KR100609650B1 - 상지층을 포함하는 자기 저항 소자 - Google Patents

상지층을 포함하는 자기 저항 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상지층의 두께를 한정한 자기 저항 소자에 관한 것이다. 자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서, 상기 자기 저항 구조체의 반강자성층 상에 형성되며 5nm 이하, 가장 바람직하게는 0.5 내지 2nm의 두께를 가지는 상지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자를 제공한다. 이에 따르면 고온 공정에서의 발생할 수 있는 자기 저항 구조체 내부의 Mn 원소 등의 확산을 효과적으로 방지함으로써 MR 비 등의 소자 특성치의 저하를 방지할 수 있다.

Description

상지층을 포함하는 자기 저항 소자{Multilayer structure of device using capping layer}
도 1a 및 도 1b는 종래의 자기 저항 소자의 일례를 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 2는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 실시예를 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 3a는 본 발명에 의한 자기 저항 소자를 GMR 구조에 적용한 제 1실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명에 의한 자기 저항 소자를 TMR 구조에 적용한 제 2실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 제 1실시예에서 Ta를 상지층으로 형성시킨 것으로, 그 두께를 각각 1, 2, 3.5 및 5nm로 제작하여 열처리 시간에 따른 MR 비를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 4b는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 제 1실시예에서 ZrAl을 상지층으로 형성시킨 것으로, 그 두께를 각각 1, 2, 3.5 및 5nm로 제작하여 열처리 시간에 따른 MR 비를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다.
도 4c는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 제 1실시예에서 CoNbZr을 상지층으로 형성시킨 것으로, 그 두께를 각각 1, 2, 3.5 및 5nm로 제작하여 열처리 시간에 따른 MR 비를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 100... 자기 저항 소자
11, 21... 기판 12, 22... 하지층
13, 23... 제 1강자성층 14, 24... 스페이서층
15, 25... 제 2강자성층 16, 26... 반강자성층
17, 27... 상지층 18, 29... 터널장벽층
28... 버퍼층
본 발명은 자기 저항 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 열처리 등의 공정을 거치는 경우에도 MR 비(Magnetoresistance Ratio : 자기 저항비) 등의 주요 특성이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있는 자기 저항 소자 구조체에 관한 것이다.
최근, 고진공의 초박막 증착 기술과 표면 처리 기술의 급속한 발달로 인해 스핀간의 교환 상호 작용 거리인 수 nm 두께에서 자성 박막을 정밀하게 성장시키고, 소자를 제작하는 것이 가능해졌다. 그에 따라, 벌크(bulk) 형태의 자성 물질에 서는 관찰할 수 없었던 여러 현상들이 발견되었고 이를 가전 제품 및 산업 부품 등에 응용하는 단계에 이르렀다.
예를 들어, 초고밀도의 정보 저장 장치에 정보를 기록하는 자기 기록용 헤드, MRAM(Magnetic Random Acess Memory : 자기 메모리) 등이 대표적이다. 자기 저항 소자는 자기 에너지에 의해 저항이 변하는 원리를 이용한 소자로서, 최근 GMR(Giant Magneto Resistance : 거대 자기 저항) 소자 또는 TMR(Tunnel Magneto Resistance : 투과 자기 저항) 소자 등이 널리 사용되고 있다.
거대 자기 저항 현상은 전자가 자성층을 통과할 때, 두 자성층의 자화 배열에 따라 저항값이 변화하는 것을 응용한 것으로, 이는 스핀 의존 산란(spin dependent)로 설명 가능하다. 또한, 투과 자기 저항 현상은 두 자성층 사이에 절연체가 존재하는 구조에서 강자성체의 상대적인 자화 방향에 따라 터널링 전류가 달라지는 현상을 의미한다.
이러한 자기 저항 소자의 일반적인 형태를 도 1a 및 도 1b에 나타내었다. 도 1a는 GMR 소자의 일반적인 형태를 나타낸 것이다. 통상 GMR 소자는 스핀 밸브형 자기 저항 소자가 널리 사용되고 있다. 그 구조도 여러 가지가 있으나, 여기서는 그중 한가지만 설명한다.
도 1a를 참조하면, 스핀 밸브형 자기 저항 소자(10)는 기판(11) 상에 하지층(12), 제 1강자성층(13), 스페이서층(14), 제 2강자성층(15), 반강자성층(16) 및 상지층(17)이 순차적으로 형성된 구조를 가진다. 상기 제 1강자성층(13)은 통상 CoFe합금 등의 강자성체에 의해 형성되며, 인가되는 자장에 의해 자화 방향이 변화될 수 있어 자유층이라 한다. 그리고, 상기 스페이서층(14)은 Cu 등의 비자성체로 형성되며, 상기 제 1강자성층(13)을 제 2강자성층(15)과 분리시킨다. 상기 제 2강자성층(15)은 CoFe합금 등의 강자성체로 형성되며 고정층이라고도 한다.
상기 반강자성층(16)은 주로, Mn을 포함하는 합금으로 이루어진다. 예컨대 IrMn합금, FeMn합금, NiMn합금 등에 형성되며, 상기 제 2강자성층(15)의 자화 방향을 고정시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 반강자성층(16)은, 상기 제 1강자성층(13), 스페이서층(14) 및 상기 제 2강자성층(15)과 함께, 센서부를 이루게 된다.
이와 같은 구조의 자기 저항 소자의 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다. 자기 저항 소자에 외부 자장이 인가되면, 제 2강자성층(15)의 자화 방향에 대한 제1강자성층(13)의 자화 방향이 변한다. 그 결과, 상기 제 1강자성층(13)과 상기 제 2강자성층(15) 사이의 자기 저항이 변한다. 이러한 자기 저항의 변화를 통해, 자기기록 매체, 즉 HDD 등에 저장되어 있는 자기 정보가 감지될 수 있게 된다. 이와 같이, 상기 제 1강자성층(13)과 상기 제 2강자성층(15) 사이의 자기 저항의 변화에 의해 자기 기록 매체의 정보를 읽을 수 있게 되는 것이다. 이때, 자기 저항 소자의 사용시에 자기저항비(MR비; 최소자기저항에 대한 자기저항 변화량) 및 교환결합력(Hex; 반강자성층이 제 2강자성층의 자화 방향을 고정시키는 힘)이 안정되게 유지되어야 한다.
도 1b는 터널링 자기 저항 소자(100)의 구조를 도시한 것이다. 이를 간단히 설명하면 다음과 같다. 기판(11) 상에 하지층(12)이 형성되며, 상기 하지층(12) 상에 제 1 강자성층(13), 터널 장벽층(18), 제 2강자성층(15) 및 반강자성층(16)이 순차적으로 형성된다. 상기 반강자성층(16) 상에 상지층(17)이 형성된다. 여기서, 제 1 강자성층(13), 터널 장벽층(18), 제 2강자성층(15) 및 반강자성층(16)을 센서부라 한다. 이러한 자기 저항 소자는 강자성체의 상대적인 자화 방향에 따라 터널링 전류가 달라지는 현상인 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction) 원리를 이용한 것이다.
이와 같은 자기 저항 소자를 제조 과정 및 사용 중에, 고온의 열이 가해지는 경우가 있다. 예를 들어, 자기 저항 소자를 사용 중에는 외부 전류에 의해 대략 섭씨 약 150도까지 가열되며, 순간적으로 과열되는 경우에는 그 이상의 온도에 이르기도 한다. 또한, 상기 자기 저항 센서의 제조 과정에서는 사용 중에 가해지는 온도보다 더 높은 섭씨 약 300도 이상의 열이 가해지게 된다.
이처럼 자기 저항 소자가 고온으로 가열되면, 각 층의 원자들의 운동이 활발해져서 인접된 층들 사이에서의 원자들의 상호 확산(interdiffusion)이나 상호 믹싱(intermixing) 등이 발생하게 된다. 종래의 자기 저항 소자는 자기 저항 소자의 센서부 상부에 상지층을 형성시켜 센서부가 공기와의 접촉에 의한 산화하는 것을 예방하기 형성시켰다. 즉, 수십 nm 정도의 두께를 지닌 상지층을 센서부 상에 형성시켜, 센서부의 산화를 방지하였다.
그런데 이와 같이 자기 저항 소자의 센서부 상부에 상지층을 형성시킨 경우, 센서부의 산화를 방지할 수 있으나, 제조 공정 및 사용 과정에서의 고온 분위기에서 반강자성층에 사용되는 IrMn의 Mn원소가 하부로 확산하기 때문에 자기 저항 소자의 자기 저항비나 교환 결합력이 어느 정도 감소하는 현상이 발생하는 문제점이 있다. 이 경우, 자기 저항 소자의 사용 중에 자기 정보를 정확하게 감지하지 못하는 경우가 발생된다. 특히, 고밀도의 자기 기록 매체의 경우에는 그 자기 기록 매체로부터 인가되는 자장이 작아지게 되므로, 상술한 바와 같은 문제점이 더욱 심해지게 된다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자기 저항 소자의 제조시 고온 공정을 거치거나, 사용 환경이 고온이 되더라도 자기 저항비 등의 자기 저항 소자의 주요 특성치의 변화가 없는 안정된 구조를 지니며, 다양한 자기 저항 소자에 응용할 수 있는 자기 저항 소자 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,
자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서,
자장의 인가에 의해 자화 방향이 변경 가능한 제 1강자성층;
상기 제 1강자성층 상에 형성된 비자성의 스페이서층;
상기 스페이서층 상에 형성되며 자화 방향이 고정된 제 2강자성층;
상기 제 2강자성층 상에 형성되며, 상기 자성층의 자화 방향을 고정시키는 반강자성층; 및
상기 반강자성층 상에 형성되며 5nm 이하의 두께를 가지는 상지층을 포함하는 자기 저항 소자를 제공한다.
자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서,
상기 자기 저항 구조체 상에 형성되며 5nm 이하, 가장 바람직하게는 0.5 내지 2nm의 두께를 가지는 상지층을 포함하는 자기 저항 소자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 상지층은 Ta, 비정질 ZrxAl1-x(0<x<1) 또는 CoNbZr을 포함하는 것이 바람직하다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명에 있어서, 상기 제 1 강자성층 하부에 형성된 하지층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 하지층과 상기 제 1강자성층 사이에 형성된 버퍼층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 반강자성층은 Mn을 포함하는 합금에 의해 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는
자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서,
자장의 인가에 의해 자화 방향이 변경 가능한 제 1강자성층;
삭제
상기 제 1강자성층 상에 형성된 터널 장벽층;
상기 터널 장벽층 상에 형성되며 자화 방향이 고정된 제 2강자성층; 및
상기 제 2강자성층 상에 형성되며, 상기 자성층의 자화 방향을 고정시키는 반강자성층;을 포함하는 TMR 형태의 자기 저항 소자로 형성시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설 명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 저항 소자의 개략적 구조도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 다른 자기 저항 소자는 기판(21), 상기 기판(21) 상에 형성된 하지층(22) 및 상기 하지층(22) 상에 자성층 및 비자성층들이 순차적으로 형성된 자기 저항 구조체(20)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 자기 저항 구조체(20) 상부에는 상지층(27)이 형성된다. 여기서, 본 발명에 의한 자기 저항 소자는 상지층(27)을 5nm 이하의 두께로 형성시킨 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상지층(27)은 Ta, CoNbZr 또는 ZrAl으로 형성시키는 것이 바람직하다.
종래의 자기 저항 소자의 경우, 상지층은 단순히 자기 저항 구조체(20) 표면의 산화 방지막 역할을 하기 위해 단순히 수백 Å의 두께로 형성시켰다. 그러나, 이 경우 자기 저항 구조체(20)의 형성 물질이 고온 분위기에서 상호 확산 현상이 발생하여 자기 저항 특성이 약화되는 문제점이 있었다. 본 발명에서의 상지층은 5 nm 이하의 두께로 형성시킨다. 자기 저항 구조체(20)는 상기 자기 저항 소자가 구체적으로 자기 저항 헤드인 경우에는 센서부가 될 것이고, MRAM 등 메모리 소자인 경우에는 메모리부가 된다.
이와 같은 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 일실시예를 구체적으로 GMR 구조에 적용시킨 제 1실시예를 도 3a에 나타내었다. 도 3a 스핀 밸브형(spin valve type) 자기 저항 소자를 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 기판(21) 상에 하지층(22)이 형성되며, 상기 하지층(22) 상부에 센서부(20')가 형성되어 있다. 상기 센서부(20')는 제 1강자성층(23), 스페 이서층(24), 제 2강자성층(25) 및 반강자성층(26)이 순차적으로 형성된 구조를 지닌다. 여기서 상기 하지층(22)과 제 1강자성층(23) 사이에는 버퍼층(28)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 센서부(20') 상부에는 상지층(27)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판은 자기 저항 소자를 형성시키는 일반적인 재료를 모두 포함할 수 있으며, Si 기판을 사용하는 것이 통상적이다. 또한, 상기 Si 기판 상부를 산화시켜 Si 기판 상부에 SiO2 형성시켜 사용할 수 있다.
도 3b는 본 발명에 의한 자기 저항 소자를 TMR 구조에 응용한 제 2실시예를 나타낸 도면이다. 도 3b를 참조하면, 기판 상(21)에 하지층(22)이 형성되어 있고, 상기 하지층(22) 상부에 센서부(20')가 형성된다. 여기서, 상기 센서부(20')는 제 1강자성층(23), 터널 장벽층(29), 제 2강자성층(25) 및 반강자성층(26)이 순차적으로 형성된 구조를 가지고 있다. 여기서, 상기 하지층(22) 및 제 1강자성층(23) 사이에는 버퍼층(28)이 더 형성될 수 있다. 본 발명에 의한 자기 저항 소자는 상기 상지층(27)을 5nm이하, 가장 바람직하게는 0.5 내지 2nm의 두께 형성된 것을 특징으로 하며, 구체적으로는 Ta, CoNbZr 또는 ZrAl로 형성된 것이 바람직하다.
상기 센서부(20') 및 버퍼층(28)을 구성하는 물질은 종래 기술에서 기술하였으므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 구조는 상기 자기 저항 소자중 자기 저항 헤드만 적용되는 것이 아니라, MRAM 등 다양한 자기 저항 소자에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 3a와 같은 GMR 구조를 마그네트론 스퍼터링 공정에 의해 형성시키는 경우를 예를 들면, 먼저 상기 기판(21)을 마련한다. Si 기판인 경우, 이러한 기판 표면에 소정 두께의 산화막을 형성시켜 사용할 수 있다. 그리고 나서, 상기 기판(21) 상부에 하지층(22)을 형성시킨다. 버퍼층(28)을 형성시키고자 할 경우에는 상기 하지층(22) 상부에 퍼멀로이(NiFe) 등을 형성시킬 수 있다. 그리고, 그 상부에 제 1강자성층(23), 스페이서층(24), 제 2강자성층(25) 및 반강자성층(26)을 순차적으로 형성시킨다. 그리고, 반강자성층(26) 상부에 상지층(27)을 10 내지 50Å의 두께 범위에서 형성시킨다.
여기서, 제 1강자성층(23) 및 제 2강자성층(25)으로 CoFe를 형성시키는 경우, 증착용의 타겟은 Co90Fe10를 사용할 수 있다. 그리고, 상기 스페이서층(24)으로 타겟은 예를 들어, Cu, 반강자성층(26)으로 IrMn을 증착시키는 경우, 그 증착용의 타겟은 Ir21Mn79 등을 사용한다.
상기 제조 방법에 있어서, 및 상지층(27)을 제외한 센서부(20'), 버퍼층(28) 등은 종래 기술에 의한 제조 방법을 그대로 적용할 수 있다. 상기 각 타겟의 순도는 모두 99.95% 이상으로 사용하고, 스퍼터링 가스로는 순도 99.9999% 이상의 Ar가스를 사용한다. 그리고, 증착 전의 초기 진공도는 5×10-8 Torr 이하, 증착용 전력은 50∼130W, 각 층들의 이방화를 위해 500 Oe 정도의 자계를 인가하는 것이 바람직하다. 이때 각 층들의 두께 범위는 특정 자기 저항 소자에 따른 제작 환경에 따 라 조절할 수 있으며, 상기 센서부(20')의 각 층들의 두께 범위는 일반적으로 적용되는 것이면 모두 가능하다.
상지층(27)을 Ta로 형성시키는 경우에는 싱글 타겟을 사용하여 제조하며, CoNbZr 또는 ZrAl의 경우, 각각의 단일 타겟 또는 합금 타겟을 사용하여 Co-sputtering으로 센서부 상부에 증착시킨다. 그리고, 본 발명의 제 2 실시예인 3b의 TMR 소자의 경우 스페이서층을 형성시키는 물질을 터널 장벽층을 형성하는 물질로 바꾸면 용이하게 제조할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 특징을 설명하면 다음과 같다. 통상적으로 수십 내지 수백 nm의 두께로 상지층(27)을 형성시킨 경우에는 고온에서의 열처리 또는 고온 사용에 의해 반강자성층(26)에 포함된 Mn이 고정층(25) 내부로 확산을 하게 되고, 자기 저항 특성에 악영향을 미치게 된다. 이때, 상지층(27)은 그 표면에 고온 산화에 의한 산화층이 형성되며, 그 하부에는 원래의 상지층(27)의 조성을 유지하게 된다.
그러나, 본 발명과 같이, 5nm 이하, 가장 바람직하게는 0.5 내지 2nm의 두께로 상지층(27)을 형성시킨 경우에는 고온 공정에 의해 침투한 산소에 의해 상지층(27)과 반강자성층(26) 경계 영역까지 산화층이 형성된다. 이때, 산화층의 산소가 반강자성층(26)의 Mn과 같은 물질을 트랩(trap)시키는 작용을 하며, Mn의 확산을 방지하는 역할을 하게된다. 즉, 종래 기술에 의한 자기 저항 소자의 상지층(17)은 자기 저항 구조체 표면의 산화를 단순히 방지하는 역할을 하기 위해 되도록이면 두껍게 형성시켰으나, 이는 바람직하지 못하며, 본 발명과 같이 50Å 이하, 가장 바람직하게는 0.5 내지 2nm의 두께로 형성시키는 것이 바람직하다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 제 1 실시예의 구조에 대한 열처리 시간(min)에 대한 MR 비(%)를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 Ta를 상지층(27)으로 형성시킨 것으로, 그 두께를 각각 1, 2, 3.5 및 5nm로 제작하여 열처리 시간에 따른 MR 비를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. 여기서 살펴보면, 상지층(27)의 두께가 얇을 수록 MR 비 값은 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 그리고, 상지층(27)의 두께가 두꺼울 수록 열처리 시간에 따른 MR 값의 감소가 조금씩 나타나며, 가장 얇은 1, 2nm의 경우 안정된 MR 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 4b는 ZrAl을 상지층(27)으로 형성시킨 것으로, 그 두께를 상기 도 4a와 마찬가지로 1, 2, 3.5 및 5nm로 제작하여 열처리 시간에 따른 MR 비를 측정하여 그래프로 나타낸 것이다. 상지층(27)으로 ZrAl을 사용한 경우에도 상지층(27)의 두께가 얇을 수록 MR 비 값은 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 그리고, 상지층(27)의 두께가 두꺼울 수록 열처리 시간에 따른 MR 값의 감소가 조금씩 나타나며, 가장 얇은 1 및 2nm의 경우 극히 안정된 MR 값을 계속적으로 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 4c는 CoNbZr을 상지층(27)으로 형성시킨 스핀 밸브형 자기 저항 소자를 열처리한 것에 관한 그래프로서, 상지층의 두께를 상기 도 4a와 마찬가지로 1, 2, 3.5 및 5nm로 제작하였다. 상지층(27)으로 CoNbZr을 사용한 경우에도 상지층(27)의 두께가 얇을 수록 MR 비 값은 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 그리고, 상지층(27) 의 두께가 두꺼울 수록 열처리 시간에 따른 MR 값의 감소가 조금씩 나타나며, 가장 얇은 1 및 2nm의 경우 극히 안정된 MR 값을 계속적으로 나타내는 것을 확인할 수 있다.
본 발명자가 수많은 실험을 실시한 결과, 상지층(27)의 경우 0.5nm 이하로 정확한 두께를 조절하는 것은 용이하지 않으며, 또한 너무 얇은 경우 그 하부의 자기 저항 구조체 표면에 산화층이 생길 여기가 있어 최소한 0.5nm 이상의 두께로 상지층(27)을 형성시키는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
이상, 본 발명에 대해 바람직한 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 상술한 실시예의 구성으로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 자성층을 포함하는 다양한 종류의 자기 저항 소자에 적용될 수 있다. 즉, GMR, TMR 구조를 지니는 자기 저항 헤드 뿐만 아니라, MRAM 등의 자기 메모리 분야에도 자기 저항 구조체의 상지층을 5nm 이하, 가장 바람직하게는 0.5 내지 2nm의 두께로 형성시켜, 우수한 특성을 나타내는 자기 저항 구조체를 형성시킬 수 있다.
여기서, 상기 제 1실시예의 자기 저항 소자에 있어서, 제 1강자성층(23)과 제 2자성층(25)은 CoFe합금에 의해 형성되고, 스페이서층(24)은 Cu에 의해 형성되며, 반강자성층(26)은 IrMn합금에 의해 형성된 것으로 설명하였으나, 제 1강자성층(23)과 스페이서층(24)과 제 2자성층(25)과 반강자성층(26)은 이미 알려져 있는 다른 재료들에 의해 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자기저항소자는, 저기 저항 구조 체 상에 5nm 이하의 두께로 형성된 상지층을 형성시킴으로써, 고온 공정에서의 발생할 수 있는 자기 저항 구조체 내부의 Mn 원소 등의 확산을 효과적으로 방지함으로써 MR 비 등의 소자 특성치의 저하를 방지하여, 우수한 성능을 유지할 수 있는 자기 저항 소자를 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서,
    자장의 인가에 의해 자화 방향이 변경 가능한 제 1강자성층;
    상기 제 1강자성층 상에 형성된 비자성의 스페이서층;
    상기 스페이서층 상에 형성되며 자화 방향이 고정된 제 2강자성층;
    상기 제 2강자성층 상에 형성되며, 상기 자성층의 자화 방향을 고정시키는 반강자성층; 및
    상기 반강자성층 상에 형성되며 5nm 이하의 두께를 가지는 상지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상지층은 0.5 내지 2nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상지층은 Ta을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상지층은 비정질 ZrxAl1-x(0<x<1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 상지층은 CoNbZr을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 강자성층 하부에 형성된 하지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 하지층과 상기 제 1강자성층 사이에 형성된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 반강자성층은 Mn을 포함하는 합금에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 자기저항소자.
  10. 자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서,
    자장의 인가에 의해 자화 방향이 변경 가능한 제 1강자성층;
    상기 제 1강자성층 상에 형성된 터널 장벽층;
    상기 터널 장벽층 상에 형성되며 자화 방향이 고정된 제 2강자성층;
    상기 제 2강자성층 상에 형성되며, 상기 자성층의 자화 방향을 고정시키는 반강자성층; 및
    상기 반강자성층 상에 형성되며 5nm 이하의 두께를 가지는 상지층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1강자성층 하부에 형성된 하지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 하지층과 상기 제 1강자성층 사이에 형성된 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 반강자성층은 Mn을 포함하는 합금에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 자기저항소자.
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