자속 가이드로서의 감지층을 갖는 자기 터널 접합부 자기 저항 판독 헤드

본 발명은 자기 터널 접합부(magnetic tunnel junction: MTJ) 소자에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 자기적으로 기록된 데이터를 판독하기 위한 자기 저항(magnetoresistive: MR) 헤드로 사용하기 위한 MTJ 소자에 관한 것이다.

자기 터널 접합부(MTJ) 소자는 박막 절연 터널 장벽층에 의해 분리되는 2개의 강자성층으로 구성되며, 스핀이 분극된 전자 터널링 현상(Phenomenon of spin-polarized electron tunneling)을 기초로 한다. 강자성층의 하나는 일반적으로 다른 강자성층보다 강한 보자력을 갖기 때문에 인가된 자기장의 한 방향으로 더 높은 포화 필드를 가진다. 절연 터널 장벽층은 매우 얇아서 강자성층 사이에서 양자 역학적 터널링이 발생한다. 터널링 현상은 전자 스핀(electron-spin)에 관계되기 때문에 MTJ의 자기 반응(magnetic response)은 두 개의 강자성층의 상대적 배향과 스핀 극성의 함수이다.

MTJ 소자는 원래 고체 상태 메모리용 메모리 셀로서 제안되었다. MTJ 메모리 셀의 상태는 감지 전류가 강자성층 중 하나로부터 나머지 강자성층으로 MTJ를 수직으로 흐를 때 MTJ의 저항을 측정함으로써 결정된다. 절연 터널 장벽층을 가로질러 전하 캐리어의 터널링이 발생할 확률은 두 개의 강자성층의 자기 모멘트 (자화 방향)의 상대적 배열에 달려 있다. 터널링 전류는 스핀이 분극되는데, 이는 강자성층 중의 하나, 예를 들어, 자기 모멘트가 고정되거나 회전이 방지된 층으로부터 통과되어 나오는 전류가 주로 한 종류의 스핀(강자성층의 자기 모멘트의 방향에 따라 스핀-업 또는 스핀 다운)을 가진 전자들로 이루어져 있음을 의미한다. 터널링 전류의 스핀이 분극된 정도는 강자성층과 터널 장벽층의 계면(interface)에서 강자성층을 포함하는 자성 재료의 전자 밴드 구조에 의해 결정된다. 따라서, 제 1 강자성층은 스핀 필터로서 작용한다. 전하 캐리어의 터널링이 발생할 확률은 제 2 강자성층에서의 전류의 스핀 분극과 동일한 스핀 분극을 갖는 전자 상태를 이용할 수 있는지에 달려 있다. 일반적으로, 제 2 강자성층의 자기 모멘트가 제 1 강자성층의 자기 모멘트와 평행할 경우가 제 2 강자성층의 자기 모멘트가 제 1 강자성층의 자기 모멘트와 반대로 평행하게(antiparallel) 배열된 경우에 비해 전자 상태를 더 이용할 수 있다. 따라서, 전하 캐리어의 터널링 확률은 두 강자성층의 자기 모멘트가 평행할 때 최고가 되고, 두 강자성층의 자기 모멘트가 반대로 평행할 경우 최소가 된다. 자기 모멘트가 평행하지도 수직하지도 않게 배열된 경우 터널링 확률은 중간 값을 갖는다. 따라서, MTJ 메모리 셀의 전기 저항은 전류의 스핀 분극과 두 강자성층에서의 전자 상태 모두에 따라 좌우된다. 결과적으로, 자화 방향이 특정 방향으로(uniquely) 고정되지 않은 강자성층에서 존재할 수 있는 두 개의 자화 방향은 메모리 셀에서 존재할 수 있는 2개의 비트 상태 (0 또는 1)를 고유하게 정의한다.

자기 저항 (MR) 센서는 자성체로 만들어진 감지 소자의 저항 변화를 통해 자기장 신호를 검출하는데, 이때 저항 변화는 감지 소자에 의해 감지되는 자속의 세기와 방향의 함수이다. 자기 기록 디스크 드라이브에서 데이터 판독용 MR 판독 헤드로서 사용되던 것과 같은 종래의 MR 센서의 동작을 일반적으로 퍼멀로이(permalloy, Mi81Fe19)로 이루어진 벌크 자성 재료의 이방성 자기 저항(anisotropic magnetoresistive: AMR) 효과를 기초로 하여 이루어진다. 판독 소자의 저항 성분의 변화는 판독 소자에서의 자화 방향과 판독 소자를 통해 흐르는 감지 전류의 방향 사이의 각도의 코사인 값의 제곱에 비례한다. 기록된 데이터는 디스크 드라이브 내의 디스크와 같은 자기 매체로부터 판독될 수 있다. 기록된 자기 매체로부터의 외부 자기장 (신호 필드)이 판독 소자 내의 자화 방향 변화를 유발시키고, 이는 다시 판독 소자의 저항 변화 및 이에 대응하는 감지된 전류 또는 전압 변화를 일으킨다. 종래의 MR 판독 헤드는 MTJ 소자와는 반대로 감지 전류가 판독 소자의 강자성층과 평행한 방향이다.

자기 기록용 자기 저항 판독 헤드로서 MTJ 소자를 사용하는 것은 미국 특허 제 5,390,061호에 기재되어 있다. 이러한 MTJ 판독 헤드에서, MTJ 헤드가 자기 기록 디스크 드라이브에서 사용되는 경우, 자유 강자성층, 터널 장벽층 및 고정 강자성층의 모든 에지가 헤드의 감지 표면, 예를 들어 공기 베어링 슬라이더의 공기 베어링 표면(air-bearing surface: ABS)에 노출된다. MTJ 헤드가 래핑되어 ABS를 형성하는 경우, 자유 강자성층 및 고정 강자성층에서 나온 물질이 ABS를 오염(smear)시키며 터널 장벽층을 단락시킨다는 것이 알려져 있다. 또한 고정 강자성층의 자기 모멘트를 고정시키는데 사용되는 다수의 반강자성 자철(antiferromagnets)은 망간(Mn)을 포함하며, 이는 ABS 래핑 공정 중에 부식될 수 있다. 터널 장벽층은 통상 ABS 래핑 공정 중에 부식될 수 있는 산화 알루미늄으로 형성된다.

따라서 자기 기록 시스템용 MTJ MR 헤드가 감지 표면에 노출되는 MTJ 층의 에지와 관련된 문제로 손상되지 않아야 한다.

본 발명은 자기 기록 시스템용 MTJ MR 판독 헤드로서, 여기서 자유(free) 강자성층도 자기 기록 매체로부터 터널 접합부(tunnel junction)까지 자속을 안내하는 자속 가이드로서 동작한다. 자기 기록 디스크 드라이브 실시예에서, 고정 강자성층은 ABS로부터 함입되는 전방 에지를 가지며, 자유 강자성층의 감지 단부는 ABS에 노출된다. 또한 터널 장벽층의 전방 에지도 ABS로부터 함입될 수 있다. 고정 및 자유 강자성층은 모두 MTJ 터널 장벽층의 대향면에 접촉하고 있지만, 자유 강자성층은 터널 장벽층 또는 고정 강자성층의 후방 에지 중에서 감지 표면에 더 가까운 층의 후방 에지를 넘어서 연장된다. 이것은 터널 접합부 영역 내에서 자속이 0이 아님을 의미한다. 고정 강자성층의 자화 방향은 바람직하게는 반강자성층과의 계면 교환 결합에 의해 ABS에 통상 수직한 방향으로 고정되며, 따라서 디스크 표면에 수직한 방향으로 고정된다. 자유 강자성층의 자화 방향은 자기장이 인가되지 않는 경우 ABS의 표면에 통상적으로 평행한 방향으로 정렬되며, 자기 기록 디스크로부터 자기장이 인가되는 경우에는 자유롭게 회전한다. 자유 강자성층의 측면에 길이 방향으로 인접한 높은 보자력을 갖는 자화되기 어려운 자기 재료층은 자유 강자성층의 자화를 바람직한 방향으로 바이어스시킨다.

MTJ MR 판독 헤드는 일체형 판독/기록 헤드 구조의 일부분으로 형성될 수 있으며 이 MTJ MR 판독 헤드의 양측면 상에는 전기적으로 전도성을 가지는 자기적 실드(magnetic shields)가 위치한다. 감지 회로용 전기 리드는 2개의 실드 상에 형성되어서 실드로부터 리드를 통하여 터널 접합부의 고정 및 자유 강자성층까지 전기적 경로가 제공된다.

본 발명의 특성 및 장점은 첨부된 도면을 고려하여 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 함입형(recessed) MTJ MR 판독 헤드로 사용하기 위한 종래의 자기 기록 디스크 드라이브의 단순화된 블록도.

도 2는 덮개가 제거된 도 1의 디스크 드라이브의 평면도.

도 3은 본 발명의 MTJ MR 판독 헤드가 위치하는 장소를 예시하기 위해 실드 사이에 위치하며 유도 기록 헤드에 인접한 MR 헤드를 갖는 종래의 일체형 유도 기록 헤드/MR 판독 헤드를 수직으로 절단한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 MTJ MR 판독 헤드의 터널 접합부를 통해 취해진 단면도로서, 전류가 터널 접합부를 통해 수직한 방향으로 흐르는 것을 예시하는 도면.

도 5는 헤드의 감지 단부에 대해 여러 층의 상대적인 위치를 예시하는 함입형 MTJ MR 판독 헤드의 단면도.

도 6a 내지 도 6n은 본 발명의 MTJ MR 판독 헤드의 제조 단계를 예시하는 도면.

도 7은 감지 강자성층의 전방 에지 및 길이 방향의 바이어스 강자성층의 에지를 예시하는 감지 표면을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 자기 터널 접합 소자

102, 104 : 전기 리드

116 : 반강자성층

118 : 고정 강자성층

120 : 터널 장벽층

132 : 감지 강자성층

200 : 감지 표면

206 : 고정강자성층의 전방 에지

208 : 고정 강자성층의 후방 에지

210 : 터널 장벽층의 전방 에지

212 : 터널 장벽층의 후방 에지

종래 기술

도 1을 참조하면, MR 센서를 사용하는 종래 기술 형태의 디스크 드라이브 단면도가 예시되어 있다. 디스크 드라이브는 디스크 드라이브 모터(12) 및 액츄에이터(14)가 장착되는 베이스(10)와 커버(11)를 포함한다. 베이스(10)와 커버(11)는 실질적으로 밀봉된 디스크 드라이브용 하우징을 제공한다. 통상, 베이스(10) 및 커버(11) 사이에 가스켓(13)이 위치하며, 디스크 드라이브의 내부 및 외부 환경 간의 압력을 동일하게 하기 위한 작은 흡입 포트(breather port)(도시되지 않음)가 마련된다. 자기 기록 디스크(16)는 허브(18)에 의해 드라이브 모터(12)에 연결되며, 허브(18)는 드라이브 모터(12)에 의해 부착되어 회전한다. 윤활용 박막(thin lubricant film)(50)이 디스크(16) 상에 마련된다. 판독/기록 헤드 또는 트랜스듀서(25)는 공기 베어링 슬라이더(20)와 같은 헤드 캐리어의 후행 단부(trailing end) 상에 형성되어 있다. 트랜스듀서(25)는 도 3과 관련하여 기술되는 바와 같이 유도 기록 헤드 부분 및 MR 판독 헤드 부분을 포함하는 판독/기록 헤드이다. 슬라이더(20)는 강체 암(22) 및 서스펜션(24)에 의해 액츄에이터(14)에 연결된다. 서스펜션(24)은 슬라이더(20)가 기록 디스크(16)의 표면 상에 위치하도록 슬라이더(20)에 가해지는 바이어싱력(biasing force)을 제공한다. 디스크 드라이브가 동작하는 동안, 드라이브 모터(12)는 일정한 속도로 디스크(16)를 회전시키며, 통상 선형 또는 회전형 음성 코일 모터(voice coil motor: VCM)인 액츄에이터(14)는 대체로 디스크(16)의 표면을 방사상으로 가로질러 슬라이더(20)를 이동시켜 판독/기록 헤드(25)가 디스크(16) 상의 상이한 데이터 트랙을 액세스할 수 있다.

도 2는 커버(11)가 제거된 디스크 드라이브 내부의 평면도로서 슬라이더(20)가 디스크(16) 방향으로 향하도록 슬라이더(20)에 가해지는 힘을 제공하는 서스펜션(24)을 더욱 상세히 예시한다. 서스펜션은 IBM사에 허여된 미국 특허 제 4,167,765호에 개시되어 있는 바와 같이 공지의 와트러스(Watrous) 서스펜션과 같은 통상적인 서스펜션일 수 있다. 또한, 이러한 종류의 서스펜션은 슬라이더가 공기 베어링 상에서 주행할 때 피칭 및 롤링될 수 있도록 해주는 슬라이더의 짐벌형 연결 장치(gimbaled attachment)를 제공한다. 트랜스듀서(25)에 의해 디스크(16)로부터 검출되는 데이터는 암(22) 위에 위치하는 집적 회로 칩(integrated circuit chip)(15) 내의 신호 증폭 및 처리 회로에 의해 데이터 복귀 신호로 처리된다. 트랜스듀서(25)로부터의 신호는 유연성 케이블(17)을 통해 칩(15)으로 전송되며, 칩(15)은 케이블(19)을 통해 디스크 드라이브 전자 장치(도시되지 않음)로 출력 신호를 전송한다.

도 3은 MR 판독 헤드부 및 유도 기록 헤드부를 포함하는 일체형 판독/기록 헤드(25)의 단면도이다. 헤드(25)는 공기 베어링 표면(air-bearing surface: ABS)을 형성하도록 래핑(lapping)되며, ABS는 위에서 설명한 공기 베어링에 의해 회전 디스크(16)(도 1에 도시됨)의 표면으로부터 이격되어 있다. 판독 헤드는 제 1 및 제 2 갭층(gap layer: G1, G2) 사이에 삽입되는 MR 센서(40)를 포함하는데, 제 1 및 제 2 갭층은 제 1 및 제 2 자기 실드층(magnetic shield layer: S1, S2) 사이에 삽입된다. 통상적인 디스크 드라이브에서, MR 센서(40)는 AMR 센서이다. 기록 헤드는 절연층(I1, I3) 사이에 삽입되는 코일층 C 및 절연층(I2)을 포함하는데, 절연층(I1) 및(I3)은 제 1 및 제 2 극편(pole pieces P1, P2) 사이에 차례로 삽입된다. 갭층(G3)은 자기 갭을 제공하기 위해 ABS에 인접한 극팁(pole tips)에서 제 1 및 제 2 극편(P1, P2) 사이에 삽입된다. 기록 동작 중에, 신호 전류는 코일층(C)을 통해 전도되고 자속은 제 1 및 제 2 극편(P1, P2) 내로 유도되어 ABS에서 극팁을 가로질러 자속의 프린지(fringe)가 생기도록 한다. 이러한 자속은 기록 동작 중에 회전 디스크(16) 상의 원형 트랙을 자화시킨다. 판독 동작 중에, 회전 디스크(16) 상의 자화된 영역은 판독 헤드의 MR 센서(40) 내로 자속을 입사시켜 MR 센서(40) 내의 저항을 변화시킨다. 이러한 저항 변화는 MR 센서(40) 양단의 전압 변화를 검출함으로써 검출된다. 전압 변화는 (도 2에 도시된) 칩(15)과 디스크 드라이브 전자 장치에 의해 처리되어 사용자 데이터로 변환된다. 도 3에 도시된 결합 헤드(25)는 판독 헤드의 제 2실드층(S2)이 기록 헤드용 제 1 극편(P1)으로서 사용되는 "통합형(merged)" 헤드이다. 피기백(piggyback) 헤드(도시되지 않음)에서, 제 2 실드층(S2) 및 제 1 극편(P1)은 별개의 층으로 되어 있다.

AMR 판독 헤드를 갖는 통상적인 자기 기록 헤드에 대한 상기 기술 내용 및 첨부된 도 1 내지 3은 단지 설명하기 위한 것이다. 디스크 드라이브는 다수의 디스크 및 액츄에이터를 포함할 수 있으며 각각의 액츄에이터는 다수의 슬라이더를 지지한다. 또한, 헤드 캐리어는 공기 베어링 슬라이더 대신 액체 베어링 및 기타 접촉식 및 근사 접촉식 기록 디스크 드라이브와 같이 디스크와 접촉하거나 근사 접촉하도록 헤드를 유지할 수도 있다.

바람직한 실시예

본 발명은 도 3의 판독/기록 헤드(25) 내의 MR 센서(40) 대신에 사용되는 MTJ 센서를 갖는 MR 판독 헤드에 대한 것이다.

도 4는 에지가 도 3의 선(42)으로 도시되고 디스크 표면으로부터 바라보는 평면을 취한 경우에 나타나는 본 발명의 일실시예에 따른 MTJ MR의 단면도이다. 따라서, 도 4가 도시된 종이는 헤드를 구성하는 층들이 보이도록 ABS에 평행하고 MTJ MR 판독 헤드의 실질적인 액티브 감지 영역(active sensing region), 즉 터널 접합부를 관통한다.

도 4를 참조하면, MTJ MR 판독 헤드는 갭층(G1) 기판 상에 형성되는 전기 리드(102), 갭층(G2) 아래에 형성되는 전기 리드(104), 및 전기 리드(102, 104) 사이에 여러층의 스택으로 형성(formed as a stack of layers)되는 MTJ(100)를 포함한다.

MTJ(100)은 제 1 전극 다층 스택(110), 절연 터널 장벽층(120), 및 상부 전극 스택(130)을 포함한다. 각 전극은 터널 장벽층(120)에 직접 접촉하는 강자성층, 즉 강자성층(118) 및(132)을 포함한다.

전기 리드(102) 상에 형성되는 베이스 전극층 스택(110)은 리드(102) 상에 시드층 또는 "템플릿(template)"층(112), 템플릿층(112) 상에 반강자성 물질층(116), 및 하부(underlying) 반강자성층(116) 상에 형성되고 반강자성층과 교환 결합(exchange coupled)되는 "고정" 강자성층(118)을 포함한다. 강자성층(118)은 자기 모멘트 또는 자화 방향이 관심 대상이 원하는 범위 내에 자기장이 인가되는 경우에 회전하지 않으므로 고정층이라고 불리운다. 상부 전극 스택(130)은 "자유" 또는 "감지(sensing)" 강자성층(132), 및 감지 강자성층(132) 상에 형성되는 보호층 또는 캡층(capping layer, 134)을 포함한다. 감지 강자성층(132)은 반강자성층과 교환 결합되지 않고, 따라서 그 자화 방향은 관심 대상이 원하는 범위 내에 자기장이 인가되는 경우 자유롭게 회전한다. 감지 강자성층(132)은 자기장이 인가되지 않은 상태에서의 자기 모멘트 또는 자화 방향(화살표 (133)으로 도시됨)이 일반적으로 ABS(ABS는 도 4의 종이에 평행한 면임)에 대해 평행하고 일반적으로 고정 강자성층(118)의 자화 방향에 대해 수직하게 형성된다. 터널 장벽층(120)의 바로 아래에 위치하는 전극 스택(110) 내의 고정 강자성층(118)은 하부 반강자성층(116)과 직접적으로 계면 교환 결합에 의해 고정되는 자화 방향을 갖는데, 하부 반강자성층(116)은 또한 하부 전극 스택(110)의 일부를 형성한다. 고정 강자성층(118)의 자화 방향은 일반적으로 ABS에 대해 수직하게 즉 도 4의 종이면 밖으로 나오거나 종이면 내로 들어가는 방향이다(화살표 꼬리(119)로 도시됨).

또한, 도 4에는 감지 강자성층(132)의 자화를 길이 방향으로 바이어스시키는 바이어스 강자성층(150), 및 이러한 편향 층(150)을 감지 강자성층(132) 및 MTJ(100)의 다른 층들로부터 분리하고 절연시키는 절연층(160)이 도시되어 있다. 바이어스 강자성층(150)은, 자기장이 인가되지 않은 상태에서 감지 강자성층(132)의 자기 모멘트(133)와 같은 동일한 방향으로 정렬되는 자기 모멘트(화살표 151로 도시됨)를 갖는 CoPtCr 합금과 같은 자화시키기 어려운 자성 물질이다. 절연층(160)은 바람직하게는 알루미나(Al ₂ O ₃ ) 또는 실리카(SiO ₂ )이며, 바이어스 강자성층(150)을 MTJ(100) 및 전기 리드(102, 104)와 전기적으로 절연시키기에 충분한 두께를 갖지만, 감지 강자성층(132)과 정자기적으로 결합(magnetostatic coupling, 점선 화살표 (153)으로 도시)할 수 있을 만큼 충분히 얇다. 바이어스 강자성층(150)의 적(積: product) M*t(여기서 M은 강자성층 재료의 단위 면적 당 자기 모멘트이고 t는 강자성층의 두께임)는 자화를 길이 방향으로 바이어스시킬 수 있도록 감지 강자성층(132)의 곱 M*t보다 크거나 또는 같아야 한다. 통상적으로 감지 강자성층(132)에서 사용되는 Ni _(100-X) -Fe _(x) (x는 대략 19)의 자기 모멘트가, 바이어스 강자성층(150)으로 적합한 Co ₇₅ Pt ₁₃ Cr ₁₂ 와 같은 통상의 자화시키기 어려운 자성 재료의 자기 모멘트의 약 2배 정도이므로, 바이어스 강자성층(150)의 두께는 감지 강자성층(132) 두께의 적어도 2배 정도이다.

감지 전류 (I)는 제 1 전기 리드(102)로부터 반강자성층(116), 고정 강자성층(118), 터널 장벽층(120), 및 감지 강자성층(132)을 수직으로 통과하여 제 2 전기 리드(104)를 통과하여 흐른다. 상술한 바와 같이, 터널 장벽층(120)을 통하여 흐르는 터널링 전류의 양(amount of tunneling current)은 터널 장벽층(120)에 인접하여 접촉하는 고정 및 감지 강자성층(118, 132)의 상대적인 자화 방향에 대한 함수이다. 기록된 데이터로부터 나오는 자기장은 감지 강자성층(132)의 자화 방향을 방향(133)에서 멀어지도록, 즉 도 4의 종이면을 향하거나 인가되는 종이면으로부터 나오는 방향을 향하도록 회전시킨다. 이것은 강자성층(118, 132)의 자기 모멘트의 상대적인 배향과 그에 따른 터널링 전류의 양을 변화시키는데, 이러한 변화의 결과 MTJ(100)의 전기 저항이 변한다. 이러한 전기 저항의 변화는 디스크 드라이브 회로(disk drive electronics)에 의해 검출되고 디스크로부터 판독되는 데이터로 처리된다. 감지 전류는 전기 절연층(160) 때문에 바이어스 강자성층(150)으로 흐르지 못하며, 이러한 전기 절연층(160)은 또한 바이어스 강자성층(150)을 전기 리드(102, 104)로부터 절연시킨다.

이제 MTJ(100)(도 4 참조)에 사용되는 대표적인 재료를 설명한다. MTJ(100)의 모든 층은 자기장이 기판 표면에 평행하게 인가되는 상태에서 성장한다. 자기장은 모든 강자성층의 자화 용이축(easy axis)을 배향시키는데 사용된다. 먼저 5 nm Ta 시드층(도시되지 않음)은 전기 리드(102)로 사용되는 10-50 nm 두께의 Au층 상에 형성된다. 시드층은 면심 입방(face-centered cubic: fcc) Ni ₈₁ Fe ₁₉ 로 된 템플릿층(112)이 (111) 방향으로 성장을 촉진시키는 재료로 구성된다. 템플릿 강자성층(112)은 반강자성층(116)의 성장을 촉진한다. 적당한 시드층 재료는 Ta 뿐만 아니라 Cu 또는 3-5 nm 두께의 Ta/3-5 nm 두께의 Cu와 같이 이 두 층이 결합된 것과 같은 fcc 금속을 포함한다. MTJ 베이스 전극 스택(110)은 10-20 nm 두께의 Au층(102) 상의 Ta 시드층 상에서 성장되는 4 nm 두께의 Ni ₈₁ Fe ₁₉ (층(112))/10 nm 두께의 Fe ₅₀ Mn ₅₀ (층(116))/8 nm 두께의 Ni ₈₁ Fe ₁₉ (층(118))로 이루어진 스택을 포함한다. Au 리드층(102)은 기판으로 사용되는 알루미나 갭 재료 G1 바로 위에 형성된다. 다음에, 터널 장벽층(120)은 0.5-2 nm의 A l 층을 증착 후 플라즈마 산화시킴으로써 형성된다. 이렇게 하면 A l ₂ O ₃ 절연 터널 장벽층(120)이 만들어진다. 상부 전극 스택(130)은 5 nm 두께의 Ni-Fe(층(132))/10 nm 두께의 Ta(층(134)) 스택이다. Ta층(134)은 부식시키지 않도록 보호하기 위한 캡층의 기능을 한다. 상부 전극 스택(130)은 전기 리드(104)의 기능을 하는 20 nm 두께의 Au층과 접촉된다.

전류가 MTJ(100) 내의 층들을 수직으로 통과하므로, MTJ 소자의 저항은 터널 장벽층(120)의 저항에 크게 좌우된다는 점에 유의하여야 한다. 따라서, 전도 리드(102, 104)의 단위 면적 당 저항은, 전류가 층들과 평행하게 흐르는 종래의 MR 판독 헤드에서 보다 훨씬 크다. 따라서, 리드(102, 104)는 종래의 MR 헤드 구조보다 얇거나 좁게 만들 수 있으며, 합금 또는 원소들의 조합과 같은 고유하게 저항성이 큰 재료로 만들어질 수 있다.

하부 전극 스택(110) 내의 층들은 매끄럽고, Al ₂ O ₃ 터널 장벽층(120)에는 접합부를 전기적으로 단락시킬수 있는 핀홀이 없어야 한다는 점이 중요하다. 예를 들어, 금속 복층 스택 내에서 양호한 거대 자기 저항 효과를 생성한다고 알려진 스퍼터링 기술에 의한 성장으로 충분하다.

대안적으로, 감지 강자성층(132)은 감지 강자성층(132)과 터널 장벽층(120) 간의 경계에서 Co 또는 Co _(100-x) Fe _(x) 또는 Ni _(100-x) Fe _x (x는 대략 60임)로 된 박막층으로 구성될 수 있으며, 감지 강자성층(132)의 벌크 상태는 Ni _(100-x) Fe _x (x는 대략 19임)와 같은 낮은 자기 변형을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 박막의 Co 또는 Co _(100-x) Fe _(x) 또는 Ni _(100-x) Fe _x (x는 대략 60임)로 된 경계층을 갖는 이러한 종류의 감지 강자성층에 대한 순 자기 변형(net magnetostriction)은 감지 강자성층(132)의 벌크 상태의 조성을 약간만 변화시켜도 거의 0에 근접하는 값을 갖도록 배열된다. 대안적으로, 고정 강자성층(118)은 터널 장벽층(120)과의 경계 부분에 Co 또는 Co _(100-x) Fe _(x) 또는 Ni _(100-x) Fe _x (x는 대략 60임)로 된 박막층을 갖는 벌크 상태의 Ni _(100-x) Fe _x 로 주로 구성될 수 있다. Co 또는 최대 분극 Ni _(100-x) Fe _x (x는 대략 60임) 또는 Co _(100-x) Fe _(x) 합금(x는 대략 70임)을 사용하여 최대 신호를 얻는다. 경계층의 두께는 약 1-2 nm인 것이 가장 적합하다. 결합 층들의 순 자기 변형은 조합된 성분을 약간만 변화시켜도 거의 0으로 근접하도록 배열된다. 고정 강자성층(118)의 벌크 상태가 Ni-Fe인 경우 조성은 Ni ₈₁ Fe ₁₉ 로, Ni-Fe의 자기 변형이 0인 경우의 조성에 해당된다.

Fe-Mn 반강자성층(116)은 A l ₂ O ₃ 장벽층(120)의 저항보다 충분히 작은 저항을 갖는 Ni-Mn층 또는 다른 적합한 반강자성층으로 교체될 수 있으며, 이러한 층의 교환은 고정층(118) 내의 강자성 재료를 바이어스시킨다. 또한, 바람직한 실시예에서 고정 강자성층이 반강자성층과 계면 교환 결합에 의해 고정된 자기 모멘트를 갖는데 반해, 고정 강자성층은 자기적으로 "자화시키기 어려운(hard)" 높은 보자력을 갖는 재료로 형성될 수 있어서 반강자성층이 필요없게 된다. 따라서 자화시키기 어려운 고정 강자성층은 Co-Pt-Cr 합금, Co-Cr-Ta 합금, Co-Cr 합금, Co-Sm 합금, Co-Re 합금, Co-Ru 합금, 및 Co-Ni-X 합금(X = Pt, Pd, 또는 Cr)뿐만 아니라 Co-Ni-Cr-Pt 및 Co-Pt-Cr-B와 같은 다양한 4원소 합금을 포함하는 Co와 기타 하나 이상의 원소와의 합금과 같은 다양한 강자성 재료로 형성될 수 있다.

상기 도 4에 도시되고 위에서 설명한 MTJ 소자가 MTJ(100)의 하부에 고정 강자성층을 갖지만, 또한 MTJ 소자는 먼저 감지 강자성층을 증착한 다음 터널 장벽층, 고정 강자성층 및 반강자성층을 증착함으로써 형성될 수 있다. 따라서 이러한 MTJ 소자는 도 4에 도시된 MTJ(100)을 완전히 전도시킨(inverted) 층들을 가질 수 있다.

이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 함입형 MTJ MR 헤드가 감지 표면(200) 또는 ABS를 오른쪽으로 하여 도 4의 단면과 수직하게 절취한 단면도로 도시되어 있다. 설명 목적 상, 바이어스 강자성층(150)은 도시되지 않았고 MTJ(100)에서는 강자성층, 반강자성층 및 터널 장벽층만이 도시되어 있다. 감지 강자성층(132)은 감지 표면(200) 또는 ABS, 및 후방 에지(203)와 실질적으로 동일 평면 상에 위치되는 감지 에지(202)를 갖는다. 고정 강자성층(118)은 감지 표면(200) 또는 ABS, 및 후방 에지(208)와 실질적으로 동일 평면 상에 위치되는 전방 에지(206)를 갖는다. 반강자성층(116)은 고정 강자성층(118)의 에지와 접하는 에지를 갖는다. 터널 장벽층(120)은 감지 표면(200)으로부터 함입되고 고정 강자성층(118)의 전방 에지(206)와 실질적으로 동일 평면 상에 위치한 전방 에지(210)와, 후방 에지(212)를 갖는다. 리드(102)는 G1 갭층 상에 형성되고 G2 갭층은 리드(104)를 자기 실드 (S2)와 분리시킨다. 갭층(G1, G2)의 재료 및 에지(203, 206)와 감지 표면(200) 사이의 영역의 재료는 전기적 절연 재료이며, 바람직하게는 알루미나이다. 감지 표면(200) 또는 ABS는 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이 헤드가 디스크에 접촉될 때 헤드를 보호하기 위해서 그 위에 비정질 유사 다이아몬드 탄소(amorphous diamond-like carbon) 박막층과 같은 보호 코팅층을 가질 수 있다.

도 5에 도시된 MTJ MR 판독 헤드와 같은 함입형(recessed) MR 센서는 자속 가이드를 사용하여 자기 신호를 액티브 감지 영역으로 전송하며, 입사 자속(incident flux)이 액티브 감지 영역에 도달하기 전에 자기 실드로 누출되기 때문에 감도가 감소된다. 이러한 누출은 실드 사이의 갭의 폭 g 및 본 발명에서 자속 가이드 역할을 하는 자유 강자성층의 투과율 μ과 두께 t에 의해 결정된다. 자속은 (μtg/2) ^0.5 인 특성 길이(characteristic length)를 가지고 감쇠(decay)된다. 5 Gbit/in ² 인 센서에 대한 일반적인 파라미터는 g=200 nm, t=5 nm 및 μ=1000이다. 따라서 감쇠(decay) 길이는 0.7 미크론이 된다. 액티브 감지 영역이 ABS로부터 0.35 미크론 정도로 함입되어 있는 센서의 경우, 입사 자속의 대략 60%만이 액티브 영역에 존재한다. 따라서, MTJ 센서에 대한 ΔR/R의 일반적인 값인 20%가 본 발명의 함입형 MTJ MR 판독 헤드에서는 대략 12%로 감소된다.

도 5에 도시된 바람직한 실시예에서, 자유 강자성층(132)과 리드(104)만이 ABS(200)에서 노출된다. ABS(200)으로부터 함입되도록 된 고정 강자성층(118)의 전방 에지(206)의 위치는 헤드가 ABS(200)에서 래핑되는 경우에 발생할 수도 있는 MTJ 센서의 단락(shorting)을 방지한다. 또한, 고정 강자성층(118)의 자기 모멘트를 고정하는데 사용될 수 있는 터널 장벽 산화층(120) 및 반강자성층(116)이 ABS(200)으로부터 함입되어 있기 때문에, 이러한 층들은 노출되지 않으며 따라서 잘 부식되지 않는다.

자유 강자성층(132)을 자속 가이드로서 사용하는 함입형 MTJ MR 헤드의 또다른 이점은 MTJ MR 헤드의 액티브 감지 영역인 터널 접합부(tunnel junction)가 ABS에 위치하고 있으면 그렇지 않은 경우보다 더 커질 수 있다는 점이다. 이것은 자유 강자성층(132) 자속 가이드의 폭이 ABS 쪽으로 갈수록 줄어들어 ABS에서의 폭이 터널 장벽층(120)과 자유 강자성층이 접촉하고 있는 영역에서의 폭보다 작기 때문이다. 따라서, 터널 접합부(터널 장벽층(120)의 폭)가 ABS에서 자유 강자성층의 폭보다 더 넓을 수 있으며, 터널 접합부의 영역이 더 크기 때문에 터널 접합부가 더 작은 전기 저항을 갖게 된다. MTJ 소자의 경우, 전류가 접합부에 수직한 방향으로 흐르기 때문에, 저항이 터널 접합부의 면적에 반비례한다. 신호 대 잡음비를 개선시키기 위해서는 저항이 낮을 수록 좋다.

도 5에 도시된 바람직한 실시예에서, 자유 강자성층 자속 가이드(132)는 터널 접합부의 후방 에지, 예를 들어 고정 강자성층(118)과 터널 장벽층(120) 각각의 후방 에지(208, 212)를 넘어서 위치하는 후방 에지(203)를 갖는다. 실드된 자속 가이드 내에서 전파되는 자속(magnetic flux propagating)이 가이드의 후방 에지에서 0으로 감쇠되기 때문에, 고정 강자성층 후방 에지(208) 및 터널 장벽층 후방 에지(212)를 지나서 연장되는 자속 가이드를 갖는 것이 유리하다. 따라서, 자유 강자성층(132)의 후방 에지(203)가 고정 강자성층(118)과 터널 장벽층(120) 각각의 후방 에지(208, 212)를 넘어서 연장되는 본 발명의 함입형 MTJ MR 판독 헤드에서, 터널 장벽층(120) 및 고정 강자성층(118)의 후방 에지에서의 자속은 유한한 값을 갖게 된다. 따라서, 액티브 감지 영역, 예를 들어 터널 접합부 영역의 자유 강자성층의 평균 자속은 자유 강자성층의 후방 에지가 고정 강자성층 및 터널 장벽층의 후방 에지와 일치하는 경우보다 더 크다. 따라서, 액티브 감지 영역을 넘어선 소정의 지점에서 자속이 0으로 감소하기 때문에, 액티브 감지 영역에서의 신호가 커지게 된다. 전류는 터널 접합부와 수직한 방향으로 흐르고, 이에 따라 터널 접합부의 일부를 형성하는 자속 가이드 부분과도 수직한 방향으로 흐르기 때문에, 터널 접합부를 넘어서 연장되는 자유 강자성층 부분에 의해 분산되는(shunt) 전류는 없다. 도 5의 바람직한 실시예에서는 터널 장벽층(120)과 고정 강자성층(118) 각각의 후방 에지(208, 212)가 동일 평면 상에 있으나, 자유 강자성층(132)의 후방 에지(203)가 후방 에지(212, 208) 중 감지 표면(200)에 더 가까운 것보다 감지 표면(200)으로부터 멀리 떨어져 있는 경우에는 반드시 동일 평면 상에 있을 필요가 없다. 이것은 터널 장벽층(120)을 통해 수직한 방향으로 흐르는 전류가 후방 에지(212, 208) 중 감지 표면(200)에 더 가까운 것에 의해 한정되기 때문이다. 따라서, 후방 에지(212)가 고정 강자성층(118)의 후방 에지(208)보다 감지 표면(200)에 더 가까운 경우, 감지 강자성층(132)의 후방 에지(203)는 터널 장벽층(120)의 후방 에지(212)보다 더 멀리 떨어져 위치한다. 이와 마찬가지로, 후방 에지(208)가 터널 장벽층(120)의 후방 에지(212)보다 감지 표면(200)에 더 가까운 경우, 감지 강자성층(132)의 후방 에지(203)는 고정 강자성층(118)의 후방 에지(208)보다 더 멀리 떨어져 위치한다.

도 5에 도시되고 기술되는 바람직한 실시예에서, 터널 장벽층(120)은 함입되어 있으며 바람직하게는 고정 강자성층(118)의 전방 에지와 동일 평면인 전방 에지를 가지나, 본 발명에서는 ABS에서 노출되며 자유 강자성층의 전방 에지와 실질적으로 동일 평면인 터널 장벽층의 전방 에지를 갖는 것이 가능하다. 또한 제 1 리드(102)가 반강자성층(116) 및 고정 강자성층(118)의 후방 에지를 넘어서 연장되는 후방 에지를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 제 1 리드의 후방 에지는 이러한 층들과 실질적으로 동일 평면 상에 위치할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 제 1 리드(102)가 형성되는 기판은 제 1 자기 실드 (S1)이며, 제 2 자기 실드 (S2)는 제 2 리드(104)상에 형성된다. 실드 (S1, S2)는 Ni-Fe 합금 또는 Ni-Fe-Co 합금으로 형성되며 전기적으로 전도성을 갖는다. 따라서, 이러한 실시예에서, 전기적으로 전도성인 경로는 실드(S1)를 통해 제 1 리드(102)로 제공되며, 터널 접합부를 통해 수직한 방향으로 제 2 리드(104) 및 제 2 실드 (S2)까지 제공된다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 본 실시예는 절연 재료가 터널 접합부의 전방 및 후방에 여전히 필요하지만, 절연성 갭층(G1, G2)을 형성할 필요가 줄어든다.

함입형 MTJ MR 판독 헤드 제조 공정

도 6을 참조하여, 함입형 MTJ MR 판독 헤드를 형성하는 공정이 기술된다. 두 개의 리소그래픽 패턴 형성(lithographic patterning) 단계가 필요하다. 한 단계는 함입형 고정 강자성층(118)을 정의하며, 다른 하나의 단계는 자유 강자성층(132)을 정의한다. 도 5에 도시되는 바와 같이, MTJ MR 판독 헤드는 통상 알루미나 G1 층과 같은 절연체로 된 층 상에서 제조되지만, 하부 자기 실드층 (S1) 상에서 직접 제조될 수도 있다.

도 6a에 도시되는 바와 같이, 리드층(102), 반강자성층(116), 고정 강자성층(118)용 재료 및 궁극적으로 산화되어 터널 장벽층(120)을 형성하는 알루미늄과 같은 재료를 증착함으로써 공정이 시작된다. 리드 재료는 통상 100 내지 500Å 범위의 두께를 갖는 Ta, Al, Cu, Au, W 및 Pt와 같은 다양한 전도성 재료일 수 있다. 반강자성층(116)은 Fe-Mn, Ni-Mn, Pt-Mn, Ir-Mn 및 Pd-Mn과 같이 다양한 공지의 재료로부터 선택될 수 있다. 반강자성층(116)의 일반적인 두께는 70 내지 300 Å의 범위이다. 고정 강자성층(118)은 Ni-Fe 합금 또는 Ni-Fe 합금과 Co 박막으로 된 이중층이 바람직하다. Ni-Fe 합금층의 일반적인 두께는 20 내지 100 Å이며 Co 층의 통상적인 두께는 2 내지 20 Å이다. 터널 장벽 산화층(120)용 알루미늄의 두께는 통상 5 내지 20 Å의 범위이다.

일반적으로 이온 빔(ion beam) 증착이나 RF 또는 DC 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 중 한 방법을 사용하여 이러한 층들을 증착한 후, 도 6a의 정면도인 도 6b에 도시되는 원하는 형상을 정의하도록 레지스트(230)를 사용하여 각 층에 패턴을 형성한다. 다음으로, 도 6c에 도시되는 바와 같이 이온 밀링(ion milling)을 사용하여 레지스트(230)가 덮여 있지 않은 재료를 제거한다. 리드 층(102), 반강자성층(116), 고정 강자성층(118) 및 터널 장벽층은 도 6d에 도시되는 형상으로 층 (G1) 상에 형성된다. 레지스트층(230)은 통상 하부가 깍여지는(undercut) 이중층 레지스트이다. 도 6c의 이온 밀링 단계 다음에, 레지스트층(230)이 리프트 오프된 다음, 패턴의 에지를 밀봉하기 위해 이온 빔 또는 RF 스퍼터링으로 알루미나 또는 SiO ₂ 와 같은 절연체로 된 층(232)을 증착시켜 도 6e 내지 6f에 도시된 구조로 만든다. 제 1 리소그래픽 패턴 형성 단계에서 정의되는 2개의 중요한 특징이 있다. 첫째로, 고정 강자성층(118)의 "높이", 즉 전방 에지(206)와 후방 에지(208) 사이의 거리가 형성된다. 둘째, 고정 강자성층(118)의 전방 에지(206), 즉 ABS에 가장 가까운 에지가 기준점으로 설정된다. 후속 제조 공정에서, 이러한 기준 에지(206)는 소자가 래핑되어 ABS를 형성하는 경우, ABS로부터의 함입 거리를 궁극적으로 설정하는데 사용된다.

도 6e 내지 도 6f의 구조를 형성하도록 패턴 형성된 후, 터널 장벽층(120)이 될 알루미늄은 30 내지 240 초 동안 100 mTorr의 산소 압력과 25 W/cm ² 의 전력 밀도에서 플라즈마 산화된다. 이것은 알루미나로 된 절연 터널 장벽층(120)을 형성한다.

다음으로, 도 6g 내지 6h에 도시되는 바와 같이, 자유 강자성층(132) 및 리드층(104)이 증착된다. 자유 강자성층(132)은 통상 Ni-Fe 합금 또는 Ni-Fe 합금과 Co 박막으로 된 이중층이며, 이때 Ni-Fe 합금층의 두께는 10 내지 200 Å이며 Co 박막의 두께는 2 내지 20 Å이다. 리드(104)는 리드(102)에 대해 기술된 재료 및 두께와 유사하게 형성된다.

이온 빔 증착이나 RF 또는 DC 마그네트론 스퍼터링 중 한 방법으로 층(132, 104)을 증착한 후, 자유 강자성층(132) 및 리드층(104)은 도 6i 내지 6j에 도시되는 원하는 형상을 정의하도록 레지스트(240)를 사용하여 패턴이 형성된다. 레지스트층(240)은 통상 하부가 깍여지는 이중층 레지스트이다. 다음으로, 도 6k 내지 6l에 도시되는 바와 같이, 이온 밀링을 사용하여 레지스트(240)가 덮여있지 않은 재료를 제거한다. 도 6k의 이온 밀링 단계 다음에, 레지스트층(240)이 리프트 오프된 다음, 패턴의 에지를 밀봉하기 위해 이온 빔 또는 RF 스퍼터링으로 알루미나 또는 SiO ₂ 와 같은 절연체(242)로 된 층을 증착시켜 도 6m 내지 6n에 도시된 구조로 만든다. 제 2 리소그래픽 패턴 형성 공정에서 정의되는 중요한 특징은 자유 강자성층(132)의 폭, 즉, ABS에서 노출되는 폭 w이다. 또한, 이러한 단계는 후방 에지(203)를 정의하여 자유 강자성층(132)이 ABS로부터 터널 장벽층(120)의 전방 에지(210) 및 후방 에지(212) 이상으로 연장되며 후방 에지(212)를 넘어서 끝나게 한다. 상술한 바와 같이, 이것은 터널 장벽층(120)과 고정 강자성층(118)의 후방 및 전방 에지에 의해 정의되는 전체 액티브 터널 접합부 영역을 가로질러 자속이 효율적으로 전파되도록 한다.

또한, 상기 공정은 도 4에 도시된 바이어스(biasing) 강자성층(150)과 관련하여 상술한 바와 같이, 자속 가이드로 사용되는 자유 강자성층(132)을 길이 방향으로 바이어스시키거나 안정화시키는데 사용될 수 있다. 특히, 도 6k 내지 6n에 도시된 단계는 알루미나층(242)을 증착한 다음 레지스트(240)를 리프트 오프시키는 대신 알루미나, 자화시키기 어려운 바이어스 강자성 재료 및 추가적인 알루미나를 연속으로 증착한 다음 리프트 오프시키는 공정(liftoff)이 수행되도록 변경될 수 있다. 도 7에 감지 표면(200)을 보여주는 최종적인 구조가 도시된다. 도 7은 감지 표면(200)에서 노출되는 전방 에지를 갖는 감지 강자성층(132) 및 제 2 리드(104)를 도시한다. 또한 바이어스 강자성층(150)의 노출된 에지도 보여준다. 자화시키기 어려운 바이어스 강자성층(150)과 감지 강자성층(132) 사이의 영역 및 제 1 리드(102)(감지 표면(200)으로부터 함입되기 때문에 점선으로 도시됨)와 제 2 리드(104)사이의 영역은 알루미나와 같은 절연성 재료로 형성된다. 알루미나의 일반적인 두께는 100 내지 500 Å의 범위이며 자화시키기 어려운 바이어스 강자성층 재료는 통상적으로 자유 강자성층(132)의 1 내지 3배의 모멘트를 제공하도록 조절된 두께를 갖는 Co-Pt 합금이다. 제 1 알루미나 절연체는 감지 강자성 형상(shape)의 에지를 덮으며, 제 2 알루미나 절연체는 자화시키기 어려운 바이어스 강자성 재료의 상부면을 덮는다. 리프트 오프 공정 후, 최종 패턴 형성 단계는 자화시키기 어려운 바이어스 강자성 재료의 원하지 않는 영역을 제거하는데 사용된다.

리드, 자유 및 고정 강자성층, 터널 산화층 및 반강자성층의 총 두께는 실드 (S1, S2) 사이의 총 간격(separation)에 의해 제한된다. 5 Gbit/in ² 인 센서의 경우, 이러한 숫자는 1000 내지 2000 Å의 범위이다. 자유 강자성층(132)의 중심을 두 개의 실드 사이의 이러한 갭에 위치하도록 하는 것이 유리하다. 이것은 리드(104, 102)의 두께 비율을 조절함으로써 가능하다.

리드(104) 및 자유 강자성층(132)에 패턴 형성되고 MTJ MR 헤드 구조가 실질적으로 완성된 후, ABS(200)을 형성하기 위한 래핑 단계가 없는 경우, 고정 강자성층(118)의 자화 방향(자기 모멘트)을 적당한 방향으로 정렬시킬 필요가 있다. Fe-Mn이 고정 강자성층(118)과 교환 결합하는 반강자성층으로서 사용되는 경우, Fe-Mn은 증착된 그대로의 반강자성을 띄고 있다. 그러나, 적당한 배향으로 고정 강자성층(118)과 교환 결합할 수 있도록 Fe-Mn의 자화 방향을 재정렬시켜야 한다. 상기 구조를 열처리 오븐(annealing oven)에 넣어 Fe-Mn의 차단 온도보다 높은 대략 180℃로 상승시킨다. 이러한 온도에서, Fe-Mn 층은 고정 강자성층(118)과의 교환 이방성(exchange anisotropy)이 생기지 않는다. 강자성층(118)과의 교환 이방성은 자기장 내의 두 개의 층(116, 118)을 냉각시킴으로써 개선된다. 고정 강자성층(118)의 자화는 자기장이 인가되는 방향을 따라 배향된다. 따라서, 열처리 오븐에서 인가되는 자기장은 도 4의 화살표(119)에 의해 도시되는 바와 같이 고정 강자성층(118)의 모멘트를 ABS에 수직한 원하는 방향을 따라 고정시킨다. 이것은 강자성층(118)의 존재하에 자기장이 인가되어 원하는 방향으로 자화된 Fe-Mn 층을 냉각시킨 결과이다. 따라서, Fe-Mn의 차단 온도 이하의 온도에서, 기록된 매체로부터의 자기장이 인가되는 경우 고정 강자성층(118)의 자화는 실질적으로 회전하지 않는다.

도 5에 도시된 바람직한 실시예에 대해 여러 가지 가능한 대안이 있다. 첫째, 터널 장벽층(120)의 전방 에지(210)는 함입될 필요가 없으나, ABS에 배치될 수 있으며 자유 강자성층(132)의 감지 에지(202)와 일치할 수 있다. 둘째, 리드(104) 및 자유 강자성층(132)은 제조 공정 중에 MTJ의 "상부"에 형성되는 고정 강자성층(118), 반강자성층(116) 및 리드(102)와 함께 G1 기판 상에 처음으로 형성될 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 도시되고 기술되었지만, 본 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 본질과 범위를 벗어나지 않고 형태와 세부 사항을 변경시킬 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명은 단지 예시에 불과하고, 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한된다.

본 발명에 따른 자기 터널 접합부 소자는 자유 강자성층(132)과 리드(104)만이 ABS(200)에서 노출되어 ABS(200)에서 래핑되는 경우에 발생할 수 있는 MTJ 센서의 단락(shorting)을 방지하며 또한, 터널 장벽 산화층(120) 및 반강자성층(116)이 ABS(200)으로부터 함입되어 있기 때문에 부식을 방지할 수 있다.