JP2003092444A - 磁気検出素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
性層の両側端面に縦バイアスをかけるための強磁性層を
接合するエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子の
製造方法では、フリー磁性層に確実に縦バイアスをかけ
ることのできる磁気検出素子を形成することが困難であ
った。 【解決手段】 一定の厚さで形成されている非磁性層1
8上に、強磁性層19及び第2反強磁性層20を積層し
た後、第2反強磁性層20を掘り込んで凹部22を形成
することによって、フリー磁性層17をトラック幅方向
に確実に単磁区化できる磁気検出素子を形成することが
できる。
Description
やハードディスクなどに用いられる磁気検出素子の製造
方法に係り、特に磁界検出能力を向上させることができ
る磁気検出素子の製造方法に関する。
された磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面から見
た断面図である。
抗効果を利用したGMR(giant magnetoresistive)素
子の1種であるスピンバルブ型磁気検出素子と呼ばれる
ものであり、ハードディスクなどの記録媒体からの記録
磁界を検出するものである。
ら基板1、下地層2、第1反強磁性層3、固定磁性層
(ピン(Pinned)磁性層)4、非磁性材料層5、フリー
磁性層(Free)6、保護層7で構成された多層膜8と、
この多層膜8の両側部に形成された一対の強磁性層9,
9及びこの強磁性層9,9の上に形成された一対の第2
反強磁性層10,10及び電極層L,Lとで構成されて
いる。
0,10にはPt−Mn(鉄−マンガン)合金膜、固定
磁性層4、フリー磁性層6、及び強磁性層9,9にはN
i−Fe(ニッケル−鉄)合金膜、非磁性材料層5には
Cu(銅)膜、下地層2及び保護層7にはTa、また電
極層L,LにはCr膜が一般的に使用される。
との交換異方性磁界によりY方向(記録媒体からの漏れ
磁界方向;ハイト方向)に単磁区化されている。
0,10との交換異方性磁界によりX方向に単磁区化さ
れている。強磁性層9,9とフリー磁性層6は接合部
J,Jにおいて接しており、連続したフェロ磁性体にな
るようにされている。このように、フリー磁性層6はい
わゆるエクスチェンジバイアス方式によってX方向に単
磁区化されている。エクスチェンジバイアス方式では、
フリー磁性層6の両側端面(接合部J,J)に表面磁荷
が発生せずフリー磁性層6内に発生する反磁界を小さく
できるという利点がある。
2反強磁性層10,10及び強磁性層9,9を介してフ
リー磁性層6、非磁性材料層5及び固定磁性層4に検出
電流(センス電流)が与えられる。ハードディスクなど
の記録媒体の走行方向はZ方向であり、記録媒体からの
洩れ磁界がY方向に与えられると、フリー磁性層6の磁
化がXからY方向へ向けて変化する。このフリー磁性層
6内での磁化の方向の変動と、固定磁性層4の固定磁化
方向との関係で電気抵抗が変化し(これを磁気抵抗効果
という)、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化によ
り、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
を製造するときには、基板1上に、下地層2、第1反強
磁性層3、固定磁性層4、非磁性材料層5、フリー磁性
層6、及び保護層7のそれぞれを一様な膜として成膜し
た後、図38の多層膜8となる部分以外をイオンミリン
グによって削る。その後、多層膜8の側面8a,8aに
直接接するように強磁性層9,9を成膜し、さらに、強
磁性層9,9上に第2反強磁性層10,10及び電極層
L,Lを成膜する。
膜8の側面8a,8aはミリングによって削られた界面
となっている。このようなミリングによって削られた界
面に強磁性層9,9を直接接するように成膜しても、強
磁性層9,9とフリー磁性層6とを接合部J,Jにおい
て連続したフェロ磁性体とすることは難しく、フリー磁
性層6をX方向に安定した単磁区化状態にすることが困
難であった。
接合部J,Jは、多層膜8の側面8a,8a上にあるた
め、接合部J,Jで強磁性層9,9とフリー磁性層6と
を磁気的結合させることが難しく、この理由からもフリ
ー磁性層6をX方向に安定した単磁区化状態にすること
が困難であった。
リー磁性層6との磁気的結合を安定化させるために、多
層膜8の側面8a,8aの傾斜角θ1を小さくすると、
フリー磁性層6のトラック幅方向(X方向)の寸法を所
定の範囲内で形成することが困難になる。
ンジバイアス方式の磁気検出素子では、フリー磁性層6
に安定した縦バイアスをかけてX方向に安定した単磁区
化状態にすることが困難であるという問題が生じてい
た。
9,9とフリー磁性層6を確実に接合させるためには、
強磁性層9,9の膜厚を厚くする必要がある。しかし、
強磁性層9,9の膜厚を厚くすると強磁性層9,9の一
方向異方性磁界が小さくなってフリー磁性層6に充分に
安定な縦バイアスをかけることが困難になるという問題
も生じる。また、強磁性層9,9の膜厚を厚くするとフ
リー磁性層6の両端には不感領域が出来て再生感度が低
下するという問題も生じる。
ものであり、エクスチェンジバイアス方式の磁気検出素
子の製造方法であって、フリー磁性層をX方向に安定し
た単磁区化状態にすることができ、磁界検出感度を向上
させることのできる磁気検出素子の製造方法を提供する
ことを目的とする。
製造方法は、(a)基板上に第1反強磁性層、固定磁性
層、非磁性材料層、フリー磁性層、及び非磁性層を有す
る多層膜を成膜する工程と、(b)前記多層膜を、第1
の熱処理温度、第1の大きさの磁界中で、第1の磁場中
アニールして前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に
固定する工程と、(c)前記多層膜上に、強磁性層及び
第2反強磁性層を成膜する工程と、(d)側面が前記第
2反強磁性層及び前記強磁性層を貫通し、底面が前記非
磁性層内に位置する凹部を形成する工程と、(e)前記
第2反強磁性層が積層された多層膜を、第2の熱処理温
度、第2の大きさの磁界中で第2の磁場中アニールする
ことにより、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁
性層の磁化方向と交叉する方向に固定する工程、を有す
ることを特徴とするものである。
記強磁性層及び前記第2反強磁性層を平坦面として形成
された前記非磁性層の表面上に積層するものであるの
で、前記強磁性層及び前記第2反強磁性層も平坦化され
た層として形成でき、前記強磁性層、前記非磁性層、及
び前記フリー磁性層からなるシンセティックフェリ構造
において前記強磁性層と前記フリー磁性層間のRKKY
相互作用を大きくすることが容易になる。
第2反強磁性層が、平坦面である前記非磁性層上に積層
されたものであるので、前記強磁性層及び前記第2反強
磁性層の積層工程の制御が容易になる。特に、前記強磁
性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層からなるシ
ンセティックフェリ構造において前記強磁性層を薄く形
成することができ、前記強磁性層と前記フリー磁性層間
のスピンフロップ磁界を大きくすることが容易になる。
る磁性材料層を前記第2反強磁性層及び前記強磁性層の
下層にまで延して形成するので、前記フリー磁性層の磁
化が前記フリー磁性層の両側端部の表面磁荷によって発
生する反磁界の影響を受けることを小さくできる。
強磁性層を積層しない状態で、前記多層膜を、磁場中ア
ニールして前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固
定するので、前記多層膜上に第2反強磁性層を積層した
状態では、前記第2反強磁性層に交換異方性磁界が発生
していない。
性磁界は、前記(e)の工程において初めて生じ、前記
フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に移動させること
が容易になる。従って、前記フリー磁性層の磁化方向
を、前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定す
ることが容易になる。
た磁気検出素子では、トラック幅が前記凹部の底面の幅
寸法によって規定される。すなわち、前記凹部の底面に
重なる部分でのみ、前記フリー磁性層などの外部磁界に
よって磁化方向が変化する磁性層の磁化方向を変化させ
ることができる。しかも、前記凹部は、一様の厚さで成
膜された前記第2反強磁性層を、反応性イオンエッチン
グ(RIE)やイオンミリングを用いて、トラック幅方
向に対する垂直方向に削るだけで形成することができる
ので、正確な幅寸法で前記凹部を形成することが可能に
なる。すなわち、磁気検出素子のトラック幅を正確に規
定できる。
は、前記強磁性層が前記非磁性層の上面に接した状態で
トラック幅方向に所定の間隔を開けて形成され、さらに
前記強磁性層上に前記第2反強磁性層が積層されている
ものである。
は、前記第2反強磁性層の下層にある強磁性層が、前記
第2反強磁性層との磁気的結合によってトラック幅方向
に磁化方向がそろえられ、さらに、この強磁性層の下層
に非磁性層を介して形成されたフリー磁性層の両側部の
磁化方向が、前記強磁性層とのRKKY相互作用によっ
て、前記強磁性層の磁化方向と反平行方向に揃えられ
る。すなわち、前記第2反強磁性層の下層において前記
強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層がシン
セティックフェリ構造となっており、前記フリー磁性層
の前記第2反強磁性層及び前記強磁性層に重なる領域で
ある両側部は磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交
叉する方向に固定されている。
性層及び前記強磁性層に重ならない領域であるトラック
幅領域の磁化方向は、外部磁界が与えられない状態のと
きは前記両側部にならってトラック幅方向と反平行方向
を向き、外部磁界がトラック幅方向に垂直な方向(ハイ
ト方向)に与えられると、ハイト方向へ向けて変化す
る。
の磁化の方向の変動と、前記固定磁性層の固定磁化方向
との関係で電気抵抗が変化し(これを磁気抵抗効果とい
う)、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、
記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界が検出される。
おいて前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁
性層がシンセティックフェリ構造となっているので、前
記フリー磁性層の両側部における磁化方向を一定方向に
揃えるための一方向異方性磁界を大きくすることができ
る。
層の両側部の磁化方向が変化し結果として磁気的トラッ
ク幅が大きくなることを抑えることができる。
との交換結合磁界が比較的弱くても、前記フリー磁性層
の磁化方向を確実に、前記固定磁性層の磁化方向と交叉
する方向に揃えることが容易になる。
所定の間隔で規定される磁気検出素子のトラック幅(光
学的トラック幅)の領域が、実質的に記録磁界の再生に
寄与し、磁気抵抗効果を発揮する感度領域となる。
検出素子の光学的トラック幅が磁気的トラック幅に等し
くなり、不感領域が生じないので、高記録密度化に対応
するために磁気検出素子の光学的トラック幅Twを小さ
くしていった場合の再生出力の低下を抑えることができ
る。
アス磁界の大きさと、前記フリー磁性層の単位面積当り
の磁気モーメント(Ms×t)が等しくなるため高感度
で高出力な磁気検出素子となる。
る磁性材料層を前記第2反強磁性層及び前記強磁性層の
下層にまで延して形成するので、前記フリー磁性層の磁
化が前記フリー磁性層の両側端部の表面磁荷によって発
生する反磁界の影響を受けることを小さくできる。
わりに、(f)前記第2反強磁性層に、底面が前記第2
反強磁性層内に位置する凹部を形成する工程を有しても
よい。
程を有する磁気検出素子の製造方法によって形成された
磁気検出素子では、前記凹部の底面が前記第2反強磁性
層内に位置しており、前記フリー磁性層と前記強磁性層
が、前記非磁性層を介して隣接し、前記フリー磁性層の
磁化方向と前記強磁性層の磁化方向が反平行となるフェ
リ磁性状態となる。
層及び前記強磁性層からなる多層膜がひとつのフリー磁
性層、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層とし
て機能する。シンセティックフェリフリー磁性層では、
前記フリー磁性層の膜厚を薄くすることと同等の効果が
得られ、フリー磁性層の磁化が変動しやすくなり、磁気
抵抗効果素子の磁界検出感度が向上する。なお、前記フ
リー磁性層と前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モー
メントの大きさは異なっている必要がある。前記フリー
磁性層及び強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメント
の大きさは、前記強磁性材料層の飽和磁化(Ms)と膜
厚(t)の積で表される。
記第2反強磁性層の領域の厚さを0Åより大きく50Å
以下にすると、前記凹部の底面の下部に位置する前記第
2反強磁性層の領域では前記強磁性層との間に交換結合
磁界が発生しないので好ましい。
わりに、(g)側面が前記第2反強磁性層を貫通し、底
面が前記強磁性層内に位置する凹部を形成する工程を有
してもよい。
程を有する磁気検出素子の製造方法によって形成された
磁気検出素子でも前記フリー磁性層、前記非磁性層及び
前記強磁性層からなる多層膜がひとつのフリー磁性層、
いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層として機能
する。本発明では、前記フリー磁性層の外部磁化によっ
て磁化方向が変化するトラック幅領域の上層に第2反強
磁性層が全く存在しない。従って、フリー磁性層のトラ
ック幅領域の磁化方向の、外部磁界依存性の変動を鋭敏
にでき、磁気検出素子の磁界検出感度を向上できる。
ック幅方向に対して垂直面となるようにすることが可能
である。すなわち、トラック幅領域から外れた全領域に
おいて、第2反強磁性層が反強磁性を発生するために充
分な膜厚を有することができ、トラック幅領域から外れ
た全領域において前記フリー磁性層の磁化方向を確実に
固定することができる。
のみ前記フリー磁性層の磁化方向を動かし、トラック幅
領域周辺におけるサイドリーディングを防止することが
できる。
上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層を積
層する工程を有することにより、前記多層膜の各層の膜
面に対し平行な方向に電流が流れる磁気検出素子を形成
できる。
(g)の工程において、前記第2の反強磁性膜上に、ト
ラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層を積層し、前
記第2反強磁性層の前記一対の電極層によって挟まれた
部位を削り込むことにより底面の幅寸法がトラック幅に
等しい凹部を形成することができる。
して前記凹部を削り込むと、前記電極層のトラック幅領
域側の側端面が、前記第2反強磁性層の前記トラック幅
領域側の側端面と連続面となっている磁気検出素子を形
成できる。
又は(g)の工程において、前記第2反強磁性層上に、
トラック幅の間隔をあけて一対の第1のレジスト層を積
層し、前記第2反強磁性層の前記第1のレジスト層によ
って挟まれた部位を削り込むことにより凹部を形成する
ことができる。
ジスト層を除去した後に、(h)前記凹部内及び前記第
2反強磁性層上であって前記凹部の開口部周辺に第2の
レジスト層を形成する工程と、(i)前記第2反強磁性
層上の前記レジスト層に覆われていない領域に電極層を
成膜する工程と、(j)前記第2のレジスト層を除去す
る工程を有してもよい。
スト層をマスクとして前記凹部を形成した後、前記
(h)工程で形成された第2のレジスト層をマスクとし
て電極層を形成することによって、前記電極層のトラッ
ク幅領域側の側端縁が、前記第2反強磁性層の前記トラ
ック幅領域側の側端縁よりも、前記多層膜の外端部側に
形成されている磁気検出素子を形成できる。
は、その上層及び下層に絶縁性材料からなるギャップ層
を介して磁性材料からなる上部シールド層及び下部シー
ルド層が形成されることができる。
前記第2反強磁性層の前記トラック幅領域側の側端縁よ
りも、前記多層膜の外端部側に形成されていると、前記
非磁性層のトラック幅領域の上面と前記電極層及び前記
第2反強磁性層の上面とがつくる段差をなだらかにする
ことができる。従って、磁気検出素子の上層の前記ギャ
ップ層の膜厚を小さくしても、この段差上に前記ギャッ
プ層が確実に形成されるようにできる。すなわち、前記
上部シールド層と前記電極層、前記第2反強磁性層、及
び前記強磁性層との間の電気的短絡をより確実に防止で
き、狭ギャップ化に対応できるようになる。
近傍における前記上部シールド層と前記下部シールド層
間の距離が大きくなると、前記上部シールド層と前記下
部シールド層の間を通って、検出対象の記録トラックの
両側の記録トラックから発生する記録媒体からの磁界が
磁気検出素子に侵入しやすくなり、実効トラック幅が大
きくなる。すなわち、記録トラック間のクロストークが
発生しやすくなる。
のトラック幅領域の上面と前記電極層及び前記第2反強
磁性層の上面とがつくる段差をなだらかにすることがで
きるので、前記多層膜の両側近傍における前記上部シー
ルド層と前記下部シールド層間の距離が大きくなること
を抑え、実効トラック幅を小さくすることができる。
(f)又は(g)の工程において前記凹部を形成して前
記第1のレジスト層を除去した後に、(k)底面のトラ
ック幅方向の幅寸法が、前記第1のレジスト層の底面の
幅寸法よりも小さい第2のレジスト層を、前記凹部の底
面上に形成する工程と、(l)前記凹部内から前記第2
反強磁性層上にかけて電極層を成膜する工程と、(m)
前記第2のレジスト層を除去する工程を有してもよい。
て、前記第1のレジスト層をマスクとして前記凹部を形
成した後、前記(k)工程で形成された第2のレジスト
層をマスクとして電極層を形成することによって、前記
電極層が前記第2反強磁性層上に積層され、前記電極層
のトラック幅領域側の側端縁が、前記強磁性層及び前記
第2反強磁性層の前記トラック幅領域側の側端縁よりも
前記多層膜の中央部側に延されて形成される磁気検出素
子を形成できる。
前記電極層に比べて比抵抗が大きい材料によって形成さ
れる。前記電極層が前記強磁性層及び前記第2反強磁性
層上のみに積層されると、前記電極層に供給された直流
電流は前記強磁性層及び前記第2反強磁性層を介して前
記非磁性層、前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及
び固定磁性層に流れることになり、磁気検出素子の直流
抵抗値が大きくなってしまう。
が、前記強磁性層及び前記第2反強磁性層の前記トラッ
ク幅領域側の側端縁よりも前記多層膜の中央部側に延さ
れていると、前記電極層のトラック幅領域側の側端縁を
前記非磁性層上にまで延長でき、前記電極層に供給され
た直流電流を前記強磁性層及び前記第2反強磁性層を介
さずに流すことができるので、磁気検出素子の直流抵抗
値を小さくできる。
端縁が前記非磁性層上にまで延長されると磁気検出素子
のトラック幅Twが一対の電極層のトラック幅領域側の
側端縁間距離で規定されるので、第2反強磁性層のトラ
ック幅領域側の側端面付近の領域で前記第2反強磁性層
の組成が変化したりだれが生じたりすることによって、
フリー磁性層17の側端部17s,17sのトラック幅
領域付近の磁化方向が動きやすくなっても、トラック幅
Twが変化することを抑えることができる。
極層が設けられ、電流が前記多層膜の各層の膜面に対し
垂直方向に流れるCPP(current perpendicular to t
heplane)型の磁気検出素子を形成することができる。
は、前記(a)工程の前に、(n)基板上に、下部電極
層を形成する工程を有することが必要であり、さらに、
前記(d)、(f)又は(g)の工程の代わりに以下の
工程を有することが好ましい。(o)前記第2の反強磁
性層上に絶縁層を成膜する工程と、(p)前記絶縁層上
に、トラック幅方向に中央部に穴部を設けたレジストを
積層し、前記絶縁層及び前記第2の反強磁性層の前記穴
部に露出した部位を削り込むことにより凹部を形成する
工程と、(q)前記凹部の底面に電気的に導通する上部
電極層を形成する工程。
記絶縁層を設けることにより、前記上部電極層から前記
第2反強磁性層へのセンス電流の分流を低減できる。
入り込むことによって、前記上部電極層のトラック幅方
向の中央に、前記多層膜方向に突出した突出部を形成で
きるので、センス電流の電流路を絞り込むことができ出
力の向上及びサイドリーディングの低減を図ることがで
きる。
間に、(r)前記凹部から前記絶縁層上にかけて他の絶
縁層を成膜する工程と、(s)前記凹部の底面上に積層
された前記他の絶縁層を除去する工程と、を有すると、
前記凹部の側面と前記上部電極層との間の絶縁もとるこ
とができるので好ましい。
間に、(t)前記下部電極層のトラック幅方向の中央
に、前記多層膜方向に突出した突出部を形成する工程
と、(u)前記下部電極層の前記突出部のトラック幅方
向の両側部に絶縁層を設ける工程とを有し、前記(a)
工程において、前記突出部の上面が前記多層膜の下面と
接するように、前記多層膜を形成すると、センス電流の
電流路を絞り込むことができ出力の向上及びサイドリー
ディングの低減を図ることができるので好ましい。
部の上面と、前記下部電極層の両側端部上に設けられた
前記絶縁層の上面を同一平面にすると、前記多層膜を平
坦面上に形成することができるので好ましい。
電極層を、磁性材料で形成すると、前記下部電極層及び
/又は前記上部電極層をシールド層として機能させるこ
とができるので磁気検出素子の構造が単純になり製造が
容易になる、また、ギャップ長を短くすることができ高
記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造でき
るので好ましい。
面と電気的に導通する非磁性導電性材料で形成される層
と磁性材料で形成される層が積層されたものにすると、
前記上部電極層の磁性材料で形成される層から、前記フ
リー磁性層への磁気的な影響を低減できる。
性導電材料で形成することが好ましい。前記非磁性材料
層が非磁性導電材料で形成された磁気検出素子を、スピ
ンバルブGMR型磁気抵抗効果素子(CPP−GMR)
と呼んでいる。
である場合、前記非磁性材料層を絶縁材料で形成しても
よい。この磁気検出素子をスピンバルブトンネル型磁気
抵抗効果型素子(CPP−TMR)と呼んでいる。
いて、第2の熱処理温度を第1反強磁性層のブロッキン
グ温度より低い温度に設定し、第2の磁界の大きさを第
1反強磁性層の交換異方性磁界より小さくすることが好
ましい。
を導電性材料で形成すると、前記非磁性層が後述するス
ピンフィルター効果を有するバックド層として機能し、
磁気検出素子の磁界検出感度を向上させることができ
る。
r、Re、Osのうち1種あるいは2種以上の合金で形
成すると前記(b)工程において、前記非磁性層の表面
がほとんど酸化しないので好ましい。従って、前記
(d)工程において、前記非磁性層上に前記強磁性層を
スパッタ成膜する前に、前記非磁性層の表面をミリング
などで処理しなくても、前記フリー磁性層と前記強磁性
層との間に前記非磁性層を介したRKKY相互作用を働
かせることができる。
法によれば、前記非磁性層と前記強磁性層との界面を、
ミリングによって削られた面としなくてもすむようにで
きるので、前記フリー磁性層の両側部における磁化方向
を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を防
ぐことができる。
リー磁性層は、前記非磁性層を介したRKKY相互作用
によって磁気的に結合されたものであるので、前記非磁
性層と前記強磁性層との界面がミリングによって処理さ
れた面とされた場合でも、前記フリー磁性層の両側部に
おける磁化方向を一定方向に揃えるのに充分な大きさの
一方向異方性磁界を得ることができる。
厚が0.8〜1.1nmであると、前記強磁性層と前記
フリー磁性層の両側部との間のRKKY相互作用を大き
くすることができるので好ましい。特に、前記非磁性層
がRuによって形成され、膜厚が0.85〜0.9nm
であることがより好ましい。
磁性層と前記フリー磁性層の間に、比抵抗が前記非磁性
層よりも低い導電性材料からなる導電性材料層が形成さ
れていると、前記非磁性層だけの場合よりも大きなスピ
ンフィルター効果を奏することができるようになり、磁
気検出素子の磁界検出感度をさらに向上させることがで
きるので好ましい。
えば前記非磁性層をRuによって膜厚が0.4〜1.1
nmであるものとして形成し、さらに、前記導電性材料
層をCuによって膜厚が0.3〜0.5nmであるもの
として形成することができる。
た前記非磁性層が導電性材料によって形成されている
か、または前記非磁性層と前記フリー磁性層の間に前記
導電性材料層が形成されていると、前記非磁性層をスピ
ンフィルター効果を有するバックド層(backedl
ayer)として機能させることが可能になる。
を印加すると、伝導電子はおもに電気抵抗の小さい非磁
性材料層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピ
ンとダウンスピンの2種類の電子が確率的に等量存在す
る。
化率は、これらの2種類の伝導電子の平均自由行程の行
程差に対して正の相関を示す。
される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層とフ
リー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移
動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はア
ップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いまま
である。
は、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁
性層の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性材料
層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自
由行程が長くなっている。これに対し、外部磁界によっ
てフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対
して平行状態から変化するに従って、非磁性材料層とフ
リー磁性層との界面で散乱される確率が増加し、アップ
スピンの伝導電子の平均自由行程が短くなる。
プスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝
導電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が
大きく変化する。すると、アップスピン電子が受ける抵
抗とダウンスピン電子が受ける抵抗の並列回路として表
わされる素子全体としての抵抗も大きく変化し、スピン
バルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率(ΔR/R)が
大きくなる。
されると、フリー磁性層中を移動するアップスピンの伝
導電子がバックド層内にまで移動することが可能にな
り、バックド層の膜厚に比例してアップスピンの伝導電
子の平均自由行程をさらに伸ばすことができる。このた
め、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが
可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きく
なって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率
(ΔR/R)をより向上させることができる。
1.5〜4.5nmの範囲に設定されることが好まし
い。
の伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差
の拡大はフリー磁性層の膜厚が比較的薄い場合により効
果を発揮する。
と強磁性材料層として機能するように形成することが難
しくなり充分な磁気抵抗効果を得ることができない。ま
た、鏡面反射(specular reflection)せずに通常の散
乱(diffusive scattering)をする伝導電子も存在する
ため、抵抗変化率が低下してしまうので好ましくない。
り厚いと前記非磁性層に到達する前に散乱されてしまう
アップスピンの伝導電子が増加してスピンフィルター効
果によって抵抗変化率が変化する割合が減少するため好
ましくない。
前記固定磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの
大きさが異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を
介して積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記
強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態
とすることが好ましい。
材料層が積層されたものとして形成されると、これら複
数層の強磁性材料層が互いの磁化方向を固定しあい、全
体として固定磁性層の磁化方向を一定方向に強力に固定
することができる。すなわち、第2反強磁性層と固定磁
性層との交換結合磁界Hexを大きな値として得ること
ができる。
(双極子磁界)を、複数層の強磁性材料層の静磁界結合
同士が相互に打ち消し合うことによりキャンセルでき
る。これにより、固定磁性層の固定磁化による反磁界
(双極子磁界)からの、フリー磁性層の変動磁化への寄
与を減少させることができる。
所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメ
トリーの小さい対称性の優れた磁気検出素子を得ること
が可能になる。
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。従って、アシンメトリーが0に近づく程
再生出力波形が対称性に優れていることになる。
動磁化の方向と固定磁性層の固定磁化の方向とが直交し
ているときに0となる。アシンメトリーが大きくずれる
とメディアからの情報の読み取りが正確にできなくな
り、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリ
ーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上する
ことになり、スピンバルブ磁気検出素子として優れたも
のとなる。
(双極子磁界)Hdは、前記フリー磁性層の素子高さ方
向において、その端部で大きく中央部で小さいという不
均一な分布を持ち、フリー磁性層内における単磁区化が
妨げられる場合があるが、固定磁性層を上記の積層構造
とすることにより双極子磁界HdをほぼHd=0とする
ことができ、これによってフリー磁性層内に磁壁ができ
て磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなどが発
生することを防止することができる。
いて、前記フリー磁性層を、単位面積あたりの磁気モー
メントの大きさが異なる複数の強磁性材料層を、非磁性
中間層を介して積層し、前記非磁性中間層を介して隣接
する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ
磁性状態であると、前記フリー磁性層の膜厚を薄くして
磁界検出感度を向上させることと同様の効果が得られる
ので好ましい。
の磁気モーメントの大きさは、前記強磁性材料層の飽和
磁化(Ms)と膜厚(t)の積で表される。
Os、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の
合金で形成されることができる。
リー磁性層のうち少なくとも一方を、以下の組成を有す
る磁性材料を用いて形成することが好ましい。
成比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比
は0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成比
はCoである磁性材料。
記非磁性材料層との間にCoFe合金あるいはCoから
なる中間層を形成することが好ましい。
磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一方を、以
下の組成を有する磁性材料を用いて形成することが好ま
しい。組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は
7原子%以上で15原子%以下で、Niの組成比は5原
子%以上で15原子%以下で、残りの組成比はCoであ
る磁性材料。
磁性層の両方を前記CoFeNiで形成することが好ま
しい。
の下層において前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記
フリー磁性層が積層フェリ構造であり、前記非磁性層を
介して隣接する前記強磁性層とフリー磁性層の磁化方向
が反平行となるフェリ磁性状態である。
記強磁性層と前記フリー磁性層の材質を改良して前記強
磁性層と前記フリー磁性層間に働くRKKY相互作用に
おける交換結合磁界を大きくする必要性がある。
る磁性材料としてよく使用されるものにNiFe合金が
ある。NiFe合金は軟磁気特性に優れるため従来から
フリー磁性層などに使用されていたが、前記強磁性層と
前記フリー磁性層をNiFe合金を用いて積層フェリ構
造にした場合、これらの層間の反平行結合力はさほど強
くはない。
リー磁性層の材質を改良し、前記強磁性層と前記フリー
磁性層間の反平行結合力を強め、トラック幅方向の両側
に位置するフリー磁性層の両側端部が外部磁界に対し揺
らがないようにし、サイドリーディングの発生を適切に
抑制できるようにすべく、前記強磁性層と前記フリー磁
性層のうち少なくとも一方、好ましくは両方にCoFe
Ni合金を使用することしている。Coを含有させるこ
とで上記の反平行結合力を強めることができる。
性材料層を介して積層したいわゆる積層フェリ構造体の
ヒステリシスループの概念図である。例えば第1の強磁
性材料層(F1)の単位面積あたりの磁気モーメント
(飽和磁化Ms×膜厚t)は第2の強磁性材料層(F
2)の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きいと
する。また外部磁界を図示右方向に与えたとする。
気モーメントと第2の強磁性材料層の単位面積あたりの
磁気モーメントとのベクトル和(|Ms・t(F1)+
Ms・t(F2)|)で求めることができる単位面積あ
たりの合成磁気モーメントは、0磁界から外部磁界を大
きくしていってもある時点までは、一定の大きさであ
る。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが一定の
大きさである外部磁界領域Aでは、前記第1の強磁性材
料層と第2の強磁性材料層間に働く反平行結合力が、前
記外部磁界よりも強いので、前記第1及び第2の強磁性
材料層の磁化は適切に単磁区化され反平行状態に保たれ
ている。
を大きくしていくと、強磁性材料層の単位面積あたりの
合成磁気モーメントは傾斜角を有して大きくなってい
く。これは、前記外部磁界の方が、前記第1の強磁性材
料層及び第2の強磁性材料層間に働く反平行結合力より
も強いから、単磁区化していた第1の強磁性材料層と第
2の強磁性材料層の磁化が分散して多磁区化状態とな
り、ベクトル和で求めることができる単位面積あたりの
合成磁気モーメントが大きくなっていくのである。この
単位面積あたりの合成磁気モーメントが大きくなってい
く外部磁界領域Bでは、もはや前記強磁性材料層の反平
行状態は崩れた状態にある。この単位面積あたりの合成
磁気モーメントが大きくなり始める出発点の外部磁界の
大きさをスピンフロップ磁界(Hsf)と呼んでいる。
いくと、第1の強磁性材料層及び第2の強磁性材料層の
磁化は、再び単磁区化され、今度は外部磁界領域Aの場
合と異なり、共に図示右方向に磁化され、この外部磁界
領域Cでの単位面積あたりの合成磁気モーメントは一定
値となる。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが
一定値となる時点での外部磁界の大きさを飽和磁界(H
s)と呼んでいる。
層及び第2の強磁性材料層に使用すると、NiFe合金
を使用した場合に比べて反平行状態が崩れるときの磁
界、いわゆるスピンフロップ磁界(Hsf)を十分に大
きくできることがわかった。
金(比較例)及びCoFeNi合金(実施例)を用いて
上記したスピンフロップ磁界の大きさを求めるための実
験を以下の膜構成を用いて行った。
性材料層(2.4)/非磁性層(Ru)/第2の強磁性
材料層(1.4)。なお括弧書きは膜厚を示し単位はn
mである。
強磁性材料層には、Niの組成比が80原子%でFeの
組成比が20原子%からなるNiFe合金を使用した。
このときのスピンフロップ磁界(Hsf)は約59(k
A/m)であった。
2の強磁性材料層には、Coの組成比が87原子%で、
Feの組成比が11原子%で、Niの組成比が2原子%
からなるCoFeNi合金を使用した。このときのスピ
ンフロップ磁界(Hsf)は約293(kA/m)であ
った。
強磁性材料層にはNiFe合金を用いるよりもCoFe
Ni合金を用いる方が、スピンフロップ磁界を効果的に
向上させることができることがわかった。
層のうち少なくとも一方、好ましくは両方にCoFeN
i合金を使用すると、前記強磁性層と前記フリー磁性層
のスピンフロップ磁界を効果的に向上させることができ
る。
説明する。CoFeNi合金は、非磁性層であるRu層
と接することでNiFe合金を用いる場合より、磁歪が
1×6-6〜6×10-6程度、正側にシフトすることがわ
かっている。
範囲内であることが好ましい。また保磁力は790(A
/m)以下であることが好ましい。磁歪が大きいと、成
膜ひずみや、他層間での熱膨張係数の差などによって応
力の影響を受けやすくなるから前記磁歪は低いことが好
ましい。また保磁力は低いことが好ましく、これによっ
てフリー磁性層の外部磁界に対する磁化反転を良好にす
ることができる。
/非磁性層/強磁性層の膜構成で形成されるとき、前記
CoFeNiのFe組成比は9原子%以上で17原子%
以下で、Niの組成比は0.5原子%以上で10原子%
以下で、残りの組成比はCoであることが好ましい。F
eの組成比が17原子%よりも大きくなると、磁歪が−
3×10-6よりも負に大きくなると共に軟磁気特性を劣
化させて好ましくない。
なると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、軟
磁気特性の劣化を招き好ましくない。
くなると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、
非磁性材料層との間でNiの拡散等による抵抗変化量
(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の低下を招き好ま
しくない。
さくなると、磁歪が−3×10-6よりも負に大きくなっ
て好ましくない。
790(A/m)以下にすることができる。
層と間にCoFe合金あるいはCoからなる中間層を形
成するとき、具体的には、例えば非磁性材料層/中間層
(CoFe合金)/フリー磁性層/非磁性層/強磁性層
の膜構成で形成されるとき、前記CoFeNiのFe組
成比は7原子%以上で15原子%以下で、Niの組成比
は5原子%以上で15原子%以下で、残りの組成比はC
oであることが好ましい。Feの組成比が15原子%よ
りも大きくなると、磁歪が−3×10-6よりも負に大き
くなると共に軟磁気特性を劣化させて好ましくない。
なると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、軟
磁気特性の劣化を招き好ましくない。
くなると、磁歪が3×10-6よりも大きくなって好まし
くない。
なると、磁歪が−3×10-6よりも負に大きくなって好
ましくない。
790(A/m)以下にすることができる。
はマイナス磁歪を有しているため、前記中間層を第1の
フリー磁性層と非磁性材料層間に介在させない膜構成の
場合に比べて、CoFeNi合金のFe組成をやや少な
くし、Ni組成をやや多くしている。
とフリー磁性層間にCoFe合金あるいはCoからなる
中間層を介在させることで、フリー磁性層と非磁性材料
層間での金属元素の拡散をより効果的に防止することが
できて好ましい。
性層と前記第2反強磁性層を同じ組成の反強磁性材料を
用いて形成しても、前記第1反強磁性層の磁化方向と前
記第2反強磁性層の磁化方向を交叉させることが容易に
可能となり、外部磁界が印加されていない状態で、前記
フリー磁性層と前記固定磁性層の磁化方向を交叉させる
ことができる。
強磁性層は、PtMn合金により形成されていることが
好ましい。または前記反強磁性層は、X―Mn(ただし
Xは、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのい
ずれか1種または2種以上の元素である)合金で、ある
いはPt―Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,R
h,Ru,Au,Ag,Os,Cr,Ni,Ar,N
e,Xe,Krのいずれか1種または2種以上の元素で
ある)合金で形成されることができる。
nの式で示される合金において、PtあるいはXが37
〜63at%の範囲であることが好ましい。特に規定し
ない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上
を意味する。
金において、X’+Ptが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。さらに、前記Pt−Mn−X’の式
で示される合金において、X’が0.2〜10at%の
範囲であることが好ましい。ただし、X’がPd,I
r,Rh,Ru,Os,Ni,Feのいずれか1種また
は2種以上の元素である場合には、X’は0.2〜40
at%の範囲であることが好ましい。
て、これらの適切な組成範囲の合金を使用し、これを熱
処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する第
1反強磁性層及び第2反強磁性層を得ることができる。
特に、PtMn合金であれば、48kA/m以上、例え
ば64kA/mを越える交換結合磁界を有し、前記交換
結合磁界を失うブロッキング温度が380℃と極めて高
い優れた第1反強磁性層及び第2反強磁性層を得ること
ができる。
規則系の面心立方構造(fcc)であるが、熱処理によ
ってCuAuI型の規則型の面心正方構造(fct)に
構造変態する。
装置内において行うことが好ましい。
実施の形態の磁気検出素子の製造方法を説明するための
工程図であり、製造過程にある磁気検出素子を記録媒体
との対向面側から見た断面図である。
成する場合には、セラミック材のスライダのトレーリン
グ端面上にAl2O3膜などの絶縁膜を介して下部シール
ド層を積層する。
に、第1反強磁性層14を積層する。さらに第1固定磁
性層15a、非磁性中間層15b、第2固定磁性層15
cからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層
15が積層され、固定磁性層15の上層に非磁性材料層
16、フリー磁性層17、非磁性層18まで積層された
多層膜A1を、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロ
セスによって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
地層13と第1反強磁性層14の間にあるいは下地層1
3に代えて、NiFeCrやCrを用いてシード層を形
成してもよい。前記シード層は第1反強磁性層14の結
晶配向を整えるためのものである。
たは、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,Rh,R
u,Os,Ni,Feのいずれか1種または2種以上の
元素である)合金で、あるいはPt―Mn―X′(ただ
しX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag,O
s,Cr,Ni,Ar,Ne,Xe,Krのいずれか1
または2種以上の元素である)合金で形成する。
規則系の面心立方構造(fcc)であるが、熱処理によ
ってCuAuI型の規則型の面心正方構造(fct)に
構造変態する。
方向の中心付近において8〜30nmである。
15cは、強磁性材料により形成されるもので、例えば
NiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe合
金、CoNi合金などにより形成されるものであり、特
にNiFe合金、CoFe合金、またはCoにより形成
されることが好ましい。また、第1固定磁性層15a及
び第2固定磁性層15cは同一の材料で形成されること
が好ましい。
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Os、C
r、Re、Cuのうち1種またはこれらの2種以上の合
金で形成されている。特にRuによって形成されること
が好ましい。
リー磁性層17との磁気的な結合を防止し、またセンス
電流が主に流れる層であり、Cu,Cr,Au,Agな
ど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好
ましい。特にCuによって形成されることが好ましい。
層)17a及び磁性層17bからなるものである。拡散
防止層17aは、強磁性材料からなるもので、例えばC
oやCoFeから形成される。この拡散防止層17a
は、磁性層17bと非磁性材料層16の相互拡散を防止
するためのものである。また、磁性層17bは、強磁性
材料により形成されるもので、例えばNiFe合金、C
o、CoFeNi合金、CoFe合金、CoNi合金な
どにより形成される。なお、フリー磁性層17は単層の
磁性層として形成されてもよい。
aが形成されている場合には、フリー磁性層17の磁性
層17bは以下の組成を有する磁性材料で形成すること
が好ましい。CoFeNi合金であってFeの組成比が
7原子%以上で15原子%以下、Niの組成比が5原子
%以上で15原子%以下、残りの組成比はCoである磁
性材料。
9,19間で発生するRKKY相互作用における交換結
合磁界を強くすることができ、スピンフロップ磁界(H
sf)を約293(kA/m)にまで大きくすることが
できる。
磁性層17の磁性層17bと強磁性層19の磁歪を−3
×10-6から3×10-6の範囲内に収めることができ、
また保磁力を790(A/m)以下に小さくできる。
向上、磁性層17bのNiが拡散防止層17aや非磁性
材料層16に拡散することによる抵抗変化量(ΔR)や
抵抗変化率(ΔR/R)の低減の抑制を適切に図ること
が可能である。
して形成される場合には、フリー磁性層17は、組成式
がCoFeNiで示され、Feの組成比は9原子%以上
で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子%以上
で10原子%以下で、残りの組成はCoである強磁性材
料で形成されることが好ましい。
e、Osのうち1種あるいは2種以上の合金で形成す
る。なお、非磁性層18をRuによって形成するときに
は、非磁性層の膜厚t1を0.8〜1.1nm、より好
ましくは0.85〜0.9nm、となるようものとして
形成すると強磁性層19とフリー磁性層17との間のR
KKY相互作用を大きくすることができるので好まし
い。
A1を第1の熱処理温度、Y方向を向いた第1の大きさ
の磁界中で、第1の磁場中アニールを行い、第1反強磁
性層14と第1固定磁性層15aとの間に交換異方性磁
界を発生させ、固定磁性層15の磁化方向を図示Y方向
に固定する。本実施の形態では、第1の熱処理温度を2
70℃、磁界の第1の大きさを800k(A/m)とし
ている。
9、第2反強磁性層20をスパッタ法によって連続成膜
し、下地層13から第2反強磁性層20まで積層された
多層膜A2を得る。
の磁性層17bと同様の材料を用いる。従って、例えば
NiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe合
金、CoNi合金などにより形成される。特に、強磁性
層19は、組成式がCoFeNiで示され、Feの組成
比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比は
0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成はC
oである強磁性材料で形成されることが好ましい。
反強磁性層14の材料と同じである。
u、Rh、Ir、Re、Osのうち1種あるいは2種以
上の合金で形成すると、第1の磁場中アニールにおい
て、非磁性層18の表面がほとんど酸化しない。従っ
て、非磁性層18上に強磁性層19をスパッタ成膜する
前に、非磁性層18の表面をミリングなどで処理しなく
ても、フリー磁性層17と強磁性層19との間に非磁性
層18を介したRKKY相互作用を働かせることができ
る。例えばフリー磁性層17と強磁性層19をともにN
iFeで形成し、非磁性層18をRuで形成した場合、
非磁性層18の表面をミリングなどで処理しなくても4
2(kA/m)の一方向異方性磁界を発生させることが
できる。
19との界面を、ミリングによって削られた面としなく
てもすむようにできるので、フリー磁性層17の磁化方
向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を
防ぐことができる。
は、非磁性層18を介したRKKY相互作用によって磁
気的に結合されたものであるので、非磁性層18の表面
をミリングによって処理した場合でも、フリー磁性層の
磁化方向を一定方向に揃えるために十分な一方向異方性
磁界を得ることができる。
リー磁性層17をCoFeで形成するとフリー磁性層1
7の磁歪を0にすることも可能である。
1反強磁性層14と第2反強磁性層20を同じ組成の反
強磁性材料を用いて形成することができる。
方向を向いた第2の大きさの磁界中で、第2の磁場中ア
ニールにかけて、第2反強磁性層20と強磁性層19と
の間に交換異方性磁界を発生させ、強磁性層19の磁化
方向を図示X方向に固定する。本実施の形態では、第2
の熱処理温度を250℃、磁界の第2の大きさを8(k
A/m)としている。
の交換異方性磁界は、第2の磁場中アニール工程におい
て初めて生じる。従って、第1反強磁性層14と第1固
定磁性層15aとの間の交換異方性磁界の方向を図示Y
方向に向けたまま、第2反強磁性層20と強磁性層19
との間の交換異方性磁界を図示X方向に向けるために
は、第2の熱処理温度を、第1反強磁性層14による交
換結合磁界が消失するブロッキング温度より低い温度に
設定し、第2の磁界の大きさを第1反強磁性層14と第
1固定磁性層15aとの間の交換異方性磁界より小さく
するだけでよい。また、第2の磁場中アニールをこれら
の条件下で行えば、第1反強磁性層14と第2反強磁性
層20を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、
第1反強磁性層14と第1固定磁性層15aとの間の交
換異方性磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、第2反
強磁性層20と強磁性層19との間の交換異方性磁界を
図示X方向に向けることができる。すなわち、フリー磁
性層17の磁化方向を、固定磁性層15の磁化方向と直
交する方向に固定することが容易になる。
界の大きさは、フリー磁性層17及び強磁性層19の飽
和磁界、及びフリー磁性層17及び強磁性層19の反磁
界より大きく、フリー磁性層17と強磁性層19との間
の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいこ
とが好ましい。
より若干広い領域を覆うリフトオフ用のレジスト層R1
を積層する。レジスト層R1には、その下面に切り込み
部R1a,R1aが形成されている。なお、図示してい
ないが、第2反強磁性層20の上層にTa、Crなどか
らなる保護層を形成してもよい。
強磁性層20の上層に電極層21,21を成膜する。本
実施の形態では、電極層21,21の成膜の際に使用さ
れるスパッタ法は、イオンビームスパッタ法、ロングス
ロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法の
いずれか1種以上であることが好ましい。なお、第2の
磁場中アニールによって第2反強磁性層20または第2
反強磁性層20上に形成された保護層が酸化したとき
は、第2反強磁性層20の表面または前記保護層の表面
をイオンミリングなどによって削り、酸化した部分を除
去する。
た基板(ウェハ)を、電極層21,21の組成で形成さ
れたターゲットに対し垂直方向に置き、これにより例え
ばイオンビームスパッタ法を用いることで、前記多層膜
A2の表面に対し垂直方向から電極層21,21を成膜
する。
a付近には、スパッタ粒子が積層されにくい。従って、
レジスト層R1の切り込み部R1a,R1a付近では、
電極層21,21は膜厚が薄く形成され、電極層21,
21に曲面状の側端面21a,21aが形成される。電
極層21,21は、例えば、Au、Rh、W、Cr、T
aなどを用いて成膜される。なお、レジスト層R1上に
は、電極層21,21と同じ組成の層21bが形成され
る。電極層21,21を成膜した後、レジスト層R1を
除去すると、図4に示す状態になる。
21をマスクとして、第2反強磁性層20の電極層2
1,21によって覆われていない部分を、イオンミリン
グまたは反応性イオンエッチング(RIE)などによっ
て、削り込むことにより、側面22aが第2反強磁性層
20及び強磁性層19を貫通し、底面22bが非磁性層
18内に位置し、かつ底面22bがトラック幅Twに相
当する幅寸法を有する凹部22を形成する。凹部22の
側面22a,22aは、電極層21,21の側端面21
a,21aと連続面となる傾斜面または曲面となってい
る。図5では、凹部22の底面22bが非磁性層18内
に位置するように、凹部22を形成している。
び上部シールド層24を形成して図6に示されるような
磁気検出素子を得ることができる。
ド層24は、NiFeなどの強磁性材料を用いて形成さ
れる。なお、下部シールド層11及び上部シールド層2
4はメッキによって形成されてもよい。また、下部シー
ルド層11及び上部シールド層24は磁化容易軸方向が
トラック幅方向を向いていることが好ましい。
3は、Al2O3、SiO2、Al−Si−Oなどの絶縁
性材料によって形成されている。
2反強磁性層20,20上に積層され、電極層21,2
1のトラック幅領域C側の側端面21a,21aが、第
2反強磁性層20,20のトラック幅領域C側の側端面
20a,20aと連続面となっている。さらに、強磁性
層19,19のトラック幅領域C側の側端面19a,1
9aも、電極層21,21の側端面21a,21a及び
第2反強磁性層20,20の側端面20a,20aと連
続面となっている。
は、凹部22の底面22bに重なる領域であり、フリー
磁性層17の磁化が変動する領域である感度領域Eに等
しい。
20の下層にある強磁性層19,19が、第2反強磁性
層20,20との磁気的結合によってトラック幅方向
(図示X方向)に磁化方向がそろえられ、さらに、この
強磁性層19,19の下層に非磁性層18を介して形成
されたフリー磁性層17の両側部の磁化方向が、強磁性
層19,19とのRKKY相互作用によって、強磁性層
19の磁化方向と反平行方向に揃えられる。すなわち、
第2反強磁性層20,20の下層において強磁性層1
9,19、非磁性層18、及びフリー磁性層17がシン
セティックフェリ構造となっており、フリー磁性層17
の第2反強磁性層20,20及び強磁性層19,19に
重なる領域である両側部17s,17sは磁化方向が固
定磁性層15の磁化方向と交叉する方向に固定されてい
る。
20,20及び強磁性層19,19に重ならない領域で
ある中央部(トラック幅領域)17cの磁化方向は、外
部磁界が与えられない状態のときは両側部17s,17
sにならってトラック幅方向と180°異なる反平行方
向(図示X方向と反平行方向)を向き、外部磁界がトラ
ック幅方向に垂直な方向(ハイト方向;図示Y方向)に
与えられると、ハイト方向へ向けて変化する。
磁化の方向の変動と、固定磁性層15の固定磁化方向と
の関係で電気抵抗が変化し(これを磁気抵抗効果とい
う)、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化又は電流
変化により、記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界が
検出される。
の幅寸法がトラック幅Twを規定する。凹部22の底面
22bの幅寸法は、図3に示した工程において、レジス
ト層R1の寸法を調節すること及び図5の工程において
凹部22の深さ寸法を調節することにより規定すること
ができる。
2反強磁性層20の表面20bに対する垂直方向に対す
る傾斜角は約20°である。
域Cから外れた全領域において、反強磁性を発生するた
めに充分な膜厚を有し、トラック幅領域Cから外れた全
領域(トラック幅方向の両側端部S,S)において強磁
性層19,19及びフリー磁性層17の磁化方向を確実
に固定することができる。すなわち、強磁性層19,1
9の下層に非磁性層18を介して積層されているフリー
磁性層17の磁化方向は、トラック幅方向の両側部17
s,17sでのみ強磁性層19,19とのRKKY相互
作用により固定される。
層17の領域Eは、外部磁界が印加されない状態おい
て、磁化方向が固定された両側部17s,17sになら
って図示X方向と反平行方向に揃えられ、外部磁界が印
加されるとその磁化方向が変化する。
wは、凹部22の底面22b幅寸法Twによって決定さ
れ、しかも、トラック幅寸法Twから外れた領域で記録
信号を読み取ってしまうサイドリーディングを防止する
ことができる。上述したように、本発明では、凹部22
は一様の厚さで成膜された第2反強磁性層20を、電極
層21,21をマスクとした反応性イオンエッチング
(RIE)やイオンミリングを用いて、正確な幅寸法で
凹部22の底面22bを形成することが可能になる。す
なわち、磁気検出素子のトラック幅寸法Twを正確に規
定でき、磁気検出素子の光学的トラック幅が磁気的トラ
ック幅に等しくなり、不感領域が生じないので、高記録
密度化に対応するために磁気検出素子の光学的トラック
幅Twを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑え
ることができる。
フリー磁性層17を第2反強磁性層20,20及び強磁
性層19,19の下層にまで延して形成するので、フリ
ー磁性層17の磁化がフリー磁性層17の両側端面の表
面磁荷によって発生する反磁界の影響を受けることを小
さくできる。
おいて強磁性層19,19、非磁性層18、及びフリー
磁性層17がシンセティックフェリ構造となっているの
で、フリー磁性層17の両側部17s,17sにおける
磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界を
大きくすることができる。
7の両側部17s,17sの磁化方向が変化してしま
い、結果として磁気的トラック幅が大きくなることを抑
えることができる。
層19,19との交換結合磁界が比較的弱くても、フリ
ー磁性層17の磁化方向を確実に、固定磁性層15の磁
化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。従っ
て、前記第2の磁場中アニールにおける磁場の大きさを
8(kA/m)の低磁場とすることができ、固定磁性層
15の磁化方向が変化することを抑えることが容易にな
る。なお、第2の磁界の大きさを8(kA/m)として
も、例えばフリー磁性層17と強磁性層19をともにN
iFeで形成し、非磁性層18をRuで形成した場合に
56(kA/m)の一方向異方性磁界を発生させること
ができる。また、フリー磁性層17と強磁性層19をと
もにCoFeで形成し、非磁性層18をRuで形成した
場合に152(kA/m)の一方向異方性磁界を発生さ
せることができる。
一定の厚さt1で形成するので、非磁性層18の上面1
8aが平坦面となる。従って、図2に示される工程にお
いて、強磁性層19及び第2反強磁性層20を、表面が
平坦面である非磁性層18上に積層することになるの
で、強磁性層19及び第2反強磁性層20も平坦化され
た層として形成でき、強磁性層19、非磁性層18、及
びフリー磁性層17からなるシンセティックフェリ構造
において強磁性層19とフリー磁性層17間のRKKY
相互作用を大きくすることが容易になる。
あると、強磁性層19,19及び第2反強磁性層20,
20の積層工程の制御が容易になる。従って、強磁性層
19,19の膜厚を薄くでき強磁性層19,19、非磁
性層18、及びフリー磁性層17からなるシンセティッ
クフェリ構造において強磁性層19,19とフリー磁性
層17間のスピンフロップ磁界を大きくできる。本実施
の形態では強磁性層19,19の膜厚を例えば1.5n
m〜4.0nmにできる。また、フリー磁性層17にか
かる一方向異方性磁界を大きくできる。例えば、強磁性
層19,19及びフリー磁性層17をNiFeで形成し
たときには、前記一方向異方性磁界を56(kA/m)
とすることができる。または、強磁性層19,19及び
フリー磁性層17をCoFeで形成したときには、前記
一方向異方性磁界を152(kA/m)とすることがで
きる。
などの導電性材料で形成すると、非磁性層18が、以下
に説明するスピンフィルター効果を有するバックド層と
して機能し、磁気検出素子の磁界検出感度を向上させる
ことができる。
図19及び図20はスピンバルブ型磁気検出素子におい
てバックド層によるスピンフィルター効果を説明するた
めの模式説明図であり、図19はバックド層がない構造
例を示す模式図であり、図20はバックド層のある構造
例を示す模式図である。
の「スピンに依存した散乱」によるものである。つまり
磁性材料、ここではフリー磁性層の磁化方向に平行なス
ピン(例えばアップスピン)を持つ伝導電子の平均自由
行程λ+と、磁化方向に逆平行なスピン(例えばダウン
スピン)を持つ伝導電子の平均自由行程λ-の差を利用
したものである。図19及び図20では、アップスピン
を持つ伝導電子を上向き矢印で表わし、ダウンスピンを
持つ伝導電子を下向き矢印で表わしている。電子がフリ
ー磁性層115を通り抜けようとするときに、この電子
がフリー磁性層115の磁化方向に平行なアップスピン
を持てば自由に移動できるが、反対にダウンスピンを持
ったときには直ちに散乱されてしまう。
由行程λ+が、例えば、50オングストローム程度であ
るのに対して、ダウンスピンを持つ電子の平均自由行程
λ-が6オングストローム程度であり、10分の1程度
と極端に小さいためである。フリー磁性層115の膜厚
は、6オングストローム程度であるダウンスピンを持つ
電子の平均自由行程λ-よりも大きく、50オングスト
ローム程度であるアップスピンを持つ電子の平均自由行
程λ+よりも小さく設定されている。
抜けようとするときに、この電子がフリー磁性層115
の磁化方向に平行なアップスピンを持てば自由に移動で
きるが、反対にダウンスピンを持ったときには直ちに散
乱されてしまう(フィルタアウトされる)。
114を通過するダウンスピン電子は、フリー磁性層1
15と非磁性材料層114との界面付近或いは固定磁性
層113と非磁性材料層114との界面付近で散乱さ
れ、フリー磁性層115にはほとんど到達しない。つま
り、このダウンスピン電子は、フリー磁性層115の磁
化方向が回転しても平均自由行程に変化はなく、GMR
効果による抵抗変化率に影響しない。従ってGMR効果
にはアップスピン電子の挙動のみを考えればよい。
電子はこのアップスピン電子の平均自由行程λ+より薄
い厚さの非磁性材料層114中を移動し、フリー磁性層
115に到達し、アップスピン電子はフリー磁性層11
5内を自由に通過できる。これは、アップスピン電子が
フリー磁性層115の磁化方向に平行なスピンを持って
いるためである。
層115の磁化方向が反平行となる状態では、アップス
ピン電子はフリー磁性層115の磁化方向に平行なスピ
ンを持った電子でなくなる。すると、アップスピン電子
は、フリー磁性層115と非磁性材料層114との界面
付近で散乱されることになり、アップスピン電子の有効
平均自由行程が急激に減少する。すなわち、抵抗値が増
大する。抵抗変化率は、アップスピン電子の有効平均自
由行程の変化量と正の相関関係を有する。
けられている場合には、フリー磁性層115を通過した
アップスピン電子はバックド層BAにおいて、このバッ
クド層BAの材料で決定される追加平均自由行程λ+bを
移動した後散乱する。すなわち、バックド層BAを設け
たことにより、アップスピン電子の平均自由行程λ+が
追加平均自由行程λ+b分だけ延びる。
有する本実施の形態では、アップスピンの伝導電子の平
均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界
の印加によるアップスピン電子の平均自由行程の変化量
が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵
抗変化率(ΔR/R)をより向上させることができる。
の伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差
の拡大はフリー磁性層17の膜厚が比較的薄い場合によ
り効果を発揮する。
薄いと強磁性材料層として機能するように形成すること
が難しくなり充分な磁気抵抗効果を得ることができな
い。また、鏡面反射(specular reflection)せずに通
常の散乱(diffusive scattering)をする伝導電子も存
在するため、抵抗変化率が低下してしまうので好ましく
ない。
mより厚いと非磁性層18に到達する前に散乱されてし
まうアップスピンの伝導電子が増加してスピンフィルタ
ー効果によって抵抗変化率が変化する割合が減少するた
め好ましくない。
ーメントが異なる前記第1固定磁性層15a(強磁性材
料層)と前記第2固定磁性層15c(強磁性材料層)
が、前記非磁性中間層15bを介して積層されたもの
が、一つの固定磁性層15として機能する。すなわち、
固定磁性層15は、単位面積あたりの磁気モーメントの
大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性中間層を
介して積層され、前記非磁性中間層を介して隣接する前
記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状
態であるものである。
4と接して形成され、第1の磁場中アニールが施される
ことにより、第1固定磁性層15aと第1反強磁性層1
4との界面にて交換結合による交換異方性磁界が生じ、
第1固定磁性層15aの磁化方向が図示Y方向に固定さ
れる。第1固定磁性層15aの磁化方向が図示Y方向に
固定されると、非磁性中間層15bを介して対向する第
2固定磁性層15cの磁化方向が、第1固定磁性層15
aの磁化方向と反平行の状態で固定される。
ントと第2固定磁性層15cの磁気モーメントを足し合
わせた合成磁気モーメントの方向が固定磁性層15の磁
化方向となる。
固定磁性層15cの磁化方向は、反平行となるフェリ磁
性状態になっており、第1固定磁性層15aと第2固定
磁性層15cとが互いに他方の磁化方向を固定しあうの
で、全体として固定磁性層15の磁化方向を一定方向に
安定させることができるので好ましい。
15cは、強磁性材料により形成されるもので、例えば
NiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe合
金、CoNi合金などにより形成されるものであり、特
にNiFe合金、CoまたはCoFeにより形成される
ことが好ましい。また、第1固定磁性層15a及び第2
固定磁性層15cは同一の材料で形成されることが好ま
しい。図1では、前記第1固定磁性層15a及び前記第
2固定磁性層15cを同じ材料を用いて形成し、さら
に、それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれ
の単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせている。
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Os、C
r、Re、Cuのうち1種またはこれらの2種以上の合
金で形成されている。特にRuによって形成されること
が好ましい。
下に第1固定磁性層15a及び第2固定磁性層15cが
積層されたものとして形成されると、第1固定磁性層1
5a及び第2固定磁性層15cが互いの磁化方向を固定
しあい、全体として固定磁性層15の磁化方向を一定方
向に強力に固定することができる。すなわち、第1反強
磁性層14と固定磁性層15との交換結合磁界Hex
を、例えば80〜160kA/mと、大きな値として得
ることができる。
の固定磁化による反磁界(双極子磁界)を、第1固定磁
性層15a及び第2固定磁性層15cの静磁界どうしが
相互に打ち消し合うことによりキャンセルできる。これ
により、固定磁性層15の固定磁化による反磁界(双極
子磁界)からの、フリー磁性層17の変動磁化への寄与
を減少させることができる。
向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシ
ンメトリーの小さい対称性の優れた磁気検出素子を得る
ことが可能になる。
磁界(双極子磁界)Hdは、フリー磁性層17の素子高
さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいとい
う不均一な分布を持ち、フリー磁性層17内における単
磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層15を上
記の積層構造とすることにより双極子磁界HdをほぼH
d=0とすることができ、これによってフリー磁性層1
7内に磁壁ができて磁化の不均一が発生しバルクハウゼ
ンノイズなどが発生することを防止することができる。
料層として形成されてもよい。また、第2固定磁性層1
5cと非磁性材料層16の間にCoなどからなる拡散防
止層が形成されていてもよい。この拡散防止層は第2固
定磁性層15cと非磁性材料層16の相互拡散を防止す
る。
14と第2反強磁性層20,20を同じ組成の反強磁性
材料を用いて形成した場合でも、第1反強磁性層14の
交換異方性磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、第2
反強磁性層20,20の交換異方性磁界を図示X方向に
向けることができる。すなわち、本実施の形態では、フ
リー磁性層17の磁化方向を、固定磁性層15の磁化方
向と直交する方向に固定できる。
19の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは異な
っている必要がある。フリー磁性層17及び強磁性層1
9,19の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ
は、強磁性材料層の飽和磁化(Ms)と膜厚(t)の積
で表される。本実施の形態では、強磁性層19,19の
膜厚をフリー磁性層17の膜厚より薄くしている。強磁
性層19,19の膜厚を薄くすると強磁性層19,19
の一方向異方性磁界が大きくなってフリー磁性層17に
充分な縦バイアスをかけることが容易になる。
1,21をマスクとして第2反強磁性層20を第2反強
磁性層20内まで掘り込むことにより、図7に示される
ような凹部30を有する磁気検出素子を得ることもでき
る。凹部30は底面30bが第2反強磁性層20内に位
置し、かつ底面30bがトラック幅寸法Twであるもの
である。
0の底面30bが第2反強磁性層20内に位置してお
り、フリー磁性層17と強磁性層19が、非磁性層18
を介して隣接し、フリー磁性層17の磁化方向と強磁性
層19の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態とな
る。
8及び強磁性層19からなる多層膜Fがひとつのフリー
磁性層、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層と
して機能する。シンセティックフェリフリー磁性層で
は、フリー磁性層の膜厚を薄くすることと同等の効果が
得られ、フリー磁性層の磁化が変動しやすくなり、磁気
抵抗効果素子の磁界検出感度が向上する。なお、フリー
磁性層17と強磁性層19の単位面積あたりの磁気モー
メントの大きさは異なっている必要がある。フリー磁性
層17の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは、
磁性層17bの飽和磁化(Ms)と膜厚(t)の積と拡
散防止層17aの飽和磁化(Ms)と膜厚(t)の積の
和であり、強磁性層19の単位面積あたりの磁気モーメ
ントの大きさは、強磁性層の飽和磁化(Ms)と膜厚
(t)の積で表される。
する第2反強磁性層20の領域の厚さt2を0Åより大
きく50Å以下にすると、凹部30の底面30bの下部
に位置する第2反強磁性層20の領域では強磁性層19
との間に交換結合磁界が発生しないので好ましい。
1,21をマスクとして第2反強磁性層20を強磁性層
19内まで掘り込むことにより、図8に示されるような
凹部31を有する磁気検出素子を得ることもできる。凹
部31は、側面31aが第2反強磁性層20を貫通し、
底面31bが強磁性層19内に位置し、かつ底面31b
がトラック幅Twに相当する幅寸法を有するものであ
る。
性層17、非磁性層18及び強磁性層19からなる多層
膜Fがひとつのフリー磁性層、いわゆるシンセティック
フェリフリー磁性層Fとして機能する。本発明では、フ
リー磁性層の外部磁化によって磁化方向が変化する感度
領域Eの上層に第2反強磁性層20が全く存在しない。
従って、シンセティックフェリフリー磁性層Fの感度領
域Eの磁化方向の外部磁界依存性の変動を鋭敏にでき、
磁気検出素子の磁界検出感度を向上できる。
の製造方法を説明する。磁気検出素子が浮上式ヘッドを
構成する場合には、セラミック材のスライダのトレーリ
ング端面上にAl2O3膜などの絶縁膜を介して下部シー
ルド層及び下部ギャップ層を積層する。
に、図1に示される工程において下地層13上に、第1
反強磁性層14、第1固定磁性層15a、非磁性中間層
15b、第2固定磁性層15cからなるシンセティック
フェリピンド型の固定磁性層15、非磁性材料層16、
フリー磁性層17、非磁性層18まで順次積層された多
層膜A1を、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセ
スによって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
第1の大きさの磁界中で、第1の磁場中アニールを行
い、第1反強磁性層14と第1固定磁性層15aとの間
に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層15の磁化方
向を図示Y方向に固定する。本実施の形態では、第1の
熱処理温度を270℃、磁界の第1の大きさを800k
(A/m)としている。
をスパッタ法によって連続成膜し、図2に示される下地
層13から第2反強磁性層20まで積層された多層膜A
2を得る。
第1の固定磁性層15a、非磁性中間層15b、第2固
定磁性層15cからなるシンセティックフェリピンド型
の固定磁性層15、非磁性材料層16、フリー磁性層1
7、非磁性層18、強磁性層19、第2反強磁性層20
の材料は、前述した第1の実施の形態と同じであるので
説明を省略する。
Rh、Ir、Re、Osのうち1種あるいは2種以上の
合金で形成すると、第1の磁場中アニールにおいて、非
磁性層18の表面がほとんど酸化しない。従って、非磁
性層18上に強磁性層19をスパッタ成膜する前に、非
磁性層18の表面をミリングなどで処理しなくても、フ
リー磁性層17と強磁性層19との間に非磁性層18を
介したRKKY相互作用を働かせることができる。
19との界面を、ミリングによって削られた面としなく
てもすむようにできるので、フリー磁性層17の磁化方
向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を
防ぐことができる。
は、非磁性層18を介したRKKY相互作用によって磁
気的に結合されたものであるので、非磁性層18の表面
をミリングによって処理した場合でも、フリー磁性層の
磁化方向を一定方向に揃えるために十分な一方向異方性
磁界を得ることができる。
14と第2反強磁性層20を同じ組成の反強磁性材料を
用いて形成することができる。
方向を向いた第2の大きさの磁界中で、第2の磁場中ア
ニールにかけて、第2反強磁性層20と強磁性層19と
の間に交換異方性磁界を発生させ、強磁性層19の磁化
方向を図示X方向に固定する。本実施の形態では、第2
の熱処理温度を250℃、磁界の第2の大きさを8(k
A/m)としている。
の交換異方性磁界は、第2の磁場中アニール工程におい
て初めて生じる。従って、第1反強磁性層14と第1固
定磁性層15aとの間の交換異方性磁界の方向を図示Y
方向に向けたまま、第2反強磁性層20と強磁性層19
との間の交換異方性磁界を図示X方向に向けるために
は、第2の熱処理温度を、第1反強磁性層14による交
換結合磁界が消失するブロッキング温度より低い温度に
設定し、第2の磁界の大きさを第1反強磁性層14と第
1固定磁性層15aとの間の交換異方性磁界より小さく
するだけでよい。また、第2の磁場中アニールをこれら
の条件下で行えば、第1反強磁性層14と第2反強磁性
層20を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、
第1反強磁性層14と第1固定磁性層15aとの間の交
換異方性磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、第2反
強磁性層20と強磁性層19との間の交換異方性磁界を
図示X方向に向けることができる。すなわち、フリー磁
性層17の磁化方向を、固定磁性層15の磁化方向と直
交する方向に固定することが容易になる。
界の大きさは、フリー磁性層17及び強磁性層19の飽
和磁界、及びフリー磁性層17及び強磁性層19の反磁
界より大きく、フリー磁性層17と強磁性層19との間
の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいこ
とが好ましい。
磁性層20上に、トラック幅Twに等しい間隔W1をあ
けて一対の第1のレジスト層R2、R2を積層する。
10に示すように、第2反強磁性層20の第1のレジス
ト層R2、R2によって挟まれた部位、すなわち、第2
反強磁性層20の第1のレジスト層R2,R2によって
マスクされない部位を、イオンミリングまたは反応性イ
オンエッチング(RIE)などによって、第2反強磁性
層20の表面20aに対する垂直方向、すなわちトラッ
ク幅方向(図示X方向)に対する垂直方向(図示Z方
向)に削り込むことにより、側面31aが第2反強磁性
層20及び強磁性層19を貫通し、底面31bが非磁性
層18内に位置し、かつ底面31bがトラック幅Twに
相当する幅寸法を有する凹部31を形成する。凹部31
の側面31a,31aは、トラック幅方向に対して垂直
面になっている。図10では、凹部31の底面31bが
非磁性層18内に位置するように、凹部31を形成して
いる。凹部31の形成後、第1のレジスト層R2,R2
を除去する。
辺の第2反強磁性層20,20上に、トラック幅方向の
幅寸法がW2の領域を覆う第2のレジスト層R3を形成
する。レジスト層R3はリフトオフ用のレジスト層であ
り、下層部に切り欠き部R3a、R3aが形成されてい
る。
磁性層20,20のレジスト層R3に覆われていない領
域上に導電性材料からなる電極層26,26をスパッタ
法によって成膜して多層膜A3を形成する。電極層2
6,26の形成後、第2のレジスト層R3を除去すると
図12に示される磁気検出素子を得ることができる。
反強磁性層20,20上に積層されている電極層26,
26のトラック幅領域C側の側端縁26a,26aが、
第2反強磁性層20,20のトラック幅領域C側の側端
面20a,20aよりも、多層膜A3の外端部S1,S
1側に形成される磁気検出素子を得ることができる。な
お、トラック幅領域Cとは、多層膜A3中の凹部31の
底面31bに重なる領域のことである。すなわち、トラ
ック幅領域Cの幅寸法はトラック幅寸法Twに等しい。
また、トラック幅領域Cの幅寸法は、フリー磁性層17
の磁化方向が変化する領域である感度領域Eの幅寸法に
等しい。
側端縁26a,26aが第2反強磁性層20,20のト
ラック幅領域C側の側端面20a,20aよりも、多層
膜A3の外端部S1,S1側に形成されていると凹部3
1の底面31bと電極層26,26及び第2反強磁性層
20,20がつくる段差をなだらかにすることができ
る。従って、磁気検出素子の上層の上部ギャップ層23
の膜厚を小さくしても、この段差上に上部ギャップ層2
3が確実に形成されるようにできる。すなわち、上部シ
ールド層24と電極層26,26、第2反強磁性層2
0,20、強磁性層19,19、及び非磁性層18との
間の電気的短絡をより確実に防止でき、狭ギャップ化に
対応できるようになる。
側近傍における上部シールド層24と下部シールド層1
1間の距離が大きくなると、上部シールド層24と下部
シールド層11の間を通って、検出対象の記録トラック
の両側の記録トラックから発生する記録媒体からの磁界
が磁気検出素子に侵入しやすくなり、実効トラック幅が
大きくなる。すなわち、記録トラック間のクロストーク
が発生しやすくなる。
層26,26及び第2反強磁性層20,20とがつくる
段差をなだらかにすることができるので、トラック幅領
域Cの両側近傍における上部シールド層24と下部シー
ルド層11間の距離が大きくなることを抑え、実効トラ
ック幅を小さくすることができる。
強磁性層20,20、電極層26,26のうち、強磁性
層19,19及び第2反強磁性層20,20のみと重な
る領域S2,S2における上部シールド層24と下部シ
ールド層11間の距離をGls、多層膜A3の中央C1
と重なる位置における上部シールド層24と下部シール
ド層11間の距離をGlcとしたときに、前記Glsと
Glcの差の値を、Glc≦Gls≦Glc+90nm
を満たす範囲に設定することが好ましい。より好ましく
は、前記Glsと前記Glcの値を、Glc≦Gls≦
Glc+70nmを満たす範囲に設定することである。
さらに好ましくは、前記Glsと前記Glcの値を、G
lc≦Gls≦Glc+30nmを満たす範囲に設定す
ることである。
を、1.00≦Gls/Glc≦2.50を満たす範囲
に設定することが好ましい。より好ましくは、前記Gl
sと前記Glcの値を、1.00≦Gls/Glc≦
2.17を満たす範囲に設定することである。さらに好
ましくは、前記Glsと前記Glcの値を、1.00≦
Gls/Glc≦1.50を満たす範囲に設定すること
である。
の製造方法を説明する。磁気検出素子が浮上式ヘッドを
構成する場合には、セラミック材のスライダのトレーリ
ング端面上にAl2O3膜などの絶縁膜を介して下部シー
ルド層及び下部ギャップ層を積層する。
に、図1に示される工程において、下地層13、第1反
強磁性層14、第1固定磁性層15a、非磁性中間層1
5b、第2固定磁性層15cからなるシンセティックフ
ェリピンド型の固定磁性層15、非磁性材料層16、フ
リー磁性層17、非磁性層18まで順次積層された多層
膜A1を、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセス
によって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
第1の大きさの磁界中で、第1の磁場中アニールを行
い、第1反強磁性層14と第1固定磁性層15aとの間
に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層15の磁化方
向を図示Y方向に固定する。本実施の形態では、第1の
熱処理温度を270℃、磁界の第1の大きさを800k
(A/m)としている。
をスパッタ法によって連続成膜し、図2に示される下地
層13から第2反強磁性層20まで積層された多層膜A
2を得る。
第1固定磁性層15a、非磁性中間層15b、第2固定
磁性層15cからなるシンセティックフェリピンド型の
固定磁性層15、非磁性材料層16、フリー磁性層1
7、非磁性層18、強磁性層19、第2反強磁性層20
の材料は、前述した第1の実施の形態と同じであるので
説明を省略する。
Rh、Ir、Re、Osのうち1種あるいは2種以上の
合金で形成すると、第1の磁場中アニールにおいて、非
磁性層18の表面がほとんど酸化しない。従って、非磁
性層18上に強磁性層19をスパッタ成膜する前に、非
磁性層18の表面をミリングなどで処理しなくても、フ
リー磁性層17と強磁性層19との間に非磁性層18を
介したRKKY相互作用を働かせることができる。
の界面を、ミリングによって削られた面としなくてもす
むようにできるので、フリー磁性層17の磁化方向を一
定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を防ぐこ
とができる。
は、非磁性層18を介したRKKY相互作用によって磁
気的に結合されたものであるので、非磁性層18の表面
をミリングによって処理した場合でも、フリー磁性層1
7の磁化方向を一定方向に揃えるために十分な一方向異
方性磁界を得ることができる。
14と第2反強磁性層20を同じ組成の反強磁性材料を
用いて形成することができる。
方向を向いた第2の大きさの磁界中で、第2の磁場中ア
ニールにかけて、第2反強磁性層20と強磁性層19と
の間に交換異方性磁界を発生させ、強磁性層19の磁化
方向を図示X方向に固定する。本実施の形態では、第2
の熱処理温度を250℃、磁界の第2の大きさを8(k
A/m)としている。
の交換異方性磁界は、第2の磁場中アニール工程におい
て初めて生じる。従って、第1反強磁性層14と第1固
定磁性層15aとの間の交換異方性磁界の方向を図示Y
方向に向けたまま、第2反強磁性層20と強磁性層19
との間の交換異方性磁界を図示X方向に向けるために
は、第2の熱処理温度を、第1反強磁性層14による交
換結合磁界が消失するブロッキング温度より低い温度に
設定し、第2の磁界の大きさを第1反強磁性層14と第
1固定磁性層15aとの間の交換異方性磁界より小さく
するだけでよい。また、第2の磁場中アニールをこれら
の条件下で行えば、第1反強磁性層14と第2反強磁性
層20を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、
第1反強磁性層14と第1固定磁性層15aとの間の交
換異方性磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、第2反
強磁性層20と強磁性層19との間の交換異方性磁界を
図示X方向に向けることができる。すなわち、フリー磁
性層17の磁化方向を、固定磁性層15の磁化方向と直
交する方向に固定することが容易になる。
界の大きさは、フリー磁性層17及び強磁性層19の飽
和磁界、及びフリー磁性層17及び強磁性層19の反磁
界より大きく、フリー磁性層17と強磁性層19との間
の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいこ
とが好ましい。
磁性層20上に、トラック幅Twに等しい間隔W1をあ
けて一対の第1のレジスト層R2、R2を積層する。
10に示すように、第2反強磁性層20の第1のレジス
ト層R2、R2によって挟まれた部位、すなわち、第2
反強磁性層20の第1のレジスト層R2,R2によって
マスクされない部位を、イオンミリングまたは反応性イ
オンエッチング(RIE)などによって、第2反強磁性
層20の表面(側端面)20aに対する垂直方向、すな
わちトラック幅方向(図示X方向)に対する垂直方向
(図示Z方向)に削り込むことにより凹部31を形成す
る。凹部31の側面31a,31aは、トラック幅方向
に対して垂直面になっている。図10では、凹部31の
底面31bが非磁性層18内に位置するように、凹部3
1を形成している。凹部31の形成後、第1のレジスト
層R2,R2を除去する。
aのトラック幅方向の幅寸法W3がレジスト層R1の底
面R1bの幅寸法W1よりも小さいリフトオフ用の第2
のレジスト層R4を、凹部31の底面31b上に形成す
る。
の底面31bの第2のレジスト層R4に覆われていない
領域上及び第2反強磁性層20,20上に電極層27,
27をスパッタ法によって成膜することにより多層膜A
4を形成する。
極層27,27のトラック幅領域C側の側端縁27a,
27aを、凹部31の底面31bと第2のレジスト層R
4が接合しているところまで延して形成することによ
り、第2反強磁性層20,20上に積層される電極層2
7,27のトラック幅領域C側の側端縁27a,27a
が、強磁性層19,19のトラック幅領域C側の側端縁
(側端面)19a,19a及び第2反強磁性層20,2
0のトラック幅領域C側の側端縁(側端面)20a,2
0aよりも多層膜A4の中央部C1側に延されて形成さ
れるようにできる。なお、図14においてトラック幅領
域Cとは、電極層27,27の側端縁27a,27aに
挟まれる領域である。
トラック幅方向寸法W3と電極層27,27の側端縁2
7a,27a間距離は等しくなる。なお、電極層27,
27の側端縁27a,27a間距離が磁気検出素子のト
ラック幅寸法Twを規定する。このトラック幅寸法Tw
の領域、すなわち、トラック幅領域Cが実質的に磁気抵
抗効果を発揮し得る領域である感度領域Eである。
ト層R4を除去すると、図15に示されるように多層膜
A4が得られる。
1反強磁性層14と第2反強磁性層20を同じ組成の反
強磁性材料を用いて形成することができる。
27の間にTaなどの非磁性材料からなる保護層を成膜
してもよい。
部シールド層24を積層して図15に示される磁気検出
素子を得る。
0,20は、電極層27,27に比べて比抵抗が大きい
材料によって形成される。電極層27,27が強磁性層
19,19及び第2反強磁性層20,20上のみに積層
されると、電極層27,27に供給された直流電流は強
磁性層19,19及び第2反強磁性層20,20を介し
て非磁性層18、フリー磁性層17、非磁性材料層、及
び固定磁性層15に流れることになり、磁気検出素子の
直流抵抗値が大きくなってしまう。
側端縁27a,27aが、強磁性層19,19のトラッ
ク幅領域C側の側端縁(側端面)19a,19a及び第
2反強磁性層20,20のトラック幅領域C側の側端縁
(側端面)20a,20aよりも多層膜A4の中央部C
1側に延されていると、電極層27,27の側端縁27
a,27aを非磁性層18上にまで延長でき、電極層2
7,27に供給された直流電流を強磁性層19,19及
び第2反強磁性層20,20を介さずに流すことができ
るので、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくできる。
Twは、一対の電極層27,27のトラック幅領域C側
の側端縁27a,27a間距離で規定されるので、第2
の反強磁性層20,20のトラック幅領域C側の側端縁
(側端面)20a,20a付近の領域で組成が変化した
りだれが生じたりすることによって、第2の反強磁性層
20,20の側端縁(側端面)20a,20a付近に重
なるフリー磁性層17の両側部17s,17sの磁化方
向が動きやすくなっても、トラック幅Twが変化するこ
とを抑えることができる。
1を底面31bが非磁性層18内に位置するように形成
しているが、本発明では底面が第2反強磁性層20内ま
たは強磁性層19内に位置するような凹部を形成しても
よい。
膜A1を形成するときに、非磁性層18とフリー磁性層
17の間に、非磁性層18よりも比抵抗が低い材料、例
えばCuからなる導電性材料層50を形成し、最終的に
図16に示される磁気検出素子が得られるようにしても
よい。
料からなる導電性材料層50が形成されていると、非磁
性層18だけの場合よりも大きなスピンフィルター効果
を奏することができるようになり、磁気検出素子の磁界
検出感度をさらに向上させることができるので好まし
い。なお、導電性材料層50をCuを用いて形成する
と、NiFeやCoFeNiによって形成されたフリー
磁性層17と結晶格子定数の値が近くなり、大きなスピ
ンフィルター効果を奏することができる。
えば非磁性層18をRuによって膜厚t3が0.4〜
1.1nmであるものとして形成し、さらに、導電性材
料層50をCuによって膜厚t4が0.3〜0.5nm
であるものとして形成することができる。
膜A1を形成するときに、フリー磁性層40を、単位面
積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる第1フリー
磁性層40a(強磁性材料層)及び第2フリー磁性層4
0c(強磁性材料層)を非磁性中間層40bを介して積
層された、いわゆるシンセティックフェリフリー型のフ
リー磁性層として形成し、最終的に図17に示される磁
気検出素子を得るようにしてもよい。
磁性層が、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが
異なる複数の強磁性材料層が、非磁性層を介して積層さ
れ、非磁性層を介して隣接する強磁性材料層の磁化方向
が反平行となるフェリ磁性状態であるものである。
間層)40a1と磁性層40a2からなっている。この
拡散防止層40a1は、例えばCoまたはCoFeから
なるものであり、磁性層40a2と非磁性材料層16の
相互拡散を防止する。
性層40cは、強磁性材料により形成されるもので、例
えばNiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe
合金、CoNi合金などにより形成されるものであり、
特にNiFe合金により形成されることが好ましい。
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Os、C
r、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で形
成されている。特にRuによって形成されることが好ま
しい。
リー磁性層40cは、それぞれの単位面積あたりの磁気
モーメントが異なるように形成されている。単位面積あ
たりの磁気モーメントは、飽和磁化(Ms)と膜厚
(t)の積で表される。
aと非磁性材料層16の間に、拡散防止層40a1が形
成されているので、磁性層40a2の単位面積あたりの
磁気モーメントと拡散防止層40a1の単位面積あたり
の磁気モーメントの和と、第2フリー磁性層40cの単
位面積あたりの磁気モーメントを異ならせる。
0.5〜2.5nmの範囲であることが好ましい。ま
た、第1フリー磁性層40aの厚さは2.5〜4.5n
mの範囲であることが好ましい。なお、第1フリー磁性
層40aの厚さが3.0〜4.0nmの範囲であること
がより好ましく、さらに好ましくは3.5〜4.0nm
の範囲であることである。第1フリー磁性層40aの厚
さが前記の範囲を外れると、スピンバルブ型磁気検出素
子の磁気抵抗変化率を大きくすることができなくなるの
で好ましくない。
トが異なる第1フリー磁性層40aと第2フリー磁性層
40cが、非磁性中間層40bを介して積層されたもの
が、一つのフリー磁性層40として機能する。
層40cの磁化方向は180度異なる反平行のフェリ磁
性状態になっている。このとき、第1フリー磁性層40
aの磁化方向が、強磁性層19から発生する磁界の方向
に向き、第2フリー磁性層40cの磁化方向が、180
度反対方向に向いた状態になる。
層40cの磁化方向が180度異なる反平行のフェリ磁
性状態になると、フリー磁性層40の膜厚を薄くするこ
とと同等の効果が得られ、実効的な磁気的膜厚(Ms×
t)が小さくなり、フリー磁性層40の磁化が変動しや
すくなって、磁気抵抗効果素子の磁界検出感度が向上す
る。
の磁気モーメントと第2フリー磁性層40cの単位面積
あたりの磁気モーメントを足し合わせた単位面積あたり
の合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層40の磁化
方向となる。
係で出力に寄与するのは第1フリー磁性層40aの磁化
方向のみである。
ー磁性層40cの磁気的膜厚の関係が異ならされている
と、フリー磁性層40のスピンフロップ磁界を大きくで
きる。
行である2つの磁性層に対し、外部磁界を印加したとき
に、2つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなる外部磁
界の大きさを指す。
概念図として図18を示す。このM−H曲線は、図17
に示す構成のフリー磁性層40に対してトラック幅方向
から外部磁界を印加したときの、フリー磁性層40の磁
化Mの変化を示したものである。
フリー磁性層40aの磁化方向を表わし、F2で示す矢
印は、第2フリー磁性層40cの磁化方向を表わす。
きは、第1フリー磁性層40aと第2フリー磁性層40
cがフェリ磁性状態、すなわち矢印F1及びF2の方向
が反平行になっているが、外部磁界Hの大きさがある値
を越えると、第1フリー磁性層40aと第2フリー磁性
層40cのRKKY結合が壊され、フェリ磁性状態を保
てなくなる。これが、スピンフロップ転移である。また
このスピンフロップ転移が起きるときの外部磁界の大き
さがスピンフロップ磁界であり、図18ではHsfで示
している。なお、図中Hcfは、フリー磁性層40の磁
化の保磁力を示している。
性層40cの、それぞれの単位面積あたりの磁気モーメ
ントが異なるように形成されているとフリー磁性層40
のスピンフロップ磁界Hsfが大きくなる。これによ
り、フリー磁性層40がフェリ磁性状態を保つ磁界の範
囲が広くなり、フリー磁性層40のフェリ磁性状態の安
定度が増す。
a1が形成されている場合には、フリー磁性層を構成す
る第1フリー磁性層の磁性層40a2及び第2フリー磁
性層40cは以下の組成を有する磁性材料で形成するこ
とが好ましい。前記CoFeNi合金であってFeの組
成比が7原子%以上で15原子%以下、Niの組成比が
5原子%以上で15原子%以下、残りの組成比はCoで
ある。
フリー磁性層40c間で発生するRKKY相互作用にお
ける交換結合磁界を強くすることができる。具体的に
は、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフ
ロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで大
きくすることができる。
フリー磁性層40a及び第2フリー磁性層40cの両側
端部の磁化を適切に反平行状態にピン止めでき、サイド
リーディングの発生を抑制することができる。
ー磁性層40cの双方を前記CoFeNi合金で形成す
ることが好ましい。これにより、より安定して高いスピ
ンフロップ磁界を得ることができ、第1フリー磁性層4
0aと第2フリー磁性層40cとを適切に反平行状態に
磁化できる。
リー磁性層40aと第2フリー磁性層40cの磁歪を−
3×10-6から3×10-6の範囲内に収めることがで
き、また保磁力を790(A/m)以下に小さくでき
る。
向上、非磁性材料層16間でのNiの拡散による抵抗変
化量(ΔR)や抵抗変化率(ΔR/R)の低減の抑制を
適切に図ることが可能である。
0a2のみからなり、拡散防止層40a1が形成されな
いときには、組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比
は0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成は
Coである磁性材料を用いて磁性層40a2及び第2フ
リー磁性層40cを形成することが好ましい。
て、非磁性層18とフリー磁性層17の間に、非磁性層
18よりも比抵抗が低い材料からなる導電性材料層50
を形成してもよい。また、前述した全ての磁気検出素子
のフリー磁性層17をシンセティックフェリフリー型の
フリー磁性層として形成してもよい。
た磁気検出素子でも、凹部31の側面31a,31a及
び凹部22の側面22a,22aをトラック幅方向に対
して垂直面となるようにすることが可能である。すなわ
ち、トラック幅領域Cから外れた全領域において、第2
反強磁性層20,20が反強磁性を発生するために充分
な膜厚を有することができ、トラック幅領域Cから外れ
た全領域においてフリー磁性層17の磁化方向を確実に
固定することができる。
(感度領域E)でのみフリー磁性層17の磁化方向を動
かすことができ、トラック幅領域C周辺におけるサイド
リーディングを防止することができる。
20,20及び強磁性層19,19の下層にまで延して
形成するので、フリー磁性層17の磁化がフリー磁性層
17の両側端面の表面磁荷によって発生する反磁界の影
響を受けることを小さくできる。
おいて強磁性層19,19、非磁性層18、及びフリー
磁性層17がシンセティックフェリ構造となっているの
で、フリー磁性層17の両側部17s,17sにおける
磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界を
大きくすることができる。
7の両側部17s,17sの磁化方向が変化してしま
い、結果として磁気的トラック幅が大きくなることを抑
えることができる。
層19,19との交換結合磁界が比較的弱くても、フリ
ー磁性層17の磁化方向を確実に、固定磁性層15の磁
化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。従っ
て、前記第2の磁場中アニールにおける磁場の大きさを
8000A/mの低磁場とすることができ、固定磁性層
15の磁化方向が変化することを抑えることが容易にな
る。
工程において、強磁性層19及び第2反強磁性層20
を、表面が平坦面である非磁性層18上に積層している
ので、強磁性層19及び第2反強磁性層20も平坦化さ
れた層として形成でき、強磁性層19、非磁性層18、
及びフリー磁性層17からなるシンセティックフェリ構
造において強磁性層19とフリー磁性層17間のRKK
Y相互作用を大きくすることが容易になる。
であると、強磁性層19,19及び第2の反強磁性層2
0,20の積層工程の制御が容易になる。従って、強磁
性層19,19の膜厚を薄くでき強磁性層19,19、
非磁性層18、及びフリー磁性層17からなるシンセテ
ィックフェリ構造において強磁性層19,19とフリー
磁性層17間のスピンフロップ磁界を大きくできる。本
実施の形態では強磁性層19,19の膜厚を例えば1.
5nm〜4.0nmにできる。また、フリー磁性層17
にかかる一方向異方性磁界を大きくできる。例えば、強
磁性層19,19及びフリー磁性層17をNiFeで形
成したときには、前記一方向異方性磁界を56(kA/
m)とすることができる。または、強磁性層19,19
及びフリー磁性層17をCoFeで形成したときには、
前記一方向異方性磁界を152(kA/m)とすること
ができる。
料で形成すると、非磁性層18が、スピンフィルター効
果を有することになり、磁気検出素子の磁界検出感度を
向上させることができる。
層、非磁性材料層、フリー磁性層を有する多層膜のトラ
ック幅方向(図示X方向)の両側部S,S上に電極層2
1、26、27が設けられ、前記電極層21、26、2
7から前記多層膜内に流れる電流が、前記多層膜内を各
層の膜面に対して平行な方向に流れるCIP(current
in the plane)型の磁気検出素子の製造方法を説明
した。
の製造方法は、前記多層膜の上下に電極層が設けられ、
前記電極層から前記多層膜内に流れる電流が、前記多層
膜の各層の膜面に対し垂直方向に流れるCPP(curren
t perpendicular to theplane)型の磁気検出素子の
製造方法である。
NiFeなどの磁性材料からなり下部シールド層を兼ね
る下部電極層70を形成し、その上に図1で形成したの
と同じ多層膜A1を形成する。
Y方向を向いた第1の大きさの磁界中で、第1の磁場中
アニールを行い、第1の反強磁性層14と第1の固定磁
性層15aとの間に交換異方性磁界を発生させ、固定磁
性層15の磁化方向を図示Y方向に固定する。本実施の
形態では、前記第1の熱処理温度を270℃、磁界の第
1の大きさを800k(A/m)としている。
磁性層18は、Ru、Rh、Ir、Re、Osのうち1
種あるいは2種以上の合金で形成する。なお、非磁性層
18をRuによって形成するときには、非磁性層の膜厚
t1を0.8〜1.1nm、より好ましくは0.85〜
0.9nm、となるようものとして形成すると強磁性層
19とフリー磁性層17との間のRKKY相互作用を大
きくすることができるので好ましい。
上に、強磁性層19を再成膜し、さらに強磁性層19上
に第2の反強磁性層20、絶縁層71を連続成膜する。
O2、AlN、Ti2O3、Ti3O5、Al−Si−Oな
どの絶縁材料で形成される。
を、第2の熱処理温度、X方向を向いた第2の大きさの
磁界中で、第2の磁場中アニールにかけて、第2の反強
磁性層20と強磁性層19との間に、交換異方性磁界を
発生させ、強磁性層19の磁化方向を図示X方向と18
0°異なる反平行方向に固定する。強磁性層19の磁化
方向が図示X方向と180°異なる反平行方向に固定さ
れると、フリー磁性層17の磁化方向は非磁性層18を
介した強磁性層19とのRKKY相互作用によって、図
示X方向に固定される。本実施の形態では、前記第2の
熱処理温度を250℃、磁界の第2の大きさを24k
(A/m)としている。
向が上述のような関係になるのは、フリー磁性層17の
単位面積当りの磁気モーメントが強磁性層19の単位面
積当りの磁気モーメントより大きく、磁界の第2の大き
さがフリー磁性層17と強磁性層19間のスピンフロッ
プ磁界よりも小さいためである。
界は、第2の磁場中アニール工程において初めて生じ
る。従って、第1の反強磁性層14による交換異方性磁
界の方向を図示Y方向に向けたまま、第2の反強磁性層
20による交換異方性磁界を図示X方向と180°異な
る反平行方向に向けるためには、前記第2の熱処理温度
を、第1の反強磁性層14による交換結合磁界が消失す
るブロッキング温度より低い温度に設定し、前記第2の
磁界の大きさを第1の反強磁性層14による交換異方性
磁界より小さくするだけでよい。また、第2の磁場中ア
ニールをこれらの条件下で行えば、第1の反強磁性層1
4と第2の反強磁性層20を同じ組成の反強磁性材料を
用いて形成しても、第1の反強磁性層14による交換異
方性磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、第2の反強
磁性層20による交換異方性磁界を図示X方向と反平行
方向に向けることができる。すなわち、フリー磁性層1
7の磁化方向を、固定磁性層15の磁化方向と直交する
方向に固定することが容易になる。
界の大きさは、フリー磁性層17及び強磁性層19の飽
和磁界、及びフリー磁性層17及び強磁性層19の反磁
界より大きく、フリー磁性層17と強磁性層19間の反
平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいことが
好ましい。
トラック幅方向(図示X方向)の中央部に穴部90aが
設けられたレジスト層90を形成する。レジスト層90
の内側端面90bは、絶縁層71の表面(または基板表
面)に対する垂直面である。ただし、内側端面90bは
下面から上面にかけて徐々に穴部90aのトラック幅方
向への間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成されて
もよい。
ミリングまたは反応性イオンエッチング(RIE)によ
ってレジスト層90に覆われていない絶縁層71、第2
の反強磁性層20、強磁性層19を完全に削り込み、非
磁性層18を途中まで削り込む。図24では、多層膜に
形成された凹部31の側面31aは絶縁層71の表面
(または基板表面)に対する垂直面である。そして、レ
ジスト層90を除去する。
斜面あるいは湾曲面であるとき又はイオンミリングにお
けるイオンビーム入射角が垂直方向から傾いているとき
には、前記イオンミリングによる削り込みによって多層
膜に形成された凹部31の側面31aも傾斜面あるいは
湾曲面として形成される。
た絶縁層71上にレジスト層90を形成した上で、レジ
スト層90をマスクとしてイオンミリングまたは反応性
イオンエッチング(RIE)を行っている。しかし、図
22工程で形成される絶縁層71をベタ膜の状態で成膜
する代わりに、第2反強磁性層20または第2反強磁性
層20の上に形成されるTaなどからなる保護層上のト
ラック幅方向(図示X方向)の中央部に、リフトオフ用
のレジスト層を形成した上で、絶縁層71と同じ絶縁性
材料をスパッタ成膜し、その後前記レジストを除去して
トラック幅方向(図示X方向)の中央部に穴部が設けら
れた絶縁層を形成してもよい。この場合、この前記穴部
が設けられた絶縁層をマスクとしてイオンミリングまた
は反応性イオンエッチング(RIE)により、第2反強
磁性層及び強磁性層19を削って凹部を形成する。
膜B1に凹部31を形成した後行う方が好ましい。
前記凹部31の側面31a及び底面31bにかけてAl
2O3、SiO2、AlNあるいはTiCなどの絶縁材料
からなる他の絶縁層72をスパッタ成膜する。スパッタ
法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッ
タ法、コリメーションスパッタ法などを使用できる。
形成する際のスパッタ角度θ1にある。図25に示すよ
うにスパッタ方向Gは、多層膜の各層の膜面の垂直方向
に対しθ1のスパッタ角度を有しているが本発明では前
記スパッタ角度θ1をできる限り大きくして(すなわち
より寝かせて)、凹部31の側面31aに他の絶縁層7
2が成膜されやすいようにすることが好ましい。例えば
前記スパッタ角度θ1は50°から70°である。
することで、凹部31の側面31aに形成される他の絶
縁層72のトラック幅方向(図示X方向)への膜厚tz
1を、絶縁層71の上面及び凹部31の底面31bに形
成される他の絶縁層72の膜厚tz2よりも厚く形成で
きる。このように他の絶縁層72の膜厚を調整しないと
次工程でのイオンミリングで、凹部31の側面31aの
他の絶縁層72がすべて除去されてしまい、あるいは他
の絶縁層72が残ってもその膜厚は非常に薄くなり、適
切に分流ロスを低減させるための絶縁層として機能させ
ることができない。
面と垂直方向(図示X方向と垂直方向)あるいは垂直方
向に近い角度(多層膜の各層表面の垂直方向に対し0°
から20°の角度からイオンミリングを施す。このとき
凹部31の底面31bに形成された他の絶縁層72を適
切に除去するまでイオンミリングを施す。このイオンミ
リングによって絶縁層71の上面71aに形成された他
の絶縁層72も除去される。一方、凹部31の側面31
aに形成された他の絶縁層72も若干削れるものの、凹
部31の底面31bに形成された他の絶縁層72よりも
厚い膜厚tz1を有し、しかもイオンミリングのミリン
グ方向Hは、凹部31の側面31aに形成された他の絶
縁層72から見ると浅い入射角度になるため、凹部31
の側面31aに形成された他の絶縁層72は、凹部31
の底面31bに形成された他の絶縁層72に比べて削ら
れ難く、よって凹部31の側面31aには適度な膜厚の
他の絶縁層72が残される。
層72のトラック幅方向における膜厚tz3は5nmか
ら10nmであることが好ましい。
上面は絶縁層71によって覆われ、また凹部31の側面
31aは他の絶縁層72によって覆われた状態になって
いる。 そして、図27に示すように、絶縁層71、7
2から凹部31の底面31bにかけて、NiFeなどの
磁性材料からなり上部シールド層を兼ねる上部電極層7
3をメッキ形成する。
出素子が形成される。図28に示される磁気検出素子
は、第2の反強磁性層20上を絶縁層71によって、ま
た凹部31の側面31a上を適切に他の絶縁層72,7
2によって覆うことができ、シールド層から流れる電流
が、第2反強磁性層20等に分流せず、前記電流は前記
凹部31の底面31b上の他の絶縁層72、72間の間
隔で決定されるトラック幅Tw内を適切に流れる。よっ
て図28に示す構造の磁気検出素子であれば、電流経路
が、他の絶縁層72,72のトラック幅方向の間隔で決
まるトラック幅Twから広がることを抑制でき再生出力
が大きく、実効トラック幅が狭いCPP型の磁気検出素
子を製造することが可能になる。
17から下地層13までの多層膜に対する電流経路が、
凹部31によって絞り込まれるので、多層膜の両側部に
電流が分流することを適切に抑制でき、より効果的に再
生出力の大きい磁気検出素子を製造することが可能にな
る。
磁性層20を第2反強磁性層20の途中まで掘り込むこ
とにより、図29に示されるような凹部32を有する磁
気検出素子を得ることもできる。凹部32は底面32b
が第2反強磁性層20内に位置するものである。
32の底面32bが第2反強磁性層20内に位置してお
り、フリー磁性層17と強磁性層19が、非磁性層18
を介して隣接し、フリー磁性層17の磁化方向と強磁性
層19の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態とな
る。
8及び強磁性層19からなる多層膜Fがひとつのフリー
磁性層、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層と
して機能する。
32の底面32bの下部に位置する領域の厚さt2を、
0Åより大きく50Å以下にする。本実施の形態のよう
に、第2の反強磁性層20の、凹部32の底面32bの
下部に位置する領域の厚さt2を0Åより大きく50Å
以下にすると、凹部32の底面32bの下部に位置する
第2の反強磁性層20の領域では交換結合磁界が発生し
ない。そして、凹部32が形成されないトラック幅方向
両側部S,Sでは、第2の反強磁性層20と強磁性層1
9との間に交換結合磁界が発生する。
部32の底面32bに重なる領域以外のトラック幅方向
両側部S,Sでのみ、第2の反強磁性層との間の交換結
合磁界によって固定される。従って、強磁性層19の下
層に非磁性層18を介して積層されているフリー磁性層
17の磁化方向も、トラック幅方向両側部S,Sでのみ
強磁性層19とのRKKY相互作用により固定される。
層17の領域Eは、外部磁界が印加されない状態おい
て、磁化方向が固定された両側部S,Sにならって図示
X方向に揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方
向が変化する。
19の途中まで掘り込むことにより、図30に示される
ような凹部32を有する磁気検出素子を得ることもでき
る。凹部32は、側面32aが第2反強磁性層20を貫
通し、底面32bが強磁性層19内に位置するものであ
る。
磁性層17、非磁性層18及び強磁性層19からなる多
層膜Fがひとつのフリー磁性層、いわゆるシンセティッ
クフェリフリー磁性層Fとして機能する。本発明では、
フリー磁性層の外部磁化によって磁化方向が変化する感
度領域Eの上層に第2反強磁性層20が全く存在しな
い。従って、シンセティックフェリフリー磁性層Fの感
度領域Eの磁化方向の外部磁界依存性の変動を鋭敏にで
き、磁気検出素子の磁界検出感度を向上できる。
層膜A1を形成するときに、非磁性層18とフリー磁性
層17の間に、非磁性層18よりも比抵抗が低い材料、
例えばCuからなる導電性材料層50を形成し、最終的
に図31に示される磁気検出素子が得られるようにして
もよい。
料からなる導電性材料層50が形成されていると、非磁
性層18だけの場合よりも大きなスピンフィルター効果
を奏することができるようになり、磁気検出素子の磁界
検出感度をさらに向上させることができるので好まし
い。なお、導電性材料層50をCuを用いて形成する
と、NiFeやCoFeNiによって形成されたフリー
磁性層17と結晶格子定数の値が近くなり、大きなスピ
ンフィルター効果を奏することができる。
えば非磁性層18をRuによって膜厚t3が0.4〜
1.1nmであるものとして形成し、さらに、導電性材
料層50をCuによって膜厚t4が0.3〜0.5nm
であるものとして形成することができる。
層膜A1を形成するときに、フリー磁性層40を、単位
面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる第1フリ
ー磁性層40a(強磁性材料層)及び第2フリー磁性層
40c(強磁性材料層)を非磁性中間層40bを介して
積層された、いわゆるシンセティックフェリフリー型の
フリー磁性層として形成し、最終的に図32に示される
磁気検出素子を得るようにしてもよい。なお、第1フリ
ー磁性層40a(強磁性材料層)及び第2フリー磁性層
40c(強磁性材料層)と非磁性中間層40bの材料及
び膜厚は図17に示された磁気検出素子のフリー磁性層
40と同じにすることが好ましい。
磁性層40が、単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性層を介して積
層され、非磁性層を介して隣接する強磁性材料層の磁化
方向が反平行となる人工フェリ磁性状態であるものであ
る。
も、第1の反強磁性層14の下に下部シールド層を兼用
した下部電極層70が設けられ、また第2の反強磁性層
20上には絶縁層71が設けられ、凹部31、32、3
3の側面31a、32a、33aに他の絶縁層72が設
けられ、さらに絶縁層71上、及び他の絶縁層72上か
ら凹部31、32、33の底面31b、32b、33b
上にかけて上部シールド層を兼用した上部電極層73が
設けられている。
u、Rh、Ir、Re、Osのうち1種あるいは2種以
上の合金で形成すると、第1の磁場中アニールにおい
て、非磁性層18の表面がほとんど酸化しない。従っ
て、非磁性層18上に強磁性層19をスパッタ成膜する
前に、非磁性層18の表面をミリングなどで処理しなく
ても、フリー磁性層17と強磁性層19との間に非磁性
層18を介したRKKY相互作用を働かせることができ
る。例えばフリー磁性層17と強磁性層19をともにN
iFeで形成し、非磁性層18をRuで形成した場合、
非磁性層18の表面をミリングなどで処理しなくても4
2(kA/m)の一方向異方性磁界を発生させることが
できる。
19との界面を、ミリングによって削られた面としなく
てもすむようにできるので、フリー磁性層17と強磁性
層19の間の反平行結合磁界及びフリー磁性層17の磁
化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低
下を防ぐことができる。
は、非磁性層18を介したRKKY相互作用によって磁
気的に結合されたものであるので、非磁性層18の表面
をミリングによって処理した場合でも、第2反強磁性層
20と強磁性層19間の交換結合磁界を非磁性層18を
介してフリー磁性層17に十分媒介することができ、フ
リー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えるために十分な
一方向異方性磁界を得ることができる。
リー磁性層17をCoFeで形成するとフリー磁性層1
7の磁歪を0にすることも可能である。
1反強磁性層14と第2反強磁性層20を同じ組成の反
強磁性材料を用いて形成することができる。
図28の磁気検出素子と同じくCPP型の磁気検出素子
であるが、下部シールド層を兼ねる下部電極層80の形
状が図28のそれとは異なっている。
じ多層膜Aの膜構成を有し、しかも第2反強磁性層20
上には絶縁層71が形成され、凹部31の側面31aに
は他の絶縁層72が形成され、さらに絶縁層71上から
凹部31の底面31b上にかけて上部シールド層を兼用
した上部電極層73が設けられており、この点で図28
と一致している。
材料からなる下部シールド層を兼用した下部電極層80
のトラック幅方向(図示X方向)の中央部に、多層膜A
方向(図示Z方向)に突出した突出部80aが設けら
れ、この突出部80aの上面80a1が多層膜Aの下面
に接しており、突出部80aから多層膜A内に(あるい
は多層膜Aから突出部80aに)電流が流れるようにな
っている点である。
電極層80のトラック幅方向(図示X方向)における両
側端部80bと多層膜A間に絶縁層81が設けられてい
る。絶縁層81は、Al2O3、SiO2、AlN、Ti2
O3、Ti3O5、Al−Si−Oなどの絶縁材料で形成
される。
層80は、突出部80aの形成によって多層膜Aに対す
る電流経路が絞り込まれ、さらに下部電極層80の両側
端部80bと多層膜A間に絶縁層81が設けられたこと
で、両側端部80bから多層膜A内に電流が分流するこ
とを適切に抑制でき、より効果的に再生出力の大きい磁
気検出素子を製造することが可能になる。
部電極層80の突出部80aの上面80a1のトラック
幅方向(図示X方向)の幅寸法は領域Eのトラック幅方
向(図示X方向)における幅寸法と一致しているが、上
面80a1の幅寸法が領域Eの幅寸法より広くてもよ
い。より好ましくは上面80a1の幅寸法がトラック幅
Twと一致することである。これによってより効果的に
多層膜Aに対しトラック幅Twの領域内にのみ電流を流
すことができ再生出力の大きい磁気検出素子を製造する
ことが可能である。
層80に形成された突出部80aのトラック幅方向(図
示X方向)における両側面80a2は、突出部80aの
トラック幅方向における幅寸法が、多層膜Aから離れる
(図示Z方向と逆方向)にしたがって徐々に広がる傾斜
面あるいは湾曲面で形成されているが、両側面80a2
は、トラック幅方向(図示X方向)に対して垂直面であ
ってもかまわない。
施形態と同じ形状の下部電極層80を有している。すな
わち図34に示す下部電極層80のトラック幅方向(図
示X方向)の中央部には、多層膜A方向(図示Z方向)
に突出した突出部80aが設けられ、この突出部80a
の上面80a1が多層膜Aの下面に接しており、突出部
80aから多層膜A内に(あるいは多層膜Aから突出部
80aに)電流が流れるようになっている。そして下部
電極層80のトラック幅方向(図示X方向)における両
側端部80bと多層膜A間に絶縁層が設けられている。
て、第2反強磁性層20上に絶縁層71が設けられてお
らず、また凹部31の側面31aに他の絶縁層72が設
けられていない。そしてNiFeなどの磁性材料からな
り、上部シールド層を兼用する上部電極層73は第2反
強磁性層20上から凹部31の側面31a上及び底面3
1b上にかけて直接接合されている。
実施形態に比べて上部電極層73と第2反強磁性層20
間、及び上部電極層73と凹部31の側面31a間が絶
縁されていないので、電流経路はトラック幅Twよりも
広がりやすく再生出力は劣るものと考えられるが、多層
膜Aの下面側で、下部電極層80に形成された突出部8
0aによって電流経路を絞り込むことができ、電流経路
の広がりを抑えて再生出力の低下を抑制することができ
る。
では、下部電極層80に形成された突出部80aの上面
80a1と、その両側に形成された絶縁層81の上面8
1aとが同一平面で形成されていることが好ましい。こ
れによって突出部80a上から絶縁層81上にかけて形
成される多層膜Aの各層の膜面をトラック幅方向に、よ
り平行に形成でき、再生特性に優れた磁気検出素子を製
造することが可能になる。
部電極層80及び絶縁層81の製造方法を説明する。
の磁性材料を用いて、下部電極層80をメッキまたはス
パッタ形成し、表面をポリシング等で平滑化処理した
後、下部電極層80のトラック幅方向(図示X方向)の
中央部上にレジスト層92を形成する。
層92に覆われていない下部電極層80の両側端部80
bをイオンミリングで途中まで削り込む。これによって
下部電極層80のトラック幅方向の中央部に突出部80
aを形成することができる。
92に覆われていない下部電極層80の両側端面80b
上に絶縁層81をスパッタ成膜し、絶縁層81の上面8
1aが下部電極層80の突出部80aの上面80a1と
ほぼ同一平面となった時点で前記スパッタ成膜を終了す
る。そしてレジスト層92を除去する。
極層80の突出部80aの上面80a1及び絶縁層81
の上面81aをCMPなどを用いて研磨し、突出部80
aの上面80a1と絶縁層81の上面81aを高精度に
同一平面となるようにしてもよい。この場合最初のポリ
シング等の平滑化処理を省略することができる。
80及び絶縁層81上に、多層膜Aを積層する。
検出素子では下部シールド層を兼ねる下部電極層70ま
たは80及び上部シールド層を兼ねる上部電極層73を
多層膜の上下に接して形成しているが、このような構成
によって電極層とシールド層とを別々に形成する必要性
が無くなり、CPP型の磁気検出素子の製造を容易化す
ることが可能になる。
せれば、シールド層間の間隔で決定されるギャップ長G
1を非常に短くすることができ、今後の高記録密度化に
より適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可
能になる。
ら凹部31、32、33の底面31b、32b、33b
にかけて点線で示された非磁性層74を積層した後、非
磁性層74上に上部電極層73を形成してもよい。非磁
性層74は、Ta、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、C
uなどの非磁性導電材料で形成されることが好ましい。
割を有するものであるが、非磁性層74は電流経路の出
入口となる凹部31、32、33の底面31b、32
b、33bにも形成されるため、例えば絶縁材料からな
る非磁性層74で覆うことは前記電流が多層膜内に流れ
にくくなるため好ましくない。よって本発明では非磁性
層74を非磁性導電材料で形成することが好ましい。
たは下面に、例えばAu、W、Cr、Taなどからなる
電極層を設け、多層膜と反対側の電極層の面にギャップ
層を介して磁性材料製のシールド層を設ける構成であっ
てもかまわない。
検出素子においても、図6、図7、図8、図12、図1
5、図16、図17のCIP型の磁気検出素子と同じ効
果を期待することができる。
3は一様の厚さで成膜された第2反強磁性層を、反応性
イオンエッチング(RIE)やイオンミリングを用い
て、トラック幅方向(図示X方向)に対し垂直方向に削
るだけで形成することができるので、正確な幅寸法で凹
部31、32、33を形成することが可能になる。すな
わち、磁気検出素子のトラック幅Twを正確に規定でき
る。
トラック幅(光学的トラック幅)Twの領域に不感領域
が生じないので、高記録密度化に対応するために磁気検
出素子の光学的トラック幅Twを小さくしていった場合
の再生出力の低下を抑えることができる。
側端面がトラック幅方向に対して垂直となるように形成
されることが可能なので、フリー磁性層17のトラック
幅方向長さのバラつきを抑えることができる。以上によ
ってサイドリーディングの発生を適切に抑制することが
可能になる。
素子では非磁性材料層16がCuなどの非磁性導電材料
で形成されてもよいし、あるいは非磁性材料層16がA
l2O3やSiO2などの絶縁材料で形成されてもよい。
前者の磁気検出素子はスピンバルブGMR型磁気抵抗効
果素子と呼ばれる構造(CPP−GMR)であり、後者
の磁気検出素子はスピンバルブトンネル型磁気抵抗効果
型素子(CPP−TMR)と呼ばれる構造である。
ル効果を利用して抵抗変化を生じさせるものであり、固
定磁性層15とフリー磁性層17との磁化が反平行のと
き、最も非磁性材料層16を介したトンネル電流が流れ
にくくなって、抵抗値は最大になり、一方、固定磁性層
15とフリー磁性層17との磁化が平行のとき、最もト
ンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。
てフリー磁性層17の磁化が変動することにより、変化
する電気抵抗を電圧変化(定電流動作の場合)または電
流変化(定電圧動作の場合)としてとらえ、記録媒体か
らの洩れ磁界が検出されるようになっている。
は、光学トラック幅Twを0.1μm以下、特に0.0
6μm以下にして、200Gbit/in2以上の記録
密度に対応する際に特に有効である。
出素子及びCPP型磁気検出素子の上に書き込み用のイ
ンダクティブ素子が積層されてもよい。
やハードディスクなどに用いられる。
(c)の工程において前記強磁性層及び前記第2反強磁
性層を平坦面として形成された前記非磁性層の表面上に
積層するものであるので、前記強磁性層及び前記第2反
強磁性層も平坦化された層として形成でき、前記強磁性
層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層からなるシン
セティックフェリ構造において前記強磁性層と前記フリ
ー磁性層間のRKKY相互作用を大きくすることが容易
になる。
性層が、平坦面である前記非磁性層上に積層されたもの
であると、前記強磁性層及び前記第2の反強磁性層の積
層工程の制御が容易になる。特に、前記強磁性層、前記
非磁性層、及び前記フリー磁性層からなるシンセティッ
クフェリ構造において前記強磁性層を薄く形成すること
ができ、前記強磁性層と前記フリー磁性層間のスピンフ
ロップ磁界を大きくすることが容易になる。
る磁性材料層を前記第2反強磁性層及び前記強磁性層の
下層にまで延して形成するので、前記フリー磁性層の磁
化が前記フリー磁性層の両側端部の表面磁荷によって発
生する反磁界の影響を受けることを小さくできる。
強磁性層を積層しない状態で、前記多層膜を、磁場中ア
ニールして前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固
定するので、前記多層膜上に第2反強磁性層を積層した
状態では、前記第2反強磁性層に交換異方性磁界が発生
していない。
性磁界は、前記(e)の工程において初めて生じ、前記
フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に移動させること
が容易になる。従って、前記フリー磁性層の磁化方向
を、前記固定磁性層の磁化方向と直交する方向に固定す
ることが容易になる。
た磁気検出素子では、トラック幅が前記凹部の底面の幅
寸法によって決定される。すなわち、前記凹部の底面に
重なる部分でのみ、前記フリー磁性層などの外部磁界に
よって磁化方向が変化する磁性層の磁化方向を変化させ
ることができる。しかも、前記凹部は、一様の厚さで成
膜された前記第2反強磁性層を、反応性イオンエッチン
グ(RIE)やイオンミリングを用いて、トラック幅方
向に対する垂直方向に削るだけで形成することができる
ので、正確な幅寸法で前記凹部を形成することが可能に
なる。すなわち、磁気検出素子のトラック幅を正確に規
定できる。
えばRu、Rh、Ir、Re、Osのうち1種あるいは
2種以上の合金で形成すると、前記非磁性層の表面がほ
とんど酸化しない。従って、前記非磁性層上に前記強磁
性層をスパッタ成膜する前に、前記非磁性層の表面をミ
リングなどで処理しなくても、前記フリー磁性層と前記
強磁性層との間に前記非磁性層を介したRKKY相互作
用を働かせることができる。
法によれば、前記非磁性層と前記強磁性層との界面を、
ミリングによって削られた面としなくてもすむようにで
きるので、前記フリー磁性層の両側部における磁化方向
を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を防
ぐことができる。
型の磁気検出素子でもCPP型の磁気検出素子でもどち
らにも適用可能である。
の製造方法の一工程を示す断面図、
1の次工程を示す断面図、
2の次工程を示す断面図、
3の次工程を示す断面図、
4の次工程を示す断面図、
磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
の製造方法の一工程を示す断面図、
図9の次工程を示す断面図、
図10の次工程を示す断面図、
た磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
子の製造方法の一工程を示す断面図、
図13の次工程を示す断面図、
た磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
た磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
た磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
ステリシスループの概念図、
明するための模式説明図、
明するための模式説明図、
素子の製造方法の一工程を示す断面図、
る、図21の次工程を示す断面図、
る、図22の次工程を示す断面図、
る、図23の次工程を示す断面図、
る、図24の次工程を示す断面図、
る、図25の次工程を示す断面図、
る、図26の次工程を示す断面図、
た磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
た磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
れた磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
れた磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
れた磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
れた磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
れた磁気検出素子をABS面側から見た断面図、
磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
る、図35の次工程を示す断面図、
る、図36の次工程を示す断面図、
Claims (34)
- 【請求項1】 (a)基板上に第1反強磁性層、固定磁
性層、非磁性材料層、フリー磁性層、及び非磁性層を有
する多層膜を成膜する工程と、 (b)前記多層膜を、第1の熱処理温度、第1の大きさ
の磁界中で、第1の磁場中アニールして前記固定磁性層
の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、 (c)前記多層膜上に、強磁性層及び第2反強磁性層を
成膜する工程と、 (d)側面が前記第2反強磁性層及び前記強磁性層を貫
通し、底面が前記非磁性層内に位置する凹部を形成する
工程と、 (e)前記第2反強磁性層が積層された多層膜を、第2
の熱処理温度、第2の大きさの磁界中で第2の磁場中ア
ニールすることにより、前記フリー磁性層の磁化方向を
前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定する工
程、を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方
法。 - 【請求項2】 前記(d)の工程の代わりに、 (f)前記第2反強磁性層に、底面が前記第2反強磁性
層内に位置する凹部を形成する工程、を有する請求項1
記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項3】 前記(f)の工程において、前記凹部の
底面の下部に位置する前記第2反強磁性層の領域の厚さ
を0Åより大きく50Å以下にする請求項2に記載の磁
気検出素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記(d)の工程の代わりに、 (g)側面が前記第2反強磁性層を貫通し、底面が前記
強磁性層内に位置する凹部を形成する工程を有する請求
項1記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記第2の反強磁性層上に、トラック幅
方向に間隔をあけて一対の電極層を積層する工程を有す
る請求項1ないし4のいずれかに記載の磁気検出素子の
製造方法。 - 【請求項6】 前記(d)、(f)又は(g)の工程に
おいて、前記第2の反強磁性膜上に、トラック幅方向に
間隔をあけて一対の電極層を積層し、前記第2反強磁性
層の前記一対の電極層によって挟まれた部位を削り込む
ことにより底面の幅寸法がトラック幅に等しい凹部を形
成する請求項5に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項7】 前記(d)、(f)又は(g)の工程に
おいて、前記第2反強磁性層上に、トラック幅方向の間
隔をあけて一対の第1のレジスト層を積層し、前記第2
反強磁性層の前記第1のレジスト層によって挟まれた部
位を削り込むことにより凹部を形成する請求項5に記載
の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項8】 前記(d)、(f)又は(g)の工程に
おいて前記凹部を形成して前記第1のレジスト層を除去
した後に、 (h)前記凹部内及び前記第2反強磁性層上であって前
記凹部の開口部周辺に第2のレジスト層を形成する工程
と、 (i)前記第2反強磁性層上の前記レジスト層に覆われ
ない領域に電極層を成膜する工程と、 (j)前記第2のレジスト層を除去する工程を有する請
求項7に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記(d)、(f)又は(g)の工程に
おいて前記凹部を形成して前記第1のレジスト層を除去
した後に、 (k)底面のトラック幅方向の幅寸法が、前記第1のレ
ジスト層の底面の幅寸法よりも小さい第2のレジスト層
を、前記凹部の底面上に形成する工程と、 (l)前記凹部内から前記第2反強磁性層上にかけて電
極層を成膜する工程と、 (m)前記第2のレジスト層を除去する工程を有する請
求項7に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項10】 前記(a)工程の前に、 (n)基板上に、下部電極層を形成する工程を有し、 前記(d)、(f)又は(g)の工程の代わりに、 (o)前記第2の反強磁性層上に絶縁層を成膜する工程
と、(p)前記絶縁層上に、トラック幅方向の中央部に
穴部を設けたレジストを積層し、前記絶縁層及び前記第
2の反強磁性層の前記穴部に露出する部位を削り込むこ
とにより凹部を形成する工程と、 (q)前記凹部の底面に電気的に導通する上部電極層を
形成する工程と、を有する請求項1ないし4のいずれか
に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項11】 前記(p)工程と前記(q)工程の間
に、 (r)前記凹部から前記絶縁層上にかけて他の絶縁層を
成膜する工程と、 (s)前記凹部の底面上に積層された前記他の絶縁層を
除去する工程と、を有する請求項10に記載の磁気検出
素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記(n)工程と前記(a)工程の間
に、 (t)前記下部電極層のトラック幅方向の中央に、前記
多層膜方向に突出した突出部を形成する工程と、 (u)前記下部電極層の前記突出部のトラック幅方向の
両側部に絶縁層を設ける工程とを有し、 前記(a)工程において、 前記突出部の上面が前記多層膜の下面と接するように、
前記多層膜を形成する請求項10または11に記載の磁
気検出素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記(u)工程において、 前記突出部の上面と、前記下部電極層の両側端部上に設
けられた前記絶縁層の上面を同一平面にする請求項12
記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記下部電極層及び/又は前記上部電
極層を、磁性材料で形成する請求項10ないし13のい
ずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項15】 前記上部電極層を、前記凹部の底面と
電気的に導通する非磁性導電性材料で形成される層と磁
性材料で形成される層が積層されたものとして形成する
請求項10ないし14のいずれかに記載の磁気検出素子
の製造方法。 - 【請求項16】 前記非磁性材料層を非磁性導電材料で
形成する請求項10ないし15のいずれかに記載の磁気
検出素子の製造方法。 - 【請求項17】 前記非磁性材料層を絶縁材料で形成す
る請求項10ないし15のいずれかに記載の磁気検出素
子の製造方法。 - 【請求項18】 前記(e)の工程において、第2の熱
処理温度を第1反強磁性層のブロッキング温度より低い
温度に設定する請求項1ないし17のいずれかに記載の
磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項19】 前記(e)の工程において、第2の磁
界の大きさを第1反強磁性層の交換異方性磁界より小さ
くする請求項1ないし18のいずれかに記載の磁気検出
素子の製造方法。 - 【請求項20】 前記(a)の工程において、前記非磁
性層を導電性材料によって形成する請求項1ないし19
のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項21】 前記(a)の工程において、前記非磁
性層をRu、Rh、Ir、Re、Osのうち1種あるい
は2種以上の合金で形成する請求項20に記載の磁気検
出素子の製造方法。 - 【請求項22】 前記非磁性層を、Ruからなりかつ膜
厚が0.8〜1.1nmとなるように形成する請求項2
1に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項23】 前記(a)の工程において、前記非磁
性層と前記フリー磁性層の間に、比抵抗が前記非磁性層
よりも低い導電性材料からなる導電性材料層を形成する
請求項1ないし21のいずれかに記載の磁気検出素子の
製造方法。 - 【請求項24】 前記非磁性層をRuからなり、かつ膜
厚が0.4〜1.1nmとなるように形成する請求項2
3に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項25】 前記導電性材料層をCuからなり、か
つ膜厚が0.3〜0.5nmとなるように形成する請求
項23または24に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項26】 前記(a)の工程において、前記固定
磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが
異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を介して積
層することによって形成する請求項1ないし25のいず
れかに記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項27】 前記(a)の工程において、前記フリ
ー磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ
が異なる複数の強磁性材料層を非磁性中間層を介して積
層することによって形成する請求項1ないし26のいず
れかに記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項28】 前記非磁性中間層を、Ru、Rh、I
r、Os、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以
上の合金で形成する請求項26または27に記載の磁気
検出素子の製造方法。 - 【請求項29】 前記強磁性層と前記フリー磁性層のう
ち少なくとも一方を、以下の組成を有する磁性材料を用
いて形成する請求項1ないし28のいずれかに記載の磁
気検出素子の製造方法。組成式がCoFeNiで示さ
れ、Feの組成比は9原子%以上で17原子%以下で、
Niの組成比は0.5原子%以上で10原子%以下で、
残りの組成比はCoである磁性材料。 - 【請求項30】 前記非磁性材料層と前記フリー磁性層
との間にCoFe合金あるいはCoからなる中間層を形
成する請求項1ないし28のいずれかに記載の磁気検出
素子の製造方法。 - 【請求項31】 前記強磁性層と前記フリー磁性層のう
ち少なくとも一方を、以下の組成を有する磁性材料を用
いて形成する請求項30記載の磁気検出素子の製造方
法。組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は7
原子%以上で15原子%以下で、Niの組成比は5原子
%以上で15原子%以下で、残りの組成比はCoである
磁性材料。 - 【請求項32】 前記強磁性層と前記フリー磁性層の両
方を前記CoFeNiを用いて形成する請求項29また
は31に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項33】 前記第1反強磁性層と前記第2反強磁
性層を、同じ組成の反強磁性材料を用いて形成する請求
項1ないし32のいずれかに記載の磁気検出素子の製造
方法。 - 【請求項34】 前記第1反強磁性層及び/又は前記第
2反強磁性層を、PtMn合金、または、X―Mn(た
だしXは、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Fe
のいずれか1種または2種以上の元素である)合金で、
あるいはPt―Mn―X′(ただしX′は、Pd,I
r,Rh,Ru,Au,Ag,Os,Cr,Ni,A
r,Ne,Xe,Krのいずれか1種または2種以上の
元素である)合金で形成する請求項1ないし33のいず
れかに記載の磁気検出素子の製造方法。
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