JP2004119424A

JP2004119424A - Magnetic detector and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2004119424A
Application number: JP2002276914A
Authority: JP
Inventors: Naoya Hasegawa; 長谷川　直也
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic detector which is capable of keeping waveforms high in stability even in narrowing a track and of restraining a side leading from occurring, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: A hard biased layer 32 is provided on each side of a free magnetic layer 26 in the widthwise direction of a track, and a ferromagnetic layer 34 is formed on the element ends C of the free magnetic layer 26 through the intermediary of a non-magnetic intermediate layer 27 as it extends even over the hard biased layers 32. By this setup, the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 can be reduced in magnetization disturbance at the element ends C, so that the free magnetic layer 26 can be kept to have a single magnetic domain structure that gets stable at an element center D, and the magnetic detector is capable of keeping waveforms higher in stability, blunting the regenerative sensitivity of the element ends C effectively, and properly restraining a side leading from occurring. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードバイアス方式によってフリー磁性層の磁化制御を行う磁気検出素子に係り、特に狭トラック化においても再生波形の安定性を図り、且つサイドリーディングの発生を抑制することが可能な磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は従来の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０００３】
符号１はＰｔＭｎなどの反強磁性層であり、前記反強磁性層１の上にＮｉＦｅ合金などで形成された固定磁性層２、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層３、およびＮｉＦｅ合金などで形成されたフリー磁性層４が積層形成されている。前記反強磁性層１から前記フリー磁性層４までの４層で多層膜５が構成されている。
【０００４】
図１７に示すように前記多層膜５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面５ａ、５ａは削られて連続面となっており、前記両側端面５ａ、５ａの両側に永久磁石膜のハードバイアス層６が形成されている。
【０００５】
前記ハードバイアス層６上には非磁性のスペーサ層７が設けられ、前記スペーサ層７上から前記多層膜５の素子両側端部Ｃ上にかけて電極層８が形成されている。
【０００６】
前記多層膜５の素子中央部Ｄには前記電極層８はオーバーラップしておらず、前記多層膜５の素子中央部Ｄの上面のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法でトラック幅Ｔｗが規制されている。
【０００７】
前記フリー磁性層４はその両側に設けられたハードバイアス層６からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に単磁区化されている。前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃは、素子中央部Ｄに比べて距離的に前記ハードバイアス層６に近いため強い縦バイアス磁界を受けて、外部磁界に対する再生感度が前記素子中央部Ｄよりも鈍った状態にある。
【０００８】
また前記固定磁性層２は前記反強磁性層１との間で発生する交換結合磁界によってハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化固定されている。図１７に示す磁気検出素子に対して図示Ｙ方向から外部磁界が侵入すると前記フリー磁性層の素子中央部Ｄの磁化が変動することで、変化する電気抵抗を電圧変化（定電流動作時）または電流電化（定電圧動作時）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。
【０００９】
図１７に示す磁気検出素子では、前記電極層８が前記多層膜５の素子両側端部Ｃ上をオーバーラップしており、前記電極層８からのセンス電流は主に前記多層膜５の素子中央部Ｄに流れやすくなっている。
【００１０】
上記したように前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃは前記素子中央部Ｄよりも再生感度が鈍い、いわゆる不感領域と呼ばれる領域であり、この不感領域を電気的に殺し、磁気検出感度が良好なフリー磁性層４の素子中央部Ｄのみにセンス電流が流れるようにすることで、再生出力の向上を図ることができると期待された。
【００１１】
しかしながら前記不感領域は磁気的に完全に死んだ状態にはない。すなわち前記不感領域は、再生感度が鈍くても外部磁界の影響で若干、磁化回転を起し、それが伝播して素子中央部Ｄの磁化をも回転させてしまう。このような現象はサイドリーディングの問題を引き起こし、今後の狭トラック化を実現する上での足かせとなっていた。図１７に示す磁気検出素子の構造では実効トラック幅Ｔｗは０．１５μｍが限界で、これ以上、実効トラック幅Ｔｗを狭くしようとすると上記したサイドリーディングの問題が顕著化し、０．１５μｍ以下の狭トラック化の実現は非常に難しかった。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−１７６０３２公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示す磁気検出素子は、特許文献１に記載された磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１７と同じ符号がつけられた層は図１７と同じ層を示しているので、これらの層の説明は省略する。
【００１４】
図１８に示す磁気検出素子では前記フリー磁性層４の上にＲｕなどで形成された非磁性中間層９が形成され、その上に強磁性層１０が形成されている。前記反強磁性層１から前記強磁性層１０までの積層膜の両側端面１１、１１は削られて連続面となっており、その両側にハードバイアス層６が設けられている。
【００１５】
図１８に示すように前記強磁性層１０は、前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃ上に設けられ、素子中央部Ｄ上には設けられていない。そして前記強磁性層１０上から前記ハードバイアス層６上にかけて電極層８が設けられている。
【００１６】
図１８では前記強磁性層１０、１０の底面間のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における間隔でトラック幅Ｔｗが規制される。
【００１７】
また図１８ではフリー磁性層４の素子両側端部Ｃと強磁性層１０は、その間に非磁性中間層９を挟み、互いの磁化が反平行状態となる人工フェリ構造である。図１８ではフリー磁性層４の膜厚が強磁性層１０よりも厚い膜厚で形成され、図示右方向に磁化されているハードバイアス層６からの縦バイアス磁界を受けて、前記フリー磁性層４は図示右方向に磁化され、前記強磁性層１０は図示左方向に磁化される。
【００１８】
本発明者は、図１８に示す磁気検出素子のように、素子両側端部Ｃでのフリー磁性層４の磁化を強磁性層１０の磁化との間で反平行結合状態にすることで、前記素子両側端部Ｃでの再生感度を図１７に示す磁気検出素子よりもさらに鈍化させることができ、図１７に示す磁気検出素子に比べてサイドリーディングの発生を抑制できると考えた。
【００１９】
しかしながら図１８に示す磁気検出素子でも以下に説明するように再生特性の低下が問題となった。
【００２０】
すなわち図１８に示すように、フリー磁性層４と強磁性層１０との磁化を反平行状態にして、ここでの感度を鈍化させるには、本発明者が実験を重ねた結果、前記フリー磁性層４の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）と前記強磁性層１０の単位面積当たりの磁気モーメントとの差をあまり付けないことが好ましいと結論付けたが、磁気モーメントの差が小さいとスピンフロップ磁界（磁化の反平行状態が崩れるときの磁界の大きさ）が小さくなることがわり、その結果、ハードバイアス層６と隣接する付近の素子両側端部Ｃでの磁化の乱れが大きくなる可能性があった。
【００２１】
図１８のように電極層８が素子両側端部Ｃ上をオーバーラップして、この素子両側端部Ｃに電流が流れるのを避けても、前記した素子両側端部Ｃでの磁化の乱れは素子中央部Ｄのフリー磁性層４の磁化にまで伝播して、再生波形の歪みや不安定性の問題を引き起こした。
【００２２】
また上記した磁化の乱れは、前記ハードバイアス層６の磁化方向と逆方向の磁化方向を持つ強磁性層１０の外側の両側端部１０ａ、１０ａがその下のフリー磁性層４の両側端部と同じ連続面として形成されているため、前記強磁性層１０の両側端部１０ａでの反磁界が前記の磁化の乱れをさらに増大させる要因となっていた。
【００２３】
そこで本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、特に狭トラック化においても再生波形の安定性を図り、且つサイドリーディングの発生を抑えることが可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供すること目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下から順に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有して積層された多層膜を有する磁気検出素子において、
前記多層膜を構成する各層のトラック幅方向における両側端面は連続面で形成され、前記連続面のトラック幅方向の両側にはバイアス層が設けられ、
前記フリー磁性層の素子両側端部上に形成された非磁性中間層上からバイアス層上にかけて強磁性層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の磁気検出素子の特徴的な構造は、前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側にはバイアス層が設けられ、前記フリー磁性層の素子両側端部上で非磁性中間層を介して形成された強磁性層が、前記バイアス層上にまで延びている点である。
【００２６】
前記フリー磁性層はその両側に設けられたバイアス層からの縦バイアス磁界で前記バイアス層と同じ方向に磁化される。
【００２７】
また前記強磁性層の磁化は、その下に非磁性中間層を介して形成された前記フリー磁性層との間で作用するＲＫＫＹ相互作用により、前記フリー磁性層の磁化と反平行状態を保ち、素子両側端部での再生感度をより適切に鈍化させることができる。
【００２８】
前記強磁性層は、図１８に示す従来の磁気検出素子の構造と異なってバイアス層上にまで延びて形成されているから、前記バイアス層からの逆方向の縦バイアス磁界の影響を直接受けない。このためスピンフロップ磁界が小さくても、素子両側端部での磁化の乱れを軽減でき、しかも前記強磁性層の外側の両側端部は、前記フリー磁性層の両側端部と連続面として形成されておらず、前記素子両側端部からトラック幅方向に離れて存在するため、前記強磁性層の両側端部での反磁界が前記素子両側端部での磁化の乱れに影響を及ぼすことを軽減できる。
【００２９】
以上から、本発明における磁気検出素子の構造であれば、素子両側端部でのフリー磁性層及び強磁性層の磁化の乱れを軽減でき、よってフリー磁性層の素子中央部での磁化を安定した単磁区化構造に維持できるので、再生波形の安定性を向上させることができ、しかも人工フェリ構造である素子両側端部の再生感度を効果的に鈍化させることができ、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っている。
【００３０】
また本発明では、膜厚方向における前記バイアス層と強磁性層間には非磁性のスペーサ層が設けられることが好ましい。バイアス層上に直接、強磁性層を設けず、前記バイアス層と強磁性層との間にスペーサ層を挟むことで、バイアス層と強磁性層間の磁気的な干渉を適切に抑制できる。
【００３１】
また本発明では、前記バイアス層及び強磁性層のトラック幅方向における外側の端面は、連続面として形成されることが好ましい。そしてこのとき、前記連続面のトラック幅方向における両側に第２電極層か、あるいは第２絶縁層が設けられることが好ましい。前記バイアス層と強磁性層の外側の両側端面を連続面として形成すると、前記バイアス層と強磁性層との両側端面間で静磁結合が生じて前記バイアス層と強磁性層との磁化の反平行状態を適切に保ち、前記強磁性層の磁化の安定性をより向上させることができる。
【００３２】
なお前記強磁性層上には第１電極層が設けられていてもよく、かかる場合の磁気検出素子は、前記電極層からのセンス電流が、多層膜の各膜面に対しほぼ平行な方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型の構造である。
【００３３】
あるいは前記強磁性層上には第１絶縁層が設けられ、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層が設けられてもよく、かかる場合の磁気検出素子は、電極層からのセンス電流が前記多層膜の各層を膜厚方向に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型の構造である。
【００３４】
また本発明では、膜厚方向における前記強磁性層と第１電極層間、あるいは前記強磁性層と第１絶縁層間にストッパ層が設けられることが好ましい。
【００３５】
また前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）は０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下であることが好ましく、また前記フリー磁性層の膜厚から前記強磁性層の膜厚を引いた膜厚差は０Å以上で３０Å以下であることが好ましい。
【００３６】
このように単位面積当たりの合成磁気モーメントの大きさ及び膜厚差を適切に調整することで、素子両側端部での再生感度をより効果的に鈍化させることができ、サイドリーディングの発生をより適切に抑制できる。
【００３７】
次に本発明の磁気検出素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
（ａ）下から順に、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中間層を有する多層膜を積層形成する工程と、
（ｂ）前記多層膜を構成する各層のトラック幅方向における両側端面を削って連続面とし、前記連続面のトラック幅方向における両側にバイアス層及び非磁性のスペーサ層を設ける工程と、
（ｃ）強磁性層を、前記フリー磁性層の素子両側端部上に形成された非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて形成する工程。
【００３８】
上記した（ａ）工程から（ｃ）工程を施すことで、前記フリー磁性層のトラック幅方向における両側にバイアス層を設けると共に、前記フリー磁性層の素子両側端部上に非磁性中間層を介して強磁性層を設け、この強磁性層を前記バイアス層上にまで延出形成できる。そして上記の工程により再生波形の安定性に優れ、且つサイドリーディングの発生を抑制できる磁気検出素子を狭トラック化においても容易に且つ適切に製造することができる。
【００３９】
また前記（ｃ）工程を以下の工程で行ってもよい。
（ｄ）前記非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて強磁性層及び第１電極層を連続して成膜する工程と、
（ｅ）前記第１電極層のトラック幅方向における両側端部上に、前記多層膜の上面のトラック幅方向における幅寸法よりも幅寸法の狭い間隔を有するマスク層を設け、前記間隔から露出する前記第１電極層を削って除去し、それにより露出した前記強磁性層を削って除去し、前記強磁性層を前記フリー磁性層の素子両側端部上に残す工程。
【００４０】
上記の工程を施すことで、より簡単に前記フリー磁性層の素子両側端部上からバイアス層上にかけて強磁性層を残すことができる。
【００４１】
また前記（ｄ）工程に代えて以下の工程を有するものであってもよい。
（ｆ）前記非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて強磁性層を形成する工程と、
（ｇ）前記バイアス層及び強磁性層のトラック幅方向における両側端面を削って連続面とする工程と、
（ｈ）前記連続面のトラック幅方向の両側に第２電極層あるいは第２絶縁層を形成する工程と、
（ｉ）前記強磁性層上及び前記第２電極層あるいは第２絶縁層上に第１電極層を設ける工程。
【００４２】
上記の（ｆ）工程から（ｉ）工程を施すことで、強磁性層のトラック幅方向における外側の両側端面を前記バイアス層の両側端面と同じ連続面として形成でき、前記強磁性層及びバイアス層の両側端面間で静磁結合を発生させて前記強磁性層とバイアス層の磁化をより適切に反平行状態にでき、、前記強磁性層の磁化の安定化をより効果的に促進できる磁気検出素子を製造できる。
【００４３】
また前記（ｄ）工程及び（ｅ）工程における第１電極層を第１絶縁層とし、前記（ｅ）工程後、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層を形成してもよく、また、前記（ｈ）工程で、前記連続面の両側に第２絶縁層を形成し、前記（ｉ）工程、（ｄ）工程及び（ｅ）工程での第１電極層を第１絶縁層とし、前記（ｅ）工程後、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層を形成してもよい。かかる場合、ＣＰＰ型の磁気検出素子を製造できる。
【００４４】
また本発明では、前記（ｄ）工程、（ｉ）工程で、前記強磁性層上にストッパ層を形成した後、前記ストッパ層上に第１電極層を形成し、前記（ｅ）工程で第１電極層または第１絶縁層を削ってストッパ層を露出させた後、再び、前記ストッパ層及び強磁性層を削り込むことが好ましい。前記ストッパ層を設けることで、上記の削り込み工程で、特にフリー磁性層が大きく削り込まれることを避けることができる。
【００４５】
また本発明では、前記（ｂ）工程で前記バイアス層上に非磁性のスペーサ層を形成し、前記（ｃ）工程、（ｄ）工程あるいは（ｆ）工程で前記強磁性層を、前記スペーサ層上にかけて形成することが好ましい。前記スペーサ層はバイアス層と強磁性層間の磁気的な干渉を抑制する働きをすると共に、製造工程では、バイアス層を酸化から防止する酸化防止層としての役割を有している。
【００４６】
また本発明では、前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）が０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下となるように前記フリー磁性層及び強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを調整することが好ましく、また前記フリー磁性層の膜厚から前記強磁性層の膜厚を引いた膜厚差が０Å以上で３０Å以下となるように、前記フリー磁性層及び強磁性層の膜厚を調整することが好ましい。これにより前記素子両側端部での再生感度をより鈍化させることができ、サイドリーディングの発生をより効果的に抑制できる磁気検出素子を製造することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００４８】
符号２０は絶縁材料製の下部ギャップ層である。前記下部ギャップ層上には、本発明の磁気検出素子を構成する多層膜２１が形成されている。
【００４９】
図１に示す実施形態では、前記多層膜２１は、下からシードレイヤ２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６及び非磁性中間層２７の順に積層されたものである。
【００５０】
前記シードレイヤ２２は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒなどで形成されている。前記シードレイヤ２２は、例えば（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_{６０ａｔ％}Ｃｒ_{４０ａｔ％}の膜厚６０Åで形成される。
【００５１】
前記反強磁性層２３は、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，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，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）合金で形成される。
【００５２】
第１反強磁性層２３として、これらの合金を使用し、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反強磁性層２３及び固定磁性層２４の交換結合膜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反強磁性層２３及び固定磁性層２４の交換結合膜を得ることができる。
【００５３】
これらの合金は、成膜直後の状態では、不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。
【００５４】
前記反強磁性層２３の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Åである。
【００５５】
図１に示す実施形態では、固定磁性層２４は人工フェリ構造である。前記固定磁性層２４は磁性層２８、３０とその間に介在する非磁性中間層２９の３層構造である。
【００５６】
前記磁性層２８、３０は、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料で形成される。前記磁性層２８と磁性層３０は、同一の材料で形成されることが好ましい。
【００５７】
また、非磁性中間層２９は、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、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。
【００５８】
前記非磁性材料層２５は、固定磁性層２４とフリー磁性層２６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。
【００５９】
前記フリー磁性層２６は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。図１に示す実施形態では特に前記フリー磁性層２６がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、前記フリー磁性層２６と非磁性材料層２５との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）が形成されていることが好ましい。
【００６０】
図１に示す実施形態では、前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上に前記非磁性中間層２７を介して強磁性層３４が形成されている。前記強磁性層３４はＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、あるいはＣｏ等の既存の磁性材料で形成される。
【００６１】
前記非磁性中間層２７は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、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。
【００６２】
前記多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面２１ａ、２１ａでは各層の両側端面が連続した面となっている。ここで「連続した面（以下では連続面と呼ぶ）」とは、各層の両側端面が、同じカーブ上や同じ直線上に揃って形成された状態を意味する。図１では、各層の両側端面が同じ湾曲面上に揃って形成されたことで、前記多層膜２１の両側端面２１ａが湾曲面となっている。前記両側端面２１ａの形状は例えばエッチングで形成され、前記両側端面２１ａは湾曲面の他に傾斜面などであってもよい。
【００６３】
図１に示すように前記多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に広がる下部ギャップ層２０上から前記多層膜２１の両側端面２１ａ上にかけてバイアス下地層３１が形成される。前記バイアス下地層３１は例えばＣｒであり、前記バイアス下地層３１の形成により、前記バイアス下地層３１上に形成されるハードバイアス層３２の特性（保磁力Ｈｃや角形比Ｓ）を向上させることができる。
【００６４】
前記バイアス下地層３１上にはハードバイアス層３２が形成される。前記ハードバイアス層３２はＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金で形成される。
【００６５】
図１に示すように、前記ハードバイアス層３２上には非磁性のスペーサ層３３が形成される。前記スペーサ層３３はＣｒやＴａなどの非磁性材料で形成される。なお「非磁性材料層２５」をスペーサ層と呼ぶ場合もあるので、かかる場合、非磁性材料層２５を第１スペーサ層、スペーサ層３３を第２スペーサ層とする。
【００６６】
図１に示すように、前記多層膜２１の上面には、その中央に所定の幅を開けて強磁性層３４が形成されており、前記強磁性層３４は前記スペーサ層３３上にまで延出形成されている。
【００６７】
前記強磁性層３４はＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成される。前記強磁性層３４が前記フリー磁性層２６上にオーバーラップしている領域を以下では「素子両側端部Ｃ」と呼び、前記強磁性層３４が形成されていない前記フリー磁性層２６の素子中央を以下では「素子中央部Ｄ」と呼ぶ。
【００６８】
図１に示すように前記強磁性層３４、スペーサ層３３及びハードバイアス層３２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における外側の端面３４ａ、３３ａ、３２ａは削られて連続面となっている。「連続面」の定義は上記した通りである。
【００６９】
図１に示すように前記強磁性層３４、スペーサ層３３及びハードバイアス層３２のトラック幅方向における両側には電極層３５（以下では第２電極層３５と呼ぶ）が形成されている。
【００７０】
図１に示すように前記強磁性層３４上には第１保護層３６が形成され、前記第２電極層３５の上にも保護層３７が形成されており、前記保護層３６、３７は非磁性の材質で例えばＴａやＣｒで形成される。
【００７１】
図１に示すように、前記第１保護層３６上から前記保護層３７上にかけてストッパ層３８が形成され、前記ストッパ層３８は例えばＣｒなどで形成される。
【００７２】
図１に示すように前記ストッパ層３８上にはＴａなどで形成された電極下地層３９が形成され、前記電極下地層３９上には電極層４０（以下では第１電極層４０と呼ぶ）が形成され、前記第１電極層４０上にはＴａなどで形成された第２保護層４１が形成されている。前記第１電極層４０は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｗなどの非磁性導電材料で形成される。前記第１電極層４０は前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上にオーバーラップしており、これにより前記第１電極層４０からのセンス電流はフリー磁性層２６の素子中央部Ｄのみに流れやすくなり再生出力の向上を図ることができる。
【００７３】
図１に示すように多層膜２１の素子中央部Ｄ上には前記強磁性層３４から第２保護層４１までの内側端面間に凹部４２が形成され、この凹部４２は上方から下方（図示Ｚ方向と逆方向）に向うほど前記凹部４２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における間隔が徐々に狭くなっている。
【００７４】
図１に示すように、前記凹部４２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における下面の幅寸法（あるいは強磁性層３４間の下面の幅寸法）でトラック幅Ｔｗが規制される。
【００７５】
図１に示す磁気検出素子の構造の特徴的部分について以下に説明する。図１に示す磁気検出素子では、前記フリー磁性層２６のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側にハードバイアス層３２が設けられている。前記ハードバイアス層３２は例えば図示左方向に着磁されており、前記ハードバイアス層３２からの縦バイアス磁界の影響を受けて前記フリー磁性層２６も図示左方向に磁化されている。
【００７６】
図１に示すように前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上には非磁性中間層２７を介して強磁性層３４が形成されている。すなわち前記素子両側端部Ｃでは、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４とが非磁性中間層２７を挟んで膜厚方向で対向する人工フェリ構造となっている。
【００７７】
人工フェリ構造とは、２つの磁性層がその間に非磁性中間層を介して対向し、前記磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用の反平行結合磁界によって、互いの磁性層が反平行に磁化される構造という。
【００７８】
よって図１に示す磁気検出素子では前記強磁性層３４はフリー磁性層２６の磁化方向と逆方向、すなわち図示右方向に磁化される。
【００７９】
前記強磁性層３４は、前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上のみならず前記ハードバイアス層３２上にも延出形成される。このため前記強磁性層３４はフリー磁性層２６のように前記ハードバイアス層３２から縦バイアス磁界を直接受けることはない。前記強磁性層３４が前記ハードバイアス層３２から自らの磁化方向と逆方向の縦バイアス磁界を受けにくいことで以下の効果を期待できる。
【００８０】
すなわち素子両側端部Ｃ、特に前記ハードバイアス層３２と近接する付近での、前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４の磁化に乱れを生じさせることなく、前記素子両側端部Ｃでのフリー磁性層２６及び強磁性層３４の磁化を適切に反平行状態に維持することができる。
【００８１】
前記素子両側端部Ｃでの再生感度を適切に鈍化させるには、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４との単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）にあまり差を付けないことが好ましいが、前記単位面積当たりの磁気モーメントに差があまりないとスピンフロップ磁界（フリー磁性層２６と強磁性層３４の磁化の反平行状態が崩れる磁界の大きさ）が小さくなってしまう。しかし図１では強磁性層３４は前記ハードバイアス層３２から自らの磁化方向と逆方向の縦バイアス磁界を受けにくいため、前記スピンフロップ磁界が小さくても、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４との磁化の反平行状態は崩れにくい。
【００８２】
しかも前記強磁性層３４は前記ハードバイアス層３２上に延出形成され、前記強磁性層３４の外側の両側端面３４ａは、前記素子両側端部Ｃから遠く離れた場所に存在するので、前記両側端面３４ａから発生する反磁界は、前記素子両側端部Ｃにまで影響が及びにくく、前記素子両側端部Ｃでの磁化の乱れを適切に抑制することができる。
【００８３】
このように図１に示す磁気検出素子の構造では、前記素子両側端部Ｃでの強磁性層３４及びフリー磁性層２６の磁化の乱れを軽減でき、適切に磁化の反平行状態を保つことができるので、従来に比べてフリー磁性層２６の素子中央部Ｄに磁化の乱れが伝播しにくく再生波形の安定性を向上させることができる。
【００８４】
また図１では、前記素子両側端部Ｃでフリー磁性層２６と強磁性層３４とを非磁性中間層２７を介した人工フェリ構造としており、これにより前記素子両側端部Ｃでの再生感度を効果的に鈍化させることができ、サイドリーディングの発生を適切に抑制することができる。
【００８５】
以上のように図１に示す磁気検出素子では、再生波形の安定性とサイドリーディングの発生の抑制を図ることができ、狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００８６】
図１に示す構造の磁気検出素子であれば、トラック幅Ｔｗを０．０５μｍ〜０．１５μｍにまで小さくしても上記の効果を期待することができる。
【００８７】
次に図１に示す磁気検出素子では、前記強磁性層３４の外側の両側端面３４ａは、前記ハードバイアス層３２の両側端面３２ａと同じ連続面に揃って形成されており、これにより前記強磁性層３４の外側の両側端面３４ａとハードバイアス層３２の両側端面３２ａ間に静磁結合が生じ（湾曲した矢印で記されている）、前記ハードバイアス層３２と前記強磁性層３４との磁化をより効果的に反平行状態に維持でき、前記素子両側端部Ｃでの磁化の乱れをより適切に低減できる。
【００８８】
前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間に挟まれたスペーサ層３３はＴａなどで形成され、前記スペーサ層３３は前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間の磁気的な干渉を低減させるために設けられたものであるが、前記スペーサ層３３を非磁性中間層２７と同様にＲｕなどで形成し、前記スペーサ層３３の膜厚を調整することで、前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を生じさせ、前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４の磁化をより強く反平行状態に維持することができるものと考えられる。
【００８９】
前記スペーサ層３３の膜厚を６Å〜１１Åの範囲内に設定することで、前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を生じさせることができると考えられる。
【００９０】
図１に示す実施形態では、前記ハードバイアス層３２、スペーサ層３３及び強磁性層３４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に第２電極層３５が形成されている。この第２電極層３５は補助的な電極としての役割を有するもので形成されていなくてもよい。ただし前記ハードバイアス層３２、スペーサ層３３及び強磁性層３４のトラック幅方向の両側に何らかの層が埋められていないと、その上に第１電極層４０等を平坦化された面上に形成できなくなるので、前記ハードバイアス層３２、スペーサ層３３及び強磁性層３４の両側に上記した第２電極層３５か、あるいは絶縁層を埋めることが必要である。
【００９１】
次に前記フリー磁性層２６と強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメントについて説明する。既に説明したように前記フリー磁性層２６と強磁性層３４は反平行状態に磁化されており、素子両側端部Ｃでの再生感度は鈍化している。
【００９２】
しかし前記素子両側端部Ｃでの再生感度を効果的に鈍化させるには前記フリー磁性層２６の単位面積当たりの磁気モーメントと強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメントとの差（これを単位面積当たりの合成磁気モーメントと呼ぶ）をある所定の範囲内に収めることが好ましい。
【００９３】
この実施形態では前記フリー磁性層２６の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）を０（Ｔ・ｎｍ）よりも大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下に設定している。
【００９４】
これにより前記素子両側端部Ｃでの再生感度｛Δｖ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝を絶対値で０．２以下に抑えることができる。
【００９５】
ここで再生感度｛Δｖ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝とは、外部磁界が±４０００Ｏｅ（ここで＋４０００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―４０００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）に対する、外部磁界が±１００Ｏｅ（ここで＋１００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―１００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）の比率である。この比率が絶対値で小さい値ほど再生感度は低くなる。
【００９６】
また前記合成磁気モーメントを０（Ｔ・ｎｍ）よりも大きくした理由は、まず合成磁気モーメントに対するスピンフロップ磁界Ｈｓｆの値が、前記合成磁気モーメントがマイナス側よりもプラス側の方が急激に大きい値になりやすく、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４の反平行磁化状態を適切に保持することができること、および前記合成磁気モーメントをマイナス側の値にすると、前記強磁性層３４の内側端部３４ｂから前記フリー磁性層２６に漏れる双極子磁界（静磁界）が大きくなり、またこの静磁界は前記フリー磁性層２６の磁化と逆方向に作用するため、再生波形の歪みや不安定性を招きやすくなり、よって前記合成磁気モーメントを０（Ｔ・ｎｍ）よりも大きい値にしている。
【００９７】
またこの実施形態では前記フリー磁性層２６の膜厚から前記強磁性層３４の膜厚を引いた膜厚差を０Å以上で３０Å以下に設定している。これにより、再生感度｛Δｖ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝を絶対値で０．２以下に抑えることができるとともに、前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４の反平行磁化状態を効果的に保持でき、しかも再生波形の安定性を図ることが可能である。
【００９８】
なお前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４はＮｉＦｅ合金等で形成されると説明したが、上記の合成モーメント及び膜厚の範囲内に設定して再生感度を鈍化させるには、例えばフリー磁性層２６及び強磁性層３４をＣｏＦｅ合金で形成したり、あるいは前記フリー磁性層２６をＣｏＦｅ合金／ＮｉＦｅ合金／ＣｏＦｅ合金の構造で強磁性層３４をＣｏＦｅ合金で形成することが好ましい。
【００９９】
次に前記強磁性層３４のフリー磁性層２６の素子両側端部Ｃへのオーバーラップ長Ｔ１は、０．０３μｍから０．３μｍであることが好ましい。あるいは前記オーバーラップ長Ｔ１はフリー磁性層２６の上面の幅寸法に対して１０％から４５％占めていることが好ましい。前記オーバーラップ長Ｔ１はトラック幅Ｔｗを規制する上で重要な幅寸法である。この実施形態では上記したオーバーラップ長Ｔ１に設定しても強磁性層３４がハードバイアス層３２上にまで延出しているから素子両側端部Ｃでの磁化の乱れは小さく、よってトラック幅Ｔｗを所定の幅寸法に設定しやすいものとなっている。
【０１００】
図１に示す実施形態では、前記強磁性層３４上にＴａなどの第１保護層３６が設けられ、その上にＣｒなどで形成されたストッパ層３８が形成されている。前記ストッパ層３８は製造工程の上で特に重要な役割を有する。図１に示す磁気検出素子は後述するように、第１電極層４０間の凹部４２をエッチングで削って形成する。しかしこのエッチング工程で削りすぎて、特にフリー磁性層２６まで前記エッチングの影響が及ぶと良好な再生特性を得ることができなくなるので、素子中央部Ｄ上の強磁性層３４をエッチングで削る前に一旦、エッチングを止め、前記強磁性層３４を削るときにエッチングを高精度に制御しながら行うことが好ましい。
【０１０１】
このため図１に示す磁気検出素子には、前記強磁性層３４上にストッパ層３８が設けられ、このストッパ層３８で前記エッチングを一旦止めて、フリー磁性層２６に対する前記エッチングの影響を小さくしている。
【０１０２】
図１に示す磁気検出素子は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に第１電極層４０が設けられ、前記第１電極層４０からのセンス電流が前記多層膜２１の膜面と平行な方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型と呼ばれる構造であるが、図１に示す磁気検出素子の構成を、前記センス電流が前記多層膜２１の各層を膜厚方向（図示Ｚ方向と平行な方向）に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子にも適用可能である。その実施形態は図２で説明する。
【０１０３】
図２は本発明における第２実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１と同じ符号がつけられている層は図１と同じ層であるので説明を省略する。
【０１０４】
図２に示す符号５０はＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成された下部シールド層であり、前記下部シールド層５０はシールド機能のみならず下部電極層としての役割も有している。
【０１０５】
図２に示す実施形態ではシードレイヤ２２が下部ギャップ層としての役割を有するが、前記シードレイヤ２２が形成されなくても反強磁性層２３が前記下部ギャップ層としての役割を有する。
【０１０６】
図２に示す磁気検出素子では、ハードバイアス層３２、スペーサ層３３及び強磁性層３４の両側端面３２ａ、３３ａ、３４ａが同じ連続面に揃って形成されており、そのトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に絶縁層５１（以下では第２絶縁層５１）が形成されている。図２の磁気検出素子はＣＰＰ型であるので、前記両側に導電性の材料層が存在するとそこにセンス電流が分流してしまうので、前記両側端面３２ａ、３３ａ、３４ａの両側には第２絶縁層５１を設ける。なお前記第２絶縁層５１上の保護層３７は設けられていなくてもよい。
【０１０７】
図２に示す実施形態では図１において第１電極層４０であった箇所に絶縁層５２（以下では第１絶縁層５２と呼ぶ）が形成されている。そして前記第１絶縁層５２上からトラック幅方向（図示Ｘ方向）の前記第１絶縁層５２間から強磁性層３４間までの積層膜間に形成された凹部４２内に上部シールド層５３が形成される。前記上部シールド層５３はＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成され、シールド機能と上部電極層としての機能も有する。
【０１０８】
図２に示す磁気検出素子ではフリー磁性層２６上に形成された前記凹部４２内に露出する非磁性中間層２７が上部ギャップ層としての役割を有している。ただし前記素子中央部Ｄに非磁性中間層２７が無く、新たな非磁性層が設けられて、その非磁性層を上部ギャップ層としてもよいし、前記素子中央部Ｄの非磁性中間層２７上に新たな非磁性層を設けて、これら２層を上部ギャップ層として機能させてもよい。
【０１０９】
図２に示す実施形態では、前記凹部４２の底面でのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法でトラック幅Ｔｗが規制され、前記トラック幅Ｔｗは０．０５μｍから０．１５μｍの範囲内で形成される。
【０１１０】
図２に示す実施形態では、前記強磁性層３４上に第１絶縁層５２を設けることで、前記上部シールド層５３からのセンス電流が前記凹部４２よりもトラック幅方向の両側に分流するのを抑制でき再生出力の大きい磁気検出素子を製造することができる。
【０１１１】
なお図２に示す前記非磁性材料層２５は、例えばＣｕで形成されているが、スピントンネル効果の原理を用いたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前記非磁性材料層２５は、例えばＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁材料で形成される。
【０１１２】
図２に示す磁気検出素子は、多層膜２１の図示上下が電極を兼ね備えたシールド層５０、５３に挟まれたＣＰＰ型の磁気検出素子であり、ＣＰＰ型の磁気検出素子は今後の更なる狭トラック化においても再生出力を向上させることができるものと期待されている。
【０１１３】
図２に示す磁気検出素子においても、前記フリー磁性層２６の両側にはハードバイアス層３２が設けられ、前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上で非磁性中間層２７を介して形成された強磁性層３４が、前記ハードバイアス層３２上に延びている。前記フリー磁性層２６はその両側に設けられたハードバイアス層３２からの縦バイアス磁界で前記ハードバイアス層３２と同じ方向に磁化される。
【０１１４】
また前記強磁性層３４の磁化は、その下に非磁性中間層２７を介して形成された素子両側端部Ｃのフリー磁性層２６との間で作用するＲＫＫＹ相互作用により、前記フリー磁性層２６の磁化と反平行状態を保ち、ここでの再生感度をより適切に鈍化させることができる。
【０１１５】
前記強磁性層３４は、ハードバイアス層３２上に延びて形成されているから、前記ハードバイアス層３２からの逆方向の縦バイアス磁界の影響を直接受けにくい。このためスピンフロップ磁界が小さくても、素子両側端部Ｃでの磁化の乱れを軽減でき、しかも前記強磁性層３４の外側の両側端部３４ａは、前記フリー磁性層２６の両側端部と連続面として形成されておらず、前記素子両側端部Ｃから離れて形成されるため、前記強磁性層３４の両側端部３４ａでの反磁界が前記素子両側端部Ｃでの磁化の乱れに影響を及ぼすことを軽減できる。
【０１１６】
以上から図２に示す磁気検出素子の構造であれば、前記素子両側端部Ｃでの強磁性層３４及びフリー磁性層２６の磁化の乱れを軽減でき、適切に磁化の反平行状態を保つことができるので、従来に比べてフリー磁性層２６の素子中央部Ｄに磁化の乱れが伝播しにくく再生波形の安定性を向上させることができるとともに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っている。
【０１１７】
図３ないし図１０は図１に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図である。図３ないし図１０に示す各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１１８】
図３に示す工程では、下部ギャップ層２０上にシードレイヤ２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６及び非磁性中間層２７を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法が使用される。スパッタ法には、ｄｃマグネトロンスパッタ法、ｒｆスパッタ法、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。なお本発明で言う「連続成膜」とは、真空状態を破らずに、チャンバ内でターゲットを次々に代えて成膜していくことを意味する。以下同じである。
【０１１９】
図３に示す工程では前記反強磁性層２３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，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，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）合金で形成することが好ましい。
【０１２０】
また前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎ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。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。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。
【０１２１】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。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，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場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【０１２２】
また図３工程では前記反強磁性層２３の膜厚を８０Å以上で３００Å以下で形成することが好ましい。この程度の厚い膜厚で前記反強磁性層２３を形成することにより磁場中アニールで、前記反強磁性層２３と固定磁性層２４間に大きな交換結合磁界を発生させることができる。具体的には、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を発生させることができる。
【０１２３】
図３に示す固定磁性層２４は、例えばＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層２８と磁性層３０と、両磁性層２８、３０間に介在するＲｕなどの非磁性の中間層２９との人工フェリ構造である。前記フリー磁性層２６は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成されるが、特に前記フリー磁性層２６がＮｉＦｅ合金で形成されるとき前記フリー磁性層２６と非磁性材料層２５との間にＣｏＦｅ合金などで形成された拡散防止層が形成されていることが好ましい。また非磁性中間層２７とフリー磁性層２６の間にＣｏＦｅが挿入されてもよい。これによりフリー磁性層２６と後工程で形成される強磁性層３４間に働くＲＫＫＹ相互作用による反平行交換結合を強くできる。
【０１２４】
図３に示す工程では、前記非磁性中間層２７をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成することが好ましい。前記非磁性中間層２７はこの工程では、その下のフリー磁性層２６を酸化から防止するための酸化防止層としての役割を有する。
【０１２５】
図３に示すように下部ギャップ層２０上に非磁性中間層２７までの各層を積層した後、第１の磁場中アニールを施す。トラック幅Ｔｗ（図示Ｘ方向）と直交する方向である第１の磁界（図示Ｙ方向）を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、反強磁性層２３と固定磁性層２４を構成する磁性層２８との間に交換結合磁界を発生させて、前記磁性層２８の磁化を図示Ｙ方向に固定する。もう一方の磁性層３０の磁化は、前記磁性層２８との間で働くＲＫＫＹ相互作用による交換結合によって図示Ｙ方向とは逆方向に固定される。なお例えば前記第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００（ｋＡ／ｍ）とする。
【０１２６】
次に図４に示す工程では、前記非磁性中間層２７上にリフトオフ用のレジスト層６０を形成する。このレジスト層６０は、前記多層膜２１の幅方向の形状を画定するもので、前記レジスト層６０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法は、フリー磁性層２６の「素子中央部Ｄ」及び「素子両側端部Ｃ」（図１を参照されたい）のトラック幅方向への幅寸法を合わせた幅より若干小さいか同程度である。前記レジスト層６０の幅寸法Ｔ２は、０．１μｍ〜０．６μｍである。
【０１２７】
前記レジスト層６０を非磁性中間層２７上に形成した後、前記レジスト層６０に覆われていない前記多層膜２１をイオンミリングで削る。これにより前記レジスト層６０からはみ出した前記多層膜２１の両側部分は削れて、前記多層膜２１は記録媒体との対向面側から見ると略台形状に画定される。
【０１２８】
図４に示すように前記多層膜２１の両側端面２１ａは前記イオンミリングで削られたエッチング面であり、前記両側端面２１ａは湾曲面か傾斜面で形成される。図４では前記両側端面２１ａが湾曲面で形成され、前記多層膜２１を構成する各層のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面が前記湾曲面に揃った連続面となっている。このイオンミリング工程では、前記多層膜２１のトラック幅方向の両側に露出する下部ギャップ層２０も若干削れる。
【０１２９】
また図４に示す工程では、前記多層膜２１のトラック幅方向の両側を非磁性中間層２７からシードレイヤ２２まですべて削り取っているが、例えば固定磁性層２４の両側までを前記イオンミリングで削り取り、その下の反強磁性層２３を全部あるいは一部残してもよい。かかる場合、前記反強磁性層２３のトラック幅方向における両側端部が、その上の固定磁性層２４から非磁性中間層２７までの各層の前記両側端部よりもトラック幅方向に延出した形状になる。
【０１３０】
次に図５に示す工程では、前記レジスト層６０をそのまま残して、前記多層膜２１の両側端面２１ａよりもトラック幅方向（図示Ｘ方向）に広がる下部ギャップ層２０上から前記両側端面２１ａ上にかけてＣｒなどで形成されたバイアス下地層３１をスパッタや蒸着法で成膜し、さらに前記バイアス下地層３１上にハードバイアス層３２及び非磁性のスペーサ層３３をスパッタ法や蒸着法で連続成膜する。これにより前記レジスト層６０上にも下地材料層３１ｃ、バイアス材料層３２ｃ、およびスペーサ材料層３３ｃが付着する。
【０１３１】
前記ハードバイアス層３２をＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などで形成する。また前記スペーサ層３３をＴａやＣｒなどで形成する。なお前記スペーサ層３３を非磁性中間層２７と同じＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成してもよい。
【０１３２】
前記スペーサ層３３はその下のハードバイアス層３２を酸化から防止するための酸化防止層としての役割を有する。従って前記スペーサ層３３は形成されていた方が好ましい。またこのスペーサ層３３はハードバイアス層３２と、前記スペーサ層３３上に形成される強磁性層３４間の磁気的な干渉を緩和する層であるので、前記スペーサ層３３は非磁性であることが必要である。ただし前記スペーサ層３３を非磁性中間層２７と同じ材質で形成し、前記スペーサ層３３の膜厚を所定範囲内に収めて、前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用における反平行結合磁界を生じさせることも可能であると考えられる。
【０１３３】
また図５工程では前記スペーサ層３３の上面３３ｂが前記非磁性中間層２７の上面２７ａと同じ平坦化面で形成されることが好ましいが、前記スペーサ層３３の上面３３ｂが前記非磁性中間層２７の上面２７ａに対して若干凹んでいたり、あるいは盛り上がっていてもかまわない。
【０１３４】
次に図６に示す工程では、まず図５に示すレジスト層６０を除去し、その後、前記非磁性中間層２７の上面２７ａ及びスペーサ層３３の上面３３ｂを低エネルギーのイオンミリングで若干削る。ここで「低エネルギーのイオンミリング」とは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。「低エネルギーのイオンミリング」の定義は以下においても同じである。
【０１３５】
図６の工程で、前記イオンミリングを行う理由は前記非磁性中間層２７の上面２７ａ及びスペーサ層３３の上面３３ｂ付近が酸化されているので、この酸化層を取り除くためである。ただし前記非磁性中間層２７及びスペーサ層３３をすべて取り除いてはならず、少なくとも前記非磁性中間層２７の膜厚を、その上下に形成されるフリー磁性層２６と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用における反平行結合磁界が生じる程度残す。具体的には前記非磁性中間層２７の膜厚を６Å〜１１Åの範囲内に収まるように前記イオンミリングを制御する。
【０１３６】
また前記スペーサ層３３が前記非磁性中間層２７と同じ材質で形成され、前記スペーサ層３３の上下に形成されるハードバイアス層３２と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用における反平行結合磁界を生じさせたい場合にも前記スペーサ層３３の膜厚が６Å〜１１Åの範囲内に収まるようにする。
【０１３７】
また「低エネルギー」のイオンミリングを用いる理由は、特に前記非磁性中間層２７の膜厚が成膜時、薄いからであり、上記した具体値のエネルギーよりも高いエネルギーのイオンミリングを使用すると、前記非磁性中間層２７が短時間ですべて削り取られてしまったり、残したい膜厚の制御が非常に難しいからである。よって「低エネルギー」のイオンミリングを用いても形成された酸化層を適切に除去できるようにするには、前記非磁性中間層２７の材質を適正化して、大気暴露によっても酸化の進行が遅い（例えば非磁性層としてよく使用されるＴａに対して）材質を使用する必要があり、上記した非磁性中間層２７に使用される材質はいずれも酸化の進行が遅く、「低エネルギー」のイオンミリングを使用しても適切に前記酸化層を除去することが可能である。
【０１３８】
前記低エネルギーのイオンミリングを行った後、前記非磁性中間層２７上から前記スペーサ層３３上にかけて強磁性層３４をスパッタ法あるいは蒸着法で成膜し、さらに連続して前記強磁性層３４上に第１保護層３６をスパッタ法あるいは蒸着法で成膜する。
【０１３９】
前記強磁性層３４をＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成し、また前記第１保護層３６をＴａなどの非磁性材料で形成する。前記第１保護層３６は前記強磁性層３４を酸化から防止するための酸化防止層として機能する。
【０１４０】
上記したように前記非磁性中間層２７は６Å〜１１Åの膜厚で形成されているので、前記フリー磁性層２６と前記強磁性層３４間でＲＫＫＹ相互作用による反平行交換結合が発生し、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４の磁化は反平行状態になる。
【０１４１】
またこの工程では、前記フリー磁性層２６の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）から前記強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）を引いた合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）が、０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下となるように、前記フリー磁性層２６及び前記強磁性層３４の各単位面積当たりの磁気モーメントを調整することが好ましい。
【０１４２】
前記前記単位面積当たりの磁気モーメントの大きさは、フリー磁性層２６及び強磁性層３４に使用される材質と膜厚を調整することで行われる。文献等により前記材質から飽和磁化Ｍｓを導き出し、前記飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積で前記単位面積当たりの磁気モーメントを求める。
【０１４３】
またこの工程では、前記フリー磁性層２６の膜厚（ｔ）から前記強磁性層３４の膜厚（ｔ）を引いた膜厚差が０Å以上で３０Å以下となるように、前記フリー磁性層２６及び前記強磁性層３４の各膜厚を調整することが好ましい。
【０１４４】
ここで前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４に使用される材質の一例を挙げると、前記フリー磁性層２６はＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}／Ｎｉ_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}／Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}で、強磁性層３４はＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}、あるいは前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４ともにＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}であり、かかる材質を使用して、前記膜厚差が０Å以上で３０Å以下となるように、前記フリー磁性層２６及び前記強磁性層３４の各膜厚を調整する。また特に、前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４ともにＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}を使用する場合には前記膜厚差を０Åより大きく１１Å以下とすることがより好ましい。
【０１４５】
上記のように単位面積当たりの合成磁気モーメント及び膜厚差を調整することで、完成した磁気検出素子（図１を参照されたい）の素子両側端部Ｃでの感度｛Δｖ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝を０．２以下に抑えることができ、このように再生感度を鈍らせることでサイドリーディングの発生を適切に抑制できる。
【０１４６】
次に図７に示す工程では、前記第１保護層３６上にリフトオフ用のレジスト層６１を形成する。前記レジスト層６１の底面のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法Ｔ３は、前記レジスト層６１の下に少なくとも多層膜２１のトラック幅方向の両側に形成されたハードバイアス層３２の領域が膜厚方向（図示Ｚ方向）でオーバーラップする大きさである。前記レジスト層６１の幅寸法Ｔ３は０．５μｍ〜３０μｍであることが好ましい。
【０１４７】
次に前記レジスト層６１に覆われていない前記バイアス下地層３１、ハードバイアス層３２、スペーサ層３３、強磁性層３４及び第１保護層３６をイオンミリングで削る。この工程により前記バイアス下地層３１から前記第１保護層３６までの各層のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側が削り取られ、各層の両側端面３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３６ａが湾曲形状の連続面となる。なお前記各層の両側端面３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３６ａは傾斜面状の連続面であってもよい。
【０１４８】
次に前記バイアス下地層３１から第１保護層３６までの各層の両側にＡｕなどで形成された電極層３５（以下では第２電極層３５と呼ぶ）をスパッタ法や蒸着法で成膜し、さらに連続して前記第２電極層３５上にＴａなどの保護層３７をスパッタ法や蒸着法で成膜する。なおこの成膜により前記レジスト層６１の上面にも電極材料層３５ａ、保護層３７ａが付着する。
【０１４９】
なおこの工程では前記第２電極層３５が形成された領域を絶縁層で形成してもかまわない。また前記保護層３７は前記第２電極層３５を酸化から防止するための酸化防止層としての役割を有するものであるが、前記第２電極層３５が形成される領域が絶縁層である場合、前記保護層３７は特に設ける必要はない。
【０１５０】
次に図示しない多層膜２１のハイト方向（図示Ｙ方向）のパターン形成を行い、バックフィルギャップ層の形成などを行った後、図８工程を行う。
【０１５１】
図８に示す工程では、前記第１保護層３６及び保護層３７上をイオンミリングで若干削って酸化層を除去し（このイオンミリング工程は行わなくてもよい）、次に前記第１保護層３６上及び保護層３７上にＣｒなどで形成されたストッパ層３８をスパッタ法や蒸着法で成膜する。さらに連続して前記ストッパ層３８上に電極下地層３９、第１電極層４０、および第２保護層４１をスパッタ法や蒸着法で真空を破らずに成膜する。
【０１５２】
前記電極下地層３９は例えばＴａであり、第１電極層４０は例えばＡｕであり、第２保護層４１は例えばＴａである。
【０１５３】
次に図９に示す工程では前記第２保護層４１の上にマスク層６２を設ける。図９に示すように、前記マスク層６２は、前記多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における図面中央と膜厚方向（図示Ｚ方向）で対向する位置に設けられておらず、そこには間隔６２ｂが形成されている。前記マスク層６２間の間隔６２ｂのトラック幅方向における幅寸法Ｔ４は、フリー磁性層２６の素子中央部Ｄ（図１を参照されたい）のトラック幅方向における寸法を画定する上で重要な寸法であり、前記幅寸法Ｔ４は素子中央部Ｄの幅寸法と同程度かあるいは若干大きい。前記幅寸法Ｔ４は例えば０．０７μｍ〜０．２μｍ程度で形成される。
【０１５４】
前記マスク層６２はＣｒなどのメタルマスクかあるいはレジストなどで形成される。前記マスク層６２をメタルマスクで形成するには、例えば図９に示す間隔６２ｂの位置の第２保護層４１上にレジスト層を設け、前記レジスト層に覆われていない前記第２保護層４１上に前記メタルマスクをスパッタなどで形成して、前記レジスト層を除去するか、一旦、前記第２保護層４１上全体にメタルマスクを成膜した後、前記間隔６２ｂを形成する位置以外のメタルマスク上にレジスト層を形成し、前記レジスト層に覆われていない前記メタルマスクを除去して前記間隔６２ｂを形成した後、前記レジスト層を除去する。
【０１５５】
また前記マスク層６２がレジストで形成される場合には、露光現像によって図９に示す形状のマスク層６２を形成する。
【０１５６】
また図９に示すように前記マスク層６２の前記間隔６２ｂ内の内側端面６２ａは上方から下方に向うにつれて徐々に前記間隔６２ｂのトラック幅方向の幅が狭まる傾斜面で形成されているが、これが湾曲面であってもよいし、あるいは垂直面（図示Ｚ方向と平行な方向）であってもよい。
【０１５７】
前記マスク層６２を形成した後、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）で前記マスク層６２の間隔６２ｂ内から露出する第２保護層４１、第１電極層４０及び電極下地層３９を削っていく。なおエッチングガスとして、ＣＦ_４やＣ_３Ｆ_８あるいはＡｒとＣＦ_４の混合ガス、またはＣ_３Ｆ_８とＡｒとの混合ガスを使用する。
【０１５８】
前記ＲＩＥによって前記第２保護層４１、第１電極層４０及び電極下地層３９が削れ、ストッパ層３８が前記間隔６２ｂ内から露出すると、ＲＩＥでは削れないＣｒなどで形成されたストッパ層３８で一旦、削り込み作業を止める。
【０１５９】
図９に示すように前記マスク層６２の間隔６２ｂ下には、凹部４２が形成され、この凹部４２内の第２保護層４１、第１電極層４０及び電極下地層３９の内側端面４１ａ、４０ａ、３９ａは、前記マスク層６２の内側端面６２ａに倣った傾斜面となる。
【０１６０】
次に図１０に示す工程では、前記凹部４２内に露出するストッパ層３８、第１保護層３６、強磁性層３４をイオンミリングで削る。ただし、ストッパ層３８から強磁性層３４までの膜厚は薄いので（具体的には５０Å程度）、イオンミリングでの削り込み量が多いと、フリー磁性層２６にまで前記イオンミリングの影響が及んで好ましくない。
【０１６１】
そのため前記ストッパ層３８から強磁性層３４までの削り込み量はイオンミリング装置に内蔵されたＳＩＭＳ分析装置によりモニタしながら制御することが好ましい。なお前記ストッパ層３８から強磁性層３４までの膜厚は薄いので、このイオンミリングには低エネルギーのイオンミリングを使用できる。前記イオンミリングにより前記ストッパ層３８から強磁性層３４までが削り込まれると同時に（図１０では削り込まれた部分が点線で示されている）、マスク層６２も前記イオンミリングの影響を受けて削られる（図１０では前記マスク層６２を点線で示している）。なお前記マスク層６２は前記イオンミリングですべて除去されてもよいしＣｒ等の金属からマスク層６２が成る場合には、一部残されてもよい。
【０１６２】
また図１０では前記強磁性層３４を前記イオンミリングで削って前記非磁性中間層２７が露出した瞬間にイオンミリングを止めているが、前記非磁性中間層２７が前記イオンミリングの影響を受けて一部あるいは全部除去されてもよい。また強磁性層３４が素子中央部Ｄ上に若干残されていてもよいし、前記非磁性中間層２７がすべて除去されてさらに前記フリー磁性層２６が若干削られてもよい。ここで前記強磁性層３４を素子中央部Ｄ上に若干残す場合であるが、かかる場合、素子中央部Ｄでの強磁性層３４及びフリー磁性層２６は非磁性中間層２７を挟んだ人工フェリ構造になる。ただし素子中央部Ｄでは、残された強磁性層３４の膜厚が素子両側端部Ｃでの強磁性層３４に比べて非常に薄いので、前記素子中央部Ｄにおけるフリー磁性層２６と強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメント差は、素子両側端部Ｃのそれに比べて大きくなる。磁気モーメント差、すなわち単位面積当たりの合成磁気モーメントが大きくなると、再生感度が上昇するので、素子中央部Ｄに若干強磁性層３４が残されていても、前記素子中央部Ｄでの再生感度を良好に保つことができる。
【０１６３】
なお図１０に示すように、前記凹部４２内の前記ストッパ層３８、第１保護層３６及び強磁性層３４の内側端面３８ａ、３６ａ、３４ａは、その上の第１電極層４０の内側端面４０ａに倣って連続した傾斜面となる。
【０１６４】
図１０に示すように多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端部上には強磁性層３４がオーバーラップし、前記強磁性層３４が膜厚方向（図示Ｚ方向）でオーバーラップしているフリー磁性層２６の領域を「素子両側端部Ｃ」、前記強磁性層３４が膜厚方向でオーバーラップしていない前記フリー磁性層２６の領域を「素子中央部Ｄ」、前記凹部４２の底面のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法を「トラック幅Ｔｗ」と定義する。
【０１６５】
次に前記第２保護層４１上から前記凹部４２内にかけてＴａなどの保護層を例えば１０〜２０Å成膜した後、上部ギャップ層、上部シールド層、記録用のインダクティブヘッド等の成膜を行い、さらに図１０に示す磁気検出素子が形成される基板となるスライダを加工するなどした後、前記ハードバイアス層３２を図示Ｘ方向に着磁する。これによって前記ハードバイアス層３２から前記フリー磁性層２６に図示Ｘ方向の縦バイアス磁界が作用して前記フリー磁性層２６が図示Ｘ方向に磁化されるとともに、強磁性層３４はフリー磁性層２６との間で生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界によって、前記フリー磁性層２６の磁化方向とは反平行に磁化される。
【０１６６】
以上が図１に示す磁気検出素子の製造方法であるが、図２に示すＣＰＰ型の磁気検出素子も図３ないし図１０に示す製造工程を用いることで形成できる。
【０１６７】
すなわち図３工程でまず下部ギャップ層２０を下部電極を兼ね備えた下部シールド層５０とし、図６工程までの工程をそのまま施した後、図７工程で第２電極層３５が形成される領域を第２絶縁層５１とし、図８工程で第１電極層４０が形成される領域を第１絶縁層５２で形成し、図９、図１０工程と同様の工程を施す。そして前記第１絶縁層５２上から凹部４２内にかけて上部電極を兼ね備えた上部シールド層５３を形成することで図２に示すＣＰＰ型の磁気検出素子が完成する。
【０１６８】
なお本発明は図３ないし図１０に示す工程以外で図１や図２に示す磁気検出素子を製造することを除外するものではないが、図３ないし図１０に示す工程を用いることが最も容易に且つ所定形状に図１や図２に示す磁気検出素子を製造できて好ましい。
【０１６９】
また図８工程でストッパ層３８を設けることで図９及び図１０工程での削り込み量を精度良く制御でき、イオンミリングによりフリー磁性層２６が大きく削れることを回避でき再生特性に優れた磁気検出素子を製造しやすい。
【０１７０】
なお図１、図２に示す磁気検出素子では、ハードバイアス層３２、スペーサ層３３、および強磁性層３４の両側端面を削って、各端面３２ａ、３３ａ、３４ａからなる連続面を形成しているが、このような連続面を形成しなくてもよく（かかる場合、第２電極層３５や第２絶縁層３５が形成されない）、かかる場合、図７工程を除いて図３から図１０までの製造工程を施せばよい。
【０１７１】
また本発明における磁気検出素子はハードディスク装置に内蔵される磁気ヘッドに装備されるほか磁気センサなどにも使用可能である。
【０１７２】
【実施例】
本発明では図１１Ａ及び図１１Ｂに示す形態の磁気検出素子を形成し、各磁気検出素子の再生出力について調べた。
【０１７３】
図１１に示す磁気検出素子は、フリー磁性層から上の層構造のみが模式図的に示されている。図１１に示す磁気検出素子は図示しない基板上にＰｔＭｎ合金で形成された第１反強磁性層、人工フェリ構造の固定磁性層、Ｃｕで形成された非磁性材料層が積層され、前記非磁性材料層上にフリー磁性層、非磁性中間層及び強磁性層が形成されている。
【０１７４】
まず前記フリー磁性層を膜厚が３２ÅのＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}、非磁性中間層は膜厚を９ÅのＲｕ、および強磁性層を膜厚が１４ÅのＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}で形成した。また第２反強磁性層を膜厚が２００ÅのＰｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}で形成し、電極層をＡｕで形成した。
【０１７５】
図１１Ａに示す磁気検出素子は、前記強磁性層が素子中央部には形成されず素子両側端部上にのみ形成されているが、図１１Ｂに示す磁気検出素子は、前記強磁性層が素子中央部上及び素子両側端部上の全域に形成される。
【０１７６】
トラック幅Ｔｗ（図１１Ａでは強磁性層間の間隔、図１１Ｂでは第２反強磁性層間の間隔）は０．２μｍ程度である。また図１１Ａおよび図１１Ｂには、フリー磁性層及び強磁性層に矢印が記載されているが、この矢印は磁化方向を示している。前記フリー磁性層及び強磁性層はその間に非磁性中間層を挟んだ人工フェリ構造となっており、前記フリー磁性層及び強磁性層の磁化が互いに反平行状態になっている。
【０１７７】
実験では、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す磁気検出素子を用い、外部磁界が±１００Ｏｅ（ここで＋１００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―１００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）を求めた。この電圧差が大きいほど再生出力が大きいことを示している。なお１００Ｏｅは約７．９×１０^３（Ａ／ｍ）である。
【０１７８】
その結果、図１１Ａに示す磁気検出素子では、１．１７ｍＶの電圧差が生じ、図１１Ｂに示す磁気検出素子では、０．３３ｍＶの電圧差が生じた。このように図１１Ａに示す磁気検出素子の形態のように、素子中央部に強磁性層が形成されずフリー磁性層のみが形成された単層構造である方が、図１１Ｂのように素子中央部も人工フェリ構造となっている構造に比べて再生出力の向上を図ることができるとわかった。そこで図１及び図２のように、素子中央部Ｄはフリー磁性層２６のみで構成し、その上に非磁性中間層２７を介して強磁性層３４を形成しない構造を好ましい構造とした。
【０１７９】
次に図１１Ｂに示す磁気検出素子を用い、フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層との単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）と再生出力との関係、およびフリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と再生出力との関係について調べた。
【０１８０】
実験に使用した磁気検出素子の膜構成は図１１Ｂであり、各層の材質は上記した通りである。
【０１８１】
実験では、フリー磁性層及び強磁性層の膜厚を変化させ、前記フリー磁性層及び強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）を変化させた。そして図１１Ｂに示す磁気検出素子を用いて、外部磁界が±４０００Ｏｅ（ここで＋４０００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―４０００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）に対する、外部磁界が±１００Ｏｅ（ここで＋１００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―１００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）の比率｛以下、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）とする｝を求めた。ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）は、弱い磁場でフリー磁性層の磁化がどれくらい回転するかの指標、すなわち感度を示す。なお４０００Ｏｅは、約３１．６×１０^４（Ａ／ｍ）である。
【０１８２】
図１２が、単位面積当たりの合成磁気モーメントと感度｛ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝（以下、単に感度という）との関係を示すグラフである。図１２に示すように単位面積当たりの合成磁気モーメントが小さくなるほど、徐々に前記感度が低下していくことがわかる。図１２では、単位面積当たりの合成磁気モーメントが１（Ｔ．ｎｍ）付近で、感度が０になるものと考えられる。また前記単位面積当たりの合成磁気モーメントを１．７（Ｔ・ｎｍ）以下にすると前記感度を０．２以下に抑えることができるとわかった。
【０１８３】
この実験でわかったことは、単位面積当たりの合成磁気モーメントをある範囲内で小さくすれば、効果的に感度を低下させることができるとわかった。
【０１８４】
図１３は、フリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と感度｛ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝（以下、単に感度という）との関係を示すグラフであるが、このグラフでも図１２と同様の傾向が見られ、前記膜厚差が小さくなるほど、徐々に前記感度が低下していくことがわかる。図１３では、膜厚差が５Å付近で、前記感度が０になるものと考えられる。また前記膜厚差を１１Å以下にすれば前記感度を０．２以下に抑えることができるとわかった。
【０１８５】
次に図１１Ｂを同じ膜構成の磁気検出素子を用い、特にフリー磁性層の組成や膜厚が上記の実験で使用したものとは異なる磁気検出素子を製造し、図１２及び図１３と同様の実験を施した。
【０１８６】
この実験で使用したフリー磁性層は下から、Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（１０Å）／Ｎｉ_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ％}（３０Å）／Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（６Å）の３層構造で形成され、括弧書きは膜厚を示している。
【０１８７】
また非磁性中間層には膜厚が９ÅのＲｕを用い、強磁性層にはＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}を用い、前記強磁性層の膜厚を変化させることで、単位面積当たりの合成磁気モーメントの大きさ、およびフリー磁性層と強磁性層との膜厚差を変化させた。
【０１８８】
図１４は、フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いて求めた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）と感度｛ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝（以下、単に感度という）との関係を示すグラフである。
【０１８９】
図１４を見てわかるように前記感度は図１２と同様に前記単位面積当たりの合成磁気モーメントが小さくなっていくほど低下していくことがわかった。また図１４では、２．６（Ｔ・ｎｍ）の単位面積当たりの合成磁気モーメントを境として前記感度が急激に変化している。すなわち２．６（Ｔ・ｎｍ）の単位面積当たりの合成磁気モーメントが変曲点となっていることがわかった。
【０１９０】
図１４に示すように前記単位面積当たりの合成磁気モーメントが２．６（Ｔ．ｎｍ）以下になると前記感度は０．２以下になることがわかった。
【０１９１】
図１５は、フリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と感度｛ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝（以下、単に感度という）との関係を示すグラフである。
【０１９２】
図１５に示すように前記膜厚差が小さくなるほど図１３と同様に前記感度は低下していくことがわかった。
【０１９３】
図１５に示すように３０Åの膜厚差を境として前記感度は急激に変化していることがわかった。すなわち３０Åの膜厚差が変曲点となっていることがわかった。図１５に示すように、前記膜厚差が３０Å以下になると前記感度は０．２以下になることがわかった。
【０１９４】
図１及び図２に示す実施形態において、素子両側端部Ｃでは、フリー磁性層２６と非磁性中間層２７と強磁性層３４との人工フェリ構造を保つが、この領域での人工フェリ構造の感度は小さければ小さいほど、サイドリーディングの発生を抑制できるので好ましい。
【０１９５】
そこで図１２ないし図１５に示す実験結果を用いて、本発明において好ましい単位面積当たりの磁気モーメントの大きさ、および膜厚差を求めることとした。
【０１９６】
まず素子両側端部での感度の好ましい大きさについて説明する。素子中央部Ｄでのフリー磁性層の感度が０．８程度であるので、サイドリーディングを実用レベルに抑えるには、素子両側端部での感度を１／４以下、すなわち０．２以下にすることが好ましい感度範囲であると設定した。
【０１９７】
また図１４を見てわかるように、２．６（Ｔ・ｎｍ）の単位面積当たりの磁気モーメントを境として急激に感度変化が見られ、前記単位面積当たりの合成磁気モーメントを２．６（Ｔ・ｎｍ）以下にすると感度を０．２以下に抑えることができるとわかった。
【０１９８】
以上の観点から、感度を０．２以下にすることができる、単位面積当たりの合成磁気磁気モーメント及び膜厚差を求めることとした。
【０１９９】
図１２及び図１４に示すグラフから、前記単位面積当たりの合成磁気モーメントを−６（Ｔ・ｎｍ）以上で２．６（Ｔ・ｎｍ）以下の範囲内に設定すると前記感度を絶対値で０．２以下に抑えることができるとわかった。
【０２００】
しかし前記単位面積当たりの合成磁気モーメントがマイナス側の値とプラス側の値とで以下のような効果の違いが発生する。
【０２０１】
図１６は単位面積当たりの合成磁気モーメントとスピンフロップ磁界Ｈｓｆとの関係を示すグラフである。ここでスピンフロップ磁界Ｈｓｆとは前記フリー磁性層と強磁性層との反平行の磁化状態が崩れるときの磁界の大きさを意味する。このスピンフロップ磁界が大きいほど前記フリー磁性層と強磁性層は反平行の磁化状態を適切に保つ。また図１６に示す実験で使用した磁気検出素子は図１４及び図１５の実験で使用した磁気検出素子と同じものである。
【０２０２】
図１６に示すように前記スピンフロップ磁界は、単位面積当たりの合成磁気モーメントが０（Ｔ・ｎｍ）よりもプラス側に大きくなると大きくなり、一方、前記合成磁気モーメントが０（Ｔ・ｎｍ）よりもマイナス側に小さくなると大きくなることがわかった。
【０２０３】
ところで図１６に示すように前記スピンフロップ磁界は合成磁気モーメントがプラス側に大きくなると、マイナス側に小さくなるときに比べて急激に大きい値を取りやすいとことがわかった。
【０２０４】
前記スピンフロップ磁界の大きさは大きいほど、フリー磁性層２６と強磁性層３４との反平行の磁化状態を適切に保持することができる。
【０２０５】
よって前記スピンフロップ磁界が急激に大きくなる前記合成磁気モーメントのプラス側の領域が好ましい。
【０２０６】
また前記合成磁気モーメントがマイナス側の値であると、強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントがフリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きくなり、かかる場合、前記強磁性層の膜厚がフリー磁性層の膜厚よりも厚い膜厚で形成されやすい。前記強磁性層の膜厚が厚いと図１に示す強磁性層３４の内側端部にできる磁荷が大きく、この内側端部から前記フリー磁性層２６に漏れる双極子磁界（静磁界）が前記フリー磁性層２６の磁化方向と逆方向に作用するため再生波形の歪みや不安定性を招きやすいといった問題が発生する。
【０２０７】
よってかかる観点からも前記合成磁気モーメントはプラス側の値であることが好ましい。
【０２０８】
また前記合成磁気モーメントが０（Ｔ・ｎｍ）であると、フリー磁性層と強磁性層間で生じるＲＫＫＹ相互作用における反平行結合磁界に対する支配的な層がフリー磁性層及び強磁性層のどちらでもなくなり、前記フリー磁性層と強磁性層をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化制御しにくい。従って前記合成磁気モーメントは０（Ｔ・ｎｍ）でないことが好ましい。
【０２０９】
以上の結果、本発明での好ましい合成磁気モーメントは０（Ｔ・ｎｍ）よりも大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下の範囲内とした。これによって感度を０．２以下に抑えることができると共に、スピンフロップ磁界も大きくでき、再生波形の安定性が高い磁気検出素子を製造できる。
【０２１０】
次に膜厚差の好ましい範囲について説明する。感度を絶対値で０．２以下に抑えるには図１５に示すように前記膜厚差を−３０Å以上で３０Å以下にすればよいとわかった。しかしながら前記膜厚差がマイナス側の値であると上記した合成磁気モーメントがマイナス側の値である場合と同様の不具合が生じ易いので、前記膜厚差はプラス側の値であることが好ましい。
【０２１１】
なお図１５に示す実験ではフリー磁性層にＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅの３層構造を用い、強磁性層にはＣｏＦｅの単層構造を用いているので、フリー磁性層と強磁性層の飽和磁化Ｍｓは異なる値であり、よって前記フリー磁性層と強磁性層が共に同じ値であっても、すなわち膜厚差が０Åであっても、単位面積当たりの合成磁気モーメントは０（Ｔ・ｎｍ）にならない。
【０２１２】
よって本発明における好ましい膜厚差は０Å以上で３０Å以下であるとした。ただし図１３に示す実験では、フリー磁性層及び強磁性層がともにＣｏＦｅ合金で形成された磁気検出素子を用いて行ったものであり、かかる場合、前記膜厚差を１１Å以下にすると前記感度を０．２以下に抑えることができる。またかかる場合、前記膜厚差が０Åであると合成磁気モーメントは０（Ｔ・ｎｍ）になってしまうため、より好ましい膜厚差を０Åよりも大きく１１Å以下と設定した。
【０２１３】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、フリー磁性層のトラック幅方向の両側にはバイアス層が設けられ、前記フリー磁性層の素子両側端部上で非磁性中間層を介して形成された強磁性層が、前記バイアス層上にまで延びている。
【０２１４】
このように前記強磁性層はバイアス層上にまで延びて形成されているから、前記バイアス層からの逆方向の縦バイアス磁界の影響を直接受けにくく、スピンフロップ磁界が小さくても、素子両側端部での磁化の乱れを軽減でき、しかも前記強磁性層の両側端部での反磁界が前記素子両側端部での磁化の乱れに影響を及ぼすことを軽減できる。
【０２１５】
以上のように本発明における磁気検出素子の構造であれば、素子両側端部でのフリー磁性層及び強磁性層の磁化の乱れを軽減でき、よってフリー磁性層の素子中央部での磁化を安定した単磁区化構造に維持できるので、再生波形の安定性を向上させることができ、しかも人工フェリ構造である素子両側端部の再生感度を効果的に鈍化させることができ、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っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図２】本発明の第２の実施の形態である磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図３】図１の形態の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図
【図４】図３の次に行なわれる一工程図、
【図５】図４の次に行なわれる一工程図、
【図６】図５の次に行なわれる一工程図、
【図７】図６の次に行なわれる一工程図、
【図８】図７の次に行なわれる一工程図、
【図９】図８の次に行なわれる一工程図、
【図１０】図９の次に行なわれる一工程図、
【図１１】実験に使用した磁気検出素子のフリー磁性層以上の構造を示す部分模式図、
【図１２】図１１Ｂに示す磁気検出素子を用い、単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）と、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）との関係を示すグラフ、
【図１３】図１１Ｂに示す磁気検出素子を用い、フリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）との関係を示すグラフ、
【図１４】図１２の実験とは異なる材質によって図１１Ｂに示す磁気検出素子を製造して、かかる場合の単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）と、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）との関係を示すグラフ、
【図１５】図１３の実験とは異なる材質によって図１１Ｂに示す磁気検出素子を製造して、かかる場合のフリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）との関係を示すグラフ、
【図１６】単位面積当たりの合成磁気モーメントとスピンフロップ磁界Ｈｓｆとの関係を示すグラフ、
【図１７】従来における磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図１８】従来における別の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【符号の説明】
２０　下部ギャップ層
２３　反強磁性層
２４　固定磁性層
２５　非磁性材料層
２６　フリー磁性層
２７　非磁性中間層
３２　ハードバイアス層
３４　強磁性層
３８　ストッパ層
４０　第１電極層
５０　下部シールド層
５２　第１絶縁層
５３　上部シールド層
６０、６１　レジスト層
６２　マスク層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic detection element for controlling the magnetization of a free magnetic layer by a hard bias method, and more particularly to a magnetic detection element capable of stabilizing a reproduction waveform even in a narrow track and suppressing the occurrence of side reading. The present invention relates to an element and a method for manufacturing the element.
[0002]
[Prior art]
FIG. 17 is a partial cross-sectional view of a conventional magnetic sensing element (spin-valve thin film element) viewed from a surface facing a recording medium.
[0003]
Reference numeral 1 denotes an antiferromagnetic layer such as PtMn, and a fixed magnetic layer 2 formed of a NiFe alloy or the like, a nonmagnetic material layer 3 formed of Cu or the like, and a NiFe alloy on the antiferromagnetic layer 1. The free magnetic layer 4 is formed by lamination. A multilayer film 5 is composed of four layers from the antiferromagnetic layer 1 to the free magnetic layer 4.
[0004]
As shown in FIG. 17, both end surfaces 5a, 5a in the track width direction (X direction in the drawing) of the multilayer film 5 are cut to form a continuous surface, and a hard permanent magnet film is provided on both sides of the both end surfaces 5a, 5a. A bias layer 6 is formed.
[0005]
A non-magnetic spacer layer 7 is provided on the hard bias layer 6, and an electrode layer 8 is formed on the spacer layer 7 and on both side ends C of the multilayer film 5.
[0006]
The electrode layer 8 does not overlap the element central portion D of the multilayer film 5 and has a track width Tw in the track width direction (X direction in the drawing) on the upper surface of the element central portion D of the multilayer film 5. Is regulated.
[0007]
The free magnetic layer 4 is formed into a single magnetic domain in the track width direction (X direction in the drawing) by a longitudinal bias magnetic field from the hard bias layers 6 provided on both sides thereof. The element side edges C of the free magnetic layer 4 are closer to the hard bias layer 6 in terms of distance than the element central part D, and therefore receive a strong longitudinal bias magnetic field. It is in a duller state than it is.
[0008]
The magnetization of the fixed magnetic layer 2 is fixed in the height direction (Y direction in the figure) by an exchange coupling magnetic field generated between the fixed magnetic layer 2 and the antiferromagnetic layer 1. When an external magnetic field enters the magnetic detection element shown in FIG. 17 from the Y direction in the figure, the magnetization of the element central portion D of the free magnetic layer fluctuates, so that the changing electric resistance is changed by voltage change (during constant current operation) or This is regarded as current electrification (during constant voltage operation), and a leakage magnetic field from a recording medium is detected.
[0009]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 17, the electrode layer 8 overlaps on both side edges C of the multilayer film 5, and the sense current from the electrode layer 8 is mainly applied to the element center of the multilayer film 5. It is easy to flow to the section D.
[0010]
As described above, the element side edges C of the free magnetic layer 4 are areas called so-called dead areas where the read sensitivity is lower than that of the element center part D. The dead areas are electrically killed, and the magnetic detection sensitivity is reduced. It was expected that the reproduction output could be improved by allowing the sense current to flow only in the element center portion D of the favorable free magnetic layer 4.
[0011]
However, the dead zone is not completely magnetically dead. In other words, even in the case where the reproduction sensitivity is low, the insensitive region slightly generates a magnetization rotation under the influence of the external magnetic field, and this propagates to rotate the magnetization of the element central portion D. Such a phenomenon causes a problem of side reading, which has been a hindrance in realizing a narrower track in the future. In the structure of the magnetic sensing element shown in FIG. 17, the effective track width Tw is limited to 0.15 μm. If the effective track width Tw is further reduced, the above-described problem of the side reading becomes remarkable, and the effective track width Tw becomes narrower than 0.15 μm. Realizing the track was very difficult.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2000-176032 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The magnetic detecting element shown in FIG. 18 is a partial cross-sectional view of the structure of the magnetic detecting element described in Patent Literature 1 as viewed from a surface facing a recording medium. Note that the layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 17 indicate the same layers as those in FIG.
[0014]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 18, a nonmagnetic intermediate layer 9 made of Ru or the like is formed on the free magnetic layer 4, and a ferromagnetic layer 10 is formed thereon. Both end surfaces 11, 11 of the laminated film from the antiferromagnetic layer 1 to the ferromagnetic layer 10 are cut to be continuous surfaces, and hard bias layers 6 are provided on both sides thereof.
[0015]
As shown in FIG. 18, the ferromagnetic layer 10 is provided on both side edges C of the free magnetic layer 4 and is not provided on the central portion D of the element. An electrode layer 8 is provided from above the ferromagnetic layer 10 to above the hard bias layer 6.
[0016]
In FIG. 18, the track width Tw is regulated by the distance between the bottom surfaces of the ferromagnetic layers 10 and 10 in the track width direction (X direction in the drawing).
[0017]
In FIG. 18, the ferromagnetic layer 10 and the side portions C on both sides of the free magnetic layer 4 have an artificial ferrimagnetic structure in which the nonmagnetic intermediate layer 9 is interposed therebetween and the magnetizations thereof are in an antiparallel state. In FIG. 18, the free magnetic layer 4 is formed to have a thickness larger than that of the ferromagnetic layer 10 and receives a longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 6 magnetized in the right direction in FIG. Are magnetized rightward in the figure, and the ferromagnetic layer 10 is magnetized leftward in the figure.
[0018]
The present inventor has proposed that the magnetization of the free magnetic layer 4 at the side edges C of the element be in an anti-parallel coupling state with the magnetization of the ferromagnetic layer 10 as in the magnetic sensing element shown in FIG. It was considered that the reproduction sensitivity at the both end portions C of the element could be made even slower than the magnetic detection element shown in FIG. 17, and the occurrence of side reading could be suppressed as compared with the magnetic detection element shown in FIG.
[0019]
However, the magnetic sensing element shown in FIG. 18 has a problem that the reproduction characteristics are deteriorated as described below.
[0020]
That is, as shown in FIG. 18, in order to make the magnetizations of the free magnetic layer 4 and the ferromagnetic layer 10 in an antiparallel state and to lower the sensitivity here, as a result of repeated experiments by the inventor, It has been concluded that it is preferable not to make much difference between the magnetic moment per unit area of the layer 4 (saturation magnetization Ms × film thickness t) and the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 10. If the difference is small, the spin-flop magnetic field (magnitude of the magnetic field when the antiparallel state of the magnetization collapses) becomes small, and as a result, the disturbance of the magnetization at the both ends C of the element near the hard bias layer 6 Could be larger.
[0021]
As shown in FIG. 18, even if the electrode layer 8 is overlapped on both side edges C of the element to prevent a current from flowing through the two ends C of the element, the above-mentioned disturbance of magnetization at the two ends C of the element is prevented. Propagation up to the magnetization of the free magnetic layer 4 in the central portion D of the element caused the distortion and instability of the reproduced waveform.
[0022]
In addition, the above-described disturbance of magnetization is caused by the fact that both side edges 10a, 10a on the outer side of the ferromagnetic layer 10 having a magnetization direction opposite to the magnetization direction of the hard bias layer 6 are in contact with both side edges of the free magnetic layer 4 therebelow. Since the ferromagnetic layers 10 are formed as the same continuous surface, the demagnetizing fields at both end portions 10a of the ferromagnetic layer 10 are factors that further increase the disturbance of the magnetization.
[0023]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and in particular, a magnetic detection element capable of stabilizing a reproduced waveform even in a narrow track and suppressing occurrence of side reading, and a magnetic detection element therefor. It is intended to provide a manufacturing method.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is, in order from the bottom, an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a magnetic sensing element having a multilayer film laminated with a free magnetic layer,
Both end surfaces in the track width direction of each layer constituting the multilayer film are formed as continuous surfaces, and bias layers are provided on both sides of the continuous surface in the track width direction,
A ferromagnetic layer is formed from a nonmagnetic intermediate layer formed on both ends of the free magnetic layer to a bias layer.
[0025]
The characteristic structure of the magnetic sensing element of the present invention is such that bias layers are provided on both sides of the free magnetic layer in the track width direction, and are formed on both ends of the free magnetic layer via a nonmagnetic intermediate layer. Is that the ferromagnetic layer extends above the bias layer.
[0026]
The free magnetic layer is magnetized in the same direction as the bias layer by a longitudinal bias magnetic field from bias layers provided on both sides thereof.
[0027]
Further, the magnetization of the ferromagnetic layer maintains an antiparallel state with the magnetization of the free magnetic layer due to an RKKY interaction acting between the free magnetic layer and the free magnetic layer formed thereunder via the nonmagnetic intermediate layer. The reproduction sensitivity at both end portions of the element can be more appropriately reduced.
[0028]
Unlike the structure of the conventional magnetic sensing element shown in FIG. 18, the ferromagnetic layer is formed so as to extend over the bias layer. Therefore, the ferromagnetic layer is not directly affected by a vertical bias magnetic field in the reverse direction from the bias layer. . For this reason, even if the spin flop magnetic field is small, disturbance of magnetization at both end portions of the element can be reduced, and both outer end portions of the ferromagnetic layer are formed as continuous surfaces with both end portions of the free magnetic layer. The ferromagnetic layer is located away from both side edges of the element in the track width direction, thereby reducing the influence of demagnetizing fields at both side edges of the ferromagnetic layer on the disturbance of magnetization at both side edges of the element. it can.
[0029]
From the above, with the structure of the magnetic sensing element according to the present invention, it is possible to reduce the disturbance of the magnetization of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer at both ends of the element, and thus to stabilize the magnetization of the free magnetic layer at the central part of the element. Maintaining a single-domain structure can improve the stability of the reproduced waveform, and can also effectively reduce the reproduction sensitivity at both ends of the element, which is an artificial ferristructure, and appropriately control the occurrence of side reading. It is possible to suppress.
[0030]
In the present invention, it is preferable that a nonmagnetic spacer layer is provided between the bias layer and the ferromagnetic layer in the film thickness direction. By providing a spacer layer between the bias layer and the ferromagnetic layer without providing the ferromagnetic layer directly on the bias layer, magnetic interference between the bias layer and the ferromagnetic layer can be appropriately suppressed.
[0031]
Further, in the present invention, it is preferable that outer end faces of the bias layer and the ferromagnetic layer in the track width direction are formed as continuous faces. At this time, it is preferable that a second electrode layer or a second insulating layer is provided on both sides of the continuous surface in the track width direction. When both outer end surfaces of the bias layer and the ferromagnetic layer are formed as continuous surfaces, magnetostatic coupling is generated between the both end surfaces of the bias layer and the ferromagnetic layer, and the opposite of the magnetization of the bias layer and the ferromagnetic layer occurs. The parallel state can be appropriately maintained, and the magnetization stability of the ferromagnetic layer can be further improved.
[0032]
Note that a first electrode layer may be provided on the ferromagnetic layer. In such a case, the magnetic sensing element is configured such that a sense current from the electrode layer is applied in a direction substantially parallel to each film surface of the multilayer film. It is a flowing CIP (current in the plane) type structure.
[0033]
Alternatively, a first insulating layer may be provided on the ferromagnetic layer, and an upper electrode layer may be provided within a space between the first insulating layer and the ferromagnetic layer in the track width direction. And a CPP (current perpendicular to the plane) type structure in which a sense current from an electrode layer flows through each layer of the multilayer film in a film thickness direction.
[0034]
In the present invention, it is preferable that a stopper layer is provided between the ferromagnetic layer and the first electrode layer or between the ferromagnetic layer and the first insulating layer in a film thickness direction.
[0035]
The resultant magnetic moment per unit area (Net Mst) obtained by subtracting the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer from the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer is greater than 0 (T · nm) and 2.6 (T · nm). T · nm) or less, and the difference in thickness obtained by subtracting the thickness of the ferromagnetic layer from the thickness of the free magnetic layer is preferably 0 ° or more and 30 ° or less.
[0036]
By appropriately adjusting the magnitude of the combined magnetic moment per unit area and the film thickness difference in this manner, the read sensitivity at both end portions of the element can be more effectively reduced, and the occurrence of side reading can be reduced. Can be controlled appropriately.
[0037]
Next, a method for manufacturing a magnetic sensing element according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a multilayer film having an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a free magnetic layer, and a nonmagnetic intermediate layer in order from the bottom;
(B) shaving both end faces in the track width direction of each layer constituting the multilayer film into a continuous face, and providing a bias layer and a nonmagnetic spacer layer on both sides of the continuous face in the track width direction;
(C) forming a ferromagnetic layer from a nonmagnetic intermediate layer formed on both end portions of the free magnetic layer to the bias layer;
[0038]
By performing the above-described steps (a) to (c), bias layers are provided on both sides of the free magnetic layer in the track width direction, and a non-magnetic intermediate layer is provided on both ends of the free magnetic layer on both sides of the element. A ferromagnetic layer, and the ferromagnetic layer can be formed to extend over the bias layer. According to the above-described process, a magnetic detection element having excellent reproduction waveform stability and capable of suppressing the occurrence of side reading can be easily and appropriately manufactured even in a narrow track.
[0039]
Further, the step (c) may be performed by the following steps.
(D) continuously forming a ferromagnetic layer and a first electrode layer from the nonmagnetic intermediate layer to the bias layer;
(E) A mask layer having a smaller width than the width in the track width direction of the upper surface of the multilayer film is provided on both side ends of the first electrode layer in the track width direction, and is exposed from the space. Shaving and removing the first electrode layer, thereby shaving and removing the exposed ferromagnetic layer, and leaving the ferromagnetic layer on both ends of the free magnetic layer on both sides of the device.
[0040]
By performing the above-described steps, the ferromagnetic layer can be more easily left over the free magnetic layer on both sides of the element and on the bias layer.
[0041]
Further, the method may have the following steps instead of the step (d).
(F) forming a ferromagnetic layer from above the non-magnetic intermediate layer to above the bias layer;
(G) shaving both end surfaces in the track width direction of the bias layer and the ferromagnetic layer into continuous surfaces;
(H) forming a second electrode layer or a second insulating layer on both sides of the continuous surface in the track width direction;
(I) providing a first electrode layer on the ferromagnetic layer and on the second electrode layer or the second insulating layer;
[0042]
By performing the above steps (f) to (i), both outer end faces in the track width direction of the ferromagnetic layer can be formed as the same continuous faces as both end faces of the bias layer. A magnetic detection between the two end faces of the ferromagnetic layer and the bias layer so that the magnetizations of the ferromagnetic layer and the bias layer can be more appropriately set in an anti-parallel state, and the magnetization of the ferromagnetic layer can be more effectively stabilized. Devices can be manufactured.
[0043]
Further, the first electrode layer in the steps (d) and (e) is a first insulating layer, and after the step (e), the upper electrode layer is located within the space between the first insulating layer and the ferromagnetic layer in the track width direction. In the step (h), a second insulating layer is formed on both sides of the continuous surface, and the first electrode in the steps (i), (d) and (e) is formed. The layer may be a first insulating layer, and after the step (e), an upper electrode layer may be formed within a space between the first insulating layer and the ferromagnetic layer in the track width direction. In such a case, a CPP type magnetic sensing element can be manufactured.
[0044]
In the present invention, in the steps (d) and (i), after forming a stopper layer on the ferromagnetic layer, a first electrode layer is formed on the stopper layer, and the first electrode layer is formed in the step (e). It is preferable that the stopper layer and the ferromagnetic layer are cut again after the stopper layer is exposed by cutting the one electrode layer or the first insulating layer. By providing the stopper layer, it is possible to avoid that the free magnetic layer is particularly largely cut in the above-mentioned cutting step.
[0045]
Further, in the present invention, a nonmagnetic spacer layer is formed on the bias layer in the step (b), and the ferromagnetic layer is replaced with the spacer layer in the step (c), the step (d) or the step (f). It is preferable to form over. The spacer layer functions to suppress magnetic interference between the bias layer and the ferromagnetic layer, and has a role as an antioxidant layer that prevents the bias layer from being oxidized in the manufacturing process.
[0046]
In the present invention, the combined magnetic moment per unit area (Net Mst) obtained by subtracting the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer from the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer is larger than 0 (T · nm). It is preferable to adjust the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer so as to be not more than 2.6 (T · nm). It is preferable to adjust the thicknesses of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer so that the difference in thickness obtained by subtracting the thickness is not less than 0 ° and not more than 30 °. As a result, the reproduction sensitivity at both end portions of the element can be further reduced, and a magnetic sensing element capable of more effectively suppressing the occurrence of side reading can be manufactured.
[0047]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the structure of a magnetic sensing element (spin-valve thin film element) according to the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium.
[0048]
Reference numeral 20 denotes a lower gap layer made of an insulating material. On the lower gap layer, a multilayer film 21 constituting the magnetic sensing element of the present invention is formed.
[0049]
In the embodiment shown in FIG. 1, the multilayer film 21 is laminated from the bottom in the order of a seed layer 22, an antiferromagnetic layer 23, a fixed magnetic layer 24, a nonmagnetic material layer 25, a free magnetic layer 26, and a nonmagnetic intermediate layer 27. It was done.
[0050]
The seed layer 22 is formed of a NiFe alloy, a NiFeCr alloy, Cr, or the like. The seed layer 22 includes, for example, (Ni _0.8 Fe _0.2 ) _60at% Cr _40at% With a film thickness of 60 °.
[0051]
The antiferromagnetic layer 23 is made of a PtMn alloy or an X-Mn alloy (where X is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe). Or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, and Kr) A) alloy.
[0052]
By using these alloys as the first antiferromagnetic layer 23 and subjecting them to heat treatment, an exchange coupling film of the antiferromagnetic layer 23 and the fixed magnetic layer 24 that generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained. In particular, a PtMn alloy has an exchange coupling magnetic field of at least 48 kA / m, for example, more than 64 kA / m, and has an extremely high blocking temperature of 380 ° C. at which the exchange coupling magnetic field is lost. An exchange coupled film of layer 24 can be obtained.
[0053]
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but undergo structural transformation to a CuAuI-type regular face-centered square structure (fct) by heat treatment.
[0054]
The thickness of the antiferromagnetic layer 23 is 80 to 300 ° near the center in the track width direction.
[0055]
In the embodiment shown in FIG. 1, the fixed magnetic layer 24 has an artificial ferrimagnetic structure. The fixed magnetic layer 24 has a three-layer structure including magnetic layers 28 and 30 and a non-magnetic intermediate layer 29 interposed therebetween.
[0056]
The magnetic layers 28 and 30 are formed of a magnetic material such as a NiFe alloy, Co, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, and a CoNi alloy. The magnetic layer 28 and the magnetic layer 30 are preferably formed of the same material.
[0057]
The nonmagnetic intermediate layer 29 is formed of a nonmagnetic material, and is formed of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu or an alloy of two or more of these. In particular, it is preferably formed of Ru.
[0058]
The non-magnetic material layer 25 prevents magnetic coupling between the fixed magnetic layer 24 and the free magnetic layer 26 and is a layer through which a sense current mainly flows, and has conductivity such as Cu, Cr, Au, and Ag. It is preferably formed of a non-magnetic material. In particular, it is preferably formed of Cu.
[0059]
The free magnetic layer 26 is formed of a magnetic material such as a NiFe alloy or a CoFe alloy. In the embodiment shown in FIG. 1, especially when the free magnetic layer 26 is formed of a NiFe alloy, a diffusion preventing layer (not shown) made of Co, CoFe, or the like is provided between the free magnetic layer 26 and the nonmagnetic material layer 25. Is preferably formed.
[0060]
In the embodiment shown in FIG. 1, a ferromagnetic layer 34 is formed on both side edges C of the free magnetic layer 26 via the nonmagnetic intermediate layer 27. The ferromagnetic layer 34 is formed of an existing magnetic material such as a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, or Co.
[0061]
The nonmagnetic intermediate layer 27 is formed of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu or an alloy of two or more of these. In particular, it is preferably formed of Ru.
[0062]
In both end surfaces 21a of the multilayer film 21 in the track width direction (X direction in the drawing), both end surfaces of each layer are continuous surfaces. Here, the “continuous surface (hereinafter, referred to as a continuous surface)” means a state in which both end surfaces of each layer are formed on the same curve or the same straight line. In FIG. 1, both end surfaces of each layer are formed on the same curved surface so that both end surfaces 21 a of the multilayer film 21 are curved surfaces. The shape of the both end surfaces 21a may be formed, for example, by etching, and the both end surfaces 21a may be inclined surfaces in addition to curved surfaces.
[0063]
As shown in FIG. 1, a bias underlayer 31 is formed from the lower gap layer 20 extending on both sides of the multilayer film 21 in the track width direction (X direction in the drawing) to the both end surfaces 21a of the multilayer film 21. The bias underlayer 31 is, for example, Cr, and by forming the bias underlayer 31, the characteristics (coercive force Hc and squareness S) of the hard bias layer 32 formed on the bias underlayer 31 can be improved. it can.
[0064]
A hard bias layer 32 is formed on the bias underlayer 31. The hard bias layer 32 is formed of a CoPt alloy or a CoPtCr alloy.
[0065]
As shown in FIG. 1, a non-magnetic spacer layer 33 is formed on the hard bias layer 32. The spacer layer 33 is formed of a non-magnetic material such as Cr or Ta. Note that the “nonmagnetic material layer 25” may be referred to as a spacer layer. In such a case, the nonmagnetic material layer 25 is referred to as a first spacer layer, and the spacer layer 33 is referred to as a second spacer layer.
[0066]
As shown in FIG. 1, a ferromagnetic layer 34 is formed on the upper surface of the multilayer film 21 with a predetermined width at the center thereof, and the ferromagnetic layer 34 extends over the spacer layer 33. Is formed.
[0067]
The ferromagnetic layer 34 is formed of a magnetic material such as a NiFe alloy or a CoFe alloy. The region where the ferromagnetic layer 34 overlaps the free magnetic layer 26 is hereinafter referred to as “device side edge C”, and the device center of the free magnetic layer 26 where the ferromagnetic layer 34 is not formed. Is hereinafter referred to as “element central portion D”.
[0068]
As shown in FIG. 1, outer end faces 34a, 33a, 32a of the ferromagnetic layer 34, the spacer layer 33, and the hard bias layer 32 in the track width direction (X direction in the drawing) are cut to form continuous surfaces. The definition of “continuous plane” is as described above.
[0069]
As shown in FIG. 1, an electrode layer 35 (hereinafter, referred to as a second electrode layer 35) is formed on both sides of the ferromagnetic layer 34, the spacer layer 33, and the hard bias layer 32 in the track width direction.
[0070]
As shown in FIG. 1, a first protective layer 36 is formed on the ferromagnetic layer 34, and a protective layer 37 is also formed on the second electrode layer 35, and the protective layers 36 and 37 are non-conductive. It is made of a magnetic material such as Ta or Cr.
[0071]
As shown in FIG. 1, a stopper layer 38 is formed from above the first protective layer 36 to above the protective layer 37, and the stopper layer 38 is made of, for example, Cr.
[0072]
As shown in FIG. 1, an electrode underlayer 39 made of Ta or the like is formed on the stopper layer 38, and an electrode layer 40 (hereinafter, referred to as a first electrode layer 40) is formed on the electrode underlayer 39. A second protective layer 41 made of Ta or the like is formed on the first electrode layer 40. The first electrode layer 40 is formed of a non-magnetic conductive material such as Au, Pd, Cr, Rh, Ru, Ta, and W. The first electrode layer 40 overlaps the device side edges C of the free magnetic layer 26, so that the sense current from the first electrode layer 40 is applied only to the device center portion D of the free magnetic layer 26. It becomes easier to play and the reproduction output can be improved.
[0073]
As shown in FIG. 1, a concave portion 42 is formed between the inner end surfaces of the ferromagnetic layer 34 and the second protective layer 41 on the element central portion D of the multilayer film 21. The direction of the recess 42 in the track width direction (the X direction in the drawing) gradually decreases toward the opposite direction.
[0074]
As shown in FIG. 1, the track width Tw is regulated by the width of the lower surface of the concave portion 42 in the track width direction (X direction in the drawing) (or the width of the lower surface between the ferromagnetic layers 34).
[0075]
The characteristic portions of the structure of the magnetic sensing element shown in FIG. 1 will be described below. In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, hard bias layers 32 are provided on both sides of the free magnetic layer 26 in the track width direction (X direction in the drawing). The hard bias layer 32 is, for example, magnetized leftward in the figure, and the free magnetic layer 26 is also magnetized leftward in the figure under the influence of a vertical bias magnetic field from the hard bias layer 32.
[0076]
As shown in FIG. 1, a ferromagnetic layer 34 is formed on both ends C of the free magnetic layer 26 via a nonmagnetic intermediate layer 27. In other words, the free ferromagnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 have an artificial ferrimagnetic structure in which the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 face each other across the nonmagnetic intermediate layer 27 in the film thickness direction.
[0077]
In the artificial ferri structure, two magnetic layers are opposed to each other via a non-magnetic intermediate layer, and the magnetic layers are magnetized in an anti-parallel manner by an anti-parallel coupling magnetic field of RKKY interaction generated between the magnetic layers. It is called structure.
[0078]
Therefore, in the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the ferromagnetic layer 34 is magnetized in a direction opposite to the magnetization direction of the free magnetic layer 26, that is, in the right direction in the figure.
[0079]
The ferromagnetic layer 34 is formed so as to extend not only on the both end portions C of the free magnetic layer 26 but also on the hard bias layer 32. Therefore, the ferromagnetic layer 34 does not directly receive the longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 32 unlike the free magnetic layer 26. Since the ferromagnetic layer 34 is unlikely to receive a longitudinal bias magnetic field in the direction opposite to its own magnetization direction from the hard bias layer 32, the following effects can be expected.
[0080]
That is, the free magnetic layer at both side edges C of the element is formed without disturbing the magnetizations of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 in the vicinity of the element side edges C, particularly near the hard bias layer 32. The magnetizations of the layer 26 and the ferromagnetic layer 34 can be appropriately maintained in an antiparallel state.
[0081]
In order to appropriately slow down the reproduction sensitivity at both end portions C of the element, the magnetic moment per unit area (saturation magnetization Ms × film thickness t) between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 should be set so small. However, if there is not much difference in the magnetic moment per unit area, the spin-flop magnetic field (the magnitude of the magnetic field at which the antiparallel state of the magnetizations of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 is broken) becomes small. . However, in FIG. 1, since the ferromagnetic layer 34 is less susceptible to a longitudinal bias magnetic field in the direction opposite to its own magnetization direction from the hard bias layer 32, even if the spin flop magnetic field is small, the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 The antiparallel state of the magnetization is hard to collapse.
[0082]
In addition, the ferromagnetic layer 34 is formed to extend on the hard bias layer 32, and both side end surfaces 34a outside the ferromagnetic layer 34 are located far away from the element side ends C. The demagnetizing field generated from the end face 34a is unlikely to affect the element side ends C, and it is possible to appropriately suppress the disturbance of the magnetization at the element side ends C.
[0083]
As described above, in the structure of the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the disturbance of the magnetization of the ferromagnetic layer 34 and the free magnetic layer 26 at the both end portions C of the element can be reduced, and the antiparallel state of the magnetization can be appropriately maintained. As a result, the disturbance of the magnetization is less likely to propagate to the element central portion D of the free magnetic layer 26 than in the related art, and the stability of the reproduced waveform can be improved.
[0084]
Also, in FIG. 1, the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 have an artificial ferrimagnetic structure with a non-magnetic intermediate layer 27 interposed therebetween at the two end portions C of the element, thereby reducing the reproduction sensitivity at the two end portions C of the element. It is possible to effectively decelerate, and it is possible to appropriately suppress the occurrence of side reading.
[0085]
As described above, in the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the stability of the reproduced waveform and the suppression of the occurrence of side reading can be achieved, and a magnetic sensing element that can appropriately cope with a narrow track can be manufactured.
[0086]
With the magnetic sensing element having the structure shown in FIG. 1, the above effect can be expected even if the track width Tw is reduced to 0.05 μm to 0.15 μm.
[0087]
Next, in the magnetic sensing element shown in FIG. 1, both side end faces 34 a outside the ferromagnetic layer 34 are formed in the same continuous plane as both side end faces 32 a of the hard bias layer 32. Magnetostatic coupling occurs between both end surfaces 34a outside the layer 34 and both end surfaces 32a of the hard bias layer 32 (indicated by curved arrows), and the magnetization of the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer 34 is changed. The anti-parallel state can be maintained more effectively, and the disturbance of the magnetization at the end portions C on both sides of the element can be more appropriately reduced.
[0088]
The spacer layer 33 sandwiched between the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer 34 is formed of Ta or the like. The spacer layer 33 reduces magnetic interference between the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer 34. The spacer layer 33 is formed of Ru or the like in the same manner as the nonmagnetic intermediate layer 27, and the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer are formed by adjusting the thickness of the spacer layer 33. It is considered that an anti-parallel coupling magnetic field can be generated between the hard bias layers 32 and the ferromagnetic layer 34 so that the magnetizations of the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer 34 can be maintained in an anti-parallel state.
[0089]
By setting the thickness of the spacer layer 33 in the range of 6 ° to 11 °, it is considered that an anti-parallel coupling magnetic field can be generated between the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer 34 by RKKY interaction.
[0090]
In the embodiment shown in FIG. 1, second electrode layers 35 are formed on both sides of the hard bias layer 32, the spacer layer 33, and the ferromagnetic layer 34 in the track width direction (X direction in the drawing). The second electrode layer 35 does not need to be formed because it has a role as an auxiliary electrode. However, if no layers are buried on both sides of the hard bias layer 32, the spacer layer 33, and the ferromagnetic layer 34 in the track width direction, the first electrode layer 40 and the like can be formed on the flattened surface. Therefore, it is necessary to fill the second electrode layer 35 or the insulating layer on both sides of the hard bias layer 32, the spacer layer 33, and the ferromagnetic layer 34.
[0091]
Next, the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 will be described. As described above, the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 are magnetized in an anti-parallel state, and the reproduction sensitivity at the end portions C on both sides of the element is reduced.
[0092]
However, in order to effectively slow down the reproduction sensitivity at both end portions C of the element, the difference between the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 and the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 34 (this is referred to as a unit) (Referred to as a composite magnetic moment per area) is preferably within a predetermined range.
[0093]
In this embodiment, the resultant magnetic moment per unit area (Net Mst) obtained by subtracting the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 34 from the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 is from 0 (T · nm). Is also set to 2.6 (T · nm) or less.
[0094]
Thereby, the reproduction sensitivity {Δv (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe)} at both end portions C of the element can be suppressed to an absolute value of 0.2 or less.
[0095]
Here, the reproduction sensitivity {Δv (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe)} means that the external magnetic field is ± 4000 Oe (here, the external magnetic field of +4000 Oe means, for example, the direction and strength of the external magnetic field in the height direction, An external magnetic field of ± 100 Oe (here, an external magnetic field of +100 Oe) corresponds to a voltage difference (ΔV) when the external magnetic field of 4000 Oe indicates the direction and strength of the external magnetic field in the direction opposite to the height direction. External magnetic field of -100 Oe indicates the direction and intensity of the external magnetic field in the direction opposite to the height direction). . The smaller this ratio is in absolute value, the lower the reproduction sensitivity is.
[0096]
The reason why the combined magnetic moment is set to be larger than 0 (T · nm) is that the value of the spin flop magnetic field Hsf with respect to the combined magnetic moment is a value that is sharply larger on the plus side than on the minus side. When the anti-parallel magnetization state of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 can be appropriately maintained, and when the combined magnetic moment is a negative value, the inner end of the ferromagnetic layer 34 The dipole magnetic field (static magnetic field) leaking from the free magnetic layer 26 to the free magnetic layer 26 increases, and this static magnetic field acts in the opposite direction to the magnetization of the free magnetic layer 26, so that the reproduced waveform is likely to be distorted or unstable. Therefore, the composite magnetic moment is set to a value larger than 0 (T · nm).
[0097]
Further, in this embodiment, the difference in thickness obtained by subtracting the thickness of the ferromagnetic layer 34 from the thickness of the free magnetic layer 26 is set to 0 ° or more and 30 ° or less. Thereby, the read sensitivity {Δv (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe)} can be suppressed to an absolute value of 0.2 or less, and the antiparallel magnetization state of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 can be effectively reduced. And the stability of the reproduced waveform can be improved.
[0098]
Although it has been described that the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 are formed of a NiFe alloy or the like, in order to reduce the reproduction sensitivity by setting the combined moment and the thickness within the above ranges, for example, the free magnetic layer Preferably, the ferromagnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 are formed of a CoFe alloy, or the free magnetic layer 26 is formed of a CoFe alloy / NiFe alloy / CoFe alloy and the ferromagnetic layer 34 is formed of a CoFe alloy.
[0099]
Next, the overlap length T1 of the free magnetic layer 26 of the ferromagnetic layer 34 with respect to the both end portions C of the element is preferably 0.03 μm to 0.3 μm. Alternatively, the overlap length T1 preferably occupies 10% to 45% of the width of the upper surface of the free magnetic layer 26. The overlap length T1 is an important width dimension for regulating the track width Tw. In this embodiment, since the ferromagnetic layer 34 extends over the hard bias layer 32 even when the above-described overlap length T1 is set, the disturbance of the magnetization at both end portions C of the element is small, so that the track width Tw is reduced. It is easy to set a predetermined width dimension.
[0100]
In the embodiment shown in FIG. 1, a first protective layer 36 such as Ta is provided on the ferromagnetic layer 34, and a stopper layer 38 made of Cr or the like is formed thereon. The stopper layer 38 plays a particularly important role in the manufacturing process. The magnetic sensing element shown in FIG. 1 is formed by etching the concave portion 42 between the first electrode layers 40 as described later. However, if the etching is performed too much in this etching step, and particularly the free magnetic layer 26 is affected by the etching, good reproduction characteristics cannot be obtained. Therefore, before the ferromagnetic layer 34 on the element central portion D is etched, It is preferable that the etching be stopped once and the ferromagnetic layer 34 be removed while controlling the etching with high precision.
[0101]
For this reason, in the magnetic sensing element shown in FIG. 1, a stopper layer 38 is provided on the ferromagnetic layer 34, and the etching is temporarily stopped by the stopper layer 38 to reduce the influence of the etching on the free magnetic layer 26. ing.
[0102]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, first electrode layers 40 are provided on both sides in the track width direction (X direction in the drawing), and a sense current from the first electrode layers 40 is parallel to the film surface of the multilayer film 21. Although it has a structure called a CIP (current in the plane) type flowing in the direction, the configuration of the magnetic sensing element shown in FIG. The present invention can also be applied to a CPP (current perpendicular to the plane) type magnetic sensing element that flows in the same direction. The embodiment will be described with reference to FIG.
[0103]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a second embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium. The layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in FIG.
[0104]
Reference numeral 50 shown in FIG. 2 is a lower shield layer formed of a magnetic material such as a NiFe alloy, and the lower shield layer 50 has not only a shielding function but also a role as a lower electrode layer.
[0105]
In the embodiment shown in FIG. 2, the seed layer 22 has a role as a lower gap layer, but even if the seed layer 22 is not formed, the antiferromagnetic layer 23 has a role as the lower gap layer.
[0106]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 2, both end surfaces 32a, 33a, 34a of the hard bias layer 32, the spacer layer 33, and the ferromagnetic layer 34 are formed on the same continuous surface, and are formed in the track width direction (the X direction in the drawing). ), An insulating layer 51 (hereinafter, a second insulating layer 51) is formed on both sides. Since the magnetic sensing element shown in FIG. 2 is of the CPP type, if a conductive material layer is present on both sides, a sense current is shunted there. Therefore, a second insulating layer is provided on both sides of the both end faces 32a, 33a, 34a. A layer 51 is provided. Note that the protective layer 37 on the second insulating layer 51 may not be provided.
[0107]
In the embodiment shown in FIG. 2, an insulating layer 52 (hereinafter, referred to as a first insulating layer 52) is formed at a position which was the first electrode layer 40 in FIG. Then, an upper shield layer 53 is formed in a concave portion 42 formed between the laminated films from the first insulating layer 52 to the ferromagnetic layer 34 in the track width direction (X direction in the drawing) from above the first insulating layer 52. Is done. The upper shield layer 53 is formed of a magnetic material such as a NiFe alloy and has a shield function and a function as an upper electrode layer.
[0108]
In the magnetic sensor shown in FIG. 2, the non-magnetic intermediate layer 27 exposed in the concave portion 42 formed on the free magnetic layer 26 has a role as an upper gap layer. However, there is no non-magnetic intermediate layer 27 in the element central portion D, and a new non-magnetic layer may be provided, and the non-magnetic layer may be used as an upper gap layer, or on the non-magnetic intermediate layer 27 in the element central portion D. May be provided with a new non-magnetic layer, and these two layers may function as an upper gap layer.
[0109]
In the embodiment shown in FIG. 2, the track width Tw is regulated by the width dimension in the track width direction (X direction in the drawing) on the bottom surface of the concave portion 42, and the track width Tw is within the range of 0.05 μm to 0.15 μm. It is formed.
[0110]
In the embodiment shown in FIG. 2, providing the first insulating layer 52 on the ferromagnetic layer 34 prevents the sense current from the upper shield layer 53 from being diverted to both sides of the recess 42 in the track width direction. It is possible to manufacture a magnetic detection element which can be suppressed and has a large reproduction output.
[0111]
Although the nonmagnetic material layer 25 shown in FIG. 2 is formed of, for example, Cu, in the case of a tunnel type magnetoresistance effect element (TMR element) using the principle of the spin tunnel effect, the nonmagnetic material layer 25 , For example, Al ₂ O ₃ And the like.
[0112]
The magnetic sensing element shown in FIG. 2 is a CPP type magnetic sensing element in which the upper and lower portions of the multilayer film 21 are sandwiched between shield layers 50 and 53 having electrodes, and the CPP type magnetic sensing element will be further narrowed in the future. It is expected that the reproduction output can be improved even in the case of a track.
[0113]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 2 as well, hard bias layers 32 are provided on both sides of the free magnetic layer 26, and are formed on both ends C of the free magnetic layer 26 via a nonmagnetic intermediate layer 27. A ferromagnetic layer 34 extends over the hard bias layer 32. The free magnetic layer 26 is magnetized in the same direction as the hard bias layer 32 by a longitudinal bias magnetic field from the hard bias layers 32 provided on both sides thereof.
[0114]
The magnetization of the ferromagnetic layer 34 is caused by the RKKY interaction between the free magnetic layer 26 and the free magnetic layer 26 at both end portions C of the element formed thereunder via the nonmagnetic intermediate layer 27. And the anti-parallel state is maintained, and the reproduction sensitivity here can be more appropriately blunted.
[0115]
Since the ferromagnetic layer 34 is formed so as to extend on the hard bias layer 32, the ferromagnetic layer 34 is hardly directly affected by a vertical bias magnetic field in the opposite direction from the hard bias layer 32. Therefore, even if the spin flop magnetic field is small, the disturbance of the magnetization at the both end portions C of the element can be reduced, and the both end portions 34 a outside the ferromagnetic layer 34 are continuous with the both end portions of the free magnetic layer 26. The ferromagnetic layer 34 is not formed as a plane, but is formed away from the both ends C of the element. Therefore, the demagnetizing field at both ends 34 a of the ferromagnetic layer 34 affects the disturbance of the magnetization at the two ends C of the element. Can be reduced.
[0116]
From the above, with the structure of the magnetic sensing element shown in FIG. 2, it is possible to reduce the disturbance of the magnetization of the ferromagnetic layer 34 and the free magnetic layer 26 at the both end portions C of the element, and to maintain the antiparallel state of the magnetization appropriately. As a result, the disturbance of magnetization is less likely to propagate to the element central portion D of the free magnetic layer 26 as compared with the related art, so that the stability of the reproduced waveform can be improved and the occurrence of side reading can be appropriately suppressed. Has become.
[0117]
3 to 10 are one process charts showing a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. Each step shown in FIGS. 3 to 10 is a partial cross-sectional view as viewed from the side facing the recording medium.
[0118]
In the step shown in FIG. 3, a seed layer 22, an antiferromagnetic layer 23, a fixed magnetic layer 24, a nonmagnetic material layer 25, a free magnetic layer 26, and a nonmagnetic intermediate layer 27 are continuously formed on the lower gap layer 20. Sputtering or vapor deposition is used for film formation. As the sputtering method, a dc magnetron sputtering method, an rf sputtering method, an ion beam sputtering method, a long throw sputtering method, a collimation sputtering method, or the like can be used. Note that the term “continuous film formation” in the present invention means that a film is formed in a chamber by changing targets one after another without breaking a vacuum state. The same applies hereinafter.
[0119]
In the step shown in FIG. 3, the antiferromagnetic layer 23 is made of a PtMn alloy or X—Mn (where X is at least one of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe). Element) or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is any one of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr or It is preferable to use an alloy of two or more elements).
[0120]
In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn, Pt or X is preferably in the range of 37 to 63 at%. Further, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn, Pt or X is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by mean below.
[0121]
In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the alloy represented by the formula of Pt-Mn-X ', X' + Pt is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Furthermore, in the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 10 at%. However, when X ′ is any one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe, X ′ may be in the range of 0.2 to 40 at%. preferable.
[0122]
In the step of FIG. 3, it is preferable that the thickness of the antiferromagnetic layer 23 is not less than 80 ° and not more than 300 °. By forming the antiferromagnetic layer 23 with such a large thickness, a large exchange coupling magnetic field can be generated between the antiferromagnetic layer 23 and the fixed magnetic layer 24 by annealing in a magnetic field. Specifically, an exchange coupling magnetic field of 48 kA / m or more, for example, more than 64 kA / m can be generated.
[0123]
The pinned magnetic layer 24 shown in FIG. 3 is an artificial ferrimagnetic layer composed of a magnetic layer 28 and a magnetic layer 30 formed of, for example, a CoFe alloy, and a non-magnetic intermediate layer 29 such as Ru interposed between the magnetic layers 28 and 30. Structure. The free magnetic layer 26 is formed of a magnetic material such as a NiFe alloy or a CoFe alloy. In particular, when the free magnetic layer 26 is formed of a NiFe alloy, the free magnetic layer 26 and the nonmagnetic material layer 25 It is preferable that a diffusion prevention layer formed of a CoFe alloy or the like is formed on the substrate. Further, CoFe may be inserted between the non-magnetic intermediate layer 27 and the free magnetic layer 26. Thereby, the anti-parallel exchange coupling due to the RKKY interaction acting between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 formed in a later step can be strengthened.
[0124]
In the step shown in FIG. 3, it is preferable that the nonmagnetic intermediate layer 27 is formed of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu or an alloy of two or more of these. In this step, the non-magnetic intermediate layer 27 has a role as an antioxidant layer for preventing the free magnetic layer 26 thereunder from being oxidized.
[0125]
After the layers up to the non-magnetic intermediate layer 27 are stacked on the lower gap layer 20 as shown in FIG. 3, a first magnetic field annealing is performed. Heat treatment is performed at a first heat treatment temperature while applying a first magnetic field (Y direction in the figure) orthogonal to the track width Tw (X direction in the figure) to form the antiferromagnetic layer 23 and the fixed magnetic layer 24. By generating an exchange coupling magnetic field with the magnetic layer 28, the magnetization of the magnetic layer 28 is fixed in the illustrated Y direction. The magnetization of the other magnetic layer 30 is fixed in a direction opposite to the Y direction in the figure by exchange coupling due to RKKY interaction acting with the magnetic layer 28. For example, the first heat treatment temperature is set to 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is set to 800 (kA / m).
[0126]
Next, in a step shown in FIG. 4, a resist layer 60 for lift-off is formed on the non-magnetic intermediate layer 27. The resist layer 60 defines the shape of the multilayer film 21 in the width direction. The width dimension of the resist layer 60 in the track width direction (X direction in the drawing) is the “element central portion D” of the free magnetic layer 26. In addition, the width of each of the “device end portions C” (see FIG. 1) in the track width direction is slightly smaller than or approximately equal to the combined width in the track width direction. The width dimension T2 of the resist layer 60 is 0.1 μm to 0.6 μm.
[0127]
After forming the resist layer 60 on the non-magnetic intermediate layer 27, the multilayer film 21 not covered with the resist layer 60 is scraped by ion milling. As a result, both side portions of the multilayer film 21 protruding from the resist layer 60 are shaved, and the multilayer film 21 is defined in a substantially trapezoidal shape when viewed from the side facing the recording medium.
[0128]
As shown in FIG. 4, both end surfaces 21a of the multilayer film 21 are etched surfaces cut by the ion milling, and the both end surfaces 21a are formed as curved surfaces or inclined surfaces. In FIG. 4, both side end surfaces 21a are formed as curved surfaces, and both side end surfaces of each layer constituting the multilayer film 21 in the track width direction (X direction in the drawing) are continuous surfaces aligned with the curved surface. In this ion milling step, the lower gap layer 20 exposed on both sides of the multilayer film 21 in the track width direction is also slightly removed.
[0129]
In the step shown in FIG. 4, both sides of the multilayer film 21 in the track width direction are removed from the nonmagnetic intermediate layer 27 to the seed layer 22. For example, both sides of the fixed magnetic layer 24 are removed by the ion milling. The antiferromagnetic layer 23 thereunder may be entirely or partially left. In such a case, the both end portions in the track width direction of the antiferromagnetic layer 23 extend in the track width direction from the both end portions of the respective layers from the fixed magnetic layer 24 to the nonmagnetic intermediate layer 27 thereon. become.
[0130]
Next, in the step shown in FIG. 5, the resist layer 60 is left as it is, from the lower gap layer 20 extending in the track width direction (the X direction in the drawing) from the both end surfaces 21a of the multilayer film 21 to the both end surfaces 21a. A bias underlayer 31 made of Cr or the like is formed by sputtering or evaporation, and a hard bias layer 32 and a nonmagnetic spacer layer 33 are continuously formed on the bias underlayer 31 by sputtering or evaporation. . As a result, the base material layer 31c, the bias material layer 32c, and the spacer material layer 33c adhere to the resist layer 60.
[0131]
The hard bias layer 32 is formed of a CoPt alloy, a CoPtCr alloy, or the like. Further, the spacer layer 33 is formed of Ta, Cr, or the like. The spacer layer 33 may be formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu, which are the same as the nonmagnetic intermediate layer 27.
[0132]
The spacer layer 33 has a role as an oxidation preventing layer for preventing the underlying hard bias layer 32 from being oxidized. Therefore, it is preferable that the spacer layer 33 is formed. Further, since the spacer layer 33 is a layer for reducing magnetic interference between the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer 34 formed on the spacer layer 33, the spacer layer 33 may be non-magnetic. is necessary. However, the spacer layer 33 is formed of the same material as the non-magnetic intermediate layer 27, and the thickness of the spacer layer 33 is kept within a predetermined range, so that the reaction between the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer 34 in the RKKY interaction is prevented. It is believed that it is also possible to create a parallel coupling magnetic field.
[0133]
In the step of FIG. 5, it is preferable that the upper surface 33b of the spacer layer 33 is formed with the same flat surface as the upper surface 27a of the non-magnetic intermediate layer 27, but the upper surface 33b of the spacer layer 33 is May be slightly depressed or raised with respect to the upper surface 27a.
[0134]
Next, in the step shown in FIG. 6, the resist layer 60 shown in FIG. 5 is first removed, and then the upper surface 27a of the nonmagnetic intermediate layer 27 and the upper surface 33b of the spacer layer 33 are slightly cut by low energy ion milling. Here, "low energy ion milling" is defined as ion milling using an ion beam having a beam voltage (acceleration voltage) of less than 1000V. For example, a beam voltage of 100 V to 500 V is used. In this embodiment mode, an argon (Ar) ion beam having a low beam voltage of 200 V is used. The definition of "low energy ion milling" is the same in the following.
[0135]
The reason why the ion milling is performed in the step of FIG. 6 is to remove the oxidized layer since the upper surface 27a of the nonmagnetic intermediate layer 27 and the vicinity of the upper surface 33b of the spacer layer 33 are oxidized. However, the non-magnetic intermediate layer 27 and the spacer layer 33 must not be entirely removed, and at least the thickness of the non-magnetic intermediate layer 27 is set between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 formed above and below the non-magnetic intermediate layer 27. The degree to which an antiparallel coupling magnetic field in operation is generated remains. Specifically, the ion milling is controlled so that the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer 27 falls within the range of 6 ° to 11 °.
[0136]
Further, the spacer layer 33 is formed of the same material as the non-magnetic intermediate layer 27, and generates an anti-parallel coupling magnetic field due to RKKY interaction between the hard bias layer 32 and the ferromagnetic layer 34 formed above and below the spacer layer 33. If it is desired to do so, the thickness of the spacer layer 33 should be within the range of 6 ° to 11 °.
[0137]
The reason for using “low-energy” ion milling is that the non-magnetic intermediate layer 27 is particularly thin when the film thickness is formed, and when ion milling with energy higher than the specific value of energy described above is used, This is because the non-magnetic intermediate layer 27 is completely removed in a short time, and it is very difficult to control the film thickness to be left. Therefore, in order to properly remove the formed oxide layer even by using “low energy” ion milling, the material of the non-magnetic intermediate layer 27 is optimized, and the oxidation progresses slowly even by exposure to the atmosphere. It is necessary to use a material (for example, for Ta which is often used as a non-magnetic layer), and any of the above-mentioned materials used for the non-magnetic intermediate layer 27 has a slow oxidation progress and has a "low energy" ion. Even if milling is used, the oxide layer can be appropriately removed.
[0138]
After performing the low energy ion milling, a ferromagnetic layer 34 is formed by a sputtering method or a vapor deposition method from the nonmagnetic intermediate layer 27 to the spacer layer 33, and further continuously on the ferromagnetic layer 34. Next, a first protective layer 36 is formed by a sputtering method or an evaporation method.
[0139]
The ferromagnetic layer 34 is formed of a magnetic material such as a NiFe alloy or a CoFe alloy, and the first protective layer 36 is formed of a non-magnetic material such as Ta. The first protective layer 36 functions as an antioxidant layer for preventing the ferromagnetic layer 34 from being oxidized.
[0140]
As described above, since the nonmagnetic intermediate layer 27 is formed with a thickness of 6 ° to 11 °, anti-parallel exchange coupling occurs due to RKKY interaction between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34, The magnetizations of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 are in an antiparallel state.
[0141]
In this step, a combined magnetic moment (Net Mst) is obtained by subtracting the magnetic moment per unit area (Ms · t) of the ferromagnetic layer 34 from the magnetic moment per unit area (Ms · t) of the free magnetic layer 26. It is preferable to adjust the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 so that the value is greater than 0 (T · nm) and not more than 2.6 (T · nm).
[0142]
The magnitude of the magnetic moment per unit area is determined by adjusting the material and thickness of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34. The saturation magnetization Ms is derived from the above-mentioned material according to literatures and the like, and the magnetic moment per unit area is obtained by the product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t.
[0143]
Further, in this step, the free magnetic layer 26 is formed so that a film thickness difference obtained by subtracting the film thickness (t) of the ferromagnetic layer 34 from the film thickness (t) of the free magnetic layer 26 becomes 0 ° or more and 30 ° or less. Preferably, the thickness of each of the ferromagnetic layers 34 is adjusted.
[0144]
Here, an example of a material used for the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 is as follows. _90at% Fe _10at% / Ni _80at% Fe _10at% / Co _90at% Fe _10at% The ferromagnetic layer 34 is made of Co _90at% Fe _10at% Alternatively, both the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 are made of Co. _90at% Fe _10at% Using such materials, the thicknesses of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 are adjusted so that the thickness difference is 0 ° or more and 30 ° or less. Particularly, both the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 are made of Co. _90at% Fe _10at% Is more preferably set to be larger than 0 ° and equal to or smaller than 11 °.
[0145]
By adjusting the resultant magnetic moment per unit area and the film thickness difference as described above, the sensitivity ｛Δv (± 100 Oe) / at the both end portions C of the completed magnetic sensing element (see FIG. 1). ΔV (± 4000 Oe)｝ can be suppressed to 0.2 or less, and the occurrence of side reading can be appropriately suppressed by reducing the reproduction sensitivity.
[0146]
Next, in a step shown in FIG. 7, a resist layer 61 for lift-off is formed on the first protective layer 36. The width dimension T3 of the bottom surface of the resist layer 61 in the track width direction (X direction in the drawing) is such that the region of the hard bias layer 32 formed at least on both sides in the track width direction of the multilayer film 21 under the resist layer 61 The size overlaps in the thickness direction (Z direction in the figure). The width dimension T3 of the resist layer 61 is preferably 0.5 μm to 30 μm.
[0147]
Next, the bias underlayer 31, the hard bias layer 32, the spacer layer 33, the ferromagnetic layer 34, and the first protective layer 36, which are not covered with the resist layer 61, are removed by ion milling. In this step, both sides in the track width direction (X direction in the drawing) of each layer from the bias underlayer 31 to the first protective layer 36 are cut off, and both side end faces 31a, 32a, 33a, 34a, and 36a of each layer have a curved shape. It becomes a continuous surface. Note that both end surfaces 31a, 32a, 33a, 34a, and 36a of the respective layers may be continuous surfaces having inclined surfaces.
[0148]
Next, on both sides of each of the layers from the bias underlayer 31 to the first protective layer 36, an electrode layer 35 made of Au or the like (hereinafter, referred to as a second electrode layer 35) is formed by a sputtering method or an evaporation method. Further, a protective layer 37 of Ta or the like is continuously formed on the second electrode layer 35 by a sputtering method or an evaporation method. By this film formation, the electrode material layer 35a and the protective layer 37a also adhere to the upper surface of the resist layer 61.
[0149]
In this step, the region where the second electrode layer 35 is formed may be formed of an insulating layer. The protective layer 37 has a role as an antioxidant layer for preventing the second electrode layer 35 from being oxidized. However, when the region where the second electrode layer 35 is formed is an insulating layer, The protective layer 37 does not need to be provided.
[0150]
Next, after forming a pattern in the height direction (Y direction in the drawing) of the multilayer film 21 (not shown) and forming a backfill gap layer and the like, the process in FIG. 8 is performed.
[0151]
In the step shown in FIG. 8, the oxide layer is removed by slightly shaving the first protective layer 36 and the protective layer 37 by ion milling (this ion milling step does not need to be performed). A stopper layer 38 made of Cr or the like is formed on the protective layer 37 and the protective layer 37 by a sputtering method or an evaporation method. Further, an electrode base layer 39, a first electrode layer 40, and a second protective layer 41 are continuously formed on the stopper layer 38 by a sputtering method or a vapor deposition method without breaking vacuum.
[0152]
The electrode underlayer 39 is, for example, Ta, the first electrode layer 40 is, for example, Au, and the second protective layer 41 is, for example, Ta.
[0153]
Next, in a step shown in FIG. 9, a mask layer 62 is provided on the second protective layer 41. As shown in FIG. 9, the mask layer 62 is not provided at a position facing the center of the multilayer film 21 in the track width direction (X direction in the drawing) in the film thickness direction (Z direction in the drawing). Is formed with an interval 62b. The width dimension T4 of the interval 62b between the mask layers 62 in the track width direction is an important dimension in defining the dimension of the element central portion D (see FIG. 1) of the free magnetic layer 26 in the track width direction. The width T4 is substantially equal to or slightly larger than the width of the element central portion D. The width T4 is, for example, about 0.07 μm to 0.2 μm.
[0154]
The mask layer 62 is formed of a metal mask such as Cr or a resist. In order to form the mask layer 62 with a metal mask, for example, a resist layer is provided on the second protective layer 41 at a position of an interval 62b shown in FIG. 9 and the second protective layer 41 is not covered with the resist layer. After the metal mask is formed by sputtering or the like, the resist layer is removed, or a metal mask is formed on the entire surface of the second protective layer 41, and then the metal mask is formed at a position other than the position where the space 62b is formed. A resist layer is formed thereon, the metal mask not covered with the resist layer is removed to form the gap 62b, and then the resist layer is removed.
[0155]
When the mask layer 62 is formed of a resist, the mask layer 62 having the shape shown in FIG. 9 is formed by exposure and development.
[0156]
Also, as shown in FIG. 9, the inner end face 62a of the mask layer 62 in the space 62b is formed as an inclined surface in which the width of the space 62b in the track width direction gradually decreases from the upper side to the lower side. It may be a curved surface or a vertical surface (a direction parallel to the Z direction in the figure).
[0157]
After the formation of the mask layer 62, the second protective layer 41, the first electrode layer 40, and the electrode base layer 39 which are exposed from the space 62b of the mask layer 62 are removed by reactive ion etching (RIE). . Note that CF is used as an etching gas. ₄ And C ₃ F ₈ Or Ar and CF ₄ Mixed gas, or C ₃ F ₈ A mixed gas of Ar and Ar is used.
[0158]
When the second protective layer 41, the first electrode layer 40, and the electrode base layer 39 are scraped by the RIE and the stopper layer 38 is exposed from the space 62b, the stopper layer 38 made of Cr or the like, which cannot be scraped by RIE, once. Stop the cutting work.
[0159]
As shown in FIG. 9, a recess 42 is formed below the interval 62 b of the mask layer 62, and inside end surfaces 41 a, 40 a of the second protective layer 41, the first electrode layer 40, and the electrode base layer 39 in the recess 42. , 39a are inclined surfaces following the inner end surface 62a of the mask layer 62.
[0160]
Next, in the step shown in FIG. 10, the stopper layer 38, the first protective layer 36, and the ferromagnetic layer 34 exposed in the concave portion 42 are removed by ion milling. However, since the film thickness from the stopper layer 38 to the ferromagnetic layer 34 is thin (specifically, about 50 °), if the amount of cut by ion milling is large, the influence of the ion milling reaches the free magnetic layer 26. It is not preferable.
[0161]
Therefore, it is preferable to control the amount of shaving from the stopper layer 38 to the ferromagnetic layer 34 while monitoring the SIMS analyzer built in the ion milling apparatus. Since the thickness from the stopper layer 38 to the ferromagnetic layer 34 is small, low energy ion milling can be used for this ion milling. At the same time as the portion from the stopper layer 38 to the ferromagnetic layer 34 is cut by the ion milling (the cut portion is shown by a dotted line in FIG. 10), the mask layer 62 is also affected by the ion milling. (The mask layer 62 is shown by a dotted line in FIG. 10). The mask layer 62 may be entirely removed by the ion milling, or may be partially left when the mask layer 62 is made of a metal such as Cr.
[0162]
In FIG. 10, the ferromagnetic layer 34 is cut by the ion milling to stop the ion milling at the moment when the nonmagnetic intermediate layer 27 is exposed. However, the nonmagnetic intermediate layer 27 is affected by the ion milling. Some or all may be removed. Further, the ferromagnetic layer 34 may be slightly left on the element central portion D, or the nonmagnetic intermediate layer 27 may be entirely removed and the free magnetic layer 26 may be slightly removed. Here, there is a case where the ferromagnetic layer 34 is slightly left on the element central portion D. In such a case, the ferromagnetic layer 34 and the free magnetic layer 26 in the element central portion D Structure. However, since the thickness of the remaining ferromagnetic layer 34 at the element central portion D is much smaller than the thickness of the ferromagnetic layer 34 at the both end portions C of the element, the free magnetic layer 26 at the element central portion D The magnetic moment difference per unit area of the layer 34 is larger than that at the end portions C on both sides of the element. When the magnetic moment difference, that is, the combined magnetic moment per unit area increases, the reproduction sensitivity increases. Therefore, even if the ferromagnetic layer 34 is slightly left in the element central part D, the reproduction sensitivity in the element central part D is reduced. Can be kept good.
[0163]
As shown in FIG. 10, the inner end faces 38a, 36a, 34a of the stopper layer 38, the first protective layer 36, and the ferromagnetic layer 34 in the recess 42 are formed on the inner end faces 40a of the first electrode layer 40 thereon. It becomes a continuous inclined surface following imitation.
[0164]
As shown in FIG. 10, the ferromagnetic layer 34 overlaps on both side edges of the multilayer film 21 in the track width direction (X direction in the drawing), and the ferromagnetic layer 34 overlaps in the film thickness direction (Z direction in the drawing). The overlapping region of the free magnetic layer 26 is referred to as “device end portion C”, the region of the free magnetic layer 26 where the ferromagnetic layer 34 does not overlap in the film thickness direction is referred to as “device center portion D”, The width dimension of the bottom surface of the concave portion 42 in the track width direction (X direction in the drawing) is defined as “track width Tw”.
[0165]
Next, a protective layer such as Ta is formed on the second protective layer 41 from the second protective layer 41 to the inside of the concave portion 42 by, for example, 10 to 20 °, and then an upper gap layer, an upper shield layer, an inductive head for recording, and the like are formed. Further, after processing a slider serving as a substrate on which the magnetic sensing element shown in FIG. 10 is formed, the hard bias layer 32 is magnetized in the X direction in the figure. As a result, a vertical bias magnetic field in the illustrated X direction acts on the free magnetic layer 26 from the hard bias layer 32 to magnetize the free magnetic layer 26 in the illustrated X direction. The free magnetic layer 26 is magnetized antiparallel to the magnetization direction of the free magnetic layer 26 by the antiparallel coupling magnetic field due to the RKKY interaction generated between the two layers.
[0166]
The above is the method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1, but the CPP type magnetic sensing element shown in FIG. 2 can also be formed by using the manufacturing steps shown in FIGS.
[0167]
That is, in the step of FIG. 3, first, the lower gap layer 20 is used as the lower shield layer 50 also serving as a lower electrode, and the steps up to the step of FIG. 6 are performed as they are, and the region where the second electrode layer 35 is formed in the step of FIG. As the second insulating layer 51, a region where the first electrode layer 40 is formed in the step of FIG. 8 is formed of the first insulating layer 52, and steps similar to those of FIGS. 9 and 10 are performed. Then, an upper shield layer 53 also serving as an upper electrode is formed from the first insulating layer 52 to the inside of the concave portion 42, thereby completing the CPP type magnetic sensing element shown in FIG.
[0168]
Although the present invention does not exclude the manufacture of the magnetic sensing element shown in FIGS. 1 and 2 other than the steps shown in FIGS. 3 to 10, it is easiest to use the steps shown in FIGS. Preferably, the magnetic sensing element shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured in a predetermined shape.
[0169]
Also, by providing the stopper layer 38 in the step of FIG. 8, the amount of shaving in the steps of FIGS. 9 and 10 can be accurately controlled, and the free magnetic layer 26 can be prevented from being sharply shaved by ion milling, so that magnetic detection with excellent reproduction characteristics can be achieved. The device is easy to manufacture.
[0170]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1 and FIG. 2, both end surfaces of the hard bias layer 32, the spacer layer 33, and the ferromagnetic layer 34 are shaved to form a continuous surface including the end surfaces 32a, 33a, and 34a. However, it is not necessary to form such a continuous surface (in such a case, the second electrode layer 35 and the second insulating layer 35 are not formed). In such a case, the steps shown in FIGS. A manufacturing process may be performed.
[0171]
Further, the magnetic detecting element according to the present invention can be used for a magnetic sensor and the like in addition to being mounted on a magnetic head built in a hard disk device.
[0172]
【Example】
In the present invention, magnetic detection elements having the forms shown in FIGS. 11A and 11B were formed, and the reproduction output of each magnetic detection element was examined.
[0173]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 11, only the layer structure above the free magnetic layer is schematically shown. The magnetic sensing element shown in FIG. 11 is formed by laminating a first antiferromagnetic layer formed of a PtMn alloy, a fixed magnetic layer having an artificial ferri structure, and a nonmagnetic material layer formed of Cu on a substrate (not shown). A free magnetic layer, a non-magnetic intermediate layer and a ferromagnetic layer are formed on the material layer.
[0174]
First, the free magnetic layer was coated with a 32 .ANG. _90at% Fe _10at% The non-magnetic intermediate layer has a thickness of 9ÅRu, and the ferromagnetic layer has a thickness of 14ÅCo. _90at% Fe _10at% Formed. The second antiferromagnetic layer is formed of Pt having a thickness of 200 °. _50at% Mn _50at% And the electrode layer was formed of Au.
[0175]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 11A, the ferromagnetic layer is formed only on both side edges of the element without being formed in the central part of the element. However, in the magnetic sensing element shown in FIG. It is formed on the entire area on the central part and on both ends of the element.
[0176]
The track width Tw (the distance between the ferromagnetic layers in FIG. 11A, the distance between the second antiferromagnetic layers in FIG. 11B) is about 0.2 μm. 11A and 11B, arrows are shown on the free magnetic layer and the ferromagnetic layer, and the arrows indicate the magnetization directions. The free magnetic layer and the ferromagnetic layer have an artificial ferri structure with a non-magnetic intermediate layer interposed therebetween, and the magnetizations of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer are antiparallel to each other.
[0177]
In the experiment, an external magnetic field of ± 100 Oe (here, the external magnetic field of +100 Oe refers to, for example, the direction and strength of the external magnetic field in the height direction, and the external magnetic field of -100 Oe Means the direction and strength of the external magnetic field in the direction opposite to the height direction). The greater the voltage difference, the greater the reproduction output. Note that 100 Oe is about 7.9 × 10 ³ (A / m).
[0178]
As a result, a voltage difference of 1.17 mV was generated in the magnetic detection element shown in FIG. 11A, and a voltage difference of 0.33 mV was generated in the magnetic detection element shown in FIG. 11B. In this manner, the single-layer structure in which the ferromagnetic layer is not formed in the center of the element and only the free magnetic layer is formed as in the form of the magnetic detection element shown in FIG. It was found that the reproduction output could be improved as compared with the structure having the artificial ferri structure. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, a preferable structure has a structure in which the element central portion D is constituted only by the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 is not formed thereon via the nonmagnetic intermediate layer 27.
[0179]
Next, using the magnetic sensing element shown in FIG. 11B, a combined magnetic moment per unit area (Net Mst) obtained by subtracting the magnetic moment per unit area with the ferromagnetic layer from the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer and reproduction. The relationship with the output and the relationship between the thickness difference obtained by subtracting the thickness of the ferromagnetic layer from the thickness of the free magnetic layer and the reproduction output were examined.
[0180]
The film configuration of the magnetic sensing element used in the experiment is shown in FIG. 11B, and the material of each layer is as described above.
[0181]
In the experiment, the film thicknesses of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer were changed, and the magnetic moment per unit area (saturation magnetization Ms × film thickness t) of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer was changed. 11B, the external magnetic field is ± 4000 Oe (here, the external magnetic field of +4000 Oe indicates, for example, the direction and strength of the external magnetic field in the height direction, and the external magnetic field of −4000 Oe is the height direction. The external magnetic field is ± 100 Oe (here, the external magnetic field of +100 Oe) with respect to the voltage difference (ΔV) at the time of the external magnetic field in the opposite direction to the direction and strength of the external magnetic field in the height direction. The external magnetic field of -100 Oe indicates the direction and strength of the external magnetic field in the direction opposite to the height direction.) The ratio of the voltage difference (ΔV) at the time ｛or less, ΔV (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe) was determined. ΔV (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe) indicates an index of how much the magnetization of the free magnetic layer rotates in a weak magnetic field, that is, a sensitivity. 4000 Oe is about 31.6 × 10 ⁴ (A / m).
[0182]
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the combined magnetic moment per unit area and the sensitivity {ΔV (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe)} (hereinafter simply referred to as sensitivity). As shown in FIG. 12, it can be seen that the sensitivity gradually decreases as the combined magnetic moment per unit area decreases. In FIG. 12, it is considered that the sensitivity becomes 0 when the combined magnetic moment per unit area is around 1 (T. nm). It was also found that the sensitivity can be suppressed to 0.2 or less when the combined magnetic moment per unit area is 1.7 (T · nm) or less.
[0183]
It has been found from this experiment that sensitivity can be effectively reduced by reducing the combined magnetic moment per unit area within a certain range.
[0184]
FIG. 13 shows the relationship between the difference in thickness obtained by subtracting the thickness of the ferromagnetic layer from the thickness of the free magnetic layer and the sensitivity {ΔV (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe)} (hereinafter simply referred to as sensitivity). As a graph, the same tendency as in FIG. 12 is seen in this graph, and it is understood that the sensitivity gradually decreases as the film thickness difference decreases. In FIG. 13, it is considered that the sensitivity becomes zero when the difference in film thickness is around 5 °. It was also found that the sensitivity could be suppressed to 0.2 or less if the thickness difference was set to 11 ° or less.
[0185]
Next, in FIG. 11B, a magnetic sensing element having the same film configuration was used, and in particular, a magnetic sensing element having a composition and thickness of a free magnetic layer different from those used in the above experiment was manufactured. An experiment was performed.
[0186]
The free magnetic layer used in this experiment was Co _90at% Fe _10at% (10Å) / Ni _80at% Fe _20at% (30Å) / Co _90at% Fe _10at% It is formed in a three-layer structure of (6Å), and parentheses indicate the film thickness.
[0187]
Ru with a thickness of 9 ° is used for the non-magnetic intermediate layer, and Co is used for the ferromagnetic layer. _90at% Fe _10at% The magnitude of the combined magnetic moment per unit area and the difference in film thickness between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer were changed by changing the thickness of the ferromagnetic layer using the method described above.
[0188]
FIG. 14 shows the resultant magnetic moment per unit area (Net Mst) obtained by subtracting the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer from the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer, and the sensitivity ｛ΔV (± 100 Oe) / 6 is a graph showing a relationship with ΔV (± 4000 Oe)｝ (hereinafter, simply referred to as sensitivity).
[0189]
As can be seen from FIG. 14, the sensitivity decreases as the synthetic magnetic moment per unit area decreases as in FIG. In FIG. 14, the sensitivity sharply changes at a boundary of a synthetic magnetic moment per unit area of 2.6 (T · nm). That is, it was found that the resultant magnetic moment per unit area of 2.6 (T · nm) was an inflection point.
[0190]
As shown in FIG. 14, it was found that the sensitivity became 0.2 or less when the combined magnetic moment per unit area became 2.6 (T. nm) or less.
[0191]
FIG. 15 shows the relationship between the difference in thickness obtained by subtracting the thickness of the ferromagnetic layer from the thickness of the free magnetic layer and the sensitivity {ΔV (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe)} (hereinafter simply referred to as sensitivity). It is a graph.
[0192]
As shown in FIG. 15, it was found that the smaller the film thickness difference, the lower the sensitivity as in FIG.
[0193]
As shown in FIG. 15, it was found that the sensitivity sharply changed at a boundary of the film thickness difference of 30 °. That is, it was found that the film thickness difference of 30 ° was an inflection point. As shown in FIG. 15, it was found that the sensitivity became 0.2 or less when the film thickness difference became 30 ° or less.
[0194]
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the artificial ferrimagnetic structure of the free magnetic layer 26, the nonmagnetic intermediate layer 27, and the ferromagnetic layer 34 is maintained at both end portions C of the element. The smaller the sensitivity is, the more preferable it is because the occurrence of side reading can be suppressed.
[0195]
Therefore, using the experimental results shown in FIGS. 12 to 15, the magnitude of the magnetic moment per unit area and the difference in film thickness, which are preferable in the present invention, were determined.
[0196]
First, a preferable magnitude of the sensitivity at both ends of the element will be described. Since the sensitivity of the free magnetic layer in the central portion D of the element is about 0.8, in order to suppress the side reading to a practical level, the sensitivity at both side edges of the element is set to 1/4 or less, that is, 0.2 or less. Was set as a preferable sensitivity range.
[0197]
Further, as can be seen from FIG. 14, a sharp change in sensitivity is seen at the boundary of the magnetic moment per unit area of 2.6 (T · nm), and the combined magnetic moment per unit area is 2.6 (T · nm).・ Nm) or less, it was found that the sensitivity can be suppressed to 0.2 or less.
[0198]
From the above viewpoints, the synthetic magnetic moment and the film thickness difference per unit area that can reduce the sensitivity to 0.2 or less were determined.
[0199]
From the graphs shown in FIGS. 12 and 14, when the synthetic magnetic moment per unit area is set within a range from −6 (T · nm) to 2.6 (T · nm), the sensitivity becomes 0 in absolute value. 0.2 or less.
[0200]
However, the following difference in effect occurs between the negative value and the positive value of the combined magnetic moment per unit area.
[0201]
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the combined magnetic moment per unit area and the spin-flop magnetic field Hsf. Here, the spin-flop magnetic field Hsf means the magnitude of the magnetic field when the antiparallel magnetization state of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer collapses. As the spin-flop magnetic field increases, the free magnetic layer and the ferromagnetic layer appropriately maintain the antiparallel magnetization state. The magnetic sensing elements used in the experiment shown in FIG. 16 are the same as the magnetic sensing elements used in the experiments in FIGS.
[0202]
As shown in FIG. 16, the spin-flop magnetic field increases when the combined magnetic moment per unit area becomes larger than 0 (T · nm) on the plus side, while the combined magnetic moment increases from 0 (T · nm). It was also found that the smaller the value became, the larger the value became.
[0203]
By the way, as shown in FIG. 16, it has been found that the spin flop magnetic field tends to take a suddenly large value when the combined magnetic moment increases toward the plus side, as compared to when the resultant magnetic moment decreases toward the minus side.
[0204]
The larger the magnitude of the spin-flop magnetic field, the more appropriately the antiparallel magnetization state of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 34 can be maintained.
[0205]
Therefore, a region on the plus side of the composite magnetic moment where the spin-flop magnetic field is rapidly increased is preferable.
[0206]
If the combined magnetic moment is a negative value, the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer is larger than the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer. Are easily formed with a thickness larger than the thickness of the free magnetic layer. When the thickness of the ferromagnetic layer is large, a magnetic charge generated at an inner end of the ferromagnetic layer 34 shown in FIG. 1 is large, and a dipole magnetic field (static magnetic field) leaking from the inner end to the free magnetic layer 26 is generated. Since it acts in the direction opposite to the magnetization direction of the free magnetic layer 26, there is a problem that distortion and instability of the reproduced waveform are likely to occur.
[0207]
Therefore, from such a viewpoint, it is preferable that the composite magnetic moment is a positive value.
[0208]
When the combined magnetic moment is 0 (T · nm), the dominant layer for the anti-parallel coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer is neither the free magnetic layer nor the ferromagnetic layer. In addition, it is difficult to control the magnetization of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer in the track width direction (X direction in the drawing). Therefore, the combined magnetic moment is preferably not 0 (T · nm).
[0209]
As a result, the preferable synthetic magnetic moment in the present invention is set to a value larger than 0 (T · nm) and equal to or smaller than 2.6 (T · nm). As a result, the sensitivity can be suppressed to 0.2 or less, the spin-flop magnetic field can be increased, and a magnetic detection element with high stability of the reproduced waveform can be manufactured.
[0210]
Next, a preferable range of the film thickness difference will be described. In order to suppress the sensitivity to 0.2 or less in absolute value, it was found that the film thickness difference should be -30 ° or more and 30 ° or less as shown in FIG. However, if the thickness difference is a negative value, the same problem as when the composite magnetic moment is a minus value is likely to occur, so that the thickness difference is preferably a plus value.
[0211]
In the experiment shown in FIG. 15, a three-layer structure of CoFe / NiFe / CoFe was used for the free magnetic layer and a single-layer structure of CoFe was used for the ferromagnetic layer. Are different values. Therefore, even if the free magnetic layer and the ferromagnetic layer have the same value, that is, even if the film thickness difference is 0 °, the composite magnetic moment per unit area is 0 (T · nm). No.
[0212]
Therefore, the preferable difference in the film thickness in the present invention is from 0 ° to 30 °. However, in the experiment shown in FIG. 13, the free magnetic layer and the ferromagnetic layer were both performed using a magnetic sensing element formed of a CoFe alloy. In such a case, if the thickness difference was set to 11 ° or less, the sensitivity was reduced. It can be suppressed to 0.2 or less. In such a case, if the film thickness difference is 0 °, the resultant magnetic moment becomes 0 (T · nm). Therefore, a more preferable film thickness difference is set to be larger than 0 ° and 11 ° or less.
[0213]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, the bias layers are provided on both sides of the free magnetic layer in the track width direction, and the ferromagnetic layers formed on both side edges of the free magnetic layer via the nonmagnetic intermediate layer are provided. A layer extends over the bias layer.
[0214]
As described above, since the ferromagnetic layer is formed so as to extend over the bias layer, it is hardly directly affected by the longitudinal bias magnetic field in the reverse direction from the bias layer. It is possible to reduce the disturbance of the magnetization in the portion, and further, it is possible to reduce the influence of the demagnetizing field at the both ends of the ferromagnetic layer on the disturbance of the magnetization at the both ends of the element.
[0215]
As described above, with the structure of the magnetic sensing element according to the present invention, it is possible to reduce the disturbance of the magnetization of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer at both end portions of the element, thereby stabilizing the magnetization of the free magnetic layer at the central part of the element. Can maintain the reproduced single-domain structure, which can improve the stability of the reproduced waveform, and also can effectively reduce the reproduction sensitivity at both ends of the element, which is an artificial ferri-structure, thereby reducing the occurrence of side reading. It is possible to control appropriately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a structure of a magnetic sensing element according to a first embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a structure of a magnetic sensing element according to a second embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 3 is a process chart showing a manufacturing process of the magnetic sensing element of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 4 is a process drawing performed after FIG. 3;
5 is a process drawing performed after FIG. 4,
6 is a process chart performed after FIG. 5,
7 is a process chart performed after FIG. 6,
8 is a process drawing performed after FIG. 7,
9 is a process chart performed after FIG. 8,
FIG. 10 is a process drawing performed after FIG. 9;
FIG. 11 is a partial schematic diagram showing a structure of a magnetic sensing element used in an experiment, which is more than a free magnetic layer,
12 is a graph showing a relationship between a combined magnetic moment per unit area (Net Mst) and ΔV (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe) using the magnetic detection element shown in FIG. 11B.
13 shows a relationship between ΔV (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe) and a film thickness difference obtained by subtracting a film thickness of a ferromagnetic layer from a film thickness of a free magnetic layer using the magnetic sensor shown in FIG. 11B. Graph,
FIG. 14B is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 11B using a material different from that of the experiment of FIG. 12, and in this case, a combined magnetic moment per unit area (Net Mst) and ΔV (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe), a graph showing the relationship with
FIG. 15 shows a method of manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 11B by using a different material from the experiment of FIG. 13; A graph showing a relationship with (± 100 Oe) / ΔV (± 4000 Oe);
FIG. 16 is a graph showing a relationship between a combined magnetic moment per unit area and a spin-flop magnetic field Hsf.
FIG. 17 is a partial cross-sectional view of a structure of a conventional magnetic sensing element viewed from a surface facing a recording medium.
FIG. 18 is a partial cross-sectional view of a structure of another conventional magnetic sensing element viewed from a surface facing a recording medium;
[Explanation of symbols]
20 Lower gap layer
23 Antiferromagnetic layer
24 Fixed magnetic layer
25 Non-magnetic material layer
26 Free magnetic layer
27 Non-magnetic intermediate layer
32 Hard bias layer
34 Ferromagnetic layer
38 Stopper layer
40 first electrode layer
50 Lower shield layer
52 first insulating layer
53 Upper shield layer
60, 61 resist layer
62 Mask layer

Claims

下から順に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有して積層された多層膜を有する磁気検出素子において、
前記多層膜を構成する各層のトラック幅方向における両側端面は連続面で形成され、前記連続面のトラック幅方向の両側にはバイアス層が設けられ、
前記フリー磁性層の素子両側端部上に形成された非磁性中間層上からバイアス層上にかけて強磁性層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。In order from the bottom, the antiferromagnetic layer, the fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer and a magnetic sensing element having a multilayer film laminated with a free magnetic layer,
Both end surfaces in the track width direction of each layer constituting the multilayer film are formed as continuous surfaces, and bias layers are provided on both sides of the continuous surface in the track width direction,
A magnetic sensing element, wherein a ferromagnetic layer is formed from a nonmagnetic intermediate layer formed on both ends of the free magnetic layer to a bias layer.

膜厚方向における前記バイアス層と強磁性層間には非磁性のスペーサ層が設けられる請求項１記載の磁気検出素子。2. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein a non-magnetic spacer layer is provided between the bias layer and the ferromagnetic layer in the thickness direction.

前記バイアス層及び強磁性層のトラック幅方向における外側の端面は、連続面として形成される請求項１または２に記載の磁気検出素子。3. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein outer end faces in the track width direction of the bias layer and the ferromagnetic layer are formed as continuous faces. 4.

前記連続面のトラック幅方向における両側に第２電極層が設けられる請求項３記載の磁気検出素子。4. The magnetic sensing element according to claim 3, wherein a second electrode layer is provided on both sides of the continuous surface in the track width direction.

前記連続面のトラック幅方向における両側に第２絶縁層が設けられる請求項３記載の磁気検出素子。4. The magnetic sensing element according to claim 3, wherein a second insulating layer is provided on both sides of the continuous surface in the track width direction.

前記強磁性層上には第１電極層が設けられる請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to claim 1, wherein a first electrode layer is provided on the ferromagnetic layer.

前記強磁性層上には第１絶縁層が設けられ、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層が設けられる請求項１ないし３または５のいずれかに記載の磁気検出素子。The first insulating layer is provided on the ferromagnetic layer, and an upper electrode layer is provided within a space between the first insulating layer and the ferromagnetic layer in a track width direction. Magnetic detection element.

膜厚方向における前記強磁性層と第１電極層間、あるいは前記強磁性層と第１絶縁層間にストッパ層が設けられる請求項６または７に記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to claim 6, wherein a stopper layer is provided between the ferromagnetic layer and the first electrode layer or between the ferromagnetic layer and the first insulating layer in a thickness direction.

前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）は０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下である請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。The resultant magnetic moment per unit area (Net @ Mst) obtained by subtracting the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer from the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer is greater than 0 (T.nm) and 2.6 (T.nm). .Nm) or less.

前記フリー磁性層の膜厚から前記強磁性層の膜厚を引いた膜厚差は０Å以上で３０Å以下である請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to claim 1, wherein a thickness difference obtained by subtracting the thickness of the ferromagnetic layer from the thickness of the free magnetic layer is not less than 0 ° and not more than 30 °.

以下の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。
（ａ）下から順に、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中間層を有する多層膜を積層形成する工程と、
（ｂ）前記多層膜を構成する各層のトラック幅方向における両側端面を削って連続面とし、前記連続面のトラック幅方向における両側にバイアス層を設ける工程と、
（ｃ）強磁性層を、前記フリー磁性層の素子両側端部上に形成された非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて形成する工程。A method for manufacturing a magnetic sensing element, comprising the following steps.
(A) forming a multilayer film having an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a free magnetic layer, and a nonmagnetic intermediate layer in order from the bottom;
(B) shaving both end faces in the track width direction of each layer constituting the multilayer film into a continuous surface, and providing bias layers on both sides of the continuous surface in the track width direction;
(C) forming a ferromagnetic layer from a nonmagnetic intermediate layer formed on both end portions of the free magnetic layer to the bias layer;

前記（ｃ）工程を以下の工程で行う請求項１１記載の磁気検出素子の製造方法。
（ｄ）前記非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて強磁性層及び第１電極層を連続して成膜する工程と、
（ｅ）前記第１電極層のトラック幅方向における両側端部上に、前記多層膜の上面のトラック幅方向における幅寸法よりも幅寸法の狭い間隔を有するマスク層を設け、前記間隔から露出する前記第１電極層を削って除去し、それにより露出した前記強磁性層を削って除去し、前記強磁性層を前記フリー磁性層の素子両側端部上に残す工程。The method according to claim 11, wherein the step (c) is performed in the following steps.
(D) continuously forming a ferromagnetic layer and a first electrode layer from the nonmagnetic intermediate layer to the bias layer;
(E) A mask layer having a smaller width than the width in the track width direction of the upper surface of the multilayer film is provided on both side ends of the first electrode layer in the track width direction, and is exposed from the space. Shaving and removing the first electrode layer, thereby shaving and removing the exposed ferromagnetic layer, and leaving the ferromagnetic layer on both ends of the free magnetic layer on both sides of the device.

前記（ｄ）工程に代えて以下の工程を有する請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。
（ｆ）前記非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて強磁性層を形成する工程と、
（ｇ）前記バイアス層及び強磁性層のトラック幅方向における両側端面を削って連続面とする工程と、
（ｈ）前記連続面のトラック幅方向の両側に第２電極層あるいは第２絶縁層を形成する工程と、
（ｉ）前記強磁性層上及び前記第２電極層上あるいは第２絶縁層上に第１電極層を設ける工程。13. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 12, comprising the following steps instead of the step (d).
(F) forming a ferromagnetic layer from above the non-magnetic intermediate layer to above the bias layer;
(G) shaving both end surfaces in the track width direction of the bias layer and the ferromagnetic layer into continuous surfaces;
(H) forming a second electrode layer or a second insulating layer on both sides of the continuous surface in the track width direction;
(I) providing a first electrode layer on the ferromagnetic layer and the second electrode layer or on the second insulating layer;

前記（ｄ）工程及び（ｅ）工程における第１電極層を第１絶縁層とし、前記（ｅ）工程後、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層を形成する請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。The first electrode layer in the steps (d) and (e) is a first insulating layer, and after the step (e), an upper electrode layer is provided within a space between the first insulating layer and the ferromagnetic layer in the track width direction. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 12, wherein the forming is performed.

前記（ｈ）工程で、前記連続面の両側に第２絶縁層を形成し、前記（ｉ）工程、（ｄ）工程及び（ｅ）工程での第１電極層を第１絶縁層とし、前記（ｅ）工程後、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層を形成する請求項１３記載の磁気検出素子の製造方法。In the step (h), a second insulating layer is formed on both sides of the continuous surface, and the first electrode layer in the steps (i), (d) and (e) is a first insulating layer. 14. The method according to claim 13, wherein after the step (e), an upper electrode layer is formed within a space between the first insulating layer and the ferromagnetic layer in a track width direction.

前記（ｄ）工程、（ｉ）工程で、前記強磁性層上にストッパ層を形成した後、前記ストッパ層上に第１電極層を形成し、前記（ｅ）工程で第１電極層または第１絶縁層を削ってストッパ層を露出させた後、再び、前記ストッパ層及び強磁性層を削り込む請求項１２ないし１５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。After forming a stopper layer on the ferromagnetic layer in the steps (d) and (i), a first electrode layer is formed on the stopper layer, and the first electrode layer or the first electrode layer is formed in the step (e). 16. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 12, wherein the stopper layer and the ferromagnetic layer are removed again after the insulating layer is removed to expose the stopper layer.

前記（ｂ）工程で前記バイアス層上に非磁性のスペーサ層を形成し、前記（ｃ）工程、（ｄ）工程あるいは（ｆ）工程で前記強磁性層を、前記スペーサ層上にかけて形成する請求項１１ないし１６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Forming a non-magnetic spacer layer on the bias layer in the step (b), and forming the ferromagnetic layer on the spacer layer in the step (c), the step (d) or the step (f). Item 17. A method for manufacturing a magnetic sensing element according to any one of Items 11 to 16.

前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）が０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下となるように前記フリー磁性層及び強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを調整する請求項１１ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。The resultant magnetic moment per unit area (Net @ Mst) obtained by subtracting the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer from the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer is greater than 0 (T.nm) and 2.6 (T 18. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 11, wherein a magnetic moment per unit area of the free magnetic layer and the ferromagnetic layer is adjusted to be equal to or less than (nm).

前記フリー磁性層の膜厚から前記強磁性層の膜厚を引いた膜厚差が０Å以上で３０Å以下となるように、前記フリー磁性層及び強磁性層の膜厚を調整する請求項１１ないし１８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。The thickness of the free magnetic layer and the thickness of the ferromagnetic layer are adjusted so that the difference in thickness obtained by subtracting the thickness of the ferromagnetic layer from the thickness of the free magnetic layer is not less than 0 ° and not more than 30 °. 19. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to any one of 18.