JP2002252394A - Magnetoresistance effect element, magnetoresistance effect type magnetic head, and manufacturing method for them - Google Patents
Magnetoresistance effect element, magnetoresistance effect type magnetic head, and manufacturing method for themInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素
子、磁気抵抗効果型磁気ヘッド、およびこれらの製造方
法に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magneto-resistance effect element, a magneto-resistance effect type magnetic head, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】磁気抵抗効果素子(以下MR素子とい
う)、例えば通常一般の異方性磁気抵抗効果によるMR
素子(以下AMR素子という)や、スピンバルブ型巨大
磁気抵抗効果素子(以下SV型GMR素子という)や、
トンネルバリア型磁気抵抗効果型素子(以下TMR素
子)においては、これによって検出すべき検出外部磁界
の印加によって磁気抵抗変化を生じさせる磁気感知層を
有するMR素子部が、検出外部磁界が印加される前方面
に臨んで配置することは、MR素子部の破損、摩耗、ま
た磁気記録媒体との摺動熱による影響を受け易いなどか
ら、寿命の低下を来すおそれがあることから、この前方
面より後退した位置にMR素子部を配置し、このMR素
子部の前方側に検出磁界をMR素子に導入する前方磁束
ガイドを設ける構成が提案されている。また、この前方
磁束ガイドの配置と共に、あるいはこの前方磁束ガイド
を配置することなく、これとは反対側に後方磁束ガイド
を配置して、MR素子部に検出磁界が効率よく通過する
ようにして、磁気抵抗効果の効率を高めることの提案が
なされている。2. Description of the Related Art A magneto-resistive effect element (hereinafter referred to as an MR element), for example, an MR using a general ordinary anisotropic magneto-resistive effect.
An element (hereinafter referred to as an AMR element), a spin valve type giant magnetoresistive element (hereinafter referred to as an SV type GMR element),
In a tunnel barrier type magnetoresistive element (hereinafter referred to as a TMR element), an MR element portion having a magnetic sensing layer that causes a change in magnetoresistance by applying a detection external magnetic field to be detected is applied with the detection external magnetic field. Since the arrangement facing the front surface is likely to be affected by the damage and wear of the MR element portion and the heat of sliding with the magnetic recording medium, the life may be shortened. There has been proposed a configuration in which an MR element is disposed at a position further retracted, and a front magnetic flux guide for introducing a detection magnetic field to the MR element is provided in front of the MR element. In addition, with the arrangement of the front magnetic flux guide, or without arranging the front magnetic flux guide, a rear magnetic flux guide is arranged on the opposite side so that the detection magnetic field efficiently passes through the MR element portion. Proposals have been made to increase the efficiency of the magnetoresistance effect.
【0003】図20は、いわゆるボトム型のSV型GM
RによるMR素子部5の概略断面図を示すもので、この
場合、反強磁性層1と、これに接合する固定磁性層2
と、非磁性導電層3と、検出外部磁界により磁化方向が
変化する磁気感知層となる自由磁性層4とが積層成膜さ
れた構成を有する。このSV型GMRによるMR素子5
においては、固定磁性層2と自由磁性層4の磁化方向に
よる抵抗率変化の効果が利用される。すなわち、両磁性
層の磁化状態が平行のとき、抵抗は最小値を示し、反平
行のとき最大値を示す。そして、一般に、このSV型G
MR素子5においては、その初期状態、すなわち検出外
部磁界が与えられない状態では、上述した2つの磁性層
の磁化の向きが互いに直交する状態に設定される。FIG. 20 shows a so-called bottom type SV GM.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an MR element portion 5 formed by R, in which an antiferromagnetic layer 1 and a fixed magnetic layer 2 bonded thereto
And a non-magnetic conductive layer 3 and a free magnetic layer 4 serving as a magnetic sensing layer whose magnetization direction is changed by a detected external magnetic field. MR element 5 using this SV type GMR
In this case, the effect of the change in resistivity depending on the magnetization direction of the fixed magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4 is used. That is, when the magnetization states of both magnetic layers are parallel, the resistance has a minimum value, and when the magnetization states are antiparallel, the resistance has a maximum value. And generally, this SV type G
In the initial state of the MR element 5, that is, in the state where no external magnetic field is applied, the magnetization directions of the two magnetic layers are set to be orthogonal to each other.
【0004】このSV型GMRによるMR素子部5に対
するセンス電流Isの通電は、図20で示すように、そ
の膜厚方向に通電するCPP(Current Perpedicular to
Plane) 構成による場合と、膜面方向に通電するCIP
(Current in Plane)構成による場合とがある。As shown in FIG. 20, the application of the sense current Is to the MR element portion 5 by the SV type GMR is performed by applying a CPP (Current Perpedicular to
Plane) CIP with current flowing in the film surface direction
(Current in Plane) configuration.
【0005】図21は、CIP構成のSV型GMRによ
るMR素子部5を感磁部として用いたシールド型磁気抵
抗効果型磁気ヘッドの要部の概略正面図を示し、図22
はそのA−A線からみた平面図を示す。この磁気ヘッド
においては、下部磁気シールド6上に、所要の厚さを有
する非磁性層による下部ギャップ層7が形成され、この
上に、図22に示すように、磁気ヘッドの前方面Sから
所要の距離Dだけ後退した位置に、MR素子部5が形成
され、このMR素子部5を挟んでその前方および後方に
それぞれ前方磁束ガイド8と後方磁束ガイド9が磁気的
に結合されて成る。前方磁束ガイド8の前方端は、前方
面Sに臨んで形成される。FIG. 21 is a schematic front view of a main part of a shielded magnetoresistive head using the MR element unit 5 of SV type GMR having a CIP structure as a magnetic sensing part.
Shows a plan view from the line AA. In this magnetic head, a lower gap layer 7 made of a non-magnetic layer having a required thickness is formed on a lower magnetic shield 6, and a lower gap layer 7 is formed on the lower magnetic shield 6 from a front surface S of the magnetic head as shown in FIG. The MR element portion 5 is formed at a position retracted by the distance D, and a front magnetic flux guide 8 and a rear magnetic flux guide 9 are magnetically coupled to the front and rear of the MR element portion 5 respectively. The front end of the front magnetic flux guide 8 is formed facing the front surface S.
【0006】そして、MR素子部5とその前方および後
方の磁束ガイド8および9に差し渡ってその両側に、こ
れらMR素子の磁気感知層(図20の例では自由磁性層
4)と、磁束ガイド8および9に、安定化バイアス磁界
を印加する硬磁性層10が配置される。The magnetic sensing layer (the free magnetic layer 4 in the example of FIG. 20) and the magnetic flux guide of the MR element 5 and the magnetic flux guides 8 and 9 on the front and rear sides thereof are provided on both sides thereof. At 8 and 9, a hard magnetic layer 10 for applying a stabilizing bias magnetic field is arranged.
【0007】そして、その周辺に非磁性の絶縁層11が
配置され、この上に、MR素子部5の磁気感知層にセン
ス電流Isを通電する対の電極12aおよび12bが形
成され、同様の絶縁層11によって埋め込まれ、その上
に全面的に非磁性層による上部ギャップ層13が形成さ
れ、この上に上部磁気シールド14が被着形成される。[0007] A non-magnetic insulating layer 11 is disposed therearound. A pair of electrodes 12a and 12b for supplying a sense current Is to the magnetic sensing layer of the MR element section 5 are formed thereon. An upper gap layer 13 made of a non-magnetic layer is entirely formed on the upper gap layer 13 buried with the layer 11, and an upper magnetic shield 14 is formed on the upper gap layer 13.
【0008】このような磁束ガイド8および9の少なく
ともいずれかがMR素子部5の少なくとも磁気感知層に
結合された構成においては、初期状態すなわち外部検出
磁界が与えられない状態で、磁束ガイド8,9と、MR
素子部5の磁気感知層の上述した自由磁性層4に対し
て、所要の着磁がなされた硬磁性層10によって所要の
安定化バイアスを印加するようになされる。このように
して、これら磁束ガイド8,9と、MR素子部5の磁気
感知層すなわち自由磁性層4に、初期状態すなわち外部
検出磁界が与えられない状態で、膜面方向に沿いかつ検
出外部磁界の導入方向と直交する同一の向きに磁化し、
磁気抵抗効果の効率を高め、かつこれら磁束ガイドおよ
び磁気感知層の単磁区化を図ってその周縁部における磁
区の発生を回避し、バルクハウゼンノイズの低減化を図
るようになされている。In a configuration in which at least one of the magnetic flux guides 8 and 9 is coupled to at least the magnetic sensing layer of the MR element section 5, the magnetic flux guides 8 and 9 are initially placed, that is, in a state where no external detection magnetic field is applied. 9 and MR
A required stabilizing bias is applied to the above-described free magnetic layer 4 of the magnetic sensing layer of the element section 5 by the hard magnetic layer 10 that has been subjected to the required magnetization. In this way, the magnetic flux guides 8, 9 and the magnetic sensing layer, ie, the free magnetic layer 4, of the MR element section 5 are arranged in the initial direction, that is, in the state where no external detection magnetic field is applied, along the film surface direction and in the detection external magnetic field. Magnetized in the same direction orthogonal to the introduction direction of
The efficiency of the magnetoresistive effect is increased, and the magnetic flux guide and the magnetic sensing layer are made into a single magnetic domain to avoid the generation of a magnetic domain at the periphery thereof, thereby reducing Barkhausen noise.
【0009】この場合の安定化の指標は、硬磁性層の残
留磁化MrH と、膜厚tH との積(MrH ・tH )と、
これによって磁化の設定がなされる例えば磁束ガイド、
あるいは磁気感知層の残留磁化Mrと膜厚tとの積(M
r・t)との比(MrH ・t H /Mr・t)を規格化永
久磁石強度として用いられる。In this case, the index of stabilization is based on the remaining amount of the hard magnetic layer.
Demagnetization MrHAnd the film thickness tH(MrH・ TH)When,
This sets the magnetization, for example, a magnetic flux guide,
Alternatively, the product of the residual magnetization Mr of the magnetic sensing layer and the film thickness t (M
rt) (MrH・ T H/ Mr · t)
Used as permanent magnet strength.
【0010】例えばこの比(MrH ・tH /Mr・t)
がMR素子部の磁気感知層において小さいときは安定動
作がなされず、バルクハウゼンノイズが増大する。しか
しながら、反面、この比(MrH ・tH /Mr・t)
が、余りきくなると、外部検出磁界による磁気感知層に
おける磁化の回転が生じにくくなることから、素子の感
度が低下する。For example, this ratio (Mr H · t H / Mr · t)
Is small in the magnetic sensing layer of the MR element, stable operation is not performed, and Barkhausen noise increases. However, on the other hand, this ratio (Mr H · t H / Mr · t)
However, if it becomes excessive, the rotation of the magnetization in the magnetic sensing layer due to the externally detected magnetic field becomes difficult to occur, and the sensitivity of the element is reduced.
【0011】したがって、高感度を示し、かつ所要の安
定化がなされ、バルクハウゼンノイズの低減化を実現す
るには、規格化永久磁石強度が適当な値に設定する必要
がある。この値は、例えば特開平11−12631号に
おいては、3〜6が好ましいとしている。一方、磁束ガ
イドにおいても、規格化永久磁石強度の設定によって高
感度と高安定性とを同時に満足させることができると考
えられる。Therefore, in order to exhibit high sensitivity, achieve the required stabilization, and reduce Barkhausen noise, it is necessary to set the normalized permanent magnet strength to an appropriate value. This value is preferably, for example, 3 to 6 in JP-A-11-12631. On the other hand, it is considered that high sensitivity and high stability can be simultaneously satisfied in the magnetic flux guide by setting the normalized permanent magnet strength.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は、磁気感知層と、磁束ガイドとの膜厚が相違する構成
によることが一般的であり、この場合、磁気感知層と、
磁束ガイドとの規格化永久磁石強度が相違することか
ら、同一の硬磁性層によって、磁気感知層と、磁束ガイ
ドとの双方に関して、共に高感度と高安定性を図ること
は極めて難しい。However, in practice, the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide generally have different thicknesses. In this case, the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide have different thicknesses.
Since the normalized permanent magnet strength of the magnetic flux guide is different from that of the magnetic flux guide, it is extremely difficult to achieve high sensitivity and high stability for both the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide with the same hard magnetic layer.
【0013】また、磁気感知層と、磁束ガイドとの構成
材料および膜厚を同一とした場合においても、例えば磁
気ヘッドを構成する場合において、感磁部すなわちMR
素子を、相対向する磁気シールド間、すなわち図21に
おける上部磁気シールド14および下部磁気シールド6
間に配置して、このMR素子に、導入させる磁気記録媒
体からの記録信号磁界を狭範囲に制限して不要外部磁界
の導入を回避し、高い解像度をもって信号読み出しを行
う、いわゆる磁気シールド構成とする場合等において、
両シールドと、磁気感知層と、磁束ガイドとの距離が相
違する場合においては、その最適とされる規格化永久磁
石強度が相違する。Even when the material and the film thickness of the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide are the same, for example, when forming a magnetic head, the magnetic sensing portion, that is, the MR
The element is placed between the opposing magnetic shields, that is, the upper magnetic shield 14 and the lower magnetic shield 6 in FIG.
A so-called magnetic shield configuration, in which a signal magnetic field to be introduced from the magnetic recording medium to be introduced into this MR element is restricted to a narrow range to avoid introducing an unnecessary external magnetic field and perform signal reading with high resolution. If you do,
When the distances between the two shields, the magnetic sensing layer, and the magnetic flux guide are different, the optimum normalized permanent magnet strength is different.
【0014】また、上述したように、磁束ガイドおよび
MR素子部の磁気感知層に対する安定化バイアス磁界の
印加を、これら磁束ガイドおよびMR素子部の両側に配
置した硬磁性層による構成の従来構造では、磁束ガイド
と磁気感知層の硬磁性層と接触ないしは近接する両側端
縁に、中央部に比し強い磁界が与えられることになる。
このため、この両側端縁においては磁化が固定されてし
まい、外部検出磁界によって磁化の回転が生じない、不
感知領域が生じ、感度の低下を来す。As described above, the application of the stabilizing bias magnetic field to the magnetic flux guide and the magnetic sensing layer of the MR element is performed by the conventional structure having the hard magnetic layers arranged on both sides of the magnetic flux guide and the MR element. A stronger magnetic field is applied to both side edges of the magnetic flux guide and the hard magnetic layer of the magnetic sensing layer which are in contact with or in proximity to the hard magnetic layer as compared with the central portion.
For this reason, the magnetization is fixed at both side edges, and a rotation of the magnetization is not caused by the externally detected magnetic field.
【0015】また、例えばTMR素子においては、トン
ネルバリア層を横切る通電方向であってその素子抵抗が
大きい。このためジョンソン・ノイズおよびショット・
ノイズなどのノイズ成分が大きくなることや、素子を回
路に組み込んだときに発生するローパスフィルタによる
高速転送性が損なわれる。このような素子抵抗の低減化
を図るには、その面積を大きくすることになるが、この
場合は、幅広となることによって外部検出磁界の検出領
域幅が大となる。このため検出分解能が低下し、例えば
磁気ヘッドにおいては、トラック幅が大となり、高記録
密度化を阻害する。そこで、TMR素子部の幅を大と
し、トラック幅を規定する前方磁束ガイドの前方端の幅
を狭小とすることが望まれて来る。[0015] For example, in a TMR element, the element resistance is large in the direction of current flow across the tunnel barrier layer. Because of this, Johnson noise and shot noise
Noise components such as noise increase, and high-speed transfer performance by a low-pass filter generated when the element is incorporated in a circuit is impaired. In order to reduce the element resistance, the area must be increased. In this case, however, the width of the detection area of the externally detected magnetic field increases as the width increases. For this reason, the detection resolution is reduced, and, for example, in a magnetic head, the track width becomes large, which hinders an increase in recording density. Therefore, it is desired to increase the width of the TMR element portion and reduce the width of the front end of the front magnetic flux guide that defines the track width.
【0016】一方、膜厚方向にセンス電流の通電を行う
CPP(Current Perpedicular to Plane) 構成のSV型
GMR素子においては、素子抵抗が小さいことから、出
力電圧が小さいという問題があることから、素子部の幅
は小に選定され、この場合は、TMR素子におけるとは
反対に、磁束ガイドのトラック幅を大とすることが望ま
れる。On the other hand, the SV-type GMR element having a current-perpendicular-to-plane (CPP) configuration in which a sense current flows in the film thickness direction has a problem that the output voltage is small because the element resistance is small. The width of the portion is selected to be small. In this case, it is desired to increase the track width of the magnetic flux guide, as opposed to in the TMR element.
【0017】しかしながら、このように磁束ガイドと素
子部との幅を異ならしめるなど、複雑な形状とする場
合、これの全域にわたって硬磁性層によって最適な安定
化バイアスを印加させることはきわめて困難となる。However, when the magnetic flux guide and the element portion are formed in a complicated shape such as having different widths, it is extremely difficult to apply an optimum stabilizing bias by the hard magnetic layer over the entire area. .
【0018】本発明においては、このような不都合を回
避して、感度および安定性にすぐれた磁気抵抗効果素
子、磁気抵抗効果型磁気ヘッドをその製造方法を提供す
るものである。An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a magnetoresistive element and a magnetoresistive magnetic head having excellent sensitivity and stability while avoiding such inconveniences.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、磁
気抵抗効果(MR)素子、例えば異方性磁気抵抗効果に
よるMR素子すなわちAMR素子や、スピンバルブ型巨
大磁気抵抗効果素子すなわちSV型GMR素子や、トン
ネル型磁気抵抗効果型素子すなわちTMR素子において
は、これら素子によって検出すべき外部検出磁界を実質
的に感知する磁気感知層を有するいわゆる素子本体を構
成するその各MR素子部と、これに磁気的に結合する少
なくとも前方磁束ガイドあるいは後方磁束ガイドの少な
くとも一方が設けられて成る。That is, the present invention relates to a magnetoresistive (MR) element, for example, an MR element based on the anisotropic magnetoresistive effect, ie, an AMR element, or a spin-valve giant magnetoresistive element, ie, an SV type GMR. In an element or a tunnel type magnetoresistive element, that is, a TMR element, each MR element part constituting a so-called element body having a magnetic sensing layer for substantially sensing an externally detected magnetic field to be detected by these elements; And at least one of a front magnetic flux guide and a rear magnetic flux guide magnetically coupled to the motor.
【0020】本発明によるMR素子は、この構成にあっ
て、そのMR素子部の磁気感知層、前方磁束ガイド、後
方磁束ガイドの少なくともいずれかの膜面に、安定化反
強磁性層が直接的に交換結合して配置されるか、非磁性
スペーサ層を介して長距離交換結合して配置された構成
として、外部検出磁界が与えられない状態での安定化反
強磁性層との直接的交換結合あるいは長距離交換結合に
よってMR素子部の磁気感知層、前方磁束ガイド、また
は後方磁束ガイドの少なくともいずれかの磁化容易軸の
向きの設定が行われるようにする。In the MR element according to the present invention, the stabilized antiferromagnetic layer is directly provided on at least one of the magnetic sensing layer, the front magnetic flux guide and the rear magnetic flux guide of the MR element. Direct exchange with a stabilized antiferromagnetic layer in the absence of an externally detected magnetic field, as a configuration that is exchange-coupled to the substrate or exchange-coupled for a long distance via a non-magnetic spacer layer. The direction of the easy axis of at least one of the magnetic sensing layer, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide of the MR element unit is set by coupling or long-distance exchange coupling.
【0021】また、本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドは、その感磁部を上述した本発明による磁気抵抗効
果(MR)素子構成とする。Further, in the magnetoresistive head according to the present invention, the magnetic sensing portion has the above-described magnetoresistive (MR) element configuration according to the present invention.
【0022】また、本発明によるMR素子の製造方法
は、少なくとも磁気感知層を含むMR素子部の構成膜を
成膜する工程と、磁気感知部に磁気的に結合される少な
くとも前方磁束ガイドあるいは後方磁束ガイドの少なく
とも一方を形成する工程と、MR素子部の磁気感知層、
前方磁束ガイド、または後方磁束ガイドの少なくともい
ずれかに安定化反強磁性層を、直接的交換結合あるいは
非磁性スペーサ層を介する長距離交換結合によって成膜
する工程とを有し、安定化反強磁性層とこれに直接的交
換結合あるいは長距離交換結合された成膜の磁化の向き
を設定する磁界印加熱処理工程とを採って、上述した本
発明によるMR素子を製造するものである。In the method of manufacturing an MR element according to the present invention, a step of forming a constituent film of an MR element part including at least a magnetic sensing layer, and at least a front magnetic flux guide or a rear part magnetically coupled to the magnetic sensing part are provided. Forming at least one of a magnetic flux guide, a magnetic sensing layer of the MR element portion,
Forming a stabilized antiferromagnetic layer on at least one of the forward magnetic flux guide and the rear magnetic flux guide by direct exchange coupling or long-range exchange coupling via a nonmagnetic spacer layer. The MR element according to the present invention described above is manufactured by employing a magnetic layer and a magnetic field applying heat treatment step for setting the direction of magnetization of a film directly and / or long-distance exchange-coupled.
【0023】更に、本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの製造方法は、上述した本発明によるMR素子の製
造方法をもってその感磁部を製造するものである。Further, in the method of manufacturing a magnetoresistive head according to the present invention, the magneto-sensitive part is manufactured by the above-described method of manufacturing an MR element according to the present invention.
【0024】上述したように、本発明構成においては、
そのMR素子部の磁気感知層あるいは磁束ガイドの少な
くともいずれかに、その磁化の向きの設定を行う反強磁
性層を配置するものであり、このようにして、この反強
磁性層との交換結合エネルギーによって、検出外部磁界
が与えられない状態では、この反強磁性層が設けられた
MR素子部の磁気感知層あるいは磁束ガイドの少なくと
もいずれかに、その磁化の向きの設定を行う。As described above, in the configuration of the present invention,
An antiferromagnetic layer for setting the direction of magnetization is disposed on at least one of the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide of the MR element. In this manner, exchange coupling with the antiferromagnetic layer is performed. In a state where the detection external magnetic field is not applied by the energy, the magnetization direction is set to at least one of the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide of the MR element portion provided with the antiferromagnetic layer.
【0025】そして、この場合、反強磁性層を非磁性ス
ペーサ層を介在させた長距離交換結合とするときは、こ
の非磁性スペーサの材料、厚さによってその交換結合エ
ネルギーの大きさの選定を行うことができ、上述したよ
うに、検出外部磁界に対しては、確実に、自由に磁化回
転を行うことができるように選定することができる。In this case, when the antiferromagnetic layer is to be subjected to long-distance exchange coupling with a nonmagnetic spacer layer interposed, the magnitude of the exchange coupling energy must be selected according to the material and thickness of the nonmagnetic spacer. As described above, the selection can be made such that the magnetization rotation can be freely and reliably performed with respect to the detected external magnetic field.
【0026】図19は、この交換結合エネルギーの非磁
性スペーサ層の厚さ依存性を示すもので、○印は、Co
Feによる磁性層と、Cuによる非磁性スペーサ層と、
PtMnによる反強磁性層との積層構造における非磁性
スペーサ層の厚さを変更した場合の交換結合エネルギー
の測定結果をプロットしたものであり、●印は、上述し
たCoFeに変えてNiFeによる自由磁性層とした場
合の同様の交換結合エネルギーの測定結果をプロットし
たものである。FIG. 19 shows the dependence of the exchange coupling energy on the thickness of the nonmagnetic spacer layer.
A magnetic layer of Fe, a non-magnetic spacer layer of Cu,
It is a plot of the measurement results of the exchange coupling energy when the thickness of the nonmagnetic spacer layer in the laminated structure with the antiferromagnetic layer made of PtMn is changed. It is a plot of the same measurement result of exchange coupling energy in the case of a layer.
【0027】図19によっても明らかなように、非磁性
スペーサ層の厚さが0の場合、すなわち非磁性スペーサ
層が介在されずに磁性層と反強磁性層とが直接接合した
直接的交換結合とした場合においては、交換結合エネル
ギーが大きい。このように、大きな交換結合エネルギー
を示す場合、検出外部磁界による磁性層の磁化の回転が
損われる場合においては、非磁性スペーサ層を介在さ
せ、その厚さを選定することによって、長距離交換結合
エネルギーを高い自由度をもって選定することができる
から、この交換結合エネルギーによって磁束ガイドある
いは(および)磁気感知層の磁化を、検出外部磁界が与
えられない状態では、上述した所定方向に磁化の向きを
設定し、この磁化の向きに対し直交する磁界が外部から
与えられた場合、すなわち検出外部磁界が印加されたと
きには磁化の回転が生じるように最適の大きさに容易に
設定することができるものである。As is apparent from FIG. 19, when the thickness of the nonmagnetic spacer layer is 0, that is, direct exchange coupling in which the magnetic layer and the antiferromagnetic layer are directly joined without any intervening nonmagnetic spacer layer. In this case, the exchange coupling energy is large. As described above, when a large exchange coupling energy is exhibited, and when the rotation of the magnetization of the magnetic layer due to the detected external magnetic field is impaired, the non-magnetic spacer layer is interposed and the thickness thereof is selected so that long-distance exchange coupling can be achieved. Since the energy can be selected with a high degree of freedom, the exchange coupling energy causes the magnetization of the magnetic flux guide and / or the magnetic sensing layer to be oriented in the above-described predetermined direction when no external magnetic field is applied. When a magnetic field orthogonal to the direction of the magnetization is externally applied, that is, when a detection external magnetic field is applied, the magnetization can be easily set to an optimal size so that rotation of the magnetization occurs. is there.
【0028】尚、本明細書において、直交とは、理想的
には直交を意味するのの、実際にはほぼ直交の意味を含
んで直交成分を主たる方向とする交叉を指称するもので
ある。In the present specification, the term "orthogonal" ideally means orthogonal, but actually refers to an intersection which includes a substantially orthogonal meaning and has an orthogonal component as a main direction.
【0029】そして、本発明においては、この反強磁性
層を、MR素子部の磁気感知層や、磁束ガイドの膜面に
配置することから、この反強磁性層を、MR素子部の磁
気感知層や、磁束ガイドの必要とする全域に渡って配置
することができる。したがって、これら磁気感知層や、
磁束ガイドの磁性層の全域に対して均一に、交換結合エ
ネルギーによる所定方向の単一磁化状態を設定すること
ができるものである。In the present invention, since this antiferromagnetic layer is disposed on the magnetic sensing layer of the MR element portion or the film surface of the magnetic flux guide, the antiferromagnetic layer is provided on the magnetic sensing layer of the MR element portion. The layers can be arranged over the entire area required by the flux guide. Therefore, these magnetic sensing layers,
It is possible to uniformly set a single magnetization state in a predetermined direction by exchange coupling energy over the entire area of the magnetic layer of the magnetic flux guide.
【0030】このように、一様な磁化状態が得られるこ
とから、広面積に渡って高い感度を示し、感度分布の平
坦化、端部における不感知領域の低減化と、更に単磁区
化によるバルクハウゼンノイズの低減化を効果的に図る
ことができるものである。As described above, since a uniform magnetization state can be obtained, high sensitivity is exhibited over a wide area, the sensitivity distribution is flattened, the insensitive region at the end is reduced, and the single magnetic domain is formed. It is possible to effectively reduce Barkhausen noise.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】本発明によるMR素子は、AMR
素子、SV型GMR素子、TMR素子等の構成とするこ
とができ、本発明MR型磁気ヘッドは、これらMR素子
によって感磁部を構成する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An MR element according to the present invention has an AMR
The MR head according to the present invention comprises a magneto-sensitive section using these elements, such as an element, an SV type GMR element and a TMR element.
【0032】図1A、BおよびCは、本発明によるMR
素子25の概略平面図を示し、磁気感知層を有するMR
素子部35に対し、図1Aに示すように、MR素子部3
5の検出外部磁界Hsig による磁束導入側すなわち前方
側に前方磁束ガイド8を磁気的に結合し、これとは反対
側の磁束導出側に後方磁束ガイド9を磁気的に結合した
構成とする。あるいは図1Bに示すように、MR素子部
35の検出外部磁界Hsig による磁束導入側の前方側に
のみ前方磁束ガイド8を磁気的に結合した構成とする。
または、図1Cに示すように、MR素子部35の検出外
部磁界Hsig による磁束導出側の後方側にのみ後方磁束
ガイド9を配置された構成とする。MR素子部35は、
例えばAMR構成、あるいはSV型GMR構成、または
TMR構成によって構成される。FIGS. 1A, 1B and 1C show an MR according to the invention.
FIG. 3 shows a schematic plan view of an element 25, with an MR having a magnetic sensing layer.
As shown in FIG. 1A, the MR element 3
5, a front magnetic flux guide 8 is magnetically coupled to a magnetic flux introduction side, that is, a front side by the detected external magnetic field Hsig, and a rear magnetic flux guide 9 is magnetically coupled to an opposite magnetic flux derivation side. Alternatively, as shown in FIG. 1B, the front magnetic flux guide 8 is magnetically coupled only to the front side on the magnetic flux introduction side of the MR element unit 35 with the detected external magnetic field Hsig.
Alternatively, as shown in FIG. 1C, the rear magnetic flux guide 9 is arranged only on the rear side on the magnetic flux derivation side of the MR element unit 35 due to the detected external magnetic field Hsig. The MR element unit 35
For example, it is configured by an AMR configuration, an SV type GMR configuration, or a TMR configuration.
【0033】そして、本発明によるMR素子25におい
ては、上述した各構成によるMR素子において、安定化
バイアス用反強磁性層を設けて、この安定化バイアス用
反強磁性層との交換結合エネルギーによって、MR素子
部35および磁束ガイド8および9を、検出外部磁界H
sig が印加されない状態で、この磁界Hsig と交叉する
方向、理想的には直交する方向(以下トラック幅方向と
いう)の、同一向きの単一磁化状態を設定する。あるい
は、図21および図22で説明した従来における硬磁性
層を組み合わせ配置するこによって、この硬磁性層によ
る磁界と、安定化バイアス用反強磁性層による交換結合
エネルギーとの共働によって、MR素子部35および磁
束ガイド8および9を、検出外部磁界Hsig が印加され
ない状態で、この磁界Hsig と交叉するトラック幅方向
の、同一向きの単一磁化状態を設定する。In the MR element 25 according to the present invention, a stabilizing bias antiferromagnetic layer is provided in each of the MR elements having the above-described structures, and the exchange coupling energy with the stabilizing bias antiferromagnetic layer is used. , MR element section 35 and magnetic flux guides 8 and 9
In the state where sig is not applied, a single magnetization state in the same direction as the direction crossing the magnetic field Hsig, ideally the direction orthogonal to the magnetic field Hsig (hereinafter referred to as the track width direction) is set. Alternatively, by arranging the conventional hard magnetic layers described in FIGS. 21 and 22 in combination, the MR element can be formed by the cooperation of the magnetic field of the hard magnetic layer and the exchange coupling energy of the antiferromagnetic layer for stabilizing bias. In the state where the detection external magnetic field Hsig is not applied, the unit 35 and the magnetic flux guides 8 and 9 are set to a single magnetization state in the same direction in the track width direction crossing the magnetic field Hsig.
【0034】すなわち、例えば図1Aで示したMR素子
部35の前方および後方に前方磁束ガイド8および後方
磁束ガイド9とが結合された構成において、図2Aにそ
の概略平面図を示し、図2B1 にその概略断面図を示す
ように、例えばMR素子部35とその前後の前方磁束ガ
イド8および後方磁束ガイド9上に全面的に差し渡っ
て、これらに直接的に交換結合する安定化バイアス用反
強磁性層21を形成する。That is, for example, in a configuration in which the front magnetic flux guide 8 and the rear magnetic flux guide 9 are coupled to the front and rear of the MR element unit 35 shown in FIG. 1A, FIG. 2A shows a schematic plan view thereof, and FIG. As shown in the schematic cross-sectional view, for example, the stabilizing bias resistive member which extends over the MR element portion 35 and the front and rear magnetic flux guides 8 and 9 before and after the MR device portion 35 and is directly exchange-coupled to them. The magnetic layer 21 is formed.
【0035】あるいは、図2B2 にその概略断面図を示
すように、例えばMR素子部35とその前後の前方磁束
ガイド8および後方磁束ガイド9上に各部位毎にそれぞ
れに非磁性スペーサ層22を被着形成し、この上に安定
化バイアス用反強磁性層21を形成する。すなわち、M
R素子部35上と、その前後の前方磁束ガイド8および
後方磁束ガイド9上とに長距離交換結合する安定化バイ
アス用反強磁性層21を形成する。Alternatively, as shown in a schematic sectional view of FIG. 2B2, for example, a non-magnetic spacer layer 22 is coated on each of the MR element portion 35 and the front and rear magnetic flux guides 8 and 9 in front and behind thereof. The stabilizing bias antiferromagnetic layer 21 is formed thereon. That is, M
The anti-ferromagnetic layer 21 for stabilizing bias is formed on the R element portion 35 and on the front and rear magnetic flux guides 8 and 9 before and after the R element portion 35 for a long distance.
【0036】このようにして、安定化バイアス用反強磁
性層21との直接的あるいは長距離交換結合によってM
R素子部35の磁気感知層と前方および後方磁束ガイド
8および9とに、上述したトラック幅方向の同一向きに
磁化の設定がなされる。In this manner, the direct or long-distance exchange coupling with the anti-ferromagnetic layer 21 for stabilizing bias allows M
The magnetization of the magnetic sensing layer of the R element section 35 and the front and rear magnetic flux guides 8 and 9 are set in the same direction in the track width direction as described above.
【0037】図2B2 に示す例においては、非磁性スペ
ーサ層22の厚さを一様にした場合であるが、その厚さ
を、例えばMR素子部35の磁気感知層、前方磁束ガイ
ド8、後方磁束ガイド9において変更することによっ
て、図19で説明したように交換結合エネルギーを変化
させることができ、各部において最適の安定化バイアス
を与えることができる。In the example shown in FIG. 2B2, the thickness of the nonmagnetic spacer layer 22 is made uniform, but the thickness is changed, for example, to the magnetic sensing layer of the MR element 35, the front magnetic flux guide 8, and the rear. By changing the magnetic flux guide 9, the exchange coupling energy can be changed as described with reference to FIG. 19, and an optimum stabilizing bias can be applied to each part.
【0038】また、本発明によるMR素子25は、同様
に、例えば図1Aで示したMR素子部35の前方および
後方に前方磁束ガイド8および後方磁束ガイド9とが結
合された構成において、図3Aにその概略平面図を示
し、図3B1 にその概略断面図を示すように、MR素子
部35上のみに、安定化バイアス用反強磁性層21を直
接的被着して安定化バイアス用反強磁性層21を交換結
合させて設けるか、あるいは図3B2 に同様の概略断面
図を示すように、非磁性スペーサ層22を介して長距離
交換結合する安定化バイアス用反強磁性層21を設け
る。そして、この場合、前方磁束ガイド8および後方磁
束ガイド9に対しては、従来におけると同様に、その両
側端縁に磁気的に結合して、着磁された硬磁性層10を
配置して、この硬磁性層10からの安定化バイアス磁界
と、上述した安定化バイアス用反強磁性層21との交換
結合エネルギーとの共働によって磁束ガイド8および9
とMR素子部35の磁気感知層とに対して前述したと同
様のトラック幅方向の同一向きの磁化状態の設定を行
う。Similarly, the MR element 25 according to the present invention has a configuration in which the front magnetic flux guide 8 and the rear magnetic flux guide 9 are coupled to the front and rear of the MR element section 35 shown in FIG. 1A, for example. FIG. 3B1 shows a schematic plan view thereof, and FIG. 3B1 shows a schematic sectional view thereof. As shown in FIG. The magnetic layer 21 is provided by exchange coupling, or an antiferromagnetic layer 21 for stabilizing bias that is exchange-coupled over a long distance via a nonmagnetic spacer layer 22 is provided as shown in a schematic sectional view similar to FIG. 3B2. In this case, the front magnetic flux guide 8 and the rear magnetic flux guide 9 are magnetically coupled to both side edges thereof as in the related art, and the magnetized hard magnetic layer 10 is disposed. The magnetic flux guides 8 and 9 are formed by the cooperation of the stabilizing bias magnetic field from the hard magnetic layer 10 and the exchange coupling energy with the antiferromagnetic layer 21 for stabilizing bias described above.
The same magnetization state in the track width direction as described above is set for the magnetic sensing layer of the MR element section 35 and the magnetic sensing layer of the MR element section 35.
【0039】また、図3の構成においては、MR素子部
35上のみに、安定化バイアス用反強磁性層21を設け
た場合であるが、このMR素子部35と、一方の磁束ガ
イド8と9のそれぞれに上述した直接的交換結合あるい
は長距離交換結合による安定化バイアス用反強磁性層2
1を形成し、他方の磁束ガイド9または8に対してのみ
硬磁性層10を配置する構成として、磁束ガイド8およ
び9とMR素子部35の磁気感知層とに対して前述した
と同様のトラック幅方向の同一向きの磁化状態の設定を
行うようにすることもできる。In the configuration shown in FIG. 3, the antiferromagnetic layer 21 for stabilizing bias is provided only on the MR element section 35. However, the MR element section 35 and one magnetic flux guide 8 9 for the stabilizing bias antiferromagnetic layer 2 by the direct exchange coupling or the long-distance exchange coupling described above.
1 and the hard magnetic layer 10 is disposed only on the other magnetic flux guide 9 or 8, and the same track as described above is used for the magnetic flux guides 8 and 9 and the magnetic sensing layer of the MR element section 35. It is also possible to set the magnetization state in the same direction in the width direction.
【0040】更に、他の例としては、例えば図4Aに示
すように、MR素子部35に対して、硬磁性層10によ
る安定化磁界を印加するようにし、図4B1 あるいは図
4B2 に示すように、磁束ガイド8および9に、上述し
た安定化バイアス用反強磁性層21を直接的あるいは非
磁性スペーサ層22を介して形成することによって磁束
ガイド8および9とMR素子部35の磁気感知層とに対
して前述したと同様のトラック幅方向の同一向きの磁化
状態の設定を行うようにすることもできる。Further, as another example, as shown in FIG. 4A, a stabilizing magnetic field by the hard magnetic layer 10 is applied to the MR element section 35, and as shown in FIG. 4B1 or 4B2. By forming the above-mentioned antiferromagnetic layer 21 for stabilizing bias on the magnetic flux guides 8 and 9 directly or via the nonmagnetic spacer layer 22, the magnetic flux guides 8 and 9 and the magnetic sensing layer of the MR element section 35 are formed. However, it is also possible to set the same magnetization state in the track width direction as described above.
【0041】本発明によるAMRによるMR素子のMR
素子部35は、例えば図5にその概略断面図を示すよう
に、磁気感知層となる単層の例えばNiFe,NiC
o,NiFeCoよりなる磁気抵抗効果を奏する一軸異
方性磁気抵抗層23による構成によることができる。そ
して、このMR素子部の一方の面に、上述した安定化バ
イアス用反強磁性層21を直接的交換結合によって、あ
るいは非磁性スペーサ層を介在させた長距離交換結合に
よって配置する。MR of MR element by AMR according to the present invention
As shown in a schematic cross-sectional view of FIG. 5, for example, the element portion 35 is a single layer of a magnetic sensing layer such as NiFe or NiC.
o, a configuration of the uniaxial anisotropic magnetoresistive layer 23 having a magnetoresistive effect made of NiFeCo. The stabilizing bias antiferromagnetic layer 21 is disposed on one surface of the MR element by direct exchange coupling or long-distance exchange coupling with a nonmagnetic spacer layer interposed.
【0042】また、SV型GMR素子におけるMR素子
部35は、例えば図6にいわゆるボトム型SV型GMR
によるMR素子部35の一例の概略断面図を示すよう
に、基板15上に、例えば下地層16を形成し、この上
に、反強磁性層1と、この反強磁性層1と接合する固定
磁性層2と、非磁性層3と、検出外部磁界により磁化方
向が変化する磁気感知層を構成する自由磁性層4とを積
層した構成とする。そして、この例においては、この自
由磁性層4上に、非磁性スペーサ層22を介して長距離
交換結合により、あるいは非磁性スペーサ22を介する
ことなく直接的交換結合により安定化バイアス用反強磁
性層21が被着形成される。また、この安定化バイアス
用反強磁性層21上には、保護層24が形成される。The MR element section 35 of the SV type GMR element is, for example, a so-called bottom type SV GMR as shown in FIG.
As shown in a schematic cross-sectional view of an example of the MR element section 35, a base layer 16 is formed on a substrate 15, for example, and an antiferromagnetic layer 1 is fixed thereon. The magnetic layer 2, the non-magnetic layer 3, and the free magnetic layer 4 that constitutes a magnetic sensing layer whose magnetization direction changes by a detected external magnetic field are stacked. In this example, the anti-ferromagnetic bias for stabilizing bias is formed on the free magnetic layer 4 by long-distance exchange coupling via the non-magnetic spacer layer 22 or by direct exchange coupling without via the non-magnetic spacer 22. Layer 21 is deposited. In addition, a protective layer 24 is formed on the stabilizing bias antiferromagnetic layer 21.
【0043】図7は、トップ型SV型GMR構成とした
場合の、一例の概略断面図で、この場合は、基板12上
に下地層13を形成し、この上に、安定化バイアス用反
強磁性層21が形成され、この上に、非磁性スペーサ層
22を介してあるいは介することなく、自由磁性層4
と、非磁性層3と、固定磁性層2と、第1の反強磁性層
1とを積層し、この上に保護層24を形成した構成とし
得る。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a top type SV type GMR structure. In this case, a base layer 13 is formed on a substrate 12, and a stabilizing bias resistive layer is formed thereon. A magnetic layer 21 is formed, and a free magnetic layer 4 is formed thereon with or without a non-magnetic spacer layer 22.
, The nonmagnetic layer 3, the pinned magnetic layer 2, and the first antiferromagnetic layer 1 are laminated, and a protective layer 24 is formed thereon.
【0044】これらの構成において、反強磁性層1とこ
れに接合する固定磁性層2との交換結合による固定磁性
層2の磁化容易軸の方向と、安定化バイアス用反強磁性
層21と自由磁性層4との長距離交換結合磁界あるいは
直接的交換結合エネルギーによるバイアスによる自由磁
性層4の磁化容易軸の方向とは直交するように設定され
る。In these configurations, the direction of the easy axis of magnetization of the fixed magnetic layer 2 due to the exchange coupling between the antiferromagnetic layer 1 and the fixed magnetic layer 2 joined thereto, and the anti-ferromagnetic layer 21 for stabilizing bias are free. The direction of the easy axis of the free magnetic layer 4 due to the bias by the long-range exchange coupling magnetic field or the direct exchange coupling energy with the magnetic layer 4 is set to be orthogonal to the direction.
【0045】また、図8および図9は、ボトム型および
トップ型の各TMR構成によるMR素子部35の各概略
断面図を示し、この場合、図6および図7におけるに対
応する構成とすることができるが、SV型GMRにおけ
る非磁性層3に換えてトンネルバリア層3Tが介在され
た構成を有するものである。図8および図9において、
図6および図7と対応する部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。FIGS. 8 and 9 show schematic cross-sectional views of the MR element section 35 having the bottom type and top type TMR configurations, respectively. In this case, the configurations corresponding to those in FIGS. However, it has a configuration in which a tunnel barrier layer 3T is interposed instead of the nonmagnetic layer 3 in the SV type GMR. 8 and 9,
6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【0046】そして、図5〜図9で示す各MR素子部3
5には、膜面に沿う方向に、検出外部磁界が印加され
る。また、図6および図7で示すSV型GMRによるM
R素子部35において、CPP構成とする場合は、各層
がすべて導電性を有する層によって構成され、膜面と垂
直方向にセンス電流Isが通電され、CIP構成とする
場合は、膜面に沿いかつ検出外部磁界の導入方向と交叉
する方向にセンス電流Isの通電がなされる。Each of the MR element portions 3 shown in FIGS.
5, a detection external magnetic field is applied in a direction along the film surface. Further, M by the SV type GMR shown in FIGS.
In the R element section 35, when the CPP configuration is used, each layer is formed of a layer having conductivity, and a sense current Is is applied in a direction perpendicular to the film surface. The sense current Is is supplied in a direction crossing the direction in which the detected external magnetic field is introduced.
【0047】各SV型GMRによるMR素子部35にお
いて、固定磁性層2と、自由磁性層4とは、このMR素
子部35によって検出する検出磁界が印加されない状態
で、相互にその磁化容易軸が直交するようになされ、自
由磁性層4における磁化容易軸が、検出外部磁界の導入
方向と直交するように選定される。In the MR element section 35 of each SV type GMR, the fixed magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4 have their easy axes of mutual mutual magnetization in a state where no magnetic field detected by the MR element section 35 is applied. The direction is set so as to be orthogonal to the axis of easy magnetization in the free magnetic layer 4 so as to be orthogonal to the direction in which the detection external magnetic field is introduced.
【0048】そして、図8および図9で示すように、C
IP構成とする場合には、SV型GMR素子部35の面
方向にセンス電流Isの通電がなされ、CPP構成にお
いては、面方向と直交する方向にセンス電流Isの通電
がなされる。Then, as shown in FIG. 8 and FIG.
In the case of the IP configuration, the sense current Is is supplied in the surface direction of the SV type GMR element unit 35, and in the CPP configuration, the sense current Is is supplied in the direction perpendicular to the surface direction.
【0049】上述した図6〜図9で示したSV型GMR
あるいはTMRにおける基板15は、ガラス、セラミッ
クス、半導体例えば表面に熱酸化による酸化シリコン膜
が形成されたシリコン基板、あるいは酸化アルミニウム
および窒化アルミニウムが表面に形成された基板、また
は、例えば表面に磁気シールド層あるいは磁気シールド
兼電極層を例えばアルチック(AlTiC)基板等の各
種基板構成とすることができる。The SV type GMR shown in FIGS.
Alternatively, the substrate 15 in TMR is made of glass, ceramics, a semiconductor such as a silicon substrate having a silicon oxide film formed on the surface by thermal oxidation, a substrate having aluminum oxide and aluminum nitride formed on the surface, or a magnetic shield layer formed on the surface, for example. Alternatively, the magnetic shield / electrode layer may have various substrate configurations such as an AlTiC (AlTiC) substrate.
【0050】下地層16は、基板15の汚染(コンタミ
ネーション)などの影響を低減することと、この上に形
成する成膜の結晶配向性を良好にするためのもであり、
この下地層16は、例えばTa、そのほか、例えばZ
r,Ru,Cr,Cu等によって構成することができ
る。The underlayer 16 is provided to reduce the influence of contamination of the substrate 15 and to improve the crystal orientation of the film formed thereon.
The underlayer 16 is made of, for example, Ta, or Z, for example.
It can be composed of r, Ru, Cr, Cu or the like.
【0051】反強磁性層1は、PtMn,NiMn,P
dPtMn,Ir−Mn,Rh−Mn,Fe−Mn,N
i酸化物,Co酸化物,Fe酸化物等によって構成する
ことができる。The antiferromagnetic layer 1 is made of PtMn, NiMn, P
dPtMn, Ir-Mn, Rh-Mn, Fe-Mn, N
It can be made of i-oxide, Co oxide, Fe oxide, or the like.
【0052】固定磁性層2は、例えば単一層の強磁性層
によって構成することもできるが、薄い例えばRu,C
r,Rh,Irや、これら2以上の合金による反強磁性
交換結合膜によって分離され、固定磁化が相互に反平行
に配向された2層以上の強磁性層の積層によるフェリ積
層磁性層構造とすることが、安定性の上で望ましい。The pinned magnetic layer 2 can be composed of, for example, a single ferromagnetic layer.
a ferri-layered magnetic layer structure formed by laminating two or more ferromagnetic layers separated by antiferromagnetic exchange coupling films of r, Rh, Ir, or two or more of these alloys and having fixed magnetizations oriented antiparallel to each other; Is desirable for stability.
【0053】この固定磁性層2の、単一、もしくは積層
構造による強磁性層は、例えばCo,Fe,Niやこれ
ら2以上の合金による強磁性層、もしくは異なる組成の
組み合わせ例えばFeとCrの各強磁性層強磁性層によ
ることができる。The ferromagnetic layer of the fixed magnetic layer 2 having a single or laminated structure may be, for example, a ferromagnetic layer of Co, Fe, Ni or an alloy of two or more thereof, or a combination of different compositions, for example, Fe and Cr. Ferromagnetic layer The ferromagnetic layer can be used.
【0054】自由磁性層4は、例えばCoFe膜、Ni
Fe膜、CoFeB膜、あるいはこれらの積層膜例えば
CoFe/NiFe、またはCoFe/NiFe/Co
Fe構成とすることによってより大きなMR比と軟磁気
特性を実現することができる。The free magnetic layer 4 is made of, for example, a CoFe film, Ni
Fe film, CoFeB film, or a laminated film of these, such as CoFe / NiFe or CoFe / NiFe / Co
With the Fe configuration, a larger MR ratio and soft magnetic characteristics can be realized.
【0055】また、非磁性層3および非磁性スペーサ層
22は、例えばCu,Au,Ag,Ptや、Cu−N
i,Cu−Agによって構成することができる。The nonmagnetic layer 3 and the nonmagnetic spacer layer 22 are made of, for example, Cu, Au, Ag, Pt, Cu--N
i, Cu-Ag.
【0056】更に、安定化バイアス用反強磁性層21
は、前述した反強磁性層1におけると同様に例えば、P
tMn,NiMn,PdPtMn,Ir−Mn,Rh−
Mn,Fe−Mn,Ni酸化物,Co酸化物,Fe酸化
物等によって構成することができる。Further, the anti-ferromagnetic layer for stabilizing bias 21
Is, for example, P as in the antiferromagnetic layer 1 described above.
tMn, NiMn, PdPtMn, Ir-Mn, Rh-
It can be composed of Mn, Fe-Mn, Ni oxide, Co oxide, Fe oxide or the like.
【0057】保護層24は、酸化や摩耗を防止するもの
であり、例えばTa,W,Zr等によって構成すること
ができる。The protective layer 24 is for preventing oxidation and wear, and can be made of, for example, Ta, W, Zr, or the like.
【0058】そして、これら例えば図6〜図9に説明し
たMR素子部35に、前述の例えば図1〜図4で説明し
た前方磁束ガイド8および後方磁束ガイド9の少なくと
もいずれかが磁気的に結合配置された構成とするもので
あるが、これら、磁束ガイドは、軟磁性の例えばCoF
e膜、NiFe膜、CoFeB膜、あるいはこれらの積
層膜例えばCoFe/NiFe、またはCoFe/Ni
Fe/CoFe、あるいはCo−Al−O、またはFe
−Al−Oなどの高透磁率グラニュラー材料によって構
成することができる。At least one of the front magnetic flux guide 8 and the rear magnetic flux guide 9 described with reference to FIGS. 1 to 4 is magnetically coupled to the MR element 35 described with reference to FIGS. These magnetic flux guides are made of soft magnetic material such as CoF.
e film, NiFe film, CoFeB film, or a laminated film of these, such as CoFe / NiFe or CoFe / Ni
Fe / CoFe, or Co-Al-O, or Fe
-It can be made of a high magnetic permeability granular material such as Al-O.
【0059】図1〜図4に示した例では、MR素子部3
5の幅と磁束ガイド8および9の幅が同一幅とした場合
であるが、例えば図10A〜Fおよび図11A〜Fにそ
れぞれその平面図を例示するように、MR素子部35幅
と、磁束ガイド8および9の少なくともいずれかの幅が
相違する形状とすることもできる。In the example shown in FIGS. 1 to 4, the MR element 3
5 and the widths of the magnetic flux guides 8 and 9 are the same. For example, as illustrated in the plan views of FIGS. 10A to 10F and FIGS. The guides 8 and 9 may have a shape in which at least one of the widths is different.
【0060】図10A〜Fの例は、前述したように、例
えばTMR素子におけるように、素子部35の抵抗が小
さいことから、この素子部35の面積を大として、この
抵抗の低減化を図るものの、検出外部磁界の導入前方端
においては、その前方磁束ガイド8を、MR素子部35
に比しトラック幅方向に関して幅狭に構成としてその検
出外部磁界の検出範囲を狭めて、検出解像度を高めると
かトラック幅の低減化を図って記録密度を高めることが
できるようにした場合である。In the example of FIGS. 10A to 10F, as described above, since the resistance of the element portion 35 is small, for example, in a TMR element, the area of the element portion 35 is increased to reduce the resistance. However, at the forward end of the introduction of the detected external magnetic field, the forward magnetic flux guide 8 is connected to the MR element section 35.
In this case, the recording area can be narrower in the track width direction to narrow the detection range of the detected external magnetic field, thereby increasing the detection resolution or reducing the track width to increase the recording density.
【0061】これら図10A〜Cに示す例では、後方磁
束ガイドを形成しない例であり、図D〜Fは、前方およ
び後方磁束ガイド8および9を設けた場合であるが、い
ずれにおいても、前方磁束ガイド9のパターンを、少な
くとも先端で、幅狭とするものであり、この幅狭の形状
は、先端に向かって漸次幅狭とするとか階段的に幅狭と
するとか、あるいは同図CおよびFに示すように、前方
磁束ガイド8のMR素子部35との結合部において、両
者の幅が不一致の幅とすることができる。The examples shown in FIGS. 10A to 10C are examples in which the rear magnetic flux guide is not formed, and FIGS. DF show the case in which the front and rear magnetic flux guides 8 and 9 are provided. The pattern of the magnetic flux guide 9 is narrowed at least at the end, and this narrow shape may be gradually narrowed toward the end, stepwise narrowed, or as shown in FIG. As shown in F, the width of the front magnetic flux guide 8 at the portion where the front magnetic flux guide 8 is connected to the MR element portion 35 can be different from each other.
【0062】また、図11A〜Fに示す例では、図10
とは逆に、例えば前述したCPP型のSV型GMRにお
けるように、MR素子部35における抵抗が低すぎる場
合において、MR素子の面積を小さくすべく、その幅を
小とし、これに対する磁束量の減少を回避するように、
前方磁束ガイド8の幅をMR素子部35に比し、幅広と
した場合である。この場合においても、磁束ガイド8の
幅広とするの形状は、先端に向かって漸次幅広とすると
か階段的に幅狭とするとか、あるいは同図CおよびFに
示すように、前方磁束ガイド8のMR素子部35との結
合部において、両者の幅が不一致の幅とすることができ
る。In the example shown in FIGS. 11A to 11F, FIG.
Conversely, when the resistance in the MR element section 35 is too low, for example, in the above-described CPP type SV GMR, the width of the MR element is reduced to reduce the area of the MR element, and To avoid the decline,
This is a case where the width of the front magnetic flux guide 8 is wider than that of the MR element section 35. Also in this case, the shape of the magnetic flux guide 8 may be widened gradually toward the tip or narrowed stepwise, or as shown in FIGS. In the coupling portion with the MR element portion 35, the widths of the two can be mismatched.
【0063】これら図10および図11のいずれの形状
においても、安定化バイアス用反強磁性層21を、MR
素子部35と、これとは異なる幅の磁束ガイド(図示の
例では前方磁束ガイド8)上に、安定化バイアス用反強
磁性層21を形成する。In each of the shapes of FIGS. 10 and 11, the stabilizing bias antiferromagnetic layer 21 is
The anti-ferromagnetic layer 21 for stabilizing bias is formed on the element portion 35 and the magnetic flux guide (the front magnetic flux guide 8 in the illustrated example) having a different width.
【0064】次に、図2B2 で示した構成とし、かつそ
のMR素子部35が、SV型GMRによる場合の一実施
例を説明する。 〔実施例1〕この実施例においては、図6のボトム型構
成によるSV型GMR素子部35とした場合で、この実
施例においては、酸化膜が形成されたシリコン基板15
上に、順次真空マグネトロン・スパッタリング装置によ
って、厚さ3nmのTaによる下地層16、厚さ20n
mのPtMnによる反強磁性層1と、厚さ1.5nmの
CoFe/厚さ0.8nmのRu/厚さ2nmのCoF
eの積層フェリ構造による固定磁性層2と、厚さ2.9
nmのCuによる非磁性層3と、厚さ2nmのCoFe
/厚さ3.8nmのNiFeの積層構造の自由磁性層4
とを成膜して、MR素子部35を形成した。Next, an embodiment in which the configuration shown in FIG. 2B2 is used and the MR element section 35 is an SV type GMR will be described. [Embodiment 1] In this embodiment, the SV type GMR element section 35 of the bottom type configuration shown in FIG. 6 is used. In this embodiment, a silicon substrate 15 on which an oxide film is formed is used.
On the base layer 16, a 3 nm-thick Ta base layer and a 20-nth-thick layer were sequentially formed by a vacuum magnetron sputtering apparatus.
m of PtMn, CoFe with a thickness of 1.5 nm / Ru with a thickness of 0.8 nm / CoF with a thickness of 2 nm
e, a pinned magnetic layer 2 having a laminated ferrimagnetic structure, and a thickness of 2.9.
non-magnetic layer 3 made of Cu having a thickness of 2 nm and CoFe having a thickness of 2 nm
/ Free magnetic layer 4 having a laminated structure of 3.8 nm thick NiFe
Were formed to form the MR element section 35.
【0065】そして、同様に、真空マグネトロン・スパ
ッタリング装置によって、CoFe/NiFeによる磁
束ガイド8および9を形成し、これら磁束ガイド8およ
び9上とMR素子部35上とに差し渡って、厚さ2nm
のCuによる非磁性スペーサ層22と、厚さ20nmの
PtMnによる安定化バイアス用反強磁性層21と、厚
さ3nmのTaによる保護層24とを順次成膜した。Similarly, the magnetic flux guides 8 and 9 of CoFe / NiFe are formed by a vacuum magnetron sputtering apparatus, and the magnetic flux guides 8 and 9 and the MR element portion 35 are spread over the magnetic flux guides 8 and 9 to a thickness of 2 nm.
Of a nonmagnetic spacer layer 22 of Cu, a stabilizing antiferromagnetic layer 21 of PtMn with a thickness of 20 nm, and a protective layer 24 of Ta with a thickness of 3 nm.
【0066】図12は、この実施例1の構成における安
定化バイアス用反強磁性層が形成されたMR素子部に関
するすなわち磁束ガイド8および9を排除した直径0.
3μm〜4μmによるMR素子部に関する相対出力と相
対ヒステリシス・エリアの測定結果を示したものでる。
図12中、○印は、この構成によるMR素子部に関する
実験結果を示し、●印は、同様の構成を有するものの安
定化バイアス用反強磁性層を設けない無安定かバイアス
によるMR素子についての実験結果を示す。FIG. 12 relates to the MR element portion on which the antiferromagnetic layer for stabilizing bias is formed in the configuration of the first embodiment, that is, the diameter of the MR element portion excluding the magnetic flux guides 8 and 9.
It shows the measurement results of the relative output and the relative hysteresis area for the MR element portion at 3 μm to 4 μm.
In FIG. 12, the circles indicate the experimental results for the MR element portion having this configuration, and the black circles indicate the MR elements with the same configuration, but without the antiferromagnetic layer for stabilizing bias or with the biased MR element. The experimental results are shown.
【0067】すなわち、両者の素子を比較することによ
って、長距離交換結合による安定化の効果を確認する。
図12において、横軸の相対ヒステリシス・エリアと
は、磁気抵抗効果MR比と外部印加磁界HのMR−H曲
線の測定において、磁界Hを高めていったときのMR曲
線とこれより低めていった曲線間の領域の面積であり、
バルクハウゼンノイズが大きいほどこの相対ヒステリシ
ス・エリアは大きくなる。この相対ヒステリシス・エリ
アは、磁界Hを高めたときのMR比(MRforward )磁
界Hを低めたときのMR比(MRreverse )とするとき
の、−400〜400〔Oe〕の積分、 Σ|(MRforward(i)−MRreverse(i)) |×(|
Hi −Hi+1 |) で定義される。横軸のヒステリシス・エリアは、その積
分範囲によっての大きさが異なるなめに、その絶対値に
は定量的意味はない。また、このヒステリシス・エリア
の計算は、簡易的に出力電圧値VとHの積分で計算し
た。しかしながら、この計算方法でも、上述したよう
に、バルクハウゼンノイズが大きいほどこの相対ヒステ
リシス・エリアは大きくなり、ノイズの大きさを示す指
標として用いることができるものである。That is, the effect of stabilization by long-distance exchange coupling is confirmed by comparing the two elements.
In FIG. 12, the relative hysteresis area on the horizontal axis indicates the MR curve when the magnetic field H is increased and the MR curve when the magnetic field H is increased in the measurement of the MR ratio and the MR-H curve of the externally applied magnetic field H. Is the area of the area between the curves
The larger the Barkhausen noise, the larger the relative hysteresis area. The relative hysteresis area is an integral of -400 to 400 [Oe] when an MR ratio (MRforward) when the magnetic field H is increased and an MR ratio (MRreverse) when the magnetic field H is decreased, Σ | (MRforward (i) −MRreverse (i)) | × (|
H i −H i + 1 |). The absolute value of the hysteresis area on the horizontal axis has no quantitative significance, because the size of the hysteresis area differs depending on the integration range. The calculation of the hysteresis area was simply performed by integrating the output voltage values V and H. However, even in this calculation method, as described above, the relative hysteresis area increases as the Barkhausen noise increases, and can be used as an index indicating the magnitude of the noise.
【0068】尚、上述したように、この場合、素子サイ
ズ(面積S)を直径0.3μm〜4.0μmに変化させ
ていることによって、同じSV型GMR構造の場合で
も、素子サイズによって出力V∝抵抗R∝1/Sとな
り、出力電圧が変化するものである。As described above, in this case, since the element size (area S) is changed from 0.3 μm to 4.0 μm in diameter, even in the case of the same SV type GMR structure, the output V depends on the element size. ∝Resistance R∝1 / S, and the output voltage changes.
【0069】上述の結果から、長距離交換結合による安
定化バイアス用反強磁性層を、自由磁性層4に形成した
ことにより、通常観測されるきわめて大きなヒステリシ
ス・エリアが小さくなっていることがわかる。また、図
13と図14とに、直径0.4μmとした長距離交換結
合による安定化バイアス用反強磁性層を設けた同様の各
SV型GMR素子と、安定化バイアス用反強磁性層を設
けない場合のSV型GMR素子との典型的な規格化MR
曲線を示した。From the above results, it can be seen that the formation of the antiferromagnetic layer for stabilizing bias by long-distance exchange coupling in the free magnetic layer 4 reduces the extremely large hysteresis area normally observed. . 13 and 14 show the same SV-type GMR element having a stabilizing bias antiferromagnetic layer provided by long-distance exchange coupling having a diameter of 0.4 μm, and a stabilizing bias antiferromagnetic layer. Typical normalized MR with SV type GMR element when not provided
The curves are shown.
【0070】これにより長距離交換結合による安定化バ
イアス用反強磁性層を設けた素子は、すぐれたMR特性
を有することがわかる。すなわち、従来の長距離交換結
合による安定化バイアス用反強磁性層を設けない場合の
素子は、電流磁界による回転磁区の形成、移動および消
滅に起因すると思われるバルクハウゼンノイズが観測さ
れている。これに対し、長距離交換結合による安定化バ
イアス用反強磁性層を設けた素子では、素子全域に安定
化バイアス用反強磁性層を設けたことによって、素子全
域に安定化バイアスが印加されるために、上述した回転
磁区が形成されにくく、単一磁区化されバルクハウゼン
ノイズの低減、かつ線形応答性の良好なMR波形が得ら
れる。From this, it can be seen that the device provided with the antiferromagnetic layer for stabilizing bias by long-distance exchange coupling has excellent MR characteristics. That is, in the case where the antiferromagnetic layer for stabilizing bias is not provided by the conventional long-distance exchange coupling, Barkhausen noise which is considered to be caused by the formation, movement and disappearance of the rotating magnetic domain by the current magnetic field is observed. On the other hand, in the device provided with the antiferromagnetic layer for stabilizing bias by long-distance exchange coupling, the stabilizing bias is applied to the entire device by providing the antiferromagnetic layer for stabilizing bias over the entire device. Therefore, the above-mentioned rotating magnetic domain is hardly formed, and a single magnetic domain is formed, so that an MR waveform with reduced Barkhausen noise and excellent linear response can be obtained.
【0071】上述した実施例においては、安定化バイア
ス用反強磁性層21がPtMnによって構成した場合で
あるが、この安定化バイアス用反強磁性層21を例えば
酸化物層によって形成して鏡面反射が生じるようにする
ことによってスペキュラー構造のスピンフィルタ型のS
V型GMRを構成することができる。In the above-described embodiment, the anti-ferromagnetic layer for stabilizing bias 21 is made of PtMn. Is generated, so that a spin filter type S having a specular structure is formed.
A V-shaped GMR can be configured.
【0072】次に、本発明によるMR素子の製造方法
を、MR素子部35がボトム型SV型GMRである場合
について説明する。この場合、基板15上に、下地層1
6と、反強磁性層1を構成する材料層と、固定磁性層2
と、非磁性層3と、自由磁性層4と、非磁性スペーサ層
22と、安定化バイアス用反強磁性層21を構成する材
料層と、保護層24との積層構造を構成する成膜工程を
行う。Next, a method of manufacturing an MR element according to the present invention will be described for the case where the MR element section 35 is a bottom type SV type GMR. In this case, the underlayer 1 is formed on the substrate 15.
6, a material layer constituting the antiferromagnetic layer 1, and a pinned magnetic layer 2
And a non-magnetic layer 3, a free magnetic layer 4, a non-magnetic spacer layer 22, a material layer forming a stabilizing bias antiferromagnetic layer 21, and a protective layer 24 to form a laminated structure. I do.
【0073】この場合、例えば自由磁性層4の成膜と同
時に、例えば磁束ガイド8および9の成膜を行うことが
できる。これら成膜は、例えば高真空マグネトロン・ス
パッタリング装置によって、Ar,Ne,Xe,Krや
これら2以上混合ガス等によるスパッタガスを用いて形
成できる。しかしながら、これら層の成膜は、他のIB
D(Ion Beam Deposition)や、MBE(Molecular Beam
Epitaxy: 分子線エピタキシー)、真空蒸着などの各種
成膜技術によることができる。In this case, for example, the magnetic flux guides 8 and 9 can be formed simultaneously with the formation of the free magnetic layer 4, for example. These films can be formed by, for example, a high vacuum magnetron sputtering apparatus using a sputtering gas of Ar, Ne, Xe, Kr, or a mixed gas of two or more of these. However, the formation of these layers is not
D (Ion Beam Deposition), MBE (Molecular Beam)
Epitaxy: molecular beam epitaxy), various deposition techniques such as vacuum deposition.
【0074】その後、固定磁性層2の磁気異方性すなわ
ち磁化容易軸の方向を決定する第1の熱処理と、自由磁
性層4の磁気異方性の再誘導とを行う第2の熱処理工程
とを行う。図15AおよびBは、これら第1および第2
の熱処理の説明図で、これら図15AおよびBでは、そ
の理解を容易にするために、積層構造のうちの、固定磁
性層2と自由磁性層4とを便宜上並置して示している。
これら第1および第2の熱処理においては、それぞれ膜
面に沿いかつ互いに直交する磁界Hex1 およびHex2 の
印加の下で行われる。Thereafter, a first heat treatment for determining the magnetic anisotropy of the fixed magnetic layer 2, that is, the direction of the axis of easy magnetization, and a second heat treatment step for re-inducing the magnetic anisotropy of the free magnetic layer 4, I do. FIGS. 15A and 15B show these first and second
15A and 15B, for easy understanding, the fixed magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4 of the laminated structure are juxtaposed for convenience.
The first and second heat treatments are performed under the application of magnetic fields Hex1 and Hex2, respectively, along the film surface and orthogonal to each other.
【0075】この第1の熱処理によって、反強磁性層1
および21の異方性の向きを決定し、固定磁性層2の磁
化を固定する。すなわち、この第1の熱処理による、図
15Aに示す磁界Hex1 の印加の下での加熱によって一
旦固定磁性層2の磁化(破線矢印M2 で示す)および自
由磁性層4の磁化(矢印M4 で示す)は印加磁界Hex1
と同方向に向くが、処理後の温度の低下と共に、第1の
反強磁性層1と強く交換結合している固定磁性層2は、
実線矢印M2 で示すように、反転し、この向きに固定さ
れる。The anti-ferromagnetic layer 1 is formed by the first heat treatment.
And 21 are determined, and the magnetization of the fixed magnetic layer 2 is fixed. That is, according to the first heat treatment, magnetization (arrow M 4 of the magnetization (indicated by a dotted arrow M 2) and a free magnetic layer 4 once fixed magnetic layer 2 by heating under application of a magnetic field Hex1 shown in FIG. 15A Shown) is the applied magnetic field Hex1
The pinned magnetic layer 2 that is strongly exchange-coupled to the first antiferromagnetic layer 1 with the decrease in the temperature after the processing is
As shown by the solid line arrows M 2, inverted, it is fixed to this orientation.
【0076】この第1の熱処理における印加磁界Hex1
は、固定磁性層2を、積層フェリ構造とする場合は、例
えば10k〔Oe〕という高い磁界に選定するが、積層
フェリ構造によらない単層構造とするときは、2k〔O
e〕とすることができる。また、この第1の熱処理にお
ける加熱温度は、例えば265℃とし、その保持時間を
4時間とすることができる。The applied magnetic field Hex1 in the first heat treatment
In the case where the fixed magnetic layer 2 has a laminated ferri structure, a high magnetic field of, for example, 10 k [Oe] is selected.
e]. Further, the heating temperature in the first heat treatment may be, for example, 265 ° C., and the holding time may be 4 hours.
【0077】そして、この第1の熱処理において、例え
ば反強磁性層1および21の構成材料が、PtMnのよ
うな、成膜のままの状態では不規則相を有し反強磁性を
示さない規則系反強磁性体である場合は、この第1の熱
処理によって、この不規則相を規則相へと変態させて反
強磁性を示すようにすることができる。In the first heat treatment, for example, the constituent material of the antiferromagnetic layers 1 and 21 has a disordered phase such as PtMn and has no irregularity in the as-deposited state and does not exhibit antiferromagnetism. In the case of a system antiferromagnet, the irregular phase can be transformed into an ordered phase by the first heat treatment to exhibit antiferromagnetism.
【0078】次に、第2の熱処理を、図15Bに示すよ
うに、第1の熱処理における印加磁界Hex1 と直交する
磁界Hex2 の印加の下で行う。この第2の熱処理は、こ
の第2の熱処理は、固定磁性層2の異方性がこの熱処理
によって分散することがない温度の低い温度に選定する
ものであり、例えば240℃〜300℃とし、この第2
の熱処理における印加磁界も、第1の熱処理時の印加磁
界Hex1 より充分低い、磁界Hex2 の100〔Oe〕〜
1000〔Oe〕に選定する。このようにして、第2の
熱処理によって、自由磁性層4および磁束ガイド8およ
び9の、磁気異方性を、固定磁性層2のそれと直交する
方向とし、その磁化の向きを矢印M2 で示すように、磁
界Hex2 に沿う向きに再誘導する。Next, as shown in FIG. 15B, a second heat treatment is performed under the application of a magnetic field Hex2 orthogonal to the applied magnetic field Hex1 in the first heat treatment. The second heat treatment is selected at a low temperature at which the anisotropy of the fixed magnetic layer 2 is not dispersed by the heat treatment. This second
The applied magnetic field in the heat treatment is also sufficiently lower than the applied magnetic field Hex1 in the first heat treatment.
Select 1000 [Oe]. In this way, the second heat treatment, the free magnetic layer 4 and the magnetic flux guide 8 and 9, the magnetic anisotropy, and the direction perpendicular to that of the fixed magnetic layer 2, showing the magnetization directions by the arrows M 2 As described above, the magnetic field is guided in the direction along the magnetic field Hex2.
【0079】上述したように、本発明製造方法において
は、第1および第2の磁界印加熱処理を行うものである
が、固定磁性層2を積層フェリ構造とするときは、第1
の反強磁性層1に含まれる例えばMn元素の拡散を抑制
する効果があるために高い耐熱性を示す。このことか
ら、上述した少なくとも第1および第2の2回の高温熱
処理に対して特性劣化を来すことが回避される。As described above, in the manufacturing method of the present invention, the first and second magnetic field applying heat treatments are performed.
It has high heat resistance because it has an effect of suppressing the diffusion of, for example, Mn element contained in the antiferromagnetic layer 1 of FIG. From this, it can be avoided that the characteristics are deteriorated by at least the first and second high-temperature heat treatments described above.
【0080】また、積層フェリ磁性層構造は、互いに反
平行に配列された2つの強磁性層から構成され、これら
間に、極めて強い反平行になる結合を示す例えば厚さ
0.8nmのRuによる結合膜を介在した構成とされる
ことから、外部磁界に対して磁化が容易に回転しないと
いう特徴を有するために、上述した第2の磁界印加熱処
理において、第1の磁界印加熱処理における磁界の印加
方向と直交する磁界印加を行ったときに、固定磁性層2
の磁化容易軸を回転させることなく、自由磁性層4のみ
の磁化容易軸を容易に回転させることができるものであ
る。The laminated ferrimagnetic layer structure is composed of two ferromagnetic layers arranged antiparallel to each other, and has a very strong antiparallel coupling between them, such as 0.8 nm thick Ru. Because of the configuration in which the coupling film is interposed, the magnetization is not easily rotated with respect to the external magnetic field. Therefore, in the above-described second magnetic field applying heat treatment, the application of the magnetic field in the first magnetic field applying heat treatment is performed. When a magnetic field perpendicular to the direction is applied, the fixed magnetic layer 2
The easy axis of free magnetic layer 4 alone can be easily rotated without rotating the easy axis of magnetization.
【0081】そして、本発明によるMR型磁気ヘッド
は、上述した本発明によるMR素子25を感磁部として
構成するものである。その一例を、図16および図17
を参照して説明する。図16はその概略正面図、図17
はそのA−A線からの概略平面図を示す。この例では、
図2で示した構成を有し、かつCIP構成、すなわちA
MRあるいはSV型GMRによるMR素子25を感磁部
とした場合であるが、CPP構成のSV型GMRによる
こともできるし、TMRによるMRによることもでき
る。また、磁束ガイドを、図1BあるいはCで示した前
方磁束ガイド8あるいは後方磁束ガイド9の一方のみを
設けた構成とするとか、図3および図4で説明したよう
に、安定化バイアス用反強磁性層と硬磁性層との組み合
わせ構造とすることもできるなど、この例に限定される
ことがないことはいうまでもない。The MR type magnetic head according to the present invention comprises the above-described MR element 25 according to the present invention as a magnetic sensing portion. One example is shown in FIG. 16 and FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a schematic front view thereof, and FIG.
Shows a schematic plan view from the line AA. In this example,
It has the configuration shown in FIG. 2 and has a CIP configuration, that is, A
In the case where the MR element 25 of MR or SV GMR is used as the magnetic sensing part, it can be of SV GMR of CPP configuration or MR of TMR. Further, the magnetic flux guide may have a configuration in which only one of the front magnetic flux guide 8 and the rear magnetic flux guide 9 shown in FIG. 1B or C is provided, or as described with reference to FIGS. It goes without saying that the present invention is not limited to this example, for example, a combination structure of a magnetic layer and a hard magnetic layer can be adopted.
【0082】この磁気ヘッドにおいては、下部磁気シー
ルド6上に、所要の厚さを有する非磁性層による下部ギ
ャップ7が形成され、この上に、図17に示すように、
磁気ヘッドの前方面Sから所要の距離Dだけ後退した位
置に、MR素子部35が形成され、このMR素子部35
を挟んでその前方および後方にそれぞれ前方磁束ガイド
8と後方磁束ガイド9が磁気的に結合されて成る。前方
磁束ガイド8の前方端は、前方面Sに臨んで形成され
る。この前方面Sは、磁気記録媒体との摺接面となる。
あるいは例えばディスク状の磁気記録媒体の回転によっ
て発生する空気流いわゆるエアベアリングによって浮上
する磁気ヘッド構成とする場合においては、そのエアベ
アリング面となる。In this magnetic head, a lower gap 7 made of a nonmagnetic layer having a required thickness is formed on a lower magnetic shield 6, and a lower gap 7 is formed thereon as shown in FIG.
An MR element portion 35 is formed at a position retracted by a predetermined distance D from the front surface S of the magnetic head.
A front magnetic flux guide 8 and a rear magnetic flux guide 9 are magnetically coupled to the front and rear sides of the magnetic flux guide, respectively. The front end of the front magnetic flux guide 8 is formed facing the front surface S. The front surface S is a sliding contact surface with the magnetic recording medium.
Alternatively, for example, in the case of a magnetic head configuration in which the air flow generated by rotation of a disk-shaped magnetic recording medium flies by a so-called air bearing, the air bearing surface is used.
【0083】そして、MR素子部35とその前方および
後方の磁束ガイド8および9に差し渡って図2のB1 あ
るいはB2 で示した安定化バイアス用反強磁性層21が
形成され、これによって、MR素子部35とその前方お
よび後方の磁束ガイド8および9に所要の安定化バイア
スを与える。Then, the anti-ferromagnetic layer 21 for stabilizing bias shown by B1 or B2 in FIG. 2 is formed over the MR element portion 35 and the magnetic flux guides 8 and 9 in front and behind the MR element portion 35. A required stabilizing bias is applied to the element section 35 and the magnetic flux guides 8 and 9 in front and behind the element section 35.
【0084】そして、その周辺に非磁性の絶縁層11が
配置され、この上に、MR素子部5の磁気感知層にセン
ス電流Isを通電する対の電極12aおよび12bが形
成され、同様の絶縁層11によって埋め込まれ、その上
に全面的に非磁性層による上部ギャップ層13が形成さ
れ、この上に上部磁気シールド14が被着形成される。Then, a non-magnetic insulating layer 11 is disposed therearound, and a pair of electrodes 12a and 12b for supplying a sense current Is to the magnetic sensing layer of the MR element section 5 are formed thereon. An upper gap layer 13 made of a non-magnetic layer is entirely formed on the upper gap layer 13 buried with the layer 11, and an upper magnetic shield 14 is formed on the upper gap layer 13.
【0085】この構成において、安定化バイアス用反強
磁性層21によって、磁束ガイド8および9の磁化と、
MR素子部35の磁気感知層、この例では自由磁性層
(図示せず)の磁化とは、外部検出磁界が与えられない
状態で、膜面方向に沿いかつ検出外部磁界の導入方向と
直交する同一の向きとされる。In this configuration, the magnetization of the magnetic flux guides 8 and 9 is controlled by the anti-ferromagnetic layer 21 for stabilizing bias.
The magnetization of the magnetic sensing layer of the MR element section 35, in this example, the free magnetic layer (not shown) is along the film surface direction and perpendicular to the direction of introduction of the detected external magnetic field when no external detected magnetic field is applied. The orientation is the same.
【0086】尚、この場合、前述したように、例えば非
磁性スペーサ層22を介在させた長距離交換結合構成と
して、交換結合エネルギーを、例えばMR素子35と、
磁束ガイド8および9とにおいて任意に選定することに
よって、それぞれ最適化安定化バイアスを与えることが
できる。In this case, as described above, for example, as a long-distance exchange coupling configuration in which the nonmagnetic spacer layer 22 is interposed, the exchange coupling energy is set to, for example,
By arbitrarily selecting the magnetic flux guides 8 and 9, an optimized stabilizing bias can be applied to each.
【0087】この磁気ヘッドにおいては、前方磁束ガイ
ド8を有する構成としたことによってMR素子部35
が、直接前方面Sに露出することが回避されたことによ
って、MR素子部35の機械的損耗の回避がなされ、ま
た例えば摺動熱によって、MR素子部35の特性劣化、
熱破壊等を回避できる。また、後方磁束ガイド9を設け
たことにより、これに磁束が有効に通過することによっ
て上下部の磁気シールドへの磁束の分散を効果的に回避
でき、MR素子部35に対し、検出外部磁界すなわち磁
気記録媒体からの記録情報による信号磁界を有効に、M
R素子部35に全奥行き方向に通過させることができる
ことから、MR効率を高めることができる。しかしなが
ら、使用目的、態様に応じて、一方の磁束ガイド8ある
いは9を排除した構造とした磁気ヘッド構成とすること
もできる。In this magnetic head, the MR element 35
Is prevented from being directly exposed on the front surface S, thereby avoiding mechanical wear of the MR element section 35. Further, for example, the characteristic deterioration of the MR element section 35 due to sliding heat,
Thermal destruction and the like can be avoided. In addition, since the rear magnetic flux guide 9 is provided, the magnetic flux is effectively passed through the magnetic flux guide 9 so that the magnetic flux can be effectively prevented from being dispersed to the upper and lower magnetic shields. The signal magnetic field by the information recorded from the magnetic recording medium is effectively
Since the light can pass through the R element section 35 in the entire depth direction, the MR efficiency can be increased. However, a magnetic head configuration having a structure in which one of the magnetic flux guides 8 or 9 is eliminated may be employed depending on the purpose and mode of use.
【0088】また、上述した磁気ヘッド構造において
は、CIP構成とした場合であるが、CPP構成とする
こともでき、この場合においては、上述した電極12a
および12bに換えて例えば上下部磁気シールド6およ
び14を導電性の磁気シールド兼電極とし、また上下ギ
ャップ層を導電性を有する例えばCu等によって構成す
ることによって両磁気シールド6および14間にセンス
電流の通電を行うことができる。In the magnetic head structure described above, the CIP structure is used. However, the CPP structure may be used.
And 12b, the upper and lower magnetic shields 6 and 14 are used as conductive magnetic shields and electrodes, and the upper and lower gap layers are made of a conductive material such as Cu, so that a sense current can flow between the two magnetic shields 6 and 14. Can be energized.
【0089】また、本発明によるMR型磁気ヘッド、す
なわち再生磁気ヘッドを用いて、例えば図18にその概
略斜視図を示すように、例えば電磁誘導型記録ヘッドと
一体化して、記録再生磁気ヘッドを構成することもでき
る。この例においては、図17で説明した構成による再
生磁気ヘッドと一体に記録ヘッドを積層構成した場合で
ある。図18において、図16および図17と対応する
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。Further, by using the MR type magnetic head according to the present invention, that is, the reproducing magnetic head, for example, as shown in a schematic perspective view in FIG. It can also be configured. In this example, a recording head is integrated with the reproducing magnetic head having the configuration described with reference to FIG. 18, parts corresponding to those in FIGS. 16 and 17 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
【0090】そして、この例においては、上部シールド
14上に、前方面S側において、電磁誘導型記録ヘッド
42における磁気ギャップを構成するSiO2 、Al2
O3等より成る非磁性層43が形成され、この上に導電
層によって形成したコイル44が形成される。また、非
磁性層43上には、磁性層による磁気コア45が、その
前方端が、前方面Sに臨んで形成され、その後方側が、
非磁性層43に穿設した透孔を通じ、かつコイル44の
中心部を通って、磁気シールド14に磁気的に結合する
ようになされる。このようにして、前方面に非磁性層4
3による磁気ギャップが形成され、磁気コア45と、磁
気シールド14によって閉磁路が形成された誘導型記録
磁気ヘッド42が、SV型GMRによる磁気ヘッドと一
体に構成された記録再生磁気ヘッドが構成される。In this example, on the upper shield 14, on the front surface S side, SiO 2 , Al 2 constituting the magnetic gap in the electromagnetic induction type recording head 42.
A nonmagnetic layer 43 made of O 3 or the like is formed, and a coil 44 formed of a conductive layer is formed thereon. On the non-magnetic layer 43, a magnetic core 45 of a magnetic layer is formed with its front end facing the front surface S, and its rear side is
The magnetic shield 14 is magnetically coupled to the magnetic shield 14 through a through hole formed in the nonmagnetic layer 43 and through the center of the coil 44. Thus, the nonmagnetic layer 4 is formed on the front surface.
3, a magnetic core 45 and an inductive recording magnetic head 42 in which a closed magnetic path is formed by the magnetic shield 14 constitute a recording / reproducing magnetic head integrally formed with a SV-type GMR magnetic head. You.
【0091】上述したように、本発明においては、磁気
抵抗効果素子、あるいはこれによる磁気抵抗効果磁気ヘ
ッドにおいて、そのMR素子部35、前方磁束ガイド
8、後方磁束ガイド9の全てに、あるいはいずれか1以
上に安定化バイアス用反強磁性層21を設けたことによ
って各安定化バイアスの選定の自由度を高めることがで
きる。As described above, in the present invention, in the magnetoresistive effect element or the magnetoresistive magnetic head using the same, the MR element portion 35, the front magnetic flux guide 8, the rear magnetic flux guide 9, or any one of them. By providing one or more stabilizing bias antiferromagnetic layers 21, the degree of freedom in selecting each stabilizing bias can be increased.
【0092】すなわち、例えばMR素子部35の磁気感
知層と、これに磁気的に結合した磁束ガイドのいずれに
も安定化バイアス用反強磁性層を被着形成することによ
って、この安定化バイアス用反強磁性層を直接的交換結
合としたり、長距離交換結合における非磁性スペーサ層
22の厚さを選定するなどによってそれぞれ必要充分な
安定化バイアスを与えることができる。また、この場合
において、各磁気感知層、磁束ガイドの全面に安定化バ
イアス用反強磁性層を配置することによって、硬磁性層
をこれら磁気感知層、磁束ガイドの両側に配置して安定
化バイアスを与える場合に比し、全面に渡って均一に所
要の磁化状態を形成することができることから、単磁区
化を確実に図ることができ、例えば磁気感知層において
は、所要の磁気抵抗効果を生じる動作領域をほぼ全域
に、かつ高い感度をもって形成することができる。した
がって、MR素子およびMR型磁気ヘッドにおいて、高
い感度、高い安定性、ノイズの低減化を図ることができ
る。That is, for example, by forming a stabilizing bias antiferromagnetic layer on both the magnetic sensing layer of the MR element section 35 and the magnetic flux guide magnetically coupled to the magnetic sensing layer, this stabilizing bias A necessary and sufficient stabilizing bias can be applied to each of the antiferromagnetic layers by direct exchange coupling or by selecting the thickness of the nonmagnetic spacer layer 22 in long-distance exchange coupling. Also, in this case, by disposing an antiferromagnetic layer for stabilizing bias on the entire surface of each magnetic sensing layer and magnetic flux guide, the hard magnetic layer is arranged on both sides of these magnetic sensing layers and magnetic flux guide to stabilize the bias. The required magnetization state can be formed uniformly over the entire surface as compared with the case where the magnetic field is given, so that a single magnetic domain can be surely formed. For example, a required magnetoresistance effect occurs in the magnetic sensing layer. The operation region can be formed in almost the entire region and with high sensitivity. Therefore, in the MR element and the MR type magnetic head, high sensitivity, high stability, and reduction of noise can be achieved.
【0093】また、このようにバイアス用反強磁性層を
配置することによって、硬磁性層を全廃することができ
ることから、構造の簡潔化、小型化を図ることができる
が、必要に応じて硬磁性層を組み合わせ用いることによ
ってより、各磁気感知層および磁束ガイドに関してそれ
ぞれ最適の安定化バイアス状態を得ることができる。Further, by disposing the antiferromagnetic layer for biasing in this way, the hard magnetic layer can be completely eliminated, so that the structure can be simplified and the size can be reduced. By using the magnetic layers in combination, it is possible to obtain the optimum stabilizing bias state for each magnetic sensing layer and magnetic flux guide.
【0094】また、図10および図11で説明したよう
に、MR素子部35と、磁束ガイドとの幅が異なる形状
とする場合において、これらMR素子部と磁束ガイドに
対して従来におけるように、硬磁性層のみによって各部
に最適な安定化バイアスを印加することは極めて困難で
あり、また磁束ガイドにおける幅、あるいはこれとMR
素子部35との結合部における幅の不一致部において
も、幅や長さに関係なく、適切に安定化バイアスを印加
することができる。As described with reference to FIGS. 10 and 11, when the width of the MR element portion 35 and the magnetic flux guide are different from each other, the MR element portion and the magnetic flux guide are different from each other as in the related art. It is extremely difficult to apply the optimum stabilizing bias to each part only by the hard magnetic layer,
A stabilizing bias can be appropriately applied to a portion where the width does not match at the coupling portion with the element portion 35 regardless of the width or length.
【0095】尚、本発明によるMR素子およびMR型磁
気ヘッドは、上述した構造に限定されるものではなく、
本発明範囲において種々の変形変更を行うことができ、
また、これに応じて本発明製造方法も本発明範囲におい
て、種々の変更を行うことができる。Incidentally, the MR element and the MR type magnetic head according to the present invention are not limited to the above-described structures.
Various modifications and changes can be made within the scope of the present invention,
In addition, various modifications can be made to the manufacturing method of the present invention within the scope of the present invention.
【0096】[0096]
【発明の効果】上述したように、本発明においては、磁
気抵抗効果素子の素子部における磁気感知層、磁束ガイ
ド全てに、あるいはいずれか1以上に安定化バイアス用
反強磁性層を設け、この安定化バイアス用反強磁性層を
直接的交換結合としたり、長距離交換結合における非磁
性スペーサ層の厚さを選定するなどによって、磁気抵抗
効果素子部と磁束ガイドとの幅の相違等に関係なく、そ
れぞれ必要充分な安定化バイアスを与えることができ
る。As described above, in the present invention, a stabilizing bias antiferromagnetic layer is provided on all or at least one of the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide in the element portion of the magnetoresistive element. Depending on the direct exchange coupling of the antiferromagnetic layer for stabilizing bias or the thickness of the non-magnetic spacer layer in long-distance exchange coupling, the difference between the width of the magnetoresistive element and the magnetic flux guide is affected. However, it is possible to provide a necessary and sufficient stabilizing bias.
【0097】また、磁気感知層、磁束ガイドの全面に安
定化バイアス用反強磁性層を配置することによって、硬
磁性層をこれら磁気感知層、磁束ガイドの両側に配置し
て安定化バイアスを与える場合に比し、全面に渡って均
一に所要の磁化状態を形成することができることから、
単磁区化を確実に図ることができるものであり、例えば
磁気感知層においては、所要の磁気抵抗効果を生じる動
作領域をほぼ全域に、かつ高い感度をもって形成するこ
とができる。したがって、MR素子およびMR型磁気ヘ
ッドにおいて、高い感度、高い安定性、ノイズの低減化
を図ることができる。Further, by disposing a stabilizing bias antiferromagnetic layer on the entire surface of the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide, a hard magnetic layer is arranged on both sides of the magnetic sensing layer and the magnetic flux guide to apply a stabilizing bias. As compared with the case, the required magnetization state can be formed uniformly over the entire surface,
A single magnetic domain can be surely achieved. For example, in a magnetic sensing layer, an operation region in which a required magnetoresistance effect is generated can be formed in almost the entire region and with high sensitivity. Therefore, in the MR element and the MR type magnetic head, high sensitivity, high stability, and reduction of noise can be achieved.
【0098】また、硬磁性層を全廃することができるこ
とから、構造の簡潔化、小型化を図ることができる。ま
た、あるいは安定化バイアス用反強磁性層と硬磁性層と
を組み合わせ用いることによってより、各磁気感知層お
よび磁束ガイドに関してそれぞれ最適の安定化バイアス
状態を得ることができる。Further, since the hard magnetic layer can be completely eliminated, the structure can be simplified and the size can be reduced. Alternatively, by using a combination of a stabilizing bias antiferromagnetic layer and a hard magnetic layer, an optimum stabilizing bias state can be obtained for each magnetic sensing layer and magnetic flux guide.
【0099】そして、上述したように、本発明によれ
ば、安定化バイアス用反強磁性層を、MR素子や、磁束
ガイドに配置することによってその幅や長さに関係な
く、その全域に渡ってほぼ一様な安定化バイアスを印加
できることから、本発明によるMR型磁気ヘッドを例え
ば磁気テープの再生ヘッドにおける比較的トラック幅の
広い磁気ヘッドを構成する場合においても、安定して、
高感度の磁気ヘッドを構成することができる。As described above, according to the present invention, by arranging the anti-ferromagnetic layer for stabilizing bias on the MR element or the magnetic flux guide, it can be provided over the entire area irrespective of its width and length. Since a substantially uniform stabilizing bias can be applied to the MR type magnetic head according to the present invention, even when a magnetic head having a relatively wide track width in a reproducing head of a magnetic tape, for example, can be stably formed,
A highly sensitive magnetic head can be configured.
【0100】また、本発明製造方法によれば、2回の磁
界印加熱処理によって、確実に目的とする安定化バイア
スを与えることができる。Further, according to the manufacturing method of the present invention, a target stabilizing bias can be reliably applied by performing the magnetic field application heat treatment twice.
【図1】A〜Cは、本発明による磁気抵抗効果素子の基
本構成の各例の概略平面図である。1A to 1C are schematic plan views of examples of a basic configuration of a magnetoresistive element according to the present invention.
【図2】Aは、本発明による磁気抵抗効果素子の一例の
平面図である。B1およびB2は、それぞれ本発明によ
る磁気抵抗効果素子の各例の概略断面図である。FIG. 2A is a plan view of an example of a magnetoresistance effect element according to the present invention. B1 and B2 are schematic sectional views of respective examples of the magnetoresistive element according to the present invention.
【図3】Aは、本発明による磁気抵抗効果素子の一例の
平面図である。B1およびB2は、それぞれ本発明によ
る磁気抵抗効果素子の各例の概略断面図である。FIG. 3A is a plan view of an example of the magnetoresistance effect element according to the present invention. B1 and B2 are schematic sectional views of respective examples of the magnetoresistive element according to the present invention.
【図4】Aは、本発明による磁気抵抗効果素子の一例の
平面図である。B1およびB2は、それぞれ本発明によ
る磁気抵抗効果素子の各例の概略断面図である。FIG. 4A is a plan view of an example of the magnetoresistance effect element according to the present invention. B1 and B2 are schematic sectional views of respective examples of the magnetoresistive element according to the present invention.
【図5】本発明によるMR素子の磁気感知層によるMR
素子部の一例の概略断面図である。FIG. 5 is an MR diagram of a magnetic sensing layer of an MR element according to the invention.
It is a schematic sectional drawing of an example of an element part.
【図6】本発明によるMR素子の磁気感知層を有するM
R素子部の一例の概略断面図である。FIG. 6 shows M having a magnetic sensing layer of an MR element according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view of an example of an R element section.
【図7】本発明によるMR素子の磁気感知層を有するM
R素子部の一例の概略断面図である。FIG. 7 shows an M element having a magnetic sensing layer of an MR element according to the present invention;
FIG. 4 is a schematic sectional view of an example of an R element section.
【図8】本発明によるMR素子の磁気感知層を有するM
R素子部の他の例の概略断面図である。FIG. 8 shows M having a magnetic sensing layer of an MR element according to the present invention.
It is a schematic sectional drawing of another example of an R element part.
【図9】本発明によるMR素子の磁気感知層を有するM
R素子部の他の例の概略断面図である。FIG. 9 shows M having a magnetic sensing layer of an MR element according to the present invention.
It is a schematic sectional drawing of another example of an R element part.
【図10】A〜Fは、それぞれ本発明によるMR素子の
各例の概略平面図である。FIGS. 10A to 10F are schematic plan views of respective examples of an MR element according to the present invention.
【図11】A〜Fは、それぞれ本発明によるMR素子の
各例の概略平面図である。11A to 11F are schematic plan views of respective examples of the MR element according to the present invention.
【図12】安定化バイアス用反強磁性層の効果の説明に
供するMR素子部の相対出力電圧と相対ヒステリシス・
エリアの関係を示す図である。FIG. 12 is a graph showing the relative output voltage and relative hysteresis of the MR element for explaining the effect of the anti-ferromagnetic layer for stabilizing bias.
It is a figure showing the relation of an area.
【図13】安定化バイアス用反強磁性層を有するMR素
子部のMR特性曲線である。FIG. 13 is an MR characteristic curve of an MR element having an antiferromagnetic layer for stabilizing bias.
【図14】安定化バイアス用反強磁性層のないMR素子
部のMR特性曲線である。FIG. 14 is an MR characteristic curve of an MR element portion without an antiferromagnetic layer for stabilizing bias.
【図15】AおよびBは、本発明製造方法の説明に供す
る磁化状態を示す図である。FIGS. 15A and 15B are diagrams showing magnetization states for explaining the manufacturing method of the present invention. FIGS.
【図16】本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘッドの一
例の概略正面図である。FIG. 16 is a schematic front view of an example of a magnetoresistive head according to the present invention.
【図17】図16のA−A線の概略平面図である。FIG. 17 is a schematic plan view taken along line AA of FIG. 16;
【図18】本発明による記録再生磁気ヘッドの一例の概
略斜視図である。FIG. 18 is a schematic perspective view of an example of a recording / reproducing magnetic head according to the present invention.
【図19】本発明の説明に供する反強磁性層と自由磁性
層との交換結合エネルギーの非磁性スペーサ層の膜厚依
存性を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing the dependence of the exchange coupling energy between the antiferromagnetic layer and the free magnetic layer on the thickness of the non-magnetic spacer layer for the description of the present invention.
【図20】従来のMR素子の概略断面図である。FIG. 20 is a schematic sectional view of a conventional MR element.
【図21】従来の磁気ヘッドの概略正面図である。FIG. 21 is a schematic front view of a conventional magnetic head.
【図22】図21のA−A線からみた概略平面図であ
る。FIG. 22 is a schematic plan view taken along line AA of FIG. 21.
1・・・反強磁性層、2・・・固定磁性層、3・・・非
磁性層、3T・・・トンネルバリア層、4・・・自由磁
性層、5・・・MR素子部、6・・・下部磁気シール
ド、7・・・下部ギャップ層、8・・・前方磁束ガイ
ド、9・・・後方磁束ガイド、10・・・硬磁性層、1
1・・・絶縁層、12a,12b・・・電極、13・・
・上部ギャップ層、14・・・上部磁気シールド、15
・・・基板、16・・・下地層、21・・・安定化バイ
アス用反強磁性層、22・・・非磁性スペーサ層、23
・・・異方性磁気抵抗層、24・・・保護層、25・・
・MR素子、35・・・MR素子部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antiferromagnetic layer, 2 ... Pinned magnetic layer, 3 ... Nonmagnetic layer, 3T ... Tunnel barrier layer, 4 ... Free magnetic layer, 5 ... MR element part, 6 ... lower magnetic shield, 7 ... lower gap layer, 8 ... front magnetic flux guide, 9 ... rear magnetic flux guide, 10 ... hard magnetic layer, 1
1 ... insulating layer, 12a, 12b ... electrode, 13 ...
-Upper gap layer, 14 ... upper magnetic shield, 15
... Substrate, 16 ... Underlayer, 21 ... Stabilizing bias antiferromagnetic layer, 22 ... Nonmagnetic spacer layer, 23
... anisotropic magnetoresistive layer, 24 ... protective layer, 25 ...
.MR element, 35 ... MR element part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 43/12 G01R 33/06 R ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 43/12 G01R 33/06 R
Claims (16)
気的に結合される少なくとも前方磁束ガイドあるいは後
方磁束ガイドの少なくとも一方が設けられて成る磁気抵
抗効果素子であって、 上記磁気抵抗効果素子部の磁気感知層、上記前方磁束ガ
イド、または上記後方磁束ガイドの少なくともいずれか
の膜面に、安定化バイアス用反強磁性層が直接的に交換
結合して配置されるか、非磁性スペーサ層を介して長距
離交換結合して配置されて成り、 上記安定化用反強磁性層との直接的交換結合あるいは長
距離交換結合によって上記磁気抵抗効果素子部の磁気感
知層、上記前方磁束ガイド、または上記後方磁束ガイド
の少なくともいずれかの磁化容易軸の向きの設定がなさ
れたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。1. A magnetoresistive element in which at least one of a front magnetic flux guide and a rear magnetic flux guide magnetically coupled is provided on a magnetic sensing layer of a magnetoresistive effect element section, An antiferromagnetic layer for stabilizing bias is directly exchange-coupled to a film surface of at least one of the magnetic sensing layer of the element portion, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic guide, or a nonmagnetic spacer A magnetic sensing layer of the magnetoresistive element, a forward magnetic flux guide, and a direct exchange coupling or a long distance exchange coupling with the stabilizing antiferromagnetic layer. Or the direction of the axis of easy magnetization of at least one of the rear magnetic flux guide is set.
ド、後方磁束ガイドに対する、直接的交換結合あるいは
長距離交換結合された安定化バイアス用反強磁性層が、
磁化がなされた硬磁性層による磁界との共働によって、
上記磁化容易軸の向きの設定がなされるようにしたこと
を特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。2. An antiferromagnetic layer for stabilizing bias, which is directly exchange-coupled or long-distance exchange-coupled to the magnetoresistance effect element, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide,
By cooperating with the magnetic field by the magnetized hard magnetic layer,
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the direction of the easy axis is set.
結合による安定化反強磁性層が配置されていない上記磁
気抵抗効果素子、前方磁束ガイド、後方磁束ガイドに対
して、磁化がなされた硬磁性層による磁界が印加されて
磁化容易軸の向きの設定がなされたことを特徴とする請
求項1に記載の磁気抵抗効果素子。3. A hard magnetic material in which the magnetoresistance effect element, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide, on which the stabilized antiferromagnetic layer is not disposed by the direct exchange coupling or the long-distance exchange coupling, is magnetized. 2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the direction of the axis of easy magnetization is set by applying a magnetic field from the layer.
方磁束ガイドあるいは上記後方磁束ガイドの少なくとも
いずれかの幅とが相違し、これら幅が相違する上記磁気
抵抗効果素子部と上記磁束ガイドに、直接的交換結合あ
るいは長距離交換結合された上記安定化反強磁性層が配
置されて成ることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵
抗効果素子。4. A width of the magneto-resistance effect element portion and a width of at least one of the front magnetic flux guide and the rear magnetic flux guide, and the magneto-resistance effect element portion and the magnetic flux guide having different widths are different from each other. 2. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein said stabilized antiferromagnetic layer which is directly exchange-coupled or long-distance exchange-coupled is arranged.
抗効果層による磁気感知層を有して成ることを特徴とす
る請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。5. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said magnetoresistive element has a magnetic sensing layer of an anisotropic magnetoresistive layer.
型巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項
1に記載の磁気抵抗効果素子。6. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said magnetoresistive element is a spin valve type giant magnetoresistive element.
気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項1に記載
の磁気抵抗効果素子。7. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein said magnetoresistance effect element is a tunnel type magnetoresistance effect element.
気抵抗効果素子部の磁気感知層に、磁気的に結合される
少なくとも前方磁束ガイドあるいは後方磁束ガイドの少
なくとも一方が設けられて成る磁気抵抗効果素子より構
成された磁気抵抗効果型磁気ヘッドであって、 上記磁気抵抗効果素子の磁気感知層に、磁気的に結合さ
れる少なくとも前方磁束ガイドあるいは後方磁束ガイド
の少なくとも一方が設けられて成り、 上記磁気抵抗効果素子部の磁気感知層、上記前方磁束ガ
イド、または上記後方磁束ガイドの少なくともいずれか
の膜面に安定化反強磁性層が直接的に交換結合して配置
されるか、非磁性スペーサ層を介して長距離交換結合し
て配置されて成り、 上記安定化反強磁性層との直接的交換結合あるいは長距
離交換結合によって上記磁気抵抗効果素子部の磁気感知
層、上記前方磁束ガイド、または上記後方磁束ガイドの
少なくともいずれかの磁化容易軸の向きの設定がなされ
たことを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。8. A magneto-sensitive section, wherein at least one of a front magnetic flux guide and a rear magnetic flux guide magnetically coupled is provided on a magnetoresistive element section and a magnetic sensing layer of the magnetoresistive element section. A magnetoresistive effect type magnetic head comprising: a magnetic sensing layer of the magnetoresistive effect element, wherein at least one of a front magnetic flux guide or a rear magnetic flux guide magnetically coupled is provided. Wherein a stabilized antiferromagnetic layer is directly exchange-coupled to at least one of the film surfaces of the magnetic sensing layer, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide of the magnetoresistive element. A long-distance exchange coupling via a non-magnetic spacer layer, and the above-described one by direct exchange coupling or long-distance exchange coupling with the stabilized antiferromagnetic layer. A magnetoresistive magnetic head, wherein the direction of the axis of easy magnetization of at least one of the magnetic sensing layer of the magnetoresistive element, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide is set.
ド、後方磁束ガイドに対する、直接的交換結合あるいは
長距離交換結合された安定化バイアス用反強磁性層が、
磁化がなされた硬磁性層による磁界との共働によって、
上記磁化容易軸の向きの設定がなされるようにしたこと
を特徴とする請求項8に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ド。9. A stabilizing bias antiferromagnetic layer which is directly exchange-coupled or long-distance exchange-coupled to the magnetoresistance effect element, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide,
By cooperating with the magnetic field by the magnetized hard magnetic layer,
9. The magnetoresistive head according to claim 8, wherein the direction of the axis of easy magnetization is set.
換結合による安定化反強磁性層が配置されていない上記
磁気抵抗効果素子、前方磁束ガイド、後方磁束ガイドに
対して、磁化がなされた硬磁性層による磁界が印加され
て磁化容易軸の向きの設定がなされたことを特徴とする
請求項8に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。10. A hard magnetic material in which magnetization is performed with respect to the magnetoresistive element, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide in which the stabilized antiferromagnetic layer is not disposed by the direct exchange coupling or the long-distance exchange coupling. 9. The magnetoresistive head according to claim 8, wherein the direction of the axis of easy magnetization is set by applying a magnetic field from the layer.
前方磁束ガイドあるいは上記後方磁束ガイドの少なくと
もいずれかの幅とが相違し、これら幅が相違する上記磁
気抵抗効果素子部と上記磁束ガイドに、直接的交換結合
あるいは長距離交換結合された上記安定化反強磁性層が
配置されて成ることを特徴とする請求項8に記載の磁気
抵抗効果型磁気ヘッド。11. A width of the magnetoresistive effect element portion and a width of at least one of the front magnetic flux guide and the rear magnetic flux guide, and the magnetoresistive effect element portion and the magnetic flux guide having different widths are different from each other. 9. The magnetoresistive head according to claim 8, wherein said stabilized antiferromagnetic layer which is directly exchange-coupled or long-distance exchange-coupled is arranged.
抵抗効果層による磁気感知層を有して成ることを特徴と
する請求項8に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。12. The magnetoresistive head according to claim 8, wherein said magnetoresistive element has a magnetic sensing layer of an anisotropic magnetoresistive layer.
ブ型巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求
項8に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。13. A magnetoresistive head according to claim 8, wherein said magnetoresistive element is a spin valve type giant magnetoresistive element.
磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項8に記
載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。14. The magnetoresistive head according to claim 8, wherein said magnetoresistive element is a tunnel type magnetoresistive element.
効果素子部の構成層を成膜する工程と、 上記磁気感知部に磁気的に結合される少なくとも前方磁
束ガイドあるいは後方磁束ガイドの少なくとも一方を形
成する工程と、 上記磁気抵抗効果素子部の磁気感知層、上記前方磁束ガ
イド、または上記後方磁束ガイドの少なくともいずれか
の膜面に安定化反強磁性層を、直接的交換結合あるいは
非磁性スペーサ層を介する長距離交換結合によって成膜
する工程とを有し、 上記安定化反強磁性層とこれに直接的交換結合あるいは
長距離交換結合された成膜の磁化の向きを設定する磁界
印加熱処理工程とを有することを特徴とする磁気抵抗効
果素子の製造方法。15. A step of forming a constituent layer of a magnetoresistive element including at least a magnetic sensing layer, and forming at least one of a front magnetic flux guide and a rear magnetic flux guide magnetically coupled to the magnetic sensing element. And stabilizing an antiferromagnetic layer on at least one of the magnetic sensing layer, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide of the magnetoresistive element section, by direct exchange coupling or a nonmagnetic spacer layer. Forming a film by long-distance exchange coupling through a magnetic field, and applying a magnetic field to set the direction of magnetization of the stabilized antiferromagnetic layer and the film directly exchange-coupled or long-distance exchange-coupled thereto. And a method for manufacturing a magnetoresistive element.
気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法にあって、 少なくとも磁気感知層を含む磁気抵抗効果素子部の構成
層を成膜する工程と、 上記磁気感知部に磁気的に結合される少なくとも前方磁
束ガイドあるいは後方磁束ガイドの少なくとも一方を形
成する工程と、 上記磁気抵抗効果素子部の磁気感知層、上記前方磁束ガ
イド、または上記後方磁束ガイドの少なくともいずれか
の膜面に安定化反強磁性層を、直接的交換結合あるいは
非磁性スペーサ層を介する長距離交換結合によって成膜
する工程とを有し、 上記安定化反強磁性層とこれに直接的交換結合あるいは
長距離交換結合された成膜の磁化の向きを設定する磁界
印加熱処理工程とを有することを特徴とする磁気抵抗効
果型磁気ヘッドの製造方法。16. A method for manufacturing a magnetoresistive effect type magnetic head in which a magnetosensitive part comprises a magnetoresistive effect element, comprising: forming a constituent layer of a magnetoresistive effect element part including at least a magnetic sensing layer; Forming at least one of a front magnetic flux guide and a rear magnetic flux guide magnetically coupled to the magnetic sensing unit; and at least one of the magnetic sensing layer of the magnetoresistive element, the front magnetic flux guide, and the rear magnetic flux guide. Forming a stabilized antiferromagnetic layer on any one of the film surfaces by direct exchange coupling or long-distance exchange coupling via a nonmagnetic spacer layer. A magnetic field applying heat treatment step for setting the direction of magnetization of a film formed by selective exchange coupling or long distance exchange coupling. Law.
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