KR20180037613A - Mgo 배리어 층을 형성하는 방법 - Google Patents

Mgo 배리어 층을 형성하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180037613A
KR20180037613A KR1020180038680A KR20180038680A KR20180037613A KR 20180037613 A KR20180037613 A KR 20180037613A KR 1020180038680 A KR1020180038680 A KR 1020180038680A KR 20180038680 A KR20180038680 A KR 20180038680A KR 20180037613 A KR20180037613 A KR 20180037613A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
mgo
depositing
chamber
target
Prior art date
Application number
KR1020180038680A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101977795B1 (ko
Inventor
큉 헤
재 영 이
에릭 더블유. 싱글턴
Original Assignee
시게이트 테크놀로지 엘엘씨
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 시게이트 테크놀로지 엘엘씨 filed Critical 시게이트 테크놀로지 엘엘씨
Publication of KR20180037613A publication Critical patent/KR20180037613A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101977795B1 publication Critical patent/KR101977795B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3464—Sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/568—Transferring the substrates through a series of coating stations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure 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
    • G11B5/3903—Structure 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
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3163—Fabrication methods or processes specially adapted for a particular head structure, e.g. using base layers for electroplating, using functional layers for masking, using energy or particle beams for shaping the structure or modifying the properties of the basic layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)

Abstract

TMR 센서를 위한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법이 기재되며, 그 방법은, 제 1 챔버에서 제 1 Mg 층을 증착하는 단계, 제 1 챔버 또는 제 1 챔버와 상이한 제 2 챔버에서, 산소의 존재 하에서 반응성 산화물 증착 프로세스를 사용하여 제 1 Mg 층 상에 제 2 Mg 층을 증착하는 단계, 제 1 챔버, 제 2 챔버, 또는 제 3 챔버 중 어느 하나에서 제 2 MgO 층 상에 제 3 Mg 층을 증착하는 단계, 및 MgO 배리어 층을 형성하기 위해 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층을 어닐링하는 단계를 포함한다.

Description

MGO 배리어 층을 형성하는 방법{METHODS OF FORMING MGO BARRIER LAYER}
[0001] 높은 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistive)(TMR) 값 및 낮은 면 저항(area resistance)(RA)을 또한 제공하는 단순하고 강건한(robust) 배리어 층으로 인해, 많은 상업적 디스크 드라이브 제품들에서 산화 마그네슘(MgO) 배리어 층을 갖는 TMR 센서들이 판독기로서 사용되고 있다.
[0002] 증가된 드라이브 용량에 대한 바람이 증가함에 따라, 낮은 RA를 유지하면서 판독기 센서의 TMR을 증가시킬 필요성이 존재하지만, 이것은 큰 과제이다.
[0003] 본 명세서에 설명되는 일 특정한 구현은, TMR 센서를 위한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법이며, 그 방법은, MG 타겟으로부터 제 1 MgO-소스 층을 증착하는 단계, 산소의 존재 하에서 반응성 산화물 증착 프로세스를 사용하여 제 1 층 상에 Mg 타겟으로부터 제 2 MgO-소스 층을 증착하는 단계, 제 2 층 상에 Mg 타겟으로부터 제 3 MgO-소스 층을 증착하는 단계, 및 MgO 배리어 층을 형성하기 위해 제 1 MgO-소스 층, 제 2 MgO-소스 층, 및 제 3 MgO-소스 층을 어닐링(anneal)하는 단계를 포함한다.
[0004] 다른 특정한 구현은, TMR 센서를 위한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법이며, 그 방법은, 제 1 챔버(chamber)에서 제 1 Mg 층을 증착하는 단계, 제 1 챔버 또는 제 1 챔버와 상이한 제 2 챔버에서, 산소의 존재 하에서 반응성 산화물 증착 프로세스를 사용하여 제 1 Mg 층 상에 제 2 Mg 층을 증착하는 단계, 제 1 챔버, 제 2 챔버, 또는 제 1 챔버 및 제 2 챔버 둘 모두와 상이한 제 3 챔버 중 어느 하나에서 제 2 MgO 층 상에 제 3 Mg 층을 증착하는 단계, 및 MgO 배리어 층을 형성하기 위해 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층을 어닐링하는 단계를 포함한다.
[0005] 본 개요는, 상세한 설명에서 추가로 후술되는 개념들의 선택을 단순화된 형태로 안내하기 위해 제공된다. 본 개요는, 청구된 요지의 핵심 특성들 또는 본질적인 특성들을 식별하도록 의도되거나 청구된 요지의 범위를 제한하게 사용되도록 의도되지는 않는다. 이들 및 다양한 다른 특성들 및 이점들은 다음의 상세한 설명을 읽는 것으로부터 명백해질 것이다.
[0006] 설명된 기술은, 첨부된 도면들과 함께 판독될 경우, 다양한 구현들을 설명하는 다음의 상세한 설명으로부터 가장 양호하게 이해된다.
[0007] 도 1은 예시적인 데이터 저장 시스템의 상단 평면 뷰이다.
[0008] 도 2는 터널링 자기저항(TMR) 센서의 예의 개략적인 측면 뷰이다.
[0009] 도 3은 터널링 배리어 층의 예의 개략적인 측면 뷰이다.
[0010] 도 4는 MgO 배리어 층을 형성하는 예시적인 방법의 단계적인 흐름도이다.
[0011] 도 5는 MgO 배리어 층을 형성하는 다른 예시적인 방법의 단계적인 흐름도이다.
[0012] 도 6은 MgO 배리어 층을 형성하는 다른 예시적인 방법의 단계적인 흐름도이다.
[0013] 도 7은 MgO 배리어 층을 형성하는 다른 예시적인 방법의 단계적인 흐름도이다.
[0014] 도 8은 TMR 센서를 형성하는 예시적인 방법의 단계적인 흐름도이다.
[0015] 도 9는, TMR 센서에 대한 RA의 함수로써 TMR의 그래프형 예시이다.
[0016] 도 10은, TMR 센서에 대한 RA의 함수로써 자유(free) 층 교환 커플링(H_ex)의 그래프형 예시이다.
[0017] 위에 나타낸 바와 같이, 특히, MgO 배리어 층이 존재하는 경우, 낮은 RA(예를 들어, 0.7 옴-마이크로미터2 미만)를 유지하면 판독기 센서의 TMR을 증가시키는 것이 과제이다.
[0018] MgO 배리어 층을 형성하기 위해 라디오 주파수(RF) 증착 프로세스가 사용되는 경우, 플라즈마 이온은 RF-MgO 배리어 층을 손상시키며, 이는 배리어에서의 불량한 배리어 조직 구조 및 핀홀(pinhole)들을 유발하고, 이들 모두는, 낮은 RA에서 TMR의 감소 및 증가된 (원하지 않은) 자유 층과의 교환 커플링을 유발한다. 증가된 면 밀도(area density)를 획득하기 위한 하나의 방법은, MgO 배리어 층의 품질을 개선하는 것이다. 본 개시는, MgO 배리어 층을 형성하기 위한 대안적인 프로세스를 사용함으로써, 이온 손상 문제에 대한 솔루션을 제공한다.
[0019] 본 개시는, 배리어 증착에 대해 RF-증착 프로세스 및 MgO 산화물 타겟을 사용하는 대신, MgO 배리어 층의 적어도 일부를 형성하기 위해 반응성 산화(reactive oxidation)(R-ox) MgO 증착 프로세스를 사용하는 것을 설명하며, 이것은, 산소 가스와 같은 산소의 존재 하에서 Mg 금속 막을 증착함으로써 이루어진다. Mg 금속 막의 저전력 증착(예를 들어, 600 W 미만, 또는 200 W 미만)으로 동작하는 그러한 R-ox MgO 프로세스는, 증착된 막 상에 이온 손상을 거의 생성하지 않거나 또는 어떠한 손상도 생성하지 않으며, 특히 낮은 RA에서 MgO 배리어 층의 자유 층 교환 커플링을 감소시킬 그리고 센서의 TMR을 증가시킬 잠재력을 갖는다. 부가적으로, R-ox 증착 프로세스에 의해 형성된 MgO 배리어 층은, RF-MgO 배리어 층보다 더 적은 핀홀들을 가지면서 더 균일(uniform)하고 평활(smooth)하다.
[0020] 다음의 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 적어도 하나의 특정한 구현이 예시로서 도시되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다. 다음의 설명은 부가적인 특정한 구현들을 제공한다. 본 개시의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 다른 구현들이 고려되고 구성될 수도 있음이 이해될 것이다. 따라서, 다음의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해지는 것이 아니다. 본 개시가 그렇게 제한되진 않지만, 아래에 제공되는 예들의 설명을 통해, 본 개시의 다양한 양상들에 대한 인지가 획득될 것이다.
[0021] 도 1은 예시적인 데이터 저장 시스템(100), 특히, 디스크 드라이브(100)의 사시도를 예시한다. 디스크 드라이브(100)는, 하나 또는 그 초과의 회전가능한 자기 데이터 저장 매체들 또는 디스크들(102)이 로케이팅(locate)되는 하우징(housing)(101)을 형성하도록 결합하는 베이스 및 상단 커버를 포함한다. 디스크(102)는 동작 동안, 회전의 디스크 축 또는 스핀들(spindle) 중심부(104)를 중심으로 회전한다. 디스크(102)는, 내부 직경(106) 및 외부 직경(108)을 포함하며, 그들 사이에, 원형 점선들로 예시되는 다수의 동심(concentric) 데이터 트랙들(110)이 존재한다. 데이터 트랙들(110)은 실질적으로 원형이고, 디스크(102) 상의 도트(dot)들 또는 난형곡선(oval)들로 표시되는 규칙적으로 이격된 비트들(112)로 이루어진다. 그러나, 설명된 기술은 연속 자기 매체들, 이산 트랙(discrete track)(DT) 매체들 등을 포함하는 다른 타입들의 저장 매체들로 이용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0022] 정보는, 상이한 데이터 트랙들(110) 내의 디스크(102) 상의 비트들(112)에 기입될 수도 있고, 그로부터 판독될 수도 있다. 회전의 액추에이터(actuator) 축(122)을 갖는 헤드-짐벌 어셈블리(head-gimbal assembly)(HGA)(120)는 디스크 동작 동안, 암(arm)(126) 상의 슬라이더(124)를 디스크(102)의 표면 위에 매우 근접하게 지지한다. 다수의 디스크들(102)의 팩(pack)이 이용되는 경우, 각각의 디스크(102) 또는 매체 표면은, 자신의 대응하는 디스크(102)에 인접하게 탑재되고 그리고 그와 통신하는 연관된 슬라이더(124)를 갖는다.
[0023] 디스크(102)의 맞은편(opposite)에서 그에 가장 근접해 있는 슬라이더(124)의 표면은 에어-베어링 표면(air-bearing surface)(ABS)으로 지칭된다. 사용 시, 헤드-짐벌 어셈블리(120)는, 슬라이더(124) 및 헤드-짐벌 어셈블리(120)를 데이터 트랙들(110) 중 타겟 데이터 트랙 위에 포지셔닝(position)시키기 위해, 탐색 동작 동안 회전의 액추에이터 축(122)을 중심으로 회전한다. 디스크(102)가 스피닝(spin)하는 경우, 디스크(102)의 표면과 슬라이더(124) 사이에 에어 층이 형성되며, 슬라이더(124)가 디스크(102) 위를 '플라잉(flying)'하는 것을 초래한다. 그 후, 슬라이더(124) 상의 트랜스듀서는, 타겟 데이터 트랙(110) 내의 비트들(112)을 판독하거나 그 비트들(112)에 데이터를 기입한다.
[0024] 도 1의 삽화는 ABS로부터 관측되는 트랜스듀서(130), 특히, 터널링 자기저항(TMR) 센서의 예시적인 구현의 부분들을 예시한다. 트랜스듀서(130) 또는 센서(130)는, 핀드(pinned) 기준 층(132) 및 자유 층(134), 및 그들 사이의 비-자기 유전체 MgO(산화 마그네슘) 배리어 층(136)을 포함하는 다수의 강자성(ferromagnetic) 층들에 의해 형성된다. MgO 배리어 층(136)은, 반응성 산화 증착 프로세스를 이용하여 부분적으로 형성된다.
[0025] 도 2로 넘어가면, 얇은 비-자기 유전체 층에 의해 분리되는 강자성 층들을 갖는 층들의 스택(stack)으로서 TMR 센서(200)가 도시된다.
[0026] TMR 센서(200)의 하단(시드(seed)) 층(202)은 일반적으로, 위에 놓인(overlying) 층들에서의 평활하고 조밀한 결정 성장을 촉진시키는 하나 또는 그 초과의 시드 층들로 형성된다. 시드 층(202) 위에 그리고 선택적으로 그에 인접하게 반-강자성(anti-ferromagnetic)(AFM) 피닝(pinning) 층(204)이 존재하며, 강자성 핀드 층(208), 비-자기 스페이서(spacer) 층(예를 들어, Ru 스페이서 층)(210), 및 기준 층(212)으로 이루어지는 합성 반강자성(SAF) 구조(206)가 AFM 층(204) 상에 존재한다. 터널 배리어 층(214), 특히 MgO 배리어 층은, SAF 구조(206) 위에, 특히 기준 층(212) 위에 포지셔닝된다. 강자성 "자유" 층(216)은 MgO 배리어 층(214) 상에 형성된다. TMR 센서(200)의 상단에 캡 층(218)이 존재한다.
[0027] SAF 구조(206)는 인접 AFM 층(204)과의 교환 커플링에 의해 고정된다. 프리 층(216)은, 기준 층(212)에서의 자기 모멘트와 평행 또는 역-평행(anti-parallel) 중 어느 하나이고 외부 자기장들에 응답하여 스위칭하는 자기 모멘트를 갖는다. MgO 배리어 층(214)은, 전도 전자들의 양자 역학적 터널링에 의해 전류가 MgO 배리어 층(214)을 거쳐 통과할 수 있도록 충분히 얇다. 자유 층(216)과 기준 층(212) 사이의 자기 모멘트들의 상대적 배향은, 배리어 층(214)에 통하는 터널링 전류, 및 그에 따라 센서(200)의 저항을 결정한다.
[0028] 자기 판독 헤드(250)에서, TMR 센서(200)는 하단 실드(252)와 상단 실드(254) 사이에 형성된다. TMR 센서(200)를 접속시키기 위해, 다양한 컨덕터들 및/또는 전극들이 판독 헤드(250)에 존재한다.
[0029] 전류가 TMR 층들의 면들에 수직인 방향(CPP 지정(designation))으로 상단 실드(254)로부터 하단 실드(252)로 통과하는 경우, 자유 층(216) 및 기준 층(212)의 자화 방향들이 평행 상태인 경우 더 낮은 저항이 검출되고, 그들이 역-평행 상태인 경우 더 높은 저항을 나타낸다.
[0030] 거대 자기저항(giant magnetoresistive)(GMR) 센서에 관한 TMR 센서의 이점들은, 높은 기록 밀도를 위한 CPP 지오메트리(geometry)에 대한 선호도 및 더 높은 MR 비(MR ratio)를 포함한다. 판독기에서 고성능 TMR 센서는, 낮은 RA(영역 x 저항) 값, 높은 MR 비, 낮은 자기변형(magnetostriction)을 갖는 소프트(soft) 자유 층, 강한 SAF 구조, 및 배리어 층에 걸친 자유 층과 기준 층 사이의 낮은 교환 커플링을 가져야 한다. MR 비는 dR/R이고, 여기서, R은 TMR 센서의 최소 저항이고, dR은 자유 층의 자기 상태가 변함으로써 관측되는 저항에서의 변화이다. 더 높은 MR 비(즉, dR/R)는 TMR 센서의 판독 속도를 개선한다. 더 높은 기록 밀도 또는 더 높은 주파수 애플리케이션들을 위해, RA를 0.7 옴-마이크로미터2 미만으로 감소시키는 것이 바람직하다. 낮은 RA의 결과로서, MR 비가 현저하게 떨어진다. 합당한 신호-대-잡음(SNR) 비를 유지하기 위해, 더 높은 MR 비가 바람직하다.
[0031] 이러한 구현에서, MgO 터널 배리어 층(214)은, 하나의 층이 다른 층의 상단 상에 개별적으로 형성된 이후, 센서(200)가 포스트 열 어닐링(post thermal anneal)을 겪은 이후 MgO 배리어 층(214)으로 변환되는 3개의 MgO-소스 층들로부터 형성된다. 도 3은 어닐링 이전의 MgO 터널 배리어 사전-층(pre-layer)(300)의 확대 뷰를 예시한다. 프리-층(300)은 제 1 층(302), 제 2 또는 중간 층(304), 및 제 3 층(306)을 가지며, 제 2 층(304)은 제 1 층(302)과 제 3 층(306)의 내측에 있다. 3개의 층들(302, 304, 306) 각각은 약 0.1 옹스트롬 내지 20 옹스트롬의 범위에 있는 두께를 가지며, 두께들은 층들(302, 304, 306) 간에 상이하거나 또는 동일할 수도 있다.
[0032] 제 1 층(302)은, (예를 들어, DC-스퍼터(DC-sputter) 증착 프로세스에 의해) 금속 Mg 타겟으로부터 Mg 금속 층을 증착함으로써 형성된다. 제 2 층(304)은, 작은 양의 산소(O2)를 이용하여 금속 Mg 타겟으로부터 Mg 금속을 제 1 층(302) 상에 반응적으로 증착함으로써 형성된다. R-ox 증착 동안의 산소의 존재 때문에, Mg 금속은 작은 양의 산소로 도핑(dope)된다. R-ox 증착에 대한 증착 전력은, 예를 들어, 약 10 W 내지 600 W의 범위에 있다. 제 3 층(306)은, (예를 들어, DC-스퍼터 증착에 의해) 금속 Mg 타겟으로부터 Mg 금속 층을 증착함으로써 형성된다.
[0033] 층들(302, 304, 306) 중 임의의 층 또는 그 전부에 대한 증착 온도는 약 400℃ 미만이다. R-ox 증착 또는 DC-증착 중 어느 하나에 대한 증착 레이트(rate)는 약 0.01 내지 10 옹스트롬/초이다.
[0034] 3개의 층들(302, 304, 306)이 형성된 이후, 프리-층(300)은, 통상적으로 전체 판독기 스택이 형성된 이후에 열 어닐링 프로세스를 겪으며, 이는, 3개의 층들(302, 304, 306)을 MgO로 변환하고, 3개의 층들(302, 304, 306) 전부를 함께 접합(fuse)시킴으로써, 층 전체에 걸쳐 균질의 결정질 구조를 갖는 MgO 배리어 층(310)을 초래한다. 몇몇 구현들에서, 어닐링 이후에, 층들 사이(예를 들어, 층(302)과 층(304) 사이, 또는 층(304)과 층(306) 사이)에 어떠한 계면(interface)도 발견될 수 없다.
[0035] 부가적으로, 몇몇 구현들에서, 결과적인 MgO 층(310) 전체에 걸쳐 화학 구조는 균질이다.
[0036] 3개의 MgO 소스 층들을 증착하기 위한 예시적인 프로세스 장비 어셈블리는, 복수의 챔버들 및 타겟들을 갖고, TMR 센서의 모든 층들을 그리고 몇몇 구현들에서는 자기 판독 헤드의 모든 층들을 형성하도록 구성될 수 있다. 증착 어셈블리는, 다수의 고진공 물리적 증기 증착(PVD) 챔버들 가지며, 챔버들 각각은 그 내부에 웨이퍼를 수용하도록 구성된다. 챔버들은, DC-스퍼터링, RF-스퍼터링, 또는 증발 증착(evaporation deposition)에 대해 구성될 수도 있다. 증착되는 물질의 소스인 적어도 하나의 타겟이 각각의 챔버에 동작가능하게 접속된다. 스퍼터링 가스로부터 생성된 이온들이 타겟 상에 충돌(impinge)하여 이온화된 물질 빔을 생성하며, 이는 그 후, 웨이퍼 표면 상에 증착된다. 적절한 스퍼터링 가스들의 예들은, 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 헬륨(He), 및 네온(Ne)을 포함한다. 몇몇 구현들에서, 다수의 타겟들이 사용된다.
[0037] 일 특정한 구현에서, 제 1 Mg 층은 DC-스퍼터 증착 프로세스를 사용하는 제 1 챔버에서 형성되고, 제 2 MgO 층은 산소 소스로 R-ox 증착을 사용하는 제 2 챔버에서 형성되며, 제 3 Mg 층은 DC-스퍼터 증착을 사용하는 제 3 챔버에서 형성된다. 그러한 프로세스는, 3개의 Mg 층들이 형성되기 때문에 "트리플 Mg 프로세스"로 지칭될 수 있다.
[0038] Mg/MgO 층들을 형성하기에 앞서, 챔버들 중 임의의 하나 또는 그 초과에서, AFM 층 및 강자성 핀드 층과 같은 센서 스택의 다른 층들이 증착 어셈블리에서 기판 상에 형성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, Mg/MgO 층들을 형성한 이후, 강자성 자유 층과 같은 센서 스택의 다른 층들이 Mg/MgO 층들 상에 후속하여 형성될 수 있다.
[0039] 도 4는 본 개시에 따른, MgO 배리어 층을 형성하기 위한 예시적인 방법(400)을 제공한다. 동작(402)에서, Mg 타겟을 갖는 제 1 챔버에서 DC-스퍼터 증착을 통해 제 1 층이 강자성 기준 층(RL) 상에 증착된다. 동작(404)에서, 제 2 챔버에서 반응성 산화(R-ox) 증착을 통해 제 2 층이 제 1 층 상에 증착된다. R-ox 증착에 대한 타겟은 Mg 금속 타겟이다. R-ox 증착 동안 산소 이온들이 제 2 챔버 내에 제공(예를 들어, 주입)된다. 산소는, 이를테면 압축된 산소 소스 또는 압축된 에어 소스로부터 O2로서 제공될 수도 있거나, 또는 챔버 내의 이온화 소스에 노출될 시 O-2를 형성하도록 분해되는 소스에 의해 제공될 수도 있는데, 산소 이온 소스들의 예들은 H2O 및 H2O2를 포함한다. 동작(406)에서, Mg 타겟을 갖는 제 3 챔버에서 DC-스퍼터 증착을 통해 제 3 층이 제 2 층 상에 증착된다. 동작(408)에서, 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층은, 예를 들어, 약 150℃ 내지 400℃의 온도에서 30분 내지 8시간의 시간 동안 어닐링 프로세스를 겪는다.
[0040] 도 5는 본 개시에 따른, MgO 배리어 층을 형성하기 위한 예시적인 방법(500)을 제공한다. 달리 표시되지 않으면, 방법(500)의 특정 단계들 및/또는 세부사항들은 방법(400)의 것들과 동일하거나 또는 유사하다. 동작(502)에서, Mg 타겟을 갖는 제 1 챔버에서 DC-스퍼터 증착을 통해 제 1 층이 강자성 기준 층(RL) 상에 증착된다. 동작(504)에서, 제 2 챔버에서 반응성 산화(R-ox) 증착을 통해 제 2 층이 제 1 층 상에 증착된다. R-ox 증착을 위한 타겟은 Mg 금속 타겟이다. R-ox 증착 동안, O2 또는 O-2 중 어느 하나로서 산소가 제 2 챔버 내에 제공(예를 들어, 주입)된다. 동작(506)에서, Mg 타겟을 갖는 제 2 챔버에서 DC-스퍼터 증착을 통해 제 3 층이 제 2 층 상에 증착되는데, 이러한 Mg 타겟은 제 2 층에 대해 사용된 것과 동일하거나 또는 상이한 타겟을 사용할 수도 있다. 동작(508)에서, 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층은 어닐링 프로세스를 겪는다.
[0041] 도 6은 본 개시에 따른, MgO 배리어 층을 형성하기 위한 예시적인 방법(600)을 제공한다. 달리 표시되지 않으면, 방법(600)의 특정 단계들 및/또는 세부사항들은 방법(400) 및/또는 방법(500)의 것들과 동일하거나 또는 유사하다. 동작(602)에서, Mg 타겟을 갖는 제 1 챔버에서 RF-스퍼터 증착을 통해 제 1 층이 강자성 기준 층(RL) 상에 증착된다. 동작(604)에서, 제 2 챔버에서 반응성 산화(R-ox) 증착을 통해 제 2 층이 제 1 층 상에 증착된다. R-ox 증착을 위한 타겟은 Mg 금속 타겟이다. R-ox 증착 동안, O2 또는 O-2 중 어느 하나로서 산소가 제 2 챔버 내에 제공(예를 들어, 주입)된다. 동작(606)에서, Mg 타겟을 갖는 제 1 챔버에서 DC-스퍼터 증착을 통해 제 3 층이 제 2 층 상에 증착되는데, 이러한 Mg 타겟은 제 1 층에 대해 사용된 것과 동일하거나 또는 상이한 타겟을 사용할 수도 있다. 동작(608)에서, 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층은 어닐링 프로세스를 겪는다.
[0042] 도 7은 본 개시에 따른, MgO 배리어 층을 형성하기 위한 예시적인 방법(700)을 제공한다. 달리 표시되지 않으면, 방법(700)의 특정 단계들 및/또는 세부사항들은 방법(400), 방법(500) 및/또는 방법(600)의 것들과 동일하거나 또는 유사하다. 동작(702)에서, Mg 타겟을 갖는 제 1 챔버에서 DC-스퍼터 증착을 통해 제 1 층이 강자성 기준 층(RL) 상에 증착된다. 동작(704)에서, 제 1 챔버에서 반응성 산화(R-ox) 증착을 통해 제 2 층이 제 1 층 상에 증착된다. R-ox 증착을 위한 타겟은 Mg 금속 타겟이며, 이러한 Mg 타겟은 제 1 층에 대해 사용된 것과 동일하거나 또는 상이한 타겟일 수도 있다. R-ox 증착 동안, O2 또는 O-2 중 어느 하나로서 산소가 챔버 내에 제공(예를 들어, 주입)된다. 동작(706)에서, Mg 타겟을 갖는 제 2 챔버에서 DC-스퍼터 증착을 통해 제 3 층이 제 2 층 상에 증착되는데, 이러한 Mg 타겟은 제 2 층에 대해 사용된 것과 동일하거나 또는 상이한 타겟을 사용할 수도 있다. 동작(708)에서, 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층은 어닐링 프로세스를 겪는다.
[0043] 방법들(400, 600, 및 700) 각각에서, 제 3 층은, 산소가 부가되는(즉, 제 2 층의 증착을 위한) 챔버와 상이한 챔버에서 증착된다. 제 3 층에 대해 제 2 층과 상이한 챔버를 이용하는 것은, 제 3 층의 오염(contamination)을 감소시킨다.
[0044] 도 8은 TMR 센서를 형성하기 위한 예시적인 방법(800)을 제공한다. 동작(802)에서, 시드 층이 하단 실드 상에 형성된다. 동작(804)에서, 반강자성(AFM) 층이 시드 층 상에 제공된다. 동작(806)에서, (핀드 층(PL), 스페이서 층(예를 들어, Ru 층), 및 기준 층(RL)을 포함하는) SAF 구조가 AFM 층 상에 제공된다. 동작(808)에서, 3개의 MgO-소스 층들이 SAF 구조들의 기준 층 상에 제공되며, 3개의 Mg-O 소스 층들은, 예를 들어, 도 4의 방법(400), 도 5의 방법(500), 도 6의 방법(600), 또는 도 7의 방법(700) 중 임의의 방법에 의해 형성될 수도 있다. 동작(810)에서, 자유 층이 MgO-소스 층들 상에 형성된다. 동작(812)에서, 캡 층이 자유 층 상에 제공된다. 동작(814)에서, 상단 실드가 캡 층 상에 형성된다. 동작(816)에서, MgO 배리어 층을 갖는 TMR 센서를 형성하기 위해, MgO-소스 층들을 포함하는 층들의 전체 스택이 어닐링된다.
[0045] 도 9는, 반응성 산화 MgO 프로세스(R-ox MgO)로 형성된 MgO 배리어 층을 갖는 TMR 센서 및 종래의 RF-MgO 프로세스에 의해 형성된 MgO 배리어를 갖는 TMR 센서 둘 모두에 대한, 정규화된 RA의 함수로써 정규화된 TMR의 그래프를 도시한다. R-ox MgO 프로세스는 RF-MgO 프로세스보다 더 높은 TMR을 시연한다.
[0046] 도 10은, 반응성 산화 MgO 프로세스(R-ox MgO)로 형성된 MgO 배리어 층을 갖는 TMR 센서 및 종래의 RF-MgO 프로세스에 의해 형성된 MgO 배리어 층을 갖는 TMR 센서 둘 모두에 대한, 정규화된 RA의 함수로써 정규화된 자유 층 교환 커플링(H_ex)의 그래프를 도시한다. 그래프로부터, R-ox MgO는 자유 층 교환 커플링 필드(H_ex)를 감소시킬 수 있다는 것이 관측된다.
[0047] 도 9 및 도 10 둘 모두는, R-ox MgO 프로세스를 사용함으로써 MgO 배리어 층의 품질이 개선된다는 것을 나타낸다. R-ox MgO 프로세스로부터 초래하는 MgO 배리어 층은, RF-MgO 프로세스에 의해 형성되는 MgO 배리어 층보다 더 균일하고, 평활하며, 더 적은 핀-홀들을 갖는다. 부가적으로, R-ox MgO 프로세스에 의해 형성된 MgO 배리어 층에 대해, 결과적인 TMR 센서는, RF-MgO 프로세스에 의해 형성된 MgO 배리어 층을 갖는 TMR 센서보다 더 높은 TMR 및 더 낮은 H_ex를 갖는다.
[0048] 이와 같이, 반응성 산화(R-ox) MgO 증착 프로세스에 의해 형성된 MgO 배리어 층의 다양한 특성들이 설명되었다. 위의 명세서는, 본 발명의 예시적인 구현들에 대한 사용 및 구조의 완전한 설명을 제공한다. 위의 설명은 특정한 구현들을 제공한다. 다른 구현들이 고려되며 그 다른 구현들이 본 개시의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 위의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해지기 위한 것이 아니다. 본 개시가 그렇게 제한되는 것은 아니지만, 제공된 예들의 논의를 거쳐 본 개시의 다양한 양상들의 인지가 획득될 것이다.
[0049] 달리 표시되지 않으면, 모든 숫자 표현 피처 사이즈들, 양들 및 물리적 속성들은 용어 "약"에 의해 변경되는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 반대로 표시되지 않으면, 기재된 임의의 수치 파라미터들은, 본 명세서에 기재된 교시들을 이용하여 당업자들이 획득하기를 추구하는 원하는 속성들에 의존하여 변할 수 있는 근사치들이다.
[0050] 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 내용에 명확히 달리 지시되지 않는다면 복수의 지시대상들을 갖는 구현들을 포괄한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 일반적으로, 내용에 명확히 달리 지시되지 않는다면 그 의미에 있어 "및/또는"을 포함하는 것으로 이용된다.
[0051] "하단(bottom)", "하부(lower)", "상단(top)", "상부(upper)", "밑(beneath)", "아래(below)", "위(above)", "상단 상에(on top)", "상에(on)" 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 공간적으로 관련되는 용어들은, 본 명세서에서 사용되는 경우, 하나의 엘리먼트(들) 대 다른 엘리먼트의 공간적 관계들을 설명하기 위한 용이한 설명을 위해 이용된다. 이러한 공간적으로 관련되는 용어들은, 본 명세서에 설명되고 도면들에 도시되는 특정한 배향들에 부가하여 디바이스의 상이한 배향들을 포괄한다. 예를 들어, 도면들에 도시된 구조가 돌려져 있거나(turned over) 뒤집어져 있다(flipped over)면, 다른 엘리먼트들 아래 또는 밑에 있는 것으로 이전에 설명된 부분들은 그 후, 그 다른 엘리먼트들 상에 또는 그 위에 있을 것이다.
[0052] 본 발명의 많은 구현들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 아래에 첨부된 청구항들에 상주한다. 또한, 상이한 구현들의 구조적 특성들이 인용된 청구항들을 벗어나지 않으면서 또 다른 구현에서 결합될 수도 있다.

Claims (15)

  1. TMR 센서에 대한 MgO 배리어(barrier) 층을 생성하는 방법으로서,
    Mg 타겟(target)으로부터 DC-스퍼터 증착 프로세스에 의해 제 1 MgO-소스 층을 증착하는 단계;
    산소의 존재 하에서 반응성 산화물 증착 프로세스를 사용하여 상기 제 1 MgO-소스 층 상에 Mg 타겟으로부터 제 2 MgO-소스 층을 증착하는 단계;
    상기 제 2 MgO-소스 층이 증착되는 챔버와 상이한 챔버에서, DC-스퍼터 증착 프로세스에 의해 상기 제 2 MgO-소스 층 상에 Mg 타겟으로부터 제 3 MgO-소스 층을 증착하는 단계; 및
    MgO 배리어 층을 형성하기 위해, 상기 제 1 MgO-소스 층, 상기 제 2 MgO-소스 층, 및 상기 제 3 MgO-소스 층을 어닐링(anneal)하는 단계를 포함하고,
    상기 MgO 배리어 층의 화학 구조는 상기 MgO 배리어 층 전체에 걸쳐 균질이고,
    상기 TMR 센서는 0.7 옴-마이크로미터2 미만의 RA값을 가지는,
    TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 MgO-소스 층을 증착하는 단계는 O2를 이용하는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 MgO-소스 층을 증착하는 단계는 O-2 이온들을 이용하는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 MgO-소스 층을 증착하는 단계는, 제 1 Mg 층을 증착하는 단계를 포함하는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 MgO-소스 층을 증착하는 단계는, 제 3 Mg 층을 증착하는 단계를 포함하는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 MgO-소스 층을 증착하는 단계는, 산소의 존재 하에서 Mg 층을 증착하는 단계를 포함하는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 MgO-소스 층을 증착하는 단계는, Ar, Kr, Xe, He, 및 Ne로부터 선택되는 스퍼터링(sputtering) 가스를 이용하는 단계를 더 포함하는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  8. TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법으로서,
    제 1 챔버(chamber)에서 DC-스퍼터 증착 프로세스에 의해 제 1 Mg 층을 증착하는 단계;
    상기 제 1 챔버 또는 상기 제 1 챔버와는 상이한 제 2 챔버에서, 산소의 존재 하에서 반응성 산화물 증착 프로세스를 사용하여 상기 제 1 Mg 층 상에 제 2 MgO 층을 증착하는 단계;
    상기 제 2 MgO 층이 증착되는 챔버와 상이한 챔버에서, DC-스퍼터 증착 프로세스에 의해 상기 제 2 MgO 층 상에 제 3 Mg 층을 증착하는 단계; 및
    MgO 배리어 층을 형성하기 위해, 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층을 어닐링하는 단계를 포함하고,
    상기 MgO 배리어 층의 화학 구조는 상기 MgO 배리어 층 전체에 걸쳐 균질이고,
    상기 TMR 센서는 0.7 옴-마이크로미터2 미만의 RA값을 가지는,
    TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 Mg 층을 증착하는 단계는 Mg 타겟으로부터 이루어지고, 상기 제 3 Mg 층을 증착하는 단계는 Mg 타겟으로부터 이루어지는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 Mg 층을 증착하는 단계는 상기 제 1 챔버에서 이루어지고, 상기 제 3 Mg 층을 증착하기 위한 Mg 타겟은 상기 제 1 Mg 층을 증착하기 위한 Mg 타겟과 동일한, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 MgO 층을 증착하는 단계는 Mg 타겟으로부터 이루어지는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 Mg 층을 증착하는 단계는 상기 제 2 챔버에서 이루어지고, 상기 제 3 Mg 층을 증착하기 위한 Mg 타겟은 상기 제 2 MgO 층을 증착하기 위한 Mg 타겟과 동일한, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 MgO 층을 증착하는 단계는 O2를 이용하는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 MgO 층을 증착하는 단계는 O-2 이온들을 이용하는, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 MgO 층을 증착하는 단계는 상기 제 1 챔버에서 이루어지고, 상기 제 2 MgO 층을 증착하기 위한 Mg 타겟은 상기 제 1 Mg 층을 증착하기 위한 Mg 타겟과 동일한, TMR 센서에 대한 MgO 배리어 층을 생성하는 방법.
KR1020180038680A 2015-04-29 2018-04-03 Mgo 배리어 층을 형성하는 방법 KR101977795B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/699,190 US9890449B2 (en) 2015-04-29 2015-04-29 Methods of forming MgO barrier layer
US14/699,190 2015-04-29

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150173080A Division KR20160128895A (ko) 2015-04-29 2015-12-07 Mgo 배리어 층을 형성하는 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180037613A true KR20180037613A (ko) 2018-04-12
KR101977795B1 KR101977795B1 (ko) 2019-05-13

Family

ID=57205539

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150173080A KR20160128895A (ko) 2015-04-29 2015-12-07 Mgo 배리어 층을 형성하는 방법
KR1020180038680A KR101977795B1 (ko) 2015-04-29 2018-04-03 Mgo 배리어 층을 형성하는 방법

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150173080A KR20160128895A (ko) 2015-04-29 2015-12-07 Mgo 배리어 층을 형성하는 방법

Country Status (4)

Country Link
US (2) US9890449B2 (ko)
JP (1) JP2016212941A (ko)
KR (2) KR20160128895A (ko)
CN (1) CN106098082A (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10229705B2 (en) 2017-01-24 2019-03-12 International Business Machines Corporation Shorting tolerant tunnel valve head and circuit
KR102470367B1 (ko) * 2017-11-24 2022-11-24 삼성전자주식회사 자기 저항 메모리 소자의 제조 방법
US10837105B1 (en) 2019-01-03 2020-11-17 Seagate Technology Llc Multilayer barrier and method of formation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050010713A (ko) * 2003-07-21 2005-01-28 한국전기연구원 반응성 스퍼터링 증착장치 및 증착방법
JP2008263031A (ja) * 2007-04-11 2008-10-30 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置とその製造方法
JP2010515252A (ja) * 2006-12-26 2010-05-06 コミツサリア タ レネルジー アトミーク 磁性多層膜素子、このような素子の製造方法、このような素子を用いた磁界センサー、磁気メモリ及び論理ゲート
KR20130122005A (ko) * 2005-02-03 2013-11-06 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 가공물을 통해 인가되는 소스 및 바이어스 전력 주파수들을 이용한 금속 플라즈마 기상 증착 및 재-스퍼터를 위한 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07326783A (ja) * 1994-05-30 1995-12-12 Canon Inc 光起電力素子の形成方法及びそれに用いる薄膜製造装置
US5460704A (en) * 1994-09-28 1995-10-24 Motorola, Inc. Method of depositing ferrite film
JP2002314166A (ja) 2001-04-16 2002-10-25 Nec Corp 磁気抵抗効果素子及びその製造方法
US6841395B2 (en) 2002-11-25 2005-01-11 International Business Machines Corporation Method of forming a barrier layer of a tunneling magnetoresistive sensor
JP2005042200A (ja) * 2003-07-21 2005-02-17 Korea Electrotechnology Research Inst 反応性スパッタリング蒸着装置及び方法
CN100346524C (zh) * 2005-07-28 2007-10-31 复旦大学 一种原位沉积制备全固态薄膜锂电池的设备和方法
US7780820B2 (en) 2005-11-16 2010-08-24 Headway Technologies, Inc. Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with natural oxidized double MgO barrier
US7479394B2 (en) * 2005-12-22 2009-01-20 Magic Technologies, Inc. MgO/NiFe MTJ for high performance MRAM application
US7535069B2 (en) * 2006-06-14 2009-05-19 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction with enhanced magnetic switching characteristics
JP4630856B2 (ja) * 2006-09-29 2011-02-09 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子の製造方法
US7602033B2 (en) * 2007-05-29 2009-10-13 Headway Technologies, Inc. Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with composite inner pinned layer
US7488609B1 (en) 2007-11-16 2009-02-10 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method for forming an MgO barrier layer in a tunneling magnetoresistive (TMR) device
US20130134032A1 (en) 2008-06-25 2013-05-30 Canon Anelva Corporation Method of fabricating and apparatus of fabricating tunnel magnetic resistive element
EP2568305B1 (en) * 2011-09-09 2016-03-02 Crocus Technology S.A. Magnetic tunnel junction with an improved tunnel barrier

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050010713A (ko) * 2003-07-21 2005-01-28 한국전기연구원 반응성 스퍼터링 증착장치 및 증착방법
KR20130122005A (ko) * 2005-02-03 2013-11-06 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 가공물을 통해 인가되는 소스 및 바이어스 전력 주파수들을 이용한 금속 플라즈마 기상 증착 및 재-스퍼터를 위한 장치
JP2010515252A (ja) * 2006-12-26 2010-05-06 コミツサリア タ レネルジー アトミーク 磁性多層膜素子、このような素子の製造方法、このような素子を用いた磁界センサー、磁気メモリ及び論理ゲート
JP2008263031A (ja) * 2007-04-11 2008-10-30 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106098082A (zh) 2016-11-09
KR101977795B1 (ko) 2019-05-13
US20160319419A1 (en) 2016-11-03
US20180094346A1 (en) 2018-04-05
KR20160128895A (ko) 2016-11-08
JP2016212941A (ja) 2016-12-15
US9890449B2 (en) 2018-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6631055B2 (en) Tunnel valve flux guide structure formed by oxidation of pinned layer
KR100259428B1 (ko) 길이 방향 바이어스를 갖는 자기 터널 접합 장치
KR100304024B1 (ko) 종방향 및 횡방향 바이어스를 가지는 자기 터널 접합부 자기 저항 판독 헤드
US6738236B1 (en) Spin valve/GMR sensor using synthetic antiferromagnetic layer pinned by Mn-alloy having a high blocking temperature
US6639766B2 (en) Magneto-resistance effect type composite head and production method thereof
JP5897448B2 (ja) 固定層構造および自由層構造にＣｏＦｅＢＴａを有する磁気センサ
US8373948B2 (en) Tunnel magnetoresistance (TMR) structures with MGO barrier and methods of making same
KR100458845B1 (ko) 기록 헤드의 기록 간극층을 평탄화하는 판독 트랙폭 한정층을 구비한 판독 헤드
US6521098B1 (en) Fabrication method for spin valve sensor with insulating and conducting seed layers
US20120308728A1 (en) Magnetoresistive element and method of manufacturing the same
JP2012230752A (ja) データ検知素子、磁気素子および方法
JP2001203408A (ja) トンネル磁気抵抗効果素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法およびメモリ素子の製造方法
KR101977795B1 (ko) Mgo 배리어 층을 형성하는 방법
US10354681B1 (en) Tunnel magnetoresistance read head including side shields containing nanocrystalline ferromagnetic particles
JP5852541B2 (ja) 磁気抵抗センサーのための磁気バイアス構造
JP2013004166A (ja) ハードバイアスのシード構造を有する磁気センサ
US7088561B2 (en) Method of making a tunnel valve sensor with improved free layer sensitivity
JP2014107006A (ja) ＭｇＯ絶縁層を有するハードマグネットバイアス構造を有する面垂直電流（ＣＰＰ）磁気抵抗（ＭＲ）センサ
JP2000500292A (ja) 磁界センサ及び磁界センサの製造方法
JP2003099906A (ja) 磁気読取りヘッド、その制作方法、磁気ヘッド・アセンブリ及び磁気ディスク・ドライブ
JP2009015933A (ja) 磁気抵抗効果膜およびその製造方法並びに磁気ヘッド
JP2003318462A (ja) 磁気抵抗効果素子とこれを用いた磁気ヘッドおよび磁気メモリ
JP3382866B2 (ja) 磁気抵抗効果素子の製造方法
JP2000276716A (ja) 磁気抵抗効果型ヘッドおよびその製造方法および磁気記憶装置
US6671140B1 (en) Magnetic head using a magnetoresistance effect based on ferromagnetic junction, and magnetic recording/reproducing apparatus using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant