KR100376028B1 - 자기 저항 효과 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

자기 저항 효과 소자는, 외부 자계에 응답하여 자화 방향이 용이하게 회전되는 자유층, 제 1 비-자기층과, 제 1 비-자기층의 자유층에 대향하는 측면에 제공된 제 1 핀-처리된 층으로서, 제 1 핀-처리된 층의 자화 방향이 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되지 않는 제 1 핀-처리된 층을 포함한다. 제 1 핀-처리된 층과 자유층 중 적어도 하나는 상기 제 1 비-자기층을 접촉하는 제 1 금속 자기막과 제 1 산화물 자기막을 포함한다.

Description

자기 저항 효과 소자 및 그 제조 방법{Magnetoresistance effect element and method for producing the same, and magnetoresistance effect type head, magnetic recording apparatus, and magnetoresistance effect memory element}
본 발명은 자기 저항의 변화에 응답하여 외부 자계에 대한 고레벨의 출력을 생성하는 자기 저항 효과 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 고밀도 기록 및 재생을 위해 적당한 소자를 포함하는 자기 저항 효과 소자형 헤드, 이 헤드를 포함하는 하드디스크 드라이브와 같은 자기 기록 장치 및, 상술한 소자, 헤드 및 장치를 제조하기 위한 방법들에 관한 것이다.
최근에, 하드디스크 드라이브(EDD)는 보다 고밀도 용량을 갖는 것으로 급속도로 발전하였으며, 예를 들어 매체에 기록된 자화를 기록하기 위한 재생 자기 헤드면에서 상당한 진보가 이루어 졌다. 다른 것들 중에서, 거대한 자기 저항 효과를 이용하는 자기 저항 효과 소자(이하, MR 소자라 칭함)인 스핀 밸브는 현재의 자기 저항 효과형 헤드(이하, MR 헤드라 칭함)의 감도를 향상시키는 것에 대해 고려되었다.
상술한 스핀 밸브는 하나의 비-자기층과 두 개의 강자성층을 포함한다. 비-자기층은 두 개의 강자성층들 사이에 삽입된다. 강자성층(핀-처리된 층) 중 하나의 자화 방향은 핀닝층의 교환 바이어스 자계에 의해 핀-처리된다(강자성층과 핀닝층은 교환 커플링층이라 칭한다). 다른 강자성층(자유층)의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 비교적 자유롭게 이동될 수 있도록 할 수 있다. 스핀 밸브의 전기 저항은 핀-처리된 층과 자유층의 자화 방향들 사이의 각도에 따라 변경된다.
1991년, Journal of Magentism and Magnetic Materials 93, 101페이지에는 Ni-Fe로 구성된 자기층, Cu로 구성된 비-자기층과, Fe-Mn으로 구성된 핀닝층을 포함하는 스핀 밸브가 기재되어 있다. 이러한 스핀 밸브는 약 2%의 자기 변화율(이하, MR 비율이라 칭함)을 갖는다. 핀닝층이 Fe-Mn으로 구성되었을 때, MR 비율은 작게 되고, 차단 온도(핀-처리된 층상의 핀닝층의 자화 핀닝 효과가 사라지는 온도)는 크게 높지 않게 된다. 또한, Fe-Mn은 보다 적은 부식 저항을 갖는다. 따라서, 다른 스핀 밸브들은 여러 재료로 구성된 핀닝층을 포함하는 것으로 제안되었다. 다른 것들 중에, Pt-Mn은 양호한 부식-저항과 열적 안정성을 갖는다. 핀닝층은 NiO 및 α-Fe2O3과 같은 산화물로 구성되어, 스핀 밸브가 15%의 매우 높은 MR 비율을 갖도록 할 수 있다.
그러나, NiO 핀닝층을 포함하는 스핀 밸브는 충분히 높은 차단 온도를 갖지 않기 때문에, NiO 스핀 밸브는 적은 열적 안정성을 갖는다.
α-Fe2O3스핀 밸브는 금속 자기층의 핀닝 효과가 충분치 않는 단점이 있다. 특히, 스핀 밸브가 이중 밸브 구조를 갖거나, 또는 α-Fe2O3층이 핀-처리된 층에 제공되는 구조가 될 때, α-Fe2O3층에서 그러한 단점을 크게 나타난다. Pt-Mn 스핀 밸브는 우수한 열적 안정성을 갖지만, NiO 또는 α-Fe2O3스핀 밸브와 같은 높은 MR 비율을 갖지 못한다. 따라서, Pt-Mn에 의해 나타내는 것과 같은 열적 안정성과 NiO 또는 α-Fe2O3에 의해 나타나는 큰 MR 비율은 하나의 소자에서 성취되지 않는다.
또한, 금속층들의 작은 전체 두께와 보다 높은 MR 비율이 자기 저항 소자에 요구된다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 기술의 단점을 해소하여, 핀-처리된 층이 금속 자기층의 다층막과 산화물 자기막을 포함하는 자기 저항 효과 소자를 제공하는 장점을 얻을 수 있고, 그로 인해, 높은 MR 비율을 얻을 수 있고, 핀닝층이 Pt-Mn으로 구성되고, 그로 인해, 높은 MR 비율의 손실없이 열적 안정성을 얻을 수 있게 하기 위함이다.
도1 내지 도13은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 소자들의 예들을 도시한 횡단면도.
도14a 및 도14b는 본 발명의 자기 저항 효과형 헤드의 예들을 설명하는 다이어그램.
도15는 본 발명에 따른 요크형 자기 저항 효과 헤드의 예를 설명하는 다이어그램.
도16은 본 발명에 따른 자기 기록 장치를 설명하는 다이어그램.
도17은 본 발명에 따른 자기 저항 메모리 소자의 예를 설명하는 다이어그램.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1...기판
2...핀닝층(pinning layer)
3...핀-처리된 층(pinned layer)
4...비-자기층
5...자기막(자유층)(free layer)
31...산화물 자기막
32...금속 자기막 100...스핀 밸브막
본 발명의 한 관점에 따라, 자기 저항 효과 소자는, 외부 자계에 응답하여 자화 방향이 용이하게 회전되는 자유층; 제 1 비-자기층과; 제 1 비-자기층의 자유층에 대향하는 측면에 제공된 제 1 핀-처리된 층으로서, 제 1 핀-처리된 층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되지 않는 제 1 핀-처리된 층을 포함한다. 제 1 핀-처리된 층과 자유층 중 적어도 하나는 제 1 비-자기층을 접촉하는 제 1 금속 자기막과 제 1 산화물 자기막을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 핀-처리된 층은 제 1 금속 자기막과 제 1 산화물 자기막을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 자기 저항 효과 소자는 자유층의 제 1 비-자기층에 대향하는 측면에 제공된 제 2 비-자기층과; 제 2 비-자기층의 자유층에 대향하는 측면에 제공된 제 2 핀-처리된 층으로서, 제 1 핀-처리된 층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전하게 되지 않는 제 2 핀-처리된 층을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 자유층은 제 1 금속 자기막과 제 1 산화물 자기막을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 자기 저항 효과 소자는 자유층의 제 1 비-자기층에 대향하는 측면에 제공되고, 만족스런 평탄도를 갖는 산화물 비-자기막을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 자기 저항 효과 소자는 제 1 산화물 자기막에 자기적으로 결합된 핀닝층을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 자유층은 제 1 산화물 자기막의 제 1 금속 자기막에 대향하는 측면에 제공된 제 2 금속 자기막을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 자기 저항 효과 소자는 제 1 핀-처리된 층에 자기적으로 결합된 핀닝층을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 핀-처리된 층은 제 1 산화물 자기막의 제 1 금속 자기막에 대향하는 측면에 제공된 제 2 금속 자기막을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 핀-처리된 층은, 제 1 산화물 자기막의 제 1 금속 자기막에 대향하는 측면에 제공된 제 2 금속 자기막; 제 3 금속 자기막과; 제 2 및 제 3 금속 자기막을 강자성적으로 교환-결합하는 교환-결합 비-자기막을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 핀-처리된 층은, 제 1 산화물 자기막의 제 1 금속 자기막에 대향하는 측면에 제공된 비-자기막; 비-자기막을 통해 제 1 산화물 자기막을 자기적으로 교환-결합하는 제 2 산화물 자기 박을 더 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 산화물 자기막은 Fe를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 산화물 자기막은 Fe 및 X를 포함하고, 여기서, X는 Al, Si, B 및 N으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 산화물 자기막은 주성분으로서 MFe2O4를 포함하고, 여기서, M은 Fe, Co 및 Ni로부터 선택된 적어도 하나의 원소이다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 산화물 자기막은 주성분으로서 Fe3O4를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 산화물 자기막은 주성분으로서 CoFe2O4를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 핀닝층은 P-Mn을 포함하고, 여기서 P는, Pt, Ni, Pd, Ir, Rh, Ru, 및 Cr로부터 선택된 적어도 하나의 원소이다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 핀닝층은 α-Fe2O3또는 NiO 중 어느 하나, 또는 둘 모두를 포함하거나, α-Fe2O3막 및 NiO막을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 핀닝층은 (AB)2Ox층을 포함하고, 여기서, 산소에 대한 원소(A 및 B)의 조성비는 2 : x 이며, x의 범위는 2.8〈 x〈 3.2이고, 여기서, t는,
(여기서, Ra, Rb 및 Ro는 원소(A, B 및 C 각각의 이온 반경을 나타냄)로 정의되고,
t는 0.8〈 t〈 0.97
을 만족한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, (AB)2Ox층의 원소(B)는 적어도 하나의 천이 금속을 포함하고, 주성분으로서 Fe를 갖는다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, (AB)2Ox층의 원소는 희토 산화물 금속으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 산화물 자기막은 제 1 금속 자기막의 산화물이다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 금속 자기막은 Co-Fe 합금을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 자유층은 비-자기막을 통해 강자성적으로 교환-결합되는 비-자기막 및 두 개의 금속 자기막을 포함하고, 두 개의 막은 포화된 자화의 상이한 두께 또는 상이한 레벨을 갖는다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 자기 저항 효과 소자는 상부 및 하부 측면에 제공된 전극들을 더 포함하고, 자기 저항 효과 소자를 통해 수직으로 전류가 흐른다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 자기 저항 효과형 헤드는 상술한 자기 저항 효과 소자와 실드를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 자기 저항 효과형 헤드는 상술한 자기 저항 효과 소자와 자기 저항 효과 소자에 자계를 도입하기 위한 요크를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 자기 기록 장치는, 상술한 자기 저항 효과형 헤드; 자기 저항 효과형 헤드를 제어하여 기록 매체를 트랙킹하는 서보 섹션과; 자기 저항 효과형 헤드가 기록 매체에 또는 기록 매체로부터 기록 또는 재생하는 신호를 처리하기 위한 신호 처리 섹션을 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 자기 저항 효과 메모리 소자는, 상술한 자기 저항 효과 소자와; 자기 저항 효과 소자로부터 정보를 판독하기 위한 정보 판독 리드 라인과; 자기 저항 효과 소자에 정보를 기록하기 위한 정보 기록 리드 라인을 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 상술한 자기 저항 효과 소자를 제조하기 위한 방법은, 산화물 타겟을 이용하여 스퍼터링을 통해 제 1 산화물 자기막을 형성하기 위한 제 1 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 산화물 타겟은 Fe3O4를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 단계는 불활성 기체 및 산소 기체를 이용하여 스퍼터링을 통해 제 1 산화물 자기막을 형성하는 제 2 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 1 단계는 불활성 기체 및 산소 기체를 이용하여 스퍼터링을 통해 제 1 산화물 자기막을 형성하는 제 2 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 산화물 타겟은 CoFe2O4를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 자기 저항 효과 소자를 제조하기 위한 방법은, 기판에 직접 또는 기판상의 층을 통해, 자유층, 비-자기층 및, 핀-처리된 층의 금속 자기막을 연속으로 형성하기 위한 제 1 단계; 핀-처리된 층의 금속 자기막의 표면을 산화시키기 위한 제 2 단계; 금속 자기막의 표면에 산화물 자기막을 형성하기 위한 제 3 단계와; 산화물 자기막에 핀닝층을 형성하기 위한 제 4 단계를 포함하고, 자유층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되고, 핀-처리된 층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되지 않는다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 2 단계는 플라즈마 산화를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 2 단계는 산소 래디칼 리소스에 의해 생성된 산소 래디칼을 이용하여 금속 자기막의 표면을 산화하기 위한 단계를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 2 단계는 자연 산화를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 제 2 단계는 산소 이온 소스에 의해 생성된 산소 이온들을 이용하여 금속 자기막의 표면을 산화하기 위한 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 자기 저항 효과 소자를 제조하기 위한 방법은, 기판에 직접 또는 기판상의 층을 통해, 자유층, 비-자기층 및, 핀-처리된 층의 제 1 금속 자기막을 연속으로 형성하기 위한 제 1 단계; 반응 스퍼터링을 통해 핀-처리된 층의 산화물 자기막을 형성하기 위한 제 2 단계; 산화물 자기막의 표면에 제 2 금속 자기막을 형성하기 위한 제 3 단계와; 제 2 자기막에 핀닝층을 형성하기 위한 제 4 단계를 포함하고, 자유층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되고, 핀-처리된 층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 본 발명은 (1) 핀-처리된 층이 금속 자기층의 다층막과 산화물 자기막을 포함하는 자기 저항 효과 소자를 제공하는 장점을 얻을 수 있고, 그로 인해, 높은 MR 비율을 얻을 수 있고, 핀닝층이 Pt-Mn으로 구성되고, 그로 인해, 높은 MR 비율의 손실없이 열적 안정성을 얻을 수 있고; (2) 자기 저항 효과 소자를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 상술한 장점 및 다른 장점은 본 명세서에 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명으로부터 본 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 쉽게 이해할 수 있다.
도1은 본 발명의 예에 따라 스핀 밸브막(100)을 설명하는 횡단면도이다. 스핀 밸브막(100)은 자기막(5)(자유층), 비-자기층(4), 핀-처리된 층(3) 및, 기판(1) 상의 핀닝층(2)을 포함한다. 즉, 핀-처리된 층(3)의 금속 자기막(32)은 비-자기층(4)과 접촉하면서, 핀-처리된 층의 산화물 자기막(31)은 핀닝층(2)에 접촉하고 있다.
도2는 본 발명의 다른 예에 따라 스핀 밸브막(200)을 설명하는 횡단면도이다. 도2에 도시된 것 처럼, 산화물 비-자기막(6)은 자유층(5)의 비-자기층(4)에 대향하는 표면에 배치되어 있다. 자유층(5)과 산화물 비-자기층(6) 사이의 계면은 평탄하게 되어 있다.
도3은 본 발명의 다른 예에 따라 스핀 밸브막(300)을 설명하는 횡단면도이다. 도3에 도시된 것 처럼, 스핀 밸브막(300)은 핀닝층(2), 금속 자기막(32) 및 산화물 자기막(31)을 갖는 핀-처리된 층(2), 상부 비-자기층(4), 자기막(5)(자유층), 하부 비-자기층(4), 금속 자기막(32) 및 산화물 자기막(31)을 갖는 핀-처리된 층(3) 및, 기판(1) 상의 핀닝층(2)을 포함한다.
도5a는 본 발명의 다른 예에 따라 스핀 밸브막(500)을 설명하는 횡단면도이다. 도5a에 도시된 것 처럼, 자유층(5A)은 금속 자기막(51) 및 산화물 자기막(52)을 포함한다. 금속 자기막(51)은 자기층(4)에 접촉한다. 핀-처리된 층(3D)은 금속 자기층과 산화물 자기막을 포함한다.
특히, 자유층(5B)은 도6에 도시된 것 처럼, 금속 자기막(51), 산화물 자기막(52) 및, 금속 자기막(51)을 포함한다.
도7에 도시된 것 처럼, 핀닝층(2)은 도5a 및 도6에 도시된 것 처럼 핀-처리된 층(3D)에 접촉하도록 제공될 수 있다. 도7에 도시된 핀-처리된 층(3D)은 이하에 설명되는 도1, 도2 또는 도4에 도시된 것과 유사한 구조를 가질 수 있다. 핀-처리된 층(3D)은 금속 자기막(31), 산화물 자기막(32), 및 도5에 도시된 금속 자기막(31)을 포함할 수 있다.
도7 및 도8에 도시된 자유층(5B)은 도5a에 도시된 것과 같은 구조를 가질 수 있다.
양호하게, 상술한 산화물 자기막들은 Fe를 포함한다. 예를 들어, Fe 및 원소(X)를 모두 포함하는 Fe-X(X는 약 4 내지 30% 원자)는 소프트 자기 특성 및 고저항 모두를 갖는다. X는 Al, Si, B 및 N으로부터 선택된 적어도 하나의 원소임일 주목한다.막들을 형성하기 위해서는 Fe-Al, Fe-Si, Fe-B 등이 타겟으로서 이용되고, 산소 또는 질소를 이용하여 반응 스퍼터링이 실행된다. 이는 FeAlO, FeSiO, FeBO, FeAlON, FeSiON, FeBON, FeAlSiO, FeAlSiON 등의 형성물을 얻을 수 있다. Fe-X는 아래에 상술한 MFe2O4보다 낮은 저항을 갖지만,막 형성을 위한 조건들을 변경시키거나 그 구성물을 변경시켜 조정될 수 있는 장점이 있다.
양호하게, 상술한 산화물 자기막들은 주성분으로서 MFe2O4(M은 Fe, Co 및 Ni로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소 중에 적어도 하나)를 포함한다.
Fe3O4가 산화물 자기막들의 주성분으로서 이용될 때, 그들막은 Fe-X를 포함하는막들 보다 높은 저항을 갖는다. 이 저항은 CoFe2O4를 주성분으로서 이용될 때 더 증가된다. 이러한 CoFe2O4산화물 자기막은 헤드 자기 특성을 나타내는데 필요한 핀-처리된 층의 일부로서 적당히 이용된다.
양호하게, 상술한 핀닝층은 P-Mn 합금(여기서 P는 Pt, Ni, Pd, Ir, Rh, Ru, 및 Cr로부터 선택된 적어도 하나)으로 구성된다. 이러한 핀닝층들은 α-Fe2O3또는 NiO 중 어느 하나, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 핀닝층들은 (AB)2Ox층을 포함할 수 있는데, 여기서, 산소에 대한 원소(A 및 B)의 조성비는 2 : x이고 x의 범위는 2.8〈 x〈 3.2이며, 여기서, t는,
(여기서, Ra, Rb 및 Ro는 원소(A, B 및 C 각각의 이온 반경을 나타냄)로 정의되고,
t는 0.8〈 t〈 0.97을 만족한다.
양호하게, (AB)2Ox층의 원소(B)는 적어도 하나의 천이 금속이고, 주성분으로서 Fe를 포함한다. 원소(A)는 바람직하게 희토 산화물 원소(Y 및 La를 포함)들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이다.
그들막은 스퍼터링에 의해 기판상에 형성된다. 핀닝층이 도1에 도시된 것 처럼 낮은 위치에 있을 때, 핀닝층은 α-Fe2O3막 NiO막 또는 (AB)2Ox막을 포함한다. 층들이 역순으로 배치되는 구조에서 핀닝층이 상부 위치에 있을 때, P-Mn은 핀닝층으로 양호하게 될 수 있다. Pt-Mn은 전자의 경우에 이용될 수 있다.
핀닝층에 대해서는, 도2에 도시된 MR 소자(200)에 적용한다. 도3에 있어서, 상부 및 하부 핀닝층(2)은 적당히 구성될 수 있지만, 상이한 재료로 구성된다.
도4에 도시된 것 처럼, 핀-처리된 층(3A)은 비-자기층(4)에 접촉하는 금속 자기막(32)과 두 개의 산화물 자기막(31)이 비-자기막(33)을 통해 서로 자기적으로 교환-결합된 다층막을 포함할 수 있다.
또한, 도1, 도2, 도4, 도5a 및/또는 도8에 도시된 구조는 도9 내지 도13에 도시된 구조를 제공하기 위해 조합될 수 있다.
도9에 도시된 구조는 도8에 도시된 것들과 동일한 층을 갖지만, 역순으로 되어 있다. 도9에 있어서, 자유층(5)은 도1 내지 도3에서 처럼 단일층으로 되어 있지만, 하부에는 자유층(5)의 소프트 자기 특성을 개선하기 위한 층(7)을 갖는다.
도10에 도시된 구조는 기본 구조로서 도8에 도시된 구조를 갖는다. 도10에 있어서, 자유층(5)은 단일층이다. 자유층(5)에는 산화물 비-자기막이 제공된다. 또한, 핀닝층(2)의 특성들을 개선하기 위해 층(7)이 제공된다.
도11a에 있어서, 본 발명에 따른 자기 저항 효과 소자(1100A)는 도10에 도시된 소자(1000)에 기초한 구조를 갖는다. 소자(1100A)에 있어서, 핀-처리된 층(3C)은 상부 금속 자기막(32), 비-자기막(33), 중간 금속 자기막(32), 산화물 자기막(31) 및, 하부 금속 자기막(32)을 포함한다. 도11a에 도시된 것 처럼, 중간 및 하부 금속 자기막(32)은 도4의 핀-처리된 층(3A)과 유사한 비-자기막(33)을 통해 자성적으로 교환-결합되어 있다. 그러나, 금속 자기막(32)은 도4와는 달리 이용된다. 하부 금속 자기막(32)은 핀닝층(2)에 접촉한다. 비-자기막(33)은 교환-결합이 반강자성이 되는 두께를 가질 수 있다. 반강자성 교환-결합으로 인해 향상된 핀닝층(2)의 핀닝 효과를 얻는다. 소자(1100A)에 있어서, 산화물 비-자기막(6)은 도10과는 달리 자유층(5)에 제공되지 않지만, 산화막 또는 금속 보호막이 자유층(5)에 제공될 수 있다.
전형적으로, 전류는 상술한 MR 소자들에서막의 평면에 흐르도록 한다. MR 소자들은 산화물 자기층을 갖기 때문에, 전류가막을 통해 수직으로 흐르도록 소자의 상부 및 하부 측면에 전극을 제공할 수 있다.
본 발명에 따라 자기 저항 효과형 헤드의 두 종류는 도14a, 도14b 및 도15에 도시되어 있다. 한 MR 헤드(도14a 및 도14b)는 MR 소자(9) 및 실드(10 및 15)를 포함한다. 다른 MR 헤드(도15)는 MR 소자(9)에 검출되는 자계를 도입시키는 소프트 자기 몸체의 요크(16) 및 MR 소자(9)를 포함한다. 도14a에 도시된 MR 헤드는 하드 바이어스부(12)를 포함한다. 도14b에 도시된 MR 헤드는 반강자성 바이어스부(12a)를 포함한다.
도14a 및 도14b에 있어서, 전류는 MR 소자(9)의 한막의 평면에 흐르도록 되어 있다. 리드부(13)가 MR소자(9)의 막의 상부 및 하부 표면들에 부착되고, 상부 실드(15) 및 하부 실드(10)가 서로 접속되어 있을 때, 전류는 MR 소자를 통해 수직으로 흐른다. 이러한 구조는 좁은 갭을 제공하는 장점이 있다. 이러한 경우에 있어서, 하드 바이어스부(12)는 MR 소자(9)로부터 분리되어야 하거나, 또는 하드 바이어스부(12)는 절연체로 구성되어야 한다.
도16은 상술한 MR 헤드들 중 하나를 포함하는 자기 기록 장치(1600)의 구성을 도시한다. 디스크 기록 장치(1600)는 정보가 기록되는 디스크(1604), 정보를 디스크(1604)에 기록 또는 그 디스크로부터 재생하기 위한 자기 헤드 섹션(1601)과, 헤드 섹션(1601)을 이용하여 디스크(1604)를 트랙킹하기 위한 서보 섹션(1602)을 포함한다. 이러한 디스크 기록 장치는 디스크(1604)에 고밀도로 정보를 기록할 수 있다.
또한, 정보를 판독하기 위한 센스 라인(23) 및 정보를 기록하기 위한 워드 라인(22)이 상술한 MR 소자들에 제공될 때, 도17에 도시된 것 처럼 자기 저항 효과 메모리 소자(1700)가 구성될 수 있다. 메모리 소자(1700)가 매트릭스로 배열될 때, 소위 자기 저항 랜덤 액세스 메모리(MRAM)가 구성될 수 있다.
자기 저항 효과 소자, 자기 저항 효과형 헤드 및 자기 저항 메모리 소자는 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명한다.
도1은 본 발명의 예에 다른 자기 저항 효과 소자(100)의 구성을 도시한 도면이다. 도1에 있어서, 기판(1) 상에는, 핀닝층(2), 핀-처리된 층(3)[산화물 자기막(31)/금속 자기막(32)], 비-자기층(4), 및 자유층(5)이 연속으로 제공된다. 산화물 자기막(31)의 자화는 핀닝층(2)의 교환 바이어스 자계에 의해 핀-처리된다. 산화물 자기막(31) 및 금속 자기막(32)은 강자성적으로 결합되어 있기 때문에, 금속 자기막(32)의 자화는 산화물 자기막(31)의 동일한 자화 방향쪽으로 핀-처리된다. 자기 자유층(5)은 핀-처리된 층(3)으로부터 비-자기층(4)을 통해 자기적으로 분리된다. 이는 외부 자계로 인하여 상대적으로 자유롭게 전자를 이동시킬 수 있다. 일반적으로, 두 개의 자기층(3 및 5)이 반-병렬 자화 방향을 갖는 경우에, 전자들은 자기층(5)과 비자기층(4) 사이의 계면에서 소산되기 때문에, 소자 저항은 증가하게 된다.
반면에, 두 개의 자기층들의 자화 방향이 동일하게 될 대, 전자 소산의 크기는 작게 되기 때문에, 소자 저항은 감소된다. 따라서, 소자의 전자 저항은 핀-처리된 층(3)과 자유층(5) 사이의 자화 방향들 사이의 각도에 따라 변화한다. 소자가 자기 저항 센서로서 이용될 때, 전극은 자유층(5)에 부착되고, 전류는 그 전극을 통해 자유층(5)에 인가된다. 외부 자계로 인하여 전기 신호로서 검출할 수 있는 저항을 변화시킨다. 기판(1)에 제공된 다층 구조의 순서는 역으로 될 수 있다. 이 경우에, 핀닝층(2)과 산화물 자기막(31)은 부문적으로 제거될 필요가 있기 때문에, 전극은 금속 자기막(32)에 접촉할 수 있다. 핀-처리된 층(3)이 큰 강제력을 갖는 하드 자기막을 가지고, 핀-처리된 층(3)의 자화 방향이 용이하게 회전되지 않을 경우에, 핀닝층(2)은 불필요하게 된다.
예를 들어, 산화물 자기막(31)이 큰 강제력을 갖는 하드 자기막일 때, 금속 자기막(32)은 산화물 자기막(31)과 자성적으로 결합된다. 이는 층(3)의 자기 방향을 핀닝층(2)을 사용하지 않고 핀-처리할 수 있다.
자기 저항을 결정하는 주 요인은 자기층과 비-자기층 사이의 계면이다. 자기층이 금속으로 구성되었을 때, 자기층의 증가된 두께는 션트 효과(shunting effect)로 인하여 전체 소자(이하, R로서 칭함)의 저항 및 △R(저항의 변화)을 감소시킨다. 이러한 점을 비추어 볼 때, 핀-처리된 층(3)은 비-자기층(4)과의 금속-금속 계면을 제공하기 위한 금속막 뿐만 아니라 산화막을 포함하기 때문에, R 및 △R의 감소를 방지한다. 따라서, 전체 소자의 저항(R)은 증가될 수 있다. 소자의 출력은 소자의 전류(I)로 승산된 △R에 비례하는데, 즉 I x △R이 된다. 따라서, 출력은 개선될 수 있다. 반면에, 핀-처리된 층(3)이 산화물 자기막(31)을 포함하지 않을 때, 소자(100)의 저항(R)은 작게 된다. 특히, 금속 핀닝층(2)은 R을 크게 감소시키기 때문에, 소자(100)의 출력은 심지어 MR 비율(△R/R)이 일정하게 될 때도 감소하게 된다. 양호하게, 산화물 자기막(31)과 금속 자기막(32) 사이의 계면은 돌출부 및 피트의 높이가 약 0.5 nm 또는 보다 작은 평탄성을 갖는 계면으로 되어 있다. 양호하지 못한 편탄성은 심지어 자기층 및 비-자기층의 자화 방향들이 서로 나란할 때도 저항(R)을 증가시키고, 그로 인해 MR 비율을 감소시킨다.
일반적으로, 산화막으로 구성된 핀닝층은 금속막으로 구성된 것보다 큰 MR 비율을 갖는다. 그러나, 핀닝 효과는 핀-처리되는 자기막(핀-처리된 층)이 금속막으로 구성될 때 약하게 된다. 이러한 문제는 피닝층에 접촉하는 산화물 자기막을 포함하는 핀-처리된 층에 의해 해결된다.
도2는 본 발명의 다른 예에 따라 자기 저항 효과 소자(200)를 설명하는 횡단면도이다. 도2에 도시된 것 처럼, 양호한 평탄성을 갖는 산화물 비-자기막(6)은 자유층에 제공되기 때문에, 전극들은 자유층(5)의 상부 표면상에 미러-반사된다. 이는 저항(R)을 감소시키고, 그로 인해, 높은 MR 비율을 얻는다. 또한, 바람직하게는, 산화물 비-자기막(6)과 자유층(5) 사이의 계면(interface)은 돌출부 및 피트의 높이가 약 0.5 nm 또는 보다 작은 평탄성을 갖는 계면으로 되어 있다. 만일, 그렇지 않으면, 반사된 전자량은 충분하게 되지 못한다.
산화물 자기막은 자기막이 양호한 평탄성을 갖고 자유층(5)의 소프트 자기 특성을 저하시키지 못할 때막(6)으로서 이용될 수 있다. 또한, 전극들을 미러-반사하는 Ag/Au막 또는 금속 반사막은 자유층(5)에 제공될 수 있다. 그러나, 너무 두꺼운 미러 반사막은 션트 효과로 인하여 MR 비율을 감소시킨다. 미러 반사의 두께는 약 10nm 또는 보다 작게 되는 것이 바람직하고, 약 3nm 또는 보다 작게 되는 것이 보다 바람직하다.
바람직하게는, 금속 미러 반사막과 자유층(5) 사이의 계면은 돌출부 및 피트의 높이가 약 0.5nm 또는 보다 작게 되는 평탄성을 갖는다. 그렇지 않으면, 반사의 량은 금속 반사막에 제공될 수 있다.
기판(1)에 제공되는 상술한 다층 구조의 순서는 역순으로 될 수 있다. 이러한 경우에, 핀닝층(2) 및 산화물 자기막(31)은 전극이 금속 자기막(32)에 접촉할 수 있도록 부분적으로 제거될 필요가 있다.
도3은 본 발명에 다른 듀얼 스핀 밸브 구조를 갖는 자기 저항 효과 소자(300)를 설명하는 횡단면이다. 이 소자(300)는 도1에 도시된 소자(100)의 MR 비율 보다 큰 것을 특징으로 하는데, 그 이유는 자기층과 비-자기층 사이의 계면은 전자가 자성적으로 소산되는 증가된 영역을 갖기 때문이다. 종래의 자기 저항 효과 소자는 산화물 자기막(31)을 갖지 않고, 전체 소자의 저항(R)은 감소되지만, △R이 단지 미세하게 증가되기 때문에, 출력은 크게 향상된다. 도3에 도시된 구조에 있어서, 전류가 두 개의 산화물 자기막(31) 사이를 흐르기 때문에, R은 크게 감소하지 않으며, MR 비율은 증가되어, 결과적으로, 큰 출력을 얻는다. 이 경우에, 상부 핀닝층(2) 및 상부 산화물 자기막(31)은 전극이 상부 금속 자기막(32)에 접촉할 수 있도록 부분적으로 제거될 필요가 있다.
도4는 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(400)를 설명하는 횡단면이다. 소자(400)는 비-자기막(4)에 접촉하는 금속 자기막(32)과 비-자기막(33)이 자성적으로 교환-결합된 두 개의 산화물 자기막(31) 사이에 삽입된 다층을 포함한다. 도4에 있어서, 산화물 자기막(31)은 비-자기막(33)을 통해 자성적으로 교환-결합되기 때문에, 산화물 자기막(31)의 자화 방향은 외부 자계에 의해 용이하게 회전되지 않는다. 다층은 핀-처리된 층(3A)을 구성하기 위하여 금속 자기막(32)과 자성적으로 결합되어 있다. 금속 자기막은 산화물 자기막(31)들 사이에 교환-결합을 향상시키도록 두 개의 산화물 자기막(31)과 비-자기막(33) 사이에 제공될 수 있다.
핀닝층(도시하지 않음)은 도1 내지 도3에서 하부 산화물 자기막(31)과 기판(1) 사이에 제공될 수 있다.
또한, 자유층(5)은 도5 내지 도8에 도시된 것과 같은 산화물 자기막을 포함할 수 있다.
도5a는 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자를 설명하는 횡단면도이다. 도5에 있어서, 자유층(5A)은 비-자기층(4)에 접촉하는 금속 자기막(51)과, 산화물 자기막(52)을 포함한다. 소자(500A)는 자유층(5)이 오로지 금속 자기막을 형성할 때의 MR 비율 보다 높은 MR 비율을 가지고, 소자(500A)의 모든 금속 부분의 전체 두께를 감소시킨다. 산화물 자기막(52)은 바람직하게 소프트 자기막으로 되어 있다. 도5에 있어서,. 핀-처리된 층(3)은 단일막으로서 표시되어 있지만, 도5b에 도시된 것 처럼 산화물 자기막(31)과 금속 자기막(32)을 포함할 수 있다.
도6은 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(600)를 설명하는 횡단면도이다. 소자(600)에 있어서, 산화물 자기막(52)은 약 2nm 또는 보다 작은 두께를 갖는다. 이 경우에, 산화물 자기막(52)의 소프트 자기 특성은 도5에 도시된 것 처럼 동일하게 요구된다.
상술한 소자(500A, 500B 및 600)에 있어서, 산화물 자기막(52)은 바람직하게 높은 레벨의 저항을 갖는다.
도7은 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(700)를 설명하는 횡단면도이다. 소자(700)에 있어서, 핀-처리된 층(3D)은 핀닝층(2)에 의해 핀-처리된다. MR 비율은 핀닝층(2)이 금속막으로 형성될 때보다 산화막으로 형성될 때가 보다 크게 된다. 도8은 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(800)를 설명하는 횡단면도이다. 소자(800)에 있어서, 핀-처리된 층(3B)은 상부 금속 자기막(32), 산화물 자기막(31) 및, 하부 금속 자기막(32)을 포함한다. 이 경우에, 핀-처리된 층(3B)의 산화물 자기막(31)의 저항이 높을수록, MR 비율은 보다 높게 된다.
도9는 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(900)를 설명하는 횡단면도이다. 소자(900)는, 층의 순서가 역순으로 되어 있고, 자유층(5)이 도1 내지 도3과 유사한 단일층으로 되어 있으며, 자유층(5) 아래에 자유층(5)의 소프트 자기 특성이 제공된 것을 제외하고, 소자(800)의 구조와 동일하게 기판(1)에 동일한 다층 구조를갖는다.
도10은 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(1000)를 설명하는 횡단면도이다. 소자(900)는 소자(800)에 기초한 구조를 갖는다. 소자(1000)에 있어서, 자유층(5)은 단일층이고, 산화물 비-자기막(6)은 자유층(5)에 제공된다. 핀닝층(2)의 소프트 자기 특성을 향상시키기 위한 층(7)은 핀닝층(2) 아래에 제공된다. MR 비율은 산화물 비-자기막(6)과 자유층(5) 사이의 평탄한 계면을 제공하여 증가된다.
도11a는 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(1100A)를 설명하는 횡단면도이다. 소자(1100A)는 소자(1000)에 기초한 구조를 갖는다. 소자(1000A)에 있어서, 핀-처리된 층(3C)은 상부 금속 자기막(32), 비-자기막(33), 중간 금속 자기막(32), 산화물 자기막(31) 및, 하부 금속 자기막(32)을 포함한다. 도11a에 도시된 것 처럼, 두 개의 하부 금속 자기막(32)은 도4에 도시된 핀-처리된 층(3A)과 유사한 비-자기막(33)을 통해 자성적으로 교환-결합된다. 그러나, 금속 자기막(32)은 도4의 것과 상이한 방법으로 이용된다. 하부 금속 자기막(32)은 핀닝층(2)에 접촉한다. 비-자기막(33)은 교환-결합이 반강자성이 되는 두께를 가질 수 있다(예를 들어, Ru로 구성된다면, 두께는 약 0.6 내지 0.8nm). 반강자성 교환 결합으로 인하여 핀닝층(2)의 향상된 핀닝 효과를 얻는다.
자기 저항 효과 소자(1100A)가 스핀 밸브 헤드에 이용될 때, 반강자성 교환 결합은 핀-처리된 층(3)에 의해 야기되고, 자유층(5)에 인가되는 바이어스 자계를 감소시킬 수 있다. 소자(1100A)에 있어서, 산화물 비-자기막(6)은 제 10도와 달리 자유층(5)에 제공되지 않지만, 산화막 또는 금속 보호막은 자유층(5)에 제공될 수 있다.
도12는 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(1200)를 설명하는 횡단면도이다. 소자(1200)에 있어서, 자유층(5C)은 두 개의 금속 강자성막(51)들 사이에 삽입된 비-자기막(53)을 포함한다. 두 개의막(51)은 표준 자화의 상이한 레벨 또는 상이한 두께를 갖는다. 두 개의 강자성막(51)은 서로 반-병렬로 되어 있고, 비-자기막(53)을 삽입한다. 그로 인해, 전체 자유층(5C)의 작은 반자성 전계 계수를 얻는데, 예를 들어 Ms1*d1 - Ms2*d2의 작은 값을 얻는다. 여기서, d1 및 d2는막(51)의 두께이고, Ms1 및 Ms2는막(51)의 포화 상태의 자화의 레벨이다. 일반적으로, 작은 폭을 갖는 소자는 큰 반자성 전계 계수를 갖는다. 그러한 소자가 자기 저항 효과 소자 또는 헤드가 될 때, 소자의 감도는 감소된다. 소자가 메모리 소자일 때, 워드 라인에 흐르는 전류는 자계 방향을 역으로 하는 동안에 증가된다. 그들 문제들은 본 발명에 의해 해소되었다.
도13은 본 발명에 따라 자기 저항 효과 소자(1300)를 설명하는 횡단면도이다. 소자(1300)는 도6 및 도12에 도시된 구조에 기초한 구조를 갖는다. 소자(1300)에 있어서, 자유층(5D)은 훨씬 높은 MR 비율을 얻기 위하여 두 개의 하부 금속 자기막(51)들 사이에 삽입된 산화물 자기막(52)을 포함한다.
핀닝층(2)과 같은 금속막은 불규칙적인 합금(Ir-Mn, Rh-Mn, Ru-Mn, 및 Cr-Pt-Mn)으로 구성된다. 이러한 금속막은 자계에서 금속막을 간단히 형성하여 자기막과 교환-결합될 수 있다. 그들 막이 도1 또는 도2에 도시된 소자들에 적용될 때, 소자들의 층들은 역순이 되는 것이 바람직하다. 도3에 있어서, 그들막들은 상부 핀닝층(2)에 바람직하게 적용된다. 반면에, Ni-Mn 및 Pt-(Pd)-Mn과 같은 정규의 합금들(regular alloys)은 정규용 열처리가 필요하지만, 우수한 열 안정성을 갖는다. 일반적으로, 그들 합금이 MR 소자에 적용될 때, 층들의 순서는 도1 및 도2에서 반전되어야 하고, 도3에 있어서, 그들 합금은 상부 핀닝층(2)에 이용되어야 한다. Pt-Mn으로 구성된막은 상부 또는 하부 핀닝층(2) 중 하나로 이용될 수 있고, 그 핀닝 효과는 크게 된다. 또한, Pt-Mn은 열적으로 안정되어 있다. 그러나, 그들 금속막은 그들 금속막으로 구성된 핀닝층(2)을 갖는 소자가 높은 MR 비율을 가질 수 없는 단점이 있다. 본 발명에 따라, 그러한 단점을 극복할 수 있고, 그들 금속막들을 이용함에도 불구하고 높은 MR 비율을 얻을 수 있다.
핀닝층(2)과 같은 산화막은 (AB)2Ox, NiO, α-Fe2O3등으로 구성된다. 그들 산화막들의 이용은 높은 MR 비율을 얻는다. NiO는 열적으로 안정성이 적고, α-Fe2O3막과의 조합이 바람직하다. (AB)2Ox막은 양호한 열적 저항을 갖지만, 기판상의막의 형성 동안에 기판의 열 처리가 요구된다. (AB)2Ox,의 A 원자는 큰 이온 반경을 갖는 원소이고, 바람직하게는 La, Pr, Nd, Sm, Y 등과 같은 희토 산화물 원소이다. (AB)2Ox의 B 원자는 작은 이온 반경을 갖는 원소이고, 바람직하게는 적어도 하나의 천이 금속이고, 특히, 핀닝층에서는 Fe이 이용된다. Fe는 높은 온도까지 핀닝 효과를 유지한다.
Ni-Co-Fe 합금은 상술한 자기 저항 효과 소자들의 자유층(5)에 적당하다. 바람직하게, NixCoyFez막에서 Ni, Co, Fe의 몰수(molar fractions)(x, y, z)는 다음과 같다.
0.6 ≤ x ≤ 0.9
0 ≤ y ≤ 0.4
0 ≤ z ≤0.3(이로 인해, Ni-많은 소프트 자기막을 얻는다); 또는,
0 ≤ x ≤ 0.4
0.2 ≤ y ≤ 0.95
0 ≤ z ≤0.5(이로 인해, Co-많은막을 얻는다).
이와 같은 구성물을 갖는막은 MR 센서 또는 MR 헤드에 필요한 낮은 자기 변형(low magnetostriction)(1 X 10-5)을 나타낸다.
자유층(5)의 두께는 약 1nm 또는 그 이상 및, 약 10nm 또는 보다 작은 것이 바람직하다. 션팅 효과에 따라, 자유층(5)의 두께가 두꺼울수록, MR 비율은 작아진다. 그러나, 너무 얇은 자유층(5)은 하찮은 소프트 자기 특성을 갖는다. 자유층(5)의 두께는 약 2nm 또는 보다 크고, 약 7nm 또는 보다 적은 것이 보다 바람직하다.
Co-Fe, Ni-Fe 및, Ni-Fe-Co와 같은 Co 또는 합금은 핀-처리된 층(3)의 금속 자기막(32)으로서 적당히 이용된다. 큰 MR 비율을 얻기 위하여, Co 또는 Co-Fe 합금이 바람직하게 될 수 있다. 따라서, Co-풍부한 금속 자기막(32)은 비-자기막(4)과의 계면에 제공되는 것이 바람직하다.
MFe2O4(여기서, M은 Fe, Co 및 Ni로부터 선택된 적어도 하나의 원소)는 상술한 핀-처리된 층들의 산화물 자기막(31)으로서 적당히 이용된다. MFe2O4는 고온까지 강자성 특성을 나타낸다. Co 및 Ni-풍부한 저항은 Fe-풍부한막들 보다 훨씬 크다. Co-풍부한막들은 큰 자기 이방성을 갖는다.막(31)의 소정의 특징은 그들 원소들의 몰수를 조절하여 얻을 수 있다. 소프트 자기 특성 및 포화 상태의 자화를 통해서, Fe3O4가 바람직하다. 큰 자기 이방성(antisotropy) 및 큰 강제력(coercive force)을 갖는 CoFe2O4는 금속 자기막(32)과 산화물 자기막(31)을 포함하는 핀-처리된 층(3, 3A, 3B 및 3C)에 바람직하다.
산화물 자기막(31)을 제조하기 위해서는 스퍼터링이 바람직한데, 특히,막(31)의 소정의 두께가 약 0.1nm 정도의 크기일 때 바람직하다. 스퍼터링 처리될 타겟이 주성분으로서 Fe3O4또는 CoFe2O4를 포함할 때, Ar과 같은 불활성 기체는 스퍼터링 동안에 이용되기 때문에, Fe3O4또는 CoFe2O4의 정확한 두께를 얻을 수 있다. 스퍼터링 챔버에 산소 기체를 도입시킬 필요가 없기 때문에, 챔버는 높은 진공 상태를 유지한다.
심지어, MFe2O4가 타겟으로 이용될 때에도, 결과의막은 약간의 산소가 타겟으로부터 해제되기 때문에 적은 산소를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 산소의 량은 스퍼터링 기체에 부가될 수 있다(전형적으로, 불활성 스퍼터링 기체에 대한 산소 기체의 부분적인 압력비는 약 0.1 또는 보다 작은 것이 바람직하다).
핀-처리된 층(3)의 산화물 자기막(31)은 금속 자기막(32)의 일부를 산화시켜 형성될 수 있다. 이 경우에, 산화물 자기막(31)에 대한 스퍼터링 타겟은 필요치 않기 때문에, 결과적으로막(32)의 용이한 제조를 얻을 수 있다. Co-Fe막이 금속 자기막(32)으로서 이용될 때, 결과의 Co-Fe-O막은 만족스러운 산화물 자기막(31)이 된다.
이와 같은 산화물 자기막(31)을 제조하기 위한 여러 방법들이 존재한다. 한 방법에 있어서, 금속 자기막(32)이 제공되고, 그 이후에,막(32)의 표면이 산화된다. 금속 자기막(32)의 표면을 산화시키는 한 방법의 예는 플라즈마 산화, 자연 산화 및, 래디칼 건(radical gun) 또는 이온 건(ion gun)을 이용하는 방법을 포함한다. 플라즈마 산화에 있어서, rf 또는 DC 전위는 금속막의 표면과 전극 사이에 인가되어, 챔버에 산소 기체를 흐르게 하는 동안에 플라즈마를 생성한다. 이 플라즈마는 금속막의 표면을 산화시킨다. 비록, 금속막의 표면에 대한 손상이 크다고 할지라도, 결과의 산화막은 상대적으로 큰 저항을 얻을 수 있다. 자연 산화에 있어서, 금속막은 대기에 노출될 수 있다.
대기 중에서 수분이 대기에서 일정하지 않게 되는 대기 노출 문제가 있다. 양호하게는, 대기압 또는 보다 작은 압력을 갖는 산소 기체가 챔버에 도입되어, 금속막의 표면을 산화시키는 것이 바람직하다.
래디칼 건을 이용하는 방법에 있어서, 금속막의 표면은 건내에 전기 방전에 의해 생성된 산소 래디칼로 방사 및 산화된다. 단지 금속막의 표면만이 산화되고, 금속막의 표면에는 보다 적은 손상이 있게 된다.
이온 건을 이용하는 방법에 있어서, 이온 건에서 발생된 산소 이온에 가속 전압이 인가되고, 금속막의 표면은 가속된 이온에 의해 방사된다. 극히 높은 가속 전압은 금속막의 표면에 손상을 준다. 바람직하게는, 가속 전압이 약 500V 또는 보다 작게 되고, 보다 바람직한 것은 약 200V 또는 보다 작은 전압이 된다. 이온 소스로서, 열적 필라멘트(Kauffmann type) 또는 ECR 방전이 이용될 수 있다.
또한, 핀-처리된 층(3)의 전체 두께는 약 1 nm와 약 10nm 사이의 범위에 있는 것이 바람직하다.
MR 비율을 증가시키기 위하여, 계면 자기층은 강자성층[핀-처리된 층(3) 또는 자유층(5)]과 비-자기층(4) 사이에 제공될 수 있다. Ni-풍부한 재료는 소프트 자기 특성에 필요한 자유층(5)에 바람직하게 될 수 있다. 계면 자기층은 Co-풍부한 재료로 구성되고, 다른 층들은 Ni-풍부한 재료로 구성되는 것이 바람직한데, 그로 인해, 자유층(5)의 소프트 자기 특성의 손실없이 높은 MR 비율을 얻을 수 있다. 계면 자기층의 두께가 클 때, 자유층(5)의 소프트 자기 특성을 저감시키는데, 그로 인해, MR 비율의 자계 감도의 감소를 얻는다. 계면 자기층은 약 2nm 또는 보다 적은 두께가 필요하고, 보다 특히, 약 1.8 nm 또는 보다 작은 두께가 바람직하다. 계면 자기층을 효과적으로 작업하기 위하여, 그 두께는 약 2nm 또는 보다 큰 두께가 바람직하며, 보다 바람직하게는 약 1.8nm 또는 보다 작은 두께이다. 계면 자기층의 재료로서, Co 또는 Co-풍부한 Co-Fe 합금이 바람직하다.
도4 및 도11에 도시된 비-자기막(33)과, 도12 및 도13에 도시된 비-자기막(53)은 자기층들 사이의 교환 결합을 일으키는 경향이 있는 금속 비-자기막들이 바람직하다. Cu, Ag 및 Au는 비-자기막들(33 및 53)의 재료로서 바람직한데, 보다 바람직하게는 계면의 열적 안정성 면에서 Ru, Rh, Ir, Re 등이 된다. 특히, Ru가 바람직하다. 산화물 자기막(31)과 비-자기막(33) 사이에 제공될 수 있는 금속 자기막의 재료로서, Co-풍부한 재료가 바람직하다. 그러한 금속 자기막은 두 개의 산화물 자기막(31) 사이의 교환-결합을 향상시킬 수 있다.
자유층(5)과 핀-처리된 층(3) 사이의 비-자기층(4)은 Cu, Ag, Au 및 Ru가 바람직하다. 특히, Cu가 바람직하다. 비-자기막(4)의 두께는 자유층(5)과 핀-처리된 층(3) 사이의 상호 작용을 감소시키기 위하여 적어도 약 0.9 nm 또는 보다 크게 될 필요가 있다. 비-자기층(4)의 증가된 두께는 MR 비율의 감소를 얻을 수 있다. 따라서, 비-자기막(4)의 두께는 약 10nm 또는 보다 적은 것이 바람직하고, 약 3nm 또는 보다 작게 되는 것이 보다 바람직하다. 도1 내지 도3에 도시된 구성에 있어서, 비-자기막(4)의 두께가 약 3nm 또는 보다 작게 될 때, 기판(1)과 비-자기막(4) 사이의 층들은 평탄하게 되어야 한다. 양호하지 못한 평탄성은 두 개의 금속 자기막(32)과 자유층(5) 사이의 자기 결합을 자기적으로 분리시키고, 그 결과, MR 비율과 감도를 감소시킨다. 그러므로, 자기층과 비자기층 사이의 계면에서 돌출부와 피트의 높이는 약 0.5nm 또는 보다 작게 되는 것이 바람직하다.
기판(1)은 글라스, MgO, Si, Al2O3-TiC 등으로 구성되고, 평활 표면을 갖도록 해야 한다. Al2O3-TiC 기판은 MR 헤드에 적당하다.
스퍼터링은 상술한 층들의 제조 방법에 적당하다. 스퍼터링의 예들은 DC 스퍼터링, rf 스퍼터링 및, 이온 빔 스퍼터링을 포함한다.
자기 저항 효과 헤드는 본 발명의 상술한 자기 저항 효과 소자를 이용하여 구성될 수 있다. 도14a는 본 발명의 한 예에 따라 하드막 바이어스형 MR 헤드(1400A)를 설명하는 횡단면도이다. 도14a에 있어서, MR 소자(9)는 상부와 하부 실드 갭(11 및 14) 사이에 삽입된다. 실드 갭(11 및 14)의 재료의 예는 Al2O3, SiO2및 AlN과 같은 절연막을 포함한다.
실드(10 및 15)는 하부 실드(11)의 하부 표면과 상부 실드(14)의 상부 표면에 각각 제공된다. 하부 및 상부 실드(10 및 15)는 Ni-Fe(-Co), Co-Nb-Zr 및 Fe-Ta-N 합금과 같은 소프트 자기막으로 구성된다. Ni-Fe(-Co) 합금은 플랜팅에 의해 제조된다. Co-Nb-Zr 합금은 우수한 부식 저항 및 이방성 제어 능력을 갖는다. Fe-Ta-N 합금은 고온 처리에 매우 잘 견디고, 그로 인해, 고온에서 가열된 기판에 형성된 상술한 (AB)2Ox의 핀닝층이 이용될 때 적당하다.
MR 소자(9)의 자기 도메인의 제어는 Co-Pt 합금 등으로 구성된 하드막을 포함하는 하드 바이어스부(12)의 바이어스 자계를 이용하여 실행된다. MR 소자(9)는 실드 갭(11 및 14)을 통해 실드(10 및 15)로부터 분리되어 있다. MR 소자(9)의 저항의 변화는 판독부(13)를 통해 소자(9)에 전류를 흐르게 하여 판독된다.
하드디스크의 밀도가 높으면 높을수록, 판독 파장은 보다 짧게 된다. 짧은 판독 파장을 판독하기 위하여, 도14a에 도시된 실드(10 및 15) 사이의 거리(d)는 감소되어야 한다. 이를 위해, 도14a에서 알 수 있듯이, MR 소자(9)의 두께는 작게되어야 하는데, 바람직하게는 적어도 약 20nm 또는 보다 작게 된다. 핀닝층(2)은 절연체의 역할을 하는 산화물로 구성된다. 따라서, 핀닝층(2)은 하부 실드 갭(11)의 거의 부분이 된다. 따라서, 산화물 핀닝층(2)은 두께(d)의 감소에 기여한다.
MR 소자(9)에 있어서, 자화 방향이 자유층(5)에서 변화될 때 바크하우슨 효과(Barkhausen effect)의 발생을 방지하기 위하여, 도1, 도2, 도3 및 도4에 도시된 자유층(5)의 각각의 용이한 자화축은 검출되는 자화 방향에 수직이 되는 것이 바람직하다. 핀-처리된 층(3)의 용이한 자화축은 검출되는 자화 방향에 나란한 것이 바람직하다.
도14b는 본 발명의 예에 따라 하드막 바이어스형 MR 헤드(1400B)를 설명하는 횡단면도이다. 도14b에 있어서, 헤드(1400B)는, 도14a에 도시된 하드 바이어스부(12) 대신에 반강자성 바이어스부(12A)를 포함하는 것을 제외하고, 도14a에 도시된 헤드(1400A)의 구성과 동일한 구성을 갖는다. 하드 바이어스부(12)로부터의 자계는 실드에 흡수된다. 이는 MR 소자(9)의 자유층(5)에 인가되는 바이어스 자계의 감소를 역으로 유도한다. 이와 같은 문제는 반-강자성 바이어스부(12A)를 제공하여 해결된다. 소자(1400B)는 MR 소자(9)의 반-강자성막이 반-강자성 바이어스부(12A)의 반-강자성막과 동일할 때보다 다를 때가 보다 용이하게 형성된다. MR 소자(9) 및 반-강자성 바이어스부(12A)는 Pt-Mn 및 Ir-Mn으로 각각 형성될 수 있다.
상술한 MR 헤드는 수평의 거대한 자기 저항(GMR) 헤드형으로 구성된다. 본 발명은 수직 GMR 헤드에 적용될 수 있다, 수평 GMR 헤드에 있어서, 전류 방향은 검출되는 자계에 수직이 된다. 반면에, 수직 GMR 헤드에서의 전류 방향은 검출되는 자계에 수평이 된다.
도15는 본 발명의 예에 따라 요크형 자기 헤드(1500)를 설명하는 횡단면도이다. 소프트 자기막으로 구성된 요크(16)는 검출된 자계를 MR 소자(9)에 안내하기 위해 제공된다. 그 요크(16)는 전형적으로 전도적인 금속 자기막으로 구성되기 때문에, 절연막(17)이 요크(16)와 MR 소자(9) 소자 사이에 제공되어 단락 회로를 방지한다. 요크(16)의 이용 결과는 도14a 및 도14b에 도시된 MR 헤드(1400A 및 1400B)의 감도 보다 적은 감도를 얻는다. 그러나, MR 소자(9)는 도14a 및 도14b와 달리 실드 갭들에 배치될 필요가 없고, 그로 인해, 극히 좁은 갭을 얻을 수 있다.
상술한 MR 헤드(1400A, 1400B 및 1500)는 우수한 재생 감도를 갖는다. 그들 MR 헤드의 이용은 40Gb/inch2의 밀도를 갖는 자기 기록 장치를 실현할 수 있다.
도17은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 소자를 포함하는 메모리 소자(170b)의 예를 설명하는 횡단면도이다. 메모리 소자(170b)는 본 발명에 따른 자유층(5), 비-자기층(4) 및 핀-처리된 층(3), MR 소자(9)로부터 분리된 정보를 기록하기 위한 전도 라인(22)(워드 라인)과, 전극(21)을 통해 MR 소자(9)에 접속된 정보를 판독하기 위한 전도 라인(23)(센스 라인)을 포함한다. 전극(21)은 MR 소자(9)의 상부 및 하부 표면에 각각 제공된다. 전극(21)은 MR 소자(9)의 우측 및 좌측 표면에 각각 제공될 수 있다. 핀닝층이 핀-처리된 층(3)의 하부 표면에 더 제공될 수 있다.
도17을 참조하면, 자계를 발생하기 위해 워드 라인(22)을 통해 전류가 흐른다. 그 자게는 정보를 기록하기 위해 자유층(5)의 자화 방향을 역류시킨다. 또한, 정보를 판독하기 위하여, 자유층(5)의 자화 방향이 역류하도록 워드 라인(22)을 통해서 전류가 흐른다. 이 경우에, 자화 방향이 핀-처리된 층(3)에서 변화되지 않지만 자유층(5)에서 변화된다. MR 소자(9)의 저항은 자유층(5)의 자화 방향이 핀-처리된 층(3)의 방향과 병렬인지 또는 병렬이 아닌지의 여부에 따라 변화한다. MR 소자(9)의 저항의 변화는 센스 라인(23)으로부터 판독되어 '1' 또는 '0'으로서 메모리 소자의 상태를 식별한다.
상술한 경우에 있어서, 정보는 정보를 판독하는 동안에 소거된다(이롭지 못한 판독). 이로운 판독은 다음과 같은 방법으로 가능한데, 충분한 자계를 발생시키기 위해 워드 라인(23)을 통해 전류를 흐르게 하여 자유층(5) 뿐만 아니라 핀-처리된 층(3)의 자화 방향이 역류되게 하는 것; 핀-처리된 층(3)에서 정보를 기록하는 것; 정보를 판독하기 위하여, 약한 전류를 워드 라인(22)을 통해 흐르게 하여 자계를 발생시켜 자유층(5)의 자계 방향이 반전되지만 핀-처리된 층(3)의 자화 방향은 반전되지 않게 하는 것; MR 소자(9)의 저항의 결과적인 변화를 센스 라인(23)으로부터 판독하여 '1' 또는 '0'으로서 메모리 소자의 상태를 식별하는 것이다. 이 경우에, 역 자계의 상이한 설정은 핀-처리된 층(3)과 자유층(5)에 대해 요구된다. 그 결과, 상대적으로 복잡한 동작을 얻는다.
소위 MRAM은 매트릭스로 복수의 메모리 소자(1700)를 제공하여 구성될 수 있다. MRAM에 있어서, 두 개의 워드 라인(22)이 각각의 MR 소자(9)에 제공되는데, 서로 수직으로 삽입되도록 하는 방식으로 제공된다. MR 소자(9)에/로부터 기록/판독정보는 워드 라인(22)에 의해 생성된 자계를 이용하여 실행된다. 이러한 MRAM은 비휘발성이고, 적은 소프트 에러를 가지며, 그로 인해, 다음-발생 고체-상태 메모리 소자로서 기대된다.
(실시예)
(제 1 실시예)
핀닝층(2)을 제외하고 도1에 도시된 것과 동일한 구조를 갖는 자기 저항 효과 소자는 멀티-스퍼터링 장치를 이용하여 제조되었다.
소자는 Si로 구성된 기판(1), 주로 Cu로 구성된 비-자기층(4), 주로 Ni0.68Fe0.20Co0.12로 구성된 자유층(5)과, 핀-처리된 층(3)을 포함한다. 핀-처리된 층(3)은 Co0.9Fe0.1로 구성된 금속 자기막(32)과, CoFe2O4로 구성된 산화물 자기막(31)을 포함한다. 진공 챔버가 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 비워진 이후에, 상술한 MR 소자가 글라스 기판(1)에 형성되면서 스퍼터링을 실행하는 동안 약 0.8 mTorr의 압력을 갖도록 내부에 Ar 기체가 공급된다. 비교에 있어서, CoFe2O4를 포함하지 않았던 종래의 샘플이 제조된다.
제 1 실시예의 MR 소자는 다음과 같이 지정된다.
NiFeCo(5)/Cu(2)/CoFe(2)/CoFe2O4(5)
여기서, 괄호의 번호는 각각의 층의 두께를 나노미터로 나타낸다.
따라서, 구성된 MR 소자의 MR 특성은 DC 4-단자 방법(DC four-terminalmethod)으로 평가되는데, 여기서, 자계의 최대 200 kA/m이 실내 온도에서 소자에 적용된다. 반면에, CoFe2O4를 포함하지 않았던 종래의 샘플은 불일치 특성을 갖고, MR 비율은 약 10%를 초과하지 않았다. 이후에는 MR 비율을 퍼센트로 주어진다.
(제 2 실시예)
도1에 도시된 본 발명의 MR 소자(100)는 멀티-스퍼터링 장치를 이용하여 제조되었다. Si는 기판(1)에 대해 이용되었다. 소결된 NiO, α-Fe2O3및 ABO3(A-La; B-Fe) 및, Pt0.5Mn0.5및 Ir0.2Mn0.8합금이 핀닝층(2)에 대한 타겟으로 이용되었다.
Cu는 비-자기층에 대한 타겟으로 이용되었다. Ni0.68Fe0.20Co0.12는 자유층(5)에 대한 주 타겟으로 이용되었다. Co0.9Fe0.1은 핀-처리된 층(3)의 금속 자기막(32) 및 자유층(5)에 대한 계면 자기막에 대한 타겟으로 이용되었다. Fe3O4는 핀-처리된 층(3)의 산화물 자기막에 대한 타겟으로서 이용되었다.
진공 챔버가 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 비워진 이후에, 상술한 MR 소자(100)가 글라스 기판(1)에 형성되면서 스퍼터링을 실행하는 동안 약 0.8 mTorr의 압력을 갖도록 내부에 Ar 기체가 공급되었다. 비교에 있어서, Fe3O4를 포함하지 않았던 종래의 샘플(A 내지 D)이 제조된다.
샘플(A 내지 D)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(A): NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(2.5)/PtMn(20)
샘플(B): NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(2.5)/IrMn(20)
샘플(C): NiO(10)/α-Fe2O3(20)/CoFe(2.5)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)
샘플(D): LaFeO3(40)/CoFe(2.5)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)
소자(100)의 샘플(1 내지 4)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(1): NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/Fe3O4(1.5)/PtMn(20)
샘플(2): NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/Fe3O4(1.5)/NiFeCo(3)
샘플(3): NiO(10)/α-Fe2O3(20)/Fe2O4(1.5)/CoFe(1)/Cu(2)
/CoFe(1)/NiFeCo(3)
샘플(4): LaFeO3(40)/Fe3O4(1.5)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)
샘플(A 및 B)과, 샘플(1 및 2)은 기판상의 층들이 도1에 도시된 것들의 역순으로 배치된 구조를 갖는다. 상술한 샘플들에 있어서, NiFeCo(3)/CoFe(1)은 자유층(5)에 대응한다, 샘플(1 내지 4)에 있어서, CoFe(1)/Fe3O4(1.5)는 핀-처리된 층(3)에 대응한다.
이에 따라 구성된 MR 소자들의 MR 특성은 DC 4-단자 방법으로 평가되는데, 여기서, 자계의 최대 200 kA/m이 실내 온도에서 소자에 적용된다. 그 결과는 다음 표(1)에 도시되어 있는데, 여기서, Hp는 각각의 소자의 핀닝 자계를 나타낸다.
표(1)로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 샘플들은 종래의 샘플에 비교해 볼 때 증가된 MR 비율을 갖는다. 또한, 핀닝층(2)의 이용은 Hp의 증가를 유도한다.
(제 3 실시예)
도2에 도시된 본 발명의 MR 소자(200)는 멀티-스퍼터링 장치를 이용하여 제조되었다. Al2O3막은 Ar- 및 -O2기체 혼합물로 Al 타겟을 반응-스퍼터링 하여 산화물 비-자기막(6)으로서 제조되었다.
소자(100)의 샘플(5 및 6)은 다음과 같이 지정되었다.
샘플(5): PtMn(20) /Fe3O4(1.5)/CoFe(1)/Cu(2)
/CoFe(1)/NiFeCo(3)/Al2O3(2)
샘플(6): Al2O3(2)/NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)
/CoFe(1)/Fe3O4(1.5)/IrMn(15)
샘플(6)은 기판 상의 층들이 도2에 도시된 층들의 역순으로 배치된 구조를 갖는다. 따라서-구성된 MR 소자들의 MR 특성은 DC 4-단자 방법으로 평가되었는데, 여기서, 자계의 최대 200 kA/m이 실내 온도에서 각각의 소자에 인가되었다. 그 결과가 표(2)에 도시되었는데, 여기서, Hp는 소자의 핀닝 자계를 나타낸다.
도2에 도시된 결과가 샘플(1 및 2)의 결과와 비교될 때, MR 비율이 개선되었음을 알 수 있다.
(제 4 실시예)
도5b 및 도7에 도시된 본 발명의 MR 소자(500B 및 700)는 멀티-스퍼터링 장치를 이용하여 제조되었다. Si는 기판(1)으로 이용되었다. Cu는 비-자기막(4)에 대한 타겟으로 이용되었다. Ni0.68Fe0.20Co0.12는 자유층(5A 및 5B)의 금속 자계막(51)에 대한 타겟으로 이용되었다. Fe3O4는 자유층(5A 및 5B)의 산화물 자기막(52)에 대한 타겟으로 이용되었다.
Co0.9Fe0.1및 CoFe2O4는 도5b에 도시된 핀-처리된 층(3)에 대한 타겟으로 이용되었다. Co0.9Fe0.1은 도7에 도시된 핀-처리된 층(3D)에 대한 타겟으로 이용되었다. α-Fe2O3은 핀닝층(2)에 대한 타겟으로 이용되었다.
진공 챔버가 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 비워진 이후에, 상술한 MR 소자(500B 및 700)[샘플(7 및8)] 각각이 스퍼터링 처리로 글라스 기판(1)에 형성되면서 약 0.8 mTorr의 압력을 갖도록 내부에 Ar 기체가 공급된다. 비교에 있어서, CoFe2O4를 포함하지 않았던 종래의 샘플이 제조된다.
샘플(7 및 8)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(7): CoFe2O4(50)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(4)
/Fe3O4(1)
샘플(8): α-Fe2O3(50)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(2)
/Fe3O4(1)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(3)
따라서, 구성된 MR 소자들(500B 및 700)의 MR 특성은 DC 4-단자 방법으로 평가되는데, 여기서, 자계의 최대 200 kA/m이 실내 온도에서 소자에 적용된다. 그 결과는 표(3)에 도시되어 있는데, 여기서, Hp는 각각의 소자의 핀닝 자계를 나타낸다.
표(3)에 도시된 Hp 특성을 보다 개선하기 위하여, 핀-처리된 층(3)은 Ru 등과 같은 비-자기막을 통해 교환-결합되는 두 개의 자기막을 포함할 수 있다.
이 경우에, 산화물 자기막(31)의 두께는 감소될 수 있다. 제 4 실시예에 있어서, 자유층(5B)의 금속 자계막(51)은 감도를 고려하여 NiFeCo로 구성된다.
반면에, 금속 자계막(51)은 MR 비율을 향상시키는 CoFe로 구성된다. 이러한 관점에 따라, 타겟으로서 Ru를 더 이용하여 샘플(9)이 아래에 지정된 것과 같이 제조되었다.
샘플(9): α-Fe2O3(30)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)/CoFe(2)/Cu(2)
/Co0.9Fe0.1(4)/Fe3O4(1)
따라서, 구성된 MR 소자들의 MR 특성은 DC 4-단자 방법으로 평가되는데, 여기서, 자계의 최대 200 kA/m이 실내 온도에서 소자에 적용된다. 그 결과는 표(4)에 도시되어 있는데, 여기서, Hp는 각각의 소자의 핀닝 자계를 나타낸다.
따라서, 본 발명에 따른 샘플(9)은 개선된 MR 비율 및 Hp를 갖는다.
(제 5 실시예)
도7 및 도8에 도시된 본 발명의 MR 소자(7000 및 800)는 멀티-스퍼터링 장치를 이용하여 제조되었다. Si는 기판(1)으로 이용되었다. Cu는 비-자기막(4)에 대한 타겟으로 이용되었다. Ni0.8Fe0.2및 Co0.9Fe0.1은 자유층(5B)의 금속 자계막(51)에 대한 타겟으로 이용되었다. Fe3O4는 자유층(5B)의 산화물 자기막(52)에 대한 타겟으로 이용되었다. Co0.9Fe0.1및 α-Fe2O3은 도7에 도시된 핀-처리된 층(3) 및 핀닝층(2) 각각에 대한 타겟으로 이용되었다. Co0.9Fe0.1및 Fe3O4는 도8에 도시된 핀-처리된 층(3) 및 핀닝층(2) 각각에 대한 타겟으로 이용되었다. 본 소자(800)에 있어서, Ta로 구성된 버퍼층은 기판(1)과 PtMn 핀닝층(2) 사이에 제공되었다. 진공 챔버가 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 비워진 이후에, 상술한 MR 소자(700 및 800)[샘플(10 내지 12) 각각] 각각이 스퍼터링 처리로 글라스 기판(1)에 형성되면서 약 0.8 mTorr의 압력을 갖도록 내부에 Ar 기체가 공급된다.
샘플(10 내지 12)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(10): α-Fe2O3(50)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(2)
/Fe3O4(1)/Ni0.8Fe0.2(3)
샘플(11): Ta(5)/PtMn(15)/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1)
/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(5)
샘플(12): Ta(5)/PtMn(15)/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1)
/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1)/Ni0.8Fe0.2(3)
따라서, 구성된 MR 소자들의 MR 특성은 DC 4-단자 방법으로 평가되는데, 여기서, 자계의 최대 200 kA/m이 실내 온도에서 소자에 적용된다. 그 결과는 표(5)에 도시되어 있는데, 여기서, Hp는 각각의 소자의 핀닝 자계를 나타낸다.
(제 6 실시예)
도4에 도시된 본 발명의 MR 소자(400)는 멀티-스퍼터링 장치를 이용하여 제조되었다. Si는 기판(1)으로 이용되었다. Cu는 비-자기막(4)에 대한 타겟으로 이용된다. Ni0.68Fe0.20Co0.12는 자유층(5)에 대한 타겟으로 주로 이용되고, Co0.9Fe0.1은 핀닝층(3A)의 금속 자기막(32)에 대한 타겟으로 주로 이용된다. Fe3O4는 핀-처리된 층(3A)의 산화물 자기막(31)에 대한 타겟으로 이용되었다. 진공 챔버가 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 비워진 이후에, 상술한 MR 소자(400)[샘플(13 및 14)] 각각이 스퍼터링 처리로 글라스 기판(1)에 형성되면서 약 0.8 mTorr의 압력을 갖도록 내부에 Ar 기체가 공급된다.
샘플(13 및 14)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(13): NiFeCo(4)/Cu(2)/CoFe(2)/Fe3O4(2)/Ru(0.7)
/Fe3O4(3)
샘플(14): NiFeCo(4)/Cu(2)/CoFe(2)/Fe3O4(2)/CoFe(2)
/Ru(0.7)/CoFe(2)/Fe3O4(3)
따라서, 구성된 MR 소자들의 MR 특성은 DC 4-단자 방법으로 평가되는데, 여기서, 자계의 최대 200 kA/m이 실내 온도에서 소자에 적용된다. 그 결과는 표(6)에 도시되어 있다.
샘플(13 및 14) 모두는 높은 MR 비율을 나타내고, 샘플(14)은 큰 Hp를 갖는다.
PtMn의 핀닝층은 핀-처리된 층(3)의 산화물 자기막(52)과 기판 사이에 더 제공될 수 있다. 결과적으로, 샘플(13 및 14) 모두의 Hp는 약 60 및 80 kA/m의 큰 Hp를 각각 갖는다.
(제 7 실시예)
도14a[샘플(H1, H5 및 H10)]에 도시된 MR 헤드(1400A)는 본 발명의 상술한 MR 소자(9)를 이용하여 제조된다. 그들 헤드의 특성들은 평가되었다. 기판(1)은 Al2O3-TiC로 구성된다. 실드(10 및 15)는 Ni0.8Fe0.2합금으로 구성된다. 실드 갭(11 및 14)은 Al2O3으로 구성된다.
하드 바이어스부(12)는 Co-Pt 합금으로 구성된다. 리드부(13)는 Au로 구성된다.
각각의 자유층(5)에는 자기 이방성이 제공되기 때문에, 그 용이한 자화의 축은 검출되는 자화 방향에 수직이 된다. 각각의 핀-처리된 층(3)에는 자기 이방성이 제공되기 때문에, 그 용이한 자화의 축은 검출되는 자화 방향에 나란하게 된다. 이를 위하여, 그렇게 제조된 MR 소자는 자계 내에서 280 ℃ 온도로 열처리되어, 핀-처리된 층(3)의 용이한 자화의 축은 결정되고, 그후, 200 ℃ 온도로 열처리되어, 자유층(5B)의 용이한 자화의 축은 결정된다.
상술한 헤드의 출력을 평가하기 위하여, 약 3 kA/m의 교류 전류로 발생된 자계를 인가하면서 헤드의 각각에 감지 전류로서 직류 전류를 인가한다. 본 발명의 MR 소자를 이용하는 MR 헤드의 출력은 MR 소자로서 종래의 샘플(A)을 이용하여 헤드[샘플(H-A)]의 것과 비교되었다. 그 결과는 표(7)에 도시되어 있다.
따라서, 본 발명의 자기 헤드는 종래의 자기 헤드보다 큰 출력을 갖는다.
(제 8 실시예)
이중 구조를 갖는 본 발명의 MR 소자(300)는 제 1 실시예에 기재된 것과 유사한 방법으로 제조되었다. MR 소자(300)의 샘플은 다음과 같이 지정된다.
샘플(15): PtMn(20)/Fe3O4(1.5)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)
/NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/Fe3O4(1.5)
/PtMn(20)
샘플(16): NiO(10)/α-Fe2O3(20)/Fe3O4(1.5)/CoFe(1)
/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)
/Fe3O4(1.5)/IrMn(15)
그들 MR 소자의 자기 저항 효과는 제 1 실시예의 것과 유사한 방법으로 평가되었다. 그 결과는 표(8)에 도시되어 있다.
표(8)에 도시된 것 처럼, 매우 큰 MR 비율을 얻는다.
(제 9 실시예)
본 발명의 MR 소자[샘플(15)]를 이용하여 도15에 도시된 요크형 헤드(1500)가 제조되었다. 도15의 절연막(17)은 플라즈마 산화로 형성된 약 2nm의 두께를 갖는 Al-O 초박막이다. 요크(16)는 고레벨의 자기 투자율을 갖는 CoNbZr 비결정 합금으로 구성되나. 따라서, 구성된 헤드(1500)의 출력은 종래의 헤드[샘플(A)]를 이용하는 헤드와 비교되었다. 헤드(1500)의 출력은 약 6dB만큼 증가된다.
(제 10 실시예)
도9에 도시된 본 발명의 MR 소자(900)[샘플(17)]는 멀티-스퍼터링 장치를 이용하여 제조되었다. 기판(1)은 Si을 이용하고, 약 100nm의 두께를 갖는 열적 산화막이 기판(1)의 표면에 형성된다. 층(7)은 Ta가 이용된다. 핀-처리된 층(3B)의 금속 자기막(32) 및 자유층(5)은 Co0.9Fe0.2가 이용되었고, 비-자기막(4)에 대한 타겟은 Cu가 이용되었고, 핀닝층(2)은 Pt0.5Mn0.5가 이용되었다. 진공 챔버가 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 비워진 이후에, 약 0.8 mTorr의 압력을 갖도록 내부에 Ar 기체가 공급된다. 챔버가 비워 있는 동안, 기판(1)에는 Ta막(약 5nm)이 형성된다. 그 이후에, Co0.9Fe0.1(약 2nm)의 자유층(5), Cu(약 2nm)의 비-자기 층(4), Co0.9Fe0.1(약 3nm)의 금속 자기막(32)이 스퍼터링 처리에 의해 연속으로 Ta막에 형성된다[단계(1)]. 그 스퍼터링 방전은 임지로 정지되고, Ar 기체에 부가적으로 전체 기체가 공급되는 많은 산소 기체만큼 약 1/8이 된다. 산소 래디칼 생성하기 위하여 약 100W 의 전력으로 래디칼 건을 작동시킨다. 그후, 금속 자계막(32)의 상부 표면은 약 1nm의 깊이 만큼 산화되는 산소 래디칼에 의해 조사된다. 이 결과, 핀-처리된 층(3B)의 산화물 자기막(31)을 얻는다[단계(2)].
스퍼터링 방전과 기체의 흐름은 임시로 정지된다. Ar 기체가 다시 챔버에 도입된다. 핀-처리된 층(3)의 상부 금속 자계막(32)으로서 스퍼터링하여 Co0.9Fe0.1막(약 2nm)이 형성된다[단계(3)].
그후에, 핀닝층(2)으로서 스퍼터링 처리에 의해 Pt0.5Mn0.5막(약 20nm)이 형성된다[단계(4)]. 그후에, 핀닝층(2)의 상부 표면에 산화물 비-자기막(6)으로서 Ta 막이 형성된다. 결과적으로, 3 시간 동안 260 ℃ 온도에서 약 1[kOe]의 인가된 자계의 존재하의 진공 상태로 결과로서 생기는 다층 구조를 배치한다. 반면에, 종래의 샘플(E)은 내부에 단계(2)를 포함하지 않는 것을 제외하고 샘플(17)에 이용된 것과 동일한 방법으로 제조된다.
샘플(17 및 E)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(17): Ta(5)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(2)/CoFeO(1)
/Co0.9Fe0.1(2)/Pt0.5Mn0.5(20)/TaO(3)(CoFeO막은 산화 처리되기 이전의막)
종래의 샘플(E): Ta(5)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)
/Co0.9Fe0.1(5)/Pt0.5Mn0.5(20)/TaO(3)
샘플(17)에 있어서, 핀-처리된 층(3B)의 하부 금속 자기막(32)은 래디칼 건을 이용하여 산화된다. 다른 샘플(18 내지 20)은 그와 같은 산화가 상이한 방법으로 실행되는 것을 제외하고는 샘플(17)에 이용된 것과 동일한 방법으로 제조된다.
샘플(18)은 단계(1)가 실행된 이후에 단계(2)에서 자연 산화를 이용하여 제조된다. 특히, 챔버는 비워지고, 산소 기체가 약 20 Torr의 압력으로 챔버에 공급된다. 다음은, 샘플이 적당한 시간 동안 챔버에 배치되어, Co0.9Fe0.1막의 상부 표면은 약 1nm의 깊이로 산화된다. 단계(2) 이후에, 챔버는 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 비워진다. 단계(3 및 4)와 열 처리가 실행되어, 샘플(17)과 같은 구조를 갖는 샘플(18)을 얻는다.
샘플(19)은 단계(1)가 실행된 이후에 단계(2)에서 플라즈마 산화를 이용하여 제조된다. 특히, 챔버는 비워지고, 그후, 약 3 mTorr의 압력이 되도록 산소 기체가 공급되고, 기판 홀더에는 약 0.01 W/cm2의 RF 전압이 인가되며, 금속막의 상부 표면을 산화한다. 단계(2) 이후에, 챔버는 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 다시 비워진다. 단계(3 및 4)와 열 처리가 실행되어, 샘플(17)과 같은 구조를 갖는 샘플(19)을 얻는다.
샘플(20)은 ECR 플라즈마를 이용하는 것으로서, 이온 건을 이용하는 방법을 이용하여 제조되는데, 단계(1) 이후의 단계(2)에서 실행된다. 특히, 챔버는 비워지고, 그후, 약 2GHz의 마이크로파 에너지가 이온 건에 인가되는 동안 약 0.5 sccm의 Ar 기체와 약 4 sccm의 산소 기체가 챔버에 공급되어, 플라즈마를 형성하고, 플라즈마 상태에서 산소 기체는 약 50V의 가속 전압에 의해 구동되어, 금속막의 상부 표면을 조사한다. 단계(2) 이후에, 챔버는 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 다시 비워진다. 단계(3 및 4)와 열 처리가 실행되어, 샘플(17)과 같은 구조를 갖는 샘플(20)을 얻는다.
샘플(21)은 반응 스퍼터링 처리를 이용하여 제조되는데, 단계(1) 이후의 단계(2)에서는 Co0.9Fe0.1막(약 2nm)을 제공하기 위해 실행된다. 특히, 약 8 mTorr의 압력을 갖도록 챔버에는 8:2의 혼합비를 갖는 산소 기체와 Ar 기체가 공급되고, 약 2nm의 Co0.9Fe0.1막이 스퍼터링 처리되어 샘플(17)의 것과 동일한 두께를 갖는 CoFeO 막을 형성한다. 단계(2) 이후에, 챔버는 약 1 x 10-8Torr 또는 보다 작은 압력으로 다시 비워진다. 단계(3 및 4)와 열 처리가 실행되어, 샘플(17)과 같은 구조를 갖는 샘플(21)을 얻는다.
따라서-구성된 MR 소자들의 자기 저항 효과 특성은 DC 4-단자 방법으로 평가되었는데, 여기서, 자계의 최대 400 kA/m이 실내 온도에서 각각의 소자에 인가되었다. 그 결과는 표(9)에 도시되어 있다.
표(9)에 도시된 것 처럼, 본 발명의 샘플(17 내지 21)은 종래의 샘플(E)의 것과 거의 동일한 Hp를 갖고, 샘플(E)의 종래의 것 보가 높은 MR 비율을 갖는다.
(제 11 실시예)
도10에 도시된 MR 소자(1000)[샘플(22)]는 샘플(10)의 것과 유사한 스퍼터링방법을 이용하여 제조되었다. 소자(1000)는 자유층(5), 비-자기층(4), 핀-처리된 층(3B) 및, 핀닝층(2)이 반전되는 순서를 제외하고 도9에 도시된 것과 동일한 구조를 갖는다.
소자(1000)를 제조하는 방법은 공정의 순서가 반전된 것을 제외하고는 도9에 이용된 방법과 동일하다. 샘플(22)에 있어서, 기판(1)은 Si로 구성되고, 그 일부는 열적으로 산화된막이다. 자유층(5)은 Ni0.8Fe0.2막 및 Co막을 포함한다. 핀-처리된 층(3B)은 Co0.8Fe0.2막, CoFeO막 및 Co0.8Fe0.2막을 포함한다. 핀닝층(2)은 Pt0.5Mn0.5막을 포함한다. 샘플(17)과 유사하게, CoFeO막은 래디칼 건을 이용하여 형성된다. 비교에 있어서, 산화물 자기막(31)을 포함하지 않는 종래의 샘플(F)도 제조된다. 샘플(22) 및 종래의 샘플(F)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(22): Ta(5)/Pt0.5Mn0.5(15)/Co0.8Fe0.2(2)/CoFeO(1)
/Co0.8Fe0.2(2)/Cu(2)/Co(0.5)/Ni0.8Fe0.2(3)/TaO(3)(CoFeO막은 산화 처리되기 이전의막)
종래의 샘플(F): Ta(5)/Pt0.5Mn0.5(15)Co0.8Fe0.2(5)
/Cu(2)/Co(0.5)/Ni0.8Fe0.2(3)/TaO(3)
샘플(22) 및 종래의 샘플(F)은 제 10 실시예의 것과 유사한 방법으로 평가되었다. 그 결과는 표(1)에 도시되어 있다.
표(10)에 표시된 것 처럼, 본 발명의 샘플(22)은 종래의 샘플(F)에 비교하여 보다 높은 MR 비율을 갖는다.
(제 12 실시예)
도11a에 도시된 MR 소자(1100A)[샘플(23 및 24)]는 제 10 실시예의 것과 유사한 스퍼터링 방법을 이용하여 제조되었다. 소자(1100A)는 소위 합성 강자성 구조를 갖는 핀-처리된 층(3C)을 갖는다. 도11a에 있어서, 비-자기막(33)은 전형적으로 Ru로 구성된다. 비-자기막(33)이 약 0.4 nm 내지 약 1 nm을 가질 때, 금속 자기막(32)은 비-자기막(33)을 통해 강자성적으로 교환-결합된다. 이러한 교환-결합 자계는 매우 강하기 때문에, 핀-처리된 층(3C)은 매우 큰 반전된 자계를 갖는다. MR 소자(1100A)는 도9의 MR 소자(900)와 비교할 때 비-자기막(33)만이 더 포함한다. MR 소자(1100A)의 제조 방법은 많은 부가적인 단계들을 요구하지 않는다. 각각의 샘플(23 및 24)에 있어서, 기판(1)은 Si로 구성되고, 그 일부는 열적으로 산화된막이 된다. 자유층(5)은 Ni0.8Fe0.2막 및 Co막을 포함한다. 핀-처리된 층(3C)은 Co0.9Fe0.1막(약 2 nm), CoFeO막(약 1nm) 및 Co0.9Fe0.1막(약 2 nm)을 포함한다. 핀닝층(2)은 Ir0.2Mn0.8막 또는 α-Fe2O3막을 포함한다.
샘플(17)과 유사하게, CoFeO막은 래디칼 건을 이용하여 형성된다. 비교에 있어서, 산화물 자기막(32)을 포함하지 않는 종래의 샘플(G)도 제조된다. 샘플(23) 및 종래의 샘플(G)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(23): Ta(3)/Ni0.8Fe0.2(15)/Ir0.2Mn0.8(10)/Co0.9Fe0.1(2)
Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(2)/CoFeO(1)/Co0.9Fe0.1(2)
/Cu(2)/Co(0.5)/Ni0.8Fe0.2(3)/TaO(3)
(CoFeO막은 산화 처리되기 이전의막)
샘플(24): α-Fe2O3(20)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(2)
/CoFeO(1)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co(0.5)
/Ni0.8Fe0.2(3)/TaO(3)
종래의 샘플(G): Ta(3)/Ni0.8Fe0.2(5)/Ir0.2Mn0.8(10)
/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co(0.5)
/Ni0.8Fe0.2(3)/TaO(3)
샘플(23 및 24) 및 종래의 샘플(G)은 제 10 실시예의 것과 유사한 방법으로 평가되었다. 그 결과는 표(11)에 도시되어 있다.
표(11)에 표시된 것 처럼, 비록, 핀-처리된 층(3)이 α-Fe2O3을 포함하는 샘플(24)이 비교적 작은 Hp를 갖지만, 본 발명의 샘플(23 및 24)은 종래의 샘플(G)에 비교하여 보다 높은 MR 비율을 갖는다.
(제 13 실시예)
도10에 도시된 MR 소자(1000)[샘플(25 및 26)]는 제 1 실시예의 것과 유사한 스퍼터링 방법을 이용하여 제조되었다. 소자(1000)는 두 개의 합성 강자성 자유층(도시하지 않음)과 비-자기층(Ru로 구성되고, 도시하지 않음)을 갖는 자유층(5)를 포함한다. 두 개의 합성 강자성 자유층은 상이한 두께 또는 포화 상태의 자화를 가지며, 비-자기막을 통해 강자성적으로 교환-결합된다. 이러한 두 개의 합성 강자성 자유층의 이용은 두 개의 합성 강자성 자유층의 두께(자화)들 사이에 대한 자유층(5)의 두께를 실질적으로 감소시킨다. 이는 그러한 소자를 포함하는 헤더의 감도를 향상시킨다. 샘플(25 및 26)에 있어서, 자유층(5)으로서 Co0.9Fe0.1강자성막이 이용된다. 핀-처리된 층(3B)의 산화물 자기막(31)으로서 Fe3O4막이 이용된다. 핀-처리된 층(3B)의 금속 자기막(32)으로서 Co0.9Fe0.1막(약 2 nm)이 이용된다. 핀닝층(2)은 Pt0.5Mn0.5막(dir 20 nm)이 이용된다. 비-자기막(4)은 Cu으로 구성된다. 비교에 있어서, 종래의 샘플(H)이 제조된다. 샘플(25 및 26) 및 종래의 샘플(H)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(25): Ta(5)/Pt0.5Mn0.5(20)/Co0.9Fe0.1(1)/Fe3O4(1.5)
/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1)
/Co0.9Fe0.1(3)/Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(4)/TaO(3)
샘플(26): Ta(5)/Pt0.5Mn0.5(20)/Co0.9Fe0.1(1)/Fe3O4(1.5)
/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1)
/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(3)/TaO(3)
종래의 샘플(H): Ta(5)/Pt0.5Mn0.5(20)/Co0.9Fe0.1(3)
/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(5)/Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(4)/TaO(3)
도14a에 도시된 MR 소자(1400A)는 MR 소자(9)와 같은 샘플(25 및 26 및 H)[각각, 샘플 헤드(H-25, H-26 및 H-H)에 대응]을 이용하여 제조되었다. 그들 헤드들의 특성이 평가되었다. 기판(1)은 Al2O3-TiC로 구성된다. 실드(10 및 15)는 Ni0.8Fe0.2합금으로 구성된다. 실드 갭(11 및 14)은 Al2O3으로 구성된다.
하드 바이어스부(12)는 Co-Pt 합금으로 구성된다. 리드부(13)는 Au로 구성된다.
각각의 자유층(5)에는 자기 이방성이 제공되기 때문에, 그 용이한 자화의 축은 검출되는 자화 방향에 수직이 된다. 각각의 핀-처리된 층(3)에는 자기 이방성이 제공되기 때문에, 그 용이한 자화의 축은 검출되는 자화 방향에 나란하게 된다. 이를 위하여, 그렇게 제조된 MR 소자는 자계 내에서 280 ℃ 온도로 열처리되어, 핀-처리된 층(3)의 용이한 자화의 축은 결정되고, 그후, 200 ℃ 온도로 열처리되어, 자유층(5)의 용이한 자화의 축은 결정된다.
상술한 헤드의 출력을 평가하기 위하여, 약 3 kA/m의 교류 전류로 발생된 자계를 인가하는 동안 헤드의 각각에 감지 전류로서 직류 전류를 인가한다. 본 발명의 MR 소자를 이용하는 MR 헤드의 출력은 MR 소자로서 종래의 샘플(A)을 이용하는 헤드의 것과 비교되었다. 그 결과는 표(12)에 도시되어 있다.
따라서, 본 발명의 자기 헤드는 종래의 자기 헤드보다 큰 출력을 갖는다.
(제 14 실시예)
도11a에 도시된 MR 소자(1100A)는 제 1 실시예에 기재된 것과 유사한 스퍼터링 방법으로 제조되었다. 샘플(27 및 28)에 있어서, 자유층(5)에는 Co0.9Fe0.1강자성막이 포함된다. 핀-처리된 층(3C)의 산화물 자기막(31)으로서 Fe3O4막이 포함된다. 핀-처리된 층(3C)의 금속 자기막(32)에는 Co0.9Fe0.1막이 포함된다. 핀닝층(2)은 Pt0.5Mn0.5막이 포함된다. 비-자기막(4)은 Cu로 구성된다. 핀-처리된 층(3C)의 비-자기막(33)은 Ru로 구성되는데, 이는 교환 결합을 위해 이용된다. 비교에 있어서, 종래의 샘플(I)이 또한 제조된다. 샘플(27 및 28) 및 종래의 샘플(I)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(27): Ta(5)/Pt0.5Mn0.5(15)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)
/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1.2)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)
/Co0.9Fe0.1(2)/TaO(3)
샘플(28): Ta(3)/Pt0.5Mn0.5(15)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)
/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)
/Co0.9Fe0.1(2)/TaO(3)
종래의 샘플(I): Ta(5)/Pt0.5Mn0.5(15)/Co0.9Fe0.1(2)
/Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(2)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(2)/TaO(3)
제 13 실시예와 유사하게, MR 헤드는 본 발명의 샘플(27 및 28)과 종래의 샘플(I)[각각, 샘플 헤드(H-27, H-28 및 H-I)에 대응]을 이용하여 제조되었다. 그들 헤드들의 출력을 평가하기 위하여, 약 3 kA/m의 교류 전류로 발생된 자계를 인가하는 동안 헤드의 각각에 감지 전류로서 직류 전류를 인가한다. 본 발명의 MR 소자를 이용하는 MR 헤드의 출력은 MR 소자로서 종래의 샘플(I)을 이용하는 헤드의 것과 비교되었다. 그 결과는 표(13)에 도시되어 있다.
따라서, 본 발명의 자기 헤드는 종래의 자기 헤드보다 큰 출력을 갖는다.
본 발명의 MR 소자를 갖는 자기 헤드(1499A, 1400B 및 1500)의 각각은 도16에 도시된 하드디스크 드라이브 장치(1600)에 포함된다. 모든 장치(1600)는 약 20 Gb/inch2또는 그 이상에서 하드디스크에 데이터를 기록할 수 있다.
(제 15 실시예)
제 13 및 제 14 실시예의 구조들의 조합을 갖는 도11a에 도시된 MR 소자(1100A)[샘플(29 및 30)]가 제조되었다. 샘플(29 및 30)에 있어서, 자유층(5)에는 강자성 Ni0.68Fe0.20Co0.12막이 포함된다. 핀-처리된 층(3C)의 산화물 자기막(31)은 FeAlO막 및 FeSiO막이 포함되고, 타겟으로서, Fe0.8Al0.2및 Fe0.8Si0.2를 이용하는 스퍼터링으로 형성된다. 핀-처리된 층(3C)의 금속 자기막(32)은 Co0.9Fe0.1이 포함된다. 핀닝층(2)은 Pt0.5Mn0.5막이 포함된다. 비-자기막(4)은 Cu로 구성된다. 핀-처리된 층(3C)의 비-자기막(33)은 Ru로 구성된다. 보호막으로서 Ta가 이용된다. 샘플(29 및 30)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(29): Ta(3)/Pt0.5Mn0.5(15)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)
/Co0.9Fe0.1(2)/FeAlO/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2.2)
/NiOFeCo(3)/Ru(0.7)/NiFeCo(2)/TaO(3)
샘플(30): Ta(3)/Pt0.5Mn0.5(15)/Co0.9Fe0.1(3)/Ru(0.7)
/Co0.9Fe0.1(2)/FeSiO/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(2.2)
/NiOFeCo(3)/Ru(0.7)/NiFeCo(2)/TaO(3)
도17을 참조하면, 따라서, 구성된 MR 소자(9)는 약 0.5μm의 측면을 갖는 사각형으로 패턴된다. Cu/Pt의 전극(21)은 MR 소자(9)의 각각의 사각형으로 부착된다. 감지 라인(23)은 전극(21)에 접속된다. MR 소자(9)는 Al2O3으로 분리된다. 이후에, Cu의 워드 라인(22)은 MR 소자(9) 위에 제공된다. 따라서, MR 메모리 소자(1700)가 제조된다.
정보를 기록하도록 NiOFeCo/Ru/NiFeCo의 자유층(5)의 자화를 반전시키기 위하여 워드 라인(22)에 전류가 공급된다. 다음에, 기록 동작에서와 같이 동일한 방향으로 워드 라인에 전류를 공급한다. 이 경우에, 센스 라인(23)의 저항의 변화는 실질적으로 관찰되지 않는다. 전류가 상이한 방향으로 공급될 때, 센스 라인(23)의 저항의 변화는 명료하게 관찰된다. 따라서, 본 발명의 MR 소자(9)를 이용하는 메모리 소자(1700)는 정확하게 동작될 수 있다.
(제 16 실시예)
도13에 도시된 MR 소자(1300)[샘플(31)]가 제조되었다. 소자(1300)는 자유층(5D)에 산화물 자기막(52)을 포함한다. Cu막 및 Pt막을 포함하는 전극이 기판(1)에 제공된다. 샘플(31)에 있어서, 자유층(5D)에는 강자성 Ni0.68Fe0.2Co0.12막이 금속 자기막(51)으로서 포함된다. 자유층(5D)의 산화물 자기막(52)은 Fe3O4막으로 포함된다. 핀-처리된 층(3C)의 금속 자기막(32)은 Co0.9Fe0.1이 포함된다. 핀닝층(2)은 Pt0.5Mn0.5막이 포함된다. 비-자기막(4)은 Cu로 구성된다. 핀-처리된 층(3C)의 비-자기막(33)은 Ru로 구성된다. 보호막으로서 Ta가 이용된다. 자유층(5D) 상의 상부 전극은 Pt로 구성된다. 샘플(31)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(31): Cu(100)/Pt(10)/Ta(3)/Pt0.5Mn0.5(15)/Co0.9Fe0.1(3)
/Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(0.6)/Co0.9Fe0.1(2)
/Cu(2.2)/NiFeCo(2)/Fe3O4(0.6)
/NiFeCo(1)/Ru(0.7)/NiFeCo(2)/Ta(3)/Pt(10)
이렇게 구성된 MR 소자(9)는 Cu/Pt의 하부 전극이 완전히 남아 있는 약 0.3μm의 측면을 갖는 사각형으로 패턴된다. 그 전체 소자(9)는 Al2O3막으로 분리된다. 상부 전극(21)에서 하부 전극(11)으로 통하는 관통홀이 제공된다. Cu의 감지 라인(23)은 상부 및 하부 전극에 접속된다. MR 소자(9)는 Al2O3으로 분리된다. 이후에, Cu의 워드 라인(22)은 MR 소자(9) 위에 제공된다. 따라서, 도17에 도시된 것 처럼 MR 메모리 소자(1700)가 제조된다. 제 15 실시예와 유사하게, 정보를 기록하기 위하여 NiFeCo/Ru/NiFeCo의 자유층(5)의 자화를 반전시키도록 워드 라인(22)에 전류가 공급된다. 다음에, 워드 라인에 전류가 공급될 때, 센스 라인(23)의 저항의 변화가 관찰된다. 따라서, 본 발명의 MR 소자를 이용하는 메모리 소자(1700)는 그와 같은 사이즈로 정확하게 동작한다. 또한, 제 15 및 제 16 실시예의 메모리는 비휘발성 메모리로 확실시된다.
(제 17 실시예)
도11b에 도시된 MR 소자(1100B)는 다중-치수 스퍼터링 캐소드들을 갖는막 형성 장치를 이용하여 스퍼터링 처리에 의해 제조되었다. MR 소자(1100B)를 제조하기 위하여, 핀닝층(2)에 대한 타겟으로서 Pt0.5Mn0.5막이 이용된다. Ta는 층(7)에 대한 타켓으로서 사용된다. Co0.9Fe0.1은 금속 자기층(32)에 대한 타겟으로 이용된다, Ru 는 비-자기층(33)에 대한 타겟으로 이용된다. Fe3O4는 산화물 자기층(31 및 52)에 대한 타겟으로 이용된다. 비-자기막(4)에 대한 타겟으로서 Cu가 이용된다. 자유층(5A)의 금속 자기막(51)에 대한 타겟으로서 Co0.9Fe0.1및 Ni0.8Pe0.2가 이용된다. 스퍼터링을 위해 Ar 기체가 불활성 기체로서 이용되었다. 선택적으로, Kr, Xe 또는 유사한 불활성 기체가 이용될 수 있다. 산화물 자기막들(31 및 52)이 형성될 때만 Ar 기체와 함께 약 1% O2기체가 공급된다. 그 이유는 O2를 부가한다는 것은 Fe3O4가 긴-기간 높은 진공 스퍼터링 이후에 O2의 보다 작은 량을 갖고, 따라서, 산소의 량이 보충되야 하기 때문에, 산화물 자기막을 형성하는 동안 산소의 량은 높은 진공 상태에서 스퍼터링 처리될 때 조정될 수 있다. 산소의 적당한 량은 전체 기체 압력의 10% 또는 보다 작게 된다.
제 17 실시예에 있어서, 긴-기간 높은 진공 스퍼터링이 이용된 이후에 비교적 적은 O2의 량을 갖는 Fe3O4타겟이 이용된다. 진공 챔버가 약 1 x 10-9Torr 또는 보다 작게 비워진 이후에, 상술한 MR 소자가 스퍼터링으로 Si 기판(1) 상에 형성되는 동안 약 0.8 mTorr의 압력을 갖도록 내부에 스퍼터링 기체를 공급한다. 비교에 있어서, 종래의 샘플(J)은 산화물 자기막을 갖지 않는다. 본 발명의 샘플(32) 및 종래의 샘플(J)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(32): Ta(3)/Pt0.5Mn0.5(1)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)
/Co0.9Fe0.1(1.5)/Fe3O4(1)/Co0.9Fe0.1(1.5)
/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(1)/Ni0.8Fe0.2(2)/Fe3O4(1)/Ta(3)
종래의 샘플(J): Ta(3)/Pt0.5Mn0.5(1)/Co0.9Fe0.1(2)
/Ru(0.7)/Co0.9Fe0.1(3)/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(1)
/Ni0.8Fe0.2(2)/Ta(3)
따라서, 구성된 MR 소자들의 특성은 제 12 실시예에서와 유사한 방법으로 서로 비교되었다. 그 결과는 다음 표(14)와 같다
표(14)에 도시된 것 처럼, 본 발명의 샘플(32)은 종래의 샘플(J)과 동일한 Hp를 실질적으로 갖는데, 그 이유는 샘플(32)이 산화물 자기막(31 및 52)을 갖기 때문이다. 또한, 샘플(32)은 종래의 샘플(J)의 MR 비율 보다 큰 MR 비율을 갖는다.
또한, 샘플(33)은 Fe3O4가 제조되었는데, 여기서, 산화물 자기막(52)은 Al2O3타겟을 이용하여 제조된 Al2O3막으로 대치되었다. 샘플(33)은 다음과 같이 지정된다.
샘플(33): Ta(3)/Pt0.5Mn0.5(1)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)
/Co0.9Fe0.1(1.5)/Fe3O4(1)/Co0.9Fe0.1(1.5)
/Cu(2)/Co0.9Fe0.1(1)/Ni0.8Fe0.2(2)/Al2O3/Ta(3)
샘플(33)은 샘플(32)의 것만큼 큰 12.8%의 MR 비율을 갖는다. 그러나, 이 경우에, 자유층(5A)의 소프트 자기 특성은 샘플(33)에서 저하되기 때문에, 자유층(5A)의 반전된 자계(강제력)는 샘플(32)에서 약 3 Oe 이상의 증가된 샘플(33)에서 약 10 Oe가 된다. 이는 산화물 자기막(52)이 미러 반사 전극일 뿐만 아니라, 소프트 자계 특성을 개선하는 것으로 암시한다.
상술한 것 처럼, 본 발명의 자기 저항 효과 소자는 종래의 것 보다 큰 MR 비율을 얻을 수 있다, 그와 같은 MR 소자를 포함하는 자기 저항 효과형 헤드는 높은 레벨의 출력을 얻을 수 있다. 이러한 MR형 헤드는 자기 기록 장치의 고밀도 디스크를 판독할 수 있다. 또한, 본 발명의 MR 소자의 이용은 비휘발성 및 고밀도 MR 메모리 소자를 실현할 수 있다.
본 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 여러 다른 변경안이 있을 수 있다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 특허 청구의 범위는 본 명세서에 기재된 설명에만 한정할 의도는 없으며, 그 특허 청구 범위는 보다 넓게 기재될 수 있다.
상술한 본 발명은 핀-처리된 층이 금속 자기층의 다층막과 산화물 자기막을 포함하는 자기 저항 효과 소자를 제공하는 장점을 얻을 수 있고, 그로 인해, 높은 MR 비율을 얻을 수 있고, 핀닝층이 Pt-Mn으로 구성되고, 그로 인해, 높은 MR 비율의 손실없이 열적 안정성을 얻을 수 있다.

Claims (40)

  1. 자기 저항 효과 소자에 있어서,
    외부 자계에 응답하여 자화 방향이 용이하게 회전되는 자유층;
    제 1 비-자기층과;
    상기 제 1 비-자기층의 자유층에 대향하는 측면에 제공된 제 1 핀-처리된 층(pinned layer)으로서, 상기 제 1 핀-처리된 층의 자화 방향은 상기 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되지 않는, 상기 제 1 핀-처리된 층을 포함하고,
    상기 제 1 핀-처리된 층과 상기 자유층 중 적어도 하나는 상기 제 1 비-자기층을 접촉하는 제 1 금속 자기막과 제 1 산화물 자기막을 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 핀-처리된 층은 상기 제 1 금속 자기막과 상기 제 1 산화물 자기막을 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자유층의 제 1 비-자기층에 대향하는 측면에 제공된 제 2 비-자기층과;
    상기 제 2 비-자기층의 자유층에 대향하는 측면에 제공된 제 2 핀-처리된 층으로서, 상기 제 2 핀-처리된 층의 자화 방향은 상기 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전하게 되지 않는, 상기 제 2 핀-처리된 층을 더 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 자유층은 상기 제 1 금속 자기막과 상기 제 1 산화물 자기막을 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 자유층의 상기 제 1 비-자기층에 대향하는 측면에 제공되고, 만족스런 평탄도를 갖는 산화물 비-자기막을 더 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막에 자기적으로 결합된 핀닝층(pinning layer)을 더 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 자유층은 상기 제 1 산화물 자기막의 제 1 금속 자기막에 대향하는 측면에 제공된 제 2 금속 자기막을 더 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 핀-처리된 층에 자기적으로 결합된 핀닝층을 더 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 핀-처리된 층은 상기 제 1 산화물 자기막의 상기 제 1 금속 자기막에 대향하는 측면에 제공된 제 2 금속 자기막을 더 구비하는 자기 저항 효과 소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 핀-처리된 층은,
    상기 제 1 산화물 자기막의 상기 제 1 금속 자기막에 대향하는 측면에 제공된 제 2 금속 자기막;
    제 3 금속 자기막과;
    상기 제 2 및 제 3 금속 자기막들을 반강자성적으로 교환-결합(antiferromagnetically exchange-coupling)하는 교환-결합 비-자기막을 더 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 핀-처리된 층은,
    상기 제 1 산화물 자기막의 상기 제 1 금속 자기막에 대향하는 측면에 제공된 비-자기막과;
    상기 비-자기막들을 통해 상기 제 1 산화물 자기막을 자기적으로 교환-결합하는 제 2 산화물 자기막을 더 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막은 Fe를 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막은 Fe 및 X를 포함하고, 여기서, X는 Al, Si, B 및 N으로부터 선택된 적어도 하나의 원소인 자기 저항 효과 소자.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막은 주성분으로서 MFe2O4를 포함하고, 여기서, M은 Fe, Co 및 Ni로부터 선택된 적어도 하나의 원소인 자기 저항 효과 소자.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막은 주성분으로서 Fe3O4를 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막은 주성분으로서 CoFe2O4를 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  17. 제 6 항에 있어서, 상기 핀닝층은 P-Mn을 포함하고, 여기서 상기 P는, Pt, Ni, Pd, Ir, Rh, Ru, 및 Cr로부터 선택된 적어도 하나의 원소인 자기 저항 효과 소자.
  18. 제 6 항에 있어서, 상기 핀닝층은 α-Fe2O3또는 NiO 중 어느 하나, 또는 둘 모두를 포함하거나, α-Fe2O3막 및 NiO막을 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  19. 제 6 항에 있어서, 상기 핀닝층은 (AB)2Ox층을 포함하고, 여기서, 산소에 대한 원소(A 및 B)의 조성비는 2 : x 이고, 상기 x의 범위는 2.8〈 x〈 3.2 이며, 여기서, t는,
    (여기서, Ra, Rb 및 Ro는 원소 A, B 및 O 각각의 이온 반경을 나타냄)로 정의되고,
    t는 0.8〈 t〈 0.97 을 만족하는 자기 저항 효과 소자.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 (AB)2Ox층의 원소(B)는 적어도 하나의 천이 금속을 포함하고, 주성분으로서 Fe를 갖는 자기 저항 효과 소자.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 (AB)2Ox층의 원소는 희토 산화물 금속들(rare earth matals)로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막은 상기 제 1 금속 자기막의 산화물인 자기 저항 효과 소자.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 금속 자기막은 Co-Fe 합금을 포함하는 자기 저항 효과 소자.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 자유층은 상기 비-자기막을 통해 반강자성적으로 교환-결합되는 두 개의 금속 자기막들 및 비-자기막을 포함하고, 상기 두 개의막들은 포화된 자화의 상이한 두께들 또는 상이한 레벨들을 갖는 자기 저항 효과 소자.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 저항 효과 소자는 상부 및 하부 측면들에 제공된 전극들을 더 포함하고, 상기 자기 저항 효과 소자를 통해 수직으로 전류가 흐르는 자기 저항 효과 소자.
  26. 자기 저항 효과형 헤드에 있어서,
    제 1 항에 따른 자기 저항 효과 소자와;
    제 1 및 제 2 실드 갭과;
    제 1 및 제 2 실드를 포함하며,
    상기 자기 저항 효과 소자는 상기 제 1 실드 갭에 의해 상기 제 1 실드로부터 고립되며,
    상기 자기 저항 효과 소자는 상기 제 2 실드 갭에 의해 상기 제 2 실드로부터 고립되는, 자기 저항 효과형 헤드.
  27. 자기 저항 효과형 헤드에 있어서,
    제 1 항에 따른 자기 저항 효과 소자와;
    상기 자기 저항 효과 소자 상에 위치되는 절연막과;
    상기 절연막 상에 위치되는 요크를 포함하며,
    상기 요크는 상기 자기 저항 효과 소자에 자계를 도입하는, 자기 저항 효과형 헤드.
  28. 자기 기록 장치에 있어서,
    제 26 항에 따른 자기 저항 효과형 헤드와;
    기록 매체를 트랙킹(track)하도록 상기 자기 저항 효과형 헤드를 제어하는 서보 섹션(servo section)과;
    상기 자기 저항 효과형 헤드가 상기 기록 매체에 또는 상기 기록 매체로부터 기록 또는 재생하는 신호를 처리하기 위한 신호 처리 섹션을 포함하는 자기 기록 장치.
  29. 자기 저항 효과 메모리 소자에 있어서,
    제 1 항에 따른 자기 저항 효과 소자와;
    상기 자기 저항 효과 소자로부터 정보를 판독하기 위한 정보 판독 리드 라인(information reading lead line)과;
    상기 자기 저항 효과 소자에 상기 정보를 기록하기 위한 정보 기록 리드 라인을 포함하는 자기 저항 효과 메모리 소자.
  30. 제 1 항에 따른 자기 저항 효과 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    상기 자유층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 비-자기층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 핀-처리된 층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 자유층을 형성하는 단계와 상기 제 1 핀-처리된 층을 형성하는 단계 중 적어도 하나의 단계는,
    상기 제 1 금속 자기막을 형성하는 단계와;
    산화물 타겟을 이용하여 스퍼터링을 통해 상기 제 1 산화물 자기막을 형성하는 단계를 포함하는, 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 산화물 타겟은 Fe3O4를 포함하는 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막을 형성하는 단계는 불활성 기체 및 산소 기체를 이용하는, 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 제 1 산화물 자기막을 형성하는 단계는 불활성 기체 및 산소 기체를 이용하는, 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  34. 제 30 항에 있어서, 상기 산화물 타겟은 CoFe2O4를 포함하는 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  35. 자기 저항 효과 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    기판에 직접 또는 상기 기판상의 층을 통해, 자유층, 비-자기층 및, 핀-처리된 층의 금속 자기막을 연속으로 형성하기 위한 제 1 단계와;
    상기 핀-처리된 층의 상기 금속 자기막의 표면을 산화시키기 위한 제 2 단계와;
    상기 금속 자기막의 표면에 산화물 자기막을 형성하기 위한 제 3 단계와;
    상기 산화물 자기막에 핀닝층을 형성하기 위한 제 4 단계를 포함하고,
    상기 자유층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되고, 상기 핀-처리된 층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되지 않는 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 플라즈마 산화를 포함하는 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  37. 제 35 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 산소 래디칼 소스(oxygen radical source)에 의해 생성된 산소 래디칼들을 이용하여 상기 금속 자기막의 표면을 산화하기 위한 단계를 포함하는 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  38. 제 35 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 자연 산화를 포함하는 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  39. 제 35 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 산소 이온 소스에 의해 생성된 산소 이온들을 이용하여 상기 금속 자기막의 표면을 산화하기 위한 단계를 포함하는 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
  40. 자기 저항 효과 소자를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    기판에 직접 또는 상기 기판상의 층을 통해, 자유층, 비-자기층 및, 핀-처리된 층의 제 1 금속 자기막을 연속으로 형성하기 위한 제 1 단계;
    반응 스퍼터링을 통해 상기 핀-처리된 층의 산화물 자기막을 형성하기 위한 제 2 단계;
    상기 산화물 자기막의 표면에 제 2 금속 자기막을 형성하기 위한 제 3 단계와;
    상기 제 2 자기막에 핀닝층을 형성하기 위한 제 4 단계를 포함하고,
    상기 자유층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되고, 상기 핀-처리된 층의 자화 방향은 외부 자계에 응답하여 용이하게 회전되지 않는 자기 저항 효과 소자 제조 방법.
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