KR100378414B1 - 자기저항효과소자, 그 제조방법, 및 그것을 사용한 자기기억장치 - Google Patents

자기저항효과소자, 그 제조방법, 및 그것을 사용한 자기기억장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100378414B1
KR100378414B1 KR10-2000-0029590A KR20000029590A KR100378414B1 KR 100378414 B1 KR100378414 B1 KR 100378414B1 KR 20000029590 A KR20000029590 A KR 20000029590A KR 100378414 B1 KR100378414 B1 KR 100378414B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
fixed
free
layer formed
magnetoresistive element
Prior art date
Application number
KR10-2000-0029590A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000077490A (ko
Inventor
하야시가즈히꼬
오하시게이시
이시와따노부유끼
나까다마사후미
후까미에이조
나가하라기요까즈
혼조히로아끼
사이또신사꾸
Original Assignee
닛뽕덴끼 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤 filed Critical 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤
Publication of KR20000077490A publication Critical patent/KR20000077490A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100378414B1 publication Critical patent/KR100378414B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F41/308—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices lift-off processes, e.g. ion milling, for trimming or patterning
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/012—Recording on, or reproducing or erasing from, magnetic disks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49021—Magnetic recording reproducing transducer [e.g., tape head, core, etc.]
    • Y10T29/49032—Fabricating head structure or component thereof
    • Y10T29/49034—Treating to affect magnetic properties

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

작성이 용이하여 센스전류가 배리어층을 바이패스하는 일이 없는, 자기저항효과헤드, 그 제조방법, 및 이 자기저항효과헤드를 사용한 자기기억장치를 제공한다.
프리층 (2), 배리어층 (3), 고정층 (4) 및 고정하는 층 (5) 을 기본구성으로 하는 MTJ 막을 사용한 자기저항효과헤드에 있어서, 고정층 (4) 및 고정하는 층 (5) 을 구성하는 금속재료를 산화 혹은 질화시킴으로써 얻어지는 산화층 ·질화층 (1) 을 형성하도록 한다.

Description

자기저항효과소자, 그 제조방법, 및 그것을 사용한 자기기억장치 {MAGNETORESISTANCE EFFECT ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND MAGNETIC STORAGE DEVICE USING THE SAME}
본 발명은, 자기매체상에 정보신호를 기록하고, 또 그 정보신호를 판독 ·재생하기 위한 자기헤드 등의 자기저항소자를 포함하는 자기장치, 및 그 제조방법, 및 그것을 이용한 자기기억장치에 관한 것이다.
종래기술에서는, 자기저항센서 (이하, 「MR 센서」라고 함) 또는 헤드라고 불리우는 자기판독 변환기가 개시되어 있고, 이것은 큰 선형밀도로 자성표면에서 데이터를 판독하는 것으로 알려져 있다. MR 센서는, 판독 소자에 의하여 감지되는 자속의 강도와 방향의 함수로서의 저항변화를 통하여 자계신호를 검출한다. 이러한 종래기술의 MR 센서는, 판독소자의 저항의 1 성분이 자화방향과 소자중을 흐르는 감지전류의 방향의 사이의 각도의 여현의 2 승에 비례하여 변화하는, 이방성 자기저항효과 (이하「AMR 효과」라고 함)에 의거하여 동작한다. AMR 효과의 더욱 상세한 설명은, D.A. 톰슨 (Thompson) 등의 논문 "Memory, Storage, and Related Applications" IEEE Trans. on Mag. MAG-11,p.1039 (1975) 에 기재되어 있다. AMR 효과를 이용한 자기헤드에서는 벌크하우젠노이즈를 억제하기 위하여 세로 바이어스를 인가하는 것이 많으나, 이 세로 바이어스 인가재료로서, FeMn, NiMn, 니켓 산화물 등의 반강자성 재료를 사용하는 경우가 있다.
또한 최근에는, 적층자기센서의 저항변화가, 비자성층을 통한 자성층 사이에서의 전도전자의 스핀 의존성 전송, 및 이것에 부수하는 층계면에서의 스핀 의존성 산란에 복귀되는, 더욱 현저한 자기저항효과가 기재되어 있다. 이 자기저항효과는 「거대자기저항효과」및 「스핀·밸브효과」등 다양한 명칭으로 불려진다. 이와같은 자기저항센서는 적당한 재료로 되어있고, AMR 효과를 이용하는 센서로 관찰되는 것보다도, 감도가 개선되어, 저항변화가 크다. 이 종류의 MR 센서에서는, 비자성층에서 분리된 한쌍의 강자성체층의 사이의 평면내 저항이, 2 개의 층의 자화방향사이의 각도의 여현에 비례하여 변화한다.
1988 년 6 월에 우선권 주장되어 있는 일본 공개특허공보 평 2-61572 에는, 자성층내의 자화의 반평행 정렬에 의하여 발생하는, 높은 MR 변화를 가져오는 적층자성구조가 기재되어 있다. 적층구조에서 사용가능한 재료로서, 상기 명세서에는 강자성의 천이금속 및 합금을 들 수 있다. 또 중간층에 의하여 분리되어 있는 적어도 2 층의 강자성층의 한쪽에 고정하는 층을 부가한 구조, 및 고정하는 층으로서 FeMn 이 적당하다는 것이 개시되어 있다.
1990 년 8 월 22 일에 출원되고 있는 일본 공개특허공보 평 4-103014 에는, 강자성막에 다른 중간층을 삽입하여 다층막으로 한 강자성 터널 접합막에 있어서, 적어도 1 층의 강자성층에 반강자성체로부터의 바이어스 자계가 인가되어 있는 것을 특징으로 하는 강자성 터널 접합막에 대한 기재가 있다.
강자성 터널 접합막을 사용한 재생헤드에 있어서, 프리층의 자구를 제어하는 층 (세로 바이어스층) 이 프리층에 접촉하지 않는 구조에서, 강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료 이외의 재료를 막성형에 의하여 형성시킨 예에 대해서는, 1996 년 11 월 27 일에 우선권 주장되어 있는, 일본 공개특허공보 평 10-162327 에 기술되어 있다.
강자성 터널 접합막을 이용한 실드형 자기저항효과소자로서는, 알루미나 등의 절연재료를 사용하여, 세로 바이어스층이 강자성 터널 접합막에 직접 접촉하지 않도록 한 구조가 제안되어 있다 (특개평 10-162327). 이것은, 강자성 터널 접합을 사용한 실드형 소자에서는, 센스 전류를 터널 접합부에 수직으로 흐르게할 필요가 있고, 종래의 스핀밸브를 사용한 실드형 소자와 유사한 구조에서는, 배리어층을 바이패스 하여, 그것에 근방에 있는 것보다 저항치가 낮은 세로 바이어스부를 센스전류가 흐르게 되어, 저항변화의 검출에 기여하지 않는다는 과제를 해결하는 것이었다. 그러나, 이 구조는 미리 패턴화한 강자성 터널 접합막 단부에 막성형에 의하여 알루미나를 더 형성시킨다는 수법을 사용하고 있기 때문에, 강자성 터널 접합막을 패턴화할때, 강자성 터널 접합막을 형성하는 층중 배리어층보다 하부에 위치하는 층을 패턴화할때 비산한 금속이, 강자성 터널 접합막을 구성하는 층중에서 이미 패턴화 되어있는 배리어층을 포함하는 층의 측벽에 재부착하여, 소자로서 형성되었을때 센스 전류가 배리어층을 바이패스하여 재부착층을 통과하여, MR 비가 극단적으로 저하한다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 작성이 용이하고 또한 센스전류가 배리어층을 바이어스하지 않는, 자기저항효과소자, 그 제조방법, 및 이 자기저항효과소자를 사용한 자기기억장치를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 2 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 3 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 4 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 5 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 6 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 7 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 8 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 9 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 10 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 11 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 12 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 또 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 13 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 2 실시형태의 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 14 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 3 실시형태의 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 15 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 3 실시형태의 다른 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 16 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 4 실시형태의 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 17 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 5 실시형태의 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 18 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 6 실시형태의 일예를 나타내는 개략 측단면도.
도 19 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 실시형태의 일예를 나타내는 개략 평면도.
도 20 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 2 실시형태의 일예를 나타내는 개략 평면도.
도 21 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 3 실시형태의 일예를 나타내는 개략 평면도.
도 22 는 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 4 실시형태의 일예를 나타내는 개략 평면도.
도 23 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 5 실시형태의 일예를 나타내는 개략 평면도.
도 24 는 상기 제 1 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서를 나타내는 평면도.
도 25 는 상기 제 2 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서를 나타내는 평면도.
도 26 은 상기 제 3 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서를 나타내는 평면도.
도 27 은 상기 제 5 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서를 나타내는 평면도.
도 28 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자를 적용한, 기록재생헤드의 사시도.
도 29 는 도 28 에 나타낸 자기기록재생헤드를 구비한 자기저항변환시스템을 나타내는 개략도.
도 30 은 도 29 에 나타낸 자기저항변환시스템을 사용한 자기기록시스템의 일예를 나타내는 개략도.
도 31 은 본 발명에 관련된 자기저항효과소자를 사용한 자기기록재생장치의 개념도.
*도면에 나타난 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 산화층 ·질화층 (강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물)
2: 프리층 3: 배리어층
4: 고정층 5: 고정하는 층
6: 세로 바이어스층 7: 계면제어층
8: MTJ 막 (강자성 터널 접합막) 10: 기체
11: 하부 실드층 12: 하부 전극층
13: 절연층 14: 상부 전극층
15: 상부 실드층 20: 상부층
21: 하부 갭층 22: 상부 갭층
24: 보호층 25: 갭 조정 도전층
41: 코일 42: 기체
43: 자극 44: 상부 자극
45, 51: 재생헤드 46, 50 : 기록헤드
52: 헤드 슬라이더를 겸한 기판 53: 자기기록매체
54: 매체로부터의 누출자계
제 1 항에 기재된 발명은, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층, 혹은 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막을 사용한 자기저항효과소자에 있어서, 강자성 터널 접합막 페턴 내부에, 강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 2 항에 기재된 발명은, 제 1 항에 기재된 자기저항효과소자로서, 상기 금속재료는, 프리층인 것을 특징으로 한다.
제 3 항에 기재된 발명은, 제 1 항에 기재된 자기저항효과소자로서, 상기 금속재료는, 고정층인 것을 특징으로 한다.
제 4 항에 기재된 발명은, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막을 사용한 자기저항효과소자에 있어서, 강자성 터널 접합막 패턴 단부에, 강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 5 항에 기재된 발명은, 제 4 항에 기재된 자기저항효과소자로서, 상기 금속재료는, 고정하는 층인 것을 특징으로 한다.
제 6 항에 기재된 발명은, 하지층과 이 하지층상에 형성된 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 하지층과 이 하지층상에 형성된 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막을 사용한 자기저항효과소자에 있어서, 강자성 터널 접합막 패턴 내부에, 하지층을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 7 항에 기재된 발명은, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 보호층, 혹은 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층과 이 프리층상에 형성된 보호층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막을 사용한 자기저항효과소자에 있어서, 강자성 터널 접합막 패턴단부에, 보호층을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 9 항에 기재된 발명은, 제 1 항 내지 7 항중 어느 한 항에 기재된 자기저항효과소자로서, 배리어층 상부에, 강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 더 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 10 항에 기재된 발명은, 제 1 항 내지 7 항중 어느 한 항에 기재된 자기저항효과소자로서, 강자성 터널 접합막 패턴 주위에, 강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 더 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 11 항에 기재된 발명은, 하부 전극층과, 하부 전극층상에 형성된 세로 바이어스층과, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하고, 프리층의 적어도 일부가 세로 바이어스층의 상부에 위치하고, 세로 바이어스층과 직접 혹은 하지층을 통하여 접하고 있는 강자성 터널 접합막과, 프리층 및 세로 바이어스층의 적어도 일부 위에 형성된 절연층과, 고정하는 층상에 형성되어, 적어도 일부가 직접 혹은 보호층을 통하여 고정하는 층에 접하고 있는 상부 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자에 있어서, 패턴화된 강자성 터널 접합막 단부 혹은 주위에 강자성 터널 접합소자를 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 12 항에 기재된 발명은, 하부 전극층과, 하부 전극층상에 형성된 세로 바이어스층과, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하고, 프리층의 적어도 일부가 세로 바이어스층의 하부에 위치하고, 세로 바이어스층과 직접 혹은 하지층을 통하여 접하고 있는 강자성 터널 접합막과, 프리층 및 세로 바이어스층의 적어도 일부 위에 형성된 절연층과, 고정하는 층상에 형성되어, 적어도 일부가 고정하는 층에 직접 혹은 보호층을 통하여 접하고 있는 상부 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자에 있어서, 패턴화된 강자성 터널 접합막 단부 혹은 주위에 강자성 터널 접합소자를 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 13 항에 기재된 발명은, 하부 전극층과, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 의 어느 하나를 기본구성으로 하고, 하부 전극층상에 형성되어, 에어 ·베어링 표면측에서 본 프리층의 폭이 하부 전극층 이하인 강자성 터널 접합막과, 적어도 일부가 프리층에 접하고 있는 절연층 및 절연층상에 형성된 세로 바이어스층과의 적층막, 혹은 절연물로 이루어지는 세로 바이어스막과, 적어도 일부가 프리층에 직접 혹은 보호층을 통하여 접하여 상부에 위치하고 있는 상부 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자에 있어서, 패턴화된 강자성 터널접합막 단부 혹은 주위에 강자성 터널 접합소자를 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 14 항에 기재된 발명은, 하부 전극층과, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본 구성으로 하고, 하부 전극층상에 형성되어, 에어·베어링 표면측에서 본 프리층의 폭이 하부 전극층 이하인 강자성 터널 접합막과, 일부가 프리층에 접하고 있는 절연층과, 계면제어층을 통하거나 혹은 직접, 적어도 일부가 프리층에 접하여 상부에 위치하고 있는 세로 바이어스층과, 적어도 일부가 세로 바이어스층에 접하여 상부에 위치하고 있는 상부 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자에 있어서, 패턴화된 강자성 터널 접합막 단부 혹은 주위에 강자성 터널 접합소자를 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 한다.
제 15 항에 기재된 발명은, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층, 혹은, 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막으로 이루어진 자기저항효과소자에 있어서, 강자성 터널 접합막을 패턴화한 후에, 막단부를 산화, 혹은 질화하는 것을 특징으로 한다.
제 16 항에 기재된 발명은, 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막으로 이루어진 자기저항효과소자에 있어서, 강자성 터널 접합막을 패턴화할때, 패턴화를 자기저항효과소자를 구성하는 층의 도중에서 멈추게 하고, 막단부 및 자기저항효과소자중 패턴화가 도중에서 멈춰져 있는 영역의 적어도 최표면을 산화, 혹은 질화하는 것을 특징으로 한다.
제 17 항에 기재된 발명은, 제 15 항 또는 제 16 항에 기재된 자기저항효과소자의 제조방법으로서, 막단부 혹은 자기저항효과소자중, 패턴화가 도중에서 멈춰있는 영역의 적어도 최표면을 자연산화에 의하여 산화하는 것을 특징으로 한다.
제 18 항에 기재된 발명은, 제 15 항 또는 제 16 항에 기재된 자기저항효과소자의 제조방법으로서, 막단부 혹은 자기저항효과소자중, 패턴화가 도중에서 멈춰져 있는 영역의 적어도 최표면을 플라즈마 산화 혹은 플라즈마 질화하는 것을 특징으로 한다.
제 19 항에 기재된 발명은, 청구항 1 ∼ 7, 11 ∼ 14 중 어느 한항에 기재된 자기저항효과소자 혹은 청구항 15 ∼ 16 의 어느 한항에 기재된 제조방법으로 제조한 자기저항효과소자와, 상기 자기저항효과소자를 그 일부에 포함하는 자기저항센서를 통과하는 전류를 발생하는 전류발생회로와, 검출되는 자계의 함수로서 상기 자기저항센서의 저항율 변화를 검출하는 데이터 판독회로, 를 구비한 자기저항변환시스템이다.
제 20 항에 기재된 발명은, 데이터기록을 위한 복수개의 트랙을 갖는 자기기억매체와, 제 19 항에 기재된 자기저항변환시스템과, 상기 자기저항변환시스템을 상기 자기기억매체의 선택된 트랙으로 이동시키는 제 1 엑튜에이터와, 상기 자기기록매체를 회전구동시키는 제 2 엑튜에이터를 구비한 자기기억시스템이다.
상기 자기저항효과소자에서는, 강자성 터널 접합막 (이하, 「MTJ 막」이라고 함) 을 형성한후, 이 MTJ 막중의 적어도 상기 고정하는 층과 상기 고정하는 층의 측벽 부분을 산화 혹은 질화함으로써, 이들 고정하는 층 및 고정하는 층을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물로 이루어지는 층을 형성할 수 있기 때문에, 작성이 매우 용이하다. 또 상술하였듯이, 패턴화된 MTJ 막의 측벽부에, 금속의 재부착층이 형성된 경우에도, 제조공정에서 재부착층을 산화 혹은 질화시키면, 형성된 산화물 및 질화물은 절연체이기 때문에, 전기전도에 기여하지 않게 되고, 전류가 배리어층을 바이패스하는 일도 없어진다. 그리하여, 제조상의 수율을 향상시킬 수 있다.
(발명의 실시형태)
이하, 본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 내지 제 6 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
제 1 실시형태
도 1 에, 제 1 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 에어 ·베어링 표면 (이하, 「ABS 면」이라고 함) 에 평행하게 절단했을때의 단면도를 나타낸다.
이 구성에서는, 기본 (도시 생략) 상에 하부 실드층 (11) 및 하부 전극층 (12) 이 적층된다. 그 위에, 프리층 (2) 및 배리어층 (3) 이 순차 적층된다. 배리어층 (3) 상에서 좌우의 세로 바이어스층 (6) 의 사이의 부분에, 고정층 (4), 고정하는 층 (5), 상부전극 (14) 이 적층되고, 이들은 도 1 과 같이 패턴화된다. 패턴화된 고정층 (4) /고정하는 층 (5) 의 측벽에는, 고정층 (4) 및 고정하는 층 (5) 을 구성하고 있는 금속재료의 산화물 ·질화물로 이루어지는 층 (강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물) 이 형성되어 있다. 이하, 이러한 층을 산화층 ·질화층이라고 칭함으로써, 부호 1 로 나타낸다. 또한 그 좌우에 절연층 (13) 이 배치된다. 또한 그 위에 상부 전극층 (14) 및 상부 실드층 (15) 이 적층된다.
프리층 (2)/배리어층 (3)/고정층 (4)/고정하는 층 (5), 의 부분이, MTJ 막 (강자성 터널 접합막) 이다.
도 19 에, 상기 자기저항효과소자의 평면도를 나타낸다. 이 도면에서, A 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/배리어층 (3)/절연층 (13) 이 적층되어 있는 부분을 나타내고 있다. 이하 마찬가지로, B 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/배리어층 (3)/절연층 (13) 을, C 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/세로 바이어스층 (6)/프리층 (2)/배리어층 (3)/절연층 (13)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, D 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/배리어층 (3)/고정층 (4)/고정하는 층 (5)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, E 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/배리어층 (3)/절연층 (13)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, F 는, 하부 실드층 (11)/ 하부 전극층 (12)/프리층 (2)/배리어층 (3)/산화층 ·질화층 (1)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, 각각 나타내고 있다.
이 자기저항효과소자에서는, 가령 도중의 상부 전극층 (14) 에서 하부 전극층 (12) 으로 전류를 흘려보냈다고 하면, 전류는 상부 전극층 (14) 에서 고정하는 층 (5), 고정층 (4), 배리어층 (3), 프리층 (2) 을 순차 통과하여, 하부 전극층 (12) 으로 흐르고, 다른 전류경로를 통과하는 일은 없다.
여기서는, 하부 실드층 (11) 상에 하부 전극층 (12) 를 적층하고, 상부 전극층 (14) 상에 상부 실드층 (15) 을 적층한 구조에 대하여 서술하였으나, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12) 과의 사이, 또는 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 의 사이에, 갭층으로서 절연층을 배치하는 것도 가능하다. 또, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12), 또는 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 을 겸용으로 할 수도 있다. 하부 전극층 (12) 과 프리층 (2) 의 사이에는 하지층을, 고정하는 층 (5) 과 상부 전극층 (14) 의 사이에는 상부층을 설치할 수도 있다.
이와같은 본 실시형태의 다른 예에 대하여, 도 2 내지 도 12 를 사용하여 설명한다. 우선, 도 2 에, 다른 일예에 관련된 자기저항효과소자를 ABS 면에 평행하게 절단했을때의 단면도를 나타낸다. 이 구성에서는, 기체상에 하부 실드층 (11), 하부 갭층 (21) 및 하부 전극층 (12) 이 적층된다. 그 위에, 하지층 (도시 생략)/프리층 (2)/배리어층 (3) 이 적층된다. 하지층/프리층 (2) 은, 배리어층 (3) 상의 좌우의 세로 바이어스층 (6) 의 사이의 부분에, 고정층 (4)/고정하는 층 (5)/상부층 (20)/상부 전극층 (14) 이 적층되고, 이들은 도면에 나타나듯이 패턴화된다. 패턴화된 고정층 (4)/고정하는 층 (5) 의 측벽에는, 산화층 ·질화층 (1) (고정층 4 및 고정하는 층 5 를 구성하고 있는 금속재료의 산화물 혹은 질화물) 이 형성되어 있다. 또한 그 좌우에는 절연층 (13) 이 배치된다. 또한 그 위에, 상부 전극층 (14), 상부 갭층 (22) 및 상부 실드층 (15) 이 적층된다.
하지층/프리층 (2)/배리어층 (3)/고정층 (4)/고정하는 층 (5), 의 부분이 MTJ 막이다.
이 구조에서는, 가령 도면중의 상부 전극층 (14) 에서 하부 전극층 (12) 으로 전류를 흘려보냈다면, 전류는 상부 전극층 (14) 에서 고정하는 층 (5), 고정층 (4), 배리어층 (3), 프리층 (2) 을 통과하고, 하부 전극층 (12) 으로 흘러, 다른 전류경로를 통과하는 일은 없다.
그리고, 하부 갭층 (21), 상부 갭층 (22), 하부 전극층 (12), 상부 전극층 (14), 프리층 (3) 의 하지층 혹은 상부층 (20) 은, 생략하는 경우도 있다.
도 3 은, 도 2 의 구조에서 하부 갭층 (21) 및 상부 갭층 (22) 을 생략한 구조를 나타내고 있다.
또 도 4 는, 도 2 의 구조에서 또한 상부 전극층 (14) 을 생략한 구조, 즉, 상부 실드층 (15) 이 상부 전극층 (14) 을 겸용하는 구조로 한 것을 나타내고 있다. 여기서는, 도 2 에서의 상부층 (20) 을 생략하고, 대신에 보호층 (24) 을 형성하도록 하고있다.
또한, 도 5 는, 도 4 에서, 하지층/프리층 (2) 이 세로 바이어스층 (6) 의 막패턴 단부 및 패턴상에도 형성되어 있는 구조로 한 경우를 나타내고 있다.
도 6 은, 도 4 에 나타낸 구조에서, 배리어층 (3) 의 상부에도 산화층 ·질화층 (1) 을 형성시킨 경우를 나타내고 있다. 즉, 고정층 (4), 고정하는 층 (5), 보호층 (24) 의 패턴의 측면, 및 배리어층 (3) 의 상부에, 산화층 ·질화층 (1) 을 형성시킨 경우이다. 구체적으로는, 배리어층 (3) 상에 고정층 (4) 을 남겨두고, 후에 산화함으로써 형성한다. 이때, 고정층 (4), 고정하는 층 (5) 및 보호층 (24) 의 측면도 산화되어 있다. 패턴화시, 고정층 (4), 고정하는 층 (5), 보호층 (24) 의 측면에 재부착한 금속물질도 산화된다. 여기서는 도에 나타내듯이, 세로 바이어스층 (6) 상에도 산화층 ·질화층 (1) 을 형성시킨 경우를 나타내었으나, 이것은 없어도 상관없다. 또 고정층 (4), 고정하는 층 (5) 및 보호층 (24) 의 측면의 모두에 산화층 ·질화층 (1) 을 형성시킬 필요는 없고, 그 일부에만 형성해도 상관없다. 또한 보호층 (24), 혹은 프리층 (2) 의 하지층은, 생략하는 경우도 있다.
도 7 은, 도 6 에 나타낸 구조의 변형예이다. 배리어층 (3) 상에도 세로 바이어스층 (6) 상에도 형성되는 산화층 ·질화층 (1) 은, 도 6 에 나타낸 경우와 같이, 고정층 (4) 의 막두께와 거의 같을 필요가 반드시 있는 것은 아니고, 이와같이 고정층 (4) 의 막두께와 크게 상이해도 상관없다. 또, 배리어층 (3) 상의 산화층 ·질화층 (1) 은, 반드시 고정층 (4) 을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물일 필요는 없고, 그 위에 형성되어 있는 고정하는 층 (5) 혹은 상부층 (20) 을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 포함되어 있어도 상관없다.
도 8 은, 도 6 에 나타낸 구조의 다른 변형예이고, 산화층 ·질화층 (1) 이 고정층 (4)/고정하는 층 (5)/상부층 (20) 의 측면에 형성될뿐 아니라, 배리어층 (3) 상부의, 고정층 (4)/고정하는 층 (5)/상부층 (20) 의 패턴 근방에도 형성되는 경우이다. 패턴화시에, 고정층 (4)/고정하는 층 (5)/상부층 (20) 의 패턴 근방의 배리어층 (3) 상에 남겨둔 고정층 (4) 을, 후에 산화함으로써 산화층 ·질화층 (1) 을 형성시킨 경우가, 이 구조가 된다.
도 9 는, 도 7 에 나타낸 구조의 변형예이고, 세로 바이어스층 (6) 의 패턴의 사면상에도, 산화층 ·질화층 (1) 이 형성되어 있는 경우이다.
도 10 은, 산화층 ·질화층 (1) 이, 프리층 (2)/배리어층 (3)/고정층 (4)/고정하는 층 (5)/보호층 (24) 의 측면, 즉 하부 전극층 (12) 상에도 형성되는 경우의 구조이다. 패턴화시에 남겨둔 프리층 (2) 을, 후에 산화함으로써 산화층 ·질화층 (1) 을 형성시킨 경우는, 이 구조가 된다. 여기서는 도면에 나타내듯이, 세로 바이어스층 (6) 의 패턴상에는, 산화층 ·질화층 (1) 이 형성되어 있지 않은 경우를 나타내었으나, 형성되어 있어도 상관없다. 또, 여기서는 세로 바이어스층 (6) 의 패턴의 사면상에는, 산화층 ·질화층 (1) 이 형성되지 않은 경우를 나타내었으나, 형성되어 있어도 상관없다.
도 11 은, 산화층 ·질화층 (1) 이 프리층 (2)/배리어층 (3)/고정층 (4)/고정하는 층 (5)/보호층 (24) 의 측면, 및 프리층 (2) 상에도 형성되는 경우의 구조이다. 패턴화시에 남겨둔 프리층 (2) 의 상부를, 후에 산화함으로써 산화층 ·질화층 (1) 을 형성시킨 경우가, 이 구조가 된다. 여기서는 도면에 나타나듯이, 세로 바이어스층 (6) 의 패턴상에는, 산화층 ·질화층 (1) 이 형성되어 있는 경우를 나타내었으나, 형성되지 않아도 상관없다. 또 여기서는 세로 바이어스층 (6) 의 패턴의 사면상에는, 산화층 ·질화층 (1) 이 형성되지 않은 경우를 나타내었으나, 형성되어 있어도 상관없다.
도 12 는, 프리층 (2)/배리어층 (3)/고정층 (4)/고정하는 층 (5)/상부층 (20) 이 패턴화되어 있어, 그 패턴 단부에, 산화층 ·질화층 (1) 이 형성되어 있는 경우이다. 이때, 프리층 (2) 의 하지층이 패턴화되어 있는지 아닌지는 적당히 선택할 수 있고, 하부 전극층 (12) 상에는 프리층 (2) 의 하지층이 남겨져 있어도상관없다. 세로 바이어스층 (6) 의 패턴상 혹은 패턴 단부상에는, 프리층 (2) 이 남겨져 있어도 상관없다. 그리고, 이 예에서는, 하부 실드층 (11) 이 하부 전극층 (12) 을 겸용하는 구조로 한 것을 나타내고 있고, 그 위에는 갭 조정 도전층 (25) 이 형성되어 있다.
그리고, 상기 도 4 에서 도 12 에 나타낸 구조에서는, 프리층 (2) 에 하지층이 있는 경우를 나타내었으나, 하지층은 생략하는 경우도 있다.
제 2 실시형태
도 13 에 제 2 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 ABS 면에 평행하게 절단했을때의 단면도를 나타낸다.
이 구성에서는, 기체 (도시 생략) 상에 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12) 및 프리층 (2) 이 적층된다. 그 위에, 도면과 같이 패턴화된 세로 바이어스층 (6) 이 적층된다. 프리층 (2) 상으로 좌우의 세로 바이어스층 (6) 의 사이의 부분에, 배리어층 (3), 고정층 (4), 고정하는 층 (5), 및 상부 전극층 (14) 이 순차 적층되어, 이들은 도면과 같이 패턴화된다. 또한, 그 좌우에는 절연층 (13) 이 배치된다. 프리층 (2)/배리어층 (3)/고정층 (4) 고정하는 층 (5) 의 부분이, MTJ 막이다. 패턴화된, 고정층 (4)/고정하는 층 (5) 의 측벽에는, 산화층 ·질화층 (고정층 4 및 고정하는 층 5 을 구성하고 있는 금속재료의 산화물 ·질화물로 이루어지는 층) (1) 이 형성된다.
그리고, 도 20 에, 상기 자기저항효과소자의 평면도를 나타낸다. 이 도면에서, A 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12) 이 적층되어 있는 부분을 나타내고 있다. 이하 마찬가지로, B 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/절연층 (13) 을, C 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/세로 바이어스층 (6)/절연층 (13)/상부 실드층 (15) 을, D 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/배리어층 (3)/고정층 (4)/고정하는 층 (5)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, E 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/절연층 (13)/상부 실드층 (15) 을, F 는, 하부 실드층 (11)/ 하부 전극층 (12)/프리층 (2)/절연층 (13)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, G 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/절연층 (13)/상부 전극층 (14) 을, H 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/프리층 (2)/절연층 (13)/상부 실드층 (15) 을, I 는 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12)/프리층 (2)/산화층 ·질화층 (1)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, 각각 나타내고 있다.
이 자기저항효과소자에 있어서는, 가령 도면중의 상부 전극층 (14) 에서 하부 전극층 (12) 으로 전류를 흘렸다면, 전류는 상부 전극층 (14) 에서 고정하는 층 (5), 고정층 (4), 배리어층 (3), 프리층 (2) 을 순차 통과하여, 하부 전극층 (12) 으로 흐르고, 다른 전류경로를 통과하는 일은 없다.
여기서는, 하부 실드층 (11) 상에 하부 전극층 (12) 을 적층한 구조에 대하여 서술하였으나, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12) 과의 사이에, 갭층으로서 절연층을 배치할 수도 있다. 또, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12) 을 겸용으로 할수도 있다. 하부 전극층 (12) 과 프리층 (2) 과의 사이에는, 하지층을 설치할 수도 있다.
제 3 실시형태
도 14 에, 제 3 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 ABS 면에 평행하게 절단했을때의 단면도를 나타낸다.
이 구성에서는, 기체 (도시 생략) 상에 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12) 이 적층된다. 그 위에, 도면과 같이 패턴화된, 고정하는 층 (5), 고정층 (4), 배리어층 (3), 프리층 (2) 이 순차 적층된다. 고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2) 의 측벽에는, 산화층 ·질화층 (고정하는 층 5, 고정층 4, 배리어층 3 및 프리층 2 를 구성하는, 금속재료의 산화물 ·질화물로 이루어지는 층) (1) 이 형성된다. 또한 그 외측에, 절연층 (13) 이 배치되어 있다. 또, 프리층 (2) 의 좌우에는, 세로 바이어스층 (6) 이 배치되어 있다. 또한 그 상부에는, 상부 전극층 (14) 및 상부 실드층 (15) 이 적층된다. 고정하는 층 (5)/배리어층 (3)/프리층 (2) 의 부분이, MTJ 막이다.
그리고, 도 21 에, 상기 자기저항효과소자의 평면도를 나타낸다. 이 도면에서, A 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12) 이 적층되어 있는 부분을 나타내고 있다. 이하 마찬가지로, B 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/절연층 (13)을, C 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/세로 바이어스층 (6)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, D 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, E 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/절연층 (13)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, F 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/산화층 ·질화층 (1)/절연층 (13)/세로 바이어스층 (6)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을 각각 나타내고 있다.
이 자기저항효과소자에서는, 가령 도면중의 상부 전극층 (14) 에서 하부 전극층 (12) 으로 전류를 흘렸다면, 전류는 상부 전극층 (14) 에서 프리층 (2), 배리어층 (3), 고정층 (4), 고정하는 층 (5) 을 순차 통과하여, 하부 전극층 (12) 으로 흐르고, 다른 전류경로를 통과하는 일은 없다.
여기서는, 하부 실드층 (11) 상에 하부 전극층 (12) 을 적층하고, 상부 전극층 (14) 상에 상부 실드층 (15) 을 적층한 구조에 대하여 서술하였으나, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12) 과의 사이, 또는 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 의 사이에, 갭층으로서 절연층을 배치할 수도 있다. 또, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12) 을, 또는 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 을 겸용할수도 있다. 하부 전극층 (12) 과 고정하는 층 (5) 과의 사이에는 하지층을, 프리층 (2) 과 상부 전극층 (14) 과의 사이에는 상부층을 설치할 수도 있다. 또, 여기서는 MTJ 막중, 고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2) 을 패턴화한 경우에 대하여 기재하였으나, 적어도 프리층 (2) 이 패턴화되어있으면 되며, 그 이하의 부분을, 어디까지 패턴화하는가는 적당히 선택할 수 있다.
도 15 는, 도 14 에 나타낸 구조의 변형예이다. 도 14 에 나타낸 구조와의 차이는, 프리층 (2) 의 패턴상에 보호층 (24) 을 통하여 세로 바이어스층 (6) 의 패턴이 올라와 있는 점이다. 이때, 보호층 (24) 은 생략할 수도 있다.
제 4 실시형태
도 16 에, 제 4 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 ABS 면에 평행하게 절단했을때의 단면도를 나타낸다.
이 구성에서는, 기체 (도시 생략) 상에 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12) 이 순차 적층된다. 그 위에, 도면과 같이 패턴화된, 고정하는 층 (5), 고정층 (4), 배리어층 (3), 프리층 (2) 이 순차 적층된다. 고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2) 의 측벽에는, 산화층 ·질화층 (고정하는 층 (5), 고정층 (4), 배리어층 (3) 및 프리층 (2) 를 구성하는 금속재료의 산화물 ·질화물로 이루어지는 층) (1) 이 형성된다. 또한 그 외측에, 절연물질로 이루어지는 세로 바이어스층 (6) 이 배치되어 있다. 또한 그 상부에는, 상부 전극층 (14) 및 상부 실드층 (15) 이 적층된다. 고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2) 의 부분이, MTJ 막이다.
이 구조에서는, 가령 도중의 상부 전극층 (14) 에서 하부 전극층 (12) 으로 전류를 흘렸다면, 전류는 상부 전극층 (14) 에서 프리층 (2), 배리어층 (3), 고정층 (4), 고정하는 층 (5) 을 순차 통과하여, 하부 전극층 (12) 으로 흐르고, 다른 전류경로를 통과하는 일은 없다.
그리고, 도 22 에, 상기 자기저항효과소자의 평면도를 나타낸다. 이 도면에서, A 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12) 가 적층되어 있는 부분을 나타내고 있다. 이하 마찬가지로, B 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/절연층 (13) 을, C 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/세로 바이어스층 (6)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, D 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, E 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/절연층 (13)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, F 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/산화층 ·질화층 (1)/세로 바이어스층 (6)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을 각각 나타내고 있다.
여기서는, 하부 실드층 (11) 상에 하부 전극층 (12) 을 적층하고, 상부 전극층 (14) 상에 실드층 (15) 을 적층한 구조에 대하여 서술하였으나, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12) 의 사이, 또는 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 의 사이에, 갭층으로서 절연층을 배치할 수도 있다. 하부 실드층 (11) 과 하부전극층 (12) 을, 또는 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 을 겸용할 수도 있다. 하부 전극층 (12) 과 고정하는 층 (5) 의 사이에는 하지층을, 프리층 (2) 과 상부 전극층층 (14) 과의 사이에는 상부층을 설치할 수도 있다. 또, 여기서는, MTJ 막 중, 고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2) 을 패턴화한 경우에 대하여 나타내었으나, 적어도 프리층 (2) 이 패턴화되어 있으면 되며, 그 이하의 부분은, 어디까지 패턴화하는지는 적당히 선택할 수 있다.
제 5 실시형태
도 17 에, 제 5 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 ABS 면에 평행하게 절단했을때의 단면도를 나타낸다.
이 구성에서는, 기체 (도시생략) 상에 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12) 이 적층된다. 그 위에, 도면과 같이 패턴화된, 고정하는 층 (5), 고정층 (4), 배리어층 (3), 프리층 (2), 계면제어층 (7), 세로 바이어스층 (6) 이 순차 적층된다. 세로 바이어스는, 계면제어층 (7) 에 의하여 인가되는 크기가 콘트롤된 후, 프리층 (2) 에 인가된다. 고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/계면제어층 (7)/세로 바이어스층 (6) 의 측벽에는, 산화층 ·질화층 (고정하는 층 (5), 고정층 (4), 배리어층 (3), 프리층 (2), 계면제어층 (7), 세로 바이어스층 (6) 을 구성하는 금속재료의 산화물 ·질화물로 이루어지는 층) (1) 이 형성된다. 또한 그 외측에는, 절연층 (13) 이 배치되어 있다. 또한 그 상부에는, 상부 전극층 (14) 및 상부 실드층 (15) 이 적층된다. 고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2) 의 부분이 MTJ 막이다.
그리고, 도 23 에, 상기 자기저항효과소자의 평면도를 나타낸다. 이 도면에서, A 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12) 이 적층되어 있는 부분을 나타내고 있다. 이하 마찬가지로, B 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/절연층 (13) 을, C 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/절연층 (13)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, D 는 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/계면제어층 (7)/세로 바이어스층 (6)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을, E 는, 하부 실드층 (11)/하부 전극층 (12)/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/계면제어층 (7)/세로바이어스층 (6)/산화층 ·질화층 (1)/상부 전극층 (14)/상부 실드층 (15) 을 각각 나타내고 있다.
이 구조에서는, 가령 도중의 상부 전극층 (14) 에서 하부 전극층 (12) 으로 전류를 흘렸다면, 전류는 상부 전극층 (14) 에서 세로 바이어스층 (6), 계면제어층(7), 프리층 (2), 배리어층 (3), 고정층 (4), 고정하는 층 (5) 을 순차 통과하여, 하부 전극층 (12) 으로 흐르고, 다른 전류경로를 통과하지 않는다.
여기서는, 하부 실드층 (11) 상에 하부 전극층 (12) 을 적층하고, 상부 전극층 (14) 상에 상부 실드층 (15) 을 적층한 구조에 대하여 설명하였으나, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12) 과의 사이, 또는 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 의 사이에, 갭층으로서 절연층을 배치하는 것도 가능하다. 또, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12), 또는 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 을 겸용할 수도 있다. 하부 전극층 (12) 과 고정하는 층 (5) 과의 사이에는 하지층을, 또 세로 바이어스층 (6) 과 상부 전극층 (14) 의 사이에는 상부층을 설치할 수도 있다. 세로 바이어스층 (6) 을 구성하는 재료에 적당한 재료를 선택하면, 계면제어층 (7) 을 생략할 수도 있다. 또, 여기서는 MTJ 막 (8) 중, 고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2) 을 패턴화한 경우에 대하여 기술하였으나, 적어도 프리층 (2) 이 패턴화되어 있으면 되고, 그 이하의 부분은 어디까지 패턴화하는가는 적당히 선택할 수 있다.
제 6 실시형태
도 18 에, 제 6 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 ABS 면에 팽형하게 절단했을때의 단면도를 나타낸다.
이 구성에서는, 기체 (도시 생략) 상에, 하부 전극층 (12) 을 겸용한 하부 실드층 (11) 이 적층된다. 그 위에, 갭 조정 도전층 (25) 이 적층되고, 또한 하지층 (도시생략)/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/보호층(24) 이 막성형되어 패턴화된다. 하지층/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/보호층 (24) 의 패턴이, MTJ 막이다. MTJ 막 패턴측 벽에는, 산화층 ·질화층 (1) 이 형성되어 있다. 또한, 그 좌우에는 절연층 (13) 이 배치된다. 세로바이어스층 (6) 은, 절연층 (13) 을 통하여 MTJ 막 패턴의 좌우에 형성된다. 세로 바이어스층 (6) 의 패턴과 하부 실드층 (11) 겸 하부 전극층 (12) 의 사이, 혹은 세로 바이어스층 (6) 과 상부 실드층 (15) 겸 상부 전극층 (14) 과의 사이에는, 절연층 (13) 이 형성되어 있다. 또한 그 위에 상부 실드층 (15) 겸 상부 전극층 (14) 이 적층된다.
이때, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12), 또는 상부 실드층 (15) 과 상부 전극층 (14) 과는, 겸용으로 하지 않고 별개로 설치할 수도 있다. 또한, 상부 전극층 (14) 과 상부 실드층 (15) 과의 사이에 상부 갭층, 하부 실드층 (11) 과 하부 전극층 (12) 과의 사이에 하부 갭층을 설치할 수도 있다. 또, 고정하는 층 (5) 의 하지층 및 프리층 (2) 상의 보호층 (24) 은 생략할 수도 있다. 또, 여기서는 하지층/고정하는 층 (5)/고정층 (4)/배리어층 (3)/프리층 (2)/보호층 (24) 모두를 패턴화한 경우를 나타내었으나, 이중 어디까지 패턴화하는가는 적당히 선택할 수 있다.
그리고, 상기 각 실시형태에서는, 세로 바이어스 형상으로서 위에서 보아 장방형인 것을 도 19 내지 도 23 에 나타내었으나, 실제로는 다양한 형상의 것을 사용할 수 있다.
이하에 각각의 구조의 상세, 및 작성순서의 대표적인 예에 대하여 기술한다.또, 기록재생헤드로의 적용예에 대해서도 기술한다.
각층을 구성하는 요소로서, 이하에 그 유용한 재료의 예를 나타낸다.
기체 (10) 로서는, 아르틱, SiC, 알루미나, 아르틱/알루미나, SiC/알루미나를 들 수 있다.
하부 실드층 (11) 으로서는, NiFe, CoZr, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa,CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi 합금, FeAlSi, 질화철계 재료, MnZn 페라이트, NiZn 페라이트, MgZn 페라이트로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
하부 전극층 (12) 으로서는, Au, Ag, Cu, Mo, W, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Pt, Ta 로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
계면제어층 (7) 으로서는, Al 산화물, Si 산화물, 질화알루미늄, 질화실리콘, 다이아몬드라이크카본, Au, Ag, Cu, Mo, W, Y, Ti, Zr, Hf, V, Pt, Nb, Ta 로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
상부 전극층 (14) 으로서는, Au, Ag, Cu, Mo, W, Y, Pt, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta 로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
상부 실드층 (15) 으로서는, NiFe, CoZr, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi 합금, FeAlSi, 질화철계 재료, MnZn 페라이트, NiZn 페라이트, MgZn 페라이트로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
절연층 (13) 으로서는, Al 산화물, Si 산화물, 질화알루미늄, 질화실리콘,다이아몬드라이크카본으로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
하부 갭층 (21) 혹은 상부 갭층 (22) 으로서는, Al 산화물, Si 산화물, 질화알루미늄, 질화실리콘, 다이아몬드라이크카본으로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
상부층 (20) 으로서는, Au, Ag, Cu, Mo, W, Y, Ti, Pt, Zr, Hf, V, Nb, Ta 로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
세로 바이어스층 (6) 으로서는, CoCrPt, CoCr, CoPt, CoCrTa, FeMn, NiMn, Ni 산화물, NiCo 산화물, Fe 산화물, NiFe 산화물, IrMn, PtMn, PtPdMn, ReMn, Co 페라이트, Ba 페라이트로 이루어지는 단체, 다층막, 및 혼합물을 들 수 있다.
MTJ 막 (자기저항효과막) 으로서는, 이하의 구성을 사용할 수 있다.
첫째로, 기체/하지층/프리층/제 1 MR 엠퍼스층/배리어층/제 2 MR 엠퍼스층/고정층/고정하는 층/보호층, 으로 이루어지는 것이다.
둘째로, 기체/하지층/고정하는 층/고정층/제 1 MR 엠퍼스층/배리어층/제 2 MR 엠퍼스층/프리층/보호층, 으로 이루어지는 것이다.
세째로, 기체/하지층/제 1 고정하는 층/제 1 고정층/제 1 MR 엠퍼스층/배리어층/제 2 MR 엠퍼스층/프리층/제 3 MR 엠퍼스층/배리어층/제 4 MR 엠퍼스층/제 2 고정층/제 2 고정하는 층/보호층, 으로 이루어지는 것이다.
네째로, 기체/하지층/고정층/제 1 MR 엠퍼스층/배리어층/제 2 MR 엠퍼스층/프리층/보호층, 으로 이루어지는 것이다.
다섯째로, 기체/하지층/프리층/제 1 MR 엠퍼스층/배리어층/제 2 MR엠퍼스층/고정층/보호층으로 이루어지는 것이다.
하지층으로서는, 금속, 산화물, 질화물로 이루어지는 단층막, 혼합물막, 또는 다층막을 사용한다. 구체적으로는, Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb, V 및 이들 재료의 산화물 혹은 질화물, 로 이루어지는 단층막, 혼합물막, 또는 다층막을 사용한다. 첨가원소로서, Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb, V 를 사용할 수도 있다. 그리고 상기와 같이, 하지층은 이용하지 않는 경우도 있다.
프리층 (2) 으로서는, NiFe, CoFe, NiFeCo, FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi 합금, 또는 아몰퍼스 자성재료를 사용할 수 있다.
배리어층 (3) 으로서는, 산화물, 질화물, 산화물과 질화물의 혼합물 혹은 금속/산화물 2 층막, 금속/질화물 2 층막, 금속/(산화물과 질화물의 혼합물) 2 층막, 을 사용한다. Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al, Ti, Ta, Pt, Ni, Co, Re, V 의 산화물 및 질화물의 단체, 다층막, 혼합물, 또는 이들과, Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al, Ti, Ta, Pt, Ni, Co, Re, V 의 산화물 및 질화물의 단체, 다층막, 혼합물과의 적층막은 유력한 후보가 된다.
제 1 및 제 2 MR 엠퍼스층으로서는, Co, NiFeCo, FeCo 등, 또는 CoFeB,CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi 합금 또는 아몰퍼스 자성재료를 사용한다. MR 엠퍼스층을 사용하지 않는 경우는, 사용한 경우에 비하여 약간 MR 비가 저하하는데, 사용하지 않는 분 만큼 제작에 요구되는 공정수는 저감한다.
고정층 (4) 으로서는, NiFe, CoFe, NiFeCo, FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi 합금 또는 아몰퍼스 자성재료를 사용할 수 있다. 또는 이들과, Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al, Ti, Ta, Pt, Ni, Co, Re, V 를 베이스로 하는 그룹으로 이루어지는 단체, 합금, 또는 적층막을, 조합시킨 적층막을 사용하는 것도 가능하다. 특히, Co/Ru/Co, CoFe/Ru/CoFe, CoFeNi/Ru/CoFeNi, Co/Cr/Co, CoFe/Cr/CoFe, CoFeNi/Cr/CoFeNi 는 유력한 후보이다.
고정하는 층 (5) 으로서는, FeMn, NiMn, IrMn, RhMn, PtPdMn, ReMn, PtMn, PtCrMn, CrMn, CrAl, TbCo, Ni 산화물, Fe 산화물, Ni 산화물과 Co 산화물의 혼합물, Ni 산화물과 Fe 산화물의 혼합물, Ni 산화물/Co 산화물 2 층막, Ni 산화물/Fe 산화물 2 층막, CoCr, CoCrPt, CoCrTa, PtCo 등을 사용할 수 있다. PtMn 혹은 PtMn 에 Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al, Ti, Ta 를 첨가한 재료는 유력한 후보이다.
보호층 (24) 으로서는, 산화물, 질화물, 산화물과 질화물의 혼합물 혹은 금속/산화물 2 층막, 금속/질화물 2 층막, 금속/(산화물과 질화물과의 혼합물) 2 층막, 을 사용한다. Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al, Ti, Ta, Pt, Ni, Co, Re, V 의 산화물 및 질화물의 단체, 다층막, 혼합물, 또는 이들과, Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al, Ti, Ta, Pt, Ni, Co, Re, V 의 산화물 및 질화물의 단체, 다층막, 혼합물과의 적층막은 유력한 후보가 된다. 상부층 (20) 은, 사용하지 않는 경우도 있다.
다음은, 제 1 내지 제 6 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서에 대한 예를, 도 24 내지 도 27 을 사용하여 설명한다.
도 24 는, 제 1 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서의 예이고, (1) 에서 (9) 의 순서로 작성된다.
우선, 기체 (10) 상에 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12) 을 순차 형성한다 ((1)). 그 위에 스텐실 PR (21) 을 형성하고 ((2)), 세로 바이어스층 (6) 을 막형성한 후에 리프트 오프한다 ((3)). 또한, MTJ 막 (8), 상부 전극층 (14) 을 막형성하고 ((4)), PR (22) 을 형성하여 밀링한다 ((5)). 다음은 패턴화된 MTJ 막 (8) 의 측벽부를 산화 또는 질화한다 ((6)). 산화는, 대기중, 산소를 불활성효소로 희석시킨 분위기중, 혹은 압력을 낮춘 산소분위기중에서 자연산화하는 방법으로도, 산소를 불활성 원소로 희석하여 압력을 조절한 분위기중에서 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마에 소자를 접촉시키는 방법 (플라즈마 산화법) 으로도 상관없다. 질화는, 질소를 불활성가스로 희석하여 압력을 조절한 분위기중에서 플라즈마를 발생시키고, 접촉시키는 방법으로 작성하는 편이 좋다. 혹은밀링을 행할때 밀링가스중에 산소 혹은 질소를 적당량 도입하여, 밀링을 행하면서 MTJ 막 (8) 의 측벽부를 산화 혹은 질화할 수도 있다. 산화 혹은 질화행정이 끝나면 절연층 (13) 을 막형성하고, 리프트오프한다 ((7)). 또한 하부 전극이 노출할때까지 절연층 (13) 을 구멍내고 ((8)), 상부 실드층 (15) 을 형성한다 ((9)).
도 25 는, 제 2 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서의 예이고, (1) 에서 (8) 의 순서로 작성된다.
우선, 기체 (10) 상에, 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12), MTJ 막 (8), 상부 전극층 (14) 을 순차 형성한다 ((1)). 그 위에 스텐실 PR (21) 을 형성하고, 밀링한다 ((2)). 다음은, 패턴화된 MTJ 막 (8) 의 측단부를 산화 또는 질화한다 ((3)). 산화는, 대기중, 산소를 불활성 원소로 희석한 분위기중, 혹은 압력을 낮춘 산소분위기중에서 자연산화하는 방법으로도, 산소를 불활성원소로 희석하여 압력을 조절한 분위기중에서 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마에 소자를 접촉시키는 방법 (플라즈마 산화법) 으로도 상관없다. 질화는, 질소를 불활성 가스로 희석하여 압력을 조절한 분위기 중에서 플라즈마를 발생시키고, 접촉시키는 방법으로 작성하는 것이 좋다. 혹은, 밀링을 행할때 밀링가스중에 산소 혹은 질소를 적당량 도입하여, 밀링을 행하면서 MTJ 막 (8) 의 측벽부를 산화 혹은 질화할 수도 있다. 산화 혹은 질화행정이 끝나면 스텐실 PR (21) 을 제거한다. 또한 PR (22) 을 형성하고 ((4)), 세로 바이어스층 (6) 을 막형성한후, 리프트오프한다 ((5)). 다음은 절연층 (13) 을 막형성하고, 케미컬 메카니컬폴리싱 (CMP)에 의하여 절연층 (13) 을 상부 전극층 (14) 이 노출하는 곳까지 절삭한다 ((6)). 하부 전극층 (12) 이 노출할때까지 절연층 (13) 을 구멍내고 ((7)), 상부 실드층 (15) 을 형성한다 ((8)).
도 26 은, 제 3 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서의 예이고, (1) 에서 (8) 의 순서로 작성된다.
우선, 기체 (10) 상에, 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12), MTJ 막 (8) 을 순차 형성한다 ((1)). 그 위에 스텐실 PR (21) 을 형성하고 ((2)) 밀링한 ((3)) 후에, 절연층 (13) 및 세로 바이어스층 (6) 을 순차 형성하고, 리프트오프한다 ((4)). 또한 PR (22) 을 형성하여 밀링한후 ((5)) , 다음은 패턴화된 MTJ 막 단부를 산화 또는 질화한다 ((6)). 산화는, 대기중, 산소를 불활성 원소로 희석한 분위기중, 혹은 압력을 낮춘 산소분위기중에서 자연산화하는 방법으로도, 산소를 불활성 원소로 희석하여 압력을 조절한 분위기 중에서 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마에 소자를 접촉시키는 방법 (플라즈마 산화법) 으로도 상관없다. 질화는, 질소를 불활성 가스로 희석하여 압력을 조절한 분위기 중에서 플라즈마를 발생시키고, 접촉시키는 방법으로 작성하는 것이 좋다. 혹은, 밀링을 행할때 밀링가스중에 산소 혹은 질소를 적당량 도입하여, 밀링을 행하면서 MTJ 막 측벽부를 산화 혹은 질화할 수 있다. 산화 혹은 질화행정이 종료하면 PR (22) 을 제거한다 ((6)). 하부 전극층 (12) 이 노출할때까지 절연층 (13) 을 구멍내고 ((7)), 상부 실드층 (15) 을 형성한다 ((8)).
제 4 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서의 예는, 상기 제 3 실시형태에서 나타낸 작성순서와 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.
도 27 은, 제 5 실시형태에 관련된 자기저항효과소자의 작성순서의 예이고, (1) 에서 (6) 의 순서로 작성된다.
기체 (10) 상에, 하부 실드층 (11), 하부 전극층 (12), MTJ 막 (8), 계면제어층 (7), 세로 바이어스층 (6) 을 순차 형성한다 ((1)). 그 위에 스텐실 PR (21) 을 형성하고 ((2)), 밀링한후에, 패턴화된 MTJ 막 (8) 의 측벽부를 산화 또는 질화한다 ((3)). 산화는 대기중, 산소를 불활성 원소로 희석한 분위기중, 혹은 압력을 낮춘 산소분위기중에서 자연산화하는 방법으로도, 산소를 불활성 원소로 희석하여 압력을 조절한 분위기 중에서 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마에 소자를 접촉시키는 방법 (플라즈마 산화법) 이라도 상관없다. 질화는, 질소를 불활성가스로 희석하여 압력을 조절한 분위기 중에서 플라즈마를 발생시켜, 접촉시키는 방법으로 작성하는 것이 좋다. 혹은 밀링을 행할때 밀링가스중에 산소 혹은 질소를 적당량 도입하고, 밀링을 행하면서 MTJ 막 (8) 측벽부를 산화 혹은 질화할 수도 있다. 산화 혹은 질화행정이 종료하면 절연층 (13) 을 막형성하고 리프트오프 한다 ((4)). 하부 전극층 (12) 가 노출할때까지 절연층 (13) 을 구멍내고 ((5)), 상부 전극층 (14) 및 상부 실드층 (15) 을 형성한다 ((6)).
다음은, 본 발명에 관련된 자기저항효과소자를, 자기기록재생헤드 및 자기기록 시스템으로 적용한 예를 나타낸다.
도 28 은, 본 발명에 관련된 자기저항효과소자를 적용한, 자기기록재생헤드의 개략도이다. 이 자기기록재생헤드 (130) 는, 기체 (42) 상에 설치된 자기저항효과소자를 그 일부에 포함하는 재생헤드 (45) 와, 자극 (43), 코일 (41), 상부 자극 (44) 으로 이루어지는 기록헤드 (46) 로 구성되어 있다. 이때, 상부 실드막과 하부 자성막을 공통으로 하거나, 별도로 설치해도 상관없다. 이 헤드에 의하여 기록매체상에 신호를 기록하고, 또 기록매체로부터 신호를 판독하는 것이다. 재생헤드의 감지부분과, 기록헤드의 자기갭은 이와같이 동일 슬라이더 상에 중첩한 위치에 형성하는 것으로, 동일 트랙에 동시에 위치결정할 수 있다. 이 헤드를 슬라이더 가공하고, 자기기록시스템에 탑재하도록 한다.
도 29 는, 도 28 에 나타낸 자기기록재생헤드를 구비한 자기저항변환시스템을 나타내는 개략도이고, 슬라이더를 구성하는 기판 (129) 에 기록재생소자부 (자기기록재생헤드)(130) 가 형성되고, 보호층 (132) 에 의하여 보호되고 있다. 기판 (129) 은, 예컨대 Al2O3-TiO 복합 세라믹 등으로 구성되고, 보호막 (132) 은, 예컨대 DLC (다이아몬드라이크카본) 로 구성되어 있다. 이 기록재생소자부 (130) 에는, 기록소자부 (기록헤드) 에 접속된 전극단자 (131a), 및 재생소자부 (재생헤드) 에 접속된 전극단자 (131b) 가 각각 형성되어 있다. 전극단자 (131a) 는, 기록소자부에 구동전류를 인가하여 기록동작을 발생시키는 전류구동회로 (133) 에 접속되어 있다. 또, 전극단자 (131b) 는, 재생소자부에 센서전류를 흘려보내는 전류발생회로 (134) 와, 재생소자부의 저항율변화에 의하여 발생하는 전압변화를 검출되는 자계의 함수로서 검출하고, 기록매체상의 기록데이터 정보를 판독하기 위한 데이터 판독회로 (135) 에 접속되어 있다. 이와같이 자기저항변환시스템은, 기록재생소자부 (130) 와, 전류발생회로 (134) 와, 데이터 판독회로 (135) 를 구비하고 있다.
도 30 은, 도 29 에 나타낸 자기저항변환시스템을 사용한 자기기록시스템의 일예를 나타내는 개략도이다. 이 자기기록시스템은, 자기저항변환시스템과, 자기저항변환시스템중의 자기기록재생헤드 (도중 부호 103) 와, 데이터기록을 위한 복수개의 트랙을 갖는 자기기록매체 (102) 와, 자기기록재생헤드 (103) 를 자기기록매체 (102) 상의 소정의 위치로 이동시키는 VCM (보이스코일모터)(제 1 액튜에이터)(106) 과, 자기기록매체 (102) 를 회전구동시키는 모터 (제 2 액튜에이터)(101) 를 구비하고 있다.
이 도면에서, 구동용 모터 (101) 에 의하여 회전되는 자기기록매체 (102) 의 자기기록면에 대향하여 자기기록재생헤드 (103) 가, 서스펜션 (104), 아암 (105) 에 의하여 부착되고, VCM (106) 에 의하여 트래킹된다. 기록재생동작은, 자기기록재생헤드 (103) 로의 기록재생채널 (107) 로부터의 신호에 의하여 실시된다. 이 기록재생채널 (107) 과, 헤드의 위치결정을 실시하는 VCM (106) 과, 기록매체 (102) 를 회전시키는 모터 (101) 와는, 제어유니트 (108) 에 의하여 연동하도록 제어된다.
도 31 은, 자기기록시스템의 구체예를 나타낸 사시도이다. 이 예에서는, 헤드슬라이더를 겸한 기판 (52) 상에, 자기기록재생헤드 (103)(재생헤드 51 및 기록헤드 50) 가 형성되어 있고, 이것을 자기기록매체 (53) 상에 위치결정하여 재생을 실시한다. 자기기록매체 (53) 는 회전하고, 헤드슬라이더는 자기기록매체(53) 의 위를, 0.2 ㎛ 이하의 높이, 혹은 접촉상태에서 대항하여 상대운동한다. 이 기구에 의하여, 재생헤드 (51) 는 자기기록매체 (53) 에 기록된 자기적 신호를, 그 누출자계 (54) 로부터 판독할 수 있는 위치에 설정하는 것이다.
실시예
본 발명에 관련된 자기저항효과소자의 제 1 내지 제 4 실시예에 대하여, 이하에 설명한다.
제 1 실시예
상기 제 1 실시형태에 관련된 자기저항효과소자이다. 도 8 의 구조의 소자를 작성한다. 이때 MTJ 막으로서는, Ta (3nm)/Ni 82 Fe 18 (5 nm)/Co 90 Fe 10 (0.5 nm)/Al 산화물 (0.7 nm)/Co 90 Fe 10 (2 nm)/Ru (0.7 nm)/Co 90 Fe 10 (2nm)/Pt 46 Mn 54 (15 nm)/Ta (3 nm) 을 이용한다. 막형성후에는, 250 ℃, 5 시간의 열처리를 막형성시의 자계와는 직교하는 방향으로 500 Oe 의 자계를 인가하면서 실시한다. 소자 시험제작시의 MTJ 막부의 패터닝에서는, MTJ 막은 고정층 (Co 90 Fe 10 (2nm)/Ru (0.7 nm)/Co 90 Fe 10 (2nm)) 의 도중까지 밀링에 의하여 패터닝한다. MTJ 막 패턴화, 및 패턴화한 MTJ 막 단부의 산화에는 통상의 밀링 + 플라즈마 산화의 수법을 사용한다. 구체적으로는, MTJ 막을 통상의 밀링장치에 의하여 0.3 Pa 의 순 Ar 가스분위기 중에서 밀링한후, 플라즈마 산화장치 (애싱장치) 로 옮기고, MTJ 막 단면 및 고정층의 밀링 잔여물을 산화한다. 애싱조건은 Ar 0.3 Pa 와 질소 0.1 Pa 의 O2분위기중에, 200 W 의 RF 파워를 인가하여 발생한 플라즈마에 20 분간 MTJ 막 단부를 접촉시킴으로써 실시한다.
비교를 위하여 플라즈마 산화공정을 생략하고 작성한 소자도 시험제작하였다. 소자를 구성하는 각 요소로서는 이하의 것을 사용한다.
기체: 두께 2nm 의 아르틱상에 알루미나를 10 ㎛ 적층한 것
하부 실드층: 두께 1 ㎛ 의 Co65Ni12Fe23 (조성은 at%, 이하 동일)
하부 전극층: Ta (1.5 nm)/Mo (10 nm)/Ta (10 nm)
상부 전극층: Ta (1.5 nm)/Au (20 nm)/Ta (3 nm)
상부 실드층: 두께 1 ㎛ 의 Co89Zr4Ta4Cr3
절연층: 두께 40 nm 의 알루미나
세로 바이어스층: Cr (10 nm)/Co 74.5 Cr 10.5 Pt 15 (36 nm)
계면제어층: 없음
하부 갭층: 없음
상부 갭층: 없음
상부층: 없음
이 소자를 도 28 과 같은 기록재생 일체형 헤드로 가공 및 슬라이더 가공하고, CoCrTa 계 매체상에 데이터를 기록재생한다. 이때, 기록 트랙폭은 3 ㎛, 기록 갭은 0.2 ㎛, 판독 트랙폭은 2 ㎛ 로 한다. 기록헤드부의 코일부 작성시의 포트레지스트 경화공정은 250 ℃, 2 시간으로 한다. 이 공정에 의하여 본래는 소자 높이방향을 향하고 있어야 하는 고정층 및 고정하는 층의 자화방향이 회전 하여, 자기저항효과소자로서 바르게 동작하지 않게되었으므로, 재생헤드부 및 기록헤드부 작성 종료후에, 200 ℃, 500 Oe 자계중, 1 시간의 착자 열처리를 실시한다. 이 착자 열처리에 의한 프리층의 자화용이축의 착자방향으로의 회전은, 자화곡선에서 거의 관측되지 않았다.
완전히 동일한 작성순서에서 10 개의 소자를 작성한다. 매체의 보자력은 3.0 kOe, MrT 는 0.35 memu/㎠ 로 한다. 시험제작한 소자를 사용하여, 재생출력을 측정한다. 10 개의 소자의 재생출력측정결과를 이하에 나타낸다. MTJ 막 단면 및 고정층 잔재의 플라즈마 산화가 없는 경우는, 재생출력이 3 mV 이상의 것은 1 개도 없고, 10 개중 9 개까지가 1mV 이하였다. 3 mV 이상을 합격이라고 하면, 소자로서의 수율은 제로이다. 대부분 제로인 소자에서는 저항이 매우 작고, MTJ 막 패턴화시에 발생한 버 (bur) 혹은 밀링 잔재의 고정층에 의한 통전면적의 확대에 의하여 센스전류의 바이패스 경로가 형성되어 있음을 알 수 있다. 한편, 통상 밀링 + 플라즈마 산화의 경우는, 10 개중 8 개 까지는 재생출력이 3 mV 이상이고, 수율이 80 % 로 향상하였다. MTJ 막 단면 및 고정층의 밀링 잔재가 플라즈마 산화됨으로써 센스전류의 바이패스 경로가 없어지고, 출력이 향상한 것이다.
플라즈마 산화가 없는 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 1.1 0.4 0.9 0.3 0.7 0.9 0.7 0.5 0.1 0.9
플라즈마 산화처리를 한 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 3.2 3.2 3.1 2.4 3.0 3.1 3.3 3.3 3.0 1.9
(제 2 실시예)
상기 제 3 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 작성한다.
이때 MTJ 막으로서는, Ta (3 nm)/Pt 46 Mn 54 (15 nm)/Co 90 Fe10 (2 nm)/Ru (0.8 nm)/Co 90 Fe10 (2 nm)/Al 산화물 (1.5 nm)/Co 90 Fe 10 (0.5 nm)/Ni 82 Fe 18 (5 nm)/Ta (3 nm) 을 사용한다. 막형성후에는 250 ℃, 5 시간의 열처리를 막형성시의 자계와는 직교하는 방향으로 500 Oe 의 자계를 인가하면서 실시한다. 소자 시험제작시의 MTJ 부의 패터닝에서는, MTJ 막은 최하층의 Ta 까지 모두 밀링에 의하여 패터닝한다. MTJ 막 패턴화, 및 패턴화한 MTJ 막 단부의 산화 및 질화에는 이하의 5 종류의 수법을 사용한다.
1. 통상의 밀링 + 플라즈마 산화
MTJ 막을 통상의 밀링장치에 의하여 0.3 Pa 의 순 Ar 가스 분위기 중에서 밀링한 후에, 플라즈마 산화장치 (애싱 장치) 로 옮기고, MTJ 막 단면을 산화한다. 애싱 조건은, 0.3 Pa 의 Ar, 0.1 Pa 의 O2분위기중에 200 W 의 RF 파워를 인가하여 발생한 플라즈마에 20 분간 MTJ 막 단부를 접촉시킴으로써 실시한다.
2. 통상의 밀링 + 자연산화
MTJ 막을 통상의 밀링장치에 의하여 0.3 Pa 의 순 Ar 가스분위기중에서 밀링한후에, MTJ 막 단부를 1 기압의 건조산소 분위기중에 1 시간 방치함으로써 실시한다.
3. 통상의 밀링 + 질화
MTJ 막을 통상의 밀링장치에 의하여 0.3 Pa 의 순 Ar 가스 분위기 중에서 밀링한 후에, 플라즈마 산화장치 (애싱장치) 에 0.5 Pa 의 Ar, 0.5 Pa 의 N2분위기중에 200 W 의 RF 파워를 인가하여 발생한 플라즈마에 120 분간 MTJ 막 단부를 접촉시킴으로써 실시한다.
4. (산소 + Ar) 분위기중 밀링
밀링장치에 Ar 0.3 Pa 와 산소 0.1 Pa 를 동시에 도입하고, 밀링과 MTJ 막 단부의 산화를 동시에 행한다.
5. (질소 + Ar) 분위기중 밀링
실링장치에 Ar 0.3 Pa 와 질소 0.1 Pa 를 동시에 도입하고, 밀링과 MTJ 막 단부의 질화를 동시에 실시한다.
비교를 위하여 플라즈마 산화공정을 생략하고 작성한 소자도 시험제작하였다. 소자를 구성하는 각 요소로서는 이하의 것을 사용한다.
기체: 두께 2nm 의 아르틱상에 알루미나를 10 ㎛ 적층한 것
하부 실드층: 두께 1 ㎛ 의 Co65Ni12Fe23 (조성은 at%, 이하 동일)
하부 전극층: Ta (1.5 nm)/Mo (80 nm)/Ta (3 nm)
상부 전극층: Ta (1.5 nm)/Au (40 nm)/Ta (3 nm)
상부 실드층: 두께 1 ㎛ 의 Co89Zr4Ta4Cr3
절연층: 두께 40 nm 의 알루미나
세로 바이어스층: Cr (10 nm)/Co 74.5 Cr 10.5 Pt 15 (36 nm)
계면제어층: 없음
하부 갭층: 없음
상부 갭층: 없음
상부층: 없음
이 자기저항효과소자를, 도 28 과 같은 기록재생 일체형헤드에 가공 및 슬라이드 가공하고, CoCrTa 계 매체상에 데이터를 기록재생한다. 이때, 기록트랙폭은 3 ㎛, 기록갭은 0.2 ㎛, 판독 트랙폭은 2 ㎛ 로 한다. 기록헤드부의 코일부 작성시의 포토레지스트 경화공정은 250 ℃, 2 시간으로 한다. 이 공정에 의하여 본래는 소자높이방향을 향하고 있어야 하는 고정층 및 고정하는 층의 자화방향이 회전하여, 자기저항효과소자로서 올바르게 동작하지 않게 되었기 때문에, 재생헤드부 및 기록헤드부 작성종료후에, 200 ℃, 500 Oe 자계중, 1 시간의 착자열처리를 행한다. 이 착자열처리에 의한 프리층의 자화 용이축의 착자방향으로의 회전은, 자화곡선에서 거의 관측되지 않았다.
완전히 동일한 작성순서에 있어서, 10 개의 소자를 작성한다. 매체의 보자력은 3.0 kOe, MrT 는 0.35 memu/㎠ 로 한다. 시험제작한 소자를 사용하여, 재생출력을 측정한다. 10 개의 소자의 재생출력 측정결과를 이하에 나타낸다. MTJ 막 단면의 플라즈마 산화없음의 경우는, 재생출력이 3 mV 이상으로 큰 것이 2 개 있었으나, 8 개는 출력이 작고, 그 중 5 개는 재생출력이 거의 제로였다. 3mV 이상을 합격이라고 하면, 소자로서의 수율은 20 % 로 낮은 것을 알 수 있었다. 재생출력이 거의 제로인 소자에서는 저항이 매우 작고, MTJ 막 패턴화시에 발생한 버에 의하여 고정하는 층과 프리층이 단락하고 있음을 알 수 있다. 한편, 통상 밀링 + 플라즈마 산화의 경우는, 10 개중 8 개까지는 재생출력이 3 mV 이상이고, 수율이 80 % 로 향상한다. 통상 밀링 + 자연산화의 경우는 수율 70 %, 통상 밀링 + 질화의 경우는 60 %, (산소 + Ar) 분위기중 밀링의 경우는 50 %, (질소 + Ar) 분위기중 밀링의 경우는 40 % 로, 전혀 처리를 하지 않은 경우보다는 수율이 향상하였다. 이들 본 발명을 적용한 경우는, MTJ 막 패턴화시에 발생한 버가 산화 또는 질화되어 절연물로 변하기 때문에, MR 비를 낮추는 원인이 아니게 되었기 때문이라고 생각된다. 이번에는, 통상 밀링 + 플라즈마 산화가 가장 양호한 특성을 얻을 수 있었으나, 그 이외의 경우에도 밀링 및 MTJ 단면산화 및 질화의 조건 최적화에 의하여 플라즈마 산화와 동등한 특성을 얻을 수 있는 가능성이 있다.
산화가 없는 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 2.4 1.2 0 0.7 0 0 3.1 0 0 3.0
통상 밀링 + 플라즈마 산화처리의 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 3.1 3.2 3.0 0.8 3.1 3.2 3.0 3.0 0 3.0
통상 밀링 + 자연산화처리의 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 3.2 3.0 0 0 3.0 3.0 3.1 3.0 3.1 0
통상 밀링 + 질화처리의 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 0 0.2 3.1 3.0 1.4 3.2 3.0 3.0 0 3.0
(산소 + Ar) 분위기중 밀링의 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 0.7 0.6 1.4 3.1 3.0 2.4 3.0 3.1 3.1 0.9
(질소 + Ar) 분위기중 밀링의 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 3.1 3.2 2.1 2.3 3.1 1.4 0 1.7 1.9 3.2
(제 3 실시예)
상기 제 4 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 작성한다.
이때 MTJ 막으로서는, Ta (3nm)/Pt46Mn54 (15nm)/Co 90 Fe10 (2 nm)/Ru (0.8 nm)/Co 90 Fe10 (2 nm)/Al 산화물 (1.5 nm)/Co 90 Fe 10 (0.5 nm)/Ni 82 Fe 18 (5 nm)/Ta (3 nm) 을 사용한다. 막형성후에는 250 ℃, 5 시간의 열처리를 막형성시의 자계와는 직교하는 방향으로 500 Oe 의 자계를 인가하면서 실시한다. 소자 시험제작시의 MTJ 부의 패터닝에서는, MTJ 막은 최하층의 Ta 까지 모두 밀링에 의하여 패터닝한다. MTJ 막을 통상의 밀링장치에 의하여 0.3 Pa 의 순 Ar 가스분위기중에서 밀링한후, 플라즈마 산화장치 (애싱장치) 로 옮기고, MTJ 막 단면을 산화한다. 애싱조건은, 0.3 Pa 의 Ar, 0.1 Pa 의 O2분위기중에 200 W 의 RF 파워를 인가하여 발생한 플라즈마에, 20 분간 MTJ 막 단부를 접촉시킴으로써 실시한다. 비교를 위하여 플라즈마 산화공정을 생략하여 작성한 소자도 시험제작한다. 소자를 구성하는 각 요소로서 이하의 것을 사용한다.
기체: 두께 2nm 의 아르틱상에 알루미나를 10 ㎛ 적층한 것
하부 실드층: 두께 1 ㎛ 의 Co65Ni12Fe23 (조성은 at%, 이하 동일)
하부 전극층: Ta (1.5 nm)/Mo (80 nm)/Ta (3 nm)
상부 전극층: Ta (1.5 nm)/Au (40 nm)/Ta (3 nm)
상부 실드층: 두께 1 ㎛ 의 Co89Zr4Ta4Cr3
절연층: 두께 40 nm 의 알루미나
세로 바이어스층: Cr (10 nm)/Co 74.5 Cr 10.5 Pt 15 (36 nm)
계면제어층: 없음
하부 갭층: 없음
상부 갭층: 없음
상부층: 없음
이 소자를 도 28 과 같은 기록재생 일체형헤드로 가공 및 슬라이더 가공하고, CoCrTa 계 매체상에 데이터를 기록재생한다. 이때 기록 트랙폭은 3 ㎛, 기록갭은 0.2 ㎛, 판독트랙폭은 2 ㎛ 로 한다. 기록헤드부의 코일부 작성시의 포토레지스트 경화공정은 250 ℃, 2 시간으로 한다. 이 공정에 의하여 본래는 소자높이방향을 향하고 있어야 하는 고정하는 층 및 고정하는 층의 자화방향이 회전하고, 자기저항효과소자로서는 올바르게 동작하지 않게 되므로, 재생헤드부 및 기록헤드부 작성종료후에, 200 ℃, 500 Oe 자계중, 1 시간의 증착열처리를 행한다. 이 증착열처리에 의한 프리층의 자화용이축의 착자방향으로의 회전은, 자화곡선에서 거의 관측되지 않았다.
완전히 동일한 작성순서에 있어서, 10 개의 소자를 작성한다. 매체의 보자력은 3.0 kOe, MrT 는 0.35 memu/㎠ 로 한다. 시험제작한 소자를 사용하여, 재생출력을 측정한다. 10 개의 소자의 재생출력 측정결과를 이하에 나타낸다. MTJ 막 단면의 플라즈마 산화 없음의 경우는, 재생출력이 3 mV 이상으로 큰 것이 1 개 있었으나, 9 개는 출력이 작았다. 3 mV 이상을 합격이라고 하면, 소자로서의 수율은 10 % 로 낮은 것을 알 수 있다. 재생출력이 거의 제로인 소자에서는 저항이 매우작고, MTJ 막 패턴화시에 발생한 버에 의하여 고정하는 층과 프리층이 단락하고 있음을 알 수 있다. 한편, 통상 밀링 + 플라즈마 산화의 경우는, 10 개중 9 개 까지는 재생출력이 3 mV 이상이고, 수율이 90 % 로 향상된다. 본 발명을 적용한 경우는 MTJ 막 패턴화시에 발생한 버가 산화되어 절연물로 변했기 때문에, MR 비를 낮추는 원인이 아니게 되었기 때문이라고 생각된다.
산화가 없는 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 0 1.3 0.9 0.4 0 1.6 0.3 3.1 0 2.4
통상 밀링 + 플라즈마 산화처리의 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 3.0 3.0 3.1 3.3 3.0 3.1 3.2 0 3.1 3.1
(제 4 실시예)
상기 제 5 실시형태에 관련된 자기저항효과소자를 작성한다.
이때 MTJ 막으로서는, Ta (3 nm)/Pt 46 Mn 54 (15 nm)/Co 90 Fe 10 (2 nm)/Ru (0.8 nm)/Co 90 Fe 10 (2 nm)/Al 산화물 (1.5 nm)/Co 90 Fe 10 (0.5 nm)/Ni 82 Fe 18 (5 nm)/Ta (3 nm) 을 사용한다. 막형성후에는 250 ℃, 5 시간의 열처리를 막형성시의 자계와는 직교하는 방향으로 500 Oe 의 자계를 인가하면서 실시한다. 소자 시험제작시의 MTJ 부의 패터닝에서는, MTJ 막은 최하층의 Ta 까지 모두 밀링에 의하여 패터닝한다. MTJ 막을 통상의 밀링장치에 의하여 0.3 Pa 의 순 Ar 가스 분위기중에서 밀링한후, 플라즈마 산화장치 (애싱장치) 로 옮기고, MTJ 막 단면을 산화한다. 애싱조건은 0.3 Pa 의 Ar, 0.1 Pa 의 O2분위기중에 200 W 의 RF 파워를 인가하여 발생한 플라즈마에, 20 분간 MTJ 막 단부를 접촉시킴으로써 실시한다. 비교를 위하여 플라즈마 산화공정을 생략하여 작성한 소자도 시험제작한다. 소자를 구성하는 각 요소로서는 이하의 것을 사용한다.
기체: 두께 2 nm 의 아르틱상에 알루미나를 10 ㎛ 적층한 것.
하부 실드층: 두께 1 ㎛ 의 Co 65 Ni 12 Fe 23 (조성은 at%, 이하 동일함)
하부 전극층: Ta (1.5 nm)/Mo (80 nm)/Ta (3 nm)
상부 전극층: Ta (1.5 nm)/Au (40 nm)/Ta (3 nm)
상부 실드층: 두께 1 ㎛ 의 Co89Zr4Ta4Cr3
절연층: 두께 40 nm 의 알루미나
세로 바이어스층: Cr (10 nm)/Co 74.5 Cr 10.5 Pt 15 (36 nm)
계면제어층: 없음
하부 갭층: 없음
상부 갭층: 없음
상부층: 없음
이 소자를, 도 28 과 같은 기록재생 일체형헤드에 가공 및 슬라이드 가공하고, CoCrTa 계 매체상에 데이터를 기록재생한다. 이때, 기록트랙폭은 3 ㎛, 기록갭은 0.2 ㎛, 기록 트랙폭은 2 ㎛ 로 한다. 기록헤드부의 코일부 작성시의 포토레지스트 경화공정은 250 ℃, 2 시간으로 한다. 이 공정에 의하여 본래는 소자 높이 방향을 향하고 있어야만 하는 고정층 및 고정하는 층의 자화방향이 회전하여, 자기저항효과소자로서 올바르게 동작하지 않게 되었으므로, 재생헤드부 및 기록헤드부 작성종료후에 200 ℃, 500 Oe 자계중, 1 시간의 착자열처리를 실시한다. 이 착자열처리에 의한 프리층의 자화용이축의 착자방향으로의 회전은, 자화곡선에서 거의 관측되지 않았다.
완전히 동일한 작성 순서에 있어서 10 개의 소자를 작성한다. 매체의 보자력은 3.0 kOe, MrT 는 0.35 memu/㎠ 로 한다. 시험제작한 소자를 사용하여, 재생출력을 측정한다. 10 개의 소자의 재생출력측정결과를 이하에 나타낸다. MTJ 막 단면의 플라즈마 산화가 없는 경우는, 재생출력이 3mV 이상으로 큰 것이 1 개 있었으나, 9 개는 출력이 작았다. 3mV 이상을 합격이라고 하면, 소자로서의 수율은 10 % 로 낮은 것을 알 수 있다. 재생출력이 거의 제로인 소자에서는 저항이 매우 작고, MTJ 막 패턴화시에 발생한 버에 의하여 고정하는 층과 프리층이 단락하고 있음을 알 수 있다. 한편, 통상 밀링 + 플라즈사 산화의 경우는 10 개중 8 개까지는 재생출력이 3 mv 이상이고, 수율 80 % 로 향상되어있다. 본 발명을 적용한 경우는 MTJ 막 패턴화시에 발생한 버가 산화되어 절연물로 변하였기 때문에, MR 비를 낮추는 원인이 아니게 되었기 때문이라고 생각된다.
산화가 없는 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 2.2 0.7 0.1 0.2 0.8 0 1.6 1.7 3.1 0
통상 밀링 + 플라즈마 산화처리의 경우
샘플No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
재생출력(mV) 3.0 3.1 3.1 3.1 0.9 3.1 3.1 0 3.2 3.0
다음은, 본 발명을 적용하여 시험제작한 자기기억장치의 설명을 한다. 자기기억장치는, 베이스상에 3 장의 자기디스크 (자기기록매체) 를 구비하고, 베이스 이면에 헤드구동회로 및 신호처리회로와 입출력 인터페이스를 구비하고 있다. 외부와는 32 비트의 버스라인으로 접속된다. 자기디스크의 양면에는 6 개의 헤드가 배치되어 있다. 헤드를 구동하기 위한 로터리 액튜에이터 (액튜에이터 수단) 와 그 구동 및 제어회로, 디스크 회전용 스핀들 직결 모터가 탑재되어 있다. 디스크의 직경은 46 ㎜ 이고, 데이터면은 직경 10 ㎜ 에서 40 ㎜ 까지를 사용한다. 매립 서보방식을 사용하여, 서보면을 갖지 않기 때문에, 고밀도화가 가능하다. 본 장치는, 소형컴퓨터의 외부기억장치로서 직접접속이 가능하게 되어있다. 입출력인터페이스에는, 캐쉬메모리를 탑재하고, 전송속도가 매초 5 에서 20 메가바이트의 범위인 버스라인에 대응한다. 또, 외부컨트롤러를 두고, 본 장치를 복수대 접속함으로써, 대용량의 자기디스크 장치를 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 적용에 의하여, 종래의 것보다 재생 파형의 노이즈가 작고, S/N 비 및 비트 에러비율이 양호한 자기저항효과소자를 얻을 수 있다.
또, 이 자기저항효과소자를 사용하여, 고성능인 자기기록재생장치, 자기기억장치를 얻을 수 있다.

Claims (20)

  1. 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층, 혹은, 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널접합막을 사용한 자기저항효과소자에 있어서,
    강자성 터널접합막 패턴 단부에, 강자성 터널접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속재료는, 프리층인 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속재료는, 고정층인 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  4. 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막을 사용한 자기저항효과소자에 있어서,
    강자성 터널접합막 패턴 단부에, 강자성 터널접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 금속재료는, 고정하는 층인 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  6. 하지층과 이 하지층상에 형성된 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 하지층과 이 하지층상에 형성된 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막을 사용한 자기저항효과 소자에 있어서,
    강자성 터널접합막 패턴 단부에, 하지층을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  7. 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 보호층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층과 이 프리층상에 형성된 보호층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막을 사용한 자기저항효과소자에 있어서,
    강자성 터널접합막 패턴 단부에, 보호층을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 배리어층 상부에, 강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 더 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 강자성 터널 접합막 패턴 주위에, 강자성 터널 접합막을 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 더 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  11. 하부 전극층과,
    하부 전극층상에 형성된 세로 바이어스층과,
    프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하고, 프리층의 적어도 일부가 세로 바이어스층의 상부에 위치하고, 세로 바이어스층과 직접 혹은 하지층을 통하여 접하고 있는 강자성 터널 접합막과,
    프리층 및 세로 바이어스층의 적어도 일부 위에 형성된 절연층과,
    고정하는 층위에 형성되어 적어도 일부가 직접 혹은 보호층을 통하여 고정하는 층에 접하고 있는 상부 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자에 있어서,
    패턴화된 강자성 터널 접합막 단부 혹은 주위에 강자성 터널접합소자를 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  12. 하부 전극층과,
    하부 전극층상에 형성된 세로 바이어스층과,
    프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하고, 프리층의 적어도 일부가 세로 바이어스층의 하부에 위치하고, 세로 바이어스층과 직접 혹은 하지층을 통하여 접하고 있는 강자성 터널 접합막과,
    프리층 및 세로 바이어스층의 적어도 일부 위에 형성된 절연층과,
    고정하는 층상에 형성되어, 적어도 일부가 고정하는 층에 직접 혹은 보호층을 통하여 접하고 있는 상부 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자에 있어서,
    패턴화된 강자성 터널 접합막 단부 혹은 주위에 강자성 터널접합소자를 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  13. 하부 전극층과,
    프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하고, 하부 전극층상에 형성되어, 에어·베어링 표면측에서 본 프리층의 폭이 하부 전극층 이하인 강자성 터널 접합막과,
    적어도 일부가 프리층에 접하고 있는 절연층 및 절연층상에 형성된 세로 바이어스층과의 적층막, 혹은 절연물로 이루어지는 세로 바이어스막과,
    적어도 일부가 프리층에 직접 혹은 보호층을 통하여 접하여 상부에 위치하고 있는 상부 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자에 있어서,
    패턴화된 강자성 터널 접합막 단부 혹은 주위에 강자성 터널접합소자를 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  14. 하부 전극층과,
    프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하고, 하부 전극층상에 형성되어, 에어 ·베어링 표면측에서 본 프리층의 폭이 하부 전극층 이하인 강자성 터널접합막과,
    일부가 프리층에 접하고 있는 절연층과,
    계면제어층을 통하거나 혹은 직접, 적어도 일부가 프리층에 접하여 상부에 위치하고 있는 세로 바이어스층과,
    적어도 일부가 세로 바이어스층에 접하여 상부에 위치하고 있는 상부 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자에 있어서,
    패턴화된 강자성 터널접합막 단부 혹은 주위에 강자성 터널 접합소자를 구성하는 금속재료의 산화물 혹은 질화물이 존재하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자.
  15. 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층, 혹은, 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본구성으로 하는 강자성 터널 접합막으로 이루어진 자기저항효과소자에 있어서,
    강자성 터널 접합막을 패턴화한 후에, 막단부를 산화, 혹은 질화하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자의 제조방법.
  16. 프리층과 이 프리층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 고정하는 층, 혹은, 고정하는 층과 이 고정하는 층상에 형성된 고정층과 이 고정층상에 형성된 배리어층과 이 배리어층상에 형성된 프리층, 중 어느 하나를 기본 구성으로 하는 강자성 터널 접합막으로 이루어진 자기저항효과소자에 있어서,
    강자성 터널 접합막을 패턴화할때, 패턴화를 자기저항효과소자를 구성하는 층의 도중에서 멈추고, 막단부 및 자기저항효과소자중 패턴화가 도중에서 멈춰 있는 영역의 적어도 최표면을 산화, 혹은 질화하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자의 제조방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 막단부 혹은 자기저항효과소자 중, 패턴화가 도중에서 멈춰있는 영역의 적어도 최표면을 자연산화에 의하여 산화하는 것을 특징으로 하는 자기저항효과소자의 제조방법.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 막단부 혹은 자기저항효과소자 중, 패턴화가 도중에서 멈춰있는 영역의 적어도 최표면을 플라즈마 산화 혹은 플라즈마 질화하는 것을 특징으로 하는, 자기저항효과소자의 제조방법.
  19. 제 1 ∼ 7 항, 제 11 ∼ 14 항 중 어느 한항에 기재된 자기저항효과소자 혹은 제 15 ∼ 16 항 중 어느 한항에 기재된 제조방법으로 제조한 자기저항효과소자와,
    상기 자기저항효과소자를 그 일부에 포함하는 자기저항센서를 통과하는 전류를 발생하는 전류발생회로와,
    검출되는 자계의 함수로서 상기 자기저항센서의 저항율 변화를 검출하는 데이터 판독회로를 구비한 자기저항변환시스템.
  20. 데이터 기록을 위한 복수개의 트랙을 갖는 자기기억매체와,
    제 19 항에 기재된 자기저항변환시스템과,
    상기 자기저항변환시스템을 상기 자기기억매체의 선택된 트랙으로 이동시키는 제 1 엑튜에이터와,
    상기 자기기록매체를 회전구동시키는 제 2 엑튜에이터를 구비한 자기기억시스템.
KR10-2000-0029590A 1999-05-31 2000-05-31 자기저항효과소자, 그 제조방법, 및 그것을 사용한 자기기억장치 KR100378414B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP99-153051 1999-05-31
JP15305199 1999-05-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000077490A KR20000077490A (ko) 2000-12-26
KR100378414B1 true KR100378414B1 (ko) 2003-03-29

Family

ID=28034712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0029590A KR100378414B1 (ko) 1999-05-31 2000-05-31 자기저항효과소자, 그 제조방법, 및 그것을 사용한 자기기억장치

Country Status (2)

Country Link
US (2) US6624987B1 (ko)
KR (1) KR100378414B1 (ko)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6624987B1 (en) * 1999-05-31 2003-09-23 Nec Corporation Magnetic head with a tunnel junction including metallic material sandwiched between one of an oxide and a nitride of the metallic material
JP2002025014A (ja) * 2000-07-06 2002-01-25 Sony Corp 磁気トンネル効果型磁気ヘッド及び記録再生装置
US6847509B2 (en) * 2001-02-01 2005-01-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistive head and perpendicular magnetic recording-reproducing apparatus
JP5013494B2 (ja) * 2001-04-06 2012-08-29 ルネサスエレクトロニクス株式会社 磁性メモリの製造方法
US6485989B1 (en) * 2001-08-30 2002-11-26 Micron Technology, Inc. MRAM sense layer isolation
KR20030071063A (ko) * 2002-02-27 2003-09-03 주식회사 엘지이아이 자기 터널 접합 제조 방법
US20050099737A1 (en) * 2002-10-09 2005-05-12 Fujitsu Limited Current-perpendicular-to-the-plane structure magnetoresistive element and head slider including the same
JP3673796B2 (ja) * 2003-01-14 2005-07-20 Ｔｄｋ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置
JP2004335931A (ja) * 2003-05-12 2004-11-25 Alps Electric Co Ltd Ｃｐｐ型巨大磁気抵抗効果素子
JP3936312B2 (ja) * 2003-06-24 2007-06-27 Ｔｄｋ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法、並びに、磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置
KR100500455B1 (ko) * 2003-08-11 2005-07-18 삼성전자주식회사 산화된 버퍼층을 갖는 자기터널 접합 구조체 및 그 제조방법
US7112454B2 (en) * 2003-10-14 2006-09-26 Micron Technology, Inc. System and method for reducing shorting in memory cells
US7446985B2 (en) * 2003-12-19 2008-11-04 Agency For Science Technology And Research Epitaxial oxide cap layers for enhancing GMR performance
US7268977B2 (en) * 2004-02-12 2007-09-11 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Capping layers with high compressive stress for spin valve sensors
US7221545B2 (en) * 2004-02-18 2007-05-22 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. High HC reference layer structure for self-pinned GMR heads
US7190560B2 (en) * 2004-02-18 2007-03-13 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Self-pinned CPP sensor using Fe/Cr/Fe structure
JP4040602B2 (ja) * 2004-05-14 2008-01-30 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US7148072B2 (en) * 2004-05-28 2006-12-12 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method and apparatus for oxidizing conductive redeposition in TMR sensors
US7449345B2 (en) * 2004-06-15 2008-11-11 Headway Technologies, Inc. Capping structure for enhancing dR/R of the MTJ device
KR100669377B1 (ko) * 2004-10-13 2007-01-15 삼성에스디아이 주식회사 액정 표시 장치 및 그 제조 방법
US7530158B2 (en) * 2005-04-19 2009-05-12 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. CPP read sensor fabrication using heat resistant photomask
JP4008478B2 (ja) * 2005-07-13 2007-11-14 Ｔｄｋ株式会社 磁界検出素子、基体、ウエハ、ヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置、および磁界検出素子の製造方法
US7639456B2 (en) 2005-10-06 2009-12-29 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Double mill process for patterning current perpendicular to plane (CPP) magnetoresistive devices to minimize barrier shorting and barrier damage
US20070080381A1 (en) * 2005-10-12 2007-04-12 Magic Technologies, Inc. Robust protective layer for MTJ devices
US7633724B2 (en) * 2006-03-31 2009-12-15 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands, B.V. Dual-type tunneling magnetoresistance (TMR) elements
JP2008176909A (ja) * 2006-12-20 2008-07-31 Hitachi Maxell Ltd 記録再生装置及び記録媒体。
US8472149B2 (en) * 2007-10-01 2013-06-25 Tdk Corporation CPP type magneto-resistive effect device and magnetic disk system
US8724264B2 (en) * 2008-09-04 2014-05-13 Tdk Corporation Thin film magnetic head, magnetic head slider, head gimbal assembly, head arm assembly, magnetic disk device and method of manufacturing thin film magnetic head
US8681536B2 (en) 2010-01-15 2014-03-25 Qualcomm Incorporated Magnetic tunnel junction (MTJ) on planarized electrode
JP5601181B2 (ja) * 2010-12-02 2014-10-08 富士通セミコンダクター株式会社 磁気抵抗効果素子及びその製造方法
JP5836163B2 (ja) * 2012-03-08 2015-12-24 ルネサスエレクトロニクス株式会社 磁気メモリセル、磁気メモリセルの製造方法
US8901687B2 (en) 2012-11-27 2014-12-02 Industrial Technology Research Institute Magnetic device with a substrate, a sensing block and a repair layer
US9269894B2 (en) 2013-10-15 2016-02-23 Everspin Technologies, Inc. Isolation of magnetic layers during etch in a magnetoresistive device
US8953284B1 (en) * 2013-11-20 2015-02-10 HGST Netherlands B.V. Multi-read sensor having a narrow read gap structure
US10297746B2 (en) 2017-04-05 2019-05-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Post treatment to reduce shunting devices for physical etching process

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000016943A (ko) * 1998-08-21 2000-03-25 포만 제프리 엘 자기터널접합센서용저모멘트/고보자력고정층

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3820475C1 (ko) 1988-06-16 1989-12-21 Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De
JP3231313B2 (ja) 1990-08-22 2001-11-19 株式会社日立製作所 磁気ヘッド
JPH08194921A (ja) 1995-01-19 1996-07-30 Hitachi Ltd 磁気抵抗センサと磁気再生装置
US5729410A (en) 1996-11-27 1998-03-17 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction device with longitudinal biasing
JPH11134620A (ja) * 1997-10-30 1999-05-21 Nec Corp 強磁性トンネル接合素子センサ及びその製造方法
JPH11316919A (ja) * 1998-04-30 1999-11-16 Hitachi Ltd スピントンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド
US6097579A (en) * 1998-08-21 2000-08-01 International Business Machines Corporation Tunnel junction head structure without current shunting
US6108177A (en) * 1998-11-19 2000-08-22 International Business Machines Corporation Tunnel junction structure with FeX ferromagnetic layers
US6256178B1 (en) * 1999-03-29 2001-07-03 International Business Machines Corporation Biasing for tunnel junction head
US6624987B1 (en) * 1999-05-31 2003-09-23 Nec Corporation Magnetic head with a tunnel junction including metallic material sandwiched between one of an oxide and a nitride of the metallic material
US6275363B1 (en) * 1999-07-23 2001-08-14 International Business Machines Corporation Read head with dual tunnel junction sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000016943A (ko) * 1998-08-21 2000-03-25 포만 제프리 엘 자기터널접합센서용저모멘트/고보자력고정층

Also Published As

Publication number Publication date
US20030151859A1 (en) 2003-08-14
US6798626B2 (en) 2004-09-28
US6624987B1 (en) 2003-09-23
KR20000077490A (ko) 2000-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100378414B1 (ko) 자기저항효과소자, 그 제조방법, 및 그것을 사용한 자기기억장치
JP2970590B2 (ja) 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム
KR19990083593A (ko) 스핀터널자기저항효과형자기센서및그제조방법
US6903908B2 (en) Magnetoresistive effect sensor with barrier layer smoothed by composition of lower shield layer
JP2002050011A (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗変換システム及び磁気記録システム
JP2001176027A (ja) 磁気抵抗効果ヘッド及びこれを用いた磁気記憶装置
KR100378411B1 (ko) 자기저항헤드 및 이를 이용한 자기저항검출시스템 및자기기억시스템
JP3446720B2 (ja) 磁気抵抗効果素子、その製造方法、及びそれを用いた磁気記録装置
JP2000215415A (ja) 磁気抵抗効果素子
JP2000228004A (ja) 磁気抵抗効果素子、再生ヘッド、および記録再生システム
US6718621B1 (en) Magnetoresistive head production method
JP2001067628A (ja) 磁気抵抗効果素子と磁気抵抗効果素子の製造方法および磁気抵抗検出システムならびに磁気記録システム
US6665153B1 (en) Magnetoresistance element, head, sensing system, and magnetic storing system
KR100502752B1 (ko) 자기 저항 소자 , 자기 저항 헤드, 및 자기기록/재생 장치
JP2005197764A (ja) 磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム、および磁気記憶システム
KR20010021255A (ko) 자기저항효과 소자, 자기저항효과 헤드, 및 자기저항검출시스템
JP2002141583A (ja) 磁気抵抗効果素子、再生ヘッド、および記録再生システム
KR100302580B1 (ko) 자기저항효과소자,이소자를이용한자기저항효과센서,자기저항검출시스템및자기기억시스템
JP3592662B2 (ja) 磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気記録再生装置
JP2001298227A (ja) 強磁性トンネル接合素子、磁気センサ及び磁気記憶システム
JP2002008213A (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP2001144346A (ja) 磁気抵抗効果素子と磁気抵抗効果素子の製造方法および磁気抵抗検出システムならびに磁気記録システム
JP2005191577A (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗変換システム及び磁気記録システム
JP2005167268A (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗変換システム及び磁気記録システム
JP2005184014A (ja) 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗変換システム及び磁気記録システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120223

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130227

Year of fee payment: 11

LAPS Lapse due to unpaid annual fee