JP4665377B2 - Method for manufacturing magnetic sensing element - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層の磁化を固定する磁気検出素子の製造方法に係り、特に固定磁性層の磁化方向を適切に制御することが可能な磁気検出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２３は従来の磁気検出素子の部分断面図である。図２３に示す磁気検出素子１は磁気抵抗効果素子を使用したものであり、基板２上に形成されたシード層３の上に固定磁性層４が形成され、この固定磁性層４の上に下から順に、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層５、およびＮｉ−Ｆｅ合金などで形成されたフリー磁性層６、および保護層７が積層形成されて多層膜Ｔ１が構成され、前記多層膜Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側部に、１対の硬磁性層９が設けられ、さらに前記硬磁性層９の上に電極層１０が形成されて構成されている。
【０００３】
前記磁気検出素子１では、前記固定磁性層４が、例えばＣｏやＣｏ−Ｆｅ合金などで形成された２つの磁性層１１，１３が、Ｒｕなどの非磁性中間層１２を介して積層された人工フェリ構造に構成されている。
【０００４】
このような磁気検出素子では、前記固定磁性層４の磁化方向を固定するために前記固定磁性層４の磁化方向の固定を反強磁性層との交換結合を利用して行うことが一般的であるが、前記固定磁性層４の磁化方向の固定を反強磁性層との交換結合を利用しないで行うことも可能であり、この場合は固定磁性層４の磁化方向の固定を磁気弾性効果や誘導磁気異方性効果によって行っているものもある。ここで、図２３には反強磁性層が形成されていない磁気検出素子の構成を示している。
【０００５】
図２３に示す磁気検出素子１では、前記固定磁性層４を構成する一方の磁性層１３の磁化方向がハイト方向に固定され、他方の磁性層１１の磁化方向は、前記級磁性層１３とのＲＫＫＹ相互作用によって、前記一方の磁性層１３の磁化方向と反平行方向に固定されている。
【０００６】
一方、前記フリー磁性層６の磁化方向は、前記フリー磁性層６の両側部に設けられた前記硬磁性層９からの縦バイアス磁界によって、記録媒体から与えられた外部磁界により磁化方向が変動する程度の強さで、トラック幅方向に単磁区化されている。
【０００７】
したがって、前記磁気検出素子１に対して記録媒体からの外部磁界が侵入すると、前記フリー磁性層６の磁化方向が変動し、ハイト方向またはそれと反平行に磁化方向が固定された前記固定磁性層４の磁化方向との相対関係が変化し、この変化に基づいて記録媒体に記録された信号が再生される。
【０００８】
このような磁気検出素子１に形成されている前記硬磁性層９の着磁方法としては、前記固定磁性層４に一軸異方性を付与した後、図２４の模式図に示すように、前記硬磁性層９の縦バイアス方向、すなわちトラック幅方向に磁場を与える工程によって、前記硬磁性層９を着磁することが行なわれている。
このような着磁方法は、以下に示す特許文献に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１１３４１８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１５４２２号公報
【特許文献３】
特開２００１−１６８４１６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、磁気検出素子１の製造工程で、前記硬磁性層９の着磁を、前記固定磁性層４を構成する磁性層１１，１３のスピンフロップ磁界以下の磁場中で行うと、前記フリー磁性層６を単磁区化するために必要な縦バイアス磁界を、硬磁性層９が発生できなくなる。
【００１１】
また、前記硬磁性層９の着磁を、前記固定磁性層４を構成する磁性層１１，１３の飽和磁界以上の磁場中で行うと、前記固定磁性層４の磁化方向が所定の方向に定まらないという問題があった。
【００１２】
例えば、ハイト方向（図示Ｙ方向）の外部磁界（記録信号磁界）が印加され、フリー磁性層６の磁化方向がハイト方向に向けて回転したときに、抵抗が増加する磁気ヘッドを確実に得るためには、固定磁性層４の磁性層１１，１３の磁化方向を図２６に示される向きにする必要がある。
【００１３】
しかし、図２４に示すように前記硬磁性層９をトラック幅方向に着磁する際に、前記固定磁性層４を構成する磁性層１１，１３の磁化方向もトラック幅方向に向き、前記硬磁性層９の着磁が終了して磁場を除去したときには、図２５または図２６に示すように、前記固定磁性層４を構成する磁性層１１，１３の磁化方向はトラック幅方向から回転してハイト方向、若しくはハイト方向と逆方向に向く。
【００１４】
この際、前記固定磁性層４の磁化方向はハイト方向と同軸の一軸異方性を有しており、前記固定磁性層４を構成する一方の磁性層１３の磁化方向に着目した場合に、前記磁性層１３の磁化方向がハイト方向へ向く場合と、ハイト方向とは逆方向に向く場合のエネルギーは同じである。したがって、図２５に示すように前記一方の磁性層１３の磁化方向がハイト方向へ固定され、前記他方の磁性層１１の磁化方向がハイト方向とは逆方向に固定された磁気検出素子と、図２６に示すように前記一方の磁性層１３の磁化方向がハイト方向と逆方向へ固定され、前記他方の磁性層１１の磁化方向がハイト方向に固定された磁気検出素子とが理論上同じ確率で発生する。
【００１５】
そのため、フリー磁性層６の磁化方向がハイト方向に向けて回転したときに、抵抗が増加する磁気検出素子と抵抗が減少する磁気検出素子とが５０％の確率でランダムに製造されてしまうという問題があった。
【００１６】
この問題を解決するために、磁気検出素子に電流を流し、発生した電流磁界によって前記固定磁性層４を構成する前記磁性層１１，１３を初期化し、改めて前記磁性層１１，１３の磁化方向を所定の方向に固定することも考えられるが、この方法によると、前記初期化のために大きな電流を流す必要があるため、磁気検出素子が破壊され易い。
【００１７】
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、反強磁性層によって固定磁性層の磁化方向を固定していない磁気検出素子において、固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に硬磁性層の着磁を行っても、前記固定磁性層の磁化方向を確実に制御できる磁気検出素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法に関するものである。
基板上に、磁気的膜厚が異なる第１磁性層と第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層された固定磁性層、非磁性材料層、並びにフリー磁性層の順に、またはその逆の順に積層された多層膜を形成する工程と、
前記多層膜の第１の方向の両側部を削って、硬磁性層を形成する工程と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層に、前記第１の方向と交叉する第２の方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記硬磁性層および前記固定磁性層とに、前記硬磁性層の保磁力よりも大きい磁場を前記第１の方向に対して所定角度θ１（ただしθ１は、０°を除く）だけ傾く方向に与えて、前記硬磁性層、前記第１磁性層および前記第２磁性層の磁化方向を前記角度θ１の方向へ揃える工程と、
前記磁場を、前記第１磁性層および前記第２磁性層のスピンフロップ磁界以下に徐々に減少させて、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行にする工程と、
前記磁場を除去して、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行状態に維持したまま、前記第１磁性層及び前記第２磁性層の磁化方向を、前記第１磁性層及び前記第２磁性層に付与された一軸異方性により、前記第２の方向と同軸の向きに回転させる工程。
【００１９】
本発明は、固定磁性層に重なる反強磁性層が形成されておらず、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層の磁化が固定される、いわゆる自己固定式の磁気検出素子の製造方法に関するものである。このような磁気検出素子を形成する際に、前記硬磁性層の着磁を前記第１の方向に行う場合、この硬磁性層の着磁に必要な磁界によって、前記第１磁性層および第２磁性層に付与された磁化が動く。
【００２０】
本発明では、前記硬磁性層、前記第１磁性層および前記第２磁性層の磁化方向を前記角度θ１を有する方向へ揃えた後、前記磁場を徐々に減少して、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行にしている。
【００２１】
そして、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向は、前記第１の方向から前記角度θ１を有する方向に向いている。このとき、前記第１磁性層と前記第２磁性層のうち、磁気的膜厚（単位面積あたりの磁気モーメント）が大きい方が前記磁場と平行な方向を向き、磁気的膜厚の小さい方が、前記磁場と反平行な方向を向く。
【００２２】
そして、前記硬磁性層の着磁に使用した磁場を完全に除去すると、前記第１磁性層と前記第２磁性層のうち、磁気的膜厚の大きい方が、前記第１の方向と交叉する前記第２の方向、例えばハイト方向を向き、磁気的膜厚の小さい方が前記第２の方向と反平行方向を向く。
【００２３】
従って、成膜時に前記第１磁性層と前記第２磁性層それぞれの磁気的膜厚を設定することによって、前記硬磁性層の着磁工程終了後における前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向を所定の方向に向けることができる。
【００２４】
この場合、前記角度θ１は、前記第１の方向に対して１０°以上７５°以下の角度として構成することが好ましい。
【００２５】
また本発明は、以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法に関するものである。
基板上に、磁気的膜厚が異なる第１磁性層と第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層された固定磁性層、非磁性材料層、並びにフリー磁性層の順、またはその逆の順に積層された多層膜を形成する工程と、
前記多層膜の第１の方向の両側部を削って、硬磁性層を形成する工程と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層に、前記第１の方向と交叉する第２の方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記硬磁性層および前記固定磁性層とに、第１の磁場を前記第１の方向に対して所定角度θ２（ただしθ２は、０°を除く）を有する方向に与えて、前記硬磁性層、前記第１磁性層および前記第２磁性層の磁化方向を前記角度θ２を有する方向へ揃える工程と、
前記第１の磁場を、前記第１磁性層および前記第２磁性層のスピンフロップ磁界以下に徐々に減少させて、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行にする工程と、
前記硬磁性層の保磁力以上で、且つ前記第１磁性層および第２磁性層のスピンフロップ磁界以上で飽和磁界以下の第２の磁場を前記第１の方向に与えて、前記硬磁性層の磁化方向を前記第１の方向へ固定すると共に、前記第１磁性層及び前記第２磁性層の磁化方向を前記第１の方向に対して１０°以上である角度θ３の方向に向ける工程と、
前記第２の磁場を除去して、前記第１磁性層および第２磁性層の磁化方向を、前記第１磁性層及び前記第２磁性層に付与された一軸異方性により、前記第２の方向と同軸の向きに回転させ、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行状態にする工程。
【００２６】
本発明も、固定磁性層に重なる反強磁性層が形成されておらず、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層の磁化が固定される、いわゆる自己固定式の磁気検出素子の製造方法に関するものである。
【００２７】
本発明では、前記硬磁性層、前記第１磁性層および前記第２磁性層の磁化方向を前記角度θ２を有する方向へ揃えた後、前記磁場を、前記第１磁性層および前記第２磁性層のスピンフロップ磁界以下に徐々に減少させ、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行にする。
【００２８】
次に、前記硬磁性層の磁化方向を前記第１の方向へ固定する。このとき、前記第１磁性層および第２磁性層のスピンフロップ磁界以上の磁場を前記第１の方向に与える。これによって、前記第１磁性層および第２磁性層の磁化方向の反平行状態が崩れる。しかし、前記磁場は、前記第１磁性層および第２磁性層の飽和磁界以下であるので、前記第１磁性層および第２磁性層の磁化方向がともに前記第１の方向に向くことはない。
【００２９】
このとき、前記第１磁性層と前記第２磁性層のうち、磁気的膜厚（単位面積あたりの磁気モーメント）が大きい方は、印加された磁場の方向に近い向きに傾いている。
【００３０】
そして、前記硬磁性層の着磁に使用した磁場を完全に除去すると、前記第１磁性層と前記第２磁性層のうち、磁気的膜厚の大きい方が、前記第１の方向と交叉する前記第２の方向、例えばハイト方向を向き、磁気的膜厚の小さい方が前記第２の方向と反平行方向を向く。
従って、成膜時に前記第１磁性層と前記第２磁性層それぞれの磁気的膜厚を設定し、印加する磁場の方向を前記第２の方向にすることによって、前記硬磁性層の着磁工程終了後における前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向を所定の方向に向けることができる。
【００３１】
前記角度θ２は、前記第１の方向に対して９０°の角度であることが好ましい。
【００３３】
なお、前記固定磁性層の前記第１磁性層と前記第２磁性層を、正の磁歪定数を有する磁性材料によって形成し、前記硬磁性層の形成後、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の側端面を開放することにより、前記固定磁性層に前記第２の方向に引張り応力を与えて、前記第１磁性層と前記第２磁性層に、前記一軸異方性を付与することが好ましい。
【００３５】
前記固定磁性層に前記第２の方向に引張り応力を与え、前記固定磁性層の前記第１磁性層と前記第２磁性層を、正の磁歪定数を有する磁性材料によって形成すると、磁気弾性効果によって前記固定磁性層に前記第１の方向に交叉する方向の一軸異方性を付与できる。
【００３７】
前記硬磁性層の形成後、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の側端面を開放することにより、前記固定磁性層に前記第２の方向に引張り応力を与え、前記第１磁性層および第２磁性層に対して前記第２の方向に磁場を印加しながらアニールして、前記一軸異方性を付与することも可能である。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の磁気検出素子の製造方法によって形成された第１の実施の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。
【００４０】
図１に示される磁気検出素子２０では、基板２１上に多層膜Ｔ２が形成されている。なお、基板２１と多層膜Ｔ２の間に、下部シールド層及び下部ギャップ層が形成されてもよい。下部シールド層はＮｉＦｅなどの軟磁性材料、下部ギャップ層はアルミナなどの絶縁材料によって形成される。
【００４１】
図１に示す実施形態では、多層膜Ｔ２は、下からシードレイヤ２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層されたものである。
【００４２】
前記シードレイヤ２２は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒなどで形成されている。前記シードレイヤ２２は、例えば（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％の膜厚３５Å〜６０Åで形成される。前記シードレイヤ２２は前記固定磁性層２３の結晶配向を良好にするためのものである。
【００４３】
前記固定磁性層２３は、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃが非磁性中間層２３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有している。前記固定磁性層２３は、固定磁性層２３自体の一軸異方性によって磁化が、第１の方向であるトラック幅方向（図示Ｘ方向）と直交する方向である第２の方向、図１ではハイト方向（図示Ｙ方向）、と逆方向に固定されている。
【００４４】
前記非磁性材料層２４は、前記固定磁性層２３と前記フリー磁性層２５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。非磁性材料層の膜厚は１７Å〜３０Åである。
【００４５】
前記フリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。図１に示す実施形態では特に前記フリー磁性層２５がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、前記フリー磁性層２５と前記非磁性材料層２４との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）が形成されていることが好ましい。前記フリー磁性層２５の膜厚は２０Å〜６０Åである。また、前記フリー磁性層２５は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造であってもよい。
【００４６】
前記保護層２６はＴａなどからなり、前記多層膜Ｔ２の酸化の進行を抑えるためのものである。前記保護層２６の膜厚は１０Å〜５０Åである。
【００４７】
図１に示す実施の形態では、前記シードレイヤ２２から前記保護層２６までの前記多層膜Ｔ２の両側部にはバイアス下地層２７、硬磁性層２８及び電極層２９が形成されている。
【００４８】
前記硬磁性層２８は、トラック幅方向、またはこのトラック幅方向に対して所定角度θ１を有する方向に着磁されている。
【００４９】
前記バイアス下地層２７，２７はＣｒやＷ−Ｔｉ合金などで、前記硬磁性層２８，２８は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、前記電極層２９，２９は、Ｃｒ、Ｗ（タングステン）、Ａｕ、Ｒｈ、α―Ｔａなどで形成されている。
【００５０】
前記バイアス下地層２７，２７の膜厚は１５Å〜１００Å、前記硬磁性層２８，２８の膜厚は１００Å〜５００Å、前記電極層２９，２９の膜厚は４００Å〜１５００Åである。
【００５１】
前記電極層２９，２９、及び前記保護層２６上には、アルミナなどの絶縁性材料からなる上部ギャップ層（図示せず）が積層される。なお、図示はしないが、上部ギャップ層上には上部シールド層が設けられる。
【００５２】
図１に示す磁気検出素子２０では、前記多層膜Ｔ２、前記バイアス下地層２７，２７、前記硬磁性層２８，２８、及び電極層２９，２９の記録媒体との対向面側の端面Ｆは露出しているか、またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などからなる膜厚２０Å〜５０Åの薄い保護層で覆われているだけであり、開放端となっている。
【００５３】
前記電極層２９、２９の素子中央方向の側端部間のトラック幅方向における幅寸法で光学的トラック幅Ｔｗが規制される。
【００５４】
前記フリー磁性層２５の磁化方向は前記硬磁性層２８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向に揃えられている。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、前記フリー磁性層２５の磁化が感度良く変動する。一方、前記固定磁性層２３の磁化は、後記するようにハイト方向、およびハイト方向と逆方向に固定されている。
【００５５】
前記フリー磁性層２５の磁化方向の変動と、前記固定磁性層２３の固定磁化方向（特に前記第２磁性層２３ｃの固定磁化方向）との相対関係によって電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００５６】
前記固定磁性層２３は、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃが非磁性中間層２３ｂを介して積層された人工フェリー構造を有しているが、前記第１磁性層２３ａの磁化と第２磁性層２３ｃの磁化は、非磁性中間層２３ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって互いに反平行方向に向けられている。
【００５７】
前記第１磁性層２３ａは、前記第２磁性層２３ｃより前記非磁性材料層２４から離れた位置に形成されており、前記シードレイヤ２２に接している。
【００５８】
前記磁気検出素子２０では、第２磁性層２３ｃの膜厚の方が、第１磁性層２３ａの膜厚より大きくなっており、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向はハイト方向と逆方向を向き、前記第１磁性層２３ａの磁化方向はハイト方向を向いた状態で磁化が固定されている。したがって、前記固定磁性層２３全体での合成した磁化方向は、磁気的膜厚が厚い前記第２磁性層２３ｃの磁化方向である、ハイト方向と逆方向となる。なお、磁気的膜厚とは、磁性層の飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔの積であり、単位面積当りの磁気モーメントである。
【００５９】
前記第１磁性層２３ａの膜厚は１０Å〜３０Åであり、前記第２磁性層２３ｃの膜厚は１５Å〜３５Åである。ここで、前記第１磁性層２３ａの膜厚を厚くすると、保磁力は大きくなるが、第１磁性層２３ａの膜厚が大きいと分流損失が大きくなる。また、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃは磁歪定数λが正の値である。
【００６０】
図１に示される磁気検出素子２０は固定磁性層２３自体の一軸異方性によって磁化方向が固定されているものであり、自己固定式の磁気検出素子と呼ばれるものである。固定磁性層２３の磁化を固定する一軸異方性を決めるものとしては、誘導磁気異方性や磁気弾性効果があり、後記する方法によって前記固定磁性層２３に一軸異方性を付与することができる。
【００６１】
図１に示すような自己固定式の磁気検出素子は、２００Å程度の厚い膜厚の反強磁性層を有する磁気検出素子に比べて分流損失を少なくできるので、磁気検出素子の磁界検出出力を２０〜３０％向上させることができる。また、磁気検出素子の上下に設けられるシールド層間の距離も短くなるので、記録媒体のさらなる高線記録密度化に対応することもできる。
【００６２】
なお、前記磁気検出素子２０では、前記第２磁性層２３ｃの磁気的膜厚が前記第１磁性層２３ａの磁気的膜厚よりも大きいものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記第１磁性層２３ａの磁気的膜厚が前記第２磁性層２３ｃの磁気的膜厚よりも大きいものとして構成しても良い。この場合、前記固定磁性層２３全体での磁化方向は、磁気的膜厚が厚い前記第１磁性層２３ａの磁化方向であるハイト方向となる。
【００６３】
図２は、本発明の他の製造方法によって形成された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。
【００６４】
図２に示される磁気検出素子３０も固定磁性層２３自体の一軸異方性によって磁化方向が固定されているものであり、自己固定式の磁気検出素子と呼ばれるものである。
【００６５】
図２に示す磁気検出素子３０は図１に示す前記磁気検出素子２０と同様の構成部分を有しているため、図２において前記磁気検出素子２０と同様の構成部分には同様の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００６６】
図２に示す磁気検出素子３０では、シードレイヤ２２と固定磁性層２３の間に、非磁性金属層３１が積層形成されている。
【００６７】
前記非磁性金属層３１は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金によって形成されている。
【００６８】
前記非磁性金属層３１の膜厚は、５Å以上５０Å以下であることが好ましい。
ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）からなる前記非磁性金属層３１の膜厚がこの範囲内であると、前記非磁性金属層３１の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。なお、前記非磁性金属層３１の膜厚が、５０Åより大きくなると、約２５０℃以上の熱が加わったときに、前記非磁性金属層３１の結晶構造がＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態するので好ましくない。ただし、前記非磁性金属層３１の膜厚が、５０Åより大きくても、約２５０℃以上の熱が加わらなければ、非磁性金属層の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。
【００６９】
ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）からなる前記非磁性金属層３１が面心立方構造（ｆｃｃ）の結晶構造を有するとき、この前記非磁性金属層３１と第１磁性層２３ａとの界面には交換結合磁界は発生しないか、または極めて弱く、交換結合磁界によって第１磁性層２３ａの磁化方向を固定することはできない。従って、固定磁性層２３自体の一軸異方性によって固定磁性層２３の磁化が固定されている。図２に示される磁気検出素子は、自己固定式の磁気検出素子と呼ばれる。
【００７０】
前記磁気検出素子３０では、主に磁気弾性効果を利用して、前記固定磁性層２３の磁化方向を固定するものである。磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層２３にかかる応力σと固定磁性層２３の磁歪定数λによって規定される。
【００７１】
図２に示す磁気検出素子３０では、前記固定磁性層２３の磁歪定数λを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、前記固定磁性層２３の一軸異方性を大きくするものである。前記固定磁性層２３の一軸異方性が大きくなると、前記固定磁性層２３の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【００７２】
具体的には、前記固定磁性層２３を構成する前記第１磁性層２３ａを、前記非磁性金属層３１と接合させることによって、前記第１磁性層２３ａの結晶構造に歪みを生じさせて前記第１磁性層２３ａの磁歪定数λを大きくさせている。
【００７３】
先に述べたように、前記非磁性金属層３１は、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向するものである。
【００７４】
一方、前記固定磁性層２３の前記第１磁性層２３ａがＣｏまたはＣｏｘＦｅｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成されていると、前記第１磁性層２３ａは面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとる。また、前記第１磁性層２３ａは、界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【００７５】
従って、前記第１磁性層２３ａを構成する原子と前記非磁性金属層３１を構成する原子が互いに重なりあいやすくなり、前記非磁性金属層３１内の結晶と前記固定磁性層２３内の結晶はエピタキシャルな状態になっている。
【００７６】
しかし、前記第１磁性層２３ａの｛１１１｝面内の最近接原子間距離と、前記非磁性金属層３１の｛１１１｝面内の最近接原子間距離には、一定以上の差があることが必要である。
【００７７】
前記非磁性金属層３１を構成する原子と前記第１磁性層２３ａの原子とを重なり合わせつつ、結晶構造に歪みを生じさせ、前記第１磁性層２３ａの磁歪を大きくするために、非磁性金属層３１の材料である前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を調節することが好ましい。
【００７８】
例えば、前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を、５１原子％以上にすると、前記非磁性金属層３１に重なる前記第１磁性層２３ａの磁歪が急激に増加する。また、前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量が、５５原子％以上９５原子％以下であると、前記第１磁性層の磁歪が大きな値をとりつつ安定する。
【００７９】
また、前記非磁性金属層３１の｛１１１｝面内の最近接原子間距離と、前記固定磁性層２３の第１磁性層２３ａの｛１１１｝面内の最近接原子間距離との差を、前記第１磁性層２３ａの｛１１１｝面内の最近接原子間距離で割った値（ミスマッチ値）を、０．０５以上０．２０以下にすることが好ましい。
【００８０】
また、前記非磁性金属層３１をＲｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌから選ばれる１種あるいは２種以上によって形成してもよい。この場合、前記非磁性金属層３１は、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向するか、または、ｈｃｐ構造をとり、界面と平行な方向にＣ面が優先配向する。そして、前記非磁性金属層３１を構成する原子と前記第１磁性層２３ａの原子とを重なり合わせつつ、結晶構造に歪みを生じさせ、前記第１磁性層２３ａの磁歪を大きくすることが可能になる。
【００８１】
次に、図１および図２に示した磁気検出素子２０および３０の製造方法について説明する。
【００８２】
図３ないし図５は、図１に示す磁気検出素子２０の製造方法を示した一工程図であり、これら図３ないし図５は記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００８３】
まず図３に示す工程では、基板２１上に下からシードレイヤ２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５および保護層２６を連続成膜して多層膜Ｔ２を形成する。この成膜にはスパッタ法や蒸着法が用いられる。スパッタ法にはＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法などを使用できる。なお本発明で言う「連続成膜」とは、真空状態を破らずに、チャンバ内でターゲットを次々に代えて成膜していくことを意味する。
【００８４】
前記固定磁性層２３は第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃが非磁性中間層２３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有している。従って、前記固定磁性層２３は、前記シードレイヤ２２の上に第１磁性層２３ａを成膜し、この第１磁性層２３ａの上に前記非磁性中間層２３ｂおよび前記第２磁性層２３ｃを連続成膜することにより形成される。
【００８５】
前記したように、前記フリー磁性層２５がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、前記フリー磁性層２５と前記非磁性材料層２４との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）を形成することが好ましい。また、前記フリー磁性層２５が人工フェリ構造である場合には、複数の磁性層と非磁性中間層を連続して積層して形成する。
【００８６】
なお、基板２１とシードレイヤ２２の間に、下部シールド層及び下部ギャップ層を形成してもよい。
【００８７】
次に図４に示す工程では、前記保護層２６上に、リフトオフ用のレジスト層６０を形成する。このレジスト層６０は、前記多層膜Ｔ２の幅方向の形状を画定するもので、前記レジスト層６０のトラック幅方向における幅寸法は光学的トラック幅Ｔｗと同程度か、わずかに大きい程度である。
【００８８】
前記レジスト層６０を保護層２６上に形成した後、前記レジスト層６０に覆われていない前記多層膜Ｔ２をイオンミリングで削る。これにより前記レジスト層６０からはみ出した前記多層膜Ｔ２の両側部分は削れて、前記多層膜Ｔ２は記録媒体との対向面側から見ると略台形形状に画定される。
【００８９】
図４に示すように前記多層膜Ｔ２の両側端面Ｔ２ａは前記イオンミリングで削られたエッチング面であり、前記両側端面Ｔ２ａは湾曲面か傾斜面で形成される。図４では前記両側端面Ｔ２ａが傾斜面で形成され、前記多層膜Ｔ２を構成する各層のトラック幅方向における両側端面が前記傾斜面に倣って連続面となっている。
【００９０】
次に図５に示す工程では、前記レジスト層６０をそのまま残して、前記多層膜Ｔ２の両側端面Ｔ２ａよりもトラック幅方向に広がる基板２１上から、図３に示す前記両側端面Ｔ２ａ上にかけてバイアス下地層２７をスパッタ法や蒸着法で成膜し、さらに前記バイアス下地層２７上に硬磁性層２８および電極層２９をスパッタ法や蒸着法で連続成膜することにより、前記多層膜Ｔ２の両側部に、前記硬磁性層２８および電極層２９を形成する。これにより前記レジスト層６０上にもバイアス下地層２７の材料層２７ａ、硬磁性層２８の材料層２８ａおよび電極層２９の材料層２９ａが付着する。
【００９１】
次に前記レジスト層６０を除去した後、上部ギャップ層、上部シールド層を積層し、必要に応じて、記録用のインダクティブヘッドを形成する。
【００９２】
この磁気検出素子２０は１つのウエハ上に複数形成されるものであるため、その後に前記ウエハを１つ１つのスライダに切断する工程を行う。
【００９３】
このスライダ工程において、前記多層膜Ｔ２、前記バイアス下地層２７，２７、前記硬磁性層２８，２８、及び電極層２９，２９の記録媒体との対向面側の端面Ｆを露出させる。なお、端面Ｆをダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などからなる膜厚２０Å〜５０Åの薄い保護層で覆ってもよい。したがって、前記端面Ｆは開放端となっている。
【００９４】
このようにして、前記磁気検出素子２０が製造される。
前記磁気検出素子２０では、前記多層膜Ｔ２、前記バイアス下地層２７，２７、前記硬磁性層２８，２８、及び電極層２９，２９の記録媒体との対向面側の端面Ｆは開放端となっている。前記多層膜Ｔ２の上下に位置するギャップ層などからの応力は、元々２次元的に等方性であるが、前記端面Ｆが開放端とされることにより、前記応力の対称性が崩れる。したがって、前記多層膜Ｔ２には、基板２１及び上部ギャップ層からハイト方向と平行な方向に一軸性の引っ張り応力が加えられている。また、前記バイアス下地層２７，２７、前記硬磁性層２８，２８、及び前記電極層２９，２９の各層の積層体が圧縮性の内部応力を有している場合には、この積層体からトラック幅方向に平行な方向及び反平行な方向に圧縮応力を加えられている。
【００９５】
すなわち、前記端面Ｆが開放されている前記固定磁性層２３には、ハイト方向の引張り応力とトラック幅方向の圧縮応力が加えられる。そして、前記第１磁性層２３ａは前記したとおり（図１の説明を参照）、磁歪定数が正の値である磁性材料によって形成されているので、磁気弾性効果によって、前記第１磁性層２３ａの磁化容易軸は磁気検出素子２０のハイト方向に平行方向となり、第１磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向に固定される。一方、前記第２磁性層２３ｃの磁化は、非磁性中間層２３ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって前記第１磁性層２３ａの磁化方向と反平行方向、すなわちハイト方向と逆方向を向いた状態で固定される。
【００９６】
ただし前記磁気検出素子２０は、前記固定磁性層２３に一軸異方性を構成する前記第１磁性層２３ａおよび前記第２磁性層２３ｃを、磁歪定数λが正の値である材料を用いることにより行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記多層膜Ｔ２、前記硬磁性層２８および前記電極層２９を成膜後に、前記第１磁性層２３ａまたは第２磁性層２３ｃにハイト方向へ磁場を印加しながらアニールを行い、誘導磁気異方性を与えて、ハイト方向への磁場を印加することにより一軸異方性を付与してもよい。
【００９７】
このスライダ工程のすぐ後や、スライダをロードビームに取り付けた後に、前記磁気検出素子２０に対して前記硬磁性層２８の着磁と前記固定磁性層２３の磁化方向を所定の方向に固定するための工程を行う。
【００９８】
図６から図８は、前記硬磁性層２８の着磁と、前記固定磁性層２３の磁化方向を固定するための一工程を示した模式図である。この図６から図８では、前記硬磁性層２８の磁化がトラック幅方向に対して所定角度θ１を有する方向に着磁されるように磁界がかけられており、且つ第２磁性層２３ｃの膜厚の方が、第１磁性層２３ａの膜厚より大きく構成された前記磁気検出素子２０の前記固定磁性層２３の磁化方向を固定する方法を示している。
【００９９】
図６ないし図８では工程を分かり易くするために、前記硬磁性層２８と、前記固定磁性層２３を構成する前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃのみを図示している。
【０１００】
図６に示した工程では、トラック幅方向からハイト方向と逆方向側に角度θ１の方向へ、例えば１２００（ｋＡ／ｍ）の強磁場を印加して、第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃ、及び硬磁性層２８，２８の磁化を、トラック幅方向からハイト方向と逆方向側に前記角度θ１の方向に向ける。この際、前記硬磁性層２８がトラック幅方向からハイト方向と逆方向側に角度θ１の方向へ着磁される。このとき、硬磁性層２８の着磁時の磁界の大きさは、前記固定磁性層２３の飽和磁界（前記第１磁性層２３ａの磁化方向と前記第２磁性層２３ｃの磁化方向が、印加磁界方向に揃う磁界）より大きい。
【０１０１】
次に図７に示すように、印加磁場を徐々に減少させて、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃのスピンフロップ磁界より小さくし、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃの磁化方向を互いに反平行方向に向ける。このとき、磁気的膜厚が大きい第２磁性層２３ｃの磁化方向は、トラック幅方向からハイト方向と逆方向側に前記角度θ１の方向に向いたままであるが、磁気的膜厚が小さい前記第１磁性層２３ａの磁化方向は、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向と反平行方向に向くことになる。
【０１０２】
次に図８に示すように、前記印加磁場を除去すると、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃは反平行状態を維持したまま、磁気的膜厚が大きい前記第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と逆方向側に回転すると共に、前記第１磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向側へ回転し、両磁性層２３ａ，２３ｃの磁化方向が固定される。これは、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃは前記したようにハイト方向と同軸に一軸異方性が付与されているため、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃから印加磁場を除去すると、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの磁化方向は、一軸異方性が付与されている方向と同軸になるように回転して戻るためである。このとき、磁気的膜厚が大きい前記第２磁性層２３ｃの磁化方向が、図７に示す工程時ではトラック幅方向からハイト方向と逆方向側に角度θ１だけ傾いているため、前記第２磁性層２３ｃの回転は、ハイト方向へ回転するよりも、ハイト方向と逆方向に回転するエネルギーのほうが小さい。したがって、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と逆方向側に回転し、前記第１磁性層２３ａの磁化方向は前記第２磁性層２３ｃの磁化方向とは反平行方向に固定されるのである。
【０１０３】
前記角度θ１は、１０°以上であることが好ましい。前記角度θ１を１０°以上とすると、前記第２磁性層２３ｃが、付与された一軸異方性と同軸に回転する際に、ハイト方向と逆方向の向きに回転するときに必要なエネルギーが小さくなり、ハイト方向と逆方向の向きに回転し易くなる。
【０１０４】
なお、図７に示された工程において、印加磁場を徐々にではなく、パルス状に減少させてゼロにすると、第２磁性層２３ｃの磁化方向が、必ずしもハイト方向と逆方向に向いたままに維持されず、第２磁性層２３ｃの磁化方向と第1磁性層２３ａの磁化方向を制御できなくなるので好ましくない。
【０１０５】
以上図６から図８では、前記硬磁性層２８がトラック幅方向に対して所定角度θ１を有する方向に着磁されており、且つ第２磁性層２３ｃの膜厚の方が、第１磁性層２３ａの膜厚より大きく構成された場合の、前記磁気検出素子２０の前記固定磁性層２３の磁化方向の固定方法を示したが、前記第１磁性層２３ａの膜厚の方が、第２磁性層２３ｃの膜厚より大きく構成された場合の磁化方向の固定方法は、第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃ、及び硬磁性層２８，２８に強磁場を印加する方向を、図６の場合と逆にトラック幅方向に対してハイト方向側にθ１の方向に向けることにより行うことができる。以下の図９から図１１に示した模式図にその場合の工程を示す。なお、図９から図１１に示した工程によって製造されるのも、前記硬磁性層２８の磁化がトラック幅方向に対して所定角度θ１を有する方向に着磁された磁気検出素子２０である。また、工程を分かり易くするために、図９ないし図１１においても、前記硬磁性層２８と、前記固定磁性層２３を構成する前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃのみを図示している。
【０１０６】
図９に示した工程では、トラック幅方向からハイト方向側に角度θ１の方向へ、例えば１２００（ｋＡ／ｍ）の強磁場を印加して、第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃ、及び硬磁性層２８，２８の磁化をトラック幅方向からハイト方向側に前記角度θ１の方向に向ける。この際、前記硬磁性層２８がトラック幅方向からハイト方向側に角度θ１の方向へ着磁される。このとき、硬磁性層２８の着磁時の磁界の大きさは、前記固定磁性層２３の飽和磁界より大きい。
【０１０７】
次に図１０に示すように、印加磁場を徐々に減少させて第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃのスピンフロップ磁界より小さくし、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃの磁化方向を互いに反平行方向に向ける。このとき、磁気的膜厚が大きい第１磁性層２３ａの磁化方向はトラック幅方向からハイト方向側に前記角度θ１の方向に向いたままであるが、磁気的膜厚が小さい前記第２磁性層２３ｃの磁化方向は、前記第１磁性層２３ａの磁化方向と反平行方向に向くことになる。
【０１０８】
次に図１１に示すように、前記印加磁場を除去すると、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃは反平行状態を維持したまま、磁気的膜厚が大きい前記第１磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向に回転すると共に、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と逆方向へ回転し、両磁性層２３ａ，２３ｃの磁化方向が固定される。これは、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃは前記したようにハイト方向と同軸に一軸異方性が付与されているため、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃから印加磁場を除去すると、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの磁化方向は、一軸異方性が付与されている方向と同軸になるように回転して戻るためである。このとき、磁気的膜厚が大きい前記第１磁性層２３ａの磁化方向が、図１０に示す工程時ではトラック幅方向からハイト方向側に角度θ１だけ傾いているため、前記第１磁性層２３ａの回転は、ハイト方向と逆方向側へ回転するよりも、ハイト方向に回転するエネルギーのほうが小さい。したがって、前記第１磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向側に回転し、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向は前記第１磁性層２３ａの磁化方向とは反平行方向のまま固定されるのである。
【０１０９】
前記角度θ１は、１０°以上であることが好ましい。前記角度θ１を１０°以上とすると、前記第１磁性層２３ａが、付与された一軸異方性と同軸に回転する際に、ハイト方向側に回転するときに必要なエネルギーが小さくなり、ハイト方向側に回転し易くなる。
【０１１０】
このように本発明によれば、前記固定磁性層２３を構成する前記第１磁性層２３ａ，および前記第２磁性層２３ｃの磁化方向を、必ず必要な方向に固定することが可能となる。したがって、磁気検出素子の不良発生率を大幅に減少させることが出来、製造コストの低廉を実現することも可能となる。
【０１１１】
なお、本発明によって形成された磁気検出素子の硬磁性層２８，２８の着磁方向はトラック幅方向（図示ｘ方向）から角度θ１だけ傾いた方向である。従って、縦バイアス磁界の大きさ（硬磁性層２８，２８から発生する静磁界のトラック幅方向の大きさ）は、硬磁性層２８，２８の着磁方向がトラック幅方向であるときのｃｏｓθ倍である。従って、この場合必要な縦バイアス磁界を確保するするために、前記硬磁性層２８の磁気的膜厚を、通常（トラック幅方向に着磁する場合の）１／ｃｏｓθ倍だけ厚くすることが好ましい。
【０１１２】
次に、前記硬磁性層２８の着磁と、前記固定磁性層２３の磁化方向を固定するための他の方法を、図１２から図１５の模式図によって示す。
【０１１３】
この図１２から図１５では、前記硬磁性層２８がトラック幅方向に着磁されており、且つ第２磁性層２３ｃの膜厚の方が、第１磁性層２３ａの膜厚より大きく構成された前記磁気検出素子２０の前記固定磁性層２３の磁化方向を固定する方法を示している。なお、工程を分かり易くするために、図１２ないし図１５においても、前記硬磁性層２８と、前記固定磁性層２３を構成する前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃのみを図示している。
【０１１４】
図１２に示す工程では、前記第１の方向であるトラック幅方向に対して、ハイト方向と逆方向側に所定角度θ２を有する方向に、例えば８００〜１２００（ｋＡ／ｍ）の強磁場を印加して、前記第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃ、及び硬磁性層２８，２８の磁化を、トラック幅方向に対してハイト方向と逆方向側に前記θ２を有する方向に向ける。この角度θ２は例えば９０°である。
【０１１５】
次に図１３に示すように、印加磁場を徐々に減少させて、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃのスピンフロップ磁界より小さくし、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃの磁化を互いに反平行方向に向ける。このとき、磁気的膜厚が大きい第２磁性層２３ｃの磁化方向は、トラック幅方向からハイト方向と逆方向側に前記角度θ２の方向に向いたままであるが、磁気的膜厚が小さい前記第１磁性層２３ａの磁化方向は、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向と反平行方向に向くことになる。
【０１１６】
このとき、印加磁場を徐々にではなく、パルス状に減少させてゼロにすると、第２磁性層２３ｃの磁化方向が、必ずしもトラック幅方向からハイト方向と逆方向側に前記角度θ２の方向に向いたままに維持されず、第２磁性層２３ｃの磁化方向と第1磁性層２３ａの磁化方向を制御できなくなるので好ましくない。
【０１１７】
次に図１４に示すように、トラック幅方向に磁場を印加して、前記硬磁性層２８，２８をトラック幅方向へ着磁すると共に、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの磁化方向を、トラック幅方向に対して所定の角度θ３を有する方向へ向ける。
【０１１８】
このときの印加磁界の大きさは前記硬磁性層２８の保磁力よりも大きく、且つ前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃのスピンフロップ磁界以上で、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃの飽和磁界以下の大きさである。印加磁界の大きさは例えば４００（ｋＡ／ｍ）である。
【０１１９】
このとき、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの反平行状態が崩れる。すなわち、図１４に示すように、磁気的膜厚が大きい前記第２磁性層２３ｃの磁化方向は、トラック幅方向に対してハイト方向と逆方向側に前記角度θ３を有する方向まで回転し、磁気的膜厚が小さい前記第１磁性層２３ａの磁化方向は、トラック幅方向に対してハイト方向側に前記角度θ３を有する方向まで回転する。
【０１２０】
前記第１磁性層２３ａと前記第２磁性層２３ｃの磁気的膜厚が同じ場合は、それぞれの前記角度θ３は同じ角度になるが、磁気的膜厚が異なる場合には、磁気的膜厚が大きいほうの磁性層２３ａ，２３ｃのθ３が、磁気的膜厚が小さい方の磁性層２３ａ，２３ｃのθ３より小さくなる。
【０１２１】
このときの印加磁界の大きさを前記硬磁性層２８の保磁力よりも大きくするのは、前記硬磁性層２８の保磁力よりも大きくないと前記硬磁性層２８を着磁することはできないためであり、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃの飽和磁界以下の大きさとするのは、前記両磁性層２３ａ，２３ｃの磁化がトラック幅方向に揃うことを防ぐためである。また、印加磁界の大きさを前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃのスピンフロップ磁界より大きくして、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの反平行状態を崩すのは、後記する図１５に示す工程で、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃの磁化方向を、確実にあらかじめ定められた方向に向けるためである。
【０１２２】
なお、前記図１３で示す工程でトラック幅方向に対して、ハイト方向と逆方向側に所定角度θ２の方向へ印加した磁場を全て除去した後に、図１４に示す工程でトラック幅方向に磁場を新たに印加しても良いが、前記図１３で示す工程で印加磁場を減少させた際に、印加磁場を８０（ｋＡ／ｍ）程度（ただしスピンフロップ磁界以下）残したまま、印加磁場の方向をトラック幅方向に回転させ、その後、図１４に示す工程のように、トラック幅方向の磁界を増加させても良い。
【０１２３】
次に図１５に示すように、前記印加磁場を除去すると、磁気的膜厚が大きい前記第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と逆方向側に回転すると共に、前記第１磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向側へ回転し、両磁性層２３ａ，２３ｃの磁化方向が反平行状態で固定される。これは、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃは前記したようにハイト方向と同軸に一軸異方性が付与されているため、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃから印加磁場を除去すると、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの磁化方向は、一軸異方性が付与されている方向と同軸になるように回転して戻るためである。このとき、磁気的膜厚が大きい前記第２磁性層２３ｃの磁化方向が、図１４に示す工程時ではトラック幅方向からハイト方向と逆方向側に角度θ３だけ傾いているため、前記第２磁性層２３ｃの回転は、ハイト方向へ回転するよりも、ハイト方向と逆方向に回転するエネルギーのほうが小さい。したがって、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と逆方向側に回転し、前記第１磁性層２３ａの磁化方向は前記第２磁性層２３ｃの磁化方向とは反平行方向に固定されるのである。
【０１２４】
図１５に示す工程で行う印加磁場の減少は、徐々に減少することの他、パルス的に減少させても良い。この印加磁場の減少では、スピンフロップ磁界を徐々に経る必要はないからである。
【０１２５】
従って、前記角度θ３は、１０°以上であることが好ましい。前記角度θ３を１０°以上とすると、前記第２磁性層２３ｃが、付与された一軸異方性と同軸に回転する際に、ハイト方向と逆方向の向きに回転するときに必要なエネルギーが小さくなり、ハイト方向と逆方向の向きに回転し易くなる。
【０１２６】
なお、図１４に示された工程におけるトラック幅方向の印加磁界の大きさは、例えば２００〜５００（ｋＡ／ｍ）であることが好ましい。これは以下の実験例によって導き出したものである。
【０１２７】
図１６は図１４に示す工程での印加磁場の大きさと固定磁性層の極性不良率との関係を示した図であり、図１７は図１４に示す工程での印加磁場の大きさとヒステリシスとの関係を示した図であり、図１８は図１４に示す工程での印加磁場の大きさとバルクハウゼンジャンプとの関係を示した図である。このときの試料として、ＧＭＲ膜構成を、下から順に（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０を５２Å、Ｐｔ５０Ｍｎ５０を３０Å、Ｃｏを１６Å，Ｒｕを９Å、Ｃｏを２２Å、Ｃｕを２１Å、Ｃｏ９０Ｆｅ１０を１０Å、Ｎｉ８０Ｆｅ２０を３５Å、Ｔａを３０Åで積層し、また、このＧＭＲ膜の両側に設けられる硬磁性層および電極層の構成を、下から順にＣｒを５０Å、Ｃｏ７５Ｐｔ２５を２００Å、Ｔａを５０Å、Ａｕを８００Å、Ｔａを５０Åで積層したものを用いた。この試料を図１２に示す工程で説明した強磁場の印加を８００（ｋＡ／ｍ）として施し、この試料の光学的トラック幅寸法は０．１３μｍとした。
【０１２８】
図１６に示されるように、印加磁場が５００（ｋＡ／ｍ）以下のとき、特に、４００（ｋＡ／ｍ）以下のとき、固定磁性層の磁化はあらかじめ定められた方向に確実に向くことが分かる。すなわち、図１５に示されるように、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向はハイト方向と逆方向側に、前記第１磁性層２３ａの磁化方向はハイト方向に固定される。
【０１２９】
印加磁場が４００（ｋＡ／ｍ）より大きくなると、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向に、前記第１磁性層２３ａの磁化方向はハイト方向と逆方向側に固定された極性不良の磁気検出素子が生じるようになる。印加磁場が５００（ｋＡ／ｍ）より大きく、特に５６０（ｋＡ／ｍ）以上になると不良の発生率が増大する。
【０１３０】
しかし、前記印加磁場の大きさが小さい場合にはヒステリシスやバルクハウゼンジャンプの値は大きくなる。これは、前記印加磁場の大きさが小さい場合には硬磁性層の着磁が不十分になるためである。
【０１３１】
図１６ないし図１８に示す結果から、固定磁性層の磁化反転を少なく抑え、且つヒステリシスやバルクハウゼンジャンプの値を小さく抑えるためには、前記印加磁界の大きさは、２００〜５００（ｋＡ／ｍ）、特に２００〜４００（ｋＡ／ｍ）であることが好ましい。
【０１３２】
以上図１２から図１５では、前記硬磁性層２８がトラック幅方向に着磁されており、且つ第２磁性層２３ｃの膜厚の方が、第１磁性層２３ａの膜厚より大きく構成された場合の、前記磁気検出素子２０の前記固定磁性層２３の磁化方向の固定方法を示した。
【０１３３】
前記第１磁性層２３ａの膜厚の方が、第２磁性層２３ｃの膜厚より大きく構成された場合の磁化方向の固定方法は、第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃ、及び硬磁性層２８，２８に強磁場を印加しする方向を、図１２の場合と逆方向に向けることにより行うことができる。以下の図１９から図２２に示した模式図にその場合の工程を示す。なお、図１９から図２２に示した工程によって製造されるのも、前記硬磁性層２８がトラック幅方向に着磁された磁気検出素子２０である。また、工程を分かり易くするために、図１９ないし図２２においても、前記硬磁性層２８と、前記固定磁性層２３を構成する前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃのみを図示している。
【０１３４】
図１９に示す工程では、前記第１の方向であるトラック幅方向に対して、ハイト方向側に所定角度θ２を有する方向に、例えば８００〜１２００（ｋＡ／ｍ）の強磁場を印加して、前記第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃ、及び硬磁性層２８，２８の磁化を、トラック幅方向に対してハイト方向と逆方向側に前記θ２を有する方向に向ける。この角度θ２は例えば９０°である。
【０１３５】
次に図２０に示すように、印加磁場を徐々に減少させて、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃのスピンフロップ磁界より小さくしして、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃの磁化を互いに反平行方向に向ける。このとき、磁気的膜厚が大きい第１磁性層２３ａの磁化方向は、トラック幅方向からハイト方向側に前記角度θ２の方向に向いたままであるが、磁気的膜厚が小さい前記第２磁性層２３ｃの磁化方向は、前記第１磁性層２３ａの磁化方向と反平行方向に向くことになる。
【０１３６】
次に図２１に示すように、トラック幅方向に磁場を印加して、前記硬磁性層２８，２８をトラック幅方向へ着磁すると共に、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの磁化方向を、トラック幅方向に対して所定の角度θ３を有する方向へ向ける。
【０１３７】
このときの印加磁界の大きさは前記硬磁性層２８の保磁力よりも大きく、且つ前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃのスピンフロップ磁界以上で、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃの飽和磁界以下の大きさである。印加磁界の大きさは例えば４００（ｋＡ／ｍ）である。
【０１３８】
このとき、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの反平行状態が崩れる。すなわち、図２１に示すように、磁気的膜厚が大きい前記第１磁性層２３ａの磁化方向は、トラック幅方向に対してハイト方向側に前記角度θ３を有する方向まで回転させ、磁気的膜厚が小さい前記第２磁性層２３ｃの磁化方向は、トラック幅方向に対してハイト方向と逆方向側に前記角度θ３を有する方向まで回転させる。
【０１３９】
前記第１磁性層２３ａと前記第２磁性層２３ｃの磁気的膜厚が同じ場合は、それぞれの前記角度θ３は同じ角度になるが、磁気的膜厚が異なる場合には、磁気的膜厚が大きいほうの磁性層２３ａ，２３ｃのθ３が、磁気的膜厚が小さい方の磁性層２３ａ，２３ｃのθ３より小さくなる。
【０１４０】
このときの印加磁界の大きさを前記硬磁性層２８の保磁力よりも大きくするのは、前記硬磁性層２８の保磁力よりも大きくないと前記硬磁性層２８を着磁することはできないためであり、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃの飽和磁界以下の大きさとするのは、前記両磁性層２３ａ，２３ｃの磁化がトラック幅方向に揃うことを防ぐためである。また、印加磁界の大きさを前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃのスピンフロップ磁界より大きくして、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの反平行状態を崩すのは、後記する図２２に示す工程で、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃの磁化方向を、確実にあらかじめ定められた方向に向けるためである。
【０１４１】
前記印加磁界の大きさは、図１４の工程で説明したのと同様の理由により、２００〜５００（ｋＡ／ｍ）、特に２００〜４００（ｋＡ／ｍ）であることが好ましい。
【０１４２】
なお、前記図２０で示す工程でトラック幅方向に対して、ハイト方向側に所定角度θ２の方向へ印加した磁場を全て除去した後に、図２１に示す工程でトラック幅方向に磁場を新たに印加しても良いが、前記図２０で示す工程で印加磁場を減少させた際に、印加磁場を８０（ｋＡ／ｍ）程度（ただしスピンフロップ磁界以下）残したまま、印加磁場の方向をトラック幅方向に回転させ、その後図２１で示す工程のように、トラック幅方向の磁界を増加させても良い。
【０１４３】
次に図２２に示すように、前記印加磁場を除去すると、磁気的膜厚が大きい前記第１磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向側に回転すると共に、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と逆方向側へ回転し、両磁性層２３ａ，２３ｃの磁化方向が反平行状態で固定される。これは、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃは前記したようにハイト方向と同軸に一軸異方性が付与されているため、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃから印加磁場を除去すると、前記両磁性層２３ａおよび２３ｃの磁化方向は、一軸異方性が付与されている方向と同軸になるように回転して戻るためである。このとき、磁気的膜厚が大きい前記第１磁性層２３ａの磁化方向が、図２１に示す工程時ではトラック幅方向からハイト方向側に角度θ３だけ傾いているため、前記第１磁性層２３ａの回転は、ハイト方向と逆方向側へ回転するよりも、ハイト方向側に回転するエネルギーのほうが小さい。したがって、前記第１磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向側に回転し、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向は前記第１磁性層２３ａの磁化方向とは反平行方向に固定されるのである。
【０１４４】
図２２に示す工程で行う印加磁場の減少は、徐々に減少することの他、パルス的に減少させても良い。この印加磁場の減少では、スピンフロップ磁界を徐々に経る必要はないからである。
【０１４５】
前記角度θ３は、１０°以上であることが好ましい。前記角度θ３を１０°以上とすると、前記第１磁性層２３ａが、付与された一軸異方性と同軸に回転する際に、ハイト方向に回転するときに必要なエネルギーが小さくなり、ハイト方向に回転し易くなる。
【０１４６】
このように図１２ないし図１５、および図１９ないし図２２に示す方法によって製造される磁気検出素子２０でも、前記固定磁性層２３を構成する前記第１磁性層２３ａ，前記第２磁性層２３ｃの磁化方向を、必ず必要な方向に固定することが可能となる。したがって、磁気検出素子の不良発生率を大幅に減少させることが出来、製造コストの低廉を実現することも可能となる。
【０１４７】
さらに図１２ないし図１５、および図１９ないし図２２に示す方法によって製造される磁気検出素子２０では、図６ないし図８、および図９ないし図１１に示す方法によって製造されるものと異なり、前記硬磁性層２８の着磁をトラック方向と平行方向におこなうことができる。したがって、前記硬磁性層２８の縦バイアスの印加効率を良好なものとすることができる。
【０１４８】
次に図２に示す磁気検出素子３０の製造方法について述べる。前記磁気検出素子３０を製造するには、図３に示す工程で、シードレイヤ２２を成膜した後、このシードレイヤ２２の上に連続して前記非磁性金属層３１を成膜し、さらにこの非磁性金属層３１の上に前記第１磁性層２３ａ、非磁性中間層２３ｂ第２磁性層２３ｃ、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５および保護層２６を連続成膜して、多層膜Ｔ２を形成し、以降の工程を前記磁気検出素子２０の場合と同様に行えば良い。
【０１４９】
図２に示す磁気検出素子３０では、シードレイヤ２２の上に連続して成膜された前記非磁性金属層３１によって、前記固定磁性層２３の磁歪定数λを大きくすることができるため磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、前記固定磁性層２３の一軸異方性を大きくできる。前記固定磁性層２３の一軸異方性が大きくなると、前記固定磁性層２３の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【０１５０】
【発明の効果】
人工フェリ構造の固定磁性層を構成する磁性層の磁化方向を、必ず必要な方向に固定することが可能となる。したがって、固定磁性層の磁化方向が所定の方向を向いていない磁気検出素子発生率を大幅に減少させることが出来、製造コストの低廉を実現することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって形成された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、
【図２】本発明の他の磁気検出素子の製造方法によって形成された第２の実施の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、
【図３】図１に示す磁気検出素子の製造方法を説明するための一工程図、
【図４】図３の次に行なわれる一工程図、
【図５】図４の次に行なわれる一工程図、
【図６】図５の次に行なわれる一工程を示す模式
【図７】図６の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図８】図７の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図９】図５の次に行なわれる他の一工程を示す模式図、
【図１０】図９の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図１１】図１０の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図１２】図５の次に行なわれる他の一工程を示す模式図、
【図１３】図１２の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図１４】図１３の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図１５】図１４の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図１６】印加磁場の大きさと固定磁性層の極性不良率との関係を示した図、
【図１７】印加磁場の大きさとヒステリシスとの関係を示した図、
【図１８】印加磁場の大きさとバルクハウゼンジャンプとの関係を示した図、
【図１９】図５の次に行なわれる他の一工程を示す模式図、
【図２０】図１９の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図２１】図２０の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図２２】図２１の次に行なわれる一工程を示す模式図、
【図２３】従来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、
【図２４】図２３の磁気検出素子の製造方法の一工程を示す模式図、
【図２５】図２３の磁気検出素子の構成部分の一部の状態を示す模式図、
【図２６】図２３の磁気検出素子の構成部分の一部の他の状態を示す模式図、
【符号の説明】
２０，３０ 磁気検出素子
２１ 基板
Ｔ２ 多層膜
２２ シードレイヤ
２３ 固定磁性層
２３ａ 第１磁性層
２３ｂ 非磁性中間層
２３ｃ 第２磁性層
２４ 非磁性材料層
２５ フリー磁性層
２６ 保護層
２８ 硬磁性層
２９ 電極層
３１ 非磁性金属層
６０ レジスト層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a magnetic detection element that fixes the magnetization of a pinned magnetic layer by uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer itself, and more particularly to a magnetic detection element capable of appropriately controlling the magnetization direction of the fixed magnetic layer It relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
FIG. 23 is a partial cross-sectional view of a conventional magnetic detection element. The magnetic sensing element 1 shown in FIG. 23 uses a magnetoresistive effect element. A fixed magnetic layer 4 is formed on a seed layer 3 formed on a substrate 2, and a lower layer is formed on the fixed magnetic layer 4. In order, a nonmagnetic material layer 5 made of Cu or the like, a free magnetic layer 6 made of Ni—Fe alloy or the like, and a protective layer 7 are laminated to form a multilayer film T1, and the multilayer film T1 A pair of hard magnetic layers 9 are provided on both sides in the track width direction (X direction in the figure), and an electrode layer 10 is formed on the hard magnetic layer 9.
[0003]
In the magnetic detection element 1, the fixed magnetic layer 4 is an artificial layer in which two magnetic layers 11 and 13 formed of, for example, Co or a Co—Fe alloy are stacked via a nonmagnetic intermediate layer 12 such as Ru. It is structured in a ferri structure.
[0004]
In such a magnetic detection element, in order to fix the magnetization direction of the pinned magnetic layer 4, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 4 is generally fixed using exchange coupling with an antiferromagnetic layer. However, it is possible to fix the magnetization direction of the pinned magnetic layer 4 without using exchange coupling with the antiferromagnetic layer. In this case, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 4 can be pinned by using a magnetoelastic effect or Some are performed by the induced magnetic anisotropy effect. Here, FIG. 23 shows a configuration of a magnetic detection element in which an antiferromagnetic layer is not formed.
[0005]
In the magnetic sensing element 1 shown in FIG. 23, the magnetization direction of one magnetic layer 13 constituting the fixed magnetic layer 4 is fixed in the height direction, and the magnetization direction of the other magnetic layer 11 is the same as that of the class magnetic layer 13. By the RKKY interaction, the magnetization direction of the one magnetic layer 13 is fixed in an antiparallel direction.
[0006]
On the other hand, the magnetization direction of the free magnetic layer 6 varies due to an external magnetic field applied from a recording medium due to a longitudinal bias magnetic field from the hard magnetic layer 9 provided on both sides of the free magnetic layer 6. A single magnetic domain is formed in the track width direction with a certain degree of strength.
[0007]
Therefore, when an external magnetic field from a recording medium enters the magnetic detection element 1, the magnetization direction of the free magnetic layer 6 changes, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 4 is fixed in the height direction or antiparallel thereto. The relative relationship with the magnetization direction changes, and a signal recorded on the recording medium is reproduced based on this change.
[0008]
As a method for magnetizing the hard magnetic layer 9 formed in such a magnetic detection element 1, after giving uniaxial anisotropy to the pinned magnetic layer 4, as shown in the schematic diagram of FIG. The hard magnetic layer 9 is magnetized by applying a magnetic field in the longitudinal bias direction of the hard magnetic layer 9, that is, in the track width direction.
Such a magnetizing method is disclosed in the following patent documents.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2000-113418 A
[Patent Document 2]
JP 2000-215422 A
[Patent Document 3]
JP 2001-168416 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the magnetization of the hard magnetic layer 9 is performed in a magnetic field lower than the spin flop magnetic field of the magnetic layers 11 and 13 constituting the pinned magnetic layer 4 in the manufacturing process of the magnetic sensing element 1, the free magnetic layer Thus, the hard magnetic layer 9 cannot generate a longitudinal bias magnetic field required to make 6 a single magnetic domain.
[0011]
Further, when the magnetization of the hard magnetic layer 9 is performed in a magnetic field higher than the saturation magnetic field of the magnetic layers 11 and 13 constituting the pinned magnetic layer 4, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 4 is fixed in a predetermined direction. There was no problem.
[0012]
For example, when an external magnetic field (recording signal magnetic field) in the height direction (Y direction in the figure) is applied and the magnetization direction of the free magnetic layer 6 rotates in the height direction, a magnetic head whose resistance increases is obtained with certainty. For this, the magnetization directions of the magnetic layers 11 and 13 of the pinned magnetic layer 4 need to be in the direction shown in FIG.
[0013]
However, as shown in FIG. 24, when the hard magnetic layer 9 is magnetized in the track width direction, the magnetization directions of the magnetic layers 11 and 13 constituting the fixed magnetic layer 4 are also directed in the track width direction. When the magnetization of the layer 9 is completed and the magnetic field is removed, as shown in FIG. 25 or FIG. 26, the magnetization directions of the magnetic layers 11 and 13 constituting the pinned magnetic layer 4 rotate from the track width direction to the height. The direction or the direction opposite to the height direction.
[0014]
At this time, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 4 has a uniaxial anisotropy coaxial with the height direction, and when focusing on the magnetization direction of one magnetic layer 13 constituting the pinned magnetic layer 4, The energy in the case where the magnetization direction of the magnetic layer 13 is directed in the height direction is the same as that in the direction opposite to the height direction. Therefore, as shown in FIG. 25, the magnetic detection element in which the magnetization direction of the one magnetic layer 13 is fixed in the height direction and the magnetization direction of the other magnetic layer 11 is fixed in the direction opposite to the height direction, As shown in FIG. 26, the magnetic detection element in which the magnetization direction of the one magnetic layer 13 is fixed in the direction opposite to the height direction and the magnetization direction of the other magnetic layer 11 is fixed in the height direction has the same theoretical probability. appear.
[0015]
For this reason, when the magnetization direction of the free magnetic layer 6 rotates in the height direction, a magnetic detecting element whose resistance increases and a magnetic detecting element whose resistance decreases are randomly manufactured with a probability of 50%. was there.
[0016]
In order to solve this problem, a current is supplied to the magnetic detection element, the magnetic layers 11 and 13 constituting the fixed magnetic layer 4 are initialized by the generated current magnetic field, and the magnetization directions of the magnetic layers 11 and 13 are changed again. Although fixing in a predetermined direction is conceivable, according to this method, since a large current needs to flow for the initialization, the magnetic detection element is easily destroyed.
[0017]
The present invention solves the above-described conventional problems. In a magnetic sensing element in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer is not pinned by an antiferromagnetic layer, the hard magnetic layer is aligned in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a magnetic sensing element that can reliably control the magnetization direction of the pinned magnetic layer even when magnetization is performed.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention relates to a method for manufacturing a magnetic detection element, which includes the following steps.
  A pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer in which a first magnetic layer and a second magnetic layer having different magnetic thicknesses are stacked on a substrate via a nonmagnetic intermediate layer, or vice versa. Forming a multilayer film laminated in the order of:
  Scraping both sides in the first direction of the multilayer film to form a hard magnetic layer;
  Imparting uniaxial anisotropy to the first magnetic layer and the second magnetic layer in a second direction intersecting the first direction;
  A magnetic field larger than the coercive force of the hard magnetic layer is applied to the hard magnetic layer and the pinned magnetic layer at a predetermined angle θ1 with respect to the first direction.(However, θ1 excludes 0 °)Providing the direction of inclination only to align the magnetization directions of the hard magnetic layer, the first magnetic layer, and the second magnetic layer in the direction of the angle θ1,
  The magnetic field is gradually decreased below the spin flop magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer so that the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer are antiparallel. Process,
  While removing the magnetic field and maintaining the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer in an antiparallel state, the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are: Rotating in the direction coaxial with the second direction by uniaxial anisotropy imparted to the first magnetic layer and the second magnetic layer;
[0019]
The present invention manufactures a so-called self-fixed magnetic sensing element in which an antiferromagnetic layer that overlaps a pinned magnetic layer is not formed, and the magnetization of the pinned magnetic layer is pinned by uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer itself. It is about the method. When forming such a magnetic detection element, when the magnetization of the hard magnetic layer is performed in the first direction, the first magnetic layer and the second magnetic layer are generated by a magnetic field required for magnetization of the hard magnetic layer. Magnetization imparted to the magnetic layer moves.
[0020]
  In the present invention,in frontAfter aligning the magnetization directions of the hard magnetic layer, the first magnetic layer, and the second magnetic layer in the direction having the angle θ1,in frontThe magnetic field is gradually decreased so that the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer are antiparallel.
[0021]
  And beforeThe magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer are directed from the first direction to the direction having the angle θ1. At this time, of the first magnetic layer and the second magnetic layer, the one having a larger magnetic film thickness (magnetic moment per unit area) faces a direction parallel to the magnetic field, and the one having a smaller magnetic film thickness. It faces in a direction antiparallel to the magnetic field.
[0022]
Then, when the magnetic field used for magnetization of the hard magnetic layer is completely removed, the larger one of the first magnetic layer and the second magnetic layer crosses the first direction. The second direction, for example, the height direction is directed, and the smaller magnetic film thickness is directed in a direction antiparallel to the second direction.
[0023]
Therefore, by setting the magnetic film thickness of each of the first magnetic layer and the second magnetic layer at the time of film formation, the magnetization direction of the first magnetic layer and the first magnetic layer after the magnetization process of the hard magnetic layer is completed. The magnetization direction of the two magnetic layers can be directed to a predetermined direction.
[0024]
  in this case,in frontThe angle θ1 is preferably configured as an angle of 10 ° to 75 ° with respect to the first direction.
[0025]
  The present invention also relates to a method for manufacturing a magnetic sensing element, characterized by having the following steps.
  A pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer in which a first magnetic layer and a second magnetic layer having different magnetic thicknesses are stacked on a substrate via a nonmagnetic intermediate layer, or vice versa. Forming a multilayer film laminated in the order of:
  Scraping both sides in the first direction of the multilayer film to form a hard magnetic layer;
  Imparting uniaxial anisotropy to the first magnetic layer and the second magnetic layer in a second direction intersecting the first direction;
  A first magnetic field is applied to the hard magnetic layer and the pinned magnetic layer at a predetermined angle θ2 with respect to the first direction.(However, θ2 excludes 0 °)And aligning the magnetization directions of the hard magnetic layer, the first magnetic layer, and the second magnetic layer in a direction having the angle θ2,
  The first magnetic field is gradually decreased below the spin flop magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer, so that the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer are opposite to each other. Paralleling the process;
  A second magnetic field greater than the coercive force of the hard magnetic layer and greater than or equal to the spin flop magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer and less than or equal to the saturation magnetic field is applied in the first direction; Fixing the magnetization direction in the first direction and directing the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer to an angle θ3 that is 10 ° or more with respect to the first direction;
  The second magnetic field is removed, and the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are changed by the uniaxial anisotropy imparted to the first magnetic layer and the second magnetic layer. Rotating in the direction coaxial with the direction to make the magnetization direction of the first magnetic layer anti-parallel to the magnetization direction of the second magnetic layer.
[0026]
The present invention also manufactures a so-called self-fixing type magnetic sensing element in which the antiferromagnetic layer overlapping the pinned magnetic layer is not formed and the magnetization of the pinned magnetic layer is pinned by the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer itself. It is about the method.
[0027]
  In the present invention,in frontAfter aligning the magnetization directions of the hard magnetic layer, the first magnetic layer, and the second magnetic layer in the direction having the angle θ2.,in frontThe recording magnetic field is gradually decreased below the spin flop magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer, and the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer are made antiparallel.
[0028]
  next,in frontThe magnetization direction of the hard magnetic layer is fixed in the first direction. At this time, a magnetic field higher than the spin flop magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer is applied in the first direction. As a result, the antiparallel state of the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer is broken. However, since the magnetic field is less than or equal to the saturation magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer, the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are not directed to the first direction.
[0029]
  At this time, of the first magnetic layer and the second magnetic layer, the one having a larger magnetic film thickness (magnetic moment per unit area),markIt is tilted in a direction close to the direction of the applied magnetic field.
[0030]
  Then, when the magnetic field used for magnetization of the hard magnetic layer is completely removed, the larger one of the first magnetic layer and the second magnetic layer crosses the first direction. The second direction, for example, the height direction is directed, and the smaller magnetic film thickness is directed in a direction antiparallel to the second direction.
  Therefore, the magnetic film thickness of each of the first magnetic layer and the second magnetic layer is set at the time of film formation.,markThe direction of the applied magnetic field is the second direction.ToThus, the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer after completion of the magnetization process of the hard magnetic layer can be directed to a predetermined direction.
[0031]
in frontThe angle θ2 is an angle of 90 ° with respect to the first direction.It is preferable.
[0033]
  In addition,Forming the first magnetic layer and the second magnetic layer of the pinned magnetic layer with a magnetic material having a positive magnetostriction constant;SaidAfter forming the hard magnetic layer,A tensile stress is applied to the pinned magnetic layer in the second direction by opening a side end surface of the pinned magnetic layer facing the recording medium.The uniaxial anisotropy is imparted to the first magnetic layer and the second magnetic layerIt is preferable.
[0035]
When a tensile stress is applied to the pinned magnetic layer in the second direction, and the first magnetic layer and the second magnetic layer of the pinned magnetic layer are formed of a magnetic material having a positive magnetostriction constant, Uniaxial anisotropy can be imparted to the pinned magnetic layer in a direction crossing the first direction.
[0037]
  After the formation of the hard magnetic layer, by opening the side end surface of the fixed magnetic layer facing the recording medium, a tensile stress is applied to the fixed magnetic layer in the second direction,Annealing while applying a magnetic field in the second direction to the first magnetic layer and the second magnetic layerThus, the uniaxial anisotropy can be imparted.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment formed by a method for manufacturing a magnetic detection element of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium.
[0040]
In the magnetic detection element 20 shown in FIG. 1, a multilayer film T <b> 2 is formed on a substrate 21. A lower shield layer and a lower gap layer may be formed between the substrate 21 and the multilayer film T2. The lower shield layer is formed of a soft magnetic material such as NiFe, and the lower gap layer is formed of an insulating material such as alumina.
[0041]
In the embodiment shown in FIG. 1, the multilayer film T2 is formed by laminating a seed layer 22, a pinned magnetic layer 23, a nonmagnetic material layer 24, a free magnetic layer 25, and a protective layer 26 in this order from the bottom.
[0042]
The seed layer 22 is made of NiFe alloy, NiFeCr alloy, Cr, or the like. The seed layer 22 is, for example, (Ni0.8Fe0.2)60at%Cr40 at%The film thickness is 35 to 60 mm. The seed layer 22 is for improving the crystal orientation of the pinned magnetic layer 23.
[0043]
The pinned magnetic layer 23 has an artificial ferri structure in which a first magnetic layer 23a and a second magnetic layer 23c are laminated via a nonmagnetic intermediate layer 23b. The pinned magnetic layer 23 has a magnetization in a second direction, which is perpendicular to the track width direction (X direction in the drawing), which is the first direction, due to the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 23 itself. It is fixed in the direction opposite to the direction (Y direction in the figure).
[0044]
The nonmagnetic material layer 24 is a layer that prevents magnetic coupling between the pinned magnetic layer 23 and the free magnetic layer 25, and is formed of a nonmagnetic material having conductivity such as Cu, Cr, Au, or Ag. It is preferable. In particular, it is preferably formed of Cu. The film thickness of the nonmagnetic material layer is 17 to 30 mm.
[0045]
The free magnetic layer 25 is formed of a magnetic material such as a NiFe alloy or a CoFe alloy. In the embodiment shown in FIG. 1, particularly when the free magnetic layer 25 is formed of a NiFe alloy, a diffusion prevention layer (not shown) made of Co, CoFe, or the like is provided between the free magnetic layer 25 and the nonmagnetic material layer 24. ) Is preferably formed. The free magnetic layer 25 has a thickness of 20 to 60 mm. The free magnetic layer 25 may have an artificial ferri structure in which a plurality of magnetic layers are stacked via a nonmagnetic intermediate layer.
[0046]
The protective layer 26 is made of Ta or the like, and is for suppressing the progress of oxidation of the multilayer film T2. The film thickness of the protective layer 26 is 10 to 50 mm.
[0047]
In the embodiment shown in FIG. 1, a bias underlayer 27, a hard magnetic layer 28, and an electrode layer 29 are formed on both sides of the multilayer film T <b> 2 from the seed layer 22 to the protective layer 26.
[0048]
The hard magnetic layer 28 is magnetized in the track width direction or in a direction having a predetermined angle θ1 with respect to the track width direction.
[0049]
The bias base layers 27 in such Cr and W-Ti alloy, the hard magnetic layer 28, 28 is for example, a Co-Pt (cobalt - platinum) alloy or a Co-Cr-Pt (cobalt - chromium - platinum) alloy, etc. The electrode layers 29 and 29 are made of Cr, W (tungsten), Au, Rh, α-Ta, or the like.
[0050]
The bias underlayers 27 and 27 have a thickness of 15 to 100 mm, the hard magnetic layers 28 and 28 have a thickness of 100 to 500 mm, and the electrode layers 29 and 29 have a thickness of 400 to 1500 mm.
[0051]
An upper gap layer (not shown) made of an insulating material such as alumina is laminated on the electrode layers 29 and 29 and the protective layer 26. Although not shown, an upper shield layer is provided on the upper gap layer.
[0052]
In the magnetic detection element 20 shown in FIG. 1, the end face F of the multilayer film T2, the bias underlayers 27 and 27, the hard magnetic layers 28 and 28, and the electrode layers 29 and 29 facing the recording medium is exposed. Or is covered with a thin protective layer having a thickness of 20 to 50 mm made of diamond-like carbon (DLC) or the like, and is an open end.
[0053]
The optical track width Tw is regulated by the width dimension in the track width direction between the side edges of the electrode layers 29 and 29 in the element center direction.
[0054]
The magnetization direction of the free magnetic layer 25 is aligned in the track width direction by a longitudinal bias magnetic field from the hard magnetic layer 28. The magnetization of the free magnetic layer 25 fluctuates with high sensitivity to the signal magnetic field (external magnetic field) from the recording medium. On the other hand, the magnetization of the pinned magnetic layer 23 is pinned in the height direction and in the direction opposite to the height direction, as will be described later.
[0055]
The electrical resistance changes depending on the relative relationship between the change in the magnetization direction of the free magnetic layer 25 and the fixed magnetization direction of the pinned magnetic layer 23 (particularly the fixed magnetization direction of the second magnetic layer 23c). A leakage magnetic field from the recording medium is detected by a voltage change or a current change based on the change.
[0056]
The pinned magnetic layer 23 has an artificial ferry structure in which a first magnetic layer 23a and a second magnetic layer 23c are laminated via a nonmagnetic intermediate layer 23b. The magnetizations of the two magnetic layers 23c are directed in antiparallel directions to each other by the RKKY interaction via the nonmagnetic intermediate layer 23b.
[0057]
The first magnetic layer 23 a is formed at a position farther from the nonmagnetic material layer 24 than the second magnetic layer 23 c and is in contact with the seed layer 22.
[0058]
In the magnetic sensing element 20, the thickness of the second magnetic layer 23c is larger than the thickness of the first magnetic layer 23a, and the magnetization direction of the second magnetic layer 23c is opposite to the height direction. The magnetization of the first magnetic layer 23a is fixed in a state where the magnetization direction is in the height direction. Accordingly, the combined magnetization direction of the entire pinned magnetic layer 23 is opposite to the height direction, which is the magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a large magnetic film thickness. The magnetic film thickness is a product of the saturation magnetization Ms and the film thickness t of the magnetic layer, and is a magnetic moment per unit area.
[0059]
The film thickness of the first magnetic layer 23a is 10 to 30 mm, and the film thickness of the second magnetic layer 23c is 15 to 35 mm. Here, when the thickness of the first magnetic layer 23a is increased, the coercive force is increased. However, when the thickness of the first magnetic layer 23a is increased, the shunt loss is increased. The first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c have a positive magnetostriction constant λ.
[0060]
The magnetic detection element 20 shown in FIG. 1 has a magnetization direction fixed by the uniaxial anisotropy of the fixed magnetic layer 23 itself, and is called a self-fixed magnetic detection element. The uniaxial anisotropy that fixes the magnetization of the pinned magnetic layer 23 includes induced magnetic anisotropy and a magnetoelastic effect. The uniaxial anisotropy can be imparted to the pinned magnetic layer 23 by a method described later. it can.
[0061]
Since the self-fixed magnetic detection element as shown in FIG. 1 can reduce the shunt loss as compared with a magnetic detection element having an antiferromagnetic layer having a thickness of about 200 mm, the magnetic field detection output of the magnetic detection element is 20 -30% improvement. In addition, since the distance between the shield layers provided above and below the magnetic detection element is shortened, it is possible to cope with further increase in the recording density of the recording medium.
[0062]
In the magnetic detection element 20, the magnetic film thickness of the second magnetic layer 23c is larger than the magnetic film thickness of the first magnetic layer 23a, but the present invention is not limited to this. Alternatively, the magnetic thickness of the first magnetic layer 23a may be larger than the magnetic thickness of the second magnetic layer 23c. In this case, the magnetization direction of the entire pinned magnetic layer 23 is a height direction that is the magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a large magnetic film thickness.
[0063]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element formed by another manufacturing method of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0064]
The magnetic detection element 30 shown in FIG. 2 also has a fixed magnetization direction due to the uniaxial anisotropy of the fixed magnetic layer 23 itself, and is called a self-fixed magnetic detection element.
[0065]
Since the magnetic detection element 30 shown in FIG. 2 has the same components as the magnetic detection element 20 shown in FIG. 1, the same reference numerals are given to the same components as the magnetic detection element 20 in FIG. Therefore, the detailed explanation is omitted.
[0066]
In the magnetic detection element 30 shown in FIG. 2, a nonmagnetic metal layer 31 is laminated between the seed layer 22 and the pinned magnetic layer 23.
[0067]
The nonmagnetic metal layer 31, PtMn alloy or,, X-Mn (where X is, Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, is any one or more elements of Fe) It is made of an alloy.
[0068]
The film thickness of the nonmagnetic metal layer 31 is preferably 5 to 50 mm.
PtMn alloy,, X-Mn (where X is, Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, is any one or more elements of Fe) comprising the non-magnetic metal layer 31 When the film thickness is within this range, the crystal structure of the nonmagnetic metal layer 31 continues to maintain the face-centered cubic structure (fcc), which is the state during film formation. When the film thickness of the nonmagnetic metal layer 31 is larger than 50 mm, the crystal structure of the nonmagnetic metal layer 31 is a CuAuI type regular face-centered square structure when heat of about 250 ° C. or more is applied. This is not preferable because the structure is transformed to (fct). However, even if the film thickness of the nonmagnetic metal layer 31 is greater than 50 mm, the crystal structure of the nonmagnetic metal layer is a face-centered cubic structure that is in the state of film formation unless heat of about 250 ° C. or more is applied. Continue to maintain (fcc).
[0069]
PtMn alloy,, X-Mn (where X is, Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, is any one or more elements of Fe) comprising the non-magnetic metal layer 31 Has a face-centered cubic (fcc) crystal structure, no exchange coupling magnetic field is generated or extremely weak at the interface between the nonmagnetic metal layer 31 and the first magnetic layer 23a. The magnetization direction of one magnetic layer 23a cannot be fixed. Therefore, the magnetization of the pinned magnetic layer 23 is pinned by the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 23 itself. The magnetic detection element shown in FIG. 2 is called a self-fixed magnetic detection element.
[0070]
The magnetic detection element 30 fixes the magnetization direction of the pinned magnetic layer 23 mainly using the magnetoelastic effect. The magnetoelastic effect is dominated by magnetoelastic energy. The magnetoelastic energy is defined by the stress σ applied to the pinned magnetic layer 23 and the magnetostriction constant λ of the pinned magnetic layer 23.
[0071]
In the magnetic sensing element 30 shown in FIG. 2, the magnetoelastic energy is increased by increasing the magnetostriction constant λ of the pinned magnetic layer 23, thereby increasing the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 23. . When the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 23 increases, the magnetization of the pinned magnetic layer 23 is firmly fixed in a certain direction, the output of the magnetic detection element increases, and the stability and symmetry of the output also improve. .
[0072]
Specifically, the first magnetic layer 23a constituting the pinned magnetic layer 23 is joined to the nonmagnetic metal layer 31, thereby causing distortion in the crystal structure of the first magnetic layer 23a and the first magnetic layer 23a. The magnetostriction constant λ of one magnetic layer 23a is increased.
[0073]
As described above, the nonmagnetic metal layer 31 has an fcc structure, and an equivalent crystal plane represented as a {111} plane is preferentially oriented in a direction parallel to the interface.
[0074]
On the other hand, the first magnetic layer 23a of the pinned magnetic layer 23 is Co or Co.xFeyWhen formed by (y ≦ 20, x + y = 100), the first magnetic layer 23a has a face-centered cubic lattice (fcc) structure. In the first magnetic layer 23a, an equivalent crystal plane represented as a {111} plane is preferentially oriented in a direction parallel to the interface.
[0075]
Therefore, atoms constituting the first magnetic layer 23a and atoms constituting the nonmagnetic metal layer 31 are likely to overlap each other, and the crystals in the nonmagnetic metal layer 31 and the crystals in the fixed magnetic layer 23 are epitaxial. It is in a state.
[0076]
However, there is a certain difference between the nearest interatomic distance in the {111} plane of the first magnetic layer 23a and the nearest interatomic distance in the {111} plane of the nonmagnetic metal layer 31. is required.
[0077]
In order to increase the magnetostriction of the first magnetic layer 23a in order to cause distortion in the crystal structure while overlapping the atoms constituting the nonmagnetic metal layer 31 and the atoms of the first magnetic layer 23a, It is preferable to adjust the Pt content in the PtMn alloy, which is the material of the layer 31, or the X element content in the X—Mn alloy.
[0078]
For example, Pt content of the PtMn alloy or the X element content of the X-Mn alloy, if the 51 or more atomic%, the magnetostriction of the first magnetic layer 23a overlapping the non-magnetic metal layer 31 Increases rapidly. Further, when the Pt content in the PtMn alloy or the X element content in the X—Mn alloy is 55 atomic% or more and 95 atomic% or less, the magnetostriction of the first magnetic layer takes a large value. While stabilizing.
[0079]
Further, the difference between the nearest interatomic distance in the {111} plane of the nonmagnetic metal layer 31 and the nearest interatomic distance in the {111} plane of the first magnetic layer 23a of the pinned magnetic layer 23, The value (mismatch value) divided by the distance between nearest atoms in the {111} plane of the first magnetic layer 23a is preferably 0.05 or more and 0.20 or less.
[0080]
The nonmagnetic metal layer 31 may be formed of one or more selected from Ru, Re, Os, Ti, Rh, Ir, Pd, Pt, and Al. In this case, the nonmagnetic metal layer 31 has an fcc structure, and an equivalent crystal plane represented as a {111} plane is preferentially oriented in a direction parallel to the interface, or has an hcp structure and is parallel to the interface. The C plane is preferentially oriented in any direction. Then, it is possible to increase the magnetostriction of the first magnetic layer 23a by causing distortion in the crystal structure while overlapping the atoms constituting the nonmagnetic metal layer 31 and the atoms of the first magnetic layer 23a. Become.
[0081]
Next, a method for manufacturing the magnetic detection elements 20 and 30 shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
[0082]
3 to 5 are process diagrams showing a method of manufacturing the magnetic sensing element 20 shown in FIG. 1, and these FIGS. 3 to 5 are partial sectional views as seen from the side facing the recording medium.
[0083]
First, in the step shown in FIG. 3, the seed layer 22, the pinned magnetic layer 23, the nonmagnetic material layer 24, the free magnetic layer 25, and the protective layer 26 are successively formed on the substrate 21 from below to form the multilayer film T2. A sputtering method or a vapor deposition method is used for this film formation. As the sputtering method, a DC magnetron sputtering method, an RF sputtering method, an ion beam sputtering method, a long throw sputtering method, a collimation sputtering method, or the like can be used. In the present invention, “continuous film formation” means that the film is formed by successively changing the target in the chamber without breaking the vacuum state.
[0084]
The pinned magnetic layer 23 has an artificial ferrimagnetic structure in which a first magnetic layer 23a and a second magnetic layer 23c are laminated via a nonmagnetic intermediate layer 23b. Accordingly, in the pinned magnetic layer 23, the first magnetic layer 23a is formed on the seed layer 22, and the nonmagnetic intermediate layer 23b and the second magnetic layer 23c are continuously formed on the first magnetic layer 23a. It is formed by forming a film.
[0085]
As described above, when the free magnetic layer 25 is formed of a NiFe alloy, a diffusion prevention layer (not shown) made of Co, CoFe, or the like is formed between the free magnetic layer 25 and the nonmagnetic material layer 24. It is preferable to do. Further, when the free magnetic layer 25 has an artificial ferrimagnetic structure, a plurality of magnetic layers and a nonmagnetic intermediate layer are successively laminated.
[0086]
Note that a lower shield layer and a lower gap layer may be formed between the substrate 21 and the seed layer 22.
[0087]
  Next, in a step shown in FIG. 4, a lift-off resist layer 60 is formed on the protective layer 26. The resist layer 60 defines the shape of the multilayer film T2 in the width direction, and the width dimension of the resist layer 60 in the track width direction.Is lightStudyGIt is about the same as or slightly larger than the rack width Tw.
[0088]
After the resist layer 60 is formed on the protective layer 26, the multilayer film T2 not covered with the resist layer 60 is shaved by ion milling. As a result, both side portions of the multilayer film T2 protruding from the resist layer 60 are shaved, and the multilayer film T2 is defined in a substantially trapezoidal shape when viewed from the side facing the recording medium.
[0089]
As shown in FIG. 4, both side end surfaces T2a of the multilayer film T2 are etched surfaces etched by the ion milling, and the both side end surfaces T2a are formed as curved surfaces or inclined surfaces. In FIG. 4, the both end surfaces T2a are formed as inclined surfaces, and both end surfaces in the track width direction of the respective layers constituting the multilayer film T2 are continuous surfaces following the inclined surfaces.
[0090]
Next, in the step shown in FIG. 5, the resist layer 60 is left as it is, and the bias is applied from above the substrate 21 extending in the track width direction to both side end surfaces T2a of the multilayer film T2 to both side end surfaces T2a shown in FIG. by the formation 27 is formed by sputtering or vapor deposition are successively formed further the bias underlayer 27 on the hard magnetic layer 28 and the electrode layer 29 by sputtering or vapor deposition, both sides of the multilayer film T2 Then, the hard magnetic layer 28 and the electrode layer 29 are formed. As a result, the material layer 27 a of the bias underlayer 27, the material layer 28 a of the hard magnetic layer 28, and the material layer 29 a of the electrode layer 29 are deposited on the resist layer 60.
[0091]
Next, after removing the resist layer 60, an upper gap layer and an upper shield layer are laminated, and if necessary, an inductive head for recording is formed.
[0092]
Since a plurality of the magnetic detection elements 20 are formed on one wafer, a process of cutting the wafer into individual sliders is performed thereafter.
[0093]
In this slider step, the end face F of the multilayer film T2, the bias underlayers 27, 27, the hard magnetic layers 28, 28, and the electrode layers 29, 29 on the side facing the recording medium is exposed. The end face F may be covered with a thin protective layer having a thickness of 20 to 50 mm made of diamond-like carbon (DLC) or the like. Therefore, the end face F is an open end.
[0094]
In this way, the magnetic detection element 20 is manufactured.
In the magnetic detection element 20, the end face F of the multilayer film T2, the bias underlayers 27 and 27, the hard magnetic layers 28 and 28, and the electrode layers 29 and 29 facing the recording medium is an open end. ing. The stress from the gap layers and the like positioned above and below the multilayer film T2 is originally two-dimensionally isotropic, but the symmetry of the stress is lost when the end face F is an open end. Therefore, a uniaxial tensile stress is applied to the multilayer film T2 from the substrate 21 and the upper gap layer in a direction parallel to the height direction. If the laminated body of the bias underlayers 27, 27, the hard magnetic layers 28, 28, and the electrode layers 29, 29 has compressive internal stress, the laminated body is tracked. Compressive stress is applied in a direction parallel to the width direction and in an antiparallel direction.
[0095]
That is, a tensile stress in the height direction and a compressive stress in the track width direction are applied to the pinned magnetic layer 23 whose end face F is open. As described above (see the description of FIG. 1), the first magnetic layer 23a is formed of a magnetic material having a positive magnetostriction constant. Therefore, due to the magnetoelastic effect, the first magnetic layer 23a The easy magnetization axis is parallel to the height direction of the magnetic detection element 20, and the magnetization direction of the first magnetic layer 23a is fixed to the height direction. On the other hand, the magnetization of the second magnetic layer 23c, the magnetization direction antiparallel to the direction of the first magnetic layer 23a by the RKKY interaction through the non-magnetic intermediate layer 23b, or fixed in a state facing the height direction and the reverse direction Is done.
[0096]
However, in the magnetic sensing element 20, the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c constituting uniaxial anisotropy in the fixed magnetic layer 23 are made of a material having a positive magnetostriction constant λ. However, the present invention is not limited to this, and after forming the multilayer film T2, the hard magnetic layer 28, and the electrode layer 29, the first magnetic layer 23a or the second magnetic layer 23c is formed. Annealing may be performed while applying a magnetic field in the height direction to impart induced magnetic anisotropy, and uniaxial anisotropy may be imparted by applying a magnetic field in the height direction.
[0097]
Immediately after the slider process or after the slider is attached to the load beam, the magnetization of the hard magnetic layer 28 and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 23 are fixed to a predetermined direction with respect to the magnetic sensing element 20. The process is performed.
[0098]
6 to 8 are schematic views showing one process for fixing the magnetization of the hard magnetic layer 28 and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 23. FIG. 6 to 8, a magnetic field is applied so that the magnetization of the hard magnetic layer 28 is magnetized in a direction having a predetermined angle θ1 with respect to the track width direction, and the film of the second magnetic layer 23c. This shows a method of fixing the magnetization direction of the fixed magnetic layer 23 of the magnetic detection element 20 having a thickness larger than that of the first magnetic layer 23a.
[0099]
6 to 8, only the hard magnetic layer 28 and the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c constituting the pinned magnetic layer 23 are shown for easy understanding of the process.
[0100]
In the process shown in FIG. 6, a strong magnetic field of, for example, 1200 (kA / m) is applied in the direction of angle θ1 from the track width direction to the height direction opposite to the height direction, so that the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c and the magnetizations of the hard magnetic layers 28 and 28 are directed in the direction of the angle θ1 from the track width direction to the height direction opposite to the height direction. At this time, the hard magnetic layer 28 is magnetized in the direction of the angle θ1 from the track width direction to the height direction opposite to the height direction. At this time, the magnitude of the magnetic field when the hard magnetic layer 28 is magnetized is such that the saturation magnetic field of the pinned magnetic layer 23 (the magnetization direction of the first magnetic layer 23a and the magnetization direction of the second magnetic layer 23c are applied magnetic fields). Larger than the magnetic field aligned in the direction).
[0101]
Next, as shown in FIG. 7, gradually reducing the applied magnetic field, and less than the spin flop field of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c, the magnetization of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c The directions are anti-parallel to each other. At this time, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a large magnetic film thickness remains in the direction of the angle θ1 from the track width direction to the opposite side to the height direction, but the second magnetic layer 23c has a small magnetic film thickness. The magnetization direction of the first magnetic layer 23a faces in a direction antiparallel to the magnetization direction of the second magnetic layer 23c.
[0102]
Next, as shown in FIG. 8, when the applied magnetic field is removed, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a large magnetic film thickness is in the height direction while the magnetic layers 23a and 23c remain antiparallel. And the magnetization direction of the first magnetic layer 23a is rotated to the height direction side, and the magnetization directions of both magnetic layers 23a and 23c are fixed. This is because the uniaxial anisotropy is imparted to the height direction and coaxially such that the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c is described above, and removal of the applied magnetic field from the two magnetic layers 23a and 23c, This is because the magnetization directions of the magnetic layers 23a and 23c rotate back so as to be coaxial with the direction in which uniaxial anisotropy is imparted. At this time, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a large magnetic film thickness is inclined by an angle θ1 from the track width direction to the height direction opposite to the height direction in the step shown in FIG. The rotation of the layer 23c requires less energy to rotate in the direction opposite to the height direction than to rotate in the height direction. Therefore, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c rotates in the direction opposite to the height direction, and the magnetization direction of the first magnetic layer 23a is fixed in an antiparallel direction to the magnetization direction of the second magnetic layer 23c. It is.
[0103]
The angle θ1 is preferably 10 ° or more. When the angle θ1 is 10 ° or more, when the second magnetic layer 23c rotates coaxially with the applied uniaxial anisotropy, the energy required for rotating in the direction opposite to the height direction is small. It becomes easy to rotate in the direction opposite to the height direction.
[0104]
In the process shown in FIG. 7, when the applied magnetic field is reduced gradually to zero instead of gradually, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c is not necessarily directed to the opposite direction to the height direction. This is not preferable because the magnetization direction of the second magnetic layer 23c and the magnetization direction of the first magnetic layer 23a cannot be controlled.
[0105]
6 to 8, the hard magnetic layer 28 is magnetized in a direction having a predetermined angle θ1 with respect to the track width direction, and the thickness of the second magnetic layer 23c is the first magnetic layer. The method of pinning the magnetization direction of the pinned magnetic layer 23 of the magnetic sensing element 20 when configured to be larger than the film thickness of 23a has been shown. The film thickness of the first magnetic layer 23a is the second magnetic layer. The method of fixing the magnetization direction when the layer is configured to be larger than the film thickness of the layer 23c is the direction in which a strong magnetic field is applied to the first magnetic layer 23a, the second magnetic layer 23c, and the hard magnetic layers 28 and 28, as shown in FIG. On the contrary, it can be performed by directing in the direction of θ1 toward the height direction with respect to the track width direction. Processes in that case are shown in the schematic diagrams shown in FIGS. Note that what is manufactured by the steps shown in FIGS. 9 to 11 is the magnetic detection element 20 in which the magnetization of the hard magnetic layer 28 is magnetized in a direction having a predetermined angle θ1 with respect to the track width direction. In order to make the process easy to understand, only the hard magnetic layer 28 and the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c constituting the pinned magnetic layer 23 are shown in FIGS. Yes.
[0106]
In the process shown in FIG. 9, a strong magnetic field of, for example, 1200 (kA / m) is applied in the direction of angle θ1 from the track width direction to the height direction side, and the first magnetic layer 23a, the second magnetic layer 23c, The magnetizations of the hard magnetic layers 28 are directed from the track width direction to the height direction in the direction of the angle θ1. At this time, the hard magnetic layer 28 is magnetized in the direction of the angle θ1 from the track width direction to the height direction side. At this time, the magnitude of the magnetic field when the hard magnetic layer 28 is magnetized is larger than the saturation magnetic field of the pinned magnetic layer 23.
[0107]
Next, as shown in FIG. 10, the applied magnetic field is gradually decreased to be smaller than the spin flop magnetic field of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c, and the magnetization directions of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c. Are directed antiparallel to each other. At this time, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a large magnetic film thickness remains oriented in the direction of the angle θ1 from the track width direction to the height direction side, but the second magnetic layer 23c having a small magnetic film thickness. The magnetization direction is directed in a direction antiparallel to the magnetization direction of the first magnetic layer 23a.
[0108]
Next, as shown in FIG. 11, when the applied magnetic field is removed, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a large magnetic film thickness is in the height direction while the magnetic layers 23a and 23c remain antiparallel. And the magnetization direction of the second magnetic layer 23c rotates in the direction opposite to the height direction, and the magnetization directions of both magnetic layers 23a and 23c are fixed. This is because the uniaxial anisotropy is imparted to the height direction and coaxially such that the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c is described above, and removal of the applied magnetic field from the two magnetic layers 23a and 23c, This is because the magnetization directions of the magnetic layers 23a and 23c rotate back so as to be coaxial with the direction in which uniaxial anisotropy is imparted. At this time, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a large magnetic film thickness is inclined by the angle θ1 from the track width direction to the height direction side in the process shown in FIG. The rotation is smaller in energy rotating in the height direction than in the direction opposite to the height direction. Therefore, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a rotates to the height direction side, and the magnetization direction of the second magnetic layer 23c is fixed while being antiparallel to the magnetization direction of the first magnetic layer 23a. .
[0109]
The angle θ1 is preferably 10 ° or more. When the angle θ1 is 10 ° or more, when the first magnetic layer 23a rotates coaxially with the applied uniaxial anisotropy, the energy required when rotating in the height direction becomes small, and the height direction It becomes easy to rotate to the side.
[0110]
As described above, according to the present invention, the magnetization directions of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c constituting the fixed magnetic layer 23 can be fixed in a necessary direction. Therefore, the defect occurrence rate of the magnetic detection element can be greatly reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
[0111]
It should be noted that the magnetization direction of the hard magnetic layers 28 of the magnetic detection element formed according to the present invention is a direction inclined by an angle θ1 from the track width direction (the x direction in the drawing). Therefore, the magnitude of the longitudinal bias magnetic field (the magnitude of the static magnetic field generated from the hard magnetic layers 28, 28 in the track width direction) is cos θ times that when the magnetization direction of the hard magnetic layers 28, 28 is the track width direction. It is. Therefore, in order to ensure the necessary longitudinal bias magnetic field in this case, it is preferable to increase the magnetic film thickness of the hard magnetic layer 28 by a factor of 1 / cos θ (usually when magnetized in the track width direction). .
[0112]
Next, another method for fixing the magnetization of the hard magnetic layer 28 and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 23 is shown in the schematic diagrams of FIGS.
[0113]
12 to 15, the hard magnetic layer 28 is magnetized in the track width direction, and the film thickness of the second magnetic layer 23c is larger than the film thickness of the first magnetic layer 23a. 3 shows a method of fixing the magnetization direction of the fixed magnetic layer 23 of the magnetic detection element 20. For easy understanding of the process, FIGS. 12 to 15 also show only the hard magnetic layer 28 and the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c constituting the pinned magnetic layer 23. Yes.
[0114]
In the process shown in FIG. 12, a strong magnetic field of, for example, 800 to 1200 (kA / m) is applied in a direction having a predetermined angle θ2 on the opposite side to the height direction with respect to the track width direction as the first direction. Then, the magnetizations of the first magnetic layer 23a, the second magnetic layer 23c, and the hard magnetic layers 28, 28 are directed in the direction having the θ2 on the opposite side to the height direction with respect to the track width direction. This angle θ2 is, for example, 90 °.
[0115]
Next, as shown in FIG. 13, the applied magnetic field is gradually decreased to be smaller than the spin flop magnetic field of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c, and the magnetization of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c. Are directed antiparallel to each other. At this time, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a large magnetic film thickness remains in the direction of the angle θ2 from the track width direction to the height direction opposite to the height direction, but the second magnetic layer 23c has a small magnetic film thickness. The magnetization direction of the first magnetic layer 23a faces in a direction antiparallel to the magnetization direction of the second magnetic layer 23c.
[0116]
At this time, when the applied magnetic field is reduced gradually to zero instead of gradually, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c is not necessarily directed to the direction of the angle θ2 from the track width direction to the direction opposite to the height direction. This is not preferable because the magnetization direction of the second magnetic layer 23c and the magnetization direction of the first magnetic layer 23a cannot be controlled.
[0117]
Next, as shown in FIG. 14, a magnetic field is applied in the track width direction to magnetize the hard magnetic layers 28 and 28 in the track width direction, and the magnetization directions of the magnetic layers 23a and 23c are changed to the track width. It is directed in a direction having a predetermined angle θ3 with respect to the direction.
[0118]
The magnitude of the applied magnetic field at this time is larger than the coercive force of the hard magnetic layer 28 and more than the spin flop magnetic field of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c, and the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c. The magnitude is equal to or less than the saturation magnetic field of the magnetic layer 23c. The magnitude of the applied magnetic field is 400 (kA / m), for example.
[0119]
At this time, the antiparallel state of the magnetic layers 23a and 23c is broken. That is, as shown in FIG. 14, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a large magnetic film thickness rotates to a direction having the angle θ3 on the opposite side to the height direction with respect to the track width direction. The magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a small target film thickness rotates to a direction having the angle θ3 on the height direction side with respect to the track width direction.
[0120]
When the magnetic thicknesses of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c are the same, the angles θ3 are the same, but when the magnetic film thickness is different, the magnetic film thickness is Θ3 of the larger magnetic layer 23a, 23c is smaller than θ3 of the magnetic layer 23a, 23c having a smaller magnetic film thickness.
[0121]
The reason why the magnitude of the applied magnetic field at this time is made larger than the coercive force of the hard magnetic layer 28 is that the hard magnetic layer 28 cannot be magnetized unless it is larger than the coercive force of the hard magnetic layer 28. The reason why the magnitude of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c is equal to or smaller than the saturation magnetic field is to prevent the magnetizations of the magnetic layers 23a and 23c from being aligned in the track width direction. Further, the magnitude of the applied magnetic field is made larger than the spin flop magnetic field of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c, and the antiparallel state of the magnetic layers 23a and 23c is destroyed as shown in FIG. This is because the magnetization directions of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c are surely directed in a predetermined direction in the step shown.
[0122]
In addition, after removing all the magnetic fields applied in the direction of the predetermined angle θ2 in the direction opposite to the height direction with respect to the track width direction in the process shown in FIG. 13, the magnetic field is applied in the track width direction in the process shown in FIG. Although it may be newly applied, when the applied magnetic field is decreased in the step shown in FIG. 13, the applied magnetic field direction remains with the applied magnetic field remaining at about 80 (kA / m) (but below the spin-flop magnetic field). May be rotated in the track width direction, and then the magnetic field in the track width direction may be increased as in the step shown in FIG.
[0123]
Next, as shown in FIG. 15, when the applied magnetic field is removed, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a large magnetic thickness rotates in the direction opposite to the height direction, and the first magnetic layer 23a The magnetization direction rotates toward the height direction, and the magnetization directions of both magnetic layers 23a and 23c are fixed in an antiparallel state. This is because the uniaxial anisotropy is imparted to the height direction and coaxially such that the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c is described above, and removal of the applied magnetic field from the two magnetic layers 23a and 23c, This is because the magnetization directions of the magnetic layers 23a and 23c rotate back so as to be coaxial with the direction in which uniaxial anisotropy is imparted. At this time, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a large magnetic film thickness is inclined by the angle θ3 from the track width direction to the opposite side to the height direction in the step shown in FIG. The rotation of the layer 23c requires less energy to rotate in the direction opposite to the height direction than to rotate in the height direction. Therefore, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c rotates in the direction opposite to the height direction, and the magnetization direction of the first magnetic layer 23a is fixed in an antiparallel direction to the magnetization direction of the second magnetic layer 23c. It is.
[0124]
The decrease in the applied magnetic field performed in the step shown in FIG. 15 may be reduced in a pulse manner in addition to the gradual decrease. This is because it is not necessary to gradually pass through the spin-flop magnetic field in reducing the applied magnetic field.
[0125]
Accordingly, the angle θ3 is preferably 10 ° or more. When the angle θ3 is 10 ° or more, when the second magnetic layer 23c rotates coaxially with the applied uniaxial anisotropy, the energy required for rotating in the direction opposite to the height direction is small. It becomes easy to rotate in the direction opposite to the height direction.
[0126]
In addition, it is preferable that the magnitude | size of the applied magnetic field of the track width direction in the process shown by FIG. 14 is 200-500 (kA / m), for example. This is derived from the following experimental example.
[0127]
16 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the applied magnetic field in the step shown in FIG. 14 and the polarity defect rate of the pinned magnetic layer, and FIG. 17 shows the relationship between the magnitude of the applied magnetic field and the hysteresis in the step shown in FIG. FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the applied magnetic field and the Barkhausen jump in the step shown in FIG. As a sample at this time, the GMR film structure was changed in order from the bottom (Ni0.8Fe0.2)60Cr4052mm, Pt50Mn5030Å, Co 16Å, Ru 9Å, Co 22Å, Cu 21Å, Co90Fe1010 Å Ni80Fe20Is laminated with 35 mm and Ta with 30 mm, and the structure of the hard magnetic layer and the electrode layer provided on both sides of the GMR film is made up of Cr 50 mm, Co75Pt25A laminate of 200 mm, Ta of 50 mm, Au of 800 mm, and Ta of 50 mm was used. Application of the strong magnetic field described in the step shown in FIG. 12 was performed on this sample at 800 (kA / m), and the optical track width dimension of this sample was 0.13 μm.
[0128]
As shown in FIG. 16, when the applied magnetic field is 500 (kA / m) or less, particularly when it is 400 (kA / m) or less, the magnetization of the pinned magnetic layer is surely directed in a predetermined direction. I understand. That is, as shown in FIG. 15, the magnetization direction of the second magnetic layer 23c is fixed to the direction opposite to the height direction, and the magnetization direction of the first magnetic layer 23a is fixed to the height direction.
[0129]
When the applied magnetic field is larger than 400 (kA / m), the magnetization direction of the second magnetic layer 23c is fixed to the height direction, and the magnetization direction of the first magnetic layer 23a is fixed to the opposite side to the height direction. A magnetic sensing element is produced. When the applied magnetic field is larger than 500 (kA / m), especially 560 (kA / m) or more, the incidence of defects increases.
[0130]
However, when the magnitude of the applied magnetic field is small, the values of hysteresis and Barkhausen jump become large. This is because the magnetization of the hard magnetic layer becomes insufficient when the applied magnetic field is small.
[0131]
From the results shown in FIGS. 16 to 18, the magnitude of the applied magnetic field is 200 to 500 (kA / m) in order to suppress the magnetization reversal of the pinned magnetic layer and reduce the hysteresis and the Barkhausen jump value. ), Particularly preferably 200 to 400 (kA / m).
[0132]
12 to 15, the hard magnetic layer 28 is magnetized in the track width direction, and the thickness of the second magnetic layer 23c is larger than the thickness of the first magnetic layer 23a. In this case, the method of fixing the magnetization direction of the fixed magnetic layer 23 of the magnetic detection element 20 is shown.
[0133]
When the thickness of the first magnetic layer 23a is larger than the thickness of the second magnetic layer 23c, the magnetization direction is fixed by using the first magnetic layer 23a, the second magnetic layer 23c, and the hard magnetic layer. The direction in which a strong magnetic field is applied to the layers 28 and 28 can be directed in the direction opposite to that shown in FIG. The schematic diagram shown in FIGS. 19 to 22 below shows the process in that case. Note that what is manufactured by the steps shown in FIGS. 19 to 22 is the magnetic detecting element 20 in which the hard magnetic layer 28 is magnetized in the track width direction. In order to make the process easy to understand, only the hard magnetic layer 28 and the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c constituting the pinned magnetic layer 23 are shown in FIGS. Yes.
[0134]
In the process shown in FIG. 19, a strong magnetic field of 800 to 1200 (kA / m), for example, is applied in a direction having a predetermined angle θ2 on the height direction side with respect to the track width direction which is the first direction. The magnetizations of the first magnetic layer 23a, the second magnetic layer 23c, and the hard magnetic layers 28 and 28 are directed in the direction having θ2 on the opposite side to the height direction with respect to the track width direction. This angle θ2 is, for example, 90 °.
[0135]
Next, as shown in FIG. 20, the applied magnetic field is gradually decreased to be smaller than the spin flop magnetic field of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c, and the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c. The magnetizations of are oriented in antiparallel directions. At this time, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a large magnetic film thickness remains oriented in the direction of the angle θ2 from the track width direction to the height direction side, but the second magnetic layer having a small magnetic film thickness. The magnetization direction of 23c is directed in a direction antiparallel to the magnetization direction of the first magnetic layer 23a.
[0136]
Next, as shown in FIG. 21, a magnetic field is applied in the track width direction to magnetize the hard magnetic layers 28 and 28 in the track width direction, and the magnetization directions of the magnetic layers 23a and 23c are changed to the track width. It is directed in a direction having a predetermined angle θ3 with respect to the direction.
[0137]
The magnitude of the applied magnetic field at this time is larger than the coercive force of the hard magnetic layer 28 and more than the spin flop magnetic field of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c, and the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c. The magnitude is equal to or less than the saturation magnetic field of the magnetic layer 23c. The magnitude of the applied magnetic field is 400 (kA / m), for example.
[0138]
At this time, the antiparallel state of the magnetic layers 23a and 23c is broken. That is, as shown in FIG. 21, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a large magnetic film thickness is rotated to a direction having the angle θ3 on the height direction side with respect to the track width direction. The magnetization direction of the second magnetic layer 23c having a small value is rotated to a direction having the angle θ3 on the opposite side to the height direction with respect to the track width direction.
[0139]
When the magnetic thicknesses of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c are the same, the angles θ3 are the same, but when the magnetic film thickness is different, the magnetic film thickness is Θ3 of the larger magnetic layer 23a, 23c is smaller than θ3 of the magnetic layer 23a, 23c having a smaller magnetic film thickness.
[0140]
The reason why the magnitude of the applied magnetic field at this time is made larger than the coercive force of the hard magnetic layer 28 is that the hard magnetic layer 28 cannot be magnetized unless it is larger than the coercive force of the hard magnetic layer 28. The reason why the magnitude of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c is equal to or smaller than the saturation magnetic field is to prevent the magnetizations of the magnetic layers 23a and 23c from being aligned in the track width direction. Also, the magnitude of the applied magnetic field is made larger than the spin flop magnetic field of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c, and the antiparallel state of the magnetic layers 23a and 23c is destroyed as shown in FIG. This is because the magnetization directions of the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c are surely directed in a predetermined direction in the step shown.
[0141]
The magnitude of the applied magnetic field is preferably 200 to 500 (kA / m), particularly 200 to 400 (kA / m) for the same reason as described in the step of FIG.
[0142]
Incidentally, after all the magnetic fields applied in the direction of the predetermined angle θ2 on the height direction side with respect to the track width direction in the step shown in FIG. 20 are removed, a magnetic field is newly applied in the track width direction in the step shown in FIG. However, when the applied magnetic field is decreased in the step shown in FIG. 20, the applied magnetic field direction is track width while the applied magnetic field remains at about 80 (kA / m) (but not more than the spin-flop magnetic field). Then, as shown in FIG. 21, the magnetic field in the track width direction may be increased.
[0143]
Next, as shown in FIG. 22, when the applied magnetic field is removed, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a large magnetic thickness rotates to the height direction side, and the magnetization direction of the second magnetic layer 23c changes. Rotating in the direction opposite to the height direction, the magnetization directions of both magnetic layers 23a and 23c are fixed in an antiparallel state. This is because the uniaxial anisotropy is imparted to the height direction and coaxially such that the first magnetic layer 23a and the second magnetic layer 23c is described above, and removal of the applied magnetic field from the two magnetic layers 23a and 23c, This is because the magnetization directions of the magnetic layers 23a and 23c rotate back so as to be coaxial with the direction in which uniaxial anisotropy is imparted. At this time, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a having a large magnetic film thickness is inclined by the angle θ3 from the track width direction to the height direction side in the process shown in FIG. The rotation is smaller in energy rotating in the height direction than in the direction opposite to the height direction. Therefore, the magnetization direction of the first magnetic layer 23a rotates in the height direction, and the magnetization direction of the second magnetic layer 23c is fixed in an antiparallel direction to the magnetization direction of the first magnetic layer 23a.
[0144]
The decrease in the applied magnetic field performed in the step shown in FIG. 22 may be reduced in a pulse manner in addition to the gradual decrease. This is because it is not necessary to gradually pass through the spin-flop magnetic field in reducing the applied magnetic field.
[0145]
The angle θ3 is preferably 10 ° or more. When the angle θ3 is 10 ° or more, when the first magnetic layer 23a rotates coaxially with the applied uniaxial anisotropy, the energy required when rotating in the height direction is reduced, and in the height direction. It becomes easy to rotate.
[0146]
Thus, even in the magnetic sensing element 20 manufactured by the method shown in FIGS. 12 to 15 and FIGS. 19 to 22, the first magnetic layer 23 a and the second magnetic layer 23 c constituting the fixed magnetic layer 23 are formed. It is possible to always fix the magnetization direction in a necessary direction. Therefore, the defect occurrence rate of the magnetic detection element can be significantly reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
[0147]
Further, the magnetic sensing element 20 manufactured by the method shown in FIGS. 12 to 15 and FIGS. 19 to 22 is different from that manufactured by the method shown in FIGS. 6 to 8 and FIGS. The hard magnetic layer 28 can be magnetized in a direction parallel to the track direction. Therefore, the application efficiency of the longitudinal bias of the hard magnetic layer 28 can be improved.
[0148]
Next, a manufacturing method of the magnetic detection element 30 shown in FIG. 2 will be described. In order to manufacture the magnetic sensing element 30, after forming the seed layer 22 in the step shown in FIG. 3, the nonmagnetic metal layer 31 is continuously formed on the seed layer 22, and this The first magnetic layer 23a, the nonmagnetic intermediate layer 23b, the second magnetic layer 23c, the nonmagnetic material layer 24, the free magnetic layer 25, and the protective layer 26 are continuously formed on the nonmagnetic metal layer 31 to form a multilayer film T2. And the subsequent steps may be performed in the same manner as in the case of the magnetic detection element 20.
[0149]
In the magnetic sensing element 30 shown in FIG. 2, the magnetostriction constant λ of the pinned magnetic layer 23 can be increased by the nonmagnetic metal layer 31 continuously formed on the seed layer 22, so that the magnetoelastic energy is increased. Thus, the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 23 can be increased. When the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 23 increases, the magnetization of the pinned magnetic layer 23 is firmly fixed in a certain direction, the output of the magnetic detection element increases, and the stability and symmetry of the output also improve. .
[0150]
【The invention's effect】
It becomes possible to fix the magnetization direction of the magnetic layer constituting the pinned magnetic layer having the artificial ferri structure in a necessary direction. Therefore, it is possible to greatly reduce the incidence of magnetic detection elements in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer is not directed to a predetermined direction, and it is possible to realize a low manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element formed according to the present invention as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element according to a second embodiment formed by another method of manufacturing a magnetic detection element of the present invention as viewed from the side facing the recording medium;
FIG. 3 is a process diagram for explaining a method of manufacturing the magnetic detection element shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a process diagram performed next to FIG. 3;
FIG. 5 is a process diagram performed next to FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram showing another process performed next to FIG.
FIG. 10 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 12 is a schematic diagram showing another process performed next to FIG.
FIG. 13 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 14 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 15 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the applied magnetic field and the polarity defect rate of the pinned magnetic layer;
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the magnitude of an applied magnetic field and hysteresis;
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the applied magnetic field and Barkhausen jump;
FIG. 19 is a schematic diagram showing another process performed after FIG.
FIG. 20 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 21 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 22 is a schematic diagram showing one process performed after FIG.
FIG. 23 is a partial cross-sectional view of a conventional magnetic detection element as viewed from the side facing the recording medium;
24 is a schematic view showing one step of the method for manufacturing the magnetic detection element of FIG. 23;
FIG. 25 is a schematic diagram showing a state of a part of the components of the magnetic detection element of FIG.
FIG. 26 is a schematic diagram showing another state of a part of the components of the magnetic detection element of FIG. 23;
[Explanation of symbols]
20, 30 Magnetic detection element
21 Substrate
T2 multilayer film
22 Seed layer
23 Fixed magnetic layer
23a First magnetic layer
23b Nonmagnetic intermediate layer
23c Second magnetic layer
24 Non-magnetic material layer
25 Free magnetic layer
26 Protective layer
28 Hard magnetic layer
29 Electrode layer
31 Nonmagnetic metal layer
60 resist layer

Claims (6)

以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法、
基板上に、磁気的膜厚が異なる第１磁性層と第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層された固定磁性層、非磁性材料層、並びにフリー磁性層の順に、またはその逆の順に積層された多層膜を形成する工程と、
前記多層膜の第１の方向の両側部を削って、硬磁性層を形成する工程と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層に、前記第１の方向と交叉する第２の方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記硬磁性層および前記固定磁性層とに、前記硬磁性層の保磁力よりも大きい磁場を前記第１の方向に対して所定角度θ１（ただしθ１は、０°を除く）だけ傾く方向に与えて、前記硬磁性層、前記第１磁性層および前記第２磁性層の磁化方向を前記角度θ１の方向へ揃える工程と、
前記磁場を、前記第１磁性層および前記第２磁性層のスピンフロップ磁界以下に徐々に減少させて、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行にする工程と、
前記磁場を除去して、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行状態に維持したまま、前記第１磁性層及び前記第２磁性層の磁化方向を、前記第１磁性層及び前記第２磁性層に付与された一軸異方性により、前記第２の方向と同軸の向きに回転させる工程と、
を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。A method for producing a magnetic sensing element, comprising the following steps:
A pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer in which a first magnetic layer and a second magnetic layer having different magnetic thicknesses are stacked on a substrate via a nonmagnetic intermediate layer, or vice versa. Forming a multilayer film laminated in the order of:
Scraping both sides in the first direction of the multilayer film to form a hard magnetic layer;
Imparting uniaxial anisotropy to the first magnetic layer and the second magnetic layer in a second direction intersecting the first direction;
A magnetic field larger than the coercive force of the hard magnetic layer is applied to the hard magnetic layer and the pinned magnetic layer in a direction tilted by a predetermined angle θ1 (excluding 0 °) with respect to the first direction. Aligning the magnetization directions of the hard magnetic layer, the first magnetic layer, and the second magnetic layer in the direction of the angle θ1,
The magnetic field is gradually decreased below the spin flop magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer so that the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer are antiparallel. Process,
While removing the magnetic field and maintaining the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer in an antiparallel state, the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are: Rotating in a direction coaxial with the second direction by uniaxial anisotropy imparted to the first magnetic layer and the second magnetic layer;
A method for manufacturing a magnetic sensing element, comprising: 前記角度θ１は、前記第１の方向に対して１０°以上７５°以下の角度である請求項１記載の磁気検出素子の製造方法。  The method of manufacturing a magnetic detection element according to claim 1, wherein the angle θ <b> 1 is an angle of 10 ° to 75 ° with respect to the first direction. 以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法、
基板上に、磁気的膜厚が異なる第１磁性層と第２磁性層とが非磁性中間層を介して積層された固定磁性層、非磁性材料層、並びにフリー磁性層の順、またはその逆の順に積層された多層膜を形成する工程と、
前記多層膜の第１の方向の両側部を削って、硬磁性層を形成する工程と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層に、前記第１の方向と交叉する第２の方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記硬磁性層および前記固定磁性層とに、第１の磁場を前記第１の方向に対して所定角度θ２（ただしθ２は、０°を除く）を有する方向に与えて、前記硬磁性層、前記第１磁性層および前記第２磁性層の磁化方向を前記角度θ２を有する方向へ揃える工程と、
前記第１の磁場を、前記第１磁性層および前記第２磁性層のスピンフロップ磁界以下に徐々に減少させて、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行にする工程と、
前記硬磁性層の保磁力以上で、且つ前記第１磁性層および第２磁性層のスピンフロップ磁界以上で飽和磁界以下の第２の磁場を前記第１の方向に与えて、前記硬磁性層の磁化方向を前記第１の方向へ固定すると共に、前記第１磁性層及び前記第２磁性層の磁化方向を前記第１の方向に対して１０°以上である角度θ３の方向に向ける工程と、
前記第２の磁場を除去して、前記第１磁性層および第２磁性層の磁化方向を、前記第１磁性層及び前記第２磁性層に付与された一軸異方性により、前記第２の方向と同軸の向きに回転させ、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向とを反平行状態にする工程と、
を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。A method for producing a magnetic sensing element, comprising the following steps:
A pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer in which a first magnetic layer and a second magnetic layer having different magnetic thicknesses are stacked on a substrate via a nonmagnetic intermediate layer, or vice versa. Forming a multilayer film laminated in the order of:
Scraping both sides in the first direction of the multilayer film to form a hard magnetic layer;
Imparting uniaxial anisotropy to the first magnetic layer and the second magnetic layer in a second direction intersecting the first direction;
Applying a first magnetic field to the hard magnetic layer and the pinned magnetic layer in a direction having a predetermined angle θ2 (where θ2 excludes 0 °) with respect to the first direction, Aligning the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer in a direction having the angle θ2,
The first magnetic field is gradually decreased below the spin flop magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer, so that the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer are opposite to each other. Paralleling the process;
A second magnetic field greater than the coercive force of the hard magnetic layer and greater than or equal to the spin flop magnetic field of the first magnetic layer and the second magnetic layer and less than or equal to the saturation magnetic field is applied in the first direction; Fixing the magnetization direction in the first direction and directing the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer to an angle θ3 that is 10 ° or more with respect to the first direction;
The second magnetic field is removed, and the magnetization directions of the first magnetic layer and the second magnetic layer are changed by the uniaxial anisotropy imparted to the first magnetic layer and the second magnetic layer. Rotating in a direction coaxial with the direction to make the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer antiparallel to each other;
A method for manufacturing a magnetic sensing element, comprising: 前記角度θ２は、前記第１の方向に対して９０°の角度である請求項３記載の磁気検出素子の製造方法。  The method of manufacturing a magnetic detection element according to claim 3, wherein the angle θ <b> 2 is an angle of 90 ° with respect to the first direction. 前記固定磁性層の前記第１磁性層と前記第２磁性層を、正の磁歪定数を有する磁性材料によって形成し、前記硬磁性層の形成後、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の側端面を開放することにより、前記固定磁性層に前記第２の方向に引張り応力を与えて、前記第１磁性層と前記第２磁性層に、前記一軸異方性を付与する請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。  The first magnetic layer and the second magnetic layer of the pinned magnetic layer are formed of a magnetic material having a positive magnetostriction constant. After the hard magnetic layer is formed, the pinned magnetic layer faces the recording medium. 2. The uniaxial anisotropy is imparted to the first magnetic layer and the second magnetic layer by opening a side end surface of the first magnetic layer and applying a tensile stress to the fixed magnetic layer in the second direction. The manufacturing method of the magnetic detection element in any one of 4 thru | or 4. 前記硬磁性層の形成後、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の側端面を開放することにより、前記固定磁性層に前記第２の方向に引張り応力を与え、前記第１磁性層および第２磁性層に対して前記第２の方向に磁場を印加しながらアニールして、前記一軸異方性を付与する請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。  After the formation of the hard magnetic layer, by opening a side end surface of the fixed magnetic layer facing the recording medium, a tensile stress is applied to the fixed magnetic layer in the second direction, and the first magnetic layer The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein the uniaxial anisotropy is imparted by annealing the second magnetic layer while applying a magnetic field in the second direction.
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