DE19820692A1 - Magnetic sensor for magnetic heads of rigid disc memory systems - Google Patents

Abstract

The magnetic sensor has a support substrate (1), which has a main surface. A buffer layer (9) is arranged on this main surface, and includes either CoFe, cobalt or copper. A multilayer gigantic magnetic resistance (GMR) layer (10) is arranged on the buffer layer, and is obtained by the intermediate laminating of magnetic layers and nonmagnetic layers. The nonmagnetic layers are copper. The magnetic and the nonmagnetic layers are sufficiently thickness to demonstrate the gigantic magnetoresistance effect. The thickness of the buffer layer differs from the thickness of each of the layers that form the multilayer GMR layer.

Description

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patent­ anmeldung Nr. 9-268996, die am 1. Oktober 1997 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme ent­ halten ist.This application is based on the Japanese patent Application No. 9-268996 filed on October 1, 1997 and the entire contents of which are hereby incorporated by reference hold is.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION a) Gebiet der Erfindunga) Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetsensor, der einen gigantischen Magnetowiderstandseffekt nutzt.The present invention relates to a magnetic sensor, who uses a gigantic magnetoresistance effect.

b) Beschreibung der verwandten Technikb) Description of the related art

Magnetsensoren werden in den Magnetköpfen von Festplat­ tenlaufwerken verwendet, die zum Beispiel als externe Spei­ chervorrichtungen für Computer eingesetzt werden. Herkömmli­ che Magnetköpfe zur Verwendung in Festplattenlaufwerken fühlen die Stärke und Richtung eines Magnetfeldes auf der Basis des Stromes, der in einer Spule induziert wird. Wenn jedoch die Aufzeichnungsdichte zunimmt, nimmt der Aufzeich­ nungsbereich für ein Bit ab, und die resultierenden Magnet­ felder werden progressiv kleiner. Hochempfindliche Magnet­ sensoren werden zum Fühlen von Veränderungen von solchen kleinen externen Magnetfeldern benötigt.Magnetic sensors are in the magnetic heads of hard disk used for example as external storage Devices for computers are used. Conventional Che magnetic heads for use in hard drives feel the strength and direction of a magnetic field on the Base of the current induced in a coil. If however, the recording density increases, the recording decreases range for one bit, and the resulting magnet fields are progressively smaller. Highly sensitive magnet sensors are used to sense changes from such small external magnetic fields.

Magnetsensoren, die einen Magnetowiderstandseffekt (MR-Effekt) nutzen, sind als solche Magnetsensoren mit hoher Empfindlichkeit bekannt. Der MR-Effekt ist eine Erscheinung, bei der der elektrische Widerstand eines magnetischen Mate­ rials in Abhängigkeit von der Größe des externen Magnetfel­ des schwankt, falls sich die Richtung des Magnetfeldes und die Richtung des Stromes voneinander unterscheiden, wenn dieses magnetische Material in dem externen Magnetfeld angeordnet ist. Magnetsensoren, die den MR-Effekt nutzen, sind empfindlicher als Magnetsensoren, in denen Spulen verwendet werden. Die Verwendung von Magnetsensoren, die den MR-Effekt nutzen, gestattet auch das Fühlen von Veränderun­ gen eines externen Magnetfeldes mit hoher Empfindlichkeit, aber es werden dennoch Magnetsensoren mit noch höherer Empfindlichkeit benötigt.Magnetic sensors that have a magnetoresistance effect (MR effect) use as such are magnetic sensors with high Sensitivity known. The MR effect is a phenomenon where the electrical resistance of a magnetic mate rials depending on the size of the external magnetic field of fluctuates if the direction of the magnetic field and distinguish the direction of the current from each other if this magnetic material in the external magnetic field is arranged. Magnetic sensors that use the MR effect are more sensitive than magnetic sensors, in which coils be used. The use of magnetic sensors that the  Using the MR effect also allows you to feel change external magnetic field with high sensitivity, but it will still be magnetic sensors with even higher ones Sensitivity needed.

Andere Produkte, die gerade entwickelt werden, sind Magnetsensoren, die einen gigantischen Magnetowiderstands­ effekt (GMR-Effekt) nutzen, der durch Widerstandsveränderun­ gen gekennzeichnet ist, die jene überschreiten, die durch den MR-Effekt verursacht werden. Magnetsensoren, die eine Spin-Valve-Struktur haben, werden gerade als Magnetsensoren entwickelt, die den GMR-Effekt nutzen. Jedoch beträgt das MR-Verhältnis eines Magnetsensors mit einer Spin-Valve- Struktur 10% oder weniger, wodurch es erschwert wird, solch einen Sensor in einer Festplattenvorrichtung mit einer Aufzeichnungsdichte von 20 Gbit/Zoll² oder mehr zu verwen­ den.Other products that are currently being developed are magnetic sensors that use a gigantic magnetoresistance effect (GMR effect) that is characterized by changes in resistance that exceed those caused by the MR effect. Magnetic sensors that have a spin valve structure are currently being developed as magnetic sensors that use the GMR effect. However, the MR ratio of a magnetic sensor with a spin valve structure is 10% or less, making it difficult to use such a sensor in a hard disk device with a recording density of 20 Gbit / in ² or more.

Magnetsensoren, die eine große Anzahl von GMR-Schichten haben, die durch das alternierende Laminieren von großen Anzahlen von magnetischen Schichten und nichtmagnetischen Schichten erhalten werden, sind als Magnetsensor vorgeschla­ gen worden, der zum Einsatz in Festplattenvorrichtungen mit Aufzeichnungsdichten von 20 Gbit/Zoll² oder mehr in Frage kommt. Bei einem Magnetsensor mit einer großen Anzahl von GMR-Schichten wird ein externes Magnetfeld von mehreren Kilooersted oder mehr benötigt, um eine Widerstandsverände­ rung bei der ersten Spitze zu erzeugen, wobei gewöhnlich das maximale MR-Verhältnis erreicht wird, wodurch es erschwert wird, solche Magnetsensoren in Magnetköpfen für Festplatten­ vorrichtungen zu verwenden. Unterdessen beträgt das MR-Verhältnis etwa 10-15% bei der zweiten Spitze, und das externe Magnetfeld, das benötigt wird, um eine Widerstands­ veränderung zu erzeugen, beträgt nur etwa 100 Oe (100 Oer­ sted), wodurch es möglich wird, damit zu rechnen, daß solche Sensoren, die eine Widerstandsveränderung bei der zweiten Spitze nutzen, als Magnetköpfe für Festplattenvorrichtungen verwendet werden können.Magnetic sensors having a large number of GMR layers obtained by alternately laminating large numbers of magnetic layers and non-magnetic layers have been proposed as a magnetic sensor for use in hard disk devices with recording densities of 20 Gbit / in ² or more is possible. In a magnetic sensor with a large number of GMR layers, an external magnetic field of several kilooersted or more is required to produce a resistance change at the first tip, usually reaching the maximum MR ratio, which makes it difficult to use such magnetic sensors to be used in magnetic heads for hard disk devices. Meanwhile, the MR ratio is about 10-15% at the second peak, and the external magnetic field required to produce a resistance change is only about 100 Oe sted, which makes it possible to do so reckon that those sensors that use a resistance change at the second tip can be used as magnetic heads for hard disk devices.

Das MR-Verhältnis muß weiter angehoben werden, um es zu ermöglichen, die Resultate auf höhere Aufzeichnungsdichten anzuwenden.The MR ratio needs to be raised further to get it allow the results to be higher recording densities to apply.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetsensor mit einer mehrschichtigen Filmstruktur vorzuse­ hen, die ein Anheben des MR-Verhältnisses des Magnetsensors gestattet, der den gigantischen Magnetowiderstandseffekt nutzt.It is an object of the present invention to provide a Magnetic sensor with a multilayer film structure hen an increase in the MR ratio of the magnetic sensor allowed the gigantic magnetoresistance effect uses.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Magnetsensor mit einem Stützsubstrat vorgesehen, das eine Hauptoberfläche hat; einer Pufferschicht, die auf der Hauptoberfläche des Stützsubstrates angeordnet ist und im wesentlichen ein Material umfaßt, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus CoFe, Cobalt und Kupfer; und einer mehrschichtigen GMR-Schicht, die auf der Pufferschicht angeordnet ist und durch das intermediäre Laminieren von magnetischen Schichten und nichtmagnetischen Schichten erhalten wird, so daß die nichtmagnetischen Schichten im wesentlichen aus Kupfer sind und die magnetischen Schichten und nichtmagnetischen Schichten mit einer Dicke gebildet sind, mit der der gigantische Magnetowiderstandseffekt demonstriert werden kann; wobei sich die Dicke der Puffer­ schicht von der Dicke von jeder der Schichten unterscheidet, die die mehrschichtige GMR-Schicht bilden.According to one aspect of the present invention, a Magnetic sensor provided with a support substrate that a Has main surface; a buffer layer on the Main surface of the support substrate is arranged and in essentially comprises a material selected from a group consisting of CoFe, cobalt and copper; and a multi-layer GMR layer on top of the buffer layer is arranged and by the intermediate lamination of magnetic layers and non-magnetic layers is obtained so that the non-magnetic layers in the are essentially made of copper and the magnetic layers and non-magnetic layers are formed with a thickness with which the gigantic magnetoresistance effect can be demonstrated; where the thickness of the buffer layer differs from the thickness of each of the layers, that form the multilayer GMR layer.

Ein höheres MR-Verhältnis kann erreicht werden, indem die Pufferschicht unter der mehrschichtigen GMR-Schicht angeordnet wird.A higher MR ratio can be achieved by the buffer layer under the multilayer GMR layer is arranged.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1A ist eine Vorderansicht des Magnetsensors, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft. Fig. 1A is a front view of the magnetic sensor relating to an embodiment of the present invention.

Fig. 1B ist eine ausgedehnte Vorderansicht der mehr­ schichtigen GMR-Schicht des Magnetsensors von Fig. 1A. FIG. 1B is an expanded front view of the multi-layer GMR layer of the magnetic sensor of FIG. 1A.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die das Rönt­ genstrahlbeugungsmuster der mehrschichtigen GMR-Schicht für jedes der Materialien der Pufferschicht zeigt. Fig. 2 is a graph showing the X-ray diffraction pattern of the multilayer GMR layer for each of the materials of the buffer layer.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Spit­ zenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer entspricht, und das MR-Verhältnis einer mehrschichtigen GMR-Schicht, die magnetische CoFe-Schichten und nichtmagnetische Kupfer­ schichten umfaßt, für den Fall, bei dem CoFe für die Puffer­ schicht verwendet wird, in Abhängigkeit von der Dicke der Pufferschicht zeigt. Fig. 3 is a graph showing the peak intensity corresponding to the plane ( 111 ) of copper and the MR ratio of a GMR multi-layer layer including CoFe magnetic layers and non-magnetic copper layers, in the case of the CoFe is used for the buffer layer, depending on the thickness of the buffer layer.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Spit­ zenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer entspricht, und das MR-Verhältnis einer mehrschichtigen GMR-Schicht, die magnetische Cobaltschichten und nichtmagnetische Kupfer­ schichten umfaßt, für den Fall, bei dem CoFe für die Puffer­ schicht verwendet wird, in Abhängigkeit von der Dicke der Pufferschicht zeigt. Fig. 4 is a graph showing the peak intensity corresponding to the plane ( 111 ) of copper and the MR ratio of a multilayer GMR layer including magnetic cobalt layers and non-magnetic copper layers in the case where CoFe is used for the buffer layer, depending on the thickness of the buffer layer shows.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Spit­ zenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer entspricht, und das MR-Verhältnis einer mehrschichtigen GMR-Schicht, die magnetische CoFe-Schichten und nichtmagnetische Kupfer­ schichten umfaßt, für den Fall, bei dem Kupfer für die Pufferschicht verwendet wird, in Abhängigkeit von der Dicke der Pufferschicht zeigt. Fig. 5 is a graph showing the peak intensity corresponding to the plane ( 111 ) of copper and the MR ratio of a GMR multi-layer layer including CoFe magnetic layers and non-magnetic copper layers in the case of the copper used for the buffer layer, depending on the thickness of the buffer layer.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Fig. 1A ist eine Vorderansicht eines Magnetkopfes, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft, gesehen von der Endfläche, die dem magnetischen Aufzeich­ nungsmedium zugewandt ist. Eine untere Schirmschicht 2, die eine Dicke von 1,5 µm hat und im wesentlichen NiFe oder FeN umfaßt, ist auf der Oberfläche eines AlTiC-Substrates 1 gebildet, und eine untere Spaltschicht 3, die eine Dicke von 70 nm hat und Al₂O₃ umfaßt, ist auf dieser unteren Schirm­ schicht 2 gebildet. Die untere Schirmschicht 2 kann durch Plattieren gebildet sein. Die untere Spaltschicht 3 kann durch einen Prozeß gebildet sein, bei dem die Substrattempe­ ratur auf Raumtemperatur festgelegt ist und ein Al₂O₃-Target in einer Argonatmosphäre zerstäubt wird. Fig. 1A is a front view of a magnetic head relating to an embodiment of the present invention seen from the end surface facing the magnetic recording medium. A lower shield layer 2 , which has a thickness of 1.5 μm and essentially comprises NiFe or FeN, is formed on the surface of an AlTiC substrate 1 , and a lower gap layer 3 , which has a thickness of 70 nm and Al ₂ O. ₃ comprises, layer 2 is formed on this lower screen. The lower shield layer 2 can be formed by plating. The lower gap layer 3 can be formed by a process in which the substrate temperature is set to room temperature and an Al ₂ O ₃ target is atomized in an argon atmosphere.

Auf einem Teil der unteren Spaltschicht 3 ist eine Mesastruktur 15 gebildet. Die Mesastruktur 15 wird durch das Laminieren der folgenden Schichten in der angegebenen Rei­ henfolge erhalten: eine weichmagnetische benachbarte Schicht (SAL-Schicht) 4 aus NiFeCr; eine Isolierschicht 5 aus Al₂O₃; eine Pufferschicht 9 aus CoFe, Cobalt oder Kupfer; eine mehrschichtige GMR-Schicht 10 mit einem gigantischen Magne­ towiderstandseffekt; und eine Tantalschicht 11.A mesa structure 15 is formed on part of the lower gap layer 3 . The mesa structure 15 is obtained by laminating the following layers in the order given: a soft magnetic neighboring layer (SAL layer) 4 made of NiFeCr; an insulating layer 5 made of Al ₂ O ₃ ; a buffer layer 9 made of CoFe, cobalt or copper; a multi-layer GMR layer 10 with a gigantic magnetic resistance effect; and a tantalum layer 11 .

Fig. 1B ist eine ausgedehnte Vorderansicht der Isolier­ schicht 5, der Pufferschicht 9, der mehrschichtigen GMR-Schicht 10 und der Tantalschicht 11. Die mehrschichtige GMR-Schicht 10 hat eine mehrschichtige Struktur, die durch das alternierende Laminieren von magnetischen Schichten 12 und nichtmagnetischen Schichten 13 erhalten wird. Die magneti­ schen Schichten 12 können aus CoFe, Cobalt oder dergleichen sein, und die nichtmagnetischen Schichten 13 können aus Kupfer sein. Jede der Schichten von der SAL-Schicht 4 bis zu der Tantalschicht 11 kann durch einen Prozeß gebildet sein, bei dem ein Target aus dem Material, das zu einem Film zu bilden ist, in einer Argonatmosphäre zerstäubt wird. Die Substrattemperaturen, die während der Abscheidung der SAL-Schicht 4, der Isolierschicht 5, der Pufferschicht 9, der magnetischen Schichten 12 und der nichtmagnetischen Schich­ ten 13 beibehalten werden, sind jeweilig Raumtemperaturen. Die laminierte Struktur, die sich von der SAL-Schicht 4 zu der Tantalschicht 11 erstreckt, kann durch einen Prozeß gemustert sein, bei dem ein Resistmuster als Maske verwendet wird und jede einzelne Schicht mit Argonionen geätzt wird. Fig. 1B is an expanded front view of the insulating layer 5, the buffer layer 9, the multilayer GMR film 10 and the tantalum layer 11. The multi-layer GMR layer 10 has a multi-layer structure obtained by alternately laminating magnetic layers 12 and non-magnetic layers 13 . The magnetic layers 12 can be made of CoFe, cobalt or the like, and the non-magnetic layers 13 can be made of copper. Each of the layers from the SAL layer 4 to the tantalum layer 11 may be formed by a process in which a target of the material to be formed into a film is sputtered in an argon atmosphere. The substrate temperatures that are maintained during the deposition of the SAL layer 4 , the insulating layer 5 , the buffer layer 9 , the magnetic layers 12 and the non-magnetic layers 13 are room temperatures, respectively. The laminated structure extending from the SAL layer 4 to the tantalum layer 11 can be patterned by a process in which a resist pattern is used as a mask and each layer is etched with argon ions.

Elektrodenanschlüsse 20A und 20B aus Kupfer sind, wie in Fig. 1A gezeigt, auf beiden Seiten der Mesastruktur 15 positioniert, die sich von der SAL-Schicht 4 zu der Tantal­ schicht 11 erstreckt. Der Elektrodenanschluß 20A, der die Endfläche auf der linken Seite und den Bereich in der Nähe des linken Endes der oberen Oberfläche der Mesastruktur 15 in der Zeichnung bedeckt, ist mit der mehrschichtigen GMR-Schicht 10 an der Endfläche auf ihrer linken Seite elek­ trisch verbunden. Der Elektrodenanschluß 20B, der die End­ fläche auf der rechten Seite und den Bereich in der Nähe des rechten Endes der oberen Oberfläche der Mesastruktur 15 in der Zeichnung bedeckt, ist mit der mehrschichtigen GMR-Schicht 10 an der Endfläche auf ihrer rechten Seite verbun­ den. Die Oberflächen der Elektrodenanschlüsse 20A und 20B sind mit Wolframschichten 21A bzw. 21B bedeckt.As shown in FIG. 1A, electrode connections 20 A and 20 B made of copper are positioned on both sides of the mesa structure 15 , which extends from the SAL layer 4 to the tantalum layer 11 . The electrode terminal 20 A, which covers the end surface on the left side and the area near the left end of the upper surface of the mesa structure 15 in the drawing, is electrically connected to the multilayer GMR layer 10 on the end surface on its left side . The electrode terminal 20 B, which covers the end surface on the right side and the area near the right end of the upper surface of the mesa structure 15 in the drawing, is connected to the multilayer GMR layer 10 on the end surface on its right side . The surfaces of the electrode connections 20 A and 20 B are covered with tungsten layers 21 A and 21 B, respectively.

Die Elektrodenanschlüsse 20A und 20B können durch ein Abhebeverfahren gebildet sein. Genauer gesagt, ein Resist­ muster wird gebildet, um Bereiche der Substratoberfläche zu bedecken, die nicht jene sind, auf denen die Elektroden­ anschlüsse 20A und 20B zu bilden sind, und dann werden Kupfer- und Wolframschichten durch Zerstäubung über der gesamten Oberfläche des Substrats abgeschieden. Die Kupfer­ schichten und Wolframschichten auf dem Resistmuster werden dann zusammen mit dem Resistmuster abgehoben, um die Elek­ trodenanschlüsse 20A und 20B zu bilden.The electrode connections 20 A and 20 B can be formed by a lifting process. More specifically, a resist pattern is formed to cover areas of the substrate surface other than those on which the electrode terminals 20 A and 20 B are to be formed, and then copper and tungsten layers are sputtered over the entire surface of the substrate deposited. The copper layers and tungsten layers on the resist pattern are then lifted off together with the resist pattern to form the 20 A and 20 B electrode connections.

Eine obere Spaltschicht 22 aus Al₂O₃ ist auf solch eine Weise gebildet, daß sie die gesamte Oberfläche des Substrats bedeckt, die die oberen Oberflächen der Wolframschichten 21A und 21B und der Tantalschicht 11 enthält. Die Dicke der oberen Spaltschicht 22 in dem Bereich, der sandwichartig zwischen den Elektrodenanschlüssen 20A und 20B angeordnet ist, kann 70 nm betragen. Eine obere Schirmschicht 23 mit einer Dicke von 3,5 µm aus NiFe oder FeN ist auf der oberen Spaltschicht 22 gebildet. An upper gap layer 22 made of Al ₂ O ₃ is formed in such a manner that it covers the entire surface of the substrate which contains the upper surfaces of the tungsten layers 21 A and 21 B and the tantalum layer 11 . The thickness of the upper gap layer 22 in the region which is sandwiched between the electrode connections 20 A and 20 B can be 70 nm. An upper shield layer 23 with a thickness of 3.5 μm made of NiFe or FeN is formed on the upper gap layer 22 .

Eine Magnetplatte ist so angeordnet, um der Endfläche zugewandt zu sein, die in Fig. 1A gezeigt ist. Die Magnet­ platte bewegt sich in der Richtung, die zu der mehrschichti­ gen GMR-Schicht 10 senkrecht ist, während ein Spalt zwischen der Endfläche, die in Fig. 1A gezeigt ist, und der Magnet­ platte fast konstant ist. Die Richtung und Größe des Magnet­ feldes, das in der mehrschichtigen GMR-Schicht 10 erzeugt wird, schwankt mit dem Magnetisierungszustand der Magnet­ platte.A magnetic disk is arranged so as to face the end face shown in Fig. 1A. The magnetic plate moves in the direction perpendicular to the multi-layer GMR layer 10 while a gap between the end surface shown in Fig. 1A and the magnetic plate is almost constant. The direction and size of the magnetic field generated in the multilayer GMR layer 10 varies with the magnetization state of the magnetic plate.

Der elektrische Widerstand der mehrschichtigen GMR-Schicht 10 in transversaler Richtung schwankt mit Verände­ rungen des Magnetfeldes in der Richtung, die zu der Ebene des Zeichnungsblattes von Fig. 1A rechtwinklig ist. Die Veränderungen des externen Magnetfeldes können gefühlt werden, indem eine Spannung zwischen den Elektrodenanschlüs­ sen 20A und 20B angewendet wird und der Strom gemessen wird, der durch die mehrschichtige GMR-Schicht 10 fließt.The electrical resistance of the multilayer GMR layer 10 in the transverse direction fluctuates with changes in the magnetic field in the direction that is perpendicular to the plane of the drawing sheet of FIG. 1A. The changes in the external magnetic field can be felt by applying a voltage between the electrode terminals 20 A and 20 B and measuring the current flowing through the multi-layer GMR layer 10 .

Die untere Schirmschicht 2 und die obere Schirmschicht 23 gestatten nur das Lesen der Zielmagnetisierungsinforma­ tionen von den Magnetisierungsinformationen, die auf der Magnetplatte gespeichert sind, und das Ausschließen des Effektes von den umgebenden Magnetisierungsinformationen. Der Abstand zwischen der unteren Schirmschicht 2 und der oberen Schirmschicht 23 bestimmt die Aufzeichnungsdichte (line recording density oder Linienaufzeichnungsdichte) der Magnetplatte in der Spurrichtung. Die SAL-Schicht 4 dient dazu, ein Vorspannungsmagnetfeld auf die GMR-Schicht anzu­ wenden, um zu gewährleisten, daß verschiedene Widerstände aufgenommen werden, wenn das externe Magnetfeld in den posi­ tiven und negativen Richtungen angewendet wird. Die Tantal­ schicht 11 dient dazu, die GMR-Schicht zu schützen, und die Wolframschichten 21A und 21B fungieren als Elektrodenan­ schlüsse (es kann auch Kupfer verwendet werden).The lower shield layer 2 and the upper shield layer 23 only allow reading of the target magnetization information from the magnetization information stored on the magnetic disk and excluding the effect from the surrounding magnetization information. The distance between the lower shield layer 2 and the upper shield layer 23 determines the recording density (line recording density) of the magnetic disk in the track direction. The SAL layer 4 serves to apply a bias magnetic field to the GMR layer to ensure that different resistances are absorbed when the external magnetic field is applied in the positive and negative directions. The tantalum layer 11 serves to protect the GMR layer, and the tungsten layers 21 A and 21 B act as electrode connections (copper can also be used).

Die Erfinder entdeckten, daß die GMR-Charakteristiken in engem Zusammenhang mit der Dicke und dem Material der Pufferschicht 9 stehen. Die Spitzenintensität der Ebene (111) auf dem Röntgenstrahlbeugungsmuster einer nichtmagne­ tischen Kupferschicht verändert sich mit dem Material der Pufferschicht 9 in einer mehrschichtigen GMR-Schicht 10, in der CoFe für die magnetischen Schichten 12 verwendet wird und Kupfer für die nichtmagnetischen Schichten 13 verwendet wird, und in einer mehrschichtigen GMR-Schicht 10, in der Cobalt für die magnetischen Schichten 12 verwendet wird und Kupfer für die nichtmagnetischen Schichten 13 verwendet wird. Zusätzlich nimmt das MR-Verhältnis mit einer Reduzie­ rung der Spitzenintensität, die der Ebene (111) einer nicht­ magnetischen Kupferschicht entspricht, zu, das heißt, mit einer Reduzierung der Orientierung der Ebene (111).The inventors discovered that the GMR characteristics are closely related to the thickness and material of the buffer layer 9 . The peak intensity of the plane ( 111 ) on the X-ray diffraction pattern of a non-magnetic copper layer changes with the material of the buffer layer 9 in a multilayer GMR layer 10 , in which CoFe is used for the magnetic layers 12 and copper is used for the non-magnetic layers 13 , and in a multi-layer GMR layer 10 in which cobalt is used for the magnetic layers 12 and copper is used for the non-magnetic layers 13 . In addition, the MR ratio increases with a reduction in the peak intensity corresponding to the plane ( 111 ) of a non-magnetic copper layer, that is, with a reduction in the orientation of the plane ( 111 ).

Hierbei ist das MR-Verhältnis definiert als MR-Verhältnis = (ρ_MAX - ρ_MIN)/ρ_MIN
wobei ρ_MAX und ρ_MIN die maximalen bzw. minimalen Werte des spezifischen elektrischen Widerstandes der mehrschichtigen GMR-Schicht 10 darstellen.Here, the MR ratio is defined as MR ratio = (ρ _MAX - ρ _MIN ) / ρ _MIN
where ρ _MAX and ρ _{MIN represent} the maximum and minimum values of the specific electrical resistance of the multilayer GMR layer 10, respectively.

Unten ist die Beziehung zwischen dem Material und der Dicke der Pufferschicht 9 und dem MR-Verhältnis und der Spitzenintensität, die der Ebene (111) der nichtmagnetischen Kupferschichten 13 entspricht, beschrieben.The relationship between the material and the thickness of the buffer layer 9 and the MR ratio and the peak intensity corresponding to the plane ( 111 ) of the non-magnetic copper layers 13 is described below.

Fig. 2 zeigt ein Röntgenstrahlbeugungsmuster, das er­ halten wurde, als eine mehrschichtige GMR-Schicht auf einem Siliziumsubstrat gebildet wurde. Die Abszisse stellt einen Winkel 2θ zwischen der Achse des einfallenden Röntgenstrahl­ lichtes und der Achse des gebeugten Lichtes in Einheiten von "Grad" dar, und die Ordinate stellt die Röntgenstrahlbeu­ gungsintensität auf einer beliebigen Skale dar. Die mehr­ schichtige GMR-Schicht wird durch Laminieren von zehn Grup­ pen erhalten, wobei jede Gruppe aus einer magnetischen CoFe-Schicht mit einer Dicke von 1,08 nm und einer nichtmagneti­ schen Kupferschicht mit einer Dicke von 2,16 nm besteht. Eine Tantalschicht mit einer Dicke von 5 nm ist auf der mehrschichtigen GMR-Schicht gebildet. Fig. 2 shows an X-ray diffraction pattern that was kept when a multilayer GMR layer was formed on a silicon substrate. The abscissa represents an angle 2 θ between the axis of the incident X-ray light and the axis of the diffracted light in units of "degrees", and the ordinate represents the X-ray diffraction intensity on an arbitrary scale. The multilayer GMR layer is made by lamination obtained from ten groups, each group consisting of a magnetic CoFe layer with a thickness of 1.08 nm and a non-magnetic copper layer with a thickness of 2.16 nm. A tantalum layer with a thickness of 5 nm is formed on the multilayer GMR layer.

Die Kurve (a) in Fig. 2 gibt das Röntgenstrahlbeugungs­ muster eines Siliziumsubstrats allein an. Eine hervorsprin­ gende Spitze, die einer Ebene (100) von Silizium entspricht, erscheint an einer Position von etwa 69 Grad. Die Kurven (b), (c) und (e) kennzeichnen Röntgenstrahlbeugungsmuster, die erhalten werden, wenn eine Pufferschicht mit einer Dicke von 10 nm zwischen dem Siliziumsubstrat und der mehrschich­ tigen GMR-Schicht eingefügt wird. Für die Pufferschicht wurden jeweilig Kupfer, FeCo und Tantal verwendet. Die Kurve (d) kennzeichnet ein Röntgenstrahlbeugungsmuster, das ohne das Einfügen der Pufferschicht erhalten wurde. Eine Spitze, die der Ebene (111) von Kupfer entspricht, erscheint an einer Position von etwa 43,5 Grad.The curve (a) in Fig. 2 indicates the X-ray diffraction pattern of a silicon substrate alone. A protruding tip corresponding to a plane ( 100 ) of silicon appears at a position of about 69 degrees. Curves (b), (c) and (e) indicate X-ray diffraction patterns obtained when a buffer layer with a thickness of 10 nm is inserted between the silicon substrate and the GMR multilayer layer. Copper, FeCo and tantalum were used for the buffer layer. Curve (d) indicates an X-ray diffraction pattern that was obtained without inserting the buffer layer. A tip corresponding to the plane ( 111 ) of copper appears at a position of approximately 43.5 degrees.

Wenn Tantal für die Pufferschicht verwendet wird, ist die Spitzenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer ent­ spricht, höher als bei Fehlen der Pufferschicht. Umgekehrt mindert die Verwendung von Kupfer oder FeCo für die Puffer­ schicht die Spitzenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer entspricht, im Vergleich zu dem Fall, bei dem keine Pufferschicht verwendet wird. Wie unten beschrieben wird, kann eine niedrigere Spitzenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer entspricht, ein höheres MR-Verhältnis ergeben.When tantalum is used for the buffer layer, the peak intensity corresponding to the ( 111 ) level of copper is higher than in the absence of the buffer layer. Conversely, the use of copper or FeCo for the buffer layer reduces the peak intensity, which corresponds to the level ( 111 ) of copper, compared to the case where no buffer layer is used. As described below, a lower peak intensity corresponding to the ( 111 ) level of copper can result in a higher MR ratio.

Fig. 3 bis 5 zeigen die Spitzenintensitäten, die der Ebene (111) von Kupfer entsprechen, und die MR-Verhältnisse von Magnetköpfen, die durch Abscheiden einer Pufferschicht auf einem Siliziumsubstrat erhalten wurden, wobei die Ebene (100) exponiert ist, und durch Bilden einer mehrschichtigen GMR-Schicht auf dieser Pufferschicht, in Abhängigkeit von der Dicke der Pufferschicht. Die mehrschichtige GMR-Schicht wird durch Laminieren von zehn Gruppen erhalten, wobei jede Gruppe aus einer magnetischen Schicht mit einer Dicke von 1,08 nm und einer nichtmagnetischen Schicht mit einer Dicke von 2,16 nm besteht. Die Abszisse stellt die Dicke der Pufferschicht in Einheiten von "nm" dar, die Ordinate der linken Seite stellt das MR-Verhältnis in Einheiten von "%" dar, und die Ordinate der rechten Seite stellt die Spitzen­ intensität der Ebene (111) von Kupfer bezüglich jener in dem Fall dar, wenn die Pufferschicht fehlt. In den graphischen Darstellungen kennzeichnen die Kreise die MR-Verhältnisse und die Quadrate die Spitzenintensitäten, die der Ebene (111) von Kupfer entsprechen. FIGS. 3 to 5 show the peak intensities corresponding to the (111) plane of copper, and the MR ratios of magnetic heads, which were obtained by depositing a buffer layer on a silicon substrate in which the plane (100) is exposed, and by forming a multi-layer GMR layer on this buffer layer, depending on the thickness of the buffer layer. The multilayer GMR layer is obtained by laminating ten groups, each group consisting of a magnetic layer with a thickness of 1.08 nm and a non-magnetic layer with a thickness of 2.16 nm. The abscissa represents the thickness of the buffer layer in units of "nm", the ordinate on the left side represents the MR ratio in units of "%", and the ordinate on the right side represents the peak intensity of the plane ( 111 ) of copper with respect to that in the case where the buffer layer is missing. In the graphs, the circles indicate the MR ratios and the squares the peak intensities that correspond to the plane ( 111 ) of copper.

Fig. 3 zeigt einen Fall, bei dem CoFe für die Puffer­ schicht und die magnetischen Schichten verwendet wurde und Kupfer für die nichtmagnetischen Schichten verwendet wurde. Die Substrattemperaturen wurden während der Bildung der magnetischen bzw. nichtmagnetischen Schichten auf Raumtempe­ raturen gehalten. Die Spitzenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer entspricht, nimmt mit einer Zunahme der Dicke der Pufferschicht ab. Zusätzlich nimmt das MR-Verhältnis mit einer Erhöhung der Dicke der Pufferschicht von 0 nm monoton zu und erreicht ein Maximum, wenn die Dicke der Puffer­ schicht etwa 2,5-5 nm beträgt. Das MR-Verhältnis nimmt mit einer weiteren Erhöhung der Dicke der Pufferschicht allmäh­ lich ab und fällt dann steil ab, wenn die Dicke der Puffer­ schicht 10 nm überschreitet. Fig. 3 shows a case where CoFe was used for the buffer layer and the magnetic layers and copper was used for the non-magnetic layers. The substrate temperatures were kept at room temperatures during the formation of the magnetic or non-magnetic layers. The peak intensity, which corresponds to the plane ( 111 ) of copper, decreases with an increase in the thickness of the buffer layer. In addition, the MR ratio increases monotonically with an increase in the thickness of the buffer layer from 0 nm and reaches a maximum when the thickness of the buffer layer is approximately 2.5-5 nm. The MR ratio gradually decreases with a further increase in the thickness of the buffer layer and then drops sharply when the thickness of the buffer layer exceeds 10 nm.

Das MR-Verhältnis nimmt mit einer Reduzierung der Spit­ zenintensität der Ebene (111) von Kupfer zu, solange die Dicke der Pufferschicht bei oder unter 5 nm bleibt. Spitzen, außer denen der Ebene (111) von Kupfer, erscheinen, wenn die Dicke der Pufferschicht größer als 10 nm ist. Die Reduzie­ rung des MR-Verhältnisses, die mit einer Reduzierung der Spitzenintensität der Ebene (111) von Kupfer innerhalb dieses Bereiches einhergeht, wird auf Veränderungen der Kristallstruktur des Kupfers zurückgeführt.The MR ratio increases with a reduction in the peak intensity of the plane ( 111 ) of copper, as long as the thickness of the buffer layer remains at or below 5 nm. Peaks, other than that of plane ( 111 ) of copper, appear when the thickness of the buffer layer is greater than 10 nm. The reduction in the MR ratio, which is accompanied by a reduction in the peak intensity of the plane ( 111 ) of copper within this range, is attributed to changes in the crystal structure of the copper.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß es vorzuziehen ist, die Dicke der CoFe-Pufferschicht auf 1,3-10 nm festzulegen, und vorzugsweise auf 2,5-5 nm.It is apparent from Fig. 3 that it is preferable to set the thickness of the CoFe buffer layer to 1.3-10 nm, and preferably 2.5-5 nm.

Das MR-Verhältnis und die Spitzenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer entspricht, weisen dieselben Tenden­ zen wie in Fig. 3 auf, wenn Cobalt anstelle von CoFe für die Pufferschicht verwendet wird.The MR ratio and the peak intensity, which corresponds to the plane ( 111 ) of copper, have the same tendencies as in Fig. 3 when cobalt is used instead of CoFe for the buffer layer.

Fig. 4 zeigt einen Fall, bei dem CoFe für die Puffer­ schicht, Cobalt für die magnetischen Schichten und Kupfer für die nichtmagnetischen Schichten verwendet wurde. Die Substrattemperaturen wurden während der Bildung der magneti­ schen bzw. nichtmagnetischen Schichten auf Raumtemperaturen gehalten. In diesem Fall wurden höhere MR-Verhältnisse als in den Fällen erhalten, die in Fig. 3 gezeigt sind, aber die Art und Weise, wie die Verhältnisse mit der Dicke der Puf­ ferschicht schwankten, war praktisch dieselbe wie in den Fällen, die in Fig. 3 gezeigt sind. Das MR-Verhältnis und die Spitzenintensität, die der Ebene (111) von Kupfer ent­ spricht, weisen dieselben Tendenzen wie in Fig. 4 auf, wenn Cobalt anstelle von CoFe für die Pufferschicht verwendet wird. Fig. 4 shows a case in which CoFe was used for the buffer layer, cobalt for the magnetic layers and copper for the non-magnetic layers. The substrate temperatures were kept at room temperatures during the formation of the magnetic or non-magnetic layers. In this case, higher MR ratios were obtained than in the cases shown in FIG. 3, but the manner in which the ratios fluctuated with the thickness of the buffer layer was practically the same as in the cases shown in FIG . 3 are shown. The MR ratio and the peak intensity corresponding to the plane ( 111 ) of copper have the same tendencies as in Fig. 4 when using cobalt instead of CoFe for the buffer layer.

Fig. 5 zeigt einen Fall, bei dem Kupfer für die Puffer­ schicht und die nichtmagnetischen Schichten und CoFe für die magnetischen Schichten verwendet wurde. Die Substrattempera­ turen wurden während der Bildung der magnetischen bzw. nichtmagnetischen Schichten auf Raumtemperaturen gehalten. In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Dicke der Puffer­ schicht auf 1,3-6,3 nm festzulegen, und vorzugsweise auf 2,5-3,8 nm. Die deutlichere Tendenz des MR-Verhältnisses, mit zunehmender Dicke der Pufferschicht abzunehmen, als in den Fällen, die in Fig. 3 und 4 gezeigt sind, wird auf die Tatsache zurückgeführt, daß der Strom, der durch die Kupfer­ pufferschicht fließt, die eine hohe Leitfähigkeit hat, in relativer Hinsicht zunimmt und der Strom, der durch die mehrschichtige GMR-Schicht fließt, in relativer Hinsicht abnimmt. Fig. 5 shows a case where copper was used for the buffer layer and the non-magnetic layers and CoFe were used for the magnetic layers. The substrate temperatures were kept at room temperatures during the formation of the magnetic or non-magnetic layers. In this case, it is preferable to set the thickness of the buffer layer to 1.3-6.3 nm, and preferably 2.5-3.8 nm. The clearer tendency of the MR ratio to decrease with increasing thickness of the buffer layer than in the cases shown in Figs. 3 and 4, it is attributed to the fact that the current flowing through the copper buffer layer, which has high conductivity, increases in relative terms and the current that flows through the multilayer GMR layer flows, decreases in relative terms.

Höhere MR-Verhältnisse wurden im Vergleich zu den Fäl­ len, die in Fig. 5 gezeigt sind, auch erhalten, als Cobalt anstelle von CoFe für die magnetische Schicht verwendet wurde, aber die Art und Weise, wie die MR-Verhältnisse mit der Dicke der Pufferschicht schwankten, war praktisch die­ selbe wie in den Fällen von Fig. 5.Higher MR ratios compared to the cases shown in Fig. 5 were also obtained when cobalt was used instead of CoFe for the magnetic layer, but the way the MR ratios with the thickness of the Buffer layer fluctuated was practically the same as in the cases of FIG. 5.

Obwohl unter Bezugnahme auf Fig. 3-5 Fälle beschrieben wurden, bei denen CoFe oder Cobalt für die magnetischen Schichten der mehrschichtigen GMR-Schicht verwendet wurde, können auch andere magnetische Materialien verwendet werden. Wie aus Fig. 3-5 hervorgeht, kann ein höheres MR-Verhältnis als jenes bei Fehlen einer Pufferschicht manchmal durch Einfügen einer Pufferschicht aus CoFe, Cobalt oder Kupfer zwischen der darunterliegenden Oberfläche und der mehr­ schichtigen GMR-Schicht in einem Magnetsensor erhalten werden, der mit einer mehrschichtigen GMR-Schicht versehen ist, in der Kupfer für die nichtmagnetischen Schichten verwendet wird. In diesem Fall haben die magnetischen und nichtmagnetischen Schichten, die die mehrschichtige GMR-Schicht bilden, Dicken, die es ihnen gestatten, einen gigan­ tischen Magnetowiderstandseffekt zu demonstrieren, und die Pufferschicht hat eine Dicke, die sich von der von jeder Schicht der magnetischen und nichtmagnetischen Schichten unterscheidet.Although cases using CoFe or cobalt for the magnetic layers of the GMR multilayer layer have been described with reference to Figs. 3-5, other magnetic materials can also be used. As is apparent from FIGS. 3-5, a higher MR ratio than that in the absence of a buffer layer can be obtained sometimes by inserting a buffer layer of CoFe, cobalt or copper between the underlying surface and the multi-layered GMR layer in a magnetic sensor is provided with a multi-layer GMR layer in which copper is used for the non-magnetic layers. In this case, the magnetic and non-magnetic layers constituting the multilayer GMR layer have thicknesses that allow them to demonstrate a gigantic magnetoresistive effect, and the buffer layer has a thickness that is different from that of each layer of the magnetic and non-magnetic Layers differs.

Wenn für die Pufferschicht CoFe oder Cobalt verwendet wird, ist es vorzuziehen, deren Dicke auf 1,3-10 nm festzu­ legen, und vorzugsweise auf 2,5-5 nm. Wenn Kupfer für die Pufferschicht verwendet wird, ist es vorzuziehen, deren Dicke auf 1,3-6,3 nm festzulegen, und vorzugsweise auf 2,5-3,8 nm.If CoFe or Cobalt is used for the buffer layer it is preferable to set the thickness to 1.3-10 nm put, and preferably to 2.5-5 nm. If copper for the Buffer layer is used, it is preferable whose Set the thickness to 1.3-6.3 nm, and preferably 2.5-3.8 nm.

Obwohl die obigen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Fälle beschrieben wurden, bei denen Al₂O₃ für die Iso­ lierschicht 5 verwendet wurde, die unter der Pufferschicht 9 liegt, können auch andere Isoliermaterialien verwendet werden.Although the above embodiments have been described with reference to cases where Al ₂ O _{3 has been used} for the insulating layer 5 underlying the buffer layer 9 , other insulating materials can also be used.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die obigen Ausführungsformen beschrieben, aber die vorlie­ gende Erfindung wird nicht durch diese begrenzt. Zum Bei­ spiel ist für die Fachwelt klar, daß verschiedene Abwandlun­ gen, Verbesserungen, Kombinationen und dergleichen vorgenom­ men werden können.The present invention has been described with reference to described the above embodiments, but the present The present invention is not limited by this. For the case game is clear to the professional world that different variations  conditions, improvements, combinations and the like men can be.

Claims (7)

1. Magnetsensor mit:
einem Stützsubstrat (1), das eine Hauptoberfläche hat; einer Pufferschicht (9), die auf der Hauptoberfläche des Stützsubstrates (1) angeordnet ist und im wesentlichen ein Material umfaßt, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus CoFe, Cobalt und Kupfer; und
einer mehrschichtigen GMR-Schicht (10), die auf der Pufferschicht (9) angeordnet ist und durch das intermediäre Laminieren von magnetischen Schichten (12) und nichtmagneti­ schen Schichten (13) erhalten wird, so daß die nichtmagneti­ schen Schichten (13) im wesentlichen aus Kupfer sind und die magnetischen Schichten (12) und nichtmagnetischen Schichten (13) mit einer Dicke gebildet sind, mit der der gigantische Magnetowiderstandseffekt demonstriert werden kann; wobei sich die Dicke der Pufferschicht (9) von der Dicke von jeder Schicht unterscheidet, die die mehrschichtige GMR-Schicht (10) bilden.1. Magnetic sensor with:
a support substrate ( 1 ) having a main surface; a buffer layer ( 9 ) which is arranged on the main surface of the support substrate ( 1 ) and essentially comprises a material selected from a group consisting of CoFe, cobalt and copper; and
a multilayer GMR layer ( 10 ) which is arranged on the buffer layer ( 9 ) and is obtained by the intermediate lamination of magnetic layers ( 12 ) and non-magnetic layers ( 13 ) so that the non-magnetic layers ( 13 ) essentially are made of copper and the magnetic layers ( 12 ) and non-magnetic layers ( 13 ) are formed with a thickness with which the gigantic magnetoresistance effect can be demonstrated; wherein the thickness of the buffer layer ( 9 ) differs from the thickness of each layer that forms the multilayer GMR layer ( 10 ). 2. Magnetsensor nach Anspruch 1, bei dem die Puffer­ schicht (9) im wesentlichen CoFe oder Cobalt mit einer Dicke von 1,3-10 nm umfaßt.2. Magnetic sensor according to claim 1, wherein the buffer layer ( 9 ) essentially comprises CoFe or cobalt with a thickness of 1.3-10 nm. 3. Magnetsensor nach Anspruch 2, bei dem die Dicke der Pufferschicht (9) 2,5-5 nm beträgt.3. Magnetic sensor according to claim 2, wherein the thickness of the buffer layer ( 9 ) is 2.5-5 nm. 4. Magnetsensor nach Anspruch 1, bei dem die Puffer­ schicht (9) im wesentlichen Kupfer mit einer Dicke von 1,3-6,3 nm umfaßt.4. Magnetic sensor according to claim 1, wherein the buffer layer ( 9 ) comprises essentially copper with a thickness of 1.3-6.3 nm. 5. Magnetsensor nach Anspruch 4, bei dem die Dicke der Pufferschicht (9) 2,5-3,8 nm beträgt. 5. Magnetic sensor according to claim 4, wherein the thickness of the buffer layer ( 9 ) is 2.5-3.8 nm. 6. Magnetsensor nach Anspruch 1, bei dem die magneti­ schen Schichten (12) der mehrschichtigen GMR-Schicht (10) im wesentlichen CoFe oder Cobalt umfassen.6. Magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic layers ( 12 ) of the multilayer GMR layer ( 10 ) essentially comprise CoFe or cobalt. 7. Magnetsensor nach Anspruch 1, ferner mit einem Paar von Elektrodenanschlüssen (20A, 20B) zum Hindurchführen eines elektrischen Stromes in der mehrschichtigen GMR-Schicht (10) in einer Richtung, die zu einer Oberfläche von ihr parallel ist.7. The magnetic sensor according to claim 1, further comprising a pair of electrode terminals ( 20 A, 20 B) for passing an electric current in the multi-layer GMR layer ( 10 ) in a direction parallel to a surface thereof.