KR20020077797A

KR20020077797A - 자기 저항 효과 소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20020077797A
Application number: KR1020020003617A
Authority: KR
Inventors: 히라모토마사요시; 오다가와아키히로; 마츠카와노조무; 이이지마겐지; 사카키마히로시
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2002-10-14
Also published as: US7042686B2; DE10202103A1; CN1367544A; US6771473B2; US20020191355A1; US20040228046A1

Abstract

본 발명은 중간층과, 상기 중간층을 끼워 지지하는 한쌍의 자성층을 포함하고, 상기 중간층이 2∼17족에서 선택되는 적어도 3종의 원소를 포함하며, 상기 원소가 F, O, N, C 및 B에서 선택되는 적어도 l종을 포함하는 자기 저항 효과 소자를 제공한다. 본 발명에 의하면, 높은 자기 저항 변화율과 낮은 저항을 가지는 중간층을 형성할 수 있다. 본 발명은 전구체(前驅體)를 성막하는 공정과, 산소원자, 질소원자 및 탄소원자에서 선택되는 적어도 한개의 반응종을 함유하는 반응 분위기에서 상기 전구체를 상기 반응종과 반응시켜 상기 중간층의 적어도 일부로 하는 공정을 포함하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법도 제공한다.

Description

자기 저항 효과 소자 및 그 제조방법{Magnetoresistance effect device and method for manufacturing the same}

본 발명은 자기 저항 효과 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자성체/터널 절연층(터널층)/자성체를 기본구성으로 하는 TMR 소자에 의해 높은 자기저항 변화율(MR비)을 실현할 수 있는 것이 알려진 이래, 자기 헤드, MRAM 등의 응용을 위해, TMR 소자에 대해 활발한 연구가 행해지고 있다.

TMR 소자는 터널층이 개재된 2개의 자성체의 자화(磁化) 상대각에 의해, 자성체 사이의 터널 확률이 변화하는 것을 이용하고 있다. 터널층으로는 주로 산화알루미늄이 이용되고 있다. 일반적으로, 산화알루미늄은 자성체상에 형성된 금속알루미늄막을 산화하여 형성된다. 예외적으로, 질화붕소(BN)로 산화알루미늄 이상의 TMR 소자를 제작한 예가 보고되어 있지만(특개평 4-103013호 공보), 그 이외 많은 연구예를 참고로 하면, 현재 시점에서 산화알루미늄이 가장 큰 MR을 표시한다고 생각된다.

TMR 소자를 자기 헤드, MRAM 등의 자기 디바이스에 이용하기 위해서는 자기 기록밀도나 메모리 설치 밀도의 향상 요청으로부터, 소자 사이즈를 작게 하는 것이 바람직하다. 소자 사이즈의 감소에 따라 터널 접합 저항은 상승하므로, 단위면적당 접합 저항치는 작은 쪽이 좋다. 접합 저항치를 저하시키는 유효한 방법의 하나는 터널층의 막 두께 감소이다. 그러나, 금속알루미늄막을 박막화하면, 알루미늄이 섬 형상으로 형성되어, 터널층 두께의 편차가 커지고, 결국 막의 제작이 곤란해진다.

터널층의 박막화를 진행시켜 가면, MR비도 저하한다. 이는 터널층이 얇아짐에 따라 소위 오렌지필 효과에 의해 터널층을 통한 자성층사이의 정자(靜磁) 결합이나 터널교환 결합이 강하게 되어, 자성층사이의 바람직한 자화 상대각을 얻을 수 없게 되어, 리크 전류가 증대하는 것으로 생각된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 새로운 중간층 및 중간층의 새로운 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 자기 저항 효과 소자는 중간층과, 이 중간층을 끼워 지지하는 한쌍의 자성층을 가지고, 상기 중간층이 2∼17족에서 선택되는 적어도 3종의 원소를 포함하고, 이 원소가 F, O, N, C 및 B에서 선택되는 적어도 l 종을 포함하는 것을 특징으로 한다.

2∼17족은 구 IUPAC 명명법에 근거하면, IIA∼UII족 및 IB∼VIIB족에 상당한다. 2∼17족에는 1족 및 18족을 제외하는 모든 원소가 포함되고, 예컨대 란탄족(lanthanoid)이라고 불리는 원자 번호 57∼71의 원소도 포함된다.

본 발명은 중간층과 이 중간층을 끼워 지지하는 한쌍의 자성층을 가지는 자기 저항 효과 소자의 제조방법도 제공한다. 이 제조방법은 중간층의 전구체를 형성하는 공정과, 산소원자, 질소원자 및 탄소원자에서 선택되는 적어도 1개를 함유하는 반응종을 함유하는 반응 분위기에서, 상기 전구체를 상기 반응종과 반응시켜 상기 중간층의 적어도 일부로 하는 공정을 포함한다. 이 제조방법에서 후술하는 바와같이 전구체를 다수회로 나누어 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우는 먼저 형성한 전구체를 중간층의 일부로 변화시키고 나서, 다시 별도의 전구체를 형성하면 된다.

도1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 구성예를 도시하는 도면,

도2는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 다른 구성예를 도시하는 도면,

도3은 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 일례를 도시하는 단면도,

도4는 A1막의 막 두께에 대한 규격화 저항치(RA)의 변화의 예를 도시하는 도면,

도5는 A1막의 막 두께에 대한 MR치의 변화의 예를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다.

중간층에 포함되는 F, O, N, C 및 B에서 선택된 적어도 1종의 원소는 소자의 내열성 향상에 효과가 있다. 내열성의 향상은 MR비의 향상을 가져온다. 상기 원소는 동시에 장벽 높이의 상승을 초래하지만, 본 발명에서는 중간층에 이 원소를 포함하는 적어도 3종의 원소를 포함시킴으로써, 장벽 높이(배리어 높이)를 적절하게 낮게 했다. 따라서, 높은 MR비와 낮은 접합 저항을 실현할 수 있다.

중간층은 막 두께 방향에 대해서는 절연체 또는 반도체로서 기능하고, 또한 터널층 또는 핫 일렉트론 도전층으로서 기능한다. 중간층은 자성층과의 계면 근방 또는 중간층 내부에서 양자 준위를 형성하는 것, 혹은 전도 스핀과 혼성 궤도를 형성하는 것 등에 의해, 스핀과 상호 작용하는 층으로 이용해도 된다.

중간층은 Al 이외의 금속원소를 포함하고 있어도 되고, 이 금속원소와 함께 Al을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 별도의 바람직한 형태로는 중간층은 F, O, C, N 및 B 이외이고 2∼17족에서 선택되는 적어도 2종의 원소를 포함한다.

중간층은 A1과 O 및 N에서 선택되는 적어도 하나와, Al, O 및 N에서 선택되는 적어도 하나와, Al, O 및 N 이외이고 2∼17족에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함해도 된다.

다른 바람직한 형태에서 중간층은 B와 N과 B 및 N이외이고 2∼17족에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함한다.

중간층은 B, Al, Ga 및 In에서 선택되는 적어도 2종과, N을 포함하는 것이 바람직하다. 이 중간층에서 질소량을 화학량론으로 조정하기 쉽다. 따라서, 균질한 막질의 터널 접합이 실현되기 쉬워진다.

중간층의 조성은 막 두께 방향에 따라 변화해도 된다. 중간층은 단층막이거나 다층막이어도 상관없다. 중간층의 조성 변조는 반응 분위기의 변화 등에 의해 단층막의 내부에 도입된 것이어도 되고, 상호 다른 조성을 가지는 막의 다층 구조에 의해 도입된 것이어도 된다. 다층 구조를 가지는 경우, 상기 각 원소는 중간층을 구성하는 적어도 하나의 막에 포함되어 있으면 된다.

조성 변조 또는 다층 구조를 가지는 중간층을 이용하면, 바이어스 전류의 증가에 따르는 MR비의 저하가 억제된다.

본 발명의 바람직한 형태에서 중간층은 장벽높이가 서로 다른 2개의 막을 포함한다. 중간층이 한쌍의 자성층중 어느 한쪽에 접하는 제1 중간막과, 한쌍의 자성층의 다른쪽에 접하는 제2 중간막과, 이들 중간막에 끼워 지지된 제3 중간막을 포함하는 경우는 제3 중간막의 장벽높이를 제1 중간막의 장벽 높이 및 제2 중간막의 장벽 높이에서 선택되는 적어도 한쪽보다 낮게 설정하면 좋다. 바꾸어 말하면, 상대적으로 높은 장벽 높이를 가지는 재료가 자성층과의 계면에 배치되고, 중간층의 내부에는 상대적으로 낮은 장벽 높이를 가지는 재료가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 바람직한 배치를 실현할 수 있으면, 층을 구성하는 막의 수에 한정은 없다.

중간층이 다층막인 경우, 중간층의 바람직한 예에는 AlN, AlON, Al₂O₃및 BN에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 장벽 높이가 상대적으로 높은 제1막과, 제1막보다 장벽높이가 상대적으로 낮은 제2막의 조합이 포함된다. 고 장벽막/저 장벽막/고 장벽막의 3층 구성이 특히 바람직하다. 이 경우, 저 장벽막에는 이산(離散)적인 터널 준위가 형성되고, 이 준위가 MR비의 향상에 기여한다고 생각된다.

중간층은 자성막을 포함하고 있어도 된다. 이 경우는 자성막과, 중간층을 끼워 지지하는 한쌍의 자성층과의 사이에, 각각, 적어도 1층의 비자성막이 개재되어 있는 것이 바람직하다. 자성막으로는 고 분극율의 재료(예컨대 한쌍의 자성층을 구성하는 재료보다도 분극율이 높은 재료)가 바람직하고, 구체적으로는 하프 메탈, 예컨대 XMnSb(X는 Ni, Cu 및 Pt에서 선택되는 적어도 l종, 이하 동일), LaSrMnO, CrO₂, Fe₃O₄등이 적합하다.

중간층은 비자성 금속막을 포함하고 있어도 된다. 중간층의 바람직한 막 구성에는 비자성 금속막과 유전체를 포함하는 다층막이 포함된다.

중간층의 막 두께는 특별히 제한되지 않지만, 0.5nm 이상 5nm 이하가 적합하다. 0.5nm보다 얇아지면, 중간층을 끼우는 자성층사이의 자기적 결합이 강하게 되어 MR치가 저하한다. 5nm을 넘으면, 터널 확률이 저하하여 접합 저항이 지나치게 커진다.

중간층은 단결정막, 다결정막, 비정질막 중 어느것을 포함해도 된다. 단결정막을 이용하면, 층내의 포텐셜이 똑같이 되어 균질한 터널 전도가 생기기 쉽다. 비정질막을 이용하면, 자성층과의 사이의 응력을 저감할 수 있다.

자성층에는 종래 이용되었던 재료를 특별히 제한없이 사용할 수 있지만, 한쌍의 자성층의 적어도 한쪽이 F, O, N, C 및 B에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 자성층과 중간층의 계면 에너지가 저하하므로, 박막화되어도 안정된 막을 형성하기 쉽게 되기 때문이다.

한쌍의 자성층의 적어도 한쪽과 중간층과의 사이에, 강 자성체가 개재되어 있어도 된다. 이 강 자성체는 0.5nm 이하의 강 자성막인 것이 바람직하다. 이 강 자성층은 예컨대 0.1nm 이상의 막으로서 형성하면 되지만, 반드시 막으로서 형성할필요는 없고, 중간층과의 계면에 미립자로서 분산시켜도 된다.

중간층과의 계면에 개재시키는 강 자성체로는 ① Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 강 자성체, 또는 ② 하프 메탈이 바람직하다. 하프 메탈이 바람직한 예에는 XMnSb, LaSrMn0, LaSrMnO, CrO₂, Fe₃O₄및 FeCr 등의 하프 메탈 강 자성재료가 포함된다.

이 강 자성체와 중간층과 반대측의 면에서 접하는 자성층에는 Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 적어도 1종을 70원자% 이상 포함하는 강 자성체가 적합하다. 이 강 자성체의 퀴리 온도는 200℃ 이상이 바람직하다. 퀴리 온도를 높게 유지하기 위해, 이 자성층은 0.5nm보다 두껍게 하면 좋다. 이에 따라, 특별히 개재하는 강 자성체가 하프 메탈인 경우에는 소자의 온도 안정성이 향상된다.

다음에, 본 발명의 제조방법의 바람직한 형태에 대해 설명한다. 이 방법에서는 전구체를 산소원자, 질소원자 및 탄소원자에서 선택되는 적어도 하나의 반응종을 함유하는 반응 분위기에서 성막해도 된다. 전구체는 다수회로 나누어 성막해도 된다. 이 경우는 제1 반응 분위기하에서 제1 전구체를 성막하는 공정과, 제1 전구체가 중간층의 일부로 되는 제1 중간막으로 하는 공정과, 제1 중간막상에 제2 반응 분위기하에서 제2 전구체를 성막하는 공정과, 제2 전구체가 중간층의 일부가 되는 제2 중간막으로 하는 공정을 포함하고, 제2 반응 분위기가 제1 반응 분위기보다도 높은 반응성을 가지는, 바꾸어 말하면 「강한」분위기인 방법으로 하는 것이 바람직하다.

다른 바람직한 형태로는 본 발명은 제1 전구체를 성막하는 공정과, 제1 전구체를 제1 반응 분위기하에서 중간층의 일부로 되는 제1 중간막으로 하는 공정과, 제1 중간막상에 제2 전구체를 형성하는 공정과, 제2 전구체를 제2 반응 분위기하에서 상기 중간층의 일부로 되는 제2 중간막으로 하는 공정을 포함하고, 제2 반응 분위기가 제1 반응 분위기보다 높은 반응성을 가지는 방법으로서 이용된다.

전구체에 작용하는 반응종은 전구체를 지지하는 막(예컨대 자성층)에까지 영향을 미친다. 이 때문에, 강한 반응조건을 적용하면, 자성층이 산화 등에 의해 열화될 염려가 있다. 그러나, 최초에 상대적으로 약한 조건을 적용하여 자성층을 덮는 막을 형성하면, 반응종이 자성층을 열화시키지 않는다. 반응조건을 변경하면서 중간층을 형성하면, 자성층의 열화를 억제하면서, 원하는 중간층을 효율적으로 얻을 수 있다.

반응 분위기의「강함」, 즉 전구체와의 반응을 촉진하는 능력은 온도, 반응종의 활성화 상태, 반응종의 분압 등에 의해 제어하면 좋다. 반응종의 분압은 제어하기 쉬운 조건의 하나이다. 본 발명의 바람직한 형태에는 제2 전구체에 적용하는 반응 분위기에 있어서의 반응종의 분압을, 제1 전구체에 적용하는 반응 분위기에 있어서의 그 반응종의 분압보다 높게 하는 방법이 포함된다.

본 발명의 바람직한 형태에서 「약한」반응 분위기를 이용하고 나서 「강한」반응 분위기를 이용한다. 여기서, 「약한」반응 분위기는 전구체를 화학량론적인 값의 80% 미만의 반응종(예컨대 F, O, N 및 C)을 가지는 상태에까지 반응시키는 분위기가 바람직하다. 「강한」반응 분위기란, 화학량론적인 값의 80%이상, 바람직하게는 99% 이상에까지 반응종이 존재하는 상태에까지 전구체를 반응시킬 수 있는 분위기가 바람직하다.

중간층을 형성하는 공정은 3회 이상으로 나누어 행해도 된다. 이 경우, 제1 전구체와 제2 전구체는 반드시 연속하여 행하지 않아도 된다.

중간층을 형성하기 위해 n회의 전구체 형성공정을 포함하는 경우에는 제m회째에 형성하는 전구체에 적용하는 반응 분위기가 제(m-1)회째에 형성하는 전구체에 적용하는 반응 분위기보다 높은 반응성을 가지도록 조정하는 것이 바람직하다. 단, n은 2이상의 정수이고, m은 n에서 선택되는 정수이다. 중간층에 의한 양호한 접합을 실현하기 위해서는 비교적 긴 반응시간에 걸쳐 전구체를 산화하는 것이 필요한 경우가 있다. 서서히 조건을 높게 하면, 짧은 반응시간에 양호한 중간층을 형성할 수 있다.

최초에 형성하는 전구체의 일부를 의도적으로 미반응의 상태로 한 채, 다음 전구체를 중첩시켜도 된다. 이 바람직한 예에 의하면, 그 후에 가열함으로써 미반응 상태에 있는 상기 전구체의 일부와 중간층의 기초가 되는 자성층(기초 자성층)에 포함되는 원소를 반응시킬 수 있다. 가열온도에 특별히 제한은 없지만, 200∼400℃ 정도가 적합하다. 이 가열은 디바이스 제조에 필요로 되는 열처리 공정과 겸용해도 상관없다.

자성층에 혼재하는 반응종으로 되는 원소(예컨대, O, N 및 C에서 선택되는 적어도 1종)는 자성층의 특성을 열화시키는 경우가 있다. 이들 원소를 전구체의 미반응 부분과 반응시켜 제거하면, 자성층의 열화를 억제할 수 있다. 이 미반응 전구체는 그 후에 행해지는 산화 등으로부터 기초 자성층을 보호하는 역할도 담당한다. 전구체의 일부를 미반응으로 남기기 위해서는 전구체의 막 두께를 적용하는 반응조건에서 그 전체가 반응하지 않을 정도로 두껍게 제어하면 된다.

또한, 본 발명자는 특히 전구체가 Al 이외의 원소를 함유하는 경우에는 전구체와 거기서 생성하는 중간층의 체적비가 중간층의 특성에 큰 영향을 미치는 것을 발견했다.

즉, 본 발명의 바람직한 형태에는 전구체의 체적(Vb)에 대한 상기 전구체로부터 형성한 막의 체적(Va)의 비율(Va/Vb)을 1.05이상 2.0이하로 하는 방법이 포함된다.

전구체는 통상, 스퍼터링법 등의 진공 성막법에 의해 형성된다. 이 방법에 의해 형성된 전구체는 일반적으로 이론 밀도인 60∼99.9% 정도의 밀도를 가진다. 말하자면 「집이 생긴」상태에 있는 전구체는 반응종과의 반응에 따라 그 체적이 증가 또는 감소한다. 이 때, Va/Vb가 1.05미만이면, 매우 얇은 중간층을 끼워 지지하는 한쌍의 자성층 사이에서 큰 리크 전류가 발생할 염려가 있다. 한편, Va/Vb가 2.0을 넘으면, 중간층이 불균일화되어 저항치에 편차가 발생하기 쉬워지고, 극단적인 경우에는 체적 팽창에 의해 크랙이 발생한다.

중간층은 이론 밀도의 90% 이상의 밀도를 가지는 전구체를 Va/Vb가 1.1이상 1.5이하가 되도록 반응종과 반응시켜 형성하는 것이 보다 바람직하다. 이 바람직한 제법은 저접합 저항과 고 MR치와의 양립에 유리하다.

상술한 바와같이, 중간층의 저 저항화에는 다수의 원소를 포함시키는 것이좋다. 따라서, 상기에서 설명한 각 방법에 있어서도, 중간층 전구체가 반응종과의 반응후에, 2∼17족에서 선택되는 적어도 3종의 원소를 포함하는 것이 바람직하다.

반응종은 전구체와 반응하는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 산소원자, 질소원자 및 탄소원자에서 선택되는 적어도 1종, 바람직하게는 산소원자 및 /또는 질소원자를 포함하면 좋다. 산소원자 및 질소원자를 포함하는 분위기가 특히 적합하다. 보다 구체적으로는 오존, 산소 플라즈마, 질소 플라즈마, 산소 래디컬 및 질소 래디컬에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 반응 분위기가 적합하다. 본 명세서에서 「원자」가 포함되어 있는 상태에 특별히 제한은 없고, 분자, 플라즈마, 래디컬 등으로서 존재해도 된다.

전구체의 반응을 위해 이용되는 분위기에는 Kr 원자 및 Xe 원자에서 선택되는 적어도 1종을 포함시키면 좋다. 이들 불활성 가스는 산소 및 질소에서 선택되는 적어도 한쪽 플라즈마 또는 래디컬 또는 오존의 에너지 상태를 균일화한다. 이들 불활성 가스와 동시에 Ar 원자를 함유시켜도 좋다.

전구체는 Ar 원자 및 질소원자에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 제1 분위기와 접촉시킨 후에, Ar 원자 및 질소원자에서 선택되는 적어도 1종과 산소원자와 포함하는 제2 분위기와 접촉시켜도 된다. 제1 분위기의 압력은 100mTorr이상, 제2 분위기의 압력은 1∼100mTorr가 바람직하다. 미리 반응성이 낮은 제1 분위기를 도입하여 반응실내의 압력을 높이고 나서 제2 분위기에 의해 산화하면, 산소와 함께 도입되기 쉬운 불순물에 의한 중간층의 열화를 억제할 수 있다.

전구체는 원하는 중간층에 따라 적절하게 선택하면 된다. 예컨대 중간층으로서 Al₂O₃를 형성하기 위해서는 금속 알루미늄(Al) 또는 알루미늄산화물(AlOx(x<1.5))이 이용된다.

전구체는 비정질상을 포함하고 있어도 된다. 비정질의 전구체는 자성층을 균일하게 덮기 쉽다. 비정질화에는 예컨대 2종 이상의 전이 금속을 포함하는 전구체, 또는 적어도 1종의 전이금속과 B, C, Si 및 P에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 전구체가 적합하다. 이들 조합을 이용하면, 응고점과 유리 전이점의 차가 작게 되어 결정화가 생기기 어렵게 된다.

본 발명의 바람직한 형태는 적어도 2매의 기판상에 각각 제1 자성층을 형성하는 공정과, 동일 성막실에서 제1 자성층상에 각각 전구체를 형성하는 공정과, 상기 적어도 2매의 기판을 상기 성막실로부터 반응실로 이송하는 공정과, 상기 반응실에서 전구체를 동일 반응 분위기하에서 각각 중간층의 적어도 일부로 하는 공정과, 상기 중간층상에 각각 제2 자성층을 형성하는 공정을 포함한다. 중간층의 특성에는 그 형성공정의 모든 조건이 영향을 미치기 쉽다. 상기와 같이 다수의 기판에 대해 일괄하여 중간층을 성막 하면, 기판간의 소자 특성의 편차를 억제할 수 있다. 이 방법은 예컨대 도1 및 도2에 도시한 바와같이, 성막실(21, 31a, 31b)과 반응실(로드 록실)(22, 32)이 진공 반송실(23, 33) 및 게이트 밸브(25, 35)를 통해 접속된 장치를 이용하여 실시할 수 있다. 이 장치를 이용하면, 기판(24, 34)은 진공상태를 유지하면서 성막실과 반응실 사이를 이동할 수 있다. 또한, 상기와 같이 반응실과 로드 록실을 겸용하면, 장치를 소형화할 수 있다. 한편, 성막실 및 반응실은 별도로 로드 록실을 구비하고, 이들을 접속하도록 진공 반송실을 배치하면, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

도3은 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 일례의 단면이다. 자기저항소자(10)는 제1 자성층(1), 중간층(2), 제2 자성층(3)을 기본적인 막으로서 포함한다. 이 소자에서 외부자계에 따라 자성층(1, 3)의 자화 상대각이 변화함으로써, 중간층(2)을 통한 자성층(1, 3)사이의 전기저항이 변화한다. 이 전기 저항의 변화가 전극(11, 13)사이를 흐르는 전류에 의해 검출된다. 양 전극사이의 소자 이외의 영역은 층간 절연층(12)에 의해 절연되어 있다. 이들 각 부재를 포함하는 다층막은 기판(14)상에 스퍼터링법 등에 의해 형성하면 된다.

양 자성층(1, 3)중 어느 한쪽의 자화를 고정하고, 다른쪽 자성층(자유 자성층)의 자화 회전에 의해, 저항의 변화를 발생시켜도 된다. 자화를 고정하는 자성층(고정 자성층)에는 중간층과 반대측의 면에 자화 회전 억제층을 배치하는 것이 바람직하다. 자화 회전 억제층으로는 고 유지력 자성체, 반 강자성체, 적층 페리 등을 들 수 있다. 자화 회전 억제층으로서 적층 페리/반 강자성체, 적층 페리/고 보자력(保磁力) 자성체 등의 다층막을 이용해도 된다. 적층 페리 자체를 고정 자성층으로서 이용해도 상관없다.

고 보자력 자성체로는 FePt, CoPt, CoPtTa, CoCrPtB 등이 바람직하다. 적층 페리에는 적어도 2층의 자성층(MT)과 적어도 1층의 비자성층(X)의 적층구조를 이용하면 된다. 적층 페리는 비자성층을 통해 2층의 자성층이 반 강자성적으로 결합하여 고정층의 고정자계를 높이는 기능을 한다. X는 Cu, Ag, Au이어도 되지만, 계면의 열적 안정성에서는 Ru, Rh, Ir, Re가 바람직하고, 특히 Ru가 우수하다. Ru의 바람직한 막 두께는 0.6∼0.8nm 정도이다. MT는 Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 적어도 1종의 자성금속을 70원자% 이상 포함하는 강 자성체가 적합한다. 이 층의 바람직한 막 두께는 0.5∼5nm이다. 반 강자성체로는 Cr 단체(單體)에 추가하여, Ru, Re, Ir, Rh. Pt 및 Pd에서 선택되는 적어도 1종의 원소와 Mn 및/또는 Cr의 합금이 바람직하다. 반 강자성체의 바람직한 두께는 1∼100nm 정도이다. 또한, 반 강자성체의 특성을 향상시키기 위해, 혹은 반 강자성체와 이에 접하는 비자성체(예컨대 전극) 사이의 열확산을 방지하기 위해, 반 강자성체에 접하여, Hf, Ta, NiFe, NiFeCr, Cr 등의 기초층 또는 확산 방지층을 형성해도 된다.

자성층(1, 3)에는 상술한 대로, 공지의 재료를 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 자성층은 중간층 계면근방으로부터 적어도 0.1nm의 범위에 있어서, Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 적어도 1종의 금속자성원소를 50원자% 이상 포함하는 자성체가 바람직하다. 이 조건을 만족하는 재료에는 Fe₂₅Co₇₅, Fe₅₀Co₅₀등의 FeCo합금, Ni₄₀Fe₆₀, Ni₈₁Fe₁₉등의 NiFe합금, NiFeCo 합금이 포함되고, 또한 FeCr, FeSiA1, FeSi, FeAl, FeCoSi, FeCoAl, FeCoSiAl, FeCoTi, Fe(Ni)(Co)Pt, Fe(Ni)(Co)Pd, Fe(Ni)(Co)Rh, Fe(Ni)(Co)Ir, Fe(Ni) (Co)Ru 등의 비자성 원소와 자성 원소의 합금이 포함된다. 상기 자성체로서, FeN, FeTiN, FeAlN, FeSiN, FeTaN, FeCoN, FeCoTiN, FeCoAlN, FeCoSiN, FeCoTaN 등의 질화물, Fe₃O₄, MnZn 페라이트, NiZn 페라이트 등의 산화물, CoNbZr, CoTaNbZr 등의 비정질 자성 재료를 이용해도 된다.상기 자성체로서, XMnSb, LaSrMnO, LaCaSrMnO, CrO₂등의 하프 메탈(하프메탈릭 강 자성체)를 이용해도 된다. 하프 메탈은 50원자% 이상 포함되어 있는 것이 바람직하다. ZnO중에, V, Cr, Fe, Co 및 Ni에서 선택되는 원소를 도프한 자성 반도체를 이용해도 된다.

자성층(1, 3)은 그 자체가 균일한 조성으로 구성되어 있지 않아도 된다. 연자성화, 경질 자성화 또는 중간층 계면에서의 페르미 면 근방의 고 스핀 분극율화, 또는 인공 격자 형성 또는 양자 준위 형성에 의한 스핀 분극율의 증대를 위해, 서로 조성이나 결정구조가 다른 다수의 자성체를 적층하여 이용해도 되고, 자성체와 비자성체를 적층하여 이용해도 된다.

<실시예>

이하의 실시예에서는 조성 분석을 행하지 않은 재료에 대해서는 수치를 붙이지 않고 원소를 나란히 기재한다.

(실시예1)

본 실시예에서는 마그네트론 스퍼터가 가능한 성막실(도달 진공도 5× 10^-9Torr)와, 역스퍼터가 가능하고, 질소 래디컬, 산소 및 산소 래디컬을 도입할 수 있으며, 또한 램프에 의한 기판 가열이 가능한 로드 록실을 진공 반송실에 접속한 도1과 같은 구성을 가지는 다원 성막 장치를 이용했다. 이 장치의 성막실에서, 6인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에 이하의 막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/PtMn(30)/Co₉₀Fe₁₀(3)/Ru(0.7)/Co₉₀Fe₁₀(2)/Co₅₀Fe₅₀(1)/중간층/Co₅₀Fe₅₀(1)/NiFe(2)/Ru(0.7)/NiFe(2)/Ta(5)

단, 상기는 기판측에서 순서대로 각 막을 나타낸 것이고, 괄호내는 막 두께를 표시한다.(단위는 nm;이하, 동일).

이 다층막은 기초막/하부전극/기초막/반 강자성체/적층 페리/고정 자성층/중간층/자유 자성층/보호층으로 구성된다. 여기서, 자유 자성층에 상당하는 Co₅₀Fe₅₀(1)/NiFe(2)/Ru(0.7)/NiFe(2)에서는 Ru를 끼운 NiFe가 교환 결합으로 결합된 소프트한 적층 페리가 Co₅₀Fe₅₀의 자구(磁區) 구조를 단순화하고 있다.

이어서, 고정 자성층에 일축 이방성을 부여하기 위해, 다층막을 형성한 기판을 진공중, 260℃, 5k Oe의 자계를 걸어 열처리를 행했다. 이 막을 도3과 같이 메사(mesa)형상으로 가공하고, 다시 층간 절연막과 상부 전극을 형성했다. 중간층의 소자 단면적은 0.5μ㎡로 했다. 층간 절연막으로는 막 두께 300nm의 Al₂O₃를 이용하고, 상부 전극에는 막 두께 5nm의 Ta와 막 두께 750nm의 Cu의 적층체를 이용했다.

중간층의 제작 방법을 이하에 설명한다. 우선, 각 화합물을 구성하는 원소(표1 참조)에서 산소 및 질소를 제외한 원소로 이루어지는 타겟을 Ar 가스 중에서 방전함으로써 중간층 전구체를 제작했다. 이 전구체의 막 두께는 0.3∼0.4nm로 했다. 단, 산소 및 질소를 제외하는 상기 원소가 탄소를 포함하는 경우는 탄화물 타겟을 이용했다. 산소, 질소 및 탄소를 제외하는 원소가 다수인 경우는 그들 원소마다 타겟을 준비하고, 이들 타겟을 동시 방전했다.

이어서, 기판을 성막실에서 로드 록실로 반송하고, 전구체의 산화 및/또는 질화를 행했다. 산화는 산소를 10∼600Torr 도입하여, 10초∼6시간 정도 반응시켜 행했다. 질화는 질소 래디컬을 3∼900초 도입하여 제작했다. 산질화는 상기와 동일하게 하여, 산화 및 질화를 이 순서대로 실시하여 제작했다. 또한, 질소 래디컬의 도입에 대신해 질소 가스를 도입한 분위기의 역 스퍼터 RF 방전에 의해서도, 산질화 또는 질화를 행할 수 있는 것이 확인되었다.

계속해서, 상기와 동일한 중간층 전구체를 0.2∼0.3nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 로드 록실에서의 산화, 질화 또는 산질화를 반복했다.

이렇게 해서 제작한 자기 저항 효과 소자에 대해 상부 전극과 하부 전극 사이에 전류를 흐르게 하고, 외부 자장에 의해 변화하는 전극사이의 저항 변화율을 측정했다. 또한, 중간층 단위면적(1μ㎡)당 접합 저항치(RA)를 측정했다. 결과를 중간층의 조성과 함께 표1에 표시한다.

또한, 표1에서 편의상, 화학량론 조성을 표시했는데, 여기서 형성한 중간층은 반드시 동 조성을 가지는 것은 아니다. 예컨대 Al₂O₃는 정확하게는 AlOx(x= 1.1∼1.5 정도)이다. 이와 같이, 각 중간층의 표시는 화학량론 조성에서 20∼30% 정도 어긋난 조성도 포함하고 있다. 또한, 다수 화합물이 표시되어 있는 중간층에서 각 화합물의 비율을 1:1을 목표로 조정했지만, 확인하지 않으므로, 이 비율에서 벗어날 가능성이 있다. 중간층에 첨가하는 화합물(Al₂O₃·MgO의 MgO)의 효과는 5∼95중량%의 넓은 범위에서 확인되어 있다.

Al₂O₃층에 대해서는 RA를 감소시키기 위해, 상기보다 중간층 전구체의 막 두께를 점차 감소시킨 샘플을 제작하여 동일한 측정을 실시했다. 표1에서 *를 붙인 샘플은 다른 재료의 샘플과 동일한 조작에 의해 얻은 중간층이다.

(표1-1)

(표1-2)

(표1-3)

표1에서 단순히 Al₂O₃막의 막 두께를 감소시키는 것으로 RA를 저하시키면, MR비도 동시에 저하한다. 이에 대해, Al₂O₃에 다른 원소를 첨가한 중간층에서는 MR비가 같은 정도이면, RA는 Al₂O₃만의 경우보다 낮아졌다. 마찬가지로, AlN, BN에 다른 원소를 첨가한 중간층에서도, 같은 정도의 MR비에서 상대적으로 낮은 RA가 얻어졌다. 특히, Al, B, Ga, In에서 선택되는 적어도 1종의 질화물을 중간층 재료로 하면, MR비를 확보하면서 낮은 RA를 실현할 수 있었다.

또한, 막 두께 방향으로 조성 변조한 중간층을 제작한 경우에도, 상기와 마찬가지로, 높은 MR와 낮은 RA를 양립할 수 있었다. 조성 변조는 표 중에 병기한 2개의 화합물중 어느 하나를 포함하는 막을 적층한 다층막의 형성, 다수의 타겟에의인가 전압의 조정, 반응종으로 하는 산소, 질소의 조정 등에 의해 행할 수 있다. 다수의 원소가 중간층에 균일하게 포함되어 있지 않아도, 원소 첨가의 효과가 얻어진다.

또한, 각 중간층의 막 두께와 RA의 관계에 대해서는 중간층의 막 두께에 대해, RA가 지수 함수적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 의거하여, 목적으로 하는 디바이스에 따라 중간층의 저항치를 조정하면 된다.

(실시예 2)

마그네트론 스퍼터(도달 진공도 5×10^-9Torr)용의 성막실, IBD (이온 빔 디포지션; 도달 진공도 5×10^-9Torr)용의 성막실 및 로드 록실이 상호 진공 반송실에서 접속된 도2와 동일한 구성을 가지는 다원 성막장치를 준비했다. 이 장치를 이용하여, 6인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에 이하의 막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/MnRh(30)/Co90Fel0(3)/Ru(0.7)/Co90Fel0(2)/Co75Fe25(1)/중간층/Co75Fe25(1)/NiFe(5)/Ta(5)

중간층을 형성하는 전구체는 IBD에 의해, 그 이외의 각 층은 마그네트론 스퍼터에 의해 형성했다. 이 다층막은 기초막/하부전극/기초막/반 강자성체/적층 페리/고정 자성층/중간층/자유 자성층/보호층으로 구성되어 있다.

다음에, 고정 자성층에 일축 이방성을 부여하기 위해, 진공 중에서 250℃, 5k Oe의 자계를 걸어 열처리를 행했다. 이 막을, 도3에 도시한 바와같이 소자면적이 0.5μ㎡가 되도록 메사 가공을 하여, 상부전극으로서 Cu(500)를 형성했다.

여기서는, 중간층으로서, 막 두께 1.5nm의 Al₂O₃막과, 막 두께 0.25nm의 비자성 원소막을 이 순서대로 형성했다. 또한, 막 두께 0.25nm의 한쌍의 비자성 원소로 막 두께 1.5nm의 A1₂O₃막을 끼워 지지한 다층막의 중간층도 제작했다.

이 다층막의 막 구성을 표2에 표시한다. 제작한 소자의 MR비를 측정 바이어스를 -0.5V 및 0.5V로 하여 측정했다.

(표2)

표2의 MR비에는 양음의 바이어스를 인가했을 때의 값을, 상대적으로 작은 값이 좌측이 되도록 표시한다. 또한, MR 저하율이란 제로 바이어스의 경우에 대한 MR비(바이어스 인가시에 상대적으로 큰 MR비)의 저하율을 표시한다. 음의 저하율은 바이어스 인가에 의한 MR비의 상승을 나타낸다.

표2에 표시한 바와같이, Cu, Ag, Au, Ru, Rh, Ir, Re를 적층하면 음의 MR비가 관찰되었다. 음의 MR비를 표시하는 소자는 표준 저항치와 비교하는 콤퍼레이터 등을 조합함으로써, 바이어스의 부호를 판정하는 소자로서 이용할 수 있다. 또한, 비자성막을 적층하면, 바이어스 인가시의 저하율이 작아지고, MR비가 증대하는 경우도 있다. 강한 비대칭성은 MR 변화의 S/N을 올리기 위해 고출력이 필요한 디바이스에 유용하다.

이상의 현상은 Al₂O₃에 대신해, AlN, BN을 이용한 경우에도 발현된다. 또한, 비대칭성은 비자성층의 두께가 0.1∼1nm의 범위에서 막 두께에 따라 다른 바이어스 의존성을 보이지만, 1nm을 넘으면 MR이 거의 관찰되지 않는다.

(실시예 3)

실시예2에서 이용한 다원 성막 장치를 이용하여, 6인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에 이하의 막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/Co(3)/Ru(0.7)/Co(2)/Co50Fe50(1)/중간층/Co74Fe26(1)/NiFe(5)/Ta(5)

중간층을 형성하는 전구체 및 Co74Fe26은 IBD에 의해, 그 이외의 각 층은 마그네트론 스퍼터에 의해 형성했다. 이 막은 기초/하부 전극층/기초/반 강자성체/적층 페리/고정 자성층/중간층/자유 자성층/보호층으로 구성되어 있다. 이어서, 실시예2와 동일하게 하여, 열처리, 메사 가공 및 상부 전극의 형성을 행했다.

중간층으로는 표3에 표시하는 막 구성을 채용했다. 3층막의 양단의 Al₂O₃막은각각, 막 두께 0.3nm의 Al을 성막 후, 20℃에서 20Torr의 산소 분위기에서 1분, 200Torr의 산소 분위기에서 1분 산화한 후, 다시 막 두께 0.2nm의 Al을 성막하고, 200Torr의 산소 분위기에서 3분 산화하여 제작했다. 단층의 Al₂O₃막은 산화전의 Al 두께의 층 두께 합계가 1nm가 되도록 상기 공정을 반복하여 형성했다.

3층막의 양단의 AlN막은 0.5nm의 Al을 성막 후, Ar + N₂분위기 중에서 역 스퍼터를 10초 행하여 형성했다.

3층막의 중앙 AlN막 및 BN막은 질소플라즈마의 어시스트를 행하면서, 각각 AlN 및 BN 타겟을 이용하여, 막 두께 0.2nm으로 성막했다. 마찬가지로 중앙에 배치되는 다른 화합물막은 각 화합물의 타겟을 이용하여 막 두께 0.2nm으로 성막했다.

이상과 같이 하여 제작한 소자에 대해 MR비를 측정했다. 중간층의 구성과 동시에, 결과를 표3에 표시한다. 또한, 표3에서는 호이슬러(Heusler’s) 합금(NiMnSb, CuMnSb, PtMnSb)에 대해서는 스퍼터에 의한 조성 어긋남이 크기 때문에, 성분만을 나타내고 있다. 단, 표시한 막에서는 화학량론비로부터의 조성 어긋남이 10% 정도 있어도 동일한 효과가 얻어진다.

(표3)

표3에 표시하는 바와같이, 3층막의 중간층을 이용한 소자에서는 Al₂O₃단층막의 중간층을 이용한 경우보다 높은 MR비가 얻어졌다.

또한, 3층 구조를 가지는 중간층의 막 두께의 합계를 0.1∼2nm의 막 두께로 제한하면서, 중앙층의 막 두께를 0.1∼1.2nm의 범위로 변화시킨 바, 더욱 높은 MR비가 얻어졌다.

또한, 중앙층의 막 두께를 0.2nm으로 하고, 양단의 층이 되는 Al₂O₃막 및 AlN막의 막 두께를 변화시킨 바, 중간층 전체의 막 두께가 0.5nm∼5nm의 범위에서 높은 MR비가 얻어졌다.

다음에, 중간층을 구성하는 각 층의 막 두께 비율을 동일하게 유지하면서, 중간층의 전체 막 두께를 변화시켜 중간층의 안정성을 조사했다.

여기서는 Ta(3)/Cu(500)/Cr(2.2)/Co(3)/Ru(0.7)/Co(2)/Fe(1)/중간층/Fe(1)/NiFe(5)/Ta(5)의 막 구성을 가지는 소자와, 이 막 구성에 있어서 Fe층을 FeN, FeHfC, FeTaC, FeTaN, FeHfN, FeZrN, FeNbB, FeAlO, FeSiO 또는 FeAlF로 치환한 소자를 제작했다. 인가 자계를 600Oe로 하여 측정한 바, 제작한 소자는 어느것이나 반 강자성체를 이용하지 않아도 스핀 밸브형의 MR 곡선을 나타냈다. 그러나, 중간층이 얇아짐에 따라, Fe를 자성층으로 한 소자에서는 MR을 관측할 수 없게 되었다. 한편, F, O, C 및 N에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 상기 자성재료를 중간층으로서 이용하면, 중간층의 막 두께가 0.5nm 정도 이상이면, MR을 나타내는 것이 확인되었다.

(실시예 4)

Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtPdMn(30)/Co(3)/Ru(0.7)/Co(2)/Fe24Co76(1)/AlON/자유 자성층/Ta(5)

자유 자성층을 구성하는 제1 자성막은 IBD에 의해, 그 이외의 각 층은 마그네트론 스퍼터에 의해 형성했다. 이 다층막은 기초/하부 전극층/기초/반 강자성체/적층 페리/고정 자성층/중간층/자유 자성층/보호막으로 구성되어 있다.

여기서, AlON 중간층은 Al을 성막한 후, 산소·질소 혼합 래디컬을 도입함으로써 형성했다. 또한, 자유 자성층은 중간층측에서 제1 자성막 및 제2 자성막의 2층 구조로 하여, 제1 자성층에는 표4에 표시한 자성층을 이용하고, 제2 자성막에는 두께 5nm의 Fe50Co50을 이용했다.

이어서, 고정층에 일축 이방성을 부여하기 위해, 진공 중에서 250℃, 5k Oe의 자계를 걸어 열처리를 행했다. 이 막을 소자 면적이 0.5μ㎡가 되도록 메사 가공을 행하여, 상부 전극으로서 Cu(500)를 형성하여, MR비를 측정했다. 결과를 표4에 표시한다.

(표4)

표4에서 0.1∼0.5nm의 두께를 가지는 강 자성체를 자성층과 중간층 사이에 개재시키면, MR비가 높아지는 것을 확인할 수 있다.

(실시예5)

본 실시예에서 마그네트론 스퍼터 성막실(도달 진공도 5×10^-9Torr) 및 반응실 겸 로드 록실(도달 진공도 8×10^-8Torr)은 각각 진공 반송실(도달 진공도 1×10^-8Torr)과 게이트 밸브를 통해 접속된 다원 성막장치(도1의 간이도 참조)를 이용했다. 반응실 겸 로드 록 실에 12매의 직경 6인치의 열 산화막 부착 실리콘 기판(기판 S1∼S12)을 장착했다.

우선, 기판(S1)을 성막실에 반송하여, 이하의 다층막을 성막하고, 로드 록실로 되돌렸다.

Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/Co90Fe10(3)/Ru(0.7)/Co90Fe10(3)/Al(0.4)

이 막은 기초/하부 전극층/기초/반 강자성체/고정 자성층(적층 페리)/중간층 전구체로 구성되어 있다.

동일하게, 기판(S2∼S12)에 대해, 순차, 상기 다층막을 성막하여 다시 로드 록실로 반송했다.

이어서, 로드 록 실의 배기를 멈추고, O₂가스 분압을 150Torr의 조건에서 1분 반응시켜, 12매의 기판에 있어서의 중간층 전구체를 일괄하여 산화했다. 그 후,로드 록실을 다시 진공 배기하고, 12매의 기판을 다시 성막실에 반입하여, 중간층 전구체가 되는 막 두께 0.3nm의 Al을 성막했다. 또한, 12매의 기판을 다시 로드 록실로 반송하여, 상기와 같은 조건으로 전구체의 일괄 산화를 행했다.

계속해서, 12매의 기판을 성막실로 반송하고, 중간층 (Al₂O₃)상에, 다시 Co90Fe10(1)/NiFe(3)/Ta(15)를 성막했다. Co90Fel0(1)/NiFe(3)은 자유 자성층이다.

고정 자성층에 일축 이방성을 부여하기 위해, 진공중에서 280℃, 5k Oe의 자계를 걸어 열처리를 행했다. 이 막을 소자 단면적이 2μ㎡가 되도록 메사 가공을 하여, 상부 전극으로서 Cu(500)/Ta(5)를 형성했다.

제작한 기판(1∼12)에 대해 MR을 측정한 바, 어느것이나 RA= 30Ωμ㎡에서 33% 정도의 MR비가 얻어졌다. 기판사이의 MR비의 편차는 5% 이내였다.

상기와 같은 일괄 산화법을 적용하면, 산화에 요하는 시간을 대폭 삭감할 수 있었다.

그 결과, 개별로 산화된 경우와 비교해 상기 다층막 전체의 형성시간을 약 1/3로 단축할 수 있었다.

또한, 로드 록실의 산소분압, 반응시간 및 복사열에 의한 기판 가열 온도를 다양하게 변경하여 소자를 제작하고, 30% 정도 이상의 MR비가 얻어지는 산화 조건을 수종류 구했다. 동일 샘플에서는 2회로 나누어 성막하는 전구체의 산화 조건은 동일하게 했다.

상기 기판상에 직접, 막 두께 0.3nm의 Al을 성막하고, 이 Al막을 상기에서구한 산화조건을 적용하여 산화했다. 이 공정을 반복하여, 막 두께 50nm의 산화알루미늄(AlOx)막을 얻었다. 이 막을 RBS법으로 분석한 바, 30% 이상의 MR비가 얻어지는 X의 값은 1.2∼1.5인 것을 확인할 수 있었다.

동일한 실험을 질화알루미늄(AlNx)에 대해 질소 래디컬의 분압, 반응시간, 기판가열의 조건을 바꿔 행했다. 그 결과, 30% 이상의 MR이 얻어지는 X는 0.8∼1로 되었다.

(실시예 6)

본 실시예에서 반응성 마그네트론 스퍼터용의 제1 성막실(도달 진공도 5×10^-9Torr) 및 마그네트론 스퍼터용의 제2 성막실(도달 진공도 5×10^-9Ton) 및 반응실 겸 로드 록실(도달 진공도 8×10^-8Torr)이 각각 진공 반송실(도달 진공도 1×10^-8Torr)에 게이트 밸브를 통해 접속된 도2와 동일한 구성을 가지는 다원 성막 장치를 이용했다. 이 장치의 반응실 겸 로드 록실에 12매의 직경 6인치의 열산화막 부착 실리콘 기판(기판(S1∼S12))을 장착했다.

기판(S1)을 반송실에서 제2 성막실로 반송하고, 이하의 구성의 다층막을 성막했다. Ta(3) /Cu(500) /Ta(3) /PtPdMn(30) /Co90Fel0(3) /Ru(0.7) /Co90Fe10(3)

이 다층막은 기초/하부 전극층/기초/반 강자성체/고정 자성층의 막 구성을 가진다.

이어서, 기판(Sl)을 제1 성막실로 반송하고, 이 성막실에서 Ar 가스에 산소가스를 첨가한 분위기에서 반응성 스퍼터에 의해 제1 중간층 전구체로서 막 두께0.3nm의 Al-O를 성막했다. 그 후, 이 기판을 다시 로드 록실로 반송했다.

마찬가지로, 기판(S2∼S12)에 다층막을 성막한 후, 로드 록실로 반송하는 것을 반복했다.

12매의 성막후의 기판을 로드 록실로 반송한 후, 로드 록실의 배기를 멈추고, 60Torr, 1분의 조건에서 12매의 기판을 일괄하여 산화했다. 로드 록실을 다시 진공 배기한 후, 산화된 각각 12매의 기판을 다시, 순차, 제1 성막실로 반송하고, 제1 중간층 전구체와 동일한 산소 분압하에서 제2 중간층 전구체로서 막 두께 0.2nm의 Al-O를 성막했다. 전구체를 기판마다 성막한 후, 다시 로드 록실에서 상기와 동일한 조건으로 중간층 전구체를 일괄하여 산화했다.

이렇게 해서 제작한 중간층상에 다시 Co90Fe10(1)/NiFe(3)/Ta(15)를 성막했다. 이어서, 고정 자성층에 일축 이방성을 부여하기 위해, 진공중에서 260℃, 5k Oe의 자계를 걸어 열처리를 행했다. 이 막을 소자 면적이 0.5μ㎡가 되도록 메사 가공을 행하고, 다시 상부 전극으로서 Cu(500)/Ta(5)를 형성했다.

이상의 조건에서 Al-O 성막시의 산소 유량비 O₂/(Ar+ O₂)를 0%∼2% 변화시켰을 때의 각각의 MR비(%)와 규격화 저항 RA(Ωμ㎡)를 측정했다. 결과를 표5에 표시한다.

제작한 기판(1∼12)의 MR을 측정한 바, 동일 조건으로 제작한 기판간 편차는 5% 이내였다.

(표5)

*산소 유량비는 제1 전구체, 제2 전구체에 공통

표5에서 A1 성막시에 0.05∼1%의 산소를 흐르게 하면서 중간층 전구체를 제작한 샘플에서는 저 RA와 고 MR를 양립한 것을 확인할 수 있다. 그러나, 산소 유량의 증가에 따라 RA가 커지고, 2% 이상의 유량에서는 MR이 저하했다. 또한, 상기 기판상에 직접, 산소 유량비를 바꾸면서 막 두께 100nm이 되도록 성막한 Al-O막을 XRD로 조사한 바, 산소 유량비가 많아짐에 따라 결정입자가 미세화되고, 유량이 0.5% 이상에서는 비정질상이 포함되는 것을 확인할 수 있었다.

이 Al-O 막의 저항율을 4단자법과 브리지법에 의해 구한 바, 가장 저항치가 높은 유량비 2%인 경우에도, 막에는 도전성이 인지되었다. 이것은 Al-O막이 완전한 화학량론 산화물로 되어 있지 않은 것을 나타낸다. 산소 유량비를 2%로 하여 제작한 Al-O막을 카본 기판상에 성막하여 RBS에 의해 측정한 바, AlOx에서 x는 1.18정도였다.

결정 입자를 미세화하는 효과는 산소에 추가하여, 질소, 암모니아 가스 등에서도 확인할 수 있었다.

다음에, 상기의 방법에 있어서, 제2 중간층 전구체를 성막할 때의 산소 유량비를 2%로 하고, 제1 중간층 전구체를 성막할 때의 산소 유량비를 0∼1%로 하여, 소자를 제작했다. 측정한 소자의 MR비 및 RA를 표6에 표시한다.

(표6)

* 산소 유량비는 제1 전구체에 적용, 제2 전구체의 산소 유량비는 2%

표6에서 제1 중간층 전구체를 제2 중간층 전구체보다 반응성이 낮은 분위기에서 성막하면, MR이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 동일한 현상은 Al-N, Si-C 등의 질화물, 탄화물 제작시에 있어서도 측정할 수 있었다.

(실시예7)

직경 6인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에 이하의 구성의 다층막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/Co90e10(3)/Ru(0.7)/Co90Fe10(3)

이어서, 제1 중간층 전구체로서 막 두께 0.3nm의 Al을 성막하고, 산소 분압 0.2Torr의 분위기중에 3분간 유지한 후, 산소분압 60Torr의 분위기에 30초간 유지했다. 이어서 제2 중간층 전구체로서 막 두께 0.3nm의 Al을 성막하고, 산소 분압 0.2Torr의 분위기중에 3분간 유지한 후, 산소 분압 60Torr의 분위기에 30초간 유지했다. 전구체의 산화는 상기 각 실시예와 동일하게 로드 록 실에 Ar과 산소의 혼합 가스를 도입함으로써 행했다.

이어서, 다층막상에 Co90Fe10(1)/NiFe(5)/Ta(15)를 성막하여, 자장 중 280℃에서 열처리를 행했다. 또한, 스퍼터를 이용하여, 접합 면적이 0.2∼4μ㎡가 되도록 메사 가공하고, 상부 전극을 적층하여 MR소자를 제작했다. 이렇게 해서 샘플 a의 소자를 얻었다.

비교를 위해, 제1 및 제2 중간층 전구체를 함께 산소 분압 0.2Torr의 분위기에 3분간 유지하여 산화된 소자(샘플 b) 및 산소분압 60Torr의 분위기에 30초간 유지하여 산화된 소자(샘플 c)를 제작했다.

각 샘플의 MR비 및 RA를 측정한 바, 샘플 a에서는 MR비 10%, RA 7Ωμ㎡가 얻어졌다. 한편, 샘플 b에서는 MR의 변화가 인지되지 않고, RA는 0.1Ωμ㎡ 이하였다. 샘플 c에서는 MR비가 5% 정도에 머물렀다.

샘플 a와 같이, 다양한 두께의 Al을 산소 분압이 상대적으로 낮은 분위기에서 미리 산화시키고 나서 상조 분압이 상대적으로 높은 분위기에서 산화하여, 중간층을 제작했다.

Al의 총 막 두께를 횡축에 대한 RA를 도4에, Al의 총 막 두께에 대한 MR비를도5에 각각 도시한다. 도4에서 Al의 총 막 두께에 대해 RA는 지수 함수적으로 증대하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 제작된 AlOx 중간층이 터널 저항으로서 작용하고 있는 것 및 RA가 수 Ω에서 수 MΩ 가까이 이르기까지 중간층의 두께에 상관없이 막질이 균일한 것을 나타낸다. 또한, 도5를 더불어 참조하면, RA가 넓은 범위에서 높은 MR이 얻어지는 것을 확인할 수 있다.

1개의 실리콘 기판상에 있어 다수의 소자를 형성한 경우에 있어서도, 상기 방법에 의하면, 기판내의 MR비의 편차는 5% 이내로 되었다. 비교를 위해, 막 두께 1nm의 Al막을 플라즈마 산화하여 형성하여 중간층으로 한 소자에 대해서도 동일한 측정을 행한 바, MR비의 편차는 10%정도로 되었다.

질화물이나 탄화물의 중간층에 대해서도 중간층 전구체를 약한 반응 분위기에 노출시키고 나서 강한 반응 분위기에 노출시켜 형성함으로써, 편차가 적고, 저 접합 저항으로부터 고 접합 저항에 이르기까지 MR비를 가지는 소자를 제작할 수 있다.

(실시예8)

열 산화막 부착 실리콘 기판상에 이하의 다층막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(500)/Ta(2)/NiFeCr(3)/PtMn(30)/Co75Fe25(3)/Ru(0.7)/Co75Fe25(3)

또한, 중간층 전구체로서 Al을 성막한 후, 이 전구체를 래디컬 질소중에서 질화하는 공정을 3회 반복하여 중간층인 AlNx를 형성했다. 전구체의 두께 및 질화의 정도는 표7과 같이 변화시켰다. 표 중, 예컨대 (0.3, 1.0)이란, 막 두께 0.3nm의 전구체(Al)를 AlNx의 x가 1.0이 되는 조건에서 질화하는 것을 의미한다. 또, 소정 조건의 x는 카본 기판상에 소정 두께의 Al을 성막하고, 이를 상기 소정 조건하에서 질화하는 것을 반복하여 제작한 막 두께 100nm의 AlNx의 조성을 RBS로 구한 평균치에 의해 추측했다.

또한, 중간층상에 Co75Fe25(1)/NiFe(3)/Ta(5)을 성막하여, 280℃에서 자장 중열처리를 행한 후, 메사 가공하여, 상부 전극을 형성하여 MR소자를 제작했다. 각 MR소자에 대해 MR 및 RA를 측정했다. 결과를 표7에 표시한다.

(표7)

표7에서 n회(n은 2이상의 정수)로 나누어 중간층을 제작할 때는 n의 증가에 따라 반응조건을 강하게 하면 높은 MR이 얻어지는 것을 알았다. n회째에 제작하는 중간층 전구체에 적용하는 반응 조건은 (n-1)회째에 제작하는 중간층 전구체에 적용하는 반응 조건보다 강한 것이 바람직하다.

이러한 반응조건의 설정은 질화물에 한정되지 않고, AlOx, SiOx, TaOx 등의 산화, SiC 등의 탄화물, 예컨대 그래파이트의 다이아몬드화 반응에 있어서도 동일한 효과가 있다.

(실시예9)

마그네트론 스퍼터가 가능한 성막실(도달 진공도 5×10^-9Torr)과 역스퍼터가 가능하고, 질소 래디컬, 산소 및 산소 래디컬을 도입할 수 있고, 또한 램프 가열에 의한 기판 가열이 가능한 반응실을 진공 반송실에서 접속한 다원 성막장치를 이용하여, 직경 3인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에 다음에 표시하는 다층막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)/Co90Fel0(3)/Ru(0.9)/Co90Fe10(3)/중간층/Ni60Fe40(4)/Ru(0.9)/NiFe(4)/Ta(5)

이어서, 이 다층막의 고정 자성층(Co90Fel0(3)/Ru(0.9)/Co90Fe10(3))에 일축 이방성을 부여하기 위해, 진공 중, 350℃에서 5k Oe의 자계를 인가했다.

이 다층막을 중간층의 소자 면적이 0.5μ㎡가 되도록 레지스트 패턴을 이용하여 메사 형상으로 가공하고, 또한 층간 절연막과 상부전극을 형성했다. 층간 절연막으로는 막 두께 300nm의 알루미나를 이용하고, 상부전극에는 Ta를 이온 밀링을 실시한 후, Cu(750)를 형성했다.

중간층으로는 표8에 표시하는 화합물을 이용하여 이하의 순서로 제작했다. 우선, 산소 및 질소를 제외하는 조성으로 이루어지는 타겟을 이용하여 Ar 가스 분위기 중에서, 중간층 전구체를 막 두께가 0.3∼0.4nm이 되도록 성막했다. 이어서, 중간층이 산화물인 경우는 이 전구체를 로드 록실로 반송하고, 여기에 산소를 10∼600Torr 도입하여, 10초∼6시간정도 반응시킴으로써 전구체를 산화했다. 중간층이 산질화물인 경우는 마찬가지로 산화를 행한 후, 다시 로드 록실내에 질소 래디컬을 3∼900초간 도입하여 제작했다.

또한, 동일한 중간층 전구체를 막 두께가 0.2∼0.3nm이 되도록 성막하고, 이를 상기와 동일하게 하여 로드 록실에서 산화(산질화)했다.

제작한 각 소자에 대해 MR을 측정했다. 또한, 산화(산질화)에 의한 중간층 전구체의 체적 변화율을 측정했다. 여기서는 체적 변화율을 미반응의 중간층 전구체의 막 두께에 대한 반응 후의 중간층 막 두께의 비율로 했다. 막 두께의 비율은 투과형 전자현미경(TEM)을 이용하여 측정했다.

부피 변화율과 MR을 표8에 표시한다.

(표8)

표8에서 체적 변화율이 1.05∼2.0, 특히 1.1∼1.5의 범위에서 MR이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한, 각각의 리크 전류를 평가한 바, 산질화된 Al₂O₃·AlN이 가장 낮은 리크 전류 특성을 나타냈다.

(실시예10)

마그네트론 스퍼터에 의한 다원 성막장치를 이용하여, 직경 6인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에 이하의 구성을 가지는 다층막을 성막했다.

Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/Ni60Fe40(4)/중간층/Co76Fe24(3)/Ru(0.9)/Co76Fe24(1)/N80iFe20(3)/PtMn(30)/Ta(5)

이 다층막의 고정 자성층(Co76Fe24(3)/Ru(0.9)/Co76Fe24(1))에 일축 이방성을 부여하기 위해, 진공 중에서 350℃, 5k Oe의 자계를 인가했다.

또한, Ni80Fe20는 이 위에 형성하는 PtMn의 (111)면에의 결정 배향성을 높이기 위해 형성되어 있다. PtMn의 결정 배향성을 높이면, 일방향 이방성 Hua가 향상되고, 열처리시의 Mn의 확산을 억제할 수 있다.

이어서, 중간층의 소자면적이 1μ㎡가 되도록 레지스트 패턴을 이용하여 메사 형상으로의 가공을 행하여, 층간 절연막과 상부전극을 형성했다. 층간 절연막으로서 알루미나를 300nm, 또한 상부전극에는 Ta를 이온 밀링을 실시한 후, Cu(750) 형성했다.

중간층으로는 표9에 표시하는 P1∼P3를 순차 적용하여, Al산화물 또는 Al 산질화물을 형성했다.

P1은 기초 자성층인 Ni60Fe40 표면의 산화 또는 질화처리의 공정이다. P2는 진공을 빼고 성막한 A1막(막 두께 0.4nm)의 산화조건이다. P3는 진공을 빼고 성막한 Al막(막 두께 0.3nm)의 산화조건이다.

표9의 P1∼P3에서는 가스의 종류와 그 압력을 이 순서대로 표시했다. 예컨대, O₂/10T는 산소 가스 10Torr의 반응 분위기에 대응한다. 분위기중에 유지한 시간은 1분간으로 했다. 제작한 소자의 MR 및 RA를 표9에 표시한다.

(표9)

표9에서 기초 자성층인 Ni60Fe40를 질화 또는 산화하는 P1을 실시하면, 높은 MR이 얻어지는 것을 알 수 있다. 단, P1에서의 산화 또는 질화조건이 너무 강하면, 기초 자성층이 자기 열화를 일으켜, MR이 감소한다.

(실시예11)

마그네트론 스퍼터가 가능한 성막실(도달 진공도 5×10^-9Torr)과 역 스퍼터가 가능하고, 질소 래디컬, 산소 및 산소 래디컬을 도입할 수 있으며, 또한 램프 가열에 의한 기판 가열이 가능한 반응실을 진공 반송실에 접속한 다원 성막장치를 이용했다. 이 장치를 이용하여 직경 3인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에 이하에 표시하는 다층막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)/Co91Zr5Ta4(3)/Ru(0.9)/CoZrTa(1.5)/Co75Fe25(1)/중간층/Ni60Fe40(4)/Ru(0.9)/NiFe(3)/Ru(0.9)/NiFe(2)/Ta(5)

이 다층막에 있어서, NiFe/Ru/NiFe/Ru/NiFe층은 적층 페리형 자유 자성층이다. 적층 페리를 이용하면 자유 자성층의 열안정성이 높아진다. NiFeCr은 PtMn의 결정성을 높임으로써, 층간 Mn의 확산을 억제하고, 소자의 내열성을 향상시킨다. Co91Zr5Ta4는 비정질이므로, 동일한 효과를 발휘한다.

다층막의 고정 자성층에 일축 이방성을 부여하기 위해, 진공 중에서 350℃, 5k Oe의 자계를 인가했다. 이어서, 중간층의 소자면적이 0.01μ㎡가 되도록 레지스트 패턴을 이용하여, 메사 형상으로 가공하고, 다시 층간 절연막과 상부전극을 형성했다. 층간 절연막으로서 알루미나를 300nm, 또한 상부전극에는 Ta를 이온 밀링을 실시한 후, Cu(750)를 형성했다.

중간층은 막 두께 0.7nm의 Al막을 표10에 표시하는 혼합 가스의 래디컬과 반응시켜 제작했다. 반응시간은 각각의 혼합 가스 조건하에서 MR치가 최대치로 되도록 최적화했다.

(표10)

표10에서 Kr 또는 Xe를 포함하는 분위기에서 전구체를 산소 및/또는 질소와 반응시키면, MR은 높아졌다. 산소와 질소를 포함하는 분위기, 특히 이에 Kr를 첨가한 혼합 가스가 적합했다.

(실시예12)

마그네트론 스퍼터가 가능한 성막실(도달 진공도 5×10^-9Torr)과 역 스퍼터가가능하고, 질소 래디컬, 산소 및 산소 래디컬을 도입할 수 있으며, 또한 램프 가열에 의한 기판 가열이 가능한 반응실을 진공 반송실에 접속한 다원 성막장치를 이용했다. 이 장치를 이용하여 직경 3인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에 이하의 다층막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)/Co75Fe25(3)/제1중간층/Fe(4)/제2 중간층/Cu(10)/Ta(5)

제1 중간층은 터널 절연층이고, 제2 중간층은 핫 일렉트론을 전도하는 절연층이다. 이 다층막을 중간층에서의 소자면적이 1μ㎡가 되도록 메사 형상으로 가공하고, 다시 층간 절연층과 상부전극을 형성했다. 층간 절연막으로서 알루미나를 300nm, 또한 상부전극에는 Ta를 이온 밀링한 후, Cu(750)를 형성했다.

샘플 A에서는 제1 중간층으로서, 0.3nm, 0.2nm 및 0.2nm의 3회로 나누어 형성한 A1막을 각각 산화한 층을 제2 중간층으로 하여, 합계 막 두께 1nm이 되도록 4회로 나누어 형성한 A1막을 각각 산화한 층을 이용했다.

샘플 B에서는 제1 중간층을 샘플 A와 동일하게 하여 형성한 층을 제2 중간층으로 하여, 합계 막 두께가 1nm이 되도록 4회로 나누어 형성하여 AlMg 합금을 각각 산화시켜 층을 이용했다.

외부 자장을 인가하였을 때의 제1 중간층을 끼우는 자성층간의 전위의 변화로부터 MR를 조사한 바, 샘플 B가 보다 높은 MR을 나타냈다. 이 상세한 이유는 불명확하지만, 제2 중간층의 제3 원소(Mg)가 기여하고 있는 것으로 생각된다.

(실시예13)

마그네트론 스퍼터에 의한 다원 성막장치를 이용하여, 직경 6인치의 열산화막 부착 실리콘 기판상에, 이하의 다층막을 형성했다.

Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)/Co75Fe25(4)/제1 중간층/Ni 60Fe40(4)/Ru(0.9)/Ni60Fe40(4)/Ru(0.9)/Ni60Fe40(4)/제2 중간층/Co 75Fe 25 (4)/PtMn(30)/Ta(5)

이 다층막의 고정 자성층에 일축 이방성을 부여하기 위해, 진공 중에서, 280℃, 5k Oe의 자계를 인가했다. 이 소자에서는 자유 자성층(NiFe/Ru/NiFe/Ru/NiFe)을 끼워 지지하도록 1쌍의 고정 자성층(Co75Fe25)이 배치되어 있다. 제1 중간층 및 제1 중간층 모두 터널 절연층이다. 이 다층막을 2개의 중간층에서의 소자 면적이 각각 0.5μ㎡가 되도록 레지스트 패턴을 이용하여 메사 형상으로 가공하고, 또한 층간 절연막과 상부전극을 형성했다. 층간 절연막으로서 알루미나를 300nm, 또한 상부전극에는 Ta를 이온 밀링한 후, Cu(750)를 형성했다.

제1 중간층 및 제2 중간층으로는 표11에 표시하는 P1∼P3의 순서로, A1 산화물 또는 A1 산질화물을 형성했다.

P1은 Co75Fe25의 표면에 성막한 막 두께 0.4nm의 A1에, 진공에 배기한 후에 도입한 가스의 종류와 가스압이다. P2는 P1에 잇따라 산소를 100Torr 도입하였을 때의 가스의 종류와 가스압이다. P3를 계속해서 진공으로 배기한 후에 성막한 막 두께 0.3nm의 A1의 산화조건이다.

여기서도, P1∼P3에서는 가스의 종류와 가스압을 이 순서대로 기재한다. 예컨대, O₂/100T는 산소 가스 100Torr의 반응 분위기를 나타낸다. P2는 P1으로 도입한 가스와의 합계의 가스압이 표시되어 있다. 분위기중의 유지 시간은 P1∼P3 모두 1분간으로 했다. 제작한 막의 MR와 RA를 표11에 표시한다.

(표11)

표11에서 성막한 A1막을 Ar 및 N₂에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 분위기로 유지한 샘플 S2∼S4에서 뛰어난 MR 특성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 높은 자기저항 변화율과 낮은 저항을 가지는 중간층을 형성할 수 있다.

Claims

중간층과, 상기 중간층을 끼워 지지하는 한쌍의 자성층을 가지고, 상기 중간층은 2∼17족에서 선택되는 적어도 3종의 원소를 포함하며, 상기 원소가 F, O, N, C 및 B에서 선택되는 적어도 l 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제1항에 있어서, Al 이외의 금속원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제1항에 있어서, 중간층은 F, O, C, N 및 B 이외이고 2∼17족에서 선택되는 적어도 2종의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제1항에 있어서, 중간층은 B, A1, Ga 및 In에서 선택되는 적어도 2종의 원소와, N을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제1항에 있어서, 중간층 조성이 막 두께 방향에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제1항에 있어서, 중간층이 다층구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자기 저항효과 소자.
제6항에 있어서, 중간층은 장벽 높이가 상호 다른 2개의 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제7항에 있어서, 중간층은 한쌍의 자성층중 어느 하나에 접하는 제1 중간막과, 상기 한쌍의 자성층의 다른쪽에 접하는 제2 중간막과, 상기 제1 중간막과 상기 제2 중간막에 끼워 지지된 제3 중간막을 포함하고, 상기 제3 중간막의 장벽높이가 상기 제1 중간막의 장벽 높이 및 제2 중간막의 장벽 높이에서 선택되는 적어도 한쪽보다 낮은 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제6항에 있어서, 중간층이 자성층을 포함하고, 상기 자성막과 상기 한쌍의 자성층 사이에 각각 적어도 1층의 비자성막이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제6항에 있어서, 중간층이 비자성 금속막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제1항에 있어서, 한쌍의 자성층의 적어도 한쪽이 F, O, N, C 및 B에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제1항에 있어서, 한쌍의 자성층의 적어도 한쪽과 중간층 사이에 막 두께가 0.5nm 이하인 강 자성체가 개재된 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
제1항에 있어서, 중간층 막 두께가 0.5nm 이상 5nm 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
중간층과 상기 중간층을 끼워 지지하는 한쌍의 자성층을 가지는 자기 저항 효과 소자의 제조방법으로서,

전구체를 성막하는 공정과, 산소원자, 질소원자 및 탄소원자에서 선택되는 적어도 1개의 반응종을 함유하는 반응 분위기에서 상기 전구체를 상기 반응종과 반응시켜 상기 중간층의 적어도 일부로 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제14항에 있어서, 전구체를 산소원자, 질소원자 및 탄소원자에서 선택되는 적어도 1개의 반응종을 함유하는 반응 분위기에서 성막하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제15항에 있어서, 제1 반응 분위기하에서 제1 전구체를 성막하는 공정과, 상기 제1 전구체를 상기 중간층의 일부가 되는 제1 중간막으로 하는 공정과, 상기제1 중간막상에 제2 반응 분위기하에서 제2 전구체를 성막하는 공정과, 상기 제2 전구체가 상기 중간층의 일부가 되는 제2 중간막으로 하는 공정을 포함하고,

상기 제2 반응 분위기가 제1 반응 분위기보다도 높은 반응성을 가지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제14항에 있어서, 제1 전구체를 성막하는 공정과, 상기 제1 전구체를 제1 반응 분위기하에서 상기 중간층의 일부로 되는 제1 중간막으로 하는 공정과, 제1 중간막상에 제2 전구체를 형성하는 공정과, 상기 제2 전구체를 제2 반응 분위기하에서 상기 중간층의 일부로 되는 제2 중간막으로 하는 공정을 포함하고,

상기 제2 반응 분위기하에서 상기 제1 반응 분위기보다도 높은 반응성을 가지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제14항에 있어서, 전구체 체적(Vb)에 대한 상기 전구체에서 형성한 막의 체적(Va)의 비율이 1.05 이상 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제18항에 있어서, 전구체가 Al 이외의 금속원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제14항에 있어서, 반응 분위기가 적어도 산소 원자 및 질소 원자를 포함하는것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제14항에 있어서, 반응 분위기가 Kr 원자 및 Xe 원자에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제14항에 있어서, 전구체를 Ar 원자 및 질소 원자에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 제1 분위기에 접촉시킨 후에 Ar 원자 및 질소 원자에서 선택되는 적어도 1종과 산소 원자를 포함하는 제2 분위기에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제14항에 있어서, 중간층 전구체가 비정질상을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.
제14항에 있어서, 적어도 2매의 기판상에 각각 제1 자성체를 형성하는 공정과, 동일 성막실에서 상기 제1 자성층상에 각각 전구체를 형성하는 공정과, 상기 적어도 2매의 기판을 상기 성막실에서 반응실로 이송하는 공정과, 상기 반응실에서 상기 전구체를 동일 반응 분위기하에서 각각 중간층의 적어도 일부로 하는 공정과, 상기 중간층상에 각각 제2 자성층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자의 제조방법.