JP2002204009A - Method of manufacturing thin-film magnetic element - Google Patents

Method of manufacturing thin-film magnetic element

Info

Publication number
JP2002204009A
JP2002204009A JP2001125596A JP2001125596A JP2002204009A JP 2002204009 A JP2002204009 A JP 2002204009A JP 2001125596 A JP2001125596 A JP 2001125596A JP 2001125596 A JP2001125596 A JP 2001125596A JP 2002204009 A JP2002204009 A JP 2002204009A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
magnetic
thin
film
antiferromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001125596A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3839684B2 (en
Inventor
Masaji Saito
正路 斎藤
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
Toshihiro Kuriyama
年弘 栗山
Eiji Umetsu
英治 梅津
Kenichi Tanaka
健一 田中
Yosuke Ide
洋介 井出
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP2001125596A priority Critical patent/JP3839684B2/en
Priority to US09/997,910 priority patent/US6764778B2/en
Publication of JP2002204009A publication Critical patent/JP2002204009A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3839684B2 publication Critical patent/JP3839684B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that it is difficult to allow the magnetization direction of a fixed magnetic layer to orthogonally cross that of a free magnetic layer in the conventional method of manufacturing an exchange bias type thin- film magnetic element. SOLUTION: A multilayer film A containing a first antiferromagnetic layer 12 and the fixed magnetic layer 13 is annealed in a first magnetic field while the multilayer film A is not laminated on a vertical bias layer 18 (second antiferromagnetic layer) to fix the magnetization direction of the fixed magnetic layer in a specific direction. Then, after the vertical bias layer 18 is laminated on the multilayer film A, the magnetization direction of the vertical bias layer is fixed in the annealing in the second magnetic field.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば固定磁性層
(ピン(Pinned)磁性層)の磁化の方向と外部磁界の影
響を受けるフリー(Free)磁性層の磁化の方向との関係
で電気抵抗が変化するいわゆる薄膜磁気素子に係り、特
に狭トラック化に対応できる薄膜磁気素子の製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to, for example, an electric resistance based on the relationship between the magnetization direction of a pinned magnetic layer (pinned magnetic layer) and the magnetization direction of a free magnetic layer affected by an external magnetic field. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a thin film magnetic element capable of coping with a narrow track.

【0002】[0002]

【従来の技術】図34は、従来の製造方法によって形成
された薄膜磁気素子の構造をABS面から見た断面図で
ある。
2. Description of the Related Art FIG. 34 is a cross-sectional view of a structure of a thin film magnetic element formed by a conventional manufacturing method as viewed from the ABS.

【0003】図34に示す薄膜磁気素子は、巨大磁気抵
抗効果を利用したGMR(giant magnetoresistive)素
子の1種であるスピンバルブ型薄膜磁気素子と呼ばれる
ものであり、ハードディスクなどの記録媒体からの記録
磁界を検出するものである。
The thin-film magnetic element shown in FIG. 34 is a spin-valve thin-film magnetic element which is a kind of a giant magnetoresistive (GMR) element utilizing a giant magnetoresistive effect, and performs recording from a recording medium such as a hard disk. It detects a magnetic field.

【0004】このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、下か
ら基板8、反強磁性層1、固定磁性層(ピン(Pinned)
磁性層)2、非磁性導電層3、フリー磁性層(Free)4
で構成された多層膜9と、この多層膜9の上層に形成さ
れた一対の縦バイアス層6,6及びこの縦バイアス層
6,6の上に形成された一対の電極層7,7とで構成さ
れている。
This spin-valve thin-film magnetic element comprises a substrate 8, an antiferromagnetic layer 1, and a pinned magnetic layer (pinned) from below.
Magnetic layer) 2, non-magnetic conductive layer 3, free magnetic layer (Free) 4
And a pair of vertical bias layers 6 and 6 formed on the multilayer film 9 and a pair of electrode layers 7 and 7 formed on the vertical bias layers 6 and 6. It is configured.

【0005】前記反強磁性層1及び縦バイアス層6,6
にはFe−Mn(鉄−マンガン)合金膜やNi−Mn
(ニッケル−マンガン)合金膜、固定磁性層2及びフリ
ー磁性層4にはNi−Fe(ニッケル−鉄)合金膜、非
磁性導電層3にはCu(銅)膜、また電極層8,8には
Cr膜が一般的に使用される。
The antiferromagnetic layer 1 and the longitudinal bias layers 6, 6
Are Fe-Mn (iron-manganese) alloy films and Ni-Mn
(Nickel-manganese) alloy film, Ni—Fe (nickel-iron) alloy film for fixed magnetic layer 2 and free magnetic layer 4, Cu (copper) film for nonmagnetic conductive layer 3, and electrode layers 8, 8 In general, a Cr film is used.

【0006】図34に示すように、固定磁性層2の磁化
は、反強磁性層1との交換異方性磁界によりY方向(記
録媒体からの漏れ磁界方向;ハイト方向)に単磁区化さ
れ、フリー磁性層4の磁化は、前記縦バイアス層6,6
からの交換異方性磁界の影響を受けてX方向に揃えられ
ることが望ましい。
As shown in FIG. 34, the magnetization of the pinned magnetic layer 2 is converted into a single magnetic domain in the Y direction (direction of the leakage magnetic field from the recording medium; height direction) by the exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer 1. The magnetization of the free magnetic layer 4 is controlled by the longitudinal bias layers 6 and 6.
It is desirable that they are aligned in the X direction under the influence of the exchange anisotropic magnetic field from the magnetic field.

【0007】すなわち固定磁性層2の磁化と、フリー磁
性層4の磁化とが、直交することが望ましい。
That is, it is desirable that the magnetization of the fixed magnetic layer 2 and the magnetization of the free magnetic layer 4 are orthogonal to each other.

【0008】このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、縦
バイアス層6,6上に形成された電極層7,7から、フ
リー磁性層4、非磁性導電層3及び固定磁性層2に検出
電流(センス電流)が与えられる。ハードディスクなど
の記録媒体の走行方向はZ方向であり、記録媒体からの
洩れ磁界がY方向に与えられると、フリー磁性層4の磁
化がXからY方向へ向けて変化する。このフリー磁性層
4内での磁化の方向の変動と、固定磁性層2の固定磁化
方向との関係で電気抵抗が変化し(これを磁気抵抗効果
という)、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化によ
り、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
In this spin-valve thin-film magnetic element, the detection current (sense) is supplied from the electrode layers 7, 7 formed on the vertical bias layers 6, 6 to the free magnetic layer 4, the nonmagnetic conductive layer 3, and the fixed magnetic layer 2. Current). The running direction of a recording medium such as a hard disk is the Z direction, and when a leakage magnetic field from the recording medium is applied in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 4 changes from the X direction to the Y direction. The electrical resistance changes due to the relationship between the change in the direction of magnetization in the free magnetic layer 4 and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 2 (this is referred to as a magnetoresistance effect). Due to the change, a leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来、図に示されるス
ピンバルブ型薄膜磁気素子を製造するときには、基板8
上に、反強磁性層1、固定磁性層(ピン(Pinned)磁性
層)2、非磁性導電層3、フリー磁性層(Free)4を順
次連続成膜して多層膜9を形成し、さらに、この多層膜
9の上層に縦バイアス層6,6及び電極層7,7を連続
的に成膜していた。
Conventionally, when manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG.
An antiferromagnetic layer 1, a pinned magnetic layer (Pinned magnetic layer) 2, a nonmagnetic conductive layer 3, and a free magnetic layer (Free) 4 are successively formed thereon to form a multilayer film 9. The vertical bias layers 6 and 6 and the electrode layers 7 and 7 were continuously formed on the multilayer film 9.

【0010】反強磁性層1から電極層7,7まで成膜し
た後に、まず固定磁性層2の磁化方向をY方向に揃える
ための第1の磁場中アニールを行い、次にフリー磁性層
4の磁化方向をX方向に揃えるための第2の磁場中アニ
ールを行う必要がある。
After forming the layers from the antiferromagnetic layer 1 to the electrode layers 7 and 7, first, annealing is performed in a first magnetic field to align the magnetization direction of the fixed magnetic layer 2 in the Y direction. It is necessary to perform annealing in a second magnetic field for aligning the magnetization directions of the layers with the X direction.

【0011】しかし、反強磁性層1から電極層7,7ま
で成膜した後に、第1の磁場中アニール及び第2の磁場
中アニールを行うと、第2の磁場中アニールの際に反強
磁性層1と固定磁性層2の界面に作用する交換異方性磁
界がY方向からX方向に傾き、固定磁性層2の磁化方向
とフリー磁性層4の磁化方向が非直交になり、出力信号
波形の対称性が得られなくなる度合(アシンメトリー)
が増大するという問題が生じていた。
However, if annealing in the first magnetic field and annealing in the second magnetic field are performed after the formation of the layers from the antiferromagnetic layer 1 to the electrode layers 7, 7, the anti-ferromagnetic properties in the second annealing in the magnetic field are increased. The exchange anisotropic magnetic field acting on the interface between the magnetic layer 1 and the pinned magnetic layer 2 is tilted from the Y direction to the X direction, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 2 and the magnetization direction of the free magnetic layer 4 become non-orthogonal, so that the output signal Degree of loss of waveform symmetry (asymmetry)
However, there has been a problem that the number increases.

【0012】上述した問題は、特に反強磁性層1と縦バ
イアス層6が同じ組成を有する反強磁性材料によって形
成されるときに顕著に現れる。
The above-mentioned problem is particularly conspicuous when the antiferromagnetic layer 1 and the longitudinal bias layer 6 are formed of antiferromagnetic materials having the same composition.

【0013】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、第1反強磁性層と第2反強磁性層が、固定
磁性層及びフリー磁性層を含む他の層を介して上下に積
層されているスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法に
おいて、前記第1反強磁性層を第1の磁場中アニールに
かけた後、前記第2反強磁性層の積層及び第2の磁場中
アニールを行うことにより、固定磁性層の磁化とフリー
磁性層の磁化とを直交させることができるスピンバルブ
型薄膜磁気素子の製造方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and a first antiferromagnetic layer and a second antiferromagnetic layer are vertically arranged via another layer including a fixed magnetic layer and a free magnetic layer. The first antiferromagnetic layer is subjected to annealing in a first magnetic field, followed by laminating the second antiferromagnetic layer and annealing in a second magnetic field. The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element in which the magnetization of the pinned magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer can be made orthogonal to each other.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜磁気素子の
製造方法は、(a)基板上に第1反強磁性層、固定磁性
層、非磁性材料層、フリー磁性層を有する多層膜を成膜
する工程と、(b)前記多層膜を、第1の熱処理温度、
第1の大きさの磁界中で、磁場中アニールして前記固定
磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、
(c)前記多層膜上に第2反強磁性層を成膜する工程
と、(d)前記第2反強磁性層が積層された多層膜を、
第2の熱処理温度、第2の大きさの磁界中で磁場中アニ
ールすることにより、前記フリー磁性層の磁化方向を前
記固定磁性層の磁化方向と直交する方向に固定する工
程、を有することを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film magnetic element comprising the steps of (a) forming a multilayer film having a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer on a substrate. Forming a film, and (b) subjecting the multilayer film to a first heat treatment temperature;
Annealing in a magnetic field in a first magnitude magnetic field to fix the magnetization direction of the fixed magnetic layer in a predetermined direction;
(C) forming a second antiferromagnetic layer on the multilayer film; and (d) forming a multilayer film on which the second antiferromagnetic layer is laminated.
A step of fixing the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer by annealing in a magnetic field at a second heat treatment temperature and a magnetic field of a second magnitude. It is a feature.

【0015】本発明では、前記多層膜上に第2反強磁性
層を積層しない状態で、前記多層膜を、磁場中アニール
して前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する
ので、前記多層膜上に第2反強磁性層を積層した状態で
は、前記第2反強磁性層に交換異方性磁界が発生してい
ない。
In the present invention, the multilayer film is annealed in a magnetic field to fix the magnetization direction of the fixed magnetic layer in a predetermined direction without laminating the second antiferromagnetic layer on the multilayer film. When the second antiferromagnetic layer is laminated on the multilayer film, no exchange anisotropic magnetic field is generated in the second antiferromagnetic layer.

【0016】すなわち、前記第2反強磁性層の交換異方
性磁界は、前記(d)の工程において始めて生じ、前記
フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に移動させること
が容易になる。従って、前記フリー磁性層の磁化方向
を、前記固定磁性層の磁化方向と直交する方向に固定す
ることが容易になる。
That is, the exchange anisotropic magnetic field of the second antiferromagnetic layer is generated only in the step (d), and the magnetization direction of the free magnetic layer can be easily moved in a predetermined direction. Therefore, it is easy to fix the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer.

【0017】なお、前記(a)の工程を、同一真空成膜
装置内において行うことが好ましい。
Preferably, the step (a) is performed in the same vacuum film forming apparatus.

【0018】本発明では、前記(d)の工程において、
前記第2の熱処理温度を、第1反強磁性層が交換結合磁
界を失うブロッキング温度より低い温度に設定すること
が好ましい。
In the present invention, in the step (d),
Preferably, the second heat treatment temperature is set to a temperature lower than a blocking temperature at which the first antiferromagnetic layer loses the exchange coupling magnetic field.

【0019】さらに、本発明では、前記(d)の工程に
おいて、前記第2の磁界の大きさを前記第1反強磁性層
の交換異方性磁界より小さくすることが好ましい。
Further, in the present invention, in the step (d), the magnitude of the second magnetic field is preferably smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer.

【0020】前記(a)の工程において、前記多層膜の
最上層に他の反強磁性層を積層する工程を有すると、前
記多層膜の最上層の酸化を防ぐことができるので好まし
い。
It is preferable that the step (a) includes a step of laminating another antiferromagnetic layer on the uppermost layer of the multilayer film, since oxidation of the uppermost layer of the multilayer film can be prevented.

【0021】本発明では、前記他の反強磁性層を伝導電
子のスピン状態を保存する鏡面反射を生じる確率の高い
エネルギーギャップを形成可能な材料によって構成する
ことにより、前記他の反強磁性層を、伝導電子の平均自
由行程を鏡面反射効果により延長する鏡面反射層として
機能するようにできる。
According to the present invention, the other antiferromagnetic layer is made of a material capable of forming an energy gap having a high probability of causing specular reflection for preserving the spin state of conduction electrons. Can function as a specular reflection layer that extends the mean free path of conduction electrons by the specular reflection effect.

【0022】前記他の反強磁性層が鏡面反射層として機
能するときは、前記フリー磁性層の膜厚が、15〜45
Åの範囲に設定されることが好ましい。
When the other antiferromagnetic layer functions as a specular reflection layer, the thickness of the free magnetic layer is 15 to 45.
It is preferable to set in the range of Å.

【0023】フリー磁性層の膜厚が15Åより薄いと強
磁性材料層として機能するように形成することが難しく
なり充分な磁気抵抗効果を得ることができない。
If the thickness of the free magnetic layer is smaller than 15 °, it is difficult to form the free magnetic layer so as to function as a ferromagnetic material layer, and a sufficient magnetoresistance effect cannot be obtained.

【0024】また、フリー磁性層の膜厚が45Åより厚
いと前記鏡面反射層に到達する前に散乱されてしまうア
ップスピンの伝導電子が増加して鏡面反射効果(specul
ar effect)によって抵抗変化率が変化する割合が減少
するため好ましくない。
If the thickness of the free magnetic layer is larger than 45 °, upspin conduction electrons which are scattered before reaching the specular reflection layer increase and the specular reflection effect (speculum reflection effect) increases.
This is not preferable because the rate at which the resistance change rate changes due to the ar effect decreases.

【0025】前記鏡面反射層となる前記他の反強磁性層
は、例えばNiMnSb,PtMnSbなどの半金属ホ
イッスラー合金の、単層膜または多層膜として構成され
ることができる。
The other antiferromagnetic layer serving as the specular reflection layer can be formed as a single-layer film or a multilayer film of a semi-metallic Whistler alloy such as NiMnSb or PtMnSb.

【0026】これらの材料を用いることにより、隣接す
る層との間に、充分なポテンシャル障壁を形成すること
が可能であり、その結果充分な鏡面反射効果を得ること
ができる。
By using these materials, a sufficient potential barrier can be formed between adjacent layers, and as a result, a sufficient specular reflection effect can be obtained.

【0027】なお、前記他の反強磁性層の厚さが0より
大きく30Å以下であることが好ましい。
The thickness of the other antiferromagnetic layer is preferably larger than 0 and 30 ° or less.

【0028】前記他の反強磁性層の厚さが0より大きく
30Å以下であると、前記(b)の工程において前記他
の反強磁性層に交換結合磁界が発生しないので、前記他
の反強磁性層の磁化方向が、前記固定磁性層の磁化方向
と同一方向に固定されることを防ぐことができる。従っ
て、前記(c)の工程において、前記他の反強磁性層の
上層に前記第2反強磁性層を積層したときに、前記フリ
ー磁性層の磁化方向が、前記固定磁性層の磁化方向と同
一方向に固定されることを防ぐことができる。
If the thickness of the other antiferromagnetic layer is larger than 0 and equal to or less than 30 °, no exchange coupling magnetic field is generated in the other antiferromagnetic layer in the step (b). It is possible to prevent the magnetization direction of the ferromagnetic layer from being fixed in the same direction as the magnetization direction of the fixed magnetic layer. Therefore, in the step (c), when the second antiferromagnetic layer is laminated on the another antiferromagnetic layer, the magnetization direction of the free magnetic layer is different from the magnetization direction of the fixed magnetic layer. It can be prevented from being fixed in the same direction.

【0029】なお、前記他の反強磁性層の厚さが10Å
以上30Å以下であることがより好ましい。
The other antiferromagnetic layer has a thickness of 10 °.
More preferably, the angle is not less than 30 °.

【0030】前記(a)の工程において、前記フリー磁
性層の上面または下面のうち、前記非磁性材料層から離
れた方の面に接して、非磁性層を積層してもよい。
In the step (a), a nonmagnetic layer may be laminated on the upper or lower surface of the free magnetic layer in contact with the surface remote from the nonmagnetic material layer.

【0031】このとき、前記フリー磁性層は、前記非磁
性層を介した前記第2反強磁性層とのRKKY結合によ
り、その磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉す
る方向へ向けられる。
At this time, the magnetization direction of the free magnetic layer is directed to a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer by RKKY coupling with the second antiferromagnetic layer via the nonmagnetic layer. .

【0032】前記第2反強磁性層とのRKKY相互作用
によって前記磁性層の磁化方向が揃えられるものは、前
記第2反強磁性層と前記磁性層とが直に接しているもの
よりも交換結合力を強くすることができる。
The magnetic layer whose magnetization direction is aligned by the RKKY interaction with the second antiferromagnetic layer is more exchangeable than the magnetic layer in which the second antiferromagnetic layer is in direct contact with the magnetic layer. The bonding force can be increased.

【0033】なお、前記非磁性層を導電性材料によって
形成することが好ましい。前記非磁性層は、例えば、R
u,Cu,Ag,Auのうち1種または2種以上の元素
を用いて形成することができる。特に、前記非磁性層が
Ruによって形成され、膜厚が8〜11Åであることが
好ましい。
It is preferable that the non-magnetic layer is formed of a conductive material. The non-magnetic layer is made of, for example, R
It can be formed using one or more of u, Cu, Ag, and Au. In particular, it is preferable that the nonmagnetic layer is formed of Ru and has a thickness of 8 to 11 °.

【0034】本発明のように、前記非磁性層が導電性材
料によって形成されていると、前記非磁性層をスピンフ
ィルター効果を有するバックド層(backedlay
er)として機能させることが可能になる。
When the non-magnetic layer is formed of a conductive material as in the present invention, the non-magnetic layer is formed as a backed layer having a spin filter effect.
er).

【0035】スピンフィルター効果を有するバックド層
がフリー磁性層に接して設けられると、積層体内部にお
いてセンス電流が流れる中心高さ位置を、バックド層が
ない場合よりも、このバックド層側に移動させることが
できる。すなわち、センス電流の中心高さ位置がフリー
磁性層から離れ、フリー磁性層位置におけるセンス電流
磁界の強度が低減し、このセンス電流磁界のフリー磁性
層の変動磁界への影響が低減する。従って、アシンメト
リーを小さくできる。
When the backed layer having the spin filter effect is provided in contact with the free magnetic layer, the position of the center where the sense current flows inside the laminated body is moved to the backed layer side as compared with the case where there is no backed layer. be able to. That is, the center height position of the sense current is separated from the free magnetic layer, the intensity of the sense current magnetic field at the position of the free magnetic layer is reduced, and the influence of the sense current magnetic field on the fluctuating magnetic field of the free magnetic layer is reduced. Therefore, the asymmetry can be reduced.

【0036】ここで、アシンメトリーとは、再生出力波
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。従って、アシンメトリーが0に近づく程
再生出力波形が対称性に優れていることになる。
Here, the asymmetry indicates the degree of asymmetry of the reproduced output waveform. When a reproduced output waveform is given, if the waveform is symmetric, the asymmetry becomes smaller. Therefore, as the asymmetry approaches 0, the reproduced output waveform becomes more excellent in symmetry.

【0037】前記アシンメトリーは、フリー磁性層の変
動磁化の方向と固定磁性層の固定磁化の方向とが直交し
ているときに0となる。アシンメトリーが大きくずれる
とメディアからの情報の読み取りが正確にできなくな
り、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリ
ーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上する
ことになり、スピンバルブ薄膜磁気素子として優れたも
のとなる。
The asymmetry becomes 0 when the direction of the variable magnetization of the free magnetic layer is orthogonal to the direction of the fixed magnetization of the fixed magnetic layer. If the asymmetry deviates significantly, it will not be possible to read information from the medium accurately, causing an error. For this reason, the smaller the asymmetry, the higher the reliability of the reproduction signal processing, and the more excellent the spin valve thin film magnetic element becomes.

【0038】また、本発明では、磁気抵抗効果に寄与す
るアップスピン電子の平均自由行程を伸ばし、いわゆる
スピンフィルター効果により、大きな抵抗変化率が得ら
れる。
Further, in the present invention, the mean free path of the up-spin electrons contributing to the magnetoresistance effect is extended, and a large resistance change rate is obtained by the so-called spin filter effect.

【0039】スピンバルブ型薄膜磁気素子にセンス電流
を印可すると、伝導電子はおもに電気抵抗の小さい非磁
性材料層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピ
ンとダウンスピンの2種類の電子が確率的に等量存在す
る。
When a sense current is applied to the spin-valve thin-film magnetic element, conduction electrons mainly move near the nonmagnetic material layer having a small electric resistance. Two kinds of electrons, up spin and down spin, are stochastically present in the conduction electrons.

【0040】スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変
化率は、これらの2種類の伝導電子の平均自由行程の行
程差に対して正の相関を示す。
The magnetoresistance ratio of the spin-valve thin-film magnetic element shows a positive correlation with the difference between the mean free paths of these two types of conduction electrons.

【0041】ダウンスピンの伝導電子については、印加
される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層とフ
リー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移
動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はア
ップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いまま
である。
The down-spin conduction electrons are always scattered at the interface between the non-magnetic material layer and the free magnetic layer regardless of the direction of the applied external magnetic field, and the probability of moving to the free magnetic layer is kept low. , Its mean free path remains short compared to the mean free path of up-spin conduction electrons.

【0042】一方、アップスピンの伝導電子について
は、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁
性層の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性材料
層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自
由行程が長くなっている。これに対し、外部磁界によっ
てフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対
して平行状態から変化するに従って、非磁性材料層とフ
リー磁性層との界面で散乱される確率が増加し、アップ
スピンの伝導電子の平均自由行程が短くなる。
On the other hand, the up-spin conduction electrons have a probability of moving from the nonmagnetic material layer to the free magnetic layer when the magnetization direction of the free magnetic layer becomes parallel to the magnetization direction of the fixed magnetic layer due to an external magnetic field. And the mean free path is longer. On the other hand, as the magnetization direction of the free magnetic layer changes from a state parallel to the magnetization direction of the fixed magnetic layer due to the external magnetic field, the probability of scattering at the interface between the nonmagnetic material layer and the free magnetic layer increases, The mean free path of conduction electrons of up spin becomes shorter.

【0043】このように外部磁界の作用によって、アッ
プスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝
導電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が
大きく変化する。すると、伝導電子全体の平均自由行程
も大きく変化し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵
抗変化率(ΔR/R)が大きくなる。
As described above, due to the action of the external magnetic field, the mean free path of the up-spin conduction electrons changes significantly compared to the mean free path of the down-spin conduction electrons, and the difference in the steps changes greatly. Then, the mean free path of the entire conduction electrons also changes greatly, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve thin-film magnetic element increases.

【0044】ここで、フリー磁性層にバックド層が接続
されると、フリー磁性層中を移動するアップスピンの伝
導電子がバックド層内にまで移動することが可能にな
り、バックド層の膜厚に比例してアップスピンの伝導電
子の平均自由行程をさらに伸ばすことができる。このた
め、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが
可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きく
なって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率
(ΔR/R)をより向上させることができる。
Here, when the backed layer is connected to the free magnetic layer, the up-spin conduction electrons moving in the free magnetic layer can move into the backed layer, and the thickness of the backed layer is reduced. In proportion, the mean free path of up-spin conduction electrons can be further extended. For this reason, a so-called spin filter effect can be exhibited, and the difference in the mean free path of the conduction electrons increases, thereby further improving the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve thin-film magnetic element. Can be.

【0045】また、本発明では、前記(a)の工程にお
いて、前記多層膜を基板側から第1反強磁性層、固定磁
性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順に積層したもの
として形成し、前記(c)の工程において、下面に切り
込み部が形成されたリフトオフ用のレジスト層を前記フ
リー磁性層上に形成し、前記多層膜上に前記第2反強磁
性層を成膜した後、前記レジスト層を多層膜上から除去
するようにしてもよい。
Further, in the present invention, in the step (a), the multilayer film is formed as a laminate of a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer in this order from the substrate side. In the step (c), a lift-off resist layer having a cut portion formed on the lower surface is formed on the free magnetic layer, and the second antiferromagnetic layer is formed on the multilayer film. Alternatively, the resist layer may be removed from the multilayer film.

【0046】さらに、前記第2反強磁性層を成膜した
後、第2反強磁性層の上層に、トラック幅の間隔をあけ
て一対のレジストを積層し、前記第2反強磁性層の前記
レジストによって挟まれた部位を基板表面に対して垂直
方向に削り込み除去すると、薄膜磁気素子のトラック幅
を正確に規定することができる。
Further, after the second antiferromagnetic layer is formed, a pair of resists is laminated on the second antiferromagnetic layer at intervals of a track width, and a pair of resists is formed on the second antiferromagnetic layer. When the portion sandwiched by the resist is cut and removed in a direction perpendicular to the substrate surface, the track width of the thin-film magnetic element can be accurately defined.

【0047】あるいは、前記(c)の工程において、前
記多層膜上に前記第2反強磁性層を成膜した後、トラッ
ク幅の間隔をあけて一対のレジストを積層し、前記第2
反強磁性層の前記レジストによって挟まれた部位を基板
表面に対して垂直方向に削り込むことにより凹部を形成
してもよい。
Alternatively, in the step (c), after forming the second antiferromagnetic layer on the multilayer film, a pair of resists are laminated at intervals of a track width,
A concave portion may be formed by shaving a portion of the antiferromagnetic layer sandwiched by the resist in a direction perpendicular to the substrate surface.

【0048】本発明では、薄膜磁気素子のトラック幅が
前記凹部の幅寸法によって決定される。すなわち、前記
凹部の底面に重なる部分でのみ、前記フリー磁性層など
の外部磁界によって磁化方向が変化する磁性層の磁化方
向を変化させることができる。しかも、前記凹部は、一
様の厚さで成膜された前記第2反強磁性層を、反応性イ
オンエッチング(RIE)やイオンミリングを用いて、
前記非磁性層の表面に対する垂直方向に削るだけで形成
することができるので、正確な幅寸法で前記凹部を形成
することが可能になる。すなわち、薄膜磁気素子のトラ
ック幅を正確に規定できる。
In the present invention, the track width of the thin-film magnetic element is determined by the width of the recess. That is, the magnetization direction of the magnetic layer whose magnetization direction changes due to the external magnetic field such as the free magnetic layer can be changed only in the portion overlapping the bottom surface of the concave portion. In addition, the recess is formed by forming the second antiferromagnetic layer having a uniform thickness by reactive ion etching (RIE) or ion milling.
Since it can be formed only by shaving in the direction perpendicular to the surface of the non-magnetic layer, it is possible to form the recess with an accurate width dimension. That is, the track width of the thin-film magnetic element can be accurately defined.

【0049】本発明では、前記凹部の底面が前記第2反
強磁性層内に位置するように、前記凹部を形成すること
ができる。
In the present invention, the concave portion can be formed so that the bottom surface of the concave portion is located in the second antiferromagnetic layer.

【0050】このとき、前記凹部の底面の下部に位置す
る前記第2反強磁性層の領域の厚さ、または前記凹部の
底面の下部に位置する前記第2反強磁性層の領域と前記
他の反強磁性層の領域の合計の厚さを0より大きく30
Å以下にすると、前記凹部の底面の下部に位置する前記
第2反強磁性層の領域、または前記凹部の底面の下部に
位置する前記第2反強磁性層の領域と前記他の反強磁性
層の領域に交換結合磁界が発生しないので好ましい。
At this time, the thickness of the region of the second antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the recess, or the region of the second antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the recess, and the other The total thickness of the regions of the antiferromagnetic layers of
In the following, the region of the second antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the recess, or the region of the second antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the recess, and the other antiferromagnetic layer This is preferable because no exchange coupling magnetic field is generated in the region of the layer.

【0051】あるいは、前記凹部の底面が前記他の反強
磁性層内に位置するように、前記凹部を形成してもよ
い。
Alternatively, the recess may be formed such that the bottom surface of the recess is located in the another antiferromagnetic layer.

【0052】このとき、前記凹部の底面の下部に位置す
る前記他の反強磁性層の領域の厚さを0より大きく30
Å以下にすると、前記凹部の底面の下部に位置する前記
他の反強磁性層の領域に交換異方性磁界が発生しないの
で好ましい。
At this time, the thickness of the region of the other antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the concave portion is set to be larger than 0 and equal to 30.
The following is preferable because the exchange anisotropic magnetic field is not generated in the region of the other antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the concave portion.

【0053】また、前記凹部の底面が前記非磁性層内に
位置するように前記凹部を形成してもよい。
The concave portion may be formed such that the bottom surface of the concave portion is located in the nonmagnetic layer.

【0054】また、前記(a)の工程において、前記固
定磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ
が異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を介して
積層することによって形成することが好ましい。
In the step (a), the fixed magnetic layer is formed by laminating a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area via a nonmagnetic intermediate layer. Is preferred.

【0055】固定磁性層が非磁性中間層の上下に強磁性
材料層が積層されたものとして形成されると、これら複
数層の強磁性材料層が互いの磁化方向を固定しあい、全
体として固定磁性層の磁化方向を一定方向に強力に固定
することができる。すなわち、第1反強磁性層と固定磁
性層との交換結合磁界Hexを、例えば80〜160k
A/mと、大きな値として得ることができる。従って、
第1反強磁性層の磁化方向をハイト方向に向けるための
磁場中アニールを行った後または行う前の、第2反強磁
性層の磁化方向をトラック幅方向に向けるための磁場中
アニールによって、固定磁性層の磁化方向がトラック幅
方向に傾いて固定されることを防ぎつつ、第2反強磁性
層による縦バイアス磁界を大きくすることができる。
When the pinned magnetic layer is formed by laminating a ferromagnetic material layer above and below a nonmagnetic intermediate layer, the plurality of ferromagnetic material layers fix their magnetization directions to each other, and as a whole the pinned magnetic layer is formed. The magnetization direction of the layer can be strongly fixed in a certain direction. That is, the exchange coupling magnetic field Hex between the first antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer is set to, for example, 80 to 160 k.
A / m, which can be obtained as a large value. Therefore,
After or before performing annealing in a magnetic field for directing the magnetization direction of the first antiferromagnetic layer in the height direction, annealing in a magnetic field for directing the magnetization direction of the second antiferromagnetic layer in the track width direction is performed. The longitudinal bias magnetic field by the second antiferromagnetic layer can be increased while preventing the magnetization direction of the fixed magnetic layer from being inclined and fixed in the track width direction.

【0056】また、固定磁性層の固定磁化による反磁界
(双極子磁界)を、複数層の強磁性材料層の静磁界結合
同士が相互に打ち消し合うことによりキャンセルでき
る。これにより、固定磁性層の固定磁化による反磁界
(双極子磁界)からの、フリー磁性層の変動磁化への寄
与を減少させることができる。
Further, the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer can be canceled by canceling out the static magnetic field coupling of the plurality of ferromagnetic material layers. Thus, the contribution of the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer to the variable magnetization of the free magnetic layer can be reduced.

【0057】従って、フリー磁性層の変動磁化の方向を
所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメ
トリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型薄膜磁気
素子を得ることが可能になる。
Accordingly, it is easier to correct the direction of the variable magnetization of the free magnetic layer to a desired direction, and it is possible to obtain a spin valve type thin film magnetic element having small asymmetry and excellent symmetry.

【0058】また、固定磁性層の固定磁化による反磁界
(双極子磁界)Hdは、素子高さ方向において、その端
部で大きく中央部で小さいという不均一な分布を持ち、
フリー磁性層内における単磁区化が妨げられる場合があ
るが、固定磁性層を上記の積層構造とすることにより双
極子磁界HdをほぼHd=0とすることができ、これに
よってフリー磁性層内に磁壁ができて磁化の不均一が発
生しバルクハウゼンノイズなどが発生することを防止す
ることができる。
The demagnetizing field (dipole magnetic field) Hd due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer has a non-uniform distribution such that it is large at the end and small at the center in the element height direction.
Although the formation of a single magnetic domain in the free magnetic layer may be hindered, the dipole magnetic field Hd can be substantially set to Hd = 0 by forming the fixed magnetic layer to have the above-described laminated structure. It is possible to prevent the occurrence of nonuniform magnetization due to domain walls and Barkhausen noise or the like.

【0059】ただし、本発明では、前記固定磁性層を単
層の強磁性材料層として形成してもよい。
However, in the present invention, the fixed magnetic layer may be formed as a single ferromagnetic material layer.

【0060】前記(a)の工程において、前記フリー磁
性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異
なる複数の強磁性材料層を非磁性中間層を介して積層す
ることによって形成することが好ましい。
In the step (a), the free magnetic layer may be formed by laminating a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area via a non-magnetic intermediate layer. preferable.

【0061】本発明では、前記非磁性中間層を介して隣
接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェ
リ磁性状態となり、前記フリー磁性層の膜厚を薄くする
ことと同等の効果が得られ、フリー磁性層の磁化が変動
しやすくなり、磁気抵抗効果素子の磁界検出感度が向上
するので好ましい。
According to the present invention, the ferromagnetic state in which the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic material layers via the nonmagnetic intermediate layer are antiparallel is brought about, and the same effect as reducing the thickness of the free magnetic layer is obtained. Is obtained because the magnetization of the free magnetic layer is likely to fluctuate and the magnetic field detection sensitivity of the magnetoresistive element is improved.

【0062】なお、前記強磁性材料層の単位面積あたり
の磁気モーメントの大きさは、前記強磁性材料層の飽和
磁化(Ms)と膜厚(t)の積で表される。
The magnitude of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic material layer is represented by the product of the saturation magnetization (Ms) and the thickness (t) of the ferromagnetic material layer.

【0063】なお、前記非磁性中間層を、Ru、Rh、
Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の
合金で形成することができる。
The non-magnetic intermediate layer is formed of Ru, Rh,
It can be formed of one or more alloys of Ir, Cr, Re, and Cu.

【0064】なお、本発明では、前記複数の強磁性材料
層の少なくとも一層を、以下の組成を有する磁性材料で
形成することが好ましい。
In the present invention, it is preferable that at least one of the plurality of ferromagnetic material layers is formed of a magnetic material having the following composition.

【0065】組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比
は0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成比
はCoである。
The composition formula is represented by CoFeNi. The composition ratio of Fe is 9 to 17 atomic%, the composition ratio of Ni is 0.5 to 10 atomic%, and the remaining composition ratio is Co.

【0066】また、前記非磁性材料層に最も近い位置に
積層された前記強磁性材料層と前記非磁性材料層と間に
CoFe合金あるいはCoからなる中間層を形成するこ
とが好ましい。前記中間層を形成するときには、前記複
数の強磁性材料層の少なくとも一層を、以下の組成を有
する磁性材料で形成することが好ましい。
Further, it is preferable that an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co is formed between the ferromagnetic material layer and the nonmagnetic material layer which are stacked closest to the nonmagnetic material layer. When forming the intermediate layer, it is preferable that at least one of the plurality of ferromagnetic material layers is formed of a magnetic material having the following composition.

【0067】組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は7原子%以上で15原子%以下で、Niの組成比
は5原子%以上で15原子%以下で、残りの組成比はC
oである。
The composition formula is represented by CoFeNi. The composition ratio of Fe is 7 to 15 atomic%, the composition ratio of Ni is 5 to 15 atomic%, and the remaining composition ratio is C
o.

【0068】さらに、本発明では、前記複数の強磁性材
料層の全ての層を前記CoFeNiで形成することが好
ましい。
Further, in the present invention, it is preferable that all of the plurality of ferromagnetic material layers are formed of the CoFeNi.

【0069】ところで本発明では、フリー磁性層が積層
フェリ構造であり、単位面積あたりの磁気モーメントの
大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性中間層を
介して積層され、前記非磁性中間層を介して隣接する前
記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状
態である。
In the present invention, the free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure, and a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area are laminated via a nonmagnetic intermediate layer. The ferromagnetic state is such that the magnetization directions of the adjacent ferromagnetic material layers via the intermediate layer are antiparallel.

【0070】この反平行磁化状態を適切に保つには、前
記フリー磁性層の材質を改良して前記複数の強磁性材料
層間に働くRKKY相互作用における交換結合磁界を大
きくする必要性がある。
In order to properly maintain the antiparallel magnetization state, it is necessary to improve the material of the free magnetic layer to increase the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction acting between the plurality of ferromagnetic material layers.

【0071】前記強磁性材料層を形成する磁性材料とし
てよく使用されるものにNiFe合金がある。NiFe
合金は軟磁気特性に優れるため従来からフリー磁性層な
どに使用されていたが、前記フリー磁性層を積層フェリ
構造にした場合、NiFe合金で形成された強磁性材料
層間の反平行結合力はさほど強くはない。
A NiFe alloy is often used as a magnetic material for forming the ferromagnetic material layer. NiFe
Alloys have been conventionally used for free magnetic layers and the like because of their excellent soft magnetic properties.However, when the free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure, the antiparallel coupling force between ferromagnetic material layers formed of a NiFe alloy is not so large. Not strong.

【0072】そこで本発明では、前記強磁性材料層の材
質を改良し、前記複数の強磁性材料層間の反平行結合力
を強め、トラック幅方向の両側に位置するフリー磁性層
の両側端部が外部磁界に対し揺らがないようにし、サイ
ドリーディングの発生を適切に抑制できるようにすべ
く、前記複数の強磁性材料層のうち少なくとも一層、好
ましくは全ての層にCoFeNi合金を使用することと
したのである。Coを含有させることで上記の反平行結
合力を強めることができる。
Therefore, in the present invention, the material of the ferromagnetic material layer is improved, the antiparallel coupling force between the plurality of ferromagnetic material layers is increased, and both ends of the free magnetic layer located on both sides in the track width direction are formed. Since a CoFeNi alloy is used for at least one, and preferably all of the plurality of ferromagnetic material layers in order to prevent fluctuations in an external magnetic field and appropriately suppress the occurrence of side reading. is there. By containing Co, the above antiparallel coupling force can be strengthened.

【0073】図29は、フリー磁性層を積層フェリ構造
にした場合のヒステリシスループの概念図である。例え
ば第1フリー磁性層(F1)の単位面積あたりの磁気モ
ーメント(飽和磁化Ms×膜厚t)は第2フリー磁性層
(F2)の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大き
いとする。また外部磁界を図示右方向に与えたとする。
FIG. 29 is a conceptual diagram of a hysteresis loop when the free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure. For example, it is assumed that the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer (F1) (saturation magnetization Ms × film thickness t) is larger than the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer (F2). It is also assumed that an external magnetic field is applied in the right direction in the figure.

【0074】第1フリー磁性層の単位面積あたりの磁気
モーメントと第2フリー磁性層の単位面積あたりの磁気
モーメントとのベクトル和(|Ms・t(F1)+Ms
・t(F2)|)で求めることができる単位面積あたり
の合成磁気モーメントは、0磁界から外部磁界を大きく
していってもある時点までは、一定の大きさである。こ
の合成磁気モーメントが一定の大きさである外部磁界領
域Aでは、前記第1フリー磁性層と第2フリー磁性層間
に働く反平行結合力が、前記外部磁界よりも強いので、
前記第1及び第2フリー磁性層の磁化は適切に単磁区化
して、反平行状態に保たれている。
The vector sum of the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer and the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer (| Ms · t (F1) + Ms
The combined magnetic moment per unit area, which can be obtained from (t (F2) |), is constant from the zero magnetic field to a certain point even when the external magnetic field is increased. In the external magnetic field region A where the resultant magnetic moment is constant, the antiparallel coupling force acting between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is stronger than the external magnetic field.
The magnetizations of the first and second free magnetic layers are appropriately divided into single domains, and are maintained in an antiparallel state.

【0075】ところが、さらに図示右方向への外部磁界
を大きくしていくと、フリー磁性層の単位面積あたりの
合成磁気モーメントは傾斜角を有して大きくなってい
く。これは、前記外部磁界の方が、前記第1フリー磁性
層及び第2フリー磁性層間に働く反平行結合力よりも強
いから、単磁区化していた第1のフリー磁性層と第2の
フリー磁性層の磁化が分散して多磁区化状態となり、ベ
クトル和で求めることができる単位面積あたりの合成磁
気モーメントが大きくなっていくのである。この単位面
積あたりの合成磁気モーメントが大きくなっていく外部
磁界領域Bでは、もはや前記フリー磁性層の反平行状態
は崩れた状態にある。この単位面積あたりの合成磁気モ
ーメントが大きくなり始める出発点の外部磁界の大きさ
をスピンフロップ磁界(Hsf)と呼んでいる。
However, when the external magnetic field in the right direction in the figure is further increased, the combined magnetic moment per unit area of the free magnetic layer increases with an inclination angle. This is because the external magnetic field is stronger than the anti-parallel coupling force acting between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. The magnetization of the layer is dispersed to form a multi-domain state, and the resultant magnetic moment per unit area, which can be obtained by the vector sum, increases. In the external magnetic field region B where the combined magnetic moment per unit area increases, the antiparallel state of the free magnetic layer is no longer in a state of being collapsed. The magnitude of the external magnetic field at the starting point where the combined magnetic moment per unit area starts to increase is called a spin-flop magnetic field (Hsf).

【0076】さらに図示右方向の外部磁界を大きくして
いくと、第1フリー磁性層及び第2フリー磁性層の磁化
は再び単磁区化され、今度は外部磁界領域Aの場合と異
なり、共に図示右方向に磁化され、この外部磁界領域C
での単位面積あたりの合成磁気モーメントは一定値とな
る。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが一定値
となる時点での外部磁界の大きさを飽和磁界(Hs)と
呼んでいる。
When the external magnetic field in the right direction is further increased, the magnetizations of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are converted into single magnetic domains again. Magnetized to the right, this external magnetic field region C
Is a constant value per unit area. The magnitude of the external magnetic field when the combined magnetic moment per unit area becomes a constant value is called a saturation magnetic field (Hs).

【0077】本発明では、前記CoFeNi合金を第1
フリー磁性層及び第2フリー磁性層に使用すると、Ni
Fe合金を使用した場合に比べて反平行状態が崩れると
きの磁界、いわゆるスピンフロップ磁界(Hsf)を十
分に大きくできることがわかった。
In the present invention, the CoFeNi alloy is first
When used for the free magnetic layer and the second free magnetic layer, Ni
It has been found that the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the so-called spin-flop magnetic field (Hsf) can be sufficiently increased as compared with the case where the Fe alloy is used.

【0078】本発明では、第1及び第2フリー磁性層に
NiFe合金(比較例)及びCoFeNi合金(実施
例)を用いて上記したスピンフロップ磁界の大きさを求
めるための実験を以下の膜構成を用いて行った。
In the present invention, an experiment for obtaining the magnitude of the above-mentioned spin-flop magnetic field using the NiFe alloy (Comparative Example) and the CoFeNi alloy (Example) for the first and second free magnetic layers was carried out by the following film configuration. This was performed using

【0079】基板/非磁性材料層(Cu)/第1フリー
磁性層(2.4)/非磁性中間層(Ru)/第2フリー
磁性層(1.4) なお括弧書きは膜厚を示し単位はnmである。
Substrate / Nonmagnetic material layer (Cu) / First free magnetic layer (2.4) / Nonmagnetic intermediate layer (Ru) / Second free magnetic layer (1.4) The unit is nm.

【0080】比較例での第1フリー磁性層及び第2フリ
ー磁性層には、Niの組成比が80原子%でFeの組成
比が20原子%からなるNiFe合金を使用した。この
ときのスピンフロップ磁界(Hsf)は約59(kA/
m)であった。
For the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the comparative example, a NiFe alloy containing 80 atomic% of Ni and 20 atomic% of Fe was used. The spin-flop magnetic field (Hsf) at this time is about 59 (kA /
m).

【0081】次に実施例での第1フリー磁性層及び第2
フリー磁性層には、Coの組成比が87原子%で、Fe
の組成比が11原子%で、Niの組成比が2原子%から
なるCoFeNi合金を使用した。このときのスピンフ
ロップ磁界(Hsf)は約293(kA/m)であっ
た。
Next, the first free magnetic layer and the second
In the free magnetic layer, the composition ratio of Co is 87 atomic% and Fe
A CoFeNi alloy having a composition ratio of 11 at% and a composition ratio of Ni of 2 at% was used. At this time, the spin-flop magnetic field (Hsf) was about 293 (kA / m).

【0082】このように第1フリー磁性層及び第2フリ
ー磁性層にはNiFe合金を用いるよりもCoFeNi
合金を用いる方が、スピンフロップ磁界を効果的に向上
させることができることがわかった。
As described above, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer use CoFeNi rather than using a NiFe alloy.
It was found that the use of an alloy can effectively improve the spin-flop magnetic field.

【0083】次に、CoFeNi合金の組成比について
説明する。CoFeNi合金は、非磁性中間層であるR
u層と接することでNiFe合金を用いる場合より、磁
歪が1×6-6〜6×10-6程度、正側にシフトすること
がわかっている。
Next, the composition ratio of the CoFeNi alloy will be described. The CoFeNi alloy has a non-magnetic intermediate layer R
It has been found that the magnetostriction shifts to the positive side by about 1 × 6 −6 to 6 × 10 −6 by using the NiFe alloy in contact with the u layer.

【0084】前記磁歪は−3×10-6から3×10-6
範囲内であることが好ましい。また保磁力は790(A
/m)以下であることが好ましい。磁歪が大きいと、成
膜ひずみや、他層間での熱膨張係数の差などによって応
力の影響を受けやすくなるから前記磁歪は低いことが好
ましい。また保磁力は低いことが好ましく、これによっ
てフリー磁性層の外部磁界に対する磁化反転を良好にす
ることができる。
The magnetostriction is preferably in the range of -3 × 10 -6 to 3 × 10 -6 . The coercive force is 790 (A
/ M) or less. When the magnetostriction is large, the magnetostriction is preferably low because the film is susceptible to stress due to film formation strain and a difference in thermal expansion coefficient between other layers. Further, the coercive force is preferably low, so that the magnetization reversal of the free magnetic layer with respect to an external magnetic field can be improved.

【0085】本発明では、非磁性材料層/第1フリー磁
性層/非磁性中間層/第2フリー磁性層の膜構成で形成
されるとき、前記CoFeNiのFe組成比は9原子%
以上で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子%
以上で10原子%以下で、残りの組成比はCoであるこ
とが好ましい。Feの組成比が17原子%よりも大きく
なると、磁歪が−3×10-6よりも負に大きくなると共
に軟磁気特性を劣化させて好ましくない。
In the present invention, when formed in a film configuration of a nonmagnetic material layer / first free magnetic layer / nonmagnetic intermediate layer / second free magnetic layer, the Fe composition ratio of the CoFeNi is 9 atomic%.
Above, 17 atomic% or less, and the composition ratio of Ni is 0.5 atomic%.
Preferably, the content is 10 atomic% or less and the remaining composition ratio is Co. If the composition ratio of Fe is more than 17 atomic%, the magnetostriction becomes negative more than -3 × 10 -6 and the soft magnetic characteristics are deteriorated, which is not preferable.

【0086】またFeの組成比が9原子%よりも小さく
なると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、軟
磁気特性の劣化を招き好ましくない。
If the composition ratio of Fe is less than 9 atomic%, the magnetostriction becomes larger than 3 × 10 −6 and the soft magnetic characteristics are deteriorated, which is not preferable.

【0087】またNiの組成比が10原子%よりも大き
くなると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、
非磁性材料層との間でNiの拡散等による抵抗変化量
(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の低下を招き好ま
しくない。
When the composition ratio of Ni is larger than 10 atomic%, the magnetostriction becomes larger than 3 × 10 −6 ,
It is not preferable because the amount of change in resistance (ΔR) and the rate of change in resistance (ΔR / R) due to diffusion of Ni between the nonmagnetic material layer and the like are reduced.

【0088】またNiの組成比が0.5原子%よりも小
さくなると、磁歪が−3×10-6よりも負に大きくなっ
て好ましくない。
If the composition ratio of Ni is smaller than 0.5 atomic%, the magnetostriction is undesirably larger than -3 × 10 -6 .

【0089】また上記した組成範囲内であれば保磁力を
790(A/m)以下にすることができる。
The coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less within the above composition range.

【0090】次に、前記非磁性材料層に最も近い位置に
積層された前記強磁性材料層と前記非磁性材料層と間に
CoFe合金あるいはCoからなる中間層を形成すると
き、具体的には、例えば非磁性材料層/中間層(CoF
e合金)/第1フリー磁性層/非磁性中間層/第2フリ
ー磁性層の膜構成で形成されるとき、前記CoFeNi
のFe組成比は7原子%以上で15原子%以下で、Ni
の組成比は5原子%以上で15原子%以下で、残りの組
成比はCoであることが好ましい。Feの組成比が15
原子%よりも大きくなると、磁歪が−3×10-6よりも
負に大きくなると共に軟磁気特性を劣化させて好ましく
ない。
Next, when an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co is formed between the ferromagnetic material layer and the non-magnetic material layer stacked closest to the non-magnetic material layer, specifically, For example, a nonmagnetic material layer / intermediate layer (CoF
e alloy) / first free magnetic layer / non-magnetic intermediate layer / second free magnetic layer.
Has a Fe composition ratio of 7 atomic% or more and 15 atomic% or less,
Is preferably 5 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the remaining composition ratio is preferably Co. Fe composition ratio is 15
If it is larger than atomic%, the magnetostriction becomes negative more than -3 × 10 -6 and the soft magnetic characteristics are deteriorated, which is not preferable.

【0091】またFeの組成比が7原子%よりも小さく
なると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、軟
磁気特性の劣化を招き好ましくない。
If the composition ratio of Fe is smaller than 7 atomic%, the magnetostriction becomes larger than 3 × 10 −6 and the soft magnetic characteristics are deteriorated.

【0092】またNiの組成比が15原子%よりも大き
くなると、磁歪が3×10-6よりも大きくなって好まし
くない。
If the composition ratio of Ni is larger than 15 atomic%, the magnetostriction is larger than 3 × 10 −6, which is not preferable.

【0093】またNiの組成比が5原子%よりも小さく
なると、磁歪が−3×10-6よりも負に大きくなって好
ましくない。
If the composition ratio of Ni is smaller than 5 atomic%, the magnetostriction is undesirably larger than -3 × 10 -6 .

【0094】また上記した組成範囲内であれば保磁力を
790(A/m)以下にすることができる。
The coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less within the above composition range.

【0095】なお、CoFeやCoで形成された中間層
はマイナス磁歪を有しているため、前記中間層を第1フ
リー磁性層と非磁性材料層間に介在させない膜構成の場
合に比べて、CoFeNi合金のFe組成をやや少なく
し、Ni組成をやや多くしている。
Since the intermediate layer made of CoFe or Co has minus magnetostriction, the intermediate layer is made of CoFeNi as compared with the case where the intermediate layer is not interposed between the first free magnetic layer and the non-magnetic material layer. The Fe composition of the alloy is slightly reduced and the Ni composition is slightly increased.

【0096】また上記の膜構成のように、非磁性材料層
と第1フリー磁性層間にCoFe合金あるいはCoから
なる中間層を介在させることで、第1フリー磁性層と非
磁性材料層間での金属元素の拡散をより効果的に防止す
ることができて好ましい。
As in the above-described film configuration, by interposing an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co between the non-magnetic material layer and the first free magnetic layer, the metal between the first free magnetic layer and the non-magnetic material layer is formed. This is preferable because diffusion of elements can be more effectively prevented.

【0097】本発明では、前記第1反強磁性層と前記第
2反強磁性層を、同じ組成の反強磁性材料を用いて形成
した場合でも、前記フリー磁性層の磁化方向を、前記固
定磁性層の磁化方向と直交する方向に固定することが容
易になる。
According to the present invention, even when the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are formed using the same composition of antiferromagnetic material, the magnetization direction of the free magnetic layer is fixed to the fixed direction. It is easy to fix the magnetic layer in a direction perpendicular to the magnetization direction.

【0098】前記第1反強磁性層及び/又は前記第2の
反強磁性層を、PtMn合金、または、X―Mn(ただ
しXは、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feの
いずれか1種または2種以上の元素である)合金で、あ
るいはPt―Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,
Rh,Ru,Au,Ag,Os,Cr,Ni,Ar,N
e,Xe,Krのいずれか1種または2種以上の元素で
ある)合金で形成することが好ましい。
The first antiferromagnetic layer and / or the second antiferromagnetic layer is made of a PtMn alloy or X—Mn (where X is Pd, Ir, Rh, Ru, Ru, Os, Ni, Fe). Alloy of any one or two or more elements, or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir,
Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, N
e, Xe, or Kr).

【0099】ここで、前記PtMn合金及び前記X−M
nの式で示される合金において、PtあるいはXが37
〜63at%の範囲であることが好ましい。また、前記
PtMn合金及び前記X−Mnの式で示される合金にお
いて、PtあるいはXが47〜57at%の範囲である
ことがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数
値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
Here, the PtMn alloy and the XM
In the alloy represented by the formula of n, Pt or X is 37
It is preferably in the range of ~ 63 at%. Further, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn, Pt or X is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by mean below.

【0100】また、Pt−Mn−X’の式で示される合
金において、X’+Ptが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。また、前記Pt−Mn−X’の式で
示される合金において、X’+Ptが47〜57at%
の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Pt−
Mn−X’の式で示される合金において、X’が0.2
〜10at%の範囲であることが好ましい。ただし、
X’がPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのい
ずれか1種または2種以上の元素である場合には、X’
は0.2〜40at%の範囲であることが好ましい。
In the alloy represented by the formula of Pt-Mn-X ', X' + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is 47 to 57 at%.
More preferably, it is within the range. Further, the Pt-
In the alloy represented by the formula of Mn-X ', X' is 0.2
It is preferably in the range of 10 to 10 at%. However,
When X ′ is any one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe, X ′
Is preferably in the range of 0.2 to 40 at%.

【0101】第1反強磁性層及び第2反強磁性層とし
て、これらの適切な組成範囲の合金を使用し、これを熱
処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する第
1反強磁性層及び第2反強磁性層を得ることができる。
特に、PtMn合金であれば、48kA/m以上、例え
ば64kA/mを越える交換結合磁界を有し、前記交換
結合磁界を失うブロッキング温度が380℃と極めて高
い優れた第1反強磁性層及び第2反強磁性層を得ること
ができる。
As the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, an alloy having an appropriate composition range is used, and the first antiferromagnetic layer generates a large exchange coupling magnetic field by heat treatment. And a second antiferromagnetic layer.
In particular, a PtMn alloy has an exchange coupling magnetic field of at least 48 kA / m, for example, more than 64 kA / m, and has an extremely high blocking temperature of 380 ° C. at which the exchange coupling magnetic field is lost. Two antiferromagnetic layers can be obtained.

【0102】これらの合金は、成膜直後の状態では、不
規則系の面心立方構造(fcc)であるが、熱処理によ
ってCuAuI型の規則型の面心正方構造(fct)に
構造変態する。
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but are transformed into a CuAuI-type regular face-centered square structure (fct) by heat treatment.

【0103】なお、本発明では、第1反強磁性層と縦バ
イアス層を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成するこ
とができる。
In the present invention, the first antiferromagnetic layer and the longitudinal bias layer can be formed using the same composition of antiferromagnetic material.

【0104】[0104]

【発明の実施の形態】図1から図5は、本発明の薄膜磁
気素子の製造方法の実施の形態を示す断面図である。
1 to 5 are sectional views showing an embodiment of a method for manufacturing a thin-film magnetic element according to the present invention.

【0105】まず、基板11上に第1反強磁性層12を
積層する。さらに第1固定磁性層13a、非磁性中間層
13b、第2固定磁性層13cからなるシンセティック
フェリピンド型の固定磁性層13が積層され、固定磁性
層13の上層に非磁性材料層14、フリー磁性層15、
非磁性層16及び他の反強磁性層17が積層されて、多
層膜Aが形成される。図1は、多層膜Aが形成された状
態を示す断面図である。
First, the first antiferromagnetic layer 12 is laminated on the substrate 11. Further, a synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 13 including a first fixed magnetic layer 13a, a non-magnetic intermediate layer 13b, and a second fixed magnetic layer 13c is laminated, and a non-magnetic material layer 14, a free magnetic layer Layer 15,
The non-magnetic layer 16 and another antiferromagnetic layer 17 are stacked to form a multilayer film A. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state where the multilayer film A is formed.

【0106】第1反強磁性層12、固定磁性層13、非
磁性材料層14、フリー磁性層15、非磁性層16及び
他の反強磁性層17はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形
成プロセスによって形成される。
The first antiferromagnetic layer 12, the pinned magnetic layer 13, the nonmagnetic material layer 14, the free magnetic layer 15, the nonmagnetic layer 16, and the other antiferromagnetic layer 17 are formed by a thin film forming process such as a sputtering method or a vapor deposition method. Formed by

【0107】第1反強磁性層12及び他の反強磁性層1
7は、PtMn合金、または、X―Mn(ただしXは、
Pd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのいずれか
1種または2種以上の元素である)合金で、あるいはP
t―Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,R
u,Au,Ag,Os,Cr,Ni,Ar,Ne,X
e,Krのいずれか1または2種以上の元素である)合
金で形成する。
First antiferromagnetic layer 12 and other antiferromagnetic layers 1
7 is a PtMn alloy or X-Mn (where X is
Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, Fe or any one or more of them) alloys or P
t-Mn-X '(where X' is Pd, Ir, Rh, R
u, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, X
e, or Kr).

【0108】第1反強磁性層12及び他の反強磁性層1
7として、これらの合金を使用し、これを熱処理するこ
とにより、大きな交換結合磁界を発生する第1反強磁性
層12及び他の反強磁性層17を得ることができる。特
に、PtMn合金であれば、48kA/m以上、例えば
64kA/mを越える交換結合磁界を有し、前記交換結
合磁界を失うブロッキング温度が380℃と極めて高い
優れた第1反強磁性層12及び他の反強磁性層17を得
ることができる。
First antiferromagnetic layer 12 and other antiferromagnetic layers 1
By using these alloys and performing heat treatment on them, the first antiferromagnetic layer 12 and another antiferromagnetic layer 17 that generate a large exchange coupling magnetic field can be obtained. In particular, if the alloy is a PtMn alloy, the first antiferromagnetic layer 12 has an exchange coupling magnetic field of 48 kA / m or more, for example, more than 64 kA / m, and has a very high blocking temperature of 380 ° C. at which the exchange coupling magnetic field is lost. Another antiferromagnetic layer 17 can be obtained.

【0109】これらの合金は、成膜直後の状態では、不
規則系の面心立方構造(fcc)であるが、熱処理によ
ってCuAuI型の規則型の面心正方構造(fct)に
構造変態する。
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but are transformed into a CuAuI-type regular face-centered square structure (fct) by heat treatment.

【0110】第1反強磁性層12の膜厚は、トラック幅
方向の中心付近において80〜300Åである。また、
他の反強磁性層17の膜厚は、約30Åである。
The film thickness of the first antiferromagnetic layer 12 is 80 to 300 ° near the center in the track width direction. Also,
The thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is about 30 °.

【0111】第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層
13cは、強磁性材料により形成されるもので、例えば
NiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe合
金、CoNi合金などにより形成されるものであり、特
にNiFe合金またはCoにより形成されることが好ま
しい。また、第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層
13cは同一の材料で形成されることが好ましい。
The first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13c are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like. In particular, it is preferably formed of a NiFe alloy or Co. Preferably, the first pinned magnetic layer 13a and the second pinned magnetic layer 13c are formed of the same material.

【0112】また、非磁性中間層13bは、非磁性材料
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種またはこれらの2種以上の合金で形
成されている。特にRuによって形成されることが好ま
しい。
The non-magnetic intermediate layer 13b is formed of a non-magnetic material, and is composed of Ru, Rh, Ir, Cr, R
e, Cu, or one or more of these alloys. In particular, it is preferably formed of Ru.

【0113】非磁性材料層14は、固定磁性層13とフ
リー磁性層15との磁気的な結合を防止し、またセンス
電流が主に流れる層であり、Cu,Cr,Au,Agな
ど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好
ましい。特にCuによって形成されることが好ましい。
The non-magnetic material layer 14 prevents magnetic coupling between the pinned magnetic layer 13 and the free magnetic layer 15 and is a layer through which a sense current mainly flows, and is made of a conductive material such as Cu, Cr, Au, or Ag. Is preferably formed of a nonmagnetic material having In particular, it is preferably formed of Cu.

【0114】フリー磁性層15は、強磁性材料により形
成されるもので、例えばNiFe合金、Co、CoNi
Fe合金、CoFe合金、CoNi合金などにより形成
されるものであり、特にNiFe合金またはCoにより
形成されることが好ましい。
The free magnetic layer 15 is formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, CoNi
It is formed of an Fe alloy, a CoFe alloy, a CoNi alloy, or the like, and is particularly preferably formed of a NiFe alloy or Co.

【0115】非磁性層16は、Ruによって形成され、
膜厚は8〜11Åである。また、非磁性層は、Ru,C
u,Ag,Auのうち1種または2種以上の元素を用い
て形成することもできる。
The non-magnetic layer 16 is formed of Ru,
The thickness is 8-11 °. The nonmagnetic layer is made of Ru, C
It can also be formed using one or more of u, Ag, and Au.

【0116】次に、図1の多層膜Aを第1の熱処理温
度、Y方向を向いた第1の大きさの磁界中で、第1の磁
場中アニールを行い、第1反強磁性層12に交換異方性
磁界を発生させ、固定磁性層13の磁化方向を図示Y方
向に固定する。本実施の形態では、前記第1の熱処理温
度を270℃、磁界の第1の大きさを800k(A/
m)としている。
Next, the multilayer film A of FIG. 1 is annealed in a first magnetic field at a first heat treatment temperature and in a magnetic field of a first magnitude oriented in the Y direction to form a first antiferromagnetic layer 12. An exchange anisotropic magnetic field is generated to fix the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13 to the Y direction in the figure. In this embodiment, the first heat treatment temperature is 270 ° C., and the first magnitude of the magnetic field is 800 k (A / A).
m).

【0117】ここで、他の反強磁性層17の膜厚は30
Åである。他の反強磁性層17の膜厚が30Å以下であ
ると、他の反強磁性層17を磁場中アニールにかけても
不規則構造から規則構造への変態が生じず、交換異方性
磁界が発生しない。従って、多層膜Aを第1の磁場中ア
ニールにかけたときに、他の反強磁性層17には交換異
方性磁界が発生せず、フリー磁性層15の磁化方向が図
示Y方向に固定されることはない。
Here, the thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is 30
Å. If the thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is 30 ° or less, even if the other antiferromagnetic layer 17 is annealed in a magnetic field, transformation from an irregular structure to a regular structure does not occur, and an exchange anisotropic magnetic field is generated. do not do. Therefore, when the multilayer film A is annealed in the first magnetic field, no exchange anisotropic magnetic field is generated in the other antiferromagnetic layers 17, and the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed in the Y direction in the drawing. Never.

【0118】多層膜Aを第1の磁場中アニールにかけた
ときに、他の反強磁性層17は、その表面から10〜2
0Å程度酸化する。そこで、多層膜Aの状態で他の反強
磁性層17の表面をイオンミリングによって20Å程削
り、酸化した部分を除去する。このように、本実施の形
態では、多層膜Aの最上層に他の反強磁性層16が積層
されているので、非磁性層16及びフリー磁性層15の
酸化を防ぐことができる。
When the multilayer film A is annealed in the first magnetic field, the other antiferromagnetic layer 17 is 10 to 2
Oxidates about 0 °. Therefore, the surface of the other antiferromagnetic layer 17 in the state of the multilayer film A is cut by about 20 ° by ion milling to remove the oxidized portion. As described above, in the present embodiment, since the other antiferromagnetic layer 16 is stacked on the uppermost layer of the multilayer film A, the oxidation of the nonmagnetic layer 16 and the free magnetic layer 15 can be prevented.

【0119】次に、図2に示すごとく、多層膜A上に、
第2反強磁性層である縦バイアス層18を成膜し、縦バ
イアス層18の上層に電極層19を成膜する。
Next, as shown in FIG.
A vertical bias layer 18 as a second antiferromagnetic layer is formed, and an electrode layer 19 is formed on the vertical bias layer 18.

【0120】縦バイアス層18は、第1反強磁性層12
及び他の反強磁性層17と同様に、PtMn合金、また
は、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ru,
Os,Ni,Feのいずれか1種または2種以上の元素
である)合金で、あるいはPt―Mn―X′(ただし
X′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag,Os,
Cr,Ni,Ar,Ne,Xe,Krのいずれか1また
は2種以上の元素である)合金で形成する。
The vertical bias layer 18 comprises the first antiferromagnetic layer 12
And the other antiferromagnetic layer 17, a PtMn alloy or X—Mn (where X is Pd, Ir, Rh, Ru,
Alloys of one or more of Os, Ni, and Fe) or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os,
Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, or Kr).

【0121】縦バイアス層18の膜厚は、トラック幅方
向の中心付近において80〜300Å、例えば200Å
である。
The thickness of the vertical bias layer 18 is about 80 to 300 °, for example, 200 ° near the center in the track width direction.
It is.

【0122】ここで、第1反強磁性層12、他の反強磁
性層17、及び縦バイアス層18を形成するための、前
記PtMn合金及び前記X−Mnの式で示される合金に
おいて、PtあるいはXが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。また、前記PtMn合金及び前記X
−Mnの式で示される合金において、PtあるいはXが
47〜57at%の範囲であることがより好ましい。特
に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以
下、以上を意味する。
Here, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula X-Mn for forming the first antiferromagnetic layer 12, the other antiferromagnetic layer 17, and the longitudinal bias layer 18, Pt Alternatively, X is preferably in the range of 37 to 63 at%. Further, the PtMn alloy and the X
In the alloy represented by the formula -Mn, Pt or X is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by mean below.

【0123】また、Pt−Mn−X’の式で示される合
金において、X’+Ptが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。また、前記Pt−Mn−X’の式で
示される合金において、X’+Ptが47〜57at%
の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Pt−
Mn−X’の式で示される合金において、X’が0.2
〜10at%の範囲であることが好ましい。ただし、
X’がPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのい
ずれか1種または2種以上の元素である場合には、X’
は0.2〜40at%の範囲であることが好ましい。
In the alloy represented by the formula of Pt-Mn-X ', X' + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is 47 to 57 at%.
More preferably, it is within the range. Further, the Pt-
In the alloy represented by the formula of Mn-X ', X' is 0.2
It is preferably in the range of 10 to 10 at%. However,
When X ′ is any one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe, X ′
Is preferably in the range of 0.2 to 40 at%.

【0124】第1反強磁性層及び第2反強磁性層とし
て、これらの適切な組成範囲の合金を使用し、これを熱
処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する第
1反強磁性層及び第2反強磁性層を得ることができる。
特に、PtMn合金であれば、48kA/m以上、例え
ば64kA/mを越える交換結合磁界を有し、前記交換
結合磁界を失うブロッキング温度が380℃と極めて高
い優れた第1反強磁性層及び第2反強磁性層を得ること
ができる。
As the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, an alloy having an appropriate composition range is used, and the first antiferromagnetic layer generates a large exchange coupling magnetic field by heat treatment. And a second antiferromagnetic layer.
In particular, a PtMn alloy has an exchange coupling magnetic field of at least 48 kA / m, for example, more than 64 kA / m, and has an extremely high blocking temperature of 380 ° C. at which the exchange coupling magnetic field is lost. Two antiferromagnetic layers can be obtained.

【0125】これらの合金は、成膜直後の状態では、不
規則系の面心立方構造(fcc)であるが、熱処理によ
ってCuAuI型の規則型の面心正方構造(fct)に
構造変態する。
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but are transformed into a CuAuI-type regular face-centered square structure (fct) by heat treatment.

【0126】なお、本実施の形態の薄膜磁気素子は、第
1反強磁性層12と縦バイアス層18を同じ組成の反強
磁性材料を用いて形成することができる。
In the thin-film magnetic element of the present embodiment, the first antiferromagnetic layer 12 and the vertical bias layer 18 can be formed using the same composition of antiferromagnetic material.

【0127】電極層19は、例えば、Au、W、Cr、
Taなどを用いて成膜される。次に、図3に示すよう
に、電極層19上にレジスト20,20を積層し、電極
層19上をトラック幅Twの間隔を開けてマスキングす
る。
The electrode layer 19 is made of, for example, Au, W, Cr,
The film is formed using Ta or the like. Next, as shown in FIG. 3, resists 20, 20 are laminated on the electrode layer 19, and the electrode layer 19 is masked at intervals of the track width Tw.

【0128】さらに、図4に示すように、縦バイアス層
18のレジスト20,20によってマスクされない部分
を、イオンミリングまたは反応性イオンエッチング(R
IE)などによって、基板11の表面11aに対して垂
直方向に削り込むことにより凹部21を形成する。凹部
21の側面21a,21aは、基板11の表面11aに
対して垂直になっている。図4では、凹部21の底面2
1bが縦バイアス層17内に位置するように、凹部21
を形成している。
Further, as shown in FIG. 4, portions of the vertical bias layer 18 which are not masked by the resists 20 are ion-milled or reactive ion-etched (R).
The recess 21 is formed by cutting in a direction perpendicular to the surface 11a of the substrate 11 by IE) or the like. The side surfaces 21 a of the recess 21 are perpendicular to the surface 11 a of the substrate 11. In FIG. 4, the bottom surface 2 of the concave portion 21 is shown.
1b is located in the vertical bias layer 17,
Is formed.

【0129】このとき、凹部21の底面21bの下部に
位置する縦バイアス層18の領域と他の反強磁性層17
の厚さの合計t1を0より大きく30Å以下にする。
At this time, the region of the vertical bias layer 18 located below the bottom surface 21b of the concave portion 21 and the other antiferromagnetic layer 17
Is set to be greater than 0 and 30 ° or less.

【0130】凹部21形成後、電極層19,19まで形
成された多層膜Bを、第2の熱処理温度、X方向を向い
た第2の大きさの磁界中で、第2の磁場中アニールを行
い、縦バイアス層18に交換異方性磁界を発生させ、フ
リー磁性層15の磁化方向を図示X方向に固定する。本
実施の形態では、前記第2の熱処理温度を250℃、磁
界の第2の大きさを24k(A/m)としている。
After the formation of the concave portion 21, the multilayer film B formed up to the electrode layers 19, 19 is annealed in a second magnetic field at a second heat treatment temperature and a second magnetic field oriented in the X direction. Then, an exchange anisotropic magnetic field is generated in the vertical bias layer 18 to fix the magnetization direction of the free magnetic layer 15 in the X direction in the drawing. In the present embodiment, the second heat treatment temperature is 250 ° C., and the second magnitude of the magnetic field is 24 k (A / m).

【0131】前記第2の熱処理後、レジスト層20,2
0を除去すると、図5に示されるような薄膜磁気素子を
得ることができる。
After the second heat treatment, the resist layers 20 and 2
By removing 0, a thin-film magnetic element as shown in FIG. 5 can be obtained.

【0132】縦バイアス層18の交換異方性磁界は、第
2の磁場中アニール工程において始めて生じる。従っ
て、第1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向を図示
Y方向に向けたまま、縦バイアス層18の交換異方性磁
界を図示X方向に向けるためには、前記第2の熱処理温
度を、第1反強磁性層12が交換結合磁界を失うブロッ
キング温度より低い温度に設定し、前記第2の磁界の大
きさを第1反強磁性層12の交換異方性磁界より小さく
するだけでよい。また、第2の磁場中アニールをこれら
の条件下で行えば、第1反強磁性層12と縦バイアス層
18を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第
1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向を図示Y方向
に向けたまま、縦バイアス層18の交換異方性磁界を図
示X方向に向けることができる。すなわち、フリー磁性
層15の磁化方向を、固定磁性層13の磁化方向と直交
する方向に固定することが容易になる。
The exchange anisotropic magnetic field of the longitudinal bias layer 18 is generated only in the second magnetic field annealing step. Accordingly, in order to direct the exchange anisotropic magnetic field of the longitudinal bias layer 18 in the illustrated X direction while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is oriented in the illustrated Y direction, the second The heat treatment temperature is set lower than the blocking temperature at which the first antiferromagnetic layer 12 loses the exchange coupling magnetic field, and the magnitude of the second magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12. Just do it. If the second annealing in a magnetic field is performed under these conditions, the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 18 can be formed using the same antiferromagnetic material having the same composition. The exchange anisotropic magnetic field of the longitudinal bias layer 18 can be directed in the X direction in the drawing while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the layer 12 is directed in the Y direction in the drawing. That is, it becomes easy to fix the magnetization direction of the free magnetic layer 15 to a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13.

【0133】本実施の形態のように、凹部21の底面2
1bの下部に位置する縦バイアス層18の領域と他の反
強磁性層17の厚さの合計t1を0より大きく30Å以
下にすると、凹部21の底面21bに位置する縦バイア
ス層18の領域では、第2の磁場中アニールによって不
規則−規則変態が生じず、交換結合磁界が発生しない。
As in the present embodiment, the bottom surface 2
If the total thickness t1 of the region of the vertical bias layer 18 located below the lower portion 1b and the thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is set to be larger than 0 and equal to or smaller than 30 °, the region of the vertical bias layer 18 located at the bottom surface 21b of the concave portion 21 In addition, no irregular-order transformation occurs due to annealing in the second magnetic field, and no exchange coupling magnetic field is generated.

【0134】すなわち、フリー磁性層15の磁化方向
は、凹部21の底面21bに重なる領域以外のトラック
幅方向両端部D,Dでのみ、縦バイアス層18との交換
結合によって固定される。
That is, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed by exchange coupling with the vertical bias layer 18 only at both ends D, D in the track width direction other than the region overlapping the bottom surface 21b of the concave portion 21.

【0135】凹部21の底面21bに重なるフリー磁性
層15の領域Eは、外部磁界が印加されない状態おい
て、縦バイアス層18との交換結合によって磁化方向が
固定された両端部D,Dにならって図示X方向に揃えら
れ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化する。
The region E of the free magnetic layer 15 overlapping the bottom surface 21b of the concave portion 21 follows both ends D, D whose magnetization directions are fixed by exchange coupling with the vertical bias layer 18 in a state where no external magnetic field is applied. The direction of magnetization is aligned in the illustrated X direction, and when an external magnetic field is applied, its magnetization direction changes.

【0136】従って、薄膜磁気素子のトラック幅は、前
記凹部の幅寸法Twによって決定される。上述したよう
に、本発明では、凹部21は一様の厚さで成膜された縦
バイアス層18を、反応性イオンエッチング(RIE)
やイオンミリングを用いて、基板11の表面11aに対
する垂直方向に削るだけで形成することができるので、
正確な幅寸法Twで凹部21を形成することが可能にな
る。すなわち、薄膜磁気素子のトラック幅Twを正確に
規定できる。
Therefore, the track width of the thin-film magnetic element is determined by the width Tw of the recess. As described above, in the present invention, the concave portion 21 is formed by forming the longitudinal bias layer 18 formed with a uniform thickness by reactive ion etching (RIE).
Or ion milling, and can be formed only by shaving in the direction perpendicular to the surface 11a of the substrate 11,
The concave portion 21 can be formed with an accurate width Tw. That is, the track width Tw of the thin-film magnetic element can be accurately defined.

【0137】なお、上記説明では縦バイアス層18の上
層に電極層19を成膜した後、電極層19上に前記レジ
ストを積層して、縦バイアス層18に凹部を形成した
が、縦バイアス層18の上層にレジスト20,20を積
層して、縦バイアス層18に凹部を形成した後、縦バイ
アス層18の上層に電極層19を積層してもよい。
In the above description, after the electrode layer 19 is formed on the vertical bias layer 18, the resist is laminated on the electrode layer 19 to form a recess in the vertical bias layer 18. After the resists 20 and 20 are laminated on the upper layer 18 and the concave portion is formed on the vertical bias layer 18, the electrode layer 19 may be laminated on the vertical bias layer 18.

【0138】また、本実施の形態では、基板11上に直
接第1反強磁性層12が積層されているが、基板11上
にアルミナ層及びTa等からなる下地層を介して反強磁
性層12が積層されてもよい。
In this embodiment, the first antiferromagnetic layer 12 is directly laminated on the substrate 11, but the antiferromagnetic layer is formed on the substrate 11 with an alumina layer and an underlayer made of Ta or the like interposed therebetween. 12 may be stacked.

【0139】図5に示された本実施の形態の薄膜磁気素
子の製造方法によって形成された薄膜磁気素子について
説明する。
The thin-film magnetic element formed by the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present embodiment shown in FIG. 5 will be described.

【0140】縦バイアス層18が多層膜Aの上層に非磁
性層16を介して積層されていると、フリー磁性層15
は、縦バイアス層18とのRKKY相互作用によって磁
化方向が揃えられる。RKKY相互作用は、反強磁性を
有する厚さの反強磁性層(縦バイアス層18)の直下に
位置する磁性層の領域との間にのみ作用し、反強磁性を
有する厚さの反強磁性層の直下から外れた領域には作用
しない。すなわち、前記RKKY相互作用は、凹部21
の底面21bに重ならないトラック幅方向両端部D,D
にのみ働き、凹部21の底面21bに重なる領域Eには
作用しない。
When the vertical bias layer 18 is laminated on the multilayer film A via the non-magnetic layer 16, the free magnetic layer 15
The magnetization directions are aligned by the RKKY interaction with the vertical bias layer 18. The RKKY interaction acts only with the region of the magnetic layer located immediately below the antiferromagnetic layer having the antiferromagnetic thickness (longitudinal bias layer 18), and has the antiferromagnetic thickness of the antiferromagnetic layer. It does not act on a region deviating from immediately below the magnetic layer. That is, the RKKY interaction is caused by the depression 21
, Both ends D, D in the track width direction not overlapping the bottom surface 21b of the
And does not act on the region E overlapping the bottom surface 21b of the concave portion 21.

【0141】従って、縦バイアス層18に形成された凹
部21の幅寸法として設定されたトラック幅(光学的ト
ラック幅)Twの領域が、実質的に記録磁界の再生に寄
与し、磁気抵抗効果を発揮する感度領域となる。すなわ
ち、本発明の薄膜磁気素子は、薄膜磁気素子の光学的ト
ラック幅が磁気的トラック幅に等しくなるので、不感領
域があるために磁気的トラック幅の制御が困難であるハ
ードバイアス方式と比較して、記録媒体の高記録密度化
に対応することが容易になる。
Therefore, the area of the track width (optical track width) Tw set as the width dimension of the concave portion 21 formed in the vertical bias layer 18 substantially contributes to the reproduction of the recording magnetic field, and reduces the magnetoresistance effect. This is the sensitivity range to be exhibited. In other words, the thin-film magnetic element of the present invention has an optical track width equal to the magnetic track width, and thus has a dead area. Therefore, it is easy to cope with the increase in the recording density of the recording medium.

【0142】また、薄膜磁気素子の形成時に設定された
トラック幅(光学的トラック幅)Twの領域に不感領域
が生じないので、高記録密度化に対応するために薄膜磁
気素子の光学的トラック幅Twを小さくしていった場合
の再生出力の低下を抑えることができる。
Further, since there is no dead area in the area of the track width (optical track width) Tw set at the time of forming the thin-film magnetic element, the optical track width of the thin-film magnetic element can be increased in order to cope with high recording density. A decrease in the reproduction output when Tw is reduced can be suppressed.

【0143】さらに、本実施の形態では薄膜磁気素子の
側端面S,Sが基板11の表面11aに対して垂直とな
るように形成されることが可能なので、フリー磁性層1
5の幅方向長さのバラつきを抑えることができる。
Further, in this embodiment, since the side end surfaces S, S of the thin-film magnetic element can be formed so as to be perpendicular to the surface 11a of the substrate 11, the free magnetic layer 1
5 can be suppressed from varying in the width direction.

【0144】また、本実施の形態のように、縦バイアス
層18とのRKKY相互作用によってフリー磁性層15
の磁化方向が揃えられるものは、縦バイアス層18とフ
リー磁性層15とが直に接しているものよりも交換結合
力を強くすることができる。
As in the present embodiment, the free magnetic layer 15 is formed by the RKKY interaction with the vertical bias layer 18.
When the magnetization directions are uniform, the exchange coupling force can be made stronger than that in which the vertical bias layer 18 and the free magnetic layer 15 are in direct contact.

【0145】また、本実施の形態のように、非磁性層1
6が導電性材料によって形成されていると、非磁性層1
6をスピンフィルター効果を有するバックド層(bac
kedlayer)として機能させることが可能にな
る。
Further, as in the present embodiment, the non-magnetic layer 1
6 is made of a conductive material, the non-magnetic layer 1
6 is a backed layer (bac) having a spin filter effect.
function as a keylayer).

【0146】スピンフィルター効果を有するバックド層
(非磁性層16)がフリー磁性層15に接して設けられ
ると、積層体内部においてセンス電流が流れる中心高さ
位置を、バックド層がない場合よりも、このバックド層
側に移動させることができる。すなわち、センス電流の
中心高さ位置がフリー磁性層15から離れ、フリー磁性
層15位置におけるセンス電流磁界の強度が低減し、こ
のセンス電流磁界のフリー磁性層15の変動磁化への影
響が低減する。従って、アシンメトリーを小さくでき
る。
When the backed layer (nonmagnetic layer 16) having the spin filter effect is provided in contact with the free magnetic layer 15, the center height position at which the sense current flows inside the stacked body is set to be larger than when the backed layer is not provided. It can be moved to the backed layer side. That is, the center height position of the sense current is separated from the free magnetic layer 15, the intensity of the sense current magnetic field at the position of the free magnetic layer 15 is reduced, and the influence of the sense current magnetic field on the variable magnetization of the free magnetic layer 15 is reduced. . Therefore, the asymmetry can be reduced.

【0147】ここで、アシンメトリーとは、再生出力波
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。従って、アシンメトリーが0に近づく程
再生出力波形が対称性に優れていることになる。
Here, the asymmetry indicates the degree of asymmetry of the reproduced output waveform. When a reproduced output waveform is given, if the waveform is symmetric, the asymmetry becomes smaller. Therefore, as the asymmetry approaches 0, the reproduced output waveform becomes more excellent in symmetry.

【0148】前記アシンメトリーは、フリー磁性層の変
動磁化の方向と固定磁性層の固定磁化の方向とが直交し
ているときに0となる。アシンメトリーが大きくずれる
とメディアからの情報の読み取りが正確にできなくな
り、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリ
ーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上する
ことになり、スピンバルブ薄膜磁気素子として優れたも
のとなる。
The asymmetry becomes 0 when the direction of the variable magnetization of the free magnetic layer is orthogonal to the direction of the fixed magnetization of the fixed magnetic layer. If the asymmetry deviates significantly, it will not be possible to read information from the medium accurately, causing an error. For this reason, the smaller the asymmetry, the higher the reliability of the reproduction signal processing, and the more excellent the spin valve thin film magnetic element becomes.

【0149】スピンフィルター効果について説明する。
図30及び図31はスピンバルブ型薄膜磁気素子におい
てバックド層によるスピンフィルター効果を説明するた
めの模式説明図であり、図30はバックド層がない構造
例を示す模式図であり、図31はバックド層のある構造
例を示す模式図である。
Next, the spin filter effect will be described.
30 and 31 are schematic diagrams for explaining the spin filter effect of the backed layer in the spin-valve thin-film magnetic element. FIG. 30 is a schematic diagram showing an example of a structure without a backed layer, and FIG. It is a schematic diagram which shows the structural example with a layer.

【0150】巨大磁気抵抗GMR効果は、主として電子
の「スピンに依存した散乱」によるものである。つまり
磁性材料、ここではフリー磁性層の磁化方向に平行なス
ピン(例えばアップスピン)を持つ伝導電子の平均自由
行程λ-と、磁化方向に逆平行なスピン(例えばダウン
スピン)を持つ伝導電子の平均自由行程λ-の差を利用
したものである。図30及び図31では、アップスピン
を持つ伝導電子を上向き矢印で表わし、ダウンスピンを
持つ伝導電子を下向き矢印で表わしている。電子がフリ
ー磁性層を通り抜けようとするときに、この電子がフリ
ー磁性層の磁化方向に平行なアップスピンを持てば自由
に移動できるが、反対にダウンスピンを持ったときには
直ちに散乱されてしまう。
The giant magnetoresistance GMR effect is mainly due to “spin-dependent scattering” of electrons. In other words, the mean free path λ of conduction electrons having a spin (for example, up spin) parallel to the magnetization direction of the magnetic material, here, the free magnetic layer, and the conduction electron having a spin (for example, down spin) antiparallel to the magnetization direction. it is obtained by using the difference of - the mean free path λ. 30 and 31, conduction electrons having up spin are represented by upward arrows, and conduction electrons having down spin are represented by downward arrows. When electrons try to pass through the free magnetic layer, they can move freely if they have an up spin parallel to the magnetization direction of the free magnetic layer, but if they have a down spin, they are immediately scattered.

【0151】これは、アップスピンを持つ電子の平均自
由行程λ+が、例えば、50オングストローム程度であ
るのに対して、ダウンスピンを持つ電子の平均自由行程
λ−が6オングストローム程度であり、10分の1程度
と極端に小さいためである。フリー磁性層115の膜厚
は、6オングストローム程度であるダウンスピンを持つ
電子の平均自由行程λ-よりも大きく、50オングスト
ローム程度であるアップスピンを持つ電子の平均自由行
程λ+よりも小さく設定されている。
This is because the mean free path λ + of an electron having an up spin is about 50 Å, for example, while the mean free path λ− of an electron having a down spin is about 6 Å. This is because it is extremely small, about one-half. The thickness of the free magnetic layer 115 is set to be larger than the mean free path λ − of electrons having a down spin of about 6 Å and smaller than the mean free path λ + of electrons having an up spin of about 50 Å. ing.

【0152】従って、電子がフリー磁性層115を通り
抜けようとするときに、この電子がフリー磁性層115
の磁化方向に平行なアップスピンを持てば自由に移動で
きるが、反対にダウンスピンを持ったときには直ちに散
乱されてしまう(フィルタアウトされる)。
Therefore, when electrons try to pass through the free magnetic layer 115, the electrons are
It can move freely if it has an upspin parallel to the magnetization direction, but if it has a downspin, it is immediately scattered (filtered out).

【0153】反強磁性層112上に積層された固定磁性
層113で発生し、非磁性材料層114を通過するダウ
ンスピン電子は、フリー磁性層115と非磁性材料層1
14との界面付近で散乱され、フリー磁性層115には
ほとんど到達しない。つまり、このダウンスピン電子
は、フリー磁性層115の磁化方向が回転しても平均自
由行程に変化はなく、GMR効果による抵抗変化率に影
響しない。従ってGMR効果にはアップスピン電子の挙
動のみを考えればよい。
The down-spin electrons generated in the fixed magnetic layer 113 laminated on the antiferromagnetic layer 112 and passing through the nonmagnetic material layer 114 are transferred to the free magnetic layer 115 and the nonmagnetic material layer 1.
The light is scattered near the interface with the free magnetic layer 14 and hardly reaches the free magnetic layer 115. That is, even if the magnetization direction of the free magnetic layer 115 rotates, the down-spin electrons do not change the mean free path, and do not affect the resistance change rate due to the GMR effect. Therefore, only the behavior of up-spin electrons needs to be considered for the GMR effect.

【0154】固定磁性層113で発生したアップスピン
電子はこのアップスピン電子の平均自由行程λ+より薄
い厚さの非磁性材料層114中を移動し、フリー磁性層
115に到達し、アップスピン電子はフリー磁性層11
5内を自由に通過できる。これは、アップスピン電子が
フリー磁性層115の磁化方向に平行なスピンを持って
いるためである。
The up-spin electrons generated in the pinned magnetic layer 113 move through the nonmagnetic material layer 114 having a thickness smaller than the mean free path λ + of the up-spin electrons, reach the free magnetic layer 115, and Is the free magnetic layer 11
5 can pass freely. This is because the up-spin electrons have a spin parallel to the magnetization direction of the free magnetic layer 115.

【0155】固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁
化方向が反平行となる状態では、アップスピン電子はフ
リー磁性層115の磁化方向に平行なスピンを持った電
子でなくなる。すると、アップスピン電子は、フリー磁
性層115と非磁性材料層114との界面付近で散乱さ
れることになり、アップスピン電子の有効平均自由行程
が急激に減少する。すなわち、抵抗値が増大する。抵抗
変化率は、アップスピン電子の有効平均自由行程の変化
量と正の相関関係を有する。
When the magnetization direction of the pinned magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer are antiparallel, the up-spin electrons are not electrons having a spin parallel to the magnetization direction of the free magnetic layer 115. Then, the up-spin electrons are scattered near the interface between the free magnetic layer 115 and the non-magnetic material layer 114, and the effective mean free path of the up-spin electrons sharply decreases. That is, the resistance value increases. The resistance change rate has a positive correlation with the change amount of the effective mean free path of the up-spin electrons.

【0156】図31に示すように、バックド層BAが設
けられている場合には、フリー磁性層115を通過した
アップスピン電子はバックド層BAにおいて、このバッ
クド層B1の材料で決定される追加平均自由行程λ+
を移動した後散乱する。すなわち、バックド層BAを設
けたことにより、アップスピン電子の平均自由行程λ+
が追加平均自由行程λ+b分だけ延びる。
As shown in FIG. 31, when the back layer B A is provided, the up-spin electrons that have passed through the free magnetic layer 115 are determined by the material of the back layer B 1 in the back layer B A. Additional mean free path λ + b
Scatter after moving. That is, by providing the backed layer B A , the mean free path λ +
Is extended by an additional mean free path λ + b.

【0157】バックド層として機能する非磁性層16を
有する本実施の形態では、アップスピンの伝導電子の平
均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界
の印加によるアップスピン電子の平均自由行程の変化量
が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵
抗変化率(ΔR/R)をより向上させることができる。
In this embodiment having the nonmagnetic layer 16 functioning as a backed layer, the mean free path of up-spin conduction electrons can be extended. For this reason, the amount of change in the mean free path of up-spin electrons due to the application of an external magnetic field is increased, and the magnetoresistance ratio (ΔR / R) of the spin-valve thin-film magnetic element can be further improved.

【0158】また、本実施の形態では、他の反強磁性層
17を鏡面反射層として形成することも可能である。他
の反強磁性層17を鏡面反射層として形成するために
は、他の反強磁性層17を、例えばNiMnSb,Pt
MnSbなどの半金属ホイッスラー合金の、単層膜また
は多層膜として形成すればよい。
In this embodiment, the other antiferromagnetic layer 17 can be formed as a specular reflection layer. In order to form another antiferromagnetic layer 17 as a specular reflection layer, the other antiferromagnetic layer 17 is made of, for example, NiMnSb, Pt.
It may be formed as a single-layer film or a multilayer film of a semi-metallic Whistler alloy such as MnSb.

【0159】これらの材料を用いることにより、隣接す
る層との間に、充分なポテンシャル障壁を形成すること
が可能であり、その結果充分な鏡面反射効果を得ること
ができる。
By using these materials, it is possible to form a sufficient potential barrier between adjacent layers, and as a result, a sufficient specular reflection effect can be obtained.

【0160】鏡面反射効果について説明する。図32及
び図33は、スピンバルブ型薄膜磁気素子において鏡面
反射層S1による鏡面反射効果を説明するための模式説
明図である。スピンフィルター効果の説明において上述
したように、GMR効果では固定磁性層113の固定磁
化方向によって規定されるアップスピン電子の挙動のみ
を考えればよい。
The specular reflection effect will be described. FIGS. 32 and 33 are schematic diagrams for explaining the specular reflection effect of the specular reflection layer S1 in the spin-valve thin-film magnetic element. As described above in the description of the spin filter effect, only the behavior of the up-spin electrons defined by the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 113 needs to be considered in the GMR effect.

【0161】固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁
化方向が平行となる状態では、図32及び図33に示す
ように、アップスピン電子は、非磁性材料層114から
フリー磁性層115にまで到達する。そして、フリー磁
性層115内部を移動してフリー磁性層115と鏡面反
射層S1との界面付近に到達する。
When the magnetization direction of the pinned magnetic layer is parallel to the magnetization direction of the free magnetic layer, as shown in FIGS. 32 and 33, up-spin electrons are transferred from the nonmagnetic material layer 114 to the free magnetic layer 115. To reach. Then, it moves inside the free magnetic layer 115 and reaches near the interface between the free magnetic layer 115 and the specular reflection layer S1.

【0162】ここで図32に示す鏡面反射層がない場合
には、アップスピン電子がフリー磁性層115中を移動
し、その上面において散乱する。このため、平均自由行
程は図に示すλ+となる。
Here, when there is no mirror reflection layer shown in FIG. 32, up-spin electrons move in the free magnetic layer 115 and are scattered on the upper surface thereof. Therefore, the mean free path is λ + shown in the figure.

【0163】一方、図33のように、鏡面反射層S1が
ある場合には、フリー磁性層115と鏡面反射層S1と
の界面付近にポテンシャル障壁が形成されるため、アッ
プスピン電子がフリー磁性層115と鏡面反射層S1と
の界面付近で鏡面反射(鏡面散乱)する。
On the other hand, as shown in FIG. 33, when there is the specular reflection layer S1, a potential barrier is formed near the interface between the free magnetic layer 115 and the specular reflection layer S1, so that the up-spin electrons are transferred to the free magnetic layer S1. Specular reflection (mirror scattering) occurs near the interface between 115 and the specular reflection layer S1.

【0164】通常、伝導電子が散乱した場合には、その
電子の持っているスピン状態(エネルギー、量子状態な
ど)は変化する。しかし、鏡面散乱した場合には、この
アップスピン電子はスピン状態が保存されたまま反射さ
れる確率が高く、再びフリー磁性層115中を移動する
ことになる。つまり、鏡面反射よって、アップスピンの
伝導電子のスピン状態が維持されるので、あたかも散乱
されなかったようにフリー磁性層中を移動することにな
る。
Normally, when a conduction electron is scattered, the spin state (energy, quantum state, etc.) of the electron changes. However, when specular scattering occurs, the up-spin electrons have a high probability of being reflected while the spin state is preserved, and move through the free magnetic layer 115 again. In other words, the spin state of the up-spin conduction electrons is maintained by specular reflection, so that the electrons move in the free magnetic layer as if they were not scattered.

【0165】これは、アップスピン電子が鏡面反射した
分、反射平均自由行程λ+sだけ平均自由行程が延びた
ことを意味する。
This means that the mean free path is extended by the reflection mean free path λ + s due to the specular reflection of the up-spin electrons.

【0166】固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁
化方向が反平行となる状態では、アップスピン電子はフ
リー磁性層115の磁化方向に平行なスピンを持った電
子でなくなる。すると、アップスピン電子は、フリー磁
性層115と非磁性材料層114との界面付近で散乱さ
れることになり、アップスピン電子の有効平均自由行程
が急激に減少する。すなわち、抵抗値が増大する。抵抗
変化率は、アップスピン電子の有効平均自由行程の変化
量と正の相関関係を有する。
When the magnetization direction of the pinned magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer are antiparallel, the up-spin electrons are no longer electrons having a spin parallel to the magnetization direction of the free magnetic layer 115. Then, the up-spin electrons are scattered near the interface between the free magnetic layer 115 and the non-magnetic material layer 114, and the effective mean free path of the up-spin electrons sharply decreases. That is, the resistance value increases. The resistance change rate has a positive correlation with the change amount of the effective mean free path of the up-spin electrons.

【0167】鏡面反射層として機能する他の反強磁性層
17を有する本実施の形態では、アップスピンの伝導電
子の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外
部磁界の印加によるアップスピン電子の平均自由行程の
変化量が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の
磁気抵抗変化率(ΔR/R)をより向上させることがで
きる。
In this embodiment having another antiferromagnetic layer 17 functioning as a specular reflection layer, the mean free path of up-spin conduction electrons can be extended. For this reason, the amount of change in the mean free path of up-spin electrons due to the application of an external magnetic field is increased, and the magnetoresistance ratio (ΔR / R) of the spin-valve thin-film magnetic element can be further improved.

【0168】スピンフィルター効果、鏡面反射効果によ
るアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の
平均自由行程差の拡大はフリー磁性層の膜厚が比較的薄
い場合により効果を発揮する。
The increase in the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons due to the spin filter effect and the specular reflection effect is more effective when the thickness of the free magnetic layer is relatively small.

【0169】フリー磁性層115の膜厚が15Åより薄
いと強磁性材料層として機能するように形成することが
難しくなり充分な磁気抵抗効果を得ることができない。
If the thickness of the free magnetic layer 115 is less than 15 °, it is difficult to form the free magnetic layer 115 so as to function as a ferromagnetic material layer, and a sufficient magnetoresistance effect cannot be obtained.

【0170】また、フリー磁性層115の膜厚が45Å
より厚いと前記鏡面反射層に到達する前に散乱されてし
まうアップスピンの伝導電子が増加して鏡面反射効果
(specular effect)によって抵抗変化率が変化する割
合が減少するため好ましくない。
The thickness of the free magnetic layer 115 is 45 °.
If the thickness is larger, the number of up-spin conduction electrons that are scattered before reaching the specular reflection layer is increased, and the rate of change in the resistance change rate due to the specular effect is not preferable.

【0171】また、図5では、単位面積あたりの磁気モ
ーメントが異なる前記第1固定磁性層13aと前記第2
固定磁性層13cが、前記非磁性中間層13bを介して
積層されたものが、一つの固定磁性層13として機能す
る。
In FIG. 5, the first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13a having different magnetic moments per unit area are shown.
A layer in which the fixed magnetic layer 13c is stacked via the nonmagnetic intermediate layer 13b functions as one fixed magnetic layer 13.

【0172】第1固定磁性層13aは第1反強磁性層1
2と接して形成され、磁場中アニールが施されることに
より、第1固定磁性層13aと反強磁性層12との界面
にて交換結合による交換異方性磁界が生じ、第1固定磁
性層13aの磁化方向が図示Y方向に固定される。第1
固定磁性層13aの磁化方向が図示Y方向に固定される
と、非磁性中間層13bを介して対向する第2固定磁性
層13cの磁化方向が、第1固定磁性層13aの磁化方
向と反平行の状態で固定される。
The first pinned magnetic layer 13a is the first antiferromagnetic layer 1
2 and subjected to annealing in a magnetic field, an exchange anisotropic magnetic field is generated by exchange coupling at the interface between the first pinned magnetic layer 13a and the antiferromagnetic layer 12, and the first pinned magnetic layer The magnetization direction of 13a is fixed in the illustrated Y direction. First
When the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13a is fixed in the Y direction in the figure, the magnetization direction of the second fixed magnetic layer 13c opposed via the nonmagnetic intermediate layer 13b is antiparallel to the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 13a. Is fixed in the state of.

【0173】なお、第1固定磁性層13aの単位面積あ
たりの磁気モーメントと第2固定磁性層13cの単位面
積あたりの磁気モーメントを足し合わせた単位面積あた
りの合成磁気モーメントの方向が固定磁性層13の磁化
方向となる。
The direction of the combined magnetic moment per unit area obtained by adding the magnetic moment per unit area of the first fixed magnetic layer 13a and the magnetic moment per unit area of the second fixed magnetic layer 13c is Magnetization direction.

【0174】このように、第1固定磁性層13aと第2
固定磁性層13cの磁化方向は、反平行となるフェリ磁
性状態になっており、第1固定磁性層13aと第2固定
磁性層13cとが互いに他方の磁化方向を固定しあうの
で、全体として固定磁性層13の磁化方向を一定方向に
安定させることができるので好ましい。
As described above, the first pinned magnetic layer 13a and the second
The magnetization direction of the pinned magnetic layer 13c is in an antiparallel ferrimagnetic state, and the first pinned magnetic layer 13a and the second pinned magnetic layer 13c fix the other magnetization direction to each other. This is preferable because the magnetization direction of the magnetic layer 13 can be stabilized in a certain direction.

【0175】第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層
13cは、強磁性材料により形成されるもので、例えば
NiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe合
金、CoNi合金などにより形成されるものであり、特
にNiFe合金またはCoにより形成されることが好ま
しい。また、第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層
13cは同一の材料で形成されることが好ましい。
The first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13c are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like. In particular, it is preferably formed of a NiFe alloy or Co. Preferably, the first pinned magnetic layer 13a and the second pinned magnetic layer 13c are formed of the same material.

【0176】図5では、前記第1固定磁性層13a及び
前記第2固定磁性層13cを同じ材料を用いて形成し、
さらに、それぞれの膜厚を異ならせることにより、それ
ぞれの単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせてい
る。
In FIG. 5, the first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13c are formed using the same material,
Further, the magnetic moment per unit area is made different by making the thickness different.

【0177】また、非磁性中間層13bは、非磁性材料
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種またはこれらの2種以上の合金で形
成されている。特にRuによって形成されることが好ま
しい。
The non-magnetic intermediate layer 13b is formed of a non-magnetic material, and is composed of Ru, Rh, Ir, Cr, R
e, Cu, or one or more of these alloys. In particular, it is preferably formed of Ru.

【0178】固定磁性層13が非磁性中間層13bの上
下に第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層13bが
積層されたものとして形成されると、第1固定磁性層1
3a及び第2固定磁性層13cが互いの磁化方向を固定
しあい、全体として固定磁性層13の磁化方向を一定方
向に強力に固定することができる。すなわち、第1反強
磁性層12と固定磁性層13との交換結合磁界Hexを
例えば80〜160kA/mと、大きな値として得るこ
とができる。従って、第1反強磁性層12の磁化方向を
ハイト方向に向けるための第1の磁場中アニールを行っ
た後の、縦バイアス層18の磁化方向をトラック幅方向
に向けるための第2の磁場中アニールによって、固定磁
性層13の磁化方向がトラック幅方向に傾いて固定され
ることを防ぎつつ、縦バイアス層18による縦バイアス
磁界を大きくすることができる。
When the fixed magnetic layer 13 is formed by laminating the first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13b on the upper and lower sides of the nonmagnetic intermediate layer 13b, the first fixed magnetic layer 1
3a and the second pinned magnetic layer 13c fix the magnetization directions of each other, so that the magnetization direction of the pinned magnetic layer 13 can be strongly fixed as a whole in a fixed direction. That is, the exchange coupling magnetic field Hex between the first antiferromagnetic layer 12 and the fixed magnetic layer 13 can be obtained as a large value, for example, 80 to 160 kA / m. Therefore, after annealing in the first magnetic field for directing the magnetization direction of the first antiferromagnetic layer 12 to the height direction, the second magnetic field for directing the magnetization direction of the vertical bias layer 18 to the track width direction is used. Medium annealing can increase the longitudinal bias magnetic field generated by the longitudinal bias layer 18 while preventing the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13 from being fixed in the track width direction.

【0179】また、本実施の形態では、固定磁性層13
の固定磁化による反磁界(双極子磁界)を、第1固定磁
性層13a及び第2固定磁性層13cの静磁界結合同士
が相互に打ち消し合うことによりキャンセルできる。こ
れにより、固定磁性層13の固定磁化による反磁界(双
極子磁界)からの、フリー磁性層15の変動磁化への寄
与を減少させることができる。
In the present embodiment, the fixed magnetic layer 13
The demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization described above can be canceled by the mutual cancellation of the static magnetic field coupling between the first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13c. Thereby, the contribution of the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 13 to the variable magnetization of the free magnetic layer 15 can be reduced.

【0180】従って、フリー磁性層15の変動磁化の方
向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシ
ンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型薄膜
磁気素子を得ることが可能になる。
Therefore, it is easier to correct the direction of the fluctuating magnetization of the free magnetic layer 15 to a desired direction, and it is possible to obtain a spin valve type thin film magnetic element with small asymmetry and excellent symmetry.

【0181】また、固定磁性層13の固定磁化による反
磁界(双極子磁界)Hdは、素子高さ方向において、そ
の端部で大きく中央部で小さいという不均一な分布を持
ち、フリー磁性層15内における単磁区化が妨げられる
場合があるが、固定磁性層13を上記の積層構造とする
ことにより双極子磁界HdをほぼHd=0とすることが
でき、これによってフリー磁性層15内に磁壁ができて
磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなどが発生
することを防止することができる。
The demagnetizing field (dipole magnetic field) Hd due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 13 has a non-uniform distribution such that it is large at the end and small at the center in the element height direction. Although the formation of a single magnetic domain in the magnetic field may be hindered, the dipole magnetic field Hd can be substantially set to Hd = 0 by forming the fixed magnetic layer 13 in the above-described laminated structure. As a result, non-uniform magnetization and Barkhausen noise can be prevented.

【0182】図6は、本発明の第2の実施の形態によっ
て形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図
である。
FIG. 6 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the second embodiment of the present invention as viewed from the ABS side.

【0183】この薄膜磁気素子の製造方法は、図1から
図5に示された第1の実施の形態と、ほとんど同じであ
り、図4において、縦バイアス層18のレジスト20,
20によって挟まれた部位を、イオンミリングまたは反
応性イオンエッチング(RIE)などによって、基板1
1の表面11aに対して垂直方向に削り込むときに、凹
部21の底面21bが他の反強磁性層17内に位置する
ように、凹部21を形成している点でのみ異っている。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5, and in FIG.
The portion sandwiched between the substrates 20 is subjected to ion milling or reactive ion etching (RIE), and the like.
The only difference is that the concave portion 21 is formed such that the bottom surface 21b of the concave portion 21 is located in the other antiferromagnetic layer 17 when it is cut in the direction perpendicular to the surface 11a.

【0184】なお、本実施の形態では、凹部21の底面
21bの下部に位置する他の反強磁性層17の領域の厚
さt2を0より大きく30Å以下にし、凹部21の底面
21bの下部に位置する他の反強磁性層17の領域に磁
場中アニールによる不規則−規則変態を生じさせず、交
換結合磁界が発生しないようにしている。
In the present embodiment, the thickness t2 of the region of the other antiferromagnetic layer 17 located below the bottom surface 21b of the recess 21 is set to be larger than 0 and 30 ° or less, and Irregular-order transformation caused by annealing in a magnetic field is not caused in the region of the other antiferromagnetic layer 17 located, so that no exchange coupling magnetic field is generated.

【0185】従って、フリー磁性層15の磁化方向は、
凹部21の底面21bの下部に位置する領域以外のトラ
ック幅方向両端部D,Dでのみ、縦バイアス層18との
RKKY結合によって固定される。
Thus, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is
Only at both ends D, D in the track width direction other than the region located below the bottom surface 21 b of the concave portion 21, it is fixed by RKKY coupling with the vertical bias layer 18.

【0186】フリー磁性層15の凹部21の底面21b
の下部に位置する領域Eは、外部磁界が印加されない状
態おいて、縦バイアス層18とのRKKY結合によって
磁化方向が固定された両端部D,Dにならって図示X方
向に揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が
変化する。従って、薄膜磁気素子のトラック幅は、前記
凹部の幅寸法Twによって決定される。
The bottom surface 21b of the concave portion 21 of the free magnetic layer 15
In the state where no external magnetic field is applied, a region E located below the bottom surface is aligned in the X direction in the drawing along both ends D and D whose magnetization directions are fixed by RKKY coupling with the longitudinal bias layer 18. Is applied, the magnetization direction changes. Therefore, the track width of the thin-film magnetic element is determined by the width Tw of the concave portion.

【0187】凹部21の底面21bが他の反強磁性層1
7内に位置するように凹部21を形成する製造方法で
も、第1の実施の形態と同様に、フリー磁性層15の磁
化方向を、固定磁性層13の磁化方向と直交する方向に
固定することが容易になり、薄膜磁気素子のトラック幅
Twを正確に規定できる。また、第1反強磁性層12と
縦バイアス層18を同じ組成の反強磁性材料を用いて形
成しても、第1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向
を図示Y方向に向けたまま、縦バイアス層18の交換異
方性磁界を図示X方向に向けることができる。
The bottom surface 21b of the recess 21 is formed of another antiferromagnetic layer 1
7, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed in a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13 in the same manner as in the first embodiment. And the track width Tw of the thin-film magnetic element can be accurately defined. Further, even if the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 18 are formed using the same composition of antiferromagnetic material, the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is set in the Y direction in the drawing. The exchange anisotropic magnetic field of the vertical bias layer 18 can be directed in the X direction in the drawing while keeping the orientation.

【0188】図6に示された薄膜磁気素子は、図5に示
された第1の実施の形態によって形成された薄膜磁気素
子が奏するその他の効果についても、図5に示された薄
膜磁気素子と同等の効果を奏することができる。
The thin-film magnetic element shown in FIG. 6 has the same effects as those of the thin-film magnetic element formed by the first embodiment shown in FIG. The same effect as can be obtained.

【0189】図7は、本発明の第3の実施の形態によっ
て形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図
である。
FIG. 7 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the third embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side.

【0190】この薄膜磁気素子の製造方法は、図1から
図5に示された第1の実施の形態と、ほとんど同じであ
り、図4において、縦バイアス層18のレジスト20,
20によって挟まれた部位を、イオンミリングまたは反
応性イオンエッチング(RIE)などによって、基板1
1の表面11aに対して垂直方向に削り込むときに、凹
部21の底面21bが非磁性層16内に位置するよう
に、凹部21を形成している点でのみ異っている。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5, and in FIG.
The portion sandwiched between the substrates 20 is subjected to ion milling or reactive ion etching (RIE), and the like.
The only difference is that the concave portion 21 is formed so that the bottom surface 21b of the concave portion 21 is located in the nonmagnetic layer 16 when the first surface 11a is cut in the vertical direction.

【0191】本実施の形態では、フリー磁性層15の磁
化方向は、凹部21の底面21bに重なる部分以外のト
ラック幅方向両端部D,Dでのみ、縦バイアス層18と
のRKKY結合によって固定される。
In the present embodiment, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed by RKKY coupling with the vertical bias layer 18 only at both ends D and D in the track width direction other than the portion overlapping the bottom surface 21b of the recess 21. You.

【0192】フリー磁性層15の凹部21の底面21b
に重なる部分Eは、外部磁界が印加されない状態おい
て、縦バイアス層18とのRKKY結合によって磁化方
向が固定された両端部D,Dにならって図示X方向に揃
えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化す
る。従って、薄膜磁気素子のトラック幅は、前記凹部の
幅寸法Twによって決定される。
The bottom surface 21b of the concave portion 21 of the free magnetic layer 15
Are aligned in the X direction in the drawing along with both ends D and D whose magnetization directions are fixed by RKKY coupling with the vertical bias layer 18 in a state where no external magnetic field is applied, and an external magnetic field is applied. Then, the magnetization direction changes. Therefore, the track width of the thin-film magnetic element is determined by the width Tw of the concave portion.

【0193】凹部21の底面21bが非磁性層16内に
位置するように凹部21を形成する製造方法でも、フリ
ー磁性層15の磁化方向を、固定磁性層13の磁化方向
と直交する方向に固定することが容易になり、薄膜磁気
素子のトラック幅Twを正確に規定できる。また、第1
反強磁性層12と縦バイアス層18を同じ組成の反強磁
性材料を用いて形成しても、第1反強磁性層12の交換
異方性磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、縦バイア
ス層18の交換異方性磁界を図示X方向に向けることが
できる。
In the manufacturing method in which the concave portion 21 is formed such that the bottom surface 21 b of the concave portion 21 is located in the nonmagnetic layer 16, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed in a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13. And the track width Tw of the thin-film magnetic element can be accurately defined. Also, the first
Even if the antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 18 are formed using the same composition of antiferromagnetic material, the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is kept in the Y direction in the drawing. The exchange anisotropic magnetic field of the vertical bias layer 18 can be directed in the X direction in the figure.

【0194】図7に示された薄膜磁気素子は、図5に示
された第1の実施の形態によって形成された薄膜磁気素
子が奏するその他の効果についても、図5に示された薄
膜磁気素子と同等の効果を奏することができる。
The thin-film magnetic element shown in FIG. 7 is different from the thin-film magnetic element shown in FIG. 5 in that the thin-film magnetic element formed by the first embodiment shown in FIG. The same effect as can be obtained.

【0195】図8は、本発明の第4の実施の形態によっ
て形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図
である。
FIG. 8 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the fourth embodiment of the present invention as viewed from the ABS side.

【0196】この薄膜磁気素子の製造方法は、図1から
図5に示された第1の実施の形態と、ほとんど同じであ
る。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as that of the first embodiment shown in FIGS.

【0197】第1の実施の形態と異なる点は、図1にお
いて、フリー磁性層15の成膜後、非磁性層16を積層
せず、フリー磁性層15の上層に他の反強磁性層17を
直接積層した多層膜A1を形成し、この多層膜A1を第
1の磁場中アニールにかけ、その後多層膜A1上に縦バ
イアス層18を積層する点でのみ異っている。
The difference from the first embodiment is that in FIG. 1, after the free magnetic layer 15 is formed, the nonmagnetic layer 16 is not laminated, and another antiferromagnetic layer 17 is formed on the free magnetic layer 15. Is formed, a multilayer film A1 is formed by directly laminating the layers, the multilayer film A1 is annealed in a first magnetic field, and then a vertical bias layer 18 is laminated on the multilayer film A1.

【0198】図8の薄膜磁気素子は、フリー磁性層15
の上層に他の反強磁性層17及び第2反強磁性層である
縦バイアス層18が積層されているため、フリー磁性層
15の磁化方向は、他の反強磁性層17及び縦バイアス
層18との交換結合によって図示X方向にそろえられ
る。
The thin-film magnetic element shown in FIG.
Since the other antiferromagnetic layer 17 and the vertical bias layer 18 as the second antiferromagnetic layer are stacked on the upper layer, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is different from that of the other antiferromagnetic layer 17 and the vertical bias layer. 18 are aligned in the X direction in the figure by exchange coupling.

【0199】本実施の形態では、凹部21の底面21b
の下部に位置する縦バイアス層18の領域の厚さと他の
反強磁性層17の厚さの合計t4を0より大きく30Å
以下にしており、凹部21の底面21bの下部に位置す
る縦バイアス層18及び他の反強磁性層17の領域で
は、第2の磁場中アニールによって不規則−規則変態が
生じず、交換結合磁界が発生しない。
In the present embodiment, the bottom surface 21b of the concave portion 21
The total t4 of the thickness of the region of the vertical bias layer 18 located under the layer and the thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is set to be larger than 0 and
In the region of the vertical bias layer 18 and the other antiferromagnetic layer 17 located below the bottom surface 21b of the concave portion 21, no irregular-order transformation occurs due to the annealing in the second magnetic field, and the exchange coupling magnetic field does not occur. Does not occur.

【0200】すなわち、フリー磁性層15の磁化方向
は、凹部21の底面21bの下部に位置する領域以外の
トラック幅方向両端部D,Dでのみ、縦バイアス層18
との交換結合によって固定される。
That is, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is only at the both ends D, D in the track width direction other than the region located below the bottom surface 21b of the concave portion 21, and the vertical bias layer 18
Fixed by exchange coupling with

【0201】フリー磁性層15の凹部21の底面21b
の下部に位置する領域Eは、外部磁界が印加されない状
態おいて、縦バイアス層18との交換結合によって磁化
方向が固定された両端部D,Dにならって図示X方向に
揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化
する。
The bottom surface 21b of the concave portion 21 of the free magnetic layer 15
In the state where no external magnetic field is applied, the region E located below the lower portion is aligned in the X direction in the drawing along both ends D and D whose magnetization directions are fixed by exchange coupling with the longitudinal bias layer 18. Is applied, the magnetization direction changes.

【0202】従って、薄膜磁気素子のトラック幅が前記
凹部の幅寸法Twによって決定される。上述したよう
に、本発明では、凹部21は一様の厚さで成膜された縦
バイアス層を、反応性イオンエッチング(RIE)やイ
オンミリングを用いて、基板11の表面11aに対する
垂直方向に削るだけで形成することができるので、正確
な幅寸法Twで凹部21を形成することが可能になる。
すなわち、薄膜磁気素子のトラック幅を正確に規定でき
る。
Accordingly, the track width of the thin-film magnetic element is determined by the width Tw of the recess. As described above, in the present invention, the concave portion 21 is formed so that the vertical bias layer formed with a uniform thickness is formed in a direction perpendicular to the surface 11a of the substrate 11 by using reactive ion etching (RIE) or ion milling. Since it can be formed only by shaving, it is possible to form the concave portion 21 with an accurate width Tw.
That is, the track width of the thin-film magnetic element can be accurately defined.

【0203】フリー磁性層15の成膜後、非磁性層16
を積層せずに他の反強磁性層17を積層する製造方法で
も、フリー磁性層15の磁化方向を、固定磁性層13の
磁化方向と直交する方向に固定することが容易になる。
After the formation of the free magnetic layer 15, the nonmagnetic layer 16
Also in the manufacturing method in which another antiferromagnetic layer 17 is stacked without stacking, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 can be easily fixed in a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13.

【0204】また、第1反強磁性層12と縦バイアス層
18を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第
1の実施の形態と同様に、第1反強磁性層12の交換異
方性磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、縦バイアス
層18の交換異方性磁界を図示X方向に向けることがで
きる。
Even if the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 18 are formed using the same composition of the antiferromagnetic material, the first antiferromagnetic layer 12 and the vertical bias layer 18 are formed in the same manner as in the first embodiment. The exchange anisotropic magnetic field of the longitudinal bias layer 18 can be directed in the X direction in the figure while the direction of the exchange anisotropic magnetic field in the direction of FIG.

【0205】図8に示された薄膜磁気素子は、図5に示
された第1の実施の形態によって形成された薄膜磁気素
子が奏するスピンフィルター効果以外の効果について
は、図5に示された薄膜磁気素子と同等の効果を奏する
ことができる。
The thin-film magnetic element shown in FIG. 8 has the same effects as those of the thin-film magnetic element formed according to the first embodiment shown in FIG. The same effect as that of the thin film magnetic element can be obtained.

【0206】図9は、本発明の第5の実施の形態によっ
て形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図
である。
FIG. 9 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the fifth embodiment of the present invention as viewed from the ABS side.

【0207】この薄膜磁気素子の製造方法は、第4の実
施の形態と、ほとんど同じであり、縦バイアス層18の
レジスト20,20によって挟まれた部位を、イオンミ
リングまたは反応性イオンエッチング(RIE)などに
よって、基板11の表面11aに対して垂直方向に削り
込むときに、凹部21の底面21bが他の反強磁性層1
7内に位置するように、凹部21を形成している点での
み異っている。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as that of the fourth embodiment. The portion of the vertical bias layer 18 sandwiched between the resists 20 is ion-milled or reactive ion-etched (RIE). ), The bottom surface 21b of the concave portion 21 may be removed from the other antiferromagnetic layer 1
7 only in that a concave portion 21 is formed so as to be located in 7.

【0208】なお、本実施の形態では、凹部21の底面
21bの下部に位置する他の反強磁性層17の領域の厚
さt5を0より大きく30Å以下にし、凹部21の底面
21bの下部に位置する他の反強磁性層17の領域に磁
場中アニールによる不規則−規則変態を生じさせず、交
換結合磁界が発生しないようにしている。
In the present embodiment, the thickness t5 of the region of the other antiferromagnetic layer 17 located below the bottom surface 21b of the recess 21 is set to be larger than 0 and 30 ° or less, and Irregular-order transformation caused by annealing in a magnetic field is not caused in the region of the other antiferromagnetic layer 17 located, so that no exchange coupling magnetic field is generated.

【0209】従って、フリー磁性層15の磁化方向は、
凹部21の底面21bに重なる領域以外のトラック幅方
向両端部D,Dでのみ縦バイアス層18との交換結合に
よって固定される。
Thus, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is
Only at both ends D, D in the track width direction other than the region overlapping with the bottom surface 21b of the concave portion 21, it is fixed by exchange coupling with the vertical bias layer 18.

【0210】フリー磁性層15の凹部21の底面21b
の下部に位置する領域Eは、外部磁界が印加されない状
態おいて、縦バイアス層18との交換結合によって磁化
方向が固定された両端部D,Dにならって図示X方向に
揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化
する。従って、薄膜磁気素子のトラック幅は、前記凹部
の幅寸法Twによって決定される。
The bottom surface 21b of the concave portion 21 of the free magnetic layer 15
In the state where no external magnetic field is applied, a region E located below the lower end is aligned in the X direction in the drawing along both ends D and D whose magnetization directions are fixed by exchange coupling with the vertical bias layer 18. Is applied, the magnetization direction changes. Therefore, the track width of the thin-film magnetic element is determined by the width Tw of the concave portion.

【0211】凹部21は一様の厚さで成膜された縦バイ
アス層を、反応性イオンエッチング(RIE)やイオン
ミリングを用いて、基板11の表面11aに対する垂直
方向に削るだけで形成することができるので、正確な幅
寸法Twで凹部21を形成することが可能になる。すな
わち、薄膜磁気素子のトラック幅を正確に規定できる。
The concave portion 21 is formed by merely shaving the vertical bias layer formed with a uniform thickness in a direction perpendicular to the surface 11a of the substrate 11 by using reactive ion etching (RIE) or ion milling. Therefore, it is possible to form the concave portion 21 with an accurate width dimension Tw. That is, the track width of the thin-film magnetic element can be accurately defined.

【0212】凹部21の底面21bが他の反強磁性層1
7内に位置するように凹部21を形成する製造方法で
も、第4の実施の形態と同様に、フリー磁性層15の磁
化方向を、固定磁性層13の磁化方向と直交する方向に
固定することが容易になり、薄膜磁気素子のトラック幅
Twを正確に規定できる。また、第1反強磁性層12と
縦バイアス層18を同じ組成の反強磁性材料を用いて形
成しても、第1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向
を図示Y方向に向けたまま、縦バイアス層18の交換異
方性磁界を図示X方向に向けることができる。
The bottom surface 21b of the recess 21 is formed of another antiferromagnetic layer 1
7, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed in a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13 in the same manner as in the fourth embodiment. And the track width Tw of the thin-film magnetic element can be accurately defined. Further, even if the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 18 are formed using the same composition of antiferromagnetic material, the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is set in the Y direction in the drawing. The exchange anisotropic magnetic field of the vertical bias layer 18 can be directed in the X direction in the drawing while keeping the orientation.

【0213】図9に示された薄膜磁気素子は、図8に示
された第4の実施の形態によって形成された薄膜磁気素
子が奏するその他の効果についても、図8に示された薄
膜磁気素子と同等の効果を奏することができる。
The thin-film magnetic element shown in FIG. 9 is different from the thin-film magnetic element shown in FIG. 8 in the other effects of the thin-film magnetic element formed by the fourth embodiment shown in FIG. The same effect as can be obtained.

【0214】図10は、本発明の第6の実施の形態によ
って形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面
図である。
FIG. 10 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the sixth embodiment of the present invention as viewed from the ABS side.

【0215】この薄膜磁気素子の製造方法は、図1から
図5に示された第1の実施の形態と、ほとんど同じであ
り、図1において、フリー磁性層31を、単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさが異なる第1フリー磁性層
31a及び第2フリー磁性層31cを非磁性中間層31
bを介して積層された、いわゆるシンセティックフェリ
フリー型のフリー磁性層として形成する点でのみ異って
いる。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5. In FIG. 1, the free magnetic layer 31 is provided with a magnetic moment per unit area. The first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c differing in the size of the non-magnetic intermediate layer 31
The only difference is that the magnetic layer is formed as a so-called synthetic ferri-free type free magnetic layer laminated through the layers b.

【0216】第1フリー磁性層31a及び第2フリー磁
性層31cは、強磁性材料により形成されるもので、例
えばNiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe
合金、CoNi合金などにより形成されるものであり、
特にNiFe合金により形成されることが好ましい。
The first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are formed of a ferromagnetic material, for example, NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe
Alloy, a CoNi alloy or the like,
In particular, it is preferably formed of a NiFe alloy.

【0217】また、非磁性中間層31bは、非磁性材料
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で形成され
ている。特にRuによって形成されることが好ましい。
The non-magnetic intermediate layer 31b is formed of a non-magnetic material, and is composed of Ru, Rh, Ir, Cr, R
It is formed of one or more alloys of e and Cu. In particular, it is preferably formed of Ru.

【0218】なお、第1フリー磁性層31aと非磁性材
料層14の間に、Coなどからなる拡散防止層が形成さ
れていてもよい。この拡散防止層は第1フリー磁性層3
1aと非磁性材料層14の相互拡散を防止する。
Note that a diffusion preventing layer made of Co or the like may be formed between the first free magnetic layer 31a and the nonmagnetic material layer. This diffusion preventing layer is the first free magnetic layer 3
1a and the non-magnetic material layer 14 are prevented from interdiffusion.

【0219】なお、第1フリー磁性層31a及び第2フ
リー磁性層31cは、それぞれの単位面積あたりの磁気
モーメントが異なるように形成されている。単位面積あ
たりの磁気モーメントは、飽和磁化(Ms)と膜厚
(t)の積で表される。従って、例えば、第1フリー磁
性層31a及び第2フリー磁性層31cを同じ材料を用
いて形成し、さらに、それぞれの膜厚を異ならせること
により、第1フリー磁性層31a及び第2フリー磁性層
31cの単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせる
ことができる。
The first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are formed so that the respective magnetic moments per unit area are different. The magnetic moment per unit area is represented by the product of the saturation magnetization (Ms) and the film thickness (t). Therefore, for example, the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are formed by using the same material, and the thicknesses of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are changed. The magnetic moment per unit area of 31c can be made different.

【0220】なお、第1フリー磁性層31aと非磁性材
料層14の間に、Coなどからなる拡散防止層が形成さ
れる場合には、第1フリー磁性層31aの単位面積あた
りの磁気モーメントと前記拡散防止層の単位面積あたり
の磁気モーメントの和と、第2フリー磁性層31cの単
位面積あたりの磁気モーメントを異ならせることが好ま
しい。
When a diffusion preventing layer made of Co or the like is formed between the first free magnetic layer 31a and the nonmagnetic material layer 14, the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer 31a is reduced. It is preferable that the sum of the magnetic moment per unit area of the diffusion prevention layer and the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer 31c be different.

【0221】なお、第2フリー磁性層31cの厚さtf
2は0.5〜2.5nmの範囲であることが好ましい。
また、第1フリー磁性層31aの厚さtf1は2.5〜
4.5nmの範囲であることが好ましい。なお、第1フ
リー磁性層31aの厚さtf1が3.0〜4.0nmの
範囲であることがより好ましく、さらに好ましくは3.
5〜4.0nmの範囲であることである。第1フリー磁
性層31aの厚さtf1が前記の範囲を外れると、スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率を大きくする
ことができなくなるので好ましくない。
Note that the thickness tf of the second free magnetic layer 31c is
2 is preferably in the range of 0.5 to 2.5 nm.
Further, the thickness tf1 of the first free magnetic layer 31a is 2.5 to
It is preferably in the range of 4.5 nm. Note that the thickness tf1 of the first free magnetic layer 31a is more preferably in the range of 3.0 to 4.0 nm, and still more preferably 3.0.
The range is 5 to 4.0 nm. If the thickness tf1 of the first free magnetic layer 31a is out of the above range, the rate of change in magnetoresistance of the spin-valve thin-film magnetic element cannot be increased, which is not preferable.

【0222】図10では、単位面積あたりの磁気モーメ
ントが異なる第1フリー磁性層31aと第2フリー磁性
層31cが、非磁性中間層31bを介して積層されたも
のが、一つのフリー磁性層31として機能する。
In FIG. 10, one free magnetic layer 31a in which a first free magnetic layer 31a and a second free magnetic layer 31c having different magnetic moments per unit area are stacked via a non-magnetic intermediate layer 31b is shown. Function as

【0223】第1フリー磁性層31aと第2フリー磁性
層31cの磁化方向は180度異なる反平行のフェリ磁
性状態になっている。このとき、単位面積あたりの磁気
モーメントが大きい方、例えば、第1フリー磁性層31
aの磁化方向が、縦バイアス層18から発生する磁界の
方向に向き、第2フリー磁性層31cの磁化方向が、1
80度反対方向に向いた状態になる。
The magnetization directions of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are in antiparallel ferrimagnetic states different by 180 degrees. At this time, the magnetic moment per unit area is larger, for example, the first free magnetic layer 31.
a is oriented in the direction of the magnetic field generated from the vertical bias layer 18, and the magnetization direction of the second free magnetic layer 31c is set to 1
It will be in the opposite direction by 80 degrees.

【0224】第1フリー磁性層31aと第2フリー磁性
層31cの磁化方向が180度異なる反平行のフェリ磁
性状態になると、フリー磁性層31の膜厚を薄くするこ
とと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリ
ー磁性層31の磁化が変動しやすくなって、磁気抵抗効
果素子の磁界検出感度が向上する。
When the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are in an antiparallel ferrimagnetic state in which the magnetization directions are different by 180 degrees, an effect equivalent to reducing the thickness of the free magnetic layer 31 can be obtained. As a result, the saturation magnetization decreases, the magnetization of the free magnetic layer 31 tends to fluctuate, and the magnetic field detection sensitivity of the magnetoresistance effect element improves.

【0225】第1フリー磁性層31aの単位面積あたり
の磁気モーメントと第2フリー磁性層31cの単位面積
あたりの磁気モーメントを足し合わせた単位面積あたり
の合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層31の磁化
方向となる。
The direction of the combined magnetic moment per unit area obtained by adding the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer 31a and the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer 31c is the magnetization of the free magnetic layer 31. Direction.

【0226】ただし、固定磁性層13の磁化方向との関
係で出力に寄与するのは第1フリー磁性層31aの磁化
方向のみである。
However, only the magnetization direction of the first free magnetic layer 31a contributes to the output in relation to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13.

【0227】また、第1フリー磁性層と第2フリー磁性
層の磁気的膜厚の関係が異ならされていると、フリー磁
性層31のスピンフロップ磁界を大きくできる。
If the relationship between the magnetic film thicknesses of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is different, the spin flop magnetic field of the free magnetic layer 31 can be increased.

【0228】スピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平
行である2つの磁性層に対し、外部磁界を印加したとき
に、2つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなる外部磁
界の大きさを差す。
The spin flop magnetic field means the magnitude of an external magnetic field in which the magnetization directions of the two magnetic layers are not antiparallel when an external magnetic field is applied to the two magnetic layers whose magnetization directions are antiparallel. .

【0229】図29は、フリー磁性層31のヒステリシ
スループの概念図である。このM−H曲線は、図10に
示す構成のフリー磁性層に対してトラック幅方向から外
部磁界を印加したときの、フリー磁性層の磁化Mの変化
を示したものである。
FIG. 29 is a conceptual diagram of a hysteresis loop of the free magnetic layer 31. This MH curve shows a change in the magnetization M of the free magnetic layer when an external magnetic field is applied to the free magnetic layer having the configuration shown in FIG. 10 in the track width direction.

【0230】また、図29中、F1で示す矢印は、第1
フリー磁性層の磁化方向を表わし、F2で示す矢印は、
第2フリー磁性層の磁化方向を表わす。
In FIG. 29, the arrow indicated by F1 is the first arrow.
The direction of magnetization of the free magnetic layer is indicated by an arrow F2.
Indicates the magnetization direction of the second free magnetic layer.

【0231】図29に示すように、外部磁界が小さいと
きは、第1フリー磁性層と第2フリー磁性層がフェリ磁
性状態、すなわち矢印F1及びF2の方向が反平行にな
っているが、外部磁界Hの大きさがある値を越えると、
第1フリー磁性層と第2フリー磁性層のRKKY結合が
壊され、フェリ磁性状態を保てなくなる。これが、スピ
ンフロップ転移である。またこのスピンフロップ転移が
起きるときの外部磁界の大きさがスピンフロップ磁界で
あり、図29ではHsfで示している。なお、図中Hc
fは、フリー磁性層の磁化の保磁力を示している。
As shown in FIG. 29, when the external magnetic field is small, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are in a ferrimagnetic state, that is, the directions of arrows F1 and F2 are antiparallel. When the magnitude of the magnetic field H exceeds a certain value,
The RKKY bond between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is broken, and the ferrimagnetic state cannot be maintained. This is a spin-flop transition. The magnitude of the external magnetic field when the spin-flop transition occurs is the spin-flop magnetic field, and is indicated by Hsf in FIG. In the figure, Hc
f indicates the coercive force of the magnetization of the free magnetic layer.

【0232】第1フリー磁性層31a及び第2フリー磁
性層31cの、それぞれの単位面積あたりの磁気モーメ
ントが異なるように形成されているとフリー磁性層31
のスピンフロップ磁界Hsfが大きくなる。これによ
り、フリー磁性層31がフェリ磁性状態を保つ磁界の範
囲が広くなり、フリー磁性層31のフェリ磁性状態の安
定度が増す。
If the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are formed to have different magnetic moments per unit area, the free magnetic layer 31
, The spin-flop magnetic field Hsf increases. Thereby, the range of the magnetic field in which the free magnetic layer 31 maintains the ferrimagnetic state is widened, and the stability of the free magnetic layer 31 in the ferrimagnetic state is increased.

【0233】また本実施の形態では、第1フリー磁性層
31a及び第2フリー磁性層31cの少なくとも一方
を、以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ま
しい。
In the present embodiment, at least one of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c is preferably formed of a magnetic material having the following composition.

【0234】組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比
は0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成は
Coである。
The composition formula is represented by CoFeNi, in which the composition ratio of Fe is 9 to 17 atomic%, the composition ratio of Ni is 0.5 to 10 atomic%, and the remaining composition is Co It is.

【0235】これにより第1フリー磁性層31aと第2
フリー磁性層31c間で発生するRKKY相互作用にお
ける交換結合磁界を強くすることができる。具体的に
は、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフ
ロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで大
きくすることができる。
As a result, the first free magnetic layer 31a and the second
The exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the free magnetic layers 31c can be increased. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m).

【0236】よって、縦バイアス層18の下に位置する
第1フリー磁性層31a及び第2フリー磁性層31cの
両側端部の磁化を適切に反平行状態にピン止めでき、サ
イドリーディングの発生を抑制することができる。
Therefore, the magnetizations at both ends of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c located below the vertical bias layer 18 can be appropriately pinned in an antiparallel state, and the occurrence of side reading is suppressed. can do.

【0237】なお第1フリー磁性層31a及び第2フリ
ー磁性層31cの双方を前記CoFeNi合金で形成す
ることが好ましい。これにより、より安定して高いスピ
ンフロップ磁界を得ることができ、第1フリー磁性層3
1aと第2フリー磁性層31cとを適切に反平行状態に
磁化できる。
It is preferable that both the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are formed of the CoFeNi alloy. Thereby, a higher spin-flop magnetic field can be obtained more stably, and the first free magnetic layer 3
1a and the second free magnetic layer 31c can be appropriately magnetized in an antiparallel state.

【0238】また上記した組成範囲内であると、第1フ
リー磁性層31aと第2フリー磁性層31cの磁歪を−
3×10-6から3×10-6の範囲内に収めることがで
き、また保磁力を790(A/m)以下に小さくでき
る。
If the composition is within the above range, the magnetostriction of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c is reduced by-
It can be within the range of 3 × 10 -6 to 3 × 10 -6 and the coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less.

【0239】さらに、フリー磁性層31の軟磁気特性の
向上、非磁性材料層14間でのNiの拡散による抵抗変
化量(ΔR)や抵抗変化率(ΔR/R)の低減の抑制を
適切に図ることが可能である。
Furthermore, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 31 are improved, and the suppression of the decrease in the resistance change (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) due to the diffusion of Ni between the nonmagnetic material layers 14 is appropriately performed. It is possible to plan.

【0240】本実施の形態でも、フリー磁性層31の磁
化方向を、固定磁性層13の磁化方向と直交する方向に
固定することが容易になり、薄膜磁気素子のトラック幅
Twを正確に規定できる。また、第1反強磁性層12と
縦バイアス層18を同じ組成の反強磁性材料を用いて形
成しても、第1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向
を図示Y方向に向けたまま、縦バイアス層18の交換異
方性磁界を図示X方向に向けることができる。
Also in the present embodiment, it is easy to fix the magnetization direction of free magnetic layer 31 in a direction orthogonal to the magnetization direction of pinned magnetic layer 13, so that the track width Tw of the thin-film magnetic element can be accurately defined. . Further, even if the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 18 are formed using the same composition of antiferromagnetic material, the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is set in the Y direction in the drawing. The exchange anisotropic magnetic field of the vertical bias layer 18 can be directed in the X direction in the drawing while keeping the orientation.

【0241】図10に示された薄膜磁気素子は、図5に
示された第1の実施の形態によって形成された薄膜磁気
素子が奏するその他の効果についても、図5に示された
薄膜磁気素子と同等の効果を奏することができる。
The thin-film magnetic element shown in FIG. 10 is different from the thin-film magnetic element shown in FIG. 5 in that the thin-film magnetic element formed by the first embodiment shown in FIG. The same effect as can be obtained.

【0242】図11は、本発明の第7の実施の形態によ
って形成された薄膜磁気素子をABS面側からみた断面
図である。
FIG. 11 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the seventh embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side.

【0243】この薄膜磁気素子の製造方法は、図10に
示された薄膜磁気素子の製造方法とほとんど同じであ
り、図1において、フリー磁性層31を、単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさが異なる第1フリー磁性層
31a及び第2フリー磁性層31cを非磁性中間層31
bを介して積層された、いわゆるシンセティックフェリ
フリー型のフリー磁性層として形成するときに、第1フ
リー磁性層31aと非磁性材料層14との間に中間層9
1が設けられる点で図10に示された薄膜磁気素子の製
造方法と異なっている。中間層91はCoFe合金やC
o合金で形成されることが好ましい。特にCoFe合金
で形成されることが好ましい。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as the method of manufacturing the thin-film magnetic element shown in FIG. 10. In FIG. 1, the free magnetic layer 31 is formed by reducing the magnitude of the magnetic moment per unit area. The first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c which are different from each other
b, when formed as a so-called synthetic ferri-free type free magnetic layer, the intermediate layer 9 is interposed between the first free magnetic layer 31a and the non-magnetic material layer 14.
1 is different from the method of manufacturing the thin film magnetic element shown in FIG. The intermediate layer 91 is made of a CoFe alloy or C
Preferably, it is formed of an o-alloy. In particular, it is preferably formed of a CoFe alloy.

【0244】中間層91が形成されたことで、非磁性材
料層14との界面での金属元素等の拡散防止、及び、抵
抗変化量(ΔR)、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図
ることができる。なお中間層91は5Å程度で形成され
る。
The formation of the intermediate layer 91 prevents diffusion of a metal element or the like at the interface with the nonmagnetic material layer 14 and improves the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R). Can be planned. The intermediate layer 91 is formed at about 5 °.

【0245】特に非磁性材料層14と接する第1フリー
磁性層31aを上記組成比のCoFeNi合金で形成す
れば、非磁性材料層14との間における金属元素の拡散
を適切に抑制できるから、第1フリー磁性層31aと非
磁性材料層14間にCoFe合金あるいはCoからなる
中間層91を形成する必要性は、第1フリー磁性層31
aをNiFe合金などのCoを含まない磁性材料で形成
する場合に比べて少ない。
In particular, if the first free magnetic layer 31a in contact with the nonmagnetic material layer 14 is formed of a CoFeNi alloy having the above composition ratio, the diffusion of the metal element between the nonmagnetic material layer 14 and the first free magnetic layer 31a can be appropriately suppressed. The need to form an intermediate layer 91 made of a CoFe alloy or Co between the first free magnetic layer 31a and the non-magnetic material layer 14
a is smaller than when a is formed of a magnetic material containing no Co, such as a NiFe alloy.

【0246】しかし第1フリー磁性層31aをCoFe
Ni合金で形成する場合でも、第1フリー磁性層31a
と非磁性材料層14との間にCoFe合金やCoからな
る中間層91を設けることが、第1フリー磁性層31a
と非磁性材料層14間での金属元素の拡散をより確実に
防止できる観点から好ましい。
However, the first free magnetic layer 31a is made of CoFe
Even when the first free magnetic layer 31a is formed of a Ni alloy,
Providing an intermediate layer 91 made of a CoFe alloy or Co between the first free magnetic layer 31 a and the nonmagnetic material layer 14.
It is preferable from the viewpoint that the diffusion of the metal element between the metal layer and the nonmagnetic material layer 14 can be more reliably prevented.

【0247】また第1フリー磁性層31aと非磁性材料
層14間に中間層91を設け、第1フリー磁性層31a
及び第2フリー磁性層31cの少なくとも一方をCoF
eNi合金で形成するとき、前記CoFeNi合金のF
eの組成比は7原子%以上で15原子%以下で、Niの
組成比は5原子%以上で15原子%以下で、残りの組成
比はCoであることが好ましい。
An intermediate layer 91 is provided between the first free magnetic layer 31a and the nonmagnetic material layer 14, and the first free magnetic layer 31a
And at least one of the second free magnetic layer 31c is made of CoF
When formed of an eNi alloy, F of the CoFeNi alloy
It is preferable that the composition ratio of e is 7 atom% or more and 15 atom% or less, the composition ratio of Ni is 5 atom% or more and 15 atom% or less, and the remaining composition ratio is Co.

【0248】これにより第1フリー磁性層31aと第2
フリー磁性層31c間で発生するRKKY相互作用にお
ける交換結合磁界を強くすることができる。具体的に
は、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフ
ロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで大
きくすることができる。
Thus, the first free magnetic layer 31a and the second
The exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the free magnetic layers 31c can be increased. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m).

【0249】よって、縦バイアス層18の下に位置する
第1フリー磁性層31a及び第2フリー磁性層31cの
両側端部の磁化を適切に反平行状態にピン止めでき、サ
イドリーディングの発生を抑制することができる。
Therefore, the magnetizations at both ends of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c located below the vertical bias layer 18 can be appropriately pinned in an antiparallel state, thereby suppressing the occurrence of side reading. can do.

【0250】なお本発明では、第1フリー磁性層31a
及び第2フリー磁性層31cの双方を前記CoFeNi
合金で形成することが好ましい。これにより、より安定
して高いスピンフロップ磁界を得ることができる。
In the present invention, the first free magnetic layer 31a
And both the second free magnetic layer 31c and the CoFeNi
Preferably, it is formed of an alloy. Thereby, a high spin-flop magnetic field can be obtained more stably.

【0251】また上記した組成範囲内であると、第1フ
リー磁性層31a及び第2フリー磁性層31cの磁歪を
−3×10-6から3×10-6の範囲内に収めることがで
き、また保磁力を790(A/m)以下に小さくでき
る。さらに、前記フリー磁性層24の軟磁気特性の向上
を図ることができる。
When the composition is within the above range, the magnetostriction of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c can be kept within the range of -3 × 10 -6 to 3 × 10 -6 , Further, the coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less. Further, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 24 can be improved.

【0252】図12は、本発明の第8の実施の形態によ
って形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面
図である。
FIG. 12 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the eighth embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side.

【0253】この薄膜磁気素子の製造方法は、第6の実
施の形態と、ほとんど同じであり、多層膜A3を他の反
強磁性層を積層しないものとして形成する点でのみ異っ
ている。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as that of the sixth embodiment, except that the multilayer film A3 is formed without any other antiferromagnetic layer.

【0254】本実施の形成では、多層膜A3の最上層が
非磁性層16であるため、第1の磁場中アニールにおい
て、非磁性層16の表面が酸化する。従って、縦バイア
ス層18を積層する前に、非磁性層16の表面をイオン
ミリングなどで20Å程削って酸化した部分を除去す
る。
In the present embodiment, since the uppermost layer of the multilayer film A3 is the nonmagnetic layer 16, the surface of the nonmagnetic layer 16 is oxidized during the first magnetic field annealing. Therefore, before laminating the vertical bias layer 18, the surface of the nonmagnetic layer 16 is cut by about 20 ° by ion milling or the like to remove an oxidized portion.

【0255】本実施の形態でも、フリー磁性層31の磁
化方向を、固定磁性層13の磁化方向と直交する方向に
固定することが容易になり、薄膜磁気素子のトラック幅
Twを正確に規定できる。また、第1反強磁性層12と
縦バイアス層18を同じ成の反強磁性材料を用いて形成
しても、第1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向を
図示Y方向に向けたまま、縦バイアス層18の交換異方
性磁界を図示X方向に向けることができる。
Also in the present embodiment, it is easy to fix the magnetization direction of free magnetic layer 31 in a direction orthogonal to the magnetization direction of fixed magnetic layer 13, so that the track width Tw of the thin-film magnetic element can be accurately defined. . Further, even if the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 18 are formed using the same antiferromagnetic material, the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is changed in the Y direction in the drawing. The exchange anisotropic magnetic field of the vertical bias layer 18 can be directed in the X direction in the drawing while keeping the orientation.

【0256】図12に示された薄膜磁気素子は、図10
に示された第6の実施の形態によって形成された薄膜磁
気素子が奏するその他の効果についても、図10に示さ
れた薄膜磁気素子と同等の効果を奏することができる。
The thin-film magnetic element shown in FIG.
As for the other effects of the thin film magnetic element formed by the sixth embodiment shown in FIG. 10, the same effects as those of the thin film magnetic element shown in FIG. 10 can be obtained.

【0257】なお、第2から第5の実施の形態によって
薄膜磁気素子を形成するときに、フリー磁性層15を、
シンセティックフェリフリー型のフリー磁性層として形
成してもよい。
When forming a thin-film magnetic element according to the second to fifth embodiments, the free magnetic layer 15
It may be formed as a synthetic ferri-free type free magnetic layer.

【0258】図13は、本発明の第9の実施の形態によ
って形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面
図である。
FIG. 13 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the ninth embodiment of the present invention as viewed from the ABS side.

【0259】第1の実施の形態と異なる点は、図1にお
いて、フリー磁性層15の成膜後、非磁性層16及び他
の反強磁性層17を積層せず、最上層がフリー磁性層1
5である多層膜A4を形成し、この多層膜A4を第1の
磁場中アニールにかけ、その後多層膜A4上に縦バイア
ス層を積層する点でのみ異っている。
The difference from the first embodiment is that, in FIG. 1, after the free magnetic layer 15 is formed, the nonmagnetic layer 16 and the other antiferromagnetic layer 17 are not laminated, and the top layer is the free magnetic layer. 1
5 in that a multilayer film A4 is formed, the multilayer film A4 is annealed in a first magnetic field, and then a vertical bias layer is laminated on the multilayer film A4.

【0260】本実施の形態では、多層膜A4の最上層が
フリー磁性層15であるため、多層膜A4を第1の磁場
中アニールにかけたときに、フリー磁性層15の表面が
酸化する。従って、縦バイアス層18を積層する前に、
フリー磁性層15の表面をイオンミリングなどで20Å
程削って酸化した部分を除去する。フリー磁性層15の
膜厚は、磁気抵抗効果に大きく影響するので、始めにフ
リー磁性層15を成膜するときに、最終的な製品におけ
る膜厚よりもイオンミリングなどで削る厚さ分だけ、例
えば20Å程度、厚く成膜しておくことが好ましい。ま
たは、縦バイアス層18を積層する前に、イオンミリン
グなどで削られた厚さ分だけ、フリー磁性層15を成膜
しなおし、その後連続的に縦バイアス層18を成膜して
もよい。
In the present embodiment, since the uppermost layer of the multilayer film A4 is the free magnetic layer 15, the surface of the free magnetic layer 15 is oxidized when the multilayer film A4 is annealed in the first magnetic field. Therefore, before stacking the vertical bias layer 18,
The surface of the free magnetic layer 15 is formed by ion milling or the like by 20 mm.
Remove the oxidized part by shaving moderately. Since the thickness of the free magnetic layer 15 greatly affects the magnetoresistance effect, when the first free magnetic layer 15 is formed, the thickness of the final product is reduced by ion milling or the like more than the thickness of the final product. For example, it is preferable to form a film as thick as about 20 °. Alternatively, before stacking the vertical bias layer 18, the free magnetic layer 15 may be formed again by the thickness removed by ion milling or the like, and then the vertical bias layer 18 may be formed continuously.

【0261】図13の薄膜磁気素子は、フリー磁性層1
5の上層に第2反強磁性層である縦バイアス層18が積
層されているため、フリー磁性層15の磁化方向は、他
の反強磁性層17及び縦バイアス層18との交換結合に
よって図示X方向にそろえられる。
The thin-film magnetic element shown in FIG.
5, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is shown by exchange coupling with the other antiferromagnetic layer 17 and the vertical bias layer 18 because the vertical bias layer 18 as the second antiferromagnetic layer is laminated on the upper layer of FIG. Aligned in X direction.

【0262】本実施の形態では、凹部21の底面21b
の下部に位置する縦バイアス層18の領域Eの厚さt6
を0より大きく30Å以下にすると、凹部21の底面2
1bの下部に位置する縦バイアス層18の領域Eでは、
第2の磁場中アニールによって不規則−規則変態が生じ
ず、交換結合磁界が発生しない。
In the present embodiment, the bottom surface 21b of the concave portion 21
T6 of the region E of the vertical bias layer 18 located below
Is larger than 0 and 30 ° or less, the bottom surface 2
1b, the region E of the vertical bias layer 18 located below
No irregular-order transformation occurs due to annealing in the second magnetic field, and no exchange coupling magnetic field is generated.

【0263】すなわち、フリー磁性層15の磁化方向
は、凹部21の底面21bの下部に位置する領域以外の
トラック幅方向両端部D,Dでのみ、縦バイアス層18
との交換結合によって固定される。
That is, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is limited to the longitudinal bias layer 18 only at both ends D, D in the track width direction other than the region located below the bottom surface 21b of the concave portion 21.
Fixed by exchange coupling with

【0264】フリー磁性層15の凹部21の底面21b
の下部に位置する領域Eは、外部磁界が印加されない状
態おいて、縦バイアス層18との交換結合によって磁化
方向が固定された両端部D,Dにならって図示X方向に
揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化
する。
The bottom surface 21b of the concave portion 21 of the free magnetic layer 15
In the state where no external magnetic field is applied, a region E located below the lower end is aligned in the X direction in the drawing along both ends D and D whose magnetization directions are fixed by exchange coupling with the vertical bias layer 18. Is applied, the magnetization direction changes.

【0265】従って、薄膜磁気素子のトラック幅が前記
凹部の幅寸法Twによって決定される。上述したよう
に、本発明では、凹部21は一様の厚さで成膜された縦
バイアス層を、反応性イオンエッチング(RIE)やイ
オンミリングを用いて、基板11の表面11aに対する
垂直方向に削るだけで形成することができるので、正確
な幅寸法Twで凹部21を形成することが可能になる。
すなわち、薄膜磁気素子のトラック幅を正確に規定でき
る。
Therefore, the track width of the thin-film magnetic element is determined by the width Tw of the concave portion. As described above, in the present invention, the concave portion 21 is formed so that the vertical bias layer formed with a uniform thickness is formed in a direction perpendicular to the surface 11a of the substrate 11 by using reactive ion etching (RIE) or ion milling. Since it can be formed only by shaving, it is possible to form the concave portion 21 with an accurate width Tw.
That is, the track width of the thin-film magnetic element can be accurately defined.

【0266】また、本実施の形態では、多層膜A4を第
1の磁場中アニールにかけて第1反強磁性層12の交換
異方性磁界の方向を図示Y方向に向け、その後縦バイア
ス層18を積層して、図示X方向の第2の磁場中アニー
ルにかける。
Further, in this embodiment, the multilayer film A4 is annealed in a first magnetic field so that the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is directed in the Y direction in the drawing, and then the vertical bias layer 18 is The layers are stacked and subjected to annealing in a second magnetic field in the X direction shown in the figure.

【0267】第2の磁場中アニールにおける前記第2の
熱処理温度を、第1反強磁性層12が交換結合磁界を失
うブロッキング温度より低い温度に設定し、前記第2の
磁界の大きさを第1反強磁性層12の交換異方性磁界よ
り小さくすることにより、第1反強磁性層12と縦バイ
アス層18を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成して
も、第1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向を図示
Y方向に向けたまま、縦バイアス層18の交換異方性磁
界を図示X方向に向けることができる。
The second heat treatment temperature in the annealing in the second magnetic field is set to a temperature lower than the blocking temperature at which the first antiferromagnetic layer 12 loses the exchange coupling magnetic field, and the magnitude of the second magnetic field is set to the second temperature. By making the first antiferromagnetic layer 12 smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12, even if the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 18 are formed using the same composition of antiferromagnetic material, The exchange anisotropic magnetic field of the longitudinal bias layer 18 can be directed in the illustrated X direction while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the magnetic layer 12 is directed in the illustrated Y direction.

【0268】図13に示された薄膜磁気素子は、図5に
示された第1の実施の形態によって形成された薄膜磁気
素子が奏するスピンフィルター効果以外の効果について
は、図5に示された薄膜磁気素子と同等の効果を奏する
ことができる。
The thin-film magnetic element shown in FIG. 13 has the same effects as those of the thin-film magnetic element formed according to the first embodiment shown in FIG. The same effect as that of the thin film magnetic element can be obtained.

【0269】なお、本実施の形態によって薄膜磁気素子
を形成するときに、フリー磁性層15を、シンセティッ
クフェリフリー型のフリー磁性層として形成してもよ
い。
When the thin-film magnetic element is formed according to the present embodiment, the free magnetic layer 15 may be formed as a synthetic ferri-free type free magnetic layer.

【0270】図14から図18は、本発明の第10の実
施の形態の薄膜磁気素子の製造方法を説明するための断
面図である。
FIGS. 14 to 18 are sectional views for illustrating a method of manufacturing a thin-film magnetic element according to the tenth embodiment of the present invention.

【0271】まず図14に示すように、基板11上に、
図1と同じ多層膜Aを成膜する。なお、図14から図1
8では、図を見やすくするために、多層膜Aの最上層の
他の反強磁性層17のみ明示してあるが、他の反強磁性
層17の下層には、図1と同様に基板11側から第1反
強磁性層12、固定磁性層13、非磁性材料層14、フ
リー磁性層15、非磁性層16が順次積層されている。
[0271] First, as shown in FIG.
The same multilayer film A as in FIG. 1 is formed. 14 to FIG.
In FIG. 8, only the other antiferromagnetic layer 17 of the uppermost layer of the multilayer film A is clearly shown for the sake of easy understanding of the drawing. From the side, a first antiferromagnetic layer 12, a fixed magnetic layer 13, a nonmagnetic material layer 14, a free magnetic layer 15, and a nonmagnetic layer 16 are sequentially stacked.

【0272】第1反強磁性層12、固定磁性層13、非
磁性材料層14、フリー磁性層15、非磁性層16及び
他の反強磁性層17はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形
成プロセスによって形成される。
The first antiferromagnetic layer 12, the pinned magnetic layer 13, the nonmagnetic material layer 14, the free magnetic layer 15, the nonmagnetic layer 16, and the other antiferromagnetic layer 17 are formed by a thin film forming process such as a sputtering method or a vapor deposition method. Formed by

【0273】次に、多層膜A上にリフトオフ用のレジス
ト層51を形成する。図15に示すように、レジスト層
51には、その下面に切り込み部51a,51aが形成
されている。多層膜Aのうちトラック幅Twの領域をレ
ジスト層51によって完全に覆われた状態にしておく。
Next, a resist layer 51 for lift-off is formed on the multilayer film A. As shown in FIG. 15, the resist layer 51 has cut portions 51a, 51a formed on the lower surface thereof. A region having a track width Tw in the multilayer film A is completely covered with the resist layer 51.

【0274】図15の状態の多層膜Aを第1の熱処理温
度、Y方向を向いた第1の大きさの磁界中で、第1の磁
場中アニールを行い、第1反強磁性層12に交換異方性
磁界を発生させ、固定磁性層13の磁化方向を図示Y方
向に固定する。本実施の形態では、前記第1の熱処理温
度を270℃、磁界の第1の大きさを800k(A/
m)としている。
The multilayer film A in the state shown in FIG. 15 is annealed in a first magnetic field at a first heat treatment temperature and in a first magnetic field oriented in the Y direction to form a first antiferromagnetic layer 12. An exchange anisotropic magnetic field is generated, and the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13 is fixed in the Y direction in the figure. In this embodiment, the first heat treatment temperature is 270 ° C., and the first magnitude of the magnetic field is 800 k (A / A).
m).

【0275】ここで、他の反強磁性層17の膜厚は30
Åである。他の反強磁性層17の膜厚が30Å以下であ
ると、他の反強磁性層17を磁場中アニールにかけても
不規則構造から規則構造への変態が生じず、交換異方性
磁界が発生しない。従って、多層膜Aを第1の磁場中ア
ニールにかけたときに、他の反強磁性層17には交換異
方性磁界が発生せず、フリー磁性層15の磁化方向が図
示Y方向に固定されることはない。
The thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is 30
Å. If the thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is 30 ° or less, even if the other antiferromagnetic layer 17 is annealed in a magnetic field, transformation from an irregular structure to a regular structure does not occur, and an exchange anisotropic magnetic field is generated. do not do. Therefore, when the multilayer film A is annealed in the first magnetic field, no exchange anisotropic magnetic field is generated in the other antiferromagnetic layers 17, and the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed in the Y direction in the drawing. Never.

【0276】多層膜Aを第1の磁場中アニールにかけた
ときに、他の反強磁性層17のレジスト層51によって
マスクされていない領域が、その表面から10〜20Å
程度酸化する。そこで、図16に示すごとく、多層膜A
の状態で他の反強磁性層17の表面を、他の反強磁性層
17の表面に対し垂直方向から入射するイオンミリング
によって20Å程削り、酸化した部分を除去する。この
ように、本実施の形態では、多層膜Aの最上層に他の反
強磁性層16が積層されているので、非磁性層16及び
フリー磁性層15の酸化を防ぐことができる。
When the multilayer film A is annealed in the first magnetic field, the region of the other antiferromagnetic layer 17 which is not masked by the resist layer 51 is 10 to 20 ° from the surface thereof.
Oxidizes to a degree. Therefore, as shown in FIG.
In this state, the surface of the other antiferromagnetic layer 17 is ground by about 20 ° by ion milling which is incident on the surface of the other antiferromagnetic layer 17 in a direction perpendicular to the surface of the other antiferromagnetic layer 17 to remove the oxidized portion. As described above, in the present embodiment, since the other antiferromagnetic layer 16 is stacked on the uppermost layer of the multilayer film A, the oxidation of the nonmagnetic layer 16 and the free magnetic layer 15 can be prevented.

【0277】さらに図17に示す工程によって、前記多
層膜Aの上層に第2反強磁性層である縦バイアス層4
1,41、及び電極層42,42を成膜する。本実施の
形態では、この縦バイアス層41,41の成膜及び電極
層42,42の成膜の際に使用されるスパッタ法は、イ
オンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、ある
いはコリメーションスパッタ法のいずれか1種以上であ
ることが好ましい。
Further, the vertical bias layer 4 as a second antiferromagnetic layer is formed on the multilayer film A by the step shown in FIG.
1 and 41 and electrode layers 42 and 42 are formed. In the present embodiment, the sputtering method used for forming the vertical bias layers 41, 41 and the electrode layers 42, 42 is an ion beam sputtering method, a long throw sputtering method, or a collimation sputtering method. It is preferable that at least one of them is used.

【0278】図17に示すように本実施の形態では、多
層膜Aの形成された基板11を、縦バイアス層41,4
1の組成で形成されたターゲット52に対し垂直方向に
置き、これにより例えばイオンビームスパッタ法を用い
ることで、前記多層膜Aに対し垂直方向から縦バイアス
層41,41を成膜する。
As shown in FIG. 17, in this embodiment, the substrate 11 on which the multilayer film A is formed is connected to the vertical bias layers 41 and 4.
The vertical bias layers 41 are formed in a direction perpendicular to the multilayer film A by placing the target 52 in a direction perpendicular to the target 52 formed by the composition 1 and using, for example, an ion beam sputtering method.

【0279】レジスト層51の両端部によって覆われて
いる領域は、スパッタ粒子が積層されにくい。従って、
レジスト層51の両端部によって覆われている領域付近
は、縦バイアス層41,41及び電極層42,42は膜
厚が薄く形成され、縦バイアス層41,41及び電極層
42,42の膜厚方向寸法がトラック両脇部分Sbにお
いて減少している。
In a region covered by both ends of the resist layer 51, sputtered particles are less likely to be deposited. Therefore,
In the vicinity of the region covered by both ends of the resist layer 51, the vertical bias layers 41, 41 and the electrode layers 42, 42 are formed to be thin, and the film thickness of the vertical bias layers 41, 41 and the electrode layers 42, 42 is small. The dimension in the direction is reduced at both side portions Sb of the track.

【0280】なお図17に示すように、レジスト層51
上にも縦バイアス層41,41と同じ組成の層41a及
び電極層42,42と同じ組成の層42a,42aが形
成される。
Note that, as shown in FIG.
A layer 41a having the same composition as the vertical bias layers 41, 41 and layers 42a, 42a having the same composition as the electrode layers 42, 42 are also formed thereon.

【0281】縦バイアス層41,41は、第1反強磁性
層12及び他の反強磁性層17と同様に、PtMn合
金、または、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,R
h,Ru,Os,Ni,Feのいずれか1種または2種
以上の元素である)合金で、あるいはPt―Mn―X′
(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,A
g,Os,Cr,Ni,Ar,Ne,Xe,Krのいず
れか1または2種以上の元素である)合金で形成する。
The vertical bias layers 41, 41 are made of a PtMn alloy or X—Mn (where X is Pd, Ir, R), like the first antiferromagnetic layer 12 and the other antiferromagnetic layers 17.
h, Ru, Os, Ni, or Fe), or Pt—Mn—X ′
(Where X 'is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, A
g, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, or Kr).

【0282】縦バイアス層41,41の両端部の膜厚
は、80〜300Å、例えば200Åである。
The film thickness at both ends of the vertical bias layers 41 is in the range of 80 to 300 °, for example, 200 °.

【0283】電極層42,42は、例えば、Au、W、
Cr、Taなどを用いて成膜される。
The electrode layers 42 are made of, for example, Au, W,
The film is formed using Cr, Ta, or the like.

【0284】電極層42,42まで形成された多層膜B
を、第2の熱処理温度、X方向を向いた第2の大きさの
磁界中で、第2の磁場中アニールを行い、縦バイアス層
41,41に交換異方性磁界を発生させ、フリー磁性層
15の磁化方向を図示X方向に固定する。本実施の形態
では、前記第2の熱処理温度を250℃、磁界の第2の
大きさを24k(A/m)としている。
A multilayer film B formed up to the electrode layers 42, 42
Is annealed in a second magnetic field in a second magnetic field at a second heat treatment temperature and a second magnitude in the X direction to generate an exchange anisotropic magnetic field in the longitudinal bias layers 41, The magnetization direction of the layer 15 is fixed in the illustrated X direction. In the present embodiment, the second heat treatment temperature is 250 ° C., and the second magnitude of the magnetic field is 24 k (A / m).

【0285】なお、本実施の形態ではフリー磁性層15
の上面に接して非磁性層16が積層されている。このと
き、フリー磁性層15は、非磁性層16を介した縦バイ
アス層41とのRKKY結合により、その磁化方向が図
示X方向にそろえられる。
In this embodiment, the free magnetic layer 15
A non-magnetic layer 16 is stacked in contact with the upper surface of the substrate. At this time, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is aligned with the X direction in the figure by RKKY coupling with the vertical bias layer 41 via the nonmagnetic layer 16.

【0286】前記第2の熱処理後、レジスト層51を除
去すると、図18に示されたような薄膜磁気素子を得る
ことができる。
When the resist layer 51 is removed after the second heat treatment, a thin-film magnetic element as shown in FIG. 18 can be obtained.

【0287】縦バイアス層41の交換異方性磁界は、第
2の磁場中アニール工程において始めて生じる。従っ
て、第1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向を図示
Y方向に向けたまま、縦バイアス層41の交換異方性磁
界を図示X方向に向けるためには、前記第2の熱処理温
度を、第1反強磁性層12が交換結合磁界を失うブロッ
キング温度より低い温度に設定し、前記第2の磁界の大
きさを第1反強磁性層12の交換異方性磁界より小さく
するだけでよい。また、第2の磁場中アニールをこれら
の条件下で行えば、第1反強磁性層12と縦バイアス層
41を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第
1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向を図示Y方向
に向けたまま、縦バイアス層41の交換異方性磁界を図
示X方向に向けることができる。
The exchange anisotropic magnetic field of the vertical bias layer 41 is generated only in the second magnetic field annealing step. Accordingly, in order to direct the exchange anisotropic magnetic field of the longitudinal bias layer 41 in the X direction while maintaining the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 in the Y direction, the second The heat treatment temperature is set lower than the blocking temperature at which the first antiferromagnetic layer 12 loses the exchange coupling magnetic field, and the magnitude of the second magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12. Just do it. If the second annealing in a magnetic field is performed under these conditions, the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layer 41 can be formed using the same antiferromagnetic material having the same composition. The exchange anisotropic magnetic field of the longitudinal bias layer 41 can be directed in the illustrated X direction while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the layer 12 is directed in the illustrated Y direction.

【0288】すなわち、本発明では、フリー磁性層15
の磁化方向を、固定磁性層13の磁化方向と直交する方
向に固定することが容易になる。
That is, in the present invention, the free magnetic layer 15
Is easily fixed to a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13.

【0289】本実施の形態のように、他の反強磁性層1
7の厚さt7を0より大きく30Å以下にすると、縦バ
イアス層41が形成されていない領域では、第2の磁場
中アニールによって不規則−規則変態が生じず、交換結
合磁界が発生しない。
As in the present embodiment, other antiferromagnetic layers 1
When the thickness t7 of the layer 7 is set to be larger than 0 and equal to or smaller than 30 °, irregular-order transformation is not generated by annealing in the second magnetic field in a region where the longitudinal bias layer 41 is not formed, and no exchange coupling magnetic field is generated.

【0290】すなわち、フリー磁性層15の磁化方向
は、縦バイアス層41,41に重なる部分のトラック幅
方向両端部でのみ、縦バイアス層41,41とのRKK
Y結合によって固定される。
That is, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is such that the RKK between the free magnetic layer 15 and the vertical bias layers 41 is only at the both ends in the track width direction of the portion overlapping the vertical bias layers 41.
Fixed by Y-bond.

【0291】フリー磁性層15の縦バイアス層41,4
1に重ならない部分Eは、外部磁界が印加されない状態
おいて、縦バイアス層41とのRKKY結合によって磁
化方向が固定された両端部にならって図示X方向に揃え
られ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化す
る。従って、縦バイアス層41,41のトラック幅方向
の間隔が、薄膜磁気素子のトラック幅Twとなる。
The vertical bias layers 41 and 4 of the free magnetic layer 15
In the state where no external magnetic field is applied, portions E which do not overlap with 1 are aligned in the X direction in the drawing along both ends where the magnetization direction is fixed by RKKY coupling with the vertical bias layer 41, and an external magnetic field is applied. And its magnetization direction changes. Therefore, the interval between the vertical bias layers 41, 41 in the track width direction becomes the track width Tw of the thin-film magnetic element.

【0292】なお、本実施の形態では縦バイアス層4
1,41の上層に電極層42,42を成膜した後、第2
の磁場中アニールを行ったが、縦バイアス層41の積層
後、第2の磁場中アニールを行った後、縦バイアス層4
1,41の上層に電極層42,42を積層してもよい。
In the present embodiment, the vertical bias layer 4
After the electrode layers 42, 42 are formed on the upper layers 1, 41,
Was performed in the magnetic field, but after the vertical bias layer 41 was laminated, the second magnetic field annealing was performed.
The electrode layers 42 and 42 may be stacked on the layers 1 and 41.

【0293】また、本実施の形態では、基板11上に直
接第1反強磁性層12が積層されているが、基板11上
にアルミナ層及びTa等からなる下地層を介して反強磁
性層12が積層されてもよい。
In the present embodiment, the first antiferromagnetic layer 12 is directly laminated on the substrate 11, but the antiferromagnetic layer is formed on the substrate 11 via an alumina layer and an underlayer made of Ta or the like. 12 may be stacked.

【0294】図18の薄膜磁気素子について説明する。
縦バイアス層41,41が多層膜Aの上層に非磁性層1
6を介して積層されていると、フリー磁性層15は、縦
バイアス層41,41とのRKKY相互作用によって磁
化方向が揃えられる。RKKY相互作用は、反強磁性を
有する厚さの反強磁性層(縦バイアス層41,41)の
直下に位置する磁性層の領域D,Dとの間にのみ作用
し、反強磁性を有する厚さの反強磁性層の直下から外れ
た領域Eには作用しない。
A description will be given of the thin-film magnetic element shown in FIG.
The non-magnetic layer 1 is formed on the multilayer film A as the longitudinal bias layers 41, 41.
When the free magnetic layer 15 is laminated via the intermediate layer 6, the magnetization directions of the free magnetic layer 15 are aligned by the RKKY interaction with the longitudinal bias layers 41, 41. The RKKY interaction acts only between the regions D and D of the magnetic layer located immediately below the antiferromagnetic layers (longitudinal bias layers 41 and 41) having a thickness having antiferromagnetism and has antiferromagnetism. It does not act on the region E that is off from immediately below the thick antiferromagnetic layer.

【0295】従って、縦バイアス層41,41の間隔寸
法として設定されたトラック幅(光学的トラック幅)T
wの領域が、実質的に記録磁界の再生に寄与し、磁気抵
抗効果を発揮する感度領域となる。すなわち、本実施の
形態の薄膜磁気素子は、薄膜磁気素子の光学的トラック
幅が磁気的トラック幅に等しくなるので、不感領域があ
るために磁気的トラック幅の制御が困難であるハードバ
イアス方式と比較して、記録媒体の高記録密度化に対応
することが容易になる。
Accordingly, the track width (optical track width) T set as the interval between the vertical bias layers 41, 41 is set.
The region w substantially contributes to the reproduction of the recording magnetic field and becomes a sensitivity region where the magnetoresistance effect is exhibited. That is, the thin-film magnetic element of the present embodiment employs a hard bias method in which the optical track width of the thin-film magnetic element is equal to the magnetic track width, and therefore, it is difficult to control the magnetic track width due to the presence of an insensitive region. In comparison, it is easier to cope with a higher recording density of the recording medium.

【0296】また、薄膜磁気素子の形成時に設定された
トラック幅(光学的トラック幅)Twの領域に不感領域
が生じないので、高記録密度化に対応するために薄膜磁
気素子の光学的トラック幅Twを小さくしていった場合
の再生出力の低下を抑えることができる。
Further, since there is no dead area in the area of the track width (optical track width) Tw set at the time of forming the thin-film magnetic element, the optical track width of the thin-film magnetic element can be increased in order to cope with high recording density. A decrease in the reproduction output when Tw is reduced can be suppressed.

【0297】ただし、本実施の形態では、縦バイアス層
41,41の膜厚方向寸法がトラック両脇部分Sbにお
いて減少している。このため、トラック両脇部分Sbに
おけるフリー磁性層15と縦バイアス層41との交換結
合の効果が減少してしまう。その結果、図18における
フリー磁性層15のトラック両脇部分Sbの磁化方向
が、X方向に完全に固定されず、外部磁界が印加された
ときに変化してしまう。
However, in the present embodiment, the dimension in the film thickness direction of the vertical bias layers 41, 41 is reduced in both side portions Sb of the track. For this reason, the effect of the exchange coupling between the free magnetic layer 15 and the vertical bias layer 41 in both side portions Sb of the track is reduced. As a result, the magnetization direction of the track side portions Sb of the free magnetic layer 15 in FIG. 18 is not completely fixed in the X direction, and changes when an external magnetic field is applied.

【0298】特に、磁気記録媒体における記録密度を向
上させるために、狭トラック化を図った場合、本来トラ
ック幅Twの領域内で読み取るべき磁気記録トラックの
情報だけでなく、隣接する磁気記録トラックの情報を、
トラック両脇部分Sbの領域において読み取ってしまう
という、サイドリーディングが発生する可能性がある。
In particular, when the track is narrowed in order to improve the recording density of the magnetic recording medium, not only the information of the magnetic recording track to be read in the area of the track width Tw but also the information of the adjacent magnetic recording track is used. information,
There is a possibility that side reading, in which reading is performed in the area of both side portions Sb of the track, occurs.

【0299】さらに、本発明では薄膜磁気素子の前記多
層膜の側端面S,Sが基板表面に対して垂直となるよう
に形成されることが可能なので、フリー磁性層15の幅
方向長さのバラつきを抑えることができる。
Further, in the present invention, since the side end surfaces S, S of the multilayer film of the thin-film magnetic element can be formed so as to be perpendicular to the substrate surface, the length of the free magnetic layer 15 in the width direction can be reduced. Variation can be suppressed.

【0300】また、本実施の形態のように、縦バイアス
層41,41とのRKKY相互作用によってフリー磁性
層15の磁化方向が揃えられるものは、縦バイアス層4
1,41とフリー磁性層15とが直に接しているものよ
りも交換結合力を強くすることができる。
In the case where the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is aligned by the RKKY interaction with the vertical bias layers 41, 41 as in this embodiment, the vertical bias layer 4
The exchange coupling force can be made stronger than that in which the free magnetic layer 15 is in direct contact with the first and fourth magnetic layers 1 and 41.

【0301】本実施の形態のように、非磁性層16が導
電性材料によって形成されていると、非磁性層16をス
ピンフィルター効果を有するバックド層(backed
layer)として機能させることが可能になる。
When the non-magnetic layer 16 is made of a conductive material as in the present embodiment, the non-magnetic layer 16 is formed as a backed layer having a spin filter effect (backed layer).
layer).

【0302】スピンフィルター効果を有するバックド層
(非磁性層16)がフリー磁性層15に接して設けられ
ると、積層体内部においてセンス電流が流れる中心高さ
位置を、バックド層がない場合よりも、このバックド層
側に移動させることができる。すなわち、センス電流の
中心高さ位置がフリー磁性層15から離れ、フリー磁性
層15位置におけるセンス電流磁界の強度が低減し、こ
のセンス電流磁界のフリー磁性層15の変動磁界への影
響が低減する。従って、アシンメトリーを小さくでき
る。
When the backed layer (nonmagnetic layer 16) having the spin filter effect is provided in contact with the free magnetic layer 15, the center height position where the sense current flows inside the stacked body is set more than when the backed layer is not provided. It can be moved to the backed layer side. That is, the center height position of the sense current is separated from the free magnetic layer 15, the intensity of the sense current magnetic field at the position of the free magnetic layer 15 is reduced, and the influence of the sense current magnetic field on the fluctuating magnetic field of the free magnetic layer 15 is reduced. . Therefore, the asymmetry can be reduced.

【0303】また、本実施の形態では他の反強磁性層1
7を、例えばNiMnSb,PtMnSbなどの半金属
ホイッスラー合金の単層膜または多層膜として形成する
ことにより、他の反強磁性層17を鏡面反射層として機
能させることができる。
In this embodiment, another antiferromagnetic layer 1
By forming the layer 7 as a single-layer film or a multilayer film of a semi-metallic Whistler alloy such as NiMnSb or PtMnSb, the other antiferromagnetic layer 17 can function as a specular reflection layer.

【0304】鏡面反射層である他の反強磁性層17は非
磁性層16との界面においてポテンシャル障壁を形成
し、フリー磁性層15及び非磁性層16中を移動するア
ップスピンの伝導電子を、そのスピンの状態を保存させ
たまま反射させることができアップスピンの伝導電子の
平均自由行程をさらに延すことができる。つまり、いわ
ゆる鏡面反射効果を発現させることが可能になり、アッ
プスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝
導電子の平均自由行程の行程差をさらに大きくすること
ができる。
The other antiferromagnetic layer 17, which is a specular reflection layer, forms a potential barrier at the interface with the nonmagnetic layer 16, and transfers upspin conduction electrons moving in the free magnetic layer 15 and the nonmagnetic layer 16, The spin can be reflected while keeping its state, and the mean free path of the conduction electrons of the up spin can be further extended. That is, a so-called specular reflection effect can be exhibited, and the difference between the mean free path of up-spin conduction electrons and the mean free path of down-spin conduction electrons can be further increased.

【0305】すなわち、外部磁界の作用によって伝導電
子全体の平均自由行程を大きく変化させることができ、
スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率(ΔR/
R)を大きくさせることができる。
That is, the mean free path of the whole conduction electrons can be largely changed by the action of the external magnetic field.
Magnetoresistance change rate (ΔR /
R) can be increased.

【0306】スピンフィルター効果、鏡面反射効果によ
るアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の
平均自由行程差の拡大はフリー磁性層15の膜厚が比較
的薄い場合により効果を発揮する。
The increase in the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons due to the spin filter effect and the specular reflection effect is more effective when the free magnetic layer 15 is relatively thin.

【0307】フリー磁性層15の膜厚が15Åより薄い
と強磁性材料層として機能するように形成することが難
しくなり充分な磁気抵抗効果を得ることができない。
If the thickness of the free magnetic layer 15 is smaller than 15 °, it is difficult to form the free magnetic layer 15 so as to function as a ferromagnetic material layer, and a sufficient magnetoresistance effect cannot be obtained.

【0308】また、フリー磁性層15の膜厚が45Åよ
り厚いと他の反強磁性層17(鏡面反射層)に到達する
前に散乱されてしまうアップスピンの伝導電子が増加し
て鏡面反射効果(specular effect)によって抵抗変化
率が変化する割合が減少するため好ましくない。
If the thickness of the free magnetic layer 15 is more than 45 °, up-spin conduction electrons scattered before reaching the other antiferromagnetic layer 17 (specular reflection layer) increase, resulting in a specular reflection effect. (Specular effect) is not preferred because the rate of change in the resistance change rate decreases.

【0309】また、図18では、単位面積あたりの磁気
モーメントが異なる第1固定磁性層13aと第2固定磁
性層13cが、非磁性中間層13bを介して積層された
ものが、一つの固定磁性層13として機能する。
In FIG. 18, one pinned magnetic layer 13a and second pinned magnetic layer 13c having different magnetic moments per unit area are stacked via a non-magnetic intermediate layer 13b to form one pinned magnetic layer. It functions as the layer 13.

【0310】第1固定磁性層13aは反強磁性層12と
接して形成され、磁場中アニールが施されることによ
り、第1固定磁性層13aと反強磁性層12との界面に
て交換結合による交換異方性磁界が生じ、第1固定磁性
層13aの磁化方向が図示Y方向に固定される。第1固
定磁性層13aの磁化方向が図示Y方向に固定される
と、非磁性中間層13bを介して対向する第2固定磁性
層13cの磁化方向が、第1固定磁性層13aの磁化方
向と反平行の状態で固定される。
The first fixed magnetic layer 13a is formed in contact with the antiferromagnetic layer 12, and is subjected to exchange coupling at the interface between the first fixed magnetic layer 13a and the antiferromagnetic layer 12 by annealing in a magnetic field. Generates an exchange anisotropic magnetic field, and the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 13a is fixed in the Y direction in the figure. When the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 13a is fixed in the Y direction in the figure, the magnetization direction of the second fixed magnetic layer 13c opposed via the non-magnetic intermediate layer 13b becomes the same as the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 13a. It is fixed in an anti-parallel state.

【0311】なお、第1固定磁性層13aの単位面積あ
たりの磁気モーメントと第2固定磁性層13cの単位面
積あたりの磁気モーメントを足し合わせた単位面積あた
りの合成磁気モーメントの方向が固定磁性層13の磁化
方向となる。
The direction of the combined magnetic moment per unit area obtained by adding the magnetic moment per unit area of the first fixed magnetic layer 13a and the magnetic moment per unit area of the second fixed magnetic layer 13c is Magnetization direction.

【0312】このように、第1固定磁性層13aと第2
固定磁性層13cの磁化方向は、反平行となるフェリ磁
性状態になっており、第1固定磁性層13aと第2固定
磁性層13cとが互いに他方の磁化方向を固定しあうの
で、全体として固定磁性層13の磁化方向を一定方向に
安定させることができるので好ましい。
Thus, the first pinned magnetic layer 13a and the second
The magnetization direction of the pinned magnetic layer 13c is in an antiparallel ferrimagnetic state, and the first pinned magnetic layer 13a and the second pinned magnetic layer 13c fix the other magnetization direction to each other. This is preferable because the magnetization direction of the magnetic layer 13 can be stabilized in a certain direction.

【0313】図18では、第1固定磁性層13a及び第
2固定磁性層13cを同じ材料を用いて形成し、さら
に、それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれ
の単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせている。
In FIG. 18, the first pinned magnetic layer 13a and the second pinned magnetic layer 13c are formed using the same material, and the thicknesses thereof are made different, so that the magnetic moment per unit area is reduced. I make them different.

【0314】第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層
13cは、強磁性材料により形成されるもので、例えば
NiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe合
金、CoNi合金などにより形成されるものであり、特
にNiFe合金またはCoにより形成されることが好ま
しい。また、第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層
13cは同一の材料で形成されることが好ましい。
The first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13c are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like. In particular, it is preferably formed of a NiFe alloy or Co. Preferably, the first pinned magnetic layer 13a and the second pinned magnetic layer 13c are formed of the same material.

【0315】また、非磁性中間層13bは、非磁性材料
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種またはこれらの2種以上の合金で形
成されている。特にRuによって形成されることが好ま
しい。
The non-magnetic intermediate layer 13b is formed of a non-magnetic material, and is composed of Ru, Rh, Ir, Cr, R
e, Cu, or one or more of these alloys. In particular, it is preferably formed of Ru.

【0316】固定磁性層13が非磁性中間層13bの上
下に第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層13cが
積層されたものとして形成されると、第1固定磁性層1
3a及び第2固定磁性層13cが互いの磁化方向を固定
しあい、全体として固定磁性層13の磁化方向を一定方
向に強力に固定することができる。すなわち、第2反強
磁性層12と固定磁性層13との交換結合磁界Hex
を、例えば80〜160kA/mと、大きな値として得
ることができる。従って、第2反強磁性層12の磁化方
向をハイト方向に向けるための第1の磁場中アニールを
行った後の、縦バイアス層18の磁化方向をトラック幅
方向に向けるための第2の磁場中アニールによって、固
定磁性層13の磁化方向がトラック幅方向に傾いて固定
されることを防ぎつつ、縦バイアス層18による縦バイ
アス磁界を大きくすることができる。
When the fixed magnetic layer 13 is formed by laminating a first fixed magnetic layer 13a and a second fixed magnetic layer 13c above and below a nonmagnetic intermediate layer 13b, the first fixed magnetic layer 1
3a and the second pinned magnetic layer 13c fix the magnetization directions of each other, so that the magnetization direction of the pinned magnetic layer 13 can be strongly fixed as a whole in a fixed direction. That is, the exchange coupling magnetic field Hex between the second antiferromagnetic layer 12 and the pinned magnetic layer 13
Can be obtained as a large value, for example, 80 to 160 kA / m. Therefore, after annealing in the first magnetic field for directing the magnetization direction of the second antiferromagnetic layer 12 to the height direction, the second magnetic field for directing the magnetization direction of the vertical bias layer 18 to the track width direction is used. Medium annealing can increase the longitudinal bias magnetic field generated by the longitudinal bias layer 18 while preventing the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13 from being fixed in the track width direction.

【0317】また、本実施の形態では、固定磁性層13
の固定磁化による反磁界(双極子磁界)を、第1固定磁
性層13a及び第2固定磁性層13cの静磁界結合同士
が相互に打ち消し合うことによりキャンセルできる。こ
れにより、固定磁性層13の固定磁化による反磁界(双
極子磁界)からの、フリー磁性層15の変動磁化への寄
与を減少させることができる。
In this embodiment, the fixed magnetic layer 13
The demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization described above can be canceled by the mutual cancellation of the static magnetic field coupling between the first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13c. Thereby, the contribution of the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 13 to the variable magnetization of the free magnetic layer 15 can be reduced.

【0318】従って、フリー磁性層15の変動磁化の方
向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシ
ンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型薄膜
磁気素子を得ることが可能になる。
Therefore, it is easier to correct the direction of the fluctuating magnetization of the free magnetic layer 15 to a desired direction, and it is possible to obtain a spin valve type thin film magnetic element having small asymmetry and excellent symmetry.

【0319】また、固定磁性層13の固定磁化による反
磁界(双極子磁界)Hdは、素子高さ方向において、そ
の端部で大きく中央部で小さいという不均一な分布を持
ち、フリー磁性層15内における単磁区化が妨げられる
場合があるが、固定磁性層13を上記の積層構造とする
ことにより双極子磁界HdをほぼHd=0とすることが
でき、これによってフリー磁性層15内に磁壁ができて
磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなどが発生
することを防止することができる。
The demagnetizing field (dipole magnetic field) Hd due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 13 has a non-uniform distribution such that it is large at the end and small at the center in the element height direction. Although the formation of a single magnetic domain in the magnetic field may be hindered, the dipole magnetic field Hd can be substantially set to Hd = 0 by forming the fixed magnetic layer 13 in the above-described laminated structure. As a result, non-uniform magnetization and Barkhausen noise can be prevented.

【0320】図19は、本発明の第11の実施の形態に
よって形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断
面図である。
FIG. 19 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to the eleventh embodiment of the present invention as viewed from the ABS side.

【0321】この薄膜磁気素子の製造方法は、図14か
ら図18に示された第10の実施の形態と、ほとんど同
じである。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as that of the tenth embodiment shown in FIGS.

【0322】第1の実施の形態と異なる点は、フリー磁
性層15の成膜後、非磁性層16を積層せず、フリー磁
性層15の上層に他の反強磁性層17を直接積層した多
層膜A1を形成し、この多層膜A1を第1の磁場中アニ
ールにかけ、その後多層膜A1上に縦バイアス層を積層
する点でのみである。
The difference from the first embodiment is that after the free magnetic layer 15 is formed, another antiferromagnetic layer 17 is directly stacked on the free magnetic layer 15 without forming the nonmagnetic layer 16. The only difference is that a multilayer film A1 is formed, the multilayer film A1 is annealed in a first magnetic field, and then a vertical bias layer is laminated on the multilayer film A1.

【0323】図19の薄膜磁気素子は、フリー磁性層1
5の上層に他の反強磁性層17及び第2反強磁性層であ
る縦バイアス層41,41が積層されているため、フリ
ー磁性層15の磁化方向は、他の反強磁性層17及び縦
バイアス層41,41との交換結合によって図示X方向
にそろえられる。
The thin-film magnetic element shown in FIG.
5, the other antiferromagnetic layer 17 and the vertical bias layers 41, 41, which are the second antiferromagnetic layers, are stacked, so that the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is The alignment is performed in the X direction in the figure by exchange coupling with the vertical bias layers 41 and 41.

【0324】本実施の形態では、他の反強磁性層17の
厚さt8を0より大きく30Å以下にすると、縦バイア
ス層41,41が重ならない領域Eでは、第2の磁場中
アニールによって不規則−規則変態が生じず、交換結合
磁界が発生しない。
In this embodiment, when the thickness t8 of the other antiferromagnetic layer 17 is set to be larger than 0 and equal to or smaller than 30 °, in the region E where the vertical bias layers 41 and 41 do not overlap each other, the region B is inactivated by the second magnetic field annealing. No rule-order transformation occurs and no exchange coupling magnetic field is generated.

【0325】すなわち、フリー磁性層15の磁化方向
は、縦バイアス層41,41が重なるトラック幅方向両
端部D,Dでのみ、縦バイアス層41,41との反強磁
性結合によって固定される。
That is, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed by antiferromagnetic coupling with the vertical bias layers 41, 41 only at both ends D, D in the track width direction where the vertical bias layers 41, 41 overlap.

【0326】フリー磁性層15の縦バイアス層41,4
1が重ならない領域Eは、外部磁界が印加されない状態
おいて、縦バイアス層41,41との交換結合によって
磁化方向が固定された両端部D,Dにならって図示X方
向に揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が
変化する。従って、縦バイアス層41,41のトラック
幅方向の間隔が、薄膜磁気素子のトラック幅Twとな
る。
The vertical bias layers 41 and 4 of the free magnetic layer 15
In a state where no external magnetic field is applied, the region E where the 1 does not overlap is aligned in the X direction in the drawing along both ends D and D whose magnetization directions are fixed by exchange coupling with the longitudinal bias layers 41 and 41. When a magnetic field is applied, its magnetization direction changes. Therefore, the interval between the vertical bias layers 41, 41 in the track width direction becomes the track width Tw of the thin-film magnetic element.

【0327】フリー磁性層15の成膜後、非磁性層16
を積層せずに他の反強磁性層17を積層する製造方法で
も、第10の実施の形態と同様に、フリー磁性層15の
磁化方向を、固定磁性層13の磁化方向と直交する方向
に固定することが容易になる。
After the free magnetic layer 15 is formed, the nonmagnetic layer 16
Also in the manufacturing method in which another antiferromagnetic layer 17 is stacked without stacking, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is set to a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13 as in the tenth embodiment. It becomes easy to fix.

【0328】ただし、本実施の形態では、縦バイアス層
41,41の膜厚方向寸法がトラック両脇部分Sbにお
いて減少している。このため、トラック両脇部分Sbに
おけるフリー磁性層15と縦バイアス層41との交換結
合の効果が減少してしまう。その結果、図19における
フリー磁性層15のトラック両脇部分Sbの磁化方向
が、X方向に完全に固定されず、外部磁界が印加された
ときに変化してしまう。
However, in the present embodiment, the dimension in the film thickness direction of the vertical bias layers 41, 41 is reduced in both side portions Sb of the track. For this reason, the effect of the exchange coupling between the free magnetic layer 15 and the vertical bias layer 41 in both side portions Sb of the track is reduced. As a result, the magnetization direction of the track side portions Sb of the free magnetic layer 15 in FIG. 19 is not completely fixed in the X direction and changes when an external magnetic field is applied.

【0329】特に、磁気記録媒体における記録密度を向
上させるために、狭トラック化を図った場合、本来トラ
ック幅Twの領域内で読み取るべき磁気記録トラックの
情報だけでなく、隣接する磁気記録トラックの情報を、
トラック両脇部分Sbの領域において読み取ってしまう
という、サイドリーディングが発生する可能性がある。
In particular, when the track is narrowed in order to improve the recording density of the magnetic recording medium, not only the information of the magnetic recording track to be read within the area of the track width Tw but also the information of the adjacent magnetic recording track is used. information,
There is a possibility that side reading, in which reading is performed in the area of both side portions Sb of the track, occurs.

【0330】また、第1反強磁性層12と縦バイアス層
41,41を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成して
も、第1反強磁性層12の交換異方性磁界の方向を図示
Y方向に向けたまま、縦バイアス層41,41の交換異
方性磁界を図示X方向に向けることができる。
Even if the first antiferromagnetic layer 12 and the longitudinal bias layers 41, 41 are formed using the same composition of antiferromagnetic material, the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 Can be directed in the X direction in the drawing while the exchange anisotropic magnetic field of the longitudinal bias layers 41, 41 is directed in the Y direction in the drawing.

【0331】図19に示された薄膜磁気素子は、図18
に示された第10の実施の形態によって形成された薄膜
磁気素子が奏するスピンフィルター効果以外の効果につ
いては、図18に示された薄膜磁気素子と同等の効果を
奏することができる。
The thin-film magnetic element shown in FIG.
In addition to the spin filter effect provided by the thin film magnetic element formed according to the tenth embodiment shown in FIG. 18, the same effect as the thin film magnetic element shown in FIG. 18 can be obtained.

【0332】図20は、本発明の第12の実施の形態に
よって形成された薄膜磁気素子をABS面側から見た断
面図である。
FIG. 20 is a sectional view of a thin film magnetic element formed according to the twelfth embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side.

【0333】この薄膜磁気素子の製造方法は、図14か
ら図18に示された第10の実施の形態と、ほとんど同
じであり、図14において、フリー磁性層31を、単位
面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる第1フリ
ー磁性層31a及び第2フリー磁性層31cを非磁性中
間層31bを介して積層された、いわゆるシンセティッ
クフェリフリー型のフリー磁性層として形成する点、及
び多層膜A3を他の反強磁性層を積層しないものとして
形成する点でのみ異っている。
The method of manufacturing this thin-film magnetic element is almost the same as that of the tenth embodiment shown in FIGS. 14 to 18. In FIG. 14, the free magnetic layer 31 is provided with a magnetic moment per unit area. The first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c having different sizes are formed as so-called synthetic ferri-free type free magnetic layers laminated via a non-magnetic intermediate layer 31b, and the multilayer film A3 The only difference is that other antiferromagnetic layers are formed without being laminated.

【0334】本実施の形成では、多層膜A3の最上層が
非磁性層16であるため、第1の磁場中アニールにおい
て、非磁性層16の表面が酸化する。従って、縦バイア
ス層41を積層する前に、非磁性層16の表面をイオン
ミリングなどで20Å程削って酸化した部分を除去す
る。
In the present embodiment, since the uppermost layer of the multilayer film A3 is the nonmagnetic layer 16, the surface of the nonmagnetic layer 16 is oxidized in the first magnetic field annealing. Therefore, before laminating the vertical bias layer 41, the surface of the nonmagnetic layer 16 is cut by about 20 ° by ion milling or the like to remove the oxidized portion.

【0335】第1フリー磁性層31a及び第2フリー磁
性層31cは、強磁性材料により形成されるもので、例
えばNiFe合金、Co、CoNiFe合金、CoFe
合金、CoNi合金などにより形成されるものであり、
特にNiFe合金により形成されることが好ましい。
The first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe
Alloy, a CoNi alloy or the like,
In particular, it is preferably formed of a NiFe alloy.

【0336】また、非磁性中間層31bは、非磁性材料
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で形成され
ている。特にRuによって形成されることが好ましい。
The non-magnetic intermediate layer 31b is formed of a non-magnetic material, and is composed of Ru, Rh, Ir, Cr, R
It is formed of one or more alloys of e and Cu. In particular, it is preferably formed of Ru.

【0337】なお、第1フリー磁性層31aと非磁性材
料層14の間に、Coなどからなる拡散防止層が形成さ
れていてもよい。この拡散防止層は第1フリー磁性層3
1aと非磁性材料層14の相互拡散を防止する。
Note that a diffusion prevention layer made of Co or the like may be formed between the first free magnetic layer 31a and the nonmagnetic material layer. This diffusion preventing layer is the first free magnetic layer 3
1a and the non-magnetic material layer 14 are prevented from interdiffusion.

【0338】なお、前記第1フリー磁性層31a及び前
記第2フリー磁性層31cは、それぞれの単位面積あた
りの磁気モーメントが異なるように形成されている。単
位面積あたりの磁気モーメントは、飽和磁化(Ms)と
膜厚(t)の積で表される。従って、例えば、前記第1
フリー磁性層31a及び前記第2フリー磁性層31cを
同じ材料を用いて形成し、さらに、それぞれの膜厚を異
ならせることにより、前記第1フリー磁性層31a及び
前記第2フリー磁性層31cの単位面積あたりの磁気モ
ーメントを異ならせることができる。
The first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are formed so that the respective magnetic moments per unit area are different. The magnetic moment per unit area is represented by the product of the saturation magnetization (Ms) and the film thickness (t). Therefore, for example, the first
The free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are formed using the same material, and the thicknesses of the free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are made different from each other to form a unit of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c. The magnetic moment per area can be different.

【0339】なお、第1フリー磁性層31aと非磁性材
料層14の間に、Coなどからなる拡散防止層が形成さ
れる場合には、第1フリー磁性層31aの単位面積あた
りの磁気モーメントと前記拡散防止層の単位面積あたり
の磁気モーメントの和と、第2フリー磁性層31cの単
位面積あたりの磁気モーメントを異ならせることが好ま
しい。
When a diffusion preventing layer made of Co or the like is formed between the first free magnetic layer 31a and the nonmagnetic material layer 14, the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer 31a is reduced. It is preferable that the sum of the magnetic moment per unit area of the diffusion preventing layer and the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer 31c be different.

【0340】なお、第2フリー磁性層31cの厚さtf
2は0.5〜2.5nmの範囲であることが好ましい。
また、第1フリー磁性層31aの厚さtf1は2.5〜
4.5nmの範囲であることが好ましい。なお、第1フ
リー磁性層31aの厚さtf1が3.0〜4.0nmの
範囲であることがより好ましく、さらに好ましくは3.
5〜4.0nmの範囲であることである。第1フリー磁
性層31aの厚さtf1が前記の範囲を外れると、スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率を大きくする
ことができなくなるので好ましくない。
The thickness tf of the second free magnetic layer 31c
2 is preferably in the range of 0.5 to 2.5 nm.
Further, the thickness tf1 of the first free magnetic layer 31a is 2.5 to
It is preferably in the range of 4.5 nm. Note that the thickness tf1 of the first free magnetic layer 31a is more preferably in the range of 3.0 to 4.0 nm, and still more preferably 3.0.
The range is 5 to 4.0 nm. If the thickness tf1 of the first free magnetic layer 31a is out of the above range, the rate of change in magnetoresistance of the spin-valve thin-film magnetic element cannot be increased, which is not preferable.

【0341】図20では、単位面積あたりの磁気モーメ
ントが異なる第1フリー磁性層31aと第2フリー磁性
層31cが、非磁性中間層31bを介して積層されたも
のが、一つのフリー磁性層31として機能する。
In FIG. 20, one free magnetic layer 31 has a structure in which a first free magnetic layer 31a and a second free magnetic layer 31c having different magnetic moments per unit area are laminated via a nonmagnetic intermediate layer 31b. Function as

【0342】第1フリー磁性層31aと第2フリー磁性
層31cの磁化方向は180度異なる反平行のフェリ磁
性状態になっている。このとき、単位面積あたりの磁気
モーメントが大きい方、例えば、前記第1フリー磁性層
31aの磁化方向が、縦バイアス層41,41から発生
する磁界の方向に向き、第2フリー磁性層31cの磁化
方向が、180度反対方向に向いた状態になる。
The magnetization directions of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are in antiparallel ferrimagnetic states different by 180 degrees. At this time, the direction in which the magnetic moment per unit area is larger, for example, the magnetization direction of the first free magnetic layer 31a is directed to the direction of the magnetic field generated from the longitudinal bias layers 41, 41, and the magnetization of the second free magnetic layer 31c The direction is turned to the opposite direction by 180 degrees.

【0343】第1フリー磁性層31aと第2フリー磁性
層31cの磁化方向が180度異なる反平行のフェリ磁
性状態になると、フリー磁性層31の膜厚を薄くするこ
とと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリ
ー磁性層31の磁化が変動しやすくなって、磁気抵抗効
果素子の磁界検出感度が向上する。
When the magnetization directions of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c are in the antiparallel ferrimagnetic state in which the magnetization directions are different by 180 degrees, the same effect as reducing the thickness of the free magnetic layer 31 can be obtained. As a result, the saturation magnetization decreases, the magnetization of the free magnetic layer 31 tends to fluctuate, and the magnetic field detection sensitivity of the magnetoresistance effect element improves.

【0344】第1フリー磁性層31aの単位面積あたり
の磁気モーメントと第2フリー磁性層31cの単位面積
あたりの磁気モーメントを足し合わせた合成単位面積あ
たりの磁気モーメントの方向が前記フリー磁性層31の
磁化方向となる。
The direction of the magnetic moment per unit area obtained by adding the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer 31a and the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer 31c is equal to that of the free magnetic layer 31. It becomes the magnetization direction.

【0345】ただし、固定磁性層13の磁化方向との関
係で出力に寄与するのは第1フリー磁性層31aの磁化
方向のみである。
However, only the magnetization direction of the first free magnetic layer 31a contributes to the output in relation to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13.

【0346】また、第1フリー磁性層と第2フリー磁性
層の磁気的膜厚の関係が異ならされていると、フリー磁
性層31のスピンフロップ磁界を大きくできる。
When the relationship between the magnetic film thicknesses of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is different, the spin flop magnetic field of the free magnetic layer 31 can be increased.

【0347】本実施の形態でも、薄膜磁気素子のトラッ
ク幅Twを正確に規定できる。また、第1反強磁性層1
2と縦バイアス層41,41を同じ組成の反強磁性材料
を用いて形成しても、第1反強磁性層12の交換異方性
磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、縦バイアス層4
1,41の交換異方性磁界を図示X方向に向けることが
できる。
Also in the present embodiment, the track width Tw of the thin-film magnetic element can be defined accurately. Also, the first antiferromagnetic layer 1
2 and the vertical bias layers 41, 41 are formed by using the same composition of antiferromagnetic material, while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is directed in the illustrated Y direction. Layer 4
1,41 exchange anisotropic magnetic fields can be directed in the illustrated X direction.

【0348】図20に示された薄膜磁気素子は、図18
に示された第10の実施の形態によって形成された薄膜
磁気素子が奏するその他の効果についても、図18に示
された薄膜磁気素子と同等の効果を奏することができ
る。
The thin-film magnetic element shown in FIG.
The other effects of the thin-film magnetic element formed according to the tenth embodiment shown in FIG. 18 can be the same as those of the thin-film magnetic element shown in FIG.

【0349】なお、第10及び第11の実施の形態によ
って薄膜磁気素子を形成するときに、フリー磁性層15
を、シンセティックフェリフリー型のフリー磁性層とし
て形成してもよい。
When forming the thin-film magnetic element according to the tenth and eleventh embodiments, the free magnetic layer 15
May be formed as a synthetic ferri-free type free magnetic layer.

【0350】なお、例えば図18に示された薄膜磁気素
子の電極層42,42上に、図21に示すごとくレジス
ト層53,53をたて、図22に示すごとくレジスト層
53,53ではさまれた領域を他の反強磁性層17まで
イオンミリングまたはRIEなどで削った後、レジスト
層53,53を除去すると、図23のように、縦バイア
ス層41,41のトラック両脇側の側面41b、41b
が基板11の表面11aに対して垂直な面になる。この
ため、フリー磁性層15と縦バイアス層41,41が重
なっている領域では、フリー磁性層15と縦バイアス層
41,41の交換結合の効果は一様である。すなわち、
薄膜磁気素子のトラック幅をTwを正確に規定できる。
For example, resist layers 53 are formed on the electrode layers 42 of the thin-film magnetic element shown in FIG. 18 as shown in FIG. 21 and are sandwiched between the resist layers 53 as shown in FIG. After removing the resisted regions by ion milling or RIE or the like to the other antiferromagnetic layer 17, the resist layers 53 are removed, and as shown in FIG. 41b, 41b
Is a plane perpendicular to the surface 11a of the substrate 11. Therefore, in the region where the free magnetic layer 15 and the vertical bias layers 41 overlap, the effect of exchange coupling between the free magnetic layer 15 and the vertical bias layers 41 is uniform. That is,
The track width Tw of the thin-film magnetic element can be accurately defined.

【0351】図24から図28は、本発明の第14の実
施の形態を示す断面図である。図24は、本発明の第1
の実施の形態において図1に示された多層膜、すなわち
基板11上に第1反強磁性層12、第1固定磁性層13
a、非磁性中間層13b、第2固定磁性層13cからな
るシンセティックフェリピンド型の固定磁性層13、非
磁性材料層14、フリー磁性層15、非磁性層16及び
他の反強磁性層17が積層された多層膜A上に、第2反
強磁性層である縦バイアス層18が積層された状態を示
している。
FIGS. 24 to 28 are sectional views showing a fourteenth embodiment of the present invention. FIG. 24 shows the first embodiment of the present invention.
In the embodiment, the first antiferromagnetic layer 12 and the first pinned magnetic layer 13 are formed on the multilayer film shown in FIG.
a, a synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 13 comprising a non-magnetic intermediate layer 13b and a second fixed magnetic layer 13c, a non-magnetic material layer 14, a free magnetic layer 15, a non-magnetic layer 16, and another antiferromagnetic layer 17; The vertical bias layer 18, which is the second antiferromagnetic layer, is stacked on the stacked multilayer film A.

【0352】なお、多層膜Aの形成後、縦バイアス層1
8を積層する前に、多層膜Aを第1の熱処理温度、Y方
向を向いた第1の大きさの磁界中で、第1の磁場中アニ
ールにかけ、第1反強磁性層12に交換異方性磁界を発
生させ、固定磁性層13の磁化方向を図示Y方向に固定
する。本実施の形態では、前記第1の熱処理温度を27
0℃、磁界の第1の大きさを800k(A/m)として
いる。
After the formation of the multilayer film A, the vertical bias layer 1
Before laminating the multilayer 8, the multilayer film A is annealed in a first magnetic field at a first heat treatment temperature and in a magnetic field of a first magnitude oriented in the Y direction and exchanged with the first antiferromagnetic layer 12. An isotropic magnetic field is generated to fix the magnetization direction of the pinned magnetic layer 13 in the illustrated Y direction. In this embodiment, the first heat treatment temperature is set to 27.
At 0 ° C., the first magnitude of the magnetic field is 800 k (A / m).

【0353】ここで、他の反強磁性層17の膜厚は30
Åである。他の反強磁性層17の膜厚が30Å以下であ
ると、他の反強磁性層17を磁場中アニールにかけても
不規則構造から規則構造への変態が生じず、交換異方性
磁界が発生しない。従って、多層膜Aを第1の磁場中ア
ニールにかけたときに、他の反強磁性層17には交換異
方性磁界が発生せず、フリー磁性層15の磁化方向が図
示Y方向に固定されることはない。
In this case, the thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is 30
Å. If the thickness of the other antiferromagnetic layer 17 is 30 ° or less, even if the other antiferromagnetic layer 17 is annealed in a magnetic field, transformation from an irregular structure to a regular structure does not occur, and an exchange anisotropic magnetic field is generated. do not do. Therefore, when the multilayer film A is annealed in the first magnetic field, no exchange anisotropic magnetic field is generated in the other antiferromagnetic layers 17, and the magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed in the Y direction in the drawing. Never.

【0354】多層膜Aを第1の磁場中アニールにかけた
ときに、他の反強磁性層17は、その表面から10〜2
0Å程度酸化する。そこで、多層膜Aの状態で他の反強
磁性層17の表面をイオンミリングによって20Å程削
り、酸化した部分を除去する。反強磁性層17の表面を
削った後、縦バイアス層18を成膜する。
When the multilayer film A is annealed in the first magnetic field, the other antiferromagnetic layer 17 is 10 to 2
Oxidates about 0 °. Therefore, the surface of the other antiferromagnetic layer 17 in the state of the multilayer film A is cut by about 20 ° by ion milling to remove the oxidized portion. After shaving the surface of the antiferromagnetic layer 17, a vertical bias layer 18 is formed.

【0355】次に、図25に示すごとく、縦バイアス層
18の表面に、トラック幅分より若干広い領域を覆うリ
フトオフ用のレジスト61を積層する。レジスト層61
には、その下面に切り込み部61a,61aが形成され
ている。
Next, as shown in FIG. 25, a lift-off resist 61 covering an area slightly larger than the track width is laminated on the surface of the vertical bias layer 18. Resist layer 61
Are formed with cutouts 61a, 61a on the lower surface thereof.

【0356】さらに図26に示す工程によって、縦バイ
アス層18の上層に電極層71,71を成膜する。本実
施の形態では、電極層71,71の成膜の際に使用され
るスパッタ法は、イオンビームスパッタ法、ロングスロ
ースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のい
ずれか1種以上であることが好ましい。
Further, electrode layers 71, 71 are formed on the vertical bias layer 18 by the process shown in FIG. In the present embodiment, the sputtering method used for forming the electrode layers 71 is preferably at least one of an ion beam sputtering method, a long throw sputtering method, and a collimation sputtering method.

【0357】本実施の形態では、多層膜Aの形成された
基板11を、電極層71,71の組成で形成されたター
ゲットに対し垂直方向に置き、これにより例えばイオン
ビームスパッタ法を用いることで、前記多層膜Aに対し
垂直方向から電極層71,71を成膜する。
In the present embodiment, the substrate 11 on which the multilayer film A is formed is placed in a direction perpendicular to the target formed with the composition of the electrode layers 71, 71, thereby using, for example, an ion beam sputtering method. Then, the electrode layers 71, 71 are formed in a direction perpendicular to the multilayer film A.

【0358】レジスト層61の両端部によって覆われて
いる領域は、スパッタ粒子が積層されにくい。従って、
レジスト層61の両端部によって覆われている領域付近
では、電極層71,71は膜厚が薄く形成され、電極層
71,71に傾斜面71a,71aが形成される。電極
層71,71は、例えば、Au、W、Cr、Taなどを
用いて成膜される。なお、レジスト層61上には、電極
層71,71と同じ組成の層71bが形成される。電極
層71,71を成膜した後、レジスト層61を除去する
と、図27に示す状態になる。
In a region covered by both ends of the resist layer 61, sputtered particles are less likely to be deposited. Therefore,
In the vicinity of the region covered by both ends of the resist layer 61, the electrode layers 71, 71 are formed to be thin, and the electrode layers 71, 71 are formed with inclined surfaces 71a, 71a. The electrode layers 71 are formed using, for example, Au, W, Cr, Ta, or the like. Note that, on the resist layer 61, a layer 71b having the same composition as the electrode layers 71, 71 is formed. After forming the electrode layers 71, 71, the resist layer 61 is removed to obtain a state shown in FIG.

【0359】さらに、図28に示すように、電極層7
1,71をマスクとして、縦バイアス層18の電極層7
1,71によって覆われていない部分を、イオンミリン
グまたは反応性イオンエッチング(RIE)などによっ
て、削り込むことにより凹部81を形成する。凹部81
の側面81a,81aは、電極層71,71の傾斜面7
1a,71aを含む傾斜面となっている。図28では、
凹部81の底面81bが縦バイアス層18内に位置する
ように、凹部81を形成している。
Further, as shown in FIG.
The electrode layer 7 of the vertical bias layer 18 is
The recesses 81 are formed by shaving off portions not covered by the components 1 and 71 by ion milling or reactive ion etching (RIE). Recess 81
Side surfaces 81a, 81a are inclined surfaces 7 of the electrode layers 71, 71.
It is an inclined surface including 1a and 71a. In FIG. 28,
The concave portion 81 is formed such that the bottom surface 81b of the concave portion 81 is located in the vertical bias layer 18.

【0360】このとき、凹部81の底面81bの下部に
位置する縦バイアス層18の領域と他の反強磁性層17
の厚さの合計t9を0より大きく30Å以下にする。
At this time, the region of the vertical bias layer 18 located below the bottom surface 81b of the concave portion 81 and the other antiferromagnetic layer 17
Is made greater than 0 and less than or equal to 30 °.

【0361】凹部81形成後、電極層71,71まで形
成された多層膜B4を、第2の熱処理温度、X方向を向
いた第2の大きさの磁界中で、第2の磁場中アニールを
行い、縦バイアス層18に交換異方性磁界を発生させ、
フリー磁性層15の磁化方向を図示X方向に固定する。
本実施の形態では、前記第2の熱処理温度を250℃、
磁界の第2の大きさを24k(A/m)としている。
After the formation of the concave portion 81, the multilayer film B4 formed up to the electrode layers 71, 71 is annealed in a second magnetic field at a second heat treatment temperature and a second magnetic field oriented in the X direction. Then, an exchange anisotropic magnetic field is generated in the longitudinal bias layer 18,
The magnetization direction of the free magnetic layer 15 is fixed in the illustrated X direction.
In this embodiment, the second heat treatment temperature is set to 250 ° C.
The second magnitude of the magnetic field is 24 k (A / m).

【0362】本実施の形態では、凹部81の底面81b
の幅寸法がトラック幅Twを規定する。凹部81の底面
81bの幅寸法は、図25に示した工程において、レジ
スト61の寸法を調節すること及び図28の工程におい
て凹部81の深さ寸法を調節することにより規定するこ
とができる。
In the present embodiment, the bottom surface 81b of the concave portion 81
Defines the track width Tw. The width of the bottom surface 81b of the concave portion 81 can be defined by adjusting the size of the resist 61 in the step shown in FIG. 25 and adjusting the depth of the concave portion 81 in the step of FIG.

【0363】なお、図28に示した工程において、凹部
81の底面81bが他の反強磁性層17内に位置するよ
うに凹部81を形成してもよい。または、凹部81の底
面81bが非磁性層16内に位置するように凹部81を
形成してもよい。
In the step shown in FIG. 28, the concave portion 81 may be formed such that the bottom surface 81b of the concave portion 81 is located in another antiferromagnetic layer 17. Alternatively, the concave portion 81 may be formed such that the bottom surface 81b of the concave portion 81 is located in the nonmagnetic layer 16.

【0364】また、図24の工程において、多層膜Aの
代わりに図8及び図9に示された多層膜A1上に縦バイ
アス層18を積層してもよい。あるいは、多層膜Aの代
わりに図10に示された多層膜A2、図12に示された
多層膜A3、図13に示された多層膜A4のいずれか上
に縦バイアス層18を積層してもよい。これらの場合に
おいて、凹部81の底面81bは、縦バイアス層18
内、他の反強磁性層17内、非磁性層16内のいずれか
に位置するようにできる。
In the step of FIG. 24, the vertical bias layer 18 may be laminated on the multilayer film A1 shown in FIGS. 8 and 9 instead of the multilayer film A. Alternatively, instead of the multilayer film A, the vertical bias layer 18 is laminated on one of the multilayer film A2 shown in FIG. 10, the multilayer film A3 shown in FIG. 12, and the multilayer film A4 shown in FIG. Is also good. In these cases, the bottom surface 81b of the concave portion 81 is
Inside, in another antiferromagnetic layer 17, or in the nonmagnetic layer 16.

【0365】なお、第1から第14の実施の形態におい
て、固定磁性層13を単層の強磁性材料層として形成し
てもよい。
In the first to fourteenth embodiments, the fixed magnetic layer 13 may be formed as a single ferromagnetic material layer.

【0366】また、図12または図20に示された薄膜
磁気素子の製造方法でも、第1フリー磁性層31a及び
第2フリー磁性層31cの少なくとも一方を、組成式が
CoFeNiで示され、Feの組成比は9原子%以上で
17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子%以上で
10原子%以下で、残りの組成はCoである組成を有す
る磁性材料で形成することが好ましい。
In the method of manufacturing the thin-film magnetic element shown in FIG. 12 or FIG. 20, at least one of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c has a composition formula of CoFeNi, Preferably, the composition ratio is 9 atomic% or more and 17 atomic% or less, the Ni composition ratio is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less, and the remaining composition is a magnetic material having a composition of Co. .

【0367】これにより、第1フリー磁性層31aと第
2フリー磁性層31c間で発生するRKKY相互作用に
おける交換結合磁界を強くすることができる。具体的に
は、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフ
ロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで大
きくすることができる。
Thus, the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c can be increased. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m).

【0368】また上記した組成範囲内であると、第1フ
リー磁性層31a、及び第2フリー磁性層31cの磁歪
を−3×10-6から3×10-6の範囲内に収めることが
でき、また保磁力を790(A/m)以下に小さくでき
る。
When the composition is within the above range, the magnetostriction of the first free magnetic layer 31a and the second free magnetic layer 31c can be kept within the range of -3 × 10 -6 to 3 × 10 -6. Further, the coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less.

【0369】さらに、フリー磁性層31の軟磁気特性の
向上、非磁性材料層14間でのNiの拡散による抵抗変
化量(ΔR)や抵抗変化率(ΔR/R)の低減の抑制を
適切に図ることが可能である。
Further, it is possible to appropriately improve the soft magnetic properties of the free magnetic layer 31 and suppress the reduction of the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) due to the diffusion of Ni between the nonmagnetic material layers 14. It is possible to plan.

【0370】また、第1フリー磁性層31aと非磁性材
料層14との間に、CoFe合金やCo合金で形成され
る中間層91が設けられてもよい。
An intermediate layer 91 made of a CoFe alloy or a Co alloy may be provided between the first free magnetic layer 31a and the nonmagnetic material layer.

【0371】中間層91が設けられる場合には、前記C
oFeNi合金のFeの組成比を7原子%以上で15原
子%以下で、Niの組成比を5原子%以上で15原子%
以下で、残り組成比をCoとすることが好ましい。
When the intermediate layer 91 is provided, the above C
The composition ratio of Fe in the oFeNi alloy is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the Ni composition ratio is 5 atomic% or more and 15 atomic%.
Hereinafter, it is preferable that the remaining composition ratio be Co.

【0372】また、図5から図9、図13,図18,及
び図19に示された薄膜磁気素子の製造方法において、
フリー磁性層15をシンセティックフェリフリー型のフ
リー磁性層として形成し、第1フリー磁性層及び第2フ
リー磁性層の少なくとも一方を、組成式がCoFeNi
で示され、Feの組成比は9原子%以上で17原子%以
下で、Niの組成比は0.5原子%以上で10原子%以
下で、残りの組成はCoである磁性材料で形成してもよ
い。
In the method of manufacturing the thin-film magnetic element shown in FIGS. 5 to 9, FIGS. 13, 18, and 19,
The free magnetic layer 15 is formed as a synthetic ferri-free type free magnetic layer, and at least one of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer has a composition formula of CoFeNi.
The composition ratio of Fe is 9 atomic% or more and 17 atomic% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less, and the remaining composition is formed of a magnetic material of Co. You may.

【0373】また、第1フリー磁性層と非磁性材料層1
4との間に、CoFe合金やCo合金で形成される中間
層が設けられる場合には、前記CoFeNi合金のFe
の組成比を7原子%以上で15原子%以下で、Niの組
成比を5原子%以上で15原子%以下で、残り組成比を
Coとすることが好ましい。
In addition, the first free magnetic layer and the non-magnetic material layer 1
4, an intermediate layer formed of a CoFe alloy or a Co alloy is provided.
It is preferable that the composition ratio is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, the Ni composition ratio is 5 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the remaining composition ratio is Co.

【0374】図5から図13、及び図18から図20に
示された薄膜磁気素子、並びに図28に示された薄膜磁
気素子を用いて磁気ヘッドを構成するときには、基板1
1と第2反強磁性層12の間に、アルミナなどの絶縁性
材料からなる下地層、この下地層上に積層される磁性合
金からなる下部シールド層、及びこの下部シールド上に
積層される絶縁性材料からなる下部ギャップ層が形成さ
れる。薄膜磁気素子は前記下部ギャップ層上に積層され
る。また、この薄膜磁気素子上には、絶縁性材料からな
る上部ギャップ層、及びこの上部ギャップ層上に積層さ
れる磁性合金からなる上部シールド層が形成される。ま
た、前記上部シールド層上に書き込み用のインダクティ
ブ素子が積層されてもよい。
When forming a magnetic head using the thin-film magnetic elements shown in FIGS. 5 to 13 and FIGS. 18 to 20, and the thin-film magnetic element shown in FIG.
An underlying layer made of an insulating material such as alumina, a lower shield layer made of a magnetic alloy laminated on the underlying layer, and an insulating layer laminated on the lower shield between the first and second antiferromagnetic layers 12; A lower gap layer made of a conductive material is formed. A thin film magnetic element is stacked on the lower gap layer. On this thin-film magnetic element, an upper gap layer made of an insulating material and an upper shield layer made of a magnetic alloy laminated on the upper gap layer are formed. Further, an inductive element for writing may be laminated on the upper shield layer.

【0375】[0375]

【発明の効果】本発明では、前記第1反強磁性層及び前
記固定磁性層を含む前記多層膜上に第2反強磁性層を積
層しない状態で、前記多層膜を第1の磁場中アニールに
かけ、前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固定す
る。その後、前記多層膜上に第2反強磁性層を積層する
ので、成膜直後の前記第2反強磁性層には交換異方性磁
界が発生していない。
According to the present invention, the multilayer film is annealed in a first magnetic field without laminating a second antiferromagnetic layer on the multilayer film including the first antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer. To fix the magnetization direction of the fixed magnetic layer to a predetermined direction. Thereafter, since the second antiferromagnetic layer is laminated on the multilayer film, no exchange anisotropic magnetic field is generated in the second antiferromagnetic layer immediately after the formation.

【0376】前記第2反強磁性層の交換異方性磁界は、
第2の磁場中アニールにおいて始めて生じるので、前記
フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に移動させること
が容易になる。従って、第2の熱処理温度を、第1反強
磁性層が交換結合磁界を失うブロッキング温度より低い
温度に設定することや、第2の磁界の大きさを第1反強
磁性層の交換異方性磁界より小さくすることにより、前
記フリー磁性層の磁化方向を、前記固定磁性層の磁化方
向と直交する方向に固定することが容易になる。
The exchange anisotropic magnetic field of the second antiferromagnetic layer is:
Since this occurs for the first time in the annealing in the second magnetic field, it becomes easy to move the magnetization direction of the free magnetic layer in a predetermined direction. Therefore, the second heat treatment temperature is set to a temperature lower than the blocking temperature at which the first antiferromagnetic layer loses the exchange coupling magnetic field, and the magnitude of the second magnetic field is changed to the exchange anisotropy of the first antiferromagnetic layer. By making the magnetization direction smaller than the neutral magnetic field, it becomes easy to fix the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer.

【0377】特に、前記第1反強磁性層と前記第2反強
磁性層を同一の反強磁性材料によって形成する場合で
も、前記フリー磁性層の磁化方向を、前記固定磁性層の
磁化方向と直交する方向に容易に固定することができ
る。
In particular, even when the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are formed of the same antiferromagnetic material, the magnetization direction of the free magnetic layer is the same as the magnetization direction of the fixed magnetic layer. It can be easily fixed in the orthogonal direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態である薄膜磁気素
子の製造方法の一工程を示す断面図、
FIG. 1 is a sectional view showing one step of a method for manufacturing a thin-film magnetic element according to a first embodiment of the present invention;

【図2】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法における、
図1の次工程を示す断面図、
FIG. 2 shows a method for manufacturing a thin-film magnetic element according to the present invention.
Sectional view showing a step subsequent to FIG. 1;

【図3】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法における、
図2の次工程を示す断面図、
FIG. 3 shows a method of manufacturing a thin film magnetic element according to the present invention.
Sectional view showing a step subsequent to FIG. 2;

【図4】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法における、
図3の次工程を示す断面図、
FIG. 4 shows a method of manufacturing a thin-film magnetic element according to the present invention.
Sectional view showing a step subsequent to FIG. 3;

【図5】 本発明の第1の実施の形態によって形成され
た薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 5 is a sectional view of the thin-film magnetic element formed according to the first embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side;

【図6】 本発明の第2の実施の形態によって形成され
た薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 6 is a cross-sectional view of a thin-film magnetic element formed according to a second embodiment of the present invention, viewed from the ABS side;

【図7】 本発明の第3の実施の形態によって形成され
た薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 7 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to a third embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side;

【図8】 本発明の第4の実施の形態によって形成され
た薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 8 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to a fourth embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side;

【図9】 本発明の第5の実施の形態によって形成され
た薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 9 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to a fifth embodiment of the present invention, viewed from the ABS side;

【図10】 本発明の第6の実施の形態によって形成さ
れた薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 10 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to a sixth embodiment of the present invention, viewed from the ABS side;

【図11】 本発明の第7の実施の形態によって形成さ
れた薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 11 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to a seventh embodiment of the present invention, viewed from the ABS side;

【図12】 本発明の第8の実施の形態によって形成さ
れた薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 12 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to an eighth embodiment of the present invention, viewed from the ABS side.

【図13】 本発明の第9の実施の形態によって形成さ
れた薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 13 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to a ninth embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side;

【図14】 本発明の第10の実施の形態である薄膜磁
気素子の製造方法の一工程を示す断面図、
FIG. 14 is a sectional view showing one step of a method of manufacturing a thin-film magnetic element according to a tenth embodiment of the present invention;

【図15】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図14の次工程を示す断面図、
FIG. 15 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 14 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図16】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図15の次工程を示す断面図、
FIG. 16 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 15 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図17】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図16の次工程を示す断面図、
FIG. 17 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 16 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図18】 本発明の第10の実施の形態によって形成
された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 18 is a sectional view of the thin-film magnetic element formed according to the tenth embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side;

【図19】 本発明の第11の実施の形態によって形成
された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 19 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to an eleventh embodiment of the present invention, viewed from the ABS side.

【図20】 本発明の第12の実施の形態によって形成
された薄膜磁気素子をABS面側から見た断面図、
FIG. 20 is a sectional view of a thin-film magnetic element formed according to a twelfth embodiment of the present invention, viewed from the ABS side;

【図21】 本発明の第13の実施の形態である薄膜磁
気素子の製造方法の一工程を示す断面図、
FIG. 21 is a sectional view showing one step of a method of manufacturing a thin-film magnetic element according to a thirteenth embodiment of the present invention;

【図22】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図21の次工程を示す断面図、
FIG. 22 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 21 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図23】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図22の次工程を示す断面図、
FIG. 23 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 22 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図24】 本発明の第14の実施の形態である薄膜磁
気素子の製造方法の一工程を示す断面図、
FIG. 24 is a sectional view showing one step of a method of manufacturing a thin-film magnetic element according to a fourteenth embodiment of the present invention;

【図25】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図24の次工程を示す断面図、
FIG. 25 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 24 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図26】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図25の次工程を示す断面図、
FIG. 26 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 25 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図27】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図26の次工程を示す断面図、
FIG. 27 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 26 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図28】 本発明の薄膜磁気素子の製造方法におけ
る、図27の次工程を示す断面図、
FIG. 28 is a sectional view showing a step subsequent to FIG. 27 in the method for manufacturing a thin-film magnetic element of the present invention;

【図29】 シンセティックフェリフリー型のフリー磁
性層のヒステリシスループの概念図、
FIG. 29 is a conceptual diagram of a hysteresis loop of a synthetic ferrifree type free magnetic layer,

【図30】 バックド層によるスピンフィルター効果を
説明するための模式説明図、
FIG. 30 is a schematic explanatory view for explaining a spin filter effect by a backed layer,

【図31】 バックド層によるスピンフィルター効果を
説明するための模式説明図、
FIG. 31 is a schematic explanatory view for explaining a spin filter effect by a backed layer,

【図32】 鏡面反射層による鏡面反射効果を説明する
ための模式説明図、
FIG. 32 is a schematic explanatory view for explaining a specular reflection effect by a specular reflection layer,

【図33】 鏡面反射層による鏡面反射効果を説明する
ための模式説明図、
FIG. 33 is a schematic explanatory view for explaining a specular reflection effect by a specular reflection layer,

【図34】 従来の薄膜磁気素子の断面図、FIG. 34 is a cross-sectional view of a conventional thin film magnetic element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 第1反強磁性層 13 固定磁性層 13a 第1固定磁性層 13b 非磁性中間層 13c 第2固定磁性層 14 非磁性材料層 15、31 フリー磁性層 16 非磁性層 31a 第1フリー磁性層 31b 非磁性中間層 31c 第2フリー磁性層 17 他の反強磁性層 18、41 縦バイアス層 19、42 電極層 Reference Signs List 11 substrate 12 first antiferromagnetic layer 13 fixed magnetic layer 13a first fixed magnetic layer 13b nonmagnetic intermediate layer 13c second fixed magnetic layer 14 nonmagnetic material layer 15, 31 free magnetic layer 16 nonmagnetic layer 31a first free magnetism Layer 31b Non-magnetic intermediate layer 31c Second free magnetic layer 17 Other antiferromagnetic layers 18, 41 Vertical bias layer 19, 42 Electrode layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 41/14 H01F 41/14 H01L 43/12 H01L 43/12 (72)発明者 栗山 年弘 東京都大田区雪谷大塚1番7号 アルプス 電気株式会社社内 (72)発明者 梅津 英治 東京都大田区雪谷大塚1番7号 アルプス 電気株式会社社内 (72)発明者 田中 健一 東京都大田区雪谷大塚1番7号 アルプス 電気株式会社社内 (72)発明者 井出 洋介 東京都大田区雪谷大塚1番7号 アルプス 電気株式会社社内 Fターム(参考) 5D034 BA04 CA04 CA08 DA07 5E049 AA04 AC05 BA16 BA25 FC06 FC08 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01F 41/14 H01F 41/14 H01L 43/12 H01L 43/12 (72) Inventor Toshihiro Kuriyama Ota, Tokyo 1-7 Yukitani-Otsuka-ku Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Eiji Umezu 1-7 Yukitani-Otsuka, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Ken-ichi Tanaka 1-7 Yukitani-Otsuka, Ota-ku, Tokyo No. Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yosuke Ide 1-7 Yukitani Otsuka, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. F-term (reference) 5D034 BA04 CA04 CA08 DA07 5E049 AA04 AC05 BA16 BA25 FC06 FC08

Claims (33)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)基板上に第1反強磁性層、固定磁
性層、非磁性材料層、フリー磁性層を有する多層膜を成
膜する工程と、(b)前記多層膜を、第1の熱処理温
度、第1の大きさの磁界中で、磁場中アニールして前記
固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、
(c)前記多層膜上に第2反強磁性層を成膜する工程
と、(d)前記第2反強磁性層が積層された多層膜を、
第2の熱処理温度、第2の大きさの磁界中で磁場中アニ
ールすることにより、前記フリー磁性層の磁化方向を前
記固定磁性層の磁化方向と直交する方向に固定する工
程、 を有することを特徴とする薄膜磁気素子の製造方法。
(A) forming a multilayer film having a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer on a substrate; and (b) forming the multilayer film on a substrate. Annealing at a heat treatment temperature of 1 in a magnetic field of a first magnitude to fix the magnetization direction of the fixed magnetic layer in a predetermined direction by annealing in a magnetic field;
(C) forming a second antiferromagnetic layer on the multilayer film; and (d) forming a multilayer film on which the second antiferromagnetic layer is laminated.
Fixing the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer by annealing in a magnetic field at a second heat treatment temperature and a second magnitude magnetic field. A method of manufacturing a thin film magnetic element.
【請求項2】 前記(d)の工程において、第2の熱処
理温度を第1反強磁性層のブロッキング温度より低い温
度に設定する請求項1に記載の薄膜磁気素子の製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein in the step (d), the second heat treatment temperature is set to a temperature lower than a blocking temperature of the first antiferromagnetic layer.
【請求項3】 前記(d)の工程において、第2の磁界
の大きさを第1反強磁性層の交換異方性磁界より小さく
する請求項1または2に記載の薄膜磁気素子の製造方
法。
3. The method according to claim 1, wherein in the step (d), the magnitude of the second magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer. .
【請求項4】 前記(a)の工程において、前記多層膜
の最上層に他の反強磁性層を積層する工程を有する請求
項1ないし3のいずれかに記載の薄膜磁気素子の製造方
法。
4. The method of manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 1, wherein in the step (a), a step of laminating another antiferromagnetic layer on the uppermost layer of the multilayer film is performed.
【請求項5】 前記他の反強磁性層が、伝導電子の平均
自由行程を鏡面反射効果により延長する鏡面反射層であ
る請求項4に記載の薄膜磁気素子の製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein the other antiferromagnetic layer is a specular reflection layer that extends a mean free path of conduction electrons by a specular reflection effect.
【請求項6】 前記鏡面反射層を伝導電子のスピン状態
を保存する鏡面反射を生じる確率の高いエネルギーギャ
ップを形成可能な材料で構成する請求項5に記載の薄膜
磁気素子の製造方法。
6. The method of manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 5, wherein the specular reflection layer is made of a material capable of forming an energy gap having a high probability of causing specular reflection for preserving the spin state of conduction electrons.
【請求項7】 前記鏡面反射層を半金属ホイッスラー合
金によって構成する請求項6に記載の薄膜磁気素子の製
造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the specular reflection layer is made of a semi-metallic Heusler alloy.
【請求項8】 前記半金属ホイッスラー合金を、NiM
nSb,PtMnSbのいづれか一つ以上の単層膜また
は多層膜によって構成する請求項7に記載の薄膜磁気素
子の製造方法。
8. The metallurgical whistler alloy is made of NiM
8. The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 7, wherein the thin-film magnetic element is constituted by at least one of a single layer film and a multilayer film of nSb and PtMnSb.
【請求項9】 前記他の反強磁性層の厚さを0より大き
く30Å以下とする請求項4ないし8のいずれかに記載
の薄膜磁気素子の製造方法。
9. The method of manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 4, wherein the thickness of the other antiferromagnetic layer is greater than 0 and equal to or less than 30 °.
【請求項10】 前記他の反強磁性層の厚さを10Å以
上30Å以下とする請求項9に記載の薄膜磁気素子の製
造方法。
10. The method of manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 9, wherein the thickness of said another antiferromagnetic layer is 10 ° or more and 30 ° or less.
【請求項11】 前記フリー磁性層の膜厚を、15〜4
5Åの範囲に設定する請求項1ないし10のいずれかに
記載の薄膜磁気素子の製造方法。
11. The film thickness of the free magnetic layer is 15 to 4
The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to any one of claims 1 to 10, wherein the angle is set within a range of 5 °.
【請求項12】 前記(a)の工程において、前記フリ
ー磁性層の上面または下面のうち、前記非磁性材料層か
ら離れた方の面に接して、非磁性層を積層する請求項1
ないし11のいずれかに記載の薄膜磁気素子の製造方
法。
12. The method according to claim 1, wherein, in the step (a), a nonmagnetic layer is stacked in contact with a surface of the free magnetic layer that is farther from the nonmagnetic material layer than the upper surface or the lower surface.
12. The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to any one of claims 11 to 11.
【請求項13】 前記第2反強磁性層とのRKKY結合
により前記フリー磁性層の磁化方向が前記固定磁性層の
磁化方向と交叉する方向へ向けられる請求項12に記載
の薄膜磁気素子の製造方法。
13. The manufacturing of the thin-film magnetic element according to claim 12, wherein the magnetization direction of the free magnetic layer is directed in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer by RKKY coupling with the second antiferromagnetic layer. Method.
【請求項14】 前記非磁性層を導電性材料によって形
成する請求項12または13に記載の薄膜磁気素子の製
造方法。
14. The method according to claim 12, wherein the nonmagnetic layer is formed of a conductive material.
【請求項15】 前記非磁性層をRu,Cu,Ag,A
uのうち1種または2種以上の元素を用いて形成する請
求項12ないし14のいずれかに記載の薄膜磁気素子の
製造方法。
15. The non-magnetic layer is made of Ru, Cu, Ag, A
The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 12, wherein the thin film magnetic element is formed using one or more elements of u.
【請求項16】 前記非磁性層をRuによって形成し、
膜厚を8〜11Åとする請求項15に記載の薄膜磁気素
子の製造方法。
16. The non-magnetic layer is formed of Ru,
The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 15, wherein the thickness is 8 to 11 °.
【請求項17】 前記(a)の工程において、前記多層
膜を基板側から第1反強磁性層、固定磁性層、非磁性材
料層、フリー磁性層の順に積層したものとして形成し、
前記(c)の工程において、下面に切り込み部が形成さ
れたリフトオフ用のレジスト層を前記フリー磁性層上に
形成し、 前記多層膜上に前記第2反強磁性層を成膜した後、前記
レジスト層を多層膜上から除去する請求項1ないし16
のいずれかに記載の薄膜磁気素子の製造方法。
17. In the step (a), the multilayer film is formed by stacking a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer in this order from the substrate side,
In the step (c), a lift-off resist layer having a cutout formed on the lower surface is formed on the free magnetic layer, and after the second antiferromagnetic layer is formed on the multilayer film, 17. The method according to claim 1, wherein the resist layer is removed from the multilayer film.
The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to any one of the above.
【請求項18】 前記第2反強磁性層を成膜した後、第
2反強磁性層の上層に、トラック幅の間隔をあけて一対
のレジストを積層し、前記第2反強磁性層の前記レジス
トによって挟まれた部位を基板表面に対して垂直方向に
削り込み除去する請求項17に記載の薄膜磁気素子の製
造方法。
18. After the second antiferromagnetic layer is formed, a pair of resists is stacked on the second antiferromagnetic layer at intervals of a track width, and a pair of resists is stacked on the second antiferromagnetic layer. The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 17, wherein a portion sandwiched by the resist is shaved and removed in a direction perpendicular to a substrate surface.
【請求項19】 前記(c)の工程において、前記多層
膜上に前記第2反強磁性層を成膜した後、トラック幅の
間隔をあけて一対のレジストを積層し、前記第2反強磁
性層の前記レジストによって挟まれた部位を基板表面に
対して垂直方向に削り込むことにより凹部を形成する請
求項1ないし16のいずれかに記載の薄膜磁気素子の製
造方法。
19. In the step (c), after forming the second antiferromagnetic layer on the multilayer film, a pair of resists are laminated at intervals of a track width to form the second antiferromagnetic layer. 17. The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 1, wherein a concave portion is formed by shaving a portion of the magnetic layer sandwiched by the resist in a direction perpendicular to a substrate surface.
【請求項20】 前記凹部の底面が前記第2反強磁性層
内に位置するように、前記凹部を形成する請求項19に
記載の薄膜磁気素子の製造方法。
20. The method according to claim 19, wherein the recess is formed such that a bottom surface of the recess is located in the second antiferromagnetic layer.
【請求項21】 前記凹部の底面の下部に位置する前記
第2反強磁性層の領域の厚さ、または前記凹部の底面の
下部に位置する前記第2反強磁性層の領域と前記他の反
強磁性層の領域の合計の厚さを0より大きく30Å以下
にする請求項20に記載の薄膜磁気素子の製造方法。
21. The thickness of the region of the second antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the concave portion, or the thickness of the region of the second antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the concave portion and the other region. 21. The method of manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 20, wherein the total thickness of the regions of the antiferromagnetic layer is set to be larger than 0 and equal to or smaller than 30 degrees.
【請求項22】 前記多層膜の最上層に他の反強磁性層
を形成し、前記凹部の底面が前記他の反強磁性層内に位
置するように前記凹部を形成する請求項19に記載の薄
膜磁気素子の製造方法。
22. The method according to claim 19, wherein another antiferromagnetic layer is formed on the uppermost layer of the multilayer film, and the concave portion is formed such that a bottom surface of the concave portion is located in the other antiferromagnetic layer. Method for manufacturing a thin film magnetic element.
【請求項23】 前記凹部の底面の下部に位置する前記
他の反強磁性層の領域の厚さを0より大きく30Å以下
にする請求項22に記載の薄膜磁気素子の製造方法。
23. The method of manufacturing a thin film magnetic element according to claim 22, wherein the thickness of the region of the other antiferromagnetic layer located below the bottom surface of the concave portion is set to be larger than 0 and equal to or smaller than 30 °.
【請求項24】 前記(a)の工程において、前記フリ
ー磁性層の上面または下面のうち、前記非磁性材料層か
ら離れた方の面に接して、非磁性層を積層し、前記凹部
の底面が前記非磁性層内に位置するように前記凹部を形
成する請求項19に記載の薄膜磁気素子の製造方法。
24. In the step (a), a nonmagnetic layer is laminated on the upper or lower surface of the free magnetic layer in contact with a surface remote from the nonmagnetic material layer, and a bottom surface of the concave portion is formed. 20. The method according to claim 19, wherein the concave portion is formed such that the concave portion is located in the nonmagnetic layer.
【請求項25】 前記(a)の工程において、前記固定
磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが
異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を介して積
層することによって形成する請求項1ないし24のいず
れかに記載の薄膜磁気素子の製造方法。
25. In the step (a), the fixed magnetic layer is formed by laminating a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area via a non-magnetic intermediate layer. A method for manufacturing a thin-film magnetic element according to any one of claims 1 to 24.
【請求項26】 前記(a)の工程において、前記フリ
ー磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ
が異なる複数の強磁性材料層を非磁性中間層を介して積
層することによって形成する請求項1ないし25のいず
れかに記載の薄膜磁気素子の製造方法。
26. In the step (a), the free magnetic layer is formed by laminating a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area via a nonmagnetic intermediate layer. A method for manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 1.
【請求項27】 前記非磁性中間層を、Ru、Rh、I
r、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合
金で形成する請求項25または26に記載の薄膜磁気素
子の製造方法。
27. The non-magnetic intermediate layer is made of Ru, Rh, I
27. The method of manufacturing a thin-film magnetic element according to claim 25, wherein the thin-film magnetic element is formed of one or more alloys of r, Cr, Re, and Cu.
【請求項28】 前記複数の強磁性材料層の少なくとも
一層を、以下の組成を有する磁性材料で形成する請求項
26または27に記載の薄膜磁気素子の製造方法。組成
式がCoFeNiで示され、Feの組成比は9原子%以
上で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子%以
上で10原子%以下で、残りの組成比はCoである。
28. The method according to claim 26, wherein at least one of the plurality of ferromagnetic material layers is formed of a magnetic material having the following composition. The composition formula is represented by CoFeNi, wherein the composition ratio of Fe is 9 atom% or more and 17 atom% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atom% or more and 10 atom% or less, and the remaining composition ratio is Co. .
【請求項29】 前記非磁性材料層に最も近い位置に積
層された前記強磁性材料層と前記非磁性材料層と間にC
oFe合金あるいはCoからなる中間層を形成する請求
項26または27に記載の薄膜磁気素子の製造方法。
29. A structure in which C is present between the ferromagnetic material layer and the non-magnetic material layer stacked closest to the non-magnetic material layer.
28. The method of manufacturing a thin film magnetic element according to claim 26, wherein an intermediate layer made of an oFe alloy or Co is formed.
【請求項30】 前記複数の強磁性材料層の少なくとも
一層を、以下の組成を有する磁性材料で形成する請求項
29記載の薄膜磁気素子の製造方法。組成式がCoFe
Niで示され、Feの組成比は7原子%以上で15原子
%以下で、Niの組成比は5原子%以上で15原子%以
下で、残りの組成比はCoである。
30. The method according to claim 29, wherein at least one of the plurality of ferromagnetic material layers is formed of a magnetic material having the following composition. The composition formula is CoFe
Indicated by Ni, the composition ratio of Fe is not less than 7 atomic% and not more than 15 atomic%, the composition ratio of Ni is not less than 5 atomic% and not more than 15 atomic%, and the remaining composition ratio is Co.
【請求項31】 前記複数の強磁性材料層の全ての層を
前記CoFeNiで形成する請求項28または30に記
載の薄膜磁気素子の製造方法。
31. The method according to claim 28, wherein all of the plurality of ferromagnetic material layers are formed of the CoFeNi.
【請求項32】 前記第1反強磁性層と前記第2反強磁
性層を、同じ組成の反強磁性材料を用いて形成する請求
項1ないし31のいずれかに記載の薄膜磁気素子の製造
方法。
32. The thin-film magnetic element according to claim 1, wherein the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are formed using antiferromagnetic materials having the same composition. Method.
【請求項33】 前記第1反強磁性層及び/又は前記第
2の反強磁性層を、PtMn合金、または、X―Mn
(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,
Feのいずれか1種または2種以上の元素である)合金
で、あるいはPt―Mn―X′(ただしX′は、Pd,
Ir,Rh,Ru,Au,Ag,Os,Cr,Ni,A
r,Ne,Xe,Krのいずれか1種または2種以上の
元素である)合金で形成する請求項1ないし32のいず
れかに記載の薄膜磁気素子の製造方法。
33. The first antiferromagnetic layer and / or the first
2 is made of a PtMn alloy or X-Mn
(However, X is Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni,
Fe or an alloy of Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd,
Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, A
33. The method for manufacturing a thin-film magnetic element according to any one of claims 1 to 32, wherein the thin-film magnetic element is formed of an alloy (which is one or more of r, Ne, Xe, and Kr).
JP2001125596A 2000-11-01 2001-04-24 Method for manufacturing thin film magnetic element Expired - Fee Related JP3839684B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001125596A JP3839684B2 (en) 2000-11-01 2001-04-24 Method for manufacturing thin film magnetic element
US09/997,910 US6764778B2 (en) 2000-11-01 2001-10-31 Thin film magnetic element with accurately controllable track width and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000-334268 2000-11-01
JP2000334268 2000-11-01
JP2001125596A JP3839684B2 (en) 2000-11-01 2001-04-24 Method for manufacturing thin film magnetic element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002204009A true JP2002204009A (en) 2002-07-19
JP3839684B2 JP3839684B2 (en) 2006-11-01

Family

ID=26603256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001125596A Expired - Fee Related JP3839684B2 (en) 2000-11-01 2001-04-24 Method for manufacturing thin film magnetic element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3839684B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012503882A (en) * 2008-09-24 2012-02-09 クゥアルコム・インコーポレイテッド Reducing spin pumping-induced attenuation of free layers of memory devices
US9685177B2 (en) * 2015-07-08 2017-06-20 Seagate Technology Llc Sensor stabilization in a multiple sensor magnetic reproducing device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012503882A (en) * 2008-09-24 2012-02-09 クゥアルコム・インコーポレイテッド Reducing spin pumping-induced attenuation of free layers of memory devices
US9929211B2 (en) 2008-09-24 2018-03-27 Qualcomm Incorporated Reducing spin pumping induced damping of a free layer of a memory device
US9685177B2 (en) * 2015-07-08 2017-06-20 Seagate Technology Llc Sensor stabilization in a multiple sensor magnetic reproducing device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3839684B2 (en) 2006-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7365949B2 (en) CPP giant magnetoresistive head including pinned magnetic layer that extends in the height direction
US7800867B2 (en) CPP GMR head with antiferromagnetic layer disposed at rear of ferrimagnetic pinned layer
US6714388B2 (en) Magnetic sensing element having improved magnetic sensitivity
US6764778B2 (en) Thin film magnetic element with accurately controllable track width and method of manufacturing the same
JP2001358380A (en) Spin-valve thin-film magnetic element and thin-film magnetic head provided with the element
JP2001216612A (en) Spin valve type thin film magnetic element and thin film magnetic head provided with the same
JP3657487B2 (en) Spin valve thin film magnetic element, manufacturing method thereof, and thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element
JP2003318460A (en) Magnetic detection element and its producing method
JP3908554B2 (en) Method for manufacturing magnetic sensing element
JP2002076472A (en) Spin valve thin film magnetic element and thin film magnetic head having the same
JP2003338644A (en) Magnetic detection element and its manufacturing method
US6893734B2 (en) Magnetic sensing element with improved sensitivity and method for making the same
JP2001110016A (en) Spin valve type thin film magnetic element and its production method and thin film magnetic head having the magnetic element
JP2002151757A (en) Thin film magnetic element and its manufacturing method
US7079362B2 (en) Giant magnetoresistive element
JP3699000B2 (en) Spin valve thin film element and method for manufacturing the same
US6586121B2 (en) Spin-valve thin-film magnetic element
JP2001160208A (en) Magneto-resistive element and method for manufacturing the same
JP3904447B2 (en) Method for manufacturing magnetic sensing element
JP3766605B2 (en) Magnetic sensing element and manufacturing method thereof
US20040072021A1 (en) Magnetic detecting element
JP3839684B2 (en) Method for manufacturing thin film magnetic element
JP3889276B2 (en) Magnetic detection element
JP3839682B2 (en) Thin film magnetic element
JP2002163810A (en) Spin valve thin film magnetic element and magnetic head provided with spin valve thin film element

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050527

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050614

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050812

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060725

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060803

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090811

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090811

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees