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
[0003]
In the
[0004]
In such a magnetic detection element, in order to fix the magnetization direction of the pinned
[0005]
In the
[0006]
On the other hand, the magnetization direction of the free
[0007]
Therefore, when an external magnetic field from a recording medium enters the
[0008]
As a method for magnetizing the hard
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
[0011]
Further, when the magnetization of the hard
[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
[0013]
However, as shown in FIG. 24, when the hard
[0014]
At this time, the magnetization direction of the pinned
[0015]
For this reason, when the magnetization direction of the free
[0016]
In order to solve this problem, a current is supplied to the magnetic detection element, the
[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
[0041]
In the embodiment shown in FIG. 1, the multilayer film T2 is formed by laminating a
[0042]
The
[0043]
The pinned
[0044]
The
[0045]
The free
[0046]
The
[0047]
In the embodiment shown in FIG. 1, a
[0048]
The hard
[0049]
The bias base layers 27 in such Cr and W-Ti alloy, the hard
[0050]
The bias underlayers 27 and 27 have a thickness of 15 to 100 mm, the hard
[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
[0052]
In the
[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
[0055]
The electrical resistance changes depending on the relative relationship between the change in the magnetization direction of the free
[0056]
The pinned
[0057]
The first
[0058]
In the
[0059]
The film thickness of the first
[0060]
The
[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
[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
[0065]
Since the
[0066]
In the
[0067]
The
[0068]
The film thickness of the
PtMn alloy,, X-Mn (where X is, Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, is any one or more elements of Fe) comprising the
[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
[0070]
The
[0071]
In the
[0072]
Specifically, the first
[0073]
As described above, the
[0074]
On the other hand, the first
[0075]
Therefore, atoms constituting the first
[0076]
However, there is a certain difference between the nearest interatomic distance in the {111} plane of the first
[0077]
In order to increase the magnetostriction of the first
[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
[0079]
Further, the difference between the nearest interatomic distance in the {111} plane of the
[0080]
The
[0081]
Next, a method for manufacturing the
[0082]
3 to 5 are process diagrams showing a method of manufacturing the
[0083]
First, in the step shown in FIG. 3, the
[0084]
The pinned
[0085]
As described above, when the free
[0086]
Note that a lower shield layer and a lower gap layer may be formed between the
[0087]
Next, in a step shown in FIG. 4, a lift-off resist
[0088]
After the resist
[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
[0091]
Next, after removing the resist
[0092]
Since a plurality of the
[0093]
In this slider step, the end face F of the multilayer film T2, the
[0094]
In this way, the
In the
[0095]
That is, a tensile stress in the height direction and a compressive stress in the track width direction are applied to the pinned
[0096]
However, in the
[0097]
Immediately after the slider process or after the slider is attached to the load beam, the magnetization of the hard
[0098]
6 to 8 are schematic views showing one process for fixing the magnetization of the hard
[0099]
6 to 8, only the hard
[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
[0101]
Next, as shown in FIG. 7, gradually reducing the applied magnetic field, and less than the spin flop field of the first
[0102]
Next, as shown in FIG. 8, when the applied magnetic field is removed, the magnetization direction of the second
[0103]
The angle θ1 is preferably 10 ° or more. When the angle θ1 is 10 ° or more, when the second
[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
[0105]
6 to 8, the hard
[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
[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
[0108]
Next, as shown in FIG. 11, when the applied magnetic field is removed, the magnetization direction of the first
[0109]
The angle θ1 is preferably 10 ° or more. When the angle θ1 is 10 ° or more, when the first
[0110]
As described above, according to the present invention, the magnetization directions of the first
[0111]
It should be noted that the magnetization direction of the hard
[0112]
Next, another method for fixing the magnetization of the hard
[0113]
12 to 15, the hard
[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
[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
[0116]
At this time, when the applied magnetic field is reduced gradually to zero instead of gradually, the magnetization direction of the second
[0117]
Next, as shown in FIG. 14, a magnetic field is applied in the track width direction to magnetize the hard
[0118]
The magnitude of the applied magnetic field at this time is larger than the coercive force of the hard
[0119]
At this time, the antiparallel state of the
[0120]
When the magnetic thicknesses of the first
[0121]
The reason why the magnitude of the applied magnetic field at this time is made larger than the coercive force of the hard
[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
[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
[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
[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
[0129]
When the applied magnetic field is larger than 400 (kA / m), the magnetization direction of the second
[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
[0133]
When the thickness of the first
[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
[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
[0136]
Next, as shown in FIG. 21, a magnetic field is applied in the track width direction to magnetize the hard
[0137]
The magnitude of the applied magnetic field at this time is larger than the coercive force of the hard
[0138]
At this time, the antiparallel state of the
[0139]
When the magnetic thicknesses of the first
[0140]
The reason why the magnitude of the applied magnetic field at this time is made larger than the coercive force of the hard
[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
[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
[0146]
Thus, even in the
[0147]
Further, the
[0148]
Next, a manufacturing method of the
[0149]
In the
[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)
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:
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:
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