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자기저항 헤드용 Ni - Fe - Co / Cu / Ni - Fe-Co / Fe - Mn 다층박막의 자기적 성질에 관한 연구
배성태(S. T. Bae),신경호(K. H. Shin),김진영(J. Y. Kim) 한국진공학회(ASCT) 1995 Applied Science and Convergence Technology Vol.4 No.1
자기저항헤드용 Ni-Fe-Co/Cu/Ni-Fe-Co/Fe-Mn 다층박막에서 자기적 성질과 전기적 성질에 관하여 조사하였다. 저 포화자계에서 고 자기저항을 나타내는 스핀 밸브형 다층박막을 제작하기 위하여 Boron이 도핑된 p-type Si(100) 기판위에 Ni-Fe-Co 단층박막과 Si/Ni-Fe-Co/Cu/Ni-FeCo, Si/Ni-Fe-Co/Fe-Mn 구조의 다층막을 제작하여 자기적 특성을 조사하였다. Ni-Fe-Co단층박막의 자기적 특성은 고정된 아르곤 분압에서 박막의 두께 등에 의존성이 있는 것으로 나타났으며, Cu비자성층을 통한 두 자성층의 결합상태는 비자성층의 두께에 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 Si/Ni-Fe-Co(70 Å)/Fe-Mn구조에서 Ni-Fe-Co와 Fe-Mn계면에서의 두 자성층의 이방성 차이에 의해서 발생되어지는 교환자기이방성이 존재하였으며, 교환자기이방성자계값은 Fe-Mn 두께가 150 Å일 때 가장 큰 값을 나타내었다. Ni-Fe-Co texture와 교환자기이방성자계값의 의존성을 알아보기 위하여 Ti, Cu를 바닥층으로 사용하였다. Ti을 바닥층으로 사용하였을 경우, 교환자기이방성자계값은 23.5 Oe정도의 가장 큰 값을 나타내었다. XRD 분석결과, Ti 바닥층이 Cu 바닥층이나, 바닥층이 없는 경우와 비교하여 성막된 Ni-Fe-Co 자성층의 강한 fcc(111) texture를 형성하는 것으로 나타났다. 각각의 단층박막과 다층박막에서의 자기적 특성을 측정한 후, Si/Ti(50 Å)/Ni-Fe-Co(70 Å)/Cu(23 Å)/Ni-Fe-Co(70 Å)/Fe-Mn(150 Å)/Cu(50 Å)의 스핀밸브구조를 갖는 다층박막을 제작하였으며, 11 Oe의 낮은 포화자계값에서 4.1%의 고 자기저항값을 얻을 수 있었다. The magnetic and electrical properties in Ni-Fe-Co/Cu/Ni-Fe-Co/Fe-Mn multilayered thin films for magnetoresistive head have been studied. To obtain a spin valve type multilayered thin films with high magnetoresistance and low saturation field, we investigated the magnetic properties of Ni-Fe-Co soft magnetic single layered thin films and Si/Ni-Fe-Co/Cu/Ni-Fe-Co and Si/Ni-Fe-Co/Fe-Mn multilayered films. The magnetic properties of Ni-Fe-Co films depended upon the film thickness. The coupling between two ferromagnetic layers through Cu interlayer were affected by the Cu interlayer thickness. The exchange anisotropy existed in Si/Ni-Fe-Co(70 Å)/Fe-Mn multilayered thin films. The exchange anisotropy field showed the largest value at Fe-Mn=150 Å. Ti(hcp) or Cu(fcc) was also tried as a buffer layer in this structure. The exchange anisotropy field had the largest value of around 23.5 Oe in Si/Ti(50 Å)/Ni-Fe-Co(70 Å)/Fe-Mn(150 Å) structure. The result of XRD patterns showed that fcc(111) texture of Ni-Fe-Co magnetic layer were strongly developed in the films having Ti buffer layer. After measured the magnetic properties of soft magnetic single layered thin films and the multilayered thin films, we prepared the Si/Ti(50 Å)/Ni-Fe-Co(70 Å)/Cu(23 Å)/Ni-Fe-Co(70 Å)/Fe-Mn(150 Å)/Cu(50 Å) spin valved structure. The magnetoresistance change ratio showed 4.1% in the saturation field as low as 11 Oe in this structure.
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절연보호막 처리된 Al - 1%Si박막배선에서 D.C.와 Pulsed D.C. 조건하에서의 electromigration현상에 관한 연구.
배성태(S. T. Bae),김진영(J. Y. Kim) 한국진공학회(ASCT) 1996 Applied Science and Convergence Technology Vol.5 No.3
절연보호막 처리된 Al-1%Si 박막배선에서 고정된 D.C. 및 Pulsed D.C. 조건하에서의 electromigration 현상과 도체수명특성에 대하여 조사하였다. 길이 21080㎛, 선폭 3㎛의 dimension을 갖는 meander type의 passivation layer(SiO₂/PSG)가 0.1㎛/0.8㎛의 두께로 절연막처리 되어있는 Al-1%Si 박막배선에 고정된 전류밀도 2×10^6A/㎠ 1×10^7 A/㎠의 D.C.와 200㎑, 800㎑, 1㎒, 4㎒의 주파수 범위를 가지며, duty factor 0.5인 2×10^6 A/㎠, 1×10^7 A/㎠의 전류밀도를 갖는 Pulsed D.C.를 인가하였다. 인가된 D.C. 및 Pulsed D.C. 조건하에서의 도체수명은 D.C. 보다는 Pulsed D.C.인 경우에 더 긴것으로 나타났고 전류밀도에 크게 의존하고 있음을 알 수 있었다.D.C 보다는 Pulsed D.C 조건하에서 도체수명이 더 긴 것은 duty cycle을 갖는 wave on-off형태의 Pulsed D.C.에서 pulsed off time시에 발생하는 박막배선 내부의 기계적, 전기적 stress gradient에 기인한 과잉 vacancy의 퇴화형성과정인 이완현상(relaxation phenomenon)으로 생각된다. 박막배선내부에 electromigration 현상에 의해 발생된 전기적 개방, 단락을 일으키는 결함에 대한 분석을 SEM(Scanning Electron Microscopy)을 이용하여 관찰하였다. electromigration에 의한 결함은 surface extrusion인 hillock과 depletion region에서 형성된 crack(void)의 형태가 대표적인 결함들로 나타나고 있음을 알 수 있었다. The electromigration phenomrla. and the characterizations of the conductor lifetime (Time-To-Failure, TTF) in Al-1%Si thin film interconnections under D.C. and Pulseu D.C. conditions were investigated. Meander type test patterns were fabricated with the dimensions of 21080㎛ length, 3㎛ width, 0.7㎛ thickness and the 0.1㎛/0.8㎛ (SiO₂/PSG) dielectric overlayer. The current densities of 2×10^6 A/㎠ and 1×10^7 A/㎠ were stressed in Al-1%Si thin film interconnections under a D.C. condition. The peak current densities of 2×10^6 A/㎠ and 1×10^7 A/㎠ were also applied under a Pulsed D.C. condition at frequencies of 200㎑z, 800㎑, 1㎒, and 4㎒ with the duty factor of 0.5. The time-to-failure under a Pulsed D.C.(TTF_(pulsed D.C.)) was appeared to be larger than that under a D.C. condition. It was found that the TTF under both a D.C. and a Pulsed D.C. condition largely depends upon the appiled current densities respectively. This can be explained by a relaxation mechanism view due to a duty cycle under a Pulsed D.C. related to the wave on off. The relaxation phenomena during the pulsed off period result in the decay of excess vacancies generated in the AI-1 %Si thin film interconnections because of the electrical and mechanical stress gradient. Hillocks and voids formed by an electromigration were observed by using a SEM (Scanning Electron Microscopy).
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