KR100773544B1 - 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자에 관한 것이다. 기판, 상기 기판 상에 형성된 하지층 및 상기 하지층 상에 형성된 자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서, 상기 자기 저항 구조체는 반강자성층, 제 1자성층 및 제 2자성층을 포함하고, 상기 하지층 및 상기 반강자성층 사이에 확산 방지층;이 형성된 자기 저항 소자를 제공한다. 자기 저항 소자의 형성시 고온 공정 또는, 사용시 고온으로 가열되는 경우, 주요 성분의 확산을 방지하여 그 자기적인 특성을 안정적으로 유지할 수 있다.
Description
도 1은 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 실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명에 의한 자기 저항 소자를 TMR 구조에 적용한 실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4a는 확산 방지층을 포함하지 않은 자기 저항 소자의 as-depo 상태에서의 M-H 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4b는 확산 방지층을 포함하지 않은 자기 저항 소자에 대해 섭씨 600도에서 32.5초간 열처리를 한 뒤 M-H 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 의한 자기 저항 소자의 as-depo 상태에서의 M-H 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 자기 저항 소자에 대해 섭씨 600도에서 32.5초간 열처리를 한 뒤 M-H 특성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6a는 확산 방지층을 포함하지 않은 시편에 대해 섭씨 600도에서 열처리한 뒤 SIMS로 조성 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6b는 확산 방지층이 삽입된 시편에 대해 섭씨 600도에서 열처리한 뒤 SIMS로 조성 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11... 기판 12, 21... 하지층
13, 23... 반강자성층 14, 24... 제 1강자성층
15, 25, 25'... 비자성층 16, 26... 제 2강자성층
17... 상지층 22... 확산 방지층
본 발명은 자기 저항 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 저항 소자의 형성시 고온 열처리 과정에서 자성층의 물질이 확산을 함으로써 발생하는 자기적 특성 열화 현상을 방지하기 위하여 하지층 및 반강자성층 사이에 확산 제어층을 도입한 자기 저항 소자에 관한 것이다.
현재 박막 증착 기술 및 표면 처리 기술 등 미세 구조에 관한 공정 기술이 급속히 발달하고 있다. 이에 따라 전자 스핀 간의 교환 상호 작용 거리인 수 nm 두께에서 자성 박막을 정밀하게 성장시킬 수 있게 되었고, 따라서 초소형 소자를 제작하는 것이 가능해졌다. 따라서, 수 마이크로 미터 이상의 두께를 지닌 자성 물질 에서는 관찰할 수 없었던 여러 현상들이 발견되었고 이를 가전 제품 및 산업 부품 등에 응용하는 단계에 이르렀다. 자기 저항 소자는 예를 들어, 초고밀도의 정보 저장 장치에 정보를 기록하는 자기 기록용 헤드, 미디어, MRAM(Magnetic Random Acess Memory : 자기 메모리) 등에 널리 이용되고 있다.
종래로부터 자기 저항 소자는 거대 자기 저항 소자와 터널링 자기 저항 소자가 널리 연구되고 있다. 거대 자기 저항은 전자가 자성층을 통과할 때, 두 자성층의 자화 배열에 따라 저항값이 변화하는 것을 응용한 것으로, 이는 스핀 의존 산란(spin dependent)로 설명 가능하다. 그리고 터널링 자기 저항 현상은 두 자성층 사이에 절연체가 존재하는 구조에서 강자성체의 상대적인 자화 방향에 따라 터널링 전류가 달라지는 현상을 일컫는다. 터널링 자기 저항 소자는 강자성체의 상대적인 자화 방향에 따라 터널링 전류가 달라지는 현상인 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction) 원리를 이용한 것이다.
종래 기술에 의한 일반적인 자기 저항 소자, 예를 들어 헤드의 구조를 도 1에 나타내었다. 도 1은 GMR 헤드 또는 TMR 헤드에 모두 해당 될 수 있도록 일반적인 형태로 나타내었다.
도 1을 참조하면, Si 웨이퍼 등의 기판(11) 상에 하지층(12), 반강자성층(13), 제 1강자성층(14), 비자성층(15), 제 2강자성층(16) 및 상지층(17)이 순차적으로 형성된 구조를 가진다.
여기서, 하지층(12)은 일반적으로 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며, 통상 Ta로 형성시킨다. 반강자성층(13)은 주로, Mn을 포함하는 합금으로 이루어진 다. 예컨대 IrMn합금, FeMn합금, NiMn합금 등에 형성된다. 제 1강자성층(14)은 통상 CoFe합금 등의 강자성체에 의해 형성되며, 반강자성층(13)에 의해 스핀 배열이 고정되므로 통상 고정층으로 칭해진다. 비자성층(15)은 GMR 소자에서는 Cu 등으로 형성된 스페이서층이며, TMR 소자에서는 Al2O3 또는 Mgo 등으로 형성된 터널링 장벽층이 될 수 있다. 제 2강자성층(16)은 제 1강자성층(14)과 같은 강자성 물질로 형성될 수 있으며, 인가되는 자장에 의해 자화 방향이 변화될 수 있어 자유층이라 한다. 여기서, 반강자성층(13), 제 1강자성층(14), 비자성층(15) 및 제 2강자성층(16)을 모두 센서부라 칭할 수 있다. 상지층(17)은 그 하부에 형성된 센서부 등을 보호하는 기능을 하며, 주로 Ta에 의해 이루어진다.
도 1에 나타낸 자기 저항 소자가 자기 저항 헤드로 사용되는 경우의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다. 자기 저항 소자에 외부 자장이 인가되면, 제 1강자성층(14)의 자화 방향에 대한 제1강자성층(16)의 자화 방향이 변한다. 그 결과, 제 1강자성층(14)과 제 2강자성층(16) 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(14)과 상기 제 2강자성층(16) 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 1에 나타낸 바와 같은 자기 저항 소자의 경우, 그 제조 과정 및 사용 중에, 고온의 열이 가해지는 경우가 있다. 예를 들어, 스핀들 모터의 고속 회전에 의한 온도 상승, 절연체 증착시 고온 공정 또는 MRAM 제조 공정시 회로의 메탈라이제이션을 위한 고온 열처리 공정 등이 있다. 즉, 자기 저항 소자를 사용 중에는 외부 전류에 의해 대략 섭씨 약 150도까지 가열되며, 순간적으로 과열되는 경우에는 그 이상의 온도에 이르기도 한다 또한, 제조 과정에서는 사용 중에 가해지는 온도보다 더 높은 섭씨 약 300도 이상의 열이 가해지게 된다.
이와 같이 자기 저항 소자가 고온으로 가열되면, 각 층의 원자들의 운동이 활발해져서 인접된 층들 사이에서의 원자들의 상호 확산(interdiffusion)이나 상호 믹싱(intermixing) 등이 발생하게 된다. 이와 같은 상호 확산이나 상호 믹싱 현상 자기 저항 소자의 각 층들의 계면의 거칠기와 결정립의 크기 등에 의해 크게 영향을 받게 된다. 또한, 결정적으로는 상호 확산이나 상호 믹싱에 의해 자기 저항비나 교환 결합력 등의 주요 특성이 저하되는 경우도 있다. 특히 반강자성층(13)을 구성하는 Mn의 경우 계면을 넘어 확산이 잘되어 자기 저항 소자 자체의 자기적 특성이 저하되는 요인이 되기도 한다.
그런데 상술한 바와 같은 종래 구성의 자기 저항 소자는 고온으로 가열되는 경우, 상호 확산 및 상호 믹싱이 매우 활발하게 진행되므로 상기 자기 저항비나 교환 결합력 등의 주요 특성치의 감소량이 매우 커지게 된다. 또한 사용 중에 자기정보를 정확하게 감지하지 못하는 경우가 발생된다. 특히, 고밀도의 자기 기록 매체의 경우에는 그 자기 기록 매체로부터 인가되는 자장이 작아지게 되므로, 상술한 바와 같은 문제점이 더욱 심해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온의 제조 과정 또는 사용 환경을 거치는 경우에도 자기 저항비 등의 자기 저항 소자의 자기적 특성을 안정적으로 유지될 수 있으며, 저항 소자 등의 전반에 걸쳐 널리 응용시킬 수 있는 자기 저항 소자의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,
기판, 상기 기판 상에 형성된 하지층 및 상기 하지층 상에 형성된 자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서,
상기 자기 저항 구조체는 반강자성층, 제 1자성층 및 제 2자성층을 포함하고, 상기 하지층 및 상기 반강자성층 사이에 확산 방지층;이 형성된 자기 저항 소자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 확산 방지층은 Ru을 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 자기 저항 구조체는,
반강자성층;
상기 반강자성층 상에 형성되며, 상기 반강자성층에 의해 자화 방향이 고정되는 제 1강자성층;
상기 제 1강자성층 상에 형성된 비자성의 스페이서층; 및
상기 스페이서층 상에 형성되며 자화 방향이 변경 가능한 제 2강자성층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반강자성층은 Mn을 포함하는 합금에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 자기 저항 구조체는,
반강자성층;
상기 반강자성층의 상부에 형성되며, 상기 반강자성층에 의해 자화 방향이 고정된 제 1강자성층;
상기 제 1강자성층 상에 형성된 터널링 장벽층; 및
상기 터널링 장벽층층 상에 형성되며, 자장의 인가에 의해 자화 방향이 변경 가능한 제 2강자성층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반강자성층은 Mn을 포함하는 합금에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 하지층은 시드층으로 형성된 단일층이거나, 시드층 및 버퍼층을 포함하는 다층막 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 시드층은 Ta나 Ta 합금으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 버퍼층은 Ta/Ru 화합물 또는 NiFeCr로 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 확산 제어층을 포함하는 자기 저항 소자에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 참고로 도면에 나타낸 각 층의 두께는 설명을 위하여 다소 과장되었음을 명심하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 확산 제어층을 포함하는 자기 저항 소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 확산 제어층을 포함하는 자기 저항 소자는 기판(미도시) 상에 하지층(21), 확산 방지층 및 자기 저항 구조체(20)가 포함된다. 여기서, 자기 저항 구조체(20)는 자기 저항 소자가 구체적으로 자기 저항 헤드인 경우에는 센서부가 될 것이고, MRAM 등 메모리 소자인 경우에는 메모리부가 될 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같은 자기 저항 소자는 구체적으로 GMR 구조가 될 수 있고, 또한 TMR 구조가 될 수 있으며, 따라서, 도 3a에는 GMR 구조에 적용한 스핀 밸브형 자기 저항 소자의 실시예를 나타내었고, 도 3b에는 TMR 구조에 적용한 실시예를 나타내었다. 도 3a 및 도 3b는 스핀 밸브(spin valve type)형 자기 저항 소자를 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 기판(미도시) 상에 하지층(21), 확산 방지층(22), 반강자성층(23), 제 1강자성층(24), 스페이서층(25) 및 제 2강자성층(26)이 순차적으로 형성된 구조를 나타내었다. 여기서 하지층(22)은 선택적으로 시드층 및 버퍼층을 포함하는 다층으로 형성시킬 수 있다. 또한, 제 2강자성(26) 상에는 상지층을 더 포함할 수 있다.
기판은 일반적인 자기 저항 소자에 사용되는 것이면 제한 없이 사용될 수 있 다. 예를 들어, Si 기판을 사용하며, Si 기판 상부를 산화시켜 그 표면에 SiO2를 형성시켜 사용할 수 있다. 하지층(21)은 시드층의 단일층 또는 시드층 및 버퍼층을 모두 포함한 다층 구조로 형성될 수 있다. 시드층 및 버퍼층은 그 상부에 형성될 자성층의 성장을 위한 것이다. 구체적으로 형성 물질을 살펴보면, 예를 들어 시드층은 Ta나 Ta 합금 등으로 형성시킬 수 있으며, 버퍼층은 Ta/Ru 화합물 또는 NiFeCr 등으로 형성시킬 수 있다.
본 발명의 특징인 확산 방지층(22)은 버퍼층 또는 반강자성층(23)을 구성하는 전이 금속 물질(Mn, Fe, Co 또는 Ni 등)의 확산을 방지하기 위해서 도입된 것으로, 상부에 형성되는 반강자성층(23)의 성장에 악영향을 미치지 않는 비자성 재료로 형성시키는 것이 바람직하다. 구체적으로 Ru와 같은 물질을 수 nm 내지 수십 nm 두께로 형성할 수 있다. 자성층을 구성하는 성분들이 계면을 넘어 확산하는 경우에는, 자기 이력 곡선의 변형을 일으켜 결과적으로 수직 자기 기록 매체의 기록 특성을 저하시킨다. 따라서, 확산 방지층(22)을 도입함으로써 수직 자기 기록 매체의 기록 특성을 고온 열처리 공정을 거치는 경우에도 유지할 수 있는 장점이 있다. 이에 대해서는 후술 과정에서 상세히 살펴보도록 한다.
반강자성층(23)은 그 상부에 형성되는 제 1강자성(24)의 자화 방향을 고정하는 역할을 한다. 이와 같은 반강자성층(23)은 IrMn과 같은 Mn계 화합물로 형성시킬 수 있다. 제 1강자성층(24) 및 제 2강자성층(26)은 CoFe, NiFe 등 강자성 물질로 형성시킬 수 있다. 스페이서층(25)은 Cu 등의 비자성 물질로 형성시킬 수 있다.
도 3b를 참조하면, 기판(미도시) 상에 하지층(21), 확산 방지층(22), 반강자성층(23), 제 1강자성층(24), 터널링 장벽층(25') 및 제 2강자성층(26)이 순차적으로 형성된 구조를 나타내었다. 하지층(22)은 선택적으로 시드층 및 버퍼층을 포함하는 다층으로 형성시킬 수 있으며, 제 2강자성(26) 상에는 상지층을 더 포함할 수 있다.
기판은 일반적인 자기 저항 소자에 사용되는 것이면 제한 없이 사용될 수 있으며, Si 기판을 사용하며, Si 기판 상부를 산화시켜 그 표면에 SiO2를 형성시켜 사용할 수 있다. 하지층(21)은 시드층의 단일층 또는 시드층 및 버퍼층을 모두 포함한 다층 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어 시드층은 Ta나 Ta 합금 등으로 형성시킬 수 있으며, 버퍼층은 Ta/Ru 화합물 또는 NiFeCr 등으로 형성시킬 수 있다. 확산 방지층(22)은 버퍼층 또는 반강자성층(23)을 구성하는 전이 금속 물질(Mn, Fe, Co 또는 Ni 등)의 확산을 방지하기 위해서 도입된 것으로, 상부에 형성되는 반강자성층(23)의 성장에 악영향을 미치지 않는 비자성 재료로 형성시키는 것이 바람직하다. 구체적으로 Ru와 같은 물질을 수 nm 내지 수십 nm 두께로 형성할 수 있다. 반강자성층(23)은 그 상부에 형성되는 제 1강자성(24)의 자화 방향을 고정하는 역할을 한다. 이와 같은 반강자성층(23)은 IrMn과 같은 Mn계 화합물로 형성시킬 수 있다. 제 1강자성층(24) 및 제 2강자성층(26)은 CoFe, NiFe 등 강자성 물질로 형성시킬 수 있다. 터널링 장벽층(25')은 Al2O3 또는 MgO와 같은 비자성 물질로 형성시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 확산 제어층을 포함하는 자기 저항 소자의 제조 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서는 상기 도 3a와 같은 GMR 구조의 자기 저항 소자를 스퍼터링 공정에 의해 형성시키는 경우를 개략적으로 설명한다.
먼저 Si 등의 기판을 마련하며, 선택적으로 기판 표면에 소정 두께의 산화막을 형성시킨다. 그리고, 기판 상에 하지층(21)을 형성하기 위하여 시드층으로 Ta를 형성시키고, 그 상부에 선택적으로 버퍼층을 형성시킨다. 합금 형태의 물질을 증착시키는 경우에는 합금 타겟으로 증착하거나 또는 개별 타겟을 반응 챔버 내부에 장착하여 코스퍼터링으로 증착할 수 있다. 그리고, 하지층(21) 상부에 Ru를 수 nm 내지 수십 nm 두께로 증착하여 확산 방지층(22)을 형성시킨다. 그리고, 확산 방지층(22) 상에 반강자성층(23), 제 1강자성층(24), 스페이서층(25) 및 제 2강자성층(26)을 순차적으로 형성시킨다. 이와 같은 자기 저항 소자의 제조 공정은 종래 기술에 의한 일반적인 제조 방법을 그대로 적용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 확산 방지층을 포함하지 않은 자기 저항 소자에 대해, 각각 as-depo 상태 및 섭씨 600도의 분위기 하에서 32.5초간 열처리를 한 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서 측정 대상으로 사용된 시편은 확산 방지층을 포함하지 않은 수직 자기 기록 매체로서, 글래스 기판 상에 약 5nm 두께의 Ta 시드층을 형성하고, 시드층 상부에 약 5nm 두께의 NiFeCr 버퍼층을 형성시켰다. 그리고, 버퍼층 상에 10nm의 IrMn 반강자성층을 형성시키고 그 상부에 CoZrNb를 약 40nm 두께로 형성시킨 것이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 확산 방지층을 포함하지 않은 자기 저항 소자의 경우에는 열처리를 하지 않은 as-depo 상태의 경우 교환 결합력(Hex)이 35 Oe 였으나, 섭씨 600도의 분위기 하에서 열처리를 한 경우에는 교환 결합력(Hex)이 0 Oe로 크게 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이는 반강자성층의 Mn과 그 하부의 버퍼층의 Co 등과 같은 물질이 다른 층으로 확산하여 자기 저항 소자 자체의 특성을 악화시키게 된다. 따라서, 확산 방지층을 형성하지 않은 자기 저항 소자의 경우, 열적으로 매우 불안정한 것을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자에 대해, 각각 as-depo 상태 및 섭씨 600도의 분위기 하에서 32.5초간 열처리를 한 상태에서의 M-H 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서 측정 대상으로 사용된 시편은 확산 방지층을 포함하는 수직 자기 기록 매체로서, 글래스 기판 상에 약 5nm 두께의 Ta 시드층을 형성하고, 시드층 상부에 약 5nm 두께의 NiFeCr 버퍼층을 형성시켰다. 그리고, 버퍼층 상에 10nm 두께의 Ru 확산 방지층 및 10nm의 IrMn 반강자성층을 형성시키고 그 상부에 CoZrNb를 약 40nm 두께로 형성시킨 것이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자의 경우에는 열처리를 하지 않은 as-depo 상태에서 교환 결합력(Hex)이 45 Oe 였으나, 섭씨 600도의 분위기 하에서 열처리를 한 경우에는 교환 결합력(Hex)이 24 Oe였다. 비록 교환 결합력 자체는 감소하였으나, 확산 방지층을 형성하지 않은 경우에 비해 교환 결합력은 어느 정도 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 6a는 종래 기술에 의한 확산 방지층을 포함하지 않은 자기 저항 소자를 형성하고, 섭씨 600도의 분위기 하에서 열처리한 뒤 SIMS로 조성 분포를 측정한 결 과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 4b의 측정 대상 시편에 대해 그 조성 분포를 측정한 것이다.
도 6a를 참조하면, 전반적으로 열처리에 의해 각 원소들의 확산이 활발하며, 특히 가로축 1500s에서 가장 높은 픽을 나타내는 Mn의 경우 확산에 의해 다른 층에서도 높은 조성 분포를 유지하고 있는 것을 알 수 있다.
도 6b는 확산 방지층이 삽입된 자기 저항 소자를 포함하는 수직 자기 기록 매체를 형성한 후 섭씨 600도의 분위기 하에서 열처리한 뒤 SIMS로 조성 분포를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 5b의 측정 대상 시편에 대해 그 조성 분포를 측정한 것이다.
도 6b를 참조하면, 전반적으로 도 6a의 결과에 비해 각 원소들의 확산이 크게 줄어든 것을 알 수 있다. 특히, Mn의 경우에는 도 6a의 결과와 비교하여 확연히 차이가 날 정도로 그 분포가 줄어들었으며, 기타 Fe, Co 및 Ni의 경우에도 전반적으로 낮은 확산 분포를 가지는 것을 확인할 수 있다. 특히, Mn 및 Cr의 경우에는 확산 방지층의 유무에 따라 열처리를 하는 경우 거의 1/10 정도의 확산이 줄어들게 되는 것을 알 수 있다. 확산 방지층의 도입에 의해 자성층을 구성하는 금속들의 확산이 방지되며, 결과적으로 열적 안정성이 확보될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자기저항소자는, 하지층 및 반강자성층 사이에 확산 방지층을 도입함으로써 자기 저항 소자의 형성시 고온 공정 또는, 사용시 고온으로 가열되는 경우, 주요 성분의 확산을 방지하여 그 자기적인 특성을 안정적으로 유지하는 효과가 있다.
Claims (9)
- 기판, 상기 기판 상에 형성된 하지층 및 상기 하지층 상에 형성된 자기 저항 구조체를 포함하는 자기 저항 소자에 있어서,상기 자기 저항 구조체는 반강자성층, 제 1자성층 및 제 2자성층을 포함하고, 상기 하지층 및 상기 반강자성층 사이에 확산 방지층;이 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
- 제 1항에 있어서,상기 확산 방지층은 Ru을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
- 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기 저항 구조체는,반강자성층;상기 반강자성층 상에 형성되며, 상기 반강자성층에 의해 자화 방향이 고정되는 제 1강자성층;상기 제 1강자성층 상에 형성된 비자성의 스페이서층; 및상기 스페이서층 상에 형성되며 자화 방향이 변경 가능한 제 2강자성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
- 제 3항에 있어서,상기 반강자성층은 Mn을 포함하는 합금에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
- 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기 저항 구조체는,반강자성층;상기 반강자성층의 상부에 형성되며, 상기 반강자성층에 의해 자화 방향이 고정된 제 1강자성층;상기 제 1강자성층 상에 형성된 터널링 장벽층; 및상기 터널링 장벽층층 상에 형성되며, 자장의 인가에 의해 자화 방향이 변경 가능한 제 2강자성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
- 제 5항에 있어서,상기 반강자성층은 Mn을 포함하는 합금에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
- 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,상기 하지층은 시드층으로 형성된 단일층이거나, 시드층 및 버퍼층을 포함하 는 다층막 형태인 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
- 제 7항에 있어서,상기 시드층은 Ta나 Ta 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
- 제 7항에 있어서,상기 버퍼층은 Ta/Ru 화합물 또는 NiFeCr로 형성된 것을 특징으로 하는 확산 방지층을 포함하는 자기 저항 소자.
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