JP4303920B2 - Magnetic sensing element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク装置や磁気センサなどに用いられる磁気検出素子に係り、特に狭ギャッブ化に適し、高磁界検出能を発揮できる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21は、従来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である。
【0003】
符号1は下部ギャップ層であり、下部キャップ層1の上に第1反強磁性層2、固定磁性層3、非磁性材料層4及びフリー磁性層5からなる多層膜6が形成されている。フリー磁性層5の両側端部S,S上に強磁性層7,7、第2反強磁性層8,8、および電極層9,9が形成されている。強磁性層7,7、第2反強磁性層8,8に挟まれたフリー磁性層のトラック幅方向の中央部B上には、Taからなる保護層13形成されている。非磁性材料層4は、Cuなどの非磁性材料によって形成されている。
【0004】
第1反強磁性層2及び第2反強磁性層8は、PtMn、IrMn、FeMnなどの反強磁性材料によって、固定磁性層3、フリー磁性層5、及び強磁性層7はNiFeなどの強磁性材料によって、電極層9,9はCrなどの導電性材料によって形成される。
【0005】
固定磁性層3は第1反強磁性層との間の交換結合磁界によって磁化方向がY方向に固定され、強磁性層7,7は第2反強磁性層8,8との間で発生する交換結合磁界によって図示X方向に固定される。これにより強磁性層7,7下に位置するフリー磁性層5の両側端部S,Sは、強磁性層7,7との間の強磁性結合によって図示X方向に固定され、トラック幅Tw領域のフリー磁性層5のトラック幅方向の中央部Bは外部磁界に対し磁化変動できる程度に弱く単磁区化されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図21に示された磁気検出素子の下方には下部ギャップ層1を介して下部シールド層10が形成され、上方には上部ギャップ層11を介して上部シールド層12が形成されており、これによっていわゆるシールド型磁気ヘッドが構成されている。下部ギャップ層1及び上部ギャップ層11はアルミナなどの絶縁性材料で形成され、下部シールド層10と上部シールド層12はNiFeなどの磁性材料によって形成される。
【0007】
シールド型磁気ヘッドのギャップ長Gは、外部磁界に対し磁化変動するフリー磁性層5のトラック幅方向の中央部Bの上下における下部シールド層10と上部シールド層12間の距離によって決まる。
【0008】
ここで、図21に示されるような磁気検出素子では、固定磁性層3の磁化方向を固定するための第1反強磁性層2は、フリー磁性層5のトラック幅方向の中央部Bに重なる領域に形成されている。
【0009】
固定磁性層3と第1反強磁性層2の間に、十分な交換異方性磁界を発生するためには、第1反強磁性層2の膜厚を80Å〜300Åと厚くする必要があり、ギャップ長Gを小さくするための最大の障害となっていた。
【0010】
また、第1反強磁性層2の膜厚が厚いと、センス電流の分流が多くなって、電流損失が発生し、磁界検出出力を向上させることが難しくなる。
【0011】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、ギャップ長を小さくでき、磁界検出出力を向上させることのできる磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気検出素子は、磁気抵抗効果を発揮する部分が、下から第1フリー磁性層、非磁性材料層及び第2フリー磁性層の順に積層されており、外部磁界により前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層の磁化方向の両方が変動することにより、前記第1フリー磁性層の磁化方向と前記第2フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化し、この相対角度の変化に基づく電気抵抗値の変化を電流変化又は電圧変化として取り出す磁気検出素子であり、
前記第1フリー磁性層の下層には、前記第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第1反強磁性層が、また、前記第2フリー磁性層の上層には、前記第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第2反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されており、前記第2フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に非磁性層が設けられており、
前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていることを特徴とするものである。
【0013】
本発明では、第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第1反強磁性層及び一対の前記第2反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されている。一対の前記第1反強磁性層に挟まれる前記第1フリー磁性層のトラック幅方向の中央部、及び一対の前記第2反強磁性層に挟まれる前記第2フリー磁性層のトラック幅方向の中央部は、外部磁界によって磁化方向が変動する。
【0014】
本発明は、前記第1フリー磁性層の磁化方向と前記第2フリー磁性層の磁化方向の両方が外部磁界によって変動し、前記第1フリー磁性層の磁化方向と前記第2フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化することにより、電気抵抗値が変化することを原理とする磁気抵抗効果型の磁気検出素子である。
【0015】
前記第1フリー磁性層と前記第2フリー磁性層の磁化方向は、外部磁界が与えられていない状態で、互いに反平行方向または交叉する方向に揃えられている。
【0016】
本発明では、前記第1フリー磁性層のトラック幅方向の中央部及び前記第2フリー磁性層の中央部の上下には前記第1反強磁性層及び前記第2反強磁性層が形成されない。
【0017】
従って、本発明では、磁気検出素子の中央部(トラック幅領域)の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【0018】
また、前記第1反強磁性層及び前記第2反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【0019】
また、本発明は、第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第1反強磁性層及び一対の前記第2反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されている磁気検出素子を具体的に作ることができるものとして提供するものである。
【0020】
前記第2フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に設けられた前記非磁性層は、本発明の磁気検出素子を実際に使用できるものとして形成したときに必然的に形成されるものである。
【0021】
本発明では、前記第2フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に形成された前記非磁性層の膜厚は3Å以上で10Å以下にできる。
【0022】
また、本発明の磁気検出素子では、後述する製造方法によって形成されることにより、前記非磁性層を構成する非磁性材料が前記第2フリー磁性層の両側端部内に、膜面垂直下方向に向かうにつれて濃度が減少するように拡散している。
【0023】
なお、前記非磁性層が、前記第2フリー磁性層の両側端部上にも形成されていてもよい。このとき、前記非磁性層の膜厚は、トラック幅方向の中央部の方が両側端部よりも厚くなる。
【0024】
また、前記第2フリー磁性層と前記第2反強磁性層の間に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の強磁性層が積層されていると、前記第2反強磁性層と前記強磁性層を連続成膜されたものにでき、前記第2反強磁性層と前記強磁性層間に発生する交換結合磁界を大きくできる。これにより、前記一対の強磁性層の下の前記第2フリー磁性層の両側端部の磁化を強固に固定でき、サイドリーディングを低減できる。
【0025】
本発明では、前記第2フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が平行方向を向いていてもよいし、反平行方向を向いていてもよい。
【0026】
例えば、前記第2フリー磁性層の両側端部と前記強磁性層の間に、膜厚が0.5Å以上で6Å以下の前記非磁性層が設けられるか、あるいは前記強磁性層が前記第2フリー磁性層の両側端部上に直接形成されていると、前記第2フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が平行方向を向く。
【0027】
あるいは、前記第2フリー磁性層の両側端部と前記強磁性層の間に、膜厚が6Å以上で11Å以下の前記非磁性層が設けられていると前記第2フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が反平行方向を向く。
【0028】
また、本発明は、磁気抵抗効果を発揮する部分が、下から第1フリー磁性層、非磁性材料層及び第2フリー磁性層の順に積層されており、外部磁界により前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層の磁化方向の両方が変動することにより、前記第1フリー磁性層の磁化方向と前記第2フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化し、この相対角度の変化に基づく電気抵抗値の変化を電流変化又は電圧変化として取り出す磁気検出素子であり、
前記第1フリー磁性層の下層には、前記第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第1反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成され、また、前記第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための第2反強磁性層が、前記フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上には非反強磁性を有する膜厚で、前記フリー磁性層の両側端部上には反強磁性を有する膜厚で形成されており、
前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていることを特徴とするものである。
【0029】
本発明でも、前記第1フリー磁性層と前記第2フリー磁性層の磁化方向は、互いに反平行方向または交叉する方向に揃えられている。
【0030】
本発明では、第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第1反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成されている。従って、一対の前記第1反強磁性層に挟まれ、外部磁界によって磁化方向が変動する前記第1フリー磁性層のトラック幅方向の中央部の下には前記第1反強磁性層は形成されない。また、第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための前記第2反強磁性層は、前記フリー磁性層の両側端部上でのみ、反強磁性を有する厚い膜厚で形成され、外部磁界によって磁化方向が変動する領域である前記フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上では非反強磁性を示す薄い膜厚で形成されている。
【0031】
従って、本発明では、磁気検出素子のトラック幅方向の中央部(トラック幅領域)の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【0032】
また、前記第1反強磁性層及び前記第2反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【0033】
前記第2反強磁性層のトラック幅方向の両側端部の膜厚は例えば80〜300Åであって反強磁性を示すので、前記第2フリー磁性層の両側端部の磁化方向は強固に固定される。一方、前記第2反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚は、例えば、5Å以上で50Å以下であって非反強磁性を示し、前記第2フリー磁性層の中央部の磁化は外部磁界に対し磁化変動できる。
【0034】
また、本発明では、前記第1反強磁性層が、表面が平坦面である下部シールド層上または下部ギャップ層上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されてもよい。
【0035】
ただし、前記フリー磁性層の下層に、非磁性材料からなる下部ギャップ層または磁性材料からなる下部シールド層が形成され、この下部ギャップ層または下部シールド層の表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成されて、前記凹部内に前記第1反強磁性層が形成されることが好ましい。
【0036】
前記凹部内に前記第1反強磁性層が形成されると、磁気検出素子を構成する多層膜のトラック幅領域と両側端部に生じる段差の高さを小さくでき、前記多層膜の磁気抵抗効果特性が安定するので好ましい。
【0037】
なお、下部シールド層に形成された凹部内に前記第1反強磁性層が形成される場合には、前記第1反強磁性層と前記下部シールド層の間に絶縁層が設けられると、センス電流の分流損失を低減できるので好ましい。
【0038】
また、本発明では、前記第1フリー磁性層と前記第1反強磁性層の間に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の強磁性層が積層されていてもよい。
【0039】
この場合には、前記強磁性層と前記第1反強磁性層の間に交換異方性磁界が発生して、前記強磁性層の磁化方向が所定の方向、一般にはトラック幅方向に固定される。前記フリー磁性層はトラック幅領域の両側端部で、前記強磁性層と磁気的に結合し、前記フリー磁性層が単磁区化される。
【0040】
本発明では、前記第1反強磁性層と前記強磁性層を連続成膜されたものにでき、前記第1反強磁性層と前記強磁性層間に発生する交換結合磁界を大きくできる。これにより、前記一対の強磁性層の上の前記第1フリー磁性層の両側端部の磁化を強固に固定でき、サイドリーディングを低減できる。
【0041】
また、前記強磁性層と前記第1フリー磁性層の間に非磁性層が形成されていてもよい。
【0042】
前記強磁性層と前記第1フリー磁性層の間に非磁性層が形成されたときには、前記第1フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が互いに平行方向を向いていてもよいし、反平行方向を向いていてもよい。
【0043】
前記非磁性層の膜厚が、0.5Å以上で6Å以下であると、前記第1フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が互いに平行方向を向く。
【0044】
また、前記非磁性層の膜厚が、6Å以上で11Å以下であると前記強磁性層と前記第1フリー磁性層の磁化方向は反平行方向を向く。
【0045】
前記第2フリー磁性層と前記強磁性層の間に形成された前記非磁性層及び/又は前記第1フリー磁性層と前記強磁性層の間に形成された非磁性層は、Ru、Re、Pd、Os、Ir、Pt、Au、Rh、Cuのいずれか1種または2種以上からなる貴金属によって形成されるか、あるいはCrからなるものであることが好ましい。
【0046】
前記非磁性層は、本発明の磁気検出素子を実際につくるとき、一度大気中に曝露される。しかし、本発明では、前記非磁性層は、貴金属あるいはCr(クロム)を用いて形成されているので膜厚方向に酸化が進行しにくく、非磁性層の表面は酸化しないか、酸化しても酸化層の厚さはせいぜい3Å〜6Åである。従って、前記貴金属あるいはCrを用いて形成された前記非磁性層は、前記第1フリー磁性層と前記強磁性層間、あるいは前記第2フリー磁性層と前記強磁性層間に安定したRKKY相互作用を働かせることができる。
【0047】
また、前記貴金属あるいはCrを用いて形成された前記非磁性層であれば、表面に形成された酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用でき、前記第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための強磁性層や第2フリー磁性層の磁気特性の劣化が抑えられ、狭トラック化に優れた磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【0048】
低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミリング止め位置のマージンを狭くすることが可能になるので、前記非磁性層の途中でミリングを止めることが容易になり、前記強磁性層や第2フリー磁性層の受けるダメージを小さくできる。
【0049】
なお、前記強磁性層の受けるダメージとは、例えば、イオンミリング時に使用されるArなどの不活性ガスが露出した前記強磁性層の表面から内部に入り込むことや、前記強磁性層の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する(Mixing効果)ことである。これらのダメージによって前記強磁性層の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【0050】
また、前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていると、前記第1フリー磁性層と前記第2フリー磁性層の磁化方向を、互いに交叉する方向に揃えることが容易になり、磁気検出素子の出力の対称性(アシンメトリー)が良好になりまた、磁界検出感度も向上する。
【0051】
また、前記第1フリー磁性層のトラック幅方向の中央部の下に、センス電流の伝導電子のスピン状態を保存した状態で、前記伝導電子を反射させるスペキュラー層が形成されていることが好ましい。また、スペキュラー層は、前記第2フリー磁性層のトラック幅方向の中央部の上にも形成されることが好ましい。
【0052】
本発明の磁気検出素子の製造方法は、
(a)基板上に、一対の第1反強磁性層をトラック幅方向に間隔を開けて形成し、前記第1反強磁性層上に強磁性層、及び貴金属またはCrからなる非磁性層を連続成膜する工程と、
(b)第1の磁場中アニールを施して、前記第1反強磁性層と前記強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記強磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、
(c)前記第1反強磁性層上に形成された前記非磁性層を一部または全部削る工程と、
(d)前記一対の第1反強磁性層の上に形成された前記非磁性層または前記強磁性層上及び前記一対の第1反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に第1フリー磁性層と非磁性材料層と第2フリー磁性層及び貴金属またはCrからなる非磁性層を有する多層膜を連続成膜する工程と、
(e)前記第2フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層の両側端部を削り、このとき前記非磁性層の両側端部を一部残す工程と、
(f)前記残された前記非磁性層の両側端部上に第2反強磁性層を形成する工程と、
(g)第2の磁場中アニールを施し、前記第2フリー磁性層の両側端部の磁化を前記第1フリー磁性層の磁化方向と反平行方向あるいは交叉する方向に固定する工程と、を有し、
さらに、前記(g)工程の後、前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有することを特徴とするものである。
【0053】
本発明によって形成される磁気検出素子では、第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第1反強磁性層及び一対の前記第2反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成される。一対の前記第1反強磁性層に挟まれる前記第1フリー磁性層のトラック幅方向の中央部、及び一対の前記第2反強磁性層に挟まれる前記第2フリー磁性層のトラック幅方向の中央部は、外部磁界によって磁化方向が変動する。その結果、前記第1フリー磁性層の磁化方向と前記第2フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化して、電気抵抗値が変化する。
【0054】
前記第1フリー磁性層と前記第2フリー磁性層の磁化方向は、外部磁界が与えられていない状態で、互いに反平行方向または交叉する方向に揃えられる。
【0055】
本発明によって形成された磁気検出素子では、前記第1フリー磁性層のトラック幅方向の中央部及び前記第2フリー磁性層の中央部の上下には前記第1反強磁性層及び前記第2反強磁性層は形成されない。
【0056】
従って、本発明では、磁気検出素子の中央部(トラック幅領域)の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【0057】
また、前記第1反強磁性層及び前記第2反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【0058】
前記(a)工程で前記第1反強磁性層上に積層される前記非磁性層及び前記(d)工程で前記第2フリー磁性層上に積層される非磁性層は、成膜後一度大気中に曝露される。しかし、本発明では、前記非磁性層は、貴金属あるいはCr(クロム)を用いて形成されているので膜厚方向に酸化が進行しにくく、非磁性層の表面は酸化しないか、酸化しても酸化層の厚さはせいぜい3Å〜6Åである。
【0059】
従って、前記貴金属あるいはCrを用いて形成された前記非磁性層であれば、表面に形成された酸化層を除去するために、前記(c)工程及び前記(e)工程で低エネルギーのイオンミリングを使用でき、前記第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための強磁性層や第2フリー磁性層の磁気特性の劣化が抑えられ、狭トラック化に優れた磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【0060】
低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミリング止め位置のマージンを狭くすることが可能になるので、前記非磁性層の途中でミリングを止めることが容易になり、前記強磁性層や第2フリー磁性層の受けるダメージを小さくできる。
【0061】
なお、前記強磁性層の受けるダメージとは、例えば、イオンミリング時に使用されるArなどの不活性ガスが露出した前記強磁性層の表面から内部に入り込むことや、前記強磁性層の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する(Mixing効果)ことである。これらのダメージによって前記強磁性層の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【0062】
なお、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。
【0063】
このため、低エネルギーのイオンミリングを使用でき、効果的に狭トラック化に優れた磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【0064】
また、本発明では、前記非磁性層の除去に、低エネルギーのイオンミリングを使用できるので、前記(e)工程を、前記第2フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層の両側端部を全て削る工程に代え、前記第2フリー磁性層の両側端部表面を露出させても、前記第2フリー磁性層の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する(Mixing効果)ことを抑制でき、前記(f)工程で、前記露出した第2フリー磁性層の両側端部上に直接前記第2反強磁性層を形成することができる。
【0065】
なお、本発明では、前記(f)工程で、前記非磁性層の両側端部上または前記第2フリー磁性層の両側端部上に、一対の強磁性層を形成し、前記一対の強磁性層上に前記第2反強磁性層を連続成膜することが好ましい。
【0066】
連続成膜された前記一対の強磁性層と前記第2反強磁性層の間には、強い交換結合磁界が発生するので、形成された磁気検出素子のサイドリーディングを減少できる。
【0067】
また、前記(a)工程、及び/又は前記(d)工程において、前記非磁性層形成する貴金属は例えば、Ru、Re、Pd、Os、Ir、Pt、Au、Rh、Cuのいずれか1種または2種以上からなる。
【0068】
本発明では、前記(a)工程で前記第1反強磁性層上に積層される非磁性層及び前記(d)工程で前記第2フリー磁性層上に積層される非磁性層を前記貴金属またはCrによって形成するため、非磁性層の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮する。
【0069】
従って、前記(a)工程、及び/又は前記(d)工程において、前記非磁性層を3Å以上10Å以下の膜厚で形成することができる。
【0070】
また、前記(c)工程において、前記強磁性層と前記第1フリー磁性層の磁化方向が平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残してもよいし、反平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残してもよい。
【0071】
例えば、前記(c)工程において、前記第1反強磁性層上の前記非磁性層を0.5Å以上6Å以下の膜厚で残すと、前記強磁性層と前記第1フリー磁性層の磁化方向が平行方向になり、前記第1反強磁性層上の前記非磁性層を6Å以上11Å以下の膜厚で残すと前記強磁性層と前記第1フリー磁性層の磁化方向が反平行方向になる。
【0072】
あるいは、前記(e)工程において、前記強磁性層と前記第2フリー磁性層の磁化方向が平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残してもよいし、反平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残してもよい。
【0073】
例えば、前記第2フリー磁性層上の前記非磁性層を0.5Å以上6Å以下の膜厚で残すと、前記強磁性層と前記第2フリー磁性層の磁化方向が平行方向になり、前記第2フリー磁性層上の前記非磁性層を6Å以上11Å以下の膜厚で残すと前記強磁性層と前記第2フリー磁性層の磁化方向が反平行方向になる。
【0074】
本発明では、前記非磁性層は、貴金属あるいはCr(クロム)を一部除去するときに、前述の低エネルギーのイオンミリングを用いることができるので、残された前記非磁性層の表面の結晶構造などを安定化でき、前記第1フリー磁性層と前記強磁性層間、あるいは前記第2フリー磁性層と前記強磁性層間に安定したRKKY相互作用を働かせることができる。
【0075】
また、前記(a)工程の前に、
表面が平坦面である磁性材料からなる下部シールド層を形成し、前記(a)工程において、この下部シールド層の上層に、下部ギャップ層を介して、前記一対の第1反強磁性層を形成してもよい。
【0076】
ただし、前記(a)工程の前に、表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成された、磁性材料からなる下部シールド層又は絶縁材料からなる下部ギャップ層を形成し、前記(a)工程において、前記凹部内に前記第1反強磁性層を形成すると、磁気検出素子を構成する多層膜のトラック幅領域と両側端部に生じる段差の高さを小さくでき、前記多層膜の磁気抵抗効果特性が安定するので好ましい。
【0077】
なお、下部シールド層に形成された凹部内に、前記第1反強磁性層が形成する場合には、前記(a)工程の前に、前記下部シールド層上に絶縁層を設け、前記(a)工程において、この絶縁層上に前記第1反強磁性層を形成すると、センス電流の分流損失を低減できる磁気検出素子を形成できるので好ましい。
【0078】
また、前記(g)工程の後、前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有することができる。
【0079】
また、本発明では、下部シールド層上の下部ギャップ層上にスペキュラー層を形成し、前記(d)工程で前記スペキュラー層上に前記第1フリー磁性層を形成することが好ましい。
【0080】
また、前記(d)工程において、第2フリー磁性層と貴金属またはCrからなる非磁性層の間にスペキュラー層を形成し、
前記(e)工程を、前記非磁性層及び前記スペキュラー層の両側端部を削る工程に代え、
前記(f)工程において前記第2フリー磁性層または前記強磁性層の両側端部上に第2反強磁性層を形成することがより好ましい。
【0081】
また、本発明では、前記(d)工程、前記(e)及び(f)工程の代わりに
(h)前記一対の第1反強磁性層の上に形成された前記非磁性層または前記強磁性層上、及び前記一対の第1反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に第1フリー磁性層と非磁性材料層と第2フリー磁性層、及び第2反強磁性層を有する多層膜を連続成膜する工程と、
(i)前記第2反強磁性層のトラック幅方向の中央部を削って、前記第2反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚を非反強磁性を示す膜厚にする工程を有してもよい。
【0082】
本発明によって形成される磁気検出素子は、第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第1反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成され、第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための前記第2反強磁性層は、前記フリー磁性層の両側端部上でのみ、反強磁性を有する厚い膜厚で形成され、外部磁界によって磁化方向が変動する領域である前記フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上では非反強磁性を示す薄い膜厚で形成されている。
【0083】
従って、本発明によって形成される磁気検出素子は、磁気検出素子のトラック幅方向の中央部(トラック幅領域)の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【0084】
また、前記第1反強磁性層及び前記第2反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【0085】
なお、前記(i)工程で、前記第2反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚を5Å以上で50Å以下にすることが好ましい。
【0086】
前記第2反強磁性層のトラック幅方向の両側端部の膜厚は例えば80〜300Åであって反強磁性を示すので、前記第2フリー磁性層の両側端部の磁化方向は強固に固定される。一方、前記第2反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚は、例えば、5Å以上で50Å以下であると非反強磁性を示し、前記第2フリー磁性層の中央部の磁化は外部磁界に対し磁化変動できる。
【0087】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明における第1の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。
【0088】
図1に示す磁気検出素子は、記録媒体に記録された外部信号を再生するためのMRヘッドである。記録媒体との対向面は、例えば磁気検出素子の構成する薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のトラック幅方向と平行な平面である。図1では、記録媒体との対向面はX−Z平面に平行な平面である。
【0089】
なお、磁気検出素子が浮上式の磁気ヘッドに用いられる場合、記録媒体との対向面とは、いわゆるABS面のことである。
【0090】
また磁気検出素子は、例えばアルミナ−チタンカーバイト(Al2O3−TiC)で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。
【0091】
なお、トラック幅方向とは、外部磁界によって磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、すなわち図示X方向である。
【0092】
なお、記録媒体は磁気検出素子の記録媒体との対向面に対向しており、図示Z方向に移動する。この記録媒体からの洩れ磁界方向は図示Y方向である。
【0093】
また、図1に示した再生用のMRヘッドの上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されてもよい。
【0094】
図1では、図示しない基板上に下部シールド層21が形成され、この下部シールド層21の表面にトラック幅方向に間隔を開けて一対の凹部21a,21aが形成されており、凹部21a,21aに挟まれた凸部21bの上面21b1上に下部ギャップ層22及びシード層23が積層されている。
【0095】
また、凹部21a,21a内には、絶縁層24,24が形成されており、凹部21a,21a内であって、絶縁層24,24上に第1反強磁性層25,25が形成されている。第1反強磁性層25,25上には、強磁性層26,26及び非磁性層27,27が積層されている。図1に示されるように、第1反強磁性層25,25、強磁性層26,26及び非磁性層27,27はトラック幅方向に間隔をあけて形成されており、トラック幅方向の第1反強磁性層25,25間距離及び強磁性層26,26間距離が光学的トラック幅O−Twとなる。
【0096】
なお、絶縁層24,24上に、第1反強磁性層25,25の結晶配向を整えるために、NiFe、NiFeCr、Crなどからなるシード層を形成し、このシード層の上に第1反強磁性層25,25を形成してもよい。
【0097】
さらに、非磁性層27、27上及びシード層23上には、下から順に、第1フリー磁性層28、非磁性材料層29、第2フリー磁性層30が積層されている。
【0098】
第2フリー磁性層30上には、非磁性層31が積層され、非磁性層31の中央部31bの両側端部31a,31a上には、強磁性層32,32、第2反強磁性層33,33、中間層34,34、電極層35,35がそれぞれトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。
【0099】
電極層35,35上及び非磁性層31の中央部31b上には、上部ギャップ層36、上部シールド層37が積層されている。なお、非磁性層31の中央部31bのトラック幅方向の幅寸法は光学的トラック幅O−Twに等しくなっている。
【0100】
中間層34,34はTaからなり、下部シールド層21及び上部シールド層37は、NiFeなどの磁性材料からなり、下部ギャップ層22及び上部ギャップ層36並びに絶縁層24、24はアルミナ(Al2O3)またはSiO2などの絶縁性材料から形成されている。
【0101】
シード層23は、結晶構造がbcc(体心立方格子)構造の非磁性材料、例えばCrまたはfcc(面心立方格子)構造のNiFeCr合金、または非晶質に近い構造のTa、によって形成される。このシード層23によって、その上に積層される第1フリー磁性層28の結晶配向を整え、第1フリー磁性層28の軟磁気特性を向上させるとともに比抵抗を低下させることができる。
【0102】
第1反強磁性層25,25及び第2反強磁性層33,33は、PtMn合金、または、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,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。
【0103】
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。
【0104】
第1反強磁性層25,25及び第2反強磁性層33,33の膜厚は、80〜300Å、例えば200Åである。
【0105】
ここで、反強磁性層を形成するための、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。
【0106】
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。
【0107】
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を得ることができる。特に、PtMn合金であれば、48kA/m以上、例えば64kA/mを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が380℃と極めて高い優れた第1反強磁性層25,25及び第2反強磁性層33,33を得ることができる。
【0108】
なお、本発明では、第1反強磁性層25,25と第2反強磁性層33,33を同じ組成比の前記PtMn合金、前記X―Mn合金、あるいは前記Pt―Mn―X′合金で形成しても、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の磁化方向を反平行方向あるいは交差する方向にすることができる。
【0109】
強磁性層26、26及び強磁性層32,32は、NiFe合金、Co、CoFeNi合金、CoFe合金、CoNi合金などにより形成されるものであり、特にNiFe合金またはCoFe合金、CoFeNi合金により形成されることが好ましい。
【0110】
非磁性層27,27、及び非磁性層31は、Ru、Re、Pd、Os、Ir、Pt、Au、Rh、Cuのいずれか1種または2種以上といった貴金属材料またはCrによって形成される。特に、Cu、RuまたはCrで形成されることが好ましい。
【0111】
特に非磁性層27,27、及び非磁性層31がCrで形成されると強磁性層26、26と第1反強磁性層25,25の間及び強磁性層32,32と第2反強磁性層33,33の間に発生する交換異方性磁界が、貴金属を用いて非磁性層27,27、及び非磁性層31を形成したときよりも、大きくなるので好ましい。
【0112】
第1フリー磁性層28及び第2フリー磁性層30は、強磁性材料により形成されるもので、例えばNiFe合金、Co、CoFeNi合金、CoFe合金、CoNi合金などにより形成されるものであり、特にNiFe合金またはCoFe合金、CoFeNi合金により形成されることが好ましい。第1フリー磁性層28及び第2フリー磁性層30の膜厚は30Å〜50Å程度で形成されることが好ましい。また第1フリー磁性層28及び第2フリー磁性層30にCoFe合金が使用されるときの組成比は、例えばCoが90at%、Feが10at%である。
【0113】
また、第1フリー磁性層28及び第2フリー磁性層30は磁性層の2層または3層構造で形成されることが好ましい。2層構造のときは、例えば、NiFe/CoFe構造にして非磁性材料層29側にCoFeからなる層を設ける。3層構造の材質の組合わせとしては、例えばCoFe/NiFe/CoFeを提示できる。
【0114】
あるいは、第1フリー磁性層28及び第2フリー磁性層30が、非磁性中間層を介して積層された磁気的膜厚(Ms×t;飽和磁化と膜厚の積)が異なる磁性層からなる積層フェリ型のフリー磁性層であってもよい。
【0115】
非磁性材料層29は、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30との磁気的な結合を防止する層であり、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。非磁性材料層29は例えば18〜30Å程度の膜厚で形成される。
【0116】
電極層35,35はW,Ta,Cr,Cu,Rh,Ir,Ru,Auなどを材料として用いて形成することができる。電極層35,35の膜厚は300Å〜1000Åである。
【0117】
図1に示された磁気検出素子では、第1反強磁性層25、25の上に強磁性層26、26、非磁性層27,27が積層されている。
【0118】
この場合は、強磁性層26,26と第1反強磁性層25,25の間に交換異方性磁界が発生して、強磁性層26,26の磁化方向がトラック幅方向(図示X方向)またはX方向と45°の角度をなす方向に固定される。第1フリー磁性層28は中央部(トラック幅領域)Cの両側端部S,Sで、強磁性層26,26と非磁性層27,27を介したRKKY相互作用またはピンホールを介した直接的な交換相互作用によって磁気的に結合して、第1フリー磁性層28が単磁区化される。
【0119】
一方、第2反強磁性層33,33の下に強磁性層32,32、非磁性層31の両側端部31a,31aが積層されている。
【0120】
この場合は、強磁性層32,32と第2反強磁性層33,33の間に交換異方性磁界が発生して、強磁性層32,32の磁化方向がトラック幅方向と反平行方向(図示X方向と反平行方向)またはX方向の反平行方向と45°の角度をなす方向に固定される。第2フリー磁性層30の両側端部S,Sと強磁性層32,32は、非磁性層31の両側端部31a,31aを介したRKKY相互作用またはピンホールを介した直接的な交換相互作用によって磁気的に結合し、第2フリー磁性層30が単磁区化される。
【0121】
図1に示される磁気検出素子では、非磁性層27,27の膜厚t1は6Å〜11Åであり、第1フリー磁性層28の磁化方向はトラック幅方向(図示X方向)と反平行方向を向いている。
【0122】
また、非磁性層31の両側端部31a,31aの膜厚t2も6Å〜11Åであり、第2フリー磁性層30の磁化方向はトラック幅方向(図示X方向)を向いている。
【0123】
また、非磁性層27,27の膜厚t1を0.5Å〜6Åにすると、あるいは非磁性層27,27が形成されず強磁性層26,26上に直接第1フリー磁性層28が積層されていると第1フリー磁性層28の磁化方向を強磁性層26,26の磁化方向と平行な方向、図1ではトラック幅方向(図示X方向)に向かせることができる。
【0124】
非磁性層31の両側端部31a,31aの膜厚t2を0.5Å〜6Åにすると、あるいは非磁性層31は中央部31bのみ形成され、第2フリー磁性層30上に直接強磁性層32,32が積層されていると第2フリー磁性層30の磁化方向を強磁性層32,32の磁化方向と平行な方向、図1ではトラック幅方向(図示X方向)と反平行方向に向かせることができる。
【0125】
非磁性層27,27の膜厚t1と非磁性層31の両側端部31a,31aの膜厚t2を異ならせて、例えば、第1フリー磁性層28の磁化方向を強磁性層26,26の磁化方向と平行な方向に向かせ、第2フリー磁性層30の磁化方向を強磁性層32,32の磁化方向と反平行な方向に向かせるようにすると、強磁性層26,26と第1反強磁性層25,25の間に発生する交換異方性磁界と強磁性層32,32と第2反強磁性層33,33の間に発生する交換異方性磁界の向きを同じにしても、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の磁化の向きを反平行方向にすることができる。すると、後述する製造方法において、一回の磁場中アニールで、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30を単磁区化できる。
【0126】
なお、第1フリー磁性層28及び第2フリー磁性層30の磁化は両側端部S,Sで強固に固定され、中央部(トラック幅領域)Cの磁化方向は外部磁界(記録媒体からの漏れ磁界)によって変化する。
【0127】
図1に示される磁気検出素子では、第1反強磁性層25、25と強磁性層26、26が連続成膜され、また第2反強磁性層33,33と強磁性層32,32が連続成膜されている。従って、第1反強磁性層25、25と強磁性層26、26間に発生する交換異方性磁界及び第2反強磁性層33,33と強磁性層32,32間に発生する交換異方性磁界を大きくでき、磁気検出素子のサイドリーディングを低減できる。
【0128】
図1に示された磁気検出素子が外部磁界を検出する原理を説明する。
図9は、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の中央部Cの模式的な平面図である。外部磁界が印加されていない状態で、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の中央部Cの磁化方向は点線で示されるJ1及びJ2方向を向いており、互いに反平行方向に揃えられている。
【0129】
外部磁界Hが図示Y方向に与えられると、中央部Cにおいて第1フリー磁性層28の磁化方向と第2フリー磁性層30の磁化方向の両方が外部磁界によって変動してそれぞれ図示J1a方向及び図示J2a方向を向く。このように、第1フリー磁性層28の磁化方向と第2フリー磁性層30の磁化方向の相対角度が変化すると、磁気検出素子の電気抵抗値が変化する。磁気検出素子の電気抵抗値変化を電流変化または電圧変化として取り出すことにより、外部磁界を検出する。
【0130】
ただし、外部磁界が印加されていない状態の第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の磁化方向は、図10に示されるように交差している方が、出力の対称性(アシンメトリー)及び大きさが良好になるので好ましい。
【0131】
第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の磁化方向を交差させる方法として、硬磁性材料からなるバイアス層を用いる方法がある。
【0132】
図7は、第1フリー磁性層28、非磁性材料層29及び第2フリー磁性層30の積層部をAとして、この積層部Aと、積層部Aのハイト方向後方(図示Y方向)に形成された硬磁性材料からなるハードバイアス層40を図1の上方向からみた平面図である。また、図8は、積層部A及びハードバイアス層40と、その上下に形成されている層の縦断面図である。なお、図8では、シード層23及び非磁性層31の図示を省略している。
【0133】
積層部Aとハードバイアス層40の間には、アルミナやSiO2からなる絶縁層41が介在している。積層部Aに、ハードバイアス層40から静磁界が与えられて、第1フリー磁性層28の中央部Cの磁化方向と、第2フリー磁性層30の中央部Cの磁化方向が図示Y方向に回転して、互いに交差した状態になる。
【0134】
ハードバイアス層40は、少なくとも第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の中央部Cの後方に形成されていることが好ましい。図7では、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の中央部Cの両側端部S,Sの後方にも形成されている。ただし、ハードバイアス層40を第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の両側端部S,Sの後方にも形成するときには、ハードバイアス層40と電極層35,35間の電気的絶縁をとる必要がある。
【0135】
本発明では、第1フリー磁性層28及び第2フリー磁性層30の磁化方向をそろえるための一対の第1反強磁性層25,25及び一対の第2反強磁性層33,33が、それぞれトラック幅方向(図示X方向)に間隔を開けて形成されている。従って、一対の第1反強磁性層25,25に挟まれ、外部磁界によって磁化方向が変動する第1フリー磁性層のトラック幅方向の中央部C、及び一対の前記第2反強磁性層33,33に挟まれ、外部磁界によって磁化方向が変動する第2フリー磁性層30の中央部Cの上下には第1反強磁性層25,25及び第2反強磁性層33,33は形成されない。
【0136】
従って、本発明では、磁気検出素子の中央部C(トラック幅領域)の全膜厚を薄くでき、ギャップ長G1を小さくできる。なお、ギャップ長G1とは、中央部Cにおける下部シールド層21と上部シールド層37間距離である。本発明では、ギャップ長G1を従来の半分以下の250Å程度にできる。
【0137】
また、第1反強磁性層25,25及び第2反強磁性層33,33への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【0138】
本発明の磁気検出素子を実際に使用できるものとして形成すると、必然的に第2フリー磁性層30の中央部C上には非磁性層31(の中央部31b)が形成される。
【0139】
第2フリー磁性層30のトラック幅方向の中央部C上に形成された非磁性層31(の中央部31b)の膜厚は3Å以上で10Å以下であり、非磁性層31の膜厚は、トラック幅方向の中央部Cの方が両側端部S,Sよりも厚くなる。
【0140】
また、本発明の磁気検出素子は、後述する製造方法によって形成されることにより、非磁性層31を構成する非磁性材料が第2フリー磁性層30の両側端部S,S内に、膜面垂直下方向に向かうにつれて濃度が減少するように拡散しているものである。
【0141】
また、図1に示される本実施の形態のように、凹部21a,21a内に第1反強磁性層25,25が形成されると、磁気検出素子の中央部(トラック幅領域)Cと両側端部S,Sに生じる段差の高さDを小さくでき、磁気検出素子の磁気抵抗効果特性が安定する。
【0142】
また、中央部(トラック幅領域)Cの近傍における第1反強磁性層25,25の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、下部シールド層21に形成された凹部21aの底面と側面のなす角θ1の範囲を90°以上120°以下にすることが好ましい。
【0143】
なお、図1では、第1反強磁性層25,25が埋め込まれる凹部が下部シールド層21に形成された凹部21a,21aである。ただし、本発明では、下部シールド層21の表面に凹部が形成されず、下部ギャップ層22が中央部(トラック幅領域)Cの両側端部S,Sまで延ばされて、下部ギャップ層の両側端部S,Sの表面にトラック幅方向に間隔をあけて一対の凹部が形成されて、この凹部に第1反強磁性層が形成されてもよい。
【0144】
強磁性層26,26上に形成された非磁性層27,27及び第2フリー磁性層30上に形成された非磁性層31は、本発明の磁気検出素子を実際につくるとき、一度大気中に曝露される。しかし、非磁性層27,27及び非磁性層31は、貴金属あるいはCr(クロム)を用いて形成されているので膜厚方向に酸化が進行しにくく、非磁性層27,27及び非磁性層31の表面は酸化しないか、酸化しても酸化層の厚さはせいぜい3Å〜6Åである。従って、非磁性層27,27及び非磁性層31は、第1フリー磁性層28と強磁性層26,26間、及び第2フリー磁性層30と強磁性層32間に安定したRKKY相互作用またはピンホールを介した直接的な交換相互作用を働かせることができる。
【0145】
また、前記貴金属あるいはCrを用いて形成された非磁性層27,27及び非磁性層31であれば、表面に形成された酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用でき、強磁性層26,26や、第2フリー磁性層30の磁気特性の劣化が抑えられ、狭トラック化に優れた磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【0146】
低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミリング止め位置のマージンを狭くすることが可能になるので、非磁性層27,27及び非磁性層31の途中でミリングを止めることが容易になり、強磁性層26,26や第2フリー磁性層30の受けるダメージを小さくできる。
【0147】
なお、強磁性層26,26や第2フリー磁性層30の受けるダメージとは、例えば、イオンミリング時に使用されるArなどの不活性ガスが露出した強磁性層26,26や第2フリー磁性層30の表面から内部に入り込むことや、強磁性層26,26や第2フリー磁性層30の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する(Mixing効果)ことである。これらのダメージによって強磁性層26,26や第2フリー磁性層30の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【0148】
なお、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。
【0149】
図2は、本発明における第2の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。
【0150】
図2に示される磁気検出素子は、第2フリー磁性層30の上に第2反強磁性層50が直接積層されている点で図1の磁気検出素子と異なっている。第2反強磁性層50の材料は、第1反強磁性層25,25の材料と同じである。
【0151】
図2では、第2フリー磁性層30のトラック幅方向の中央部C上にも、非反強磁性を有する膜厚t3の第2反強磁性層50が積層されている。また、第2フリー磁性層30の両側端部S,S上の第2反強磁性層50は、中央部C上より厚く、反強磁性を有する膜厚t4で形成されており、第2フリー磁性層30の磁化方向がトラック幅方向と反平行方向にそろえられている。なお、第2反強磁性層50の中央部Cのトラック幅方向寸法は、光学的トラック幅O−Twに等しくなっている。
【0152】
本発明でも、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の磁化方向は、互いに反平行方向にそろえられている。または、図7及び図8に示されるハードバイアス層を設けたり、第1反強磁性層25,25と強磁性層26,26間の交換異方性磁界及び第2反強磁性層50,50と第2フリー磁性層30間の交換異性性磁界の方向を交叉させることにより、第1フリー磁性層と第2フリー磁性層30の磁化方向を互いに交差する方向に揃えてもよい。
【0153】
第2反強磁性層50のトラック幅方向の両側端部S,Sの膜厚t4は例えば80〜300Åであって反強磁性を示すので、第2フリー磁性層30の両側端部S,Sの磁化は強固に固定される。一方、第2反強磁性層50のトラック幅方向の中央部Cの膜厚t3は、例えば、5Å以上で50Å以下であって非反強磁性を示すか示しても非常に弱く、第2フリー磁性層30の中央部Cの磁化は外部磁界に対し磁化変動できる。
【0154】
図2に示される磁気検出素子でも、図1に示される磁気検出素子と同様の効果が得られる。
【0155】
すなわち、磁気検出素子のトラック幅方向の中央部C(トラック幅領域)の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【0156】
また、第1反強磁性層25,25及び第2反強磁性層50への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【0157】
図3は、本発明における第3の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。図3は図1の磁気検出素子に類似している。
【0158】
図3に示される磁気検出素子では、第1反強磁性層44,44が、表面が平坦面である下部シールド層41上及び下部ギャップ層42上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されている点で図1に示される磁気検出素子と異なっている。
【0159】
第1反強磁性層44,44、下部シールド層41、下部ギャップ層42、シード層43の材料は、第1反強磁性層25,25、下部シールド層21、下部ギャップ層22、シード層23の材料と同じである。
【0160】
一対の第1反強磁性層44,44は互いに、光学的トラック幅O−Twの間隔をあけて対向しており、中央部(トラック幅領域)C側の側面は傾斜面44a,44aである。また、中央部(トラック幅領域)Cの近傍における第1反強磁性層44,44の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、第1反強磁性層44の底面44bと傾斜面44aのなす角θ2を大きくすることが好ましい。具体的には、θ2が60°以上90°以下であることが好ましい。
【0161】
第1反強磁性層44,44上には、強磁性層45,45及び非磁性層46,46が積層されている。図3に示されるように、強磁性層45,45及び非磁性層46,46はトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。非磁性層46,46の膜厚t5は、非磁性層27,27の膜厚t1と同じである。
【0162】
非磁性層46,46上及びシード層43上には、下から順に、第1フリー磁性層28、非磁性材料層29、第2フリー磁性層30が積層されている。第2フリー磁性層30上には、非磁性層31が積層され、非磁性層31の両側端部31a,31a上には、強磁性層32,32、第2反強磁性層33,33、中間層34,34、電極層35,35がそれぞれトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。
【0163】
電極層35,35上及び非磁性層31の中央部31b上には、上部ギャップ層36、及び上部シールド層37が積層されている。
【0164】
図4は、本発明における第4の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。図4は図2の磁気検出素子に類似している。
【0165】
図4に示される磁気検出素子では、第1反強磁性層44,44が、表面が平坦面である下部シールド層41上及び下部ギャップ層42上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されている点で図2に示される磁気検出素子と異なっている。第1反強磁性層44,44、下部シールド層41、下部ギャップ層42、シード層43の材料は、第1反強磁性層25,25、下部シールド層21、下部ギャップ層22、シード層23の材料と同じである。
【0166】
一対の第1反強磁性層44,44は互いに、光学的トラック幅O−Twの間隔をあけて対向しており、中央部(トラック幅領域)C側の側面は傾斜面44a,44aである。また、中央部(トラック幅領域)Cの近傍における第1反強磁性層44,44の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、第1反強磁性層44の底面44bと傾斜面44aのなす角θ2を大きくすることが好ましい。具体的には、θ2が60°以上90°以下であることが好ましい。
【0167】
第1反強磁性層44,44上には、強磁性層45,45及び非磁性層46,46が積層されている。図4に示されるように、強磁性層45,45及び非磁性層46,46はトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。非磁性層46,46の膜厚t5は、非磁性層27,27の膜厚t1と同じである。
【0168】
非磁性層46,46上及びシード層43上には、下から順に、第1フリー磁性層28、非磁性材料層29、第2フリー磁性層30、第2反強磁性層50が形成されている。
【0169】
第2反強磁性層50のトラック幅方向の両側端部S,Sの膜厚t4は例えば80〜300Åであって反強磁性を示すので、第2フリー磁性層30の両側端部S,Sの磁化は強固に固定される。一方、第2反強磁性層50のトラック幅方向の中央部Cの膜厚t3は、例えば、5Å以上で50Å以下であって非反強磁性を示すか反強磁性を示しても非常に弱く、第2フリー磁性層30の中央部Cの磁化は外部磁界に対し磁化変動できる。
【0170】
第2反強磁性層50上には、中間層34、電極層35がそれぞれトラック幅方向に間隔をあけて形成され、電極層35上及び第2反強磁性層50の中央部C上には、上部ギャップ層36、及び上部シールド層37が積層されている。
【0171】
図3及び図4に示される磁気検出素子でも、図1及び図2に示される磁気検出素子と同様の効果が得られる。
【0172】
すなわち、磁気検出素子のトラック幅方向の中央部C(トラック幅領域)の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【0173】
また、第1反強磁性層44,44及び第2反強磁性層33,33または第2反強磁性層50への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【0174】
図5は、本発明における第5の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。図5は図1の磁気検出素子に類似している。
【0175】
図5の磁気検出素子には、第1フリー磁性層28の中央部Cの下面にスペキュラー層60が、第2フリー磁性層30の中央部Cの上面にスペキュラー層61が設けられている点で図1の磁気検出素子と異なっている。
【0176】
スペキュラー層60,61は、第1フリー磁性層28、第2フリー磁性層30を通過した伝導電子をスピン状態を維持したまま反射することによってその平均自由行程を延長するものである。スペキュラー層60,61が存在すると磁気検出素子の抵抗変化率が増加する。
【0177】
スペキュラー層60,61の材質としては、Fe−O、Ni−O、Co−O、Co−Fe−O、Co−Fe−Ni−O、Al−O、Al−Q−O(ここでQはB、Si、N、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選択される1種以上)、R−O(ここでRはCu、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上)、Al−N、Al−Q−N(ここでQはB、Si、O、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選択される1種以上)、R−N(ここでRはTi、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上)、半金属ホイッスラー合金などを提示できる。
【0178】
スペキュラー層60,61をスパッタ成膜するときは、例えば磁気検出素子が形成される基板の温度を0〜100℃とし、前記基板とスペキュラー層60,61の材料のターゲット間の距離を100〜300mmとし、Arガス圧を10-5〜5×10-3Torr(1.3×10-3〜0.67Pa)とする。
【0179】
ところで図1ないし図5に示す磁気検出素子は、電極層35,35から磁気検出素子内に流れる電流が、各層の膜面に対して平行な方向に流れるCIP(current in the plane)型の磁気検出素子と呼ばれる構造である。
【0180】
一方、本発明の磁気検出素子には、磁気検出素子の上下に電極層が設けられ、前記電極層から磁気検出素子内に流れる電流が各層の膜面に対し垂直方向に流れるCPP(current perpendicular to the plane)型と呼ばれる構造のものも含まれる。
【0181】
図6は、図2に示された磁気検出素子と同じ積層構造を有するCPP型の磁気検出素子を示す図である。
【0182】
図6に示される磁気検出素子が図2に示される磁気検出素子と異なる点は以下に示す2点である。すなわち、下部ギャップ層22が形成されずに、下部シールド層21がシード層23を介して第1フリー磁性層28と導通しており、この下部シールド層21が電極層を兼ねていることと、第2反強磁性層50の上にトラック幅方向に間隔を開けて一対の絶縁層62,62が積層されたその上に上部ギャップ層を介さずに上部シールド層37が積層されて、この上部シールド層37が電極層を兼ねている点である。
【0183】
同様にして、図1に示された磁気検出素子と同じ積層構造を有するCPP型の磁気検出素子を構成することができる。
【0184】
CPP型の磁気検出素子は、光学的トラック幅を0.1μm以下にしても高い磁気抵抗効果を発揮すると考えられており、狭トラック化に適した構造である。
【0185】
なお、図1から図6に示された磁気検出素子の第1フリー磁性層28の磁化方向と第2フリー磁性層30の磁化方向が、トラック幅方向から角度を持った方向にそろえられつつ、互いに交叉していてもよい。
【0186】
図1に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
図11から図15は図1の磁気検出素子の製造工程を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図11から図15において、図1の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【0187】
図11に示される工程では、図示しない基板上に下部シールド層21、下部ギャップ層22、シード層23をベタ膜状に成膜し、さらにシード層23の中央部(トラック幅領域)C上を覆うリフトオフ用のレジストR1を形成している。なお、図5に示されたスペキュラー層60を形成するときは、シード層23の上に成膜する。
【0188】
次に、イオンミリングによってシード層23、下部ギャップ層22及び下部シールド層21の両側端部S,Sを図11に示される点線に沿って削り、下部シールド層21に凹部を形成する。下部シールド層21に形成される凹部の側面と底面のなす角θ1は90°より大きく120°以下であることが好ましい。
【0189】
なお、図11工程におけるイオンミリングの入射角度は、シード層の表面に対して、例えば70°〜90°である。
【0190】
次に、図12工程では、レジスト層R1をシード層23上に残したまま、下部シールド層21に形成された凹部21a,21a内に絶縁層24,24、第1反強磁性層25,25、強磁性層26,26、非磁性層27,27をスパッタ法によって連続成膜する。スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか1種以上が使える。
【0191】
なお、絶縁層24,24成膜時のスパッタ入射角度は、シード層23の表面(または前記基板の表面)に対して、例えば30°〜70°であり、、第1反強磁性層25,25成膜時のスパッタ入射角度は、シード層23の表面(または前記基板の表面)に対して、例えば50°〜90°である。強磁性層26,26成膜時のスパッタ入射角度は、シード層23の表面(または前記基板の表面)に対して、例えば50°〜90°であり、非磁性層27,27成膜時のスパッタ入射角度は、シード層23の表面(または前記基板の表面)に対して、例えば50°〜90°である。
【0192】
また、絶縁層24,24の膜厚は50Å〜300Å、第1反強磁性層25,25の膜厚は80Å〜300Å、強磁性層26,26の膜厚は5Å〜50Å、非磁性層27,27の膜厚は3Å〜10Åである。
【0193】
非磁性層27の成膜後に、レジスト層R1を除去し、その後第1の磁場中アニールを行う。トラック幅方向(図示X方向)に第1の磁界を印加しつつ、第1の熱処理温度で熱処理し、第1反強磁性層25と強磁性層26との間に交換結合磁界を発生させて、強磁性層26の磁化を図示X方向に固定する。なお例えば第1の熱処理温度を270℃とし、磁界の大きさを800k(A/m)とする。
【0194】
また上記した第1の磁場中アニールによって、非磁性層27を構成するRuなどの貴金属元素またはCr元素が、強磁性層26内部に拡散するものと考えられる。従って熱処理後における強磁性層26の表面近くの構成元素は、強磁性層を構成する元素と貴金属元素とから構成される。また強磁性層26内部に拡散した貴金属元素またはCr元素は、強磁性層26の下面側よりも強磁性層26の表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組成比は、強磁性層26の表面から下面に向うに従って徐々に減るものと考えられる。このような組成変調は、SIMS分析装置や透過型電子顕微鏡(TEM)によるEDX分析など薄膜の化学組成を分析する装置で確認することが可能である。
【0195】
次に、レジスト層R1を除去し、シード層23の表面及び非磁性層27表面の酸化された部分を、イオンミリングで削って除去する。このイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、非磁性層27が3Å〜10Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているからである。
【0196】
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。
【0197】
これに対し、例えば従来用いられてきたTaを使用すると、このTaは厚い酸化層が形成されやすく、30Å〜50Å程度の厚い膜厚で形成しないと、十分にその下の層を酸化から保護できず、しかも、Ta膜の膜厚は酸化により約50Å以上にまで膨れ上がる。
【0198】
このような厚い膜厚のTa膜をイオンミリングで除くには、高エネルギーのイオンミリングでTa膜を除去する必要があり、高エネルギーのイオンミリングを使用すると、Ta膜のみが除去されるようにミリング制御することは非常に難しい。
【0199】
従って、Ta膜の下に形成されている強磁性層も深く削られ、イオンミリング時に使用されるArなどの不活性ガスが露出した強磁性層の表面から内部に入り込んだり、強磁性層の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生(Mixing効果)する。これらのダメージによって強磁性層の磁気特性が劣化しやすい。また、約50Å以上の膜厚を有するTa膜を低エネルギーのイオンミリングで削ると処理時間がかかりすぎて実用的でなくなる。また、Taは前記貴金属やCrに比べると、成膜時に下層の強磁性層に拡散浸入しやすく、Ta膜のみを削って除去できたとしても、露出した強磁性層表面には、Taが混入する。Taが混入した強磁性層は、磁気特性が劣化する。
【0200】
一方、本発明では、低エネルギーのイオンミリングによって非磁性層27を削ることができる。低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミリング止め位置のマージンを狭くすることが可能になる。特に、非磁性層27をイオンミリングで除去した瞬間にミリングを止めることも可能になる。従って、強磁性層26はイオンミリングによって大きなダメージを受けなくなる。なお、イオンミリングの入射角度は、シード層23表面(または前記基板の表面)に対する法線方向から20°〜70°にすることが好ましい。また、イオンミリングの処理時間は数秒から1分程である。
【0201】
なお、シード層23はTaによって形成されているが、この場合Taの表面に3Åから8Åのごく薄いRuなどの非磁性貴金属層をTaと連続であらかじめ成膜しておくと、Taの酸化を防げ、上記のイオンミリング工程で非磁性貴金属層を適切に除去できる。
【0202】
また、シード層がNiFeやNiFeCrで形成される場合はTaほどは酸化層が厚く成長しないので上記非磁性貴金属層を省略することができる。
【0203】
非磁性層27表面及びシード層23表面を削った後、図13に示されるように、第1フリー磁性層28、非磁性材料層29、第2フリー磁性層30、非磁性層31を真空中で連続成膜する。なお、図5に示されたスペキュラー層61を形成するときには、第2フリー磁性層30と非磁性層31の間に成膜する。
【0204】
図13の状態では、フリー磁性層28は中央部(トラック幅領域)Cの両側端部S,Sで、強磁性層26,26と非磁性層27,27を介したRKKY相互作用によって磁気的に結合して、第1フリー磁性層28が単磁区化される。前記非磁性層27の表面をけずるイオンミリングにおいて、非磁性層27,27の膜厚t1が6Å〜11Åにされると、フリー磁性層28の磁化方向はトラック幅方向(図示X方向)と反平行方向を向く。また、非磁性層27,27の膜厚t1が0.5Å〜6Åまたは非磁性層27,27が完全に除去されると、第1フリー磁性層28の磁化方向はトラック幅方向(図示X方向)と平行方向を向く。
【0205】
なお、例えば第1フリー磁性層28及び第2フリー磁性層30の膜厚は30Å〜50Å、非磁性材料層29の膜厚は16Å〜30Å、非磁性層31の膜厚は3Å〜10Åである。
【0206】
次に、図14に示されるように、非磁性層31のトラック幅方向の中央部31b上にレジスト層R2を形成し、非磁性層31のレジスト層R2に覆われない両側端部31a,31aの表面を、イオンミリングで削る。非磁性層31は3Å〜10Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているので、このイオンミリング工程でも前述の、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。図5に示されたスペキュラー層61を形成するときには、第2フリー磁性層30の両側端部S,S上のスペキュラー層61と非磁性層31を全て除去する。
【0207】
イオンミリング終了後、図15に示されるように、非磁性層31の両側端部31a,31a上、に強磁性層32,32、第2反強磁性層33,33、中間層34,34及び電極層35,35をスパッタ成膜する。
【0208】
次に、レジスト層R2を有機溶媒などで剥離(リフトオフ)した後、第2の磁場中アニールを行う。このときの磁場方向は、トラック幅方向に反平行方向である。なおこの第2の磁場中アニールは、第2の印加磁界を、第1反強磁性層25と強磁性層26間の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第1反強磁性層25のブロッキング温度よりも低くする。
【0209】
これによって第1反強磁性層25と強磁性層26間の交換異方性磁界の方向をトラック幅方向(図示X方向)に向けたまま、第2反強磁性層33と強磁性層32間の交換異方性磁界をトラック幅方向と反平行方向に向けることができる。
【0210】
なお第2の熱処理温度は例えば270℃であり、磁界の大きさは8〜30(kA/m)、例えば24k(A/m)である。
【0211】
第2の磁場中アニール後、第2フリー磁性層30の両側端部S,Sと、強磁性層32,32は、非磁性層31の両側端部31a,31aを介したRKKY相互作用またはピンホールを介した直接的な交換相互作用によって磁気的に結合し、第2フリー磁性層30が単磁区化される。
【0212】
強磁性層32,32の単位面積当たりの磁気モーメントが第2フリー磁性層30の単位面積当たりの磁気モーメントより大きい場合に、非磁性層31の両側端部31a,31aの表面をけずるイオンミリングにおいて、両側端部31a,31aの膜厚t2が6Å〜11Åにされると、第2フリー磁性層30の磁化方向はトラック幅方向(図示X方向)と平行方向を向く。
【0213】
反対に、第2フリー磁性層30の単位面積当たりの磁気モーメントが強磁性層32,32の単位面積当たりの磁気モーメントより大きく、非磁性層31の両側端部31a,31aの膜厚t2が6Å〜11Åである場合には、第2フリー磁性層30の磁化が第2の磁場中アニールの磁化方向(トラック幅方向に反平行方向)を向き、強磁性層32,32の磁化方向がトラック幅方向を向く。
【0214】
また、両側端部31a,31aの膜厚t2が0.5Å〜6Åであるかまたは両側端部31a,31aが完全に除去されると、第2フリー磁性層30の磁化方向はトラック幅方向(図示X方向)と反平行方向を向く。
【0215】
さらに、上部ギャップ層36及び上部シールド層37を形成すると、図1に示される磁気検出素子が形成される。
【0216】
なお、非磁性層27,27の膜厚t1と非磁性層31の両側端部31a,31aの膜厚t2を異ならせて、例えば、第1フリー磁性層28の磁化方向を強磁性層26,26の磁化方向と平行な方向に向かせ、第2フリー磁性層30の磁化方向を強磁性層32,32の磁化方向と反平行な方向に向かせるようにすると、強磁性層26,26と第1反強磁性層25,25の間に発生する交換異方性磁界と強磁性層32,32と第2反強磁性層33,33の間に発生する交換異方性磁界の向きを同じにしても、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30の磁化の向きを反平行方向にすることができる。すると、一回の磁場中アニールを行うだけで、第1フリー磁性層28と第2フリー磁性層30を、磁化方向が互いに反平行方向になるように単磁区化できる。
【0217】
図2に示される磁気検出素子を形成するときには、非磁性層27,27の表面の酸化層をイオンミリングによって除去した後、図16に示されるように、第1フリー磁性層28、非磁性材料層29、第2フリー磁性層30、第2反強磁性層50を連続成膜する。第2反強磁性層50は80〜300Åの膜厚で成膜する。
【0218】
第2反強磁性層50の上にトラック幅方向に間隔をあけて、中間層34,34及び電極層35,35を積層する。
【0219】
次に、第2の磁場中アニールを行う。このときの磁場方向は、トラック幅方向に反平行方向である。なおこの第2の磁場中アニールは、第2の印加磁界を、第1反強磁性層25と強磁性層26間の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第1反強磁性層25のブロッキング温度よりも低くする。
【0220】
これによって第1反強磁性層25と強磁性層26間の交換異方性磁界の方向をトラック幅方向(図示X方向)に向けたまま、第2反強磁性層50と第2フリー磁性層30間の交換異方性磁界をトラック幅方向と反平行方向に向けることができる。
【0221】
なお第2の熱処理温度は例えば270℃であり、磁界の大きさは8〜30(kA/m)、例えば24k(A/m)である。
【0222】
さらに、電極層35,35をマスクとして、第2反強磁性層50の中央部Cを、第2反強磁性層50の表面に対して80°〜90°の方向からのイオンミリングまたは反応性イオンエッチング(RIE)などによって削り込む。このとき、残される第2反強磁性層50の中央部Cの膜厚t3を5Å以上50Å以下にする。
【0223】
第2反強磁性層50の中央部Cの膜厚t3を5Å以上50Å以下にすると、第2反強磁性層50の中央部Cは非反強磁性を示すようになり、第2フリー磁性層30の中央部Cとの間に交換結合磁界が発生しなくなる。第2反強磁性層50の中央部Cのトラック幅方向幅寸法は、光学的トラック幅O−Twに等しくなっている。
【0224】
第2反強磁性層50の中央部Cの両側端部S,Sは成膜時の膜厚が維持されるので、第2の磁場中アニール後反強磁性を示し第2フリー磁性層30の両側端部S,Sの磁化方向を確実に固定することができる。
【0225】
すなわち、第2フリー磁性層30の中央部Cは、外部磁界が印加されない状態において、磁化方向が固定された両側端部S,Sにならって図示X方向と反平行方向に揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化する。
【0226】
なお、第2の磁場中アニールは、第2反強磁性層50の中央部を削った後に行う方が好ましい。
【0227】
また、第2反強磁性層50の中央部Cを削る工程において、図16では電極層35,35をマスクとして用いたが、第2反強磁性層上に無機絶縁材料からなるマスク層またはレジストからなるマスク層をトラック幅方向に間隔を開けて積層形成してもよい。無機絶縁材料またはレジストからなるマスク層を用いて第2反強磁性層50の中央部Cを削った時は、マスク層を除去した後に別途電極層35,35を形成する必要がある。
【0228】
また、図17に示されるように、第2フリー磁性層30と第2反強磁性層50の間に、非磁性層51及び強磁性層52を成膜し、図16工程と同様の工程で、第2反強磁性層50の中央部Cと強磁性層52の中央部Cを削って非磁性層51の中央部Cを露出させると、図18に示される磁気検出素子を得ることができる。
【0229】
非磁性層51及び強磁性層52の材料は、図1に示される磁気検出素子の非磁性層31及び強磁性層32の材料と同じである。また、非磁性層51の両側端部の膜厚t7と第2フリー磁性層30及び強磁性層52の磁化方向の関係は、図1に示される磁気検出素子における非磁性層31の両側端部31a,31aの膜厚t2と第2フリー磁性層30及び強磁性層32の磁化方向の関係と同じである。
【0230】
次に、図3及び図4に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。図19及び図20は図3及び図4の磁気検出素子の製造工程を示す製造方法を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図19及び図20において、図3及び図4の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【0231】
図19に示される工程では、図示しない基板上に下部シールド層41、下部ギャップ層42、シード層43、第1反強磁性層44、強磁性層45、非磁性層46をベタ膜状に成膜する。
【0232】
非磁性層46の成膜後、第1の磁場中アニールを行う。トラック幅方向(図示X方向)に第1の磁界を印加しつつ、第1の熱処理温度で熱処理し、第1反強磁性層44と強磁性層45との間に交換結合磁界を発生させて、強磁性層45の磁化を図示X方向に固定する。なお例えば第1の熱処理温度を270℃とし、磁界の大きさを800k(A/m)とする。
【0233】
また上記した第1の磁場中アニールによって、非磁性層46を構成するRuなどの貴金属元素またはCrが、強磁性層45内部に拡散するものと考えられる。従って熱処理後における強磁性層45の表面近くの構成元素は、強磁性層を構成する元素と貴金属元素またはCrとから構成される。また強磁性層45内部に拡散した貴金属元素またはCrは、強磁性層45の下面側よりも強磁性層45の表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組成比は、強磁性層45の表面から下面に向うに従って徐々に減るものと考えられる。このような組成変調は、SIMS分析装置や透過型電子顕微鏡(TEM)によるEDX分析など薄膜の化学組成を分析する装置で確認することが可能である。
【0234】
次に、図20に示されるごとく、非磁性層46上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対のレジスト層R3を形成する。
【0235】
次に、イオンミリングあるいは反応性イオンエッチング(RIE)によって非磁性層46、強磁性層45、第1反強磁性層44のレジスト層R3に挟まれた領域を点線に沿って削る。第1反強磁性層44,44のトラック幅方向の間隔で光学的トラック幅O−Twが決められる。
【0236】
すなわち、レジスト層R3,R3のトラック幅方向間隔とレジスト層R3の側面R3a、R3aの形状とイオンミリングの入射角度を調節することにより光学的トラック幅O−Twを任意に設定することができる。
【0237】
この方法を用いると、第1反強磁性層44の側面44aと底面44bの角度θ2を大きくすることが容易になり、両側端部S,Sのほぼ全ての領域で第1反強磁性層44の膜厚を厚くすることができて、フリー磁性層28の両側端部S,Sの磁化方向を強固に一方向に固定することができる。すなわち、サイドリーディングを低減できる。具体的には、θ2は60°以上90°以下であることが好ましい。
【0238】
次にレジスト層R3,R3を除去した後、シード層43の表面及び非磁性層46表面の酸化された部分を、前述の低エネルギーのイオンミリングで削って除去する。
【0239】
その後、図13工程から図15工程と同様の工程によって、第1フリー磁性層28、非磁性材料層29、第2フリー磁性層30、非磁性層31、強磁性層32、第2反強磁性層33,33、中間層34,34、電極層35,35を形成し、さらに上部ギャップ層36、上部シールド層37を形成する。
【0240】
なお、上述した磁気検出の製造方法において、第1の磁場中アニールの磁界印加方向と第2の磁場中アニールの磁界印加方向を互いに反平行方向にしたが、斜めに交叉する方向に向けてもよい。また、強磁性層32,32と第2フリー磁性層30の単位面積当たりの磁気モーメントを調節することによって、第1の磁場中アニールの磁界印加方向と第2の磁場中アニールの磁界印加方向を平行方向にすることも可能である。
【0241】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明の磁気検出素子は、前記第1フリー磁性層の下層には、前記第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第1反強磁性層が、また、前記第2フリー磁性層の上層には、前記第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第2反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されているものである。
【0242】
従って、本発明では、磁気検出素子の中央部(トラック幅領域)の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【0243】
また、前記第1反強磁性層及び前記第2反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【0244】
また、本発明は、上記のように、第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第1反強磁性層及び一対の前記第2反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されている磁気検出素子を具体的に作ることができるものとして提供するものである。
【0245】
前記第2フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に設けられた前記非磁性層は、本発明の磁気検出素子を実際に使用できるものとして形成したときに必然的に形成されるものである。
【0246】
上記構造の磁気検出素子を製造するとき、前記第2フリー磁性層上に積層される非磁性層は、成膜後一度大気中に曝露される。
【0247】
しかし、本発明では、前記非磁性層は、貴金属あるいはCr(クロム)を用いて形成されているので膜厚方向に酸化が進行しにくく、非磁性層の表面は酸化しないか、酸化しても酸化層の厚さはせいぜい3Å〜6Åである。
【0248】
従って、前記貴金属あるいはCrを用いて形成された前記非磁性層であれば、表面に形成された酸化層を除去するために、低エネルギーのイオンミリングを使用でき、第2フリー磁性層の磁気特性の劣化が抑えられるので、サイドリーディングの少ない狭トラック化に優れた磁気検出素子を得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の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図2】本発明の第2の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図3】本発明の第3の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図4】本発明の第4の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図5】本発明の第5の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図6】本発明の第6の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図7】ハードバイアス層が設けられた本発明の磁気検出素子の部分平面図、
【図8】ハードバイアス層が設けられた本発明の磁気検出素子の部分断面図、
【図9】本発明の磁気検出素子の動作原理を説明するための模式図、
【図10】本発明の磁気検出素子の動作原理を説明するための模式図、
【図11】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図12】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図13】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図14】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図15】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図16】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図17】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図18】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図19】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図20】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図21】従来の磁気検出素子の断面図、
【符号の説明】
21 下部シールド層
22 下部ギャップ層
23 シード層
24 絶縁層
25 第1反強磁性層
26 強磁性層
27 非磁性層
28 第1フリー磁性層
29 非磁性材料層
30 第2フリー磁性層
31 非磁性層
32 強磁性層
33、50 第2反強磁性層
34 中間層
35 電極層
36 上部ギャップ層
37 上部シールド層
C 中央部
S 両側端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic detection element used for a hard disk device, a magnetic sensor, and the like, and more particularly to a magnetic detection element suitable for narrowing gaps and capable of exhibiting a high magnetic field detection capability, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
FIG. 21 is a partial cross-sectional view of the structure of a conventional magnetic detection element as seen from the side facing the recording medium.
[0003]
[0004]
The first
[0005]
The magnetization direction of the pinned
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
A
[0007]
The gap length G of the shield type magnetic head is determined by the distance between the
[0008]
Here, in the magnetic detection element as shown in FIG. 21, the first
[0009]
In order to generate a sufficient exchange anisotropic magnetic field between the pinned
[0010]
Further, if the film thickness of the first
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a magnetic detection element capable of reducing the gap length and improving the magnetic field detection output, and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The magnetic detection element of the present invention isThe portion exhibiting the magnetoresistive effect is laminated in order of the first free magnetic layer, the nonmagnetic material layer, and the second free magnetic layer from the bottom, and the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are formed by an external magnetic field. When both the magnetization directions fluctuate, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes. It is a magnetic detection element to be taken out as a change or a voltage change,
A pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer is provided under the first free magnetic layer, and the second free magnetic layer is provided with the second antiferromagnetic layer. A pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the free magnetic layers are formed at intervals in the track width direction, and are not formed on the center of the second free magnetic layer in the track width direction. Magnetic layer is providedAnd
A bias layer made of a hard magnetic material is formed behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction via an insulating layer.It is characterized by being.
[0013]
In the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers and the pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are spaced apart in the track width direction. Open and formed. A center portion in the track width direction of the first free magnetic layer sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers and a track width direction of the second free magnetic layer sandwiched between the pair of second antiferromagnetic layers. In the central portion, the magnetization direction varies with an external magnetic field.
[0014]
In the present invention, both the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer are changed by an external magnetic field, and the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization of the second free magnetic layer This is a magnetoresistive effect type magnetic sensing element based on the principle that the electric resistance value changes as the relative angle of the direction changes.
[0015]
The magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are aligned in an antiparallel direction or a crossing direction with no external magnetic field applied.
[0016]
In the present invention, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are not formed above and below the central portion of the first free magnetic layer in the track width direction and the central portion of the second free magnetic layer.
[0017]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion (track width region) of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0018]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0019]
Further, according to the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers and the pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are respectively arranged in the track width direction. The present invention provides a magnetic detection element formed with a gap therebetween, which can be made specifically.
[0020]
The nonmagnetic layer provided on the center of the second free magnetic layer in the track width direction is inevitably formed when the magnetic detection element of the present invention is formed so that it can be actually used. .
[0021]
In the present invention, the film thickness of the nonmagnetic layer formed on the central portion of the second free magnetic layer in the track width direction can be 3 to 10 mm.
[0022]
Further, in the magnetic detection element of the present invention, the nonmagnetic material constituting the nonmagnetic layer is formed in the both-side end portions of the second free magnetic layer in the direction perpendicular to the film surface by being formed by a manufacturing method described later. It spreads so that the concentration decreases as it goes.
[0023]
The nonmagnetic layer may also be formed on both end portions of the second free magnetic layer. At this time, the film thickness of the nonmagnetic layer is thicker at the center in the track width direction than at both ends.
[0024]
In addition, when a pair of ferromagnetic layers are stacked with a gap in the track width direction between the second free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer, the second antiferromagnetic layer and the strong antiferromagnetic layer are stacked. The magnetic layer can be continuously formed, and the exchange coupling magnetic field generated between the second antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer can be increased. Thereby, the magnetization of the both end portions of the second free magnetic layer under the pair of ferromagnetic layers can be firmly fixed, and side reading can be reduced.
[0025]
In the present invention, the magnetization directions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer may be parallel or antiparallel.
[0026]
For example, the nonmagnetic layer having a thickness of 0.5 mm or more and 6 mm or less is provided between the both end portions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer, or the ferromagnetic layer is the second layer. When formed directly on both end portions of the free magnetic layer, the magnetization directions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer are parallel to each other.
[0027]
Alternatively, when the non-magnetic layer having a thickness of 6 mm or more and 11 mm or less is provided between both end portions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer, the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer The magnetization direction of is oriented antiparallel.
[0028]
The present invention also provides:The part that demonstrates the magnetoresistive effectOr downThe second1 Free magnetic layer,Non-magnetic material layeras well asSecond free magnetic layerAre stacked in this order,Magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer by an external magnetic fieldBoth of them change, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes, and the change in the electrical resistance value based on the change in the relative angle changes the current or Take out as voltage changeA magnetic sensing element,
A pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer are formed below the first free magnetic layer at intervals in the track width direction. A second antiferromagnetic layer for aligning the magnetization direction of the magnetic layer has a film thickness having non-antiferromagnetism on the central portion in the track width direction of the free magnetic layer, and on both end portions of the free magnetic layer. Is formed with an antiferromagnetic film thicknessAnd
A bias layer made of a hard magnetic material is formed behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction via an insulating layer.It is characterized by being.
[0029]
Also in the present invention, the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are aligned in an antiparallel direction or a crossing direction.
[0030]
In the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer is formed with an interval in the track width direction. Therefore, the first antiferromagnetic layer is not formed under the central portion in the track width direction of the first free magnetic layer that is sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers and whose magnetization direction varies due to an external magnetic field. . Further, the second antiferromagnetic layer for aligning the magnetization direction of the second free magnetic layer is formed with a thick film having antiferromagnetism only on both end portions of the free magnetic layer, and is formed by an external magnetic field. On the central portion in the track width direction of the free magnetic layer, which is a region in which the magnetization direction fluctuates, it is formed with a thin film thickness that exhibits non-antiferromagnetism.
[0031]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion (track width region) in the track width direction of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0032]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0033]
Since the film thickness of both end portions in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is, for example, 80 to 300 mm and exhibits antiferromagnetism, the magnetization direction of both end portions of the second free magnetic layer is firmly fixed. Is done. On the other hand, the film thickness of the central portion in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is, for example, 5 to 50 mm and exhibits non-antiferromagnetism, and the magnetization of the central portion of the second free magnetic layer is Magnetization can be changed with respect to an external magnetic field.
[0034]
In the present invention, the first antiferromagnetic layer may be formed on the lower shield layer or the lower gap layer having a flat surface with an interval in the track width direction.
[0035]
However, a lower gap layer made of a non-magnetic material or a lower shield layer made of a magnetic material is formed under the free magnetic layer, and a recess is formed on the surface of the lower gap layer or the lower shield layer with an interval in the track width direction. It is preferable that the first antiferromagnetic layer is formed in the recess.
[0036]
When the first antiferromagnetic layer is formed in the recess, the height of the step formed in the track width region and both end portions of the multilayer film constituting the magnetic sensing element can be reduced, and the magnetoresistive effect of the multilayer film can be reduced. This is preferable because the characteristics are stable.
[0037]
In the case where the first antiferromagnetic layer is formed in the recess formed in the lower shield layer, if an insulating layer is provided between the first antiferromagnetic layer and the lower shield layer, the sense This is preferable because current shunt loss can be reduced.
[0038]
In the present invention, a pair of ferromagnetic layers may be laminated between the first free magnetic layer and the first antiferromagnetic layer with an interval in the track width direction.
[0039]
In this case, an exchange anisotropic magnetic field is generated between the ferromagnetic layer and the first antiferromagnetic layer, and the magnetization direction of the ferromagnetic layer is fixed in a predetermined direction, generally in the track width direction. The The free magnetic layer is magnetically coupled to the ferromagnetic layer at both ends of the track width region, and the free magnetic layer is made into a single magnetic domain.
[0040]
In the present invention, the first antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer can be continuously formed, and the exchange coupling magnetic field generated between the first antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer can be increased. Thereby, the magnetization of the both end portions of the first free magnetic layer on the pair of ferromagnetic layers can be firmly fixed, and side reading can be reduced.
[0041]
A nonmagnetic layer may be formed between the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer.
[0042]
When a nonmagnetic layer is formed between the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer, the magnetization directions of the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer may be parallel to each other or antiparallel. You may face the direction.
[0043]
When the film thickness of the nonmagnetic layer is 0.5 mm or more and 6 mm or less, the magnetization directions of the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer are parallel to each other.
[0044]
In addition, when the film thickness of the nonmagnetic layer is 6 mm or more and 11 mm or less, the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer are antiparallel.
[0045]
The nonmagnetic layer formed between the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer and / or the nonmagnetic layer formed between the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer are Ru, Re, It is preferably formed of a noble metal composed of one or more of Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh and Cu, or composed of Cr.
[0046]
The nonmagnetic layer is once exposed to the atmosphere when actually producing the magnetic sensing element of the present invention. However, in the present invention, since the nonmagnetic layer is formed using a noble metal or Cr (chromium), the oxidation hardly proceeds in the film thickness direction, and the surface of the nonmagnetic layer is not oxidized or is oxidized. The thickness of the oxide layer is at most 3 to 6 mm. Therefore, the nonmagnetic layer formed using the noble metal or Cr exerts a stable RKKY interaction between the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer, or between the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer. be able to.
[0047]
In addition, if the nonmagnetic layer is formed using the noble metal or Cr, low energy ion milling can be used to remove the oxide layer formed on the surface, and the magnetization direction of the first free magnetic layer Degradation of the magnetic characteristics of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer for aligning the magnetic field can be suppressed, and a magnetic detection element excellent in narrowing the track can be obtained.
[0048]
Low energy ion milling has a slow milling rate and can reduce the margin of the milling stop position, so that it is easy to stop milling in the middle of the nonmagnetic layer, and the ferromagnetic layer and the second free layer. Damage to the magnetic layer can be reduced.
[0049]
The damage received by the ferromagnetic layer is, for example, that an inert gas such as Ar used during ion milling enters the inside from the exposed surface of the ferromagnetic layer or the surface portion of the ferromagnetic layer. The crystal structure is broken and lattice defects are generated (Mixing effect). These damages tend to deteriorate the magnetic properties of the surface portion of the ferromagnetic layer.
[0050]
If a bias layer made of a hard magnetic material is formed behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction via an insulating layer, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer It becomes easy to align the magnetization directions of the free magnetic layers in the crossing directions, the symmetry (asymmetry) of the output of the magnetic detection element is improved, and the magnetic field detection sensitivity is also improved.
[0051]
In addition, it is preferable that a specular layer that reflects the conduction electrons is formed below the central portion of the first free magnetic layer in the track width direction while the spin state of the conduction electrons of the sense current is preserved. The specular layer is also preferably formed on the central portion of the second free magnetic layer in the track width direction.
[0052]
The method of manufacturing the magnetic detection element of the present invention includes:
(a) A pair of first antiferromagnetic layers are formed on the substrate at intervals in the track width direction, and a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer made of noble metal or Cr are continuously formed on the first antiferromagnetic layer. Forming a film;
(B) performing annealing in a first magnetic field to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, and fixing the magnetization direction of the ferromagnetic layer in a predetermined direction;
(C) scraping part or all of the nonmagnetic layer formed on the first antiferromagnetic layer;
(D) First in order from the bottom on the nonmagnetic layer or the ferromagnetic layer formed on the pair of first antiferromagnetic layers and on a region sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers. A step of continuously forming a multilayer film having a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a second free magnetic layer, and a nonmagnetic layer made of noble metal or Cr;
(E) scraping both end portions of the nonmagnetic layer formed on the second free magnetic layer, and at this time, leaving part of both end portions of the nonmagnetic layer;
(F) forming a second antiferromagnetic layer on both side edges of the remaining nonmagnetic layer;
(G) A step of performing annealing in a second magnetic field to fix the magnetization of both end portions of the second free magnetic layer in a direction antiparallel to or intersecting with the magnetization direction of the first free magnetic layer.And having
Further, after the step (g), there is a step of forming a bias layer made of a hard magnetic material via an insulating layer behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction. It is what.
[0053]
In the magnetic sensing element formed according to the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers and the pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer include: Each is formed at an interval in the track width direction. A center portion in the track width direction of the first free magnetic layer sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers and a track width direction of the second free magnetic layer sandwiched between the pair of second antiferromagnetic layers. In the central portion, the magnetization direction varies with an external magnetic field. As a result, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes, and the electrical resistance value changes.
[0054]
The magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are aligned in an antiparallel direction or a crossing direction with no external magnetic field applied.
[0055]
In the magnetic sensing element formed according to the present invention, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are formed above and below the central portion of the first free magnetic layer in the track width direction and the central portion of the second free magnetic layer. A ferromagnetic layer is not formed.
[0056]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion (track width region) of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0057]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0058]
The nonmagnetic layer laminated on the first antiferromagnetic layer in the step (a) and the nonmagnetic layer laminated on the second free magnetic layer in the step (d) Exposed inside. However, in the present invention, since the nonmagnetic layer is formed using a noble metal or Cr (chromium), the oxidation hardly proceeds in the film thickness direction, and the surface of the nonmagnetic layer is not oxidized or is oxidized. The thickness of the oxide layer is at most 3 to 6 mm.
[0059]
Therefore, in the nonmagnetic layer formed using the noble metal or Cr, low energy ion milling is performed in the steps (c) and (e) in order to remove the oxide layer formed on the surface. The magnetic characteristics of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer can be suppressed, and a magnetic detecting element excellent in narrowing the track can be obtained. It has become.
[0060]
Low energy ion milling has a slow milling rate and can reduce the margin of the milling stop position, so that it is easy to stop milling in the middle of the nonmagnetic layer, and the ferromagnetic layer and the second free layer. Damage to the magnetic layer can be reduced.
[0061]
The damage received by the ferromagnetic layer is, for example, that an inert gas such as Ar used during ion milling enters the inside from the exposed surface of the ferromagnetic layer or the surface portion of the ferromagnetic layer. The crystal structure is broken and lattice defects are generated (Mixing effect). These damages tend to deteriorate the magnetic properties of the surface portion of the ferromagnetic layer.
[0062]
Note that 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 100V to 500V is used. In this embodiment, an argon (Ar) ion beam having a low beam voltage of 200 V is used.
[0063]
For this reason, low energy ion milling can be used, and it is possible to effectively manufacture a magnetic detecting element excellent in narrowing the track.
[0064]
In the present invention, since low energy ion milling can be used for removing the nonmagnetic layer, the step (e)TheAll the end portions on both sides of the nonmagnetic layer formed on the second free magnetic layer are removed.Instead of the processEven if the surfaces of both end portions of the second free magnetic layer are exposed, it is possible to suppress the crystal structure of the surface portion of the second free magnetic layer from being broken and to generate lattice defects (Mixing effect). ), The second antiferromagnetic layer can be formed directly on both end portions of the exposed second free magnetic layer.
[0065]
In the present invention, in the step (f), a pair of ferromagnetic layers is formed on both end portions of the nonmagnetic layer or on both end portions of the second free magnetic layer, and the pair of ferromagnetic layers is formed. It is preferable to continuously form the second antiferromagnetic layer on the layer.
[0066]
Since a strong exchange coupling magnetic field is generated between the pair of ferromagnetic layers formed continuously and the second antiferromagnetic layer, the side reading of the formed magnetic detection element can be reduced.
[0067]
In the step (a) and / or the step (d), the noble metal forming the nonmagnetic layer is, for example, any one of Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh, and Cu. Or it consists of 2 or more types.
[0068]
In the present invention, the nonmagnetic layer laminated on the first antiferromagnetic layer in the step (a) and the nonmagnetic layer laminated on the second free magnetic layer in the step (d) Since it is formed of Cr, it exhibits a sufficient antioxidant effect even if the nonmagnetic layer is thin.
[0069]
Therefore, in the step (a) and / or the step (d), the nonmagnetic layer can be formed with a thickness of 3 to 10 mm.
[0070]
In the step (c), the nonmagnetic layer having a film thickness in which the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer is parallel may be left, or the film thickness in the antiparallel direction may be left. The nonmagnetic layer may be left.
[0071]
For example, in the step (c), if the nonmagnetic layer on the first antiferromagnetic layer is left with a thickness of 0.5 to 6 mm, the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer Becomes a parallel direction, and if the nonmagnetic layer on the first antiferromagnetic layer is left in a thickness of 6 to 11 mm, the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer become antiparallel. .
[0072]
Alternatively, in the step (e), the nonmagnetic layer having a film thickness in which the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer is parallel may be left, or the film thickness in the antiparallel direction may be left. The nonmagnetic layer may be left.
[0073]
For example, if the non-magnetic layer on the second free magnetic layer is left with a thickness of 0.5 to 6 mm, the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer become parallel, and the first 2 If the nonmagnetic layer on the free magnetic layer is left in a thickness of 6 to 11 mm, the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer become antiparallel.
[0074]
In the present invention, when the precious metal or Cr (chromium) is partially removed, the nonmagnetic layer can use the above-described low energy ion milling, so that the crystal structure of the remaining surface of the nonmagnetic layer is used. Etc., and a stable RKKY interaction can be exerted between the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer, or between the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer.
[0075]
In addition, before the step (a),
A lower shield layer made of a magnetic material having a flat surface is formed, and in the step (a), the pair of first antiferromagnetic layers is formed above the lower shield layer via a lower gap layer. May be.
[0076]
However, before the step (a), a lower shield layer made of a magnetic material or a lower gap layer made of an insulating material having a recess formed on the surface with a gap in the track width direction is formed. In the process, when the first antiferromagnetic layer is formed in the concave portion, the height of the step formed in the track width region and both end portions of the multilayer film constituting the magnetic detection element can be reduced, and the magnetoresistance of the multilayer film is reduced. It is preferable because the effect characteristics are stable.
[0077]
In the case where the first antiferromagnetic layer is formed in the recess formed in the lower shield layer, an insulating layer is provided on the lower shield layer before the step (a), and the (a In the step), it is preferable to form the first antiferromagnetic layer on the insulating layer because a magnetic sensing element capable of reducing the shunt loss of the sense current can be formed.
[0078]
Further, after the step (g), a bias layer made of a hard magnetic material can be formed behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction via an insulating layer. .
[0079]
In the present invention, it is preferable that a specular layer is formed on the lower gap layer on the lower shield layer, and the first free magnetic layer is formed on the specular layer in the step (d).
[0080]
In the step (d), a specular layer is formed between the second free magnetic layer and the nonmagnetic layer made of noble metal or Cr,
Step (e)TheThe side edges of the nonmagnetic layer and the specular layer are removed.Instead of
In the step (f), a second antiferromagnetic layer is formed on both end portions of the second free magnetic layer or the ferromagnetic layer.RukoAre more preferable.
[0081]
In the present invention, instead of the step (d) and the steps (e) and (f)
(H) In order from the bottom on the nonmagnetic layer or the ferromagnetic layer formed on the pair of first antiferromagnetic layers and on the region sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers. A step of continuously forming a multilayer film having a first free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a second free magnetic layer, and a second antiferromagnetic layer;
(I) A step of shaving a central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction so that a film thickness of the central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction is set to a thickness showing non-antiferromagnetism. You may have.
[0082]
In the magnetic sensing element formed according to the present invention, a pair of the first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer are formed at intervals in the track width direction. The second antiferromagnetic layer for aligning the magnetization direction is a region formed with a thick film thickness having antiferromagnetism only on both end portions of the free magnetic layer, and the magnetization direction is changed by an external magnetic field. On the central portion of the free magnetic layer in the track width direction, it is formed with a thin film thickness that exhibits non-antiferromagnetism.
[0083]
Therefore, the magnetic detecting element formed according to the present invention can reduce the total film thickness of the central portion (track width region) in the track width direction of the magnetic detecting element, and can promote the narrowing of the reproducing magnetic head.
[0084]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0085]
In the step (i), it is preferable that the thickness of the central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction is 5 to 50 mm.
[0086]
Since the film thickness of both end portions in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is, for example, 80 to 300 mm and exhibits antiferromagnetism, the magnetization direction of both end portions of the second free magnetic layer is firmly fixed. Is done. On the other hand, when the film thickness of the center portion in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is, for example, 5 to 50 mm, it exhibits non-antiferromagnetism, and the magnetization of the center portion of the second free magnetic layer is Magnetization can be changed against an external magnetic field.
[0087]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the first embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0088]
The magnetic detection element shown in FIG. 1 is an MR head for reproducing an external signal recorded on a recording medium. The surface facing the recording medium is, for example, a plane perpendicular to the film surface of the thin film constituting the magnetic detection element and parallel to the track width direction of the magnetic detection element. In FIG. 1, the surface facing the recording medium is a plane parallel to the XZ plane.
[0089]
When the magnetic detection element is used for a floating magnetic head, the surface facing the recording medium is a so-called ABS surface.
[0090]
The magnetic detection element is, for example, alumina-titanium carbide (Al2OThree-TiC) formed on the trailing end face of the slider. The slider is bonded to an elastically deformable support member made of stainless steel or the like on the side opposite to the surface facing the recording medium to constitute a magnetic head device.
[0091]
The track width direction is the width direction of a region where the magnetization direction varies due to an external magnetic field, that is, the X direction in the drawing.
[0092]
The recording medium faces the surface of the magnetic detection element facing the recording medium, and moves in the Z direction shown in the figure. The direction of the leakage magnetic field from the recording medium is the Y direction shown in the figure.
[0093]
Further, a recording inductive head may be laminated on the reproducing MR head shown in FIG.
[0094]
In FIG. 1, a
[0095]
Insulating layers 24, 24 are formed in the
[0096]
A seed layer made of NiFe, NiFeCr, Cr or the like is formed on the insulating
[0097]
Further, on the
[0098]
A
[0099]
An
[0100]
The
[0101]
The
[0102]
The first
[0103]
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but undergo structural transformation to a CuAuI-type ordered face-centered tetragonal structure (fct) by heat treatment.
[0104]
The film thicknesses of the first
[0105]
Here, in the PtMn alloy and the X-Mn alloy for forming the antiferromagnetic layer, Pt or X is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X—Mn, it is more preferable that Pt or X is in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by means the following.
[0106]
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%. Further, 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 elements of Pd, Ir, Rh, Ru, and Os, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 40 at%.
[0107]
By using these alloys and heat-treating them, an antiferromagnetic layer that generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained. In particular, in the case of a PtMn alloy, the excellent first
[0108]
In the present invention, the first
[0109]
The
[0110]
The
[0111]
In particular, when the
[0112]
The first free
[0113]
The first free
[0114]
Alternatively, the first free
[0115]
The
[0116]
The electrode layers 35 and 35 can be formed using W, Ta, Cr, Cu, Rh, Ir, Ru, Au, or the like as a material. The film thickness of the electrode layers 35 and 35 is 300 to 1000 mm.
[0117]
In the magnetic detection element shown in FIG. 1,
[0118]
In this case, an exchange anisotropic magnetic field is generated between the
[0119]
On the other hand, both
[0120]
In this case, an exchange anisotropic magnetic field is generated between the
[0121]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the film thickness t1 of the
[0122]
Further, the film thickness t2 of both
[0123]
Further, when the film thickness t1 of the
[0124]
When the film thickness t2 of both
[0125]
The film thickness t1 of the
[0126]
The magnetizations of the first free
[0127]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, first
[0128]
The principle by which the magnetic detection element shown in FIG. 1 detects an external magnetic field will be described.
FIG. 9 is a schematic plan view of the central portion C of the first free
[0129]
When the external magnetic field H is applied in the Y direction in the figure, both the magnetization direction of the first free
[0130]
However, when the magnetization directions of the first free
[0131]
As a method for crossing the magnetization directions of the first free
[0132]
In FIG. 7, the laminated portion of the first free
[0133]
Between the laminated portion A and the
[0134]
The
[0135]
In the present invention, the pair of first
[0136]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion C (track width region) of the magnetic detection element can be reduced, and the gap length G1 can be reduced. The gap length G1 is a distance between the
[0137]
Further, since the shunting of the sense current to the first
[0138]
When the magnetic sensing element of the present invention is formed so that it can be actually used, the nonmagnetic layer 31 (the
[0139]
The film thickness of the nonmagnetic layer 31 (the
[0140]
In addition, the magnetic detection element of the present invention is formed by a manufacturing method described later, so that the nonmagnetic material constituting the
[0141]
When the first
[0142]
Further, the side reading can be further reduced when the thickness of the first
[0143]
In FIG. 1, the recesses in which the first
[0144]
The
[0145]
In addition, the
[0146]
Low energy ion milling has a slow milling rate, and it is possible to narrow the margin of the milling stop position. Therefore, it becomes easy to stop milling in the middle of the
[0147]
The damage received by the
[0148]
Note that 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 100V to 500V is used. In this embodiment, an argon (Ar) ion beam having a low beam voltage of 200 V is used.
[0149]
FIG. 2 is a partial sectional view of the magnetic detection element according to the second embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0150]
The magnetic detection element shown in FIG. 2 is different from the magnetic detection element of FIG. 1 in that a second
[0151]
In FIG. 2, a second
[0152]
Also in the present invention, the magnetization directions of the first free
[0153]
Since the film thickness t4 of both side ends S, S in the track width direction of the second
[0154]
The magnetic detection element shown in FIG. 2 can achieve the same effect as the magnetic detection element shown in FIG.
[0155]
That is, the entire film thickness of the central portion C (track width region) in the track width direction of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0156]
Also, since the sense current diversion to the first
[0157]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the third embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. FIG. 3 is similar to the magnetic sensing element of FIG.
[0158]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 3, the first
[0159]
The materials of the first
[0160]
The pair of first
[0161]
Ferromagnetic layers 45 and 45 and
[0162]
On the
[0163]
An
[0164]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the fourth embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. FIG. 4 is similar to the magnetic sensing element of FIG.
[0165]
In the magnetic detection element shown in FIG. 4, the first
[0166]
The pair of first
[0167]
Ferromagnetic layers 45 and 45 and
[0168]
On the
[0169]
Since the film thickness t4 of both side ends S, S in the track width direction of the second
[0170]
On the second
[0171]
The magnetic detection element shown in FIGS. 3 and 4 can provide the same effect as the magnetic detection element shown in FIGS.
[0172]
That is, the entire film thickness of the central portion C (track width region) in the track width direction of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0173]
Further, since the sense current can be diverted to the first
[0174]
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the fifth embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. FIG. 5 is similar to the magnetic sensing element of FIG.
[0175]
In the magnetic detection element of FIG. 5, the
[0176]
The
[0177]
As the material of the
[0178]
When the
[0179]
1 to 5, the CIP (current in the plane) type magnetic current flows from the electrode layers 35 and 35 into the magnetic detection element in a direction parallel to the film surface of each layer. It is a structure called a detection element.
[0180]
On the other hand, in the magnetic detection element of the present invention, electrode layers are provided above and below the magnetic detection element, and a current flowing from the electrode layer into the magnetic detection element flows in a direction perpendicular to the film surface of each layer. The plane) type is also included.
[0181]
FIG. 6 is a diagram showing a CPP type magnetic sensing element having the same stacked structure as the magnetic sensing element shown in FIG.
[0182]
The magnetic detection element shown in FIG. 6 is different from the magnetic detection element shown in FIG. 2 in the following two points. That is, the
[0183]
Similarly, a CPP type magnetic sensing element having the same laminated structure as the magnetic sensing element shown in FIG. 1 can be formed.
[0184]
The CPP type magnetic sensing element is considered to exhibit a high magnetoresistance effect even when the optical track width is 0.1 μm or less, and has a structure suitable for narrowing the track.
[0185]
While the magnetization direction of the first free
[0186]
A method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1 will be described.
11 to 15 are process diagrams showing the manufacturing process of the magnetic sensing element of FIG. 1, and each process is shown in a partial sectional view as seen from the side facing the recording medium. In FIGS. 11 to 15, layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are made of the same material.
[0187]
In the process shown in FIG. 11, the
[0188]
Next, both side ends S, S of the
[0189]
In addition, the incident angle of the ion milling in the step of FIG. 11 is, for example, 70 ° to 90 ° with respect to the surface of the seed layer.
[0190]
Next, in the step of FIG. 12, the insulating
[0191]
The sputtering incident angle during the formation of the insulating
[0192]
The insulating layers 24 and 24 have a thickness of 50 to 300 mm, the first
[0193]
After the formation of the
[0194]
In addition, it is considered that noble metal elements such as Ru or Cr elements constituting the
[0195]
Next, the resist layer R1 is removed, and the oxidized portions of the surface of the
[0196]
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 100V to 500V is used. In this embodiment, an argon (Ar) ion beam having a low beam voltage of 200 V is used.
[0197]
On the other hand, for example, when Ta which has been used conventionally is used, a thick oxide layer is easily formed, and unless it is formed with a thickness of about 30 to 50 mm, the layer below it can be sufficiently protected from oxidation. Moreover, the thickness of the Ta film swells to about 50 mm or more due to oxidation.
[0198]
In order to remove such a thick Ta film by ion milling, it is necessary to remove the Ta film by high energy ion milling. When using high energy ion milling, only the Ta film is removed. Milling control is very difficult.
[0199]
Therefore, the ferromagnetic layer formed under the Ta film is also deeply cut, and an inert gas such as Ar used during ion milling enters inside from the exposed surface of the ferromagnetic layer, or the surface of the ferromagnetic layer. The crystal structure of the part is broken, and lattice defects are generated (Mixing effect). These damages tend to degrade the magnetic properties of the ferromagnetic layer. Further, if a Ta film having a thickness of about 50 mm or more is shaved by low energy ion milling, it takes too much processing time and becomes impractical. Further, Ta is more easily diffused and penetrated into the lower ferromagnetic layer during film formation than the noble metals and Cr, and even if only the Ta film can be removed by shaving, Ta is mixed into the exposed ferromagnetic layer surface. To do. Magnetic properties of the ferromagnetic layer mixed with Ta deteriorate.
[0200]
On the other hand, in the present invention, the
[0201]
The
[0202]
When the seed layer is formed of NiFe or NiFeCr, the nonmagnetic noble metal layer can be omitted because the oxide layer does not grow as thick as Ta.
[0203]
After scraping the surface of the
[0204]
In the state of FIG. 13, the free
[0205]
For example, the first free
[0206]
Next, as shown in FIG. 14, a resist layer R2 is formed on the
[0207]
After completion of the ion milling, as shown in FIG. 15, the
[0208]
Next, the resist layer R2 is peeled off (lifted off) with an organic solvent or the like, and then annealed in a second magnetic field. The magnetic field direction at this time is antiparallel to the track width direction. In this second magnetic field annealing, the second applied magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field between the first
[0209]
As a result, the direction of the exchange anisotropic magnetic field between the first
[0210]
The second heat treatment temperature is, for example, 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 8 to 30 (kA / m), for example, 24 k (A / m).
[0211]
After annealing in the second magnetic field, both end portions S and S of the second free
[0212]
In ion milling that damages the surfaces of both
[0213]
On the contrary, the magnetic moment per unit area of the second free
[0214]
Further, when the film thickness t2 of both
[0215]
Further, when the
[0216]
Note that the film thickness t1 of the
[0217]
When the magnetic detection element shown in FIG. 2 is formed, after the oxide layer on the surface of the
[0218]
The
[0219]
Next, annealing in the second magnetic field is performed. The magnetic field direction at this time is antiparallel to the track width direction. In this second magnetic field annealing, the second applied magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field between the first
[0220]
As a result, the second
[0221]
The second heat treatment temperature is, for example, 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 8 to 30 (kA / m), for example, 24 k (A / m).
[0222]
Further, ion milling or reactivity of the central portion C of the second
[0223]
When the thickness t3 of the central portion C of the second
[0224]
Since both end portions S and S of the central portion C of the second
[0225]
That is, the central portion C of the second free
[0226]
Note that the second annealing in the magnetic field is preferably performed after the central portion of the second
[0227]
In the step of cutting the central portion C of the second
[0228]
Also, as shown in FIG. 17, a nonmagnetic layer 51 and a
[0229]
The materials of the nonmagnetic layer 51 and the
[0230]
Next, a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIGS. 3 and 4 will be described. 19 and 20 are process diagrams showing a manufacturing method showing manufacturing processes of the magnetic sensing element of FIGS. 3 and 4, and each process is shown in a partial cross-sectional view seen from the side facing the recording medium. . In FIGS. 19 and 20, the same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 are made of the same material.
[0231]
In the process shown in FIG. 19, the
[0232]
After the formation of the
[0233]
Further, it is considered that the noble metal element such as Ru or Cr constituting the
[0234]
Next, as shown in FIG. 20, a pair of resist layers R3 are formed on the
[0235]
Next, the region sandwiched between the resist layer R3 of the
[0236]
That is, the optical track width O-Tw can be arbitrarily set by adjusting the distance in the track width direction of the resist layers R3 and R3, the shape of the side surfaces R3a and R3a of the resist layer R3, and the incident angle of ion milling.
[0237]
When this method is used, it becomes easy to increase the angle θ2 between the
[0238]
Next, after removing the resist layers R3 and R3, the oxidized portions of the surface of the
[0239]
Thereafter, the first free
[0240]
In the magnetic detection manufacturing method described above, the magnetic field application direction of the first in-magnetic field annealing and the magnetic field application direction of the second in-magnetic field annealing are antiparallel to each other. Good. Further, by adjusting the magnetic moment per unit area of the
[0241]
【The invention's effect】
In the magnetic sensing element of the present invention described in detail above, a pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer is provided below the first free magnetic layer, On the second free magnetic layer, a pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the second free magnetic layer are formed at intervals in the track width direction.
[0242]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion (track width region) of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0243]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0244]
Further, according to the present invention, as described above, the pair of first antiferromagnetic layers and the pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer include: It is intended to provide a magnetic detection element that is formed with a gap in the track width direction.
[0245]
The nonmagnetic layer provided on the center of the second free magnetic layer in the track width direction is inevitably formed when the magnetic detection element of the present invention is formed so that it can be actually used. .
[0246]
When manufacturing the magnetic sensing element having the above structure, the nonmagnetic layer laminated on the second free magnetic layer is once exposed to the atmosphere after film formation.
[0247]
However, in the present invention, since the nonmagnetic layer is formed using a noble metal or Cr (chromium), the oxidation hardly proceeds in the film thickness direction, and the surface of the nonmagnetic layer is not oxidized or is oxidized. The thickness of the oxide layer is at most 3 to 6 mm.
[0248]
Therefore, if the nonmagnetic layer is formed using the noble metal or Cr, low energy ion milling can be used to remove the oxide layer formed on the surface, and the magnetic characteristics of the second free magnetic layer can be used. Therefore, it is possible to obtain a magnetic detecting element excellent in narrowing the track with little side reading.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a sectional view of a magnetic sensing element according to a fifth embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a sectional view of a magnetic sensing element according to a sixth embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a partial plan view of a magnetic sensing element of the present invention provided with a hard bias layer;
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensing element of the present invention provided with a hard bias layer;
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the magnetic detection element of the present invention;
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the magnetic detection element of the present invention;
FIG. 11 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 12 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 13 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 14 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 15 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 16 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 17 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 18 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 19 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 20 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 21 is a cross-sectional view of a conventional magnetic detection element;
[Explanation of symbols]
21 Lower shield layer
22 Lower gap layer
23 Seed layer
24 Insulating layer
25 First antiferromagnetic layer
26 Ferromagnetic layer
27 Nonmagnetic layer
28 First Free Magnetic Layer
29 Non-magnetic material layer
30 Second free magnetic layer
31 Nonmagnetic layer
32 Ferromagnetic layer
33, 50 Second antiferromagnetic layer
34 Middle layer
35 Electrode layer
36 Upper gap layer
37 Upper shield layer
C Central part
S Both ends
Claims (44)
前記第1フリー磁性層の下層には、前記第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第1反強磁性層が、また、前記第2フリー磁性層の上層には、前記第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第2反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されており、前記第2フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に非磁性層が設けられており、
前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。 Portion exhibits a magnetoresistive effect, or below et first free magnetic layer are laminated in this order of the non-magnetic material layer and the second free magnetic layer, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer by the external magnetic field As a result, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes, and a change in the electric resistance value based on the change in the relative angle is caused. It is a magnetic detection element that is taken out as a current change or a voltage change ,
A pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer is provided under the first free magnetic layer, and the second free magnetic layer is provided with the second antiferromagnetic layer. A pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the free magnetic layers are formed at intervals in the track width direction, and are not formed on the center of the second free magnetic layer in the track width direction. A magnetic layer is provided ,
A magnetic sensing element, wherein a bias layer made of a hard magnetic material is formed behind an insulating layer behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction .
前記第1フリー磁性層の下層には、前記第1フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第1反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成され、また、前記第2フリー磁性層の磁化方向をそろえるための第2反強磁性層が、前記フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上には非反強磁性を有する膜厚で、前記フリー磁性層の両側端部上には反強磁性を有する膜厚で形成されており、
前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。 Portion exhibits a magnetoresistive effect, or below et first free magnetic layer are laminated in this order of the non-magnetic material layer and the second free magnetic layer, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer by the external magnetic field As a result, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes, and a change in the electric resistance value based on the change in the relative angle is caused. It is a magnetic detection element that is taken out as a current change or a voltage change ,
A pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer are formed below the first free magnetic layer at intervals in the track width direction. A second antiferromagnetic layer for aligning the magnetization direction of the magnetic layer has a film thickness having non-antiferromagnetism on the central portion in the track width direction of the free magnetic layer, and on both end portions of the free magnetic layer. Is formed with an antiferromagnetic film thickness ,
A magnetic sensing element, wherein a bias layer made of a hard magnetic material is formed behind an insulating layer behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction .
(b)第1の磁場中アニールを施して、前記第1反強磁性層と前記強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記強磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、
(c)前記第1反強磁性層上に形成された前記非磁性層を一部または全部削る工程と、
(d)前記一対の第1反強磁性層の上に形成された前記非磁性層または前記強磁性層上及び前記一対の第1反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に第1フリー磁性層と非磁性材料層と第2フリー磁性層及び貴金属またはCrからなる非磁性層を有する多層膜を連続成膜する工程と、
(e)前記第2フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層の両側端部を削り、このとき前記非磁性層の両側端部を一部残す工程と、
(f)前記残された前記非磁性層の両側端部上に第2反強磁性層を形成する工程と、
(g)第2の磁場中アニールを施し、前記第2フリー磁性層の両側端部の磁化を前記第1フリー磁性層の磁化方向と反平行方向あるいは交叉する方向に固定する工程と、を有し、
さらに、前記(g)工程の後、前記第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。 (A ) A pair of first antiferromagnetic layers are formed on the substrate at intervals in the track width direction, and a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer made of noble metal or Cr are formed on the first antiferromagnetic layer. A process of continuously forming a film;
(B) performing annealing in a first magnetic field to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, and fixing the magnetization direction of the ferromagnetic layer in a predetermined direction;
(C) scraping part or all of the nonmagnetic layer formed on the first antiferromagnetic layer;
(D) First in order from the bottom on the nonmagnetic layer or the ferromagnetic layer formed on the pair of first antiferromagnetic layers and on a region sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers. A step of continuously forming a multilayer film having a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a second free magnetic layer, and a nonmagnetic layer made of noble metal or Cr;
(E) scraping both end portions of the nonmagnetic layer formed on the second free magnetic layer, and at this time, leaving part of both end portions of the nonmagnetic layer;
(F) forming a second antiferromagnetic layer on both side edges of the remaining nonmagnetic layer;
(G) subjecting the second field annealing, have a, a step of fixing the direction of magnetization of the two side portions antiparallel direction or crossing the magnetization direction of the first free magnetic layer of the second free magnetic layer And
Further, after the step (g), there is a step of forming a bias layer made of a hard magnetic material via an insulating layer behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction. A method for manufacturing a magnetic sensing element.
表面が平坦面である磁性材料からなる下部シールド層を形成し、前記(a)工程において、この下部シールド層の上層に下部ギャップ層を介して、前記一対の第1反強磁性層を形成する請求項25ないし32のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Before the step (a),
A lower shield layer made of a magnetic material having a flat surface is formed, and in the step (a), the pair of first antiferromagnetic layers are formed above the lower shield layer via a lower gap layer. the method of manufacturing a magnetic detection device according to any one of claims 25 to 32.
前記(e)工程を、前記非磁性層及び前記スペキュラー層の両側端部を削る工程に代え、
前記(f)工程において前記第2フリー磁性層または前記強磁性層の両側端部上に第2反強磁性層を形成する請求項25ないし36のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。In the step (d), a specular layer is formed between the second free magnetic layer and the nonmagnetic layer made of noble metal or Cr,
Wherein the step (e), instead of the that cutting the both side ends of the non-magnetic layer and the specular layer step,
Manufacturing a magnetic sensing element according to any one of (f) to 請 Motomeko 25 without that form a second antiferromagnetic layer on the second free magnetic layer or the upper both ends of the ferromagnetic layer in the step 36 Method.
(h)前記一対の第1反強磁性層の上に形成された前記非磁性層または前記強磁性層上、及び前記一対の第1反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に第1フリー磁性層と非磁性材料層と第2フリー磁性層、及び第2反強磁性層を有する多層膜を連続成膜する工程と、
(i)前記第2反強磁性層のトラック幅方向の中央部を削って、前記第2反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚を非反強磁性を示す膜厚にする工程を有する請求項25ないし36のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Step (d), instead of Steps (e) and (f) (h) The nonmagnetic layer or the ferromagnetic layer formed on the pair of first antiferromagnetic layers, and the pair A multilayer film having a first free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a second free magnetic layer, and a second antiferromagnetic layer is successively formed on the region sandwiched between the first antiferromagnetic layers. Process,
(I) A step of shaving a central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction so that a film thickness of the central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction is set to a thickness showing non-antiferromagnetism. 37. A method of manufacturing a magnetic sensing element according to any one of claims 25 to 36 .
前記(f)工程で、前記露出した第2フリー磁性層の両側端部上に前記第2反強磁性層を形成する請求項25ないし36のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Wherein the step (e), cutting all the two side portions of the non-magnetic layer formed on the second free magnetic layer, instead of the step of Ru to expose the two side portions the surface of the second free magnetic layer,
37. The method of manufacturing a magnetic detection element according to claim 25 , wherein in the step (f), the second antiferromagnetic layer is formed on both end portions of the exposed second free magnetic layer.
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