KR100448989B1 - Top and bottom type spin valves with good thermal stability and its fabrication method - Google Patents

Top and bottom type spin valves with good thermal stability and its fabrication method Download PDF

Info

Publication number
KR100448989B1
KR100448989B1 KR10-2001-0062451A KR20010062451A KR100448989B1 KR 100448989 B1 KR100448989 B1 KR 100448989B1 KR 20010062451 A KR20010062451 A KR 20010062451A KR 100448989 B1 KR100448989 B1 KR 100448989B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
ferromagnetic layer
thickness
ferromagnetic
depositing
Prior art date
Application number
KR10-2001-0062451A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20030029755A (en
Inventor
김희중
김광윤
장성호
Original Assignee
한국과학기술연구원
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 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR10-2001-0062451A priority Critical patent/KR100448989B1/en
Publication of KR20030029755A publication Critical patent/KR20030029755A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100448989B1 publication Critical patent/KR100448989B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39Structure 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
    • G11B5/3903Structure 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
    • G11B5/3906Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39Structure 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
    • G11B5/3903Structure 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
    • G11B5/398Specially shaped layers
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39Structure 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
    • G11B2005/3996Structure 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 large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices

Abstract

본 발명은 열적 특성이 향상된 스핀밸브 자기저항 박막 제조에 관한 것으로, 스핀밸브 자기저항 박막 구조 내에 적절한 산화층을 도입시켜 각 층에서 발생하는 원소의 확산을 차단하여 다른 층으로 이동하는 것을 막아줌으로써 열적 특성이 향상되고, 증착 후 열처리를 통하여 균일한 산화층을 형성시킴으로써 자기저항비가 증가된 스핀 밸브 자기저항 박막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to the manufacture of a spin valve magnetoresistive thin film having improved thermal characteristics, and by introducing an appropriate oxide layer in the spin valve magnetoresistive thin film structure, blocking the diffusion of elements generated in each layer and preventing the movement of the layer to another layer. The present invention relates to a spin valve magnetoresistive thin film having an improved magnetoresistance ratio by improving and forming a uniform oxide layer through heat treatment after deposition, and a method of manufacturing the same.

Description

열적 특성이 향상된 탑형 및 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막 및 그 제조방법{TOP AND BOTTOM TYPE SPIN VALVES WITH GOOD THERMAL STABILITY AND ITS FABRICATION METHOD}TOP AND BOTTOM TYPE SPIN VALVES WITH GOOD THERMAL STABILITY AND ITS FABRICATION METHOD}

본 발명은 열적 특성이 향상된 스핀 밸브 자기저항 박막 제조에 관한 것으로, 스핀밸브 자기저항 박막 구조 내에 적절한 산화층을 형성시켜 각 층에서 발생하는 확산을 차단시켜 다른 층으로 이동하는 것을 막아줌으로써 열적 특성이 향상되고, 동시에 증착 후 열처리를 통하여 균일한 산화층을 형성시킴으로써 자기저항비가 증가된 스핀 밸브 자기저항 박막 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the manufacture of a spin valve magnetoresistive thin film having improved thermal characteristics, and by forming an appropriate oxide layer in the spin valve magnetoresistive thin film structure to block diffusion occurring in each layer, thereby preventing movement to another layer. In addition, the present invention relates to a spin valve magnetoresistive thin film having an increased magnetoresistance ratio by forming a uniform oxide layer through heat treatment after deposition and a method of manufacturing the same.

도 1은 산화층을 포함한 교환 바이어스형 스핀밸브 자기저항 박막 구조의 개략도를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이, 일반적인 스핀밸브 자기저항 박막은 기판 위에 강자성층/비자성층/강자성층/반강자성층 또는 반강자성층/강자성층 /비자성층/강자성층의 구조를 가지고 있다. 즉, 비자성 박막으로 분리된 두 개의 강자성 박막 중 한 층(자유층)은 자유롭게 회전하는 반면에 다른 한 층(피구속층)은 반강자성 박막에 의하여 고정되어 있다. 그러므로 스핀밸브 자기저항 박막의 자기저항은 두 자성층의 자화가 외부 자장에 따라서 반평행 상태로 있느냐, 또는 평행 상태로 있느냐에 따라서 달라진다. 일반적으로 거대 자기저항 효과는 스핀의존성 산란으로 두 자성층의 배열이 반평행일 때 큰 저항을 가지며, 평행일 때 낮은 저항을 가지게 된다. 교환 바이어스형 스핀밸브 자기저항 박막 구조의 장점은 자유층과 피구속층의 자화배열이 낮은 자기장에서도 큰 자기저항을 얻을 수 있다는 것이며, 반강자성층과 강자성층이 서로 접할 때 교환 이방성에 의하여 계면에서 교환바이어스가 발생하며, 이 값이 큰 것이 소자 제조에 유리하고 열적 특성이 우수하다고 할 수 있다. 그러므로 열적 특성이 향상된, 즉, 높은 자기 이방성 세기(Hex), 높은 블로킹 온도(Tb)를 갖는 새로운 반강자성 박막을 개발하기 위하여 많은 연구가 이루어졌다. 그러나, 반강자성 물질로 제시되고 있는, 예컨대, FeMn 반강자성 물질은 낮은 블로킹 온도 및 부식성이 문제점으로 지적되고 있으며, 예컨대, 교환자기장이 큰 IrMn, PtMn 및 NiMn 등은 모두 온도가 올라가면 입계를 통하여 Mn이 확산되어 피고정층 및 비자성층인 스페이스 층으로 이동하여 자기저항 및 교환바이어스가 낮아지는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 한편, 산화물을 이용한 NiO, α-Fe2O3등도 반강자성 물질로 제시되고 있지만, 헤드 제조시 고밀도의 정보를 재생하기 위해서는 헤드의 두께가 감소하여야 하나, 상기 산화물 반강자성 물질을 사용하여 강한 교환바이어스를 만들기 위해서는 오히려 헤드의 두께가 두꺼워지기 때문에 고밀도 기록에 불리하다. 이와 같은 종래의 스핀밸브 자기저항 박막 구조는 자기저항이 5 ~ 6 % 이하이며, 열적 특성이 낮은 것이 단점으로 지적되고 있어 고밀도에 대응하는 것에 한계가 있다.1 is a schematic view of an exchange bias type spin valve magnetoresistive thin film structure including an oxide layer. As shown in the figure, a typical spin valve magnetoresistive thin film has a structure of ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer or antiferromagnetic layer / ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer on the substrate. That is, one layer (free layer) of the two ferromagnetic thin films separated by the nonmagnetic thin film is free to rotate while the other layer (constrained layer) is fixed by the antiferromagnetic thin film. Therefore, the magnetoresistance of the spin valve magnetoresistive thin film varies depending on whether the magnetization of the two magnetic layers is antiparallel or parallel to the external magnetic field. In general, the giant magnetoresistive effect is spin-dependent scattering, which has a large resistance when the arrangement of two magnetic layers is antiparallel, and a low resistance when parallel. The advantage of the exchange bias type spin valve magnetoresistive thin film structure is that a large magnetoresistance can be obtained even in the magnetic field where the magnetization arrangement of the free layer and the constrained layer is low, and when the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer are in contact with each other, An exchange bias is generated, and a large value is advantageous for device fabrication and excellent thermal characteristics. Therefore, much research has been made to develop a new antiferromagnetic thin film having improved thermal properties, that is, high magnetic anisotropy intensity (Hex) and high blocking temperature (T b ). However, for example, FeMn antiferromagnetic materials, which are proposed as antiferromagnetic materials, have been pointed out to have low blocking temperature and corrosiveness. For example, IrMn, PtMn, and NiMn having a large exchange magnetic field all increase Mn through grain boundaries when the temperature rises. This problem is pointed out as a problem that the magnetic resistance and the exchange bias are lowered due to the diffusion and movement to the space layer, which is a pinned layer and a nonmagnetic layer. Meanwhile, NiO and α-Fe 2 O 3 using oxides are also proposed as antiferromagnetic materials. However, in order to reproduce high-density information during head manufacturing, the thickness of the head should be reduced, but strong exchange is performed using the oxide antiferromagnetic materials. To make a bias, the head is thicker, which is disadvantageous for high density recording. Such a conventional spin valve magnetoresistive thin film structure has a magnetoresistance of 5 to 6% or less, and a low thermal characteristic is pointed out as a disadvantage, and thus there is a limit to coping with high density.

한편, 두 개의 강자성층과 고정층을 가진 단순 스핀밸브 자기저항 박막 구조는 자기저항이 낮아 20 Gbit/in2의 기록밀도를 달성하기에는 문제가 있어 실용적인 구조에서 자유층에 얇은 강자성층을 삽입하여 계면산란을 증가시켜 높은 자기저항을 얻고 있다. 하지만 이 또한 40 Gbit/in2이상의 고기록밀도를 달성하기에는 자기저항이 낮아 10% 이상의 자기저항이 요구되고 있다.On the other hand, a simple spin valve magnetoresistive thin film structure having two ferromagnetic layers and a fixed layer has a low magnetoresistance, and thus has a problem of achieving a recording density of 20 Gbit / in 2. Therefore , in a practical structure, a thin ferromagnetic layer is inserted into a free layer in interfacial scattering. Increase the magnetic resistance. However, this also requires a magnetoresistance of 10% or more due to low magnetoresistance to achieve high recording density of 40 Gbit / in 2 or more.

본 발명의 목적은 상기 반강자성 물질의 낮은 블로킹 온도 및 낮은 자기저항의 문제점을 해결하기 위하여, 온도 상승에 따라 반강자성층에서 발생하는 Mn의 확산을 방지하여 열적 특성이 우수하고 자기저항비가 높아 고기록밀도 달성에 적합한 스핀밸브 자기저항 박막 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.In order to solve the problems of low blocking temperature and low magnetoresistance of the antiferromagnetic material, an object of the present invention is to prevent diffusion of Mn generated in the antiferromagnetic layer as the temperature rises, thereby providing excellent thermal characteristics and high magnetoresistance ratio. Disclosed is a spin valve magnetoresistive thin film suitable for achieving recording density and a method of manufacturing the same.

도 1은 산화층을 포함한 탑형 및 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막 구조의 개략도이다. a는 탑형 스핀밸브 구조를 나타낸 것이고, b는 바톰형 스핀밸브 구조를 나타낸 것이다.1 is a schematic diagram of a top and bottom type spin valve magnetoresistive thin film structure including an oxide layer. a shows the top spin valve structure and b shows the bottom spin valve structure.

도 2는 탑형 스핀밸브 자기저항 박막 시료의 열처리 온도에 따른 자기저항비의 변화를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the change in the magnetoresistance ratio according to the heat treatment temperature of the tower spin valve magnetoresistive thin film sample.

도 3은 탑형 스핀밸브 자기저항 박막 시료의 열처리 온도에 따른 교환자기이방성 세기의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 3 shows the change of exchange magnetic anisotropy intensity according to the heat treatment temperature of the tower spin valve magnetoresistive thin film sample.

도 4는 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막 시료의 열처리 온도에 따른 자기저항비의 변화를 나타낸 것이다.Figure 4 shows the change in the magnetoresistance ratio with the heat treatment temperature of the bottom-type spin valve magnetoresistive thin film sample.

도 5는 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막 시료의 열처리 온도에 따른 교환자기이방성 세기의 변화를 나타낸 것이다.5 shows the change of exchange magnetic anisotropy intensity according to the heat treatment temperature of the bottom-type spin valve magnetoresistive thin film sample.

도 6은 반강자성층으로 IrMn를 사용한 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막의 열처리 온도에 따른 자기저항비의 변화를 나타낸 것이다.Figure 6 shows the change in the magnetoresistance ratio with the heat treatment temperature of the bottom-type spin valve magnetoresistive thin film using IrMn as the antiferromagnetic layer.

도 7은 반강자성층으로 FeMn을 사용한 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 이차 이온 질량 분석(Secondary Ion Mass Spectroscopy)을 통해 Mn 원소의 스퍼터 깊이 측면 조성 분포를 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates the sputter depth side composition distribution of Mn elements of a bottom-type spin valve magnetoresistive thin film using FeMn as an antiferromagnetic layer through secondary ion mass spectroscopy.

도 8은 질소 가스와 산소 가스의 분압 비율에 따른 반강자성층으로 IrMn을 사용한 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막의 자기저항비의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 8 shows the change in the magnetoresistance ratio of the bottom type spin valve magnetoresistive thin film using IrMn as an antiferromagnetic layer according to the partial pressure ratio of nitrogen gas and oxygen gas.

도 9는 아르곤 가스와 산소 가스의 분압 비율에 따른 반강자성층으로 IrMn을 사용한 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막의 자기저항비의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 9 illustrates a change in the magnetoresistance ratio of a bottom-type spin valve magnetoresistive thin film using IrMn as an antiferromagnetic layer according to a partial pressure ratio of argon gas and oxygen gas.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열적 특성이 향상된 스핀 밸브 자기저항 박막 및 그의 제조방법을 제공한다. 더욱 구체적으로, 스핀밸브 자기저항 박막 구조 내에 적절한 산화층을 형성시킴으로써 각 층에서 발생하는 원소의 확산, 특히, 반강자성층에서 발생하는 Mn의 확산을 차단시켜 다른 층으로 이동하는 것을 방지함으로써 열적 특성이 향상되고, 자장이 인가된 진공 중에서 열처리시킴으로써 균일한 산화층을 증착시켜 자기저항비가 증가된 스핀 밸브 자기저항 박막 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a spin valve magnetoresistive thin film and a manufacturing method thereof with improved thermal characteristics. More specifically, by forming an appropriate oxide layer in the spin valve magnetoresistive thin film structure, thermal properties are prevented by blocking the diffusion of elements occurring in each layer, in particular the diffusion of Mn occurring in the antiferromagnetic layer, to prevent them from moving to other layers. The present invention provides a spin valve magnetoresistive thin film having improved magnetoresistance ratio by depositing a uniform oxide layer by heat treatment in a vacuum to which the magnetic field is applied, and a method of manufacturing the same.

본 발명은 스핀밸브 자기저항 박막 구조의 적층 시, 반강자성층에 접하고 있는 강자성층 중간을 적정 조건으로 산화 시켜 산화층을 형성시킨 후, 나머지 자성층을 증착시킴으로써 종래의 스핀밸브 자기저항 박막 구조에서는 달성될 수 없었던 열적 특성이 우수하고 자기저항비가 높은 스핀 밸브 자기저항 박막 및 이들의 제조방법을 제공한다.The present invention can be achieved in the conventional spin valve magnetoresistive thin film structure by depositing the remaining magnetic layer by oxidizing the middle of the ferromagnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer under appropriate conditions to form an oxide layer when laminating the spin valve magnetoresistive thin film structure. The present invention provides a spin valve magnetoresistive thin film having excellent thermal characteristics and high magnetoresistance ratio and a method of manufacturing the same.

우선, 본 발명은 열적 특성이 우수하고 자기저항비가 높은 탑형(top type) 및 바톰형(bottom type) 스핀 밸브 자기저항 박막 구조를 제공한다. 본 발명에 있어서 탑형 및 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막은 스핀밸브 구조 내의 반강자성층의 위치에 따라 구분되는 것으로, 반강자성층이 상부에 위치하는 것을 탑형이라 하고 하부에 위치하는 것을 바톰형이라 한다.First, the present invention provides a top type and bottom type spin valve magnetoresistive thin film structure having excellent thermal characteristics and high magnetoresistance ratio. In the present invention, the tower type and bottom type spin valve magnetoresistive thin films are classified according to the position of the antiferromagnetic layer in the spin valve structure. The top ferromagnetic layer is located at the top and the bottom is called the bottom type. .

본 발명의 탑형 스핀밸브 자기저항 박막은 기판 위에 버퍼층/제 1 강자성층/비자성층/제 2 강자성층/산화층/제 2 강자성층/반강자성층/보호층이 차례로 적층된 구조이며, 본 발명의 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막은 기판 위에 버퍼층/제 1 강자성층/반강자성층/제 2 강자성층/산화층/제 2 강자성층/비자성층/제 3 강자성층/보호층이 차례로 적층된 구조이다. 본 발명에서는 상기 구조를 직류 마그네트론 스파터링 방식으로 증착시켰으며, 증착 도중에 산화층을 도입시키는 것을 특징으로 한다. 이 때, 도입된 산화층은 반강자성층에서 발생하는 Mn의 확산을 차단시켜 다른 층으로 이동하는 것을 방지함으로써 스핀밸브 자기저항 박막의 열적 특성을 향상시키는 역할을 한다.The top spin valve magnetoresistive thin film of the present invention has a structure in which a buffer layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, an oxide layer, a second ferromagnetic layer, an antiferromagnetic layer, and a protective layer are sequentially stacked on a substrate. The bottom-type spin valve magnetoresistive thin film is a structure in which a buffer layer, a first ferromagnetic layer, an antiferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, an oxide layer, a second ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, a third ferromagnetic layer, and a protective layer are sequentially stacked on a substrate. In the present invention, the structure is deposited by direct current magnetron spattering, and an oxide layer is introduced during deposition. At this time, the introduced oxide layer serves to improve the thermal characteristics of the spin valve magnetoresistive thin film by blocking the diffusion of Mn generated in the anti-ferromagnetic layer to prevent migration to another layer.

상기 탑형 및 바톰형 스핀 밸브 자기저항 박막의 구조를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The structure of the tower type and bottom type spin valve magnetoresistive thin film will be described in detail as follows.

상기 기판으로 자연적으로 산화물이 있는 Si 기판, 인위적으로 산화물 또는 질화물을 처리한 Si 기판 또는 유리 기판을 모두 사용할 수 있다. 상기 버퍼층은 Ta, Cu, Au, Al, Pd 또는 Pt 가 5 ~ 200 Å 두께로 증착되어 형성되며, 이후에 증착되는 자성층 및 반강자성층이 우수한 자기저항비를 보유하기 위해서는 사용된 면심입방격자 구조를 갖는 버퍼층의 (111) 면이 우선 성장하는 구조가 바람직하다. 이와 같이, 버퍼층의 (111) 면이 우선 성장하면 교환자기이방성도 높게 얻어지며, 자기저항비도 증가하게 된다. 따라서, 버퍼층의 (111)면의 우선성장이 중요한 한 요소이며, 버퍼층의 구조는 (111) 텍스튜어 형성을 유리하게 하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 강자성층 및 제 3 강자성층은 예컨대, NiFe, CoFe 또는 NiFe/CoFe 등이 바람직하다. 강자성층의 두께가 10 Å 이하이면 스핀의존성산란 효율이 감소되어 자기저항비가 감소하며, 200 Å 이상이면 전류의 분류(shunting) 효과가 증대되어 자기저항비가 감소하게 된다. 따라서, 상기 강자성층은 10 ~ 200 Å 두께로 증착되어 형성된 것이 바람직하다. 상기 비자성층은 Cu 가 15 ~ 60 Å 두께로 증착되어 형성된 것이 바람직하다. Cu 두께가 15 Å 이하이면 층간 결합장(interlayer coupling field)이 증가하여 실제 사용시 바이어스 전류(bias current)를 증가시켜야 하므로 응용에 불리하며, 두께가 60 Å 이상이면 전류의 분류 효과가 증가하여 자기저항비가 매우 감소하는 단점이 있다. 따라서, 바람직한 Cu 두께는 15 ~ 60 Å 이다. 반강자성층에 인접한 상기 제 2 강자성층은 CoFe 또는 NiFe가 전체 두께 20 ~ 200 Å 로 증착되어 형성된 것이 바람직하다. 산화층은 제 2 강자성층 중간에 형성되며, 이러한 산화층의 형성에 의하여, 온도가 상승함에 따라 반강자성층에서 발생하는 Mn 확산이 차단되어, 다른 층으로 이동하는 것이 방지됨으로써, 스핀밸브 자기저항 박막의 열적 특성이 향상된다. 이와 같이, 스핀밸브 자기저항 박막의 열적 특성을 향상시키기 위해서는 상기 산화층의 두께가 매우 얇아야 하며, 산화층의 두께는 5 ~ 20 Å 범위 이내가 바람직하다. 만약, 산화층의 두께가 20 Å 이상이면 산화층이 자성층을 단절시켜 자성층이 동일한 특성을 보이지 않는 경향이 있으며, 5 Å 이하이면 산화층이 스펙큘라 반사를 가진 절연층을 형성하지 못하고 단일 자성층의 특성을 나타내게 되어 바람직하지 못하다. 산화층의 물질은 절연층이기 보다는 자성산화층에 가까운 것으로 판단된다. 상기 반강자성층은 FeMn, IrMn, PtMn 또는 PdPtMn 등이 50 ~ 400Å 두께로 증착되어 형성된 것이 바람직하다. 반강자성층의 두께가 50 Å 이하이면 반강자성의 역할을 갖지 못하여 교환자기이방성을 생성하지 못하고, 400 Å 이상이면 전류의 분류 효과가 증가하여 자기저항비가 크게 감소한다. 그러므로, 반강자성층의 두께는 50 ~ 400 Å 이 바람직하다. 상기 보호층은 Ta, Cu, 산화물 또는 질화물 등이 10 ~ 200Å 두께로 증착되어 형성된 것이 바람직하다.As the substrate, a silicon substrate naturally having an oxide, an Si substrate or an artificially treated oxide or nitride substrate can be used. The buffer layer is formed by depositing Ta, Cu, Au, Al, Pd, or Pt with a thickness of 5 to 200 Å, and the magnetic core and antiferromagnetic layer deposited thereafter are used to maintain an excellent magnetoresistance ratio. The structure in which the (111) plane of the buffer layer having the first growth is preferred. As such, when the (111) plane of the buffer layer is first grown, exchange magnetic anisotropy is also obtained, and the magnetoresistance ratio is also increased. Therefore, the preferential growth of the (111) plane of the buffer layer is an important factor, and it is preferable that the structure of the buffer layer favors the formation of the (111) texture. The first ferromagnetic layer and the third ferromagnetic layer are preferably NiFe, CoFe or NiFe / CoFe. If the thickness of the ferromagnetic layer is 10 10 or less, the spin-dependent scattering efficiency is reduced to reduce the magnetoresistance ratio. If the ferromagnetic layer is 200 Å or more, the shunting effect of the current is increased to reduce the magnetoresistance ratio. Therefore, the ferromagnetic layer is preferably formed by depositing a thickness of 10 ~ 200 Å. The nonmagnetic layer is preferably formed by depositing Cu to a thickness of 15 to 60 kPa. If the Cu thickness is 15 Å or less, the interlayer coupling field must be increased to increase the bias current in actual use, which is disadvantageous to the application. If the thickness is 60 Å or more, the effect of classifying the current increases and the magnetoresistance is increased. The disadvantage is that the ratio is very reduced. Therefore, preferable Cu thickness is 15-60 GPa. The second ferromagnetic layer adjacent to the antiferromagnetic layer is preferably formed by depositing CoFe or NiFe with a total thickness of 20 to 200 GPa. The oxide layer is formed in the middle of the second ferromagnetic layer. The formation of the oxide layer prevents the diffusion of Mn generated in the antiferromagnetic layer as the temperature rises, thereby preventing the oxide layer from moving to another layer. Thermal properties are improved. As such, in order to improve the thermal characteristics of the spin valve magnetoresistive thin film, the thickness of the oxide layer must be very thin, and the thickness of the oxide layer is preferably within the range of 5 to 20 kPa. If the thickness of the oxide layer is 20 Å or more, the oxide layer tends to break the magnetic layer so that the magnetic layer does not exhibit the same characteristics. If the thickness of the oxide layer is 5 산화 or less, the oxide layer does not form an insulating layer having specular reflection and exhibits the characteristics of a single magnetic layer. Not preferred. The material of the oxide layer is considered to be closer to the magnetic oxide layer than to the insulating layer. The anti-ferromagnetic layer is preferably formed by depositing FeMn, IrMn, PtMn or PdPtMn to a thickness of 50 ~ 400Å. If the thickness of the antiferromagnetic layer is 50 두께 or less, it does not have a role of anti-ferromagneticity and thus does not generate exchange magnetic anisotropy. Therefore, the thickness of the antiferromagnetic layer is preferably 50 to 400 Pa. The protective layer is preferably formed by depositing Ta, Cu, oxide or nitride to a thickness of 10 ~ 200Å.

본 발명에 따른 스핀 밸브 자기저항 박막의 구체예로서 Si 기판(자연적인 산화물이 있거나 혹은 인위적으로 산화물 처리한 기판) 위에 Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/ NOL(Nano Oxide Layer)/CoFe/반강자성층/Ta이 증착된 구조의 탑형 스핀밸브 자기저항 박막 및 Ta/NiFe/반강자성층/CoFe/NOL/CoFe/Cu/CoFe/NiFe/Ta 이 증착된 구조의 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 들 수 있다.As a specific example of the spin valve magnetoresistive thin film according to the present invention, a Ta / NiFe / CoFe / Cu / CoFe / Nano (Nano Oxide Layer) / CoFe / half layer is formed on a Si substrate (a substrate having natural oxides or artificially oxides). Top type spin valve magnetoresistive thin film with ferromagnetic layer / Ta deposited and bottom type spin valve magnetoresistive thin film with Ta / NiFe / antiferromagnetic layer / CoFe / NOL / CoFe / Cu / CoFe / NiFe / Ta deposited structure Can be mentioned.

산화층의 형성에 있어서 산화층을 자유층 사이에 형성시킬 수 있는데, 자유층에 사용된 강자성층이, 예컨대 CoFe 또는 NiFe가 단독으로 사용되었다면 CoFe 또는 NiFe 중간에 산화층을 형성시키고, NiFe/CoFe 이중 자유층이 사용되었다면 이중 자유층 중 두께가 두꺼운 쪽에 산화층을 형성시킬 수 있다. 그러나, 자유층은 센서 제조시 재생 특성을 좌우하므로 연자성 특성이 우수하여야 하므로 산화층의 삽입이 연자성 특성의 저하를 가져오지 않도록 하여야 하므로 자유층에 산화층을 형성시키는 것은 보다 치밀한 실험을 요구한다. 따라서 반강자성층에 인접한 강자성층, 즉, 피구속층에 산화층을 도입하는 것이 바람직하다.In forming the oxide layer, an oxide layer can be formed between the free layers. If the ferromagnetic layer used in the free layer, for example, CoFe or NiFe is used alone, an oxide layer is formed between CoFe or NiFe, and a NiFe / CoFe double free layer. If used, an oxide layer can be formed on the thicker side of the double free layer. However, since the free layer depends on the regeneration characteristics in manufacturing the sensor, the soft magnetic characteristics should be excellent, so that the insertion of the oxide layer should not cause the soft magnetic characteristics to be degraded. Therefore, forming the oxide layer on the free layer requires more rigorous experimentation. Therefore, it is preferable to introduce an oxide layer into the ferromagnetic layer adjacent to the antiferromagnetic layer, that is, the layer to be bound.

또한, 본 발명은 반강자성층에 인접한 제 2 강자성층의 중간을 산화시켜 산화층을 형성시킴으로써 상기 열적 특성이 우수한 탑형 및 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a top- and bottom-type spin valve magnetoresistive thin film having excellent thermal properties by oxidizing the middle of the second ferromagnetic layer adjacent to the antiferromagnetic layer to form an oxide layer.

본 발명에 따른 버퍼층/제 1 강자성층/비자성층/제 2 강자성층/산화층/제 2 강자성층/반강자성층/보호층 구조를 갖는 탑형 스핀밸브 자기저항 박막의 제조방법은 1) 기판 위에 Ta, Cu, Au, Al, Pd 또는 Pt 등을 5 ~ 200Å 두께로 증착시켜 (111) 텍스튜어의 증착을 유리하게 하는 구조를 갖는 버퍼층을 형성시키는 단계, 2) 상기 버퍼층에 위에 NiFe, CoFe 또는 NiFe/CoFe 등을 10 ~ 200Å 두께로 증착시켜 제 1 강자성층을 형성시키는 단계, 3) 상기 버퍼층에 인접한 제 1 강자성층 위에 Cu 를 15 ~ 60Å 두께로 증착시켜 비자성층을 형성시키는 단계, 4) 상기 비자성층 위에 CoFe 또는 NiFe 를 전체 두께 20 ~ 200Å 로 증착시켜 제 2 강자성층을 형성함에 있어서, 이 중 일부의 강자성층을 증착시키는 단계, 5) 상기 일부만 증착된강자성층의 표면을 산화시켜 산화층을 형성시킨 후, CoFe 또는 NiFe 로 제 2 강자성층의 나머지 부분을 증착시켜, 제 2 강자성층 중간에 산화층을 형성시키는 단계, 6) 상기 강자성층 위에 FeMn, IrMn, PtMn 또는 PdPtMn 등을 50 ~ 400 Å 두께로 증착시켜 반강자성층을 형성시키는 단계 및 7) 상기 강자성층 위에 Ta, Cu, 산화물, 질화물 등을 10 ~ 200 Å 두께로 증착시켜 보호층을 형성시키는 단계를 포함한다.Method of manufacturing a top spin valve magnetoresistive thin film having a buffer layer / first ferromagnetic layer / non-magnetic layer / second ferromagnetic layer / oxide layer / second ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer / protective layer structure according to the present invention 1) Ta on the substrate , Cu, Au, Al, Pd or Pt deposited to a thickness of 5 ~ 200Å to form a buffer layer having a structure that favors the deposition of (111) texture, 2) NiFe, CoFe or NiFe on the buffer layer / CoFe deposited to 10 ~ 200 10 thickness to form a first ferromagnetic layer, 3) to form a nonmagnetic layer by depositing Cu 15 ~ 60Å thickness on the first ferromagnetic layer adjacent to the buffer layer, 4) the Deposition of CoFe or NiFe with a total thickness of 20 ~ 200Å over the nonmagnetic layer to form a second ferromagnetic layer, depositing some of the ferromagnetic layer, 5) oxidizing the oxide layer by oxidizing the surface of the partially deposited ferromagnetic layer After forming, CoFe or Depositing the remainder of the second ferromagnetic layer with NiFe to form an oxide layer in the middle of the second ferromagnetic layer, 6) depositing FeMn, IrMn, PtMn, or PdPtMn on the ferromagnetic layer to a thickness of 50 to 400 GPa Forming a layer and 7) depositing Ta, Cu, oxide, nitride, or the like on the ferromagnetic layer to a thickness of 10 to 200 Å.

또한, 본 발명에 따른 버퍼층/제 1 강자성층/반강자성층/제 2 강자성층/산화층/제 2 강자성층/비자성층/제 3 강자성층/보호층의 구조를 갖는 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막의 제조방법은 1)기판 위에 Ta, Cu, Au, Al, Pd 또는 Pt 를 5 ~ 200 Å 두께로 증착시켜 (111) 텍스튜어 형성을 유리하게 하는 구조를 갖는 버퍼층을 형성시키는 단계, 2) 상기 버퍼층 위에 NiFe, CoFe 또는 NiFe/CoFe 를 10 ~ 200Å 두께로 증착시켜 제 1 강자성층을 형성시키는 단계, 3) 상기 제 1강자성층 위에 FeMn, IrMn, PtMn 또는 PdPtMn 를 50 ~ 400 Å 두께로 증착시켜 반강자성층을 형성시키는 단계, 4) 상기 반강자성층 위에 CoFe 또는 NiFe 를 전체 두께 20 ~ 200Å 로 증착시켜 제 2 강자성층을 형성함에 있어서, 이 중 일부의 강자성층을 증착시키는 단계, 5) 상기 일부만 증착된 강자성층의 표면을 산화시켜 산화층을 형성시킨 후, CoFe 또는 NiFe 로 나머지 강자성층을 증착시켜, 제 2 강자성층 중간에 산화층을 형성시키는 단계, 6) 상기 강자성층 위에 Cu 를 15 ~ 60Å 두께로 증착시켜 비자성층을 형성시키는 단계, 7) 상기 비자성층 위에 NiFe, CoFe 또는 NiFe/CoFe 를 10 ~ 200Å 두께로 증착시켜 제 3 강자성층을 형성시키는 단계 및 8) 상기 강자성층 위에 Ta, Cu, 산화물 또는 질화물 등을 10 ~ 200Å 두께로 증착시켜 보호층을형성시키는 단계를 포함한다.In addition, a bottom-type spin valve magnetoresistive thin film having a structure of a buffer layer / first ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer / second ferromagnetic layer / oxidation layer / second ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / third ferromagnetic layer / protective layer according to the present invention 1) forming a buffer layer having a structure that favors (111) texture formation by depositing Ta, Cu, Au, Al, Pd or Pt on a substrate in a thickness of 5 to 200 Å. Forming a first ferromagnetic layer by depositing NiFe, CoFe, or NiFe / CoFe on the buffer layer in a thickness of 10 to 200Å, and 3) depositing FeMn, IrMn, PtMn, or PdPtMn on the first ferromagnetic layer to a thickness of 50 to 400Å. Forming an antiferromagnetic layer, and 4) depositing a portion of the ferromagnetic layer by depositing CoFe or NiFe with a total thickness of 20 to 200Å over the antiferromagnetic layer to form a second ferromagnetic layer. Oxidation by oxidizing the surface of partially deposited ferromagnetic layer After forming the step, depositing the remaining ferromagnetic layer with CoFe or NiFe, to form an oxide layer in the middle of the second ferromagnetic layer, 6) by depositing a Cu 15 ~ 60 15 thickness on the ferromagnetic layer to form a nonmagnetic layer, 7) forming a third ferromagnetic layer by depositing NiFe, CoFe or NiFe / CoFe on the nonmagnetic layer to a thickness of 10 ~ 200Å and 8) Ta, Cu, oxide or nitride on the ferromagnetic layer to a thickness of 10 ~ 200Å Depositing to form a protective layer.

상기 구조는 직류 마그네트론 스파터링 방식으로 증착시켰다. 통상 사용되는 증착방법으로는 직류 마그네트론 방식외에도 RF 스파터링, 이온빔 스파터링 등이 있다. 본 발명에서는 그 중에서도 직류 스파터링 방식을 채택하였으나, 이는 단지 일반적으로 직류 마그네트론 방식이 다른 방식에 비해서 플라즈마 상태가 안정적이라고 평가되기 때문이고, RF 스파터링, 이온빔 스파터링 등의 방법으로 증착하여도 무방하다.The structure was deposited by direct current magnetron spattering. Commonly used deposition methods include RF sputtering, ion beam spattering, and the like in addition to the direct current magnetron method. In the present invention, the DC sputtering method is adopted among them, but this is only because the DC magnetron method is generally evaluated to have a stable plasma state compared to other methods, and may be deposited by RF sputtering or ion beam spattering. Do.

본 발명에 의한 스핀밸브 자기저항 박막 제조 방법은, 증착 도중 반강자성층에 인접한 제 2 강자성층 중간에 산화층을 도입시키는 것을 특징으로 하는, 열적 특성이 우수한 스핀밸브 자기저항 박막 제조법을 제공한다. 반자성층에 인접한 제 2 강자성층의 중간을 산소 분위기, 산소와 질소가 적절한 비율로 섞여 있는 산소/질소 분위기 또는 산소와 비활성기체가 적절한 비율로 섞여 있는 산소/비활성기체 분위기 하에서 산화시켜 산화층을 형성시킨다. 이 때, 산소와 질소의 분압비 9 : 1에서 1 : 9까지 가능하지만, 분압비로 9(산소):1(질소) ~ 5(산소):5(질소) 범위가 바람직하다. 이와 같이 산소와 질소가 혼합된 경우 산화층의 거칠기가 질소에 의하여 감소하여 균일한 산화층을 형성할 수 있는 장점이 있다. 그러나 질소의 분압이 증가하면 산화되는 시간이 매우 증가하므로 산소의 질소 분압중 질소의 분압이 오히려 매우 높은 경우는 바람직하지 않다. 산화층 형성에 있어서, 산소만 있는 자연산화 조건보다는 산소와 질소의 비율이 분압비로 9(산소) :1(질소) ~ 5(산소): 5(질소)인 산소/질소 혼합기체 또는 비활성기체(예컨대, 아르곤 등)와 산소의 비율이 분압비로 9(산소) : 1(비활성기체) ~ 5(산소) : 5(비활성기체) 인 산소/비활성기체 혼합기체 분위기 하에서 자연 산화하는 것이 스핀밸브의 자기저항비를 증가시킨다. 이는 질소 또는 비활성기체에 의하여 보다 더 균질한 표면 산화가 일어나 스펙큘라 반사를 위한 산화층과 CoFe 층 사이의 계면의 거칠기를 감소시키면서 보다 더 매끄럽게 만들어 주어서 스펙큘라 반사도를 증가시키기 때문이다. 형성된 산화층은 온도가 상승함에 따라 반강자성층에서 발생하는 Mn의 확산을 차단시켜 다른 층으로 이동하는 것을 막아줌으로써 스핀밸브 자기저항 박막 시료의 열적 특성을 향상시키는 역할을 한다. 이 때, 산화층의 두께는 5 ~ 20 Å 범위가 바람직하다.The method for manufacturing a spin valve magnetoresistive thin film according to the present invention provides a method for manufacturing a spin valve magnetoresistive thin film having excellent thermal characteristics, wherein an oxide layer is introduced in the middle of a second ferromagnetic layer adjacent to an antiferromagnetic layer during deposition. The middle of the second ferromagnetic layer adjacent to the diamagnetic layer is oxidized in an oxygen atmosphere, an oxygen / nitrogen atmosphere in which oxygen and nitrogen are mixed in an appropriate ratio, or an oxygen / inert gas atmosphere in which oxygen and an inert gas are mixed in an appropriate ratio to form an oxide layer. . At this time, although the partial pressure ratio of oxygen and nitrogen is 9: 1 to 1: 9, the range of 9 (oxygen): 1 (nitrogen)-5 (oxygen): 5 (nitrogen) is preferable at a partial pressure ratio. As such, when oxygen and nitrogen are mixed, the roughness of the oxide layer is reduced by nitrogen to form a uniform oxide layer. However, when the partial pressure of nitrogen increases, the time for oxidation is greatly increased, so it is not preferable that the partial pressure of nitrogen in the nitrogen partial pressure of oxygen is rather high. Oxygen / nitrogen mixture or inert gas (for example, oxygen / nitrogen) in which the ratio of oxygen and nitrogen is 9 (oxygen): 1 (nitrogen) to 5 (oxygen): 5 (nitrogen) in the partial pressure ratio in forming the oxide layer. , Argon, etc.) and the ratio of oxygen to the partial pressure ratio is 9 (oxygen): 1 (inert gas) to 5 (oxygen): 5 (inert gas). Increase rain. This is because more homogeneous surface oxidation is caused by nitrogen or inert gas, which makes the specular reflectivity increase by making it smoother while reducing the roughness of the interface between the oxide layer and the CoFe layer for specular reflection. The formed oxide layer serves to improve the thermal characteristics of the spin valve magnetoresistive thin film sample by blocking the diffusion of Mn generated in the anti-ferromagnetic layer as the temperature increases to prevent the movement to another layer. At this time, the thickness of the oxide layer is preferably in the range of 5 to 20 Pa.

산화층의 형성에 있어서 통상적으로 사용되는 산화법에는 자연산화법, DC 또는 RF 플라즈마 산화법 등이 있다. 본 발명에 있어서 형성되는 산화층의 두께가 매우 얇기 때문에 플라즈마 산화법을 사용할 경우에는 산화층의 두께 조절이 매우 어렵게 된다. 그러나, 자연산화법은 시료를 산소 분위기, 산소와 질소가 혼합된 분위기 또는 산소와 비활성기체가 혼합된 분위기에만 노출시키므로 계면의 거칠기가 작은 산화층을 형성하기에는 매우 유리하다. 따라서, 본 발명의 구체예에서는 자연산화법을 적용하여 두께가 10Å 이내인 산화층을 증착시켜 열적 특성이 우수하고 자기저항비가 증가된 스핀 밸브 자기저항 박막 구조를 제작하였다.The oxidation method commonly used in the formation of the oxide layer includes a natural oxidation method, a DC or RF plasma oxidation method, and the like. Since the thickness of the oxide layer formed in the present invention is very thin, it is very difficult to control the thickness of the oxide layer when the plasma oxidation method is used. However, the natural oxidation method exposes the sample only to an oxygen atmosphere, an atmosphere in which oxygen and nitrogen are mixed, or an atmosphere in which oxygen and an inert gas are mixed, which is very advantageous to form an oxide layer having a small interface roughness. Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, a spin valve magnetoresistive thin film structure having excellent thermal characteristics and an increased magnetoresistance ratio was fabricated by depositing an oxide layer having a thickness of less than 10 kW using a natural oxidation method.

또한, 본 발명에 따른 스핀 밸브 자기저항 박막의 제조방법에 있어서, 메인 챔버에서 산화층을 형성시키는 경우에 메인 챔버 내의 타겟이 산화되어 이후 자성층의 증착시 타겟에 부착된 산화물을 제거시켜야 하는 공정상 복잡한 문제가 발생함을 발견하였다. 따라서, 본 발명에 따른 제조방법에서는 메인 쳄버에서 자성층을증착시킨 후, 로드 락 챔버 또는 별도의 산화 챔버로 시료를 이동시켜 챔버 분위기를 산소, 산소/질소 또는 산소/비활성기체 분위기로 바꾸면서, 1mTorr ~ 100 Torr 분압을 유지하여 1분에서 20시간 동안 일부만 증착된 제 2 강자성층의 표면을 산화시켜 산화층을 제조하였다. 나노 산화물층의 증착에 있어서, 낮은 산소 분압에서는 장시간 동안 산화시켜야 하며, 분압이 높아질수록 산화에 필요한 시간이 줄어든다. 1 mTorr 이하의 낮은 산소 분압에서는 20 시간 이상 장시간동안 산화시켜야 하며, 100 Torr 이상의 분압에서는 산화에 필요한 시간이 1분 이하로 감소하여 균일한 산화층을 형성하기가 어렵다. 이 때, 산소 분압이 5 ~ 200 mTorr 로 하면 산화층의 증착시간이 수 분 ~ 5 시간 이내가 되어서 더욱 바람직하다. 산화층의 형성은 순수 산소 분위기 하에서도 가능하며, 질소와 산소가 적절한 비율로 혼합된 산소/질소 분위기 또는 산소와 비활성기체가 적절한 비율로 혼합된 산소/비활성기체 분위기 하에서 산화시키는 것도 가능하며, 혼합기체의 경우, 질소 또는 비활성기체에 의하여 산화층이 균일해져서 산화층의 제조에 유리하다. 산화층을 제조 한 후, 다시 시료를 메인 챔버로 이동시켜 나머지 자성층 및 보호층을 증착시킨다.In addition, in the method of manufacturing a spin valve magnetoresistive thin film according to the present invention, when the oxide layer is formed in the main chamber, the target in the main chamber is oxidized to subsequently remove oxides attached to the target during deposition of the magnetic layer. We found a problem. Therefore, in the manufacturing method according to the present invention, after depositing the magnetic layer in the main chamber, the sample is moved to a load lock chamber or a separate oxidation chamber, and the chamber atmosphere is changed to oxygen, oxygen / nitrogen or oxygen / inert gas atmosphere. An oxide layer was prepared by oxidizing the surface of the second ferromagnetic layer partially deposited for 1 minute to 20 hours while maintaining a 100 Torr partial pressure. In the deposition of the nano oxide layer, the low oxygen partial pressure must be oxidized for a long time, and the higher the partial pressure, the less time required for oxidation. At low oxygen partial pressure of less than 1 mTorr, the oxidation time should be longer than 20 hours, and at partial pressures of 100 Torr or more, the time required for oxidation decreases to less than 1 minute, making it difficult to form a uniform oxide layer. At this time, when the oxygen partial pressure is set to 5 to 200 mTorr, the deposition time of the oxide layer is more preferably several minutes to 5 hours, which is more preferable. The oxide layer can be formed under a pure oxygen atmosphere, and can be oxidized in an oxygen / nitrogen atmosphere in which nitrogen and oxygen are mixed at an appropriate ratio, or in an oxygen / inert gas atmosphere in which oxygen and an inert gas are mixed at an appropriate ratio. In this case, the oxide layer is uniformed by nitrogen or inert gas, which is advantageous for the production of the oxide layer. After the oxide layer is prepared, the sample is moved back to the main chamber to deposit the remaining magnetic and protective layers.

또한, 본 발명에 따른 스핀밸브 자기저항 박막의 제조방법에 있어서, 도중에 산화층을 자성층 중간에 삽입시켜 제조된 시료는 산화층의 효과가 매우 미약하므로 증착된 시료를 진공 및 자장이 인가된 열처리로를 사용하여 블로킹 온도 이상에서 열처리를 실시함으로써 균일한 산화층을 제조할 수 있다. 열처리 전에는 산화층의 계면이 균일하지 않아 스펙큘라 효과에 의한 자기저항비의 증가를 기대하기가 어렵지만, 열처리를 한 후에는 열처리에 의해 산화층이 균일하게 형성되어, 소자 제조시 발생하는 열에 의한 반강자성층의 확산이 방지될 뿐만 아니라, 스펙큘라 효과에 의하여 자기저항비도 증가되었다. 이와 같은 열처리에 있어서, 모든 구조의 적층이 완료된 상기 탑형 또는 바톰형 스핀 밸브 자기저항 박막을 5 ×10-4~ 1 ×10-8Torr의 진공, 50 ~ 450 ℃ 의 온도 범위 내에서, 5 분 ~ 10 시간 동안 자장 중 열처리하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 범위 내의 온도를 승온속도 0.1 ~ 200 ℃/초 및 냉각속도 0.1 ~ 200 ℃/초로 제어하면서 열처리를 수행할 수 있다. 이 때, 0.1 ℃/sec 이하인 경우 산화층의 계면이 사프하지 않아 불리하며, 200 ℃/sec 이상이면 열처리로의 승온 속도를 제어하기가 어렵게 된다.In addition, in the method of manufacturing a spin valve magnetoresistive thin film according to the present invention, a sample prepared by inserting an oxide layer in the middle of a magnetic layer in the middle has a very low effect of the oxide layer, so that the deposited sample is used with a vacuum and a magnetic field applied heat treatment furnace. By performing heat treatment above the blocking temperature, a uniform oxide layer can be produced. It is difficult to expect an increase in the magnetoresistance ratio due to the specular effect because the interface of the oxide layer is not uniform before heat treatment, but after heat treatment, an oxide layer is uniformly formed by heat treatment, and an antiferromagnetic layer due to heat generated during device manufacturing In addition to preventing the diffusion of, the magnetoresistance ratio was also increased by the specular effect. In this heat treatment, the top- or bottom-type spin valve magnetoresistive thin film in which all the structures are laminated is subjected to vacuum at 5 × 10 −4 to 1 × 10 −8 Torr for 5 minutes in a temperature range of 50 to 450 ° C. It is preferable to heat-treat in a magnetic field for ˜ 10 hours. At this time, the heat treatment may be performed while controlling the temperature within the above range in the temperature increase rate of 0.1 ~ 200 ℃ / second and the cooling rate 0.1 ~ 200 ℃ / second. At this time, when the temperature is 0.1 ° C / sec or less, the interface of the oxide layer is not sag, which is disadvantageous. When the temperature is 200 ° C / sec or more, it is difficult to control the temperature increase rate of the heat treatment furnace.

본 발명에 사용 가능한 반강자성층의 재료로서, Mn 기재의 금속계 및 산화물계 반강자성 물질이 모두 사용될 수 있으나, 바람직하게는 Mn 기재의 금속계가 산화층의 삽입에 따른 열적 특성이 훨씬 우수하다.As the material of the antiferromagnetic layer usable in the present invention, both Mn-based metal and oxide antiferromagnetic materials may be used. Preferably, the Mn-based metal is much superior in thermal properties due to the insertion of the oxide layer.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명할 것이나 본 발명의 범위가 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited by Examples.

실시예 1Example 1

Si에 SiO2를 1500 Å 두께로 증착시킨 기판을 사용하여 Ta(50Å)/NiFe(45Å) /CoFe(15Å)/Cu(26Å)/CoFe(20Å)/NOL(Nano Oxide Layer)/CoFe(20Å)/FeMn(80Å)/ Ta(50Å) 탑형 스핀밸브 자기저항 박막을 직류 마그네트론 방법으로 제조하였다. 구체적으로, 챔버의 기저 압력을 2 ×10-8Torr 이하로 유지시키며 챔버의 분위기를 최대한 깨끗하게 하여 시료 내에 불순물이 혼입되는 것을 억제하였다. 자성층 및비자성층의 증착조건으로 스파터링 분압은 1 ~ 2 mTorr, 스파터링 전력은 20 ~ 100 W로 하였으며, 증착속도를 0.5 ~ 2 Å/sec로 유지하였다. 산화층 형성은 주 챔버 내에 있는 타겟의 산화를 방지하기 위하여 주 챔버에서 실시하지 않고, 시료를 로드 락 챔버로 이동시켜 산소 분압 50 mTorr 로 하여, 20 분 동안 자연산화를 실시하였다. 그 후, 시료를 다시 주 챔버로 이동시킨 후 고정층의 나머지층을 증착시켜 스핀밸브 자기저항 박막을 제조하였다. 산화층의 효과를 보기 위하여 제조된 시료를 2 ×10-6Torr 진공 중에서 자장을 인가하여 250 ℃ 까지 열처리시켰다. 증착시킨 시료 및 열처리한 시료를 상온에서 사단자 탐침법으로 R-H 곡선을 측정하여 자기저항비를 구한 후 열처리 온도에 따른 자기저항비의 변화를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 알수 있는 바와 같이, 열처리 온도가 증가함에 따라 자기저항비가 증가하였다.Using a substrate deposited with a thickness of 1500 1500 SiO 2 on Si, Ta (50Å) / NiFe (45Å) / CoFe (15Å) / Cu (26Å) / CoFe (20Å) / NOL (Nano Oxide Layer) / CoFe (20Å) ) / FeMn (80 kV) / Ta (50 kPa) columnar spin valve magnetoresistive thin films were prepared by the direct current magnetron method. Specifically, the base pressure of the chamber was maintained at 2 × 10 −8 Torr or less, and the atmosphere of the chamber was kept as clean as possible to prevent the incorporation of impurities into the sample. The spattering partial pressure was 1 to 2 mTorr, the spattering power was 20 to 100 W, and the deposition rate was maintained at 0.5 to 2 mW / sec as the deposition conditions of the magnetic layer and the nonmagnetic layer. Oxidation layer formation was not carried out in the main chamber to prevent oxidation of the target in the main chamber, and the sample was moved to the load lock chamber to give an oxygen partial pressure of 50 mTorr for 20 minutes of natural oxidation. Thereafter, the sample was moved back to the main chamber, and the remaining layer of the fixed layer was deposited to prepare a spin valve magnetoresistive thin film. In order to see the effect of the oxide layer, the prepared sample was heat-treated to 250 ° C. by applying a magnetic field in 2 × 10 −6 Torr vacuum. After depositing the sample and the heat-treated sample at room temperature by measuring the RH curve by a four-terminal probe method, the magnetoresistance ratio is shown in FIG. 2 according to the heat treatment temperature. As can be seen in FIG. 2, the magnetoresistance ratio increased as the heat treatment temperature increased.

실시예 2Example 2

실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조한 시료를 각각 250 ℃ 까지 열처리한 후 M-H 곡선을 측정한 후 교환바이어스 크기를 구하였다. 그 후 열처리 온도에 따른 교환바이어스의 크기의 변화를 도 3에 나타내었다.Samples prepared in the same manner as in Example 1 were heat treated to 250 ° C., and then M-H curves were measured to obtain exchange bias sizes. Thereafter, the change of the size of the exchange bias according to the heat treatment temperature is shown in FIG. 3.

실시예 3Example 3

Si에 SiO2를 1500 Å 두께로 증착시킨 기판을 사용하여 Ta(50Å)/NiFe(20Å) /FeMn(80Å)/CoFe(20Å)/NOL/CoFe(20Å)/Cu(26Å)/NiFe(45Å)/CoFe(15Å)/Ta(50Å) 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 직류 마그네트론 방법으로 제조하였다. 시료의제조는 실시예 1에서와 동일한 조건을 사용하였다. 시료 제조 후, 진공 중에서 자장을 인가하여 시편을 300 ℃ 까지 열처리 한 후, 상온에서 R-H 곡선을 측정하여 자기저항비를 구하였다. 열처리 온도에 따른 자기저항비를 도 4에 나타내었다.Using a substrate on which SiO 2 was deposited to a thickness of 1500Å on Si, Ta (50Å) / NiFe (20Å) / FeMn (80Å) / CoFe (20Å) / NOL / CoFe (20Å) / Cu (26Å) / NiFe (45Å) ) / CoFe (15Å) / Ta (50Å) bottom-bottom spin valve magnetoresistive thin films were prepared by the direct current magnetron method. In the preparation of the sample, the same conditions as in Example 1 were used. After the sample was prepared, the magnetic field was applied in vacuum to heat the specimen to 300 ° C., and then the RH curve was measured at room temperature to obtain the magnetoresistance ratio. The magnetoresistance ratio according to the heat treatment temperature is shown in FIG. 4.

실시예 4Example 4

실시예 3에서와 동일한 방법으로 제조한 시료를 각각 300 ℃ 까지 열처리한 후, M-H 곡선을 측정하여 교환바이어스 크기를 구하였다. 열처리 온도에 따른 교환바이어스 크기를 도 5에 나타내었다.After the samples prepared in the same manner as in Example 3 were each heat-treated to 300 ℃, the M-H curve was measured to determine the size of the exchange bias. The exchange bias size according to the heat treatment temperature is shown in FIG. 5.

실시예 5Example 5

Si에 SiO2를 1500 Å 두께로 증착시킨 기판을 사용하여 Ta(50Å)/NiFe(20Å) /IrMn(80Å)/CoFe(20Å)/NOL/CoFe(20Å)/Cu(26Å)/NiFe(45Å)/CoFe(15Å)/Ta(50Å) 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 직류 마그네트론 방법으로 제조하였다. 스핀밸브 자기저항 박막은 FeMn 반강자성 층 대신에 IrMn 반강자성 층을 사용하여 제조하였다. 시료의 제조는 실시예 1과 동일한 조건을 사용하였다. 시료 제조 후 열처리 온도는 FeMn 계 스핀밸브 자기저항 박막과는 달리 400 ℃ 까지 증가시켰다. 열처리 온도에 따른 자기저항비의 변화를 도 6에 나타내었다.Using a substrate deposited with a thickness of 1500 1500 SiO 2 on Si, Ta (50Å) / NiFe (20Å) / IrMn (80Å) / CoFe (20Å) / NOL / CoFe (20Å) / Cu (26Å) / NiFe (45Å) ) / CoFe (15Å) / Ta (50Å) bottom-bottom spin valve magnetoresistive thin films were prepared by the direct current magnetron method. Spin valve magnetoresistive thin films were prepared using IrMn antiferromagnetic layers instead of FeMn antiferromagnetic layers. Preparation of the sample used the same conditions as Example 1. After sample preparation, the heat treatment temperature was increased to 400 ° C, unlike the FeMn-based spin valve magnetoresistive thin film. The change in the magnetoresistance ratio according to the heat treatment temperature is shown in FIG. 6.

실시예 6Example 6

실시예 3에서 제조한 NOL을 포함한 바톰형 스핀 밸브를 300 ℃ 에서 열처리하고, 자기저항비가 9.5 %로 유지됨을 확인한 후, 다층 박막의 구조적 안정성을 알아보고자 시편 두께 방향으로의 조성 구배를 알아보기 위해 이차 이온 질량 분석(Secondary Ion Mass Spectrometry)을 실시하여 Mn 원소의 스퍼터 깊이 측면 조성 분포를 도 7에 나타내었다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, NOL을 포함한 CoFe/NOL/CoFe 층을 주위로 하여 Mn의 농도가 FeMn 쪽으로는 급격히 증가하였다가 CoFe/Cu/CoFe 쪽으로는 급격히 감소함을 알 수 있다. 이것으로 NOL이 Mn의 확산을 막아서 자기저항비 특성을 좌우하는 CoFe/Cu/CoFe/NiFe 계면에서의 스핀 의존 산란을 유지시키고 있음을 알 수 있다.After the bottom-type spin valve including the NOL prepared in Example 3 was heat treated at 300 ° C., and the magnetoresistance ratio was maintained at 9.5%, the compositional gradient in the specimen thickness direction was examined to examine the structural stability of the multilayer thin film. Secondary ion mass spectrometry was performed to show the sputter depth side composition distribution of the Mn element in FIG. 7. As can be seen in Figure 7, it can be seen that the concentration of Mn rapidly increases toward FeMn and then rapidly decreases toward CoFe / Cu / CoFe around the CoFe / NOL / CoFe layer including NOL. This indicates that NOL maintains spin dependent scattering at the CoFe / Cu / CoFe / NiFe interface, which prevents the diffusion of Mn and influences the magnetoresistance ratio characteristics.

비교예 1Comparative Example 1

Si에 SiO2를 1500Å 두께로 증착시킨 기판을 사용하여, 산화층이 삽입되지 않은 Ta(50Å)/NiFe(45Å)/CoFe(15Å)/Cu(26Å)/CoFe(40Å)/FeMn(80Å)/Ta(50Å) 탑형 스핀밸브 자기저항 박막을 직류 마그네트론 방법으로 제조하였다. 산화 조건을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건으로 시료를 제조하였다. 또한 열처리 조건도 실시예 1과 동일하게 하였다. 이와 같이 하여 열처리 온도에 따른 자기저항비의 변화를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 알수 있는 바과 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 탑형 스핀밸브 자기저항 박막의 열처리 온도에 따른 자기저항비가 비교예 1에 따른 탑형 스핀밸브 자기저항 박막보다 높게 나타났다.Using a substrate in which SiO 2 was deposited to a thickness of 1500 Å in Si, Ta (50 Å) / NiFe (45 Å) / CoFe (15 Å) / Cu (26 Å) / CoFe (40 Å) / FeMn (80 Å) / A Ta (50 kPa) columnar spin valve magnetoresistive thin film was prepared by a direct current magnetron method. Samples were prepared under the same conditions as in Example 1 except for the oxidation conditions. In addition, the heat treatment conditions were the same as that of Example 1. Thus, the change of the magnetoresistance ratio according to the heat processing temperature is shown in FIG. As can be seen in Figure 2, the magnetoresistance ratio according to the heat treatment temperature of the top spin valve magnetoresistive thin film according to Example 1 of the present invention was higher than the top spin valve magnetoresistive thin film according to Comparative Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

Si에 SiO2를 1500Å 두께로 증착시킨 기판을 사용하여, 산화층이 삽입되지 않은 Ta(50Å)/NiFe(20Å)/FeMn(80Å)/CoFe(40Å)/Cu(26Å)/CoFe(15Å)/NiFe(45Å) /Ta(50Å) 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 직류 마그네트론 방법으로 제조하였다. 시료의 제조는 산화 없이 실시예 1에서와 동일한 조건을 사용하여 수행하였다. 이와 같이 제조된 시료의 열처리 온도에 따른 교환자기이방성 세기의 변화를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 열처리 온도가 약 150 Å 이상이 되면 본 발명의 실시예 3에 따른 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막의 열처리 온도에 따른 자기저항비가 비교예 2에 따른 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막보다 높게 나타났다.Using a substrate on which SiO 2 was deposited to a thickness of 1500 Å in Si, Ta (50 Å) / NiFe (20 Å) / FeMn (80 Å) / CoFe (40 Å) / Cu (26 Å) / CoFe (15 Å) / NiFe (45 kV) / Ta (50 kV) bottom spin type magnetoresistive thin films were prepared by a direct current magnetron method. Preparation of the samples was carried out using the same conditions as in Example 1 without oxidation. The change of the magnetic anisotropy intensity of the exchange according to the heat treatment temperature of the sample thus prepared is shown in FIG. 4. As can be seen in Figure 4, when the heat treatment temperature is about 150 Pa or more, the bottom resistance spin valve according to the heat treatment temperature of the bottom-type spin valve magnetoresistive thin film according to the third embodiment of the present invention the bottom-type spin valve according to Comparative Example 2 It appeared higher than the magnetoresistive thin film.

비교예 3Comparative Example 3

Si에 SiO2를 1500Å 두께로 증착시킨 기판을 사용하여, 산화층이 삽입되지 않은 Ta(50Å)/NiFe(20Å)/IrMn(80Å)/CoFe(40Å)/Cu(26Å)/NiFe(45Å)/CoFe(15Å) /Ta(50Å) 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 직류 마그네트론 방법으로 제조하였다. 본 비교예의 스핀밸브 자기저항 박막은 FeMn 반강자성 층 대신에 IrMn 반강자성 층을 사용하였다. 시료의 제조는 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하였다. 시료 제조 후 열처리 온도를 FeMn 계 스핀밸브 자기저항 박막과는 달리 350Å 증가시켰다. 이와 같이 제조된 시료의 열처리 온도에 따른 자기저항비의 변화를 도 6에 나타내었다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 5에 따른 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막의 열처리 온도에 따른 자기저항비가 비교예 3에 따른 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막보다 높게 나타났다.Using a substrate in which SiO 2 was deposited to a thickness of 1500 Å in Si, Ta (50 Å) / NiFe (20 Å) / IrMn (80 Å) / CoFe (40 Å) / Cu (26 Å) / NiFe (45 Å) / CoFe (15Å) / Ta (50Å) bottom spin type magnetoresistive thin films were prepared by a direct current magnetron method. In the spin valve magnetoresistive thin film of this comparative example, an IrMn antiferromagnetic layer was used instead of the FeMn antiferromagnetic layer. Preparation of the sample was carried out under the same conditions as in Example 1. After the sample preparation, the heat treatment temperature was increased by 350 kPa, unlike the FeMn-based spin valve magnetoresistive thin film. The change in the magnetoresistance ratio according to the heat treatment temperature of the sample thus prepared is shown in FIG. 6. As can be seen in Figure 6, the magnetoresistance ratio according to the heat treatment temperature of the bottom type spin valve magnetoresistive thin film according to Example 5 of the present invention was higher than the bottom type spin valve magnetoresistive thin film according to Comparative Example 3.

실시예 7Example 7

Si에 SiO2를 1500 Å 두께로 증착시킨 기판을 사용하여 Ta(50Å)/NiFe(20Å)/IrMn(80Å)/CoFe(20Å)/NOL/CoFe(20Å)/Cu(26Å)/NiFe(45Å)/CoFe(15Å)/Ta(50Å) 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 직류 마그네트론 방법으로 제조하였다. 이 때 NOL을 제조하는 자연 산화 방법에서의 챔버 분위기를 총 가스 압력 50 mTorr로 유지하면서 질소 가스(N2)와 산소 가스(O2) 두 가스의 분압 비율을 변화시켰다. 그리고 이 시편들을 5 ×10-6Torr 진공 중에서 250 ℃ 의 온도에서 30 분 동안 자장 중 열처리를 한 다음, 로냉을 한 후 자기저항비를 측정하였다. 이러한 실험 절차를 통해서 질소와 산소 가스 분압에 따른 바톰형 스핀 밸브의 자기저항비 변화를 도 8에 나타내었다. 산소만 있는 자연산화 조건보다는 산소 대 질소가 9 : 1에서 5 : 5의 비율로 한 채 자연 산화하는 것이 자기저항비를 보다 더 증가시키고 있음을 알 수 있다. 최적의 조건은 산소 대 질소가 7 : 3이었다. 이러한 질소의 역할은 보다 더 균질한 표면 산화를 통하여 스펙큘라 반사를 위한 NOL 층과 CoFe 층 사이의 계면의 거칠기를 감소시키면서 보다 더 매끄럽게 만들어 주어 스펙큘라 반사도를 증가시키기 때문이다.Using a substrate on which SiO 2 was deposited to a thickness of 1500Å on Si, Ta (50Å) / NiFe (20Å) / IrMn (80Å) / CoFe (20Å) / NOL / CoFe (20Å) / Cu (26Å) / NiFe (45Å) ) / CoFe (15Å) / Ta (50Å) bottom-bottom spin valve magnetoresistive thin films were prepared by the direct current magnetron method. At this time, the partial pressure ratio of the two gases of nitrogen gas (N 2 ) and oxygen gas (O 2 ) was changed while maintaining the chamber atmosphere at a total gas pressure of 50 mTorr in the natural oxidation method for producing NOL. The specimens were heat-treated in a magnetic field for 30 minutes at a temperature of 250 ° C. in a 5 × 10 −6 Torr vacuum, and then subjected to furnace cooling to measure a magnetoresistance ratio. 8 shows the change in the magnetoresistance ratio of the bottom type spin valve according to the partial pressure of nitrogen and oxygen gas through the experimental procedure. It can be seen that the natural resistance of oxygen to nitrogen in the ratio of 9: 1 to 5: 5 increases the magnetoresistance ratio even more than the natural oxidation condition only oxygen. Optimum conditions were 7: 3 for oxygen to nitrogen. This role of nitrogen is due to the more homogeneous surface oxidation, making the smoother smoother while reducing the roughness of the interface between the NOL layer and the CoFe layer for specular reflection, thereby increasing specular reflectivity.

실시예 8Example 8

Si에 SiO2를 1500 Å 두께로 증착시킨 기판을 사용하여 Ta(50Å)/NiFe(20Å) /IrMn(80Å)/CoFe(20Å)/NOL/CoFe(20Å)/Cu(26Å)/NiFe(45Å)/CoFe(15Å)/Ta(50Å) 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 직류 마그네트론 방법으로 제조하였다. 이 때 NOL을 제조하는 자연 산화 방법에서의 챔버 분위기를 총 가스 압력 50 mTorr로 유지하면서 아르곤 가스(Ar)와 산소 가스(O2) 두 가스의 분압 비율을 변화시켰다. 그리고 이 시편들을 5 ×10-6Torr 진공 중에서 250 ℃의 온도에서 30 분 동안 자장 중 열처리를 한 다음 로냉을 한 후 자기저항비를 측정하였다. 이러한 실험 절차를 통해서 아르곤과 산소 가스 분압에 따른 바톰형 스핀 밸브의 자기저항비 변화를 도 9에 나타내었다. 산소만 있는 자연산화 조건보다는 산소 대 아르곤의 비율이 9 : 1에서 5 : 5 의 혼합 기체로써 자연 산화하는 것이 자기저항비를 보다 더 증가시키고 있음을 알 수 있다. 이러한 아르곤의 역할은 또한 보다 더 균질한 표면 산화를 통하여 스펙큘라 반사를 위한 NOL 층과 CoFe 층 사이의 계면의 거칠기를 감소시키면서 보다 더 매끄럽게 만들어 주어 스펙큘라 반사도를 증가시키기 때문이다.Using a substrate deposited with a thickness of 1500 1500 SiO 2 on Si, Ta (50Å) / NiFe (20Å) / IrMn (80Å) / CoFe (20Å) / NOL / CoFe (20Å) / Cu (26Å) / NiFe (45Å) ) / CoFe (15Å) / Ta (50Å) bottom-bottom spin valve magnetoresistive thin films were prepared by the direct current magnetron method. At this time, the partial pressure ratio of the two gases, argon gas (Ar) and oxygen gas (O 2 ), was changed while maintaining the chamber atmosphere at a total gas pressure of 50 mTorr in the natural oxidation method for producing NOL. The specimens were heat-treated in a magnetic field for 30 minutes at a temperature of 250 ° C. in a vacuum of 5 × 10 −6 Torr, and then cooled by furnace to measure the magnetoresistance ratio. 9 shows the change in the magnetoresistance ratio of the bottom type spin valve according to the partial pressure of argon and oxygen gas through the experimental procedure. It can be seen that the natural oxidation of the oxygen to argon ratio of 9: 1 to 5: 5 is increasing the magnetoresistance ratio even more than the oxygen-only natural oxidation condition. The role of argon is also due to the more homogeneous surface oxidation, which makes the smoother smoother while reducing the roughness of the interface between the NOL and CoFe layers for specular reflection, thereby increasing specular reflectivity.

본 발명의 스핀밸브 자기저항 박막에 있어서, 그 구조 중 반강자성층에 접한 강자성층에 산화층을 형성시키고 열처리시킴으로써 자기저항 박막의 열적 특성이 향상됨과 동시에 자기저항비도 증가되었다. 그러므로 본 발명에 따른 스핀밸브 자기저항 박막 및 이의 제조방법은 하드디스크 드라이브의 고기록 밀도용 거대자기저항용 자기헤드 및 고출력 자기센서, 즉 속도, 전류, 자기장, 위치센서 등에 응용될 수 있다.In the spin valve magnetoresistive thin film of the present invention, an oxide layer is formed on the ferromagnetic layer in contact with the antiferromagnetic layer and heat treated, thereby improving the thermal characteristics of the magnetoresistive thin film and increasing the magnetoresistance ratio. Therefore, the spin valve magnetoresistive thin film and the method of manufacturing the same according to the present invention can be applied to a large magnetoresistance magnetic head and a high output magnetic sensor for high recording density of a hard disk drive, that is, a speed, a current, a magnetic field, a position sensor, and the like.

Claims (18)

기판 위에 버퍼층/제1강자성층/비자성층/제2강자성층/반강자성층/보호층이 차례로 증착된 구조를 갖는 스핀밸브 자기저항 박막에 있어서,In the spin valve magnetoresistive thin film having a structure in which a buffer layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, an antiferromagnetic layer, and a protective layer are sequentially deposited on a substrate, 상기 제2강자성층이 일부 형성된 후 산화층이 형성되고 나머지 제2강자성층이 형성됨으로써, 제2강자성층 중간에 산화층을 포함하는 것을 특징으로 하며,After the second ferromagnetic layer is partially formed, an oxide layer is formed, and the remaining second ferromagnetic layer is formed, thereby including an oxide layer in the middle of the second ferromagnetic layer. 상기 산화층의 두께가 5 내지 20 Å이고,The oxide layer has a thickness of 5 to 20 kPa, 상기 버퍼층이 5 내지 200 Å의 두께로 증착되고 (111) 텍스튜어의 형성을 유리하게 하는 구조를 갖는 것이고,The buffer layer is deposited to a thickness of 5 to 200 microns and has a structure that favors the formation of (111) texture, 상기 제1강자성층의 두께가 10 내지 200 Å이고,The thickness of the first ferromagnetic layer is 10 to 200 mm 3, 상기 비자성층의 두께가 15 내지 60 Å이고The thickness of the nonmagnetic layer is 15 to 60 mm 3 상기 제2강자성층의 전체 두께가 20 내지 200 Å이고,The total thickness of the second ferromagnetic layer is 20 to 200 mm 3, 상기 반강자성층의 두께가 50 내지 400 Å이고.The antiferromagnetic layer has a thickness of 50 to 400 mm 3. 상기 보호층의 두께가 10 내지 200 Å인,The protective layer has a thickness of 10 to 200 mm 3, 버퍼층/제1강자성층/비자성층/제2강자성층/산화층/제2강자성층/반강자성층/보호층의 구조를 갖는 스핀밸브 자기저항 박막.A spin valve magnetoresistive thin film having a structure of a buffer layer / first ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / second ferromagnetic layer / oxidation layer / second ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer / protective layer. 기판 위에 버퍼층/제1강자성층/반강자성층/제2강자성층/비자성층/제3강자성층 /보호층이 차례로 증착된 구조를 갖는 스핀밸브 자기저항 박막에 있어서,In a spin valve magnetoresistive thin film having a structure in which a buffer layer, a first ferromagnetic layer, an antiferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, a third ferromagnetic layer, and a protective layer are sequentially deposited on a substrate, 상기 제2강자성층이 일부 형성된 후 산화층이 형성되고 나머지 제2강자성층이 형성됨으로써, 제2강자성층 중간에 산화층을 포함하는 것을 특징으로 하며,After the second ferromagnetic layer is partially formed, an oxide layer is formed, and the remaining second ferromagnetic layer is formed, thereby including an oxide layer in the middle of the second ferromagnetic layer. 상기 산화층의 두께가 5 내지 20 Å이고,The oxide layer has a thickness of 5 to 20 kPa, 상기 버퍼층이 5 내지 200 Å의 두께로 증착되고 (111) 텍스튜어의 형성을 유리하게 하는 구조를 갖는 것이고,The buffer layer is deposited to a thickness of 5 to 200 microns and has a structure that favors the formation of (111) texture, 상기 제1강자성층의 두께가 10 내지 200 Å이고,The thickness of the first ferromagnetic layer is 10 to 200 mm 3, 상기 반강자성층의 두께가 50 내지 400 Å이고.The antiferromagnetic layer has a thickness of 50 to 400 mm 3. 상기 제2강자성층의 전체 두께가 20 내지 200 Å이고,The total thickness of the second ferromagnetic layer is 20 to 200 mm 3, 상기 비자성층의 두께가 15 내지 60 Å이고,The thickness of the nonmagnetic layer is 15 to 60 mm 3, 상기 제3강자성층의 두께가 10 내지 200 Å이고,The thickness of the third ferromagnetic layer is 10 to 200 mm 3, 상기 보호층의 두께가 10 내지 200 Å인,The protective layer has a thickness of 10 to 200 mm 3, 버퍼층/제1강자성층/반강자성층/제2강자성층/산화층/제2강자성층/비자성층/제3강자성층/보호층의 구조를 갖는 스핀밸브 자기저항 박막.A spin valve magnetoresistive thin film having a structure of a buffer layer / first ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer / second ferromagnetic layer / oxidation layer / second ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / third ferromagnetic layer / protective layer. 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판이 자연적으로 산화물이 있는 Si 기판, 인위적으로 산화물 또는 질화물 처리한 Si 기판 또는 유리기판인 스핀밸브 자기저항 박막.The spin valve magnetoresistive thin film according to claim 1 or 2, wherein the substrate is an oxide-based Si substrate, an oxide- or nitride-treated Si substrate, or a glass substrate. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 버퍼층이 Ta, Cu, Au, Al, Pd 또는 Pt 가 증착되어 형성된 것인 스핀밸브 자기저항 박막.The spin valve magnetoresistive thin film according to claim 1 or 2, wherein the buffer layer is formed by depositing Ta, Cu, Au, Al, Pd or Pt. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1강자성층이 NiFe, CoFe 또는 NiFe/ CoFe 이 증착되어 형성된 것인 스핀밸브 자기저항 박막.The spin valve magnetoresistive thin film according to claim 1 or 2, wherein the first ferromagnetic layer is formed by depositing NiFe, CoFe, or NiFe / CoFe. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제2강자성층이 CoFe 또는 NiFe 이 증착되어 형성된 것인 스핀밸브 자기저항 박막.The spin valve magnetoresistive thin film according to claim 1 or 2, wherein the second ferromagnetic layer is formed by depositing CoFe or NiFe. 제 2 항에 있어서, 상기 제3강자성층이 NiFe, CoFe 또는 NiFe/ CoFe 이 증착되어 형성된 것인 스핀밸브 자기저항 박막.The spin valve magnetoresistive thin film of claim 2, wherein the third ferromagnetic layer is formed by depositing NiFe, CoFe, or NiFe / CoFe. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비자성층이 Cu 가 증착되어 형성된 것인 스핀밸브 자기저항 박막.The spin valve magnetoresistive thin film according to claim 1 or 2, wherein the nonmagnetic layer is formed by depositing Cu. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반강자성층이 FeMn, IrMn, PtMn 또는 PdPtMn 이 증착되어 형성된 것인 스핀밸브 자기저항 박막.The spin valve magnetoresistive thin film according to claim 1 or 2, wherein the antiferromagnetic layer is formed by depositing FeMn, IrMn, PtMn, or PdPtMn. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보호층이 Ta, Cu, 산화물 또는 질화물 이 증착되어 형성된 것인 스핀밸브 자기저항 박막.The spin valve magnetoresistive thin film according to claim 1 or 2, wherein the protective layer is formed by depositing Ta, Cu, oxide or nitride. 기판 위에 Ta, Cu, Au, Al, Pd 또는 Pt 을 5 ~ 200Å 두께로 증착시켜 (111)텍스튜어의 형성을 유리하게 하는 구조를 갖는 버퍼층을 형성시키는 단계,Depositing Ta, Cu, Au, Al, Pd or Pt on the substrate to a thickness of 5 to 200 microns to form a buffer layer having a structure that favors the formation of the (111) texture, 상기 버퍼층에 위에 NiFe, CoFe 또는 NiFe/CoFe 을 10 ~ 200Å 두께로 증착시켜 제 1 강자성층을 형성시키는 단계,Forming a first ferromagnetic layer by depositing NiFe, CoFe, or NiFe / CoFe on the buffer layer to a thickness of about 10 to about 200 microseconds; 상기 버퍼층에 인접한 강자성층 위에 Cu 를 15 ~ 60Å 두께로 증착시켜 비자성층을 형성시키는 단계,Depositing Cu on a ferromagnetic layer adjacent to the buffer layer to a thickness of 15 to 60 Å to form a nonmagnetic layer, 상기 비자성층 위에 CoFe 또는 NiFe 를 전체 두께 20 ~ 200Å 로 증착시켜 제 2 강자성층을 형성함에 있어서, 이 중 일부의 강자성층을 증착시키는 단계,Depositing a portion of a ferromagnetic layer in forming a second ferromagnetic layer by depositing CoFe or NiFe with a total thickness of 20 to 200Å over the nonmagnetic layer, 상기 일부만 증착된 강자성층의 표면을 산화시켜 산화층을 형성시킨 후, CoFe 또는 NiFe 로 나머지 강자성층을 증착시켜, 제 2 강자성층 중간에 산화층을 형성시키는 단계,Oxidizing the surface of the partially deposited ferromagnetic layer to form an oxide layer, and then depositing the remaining ferromagnetic layer with CoFe or NiFe to form an oxide layer in the middle of the second ferromagnetic layer, 상기 강자성층 위에 FeMn, IrMn, PtMn 또는 PdPtMn 을 50 ~ 400 Å 두께로 증착시켜 반강자성층을 형성시키는 단계, 및Depositing FeMn, IrMn, PtMn or PdPtMn on the ferromagnetic layer to a thickness of 50 to 400 GPa to form an antiferromagnetic layer, and 상기 강자성층 위에 Ta, Cu, 산화물 또는 질화물을 10 ~ 200 Å 두께로 증착시켜 보호층을 형성시키는 단계를 포함하는, 버퍼층/제 1 강자성층/비자성층/제 2 강자성층/산화층/제 2 강자성층/반강자성층/보호층이 차례로 증착된 구조를 갖는 스핀밸브 자기저항 박막의 제조방법.Forming a protective layer by depositing Ta, Cu, oxide or nitride on the ferromagnetic layer in a thickness of 10 to 200 microseconds, the buffer layer / first ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / second ferromagnetic layer / oxide layer / second ferromagnetic A method of manufacturing a spin valve magnetoresistive thin film having a structure in which layers / antiferromagnetic layers / protective layers are sequentially deposited. 기판 위에 Ta, Cu, Au, Al, Pd 또는 Pt 를 5 ~ 200 Å 두께로 증착시켜 (111) 텍스튜어 형성을 유리하게 하는 구조를 갖는 버퍼층을 형성시키는 단계,Depositing Ta, Cu, Au, Al, Pd or Pt on a substrate to a thickness of 5 to 200 microns to form a buffer layer having a structure that favors (111) texture formation, 상기 버퍼층 위에 NiFe, CoFe 또는 NiFe/CoFe 를 10 ~ 200Å 두께로 증착시켜 제 1 강자성층을 형성시키는 단계,Forming a first ferromagnetic layer by depositing NiFe, CoFe, or NiFe / CoFe on the buffer layer to a thickness of 10 to 200Å; 상기 강자성층 위에 FeMn, IrMn, PtMn 또는 PdPtMn를 50 ~ 400 Å 두께로 증착시켜 반강자성층을 형성시키는 단계,Forming an antiferromagnetic layer by depositing FeMn, IrMn, PtMn, or PdPtMn to a thickness of 50 to 400 위에 on the ferromagnetic layer, 상기 반강자성층 위에 CoFe 또는 NiFe 를 전체 두께 20 ~ 200Å 로 증착시켜 제 2 강자성층을 형성함에 있어서, 이 중 일부의 강자성층을 증착시키는 단계,Depositing a portion of a ferromagnetic layer in forming a second ferromagnetic layer by depositing CoFe or NiFe with a total thickness of 20 to 200 ~ over the antiferromagnetic layer, 상기 일부만 증착된 강자성층의 표면을 산화시켜 산화층을 형성시킨 후, CoFe 또는 NiFe 로 나머지 강자성층을 증착시켜, 제 2 강자성층 중간에 산화층을 형성시키는 단계,Oxidizing the surface of the partially deposited ferromagnetic layer to form an oxide layer, and then depositing the remaining ferromagnetic layer with CoFe or NiFe to form an oxide layer in the middle of the second ferromagnetic layer, 상기 강자성층 위에 Cu 를 15 ~ 60Å 두께로 증착시켜 비자성층을 형성시키는 단계,Depositing Cu on the ferromagnetic layer to a thickness of 15 to 60 μm to form a nonmagnetic layer, 상기 비자성층 위에 NiFe, CoFe 또는 NiFe/CoFe 를 10 ~ 200Å 두께로 증착시켜 제 3 강자성층을 형성시키는 단계, 및Forming a third ferromagnetic layer by depositing NiFe, CoFe, or NiFe / CoFe on the nonmagnetic layer to a thickness of 10˜200 μs, and 상기 강자성층 위에 Ta, Cu, 산화물 또는 질화물을 10 ~ 200Å 두께로 증착시켜 보호층을 형성시키는 단계를 포함하는, 버퍼층/제 1 강자성층/반강자성층/제 2 강자성층/산화층/제 2 강자성층/비자성층/제 3 강자성층/보호층의 구조를 갖는 스핀밸브 자기저항 박막의 제조방법.Forming a protective layer by depositing Ta, Cu, oxide or nitride on the ferromagnetic layer in a thickness of 10 to 200 Å. A method of manufacturing a spin valve magnetoresistive thin film having a structure of a layer / nonmagnetic layer / third ferromagnetic layer / protective layer. 제 12항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 산화층을 자연산화법을 이용하여 형성시키는 방법.The method according to claim 12 or 13, wherein the oxide layer is formed using a natural oxidation method. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 산화층을 메인 챔버가 아닌 로드 락 챔버 또는 별도의 산화 챔버 내에서 형성시키는 방법.The method of claim 12 or 13, wherein the oxide layer is formed in a load lock chamber or a separate oxidation chamber other than the main chamber. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 산화층을 순수산소, 산소와 질소가 분압비 9 : 1 ~ 5 : 5 로 혼합된 산소/질소 혼합가스 또는 산소와 비활성기체가 분압비 9 : 1 ~ 5 : 5 로 혼합된 산소/비활성기체 혼합가스 분위기 하에서 분압을 1 mTorr ~ 100 Torr 로 조절하여 형성시키는 방법.The oxygen / nitrogen mixed gas of claim 12 or 13, wherein pure oxygen, oxygen and nitrogen are mixed at a partial pressure ratio of 9: 1 to 5: 5, or an oxygen and inert gas to a partial pressure ratio of 9: 1 to 5. : Method to form by adjusting partial pressure to 1 mTorr ~ 100 Torr in the oxygen / inert gas mixed gas atmosphere mixed with 5. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 산화층을 포함한 모든 구조의 적층을 마친 상기 탑형 또는 바톰형 스핀밸브 자기저항 박막을 5 ×10-4~ 1 ×10-8Torr의 진공에서, 50 ~ 450 ℃ 의 온도 범위 내에서, 5 분 ~ 10 시간동안 자장 중에서 열처리하는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.The method according to claim 12 or 13, wherein the tower- or bottom-type spin valve magnetoresistive thin film which has completed the lamination of all structures including the oxide layer is subjected to a vacuum of 5 x 10 -4 to 1 x 10 -8 Torr at 50 to 450 ° C. In a temperature range of 5 minutes to 10 hours, further comprising heat-treating in a magnetic field. 제 17 항에 있어서, 처리 온도를 승온속도 0.1 ~ 200 ℃/초 및 냉각속도 0.1 ~ 200 ℃/초로 제어하는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.18. The method of claim 17, further comprising controlling the treatment temperature to a temperature increase rate of 0.1 to 200 ° C / sec and a cooling rate of 0.1 to 200 ° C / sec.
KR10-2001-0062451A 2001-10-10 2001-10-10 Top and bottom type spin valves with good thermal stability and its fabrication method KR100448989B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0062451A KR100448989B1 (en) 2001-10-10 2001-10-10 Top and bottom type spin valves with good thermal stability and its fabrication method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0062451A KR100448989B1 (en) 2001-10-10 2001-10-10 Top and bottom type spin valves with good thermal stability and its fabrication method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030029755A KR20030029755A (en) 2003-04-16
KR100448989B1 true KR100448989B1 (en) 2004-09-18

Family

ID=29564054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0062451A KR100448989B1 (en) 2001-10-10 2001-10-10 Top and bottom type spin valves with good thermal stability and its fabrication method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100448989B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10003011B2 (en) 2016-08-04 2018-06-19 Samsung Electronics, Co., Ltd. Magnetic memory devices and methods for manufacturing the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11284248A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 Victor Co Of Japan Ltd Magnetoresistance effect element
JP2000242913A (en) * 1999-02-23 2000-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetoresistance effect element and magnetoresistance effect head
JP2000348935A (en) * 1999-01-21 2000-12-15 Read Rite Corp Double-layer structure, spin valve sensor and manufacture thereof
WO2001031357A1 (en) * 1999-10-28 2001-05-03 Seagate Technology Llc Spin-valve sensor
KR20010081971A (en) * 2000-02-10 2001-08-29 아끼구사 나오유끼 Magnetoresistive film, magnetoresistive head, information regeneration apparatus, and magnetoresistive film manufacture method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11284248A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 Victor Co Of Japan Ltd Magnetoresistance effect element
JP2000348935A (en) * 1999-01-21 2000-12-15 Read Rite Corp Double-layer structure, spin valve sensor and manufacture thereof
JP2000242913A (en) * 1999-02-23 2000-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Magnetoresistance effect element and magnetoresistance effect head
WO2001031357A1 (en) * 1999-10-28 2001-05-03 Seagate Technology Llc Spin-valve sensor
KR20010081971A (en) * 2000-02-10 2001-08-29 아끼구사 나오유끼 Magnetoresistive film, magnetoresistive head, information regeneration apparatus, and magnetoresistive film manufacture method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10003011B2 (en) 2016-08-04 2018-06-19 Samsung Electronics, Co., Ltd. Magnetic memory devices and methods for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030029755A (en) 2003-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9478355B2 (en) Method of manufacturing a CPP device with a plurality of metal oxide templates in a confining current path (CCP) spacer
US7672088B2 (en) Heusler alloy with insertion layer to reduce the ordering temperature for CPP, TMR, MRAM, and other spintronics applications
US8049999B2 (en) Magnetoresistance effect element with a layer containing an oxide as a principal component and containing a magnetic transition metal element which does not bond to oxygen
US7606010B2 (en) Mg-Zn oxide tunnel barriers and method of formation
US9021685B2 (en) Two step annealing process for TMR device with amorphous free layer
US8337676B2 (en) Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with natural oxidized double MgO barrier
US9484049B2 (en) TMR device with novel free layer
KR100379982B1 (en) Fabrication method of ferromagnetic tunnel junction device
KR100467463B1 (en) Magnetoresistant device, method for manufacturing the same, and magnetic component
US6943041B2 (en) Magnetoresistive element and method for producing the same, as well as magnetic head, magnetic memory and magnetic recording device using the same
US20040086752A1 (en) Magnetoresistive element and method for manufacturing the same
JPH09106514A (en) Ferromagnetic tunnel element and its production
KR100448989B1 (en) Top and bottom type spin valves with good thermal stability and its fabrication method
KR100448990B1 (en) Dual spin valve thin film with good thermal stability and its fabrication method
KR20020008475A (en) Manufacturing Process of Tunneling Magnetoresistive Devices
KR100597714B1 (en) The improvement method of thermal stability in TMR for MRAM applications
JPH1097706A (en) Magnetic head and its production
KR100543265B1 (en) Tunneling magnetoresistance device and manufacturing method thereof
KR100539714B1 (en) Tunneling magnetoresistic device and manufacturing method thereof
KR100539713B1 (en) Magnetoresistance device and manufacturing method thereof
KR20030073600A (en) Spin valve type magnetoresistive element

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090831

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee