KR20180026725A - 자기 저항 센서 - Google Patents

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KR20180026725A
KR20180026725A KR1020187000740A KR20187000740A KR20180026725A KR 20180026725 A KR20180026725 A KR 20180026725A KR 1020187000740 A KR1020187000740 A KR 1020187000740A KR 20187000740 A KR20187000740 A KR 20187000740A KR 20180026725 A KR20180026725 A KR 20180026725A
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KR1020187000740A
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리카르도 알렉산드레 드 마토스 안투네스 페리라
엘비라 페레즈 드 콜로시아 파즈
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아이엔엘 - 인터내셔널 이베리안 나노테크놀로지 라보라토리
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Abstract

자기 저항 센서가 제공된다. 상기 자기 저항 센서는 자기 센싱층, 자기 기준층, 및 자기 센싱층과 자기 기준층 사이의 터널 배리어층을 포함한다. 상기 자기 저항 센서는 또한 반강자성 재료의 층을 갖는 센싱 교환층을 포함한다. 상기 센싱 교환층은 자기 센싱층과 교환 커플링된다. 또한, 상기 자기 저항 센서는 반강자성 재료의 층을 갖는 기준 교환층을 추가로 포함한다. 상기 기준 교환층은 자기 기준층과 교환 커플링된다. 또한, 자기 저항 센서는, 외부 자계가 없을 때, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스가 기준 방향을 따라 놓이고, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스가 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이고, 그리고, 센싱층의 자기 이방성이 제1 방향에 평행하도록 구성된다.

Description

자기 저항 센서
본 발명은 일반적으로 자기 저항 센서의 자유층 바이어싱에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 센싱층의 자기 이방성과 동일한 방향을 따라 센싱층의 직교한 바이어싱을 제공하는 스택 내 바이어스 층을 갖는 자기 터널 접합 센서의 제조에 관한 것이다.
거대 자기 저항 효과, 또는 터널 자기 저항 효과를 이용하는 박막 다층 스택들에 기초한 자기 저항 센서들은 기준 강자성 층(reference ferromagnetic layer; RL)과 센싱 강자성 층(sensing ferromagnetic layer; SL) 사이에 상대 배향에 의존하는 전기 저항을 갖는다. 기준 강자성 층의 자기 모멘트는 일반적으로, 망간 이리듐(iridium manganese; IrMn) 또는 망간 백금(platinum manganese; PtMn)과 같은 반강자성 재료와 계면 교환 커플링에 의해 고정된다. 이러한 커플링은 기준층이 강하게 피닝되는 바람직한 기준 방향을 정의한다. 센서의 저항은, 외부 전계가 없는 경우, 기준 자기 층을 따라 인가된 자계에 대해 선형으로 변화하며, 센싱층 자기 모멘트는 기준 방향에 대해 90도에, 즉 직교 방향을 따라 놓인다.
본 발명의 양태들에 따르면, 자기 저항 센서가 제공된다. 자기 저항 센서는, 자기 센싱층, 자기 기준층, 및 자기 센싱층과 자기 기준층 사이의 터널 배리어층을 포함한다. 자기 저항 센서는 또한 센싱 교환층과 기준 교환층을 포함하며, 각각은 반강자성 재료의 층을 갖는다. 상기 센싱 교환층은 자기 센싱층과 교환 커플링된다. 마찬가지로, 기준 교환층은 자기 기준층과 교환 커플링된다. 또한, 자기 저항 센서는 외부 자계가 없을 때, 상기 기준층을 피닝하는 교환 바이어스가 기준 방향을 따라 놓이고, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이고, 상기 센싱층의 자기 이방성은 제1 방향에 평행하도록 구성된다.
예시적인 실시예에서, 기준 방향으로 기준층을 피닝하는 교환 바이어스, 기준 방향에 직교한 제1 방향으로 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스, 및 제1 방향에 평행한 센싱층의 자기 이방성은 자기 저항 센서의 기하학적 형상과는 독립적으로 달성된다. 이와 관련하여, 개선된 선형성을 나타내는 자기 저항 센서가 제공된다.
본 발명의 추가 양태들에 따르면, 자기 저항 센서의 제조 방법이 제공된다. 방법은, 반강자성 재료의 층을 갖는 기준 교환층을 증착시키는 단계, 상기 기준 교환층이 자기 기준층과 교환 커플링되도록 기준 교환층 위에 자기 기준층을 증착시키는 단계; 상기 자기 센싱층 위에 터널 배리어층을 증착시키는 단계; 상기 터널 배리어층 위에 자기 센싱층을 증착시키는 단계; 및 상기 센싱 교환층이 자기 센싱층과 교환 커플링되도록 자기 센싱층 위에 반강자성 재료의 층을 갖는 센싱 교환층을 증착시키는 단계에 의해 자기 저항 스택을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 기준 방향을 따라 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 설정하는 단계를 또한 포함한다. 방법은 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이도록 설정하는 단계를 추가로 포함한다. 방법은 센싱층의 자기 이방성을 제1 방향에 평행하게 놓이도록 설정하는 단계를 추가로 포함한다.
방법에서, 센싱층의 자기 이방성을 제1 방향에 평행하게 놓이도록 설정하는 단계는, 자기 저항 스택을, 증착 동안 유도된 임의의 이방성을 리셋하기에 충분한 온도로 노출시킴으로써, 및 자기 저항 스택을, 제1 어닐링 공정 동안 관련된 냉각 동안 제1 방향으로 외부 자계에 노출시킴으로써, 제1 어닐링 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
방법에서, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 기준 방향을 따라 설정하는 단계는, 자기 저항 스택을, 센싱층의 자기 이방성을 리셋하기에 불충분하지만, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 충분한 온도로 노출시키고, 자기 저항 스택을, 제2 어닐링 공정과 관련된 냉각 동안 기준 방향으로 외부 자계에 노출시킴으로써, 제1 어닐링 공정 후 제2 어닐링 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
방법에서, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이도록 설정하는 단계는, 자기 저항 스택을, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 불충분하지만, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 충분한 온도로 노출시킴으로써 및 자기 저항 스택을, 제3 어닐링 공정과 관련된 냉각 동안 제1 방향으로 외부 자계에 노출시킴으로써, 제2 어닐링 공정 후 제3 어닐링 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 양태들에 따른 자기 저항 센서의 도면이다.
도 2는 본 발명의 추가 양태들에 따른 자기 저항 센서의 도면이다.
도 3은 본 발명의 추가 양태들에 따른 자기 저항 센서의 도면이다.
도 4는 본 발명의 추가 양태들에 따른 자기 저항 센서의 예시적인 실시예을 위해, 가로 좌표 상의 측정된 인가된 자계 및 세로 좌표 상의 저항을 도시하는 차트이다.
도 5는 본 발명의 양태들에 따른 자기 저항 센서의 제조 방법이다.
도 6a는 도 5의 방법의 후속 냉각을 포함하는 제1 어닐링 공정 후 자계들의 도면이다.
도 6b는 도 5의 방법의 후속 냉각을 포함하는 제2 어닐링 공정 후 자계의 도면이다.
도 6c는 도 5의 방법의 후속 냉각을 포함하는 제3 어닐링 공정 후 자계의 도면이다.
현재 고려되는 다양한 실시예들의 이하의 설명은 일반적인 원리들을 예시하기 위한 것이며 여기에 청구된 것을 제한하는 것이 아니다.
본 발명의 다양한 양태들에 따르면, 종래의 자기 저항 센서들에 대해 개선된 선형성을 나타내는 자기 저항 센서가 제공된다. 본원의 양태들에 따른 자기 저항 센서는 자기 이방성 및 센싱층 교환 커플링으로부터 센싱층의 결합된 스택 내 바이어싱을 갖는 자기 터널 접합 스택에 기초하고, 모두가 기준 방향에 직교한 공통 방향을 따라 놓여 있다. 자기 이방성과 센싱층 교환 커플링의 결합된 작용은 외부 자계가 없을 때 자유층이 잔류(rest)하는 잘 정의된 방향을 형성한다. 기준 방향을 따라 자계의 영향 하에, 센싱층 자화는 평활하고 균일하게 회전하여, 모노도메인으로부터 기대되는 이상적인 행동에 접근할 수 있다. 따라서, 고품질 선형 응답은, 형상 이방성이 없고, 매우 약한 센싱층 교환 커플링 값의 한계의, 대면적 센서들에서도 달성될 수 있으며, 이는 고감도 센서들을 달성하는데 필요하다.
도면들, 특히 도 1을 참조하면, 자기 저항 센서(100)는 본 발명의 양태들에 따라 도시된다. 자기 저항 센서(100)는 센싱 교환층(102), 자기 센싱층(104), 터널 배리어층(106), 자기 기준층(108) 및 기준 교환층(110)이 탑에서 바텀까지 적층된 형태를 포함하는 일련의 샌드위치형 층들로 구성된다.
센싱 교환층(102)은 반강자성 재료의 층을 포함하며, 자기 센싱층(104)과 교환 커플링되도록 배치되어 있다. 유사하게, 기준 교환층(110)은 반강자성 재료의 층을 포함하며, 자기 기준층(108)과 교환 커플링되도록 배치되어 있다. 이에 관하여, 터널 배리어층(106)은 자기 센싱층(104)과 자기 기준층(108) 사이에 배치되어 있다. 자기 센싱층(104)은 센싱 교환층(102)과 터널 배리어층(106) 사이에 배치되어 있다. 유사하게, 자기 기준층(108)은 터널 배리어층(106)과 기준 교환층(110) 사이에 배치되어 있다.
위의 구성 하에, 교환 바이어스 전계는 자기 기준층(108)과 기준 교환층(10) 사이의 교환 커플링으로 인해 자기 기준층(108)을 강하게 피닝한다. 이러한 전계는 여기서 기준 교환 전계라 하고, 기준 방향(112)을 따라 놓인다. 기준 자계는 기준층을 피닝하고, 기준층(108)의 기준 교환 전계가 센서(100)에 의해 측정될 외부 자계가 있을 때 변화하지 않도록 충분히 강해야 한다.
교환 바이어스 전계는 자기 센싱층(104)과 센싱 교환층(102) 사이의 교환 커플링으로 인해 자기 센싱층(104)을 피닝한다. 이러한 전계는 여기서 센싱 교환 전계라 하고, 기준 방향(112)에 직교한 제1 방향(114)을 따라 놓인다. 또한, 센싱층(104)의 자기 이방성은 제1 방향(114)에 평행한 방향(116)이고, 따라서, 또한 기준 방향(112)에 직교한다. 외부 자계가 없을 때, 센싱 교환 전계와 자기 이방성의 결합된 작용은 기준 방향(112)에 직교한 제1 방향(114)을 따라 놓이도록, 자기 센싱층(104)의 자화 벡터를 가압한다.
기준 방향(112)을 따라 인가된 외부 자계 하에서, 제1 방향(114)을 따라 일반적으로 정렬되는 자기 센싱층의 자화 벡터는 평활하고 균일하게 회전하여, 포화에 도달할 때까지 외부 자계 값에 대한 저항의 선형 변화를 제공할 수 있다.
도 2를 참조하면, 자기 저항 센서(200)는 본 발명의 추가 양태들에 따라 도시된다. 자기 저항 센서(200)는 자기 저항 센서(100)와 동일한 일반적인 특성들을 나타낸다. 이에 관하여, 유사 기능들을 실행하는 구조물들은 도 1과 도 2 사이의 임의의 조합으로 호환가능하다. 이에 따라, 유사 기능들을 실행하는 구조물들은 도 1의 대응부와 비교하여 도 2에서 높은 도면 번호(100)로 도시된다. 또한, 도 1의 자기 저항 센서(100)의 구조들 및 특징들의 임의의 조합은 도 2의 자기 저항 센서(200)에 의해 실행될 수 있다. 마찬가지로, 도 2의 자기 저항 센서(200)의 구조들 및 특징들의 임의의 조합은 도 1의 자기 저항 센서(100)에 의해 실행될 수 있다.
자기 저항 센서(200)는 캡(201), 센싱 교환층(202), 자기 센싱층 (204), 터널 배리어층(206), 자기 기준층(208), 기준 교환층(210), 및 버퍼(211)를 포함하는 일련의 샌드위치형 층들로 구성된다.
도 1의 예시와 같이, 센싱 교환층(202)은 반강자성 재료의 층을 포함하고, 자기 센싱층(204)과 교환 커플링되도록 배치된다. 유사하게, 기준 교환층(210)은 반강자성 재료의 층을 포함하며, 자기 기준층(2008)과 교환 커플링되도록 배치된다.
또한, 도 2의 예시에서는, 자기 기준층(208)은 합성 반강자성체(synthetic antiferromaget; SAF)로서 실행된다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 자기 기준층(208)은 터널 배리어층(206)에 인접한 제1 강자성 층(218)(SAF 기준층)으로서 실행된다. 비자기 스페이서(220)(SAF 스페이서)는 제1 강자성 층(218)에 인접하며, 제2 강자성 층(222)(SAF 피닝된 층)은 비자기 스페이서(220)에 인접하다. SAF 스페이서(220)를 통해 매개되는 제1 강자성 층(218)과 제2 강자성 층(222)의 Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY) 커플링은 기준 방향(212)을 따라 자화에 의해 반평행 배열로 제2 강자성 층(222)의 자화를 야기한다.
보다 상세하게는, 기준층(208)을 피닝하는 교환 바이어스 전계는, 기준 자기층이 기준 방향(212)을 따라 강하게 피닝될 수 있도록, 자기 기준층(218)의 자화 벡터가 기준 방향(212)을 따라 놓이게 야기한다. 기준 교환 전계는 기준층(208)을 피닝하고, 자기 기준층(218)의 자화 벡터가 센서(200)에 의해 측정될 외부 자계가 있을 때 변화하는 것을 허용하지 않도록 충분히 강해야 한다.
센싱층(204)을 피닝하는 교환 바이어스 전계는 센싱층(204)의 자화 벡터가 기준 방향(212)에 직교한 제1 방향(214)을 따라 놓이는 것을 야기한다. 또한, 센싱층(204)의 자기 이방성은 제1 방향(214)에 평행한 방향(216)에 있으며, 따라서, 또한, 기준 방향(212)에 직교한다. 외부 자계가 없을 때, 센싱 교환 전계와 자기 이방성의 결합된 작용은, 자기 센싱층(204)의 자화 벡터가 기준 방향(212)에 직교한 제1 방향(214)을 따라 놓이도록 가압한다.
기준 방향(212)을 따라 인가되는 외부 자계 하에, 제1 방향(214)을 따라 일반적으로 정렬되는 센싱 자계는 평활화고 균일하게 회전하여, 포화에 도달할 때까지 외부 자계값에 대한 저항의 선형 변화를 제공할 수 있다.
또한, 도 1의 예시와 유사하게, 터널 배리어층(206)은 자기 센싱층(204)과 자기 기준층(208) 사이에 배치된다. 자기 센싱층(204)은 센싱 교환층(202)과 터널 배리어층(206) 사이에 배치된다. 유사하게, 자기 기준층(208)은 터널 배리어층(206)과 기준 교환층(210) 사이에 배치된다. 캡(201)은 센싱층(204)에 대향하는 센싱 교환층(202)에 인접해 있으며, 외부 회로(미도시)에 전기적 접촉을 제공한다. 마찬가지로, 버퍼(211)는 기준층(208)에 대향하는 기준 교환층(210)에 인접해 있으며, 또한 외부 회로(미도시)에 전기적 접촉을 제공한다.
일반적인 관찰:
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적으로, 터널 배리어층(106,206)은 센싱층(104,204)과 기준층(108,208) 사이에 스페이서를 형성하며, 산화 마그네슘 (magnesium oxide; MgO)과 같은 재료를 포함할 수 있다.
자기 센싱층(104,204), 자기 기준층(108,208) 또는 모두는 코발트(cobalt; Co), 철(Fe), 니켈(nickel; Ni), 코발트철(cobalt-iron; CoFe), 코발트철 붕소(cobalt-iron-boron; CoFeB), 니켈철(nickel-iron; NiFe) 등의 단일 강자성 층으로 제조될 수 있다. 대안적으로, 자기 센싱층(104, 204), 자기 기준층(108, 208), 또는 모두는 CoFe/ 루테늄(ruthenium; Ru) / CoFeB 합성 반강자성체 삼중층과 같은 반강자성 커플링, 또는 CoFeB/CoFe, CoFeB/NiFe, CoFeB/스페이서/NiFe, CoFeB/ 탄탈룸(tantalum; Ta)/NiFe 등과 같은 강자성 커플링에 의해, 다수의 강자성 층들로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2에서, 자기 센싱층(208)은 CoFeB 합금과 같은 단일 자기 재료, 또는 비자성 재료들, 예를 들어, CoFeB/Ta NiFe에 의해 분리된, 자성으로 커플링된 강자성 층들과 같은 층들의 조합으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서, 자기 기준층(208)은 예를 들어, CoFe 합금으로 제조되는 SAF 피닝된 층, 예를 들어, Ru로 제조되는 SAF 스페이서, 및, 예를 들어, CoFeb 합금으로 제조되는 SAF 기준층으로 구성된 합성 반강자성 재료(SAF) 삼중층으로서 예시적인 구성으로 도시된다. 또한 센싱층(104,204)을 형성하는 강자성 층(들)의 단축 이방성은, 센싱층(104,204)을 피닝하는 교환 전계(교환 전계 방향(114,214) 참고)와 동일한 방향(116,216)을 따르며, 즉, 센싱층(104,204)의 단축 이방성은 기준 방향(112,212)에 직교한 방향을 따른다.
센싱 교환층(102,202), 기준 교환층(110,210) 또는 모두는 망간 이리듐(IrMn) 또는 망간 백금(PtMn) 합금과 같은 임의의 적합한 반강자성 재료(들)일 수 있다. 이에 관계없이, 여기에 보다 상세히 언급된 바와 같이, 기준 교환층(110,210)은 센서의 기준 자계를 정의하는 기준 방향(112,212)을 따라 기준층(108,208)의 자계를 교환 피닝하는데 사용된다. 유사하게, 센싱 교환층(102,202)은 센서의 센싱 자계를 정의하는 기준 방향(112,212)에 직교한 제1 방향(114,214)을 따라 센싱층(104,204)의 자계를 교환 피닝하는데 사용된다. 또한, 직교한 방향은 센싱층(104,204)에 평행한 방향으로, 즉, (수직과는 반대로) 센싱층(104,204)의 면이다.
캡(201), 버퍼(211) 또는 모두는 자기 저항 센서(100,200)에 외부 회로로부터의 전기적 커플링을 제공하는 임의의 적합한 재료다. 예를 들어, 캡(201), 버퍼(211) 또는 모두는 Ru, Ta, 구리-질소(copper-nitrogen; CuN) 등과 같은 재료들의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다.
예시의 자기 저항 스택
도 3을 참조하면, 도 2의 자기 저항 센서의 예시적인 실시예이 본 발명의 다양한 양태들에 따라 도시된다. 도 3의 예시의 스택은 여기서 설명된 자계 배향들에 대한 모든 요구 사항들을 수행한다. 따라서, 도 3의 유사 구조는 도 2의 대응부보다 높은 도면 부호(100)로 도시된다.
도시된 바와 같이, 예시적인 자기 저항 센서(300)는 캡(301), 센싱 교환층(302), 자기 센싱층(304), 터널 배리어층(306), 자기 기준층(308), 기준 교환층(310), 및 버퍼(311)를 포함하는 일련의 샌드위치형 층들로 구성된다.
캡(301)은 Ru의 10 나노미터(nanometer; nm) 층, Ta의 5 nm 층, 및 Ru의 2 nm 층을 포함하는 3개의 층들로 구성된다.
센싱 교환층(302)은 IrMn의 6 nm 층 및 Ru의 0.2 nm 층을 포함하는 2개의 층들로 구성된다. 대안적인 실시예에서, 센싱 교환층(302)은 PtMn 합금을 포함할 수 있다.
자기 센싱층(304)은 니켈철(NiFe)의 4 nm 층, Ta의 0.21 nm 층, 및 CoFe40B20와 같은 코발트철 붕소의 2 nm 층을 포함하는 3개의 층들로 구성된다.
터널 배리어층(306)은 산화 마그네슘(MgO)이다.
자기 기준층(308)은 합성 반강자성 구조물을 형성하는 3개의 층들로 구성된다. 합성 반강자성 구조물은 CoFe40B20와 같은 코발트철 붕소의 2.6 nm 층, Ru의 0.85 nm 층, 및 CoFe30과 같은 코발트철의 2 nm 층으로 구성된다.
기준 교환층(310)은 IrMn의 20 nm 층으로 구성된다.
버퍼층(311)은 Ru의 5 nm 층 및 Ta의 5 nm 층으로 구성된다. 버퍼층(311)은 또한 6개의 적층된 층들을 포함하며, 각 적층된 층은 질산구리(copper nitrate; CuN)의 25 nm 층 및 Ru의 5 nm 층을 포함한다.
실제로, 다양한 재료 두께 및 재료들 자체는, 최종 구조물이, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스가 기준 방향을 따라 놓이고, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스가 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이며, 센싱층의 자기 이방성이 제1 방향에 평행하도록 구성되는 한, 위의 예시와 다를 수 있다.
도 4를 참조하면, 예시적인 실시예에서, 100x100 ㎛2의 면적을 갖는, 일련의 자기 터널 접합 디바이스들(도 3을 참조하여 설명된 바와 같은 자기 저항 센서들(300))를 제조하는데 미세가공 및 어닐링이 사용된 공정이 수행되었다. 도 4의 벌크 전달 곡선은, 위의 구성의 센서 스택이 기준 방향을 따라 인가된 전계 하에 선형이 될 것이라는 것을 도시한 것으로, 보자력은 일반적으로 <1 0e일 것이고, 오프셋 전계는 일반적으로 <10 Oe일 것이다. 예를 들어, 도 4의 차트(400)가 도시됨에 따라, 측정된 자계는 적어도 -29 Oe 내지 20 Oe의 범위의 선형인 것으로 도시되었다. 선형 범위는 센싱층을 피닝하는 교환 전계의 크기를 변화시킴으로써 조정될 수 있으며, 순차적으로 자기 센싱층 및 센싱 교환층의 두께 및 조성물에 의존한다. 그러나, 선형 범위를 대략 ~50 Oe(1,000 0e와 반대로)로 유지함으로써, 센싱층에서 작용하는 2개의 전계들은 공선형으로 제조될 수 있다. 따라서, 선형 범위는 자구들에서 센싱층을 파쇄시킬 수 있는 2개의 전계들 사이의 경쟁을 회피하도록 선택될 수 있다.
자기 저항 센서의 제조 방법
도 5를 참조하면, 본 발명의 양태들에 따른 자기 저항 센서를 제조하기 위한 방법(500)이 도시되어 있다. 방법(500)은 502에서 자기 저항 구조물을 미세가공(microfabricating)하는 단계를 포함한다. 예로서, 방법(500)은, 반강자성 재료의 층을 갖는 기준 교환층을 증착하는 단계, 기준 교환층이 자기 기준층과 교환 커플링되도록 기준 교환층 위에 자기 기준층을 증착하는 단계, 자기 센싱층 위에 터널 배리어층을 증착하는 단계, 터널 배리어층 위에 자기 센싱층을 증착하는 단계, 및 센싱 교환층이 자기 센싱층과 교환 커플링되도록 자기 센싱층 위에 반강자성 재료의 층을 갖는 센싱 교환층을 증착함으로써, 502에서 기판 위에 자기 저항 스택을 형성하는 단계를 형성할 수 있다. 실제로, 버퍼층은 또한, 예를 들어, 기판 위에 및 기준 교환층 아래에 증착될 수 있다. 마찬가지로, 캡은 센싱 교환층 위에 증착될 수 있다.
예를 들어, 스택은 도 3을 참조하여 설명된 재료들 및 두께를 사용하여 증착 공정을 통해 구성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 예를 들어, 도 1 또는 도 2에 관하여 설명된 스택을 구성함으로써, 다른 구성들이 이용될 수 있다.
여기서 보다 상세히 언급된 바와 같이, 외부 자계가 없을 때, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향을 따라 놓이고, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이며, 센싱층의 자기 이방성은 제1 방향에 평행하다.
상기를 고려하여, 방법(500)은, 예를 들어, 자기 저항 스택을, 증착 동안 유도된 임의의 이방성을 리셋하기에 충분한 온도로 노출시킴으로써 및 자기 저항 스택을, 제1 어닐링 공정과 관련된 냉각 동안 제1 방향으로 외부 자계에 노출시킴으로써, 센싱층의 자기 이방성을 제1 방향에 평행하게 놓이도록 설정하는 단계를 또한 포함한다.
예로서, 제1 어닐링 공정은 504에서 수행된다. 제1 어닐링 공정은, 터널 배리어 및 터널 자기 저항 동작을 위한 적절한 단계에서 터널링에 관여하는 대응하는 강자성 층들(예를 들어, 도 1,2, 및 3 각각에서 자기 센싱층(104,204,304), 터널 배리어층(106,206,306), 및 자기 기준층(108,208,308))을 결정화한다.
또한, 504에서 제1 어닐링 공정은 증착 동안 유도된 임의의 이방성을 리셋하기 위해, 반강자성 재료들의 차단 온도 이상이거나 또는 이에 가까운 큰 어닐링 온도를 이용할 수 있다. 예를 들어, 큰 어닐링 온도(T>320 C)는 IrMn 또는 PtMn와 같은 반강자성 재료들의 증착 동안 유도된 임의의 이방성을 리셋하기에 매우 충분하다. 이와 같이, 504에서 제1 어닐링 공정은 각 반강자성 층(예를 들어, 도 1, 2, 및 3 각각에서 센싱 교환층(102,202,302), 기준 교환층(110,210,310))의 피닝 방향을 설정하는데 이용될 수 있다.
이러한 어닐링 온도는 또한 CoFeB/MgO/CoFeB 자기 터널 접합 스택에서 (강자성) 센싱층과 기준층의 단축 이방성 축을 설정하는데 이용될 수 있다.
보다 상세하게는, 방법(500)은 제1 어닐링 공정 동안 열의 인가 이후 냉각 작동 동안 스택에 근접한 외부 자계를 506에서 인가하는 단계를 포함한다. 인가된 자계는 최종 직교한 방항(예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 방향(112,212))을 따라 인가된다. 특히, 방법(500)은 (강자성) 센싱층(SL HK)의 단축 이방성 축을 설정하기 위해 506에서 냉각을 이용하여 스택에 외부 자계를 인가하는 단계를 포함한다.
(강자성) 센싱층의 단축 이방성 축을 설정하는 것에 추가로, 인가된 자계는 스택의 강자성 기준층을 포화시키기에 충분히 강하다. 즉, 도 1을 참조로 설명된 것과 같은 스택 구성에 대해, 인가된 외부 자계는 기준층(108)을 포화시키기에 충분히 강해야 한다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 같은 스택 구성을 위해, 인가된 외부 자계는 스택의 강자성 기준층(208,308)(예를 들어, 층들(218,220, 및 222) 또는 층들(318,320, 및 322)의 합성 반강자성 구조물을 포화시키기에 충분히 강해야 한다. 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명된 예시의 스택 구성에 대해, 인가된 외부 자계는 바람직하게는 >=1 Tesla이다.
도 6a를 간략하게 참조하면, 도시(600)는 제1 어닐링 공정 및 후속 냉각의 종료 시, 자기 저항 센서 스택의 교환 전계들 및 자기 이방성의 방향을 도시한 것이다. 특히, 도 6a는 센싱층(604)(상술한 센싱층(104,204,304)과 유사함), 터널 배리어층(606)(상술한 터널 배리어층(106,206,306)과 유사함), 및 기준층(608)(상술한 기준층(108,208,308)과 유사함)으로 구성된 스택을 도시한 것이다.
자기 저항 센서 스택의 모든 도시된 교환 전계들 및 자기 이방성은, 자기 저항 센서에서 기준 방향에 궁극적으로 직교하는 방향을 따라 놓인다. 보다 상세하게는, 외부 자계(Hann)는 자기 저항 센서의 최종 스택 구성에서 센싱층의 자기 이방성과 센싱 자기층에 대한 직교한 방향(도 1의 방향들(114,116), 도 2의 방향들(214,216)을 정의하는 방향(632)으로 설정된다.
그 결과, 초기 어닐링 후, 스택 내의 각 강자성 층의 자기 단축 이방성 축 및 각 교환 자계와 관련된 단방향 이방성은 인가된 외부 자계와 동일한 방향을 따라 배향된다.
즉, 외부 자계(Hann)에 대응하여, (강자성) 센싱층(SL HK)의 단축 이방성 축의 방향(634), 센싱층(SL Hex)을 피닝하는 교환 바이어스의 방향(636), 센싱 자계(the sensing magnetic field; SL Mag)의 방향(638), 및 기준층 자계(reference layer magnetic field; RL Mag)의 방향(640)은 모두 동일한 방향으로 정렬된다. 그 결과, 센싱층 자화의 방향 및 기준층 자화의 방향은 최종 디바이스 직교 방향(예를 들어, 도 1의 방향(114), 도 2의 방향(214))을 따라 놓일 것이다.
도 5의 방법(500)은, 예를 들어, 자기 저항 스택을, 센싱층의 자기 이방성을 리셋하기에 불충분하지만, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 충분한 온도로 노출시킴으로써, 및 자기 저항 스택을, 제2 어닐링 공정과 관련된 냉각 동안 기준 방향으로 외부 자계에 노출시킴으로써 제1 어닐링 공정 후 제2 어닐링 공정을 수행함으로써, 기준 방향을 따라 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 설정하는 단계를 또한 포함한다.
예를 들어, 도 5를 다시 참조하면, 방법(500)은 또한 508에서 제2 어닐링 공정을 수행하는 단계를 포함한다. 제2 어닐링 공정 동안 어닐링 온도는 반강자성 층들(예를 들어, 센싱 교환층 및 기준 교환층)의 차단 온도 초과이지만 센싱층의 단축 이방성이 재배향되는 온도 미만이여야 한다. 예시적인 실시예에서, 최대 280℃ (T<=280C)의 온도는 제2 어닐링 공정 동안 이용될 수 있다.
이에 관하여, 제2 어닐링 공정 동안 열의 인가 이후 510에서의 냉각은 기준층 자계(RL Mag)의 방향을 최종 기준 방향으로 설정하는데 사용된다. 예를 들어, 방법(500)은 제2 어닐링 공정 동안 열의 인가 이후 냉각 작동 동안 스택에 근접한 외부 자계를 인가하는 단계를 추가로 포함한다. 보다 상세하게는, 양 반강자성 재료 계면들에서 교환 바이어스는 기준 방향을 따라 냉각 동안 외부 자계를 인가함으로써 90도 만큼 회전된다.
예를 들어, 외부 자계(Hann)는 스택의 강자성 기준층을 포화시키기에 충분히 강해야 한다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 같은 스택 구성에 대해, 제2 어닐링 공정(도 5의 공정(510))의 냉각 동안 인가된 외부 자계는 스택의 강자성 기준층(208)(예를 들어, 층들(218, 220, 및 222)의 합성 반강자성 구조물을 포화하기에 충분히 강해야 한다. 인가된 외부 자계는 바람직하게는 >=1 Tesla이다.
도 6b을 간략하게 참조하면, 도시(600)는 제2 어닐링 공정 및 후속 냉각의 종료 시 자기 저항 센서 스택(센싱층(604), 터널 배리어층(606) 및 기준층(608)을 포함함)의 교환 전계들 및 자기 이방성의 방향들을 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 외부 자계(Hann)는 자기 저항 센서의 제1 스택 구성에서 기준 자기층에 대한 기준 방향(예를 들어, 도 1의 방향(112), 도 2의 방향(212))을 정의하는 방향(642)으로 설정된다. 실제로, 도 5의 (510)에서 인가된 외부 자계(Hann)는 도 5의 506에서 인가된 외부 자계(Hann)와 동일하거나 상이할 수 있다.
방향(642)의 외부 자계에 대응하여, (강자성) 센싱층(SL HK)의 단축 이방성 축의 방향(634)은 변하지 않는다. 즉, 도 6b의 방향(634)은 도 6a의 방향(634)과 동일하다. 그러나, 센싱층(SL Hex)을 피닝하는 교환 바이어스의 방향(646) 및 기준층 자계(RL Mag)의 방향(650)은 외부 자계(Hann)의 방향(642)과 동일한 방향으로 정렬된다.
센싱 자계(SL Mag)의 방향(648)은 센싱층의 단축 이방성의 방향 및 대응 센싱 교환 바이어스 층으로부터의 교환 바이어스의 방향 모두에 의해 영향을 받는다. 그러나, 센싱층의 단축 이방성은 대응 센싱 교환 바이어스 층으로부터 교환 바이어스에 직교한다. 그 결과, 센싱층의 자계의 방향(648)은 센싱층의 단축 이방성의 방향과 대응 센싱 교환 바이어스 층으로부터의 교환 바이어스의 방향 사이의 어딘가에 있을 것이다. 따라서, 센싱층 자화는 직교한 방향과 기준 방향 사이의 중간 방향을 따라 남아 있을 것이다. 정확한 방향은 단축 이방성과 센싱층을 바이어싱하는 교환 전계 사이의 균형에 따라 달라질 것이다.
또한, 기준층 자화의 방향(650)은 최종 디바이스 기준 방향(예를 들어, 도 1의 방향(112), 도 2의 방향(212))을 따라 놓일 것이다.
그러나, 여기서 본 발명의 추가 양태들에 따르면, 방법(500)은, 예를 들어, 자기 저항 스택을, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 불충분하지만 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 충분한 온도로 노출시킴으로써, 그리고, 자기 저항 스택을, 제3 어닐링 공정과 관련된 냉각 동안 제1 방향으로 외부 자계에 노출시킴으로써, 제2 어닐링 공정 후 제3 어닐링 공정을 수행함으로써, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이도록 설정하는 단계를 추가로 포함한다.
도 5를 다시 참조하면, 방법(500)은 512에서 제3 어닐링 공정을 수행하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들어, 제3 어닐링 공정 동안 온도는 기준층을 피닝하는 기준 교환층(예를 들어, 도 1의 기준 교환층(110), 도 2의 기준 교환층(210))의 차단 온도 미만이지만 센싱층을 피닝하는 센싱 교환층(예를 들어, 도 1의 센싱 교환층(102), 도 2의 센싱 교환층(202))의 차단 온도 초과인 값으로 설정될 수 있다. 예로서, 제3 어닐링 공정 동안 온도는 250℃ 미만(T <250C)으로 설정될 수 있다. 다른 예시에서, 온도는 220℃ 미만(T<220C)으로 설정된다.
외부 자계는 514에서 제3 어닐링 공정의 냉각 단계 동안 인가된다. 제3 어닐링 공정 동안, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스는 90도 회전되며, 직교한 방향을 따라 재배향된다. 센싱층의 자기 이방성은 직교한 방향을 따라 방해받지 않고 남아 있을 것이다. 기준층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향을 따라 방해받지 않고 남아 있을 것이다. 이에 따라, 기준층의 자화의 방향은 영향을 받지 않을 것이다.
도 6c를 간략하게 참조하면, 도시(600)는 제3 어닐링 공정 및 후속 냉각의 종료 시 자기 저항 센서 스택(센싱층(604), 터널 배리어층(606) 및 기준층(608)을 포함함)의 교환 전계 및 자기 이방성의 방향들을 도시한 것이다. 보다 상세하게는, 외부 자계(Hann)는 직교한 방향에 대응하는 방향(632)(도 6a를 참조로 설명된 외부 자계(Hann)의 방향(632)과 동일함)으로 설정된다.
실제로, 외부 자계(Hann)는 도 5의 제1 어닐링 공정(504)의 냉각 동안 방향(632)으로 인가된 외부 자계와 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 냉각 외부 자계(Hann)는 (직교한 방향을 따라) 방향(632)으로 인가되며, 센싱층(604)을 포화하기에 충분히 커야 하며, 예를 들어, 냉각 전계 값은 <0.1 Tesla일 수 있다.
방향(632)의 외부 자계(Hann)에 대응하여, (강자성) 센싱층(SL HK)의 단축 이방성 축의 방향(804)은 다시 변화하지 않는다(따라서 직교한 방향으로 남아 있다). 그러나, 센싱층(SL Hex)을 피닝하는 교환 바이어스의 방향(636)은 외부 자계(Hann)의 방향(632)과 동일한 방향으로 다시 정렬된다.
기준층 자계(RL Mag)의 방향은 도 5의 514에서 인가된 외부 자계(Hann)에 의해 영향을 받지 않을 수 있다. 이와 같이, 기준층 자계(RL Mag)는 기준 방향(650)으로 남아 있다.
센싱 자계(SL Mag)의 방향은 센싱층의 단축 이방성의 방향 및 대응 센싱 교환 바이어스 층으로부터의 교환 바이어스의 방향 모두에 의해 영향을 받는다. 센싱층의 단축 이방성 및 대응 센싱 교환 바이어스로부터의 교환 바이어스 모두는 동일한 방향(직교한 방향)으로 정렬된다. 그 결과, 센싱 자계(SL Mag)의 방향은 다시, 직교한 방향인 방향(638)이다.
도 5을 다시 참조하여, 제3 어닐링 단계(512) 및 냉각(514)은 센싱층 교환 및 기준층 교환을 직교한 구성으로 설정하는데 요구된다. 이는, 공정(500)으로부터 제2 어닐링(508) 및 냉각(510)을 제거시킴으로써 및 제1 방향에 직교한 방향을 따라 단계(514)에서 냉각 전계를 인가함으로써 달성될 수 있다. 이러한 공정에서, 센싱층에서 작용하는 2개의 내부 전계들(자기 이방성 및 교환 바이어스)은 공선형이 아닐 것이다. 이들 2개의 전계들 사이의 경쟁은 직교한 방향으로부터 센싱층의 자기 모멘트를 변위시킬 것이고, 순차적으로, 기준 방향을 따라 전계에 대응하여 센서의 선형성을 저하시킬 것이다. 센싱층은 (도 6c에 도시된 것과 유사한 구성에서) 경사지게 될 것이고, 전달 곡선들은 고감도의 센서들에서 특별하게 의미 있는 영향을 가질 것이다(2개의 경쟁 전계의 크기의 정도가 유사하게 됨).
기타:
외부 자계에 대하여 자기 저항 디바이스의 선형 저항 변화를 요구하는 많은 어플리케이션들이 있다. 선형 응답을 달성하기 위해, 센싱층 자기 모멘트는 외부 자계가 없을 때 기준층에 직교한 방향을 따라 향하게 된다.
본 발명의 양태들은, 벌크 전달 곡선의 적어도 한 영역에 걸쳐 선형 동작을 용이하게 하는 양호한 자기 전송 특성들을 제공하기 위해, 높은 어닐링 온도(예를 들어, T>280C) 및 다수의 어닐링 공정을 이용하는, 터널 배리어 및 강자성 층들(예를 들어, CoFeB/MgO/CoFeB 자기 터널 접합에서 MgO 및 CoFeB)에 의해, 자기 터널 접합 스택에 기초한 자계 센서를 제공한다. 여기에 설명된 구성들을 달성하기 위해, 2개의 반강자성 층들이 상이한 차단 온도를 가질 수 있어, 별개의 자기 어닐링 공정들이 각 층의 피닝 방향을 선택적으로 설정하도록 사용될 수 있다.
보다 상세하게는, 여기에 설명된 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 제조 기술에 따라, 센싱 교환층(예를 들어, 반강자성 재료)과 자기 센싱층 사이의 계면에서의 교환 바이어스와 관련된 차단 온도는 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 교환층 및 자기 기준층, 예를 들어, SAF 피닝된 층으로부터의 계면에서 교환과 관련된 차단 온도와 상이할 수 있다. 또한, 일단 설정된 자기 센싱층(204)과 관련된 자기 이방성은, 센싱 교환층과 자기 센싱층 사이의 계면에서 교환 바이어스와 관련된 차단 온도에서, 및 기준 교환층과 자기 기준층으로부터의 계면에서 교환과 관련된 차단 온도에서 안정하게 남아 있어야 한다.
기준 방향을 따라 센싱층의 단축 이방성에 의해, 자계가 없을 때, 반강자성/센싱층 계면(예를 들어, 도 1의 센싱 교환층(102)과 자기 센싱층(104), 도 2의 센싱 교환층(202)과 자기 센싱층(204) 사이의 계면)에서의 스핀들은 기준 방향으로 차단될 것이다. 즉, 센서는 선형 응답을 제공하는 자기 구성을 잃을 것이다. 그러나, 여기서 개시된 구조물들에서, 센싱층 자기 모멘트는 직교한 방향을 따라 정렬되어 남아 있으며, 센서에 의해 측정될 외부 자계에 대응하여 선형 성능을 용이하게 할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 예를 들어, 여기서 도 5-도 6c을 참조하여 설명된 바와 같은 센싱층의 단축 이방성을 고려하는 선형화 방법을 실행함으로써, 양호한 선형 응답 및 열적 안정성을 갖는 자계 센서들이 제공된다.
특히, 여기서 도시된 구조물들은 형상 이방성과 독립적으로 선형성 및 열적 안정화를 나타내도록 제조된다. 즉, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향을 따라 놓이는 반면, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이고, 센싱층의 자기 이방성은, 큰 종횡비 및 작은 측면 치수를 요구하지 않으면서 (외부 자계가 없을 때) 제1 방향에 평행하다. 이보다는, 종횡비(예를 들어, 100x10 ㎛2 내지 10x10 ㎛2)에 관계없이 큰 측면 치수를 갖고, 또한 종횡비(예를 들어, 100x2 ㎛2에서 2x2 ㎛2에 이름)에 관계없이 작은 측면 치수를 가질 때에도, 상기-자계 특성들이 실현된다. 따라서, 예를 들어, 자기 센싱층은 1:1 정도로 작을 수 있는 종횡비에 의해 정의된 치수를 가질 수 있다. 이러한 능력은 작은 선형 범위를 갖는 고감도 선형 센서들이 종래의 센서들(예를 들어, 2x2 ㎛2 스퀘어 센서)에 의해 가능하지 않은 작은 영역으로 제조되는 것을 가능하게 한다. 또한, 여기서 구조물들 및 방법들은 선형성을 여전히 유지하면서 센서 기하학적 구조 사이의 독립성을 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어, 여기서 센서들은 작은 측면 치수에 제한되지 않으며, > 5 ㎛일 수 있다. 또한, 선형 범위 및 센서 치수들은 독립적인 파라미터들이 아니다.
여기서 설명된 바와 같이 구성된 센서들은 저주파 범위에서 매우 약한 자계들의 검출에 관련된 것과 같이, 상대적으로 대면적 및/또는 낮은 종횡비를 갖는 자계 센서들을 필요로 하는 어플리케이션들에 적합하다.
또한, 여기서 보다 상세히 언급된 바와 같이, 외부 자계가 없을 때, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향을 따라 놓이는 한편, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이고, 센싱층의 자기 이방성은 제1 방향에 평행하다. 이와 같이, 여기서 설명된 자기 저항 센서 스택 내에 포함되지 않은 영구 자석들로부터의 자계 바이어싱에 의존할 필요가 없다.
예를 들어, 여기서 구조물들은 센서 부근에 형성된 경질의 자기 층들에 의해 센싱층의 바이어싱을 회피한다. CoCrPt 또는 CoZrNb와 같은 경질의 자기 층들을 사용하는 것은, 이를 피닝하지 않고, 기준층에 직교한 방향으로 센싱층의 자기 모멘트를 정렬하는데 사용되는 표유 자계들을 발생시킨다. 이러한 방식들에 의해 제공되는 바이어싱 전계는 센싱층을 가로질러 불균일하다(따라서, 일부 어플리케이션에서 이를 안정화하기에 부적당함). 또한, 센서 부근에 형성된 자기 층들에 의존할 때 바이어싱 전계의 세기는 사용된 기하학적 구조에 따라 크게 달라지며, 센서의 열적 안정성은 영구 자석의 열적 안정성에 의해 제한된다.
마찬가지로, 센싱층을 피닝하는 인바운드 자기 층들로부터 자기 바이어스에 의존할 필요가 없거나, 그렇지 않으면, 기준층 내의 것들 이외에, 스택 내에 포함된 강자성 층들로부터 발생하는 표유 자계들을 사용하는 스택 내 바이어싱에 의존할 필요가 없다.
또한, 여기서 구조물들은 직교한 방향으로 교환 커플링을 갖는 스택 내 바이어싱에 의존할 필요가 없다. 반대로, 여기서 설명된 바와 같이, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이고, 센싱층의 자기 이방성은 제1 방향에 평행하다.
또한, 여기서 설명된 접근들은, 전계들 모두가 동일한 방향으로 정렬되기 때문에, 센싱층 내에서 교환 바이어스와 단축 이방성 사이의 경쟁을 회피한다. 이는 선형성 및 열적 성능 모두를 향상시킨다.
여기서 사용된 용어는 특정 실시예들만을 설명하기 위한 것이고, 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 여기서 사용된 바와 같이, 단수 형태들 "하나의"는 문맥이 달리 명확히 나타내지 않는 한, 복수 형태들도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어들 "포함하다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 및/또는 구성 요소들의 존재를 구체화하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 구성 요소들, 및/또는 그 그룹들의 존재 또는 추가를 방해하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.
본 발명의 설명이 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되어 왔지만, 개시된 형태로 본 발명에 제한되는 것이 아니다. 본 발명의 범주 및 정신을 벗어나지 않으면서 많은 수정 및 변형이 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
따라서, 본 출원의 개시가 상세히 실시예들을 참조하여 설명되었으며, 첨부된 청구범위에 정의된 개시의 범주를 벗어나지 않으면서 수정 및 변형이 가능하다는 것이 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. 자기 저항 센서로서,
    자기 센싱층;
    자기 기준층;
    상기 자기 센싱층과 자기 기준층 사이의 터널 배리어층;
    반강자성 재료의 층을 갖는 센싱 교환층, 상기 센싱 교환층은 자기 센싱층과 교환 커플링됨; 및
    상기 반강자성 재료의 층을 갖는 기준 교환층을 포함하되, 상기 기준 교환층은 자기 기준층과 교환 커플링되며:
    외부 자계가 없을 때:
    상기 기준층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향을 따라 놓이고;
    상기 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스는 기준 방향에 직교한 제1 방
    향을 따라 놓이고; 및
    상기 센싱층의 자기 이방성은 제1 방향에 평행한, 자기 저항 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기 센싱층은, 1:1 정도로 작을 수 있는 종횡비에 의해 정의되는 치수인, 자기 저항 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기 기준층은 합성 반강자성 재료로 실행되는, 자기 저항 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자기 센싱층은 두께 <lnm의 얇은 비자성 재료에 의해 분리되는 2개의 강자성 재료들로 제조되는, 자기 저항 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    두께 <lnm를 갖는 얇은 비자성 층이 자기 센싱층과 센싱 교환층 사이에 배치되는, 자기 저항 센서.
  6. 자기 저항 센서를 제조하는 방법으로서,
    상기 반강자성 재료의 층을 갖는 기준 교환층을 증착시키는 단계;
    상기 기준 교환층이 자기 기준층과 교환 커플링되도록 기준 교환층 위에 자기 기준층을 증착시키는 단계;
    상기 자기 센싱층 위에 터널 배리어층을 증착시키는 단계;
    상기 터널 배리어층 위에 자기 센싱층을 증착시키는 단계; 및
    상기 센싱 교환층이 자기 센싱층과 교환 커플링되도록, 자기 센싱층 위
    에 반강자성 재료의 층을 갖는 센싱 교환층을 증착시키는 단계에 의해:
    자기 저항 스택을 형성하는 단계,
    상기 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 기준 방향으로 따라 설정하는 단계;
    상기 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 기준 방향에 직교하는 제1 방향을 따라 놓이도록 설정하는 단계; 및
    상기 센싱층의 자기 이방성을 제1 방향에 평행하게 놓이도록 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센싱층의 자기 이방성을 제1 방향에 평행하게 놓이도록 설정하는 단계는:
    상기 자기 저항 스택을, 증착 동안 유도된 임의의 이방성을 리셋하기
    에 충분한 온도로 노출시킴으로써 제1 어닐링 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 자기 저항 스택을, 제1 어닐링 공정과 관련된 냉각 동안 제1 방향으로 외부 자계에 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 센싱층은 CoFeB을 포함하고, 터널 배리어층은 MgO을 포함하며, 그리고 기준층은 CoFeB를 포함하고;
    상기 자기 저항 스택을, 증착 동안 유도된 임의의 이방성을 리셋하기에 충분한 온도로 노출시킴으로써 제1 어닐링 공정을 수행하는 단계는:
    상기 제1 어닐링 공정 동안 320℃ 초과의 온도를 설정하는 단계를 포함하고; 그리고,
    상기 자기 저항 스택을 외부 자계에 노출시키는 단계는:
    상기 외부 자계를 1 Tesla보다 크거나 동일한 전계 값에서 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 기준 방향을 따라 설정하는 단계는:
    상기 자기 저항 스택을, 센싱층의 자기 이방성을 리셋하기에 불충분하
    지만, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 충분한 온도에 노출시
    킴으로써 제1 어닐링 공정 후 제2 어닐링 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 자기 저항 스택을, 제2 어닐링 공정과 관련된 냉각 동안 기준 방
    향으로 외부 자계에 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자기 저항 스택을, 센싱층의 자기 이방성을 리셋하기에 불충분하지만, 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 충분한 온도에 노출시킴으로써, 제1 어닐링 공정 후 제2 어닐링 공정을 수행하는 단계는:
    제2 어닐링 공정 동안 온도를 최대 280℃로 설정하는 단계를 포함하
    고; 그리고
    상기 자기 저항 스택을 외부 자계에 노출시키는 단계는:
    상기 외부 자계를 1 Tesla보다 크거나 동일한 전계 값에서 인가하는
    단계를 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 기준 방향에 직교한 제1 방향을 따라 놓이도록 설정하는 단계는:
    상기 자기 저항 스택을, 상기 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 리
    셋하기에 불충분하지만 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 충분
    한 온도로 노출시킴으로써 제2 어닐링 공정 후 제3 어닐링 공정을 수행하는
    단계; 및
    상기 자기 저항 스택을 상기 제3 어닐링 공정과 관련된 냉각 동안 제1
    방향으로 외부 자계에 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자기 저항 스택을, 상기 기준층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 불충분하지만, 센싱층을 피닝하는 교환 바이어스를 리셋하기에 충분한 온도로 노출시킴으로써, 제2 어닐링 공정 후 제3 어닐링 공정을 수행하는 단계는:
    상기 제3 어닐링 공정 동안 온도를 250℃ 미만의 온도로 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
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