강자성 터널접합소자의 제조방법

본 발명은 고밀도 자기디스크장치에 있어서의 재생용 자기헤드나 고밀도 자기메모리 (MRAM) 에 적합한 자기저항효과소자에 관한 것이다.

강자성 터널접합소자는, 2 개의 강자성층 사이에 수 ㎚ 두께의 얇은 절연체로 이루어지는 터널배리어층을 끼운 구조를 갖는다. 이 소자에서는 강자성층간에 일정한 전류를 흐르게 한 상태에서 강자성층면내에 외부자계를 인가하면, 양 자성층의 자화의 상대각도에 대응하여 저항치가 변화하는 자기저항효과현상이 나타난다. 이 자화의 방향이 평행한 경우에는 저항치는 최소로 되고, 반평행한 경우에는 저항치가 최대로 된다. 따라서, 양 자성층에 보자력차를 부여함으로써 자계의 세기에 대응하여 자화의 평행 및 반평행상태를 실현할 수 있기 때문에, 저항치의 변화로 인한 자계검출이 가능해진다.

근래, 터널배리어층에 Al 의 표면산화막을 이용함으로써, 20 % 가까운 자기저항변화율을 나타내는 강자성 터널접합소자를 얻을 수 있게 된 점에서 자기헤드나 자기메모리로의 응용 가능성이 높아졌다. 이러한 큰 자기저항변화율을 보고하고 있는 대표예로서「1996년 4월, Journal of Applied Physics, 79권, 4724∼4729페이지」가 있다.

이 기술을 도면을 사용하여 설명한다. 도 8 에 나타내는 바와 같이 증착마스크를 사용하여 글라스기판 (81) 상에 CoFe 로 이루어지는 제 1 강자성층 (82) 을 진공증착하고 (도 8 의 (a)), 계속해서 마스크를 교환하여 1.2 ∼ 2.0 ㎚ 두께의 Al 층 (83) 을 증착한다 (도 8 의 (b)). 이 Al 층 (83) 표면을 산소글로방전에 노출함으로써, Al ₂ O ₃ 로 이루어지는 터널배리어층 (84) 을 형성한다 (도 8 의 (c)). 마지막으로 이 터널배리어층 (84) 을 통해 제 1 강자성층 (82) 와 겹치도록 Co 로 이루어지는 제 2 강자성층 (85) 을 막형성하여 십자전극의 강자성 터널접합소자를 완성시킨다 (도 8 의 (d)). 이 방법에서는 자기저항변화율로서 최대 18 % 라는 큰 값을 얻을 수 있다.

그 밖의 예로서 일본 공개특허공보 평5-63254 호, 공개특허공보 평6-244477 호, 공개특허공보 평8-70148 호, 공개특허공보 평8-70149 호, 공개특허공보 평8-316548 호 및「1997년, 일본응용자기학회지, 21권, 493∼496페이지」등의 보고가 있다. 여기에서는 터널배리어층의 형성방법으로서, Al 층을 막형성한 후, 대기중으로 노출시켜 Al ₂ O ₃ 를 성장시키는 방법이 제안되어 있다.

강자성 터널접합소자를 자기헤드나 자기메모리 등의 디바이스에 적용하기 위해서는, 열잡음의 영향을 저감하기 위해 실용소자치수 정도로 낮은 저항치가 필요한데, 종래의 터널배리어 형성법에서는 그 실현이 어려웠다. 또한, 고밀도화에 대응한 자기헤드로의 응용에서는 신호출력전압의 크기가 열쇠를 쥐고 있는데, 종래 기술에서는 소자특성을 손상시키지 않으면서 충분한 전류밀도를 얻을 수 없다는 과제도 있었다. 그리고, 종래 기술에서는 웨이퍼내나 로트간의 소자특성의 편차가 커서 실용적으로 이용될 만큼의 충분한 제조생산율을 얻기는 어려웠다.

이러한 과제는 주로 종래의 터널배리어층의 형성방법에 기인한다고 생각된다. 즉, 산소글로방전을 이용하는 방법에서는, 이온이나 라디칼상태의 활성산소를 도전층의 산화에 이용하기 때문에, 얇은 산화막 두께의 제어, 즉 소자저항의 제어가 어렵다는 문제와, 동시에 발생하는 활성화된 불순물가스로 인해 터널배리어층이 오염되어 접합품질이 열화된다는 문제가 있다. 한편, 대기중에서의 자연산화에 의한 방법에서는, 대기중의 분진으로 터널배리어층에 핀 홀을 발생시키거나 수분, 탄소산화물, 질소산화물 등에 오염됨으로써, 산소글로방전과 마찬가지로 많은 문제를 안고 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 과제를 해결하여 실용에 필요한 저항치 및 신호출력전압특성을 구비하며, 제조생산율을 개선한 강자성 터널접합소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1 의 (a) 내지 (c) 는 본 발명의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 공정도.

도 2 의 (a) 내지 (e) 는 본 발명의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 공정도.

도 3 의 (a) 내지 (f) 는 실시예 1 을 설명하기 위한 공정도.

도 4 는 실시예 1 에서 제작한 강자성 터널접합소자의 자기저항곡선도.

도 5 는 실시예 1 에서 제작한 강자성 터널접합소자의 저항과 접합면적의 관계를 나타내는 도면.

도 6 은 실시예 1 에서 제작한 강자성 터널접합소자의 10 ㎛ 각(角) 접합에 있어서의 저항 및 자기저항변화율의 전류의존성을 나타내는 도면.

도 7 의 (a) 내지 (h) 는 실시예 4 를 설명하기 위한 공정도.

도 8 의 (a) 내지 (d) 는 종래의 강자성 터널접합소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 제 1 강자성층 12 : 도전층

13 : 순산소 (純酸素) 의 자연산화에 의해 형성된 터널배리어층

14 : 제 2 강자성층 21 : 제 1 강자성층의 표면산화막

22 : 제 1 강자성층의 환원영역 23 : 도전층 하부표면의 산화층

24 : 순산소의 자연산화에 의해 형성된 터널배리어층

상기 목적을 따라 본 발명의 강자성 터널접합소자의 제조방법은, 제 1 강자성층과 제 2 강자성층 사이에 터널배리어층을 끼운 구조를 갖는 강자성 터널접합소자의 제조방법에 있어서, 금속 또는 반도체로 이루어지는 도전층을 막형성한 후, 진공중으로 산소를 도입하여 상기 도전층 표면을 자연산화해서 터널배리어층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 특히 바람직하게는 제 1 강자성층, 터널배리어층, 제 2 강자성층을 진공중에서 연속형성하는 것을 특징으로 하고, 제 1 강자성층을 막형성한 후, 진공중으로 산소를 도입하여 상기 제 1 강자성층 표면을 산화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 강자성층은 Fe, Co, Ni 또는 이들 원소를 함유하는 합금인 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 및 제 2 도전층은 Al, Mg 또는 란탄족에 속하는 금속인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 진공중으로 산소를 도입하여 도전층 표면을 자연산화하여 터널배리어층을 형성하기 때문에, 불순물가스의 영향을 받지 않는 청정한 분위기에서 열평형상태를 유지한 채로 산화층의 성장이 가능하며, 고품질의 터널배리어층을 제어성 좋게 형성할 수 있으므로, 상기 목적을 달성할 수 있다.

발명의 실시형태

본 발명의 강자성 터널접합소자의 제조방법에 관한 제 1 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이 제 1 강자성층 (11), 도전층 (12) 을 진공중에서 연속막형성하고 (도 1 의 (a)), 그 후 진공을 깨지 않고 순산소를 도입하여 도전층 (12) 의 표면을 자연산화하여 터널배리어층 (13) 을 형성한다 (도 1 의 (b)). 그리고, 도 1 의 (b) 에는 도전막 (12) 의 산화후라도 제 1 강자성층 (11) 과의 계면에 도전층 (12) 의 미산화부분이 남겨지는 경우를 나타내고 있는데, 산화조건에 따라 완전히 산화시킬 수도 있다. 이어서, 산소를 배기한 후, 제 2 강자성층 (14) 을 막형성하여 강자성 터널접합소자의 기본구조를 완성시킨다 (도 1 의 (c)).

강자성층 (11,14) 에 Fe, Co, Ni 또는 이들 원소를 함유하는 합금을 사용한 경우에는, 도전층 (12) 으로서 강자성층보다도 작은 표면자유에너지 값을 갖는 Al 을 선택함으로써, 특히 기초가 되는 제 1 강자성층 (11) 에 대하여 양호한 피복성을 띤다. 그 결과, 완성된 소자에서는 핀 홀로 인한 강자성층간의 전기적 쇼트가 없는 양호한 특성이 얻어진다. 또한, Al 의 산소일원자당 생성자유에너지는 Fe, Co, Ni 보다 크기 때문에, 터널배리어층이 되는 Al ₂ O ₃ 는 접합계면에서 열적으로 안정된다.

도전층 (12) 에 Mg 나 란탄족에 속하는 금속을 선택한 경우에는, 동일한 이유에서 기초가 되는 제 1 강자성층 (11) 에 대한 양호한 피복성과 함께 열적으로 더욱 안정한 터널배리어층이 얻어진다.

이어서, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이 제 1 강자성층 (11) 을 막형성하고 (도 2 의 (a)), 이어서 진공중으로 산소를 도입하여 제 1 강자성층 (11) 의 표면에 산화층 (21) 을 형성한다 (도 2 의 (b)). 이 공정을 추가하면, 다음 공정에서 도전층 (12) 을 막형성할 때에 제 1 강자성층 (11) 에서 도전층 (12) 으로 산소확산이 일어나서 제 1 강자성층 (11) 에 환원영역 (22) 이 형성됨과 동시에 도전층 (12) 의 하부표면에 산화층 (23) 이 형성된다 (도 2 의 (c)).

이 공정에 의하면, 적어도 강자성층에 접하는 양방의 계면 (도 2 의 (d) 에서는 전영역) 에 도전층 (12) 의 산화막이 형성되기 때문에, 보다 열안정성이 뛰어난 소자가 실현된다. 도전층 (12) 측에 안정된 산화층을 형성하기 위해서는, 도전층 (12) 의 산소일원자당 생성자유에너지가 제 1 강자성층 (11) 을 구성하는 원소보다 크게 하면 된다. 강자성층에 Fe, Co, Ni 또는 이들을 함유하는 합금을 사용한 경우에는, 도전층 (12) 으로서 Al, Mg, 란탄족에 속하는 금속을 사용하는 것이 유효하다.

계속해서 제 1 실시형태와 동일한 방법으로 터널배리어층 (24), 제 2 강자성층 (14) 을 막형성하면, 강자성 터널접합소자의 기본구조가 얻어진다 (도 2 의 (e)).

(실시예)

실시예 1

본 발명의 제 1 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 도 3 의 (a) 에 나타내는 바와 같이 표면을 열산화한 Si 기판 (31) 상에 50 ㎚ 두께의 Al 막으로 이루어지는 제 1 배선층 (32), 10 ㎚ 두께의 Fe 막으로 이루어지는 제 1 강자성층 (33), 2 ㎚ 두께의 Al 층으로 이루어지는 도전층 (34) 을 연속하여 스퍼터증착한다. 이 막형성에는 4 인치 직경의 타깃 4 기를 구비한 고주파 마그네트론 스퍼터장치를 사용한다. 스퍼터조건은 모두 백그라운드 압력 1 × 10 ^-7 Torr 이하, Ar 압력 10 mTorr, 고주파전력 200 W 로 한다. 이어서, 스퍼터장치내로 순산소를 도입하고, 산소압력을 20 mTorr ∼ 200 Torr 범위에서 10 분간 유지하여 Al 도전층 (34) 표면을 산화해서 터널배리어층 (35) 을 형성한다. 산소를 배기하여 백그라운드 압력에 도달한 후, 20 ㎚ 두께의 CoFe 막으로 이루어지는 제 2 강자성층 (36) 을 스퍼터증착하여 결합구성층을 완성한다.

이어서, 통상의 포토리소그래피기술과 이온밀링기술을 이용하여 접합구성층의 전층을 하부배선 형상으로 가공한다 (도 3 의 (b)). 제 2 강자성층 (36) 상에 접합치수를 규정하기 위한 레지스트 패턴 (37) 을 형성하고, 제 1 강자성층 (33) 까지 이온밀링한다 (도 3 의 (c)). 이 레지스트를 남긴 채로 300 ㎚ 두께의 Al ₂ O ₃ 막으로 이루어지는 절연층 (38) 을 전자비임증착한 후, 레지스트의 리프트오프를 실시한다 (도 3 의 (d)). 이어서, 상부배선을 형성하기 위한 레지스트 패턴 (39) 을 형성하고 (도 3 의 (e)), 그 후 제 2 강자성층 (36) 과 제 2 배선층 (40) 사이의 전기적인 접촉을 얻기 위하여 노출된 시료표면의 역스퍼터클리닝을 실시한다. 계속해서 200 ㎚ 두께의 Al 막으로 이루어지는 제 2 배선층 (40) 을 증착하고, 마지막으로 레지스트를 리프트오프함으로써 상부배선을 형성하여 강자성 터널접합소자를 완성한다 (도 3 의 (f)).

도 4 에 이와 같이 하여 제작한 강자성 터널접합소자의 대표적인 자기저항곡선을 나타낸다. 이 소자의 접합면적은 40 × 40 ㎛ ² 이고, 터널배리어층을 형성할 때의 Al 의 산소압력은 20 Torr 로 한다. 인가자계를 -300 Oe 에서 300 Oe 로 다시 반대로 300 Oe 에서 -300 Oe 로 변화시킴으로써, 저항치는 A→B→C→D→E→F→G→H→A 의 곡선상을 이동한다. B, F 의 상승과 D, H 의 하강은 각각 Fe 와 CoFe 의 보자력에 대응한다. A, E 에서 Fe 와 CoFe 의 자화의 방향이 평행상태, C, G 에서 반평행상태가 실현되고 있음을 의미한다. 이 자기저항곡선에서 얻은 자기저항변화율은 약 5 % 이고, 접합면적 (2 × 2 ㎛ ² ∼ 40 × 40 ㎛ ² ) 에 관계없이 거의 동일한 값이 얻어진다. 한편, 저항치는 도 5 에 나타내는 바와 같이 접합면적에 대하여 완전한 역비례 관계를 나타낸다. 최소이승법에서 구한 기울기는 -1.004 로서, 매우 제어성 좋게 소자가 제작되어짐을 알 수 있다. 접합면적으로 규격화한 저항치는 1.5 × 10 ^-5 Ω㎠ 이고, 터널배리어층 형성시의 산소압력을 20 mTorr 까지 저하시킴으로써, 한자리수 이상 더욱 작은 저항치가 얻어진다. 이들 저항치는 종래의 방법으로 얻어진 가장 작은 저항치보다도 두자리수에서 세자리수 작은 값이다.

도 6 에 10 × 10 ㎛ ² 에 있어서의 저항치 및 자기저항변화율의 전류밀도 의존성을 나타낸다. 저항치, 자기저항변화율 모두 전류밀도를 증가시켜도 10 ³ A/㎠ 까지는 전혀 변화가 인식되지 않았다. 5 × 10 ³ A/㎠ 에서도 저항치의 변화는 거의 없고, 자기저항변화율도 약 10 % 의 감소에 머물렀다. 또한, 이 값은 전류밀도를 감소시키면 원래 상태로 복귀한다. 이러한 결과에서 자기저항효과소자로서의 강자성 터널접합소자의 신호출력전압을 구하면, 10 ³ A/㎠ 의 전류밀도에서 약 1 mV, 5 × 10 ³ A/㎠ 에서 약 3 mV 였다. 이 소자를 재생자기헤드에 사용한 경우, 후자는 10 Gb/in ² 이상의 기록밀도에 대응할 수 있다고 생각된다.

실시예 2

이어서, 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다.

실시예 1 의 도 3 의 (a) 의 공정에서 도전층 (34) 으로서 2 ㎚ 의 Al 막 대신에 동일한 막두께의 Mg 막을 사용한다. 그 외의 공정은 실시예 1 과 완전히 동일하게 한다. 얻어진 자기저항변화율은 약 8 % 이고, 접합면적 (2 × 2 ㎛ ² ∼ 40 × 40 ㎛ ² ) 에 관계없이 거의 동일한 값이 얻어진다. 접합면적으로 규격화한 저항치는 터널배리어층 형성시의 산소압력 20 Torr 에서는 1.6 × 10 ^-5 Ω㎠ 이고, 20 mTorr 까지 저하시킴으로써, 한자리수 이상 더욱 작은 값이 얻어진다. 이들 저항치는 종래의 방법으로 얻어진 가장 작은 저항치보다도 두자리수에서 세자리수 작은 값이다. 저항치 및 자기저항변화율은 모두 전류밀도 10 ³ A/㎠ 까지 전혀 변화가 인식되지 않았다. 이 조건에서의 신호출력전압은 약 1.3 mV 였다.

실시예 3

이어서, 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다.

실시예 1 의 도 3 의 (a) 의 공정에서 도전층 (34) 으로서 2 ㎚ 의 Al 막 대신에 동일한 막두께의 La 막을 사용한다. 그 외의 공정은 실시예 1 과 완전히 동일하게 한다. 얻어진 자기저항변화율은 약 6 % 이고, 접합면적 (2 × 2 ㎛ ² ∼ 40 × 40 ㎛ ² ) 에 관계없이 거의 동일한 값이 얻어진다. 접합면적으로 규격화한 저항치는 터널배리어층 형성시의 산소압력 20 Torr 에서는 2.7 × 10 ^-5 Ω㎠ 이고, 20 mTorr 까지 저하시킴으로써, 한자리수 이상 더욱 작은 값이 얻어진다. 이들 저항치는 종래의 방법으로 얻어진 가장 작은 저항치보다도 두자리수에서 세자리수 작은 값이다. 저항치 및 자기저항변화율은 모두 전류밀도 10 ³ A/㎠ 까지 전혀 변화가 인식되지 않았다. 이 조건에서의 신호출력전압은 약 1.6 mV 였다.

본 실시예에서는 도전층 (34) 에 사용하는 란탄족에 속하는 금속으로서 La 를 사용하였으나, 대신에 Nd, Sm, Lu 등 동족의 금속을 사용하여도 거의 동일한 결과가 얻어진다.

실시예 4

본 발명의 제 4 실시예를 설명한다.

우선, 도 7 의 (a) 에 나타내는 바와 같이 표면을 열산화한 Si 기판 (31) 상에 50 ㎚ 두께의 Al 막으로 이루어지는 제 1 배선층 (32), 10 ㎚ 두께의 Fe 막으로 이루어지는 제 1 강자성층 (33) 을 연속하여 스퍼터증착한다. 이 막형성에는 4 인치 직경의 타깃 4 기를 구비한 고주파 마그네트론 스퍼터장치를 사용한다. 스퍼터조건은 모두 백그라운드 압력 1 × 10 ^-7 Torr 이하, Ar 압력 10 mTorr, 고주파전력 200 W 로 한다. 이어서, 스퍼터장치내로 순산소를 도입하여 산소압력을 200 Torr 에서 10 분간 유지하여 Fe 막 표면에 FeOx 층 (71) 을 형성한다. 산소를 배기하여 백그라운드 압력에 도달한 후, 2 ㎚ 두께의 Al 막으로 이루어지는 도전층 (34) 을 스퍼터증착한다 (도 7 의 (b)). 이 때, Fe 막 표면의 FeOx 의 산소가 Al 막으로 확산하며, 이 계면에 Al ₂ O ₃ 층 (73) 이 형성된다. 한번 더 스퍼터장치내로 순산소를 도입하여 산소압력을 20 mTorr ∼ 200 Torr 범위에서 10 분간 유지하여 Al 도전층 (34) 표면을 산화하여 터널배리어층 (74) 을 형성한다. 산소를 배기한 후, 20 ㎚ 두께의 CoFe 막으로 이루어지는 제 2 강자성층 (36) 을 스퍼터증착하여 결합구성층을 완성한다 (도 7 의 (c)). 본 실시예에서는 터널배리어층 (74) 으로 하는 Al 막이 완전히 산화되었다.

이어서, 통상의 포토리소그래피기술과 이온밀링기술을 이용하여 접합구성층의 전층을 하부배선 형상으로 가공한다 (도 7 의 (d)). 제 2 강자성층 (36) 상에 접합치수를 규정하기 위한 레지스트 패턴 (37) 을 형성하고, 제 1 강자성층 (33) 까지 이온밀링한다 (도 7 의 (e)). 이 레지스트를 남긴 채로 300 ㎚ 두께의 Al ₂ O ₃ 막으로 이루어지는 절연층 (38) 을 전자비임증착한 후, 레지스트의 리프트오프를 실시한다 (도 7 의 (f)). 이어서, 상기 배선을 형성하기 위한 레지스트 패턴 (39) 을 형성하고 (도 7 의 (g)), 그 후 제 2 강자성층 (36) 과 제 2 배선층 (40) 사이의 전기적인 접촉을 얻기 위하여 노출된 시료표면의 역스퍼터클리닝을 실시한다. 계속해서 200 ㎚ 두께의 Al 막으로 이루어지는 제 2 배선층 (40) 을 증착하고, 마지막으로 레지스트를 리프트오프함으로써 상부배선을 형성하여 강자성 터널접합소자를 완성한다 (도 7 의 (h)).

얻어진 자기저항변화율은 약 10 % 이고, 접합면적은 (2 × 2 ㎛ ² ∼ 40 × 40 ㎛ ² ) 에 관계없이 거의 동일한 값이 얻어진다. 접합면적으로 규격화한 저항치는 터널배리어층 형성시의 산소압력 20 Torr 에서는 5 × 10 ^-5 Ω㎠ 이고, 20 mTorr 까지 저하시킴으로써, 한자리수 이상 더욱 작은 값이 얻어진다. 이들 저항치는 종래의 방법으로 얻어진 가장 작은 저항치보다도 두자리수에서 세자리수 작은 값이다. 저항치 및 자기저항변화율은 모두 전류밀도 1.5 × 10 ³ A/㎠ 까지 전혀 변화가 인식되지 않았다. 이 조건에서의 신호출력전압은 약 7.5 mV 였다. 이 소자를 재생자기헤드에 사용한 경우, 20 Gb/in ² 이상의 기록밀도에 대응할 수 있다고 생각된다.

실시예 5

이어서, 본 발명의 제 5 실시예를 설명한다.

실시예 4 의 도 7 의 (a) 의 공정에서 도전층 (34) 으로서 2 ㎚ 의 Al 막 대신에 동일한 막두께의 Mg 막을 사용한다. 그 외의 공정은 실시예 4 와 완전히 동일하게 한다. 얻어진 자기저항변화율은 약 9 % 이고, 접합면적 (2 × 2 ㎛ ² ∼ 40 × 40 ㎛ ² ) 에 관계없이 거의 동일한 값이 얻어진다. 접합면적으로 규격화한 저항치는 터널배리어층 형성시의 산소압력 20 Torr 에서는 6 × 10 ^-5 Ω㎠ 이고, 20 mTorr 까지 저하시킴으로써, 한자리수 이상 더욱 작은 값이 얻어진다. 이들 저항치는 종래의 방법으로 얻어진 가장 작은 저항치보다도 두자리수에서 세자리수 작은 값이다. 저항치 및 자기저항변화율은 모두 전류밀도 1.5 × 10 ³ A/㎠ 까지 전혀 변화가 인식되지 않았다. 이 조건에서의 신호출력전압은 약 8.1 mV 였다.

실시예 6

이어서, 본 발명의 제 6 실시예를 설명한다.

실시예 4 의 도 7 의 (a) 의 공정에서 도전층 (34) 으로서 2 ㎚ 의 Al 막 대신에 동일한 막두께의 La 막을 사용한다. 그 외의 공정은 실시예 4 와 완전히 동일하게 한다. 얻어진 자기저항변화율은 약 12 % 이고, 접합면적 (2 × 2 ㎛ ² ∼ 40 × 40 ㎛ ² ) 에 관계없이 거의 동일한 값이 얻어진다. 접합면적으로 규격화한 저항치는 터널배리어층 형성시의 산소압력 20 Torr 에서는 4 × 10 ^-5 Ω㎠ 이고, 20 mTorr 까지 저하시킴으로써, 한자리수 이상 더욱 작은 값이 얻어진다. 이들 저항치는 종래의 방법으로 얻어진 가장 작은 저항치보다도 두자리수에서 세자리수 작은 값이다. 저항치 및 자기저항변화율은 모두 전류밀도 1.5 × 10 ³ A/㎠ 까지 전혀 변화가 인식되지 않았다. 이 조건에서의 신호출력전압은 약 7.2 mV 였다.

본 실시예에서는 도전층 (34) 에 사용하는 란탄족에 속하는 금속으로서 La 를 사용하였으나, 대신에 Nd, Sm, Lu 등 동족의 금속을 사용하여도 거의 동일한 효과가 얻어진다.

본 발명에 의하면, 불순물가스의 영향을 받지 않는 청정한 분위기에서 열평형상태를 유지한 채로 산화층의 성장이 가능하기 때문에, 고품질의 터널배리어층을 제어성 좋게 형성할 수 있다. 또한, 산소압력이나 기판온도의 제어 등에 의해 자기헤드나 자기메모리 등의 디바이스 응용에 필요한 저저항치 및 고전류밀도의 소자를 용이하게 얻을 수 있다. 그리고, 웨이퍼내 소자특성의 균일성이나 로트간의 재현성이 뛰어난 소자를 제조할 수 있다.