KR100378560B1 - 자기저항 소자, 그 제조 방법, 자계 검출 시스템 및 자기기록 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서 자기저항 소자는 하부 차폐 전극 상에 직접 또는 상기 하부 차폐 전극의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성된 하부 전극 층; 하부 전극 층의 상부 표면의 부분상에 형성된 자기저항 효과 층; 상부 전극 층의 하부 표면의 일부분은 적어도 상기 층의 상부 표면과 접촉하도록 그리고 평면도에서 보이는 상부 전극 층이 상기 자기저항 소자의 ABS(Air Bearing Surface)를 제외하고 하부 전극 층의 에지를 피하도록 형성되도록 하부 전극 층위에 형성된 상부 전극 층을 포함한다. 상기 자기저항 소자의 그러한 구조에 있어서, 상부 전극 층의 어떤 부분도 하부 전극 층의 에지위에 존재하지 않으므로, 상부 전극 층과 하부 전극 층 사이의 전기적 단락들은 (포토레지스트 층 제거 단계에서 용해된 포토레지스트를 함유하는 박리제에 노출된)하부 전극 층의 에지의 거칠기가 증가되는 경우에도 피해질 수 있으므로, 고 감지성 및 고 성능의 자기저항 소자가 얻어질 수 있고 자기저항 소자들의 제조 수율은 향상될 수 있다.
Description
본 발명은 전기 저항이 자계에 의존하여 변화하는 자기저항 소자에 관한 것이며, 상기 자기저항 소자의 제조 방법, 상기 자기 저항 소자를 사용하는 자계 검출 시스템, 자계 검출 시스템을 사용하는 자기 기록 시스템에 관한 것이다.
자기저항 소자들과 자기저항 센서들은 컴퓨터의 HDD(Hard Disk Drive)들의헤드에 사용되었고, 상기 자기저항 소자는 고-밀도 기록 매체내에 저장된 정보의 판독을 실현한다. 상기 자기저항 소자(자기저항 헤드)는 상기 자기저항 소자 주변의 자계의 세기 및 방향에 의존하여 그 전기 저항을 변화시킨다. 따라서, 일정한 전압이 상기 자기저항 헤드에 인가되는 경우에, 상기 자기저항 헤드를 통과하는 전류는 자계가 변화함(상기 기록 매체의 변화에 대한 상기 자기저항 소자의 위치에 따라)에 따라 변화하여 상기 기록 매체내에 저장된 정보는 전류 신호로서 판독될 수 있다.
구체적으로, 상기 자기저항 소자는 기본적으로 AMR(Anisotropic MagnetoResistance)효과에 근거하여 동작한다. 상기 AMR 효과의 경우에, 전기 저항 벡터의 구성요소는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서 θ는 상기 자기저항 소자의 자화 방향과 상기 자기저항 소자를 통과하는 감지 전류의 방향사이의 각도이다. 상기 AMR 효과에 대하여, 상세한 설명은 논문 [D.A Thompson 등,“Memory, Storage and Related Applications”, IEEE Trans. on Mag.MAG-11, Page 1039(1975)]에 제시되었다.
상기 AMR 효과를 사용하는 자기저항 센서에 있어서, 소위 바르크하우젠 노이즈가 발생한다. 바르크하우젠 노이즈를 감소시키기 위하여, 종 바이어스 자계가 일반적으로 상기 자기저항 센서에 인가된다. 상기 종 바이어스 자계의 인가는 통상적으로 FeMn, NiMn, Ni 산화물 등과 같은 반강 자성체 재료에 의해 통상적으로구현된다. 부수적으로, “FeMn” ,“NiMn”은 화학 기호들이며, 이후에 그러한 화학 기호들은 표현의 간소화를 위해 사용된다.
최근에, “거대 자기저항 효과”,“스핀 밸브 효과”등으로 불리는 새로운 형태의 자기저항 효과들이 보도되고 상당한 관심을 이끌어 왔다. 종래의 AMR 효과보다 더 강한 그러한 효과들은 선택적으로 적층되는 강자성 층들과 비자성 도전 층들로 구성된 인공 격자내에서 관찰될 수 있다. 그러한 인공 격자의 전기 저항의 동작은 비자성 도전 층들을 통한 강자성 층들사이의 도전 전자들의 스핀-의존성 전송 또는 상기 층들사이의 인터페이스들에서의 도전 전자들의 스핀-의존성 산란의 관점에서 설명되었다.
그러한 인공 격자로 구성된 자기저항 센서에서, 비자성 도전 층에 의해 분리되는 한 쌍의 강자성 층들의 평면내 저항은 다음과 같이 변화한다.
여기서 Ø 는 2 개의 강자성 층의 자화 방향들사이의 각도이다. 그러한 인공 격자의 거대 자기저항 효과를 사용하는 자기저항 센서는 AMR 효과를 사용하는 자기저항 센서들보다 더 감도가 세다(ㅿR 보다 크다).
특개평 2-61572호(Japanese Gazette Containing the Patent No.2651015)에, 자성층들 사이의 반-평형 자화 방향들에 의해 거대 자기저항 효과를 나타내는 적층자성구조가 기술되었다. 상기 적층자성구조는 제 1 퍼멀로이(permalloy) 층, 제 2 퍼멀로이 층, 2개의 퍼멀로이 층들사이의 내층(interlayer), 상기 제 2 퍼멀로이층아래의 고정화(고착화) 층으로 구성된다. 반대의 자화 방향들을 가지는 2 개의 퍼멀로이 층들이 내층(예를 들어, 5nm Au 층)에 의해 분리되고, 상기 제2 퍼멀로이 층의 자화는 FeMn 층에 의해 양호하게 구현되는 고정화층에 의해 고정(고착)된다.
특개평 4-58310호(Japanese Publication of Examined Patent Applications No.8-21166호)와 특개평 6-203340호(Japanese Gazette ConTaining the Patent No.2725987호)에, “스핀 밸브”로 불리는 적층 자성 구조가 기술되었다. 상기 적층자성구조는 제 1 강자성 층[소프트(soft)], 제 2 강자성 층, 2개의 강자성 층들을 분리하는 비자성 금속 층을 포함한다. 2 개의 강자성 층들의 자화 방향사이의 각도는 인가된 자계가 0 일 때 90 도이며, 비-자성 금속 층에 의해 분리되는 비-결합된 2 개의 강자성 층의 평면내의 전기 저항은 상기 스핀 밸브 자기저항 센서를 통과하는 감지 전류의 방향과 무관하게, 전술된 “cos Ø”(여기서 Ø 는 2개의 강자성 층의 자화 방향사이의 각도)에 비례하여 변화한다.
강자성 터널 접합을 사용하는 자기저항 센서가 특개평 NO.10-162327호에 기술되었다.
도 1 은 자기저항 센서로서 사용되는 종래의 자기저항 소자의 예를 도시하는 수직 단면도이다. 도 2 는 도 1 의 종래의 자기저항 소자의 하부 전극 층과 상부 전극 층을 도시하는 평면도이다. 부수적으로, 도 1 은 도 2 에 도시된 라인 C-C′을 따라 얻어진 수직 단면을 도시한다. 도 1 및 도 2에서 도시된 자기저항 소자에서, 하부 갭 층(106)은 도시되지 않은 기판상에 형성된 하부 차폐 층(104)상에 형성되고, 하부 전극 층(108)은 상기 하부 갭 층(106)상에 형성된다. 자기저항 효과층(110)은 하부 전극 층(108)상에 형성되고, 상부 전극 층(112)은 상기 자기저항 효과 층(110)상에 형성된다. 상기 상부 전극 층(112)은 제 1 상부 전극 층(114)와 제 2 상부 전극 층(116)으로 구성된다. 상기 제 1 상부 전극 층 (114)은 상기 자기저항 효과 층(110)을 커버하도록 상기 자기저항 효과 층(110)상에 직접 형성되 고, 상기 제 2 상부 전극 층(116)은 상기 제 1 상부 전극 층 (114)상에 형성된다. 상부 갭 층 (113)은 상기 상부 전극 층(112)상에 형성되고, 상부 차폐 층 (115)은 상기 상부 갭 층(113)상에 형성된다.
도 1 에 도시된 구조의 좌측단상의 평평한(flat) 표면(118)은 소위 ABS(Air Bearing Surface)이다. 자기 기록 매체내에 저장된 정보는 자기저항 소자(102)에 의해 판독되고, 상기 자기저항 소자 (102)는 상기 ABS(118)가 상기 자기 기록 매체의 표면에 대향하고, 좁은 갭이 상기 ABS(118)와 상기 표면사이에 형성되도록 위치된다.
상기 자기저항 소자(102)의 제조 공정에 있어서, 상기 하부 전극 층(108)은 일반적으로 다음의 공정 (1)과 (2)에 의해 형성된다.
(1) 상기 하부 전극 층으로 형성된 전극 층은 상기 하부 갭 층(106)의 전체 표면상에 증착되고, 포토레지스트 층(패턴)은 상기 전극 층상에 형성된다. 이후에, 상기 전극 층의 불필요한 부분은 밀링 수단에 의해 제거되어 상기 하부 전극 층 (108)은 소정의 모양으로 패터닝된다. 그후에, 상기 패터닝된 하부 전극 층(108)상에 남아있는 포토레지스트 층은 박리제(release agent)를 사용함에 의해 제거된다.
(2) 리프트-오프(lift-off)용 포토레지스트 층은 상기 하부 갭 층(106)의 표면의 부분상에 형성되고, 상기 하부 전극 층(108)으로 형성된 전극 층은 상기 포토레지스트 층과 상기 하부 갭 층 (106)상에 증착된다. 그 후에, 상기 포토레지스트 층은 박리제(리프트-오프)를 사용함에 의해 제거된다.
도 3 은 상기 하부 전극 층(108)을 패터닝하는 단계 직후에 상기 공정 (1) 에서의 스테이지를 도시하는 수직 단면도이다. 패터닝 단계 후에, 상기 패터닝된 하부 전극 층(108)상에 남아있는 포토레지스트 층(120)은 박리제를 사용함에 의해 제거된다.
그러나, 상기 포토레지스트 층을 제거하는 단계에 있어서, 상기 하부 전극 층(108)의 에지 (122)는 포토레지스트가 용해된 상기 박리제에 노출되어, 하부 전극 층(108)의 에지(122)는 상기 용해된 포토레지스트를 함유하는 박리제에 의해 부식되거나 엷은 조각으로 벗겨진다(flake off). 따라서, 상기 하부 전극 층(108)의 에지(12)의 거칠기가 수백 나노미터만큼 크게 증가되는 경우들이 존재한다.
또한 공정 (2)의 경우에 있어서, 리프트-오프용 포토레지스트가 상기 박리제를 사용함에 의해 제거되는 경우에, 상기 하부 전극 층(108)의 에지(122)는 유사하게도 용해된 포토레지스트를 함유하는 박리제에 노출되어 공정 (1)의 문제와 같은 문제를 발생시킨다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 상기 하부 전극 층(108)의 에지(122)위에, [절연 층(124)상에 형성된] 제 2 상부 전극 층(116)이 확산한다. 상기 하부전극 층의 에지(122)의 거칠기가 상술된 바와 같이 증가하는 경우에, 상기 하부 전극 층의 에지(122)와 제 2 상부 전극 층(116)사이의 전기적 단락이 발생하기 쉽고 그러한 단락들이 실제로 보고되었다. 상기 단락들은 상기 에지(122) 부근의 상기 하부 전극 층(108)의 부분, 상기 에지 (122)상에 재증착된 부식된/박리된 하부 전극 층의 에지(122)의 재료들을 컬링-업(curling-up)함에 의해 발생되는 것 같다. 그러한 단락에 의해, 상기 상부 전극 층(112)과 하부 전극 층(108)사이에 감지 전류가 통과되는 경우에도, 상기 감지 전류는 상기 자기저항 효과 층(110)을 통과하지 않고 상기 전극 층들사이의 단락 회로를 통과하여 자기저항 효과 층(110)의 저항 변화에 의한 자계의 검출이 어렵게 된다. 따라서, 상기 공정들에 의해 제조된 상기 자기저항 소자(102)들의 감도와 성능이 저하되거나 상기 자기저항 소자(102)들의 제조 수율이 감소되어 비용을 더 높게 한다.
따라서 본 발명의 주요한 목적은 상부 전극 층과 하부 전극 층사이의 단락들이 방지되는 구조를 가지는 자기저항 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 자기저항 소자의 상기 상부 전극 층과 하부 전극 층사이의 단락들이 방지되는 자기저항 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 자기저항 소자의 상부 전극 층과 하부 전극 층사이의 단락들이 방지되어 고 성능 및 저 비용의 자기저항 자계 검출 시스템이 실현되는 상기 자기저항 자계 검출 시스템(자기저항 소자를 사용하는 자계 검출 시스템)을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 자기저항 소자의 상부 전극 층과 하부 전극층사이의 단락들이 방지되어 고 성능 및 저 비용의 자기 기록 시스템이 실현되는 자기저항 소자를 사용하는 자기 기록 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적 및 특징들은 첨부된 도면들을 참조하여 행해진 다음의 상세한 설명을 고려하면 더 명백해 진다.
도 1 은 자기저항 센서로서 사용되는 종래의 자기저항 소자의 예를 도시하는 수직 단면도.
도 2 는 도 1의 종래의 자기저항 소자의 하부 전극층과 상부 전극층을 도시하는 평면도.
도 3 은 상기 하부 전극층을 패터닝하는 공정직후에 도 1 의 종래 자기저항 소자의 상태를 도시하는 수직 단면도.
도 4a 는 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 소자의 예를 도시하는 수직 단면도.
도 4b 는 도 4a 의 자기저항 소자의 하부 전극층과 상부 전극층을 도시하는 평면도.
도 5 는 도 4a에서 도시된 라인 A-A'을 따라 얻어지며, 도 4a의 자기저항 소자의 자기저항 효과 층 부근의 상세한 구조를 도시하는 확대된 수직 단면도.
도 6a 내지 도 11 은 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 소자의 제조방법의 단계를 설명하기 위한 평면도.
도 12a 및 도 12b 는 본 발명에 따른 자기저항 소자에서 사용될 수 있는 하부 전극층들과 상부 전극층들의 다른 예들을 도시하는 평면도.
도 13 내지 도 23 은 본 발명에 따른 자기저항 소자들(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자들)의 다른 예들을 도시하는 확대된 수직 단면도.
도 24 는 본 발명의 실시예에 따른 자기저항의 자계 검출 시스템(자기저항 소자를 사용하는 자계 검출 시스템)을 도시하는 개략적인 사시도.
도 25 는 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 시스템을 도시하는 개략적인 사시도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
102 : 자기저항 소자 108 : 하부 전극 층
112 : 상부 전극 층 118 : 평평한 표면
본 발명의 제 1 특성에 따라서, 하부 전극 층, 자기저항 효과 층, 상부 전극 층을 포함하는 자기저항 소자가 설치되었다. 상기 하부 전극 층은 하부 차폐 층상에 직접 또는 상기 하부 차폐 층의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성된다. 상기 자기저항 효과 층은 상기 하부 전극 층의 상부 표면의 부분상에 형성된다. 상기 상부 전극 층은 하부 표면이 적어도 상기 자기저항 효과 층의 상부 표면과 접촉하도록 그리고 평면도에서 보이는 상기 상부 전극 층은 상기 자기저항 소자의 ABS (Air Bearing Surface)를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하기 위해 상기 하부 전극 층위에 형성된다.
본 발명의 제 2 특성에 따라, 제 1 특성에 있어서, 상기 ABS를 대향하는 상부 전극 층의 에지는 상기 ABS의 부분을 형성한다.
본 발명의 제 3 특성에 따라, 제 1 특성에 있어서, 상기 ABS를 대향하는 상부 전극 층의 에지는 상기 ABS보다 후방에 형성된다.
본 발명의 제 4 특성에 따라, 제 1 특성에 있어서, 상기 상부 전극 층은 제 1 상부 전극 층과 제 2 상부 전극 층을 포함한다. 상기 제 1 상부 전극 층은 상기 자기저항 효과 층의 영역과 거의 같은 영역에서 상기 자기저항 효과 층상에 형성된다. 상기 제 2 상부 전극 층은 상기 제 2 상부 전극 층의 하부 표면의 부분이 상기 제 1 상부 전극 층의 상부 표면과 접촉하도록 상기 하부 전극 층위에 형성된다.
본 발명의 제 5 특성에 따라서, 제 4 특성에 있어서, 절연 층은 하부 전극 층과 제 2 상부 전극 층 사이에 형성된다.
본 발명의 제 6 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 하부 차폐 층은 기판상에 형성되고, 상기 하부 전극 층은 상기 하부 차폐 층의 상부 표면의 부분 상에 형성된다.
본 발명의 제 7 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 하부 전극 층은 또한 상기 하부 차폐 층의 역할을 한다.
본 발명의 제 8 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 하부 차폐 층은 기판상에 형성되고, 하부 갭 층은 상기 하부 차폐 층상에 형성되고, 상기 하부 전극 층은 상기 하부 갭 층의 상부 표면의 부분상에 형성된다.
본 발명의 제 9 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 자기저항 소자는 상기 상부 전극 층상에 형성된 상부 차폐 층을 더 포함한다.
본 발명의 제 10 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 상부 전극 층은 또한 상부 차폐 층의 역할을 한다.
본 발명의 제 11 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 자기저항 소자는 상기 상부 전극 층상에 형성된 상부 갭 층과 상기 상부 갭 층상에 형성된 상부 차폐 층을 더 포함한다.
본 발명의 제 12 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 자기저항 소자는 상기 자기저항 효과 층에 종 바이어스 자계를 인가하기 위해 상기 자기저항 효과 층 부근에 형성되거나 상기 자기저항 효과 층과 접촉하는 종 바이어스 층을 더 포함한다.
본 발명의 제 13 특성에 따라서, 제 12 특성에 있어서, 상기 종 바이어스 층은 상기 자기저항 효과 층의 양 측상의 하부 전극 층의 상부 표면상에 형성된다.
본 발명의 제 14 특성에 따라서, 제 12 특성에 있어서, 상기 종 바이어스 층은 그 부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층과 접촉하도록 형성된다.
본 발명의 제 15 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 자기저항 효과 층은 강자성 터널 접합 층들로 구성된다.
본 발명의 제 16 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 자기저항 효과 층은 상기 하부 전극 층상에 형성된 프리(free) 층, 상기 프리 층상에 형성된 비자성 층, 상기 비자성 층상에 형성된 고정층, 상기 고정층의 자화의 방향을 고정시키기 위해 상기 고정층상에 형성된 고정화 층을 포함한다.
본 발명의 제 17 특성에 따라서, 제 1 특성에 있어서, 상기 자기저항 효과 층은 상기 상부 전극 층 아래에 형성된 프리 층, 상기 프리 층 아래에 형성된 비자성 층, 상기 비자성 층 아래에 형성된 고정층, 상기 고정 층의 자화의 방향을 고정시키기 위해 상기 고정층 아래에 형성된 고정화 층을 포함한다.
본 발명의 제 18 특성에 따라서, 하부 차폐 층상에 직접 또는 상기 하부 차폐 층의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성되는 하부 전극 층과, 상기 하부 전극 층의 상부 표면의 부분상에 형성되는 자기저항 효과 층과, 상기 상부 전극 층의 하부 표면의 일부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층의 상부 표면과 접촉하도록 상기 하부 전극 층위에 형성되는 상부 전극 층을 갖는 자기저항 소자의 제조방법이 제공된다. 상기 제조 방법에 있어서, 절연 층은 상기 하부 전극 층상에 형성된 상기 자기저 항 효과 층 부근에 형성되며, 상기 상부 전극 층은 평면도에서 보이는 상기 상부 전극 층이 상기 자기저항 소자의 ABS를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하도록 포토레지스트를 사용함에 의해 상기 절연 층과 상기 자기저항 효과 층상에 형성되고 패터닝된다.
본 발명의 제 19 특성에 따라서, 제 18 특성에 있어서, 상기 포토레지스트를 사용함에 의해 상부 전극 층을 패터닝하는 단계는 밀링 또는 리프트-오프에 의해 수행된다.
본 발명의 제 20 특성에 따라서, 자기저항 소자, 통전수단, 저항율 검출 수단을 포함하는 자계 검출 시스템이 설치된다. 상기 자기저항 소자는 하부 차폐 층상에 직접 또는 상기 하부 차폐 층의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성된 하부 전극 층, 상기 하부 전극 층상의 상부 표면의 부분 상에 형성된 자기저항 효과 층, 상부 전극 층의 하부 표면의 일부분이 적어도 상기 자기저항 효과층의 상부 표면과 접촉하도록 그리고 평면도에서 보이는 상부 전극 층이 상기 자기저항 소자의 ABS(Air Bearing Surface)를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하도록 상기 하부 전극 층위에 형성된 상부 전극 층을 포함한다. 통전수단은 상기 자기저항 소자의 상부 전극 층과 하부 전극 층 사이에 감지 전류를 통과시킨다. 저항율 검출 수단은 상기 상부 전극 층과 하부 전극 층 사이의 통전류 수단에 의해 통과된 상기 감지 전류에 근거하여 상기 자기저항 소자의 저항율 변화를 검출한다.
본 발명에 따른 제 21 특성에 따라서, 재생 헤드, 통전류 수단, 저항율 검출 수단, 구동 수단을 포함하는 자기 기록 시스템이 설치된다. 상기 재생 헤드는 하부 차폐 층상에 직접 또는 상기 하부 차폐 층의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성된 하부 전극 층, 상기 하부 전극 층상의 상부 표면의 부분상에 형성된 자기저항 효과 층, 상부 전극 층의 하부 표면의 일부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층의 상부 표면과 접촉하도록 그리고 평면도에서 보이는 상부 전극 층이 상기 자기저항 소자의 ABS(Air Bearing Surface)를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하도록 상기 하부 전극 층상에 형성된 상부 전극 층을 포함하는 자기저항 소자를 사용한다. 통전수단은 상기 재생 헤드의 자기저항 소자의 상부 전극 층과 하부 전극 층 사이에 감지 전류를 통과시킨다. 저항율 검출 수단은 상기 상부 전극 층과 하부 전극 층 사이의 통전류 수단에 의해 통과된 상기 감지 전류에 근거하여 상기 자기저항 소자의 저항율 변화를 검출한다. 구동 수단은 상기 재생 헤드를 구동시키며 자기 기록 매체의 정보 저장 표면의 선택된 트랙상에 상기 재생 헤드의 자기저항 소자를 배치시킨다.
본 발명에 따른 제 22 특성에 따라서, 제 21 특성에 있어서, 상기 자기 기록 시스템은 상기 재생 헤드와 함께 상기 구동 수단에 의해 구동되고 상기 자기 기록 매체의 정보 저장 표면의 선택된 트랙상에 배치되도록 상기 재생 헤드에 부착되는 기록 헤드를 더 포함한다.
이제 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 양호한 실시예들에 대해 상세히 설명된다.
도 4a 는 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 소자의 예를 도시하는 수직 단면도이다. 도 4b 는 도 4a의 자기저항 소자의 하부 전극 층과 상부 전극층을 도시하는 평면도이다. 도 5 는 도 4a 에 도시된 라인 A-A'에 따라 얻어지며, 도 4 a의 자기저항 소자의 자기저항 효과 층(10) 부근의 상세한 구조를 도시하는 확대된 수직 단면도이다. 부수적으로, 도 4a 는 도 4 b 의 라인 B-B'에 따라 얻어진 수직 단면을 도시한다.
도 4a 내지 도 5 에 대해 설명하면, 자기저항 소자 (2) 는 도시되지않은 기판상에 형성된 하부 차폐층(4), 상기 하부 차폐층(4)상에 형성된 하부 갭 층(6), 상기 하부 갭 층(6)의 부분상에 형성된 하부 전극 층(8), 상기 하부 전극층 (8)의 부분상에 형성된 자기저항 효과 층(10), 상기 하부 전극 층(8) 위에 형성된 상부 전극 층(12)을 포함하며, 상부 전극 층의 하부 표면의 일부분은 적어도 상기 자기저항 효과 층(10) 의 상부 표면과 접촉한다.
도 4a에 도시된 구조의 좌 측단상의 평평한 표면(14)은 소위 ABS(Air Bearing Surface)이고, 이는 자기저항 소자 (2) 의 층들의 에지에 의해 형성된다.
상기 상부 전극층 (12) 은 제 1 상부 전극층(22)과 제 2 상부 전극층 (24)으로 구성된다. 상기 제 1 전극 층 (22) 은 상기 자기저항 효과 층 (10)의 영역과 거의 같은 영역에서 자기저항 효과 층 (10)상에 직접 형성되고, 상기 제 2 상부 전극 층(24)은 하부 전극 층 (8)상에 [상기 하부 전극 층(8)상에 형성된 절연층 (35)상에] 형성되어, 상기 제 2 상부 전극 층(24)의 하부 표면의 부분은 상기 제 1 상부 전극 층 (22) 의 상부 표면 (28)과 접촉된다.
도 4a 와 도 4b 에 도시된 바와 같이, 평면도에서 보이는 제 2 상부 전극 층 (24) 은 ABS (14)를 제외하고 하부 전극 층 (8)의 에지 (20)를 피하도록 상기 제 2 상부 전극 층 (24)이 형성된다.
상기 상부 전극 층 (12)[제 2 상부 전극층 (24)]상에, 상부 갭 층(30)이 형성되고, 상부 차폐 층(31)은 상기 상부 갭 층(30)상에 형성된다.
자기저항 효과 층(10) 은 강자성 터널 접합 층들에 의해 구현된다. 구체적으로, 도 5 에 도시된 바와 같이, 자기저항 효과 층 (10) 은 상기 하부 전극 층 (8)상에 형성된 프리 층(32), 상기 프리층(32)상에 형성된 비자성 층(34), 비자성층 (34) 상에 형성된 고정(고착) 층 (36), 상기 고정 층 (36)의 자화의 방향을 고정화(고착화)하기 위한 고정 층(36)상에 형성되는 고정화(고착화)층(38)을 포함한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 자기저항 효과 층(10)의 양 측상에, 종 바이어스 층 (40) 의 부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층 (10)[프리 층 (32)]과 접촉되도록 종 바이어스 층(40)은 상기 하부 전극 층 (8)상에 형성된다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 소자의 제조 방법의 예가 기술된다. 도 6a 내지 도 11 은 상기 실시예에 따른 제조 방법의 단계를 설명하기 위한 평면도들이며, 도 4a 내지 도 5 의 참조부호와 같은 참조 부호들은 도 4a 내지 도 5 의 부분들과 같은 부분들을 지시한다.
(단계 1) 먼저, 상기 하부 차폐 층 (4)(패터닝되지 않음)은 도시되지않은 기판상에 균일하게 증착되고, 포토레지스트 층(패턴)은 상기 하부 차폐 층(4)상에 형성되고, 그 후에 상기 하부 차폐 층 (4) 은 밀링에 의해 도 6a에 도시된 바와 같이패터닝된다. 리프트-오프 (lift-off) 가 상기 하부 차폐 층(4)의 패터닝을 위해 사용되는 경우에, 포토레지스트 층 (패턴)은 먼저 상기 하부 차폐 층(4) 상에 형성되고, 상기 하부 차폐 층(4)(패터닝되지 않음)은 그 위에 증착되고 그 후에 리프트-오프가 수행된다. 부수적으로, 각각의 도면(도 6a 내지 도 11)의 두꺼운 라인들은 상기 도면에 대응하는 단계에서 형성되는 하나 또는 그 이상의 부분들을 표시한다.
(단계 2) 그 후에, 상기 하부 전극 층 (8)은 상기 하부 차폐 층 (4)상에 상기 하부 전극 층(8)(패터닝되지 않음)을 증착하고 그 위에 포토레지스트 층(패턴)(7)을 형성하고 밀링작업을 수행함에 의해 도 6b 에 도시된 바와 같이 소정의 모양으로 패터닝된다[이 예에서, 하부 갭 층 (6)은 제외된다].
(단계 3) 그 후에, 리프트-오프 포토레지스트 층(리프트-오프용 포토레지스 패턴)은 상기 하부 전극 층(8)상에 형성되고, 두꺼워진 하부 전극 층(9)(패터닝되지 않음)이 증착되고, 두꺼워진 하부 전극(9)은 리프트-오프에 의해 패터닝되어, 상기 하부 전극 층 (8,9) 이 완성된다(도 7 a)
(단계 4) 그 후에, 종 바이어스 층 (40)(패터닝되지 않음)이 증착되고, 상기 종 바이어스 층 (40)을 패터닝하기 위한 포토레지스트 층 (패턴)이 그 위에 형성되고, 종 바이어스 층 (40)은 밀링에 의해 도 7 b에 도시된 바와 같이 패터닝되고, 나머지 포토레지스트 층이 제거되어 상기 패터닝된 종 바이어스 층 (40)이 얻어진다.
(단계 5) 그 후에, 자기저항 효과 층 (10) 및 제 1 상부 전극 층 (22)(패터닝되지 않음)이 증착된다 상기 층들상에, 패터닝을 위한 포토레지스 층이 형성되고 밀링 작업은 비자성 층 (34)에 도달하도록 수행된다. 그 후에, 절연 층 (35)(패터닝되지 않음)이 증착되고, 상기 패터닝된 제 1 상부 전극 층 (22) 상에 남아있는 포토레지스트 층 [및 절연 층 (35)] 은 제거된다(도8a).
(단계 6) 그 후에, 포토레지스트 층이 형성되고, 절연 층 (35), 비자성 층 (34) 및 프리 층 (32)에 대한 밀링작업이 수행되고(도 5를 참조), 나머지 포토레지스트 층은 제거된다(도 8b).
(단계 7) 그 후에, 상기 제 2 상부 전극 (24)의 리프트-오프용 포토레지스트 층이 형성되고, 상기 제 2 상부 전극 층 (24)(패터닝되지 않음)이 증착되고, 상기 제 2 상부 전극 층 (24)을 패터닝하기 위해 리프트-오프가 수행된다(도 9 a). 이 단계에서, 평면도에서 보이는 상기 상부 전극 층 (24) 은 ABS(14)를 제외하고 상기 하부 전극 층 (8)의 에지(20)를 피하도록 상기 제 2 상부 전극 층 (24)이 패터닝된다.
(단계 8) 그 후에, 두꺼워진 제 2 상부 전극 층 (25) 의 리프트-오프 용 포토레지스트 층이 형성되고, 두꺼워진 상기 제 2 상부 전극 층 (25)(패터닝되지 않음)이 증착되고, 두꺼워진 상기 제 2 상부 전극 층 (25)을 패터닝하기 위해 리프트-오프가 수행된다(도 9b).
(단계 9) 그 후에, 두꺼워진 절연 층(27)의 리프트-오프용 포토레지스트 층이 형성되고, 두꺼워진 상기 절연 층(27)(패터닝되지 않음)이 증착되고, 두꺼워진 상기 절연 층(27)을 패터닝하기위해 리프트-오프가 수행된다(도10a).
(단계 10) 그 후에, 상부 갭 층 (30)이 증착되고, 전극 홀들의 형성을 위한 포토레지스트 층 (패턴)이 형성되고, 상기 제 2 상부 전극 층 (24)이 노출될 때 까지 밀링작업이 실행되고, 나머지 포토레지스트 층은 제거되어 전극노출부(29)들이 형성된다(도10b)
(단계 11) 그 후에, 상기 기판은 절단되고 적당한 크기의 단편들로 분리되고, 각각의 기판 단편은 ABS(Air Bearing Surface)(14)가 노출될 때 까지 연마된다(도11).
부수적으로, 자기저항 소자 (2) 가 자기 기록 재생 헤드에 사용되는 경우, 적당한 구조를 가지는 기록 헤드부는 상기 단계 11 이전에 형성된다. ABS (14) 는 적절한 모양을 가지도록 연마되어 자기 기록 재생 헤드는 그 동작 상태의 최적 비행 자세를 유지한다. 상기 자기 기록 재생 헤드는 서스펜션에 부착되고, 필요한 배선들은 상기 하부 전극 층 (8) 과 상부 전극 층 (12)에 연결된다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 소자의 제조방법에 있어서, 평면도에서 보이는 상부 전극 층 (24) 은 ABS (14)만을 제외하고 상기 하부 전극 층 (8)의 에지 (20)를 피하도록 상부 전극 층 (12)[제 1 상부 전극 층 (22)과 상기 제 2 상부 전극 층 (24)]이 형성된다. 따라서, 상기 전극 층 (12) 의 어떤 부분도 상기 하부 전극 층 (8)의 에지 (20)위에 존재하지 않고, 이와 같이 상기 상부 전극 층 (12)과 상기 하부 전극 층 (8)사이의 전기적 단락은 하부 전극 층 (8)의 에지 (20)가 용해된 포토레지스트를 함유하는 박리제 (release agent)에 노출되고, 에지(12)의 거칠기가 증가되는 경우에도 방지될 수 있어, 고 감도 및 고 성능의 자기저항 소자(2)들이 제조될 수 있고 상기 자기저항 소자(2)들의 제조 수율은 향상될 수 있다.
상기 자기저항 소자(2)의 구조에 있어서, 감지 전류가 상부 전극 층(12)[제 2 상부 전극 층 (24)]에서 상기 하부 전극 층 (8)으로 통과되는 경우에, 상기 감지 전류는 연속적으로 제 2 상부 전극 층 (24), 제 1 상부 전극 층 (22), 고정화 층 (38), 고정층 (36), 비자성층 (34), 프리층(32), 하부 전극 층 (8)을 통과한다. 상기 종 바이어스 층 (40) 은 프리층 (32), 비자성층 (34), 절연층 (35)에 의한 상부 층들 및 고정층 (36)으로부터 전기적으로 절연된다.
상기 구조에 있어서, 종 바이어스 층 (40)은 상기 프리층(32)과 접촉하므로, 종 바이어스 층 (40)의 종 바이어스 자계는 상기 프리 층 (32) 에 충분히 인가된다. 그러므로, 상기 자기저항 효과 층 (10)을 통한 감지 전류의 정확한 통과와 상기 프리층 (32)으로의 종 바이어스 자계의 정확한 인가가 동시에 얻어질 수 있다.
상술된 자기저항 소자의 제조 방법은 도4a 내지 도 5의 자기저항 소자 (2) 이외의 다양한 형태의 자기저항 소자들에 또한 적용될 수 있고, 같은 효과들이 얻어질 수 있다.
도 12a 및 도 12b 는 본 발명에 따른 자기저항 소자에 사용될 수 있는 하부 전극 층들과 상부 전극 층들의 다른 예들을 도시하는 평면도이다. ABS (14) 부근의 제 2 상부 전극 층 (24)의 부분의 폭은 상기 자기저항 효과 층 (10) 의 폭과 매치하도록 도 4b에서와 같이 좁아지며, 상기 ABS 측상에서 좁아지지 않는 도 12a에서 도시된 상기 제 2 상부 전극 층(24) 이 또한 사용될 수 있다. 제 2 상부 전극층 (24) 은 또한 도 12b 에 도시된 바와 같이 하부 전극 층 (8)의 중심에 배치될 수 있다. 상기 ABS 측상의 제 1 상부 전극 층 (22) 또는 제 2 상부 전극 층 (24) 의 에지는 또한 상기 ABS (14) 로부터 조금 후방에 형성될 수 있다(도 12a 및 도 12b에서 아래로 움직임).
하부 전극 층 (8)이 도 4a 내지 도 5 의 실시예에서의 하부 차폐 층 (4)상에 형성된 하부 갭 층 (6)상에 형성되지만, 상기 제조 방법의 경우에서와 같이, 하부 갭 층(6)을 생략하고 상기 하부 차폐 층 (4)상에 직접 하부 전극 층 (8)을 형성하는 것이 또한 가능하다. 상기 상부 갭 층(30) 은 같은 방법으로 또한 생략될 수 있다.
상기 프리 층 (32) 아래에 하층을 또는 상기 고정화층 (38)과 상부 전극 층 (12) 사이에 상부 층을 제공하는 것이 또한 가능하다. 상기 실시예의 상부 전극 층(12)이 상기 제 1 상부 전극 층 (22)과 제 2 상부 전극 층 (24)으로 구성되었지만, 상기 제 1 상부 전극 층 (22)을 생략하는 것이 또한 가능하다. 부가적으로, 자기저항 효과 층(10)의 구조는 도 5 에 도시된 구조로 제한받지 않으나, 다양한 적층 자성구조가 자기저항 효과 층 (10) 대하여 사용될 수 있다.
도 13 은 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직단면도이며, 여기서 다른 구조의 자기저항 효과 층 (10)이 사용된다. 도 13 은 도 5에 대응하는 수직 단면을 도시하며, 여기서 도 5의 참조 부호들과 같은 참조 부호들은 도 5 의 부분들과 같은 부분들을 나타낸다. 도 13 에 도시된 자기저항 소자 (42)에 있어서, 상기 프리층 (32)과 비자성 층(34)은 고정층 (36)의 부근의 제한된 폭의 영역등에 형성된다.
도 14 는 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서 다른 구조의 자기저항 효과 층 (10)이 사용된다. 도 14 는 도 5 에 대응하는 수직 단면을 도시하는 도면이며, 여기서 도5 의 참조 부호와 같은 참조부호들은 도 5의 부분과 같은 부분들을 표시한다. 도 14 에 도시된 자기저항 소자 (44)에 있어서, 상기 프리층 (32)과 비자성 층(34)의 영역은 도 13의 경우에서 보다 더 좁아지게 되고, 상기 영역의 폭은 고정층 (36)과 대향하는 종 바이어스 층 (40)의 에지들내에 규정된다.
부수적으로, 도 4a 의 수직 단면에 대하여, 도 13 및 도 14의 자기저항 소자들 (42,44)은 도 5 의 자기저항 소자 (2)의 구조와 같은 구조를 가진다.
본 발명은 그러한 자기저항 소자들 (42,44)에 또한 적용될 수 있으며, 평면도에서 보이는 상부 전극 층 (24)이 도 4a와 도 4b에서 도시된 바와 같이, ABS(14)에서를 제외하고 하부 전극 층 (8) 의 에지(20)를 피하도록 상기 제 2 상부 전극 층(24)을 형성시킴에 의해, 상기 상부 전극 층 (12)과 하부 전극 층 (8)사이의 단락들이 방지될 수 있다.
도 15 는 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서 다른 구조의 자기저항 효과 층(10)이 사용된다. 도 15 는 도 5에 대응하는 수직 단면도이며, 도 5의 참조 부호와 같은 참조 부호들은 도 5의 부분과 같은 부분들을 표시한다. 도 15의 구조에 있어서, 하부(under)/프리 층 (32A)[하층을 가진 프리층(32)]이 도 5 에도시된 프리층 (32) 대신에 사용된다. 하부/프리 층(32A)은 종 바이어스 층 (40)의 내부 에지들상에 형성되지 않는다. 상기 종 바이어스 층 (40)의 내부 에지들사이의 하부/프리 층 (32A)의 부분상에, 비자성층 (34), 고정층 (36), 고정화층 (38), 상부 층 (39)이 도 15에 도시된 바와 같이 연속적으로 증착되고 패터닝된다. 상기 패터닝된 층들(34,36,38,39) 부근에, 상기 절연층(35)이 형성된다. 적층 구조상에서, 상부 전극 층(12)[도 5의 상부 전극 층 (12)보다 작은], 상부 갭 층(30) 및 상부 차폐 층 (31)이 형성된다. 상기 실시예에 있어서, 자기저항 효과 층 (10)은 하부/프리 층 (32A), 비자성층 (34), 고정층 (36), 고정화층 (38), 상부 층(39)으로 구성된다.
도 15의 구조에 있어서, 감지 전류가 상부 전극 층 (12)으로부터 상기 하부 전극 층 (8)으로 통과되는 경우에, 상기 감지 전류는 연속적으로 상기 상부 전극 층 (12), 상기 상부 층 (39), 고정화 층 (38), 고정층 (36), 비자성 층 (34), 하부/프리 층 (32A), 하부 전극 층 (8)을 통과하며, 상기 종 바이어스 층 (40)은 상기 감지 전류의 상태에 영향을 주지 않는다. 상기 종 바이어스 층 (40)은 상기 하부/프리 층(32A) 과 접촉하므로, 상기 종바이어스 층 (40)의 종 바이어스 자계는 충분히 상기 하부/프리 층 (32A) 에 인가된다. 따라서, 상기 자기저항 효과 층 (10)을 통한 감지 전류의 정확한 통과와 상기 하부/프리 층 (32A) 의 종 바이어스 자계의 정확한 인가가 동시에 얻어질 수 있다.
도 15의 상기 자기저항 소자에 상기 상부 갭 층 (30)과 하부 갭 층(6)이 설치되며, 이들중 하나 또는 둘다를 생략하는 것이 또한 가능하다. 하층이 하부 전극 층 (8)과 프리 층사이에 설치되지만, 하층을 사용하는 것은 선택적이다. 자기저항 효과 층 (10) 의 패터닝은 도 15의 비자성 층 (34)의 하부에서 수행되지만, 상기 패터닝은 비자성층 (34)의 상부 표면과 하부/프리 층(32A)의 하부 표면사이의 임의의 점에서 종료될 수 있다. 부수적으로, 종 바이어스 층 (40) 상에 형성된 하부/프리 층 (32A)의 부분은 불필요하다.
도 16 은 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서 도 15의 자기저항 소자의 상부 갭 층 (30)과 하부 갭 층(6)은 생략된다.
도 17 은 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서 도 16의 자기저항 소자의 상부 전극 층 (12)은 생략된다. 이 경우에,상부 차폐 층 (31)이 또한 상부 전극 층의 역할을 한다.
도 18 은 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서도 15의 하부/프리 층 (32A)은 또한 종 바이어스 층 (40)의 내부 에지(슬로프)들 상에 형성된다.
도 19 는 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서도 17 의 상기 하부/프리 층 (32A)의 폭은 더 좁아지게 된다.
도 20 은 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서 자기저항 효과 층(10)의 패터닝은 하부/프리 층 (32A)의 하부 표면에 정확히 수행된다. 하층의 상부 표면에서의 패터닝을 정지시키는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 종 바이어스 층 (40)은 상기 하부/프리 층 (32A)와 접촉하지 않지만, 상기 종 바이어스 층 (40)의 종 바이어스 자계는 상기 하부/프리 층 (32A)의 에지들이 상기 종 바이어스 층 (40)의 내부 에지들 부근에 배치되는 경우에 충분히 상기 하부/프리 층 (32A)에 인가될 수 있다. 하부 차폐/전극 층 (5)(또한 하부 차폐 층의 역할을 하는 하부 전극 층)과 하부 도전 층은 도 19의 하부 차폐 층 (4)과 하부 전극 층 (8) 대신에 사용된다. 부수적으로, 도 20과 이후의 도면들에서의 참조 부호“11”은 상부 차폐/전극 층 [또한 상부 전극의 역할을 하는 상부 차폐 층 (31)]을 나타낸다.
도 21 은 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서 다른 구조의 자기저항 효과 층 (10)이 사용된다. 도 21 은 도 5 에 따른 수직 단면도를 도시하며, 여기서 도 5 의 참조 부호와 같은 참조 부호들은 도 5 의 부분과 같은 부분들을 나타낸다. 도 21 에 도시된 자기저항 소자 (46)에 있어서, 하부 전극 층 (8)상에, 고정화 층 (38), 고정층 (36), 비자성 층 (34), 프리층 (32) 이 도 5와 비교하여 역순으로 연속적으로 형성된다. 자기저항 소자 (46)의 그러한 구조는 도 5 의 자기저항 소자 (2)의 구조와 마찬가지로 통상적이다. 또한 그러한 자기저항 소자 (46)에 있어서, 평면도에서 보이는 상부 전극 층 (24)이 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이 ABS(14)에서를 제외하고 하부 전극 층 (8)의 에지를 피하도록 상기 제 2 상부 전극 층 (24)을 형성함에 의해, 상부 전극 층 (12)과 하부 전극 층 (8)사이의단락들은 방지될 수 있다.
도 21의 자기저항 소자 (46)의 그러한 구조에 있어서, 감지 전류가 상부 전극 층 (12)으로부터 하부 전극 층 (8)으로 통과하는 경우에, 상기 감지 전류는 연속적으로 상부 전극 층 (12), 프리 층 (32), 비자성 층 (34), 고정 층 (36), 고정화 층 (38), 하부 전극 층 (8)을 통과한다. 종 바이어스 층 (40)은 절연 층 (35) 및 비자성 층 (34)에 비해 낮은 층들과 고정 층 (36)으로부터 전기적으로 절연되므로 감지 전류의 상태에 영향을 주지 않는다.
상기 구조에 있어서, 종 바이어스 층 (40)은 프리 층 (32)과 접촉하므로, 종 바이어스 층 (40)의 종 바이어스 자계는 충분히 프리 층(32)에 인가된다. 그러므로, 정확히 상기 자기저항 효과 층 (10)을 통한 감지 전류의 정확한 통과와 상기 프리 층 (32)으로의 종 바이어스 자계의 정확한 인가는 동시에 얻어질 수 있다.
도 21의 자기저항 소자 (46)가 [하부 차폐 층 (4)과 하부 전극 층(8)사이의]하부 갭 층 (6)과 [상부 전극 층 (12)과 상부 차폐 층(31)사이의]상부 갭 층 (30)을 포함하지만, 본 발명의 효과들은 또한 하부 갭 층 (6) 및/또는 상부 갭 층 (30)이 생략되는 경우에도 얻어질 수 있다.
상기 프리 층 (32)과 상기 전극 층 (12)사이에 및/또는 종 바이어스 층 (40)과 상부 전극 층 (12)사이에 상부 층을 또는 고정화 층 (38)과 하부 전극 층(8)사이에 하층을 설치하는 것이 또한 가능하다. 단지 프리 층 (32)이 도 21 의 자기저항 소자(46)내의 자기저항 효과 층(10)의 4개의 층내에 패터닝되지만, 상기 자기저항 효과 층(10)의 패터닝은 상기 프리 층 (32)이 패터닝되는 한 임의의 점에서 수행될 수 있다. 상기 종 바이어스 층 (40)이 산화물로 구성되는 경우에, 상기 종 바이어스 층 (40)아래의 절연 층 (35)은 상기 종 바이어스 층 (40) 스스로 절연 층의 역할을 하므로 생략될 수 있다.
도 22 는 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이다. 도 22에서, 하부 도전 층 (3)은 하부 차폐/전극 층 (5)상에 형성되며, 자기저항 효과 층(10)은 하부 도전 층(3)상에 형성된다. 도 22의 상기 자기저항 효과 층에 있어서, 하부(under)/고정화 층 (13)[하층을 가진 고정화 층 (38)], 고정층(36), 비자성 층 (34), 프리 층(32), 상부 층(39)은 연속적으로 증착되고 패터닝된다. 상기 자기저항 효과 층(10)의 패터닝은 도 22 의 하부/고정화 층 (13)의 하층에서 수행되며, 패터닝의 종점은 임의로 변경될 수 있다. 절연 층(35)은 상기 자기저항 효과 층 (10)의 부근에 형성되고, 상기 종 바이어스 층 (40)은 상기 절연 층(35)상에 형성된다. 상기 구조상에 있어서, 상부 차폐/전극 층(11)[또한 상부 전극의 역할을 하는 상부 차폐 층 (31)]이 형성된다. 상기 종 바이어스 층 (40)은 도 22 의 자기저항 효과 층(10)과 접촉되며, 상기 접촉은 이들이 서로 가까이 있는 경우에 불필요하다.
도 22 의 구조에 있어서, 상기 종 바이어스 층 (40)은 감지 전류의 상태에 영향을 주지 않는다. 종 바이어스 층 (40)은 상기 프리 층 (32)과 접촉(또는 부근에)하므로 상기 종 바이어스 층 (40)의 종 바이어스 자계는 충분히 상기 프리 층 (32)에 인가된다. 그러므로, 상기 자기저항 효과 층 (10)을 통한 감지 전류의 정확한 통과와 상기 프리 층(32)으로의 상기 종 바이어스 자계의 정확한 인가가 동시에 얻어질 수 있다.
상기 하부 차폐/전극 층(5)과 하부 도전 층(3)은 도22에 사용되었지만, 하부 도전 층 (3)은 생략될 수 있다. 하부 차폐/전극 층 (5)은 또한 하부 차폐 층 (4)과 하부 전극 층 (8)으로 분리될 수 있고, 상기 하부 갭 층 (6)은 또한 상기 2개의 층들 사이에 설치될 수 있다. 상기 자기저항 효과 층 (10)의 상부 층 (39)과 상부 차폐(/전극)층 (11)사이에 특정 목적의 상부 전극 층(12)을 형성시키는 것이 또한 가능하다. 상기 갭 층 (30)은 또한 상부 전극 층과 상부 차폐 층 사이에 형성될 수 있다. 상기 자기저항 효과 층 (10)의 하층은 생략될 수 있다.
도 23은 본 발명에 따른 자기저항 소자(본 발명에 적용될 수 있는 자기저항 소자)의 또 다른 예를 도시하는 확대된 수직 단면도이며, 여기서 종 바이어스 층 (40)은 상기 절연 층(35)내에 형성된다. 도 23의 상기 종 바이어스 층(40)은 상기 자기저항 효과 층 (10)과 접촉하지 않는다.
도 23의 구조에 있어서, 상기 종 바이어스 층(40) 은 상기 감지 전류의 상태에 영향을 주지 않는다. 상기 종 바이어스 층(40)은 상기 프리 층 (32) 부근에 형성되므로, 상기 종 바이어스 층 (40)의 종 바이어스 자계는 상기 프리 층(32)에 충분히 인가된다. 그러므로, 정확히 상기 자기 저항 효과 층(10)을 통한 감지 전류의 정확한 통과와 상기 프리 층(32)으로의 종 바이어스 자계의 정확한 인가는 동시에 얻어질 수 있다.
상기 하부 차폐/전극 층(5)과 하부 도전 층(3)이 도 23에 사용되지만, 상기 하부 도전 층(3)은 생략될 수 있다. 상기 하부 차폐/전극 층 (5)은 또한 상기 하부 차폐 층(4)과 하부 전극 층 (8)으로 분리될 수 있고, 상기 갭 층(6)은 2개의 층들 사이에 또한 제공될 수 있다. 상기 자기저항 효과 층(10)의 상부 층(39)과 상부 차폐(/전극) 층 (11)사이에 특정 목적의 상부 전극 층 (12)을 형성하는 것이 또한 가능하다. 상기 상부 갭 층 (30)은 또한 상부 전극 층과 상부 차폐 층 사이에 또한 형성될 수 있다. 상기 자기저항 효과 층(10)의 하층이 생략될 수 있다.
상기 예들의 상기 자기저항 소자들(42,44,46 등)은 도6a 내지 도 11를 참조하여 설명된 제조 방법과 유사한 제조 방법들에 의해 제조될 수 있다.
상기 자기저항 소자(2,42,44,46 등)의 각각의 층은 다음의 재료들을 사용함에 의해 형성될 수 있다;
(1) [기판]: altic(Al2O3ㆍTiC), SiC, 알루미나, 알틱/알루미나(2층), SiC/알루미나(2층) 등
(2) [하부 차폐 층(4)]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 NiFe, CoZr, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi, FeAlSi, 질화철계재료(Fe nitride-based material), MnZn 페라이트 (ferrite), NiZn 페라이트, MgZn 페라이트로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료로 구성됨
(3) [하부 전극 층(8)]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 Au, Ag, Cu, Mo, W, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Pt, Ta로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료로 구성됨
(4) [상부 전극 층(12)]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 Au, Ag, Cu, Mo, W, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Pt, Ta 로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료로 구성됨
(5) [상부 차폐 층(31)]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 NiFe, CoZr, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi, FeAlSi, 질화철계재료, MnZn 페라이트, NiZn 페라이트, MgZn 페라이트로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료로 구성됨
(6) [절연 층 (35)]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 Al 산화물, Si 산화물, Al 질화물, Si 질화물, 다이아몬드같은 탄소로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 구성됨
(7) [하부 갭 층(6)]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 Al 산화물, Si 산화물, Al 질화물, Si 질화물, 다이아몬드와 같은 탄소로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 구성됨
(8) [상부 갭 층(30)]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 Al 산화물, Si 산화물, Al 질화물, Si 질화물, 다이아몬드와 같은 탄소로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 구성됨
(9) [상부층]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 Au, Ag, Cu, Mo, W, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Pt, Ta로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 구성됨
(10) [종 바이어스 층(40)]: 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은CoCrPt, CoCr, CoPt, CoCrTa, FeMn, NiMn, Ni 산화물, NiCo 산화물, Fe 산화물, NiFe 산화물, IrMn, PtMn, PtPdMn, ReMn, Co 페라이트, Ba 페라이트로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 구성됨
상기 자기저항 효과 층 (10)은 다음의 상세한 구조들에 의해 구현될수 있으며, 예를 들어:
(a) 기판/하층(underlayer)/프리층/제 1 MR 인헨스먼트 층/비자성층/제 2 MR 인헨스먼트 층/고정층/고정화층/보호층
(b) 기판/하지층/고정화층/고정층/제 1 MR 인헨스먼트 층/비자성층/제 2 MR 인헨스먼트 층/프리층/보호층
(c) 기판/하층/제 1 고정화층/ 제 1 고정층/제 1 MR 인헨스먼트 층/비자성 층/제 2 MR 인헨스먼트 층/프리 층/제 3 MR 인헨스먼트 층/비자성층/제 4 MR 인헨스먼트 층/제 2 고정층/제 2 고정화층/보호층
(d) 기판/하지층/고정층(자가 고정)/제 1 MR 인헨스먼트 층/비자성 층/제 2 MR 인헨스먼트 층/프리층/보호층
(e) 기판/하층/프리층/제 1 MR 인헨스먼트 층/비자성층/제 2 MR 인헨스먼트 층/고정층(자가 고정)/보호층
상기 자기저항 효과 층(10)의 하층에 대한 재료들로서, 각각의 층이 하나 또는 그 보다 많은 금속들로 구성된 단층막 또는 다층막들이 사용될 수 있다. 구체적으로, 각 층에 대한 하나 또는 그 보다 많은 재료들이 Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb, V로부터 선택될 수있다. 부가적인 소자들로서 Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb, V로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 금속들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 부수적으로, 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 소자에 있어서, 하층의 사용은 선택적이다.
상기 자기저항 효과 층(10)의 프리층(32)에 대한 재료들로서, NiFe, CoFe, NiFeCo, FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi, 비정질 자성 재료들이 사용될 수 있다.
상기 자기저항 효과 층 (10)의 비자성층 (34)은 산화물, 질화물 또는 산화물과 질화물의 혼합물로 구성된 단층막 또는 금속/산화물, 금속/질화물, 금속/(산화물과 질화물의 혼합물) 등 과 같은 2개의 층에 의해 구현될 수 있다. 구체적으로, 상기 비자성 층(34)은 다음의 구조들에 의해 양호하게 형성될 수 있다:
(a) 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 Ti, V, Cr, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh , Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 구성됨
(b) 단층막 또는 다층막들이며, 이들 각각의 층은 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, Ni의 산화물들 및 질화물들로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 구성됨
(c) (a) 및 (b)로 구성된 다층막들
상기 자기저항 효과 층 (10)의 제 1 내지 제 4 MR 인헨스먼트 층들에 대한재료로서, Co, NiFeCo, FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi, 비정질 자성 재료들이 사용될 수 있다. 그러나, 상기 MR 인헨스먼트 층들이 사용되지 않는 경우에, 상기 MR 비율은 조금 낮게 되고, 필요한 제조 단계들의 수는 MR 인헨스먼트 층들을 생략함에 의해 감소될 수 있다.
상기 자기저항 효과 층의 고정층 (36)에 대한 재료로서, Co, Ni, NiFe, CoFe, NiFeCo, FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb, CoZrMoNi, 비정질 자성 재료들이 사용될 수 있다. 각각의 층이 상기 재료들중 하나 또는 그 보다 많은 것으로 형성된 하나 또는 그 보다 많은 층들, 및 각각의 층이 Ti, V, Cr, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 형성된 하나 또는 그 보다 많은 층들로 구성된 다층막들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 상기 고정층 (36)의 구체적인 구성물들로서, Co/Ru/Co, CoFe/Ru/CoFe, CoFeNi/Ru/CoFeNi, Co/Cr/Co, CoFe/Cr/CoFe, CoFeNi /Cr/CoFeNi가 바람직하다.
상기 자기저항 효과 층 (10) 의 고정화 층 (38)에 대한 재료들로서, FeMn, NiMn, IrMn, RhMn, PtPdMn, ReMn, PtMn, PtCrMn, CrMn, CrAl, TbCo, Ni 질화물, Fe 산화물, Ni 산화물과 Co 산화물의 혼합물, Ni 산화물과 Fe 산화물의 혼합물, Ni 산화물/Co 산화물(2층), Ni 산화물/Fe 산화물(2층), CoCr, CoCrPt, CoCrTa, PtCo 등이 사용될 수 있다. Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag,Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Si, Al로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 소자들이 부가되는 PtMn 또는 PtMn 이 상기 고정화 층(38)에 대하여 바람직하다.
상기 자기저항 효과 층(10)의 보호층으로서, 각각의 층이 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, Ni로부터 선택된 하나 또는 그 보다 많은 재료들로 구성된 단층막 또는 다층막들이 사용될 수 있다.
도 24 는 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 자계 검출 시스템(자기저항 소자를 사용하는 자계 검출 시스템)을 도시하는 개략적인 사시도이다. 도 24 에 대해 설명하면, 상기 자기저항 자계 검출 시스템은 자기기록 재생 헤드(48), 통전수단(current passage section)(61), 저항율 검출 수단(63)을 포함한다. 상기 자기 재생 기록 헤드 (48) 는 기판 (50) 상에 형성된 재생 헤드(52)와 기록 헤드 (60)를 포함한다. 상기 기록 헤드 (60)는 하자극(lower pole)(54), 코일(56), 상자극(upper pole)(58)을 포함한다. 구체적으로, 상기 재생 헤드 (52) 는 상술된 상기 자기저항 소자 (2,42,44,46 등)에 의해 구현된다. 다음의 설명은 상기 자기저항 소자 (2)가 상기 재생 헤드(52)에 대하여 사용된다는 가정하에 주어진다.
도시되지 않은 자기 기록 매체의 정보 저장 면은 상기 재생 헤드 (52)의 ABS(Air Bearing Surface)와 대향하도록 배치된다. 정보는 자기적으로 상기 기록 헤드 (60)에 의해 상기 자기 기록 매체의 정보 저장면내에 기록되고 저장된다. 한편으로, 상기 정보 저장면에 저장된 정보는 상기 재생 헤드 (52)에 의해 판독되어 상기 정보에 대응하는 신호가 출력된다.
도 24에 도시된 바와 같이, 재생 헤드(52)의 ABS (62)와 기록 헤드 (60)의 자기 갭 (64)이 근접하여 배치되고, 따라서, 기판[슬라이더(slider)] (50)상의 레지스터내에, 상기 기록 헤드 (60)와 재생 헤드 (52)가 상기 자기 기록 매체상의 동일 트랙상에 동시에 배치될 수 있다.
상기 재생 헤드 (52) [자기저항 소자(2)]의 하부 전극 층(8)과 상부 전극 층 (12)사이에, 감지 전류는 보이지 않는 배선들을 통해 통전수단 (61)(도24에 도시됨)에 의해 통과된다. 상기 자기 기록 매체의 정보 저장 유닛들로부터의 누설 자계의 변화에 의해, 상기 자기저항 소자(2)의 전기 저항이 변화하여 상기 자기저항 소자(2)틀 통과하는 감지 전류의 양이 변화한다. 도 24 에 도시된 저항율 검출 수단 (63)은 상기 감지 전류의 변화에 근거하여 상기 자기저항 소자 (2)의 저항율의 변화를 검출하고, 그 검출의 결과는 상기 자기 기록 매체로부터 판독된 정보로서 사용된다.
이러한 실시예의 상기 자기 기록 재생 헤드 (48)(자기저항 자계 검출 시스템)은 본 발명에 따라 상기 자기저항 소자(2)(2,42,44,46 등)를 사용함에 의해 구현된다. 그러므로, 상기 자기 기록 재생 헤드 (48)의 제조 수율은 향상될 수 있고, 비용은 상기 자기저항 소자(2,42,44,46 등)의 높은 제조 수율에 의해 감소될 수 있다. 고 성능의 자기 기록 재생 헤드 (48)는 하부 전극 층 (8)과 상부 전극 층 (12)사이의 단락없이 고 성능 및 신뢰성을 가진 상기 자기저항 소자 (2, 42, 44, 46등)에 의해 실현될 수 있다.
도 25 는 본 발명의 실시예에 따른 자기 기록 시스템을 도시하는 개략적인사시도이며, 도 24의 참조 부호와 같은 참조 부호들은 도 24의 부분과 같은 부분들을 나타낸다. 도 25 에 도시된 자기 기록 시스템(72)은 구체적으로 HDD(Hard Disk Drive), FDD(Floppy Disk Drive) 등 이며, 도 24의 자기 기록 재생 헤드(48)는 기판(66)상에 설치된다. 자기 기록 재생 헤드(48)의 재생 헤드(52)와 기록 헤드(60)는 상기 ABS(62)와 자기 갭(64)(도 24 참조)이 상기 자기 재생 매체(68)의 면을 대향하도록 자기 기록 매체(68) 부근에 배치된다. 구체적으로, 자기 기록 매체 (68)의 헤드와 표면사이의 거리는 0 ㎛ 내지 0.2 ㎛ 사이에 설정된다.
이러한 실시예에서 디스크 모양으로 형성된 상기 자기 기록 매체(68)는 고속으로 회전하는 반면에 상기 기판(66)[자기 기록 재생 헤드(48)]는 선택된 트랙상에 배치되며 상기 자기 기록 매체 (68)의 반경 방향으로 (도시되지 않은 구동 수단에 의해) 구동된다. 재생 헤드(52)는 상기 자기 기록 매체 (68)의 표면으로부터 누설 자계(70)를 검출함에 의해 자기 기록 매체 (68)내에 저장된 자기 정보를 판독하고 대응하는 전기 신호를 출력한다.
본 발명자들은 실험적으로 상기 자기 기록 시스템(72)와 같은 HDD(하드 디스크 드라이브)를 제조하였다. 상기 자기 기록 시스템(72)은 그 베이스상에 3개의 자기 기록 매체(68)[디스크(68)]들을 가진다. 상기 베이스의 뒤쪽에, 헤드 구동 회로, 신호 처리 회로, I/O 인터페이스가 설치된다. 외부로의 자기 기록 시스템(72)의 연결은 32 비트 버스에 의해 구현된다. 각각의 자기 기록 매체(68)의 각 측상에, 본 발명에 따라 제조된 자기 기록 재생 헤드(48)가 배치된다(전체: 3 ×2 = 6 개).
상기 자기 기록 시스템(72)에는 또한 회전 작동 장치(rotary actuator), 자기 기록 재생 헤드(48)를 구동하기 위한 회전 작동 장치용 구동/제어 회로, 상기 디스크(68)들을 회전시키기 위한 스핀들 모터가 설치된다.
각각의 디스크 (68)(자기 기록 매체)의 직경은 46 mm이고, 10 mm 내지 40 mm의 직경(반경: 5 mm 내지 20 mm)들에 대응하는 디스크의 각 표면상의 영역은 정보 저장 표면으로 사용된다. 매립된 서보(servo)가 사용되고 각각의 디스크는 서보 표면을 가지지 않으므로 고-밀도의 기록이 실현된다. 상기 자기 기록 시스템(72)은 외부 저장 장치로서 개인 컴퓨터에 직접 연결될 수 있다. I/O 인터페이스에는 캐시 메모리가 설치되며 5 MB/s 와 20 MB/s 사이의 버스의 데이터 전송율을 갖는다. 큰-용량의 자기 기록 시스템은 또한 2 개 또는 그 보다 많은 자기 기록 시스템(72)을 연결함에 의해 그리고 이들에 외부 제어기를 설치함에 의해 구성될 수 있다.
이러한 실시예의 자기 기록 시스템(72)은 상기 실시예의 자기 기록 재생 헤드(48)를 사용함에 의해 구현된다. 따라서, 상기 실시예의 자기 기록 재생 헤드(48)의 효과와 같은 효과들이 상기 자기 기록 시스템(72)에 의해 얻어질 수 있다. 구체적으로, 높은 제조 수율, 저 비용, 고 성능 및 판독 감지성을 갖는 자기 기록 시스템(72)이 얻어질 수 있다.
다음으로, 실험에 의해 본 발명자들에 의해 제조된 자기 기록 재생 헤드(48)에 관한 재료, 치수, 조건 등의 구체적인 예들이 기술된다. 다음의 설명에 있어서, “Ni82Fe18”과 같은 표현은 “%”의 용어로 화학구조를 표시한다.
자기저항 효과 층(10)으로서, 적층 자기 구조: /Ta (3nm)/Ni82Fe18(4 nm)/Co90Fe10(0.5 nm)/Al 산화물 (0.7 nm)/ Co90Fe10(2 nm)/Ru (0.6 nm) /Co90Fe10(1.5 nm)/Pt46Mn54(12 nm)/Ta (3 nm) 가 형성되고 사용된다.
상기 자기저항 효과 층(10)이 형성된 후에, 자기저항 효과 층(10)은 상기 자기저항 효과 층(10)의 증착동안에 사용된 자계에 수직인 500 Oe 자계를 인가하여 5 시간동안 250 ℃에서 열처리된다. 시험 제조시의0 상기 자기저항 효과 층의 패터닝에 있어서, 상기 패터닝은 비자성 층(34)의 중간에서 정지되므로, 비자성 층(34)과 프리 층(32)의 나머지(하부) 부분은 패터닝되지 않는다. 상기 패터닝은 보통 형태의 밀링 장치를 사용함에 의해 실행되며, 밀링작업은 0.3 Pa의 압력아래의 순수한 Ar 공기내에서 자기저항 효과 층(10)에 수직인 방향으로 수행된다.
상기 자기 기록 재생 헤드(48)의 부분들로서, 다음의 재료들이 사용된다:
ㆍ 기판 : 알루미나(10 ㎛)가 증착된 1.2 mm altic (Al2o3ㆍ TiC)
〈재생 헤드 (52)〉
ㆍ 하부 차폐 층(4): Co89Zr4Ta4Cr3(1 ㎛)
ㆍ 하부 갭 층 (6): 알루미나 (20 nm)
ㆍ 두꺼운 하부 갭 층 : 알루미나 (40 nm)
ㆍ 하부 전극 층 (8) : Ta (1.5 nm)/Cu (40 nm/Ta (3 nm)
ㆍ 두꺼운 하부 전극 층 (9) : Ta (1.5 nm)/Au (40 nm)/Ta (3 nm)
ㆍ 절연 층 (35) : 알루미나 (40 nm)
ㆍ 종 바이어스 층 (40) : Cr(10nm)/Co74.5Cr10.5Pt15(24 nm)
ㆍ 제 1 상부 전극 층 (22): Ta (20 nm)
ㆍ 제 2 상부 전극 층 (24) : Ta (1.5 nm)/Au (40 nm)/Ta (3 nm)
ㆍ 두꺼운 제 2 상부 전극 층 (25) : Ta (1.5 nm)/Au (40 nm)/Ta (3 nm)
ㆍ 상부 갭 층 (30) : 알루미나 (40 nm)
ㆍ 두꺼운 상부 갭 층 : 알루미나 (40 nm)
ㆍ 상부 차폐 층 (31) : (기록 헤드(60)의 하자극 (54)의 재료)
〈기록 헤드(60)〉
ㆍ 공통 폴 하층 : NI82Fe18(90 nm)
ㆍ 공통 폴 : NI82Fe18(2.5 ㎛)/Co65Ni12Fe23(0.5 ㎛)
ㆍ 자기 갭 (64) : 알루미나 (0.2 ㎛)
ㆍ 두꺼운 갭 층 : 알루미나 (0.7 ㎛)
ㆍ 코일 하층 : Cr (30 nm)/Cu (150 nm)
ㆍ 코일 (56) : Cu (4.5 ㎛)
ㆍ 상자극 하층 : Ti (10 nm)/Co65Ni12Fe23(0.1 ㎛)
ㆍ 상자극 (58) : Co65Ni12Fe23(0.5 ㎛)/Ni82Fe18(3.5 ㎛)
ㆍ 단자 하층 : Cr (30nm)/Cu (150 nm)
ㆍ 단자 : Cu (50 ㎛)
ㆍ 오버코팅(overcoat) : 알루미나 (52 ㎛)
ㆍ Au 단자 하층 : Ti (10 nm)/Ni82Fe18(0.1 ㎛)
ㆍ Au 단자 : AU (3 ㎛)
상기 재생 헤드 (52)와 기록 헤드 (60)는 다음과 같이 형성된다:
[1] 재생 헤드 (52)
기판 세정하부 차폐 층 (4) 증착 및 어닐링정렬(alignment) 마크 형성(포토레지스 층 형성패터닝포토레지스트 층 제거)하부 차폐 층(4) 패터닝 (포토레지스트 층 형성테이퍼화포토레지스트 층 제거)하부 갭 층(6) 형성 (포토레지스트 층 형성하부 갭 층 (6) 증착리프트-오프[lift-off])두꺼운 하부 갭 층 형성 (포토레지스트 층 형성두꺼운 하부 갭 증착리프트-오프)하부 전극 층(8) 형성 (하부 전극 층(8) 증착포토레지스트 층 형성밀링작업포토레지스트 층 제거)두꺼운 하부 전극 층(9) 형성(포토레지스트 층 형성두꺼운 하부 전극 층 (9) 증착리프트-오프)종 바이어스 층(40) 형성(포토레지스트 층 형성종 바이어스 층 (40) 증착리프트-오프)자기저항 효과 층 (10)과 제 1 상부 전극 층 (22)의 형성(자기저항 효과 층(10) 증착제 1 상부 전극 층 (22) 증착포토레지스트 층 형성상기 자기저항 효과 층(10)의 하층에 도달하도록 밀링작업)(이 스테이지에서, 재료들은 자기저항 소자(2)의 측 에지들상에 재부착물들을 밀링작업함에 의해 제거된다)상기 자기저항 소자 (2)의 측 에지들상에 재부착된 재료들을 제거하기 위한 밀링작업을 조정상기 ABS (62)상에 재부착된 재료들과 상기 자기저항 소자 (2)의 반대편 에지를 제거하기 위한 밀링작업 조정절연 층 (35) 형성 (절연 층 (35) 증착리프트-오프)절연 층(35) 및 장벽층(비금속인 비-자성 층(34)) 내의 개구 형성(포토레지스트 층 형성밀링작업포토레지스트 층 제거)제 2 상부 전극 층(24) 형성(포토레지스 층 형성제 2 상부 전극 층(24) 증착리프트-오프)폴 높이 모니터 정보 (포토레지스트 층 형성폴 높이 모니터 층 증착리프트-오프)두꺼운 제 2 상부 전극 층(25) 형성(포토레지스트 층 형성두꺼운 제 2 상부 전극 층(25) 증착리프트-오프)상부 갭 층 (30) 형성 (포토레지스트 층 형성상부 갭 층 (30) 증착리프트-오프)두꺼운 상부 갭 층 형성(포토레지스트 층 형성두꺼운 상부 갭 층 증착리프트-오프)
[2] 기록 헤드 (60)
공통 폴 정보 (하층 증착프레임 포토레지스트 층 형성공통 폴 도금(plating)커버 포토레지스트 층 형성화학적 에칭하층 제거)폴 높이 채움 포토레지스트갭 층 형성두꺼운 갭 층 형성(포토레지스트 층 형성두꺼운 갭 층 증착리프트-오프)PW (즉, 상부 폴 (58)과 공통 폴을 자기적으로 연결하기 위한 폴) 형성(포토레지스트 층 형성밀링작업포토레지스트 층 제거)SC1 포토레지스트 (즉, 코일(56)의 절연을 보증하는 제 1 포토레지스트) 형성코일 (56) 형성(하층 증착포토레지스트 층 형성코일 도금화학적 에칭하층 제거SC2 포토레지스트(즉, 코일(56)의 절연을 보증하는 제 2 포토레지스트) 형성갭 조정의 밀링작업상자극 (58) 형성(하층 증착프레임 포토레지스트 층 형성상부 폴 (58) 도금플레이트 어닐링하층 제거커버 포토레지스트 층 형성화학적 에칭하층 제거)단자 형성(하층 증착포토레지스트 층 형성단자 도금화학적 에칭하층 제거)오버코팅 증착단자 래핑(lapping)Au 단자 도금(하층 증착포토레지스트 층 형성AU 단자 도금하층 제거)
[3] 후(後)-처리
로우(row) 절단ABS (62) 래핑ABS (62)상에 DLC 증착슬라이더 형성서스펜션에 부착
자기 기록 매체 (68)와 같은 CoCrTa 자기 기록 매체를 사용하여, 상술된 바와 같이 제조된 자기 기록 재생 헤드 (48)에 대하여 정보 기록/재생 테스트(제조 수율 테스트)가 수행된다. 상기 테스트에서, 기록 트랙 폭과 판독 트랙 폭은 각각 3 ㎛ 와 2㎛ 로 설정된다. 기록 헤드(60)의 코일(56) 형성에 대한 포토레지스트 설정 단계는 2시간 동안 220℃에서 수행된다. 자기 기록 매체 (68)의보자력(coercivity)은 5.0 kOe 이고 MrT(잉여 자화 ㆍ두께)는 0.35 memu/㎠
상기 실시예(도 4a 내지 도 5 참조)의 다수의 자기저항 소자(2)들과 종래의 자기저항 소자들(도 1 내지 도 3을 참조)은 실험적으로 제조되고(각 형태에 대하여 100샘플), 제조 수율(100샘플로부터 검사를 통과한 샘플들의 백분율)이 얻어지고 비교된다. 검사를 통과하기 위해 필요한 조건들은 다음과 같다: 헤드 저항: 45 Ω내지 50 Ω, 재생 출력 전압: 3 mV 또는 그 보다 큰 것. 테스트의 결과는 다음과 같다: 종래의 자기저항 소자들의 제조 수율은 4 %인 반면에 상기 실시예에 따른 자기저항 소자(2)의 제조 수율은 86 %이며, 이는 제조 수율이 본 발명의 실시예에 의해 크게 향상 될 수 있음을 나타낸다. 평면도에서 보이는 상부 전극 층(24)는 본 발명에 따른 하부 전극 층 (8)의 에지(20)를 피하도록 상기 상부 전극 층(12)을 형성시킴에 의해, 상기 상부 전극 층(12)과 하부 전극 층(8)[의 에지(20)]사이의 단락들은 상기 하부 전극 층(8)의 에지(20)의 거칠기가 상기 제조 공정에서 증가되는 경우에도 피해질 수 있으므로, 상기 자기저항 소자들의 제조 수율은 향상될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기저항 소자와 자기저항 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 상부 전극 층은 하부 표면이 적어도 상기 자기저항 효과 층의 상부 표면과 접촉하도록 그리고 평면도에서 보이는 상부 전극층이 상기 자기저항 소자의 ABS(Air Bearing Surface)를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하도록 상기 하부 전극 층상에 형성된다.
따라서, 상기 상부 전극 층의 어떤 부분도 상기 하부 전극 층의 에지위에 존재하지 않으며, 상부 전극 층과 하부 전극 층사이의 전기적 단락은 (용해된 포토레지스트를 함유하는 박리제에 노출된) 하부 전극 층의 에지의 거칠기가 상기 포토레지스트 층 제거 단계에서 증가되는 경우에도 피해질 수 있다. 따라서, 고 감지성과 고 성능의 자기저항 소자가 얻어질 수 있고, 상기 자기저항 소자들의 제조 수율은 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 자계 검출 시스템과 자기 기록 시스템은 본 발명에 따른 자기저항 소자를 사용하여 제조된다. 따라서, 상기 시스템들의 제조 수율들은 향상될 수 있고, 상기 시스템들의 비용들은 상기 자기저항 소자의 높은 제조 수율에 의해 감소될 수 있다. 고 성능의 상기 시스템들은 상기 하부 전극 층과 상부 전극 층사이의 단락없이 고 성능과 신뢰성을 갖는 상기 자기저항 소자에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 예시적인 특정의 실시예들에 대하여 기술되었지만, 이는 그러한 실시예뿐 만 아니라 첨부된 청구항들에 의해서도 제한받지 않는다. 이는 상기 기술에 숙련된 자들이 본 발명의 사상과 범위를 이탈하지 않고 상기 실시예들을 변경 및 수정할 수 있음을 이해해야 한다.
Claims (22)
- 자기저항 소자에 있어서,하부 차폐 층상에 직접 또는 상기 하부 차폐 층의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성된 하부 전극 층과,상기 하부 전극 층의 상부 표면의 부분상에 형성된 자기저항 효과 층과,상부 전극층의 하부 표면의 일부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층의 상부 표면과 접촉하도록 그리고 평면도에서 보이는 상부 전극 층이 상기 자기저항 소자의 ABS(Air Bearing Surface)를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하도록 상기 하부 전극 층위에 형성된 상부 전극 층을 포함하는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 ABS를 대향하는 상기 상부 전극 층의 에지는 상기 ABS의 부분을 형성하는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 ABS를 대향하는 상기 상부 전극 층의 에지는 상기 ABS보다 후방에 형성된 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 전극 층은,상기 자기저항 효과 층의 영역과 거의 같은 영역으로 상기 자기저항 효과 층상에 형성된 제 1 상부 전극 층과,제 2 상부 전극 층의 하부 표면은 상기 제 1 상부 전극 층의 상부 표면과 접촉하도록 상기 하부 전극 층위에 형성되는 제 2 상부 전극 층을 포함하는 자기저항 소자.
- 제 4 항에 있어서, 절연 층은 상기 하부 전극 층과 상기 제 2 상부 전극 층 사이에 형성되는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하부 차폐 층은 기판상에 형성되고,상기 하부 전극 층은 상기 하부 차폐 층의 상부 표면의 부분상에 형성되는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하부 전극 층은 또한 상기 하부 차폐 층의 역할을 하는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하부 차폐 층은 기판상에 형성되고,하부 갭 층은 상기 하부 차폐 층상에 형성되고,상기 하부 전극 층은 상기 하부 갭 층의 상부 표면의 부분상에 형성되는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 전극 층상에 형성된 상부 차폐 층을 더 포함하는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 전극 층은 또한 상부 차폐 층의 역할을 하는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 전극 층상에 형성된 상부 갭 층과,상기 상부 갭 층상에 형성된 상부 차폐 층을 더 포함하는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자기저항 효과 층에 종 바이어스 자계를 인가하기 위해, 상기 자기저항 효과 층 부근에 형성되거나 상기 자기저항 효과 층과 접촉되는 종 바이어스 층을 더 포함하는 자기저항 소자.
- 제 12항에 있어서, 상기 종 바이어스 층은 상기 자기저항 효과 층의 양 측상의 하부 전극 층의 상부 표면상에 형성되는 자기저항 소자.
- 제 12항에 있어서, 상기 종 바이어스 층은 그 부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층과 접촉하도록 형성되는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자기저항 효과 층은 강자성 터널 접합층들로 구성된자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자기저항 효과 층은,상기 하부 전극 층위에 형성된 프리 층과,상기 프리 층위에 형성된 비자성층과,상기 비자성층위에 형성된 고정층과,상기 고정층의 자화의 방향을 고정시키기 위해 상기 고정층위에 형성된 고정화 층을 포함하는 자기저항 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자기저항 효과 층은,상기 상부 전극 층아래에 형성되는 프리 층과,상기 프리 층 아래에 형성된 비자성층과,상기 비자성층 아래에 형성된 고정층과,상기 고정층의 자화의 방향을 고정시키기 위해 상기 고정층아래에 형성된 고정화층을 포함하는 자기저항 소자.
- 하부 차폐 층상에 직접 또는 상기 하부 차폐 층의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성되는 하부 전극 층과,상기 하부 전극 층의 상부 표면의 부분상에 형성되는 자기저항 효과 층과,상부 전극 층의 하부 표면의 일부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층의 상부 표면과 접촉하도록 상기 하부 전극 층위에 형성된 상부 전극 층을 갖는 자기저항 소자의 제조방법에 있어서,상기 하부 전극 층상에 형성된 상기 자기저항 효과 층 부근에 절연층을 형성하며,포토레지스트를 사용하는 패터닝에 의해 상기 절연 층과 상기 자기저항 효과 층상에 평면도에서 보이는 상기 상부 전극 층이 상기 자기저항 소자의 ABS를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하도록 상부 전극 층을 형성하는 자기저항 소자의 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 포토레지스트를 사용하는 상기 상부 전극 층의 패터닝은 밀링 또는 리프트-오프에 의해 수행되는 자기저항 소자의 제조 방법.
- 자계 검출 시스템에 있어서,하부 차폐 층상에 직접 또는 상기 하부 차폐 층의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성된 하부 전극 층; 상기 하부 전극 층의 상부 표면의 부분상에 형성된 자기저항 효과 층; 상부 전극 층의 하부 표면의 일부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층의 상부 표면과 접촉하도록 그리고 평면도에서 보이는 상부 전극층이 상기 자기저항 소자의 ABS(Air Bearing Surface)를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하도록 상기 하부 전극 층위에 형성된 상부 전극 층을 포함하는 자기저항 소자와,상기 자기저항 소자의 상부 전극 층과 하부 전극 층사이에 감지 전류를 통과시키기 위한 통전수단과,상기 상부 전극 층과 하부 전극 층사이의 통전류 수단에 의해 통과된 상기 감지 전류에 근거하여 상기 자기저항 소자의 저항율의 변화를 검출하기 위한 저항율 검출 수단을 포함하는 자계검출 시스템.
- 자기 기록 시스템에 있어서,하부 차폐 층상에 직접 또는 상기 하부 차폐 층의 역할을 하도록 상기 하부 차폐 층상에 형성된 또 다른 층상에 형성된 하부 전극 층; 상기 하부 전극 층의 상부 표면의 부분상에 형성된 자기저항 효과 층; 상부 전극 층의 하부표면의 일부분이 적어도 상기 자기저항 효과 층의 상부 표면과 접촉하도록 그리고 평면도에서 보이는 상부 전극층이 상기 자기저항 소자의 ABS(Air Bearing Surface)를 제외하고 상기 하부 전극 층의 에지를 피하도록 상기 하부 전극 층위에 형성된 상부 전극 층을 포함하는 자기저항 소자를 사용하는 재생 헤드와,상기 재생 헤드의 자기저항 소자의 상부 전극 층과 하부 전극 층사이에 감지 전류를 통과시키기 위한 통전수단과,상기 상부 전극 층과 하부 전극 층사이의 통전류 수단에 의해 통과된 상기 감지 전류에 근거하여 상기 자기저항 소자의 저항율의 변화를 검출하기 위한 저항율 검출 수단과,상기 재생 헤드를 구동시키며 자기 기록 매체의 정보 저장 표면의 선택된 트랙상에 상기 재생 헤드의 자기저항 소자를 배치시키기 위한 구동 수단을 포함하는 자기 기록 시스템.
- 제 21 항에 있어서, 상기 재생 헤드와 함께 상기 구동 수단에 의해 구동되도록 상기 재생 헤드에 부착되며 상기 자기 기록 매체의 정보 저장 표면의 선택된 트랙상에 배치되는 기록 헤드를 더 포함하는 자기 기록 시스템.
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