Effect of Doubly Plasma Oxidation Time on TMR Devices

We fabricated MTJ devices that have doubly oxidized tunnel barrier using plasma oxidation method to from oxidized AlO$\sub$x/ tunnel barrier. Doubly oxidation I, which sputtered 10 ${\AA}$-bottom Al layer and oxidized it with oxidation time of 10 s. Subsequent sputtering of 13 ${\AA}$-Al was performed and the metallic layer was oxidized for 50, 80 and 120 s., respectively. Doubly oxidation II, which sputtered 10 ${\AA}$-bottom Al layer and oxidized it varying oxidation time for 30∼120 s. Subsequent sputtering of 13 ${\AA}$-Al was performed and the metallic layer was oxidized for 210 sec. Double oxidation process specimen showed MR ratio of above 27％ in all experiment range. Singly oxidation process. 13 ${\AA}$-Al layer and oxidized up to 210 s, showed less MR ratio and more narrow process window than those of doubly oxidation. Cross-sectional TEM images would that doubly oxidized barrowers were thinner and denser than singly oxidized ones. XPS characterization confirmed that doubly oxidation of Fe with bottom insulating layer. As a result, doubly oxidation could have superior MR ratio in process extent during long oxidation time because of preventing oxidation of bottom magnetic layer than singly oxidation.

이중절연층 산화공정에서 플라즈마 산화시간에 따른 터널자기저항 효과

자성터널접합(magnetic tunnel junction: MTJ)소자의 AlO$_{x}$터널장벽 절연층을 플라즈마 산화법으로 2번에 나누어 금속증착.산화를 반복하여 만들어 보았다. 이중산화I그룹은 10A의 $\AA$의 Al 하부 절연막을 증착하고 산화시간을 10 s로 완성한 후 그 위에 13$\AA$의 Al을성막하고 50, 80, 120s간 산화시켜 완성한 절연막의 특성을 알아보았다. 이중산화II그룹은 10$\AA$봐 Al하부 절연막의 산화시간을 30~120 s간 달리하고 그 위에 13 $\AA$의 Al을 성막하고 210 s간 산화시켜 완성한 절연막의 특성을 알아보았다. 이중산화공정으로 제조된 시편은 전 실험범위에서 자기저항비(magnetoresistance： MR)는 27% 이상으로 우수하였고, 이는 13 $\AA$의 Al을 증착하고 한번만 산화시키는 통상의 단일산화에 비해 MR비가 우수하고 공정범위가 넓었다. 수직단면 투과전자현미경(transmission electron microscope： TEM)으로 미세구조를 확인한 결과 이중산화가 단일산화보다도 더 얇고 균일한 두께를 유지함을 알 수 있었다 X선광전자분석(X-ray photoelectron spectroscopy： XPS)으로 확인한 결과 이중산화는 절연막층 하부 CoFe 자성층의 Fe의 산화를 방지하여, 결과적으로 단일산화법에 비해서 하부자성층의 산화를 방지하여 긴 산화시간 공정 범위에서도 우수한 MR비를 가질 수 있었다.