KR100440731B1 - 보자력 차이를 이용한 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항박막 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Si/SiO₂기판 및 Si 기판 위에 Ta 층을 버퍼층으로 사용하며 강자성 재료인 CoFe 박막과 NiFe 박막의 자기적 특성을 변화시키는 제조방법 및 상기 CoFe 박막과 NiFe 박막의 특성을 이용하여 강자성층/비자성층/강자성층 구조의 슈도 스핀밸브 박막을 제조하여 박막의 압축자기이방성을 제어하고 두 강자성층의 보자력 차이를 이용한 비휘발성 메모리용 자기저항 소자의 제조방법에 관한 것이다.

Description

보자력 차이를 이용한 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항 박막 제조방법{FABRICATION METHOD OF PSEUDO SPIN VALVE THIN FILMS USING COERCIVITY DIFFERENCE}

본 발명은 비휘발성 메모리 소자인 MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)에 적용하기 위한 거대자기저항 스핀밸브에 관한 것으로서, 비자성층으로 분리된 두 강자성층의 보자력(coercive force) 차이를 이용하여 두 강자성층의 스핀 방향을 외부 인가 자장에 대해 평행상태(↑↑)에서 반평행상태(↑↓)로 만들어 스핀 의존성 산란에 의하여 자기저항비가 증가하는 거대자기저항 스핀밸브 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이러한 거대자기저항 스핀밸브 재료를 이용한 메모리 소자는 Data acess time, Data retention (year), Read/Write endurance (cycles) 측면에서 EEPROM, FRAM, 플래쉬 메모리 보다 우수하고, 또한 DRAM 과는 다르게 데이타를 읽고 쓰기가자유롭고 전원을 꺼도 기억된 데이타기 지워지지 않는 비휘발성 특성 등 기존의 RAM 및 ROM 메모리 소자의 장점을 통합한 우수한 특성을 나타낸다.

스핀밸브 거대자기저항 재료가 메모리용 소자로 응용되기 위해서는 재료 내에 강한 일축자기이방성을 유도하는 것이 필요하다. 일반적으로, 거대자기저항 스핀밸브 재료 내에 일축자기이방성을 유도하기 위해서는 재료의 증착 도중 외부에서 자장을 가하거나, 증착 후 외부 자장 내에서 후열처리를 행하는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 재료의 증착 도중 증착 변수가 증가하고, 외부 자장 공급원을 증착 장치에 추가하여야 하므로, 증착장치가 복잡해지고, 공정수가 증가하는 등의 불리한 점이 있었다.

또한, 기존의 거대자기저항 스핀밸브의 재료를 이용하여 기판 위에 다층 박막을 적층할 때, 적층이 진행될수록 박막 전체 구조가 일축자기이방성을 형성하기 힘들어진다. 이러한 일축자기이방성을 제어하기 위한 방법으로 기울어진(tilt) 기판을 사용하는 예가 있으나, 이와 같이 기울어진 기판을 사용할 경우 가격이 높아 산업적으로 적용하기 힘들다는 단점이 있다. 또한, 기존의 반강자성층을 사용한 거대자기저항 스핀밸브 구조는 MRAM 에 적용시 파괴성 판독(destructive readout)과 고포유 전자계(high stray field)가 문제점으로 지적되어 왔으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 비자성층으로 분리된 두 강자성층의 보자력 차이를 이용하여 스핀을 제어하는 거대자기저항 스핀밸브 제조시, 상기 강자성층으로 Co 와 Fe 를 사용하여 거대자기저항 스핀밸브 구조를 제조하고 있지만, Co 층은 결정자기이방성이 높아 산업적으로 적용하기가 용이하지 않다는 단점이 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 기울어진 기판을 사용하거나 Co 와 Fe 의 보자력 차이로 스핀을 제어한 거대자기저항 스핀밸브는 낮은 자기저항비 및 낮은 자장 민감도를 나타내는 문제점이 있다.

따라서, 저렴하고 공정이 간단하며, 산업에 적용이 용이하며, 높은 자장 민감도 및 높은 자기저항비를 나타내는 거대자기저항 스핀밸브의 제공이 요구되고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 산업에 적용이 용이하고 저렴하며 우수한 연자성 특성을 보유한 CoFe 및 NiFe를 사용하여, CoFe 층은 높은 보자력을 갖게 하고 NiFe 층의 낮은 보자력을 갖게 하여, 보자력 차이에 의하여 CoFe 층과 NiFe 층의 스핀을 제어함으로써, 낮은 자장하에서 높은 자기저항비 및 높은 자장 민감도를 나타내는 스핀밸브 구조를 제조하는데 있다.

도 1은 CoFe 및 NiFe의 단층 박막의 구조와 거대자기저항 스핀밸브의 구조를 나타낸 것이다. (a)에 있어서 강자성층은 CoFe 또는 NiFe 이고, (b)에 있어서 제 1 강자성층은 CoFe, 제 2 강자성층은 NiFe이고, (c)에 있어서 제 1 강자성층은 CoFe, 제 2 강자성층은 NiFe, 제 3 강자성층은 CoFe 이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 Ta/CoFe/Ta 박막의 인가 전력 별 분압에 따른 보자력(Coercivicity)을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 Ta/NiFe/Ta 박막의 인가 전력 별 분압에 따른 보자력을 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 Si/SiO₂/Ta(50Å)/CoFe(tÅ)/Cu(30Å)/ NiFe(50Å)/Ta(50Å) 구조에서 CoFe 층의 두께 변화에 따른 거대자기저항 스핀밸브 재료의 자기저항비를 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 Si/Ta(50Å)/CoFe(60Å)/Cu(30Å)/NiFe (50Å)/Ta(50Å) 구조의 거대자기저항 스핀밸브 재료의 자기저항 특성 곡선을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른 Si/SiO₂/Ta(50Å)/CoFe(60Å)/Cu(30Å)/ CoFe(tÅ)/NiFe(50Å)/Ta(50Å) 구조에서 Cu 층과 NiFe 층 사이의 CoFe 층의 두께 변화에 따른 거대자기저항 스핀밸브 재료의 자기저항비를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 실시예 5에 따른 Si/Ta(50Å)/CoFe(60Å)/Cu(30Å)/CoFe (10Å)/NiFe(50Å)/Ta(50Å) 구조의 거대자기저항 스핀밸브 재료의 자기저항 특성 곡선을 나타낸 것이다.

본 발명은 거대자기저항 스핀밸브에 관한 것으로, 비자성층으로 분리된 두 강자성층의 보자력(coercive force) 차이를 이용하여 두 강자성층의 스핀 방향을 외부 인가 자장에 대해 평행상태(↑↑)에서 반평행상태(↑↓)로 변화시켜 스핀 의존성 산란에 의하여 자기저항비를 증가시킨 거대자기저항 스핀밸브 및 그 제조방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 비자성층으로 분리된, 우수한 연자성 특성을 보유한 CoFe 및 NiFe를 사용하여, CoFe 층은 높은 보자력을 갖게 하고 NiFe 층은 낮은 보자력을 갖게 하는 증착조건을 찾아내고, 이러한 조건하에서 증착시킴으로써 달성되는 보자력 차이에 의하여 CoFe 층과 NiFe 층의 스핀을 제어함으로써, 낮은 자장하에서 높은 자기저항비 및 높은 자장 민감도를 나타내는 거대자기저항 스핀밸브의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 기판 위에 버퍼층/제 1 강자성층/비자성층 /제 2 강자성층/보호층 구조의 거대자기저항 스핀밸브를 제조함에 있어서, 하부에 위치한 제 1 강자성층으로 Fe 함량이 25% 이하인 연자성의 CoFe을 사용하고 상부에 위치한 제 2 강자성층으로 Fe 함량이 19 내지 22%인 연자성의 NiFe을 사용하여 적층시의 제조조건에 따른 자기적 특성을 조사하여, 자기적 특성이 우수한 제조조건을 찾아내고, 이를 이용하는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 CoFe 층과 NiFe 층의 자기적 특성을 이용하여 CoFe 층과 NiFe 층의 보자력 차이를 이용한 기판/버퍼층/CoFe/비자성층/NiFe/보호층 구조를 갖는 거대자기저항 스핀밸브의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 제조방법은 두 강자성층 사이에 이를 분리시키는 비자성층을 삽입시키고, 두 강자성층의 보자력 차이를 이용하여 강자성층의 스핀을 제어하는데 있어서, 보다 큰 보자력 차이를 얻기 위하여, 이들을 적절한 범위의 스파터링 전력 ·Ar 분압하에서 증착시킴으로써 층을 개질시켜, 제 1 강자성층(CoFe)의 보자력은 증가시키고, 제 2 강자성층(NiFe)의 보자력은 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제조방법은

1) 기판 위에 버퍼층을 적층시키는 단계,

2) 상기 버퍼층 위에 제 1 강자성층으로 CoFe를 스파터링 전력이 20 ~ 100W, Ar 분압이 1 ~ 10 mTorr 인 조건하에서 두께 20 ~ 100 Å 으로 적층시키는 단계,

3) 상기 CoFe 층 위에 비자성층을 적층시키는 단계,

4) 상기 Cu 층 위에 제 2 강자성층으로 NiFe 를 스파터링 전력이 30 ~ 100 W, Ar 분압이 1 ~ 15 mTorr 인 조건하에서 두께 20 ~ 100 Å 으로 적층시키는 단계, 및

5) 상기 NiFe 층 위에 보호층을 적층시키는 단계를 포함하여 구성된다.

이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 기판으로는 Si/SiO₂기판, Si 기판 또는 유리 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 버퍼층으로는 Ta 를 두께 5 ~ 200 Å 으로 적층시키는 것이 바람직하다. 버퍼층의 두께가 5 Å 이하이면 원하는 CoFe 조직을 성장시키기 어렵고, 200 Å 이상이면 분로(shunting) 효과에 의하여 자기저항이 크게 감소하게 된다. 더욱 바람직한 버퍼층의 두께는 20 ~ 150 Å 이다. 상기 제 1 강자성층으로는 Fe 함량이 25% 이하인 연자성의 CoFe을, 제 2 강자성층으로는 Fe 함량이 19 내지 22%인 연자성의 NiFe 를 사용한다. NiFe을 제 1강자성층으로 사용할 경우에는 보자력이 큰 조직을 얻기 어려우므로 반드시 제 1강자성층을 CoFe로 하는 것이 바람직 하다. 상기 비자성층으로는 Cu 를 사용하며, Cu 층은 두 강자성층을 분리시키는 역할을 하므로, Cu 의 두께는 두 강자성층 사이의 층간 결합력을 제거하는 두께이면 충분하다. 이 때, Cu 두께가 20 Å 이하에서는 자기저항비는 증가하지만 층간 결합력이 증가하는 문제가 발생하고, Cu 두께가 60 Å 이상이면 자기저항비가 낮아지는 문제가 발생한다. 그러므로, 바람직한 Cu 두께는 20 - 60Å이다. 보호층으로서 Ta를 5 ~ 200 Å 두께로 적층시킨다. 보호층의 두께가 5 Å 이하이면 보호층의 역할을 수행하기 어렵고, 200 Å 이상이면 분로 효과에 의하여 자기저항비가 감소하게 된다. 더욱 바람직한 보호층의 두께는 10- 150 Å 이다.

제 1 강자성층의 적층시 CoFe 가 높은 보자력을 갖게 하기 위하여, 스파터링 전력 20 ~ 100 W 범위, Ar 분압 1 ~ 10 mTorr 범위에서 CoFe를 증착시키는 것이 바람직하다. 스파터링 전력이 20 W 이하이면 원하는 조직으로 제어하기가 어렵고, 100 W 이상이면 특정방향의 우선 방위가 생성되어 연자성 특성이 우수하며 높은 보자력을 갖는 조직을 형성시키기가 어렵다. 그리고, 스파터링 전력 20 ~ 100 W 범위로 변화시키고 각 전력에 대한 Ar 분압을 1 ~ 10 mTorr 범위로 변화시키면서 조사한 결과, 스퍼터링 전력이 30 ~ 50 W, Ar 분압이 1 ~ 10 mTorr 일 때 높은 보자력 및 자화특성 곡선의 각형비를 고려하여 강자성층/비자성층/강자성층 구조의 거대자기저항 스핀밸브 제조시 보자력이 큰 강자성층 제조에 특히 적합한 자기적 특성을 나타내는 것으로 조사되었다(도 2 참조).

제 2 강자성층의 적층시 NiFe 가 낮은 보자력을 갖도록 하는데 있어서, 일반적으로, NiFe의 보자력이 CoFe보다 항상 낮게 나타나기 때문에, 거의 모든 조건 하에서 보자력 차이에 의한 자기저항비를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 한 구체예에 있어서, 스파터링 전력을 30 ~ 100 W 로 변화시키고 각 전력에 대한 Ar 분압을 1 ~ 15 mTorr 범위로 변화시키면서 조사한 결과를 도3에 나타내었다. 도 3에서 알수 있는 바와 같이, NiFe 의 적층시, 보자력이 스파터링 전력과 Ar 분압에 큰 영향을 받지 않고 CoFe보다 낮은 보자력을 나타낸다. 그러나, 분압이 높으면 시료내에 불순물 함량이 증가하므로 가능한 낮은 분압이 유리하고, 전압이 낮을수록 보다 낮은 보자력이 얻어지므로 높은 전압보다는 낮은 전압이 유리하다. NiFe의 경우 스퍼터링 전력이 30 ~ 100 W 이고 Ar 분압이 1 ~ 15 mTorr 일때 낮은 보자력 및 자화특성 곡선의 각형비를 고려하여 강자성층/비자성층/강자성층 구조의 거대자기저항 스핀밸브 제조시 보자력이 낮은 강자성층 제조에 특히 적합한 자기적 특성을 나타내는 것으로 조사되었다(도 3).

제 1 강자성층으로 CoFe를 적층시, CoFe 두께가 20 Å 미만이면 자기저항비가 매우 낮기 때문에 MRAM용 메모리 소자의 고밀도에 문제가 있고, 100 Å 이상이면 분로 효과에 의하여 자기저항비가 매우 낮아지게 된다. 따라서, 상기 CoFe 층의 두께는 20 ~ 100 Å이 바람직하다. 또한, 제 2강자성층으로 NiFe를 적층시, NiFe 두께가 20 Å 미만이면 결정성이 상실되어 연자성 특성을 유지하기 어렵고, 100 Å 이상이면 분로 효과에 의하여 자기저항비가 2% 이하로 감소하게 된다. 따라서, 상기 NiFe 층의 두께는 20 ~ 100 Å이 바람직하다.

본 발명에 따른 제조방법의 구체예로서, 상기 제시된 기판을 사용하여 그 위에 Ta/CoFe(tÅ)/Cu/NiFe/Ta 구조로 적층시킴에 있어서, CoFe 의 두께 변화(t)를 10 ~ 100 Å 로 하면서, 상기 두께에 따른 각각의 거대자기저항 스핀밸브를 제조하여 그 두께에 따른 자기저항비를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, CoFe 층의 두께가 40 ~ 80 Å 일 때, 삼중층(Tri-layer) 구조로 메모리소자에 적용시에 특히 적합한 3.5 ~ 4.0 % 의 자기저항비를 나타내었다. 따라서, 특히 바람직한 CoFe 층의 두께는 40 ~ 80 Å 이다. 이 때, CoFe 층의 두께가 60 Å일 때 CoFe 층과 NiFe 층의 반평행 상태의 스핀 제어가 가장 되었으며, 자기저항비는 3.8 % 로 삼중층 구조로 메모리 소자에 적용될 때 가장 적합한 구조를 보이는 것으로 나타났다(도 4 참조). 따라서, 본 발명의 바람직한 자기저항박막의 구조의 한 가지 예로 Ta(50Å)/CoFe(60Å)/Cu(30Å)/NiFe(50Å)/Ta(50Å) 구조를 들 수 있다.

또한, 상기 본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 계면에서의 스핀 의존성 산란을 증가시키기 위하여 상기 Ta/CoFe/Cu/NiFe/Ta 가 적층된 구조의 Cu 층과 제 2 강자성층인 NiFe 층 사이에 제 3 강자성층으로서 CoFe 층을 삽입시킴으로써 Ta/CoFe/Cu/CoFe/NiFe/Ta 구조를 갖는 거대자기저항 스핀밸브를 제조할 수 있다.

이 때, Cu 층과 NiFe 층 사이에 삽입된 제 3 강자성층으로서의 CoFe 층의 두께는 2- 20 Å이 바람직하다. CoFe 층의 두께가 2Å 미만이면 너무 얇아 열적 특성이 좋지 않으며, 20 Å 이상이면 계면 산란 효과를 기대하기가 어렵기 때문이다.

본 발명에 따른 제조방법의 한 구체예로서, 상기 제시된 기판 위에 Ta/CoFe /Cu/NiFe/Ta 가 적층된 구조에 있어서, Cu 층과 NiFe 층 사이에 CoFe 층을 삽입시킨 Ta/CoFe/Cu/CoFe(tÅ)/NiFe/Ta 구조의 거대저항 스핀밸브를 제조할 수 있는데, 이 때, CoFe 층의 두께(t)를 2 ~ 20 Å로 변화시키고, 각 두께 별로 증착 조건을 변화시키면서 거대자기저항 스핀밸브를 제조하여 그 자기저항 및 자기적 특성을 조사하였다. 그 결과, Cu 층과 NiFe 층 사이에 CoFe 층의 삽입시에는 제 1 강자성층(하부층)인 CoFe 층의 제조 조건과 달리, 스파터링 전력을 높이고 Ar 분압을 낮추었을 때 연자성이 향상되는 것으로 나타났다. 특히, 스퍼터링 전력이 50 - 100 W 이고 Ar 분압이 1 - 5 mTorr 의 조건일 때 우수한 연자성 특성을 나타내는 것으로 조사되었다. 이와 같이 Cu 층과 NiFe 층 사이에 제 3 강자성층으로서 CoFe 층을 삽입하는 것은 계면에서의 스핀 의존성 산란을 증가시키기 위한 것이며, 이 때, 삽입된 CoFe층(제 3 강자성층)의 두께가 2 ~ 20 Å 일 때, Cu 층을 중심으로 하부의 CoFe 층(제 1 강자성층)과 상부의 CoFe/NiFe 층(제 3강자성층/제 2 강자성층) 사이에 스핀 제어가 잘 되었으며, 자기저항비는 6 ~ 7 % 로 메모리 소자에 적용하기 위한 가장 적합한 구조를 나타낸는 것으로 조사되었다. 본 발명에 따른 거대자기저항박막의 바람직한 구체예로서 Ta(50Å)/CoFe(60Å)/Cu(30Å)/CoFe(tÅ)/NiFe(50Å)/Ta (50Å) 구조를 들 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

시료의 홀더에 영구 자석을 부착하고 기울어지지 않은 Si/SiO₂(100) 기판 위에 Ta 층을 바닥층으로 사용하여 Ta/CoFe/Ta 구조의 박막 및 Ta/NiFe/Ta 를 초기 진공도 4×10^-8이하의 DC 마그네트론 스퍼터링 방법으로 제조하였다. 기판의 세척은 클로로포름으로 20 분간 초음파 세척시킨 후, 아세톤으로 20 분간 초음파 세척을 하고, 마지막으로 알코올로 20 분간 초음파 세척 하였다. 스퍼터링 시 전력 30 W, 50 W, 100 W 별로 각각 Ar 분압을 1 ~ 10 mTorr 까지 인가하여 박막을 제조하였다. 증착한 시편은 상온에서 진동시편자력계를 사용하여 자기이력 특성을 측정하였다. 인가 전력별 분압에 따른 보자력의 크기를 도 2 및 도 3에 도시하였다. 도 2 및 도 3에서 알수 있는 바와 같이, CoFe 의 적층시에는 스퍼터링 전력이 30 W 이고 Ar 분압이 10 mTorr 일 때 CoFe 의 보자력이 가장 높게 나타났으며, NiFe 의 적층시에는 보자력이 스파터링 전력에는 크게 변화하나 Ar 분압은 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나 분압이 높으면 시료내에 불순물 함량이 증가하므로 가능한 낮은 분압이 유리하다. 따라서, 본 실시예에서는 NiFe 증착시 낮은 보자력을 얻기 위하여 스파터링 전력을 30 W로 하고, Ar 분압을 1 mTorr 로 하여 증착하였다.

실시예 2

본 발명에 따른 Si/SiO₂/Ta(50Å)/CoFe(tÅ)/Cu(30Å)/NiFe(50Å)/Ta(50Å) 구조에 있어서, CoFe 층의 두께를 t = 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 Å 로 변화시키면서, 상기 두께 변화에 따라 각각 스핀밸브 박막 재료를 제조한 후, 상온에서 4 탐침 방법으로 상기 제조된 각각의 스핀밸브 박막의 자기저항 특성을 측정하였다. 이 때, 각 층의 증착조건으로, Ta 층은 전력을 50 W, Ar 분압을 1 mTorr 로 하고, CoFe 층은 전력을 30 W, Ar 분압을 10 mTorr 로 하고, Cu 층은 전력을 20 W, Ar 분압을 2 mTor 로 하고, NiFe 층은 전력을 30 W, Ar 분압을 1 mTorr 로 하여 증착시켰다. CoFe 층의 두께에 따른 자기저항비를 도 4에 도시하였다. 도 4에 나타난 바와 같이, CoFe 층의 두께가 60 Å 일 때 메모리 소자에 가장 적합한 자기저항비인 3,8 % 를 나타내었다.

실시예 3

실시예 2 와 동일한 방법으로 Si/Ta(50Å)/CoFe(60Å)/Cu(30Å)/NiFe(50Å) /Ta(50Å) 구조를 갖는 스핀밸브 박막을 제조한 후, 자기저항 특성을 측정하였다. 인가자장에 따른 자기저항비를 도 5에 도시하였다.

실시예 4

본 발명에 따른 Si/SiO₂/Ta(50Å)/CoFe(60Å)/Cu(30Å)/CoFe(tÅ)/NiFe(50Å)/Ta(50Å) 구조에 있어서, Cu 층과 NiFe 층 사이에 제 3 강자성층으로서 삽입되는 CoFe 층의 두께를 t = 2, 5, 10, 20 Å 변화시키면서 스핀밸브 박막의 제조한 다음, 상온에서 4 탐침법으로 제조된 스핀밸브 박막의 자기저항 특성을 측정하였다. 이 때, 각 층의 증착 조건으로, Ta 층은 전력을 50 W, Ar 분압을 1 mTorr 로 하고, CoFe 층(제 1 강자성층)은 전력을 30 W, Ar 분압을 10 mTorr 로 하고, Cu 층은 전력을 20 W, Ar 분압을 2 mTorr 로 하고, NiFe 층은 전력을 30 W, Ar 분압을 1 mTorr 로 하여 각각 증착시켰고, Cu 층과 NiFe 층 사이의 CoFe 층(제 3 강자성층)은 전력을 50 W, Ar 분압을 2 mTorr 로 하여 증착시켰다. 제 3 강자성층인 CoFe 두께에 따른 자기저항비를 도 6에 도시하였다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, Cu 층과 NiFe 층 사이에 삽입된 CoFe 층의 두께가 약 10 Å 일 때 메모리 소자에 적용하기에 적합한 자기저항비인 6.7 % 를 나타내었다.

실시예 5

실시예 4 과 동일한 방법으로 Si/Ta(50Å)/CoFe(60Å)/Cu(30Å)/CoFe(10Å)/NiFe(50Å)/Ta(50Å) 구조를 갖는 스핀밸브 박막을 제조한 후, 자기저항 특성을 측정하였다. 그 결과, 인가자장에 따른 자기저항비를 도 7에 도시하였다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 CoFe 와 NiFe 의 보자력 차이를 이용하여 제조된 강자성층/비자성층/강자성층 박막의 거대자기저항 스핀밸브는 기존의 거대자기저항 스핀밸브의 문제점을 해결할 수 있으며, 자기이방성이 큰 Co 층을 사용하지 않고 보자력이 낮아 연자기 특성 우수한 CoFe 층을 사용함으로서 실제 산업적으로 적용 가능하며, 비휘발성 메모리 소자인 MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)의 제조에 유용한 발명이다.

Claims (6)

1. 기판 위에 버퍼층/제 1 강자성층/비자성층/제 2 강자성층/보호층 구조로 적층시킨 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항 박막의 제조방법에 있어서, 제 1 강자성층으로서 Fe의 함량이 25% 이하인 연자성의 CoFe를 스퍼터링 전력 20 ~ 100 W, Ar 분압 5 ~ 10 mTorr 의 조건 하에서 두께 20 ~ 100 Å으로 적층시켜 높은 보자력을 갖게 하는 단계, 및 제 2 강자성층으로서 Fe 함량이 19 내지 22%인 연자성의 NiFe를 스퍼터링 전력 30 ~ 100 W, Ar 분압 1 ~ 15 mTorr 의 조건하에서 두께 20 ~ 100 Å으로 적층시켜 낮은 보자력을 갖게 하는 단계를 포함하는 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항 박막 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판으로서 Si 기판, Si/SiO₂또는 유리 기판을 사용하는 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항 박막 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼층 및 보호층으로 Ta 를 두께 5 ~ 200 Å 으로 적층시키는 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항 박막 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 비자성층으로 Cu 를 두께 20 ~ 60 Å 으로 적층시키는 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항 박막 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 강자성층으로서 CoFe를 두께 40 ~ 80 Å 으로 적층시키는 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항 박막 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 비자성층과 제 2 강자성층 사이에 제 3 강자성층으로서 CoFe 를 두께 2 ~ 20 Å 으로 적층시키는 단계를 추가적으로 포함하는 거대자기저항 스핀밸브의 자기저항 박막 제조방법.