기절연층(76)이 고보자력막(73)표면보다 위로 돌출하는 두께가 작기 때문에 자기절연층(76)의 단차형상에 의한 자기적 영향은 거의 무시할 수 있고 MR층(77)의 자기적 특성을 악화시키는 일이 없다.
또 본 실시예에 있어서는 횡바이어스의 부여방법으로서는 션트 바이어스 방식을 이용한 경우에 대해서 설명하고 있지만 횡바이어스의 부여방법으로서 연자성막을 이용한 SAL바이어스 방식 등을 이용해도 좋다. 또 고보자력막(73)대신에 반강자성막을 이용하는 경우라도 본 실시예와 같이 형성할 수 이다.
[실시예4]
제8도는 비교환결합형 MR층을 갖는 자기저향효과센서의 한 예를 도시한 단면도이다. 이 자기저항효과센서는 기관(81)위에 반강자성막(82)을 형성하고, 반강자성막(82)의 활성영역에 대응한 영역위에 예를 들면 Cu로 이루어진 막두께 3nm의 자기절연층(83)을 형성하고, 그 위에 예를 들면 NiF 로 이루어진 막두께 3nm의 저보자력막(84)을 형성하고 저보자력막(84)위에 예를 들면 Cu로 이루어진 막두께 5nm의 바자성층(85) 및 예를 들면 Co로 이루어진 막두께 3nm의 고보자력막(86)을 순차적으로 형성하고 최후에 고보자력막(86)이 비교환결합형 MR층을 구성하고 있다. 이와 같은 구성의 자기저항효과센서에 있어서는 비교환결합형 MR층이 활성영역인 저보자력막(84)측에 저화안정화막으로서 반강자성막(82)이 형성되어 있다. 이 때문에 비교환결합형 MR층을 이용한 경우에도 바르크하우젠 노이즈를 억제할 수 있다. 이 경우 자기적 저연층의 막두께는 3nm정도로 얇기 때문에 그 위에 형성되는 기교환결합형 MR층의 자기적 특성을 약화시키는 일은 없다.
[실시예5]
제9도는 스핀밸브형 MR층을 갖는 본 발명에 따른 자기저항효과센서의 한 예를 도시한 단면도이다. 이 자기저항효과센서는 기판(81)위에 자화안정화막으로서 예를 들면 FeMn으로 이루어진 막두께 14nm의 반강자성막(82)을 형성하고, 반강자성막(82)의 활성영역에 대응하는 영역위에 예를 들면 Cu로 이루어진 막두께 3nm의 자기절연층(83)을 형성하고, 그위에 예를 들면 NiFe로 이루어진 막두께 4nm의 저보자력막(84)을 형성하고, 저보자력막(84)위에 예를 들면 Cu로 이루어진 막두께 2nm의 비자성층(85), 막두께 8nm의 저보자력막(84) 및 자화 고착막으로서 예를 들면 FeMn으로 이루어진 막두께 14nm의 반강자성막(82)을 순차적으로 형성하고 최후로 반강자성막(82)위에 도저층(87)을 형성하여 이루어진 것이다. 상기 스핀밸브형 MR층은 저보자력막(84), 비자성층(85), 저보자력막(84) 및 반강자성막(82)에 의해 구성된다.
이와 같은 구성을 자기는 자기저항효과센서에 있어서, 저보자력막(84)측에 자화안정막으로서 반강자성막(82)이 일부는 자기적 절연층(83)을 통해 형성되어 있다. 이 때문에 스핀밸브형 MR층을 히용한 경우에도 바르크하우젠노이즈를 억제할 수 있다. 이 경우 자기절연층의 막두께는 3nm정도로 얇기 때문에 그 위에 형성되는 스핀밸브형 MR층의 자기적특성을 양화시키는 일은 없다.
[실시예6]
제10도는 본 발명에 따른 뎁스 통전방식의 자기저항효과센서의 일례를 도시한 단면도이다. 이 자기저항효과 센서는 기판(81)위에 자화안정화막으로서 예를 들면 FeMn으로 이루어진 막두께 14nm의 반강자성막(82)을 형성하고, 반강자성막(82)의 활성영역에 대응하는 영역위에 예를 들면 Ti로 이루어진 막두께 3nm의 자기절연층(83)을 형성하고, 그위에 예를 들면 NiFe로 된 막두께 8nm의 저보자력막(84)을 형성하고, 저보자력막(84)상에 예를 들면 Cu로 된 막두께 4nm의 비자성층(85) 및 막두께 8nm의 저보자력층을 형성하고, 또한 활성영역에 대응하는 저보자력막(84)의 영역상에 예를 들면 Ti로 된 막두께 3nm의 자기절연층(83)을 형성하고, 그 위에 예를 들면 FeMn으로 이루어진 막두께 14nm의 반강자성막(82)을 순차적으로 형성하고, 마지막으로 반강자성막(82) 위에 도전층(87)을 형성하여 이루어진 것이다. 텝스 통전방식의 MR층은 저보자력막(84), 비자성층(85) 및 저보자력막(84)에 의해 구성된다.
이와 같은 구성은 자기저항효과센서에 있어서는 2개의 저보자력막(84)이 함께 활성영역으로 제공되기 때문에, 양쪽 저보자력막(84)의 자기절연층(83)을 통해서 자화안정화막인 반강자성막(82)을 형성하고 있다. 이 때문에 텝스 통전방식 MR층을 이용한 경우에도 바르크 하우젠 노이즈를 억제할 수 있다. 이 경우 자기절연층의 막두께는 3nm정도로 얇기 때문에 그 위에 형성된 텝스 통전방식의 MR층의 자기적 특성을 악화시키는 일은 없다.
[실시예 4∼6]에 있어서 MR층과 자화안정화막이 양 단부에서 이 양 단부를 제외한 영역(활성영역)보다 강한 교환결합력으로 자기적으로 결합하도록 적층되어 있으면 좋다. 따라서 [실시예 4,5]에서는 자화안정화막이 MR층보다도 위에 배치되어도 좋다. 또 실시예 4∼6에 있어서 자화안정화막은 고보자력막이나 인공격자막이어도 좋다.
다시 [실시예 4∼6]의 자기저항효과센서의 자기절연층의 제작방법으로서 [실시예 1∼3]에 표시된 여러 방법을 채용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자기저항효과센서는 MR층 단부에만 반자계를 제거할 수 있는 정도로 충분히 강한 바이어스 자계를 가할 수 있고, 반면에 활성영역에서는 센서의 감도를 저하시킬 수 있는 여분의 종바이어스 자계를 억제할 수 있다. 또 이 활성영역에 있어서 자기절연층은 충분히 얇기 때문에 누설자계에 의한 악영향을 피할 수 있다. 또 자기절연층이 얇기 때문에 이 층의 형성에 의한 단자차가 생기는 일이 없다. 이 때문에 자화안정화층 또는 MR층의 특성을 악화시키는 것을 방지할 수 있다. 또 자화안정화층의 특성에 영향을 미치는 배향을 제어하기 위해 밑바당층을 설치함에 따라 자화안정화층의 형성을 MR층, 절연층 등의 성막전에 행할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 자기저항효과센서의 구성에 의하면 그 제조가 용이하고 여러 가지 제조방법에 의해 얻을 수 있다.
또한 중간층의 재료로서 Cr을 선택하고, 이 Cr을 사방입사 스파터링법을 이용하여 성막하면 bcc(100) 배향막을 성막할 수 있다. 또 이 Cr막을 밑바탕층으로 하고, 그 위에 CoNi를 성막하여 고보자력막을 형성하면 CoNi가 hcp(101) 배향한다. 이에 따라 고보자력막에 이방성을 부여할수 있다. 또 고보자력막의 자기이방성을 MR층의 트랙폭방향으로 설정함에 따라 자화안정화막으로서의 효과를 향상시킬 수 있고, 또 이방성 분산에 따른 MR층으로서의 악영향을 피할 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판, 자기저항효과층, 상기 자기저항효과층의 자화를 안정화하는 고보자력막 및 상기 자기저항효과층 또는 상기 고보자력막상에 형성된 도전층을 포함하는 자기저항효과층의 전기저항의 변화에 따라 자계를 검출하는 자기저항효과센서에 있어서, 상기 자기저항효과층과 상기 고보자력막으로 이루어진 적층체는 양 단부에서 강한 교환결합력으로 결합되는 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자기저항효과층과 상기 고보자력막 사이에 자기절연층이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기저항효과층이 비교환결합형 자기저항효과층, 스핀밸브형 자기저항효과층 및 텝스 통전방식의 자기저항효과층으로 구성된 그룹으로부터 선택된 층인 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비교환결합형 자기저항효과층이 저보자력막, 비자성막 및 고보자력막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  5. 제3항에 있어서, 상기 스핀밸브형 자기저향효과층이 저보자력막, 비자성막, 저보자력막 및 반강자성막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  6. 제3항에 있어서, 상기 텝스 통전방식 자기저향효과층이 저보자력막, 비자성층 및 저보자력막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 자기저항효과층이 NiFe합금을 필수구성요소로 하여 구성되는 단층막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 자기저항효과층에 션트 바이어스 방식과 SAL 바이어스 방식으로 구성되는 군으로부터 선택된 방법에 의해 횡바이어스가 인가되는 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 고보자력막의 배향을 제어하는 밑바탕층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  10. 기판, 자기저항효과층, 상기 자기저항효과층의 자화를 안정화하는 고보자력막 및 상기 자기저항효과층 또는 상기 고보자력막상에 형성된 도전층을 포함하는 자기저항효과층의 전기저항의 변화에 따라 자계를 검출하는 자기저항효과센서에 있어서, 자기절연층이 상기 자기저항효과층과 상기 고보자력막 사이에 배치되고, 상기 자기절연층의 단면이 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  11. 제9항에 있어서, 상기 경사면과 수평면을 이루는 각이 30° 이하인 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  12. 제2항에 있어서, 상기 자기절연층의 두께가 1 내지 10nm의 범위내인 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
  13. 자기저항효과층의 활성영역상에 적층된 자기절연층; 및 상기 자기절연층상에 적층되고, 상기 자기저항효과층의 비활성영역과 직접 접촉하여 상기 자기저항효과층과 자기적으로 결합되고, 상기 자기저항효과층의 비활성영역에 종바이어스를 발생하며, 활성영역이 상기 비활성영역과 만나는 위치에 자계누설을 방지하는 고보자력막을 포함하는, 자기저항효과층의 전기저항의 변화에 따라 자계를 검출하는 자기저항효과센서.
  14. 제12항에 있어서, 상기 고보자력막이 연속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과센서.
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