JP2003317215A - Magnetic reproducing head and its manufacturing method - Google Patents

Magnetic reproducing head and its manufacturing method

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic reproducing head having high bias point controllability, a high magnetic reluctance change rate, good soft magnetic characteristics, good thermal stability, and high output performance, and coping with superhigh density recording, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: A seed layer, a buffer layer made of a material for increasing magneto-resistive effects, a free layer, a first nonmagnetic spacer layer, a fixed layer having a multilayer structure, a fixing operation layer, and a protective layer are formed in this order on a substrate. Annealing is performed in an entire first magnetic field to fix the magnetization direction of the fixed layer, then annealing is performed in an entire second magnetic field lower than the first magnetic field to return the magnetization direction of the free layer to an initial state. Thus, the magnetic reproducing head having high bias point controllability, a high GMR ratio, good soft magnetic characteristics, thermal stability, high output performance, and coping with the superhigh density recording can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、磁気的に磁化方向
が固定される被固定層を含む磁気再生ヘッドおよびその
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic reproducing head including a pinned layer whose magnetization direction is magnetically fixed, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】初期の磁気再生ヘッドでは、パーマロイ
(ニッケル鉄合金)のような強磁性材料が示す異方性磁
気抵抗(AMR)効果を利用することにより、ディスク
あるいはテープのような媒体上に磁気的に記録されたデ
ータを読み取り、再生していた。AMR効果とは、外部
磁場により特定の磁性材料の電気抵抗rが変化すること
である。この場合、電気抵抗rは、この磁性材料の磁化
方向と、この磁性材料を流れる電流の方向とがなす角度
に比例する。磁気的に情報がコード化されたディスクや
テープ等の記録媒体を再生するには、次のように行う。
すなわち、記録媒体を回転させて磁場を変化させること
により、再生ヘッドにおける磁化方向を変える。この
際、AMR効果による抵抗変化が生じるので、これを適
切な回路によって感知し記録媒体上の情報として再生す
る。
2. Description of the Related Art In early magnetic reproducing heads, by utilizing the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect exhibited by a ferromagnetic material such as permalloy (nickel-iron alloy), a medium such as a disk or a tape can be formed. The data recorded magnetically was read and reproduced. The AMR effect is a change in the electrical resistance r of a specific magnetic material due to an external magnetic field. In this case, the electric resistance r is proportional to the angle formed by the magnetization direction of this magnetic material and the direction of the current flowing through this magnetic material. To reproduce a magnetically encoded recording medium such as a disk or tape, the following is performed.
That is, the magnetization direction in the reproducing head is changed by rotating the recording medium and changing the magnetic field. At this time, a resistance change due to the AMR effect occurs, which is sensed by an appropriate circuit and reproduced as information on the recording medium.

【0003】しかし、AMR効果により生じるわずかな
抵抗変化、すなわちDr/r(Drは異方性磁場Hkに
おける抵抗と、磁場が0の場合の抵抗との差を表す。)
は最大でも数パーセント程度しかない。このため、上述
した抵抗変化を正確に検出することが困難であった。こ
れがAMR効果の欠点の一つである。
However, a slight resistance change caused by the AMR effect, that is, Dr / r (Dr represents the difference between the resistance in the anisotropic magnetic field Hk and the resistance when the magnetic field is zero).
Is only a few percent at the maximum. Therefore, it is difficult to accurately detect the resistance change described above. This is one of the drawbacks of the AMR effect.

【0004】1980年後半から1990年代の初めに
かけて、巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magnetoresista
nce )効果という現象が発見され、磁気再生ヘッド技術
に直ちに応用された。GMR効果を利用した磁気再生ヘ
ッドは、厚みが実に2nmから8nm程度という薄い2
つの強磁性層と、それら2つの強磁性層を隔てるように
設けられた、さらに薄い(2nmから3nm程度の厚
み)導電性非磁性層とを含む積層体を有している。GM
R効果とは、上記のような磁気再生ヘッドの積層体にお
いて、2つの強磁性層のスピン間の交換相互作用によ
り、強磁性状態(2つの強磁性層の磁化方向が互いに平
行な状態)あるいは反強磁性状態(2つの強磁性層の磁
化方向が互いに反平行な状態)になるという現象から得
られる効果である。このような積層体に電流を流した場
合、積層体の中を通過する電子は導電性非磁性層と強磁
性層との界面においてスピン依存散乱をする。このた
め、積層体が反強磁性状態の場合には、強磁性状態の場
合よりも磁気抵抗効果がはるかに高くなる。さらには、
抵抗値変化はわずかなものではあるが、個々の磁性層が
示すAMR効果による抵抗値変化よりもはるかに大き
い。
From the late 1980s to the early 1990s, Giant Magnetoresista (GMR)
nce) effect was discovered and immediately applied to magnetic read head technology. A magnetic reproducing head utilizing the GMR effect has a thin thickness of about 2 nm to 8 nm.
It has a laminated body including one ferromagnetic layer and a further thin (about 2 to 3 nm thick) conductive nonmagnetic layer provided so as to separate the two ferromagnetic layers. GM
The R effect means a ferromagnetic state (state in which the magnetization directions of the two ferromagnetic layers are parallel to each other) due to exchange interaction between spins of the two ferromagnetic layers in the stacked body of the magnetic reproducing head as described above. This is the effect obtained from the phenomenon that the antiferromagnetic state (the magnetization directions of the two ferromagnetic layers are antiparallel to each other). When a current is applied to such a stack, the electrons passing through the stack undergo spin-dependent scattering at the interface between the conductive nonmagnetic layer and the ferromagnetic layer. Therefore, the magnetoresistive effect is much higher when the stacked body is in the antiferromagnetic state than when it is in the ferromagnetic state. Moreover,
Although the change in resistance value is slight, it is much larger than the change in resistance value due to the AMR effect exhibited by the individual magnetic layers.

【0005】GMR効果が発見された直後にスピンバル
ブ磁気抵抗効果(SVMR:Spin Valve Magnetoresist
ance)と呼ばれる一種のGMR効果が発見され、再生ヘ
ッドに導入された。GMR効果の一種であるこのSVM
R効果は、次のような積層体によって発揮される。その
積層体は、例えばコバルト鉄合金あるいはニッケル鉄合
金によって形成される2つの強磁性層と、この2つの強
磁性層を隔てるように導電性非磁性材料(例えば銅)に
よって形成される薄膜と、2つの強磁性層のうちの一方
に隣接して形成される反強磁性層とからなる。一方の強
磁性層は、磁化方向が固定された被固定層であり、この
被固定層に隣接して形成された反強磁性層による交換結
合磁場によって、磁化方向が固定されている。他方の強
磁性層は、磁化方向が固定されていないフリー層であ
る。磁気媒体からの情報再生時に磁気媒体が移動するこ
とによって外部磁場の小さな変化が生じるが、この変化
に応じて、フリー層の磁化方向が回転する。ところが一
方の被固定層における磁化方向はこの小さな変化に影響
されない。このように、フリー層の磁化方向が回転して
被固定層の磁化方向とは別の方向になると、上記積層体
の磁気抵抗効果が変化するのである。
Immediately after the GMR effect was discovered, a spin valve magnetoresistive effect (SVMR: Spin Valve Magnetoresist)
A kind of GMR effect called ance) was discovered and introduced into the reproducing head. This SVM is a kind of GMR effect
The R effect is exhibited by the following laminated body. The laminated body includes two ferromagnetic layers formed of, for example, a cobalt iron alloy or a nickel iron alloy, and a thin film formed of a conductive nonmagnetic material (eg, copper) so as to separate the two ferromagnetic layers, The antiferromagnetic layer is formed adjacent to one of the two ferromagnetic layers. One of the ferromagnetic layers is a pinned layer whose magnetization direction is fixed, and the magnetization direction is pinned by the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer formed adjacent to this pinned layer. The other ferromagnetic layer is a free layer whose magnetization direction is not fixed. A small change in the external magnetic field occurs due to the movement of the magnetic medium during reproduction of information from the magnetic medium, and the magnetization direction of the free layer rotates in response to this change. However, the magnetization direction in one pinned layer is not affected by this small change. In this way, when the magnetization direction of the free layer rotates and becomes different from the magnetization direction of the pinned layer, the magnetoresistive effect of the stacked body changes.

【0006】スピンバルブ構造は、現在では、磁気再生
ヘッドを形成する重要な構成要素の1つとなっている。
最近の特許では、様々な新規材料を適用して、強磁性あ
るいは反強磁性を示す被固定層あるいは固定作用層を形
成したり、層の数、配置あるいは面積を変えたりするこ
とによって、スピンバルブ構造の感度や安定性を改良す
る発明が多くみられる傾向にある。これに関連し、Kana
i による米国特許第5896252号では、コバルト鉄
合金層およびニッケル鉄合金層よりなる2層構造中にフ
リー層を組み込んだスピンバルブ磁気抵抗効果(SVM
R)ヘッドを形成する方法について開示されている。ま
た、Fontana Jr. 等による米国特許第5701223号
では、反強磁性交換バイアス層と結合し、磁気的な交換
結合によって反平行配置となる被固定層を用いたスピン
バルブ磁気抵抗効果センサの製造方法が開示されてい
る。この被固定層は、非磁性交換結合層によって隔てら
れた2つの強磁性膜を備える。
The spin valve structure is now one of the important components forming a magnetic read head.
In recent patents, various novel materials are applied to form a pinned layer or pinned action layer exhibiting ferromagnetism or antiferromagnetism, and the number, arrangement, or area of layers are changed to make a spin valve. There is a tendency that many inventions improve the sensitivity and stability of the structure. In this connection, Kana
U.S. Pat. No. 5,896,252 by i to a spin valve magnetoresistive effect (SVM) incorporating a free layer in a two-layer structure consisting of a cobalt iron alloy layer and a nickel iron alloy layer.
R) A method of forming a head is disclosed. Also, in US Pat. No. 5,701,223 by Fontana Jr. et al., A method of manufacturing a spin valve magnetoresistive sensor using a pinned layer that is coupled to an antiferromagnetic exchange bias layer and is antiparallelly arranged by magnetic exchange coupling. Is disclosed. This pinned layer comprises two ferromagnetic films separated by a non-magnetic exchange coupling layer.

【0007】Yamadaによる米国特許第5852531号
では、応答特性における非対称性を低減したスピンバル
ブ磁気抵抗効果(SVMR)ヘッドの製造方法が開示さ
れている。このSVMRヘッドでは、被固定層とフリー
層との磁化方向の変化によって引き起こされる巨大磁気
抵抗(GMR)効果と、単一層からなるフリー層の磁化
方向と電流方向とがなす角によって引き起こされる異方
性磁気抵抗(AMR)効果とを競合させることによって
非対称性を低減している。さらに、Gillによる米国特許
第5920446号では、フリー層、被固定層および固
定作用層を用いずに、2つのフリー層を用いて超高密度
記録用GMRヘッドを形成する方法について開示されて
いる。このような構造によって、再生ヘッド全体の厚み
が薄くなり、記録密度がより高い媒体の情報の読み取り
に適した再生ヘッドが得られる。また、この構造におけ
る2つのフリー層は、各々、スペーサ層を介して反平行
の配置で結合した2つの強磁性層を含む積層体である。
このような構造をもつ積層体にセンス電流が流れると、
フリー層における磁化方向の決定に必要なバイアス磁場
が生じ、少なくともどちらか一方のフリー層の磁化方向
が変化する。これにより、読み取りに必要な抵抗変化が
生じる。
US Pat. No. 5,852,531 to Yamada discloses a method of manufacturing a spin valve magnetoresistive effect (SVMR) head with reduced asymmetry in response characteristics. In this SVMR head, the giant magnetoresistive (GMR) effect caused by the change in the magnetization direction between the pinned layer and the free layer and the anisotropy caused by the angle formed by the magnetization direction of the single free layer and the current direction. The asymmetry is reduced by competing with the anti-reluctance (AMR) effect. Further, US Pat. No. 5,920,446 to Gill discloses a method of forming a super high density GMR head using two free layers without using the free layer, the fixed layer and the fixed working layer. With such a structure, the thickness of the entire reproducing head is reduced, and a reproducing head suitable for reading information on a medium having a higher recording density can be obtained. Also, the two free layers in this structure are each a stack including two ferromagnetic layers coupled in an antiparallel arrangement via a spacer layer.
When a sense current flows in the laminated body having such a structure,
A bias magnetic field necessary for determining the magnetization direction of the free layer is generated, and the magnetization direction of at least one of the free layers changes. This causes the resistance change necessary for reading.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ハードディ
スク等の磁気記録媒体の記録密度は増加する一方であ
り、現在では、1平方インチ当たり35ギガビット(3
5Gbits/inch2≒5.43Gbits/cm
2 )を越える勢いである。したがって、今後、スピンバ
ルブ磁気抵抗効果(SVMR)再生ヘッドの設計あるい
は製造を行うにあたっては、上記のような超高密度記録
媒体に対応できるように、さらなる改良が必要となる。
具体的には、超高密度記録媒体の情報を読み取るには、
再生ヘッドのリードギャップをさらに狭くする必要があ
り、これに応じて磁性層をさらに薄くする、あるいは磁
性層の数をさらに少くする等の改良が必要となる。しか
しながら、これらの層の厚みを減らすと、バイアス・ポ
イントの制御がますます困難になり、GMR比(Dr/
r)が低下し、良好な軟質磁性が十分に得られなくな
る。この結果、再生ヘッドの出力性能が低くなり信頼性
がなくなる。また、現在製造されている上記のようなS
VMRセンサは、1平方インチ当たり数ギガビット(お
よそ0.16〜1.55Gbits/cm2 )程度の記
録密度に適しているが、高密度の記録媒体から情報を正
確に再生するために必要な熱安定性などの物理的性質を
備えていない。
By the way, the recording density of a magnetic recording medium such as a hard disk is increasing, and at present, 35 gigabits per square inch (3
5 Gbits / inch 2 ≈5.43 Gbits / cm
The momentum exceeds 2 ). Therefore, in the future, in designing or manufacturing a spin valve magnetoresistive effect (SVMR) reproducing head, further improvement is required so as to be compatible with the above-mentioned ultra-high density recording medium.
Specifically, to read the information on the ultra high density recording medium,
It is necessary to further reduce the read gap of the reproducing head, and accordingly, it is necessary to make improvements such as making the magnetic layer thinner or reducing the number of magnetic layers. However, reducing the thickness of these layers makes it increasingly difficult to control the bias point, resulting in a GMR ratio (Dr /
r) decreases, and good soft magnetism cannot be obtained sufficiently. As a result, the output performance of the reproducing head is lowered and reliability is lost. In addition, the above-mentioned S currently manufactured
The VMR sensor is suitable for a recording density of several gigabits per square inch (about 0.16 to 1.55 Gbits / cm 2 ), but the heat required to accurately reproduce information from a high density recording medium. It does not have physical properties such as stability.

【0009】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、その第1の目的は、バイアスポイントの制御が
容易で、高い磁気抵抗効果変化率(Dr/r)を保ち、
良好な軟質磁性を得ることが可能な磁気再生ヘッドおよ
びその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and a first object thereof is to easily control a bias point and maintain a high magnetoresistive effect change rate (Dr / r).
It is an object of the present invention to provide a magnetic reproducing head capable of obtaining excellent soft magnetism and a manufacturing method thereof.

【0010】本発明の第2の目的は、35Gbits/
inch2 (≒5.43Gbits/cm2 )以上の超
高密度記録に対応した磁気記録媒体の再生に適した磁気
再生ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。
A second object of the present invention is 35 Gbits /
It is an object of the present invention to provide a magnetic reproducing head suitable for reproducing a magnetic recording medium corresponding to ultra high density recording of inch 2 (≈5.43 Gbits / cm 2 ) or more, and a manufacturing method thereof.

【0011】本発明の第3の目的は、優れたバイアスポ
イントの制御性、熱に対する安定性および高出力性能を
有する磁気再生ヘッドおよびその製造方法を提供するこ
とにある。
A third object of the present invention is to provide a magnetic reproducing head having excellent controllability of a bias point, stability against heat and high output performance, and a method of manufacturing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気再生ヘッド
の製造方法は、超高記録密度に対応したスピンバルブ型
構造を有する磁気再生ヘッドの製造方法であって、基板
上にシード層を形成する第1の工程と、このシード層上
に、磁気抵抗効果を増加させる材料を用いて緩衝層を形
成する第2の工程と、この緩衝層上に、強磁性材料を用
いて磁化方向が自由に回転するフリー層を形成する第3
の工程と、このフリー層上に、非磁性材料を用いて第1
の非磁性スペーサ層を形成する第4の工程と、この第1
の非磁性スペーサ層上に、積層構造を有する被固定層を
形成する第5の工程と、この被固定層上に、固定作用層
を形成する第6の工程と、この固定作用層上に、保護層
を形成する第7の工程と、全体を第1の磁場においてア
ニール処理を施すことにより、被固定層の磁化方向を固
定する第8の工程と、全体を第1の磁場よりも低い第2
の磁場においてアニール処理を施すことにより、フリー
層の磁化方向を初期状態に戻す第9の工程とを含むよう
にしたものである。
A method of manufacturing a magnetic reproducing head according to the present invention is a method of manufacturing a magnetic reproducing head having a spin valve structure corresponding to an ultrahigh recording density, in which a seed layer is formed on a substrate. And a second step of forming a buffer layer on the seed layer by using a material that increases the magnetoresistive effect, and a ferromagnetic material on the buffer layer so that the magnetization direction is free. Third to form a free layer that rotates around
And the first step using a non-magnetic material on this free layer.
The fourth step of forming the non-magnetic spacer layer of
A fifth step of forming a pinned layer having a laminated structure on the non-magnetic spacer layer, a sixth step of forming a pinning layer on the pinned layer, and a step of forming the pinning layer on the pinning layer; A seventh step of forming the protective layer, an eighth step of fixing the magnetization direction of the fixed layer by annealing the whole in a first magnetic field, and a whole step of lowering the magnetization direction lower than the first magnetic field. Two
And a ninth step of returning the magnetization direction of the free layer to the initial state by performing the annealing treatment in the magnetic field.

【0013】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
シード層上に、磁気抵抗効果を増加させる材料からなる
緩衝層と、強磁性材料からなり磁化方向が自由に回転す
るフリー層と、非磁性材料からなる第1の非磁性スペー
サ層と、被固定層と、固定作用層とをこの順に形成する
ので、外部磁場が印加されたときの磁気抵抗変化率が向
上する。続く工程で、全体を第1の磁場においてアニー
ル処理を施すことによって被固定層の磁化方向を固定す
るので、外部磁場による被固定層の磁化方向変化を抑制
することができる。さらに続く工程で、全体を第1の磁
場よりも低い第2の磁場においてアニール処理を施すこ
とによってフリー層の磁化方向を初期状態に戻すので、
フリー層における困難軸方向への磁化に必要な磁場を小
さくすることができる。
According to the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
On the seed layer, a buffer layer made of a material that increases the magnetoresistive effect, a free layer made of a ferromagnetic material, in which the magnetization direction freely rotates, a first non-magnetic spacer layer made of a non-magnetic material, and a pinned layer. Since the layer and the fixed action layer are formed in this order, the magnetoresistance change rate when an external magnetic field is applied is improved. In the subsequent step, the magnetization direction of the pinned layer is fixed by subjecting the whole to an annealing treatment in the first magnetic field, so that the change in the magnetization direction of the pinned layer due to the external magnetic field can be suppressed. In the subsequent step, the magnetization direction of the free layer is returned to the initial state by subjecting the whole to an annealing treatment in a second magnetic field lower than the first magnetic field.
The magnetic field required for magnetization in the hard axis direction in the free layer can be reduced.

【0014】本発明の磁気再生ヘッドは、超高記録密度
に対応したスピンバルブ型の磁気再生ヘッドであって、
基板と、この基板上に形成されたシード層と、このシー
ド層上に形成され、磁気抵抗効果を増加させる材料より
なる緩衝層と、この緩衝層上に強磁性材料によって形成
され、磁化方向が自由に回転するフリー層と、このフリ
ー層上に形成された非強磁性材料よりなる第1の非磁性
スペーサ層と、この第1の非磁性スペーサ層上に形成さ
れ、第1の磁場におけるアニール処理によって磁化方向
が固定された積層構造からなる被固定層と、この被固定
層上に形成された固定作用層と、この固定作用層上に形
成された保護層とを備えるようにしたものである。
The magnetic reproducing head of the present invention is a spin-valve type magnetic reproducing head corresponding to an ultrahigh recording density,
A substrate, a seed layer formed on the substrate, a buffer layer formed on the seed layer and made of a material that increases the magnetoresistive effect, and a ferromagnetic material formed on the buffer layer and having a magnetization direction of A freely rotating free layer, a first non-magnetic spacer layer made of a non-ferromagnetic material formed on the free layer, and an annealing in a first magnetic field formed on the first non-magnetic spacer layer. A pinned layer having a laminated structure in which the magnetization direction is pinned by treatment, a pinning layer formed on the pinned layer, and a protective layer formed on the pinning layer. is there.

【0015】本発明の磁気再生ヘッドでは、シード層
と、このシード層上に形成され、磁気抵抗効果を増加さ
せる材料よりなる緩衝層と、この緩衝層上に強磁性材料
によって形成され、磁化方向が自由に回転するフリー層
と、このフリー層上に形成された非強磁性材料よりなる
第1の非磁性スペーサ層と、この第1の非磁性スペーサ
層上に形成され、第1の磁場におけるアニール処理を施
すことによって磁化方向が固定された積層構造からなる
被固定層と、この被固定層上に形成された固定作用層
と、この固定作用層上に形成された保護層とを備えてい
るので、外部磁場が印加されたときに高い磁気抵抗変化
率が得られる。さらに、外部磁場による被固定層の磁化
方向変化を抑制することができる。
In the magnetic reproducing head of the present invention, a seed layer, a buffer layer formed on the seed layer and made of a material for increasing the magnetoresistive effect, and a ferromagnetic material formed on the buffer layer and having a magnetization direction. Are freely rotated, a first non-magnetic spacer layer made of a non-ferromagnetic material formed on the free layer, and a first non-magnetic spacer layer formed on the first non-magnetic spacer layer in a first magnetic field. A fixed layer having a laminated structure in which the magnetization direction is fixed by performing an annealing treatment, a fixed action layer formed on the fixed layer, and a protective layer formed on the fixed action layer are provided. Therefore, a high magnetoresistance change rate can be obtained when an external magnetic field is applied. Furthermore, it is possible to suppress a change in the magnetization direction of the pinned layer due to an external magnetic field.

【0016】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第1の工程において、ニッケルクロム(NiCr)合金
およびニッケル鉄クロム(NiFeCr)合金のうちの
少なくとも1種を用いて、4nm以上7nm以下の厚み
となるようにシード層を形成してもよい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the first step, the seed layer may be formed to have a thickness of 4 nm or more and 7 nm or less by using at least one kind of nickel chromium (NiCr) alloy and nickel iron chromium (NiFeCr) alloy.

【0017】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第2の工程において、ルテニウム(Ru)、ロジウム
(Rh)およびイリジウム(Ir)よりなる群のうちの
少なくとも1種を用いて、0.3nm以上2.5nm以
下の厚みとなるように緩衝層を形成するようにしてもよ
い。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the second step, a buffer layer is formed by using at least one selected from the group consisting of ruthenium (Ru), rhodium (Rh) and iridium (Ir) so as to have a thickness of 0.3 nm or more and 2.5 nm or less. It may be formed.

【0018】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第3の工程において、コバルト鉄(CoFe)合金ある
いは、コバルト鉄ボロン(CoFeB)合金を用いて、
1.0nm以上6.0nm以下の厚みとなるようにフリ
ー層を形成するようにしてもよい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the third step, using a cobalt iron (CoFe) alloy or a cobalt iron boron (CoFeB) alloy,
The free layer may be formed to have a thickness of 1.0 nm or more and 6.0 nm or less.

【0019】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第4の工程において、銅(Cu)を用いて、1.8nm
以上3.0nm以下の厚みとなるようにスペーサ層を形
成するようにしてもよい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the fourth step, using copper (Cu), 1.8 nm
The spacer layer may be formed to have a thickness of not less than 3.0 nm.

【0020】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第5の工程において、第1の強磁性層と、第2の非磁性
スペーサ層と、第2の強磁性層とをこの順に積層し、強
磁性結合するように被固定層を形成するようにしてもよ
い。この場合、コバルト鉄合金を用いて、0.8nm以
上2.0nm以下の厚みとなるように第1の強磁性層を
形成し、ニッケルクロム合金を用いて、0.2nm以上
0.5nm以下の厚みとなるように第2の非磁性スペー
サ層を形成し、コバルト鉄合金を用いて、0.4nm以
上1.0nm以下の厚みとなるように第2の強磁性層を
形成することが望ましい。さらに、この場合、厚みの比
率が2:1となるように第1および第2の強磁性層を形
成することが望ましい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the fifth step, the first ferromagnetic layer, the second non-magnetic spacer layer, and the second ferromagnetic layer are laminated in this order, and the pinned layer is formed so as to be ferromagnetically coupled. May be. In this case, a cobalt iron alloy is used to form the first ferromagnetic layer so as to have a thickness of 0.8 nm or more and 2.0 nm or less, and a nickel chromium alloy is used to form the first ferromagnetic layer of 0.2 nm or more and 0.5 nm or less. It is desirable to form the second non-magnetic spacer layer so as to have a thickness and use a cobalt iron alloy to form the second ferromagnetic layer so as to have a thickness of 0.4 nm or more and 1.0 nm or less. Further, in this case, it is desirable to form the first and second ferromagnetic layers so that the thickness ratio is 2: 1.

【0021】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第5の工程において、第1の強磁性層と、第2の非磁性
スペーサ層と、第2の強磁性層とをこの順に積層するこ
とにより、強磁性結合を有するように被固定層を形成し
た場合、コバルト(Co)、コバルト鉄合金、コバルト
鉄ボロン合金およびニッケル鉄合金(NiFe)よりな
る群のうちのいずれか1種を用いて、0.8nm以上
2.0nm以下の厚みとなるように第1の強磁性層を形
成し、ニッケルクロム合金およびニッケル鉄クロム合金
のうちの少なくとも1種を用いて、0.2nm以上0.
5nm以下の厚みとなるように第2の非磁性スペーサ層
を形成し、コバルト、コバルト鉄合金、コバルト鉄ボロ
ン合金およびニッケル鉄合金よりなる群のうちの少なく
とも1種を用いて、0.4nm以上1.0nm以下の厚
みとなるように第2の強磁性層を形成するようにしても
よい。この場合、厚みの比率が2:1となるように、第
1および第2の強磁性層を形成することが望ましい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the fifth step, the first ferromagnetic layer, the second nonmagnetic spacer layer, and the second ferromagnetic layer are laminated in this order to form the pinned layer having ferromagnetic coupling. In this case, using any one of the group consisting of cobalt (Co), cobalt iron alloy, cobalt iron boron alloy and nickel iron alloy (NiFe), the thickness should be 0.8 nm or more and 2.0 nm or less. A first ferromagnetic layer is formed on the first ferromagnetic layer, and at least one of a nickel-chromium alloy and a nickel-iron-chromium alloy is used, and the thickness is 0.2 nm or more.
The second nonmagnetic spacer layer is formed to have a thickness of 5 nm or less, and 0.4 nm or more is formed by using at least one selected from the group consisting of cobalt, cobalt iron alloy, cobalt iron boron alloy, and nickel iron alloy. The second ferromagnetic layer may be formed to have a thickness of 1.0 nm or less. In this case, it is desirable to form the first and second ferromagnetic layers so that the thickness ratio is 2: 1.

【0022】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第6の工程において、マンガン白金(MnPt)合金お
よびマンガン白金パラジウム(MnPtPd)合金のう
ちの少なくとも1種を用いて、10.0nm以上30.
0nm以下の厚みとなるように固定作用層を形成するよ
うにしてもよい。あるいは、イリジウムマンガン(Ir
Mn)合金を用いて、5.0nm以上15.0nm以下
の厚みとなるように固定作用層を形成するようにしても
よい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the sixth step, using at least one of a manganese platinum (MnPt) alloy and a manganese platinum palladium (MnPtPd) alloy, 10.0 nm or more and 30.
The fixing action layer may be formed to have a thickness of 0 nm or less. Alternatively, iridium manganese (Ir
The Mn) alloy may be used to form the fixing layer with a thickness of 5.0 nm or more and 15.0 nm or less.

【0023】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第7の工程において、ニッケルクロム合金、ニッケル鉄
クロム合金、およびタンタル(Ta)よりなる群のうち
の少なくとも1種を用いて、2.0nm以上5.0nm
以下の厚みとなるように保護層を形成するようにしても
よい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the seventh step, using at least one member selected from the group consisting of nickel chromium alloy, nickel iron chromium alloy, and tantalum (Ta), 2.0 nm or more and 5.0 nm or more.
The protective layer may be formed to have the following thickness.

【0024】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第8の工程において、2000/(4π)×103 A/
mの横方向の磁場中で、5時間に亘り、280℃の温度
でアニール処理を行うようにしてもよい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the eighth step, 2000 / (4π) × 10 3 A /
Annealing may be performed at a temperature of 280 ° C. for 5 hours in a lateral magnetic field of m.

【0025】本発明の磁気再生ヘッドの製造方法では、
第9の工程において、50/(4π)×103 A/mの
縦方向の磁場中で、30分間に亘り、290℃の温度で
アニール処理を行うようにしてもよい。
In the method of manufacturing the magnetic reproducing head of the present invention,
In the ninth step, annealing may be performed at a temperature of 290 ° C. for 30 minutes in a vertical magnetic field of 50 / (4π) × 10 3 A / m.

【0026】本発明の磁気再生ヘッドでは、シード層
が、ニッケルクロム(NiCr)合金またはニッケル鉄
クロム(NiFeCr)合金のいずれかにより構成さ
れ、4.0nm以上7.0nm以下の厚みを有するよう
にしてもよい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the seed layer is made of either a nickel chromium (NiCr) alloy or a nickel iron chromium (NiFeCr) alloy, and has a thickness of 4.0 nm or more and 7.0 nm or less. May be.

【0027】本発明の磁気再生ヘッドでは、緩衝層が、
ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)およびイリジウ
ム(Ir)よりなる群のうちのいずれか1種により構成
され、0.3nm以上2.5nm以下の厚みを有するよ
うにしてもよい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the buffer layer is
It may be made of any one selected from the group consisting of ruthenium (Ru), rhodium (Rh), and iridium (Ir), and may have a thickness of 0.3 nm or more and 2.5 nm or less.

【0028】本発明の磁気再生ヘッドでは、フリー層
が、コバルト鉄(CoFe)合金あるいはコバルト鉄ボ
ロン(CoFeB)合金により構成され、1.0nm以
上6.0nm以下の厚みを有するようにしてもよい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the free layer may be made of a cobalt iron (CoFe) alloy or a cobalt iron boron (CoFeB) alloy and have a thickness of 1.0 nm or more and 6.0 nm or less. .

【0029】本発明の磁気再生ヘッドでは、第1の非磁
性スペーサ層が、銅(Cu)により構成され、1.8n
m以上3.0nm以下の厚みを有するようにしてもよ
い。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the first non-magnetic spacer layer is made of copper (Cu) and has a thickness of 1.8n.
You may make it have a thickness of m or more and 3.0 nm or less.

【0030】本発明の磁気再生ヘッドでは、被固定層
が、第1の強磁性層と、第2の非磁性スペーサ層と、第
2の強磁性層とが順に積層することにより強磁性結合構
造を有するようにしたものであることが望ましい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the pinned layer has a ferromagnetic coupling structure in which the first ferromagnetic layer, the second non-magnetic spacer layer, and the second ferromagnetic layer are sequentially laminated. Is desirable.

【0031】本発明の磁気再生ヘッドでは、第1の強磁
性層が、コバルト(Co)、コバルト鉄合金、コバルト
鉄ボロン合金およびニッケル鉄(NiFe)合金よりな
る群のうちの少なくとも1種を含んで構成され、0.8
nm以上2.0nm以下の厚みを有し、第2の非磁性ス
ペーサ層が、ニッケルクロム合金およびニッケル鉄クロ
ム合金のうちの少なくとも1種を含んで構成され、0.
2nm以上0.5nm以下の厚みを有し、第2の強磁性
層が、コバルト、コバルト鉄合金、コバルト鉄ボロン合
金およびニッケル鉄合金のうちの少なくとも1種を含ん
で構成され、0.4nm以上1.0nm以下の厚みを有
するようにしてもよい。この場合、第1および第2の強
磁性層の厚みは、2:1の比率であることが望ましい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the first ferromagnetic layer contains at least one selected from the group consisting of cobalt (Co), cobalt iron alloy, cobalt iron boron alloy and nickel iron (NiFe) alloy. Composed of 0.8
The second non-magnetic spacer layer has a thickness of not less than 2.0 nm and not more than 2.0 nm, and is configured to include at least one of a nickel-chromium alloy and a nickel-iron-chromium alloy.
The second ferromagnetic layer has a thickness of 2 nm or more and 0.5 nm or less and is configured to include at least one of cobalt, a cobalt iron alloy, a cobalt iron boron alloy, and a nickel iron alloy, and 0.4 nm or more. You may make it have a thickness of 1.0 nm or less. In this case, it is desirable that the first and second ferromagnetic layers have a thickness ratio of 2: 1.

【0032】本発明の磁気再生ヘッドでは、固定作用層
が、マンガン白金(MnPt)合金またはマンガン白金
パラジウム(MnPtPd)合金により構成され、1
0.0nm以上30.0nm以下の厚みを有するように
してもよいし、イリジウムマンガン(IrMn)合金に
より構成され、5.0nm以上15.0nm以下の厚み
を有するようにしてもよい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the fixed action layer is made of a manganese platinum (MnPt) alloy or a manganese platinum palladium (MnPtPd) alloy.
It may have a thickness of 0.0 nm or more and 30.0 nm or less, or may be made of an iridium manganese (IrMn) alloy and have a thickness of 5.0 nm or more and 15.0 nm or less.

【0033】本発明の磁気再生ヘッドでは、保護層は、
ニッケルクロム合金、ニッケル鉄クロム合金およびタン
タル(Ta)よりなる群のうちの少なくとも1種を含ん
で構成され、2.0nm以上5.0nm以下の厚みを有
するようにしてもよい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the protective layer is
It may be configured to include at least one selected from the group consisting of a nickel chromium alloy, a nickel iron chromium alloy, and tantalum (Ta), and have a thickness of 2.0 nm or more and 5.0 nm or less.

【0034】本発明の磁気再生ヘッドでは、被固定層
が、2000/(4π)×103 A/mの横方向の磁場
中で、5時間に亘り、280℃の温度でアニール処理を
施されたものであることが望ましい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the fixed layer is annealed at a temperature of 280 ° C. for 5 hours in a lateral magnetic field of 2000 / (4π) × 10 3 A / m. It is desirable that it be one.

【0035】本発明の磁気再生ヘッドでは、フリー層
は、50/(4π)×103 A/mの縦方向の磁場中
で、30分間に亘り、290℃の温度でアニール処理を
施されたものであることが望ましい。
In the magnetic reproducing head of the present invention, the free layer was annealed at a temperature of 290 ° C. for 30 minutes in a vertical magnetic field of 50 / (4π) × 10 3 A / m. It is desirable to be one.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0037】まず、図1を参照して、本発明の一実施の
形態に係る磁気再生ヘッドの構成について説明する。
First, the structure of a magnetic reproducing head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0038】図1は、本実施の形態に係る磁気再生ヘッ
ドの要部断面構成を表すものである。この磁気再生ヘッ
ドは、例えば基板10の上に、シード層12と、緩衝層
14と、トップスピンバルブ構造体32と、保護層30
とがこの順に積層された構造を含んでいる。
FIG. 1 shows a sectional structure of a main part of the magnetic reproducing head according to the present embodiment. This magnetic reproducing head includes, for example, a seed layer 12, a buffer layer 14, a top spin valve structure 32, and a protective layer 30 on a substrate 10.
And includes a structure laminated in this order.

【0039】基板10は、例えば、0.02以上0.0
4μm以下の厚みを有する酸化アルミニウム(Al2
3 ;以下、「アルミナ」という。)によって構成されて
いる。シード層12は、例えば、ニッケルクロム(Ni
Cr)合金あるいはニッケル鉄クロム(NiFeCr)
合金により構成され、厚みは4.0nm以上7.0nm
以下であることが望ましい。続く緩衝層14は、磁気抵
抗効果を増加させる機能を有する。この緩衝層14は、
例えばルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)あるいは
イリジウム(Ir)等により構成されており、その厚み
は0.3nm以上2.5nm以下であることが好まし
く、より好ましくは、0.5nmである。
The substrate 10 is, for example, 0.02 or more and 0.0.
Aluminum oxide having a thickness of 4 μm or less (Al 2 O
3 ; hereinafter referred to as "alumina". ). The seed layer 12 is, for example, nickel chrome (Ni
Cr) alloy or nickel iron chromium (NiFeCr)
It is composed of an alloy and has a thickness of 4.0 nm or more and 7.0 nm.
The following is desirable. The subsequent buffer layer 14 has a function of increasing the magnetoresistive effect. This buffer layer 14 is
For example, it is made of ruthenium (Ru), rhodium (Rh), iridium (Ir), or the like, and the thickness thereof is preferably 0.3 nm or more and 2.5 nm or less, and more preferably 0.5 nm.

【0040】トップスピンバルブ構造体(以下、単に
「SV構造体」という。)32は、フリー層16と、非
磁性層18と、被固定層20と、固定作用層28とがこ
の順に積層された構造を有しており、一般に「シングル
トップスピンバルブ型」と呼ばれるものである。トップ
スピンバルブの「トップ」とは、被固定層20がフリー
層16を挟んで基板10から遠い側、すなわち、基板1
0を下にした場合に被固定層20がフリー層16よりも
上部側にあることを意味する。ここで、非磁性層18が
本実施の形態における「第1の非磁性スペーサ層」の一
具体例に対応するである。
The top spin valve structure (hereinafter, simply referred to as "SV structure") 32 has a free layer 16, a nonmagnetic layer 18, a pinned layer 20, and a pinning layer 28 laminated in this order. It has a structure as described above, and is generally called a "single top spin valve type". The “top” of the top spin valve means the side where the fixed layer 20 is far from the substrate 10 with the free layer 16 in between, that is, the substrate 1
When 0 is set to the bottom, it means that the fixed layer 20 is on the upper side of the free layer 16. Here, the nonmagnetic layer 18 corresponds to a specific but not limitative example of “first nonmagnetic spacer layer” in the present embodiment.

【0041】フリー層16は、強磁性材料、例えばコバ
ルト鉄(CoFe)合金あるいはコバルト鉄ボロン(C
oFeB)合金等により構成され、磁気記録媒体等によ
り発生される信号磁場に応じて磁化方向が自由に回転す
るようになっている。フリー層16の好ましい厚みは、
1.0nm以上6.0nm以下であり、より好ましくは
2nmである。非磁性層18は、非強磁性導電材料、例
えば銅(Cu)等により構成されており、その好ましい
厚みは1.8nm以上3.0nm以下である。被固定層
20は、第1の強磁性層22と、非磁性層24と、第2
の強磁性層26とがこの順に積層され、第1および第2
の強磁性層22,26が強磁性結合したものである。こ
こで、非磁性層24が本発明における「第2の非磁性ス
ペーサ層」の一具体例に対応するものである。
The free layer 16 is made of a ferromagnetic material such as cobalt iron (CoFe) alloy or cobalt iron boron (C).
It is composed of an oFeB) alloy or the like, and the magnetization direction is freely rotated according to the signal magnetic field generated by the magnetic recording medium or the like. The preferred thickness of the free layer 16 is
It is 1.0 nm or more and 6.0 nm or less, and more preferably 2 nm. The nonmagnetic layer 18 is made of a nonferromagnetic conductive material, such as copper (Cu), and has a preferable thickness of 1.8 nm or more and 3.0 nm or less. The pinned layer 20 includes a first ferromagnetic layer 22, a nonmagnetic layer 24, and a second ferromagnetic layer 22.
Of the first and second ferromagnetic layers 26 are laminated in this order.
The ferromagnetic layers 22 and 26 are ferromagnetically coupled. Here, the nonmagnetic layer 24 corresponds to a specific example of "a second nonmagnetic spacer layer" in the invention.

【0042】第1の強磁性層22は、例えば、CoFe
合金、NiFe合金、コバルト(Co)、あるいはCo
FeB合金等により構成され、その厚みは0.8nm以
上2.0nm以下であることが好ましく、1.1nmで
あることがより好ましい。非磁性層24は、例えば、好
ましくは0.2nm以上0.5nm以下、より好ましく
は0.35nmの厚みを有し、NiCr合金あるいはN
iFeCr合金等により構成されている。さらに第2の
強磁性層26は、例えば第1の強磁性層22と同様に、
CoFe合金、NiFe合金、コバルト(Co)、ある
いはCoFeB合金等により構成されている。その厚み
は、好ましくは0.4nm以上1.0nm以下であり、
より好ましくは0.5nmである。第1および第2の強
磁性層22,26が上記のようにCoFe合金、NiF
e合金、コバルトあるいはCoFeB合金で構成されて
いる場合、第1の強磁性層22と第2の強磁性層26と
の厚みの比率は2:1であることが好ましい。この比率
で第1および第2の強磁性層22、26を構成すると、
被固定層20の性能が効果的に発揮される。
The first ferromagnetic layer 22 is made of, for example, CoFe.
Alloy, NiFe alloy, cobalt (Co), or Co
It is made of FeB alloy or the like, and the thickness thereof is preferably 0.8 nm or more and 2.0 nm or less, and more preferably 1.1 nm. The nonmagnetic layer 24 has a thickness of, for example, preferably 0.2 nm or more and 0.5 nm or less, more preferably 0.35 nm, and is made of NiCr alloy or N.
It is composed of an iFeCr alloy or the like. Further, the second ferromagnetic layer 26 is similar to the first ferromagnetic layer 22, for example,
It is composed of a CoFe alloy, a NiFe alloy, cobalt (Co), a CoFeB alloy, or the like. The thickness is preferably 0.4 nm or more and 1.0 nm or less,
More preferably, it is 0.5 nm. The first and second ferromagnetic layers 22 and 26 are made of CoFe alloy, NiF as described above.
When it is composed of an e alloy, cobalt or a CoFeB alloy, the thickness ratio of the first ferromagnetic layer 22 and the second ferromagnetic layer 26 is preferably 2: 1. When the first and second ferromagnetic layers 22 and 26 are formed with this ratio,
The performance of the fixed layer 20 is effectively exhibited.

【0043】固定作用層28は、交換結合により被固定
層20の磁化方向を固定するものである。この固定作用
層28は、高いブロッキング温度、高い交換バイアス磁
場(Hex)および優れた耐食性を有する材料により構
成されていることが望ましい。例えば、マンガン白金
(MnPt)合金あるいはマンガン白金パラジウム(M
nPtPd)合金等である。上記の材料により構成され
る場合、10.0nm以上30.0nm以下の厚みであ
ることが好ましく、特に20.0nmの厚みであること
が好ましい。固定作用層28は、あるいは、イリジウム
マンガン(IrMn)合金により構成されていてもよ
く、その場合、5.0nm以上15.0nm以下の厚み
であることが望ましい。
The fixed action layer 28 fixes the magnetization direction of the fixed layer 20 by exchange coupling. The fixing layer 28 is preferably made of a material having a high blocking temperature, a high exchange bias magnetic field (Hex) and excellent corrosion resistance. For example, manganese platinum (MnPt) alloy or manganese platinum palladium (M
nPtPd) alloy or the like. When composed of the above materials, the thickness is preferably 10.0 nm or more and 30.0 nm or less, and particularly preferably 20.0 nm. Alternatively, the fixing action layer 28 may be made of an iridium manganese (IrMn) alloy, and in this case, it is desirable that the thickness is 5.0 nm or more and 15.0 nm or less.

【0044】保護層30は、例えば、NiCr合金、N
iFeCr合金、あるいはタンタル(Ta)等により構
成されており、好ましくは2.0nm以上5.0nm以
下の厚みを有し、より好ましくは3.0nmの厚みであ
ることが好ましい。
The protective layer 30 is made of, for example, NiCr alloy or N.
It is made of an iFeCr alloy, tantalum (Ta), or the like, and preferably has a thickness of 2.0 nm or more and 5.0 nm or less, more preferably 3.0 nm.

【0045】本実施の形態に係る磁気再生ヘッドの要部
構成について、より好ましい例をまとめるとシード層1
2から保護層30まで積層順に「NiCr(ニッケルク
ロム合金)(X1)/Ru(ルテニウム)(X2)/C
oFe(コバルト鉄合金)(X3)/Cu(銅)(X
4)/CoFe(X5)/NiCr(X6)/CoFe
(X7)/MnPt(マンガン白金合金)(X8)/N
iCr(X9)」となる。ここで、括弧内に示したX1
〜X9はそれぞれ各層の厚み範囲であり、それらの具体
的数値は表1に示したとおりである。
A more preferable example of the structure of the main part of the magnetic reproducing head according to this embodiment can be summarized as follows: Seed layer 1
2 to protective layer 30 in the order of stacking "NiCr (nickel chrome alloy) (X1) / Ru (ruthenium) (X2) / C
oFe (cobalt iron alloy) (X3) / Cu (copper) (X
4) / CoFe (X5) / NiCr (X6) / CoFe
(X7) / MnPt (manganese platinum alloy) (X8) / N
iCr (X9) ”. Here, X1 shown in parentheses
To X9 are the thickness ranges of the respective layers, and their specific numerical values are as shown in Table 1.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】本実施の形態の磁気再生ヘッドでは、磁気
再生ヘッドに備えられた図示しない強磁性層によりSV
構造体32に対して縦方向バイアスが印加された状態
で、図示しない導電リード層を通じてSV構造体32に
センス電流が流れると、巨大磁気抵抗(GMR)効果が
生じる。このGMR効果を利用して、磁気記録媒体に記
録された信号磁場がSV構造体32によって検出される
ことにより、情報の再生が行われる。
In the magnetic reproducing head of this embodiment, the SV is provided by the ferromagnetic layer (not shown) provided in the magnetic reproducing head.
When a sense current flows through the SV structure 32 through a conductive lead layer (not shown) with a longitudinal bias applied to the structure 32, a giant magnetoresistive (GMR) effect occurs. By utilizing this GMR effect, the signal magnetic field recorded on the magnetic recording medium is detected by the SV structure 32, whereby information is reproduced.

【0048】次に、図1を参照して、本実施の形態に係
る磁気再生ヘッドの製造方法について説明する。なお、
磁気再生ヘッドの各構成要素の材質、層厚、および構造
的特徴等については既に詳細に説明したので、以下では
適宜省略する。
Next, with reference to FIG. 1, a method of manufacturing the magnetic reproducing head according to the present embodiment will be described. In addition,
The material, layer thickness, structural characteristics, and the like of each component of the magnetic reproducing head have already been described in detail, and will be appropriately omitted below.

【0049】本実施の形態に係る磁気再生ヘッドは、以
下のように、既存の成膜手法、例えば、DCマグネトロ
ンスパッタリング等を利用して基板10上に各層を積層
することにより形成する。具体的には、最初に基板10
を用意する。次いで、この基板10上にシード層12、
緩衝層14、フリー層16、非磁性層18、第1の強磁
性層22、非磁性層24、第2の強磁性層26、固定作
用層28および保護層30をこの順に積層することによ
り形成する。
The magnetic reproducing head according to the present embodiment is formed by laminating each layer on the substrate 10 by utilizing the existing film forming method, for example, DC magnetron sputtering, as follows. Specifically, first, the substrate 10
To prepare. Then, on this substrate 10, a seed layer 12,
Formed by laminating the buffer layer 14, the free layer 16, the nonmagnetic layer 18, the first ferromagnetic layer 22, the nonmagnetic layer 24, the second ferromagnetic layer 26, the pinned layer 28, and the protective layer 30 in this order. To do.

【0050】続いて、上記の工程によって形成された積
層体、すなわち、基板10から保護層30までを含む積
層体をアニール処理する。まず、この積層体に横方向、
すなわち積層面内方向に、後述の第2の磁場よりも高い
第1の磁場を印加してアニール処理を行う。この第1の
磁場におけるアニール処理は、2000/(4π)×1
3 A/mの磁場中において、5時間に亘り、280℃
の温度下で行うことが好ましい。これによって、被固定
層20の磁化方向が固定される。
Subsequently, the laminated body formed by the above steps, that is, the laminated body including the substrate 10 to the protective layer 30 is annealed. First, in this stack,
That is, an annealing process is performed by applying a first magnetic field higher than a second magnetic field described below in the in-plane direction of the stack. The annealing treatment in this first magnetic field is 2000 / (4π) × 1
280 ° C for 5 hours in a magnetic field of 0 3 A / m
It is preferable to carry out under the temperature of. As a result, the magnetization direction of the fixed layer 20 is fixed.

【0051】第1の磁場におけるアニール処理を施した
のち、さらに、第1の磁場よりも低い第2の磁場のアニ
ール処理を行う。この場合、縦方向、すなわち積層方向
へ第2の磁場を印加する。この第2の磁場におけるアニ
ール処理は、50/(4π)×103 A/mの磁場中に
おいて、30分間に亘り、290℃の温度で行うことが
好ましい。これよって、フリー層16の磁化方向が初期
状態に戻る。以上により、磁気再生ヘッドの要部構成が
完成する。
After performing the annealing treatment in the first magnetic field, the annealing treatment in the second magnetic field lower than the first magnetic field is further performed. In this case, the second magnetic field is applied in the vertical direction, that is, the stacking direction. It is preferable that the annealing treatment in the second magnetic field is performed at a temperature of 290 ° C. for 30 minutes in a magnetic field of 50 / (4π) × 10 3 A / m. As a result, the magnetization direction of the free layer 16 returns to the initial state. With the above, the main part structure of the magnetic reproducing head is completed.

【0052】以上説明したように、本実施の形態に係る
磁気再生ヘッドおよびその製造方法では、SV構造体3
2とシード層12との間に磁気抵抗効果を増加させる材
料を用いた緩衝層14を構成するようにしたので、磁気
再生ヘッド全体の厚みをより薄くしつつ、バイアス・ポ
イントを容易に制御し、高いGMR比を保ち、良好な軟
質磁性を得ることができる。
As described above, in the magnetic reproducing head and the method of manufacturing the same according to the present embodiment, the SV structure 3 is used.
Since the buffer layer 14 made of a material that increases the magnetoresistive effect is formed between the second magnetic layer 2 and the seed layer 12, the bias point can be easily controlled while reducing the overall thickness of the magnetic read head. A high soft magnetic property can be obtained while maintaining a high GMR ratio.

【0053】すなわち、上記「発明が解決しようとする
課題」の項において説明したように、従来の磁気再生ヘ
ッドでは、磁気再生ヘッドの磁性層の厚みを薄くする
と、バイアス・ポイントの制御が困難になり、GMR比
(Dr/r)が低下し、十分な軟質磁性を得ることがで
きなかった。これに対して、本実施の形態では、後述す
る実施例からも明らかなように、磁気再生ヘッドの構造
は、フリー層16に隣接して緩衝層14を設けているの
で、緩衝層14とフリー層16との境界で伝導電子が全
反射する。伝導電子が全反射すると、緩衝層14とフリ
ー層16との境界で伝導電子のスピン依存散乱が起こ
り、この結果、GMR効果による磁気抵抗変化率Dr/
rが増大する。したがって、フリー層16を薄くしても
従来のように磁気抵抗変化率Dr/rが低下しない。こ
のため、本実施の形態に係る磁気再生ヘッドは、記録媒
体からの磁気信号が高記録密度化によって従来よりもさ
らに弱くなっても検出することが可能である。特に、表
1に示したルテニウムよりなる0.3nm以上2.5n
m以下の厚みの緩衝層14およびCoFe合金よりなる
1.0nm以上6.0nm以下の厚みのフリー層16で
は、上記の利点がより効果的に現れる。
That is, as described above in the section "Problems to be Solved by the Invention", in the conventional magnetic reproducing head, when the thickness of the magnetic layer of the magnetic reproducing head is reduced, it becomes difficult to control the bias point. However, the GMR ratio (Dr / r) was lowered, and sufficient soft magnetism could not be obtained. On the other hand, in this embodiment, as is clear from the examples described later, in the structure of the magnetic reproducing head, since the buffer layer 14 is provided adjacent to the free layer 16, the buffer layer 14 and the free layer 16 are not provided. The conduction electrons are totally reflected at the boundary with the layer 16. When the conduction electrons are totally reflected, spin-dependent scattering of conduction electrons occurs at the boundary between the buffer layer 14 and the free layer 16, and as a result, the magnetoresistance change rate Dr / Dr due to the GMR effect.
r increases. Therefore, even if the free layer 16 is thinned, the magnetoresistance change rate Dr / r does not decrease unlike the conventional case. Therefore, the magnetic reproducing head according to the present embodiment can detect even if the magnetic signal from the recording medium becomes weaker than before due to the high recording density. In particular, 0.3 nm or more and 2.5 n made of ruthenium shown in Table 1
The advantages described above are more effectively exhibited in the buffer layer 14 having a thickness of m or less and the free layer 16 made of a CoFe alloy and having a thickness of 1.0 nm or more and 6.0 nm or less.

【0054】また、フリー層16の下に、緩衝層14が
形成されていることにより、フリー層16の熱に対する
安定性が高まり、非常に好ましい磁気的性質、特に軟質
磁性および磁化の一方向性が得られる。よって、バイア
ス・ポイントの制御が容易になり、磁気信号に対する感
度がさらに向上する。
Further, since the buffer layer 14 is formed under the free layer 16, the stability of the free layer 16 against heat is enhanced, and very preferable magnetic properties, particularly soft magnetism and unidirectionality of magnetization are obtained. Is obtained. Therefore, the control of the bias point becomes easier, and the sensitivity to the magnetic signal is further improved.

【0055】さらに、本実施の形態の被固定層20は第
1の磁場におけるアニール処理を施すことによって磁化
方向が一旦決定されると、強磁性結合構造となり、その
磁化方向は実質的に一定方向のまま保持される。特に、
後述する実施例からも明らかなように、「CoFe合金
/NiCr合金/CoFe合金」という組み合わせで形
成された被固定層20は、磁化方向の安定性という点に
おいて信頼性が非常に高い。
Further, the pinned layer 20 of the present embodiment has a ferromagnetic coupling structure once the magnetization direction is once determined by performing the annealing treatment in the first magnetic field, and the magnetization direction is substantially constant. Retained as is. In particular,
As will be apparent from Examples described later, the pinned layer 20 formed of the combination of "CoFe alloy / NiCr alloy / CoFe alloy" has very high reliability in terms of stability in the magnetization direction.

【0056】さらに、磁気再生ヘッドに含まれる層の数
は従来の構造体より少なく、したがって、ヘッドの厚み
全体が従来の構造体よりも薄くなるので、超高密度で記
録された磁気データの読み取りに有用で、磁気再生ヘッ
ドの読み取り能力が向上する。また、磁気再生ヘッドの
構造が単純なので、形成工程がさらに簡素化され、効率
的にそして経済的に形成することができる。
Further, since the magnetic reproducing head has a smaller number of layers than the conventional structure, and therefore the entire thickness of the head is thinner than that of the conventional structure, reading of magnetic data recorded at ultra high density is possible. The readability of the magnetic reproducing head is improved. Further, since the structure of the magnetic reproducing head is simple, the forming process is further simplified, and the magnetic reproducing head can be formed efficiently and economically.

【0057】[0057]

【実施例】本実施の形態の磁気再生ヘッドにおける具体
的な実施例について詳細に説明する。
EXAMPLES Specific examples of the magnetic reproducing head according to the present embodiment will be described in detail.

【0058】まず、緩衝層14を導入した本実施の形態
の磁気再生ヘッドにおけるフリー層16の磁気的特性を
調べた。その結果を表2に示す。
First, the magnetic characteristics of the free layer 16 in the magnetic reproducing head of the present embodiment in which the buffer layer 14 was introduced were examined. The results are shown in Table 2.

【0059】[0059]

【表2】 [Table 2]

【0060】表2は、フリー層16の磁気的特性を明ら
かにするための実験結果であり、「Bs(nWb)」は
フリー層16の磁気モーメントを、「Hc(A/m)」
はフリー層16の保磁力を、「Hk(A/m)」は異方
性磁場を、「Rs(Ω/□)」はシート抵抗を、「Dr
/r(%)」はGMR比をそれぞれ示す。さらに、「H
ha(A/m)」は、フリー層16における磁化方向を
困難軸(hard axis )に向けるために必要な磁場の大き
さを示すものであり、この値が小さいほど理想的であ
る。なお、表2には、本実施例の磁気的特性を評価する
ために、比較例も併記している。
Table 2 shows the experimental results for clarifying the magnetic characteristics of the free layer 16, where "Bs (nWb)" is the magnetic moment of the free layer 16 and "Hc (A / m)".
Is the coercive force of the free layer 16, “Hk (A / m)” is the anisotropic magnetic field, “Rs (Ω / □)” is the sheet resistance, and “Dr
"/ R (%)" indicates the GMR ratio. Furthermore, "H
“Ha (A / m)” indicates the magnitude of the magnetic field required to direct the magnetization direction in the free layer 16 to the hard axis, and the smaller this value is, the more ideal. In addition, Table 2 also shows a comparative example in order to evaluate the magnetic characteristics of this example.

【0061】表2に示した一連の磁気再生ヘッドS11
〜S14において、S11〜S13が比較例に対応し、
S14が本実施の形態(図1参照)の実施例に対応す
る。なお、以下に列挙する構成は、磁気再生ヘッドのう
ち、主に、シード層からSV構造体の被固定層までの積
層体の構成である。このうち、S11の積層体のみ、ア
ニール処理を行わずに上記特性を調べた。S12〜S1
4の積層体については、2000/(4π)×10
3 (≒1.6×105 )A/mの大きさの横方向の磁場
中において、280℃の温度下で5時間のアニール処理
を施すことによって被固定層の磁化方向を固定したの
ち、上記特性を測定した。
A series of magnetic reproducing heads S11 shown in Table 2
~ S14, S11 ~ S13 corresponds to the comparative example,
S14 corresponds to an example of the present embodiment (see FIG. 1). The configurations listed below are mainly the configurations of the laminated body from the seed layer to the fixed layer of the SV structure in the magnetic reproducing head. Of these, only the laminated body of S11 was examined for the above characteristics without performing the annealing treatment. S12-S1
2000 / (4π) × 10 for the laminated body of 4
After fixing the magnetization direction of the pinned layer by performing an annealing treatment at a temperature of 280 ° C. for 5 hours in a lateral magnetic field of 3 (≈1.6 × 10 5 ) A / m, The above characteristics were measured.

【0062】S11は、「タンタル層(7.5nm厚)
/CoFe合金層(2.0nm厚)/銅層(3.0nm
厚)/タンタル層(5.0nm厚)」という構成であ
る。ここでは、タンタル層がシード層に対応し、CoF
e合金層がフリー層に対応する。S12は、S11の積
層体を上記条件でアニール処理したものである。S13
は、「NiCr合金層(5.5nm厚)/CoFe合金
層(2.0nm厚)/銅層(2.2nm厚)/NiCr
合金層(5.0nm厚)」という構成である。NiCr
合金層がシード層に対応し、CoFe合金層がフリー層
に対応する。S14は、「NiCr合金層(5.5nm
厚)/ルテニウム層(0.5nm厚)/CoFe合金層
(2.0nm厚)/銅層(2.0nm厚)/NiCr合
金層(5.0nm厚)」という構成である。ここでは、
NiCr合金層がシード層12に、ルテニウム層が緩衝
層14に、CoFe合金層がフリー層16にそれぞれ対
応する。
S11 is "tantalum layer (7.5 nm thick)"
/ CoFe alloy layer (2.0 nm thickness) / copper layer (3.0 nm
Thickness) / tantalum layer (5.0 nm thickness) ”. Here, the tantalum layer corresponds to the seed layer, and CoF
The e-alloy layer corresponds to the free layer. In S12, the laminated body of S11 is annealed under the above conditions. S13
Is "NiCr alloy layer (5.5 nm thickness) / CoFe alloy layer (2.0 nm thickness) / copper layer (2.2 nm thickness) / NiCr
Alloy layer (5.0 nm thick) ". NiCr
The alloy layer corresponds to the seed layer, and the CoFe alloy layer corresponds to the free layer. S14 is “NiCr alloy layer (5.5 nm
Thickness) / ruthenium layer (0.5 nm thickness) / CoFe alloy layer (2.0 nm thickness) / copper layer (2.0 nm thickness) / NiCr alloy layer (5.0 nm thickness) ”. here,
The NiCr alloy layer corresponds to the seed layer 12, the ruthenium layer corresponds to the buffer layer 14, and the CoFe alloy layer corresponds to the free layer 16.

【0063】表2によれば、S11の磁気モーメントB
sは0.25nWbであるが、S12の磁気モーメント
は0.14nWbを示した。この磁気モーメントの減少
は、上述のアニール処理の結果、タンタル層とCoFe
合金層との間に内部拡散が生じたためである。
According to Table 2, the magnetic moment B of S11
Although s was 0.25 nWb, the magnetic moment of S12 was 0.14 nWb. This decrease in magnetic moment is due to the tantalum layer and CoFe
This is because internal diffusion occurred between the alloy layer and the alloy layer.

【0064】S13の磁気異方性は弱く、実際には等方
性とみなすことができる。また、フリー層の磁化方向を
困難軸に向けるために必要な磁場Hhaは、1591.
55A/mを超える大きな数値となった。
The magnetic anisotropy of S13 is weak and can be regarded as isotropic in reality. Further, the magnetic field Hha required to direct the magnetization direction of the free layer to the difficult axis is 1591.
It was a large value exceeding 55 A / m.

【0065】S14では、保持力Hcが350.14A
/mであり、かつ、異方性磁場Hkが732.11A/
mとなり、保持力Hcおよび異方性磁場Hkが共に低い
数値をであるので、磁気異方性は僅かである。磁場Hh
aについては318.31A/mであり、S13の磁場
Hhaよりもはるかに少ない。したがって、僅かな磁場
に対してもフリー層の磁化方向は変化することができ
る。
At S14, the holding force Hc is 350.14A.
/ M and the anisotropic magnetic field Hk is 732.11 A /
Since the coercive force Hc and the anisotropic magnetic field Hk are both low, the magnetic anisotropy is small. Magnetic field Hh
The value of a is 318.31 A / m, which is much smaller than the magnetic field Hha of S13. Therefore, the magnetization direction of the free layer can be changed even with a slight magnetic field.

【0066】以上のように、本実施例S14は、緩衝層
のない比較例S11〜S13と比較して、磁気特性、特
にフリー層の異方性に優れ、磁気再生ヘッドとしてより
好適な感度を有することが確認された。
As described above, the present embodiment S14 is superior to the comparative examples S11 to S13 having no buffer layer in magnetic characteristics, especially in the anisotropy of the free layer, and has a more suitable sensitivity as a magnetic reproducing head. It was confirmed to have.

【0067】続いて、本実施の形態の磁気再生ヘッドに
おいて、主に、被固定層の有する磁気特性に関する調査
をおこなった。表3にその実験結果を示す。
Subsequently, in the magnetic reproducing head according to the present embodiment, the magnetic characteristics of the fixed layer were mainly investigated. Table 3 shows the experimental results.

【0068】[0068]

【表3】 [Table 3]

【0069】「Bs(nWb)」は磁気モーメント、
「Hc(A/m)」は保磁力、「He(A/m)」は層
間結合磁場、「Hk(A/m)」は異方性磁場、「Rs
(Ω/□)」はシート抵抗、「Dr/r(%)」は磁気
抵抗変化率(GMR比)、「Dr(Ω/□)」はGMR
効果に基づく抵抗変化(すなわち、出力強度)、「回転
角(°)」は被固定層の磁気モーメントの回転角を示
す。この回転角の測定は、次のように行う。すなわち、
被固定層の磁化方向を固定するための高磁場におけるア
ニール処理をした後に、磁気再生ヘッド全体に対する被
固定層における磁気モーメントの相対的な方向について
調べる。次いで、低磁場におけるアニール処理によって
フリー層の磁化方向を元に戻した後、被固定層の磁気モ
ーメントの方向を再度測定し、回転角の値を得るのであ
る。この回転角が小さい場合、磁気再生ヘッドの信頼
性、特に被固定層の信頼性が高いと言える。なお、表3
には、本実施の形態の磁気再生ヘッドにおける被固定層
の磁気的特性を明らかにするため、比較例の磁気的特性
も併記している。
"Bs (nWb)" is the magnetic moment,
"Hc (A / m)" is a coercive force, "He (A / m)" is an interlayer coupling magnetic field, "Hk (A / m)" is an anisotropic magnetic field, and "Rs"
(Ω / □) ”is the sheet resistance,“ Dr / r (%) ”is the magnetoresistance change rate (GMR ratio), and“ Dr (Ω / □) ”is the GMR.
The resistance change (that is, the output intensity) based on the effect, the “rotation angle (°)” indicates the rotation angle of the magnetic moment of the fixed layer. The measurement of this rotation angle is performed as follows. That is,
After annealing in a high magnetic field for fixing the magnetization direction of the pinned layer, the relative direction of the magnetic moment in the pinned layer with respect to the entire magnetic reproducing head is examined. Then, after returning the magnetization direction of the free layer to the original state by annealing in a low magnetic field, the direction of the magnetic moment of the fixed layer is measured again to obtain the value of the rotation angle. When this rotation angle is small, it can be said that the reliability of the magnetic reproducing head, especially the fixed layer is high. Table 3
In order to clarify the magnetic characteristics of the fixed layer in the magnetic reproducing head of the present embodiment, the magnetic characteristics of the comparative example are also shown in FIG.

【0070】表3中に示した一連の磁気再生ヘッドS2
1〜S24では、S21〜S23が比較例に対応し、S
24が本実施の形態(図1参照)の実施例に対応する。
なお、以下に列挙する構成は、磁気再生ヘッドのうち、
主に、シード層から保護層までの構成である。フリー層
についてはS21〜S24の全てに同じ材料(CoFe
合金)を用い、かつ、同じ厚み(2.0nm厚)とし
た。S21〜S24の磁気再生ヘッドについては、ま
ず、高磁場でのアニール処理(2000/(4π)×1
3 A/m,280℃,5時間)を行うことによって被
固定層の磁化方向を固定し、続いて低磁場でのアニール
処理(50/(4π)×103 A/m,290℃,30
分間)を行うことによってフリー層の磁化方向を元の方
向に回復させた。
A series of magnetic reproducing heads S2 shown in Table 3
1 to S24, S21 to S23 correspond to the comparative example, and
Reference numeral 24 corresponds to an example of the present embodiment (see FIG. 1).
The configurations listed below are among the magnetic reproducing heads.
The structure is mainly from the seed layer to the protective layer. For the free layer, the same material (CoFe
Alloy) and the same thickness (2.0 nm thickness). Regarding the magnetic reproducing heads of S21 to S24, first, annealing treatment in a high magnetic field (2000 / (4π) × 1
0 3 A / m, 280 ° C., 5 hours) to fix the magnetization direction of the pinned layer, followed by annealing in a low magnetic field (50 / (4π) × 10 3 A / m, 290 ° C., Thirty
The magnetization direction of the free layer was restored to the original direction by performing (1).

【0071】S21は、「Ta(7.5nm厚)/Co
Fe(2.0nm厚)/Cu(3.0nm厚)/CoF
e(2.0nm厚)/MnPt(20nm厚)/Ta
(5.0nm厚)」という構成であり、S22は、「N
iCr(5.5nm厚)/CoFe(2.0nm厚)/
Cu(2.2nm厚)/CoFe(1.5nm厚)/M
nPt(15nm厚)/NiCr(5.0nm厚)」と
いう構成を有している。S21およびS22は共に、C
oFeからなるフリー層の下に緩衝層を含まない構成と
なっている。S23は、「NiCr(5.5nm厚)/
Ru(0.5nm厚)/CoFe(2.0nm厚)/C
u(1.8nm厚)/CoFe(2.0nm厚)/Mn
Pt(20nm厚)/NiCr(2.0nm厚)」とい
う構成を有している。さらに、S24は、図1に対応し
て、シード層12から保護層30まで順に「NiCr
(5.5nm厚)/Ru(0.5nm厚)/CoFe
(2.0nm厚)/Cu(1.8nm厚)/CoFe
(1.1nm厚)/NiCr(3.5nm厚)/CoF
e(0.5nm厚)/MnPt(20nm厚)/NiC
r(2.0nm厚)」という構成となっている。このよ
うに、S23およびS24は共にフリー層の下にルテニ
ウム(Ru)からなる緩衝層を備えている。さらに、S
24は、「CoFe(1.1nm厚)/NiCr(3.
5nm厚)/CoFe(0.5nm厚)」の3層構造か
らなる被固定層20を備えている点がS23と異なる。
S21 is "Ta (7.5 nm thickness) / Co
Fe (2.0 nm thickness) / Cu (3.0 nm thickness) / CoF
e (2.0 nm thickness) / MnPt (20 nm thickness) / Ta
(5.0 nm thickness) ", and S22 is" N
iCr (5.5 nm thickness) / CoFe (2.0 nm thickness) /
Cu (2.2 nm thickness) / CoFe (1.5 nm thickness) / M
nPt (15 nm thickness) / NiCr (5.0 nm thickness) ”. Both S21 and S22 are C
The buffer layer is not included below the free layer made of oFe. S23 is "NiCr (5.5 nm thickness) /
Ru (0.5 nm thickness) / CoFe (2.0 nm thickness) / C
u (1.8 nm thickness) / CoFe (2.0 nm thickness) / Mn
Pt (20 nm thickness) / NiCr (2.0 nm thickness) ”. Further, S24 corresponds to FIG. 1 in order from the seed layer 12 to the protective layer 30 "NiCr".
(5.5 nm thickness) / Ru (0.5 nm thickness) / CoFe
(2.0 nm thickness) / Cu (1.8 nm thickness) / CoFe
(1.1 nm thickness) / NiCr (3.5 nm thickness) / CoF
e (0.5 nm thickness) / MnPt (20 nm thickness) / NiC
r (2.0 nm thick) ". Thus, both S23 and S24 have a buffer layer made of ruthenium (Ru) under the free layer. Furthermore, S
24 is “CoFe (1.1 nm thick) / NiCr (3.
5 nm thickness / CoFe (0.5 nm thickness) ”, the fixed layer 20 having a three-layer structure is different from S23.

【0072】表3の結果から、アニール処理をしていな
いS21は、S22〜S24と比較して極めて低いGM
R比(Dr/r)を示す一方で、ルテニウムの緩衝層を
備えたS23およびS24は、高いGMR比と優れた異
方性とを併せ持っていることがわかった。
From the results of Table 3, S21 which is not annealed is extremely low in GM as compared with S22 to S24.
While showing an R ratio (Dr / r), it was found that S23 and S24 provided with a ruthenium buffer layer have both a high GMR ratio and excellent anisotropy.

【0073】2.0nm厚のCoFe合金からなるフリ
ー層の下に、S21ではタンタル(Ta)層を設け、S
22ではNiCr合金層を設け、さらに、S23ではN
iCr合金層/ルテニウム(Ru)層を設けた。このよ
うな構造において出力強度Drは、表3に示したよう
に、S21が0.96、S22が2.44、S23が
2.91となった。このことから、タンタル層上にフリ
ー層を備えた構造では出力強度(Dr)が小さすぎ、超
高記録密度に対応した再生ヘッドには適用できないこと
がわかった。さらに、緩衝層を備えた磁気再生ヘッドの
ほうが、より高い出力強度を発揮できることが確認でき
た。したがって、緩衝層を設けることにより磁気センサ
としての感度の向上が見込まれる。
A tantalum (Ta) layer is provided in S21 under the free layer of CoFe alloy having a thickness of 2.0 nm.
In No. 22, a NiCr alloy layer is provided.
An iCr alloy layer / ruthenium (Ru) layer was provided. In such a structure, the output intensity Dr was 0.96 for S21, 2.44 for S22, and 2.91 for S23, as shown in Table 3. From this, it was found that the structure having the free layer on the tantalum layer had too small output intensity (Dr) and could not be applied to the reproducing head corresponding to the ultra high recording density. Further, it was confirmed that the magnetic reproducing head provided with the buffer layer can exhibit higher output strength. Therefore, the provision of the buffer layer is expected to improve the sensitivity of the magnetic sensor.

【0074】回転角については、S21〜S23ではい
ずれも高い値を示し、被固定層における磁化方向の回転
が大きいことがわかった。これにより、磁化方向の回転
が無い場合と比べ、出力強度Drがおよそ10%減少す
ると見積もられる。一方、フリー層の下にルテニウムの
緩衝層14が配設されると共に3層の積層構造からなる
被固定層20を備えた本実施例S24では、回転角が
1.5°未満と極めて小さい値である。よって、出力強
度Drが低下せず、被固定層の信頼性が高いことがわか
った。
Regarding the rotation angle, all of S21 to S23 showed high values, and it was found that the rotation of the magnetization direction in the pinned layer was large. As a result, it is estimated that the output intensity Dr is reduced by about 10% as compared with the case where there is no rotation in the magnetization direction. On the other hand, in the present embodiment S24 in which the ruthenium buffer layer 14 is disposed below the free layer and the fixed layer 20 having a three-layer laminated structure is provided, the rotation angle is less than 1.5 °, which is an extremely small value. Is. Therefore, it was found that the output intensity Dr did not decrease and the fixed layer had high reliability.

【0075】このように、本実施の形態の磁気再生ヘッ
ドによれば、フリー層の異方性が優れていると共に被固
定層の信頼性が高いので、信号磁場に対する高い感度を
示し、磁気記録媒体の高密度化に対応できることがわか
った。
As described above, according to the magnetic reproducing head of the present embodiment, since the free layer is excellent in anisotropy and the fixed layer is highly reliable, it exhibits high sensitivity to a signal magnetic field and magnetic recording. It was found that it can cope with high density of the medium.

【0076】続いて、さらに被固定層の信頼性を実証す
るために次の2つの実験を行った。
Subsequently, the following two experiments were conducted to further prove the reliability of the fixed layer.

【0077】まず、表3のS21、S23、およびS2
4に示したスピンバルブ構造に磁場を印加し、GMR比
(%)の磁場依存性を調べた。磁場の走査方法について
は次のようにした。まず、被固定層の磁化方向に磁場が
6000/(4π)×103(≒4.8×105 )A/
mになるまで印加したのち、磁場をゼロに戻す。次い
で、被固定層の磁化方向とは反対の方向に向かって60
00/(4π)×103(≒4.8×105 )A/mの
磁場を印加し、再び、被固定層の磁化方向に向かって6
000/(4π)×103 (≒4.8×105 )A/m
の磁場を印加する。これらの結果を図2〜図4にヒステ
リシス曲線として示す。図2はS21に対応し、図3は
S23に対応し、図4はS24に対応する。図2〜図4
では、横軸が印加した磁場(×105 A/m)を表し、
縦軸がGMR比(Dr/r(%))を表す。
First, S21, S23, and S2 of Table 3
A magnetic field was applied to the spin valve structure shown in FIG. 4 to examine the magnetic field dependence of the GMR ratio (%). The magnetic field scanning method was as follows. First, the magnetic field is 6000 / (4π) × 10 3 (≈4.8 × 10 5 ) A / in the magnetization direction of the pinned layer.
After applying to m, the magnetic field is returned to zero. Then, 60 in the direction opposite to the magnetization direction of the pinned layer.
A magnetic field of 00 / (4π) × 10 3 (≈4.8 × 10 5 ) A / m was applied, and the magnetization direction of the pinned layer was set to 6 again.
000 / (4π) × 10 3 (≈4.8 × 10 5 ) A / m
The magnetic field of is applied. These results are shown as a hysteresis curve in FIGS. 2 corresponds to S21, FIG. 3 corresponds to S23, and FIG. 4 corresponds to S24. 2 to 4
Then, the horizontal axis represents the applied magnetic field (× 10 5 A / m),
The vertical axis represents the GMR ratio (Dr / r (%)).

【0078】フリー層の下にタンタル層を用いたS21
では、図2に示したように、ピンニング磁場が1100
/(4π)×103 (≒0.88×105 )A/m、H
cが400/(4π)×103 (≒0.32×105
A/mであった。さらにGMR比(Dr/r)が5.6
%、出力強度(Dr)が0.96Ω/□であった。な
お、「ピンニング磁場」とは、GMR比(Dr/r)が
その最大値の半値になるときの2つの正磁場の値の平均
値を意味し、「Hc」は、2つの正磁場の値の差の半値
である。
S21 using a tantalum layer under the free layer
Then, as shown in FIG.
/ (4π) × 10 3 (≈0.88 × 10 5 ) A / m, H
c is 400 / (4π) × 10 3 (≈0.32 × 10 5 )
It was A / m. Furthermore, the GMR ratio (Dr / r) is 5.6.
%, The output intensity (Dr) was 0.96 Ω / □. The "pinning magnetic field" means the average value of two positive magnetic field values when the GMR ratio (Dr / r) becomes half of its maximum value, and "Hc" is the two positive magnetic field values. Is the half-value of the difference.

【0079】同様に、ルテニウムの緩衝層と、単層の被
固定層とを備えたS23では、図3に示したように、ピ
ンニング磁場が950/(4π)×103 (≒0.76
×105 )A/m、Hcが400/(4π)×10
3 (≒0.32×105 A/mであった。さらにGMR
比(Dr/r)が13.0%、出力強度(Dr)が2.
90Ω/□であった。
Similarly, in S23 having a ruthenium buffer layer and a single fixed layer, the pinning magnetic field was 950 / (4π) × 10 3 (≈0.76) as shown in FIG.
× 10 5 ) A / m, Hc is 400 / (4π) × 10
3 (≈ 0.32 × 10 5 A / m. Further GMR
The ratio (Dr / r) is 13.0% and the output intensity (Dr) is 2.
It was 90Ω / □.

【0080】本実施の形態の構成に対応した実施例S2
4では、図4に示したように、ピンニング磁場が110
0/(4π)×103 (≒0.88×105 )A/m、
Hcが100/(4π)×103 (≒0.08×1
5 )A/m未満となった。さらにGMR比Dr/rが
10.7%、出力強度Drが2.55Ω/□であった。
Example S2 corresponding to the configuration of the present embodiment
4, the pinning magnetic field is 110, as shown in FIG.
0 / (4π) × 10 3 (≈0.88 × 10 5 ) A / m,
Hc is 100 / (4π) × 10 3 (≈0.08 × 1)
0 5 ) It was less than A / m. Further, the GMR ratio Dr / r was 10.7% and the output intensity Dr was 2.55 Ω / □.

【0081】以上のように図2〜図4を比較すると、本
実施例S24では、被固定層のHcが非常に小さく、ま
たヒステリシス曲線における開きがほとんど見られない
ことがわかった。この実験によって本実施の形態の構成
を持つ被固定層の信頼性が高いことが確認された。
As described above, by comparing FIGS. 2 to 4, it was found that in this Example S24, the Hc of the fixed layer was very small, and the opening in the hysteresis curve was hardly seen. This experiment confirmed that the fixed layer having the configuration of the present embodiment has high reliability.

【0082】続いて、表3のS21、S23、およびS
24に示したスピンバルブ構造と同様の構造を有するS
31、S33、およびS34を用意し、以下の実験を行
った。まず、7000/(4π)×103 (≒5.6×
105 )A/mの外部磁場を印加することで被固定層の
磁化方向を所定の方向に一旦決めた後、反対の方向へ、
新たに7000/(4π)×103 (≒5.6×1
5 )A/mの磁場を印加した。ここでGMR比(Dr
/r)を測定し、磁化方向が変化するかどうかについて
調べた。この結果を図5に示す。図5の縦軸はDr/r
(%)を表し、横軸は印加した磁場(×105 A/m)
を表す。ここで、Dr/rの低下は、被固定層の磁化方
向の回転を意味する。フリー層の下にタンタル層を設け
たS31では、磁場の増加に伴い、Dr/rは非常に緩
やかに減少していくことがわかった。ルテニウムからな
る緩衝層と、単層の被固定層とを備えたS33では、被
固定層の磁化の回転は1000/(4π)×103 (≒
0.80×105 )A/m付近から顕著に現れ、その
後、回転は加速することがわかった。一方、本実施の形
態の構成に対応するS34では、外部磁場の影響を受け
ずにDr/rはほとんど変化せず(すなわち、磁化方向
が回転せず)、良好な信頼性を示すことが確認された。
Then, S21, S23, and S in Table 3 are
S having a structure similar to the spin valve structure shown in FIG.
31, S33, and S34 were prepared and the following experiments were conducted. First, 7000 / (4π) × 10 3 (≈5.6 ×
10 5 ) After applying the external magnetic field of A / m, the magnetization direction of the pinned layer is once determined to be a predetermined direction, and then, to the opposite direction.
Newly 7000 / (4π) × 10 3 (≈5.6 × 1)
A magnetic field of 0 5 ) A / m was applied. Here, the GMR ratio (Dr
/ R) was measured to see if the magnetization direction changed. The result is shown in FIG. The vertical axis of FIG. 5 is Dr / r
(%), The horizontal axis represents the applied magnetic field (× 10 5 A / m)
Represents Here, the decrease of Dr / r means rotation of the magnetization direction of the pinned layer. It was found that in S31 in which the tantalum layer was provided below the free layer, Dr / r decreased very gradually as the magnetic field increased. In S33 including the buffer layer made of ruthenium and the single pinned layer, the rotation of the magnetization of the pinned layer is 1000 / (4π) × 10 3 (≈).
It was found that it appeared remarkably from around 0.80 × 10 5 ) A / m, and then the rotation accelerated. On the other hand, in S34 corresponding to the configuration of the present embodiment, it is confirmed that Dr / r hardly changes without the influence of the external magnetic field (that is, the magnetization direction does not rotate), and exhibits good reliability. Was done.

【0083】[従来の技術]の項に記したFontana Jr.
等による米国特許第5701223号等に示されている
「CoFe合金/ルテニウム(Ru)/CoFe合金/
MnPt合金」という構造の反強磁性結合被固定層(い
わゆるシンセティック反強磁性被固定層)を備えるスピ
ンバルブ構造は、その被固定層の信頼性が非常に高いこ
とで知られている。一方、本実施の形態の被固定層20
を備えた磁気再生ヘッドは、シンセティック反強磁性被
固定層を備える磁気再生ヘッドと同程度の信頼性を有す
るだけでなく、上述したように多くの非常に有用な性質
を有することもわかった。
Fontana Jr. described in the [Prior Art] section.
"CoFe alloy / ruthenium (Ru) / CoFe alloy /" shown in U.S. Pat. No. 5,701,223.
A spin valve structure including an antiferromagnetically coupled pinned layer (so-called synthetic antiferromagnetic pinned layer) having a structure called “MnPt alloy” is known for its extremely high pinned layer reliability. On the other hand, the fixed layer 20 of the present embodiment
It has been found that the magnetic reproducing head having the magnetic field of not only has the same degree of reliability as the magnetic reproducing head having the synthetic antiferromagnetic pinned layer, but also has many very useful properties as described above.

【0084】以上説明したように、本実施の形態に係る
磁気再生ヘッドでは、基板10上にシード層12と、ル
テニウム等の磁気抵抗効果を増加させる材料からなる緩
衝層14と、CoFe合金等の強磁性材料からなり磁化
方向が自由に回転するフリー層16と、銅等の非磁性材
料からなる非磁性層18と、積層構造を有する被固定層
20と、固定作用層28と、保護層30とを順に形成し
たのち、全体を第1の磁場においてアニール処理を施す
ことにより被固定層20の磁化方向を固定し、さらに、
全体を第1の磁場よりも低い第2の磁場においてアニー
ル処理を施すことによりフリー層16の磁化方向を初期
状態に戻すようにしたので、磁気抵抗変化率が増加する
とともに、フリー層16の熱に対する安定性が高まる。
これによって、軟質磁性および磁化の一方向性が得られ
るため、バイアス・ポイントの制御が容易になると共に
磁気信号に対する感度が向上し、高記録密度媒体から生
じる従来よりも弱い磁気信号を検出できるようになる。
As described above, in the magnetic reproducing head according to the present embodiment, the seed layer 12, the buffer layer 14 made of a material such as ruthenium which increases the magnetoresistive effect, and the CoFe alloy are provided on the substrate 10. A free layer 16 made of a ferromagnetic material whose magnetization direction freely rotates, a non-magnetic layer 18 made of a non-magnetic material such as copper, a pinned layer 20 having a laminated structure, a pinning layer 28, and a protective layer 30. After sequentially forming and, the whole is annealed in the first magnetic field to fix the magnetization direction of the pinned layer 20, and
By annealing the entire structure in a second magnetic field lower than the first magnetic field, the magnetization direction of the free layer 16 is returned to the initial state, so that the magnetoresistance change rate is increased and the heat of the free layer 16 is increased. Stability against.
This provides soft magnetism and unidirectionality of the magnetization, which facilitates control of the bias point, improves sensitivity to magnetic signals, and enables detection of weaker magnetic signals from high-density media than before. become.

【0085】さらに、被固定層20が積層構造であるこ
とによって、各層の層間結合磁場(He)が小さくな
り、被固定層20によって生じる静磁場(経時変化しな
い磁場)は、センサ電流の磁場によって補償されるの
で、最適なバイアス・レベルを確保できることも確認で
きた。
Further, since the fixed layer 20 has a laminated structure, the inter-layer coupling magnetic field (He) of each layer becomes small, and the static magnetic field (magnetic field that does not change with time) generated by the fixed layer 20 depends on the magnetic field of the sensor current. Since it is compensated, it was confirmed that the optimum bias level can be secured.

【0086】現在、35Gbits/inch2 (≒
5.43Gbits/cm2 )を超えるような高密度磁
気記録媒体からの情報読み取りを行うために、例えば上
部シールドから下部シールドまでの長さが0.1μmの
ギャップをもつ磁気再生ヘッドおよび0.57μmの磁
気再生トラック幅(MRW)の実現が試みられている。
この微小なトラック幅に対する最高最低電圧の比率(V
pp/MRW)として測定されるセンサ感度が11mV
/μmである磁気再生ヘッドを開発する必要がある。本
実施の形態の磁気再生ヘッドは、このような高記録密度
化にも十分対応することができるものである。
At present, 35 Gbits / inch 2 (≈
In order to read information from a high-density magnetic recording medium exceeding 5.43 Gbits / cm 2 ), for example, a magnetic reproducing head having a gap of 0.1 μm from the upper shield to the lower shield and 0.57 μm Has been attempted to realize the magnetic reproduction track width (MRW).
Ratio of maximum and minimum voltage to this minute track width (V
Sensor sensitivity measured as pp / MRW) is 11 mV
It is necessary to develop a magnetic reproducing head having a thickness of / μm. The magnetic reproducing head of the present embodiment can sufficiently cope with such high recording density.

【0087】以上、実施の形態およびいくつかの実施例
を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態
および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
すなわち、上記実施の形態および実施例において説明し
た磁気再生ヘッドの構成や材料、寸法、製造方法に関す
る詳細は必ずしもこれに限られるものではなく、薄いフ
リー層の下に緩衝層を構成すると共に、被固定層を積層
構造にすることにより、バイアス・ポイントの制御が容
易で、高GMR比(Dr/r)を保ち、十分な軟質磁性
およびピンド層の信頼性を得ることが可能な限り、自由
に変形可能である。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments and some examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
That is, the details of the structure, material, size, and manufacturing method of the magnetic reproducing head described in the above-described embodiments and examples are not necessarily limited to this, and the buffer layer is formed under the thin free layer, and By making the fixed layer a laminated structure, the bias point can be easily controlled, a high GMR ratio (Dr / r) can be maintained, and sufficient soft magnetic properties and reliability of the pinned layer can be obtained freely. It can be transformed.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1ないし請
求項16のいずれか1項に記載の磁気再生ヘッドの製造
方法によれば、基板上にシード層と、磁気抵抗効果を増
加させる材料からなる緩衝層と、強磁性材料からなり磁
化方向が自由に動くフリー層と、非磁性材料からなる第
1の非磁性スペーサ層と、積層構造を有する被固定層
と、固定作用層と、保護層とを順に形成し、全体を第1
の磁場においてアニール処理を施すことにより被固定層
の磁化方向を固定したのち、全体を第1の磁場よりも低
い第2の磁場においてアニール処理を施し、フリー層の
磁化方向を初期状態に戻すようにしたので、優れたバイ
アスポイントの制御性、高いGMR比(Dr/r)およ
び良好な軟質磁性を備えると共に、熱安定性および高出
力性能を有し、超高密度記録に対応した磁気再生ヘッド
を形成することができる。
As described above, according to the method of manufacturing the magnetic reproducing head according to any one of claims 1 to 16, the seed layer on the substrate and the material for increasing the magnetoresistive effect. Made of a ferromagnetic material, a free layer made of a ferromagnetic material and having a freely magnetizable direction, a first nonmagnetic spacer layer made of a nonmagnetic material, a pinned layer having a laminated structure, a pinning layer, and a protection layer. Layers are formed in order and the whole is first
After fixing the magnetization direction of the pinned layer by annealing in the magnetic field of, the whole is annealed in the second magnetic field lower than the first magnetic field to return the magnetization direction of the free layer to the initial state. Since it has excellent controllability of bias point, high GMR ratio (Dr / r) and good soft magnetism, it has thermal stability and high output performance, and is a magnetic reproducing head compatible with ultra high density recording. Can be formed.

【0089】請求項17ないし請求項32のいずれか1
項に記載の磁気再生ヘッドによれば、基板と、シード層
と、磁気抵抗効果を増加させる材料よりなる緩衝層と、
強磁性材料よりなり、磁化方向が自由に回転するフリー
層と、非磁性材料よりなる第1の非磁性スペーサ層と、
第1の磁場におけるアニール処理によって磁化方向が固
定された積層構造からなる被固定層と、固定作用層と、
保護層とを備えるようにしたので、優れたバイアスポイ
ントの制御性、高いGMR比(Dr/r)および良好な
軟質磁性を備えると共に、熱安定性および高出力性能を
有し、超高密度記録に対応することができる。
Any one of claims 17 to 32
According to the magnetic reproducing head of the item, the substrate, the seed layer, the buffer layer made of a material that increases the magnetoresistive effect,
A free layer made of a ferromagnetic material, the magnetization direction of which freely rotates, a first non-magnetic spacer layer made of a non-magnetic material,
A pinned layer having a laminated structure in which the magnetization direction is pinned by annealing in a first magnetic field, and a pinning layer;
Since it is provided with a protective layer, it has excellent bias point controllability, high GMR ratio (Dr / r) and good soft magnetism, and also has thermal stability and high output performance, and ultra high density recording. Can correspond to.

【0090】また、請求項3に記載の磁気再生ヘッドの
製造方法あるいは請求項19に記載の磁気再生ヘッドに
よれば、緩衝層とフリー層との間で伝導電子がより効果
的に全反射するので、超高密度記録の再生により好適で
ある。
According to the magnetic reproducing head manufacturing method of the third aspect or the magnetic reproducing head of the nineteenth aspect, conduction electrons are more effectively totally reflected between the buffer layer and the free layer. Therefore, it is more suitable for reproduction of ultra-high density recording.

【0091】さらに、請求項7ないし請求項11のいず
れか1項に記載の磁気再生ヘッドの製造方法あるいは請
求項23ないし請求項27のいずれか1項に記載の磁気
再生ヘッドによれば、第1の強磁性層と、第2の非磁性
スペーサ層と、第2の強磁性層とを順に積層した強磁性
結合構造を有する被固定層を備えるようにしたので、被
固定層における磁化方向の安定性が増し、より高い出力
性能が得られる。
Further, according to the method of manufacturing a magnetic reproducing head described in any one of claims 7 to 11 or the magnetic reproducing head described in any one of claims 23 to 27, Since the fixed layer having the ferromagnetic coupling structure in which the first ferromagnetic layer, the second non-magnetic spacer layer, and the second ferromagnetic layer are laminated in this order is provided, Increased stability and higher output performance.

【0092】さらにまた、請求項12に記載の磁気再生
ヘッドの製造方法あるいは請求項28に記載の磁気再生
ヘッドによれば、強磁性層上にマンガン白金合金または
マンガン白金パラジウム合金からなる固定作用層が積層
されるので、より高いブロッキング温度、より高い交換
バイアス磁場およびより優れた耐食性を得ることができ
る。
Furthermore, according to the method of manufacturing a magnetic reproducing head of the twelfth aspect or the magnetic reproducing head of the twenty-eighth aspect, the fixed action layer made of a manganese platinum alloy or a manganese platinum palladium alloy is formed on the ferromagnetic layer. Are laminated, a higher blocking temperature, a higher exchange bias magnetic field and better corrosion resistance can be obtained.

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

【図1】本発明の実施の形態に係る磁気再生ヘッドの要
部断面構成を説明するための断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of a main part of a magnetic reproducing head according to an embodiment of the present invention.

【図2】比較例S21におけるDr/rの磁場依存性を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the magnetic field dependence of Dr / r in Comparative Example S21.

【図3】比較例S23におけるDr/rの磁場依存性を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the magnetic field dependence of Dr / r in Comparative Example S23.

【図4】本実施の形態に係る実施例S24におけるDr
/rの磁場依存性を示す図である。
FIG. 4 shows Dr in Example S24 according to the present embodiment.
It is a figure which shows the magnetic field dependence of / r.

【図5】本実施の形態に係る実施例S34および比較例
S31,S33における被固定層の信頼性を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the reliability of the fixed layer in Example S34 and Comparative Examples S31 and S33 according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基板、12…シード層、14…緩衝層、16…フ
リー層、18…第1の非磁性スペーサ層、20…被固定
層、22…第1の強磁性層、24…第2の非磁性スペー
サ層、26…第2の強磁性層、28…固定作用層、30
…保護層、32…トップスピンバルブ構造体。
10 ... Substrate, 12 ... Seed layer, 14 ... Buffer layer, 16 ... Free layer, 18 ... First non-magnetic spacer layer, 20 ... Pinned layer, 22 ... First ferromagnetic layer, 24 ... Second non-magnetic layer Magnetic spacer layer, 26 ... Second ferromagnetic layer, 28 ... Pinning layer, 30
... Protective layer, 32 ... Top spin valve structure.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 民 李 アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94538 フレモント レスリー ストリー ト 39663 アパート408 (72)発明者 茹瑛 童 アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95130 サンノゼ レバイン ドライブ 2433 Fターム(参考) 5D034 BA02 BA03 BA04 BA05 CA04 CA08 DA07 5E049 AA01 AA04 AA07 AA09 AC00 AC05 BA12 CB02 DB12    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Min Li             United States California             94538 Fremont Leslie Strey             To 39663 Apartment 408 (72) Inventor Boiled children             United States California             95130 San Jose Levine Drive             2433 F-term (reference) 5D034 BA02 BA03 BA04 BA05 CA04                       CA08 DA07                 5E049 AA01 AA04 AA07 AA09 AC00                       AC05 BA12 CB02 DB12

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超高記録密度に対応したスピンバルブ型
構造を有する磁気再生ヘッドの製造方法であって、 基板上にシード層を形成する第1の工程と、 このシード層上に、磁気抵抗効果を増加させる材料を用
いて緩衝層を形成する第2の工程と、 この緩衝層上に、強磁性材料を用いて磁化方向が自由に
回転するフリー層を形成する第3の工程と、 このフリー層上に、非磁性材料を用いて第1の非磁性ス
ペーサ層を形成する第4の工程と、 この第1の非磁性スペーサ層上に、積層構造を有する被
固定層を形成する第5の工程と、 この被固定層上に、固定作用層を形成する第6の工程
と、 この固定作用層上に、保護層を形成する第7の工程と、 全体を第1の磁場においてアニール処理を施すことによ
り、前記被固定層の磁化方向を固定する第8の工程と、 全体を前記第1の磁場よりも低い第2の磁場においてア
ニール処理を施すことにより、前記フリー層の磁化方向
を初期状態に戻す第9の工程とを含むことを特徴とする
磁気再生ヘッドの製造方法。
1. A method of manufacturing a magnetic reproducing head having a spin valve structure corresponding to an ultrahigh recording density, comprising a first step of forming a seed layer on a substrate, and a magnetoresistive film on the seed layer. A second step of forming a buffer layer using a material that increases the effect, and a third step of forming a free layer on the buffer layer using a ferromagnetic material in which the magnetization direction freely rotates, A fourth step of forming a first non-magnetic spacer layer on the free layer using a non-magnetic material, and a fifth step of forming a fixed layer having a laminated structure on the first non-magnetic spacer layer. And a sixth step of forming a fixed action layer on the fixed layer, a seventh step of forming a protective layer on the fixed action layer, and an annealing treatment of the whole in a first magnetic field. Is applied to fix the magnetization direction of the pinned layer. And a ninth step of returning the magnetization direction of the free layer to the initial state by performing an annealing process on the whole in a second magnetic field lower than the first magnetic field. Reproduction head manufacturing method.
【請求項2】 前記第1の工程において、ニッケルクロ
ム(NiCr)合金およびニッケル鉄クロム(NiFe
Cr)合金のうちの少なくとも1種を用いて、4nm以
上7nm以下の厚みとなるように前記シード層を形成す
ることを特徴とする請求項1に記載の磁気再生ヘッドの
製造方法。
2. The nickel-chromium (NiCr) alloy and the nickel-iron-chromium (NiFe) in the first step.
2. The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the seed layer is formed using at least one of Cr) alloys so as to have a thickness of 4 nm or more and 7 nm or less.
【請求項3】 前記第2の工程において、ルテニウム
(Ru)、ロジウム(Rh)およびイリジウム(Ir)
よりなる群のうちの少なくとも1種を用いて、0.3n
m以上2.5nm以下の厚みとなるように前記緩衝層を
形成することを特徴とする請求項1に記載の磁気再生ヘ
ッドの製造方法。
3. The ruthenium (Ru), rhodium (Rh) and iridium (Ir) in the second step.
0.3n with at least one of the group consisting of
The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the buffer layer is formed so as to have a thickness of m or more and 2.5 nm or less.
【請求項4】 前記第3の工程において、コバルト鉄
(CoFe)合金を用いて、1.0nm以上6.0nm
以下の厚みとなるように前記フリー層を形成することを
特徴とする請求項1に記載の磁気再生ヘッドの製造方
法。
4. In the third step, a cobalt iron (CoFe) alloy is used, and the thickness is 1.0 nm or more and 6.0 nm or more.
The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the free layer is formed to have the following thickness.
【請求項5】 前記第3の工程において、コバルト鉄ボ
ロン(CoFeB)合金を用いて、1.0nm以上6.
0nm以下の厚みとなるように前記フリー層を形成する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気再生ヘッドの製
造方法。
5. In the third step, a cobalt iron boron (CoFeB) alloy is used and 1.0 nm or more and 6.
The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the free layer is formed so as to have a thickness of 0 nm or less.
【請求項6】 前記第4の工程において、銅(Cu)を
用いて、1.8nm以上3.0nm以下の厚みとなるよ
うに前記第1の非磁性スペーサ層を形成することを特徴
とする請求項1に記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
6. The fourth non-magnetic spacer layer is formed in the fourth step by using copper (Cu) so as to have a thickness of 1.8 nm or more and 3.0 nm or less. The method for manufacturing the magnetic reproducing head according to claim 1.
【請求項7】 前記第5の工程において、第1の強磁性
層と、第2の非磁性スペーサ層と、第2の強磁性層とを
この順に積層することにより、強磁性結合構造を有する
ように前記被固定層を形成することを特徴とする請求項
1に記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
7. A ferromagnetic coupling structure is obtained by stacking a first ferromagnetic layer, a second non-magnetic spacer layer, and a second ferromagnetic layer in this order in the fifth step. The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the fixed layer is formed as described above.
【請求項8】 コバルト鉄合金を用いて、0.8nm以
上2.0nm以下の厚みとなるように前記第1の強磁性
層を形成し、 ニッケルクロム合金を用いて、0.2nm以上0.5n
m以下の厚みとなるように前記第2の非磁性スペーサ層
を形成し、 コバルト鉄合金を用いて、0.4nm以上1.0nm以
下の厚みとなるように前記第2の強磁性層を形成するこ
とを特徴とする請求項7に記載の磁気再生ヘッドの製造
方法。
8. A cobalt iron alloy is used to form the first ferromagnetic layer so as to have a thickness of 0.8 nm to 2.0 nm, and a nickel chromium alloy is used to form 0.2 nm to 0.1 nm. 5n
The second non-magnetic spacer layer is formed so as to have a thickness of m or less, and the second ferromagnetic layer is formed using a cobalt iron alloy so as to have a thickness of 0.4 nm or more and 1.0 nm or less. The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 7, wherein
【請求項9】 厚みの比率が2:1となるように前記第
1および第2の強磁性層を形成することを特徴とする請
求項8に記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
9. The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 8, wherein the first and second ferromagnetic layers are formed so that the thickness ratio is 2: 1.
【請求項10】 コバルト(Co)、コバルト鉄合金、
コバルト鉄ボロン合金およびニッケル鉄合金(NiF
e)よりなる群のうちのいずれか1種を用いて、0.8
nm以上2.0nm以下の厚みとなるように前記第1の
強磁性層を形成し、 ニッケルクロム合金およびニッケル鉄クロム合金のうち
の少なくとも1種を用いて、0.2nm以上0.5nm
以下の厚みとなるように前記第2の非磁性スペーサ層を
形成し、 コバルト、コバルト鉄合金、コバルト鉄ボロン合金およ
びニッケル鉄合金よりなる群のうちの少なくとも1種を
用いて、0.4nm以上1.0nm以下の厚みとなるよ
うに前記第2の強磁性層を形成することを特徴とする請
求項7の磁気再生ヘッドの製造方法。
10. Cobalt (Co), a cobalt iron alloy,
Cobalt iron boron alloy and nickel iron alloy (NiF
e) using any one of the group consisting of
The first ferromagnetic layer is formed to have a thickness of not less than 2.0 nm and not more than 2.0 nm, and at least one of a nickel-chromium alloy and a nickel-iron-chromium alloy is used, and not less than 0.2 nm and not more than 0.5 nm
The second non-magnetic spacer layer is formed to have the following thickness, and 0.4 nm or more is formed using at least one selected from the group consisting of cobalt, cobalt iron alloys, cobalt iron boron alloys, and nickel iron alloys. 8. The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 7, wherein the second ferromagnetic layer is formed so as to have a thickness of 1.0 nm or less.
【請求項11】 厚みの比率が2:1となるように、前
記第1および第2の強磁性層を形成することを特徴とす
る請求項10に記載の磁気再生ヘッドの製造方法。
11. The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 10, wherein the first and second ferromagnetic layers are formed so that the thickness ratio is 2: 1.
【請求項12】 前記第6の工程において、マンガン白
金(MnPt)合金およびマンガン白金パラジウム(M
nPtPd)合金のうちの少なくとも1種を用いて、1
0.0nm以上30.0nm以下の厚みとなるように前
記固定作用層を形成することを特徴とする請求項1に記
載の磁気再生ヘッドの製造方法。
12. The manganese platinum (MnPt) alloy and the manganese platinum palladium (M) in the sixth step.
nPtPd) alloy using at least one of
The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the fixing layer is formed so as to have a thickness of 0.0 nm or more and 30.0 nm or less.
【請求項13】 前記第6の工程において、イリジウム
マンガン(IrMn)合金を用いて、5.0nm以上1
5.0nm以下の厚みとなるように前記固定作用層を形
成することを特徴とする請求項1に記載の磁気再生ヘッ
ドの製造方法。
13. In the sixth step, an iridium manganese (IrMn) alloy is used, and the thickness is 5.0 nm or more.
The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the fixing action layer is formed so as to have a thickness of 5.0 nm or less.
【請求項14】 前記第7の工程において、ニッケルク
ロム合金、ニッケル鉄クロム合金、およびタンタル(T
a)よりなる群のうちの少なくとも1種を用いて、2.
0nm以上5.0nm以下の厚みとなるように前記保護
層を形成することを特徴とする請求項1に記載の磁気再
生ヘッドの製造方法。
14. The nickel-chromium alloy, the nickel-iron-chromium alloy, and the tantalum (T) in the seventh step.
1. using at least one of the group consisting of a),
The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the protective layer is formed so as to have a thickness of 0 nm or more and 5.0 nm or less.
【請求項15】 前記第8の工程において、2000/
(4π)×103 A/mの横方向の磁場中において、5
時間に亘り、280℃の温度でアニール処理を行うこと
を特徴とする請求項1に記載の磁気再生ヘッドの製造方
法。
15. In the eighth step, 2000 /
5 in a lateral magnetic field of (4π) × 10 3 A / m
The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the annealing treatment is performed at a temperature of 280 ° C. for a long time.
【請求項16】 前記第9の工程において、50/(4
π)×103 A/mの縦方向の磁場中において、30分
間に亘り、290℃の温度でアニール処理を行うことを
特徴とする請求項1に記載の磁気再生ヘッドの製造方
法。
16. In the ninth step, 50 / (4
The method of manufacturing a magnetic reproducing head according to claim 1, wherein the annealing treatment is performed at a temperature of 290 ° C. for 30 minutes in a longitudinal magnetic field of π) × 10 3 A / m.
【請求項17】 超高記録密度に対応したスピンバルブ
型の磁気再生ヘッドであって、 基板と、 この基板上に形成されたシード層と、 このシード層上に形成され、磁気抵抗効果を増加させる
材料よりなる緩衝層と、 この緩衝層上に強磁性材料によって形成され、磁化方向
が自由に回転するフリー層と、 このフリー層上に形成された非磁性材料よりなる第1の
非磁性スペーサ層と、 この第1の非磁性スペーサ層上に形成され、第1の磁場
におけるアニール処理によって磁化方向が固定された積
層構造からなる被固定層と、 この被固定層上に形成された固定作用層と、 この固定作用層上に形成された保護層とを備えたことを
特徴とする磁気再生ヘッド。
17. A spin-valve type magnetic reproducing head compatible with ultra-high recording density, comprising a substrate, a seed layer formed on the substrate, and a magnetoresistive effect formed on the seed layer. A buffer layer made of a material, a free layer formed on the buffer layer by a ferromagnetic material and having a freely rotatable magnetization direction, and a first nonmagnetic spacer made of a nonmagnetic material formed on the free layer. Layer, a pinned layer formed on the first non-magnetic spacer layer and having a laminated structure in which the magnetization direction is pinned by an annealing treatment in a first magnetic field, and a pinning action formed on the pinned layer. A magnetic reproducing head comprising a layer and a protective layer formed on the fixed action layer.
【請求項18】 前記シード層は、ニッケルクロム(N
iCr)合金またはニッケル鉄クロム(NiFeCr)
合金のいずれかにより構成され、4.0nm以上7.0
nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項17に
記載の磁気再生ヘッド。
18. The seed layer is nickel chrome (N
iCr) alloy or nickel iron chromium (NiFeCr)
Made of any of alloys and having a thickness of 4.0 nm or more and 7.0
18. The magnetic reproducing head according to claim 17, which has a thickness of nm or less.
【請求項19】 前記緩衝層は、ルテニウム(Ru)、
ロジウム(Rh)およびイリジウム(Ir)よりなる群
のうちのいずれか1種により構成され、0.3nm以上
2.5nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項
17に記載の磁気再生ヘッド。
19. The buffer layer is ruthenium (Ru),
18. The magnetic reproducing head according to claim 17, wherein the magnetic reproducing head is made of any one of the group consisting of rhodium (Rh) and iridium (Ir) and has a thickness of 0.3 nm or more and 2.5 nm or less.
【請求項20】 前記フリー層は、コバルト鉄(CoF
e)合金により構成され、1.0nm以上6.0nm以
下の厚みを有することを特徴とする請求項17に記載の
磁気再生ヘッド。
20. The free layer is cobalt iron (CoF).
The magnetic reproducing head according to claim 17, wherein the magnetic reproducing head is made of an alloy e) and has a thickness of 1.0 nm or more and 6.0 nm or less.
【請求項21】 前記フリー層は、コバルト鉄ボロン
(CoFeB)合金により構成され、1.0nm以上
6.0nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項
17に記載の磁気再生ヘッド。
21. The magnetic reproducing head according to claim 17, wherein the free layer is made of a cobalt iron boron (CoFeB) alloy and has a thickness of 1.0 nm or more and 6.0 nm or less.
【請求項22】 前記第1の非磁性スペーサ層は、銅
(Cu)により構成され、1.8nm以上3.0nm以
下の厚みを有することを特徴とする請求項17に記載の
磁気再生ヘッド。
22. The magnetic reproducing head according to claim 17, wherein the first non-magnetic spacer layer is made of copper (Cu) and has a thickness of 1.8 nm or more and 3.0 nm or less.
【請求項23】 前記被固定層は、第1の強磁性層と、
第2の非磁性スペーサ層と、第2の強磁性層とが順に積
層された強磁性結合構造を有することを特徴とする請求
項17に記載の磁気再生ヘッド。
23. The fixed layer includes a first ferromagnetic layer,
18. The magnetic reproducing head according to claim 17, wherein the magnetic reproducing head has a ferromagnetic coupling structure in which a second non-magnetic spacer layer and a second ferromagnetic layer are sequentially stacked.
【請求項24】 前記第1の強磁性層は、コバルト鉄合
金により構成され0.8nm以上2.0nm以下の厚み
を有し、前記第2の非磁性スペーサ層は、ニッケルクロ
ム合金により構成され0.2nm以上0.5nm以下の
厚みを有し、前記第2の強磁性層は、コバルト鉄合金に
より構成され0.4nm以上1.0nm以下の厚みを有
することを特徴とする請求項23に記載の磁気再生ヘッ
ド。
24. The first ferromagnetic layer is made of a cobalt iron alloy and has a thickness of 0.8 nm or more and 2.0 nm or less, and the second non-magnetic spacer layer is made of a nickel chromium alloy. The thickness of 0.2 nm or more and 0.5 nm or less, and the second ferromagnetic layer is made of a cobalt iron alloy and has a thickness of 0.4 nm or more and 1.0 nm or less. The magnetic reproducing head described.
【請求項25】 前記第1および第2の強磁性層の厚み
は、2:1の比率であることを特徴とする請求項24の
磁気再生ヘッド。
25. The magnetic reproducing head of claim 24, wherein the first and second ferromagnetic layers have a thickness ratio of 2: 1.
【請求項26】 前記第1の強磁性層は、コバルト(C
o)、コバルト鉄合金、コバルト鉄ボロン合金およびニ
ッケル鉄(NiFe)合金よりなる群のうちの少なくと
も1種を含み、0.8nm以上2.0nm以下の厚みを
有し、 前記第2の非磁性スペーサ層は、ニッケルクロム合金お
よびニッケル鉄クロム合金のうちの少なくとも1種を含
み、0.2nm以上0.5nm以下の厚みを有し、 前記第2の強磁性層は、コバルト、コバルト鉄合金、コ
バルト鉄ボロン合金およびニッケル鉄合金のうちの少な
くとも1種を含み、0.4nm以上1.0nm以下の厚
みを有することを特徴とする請求項23に記載の磁気再
生ヘッド。
26. The first ferromagnetic layer comprises cobalt (C
o), a cobalt iron alloy, a cobalt iron boron alloy, and a nickel iron (NiFe) alloy, and at least one kind thereof, and has a thickness of 0.8 nm or more and 2.0 nm or less, and the second nonmagnetic material. The spacer layer includes at least one of a nickel-chromium alloy and a nickel-iron-chromium alloy and has a thickness of 0.2 nm or more and 0.5 nm or less, and the second ferromagnetic layer is cobalt, a cobalt iron alloy, 24. The magnetic reproducing head according to claim 23, comprising at least one of a cobalt iron boron alloy and a nickel iron alloy, and having a thickness of 0.4 nm or more and 1.0 nm or less.
【請求項27】 前記第1および第2の強磁性層の厚み
は、2:1であることを特徴とする請求項26に記載の
磁気再生ヘッド。
27. The magnetic reproducing head according to claim 26, wherein the thickness of the first and second ferromagnetic layers is 2: 1.
【請求項28】 前記固定作用層は、マンガン白金(M
nPt)合金またはマンガン白金パラジウム(MnPt
Pd)合金により構成され、10.0nm以上30.0
nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項17に
記載の磁気再生ヘッド。
28. The manganese platinum (M)
nPt) alloy or manganese platinum palladium (MnPt)
Pd) alloy, 10.0 nm or more and 30.0
18. The magnetic reproducing head according to claim 17, which has a thickness of nm or less.
【請求項29】 前記固定作用層は、イリジウムマンガ
ン(IrMn)合金により構成され、5.0nm以上1
5.0nm以下の厚みを有することを特徴とする請求項
17に記載の磁気再生ヘッド。
29. The immobilization layer is made of an iridium manganese (IrMn) alloy and has a thickness of 5.0 nm or more.
18. The magnetic reproducing head according to claim 17, having a thickness of 5.0 nm or less.
【請求項30】 前記保護層は、ニッケルクロム合金、
ニッケル鉄クロム合金およびタンタル(Ta)よりなる
群のうちの少なくとも1種を含んで構成され、2.0n
m以上5.0nm以下の厚みを有することを特徴とする
請求項17に記載の磁気再生ヘッド。
30. The protective layer is a nickel chromium alloy,
It is composed of at least one member selected from the group consisting of a nickel-iron-chromium alloy and tantalum (Ta).
18. The magnetic reproducing head according to claim 17, having a thickness of not less than m and not more than 5.0 nm.
【請求項31】 前記被固定層は、2000/(4π)
×103 A/mの横方向の磁場中で、5時間に亘り、2
80℃の温度でアニール処理を施されたものであること
を特徴とする請求項17に記載の磁気再生ヘッド。
31. The fixed layer is 2000 / (4π)
In a lateral magnetic field of × 10 3 A / m for 5 hours, 2
The magnetic reproducing head according to claim 17, wherein the magnetic reproducing head has been annealed at a temperature of 80 ° C.
【請求項32】 前記フリー層は、50/(4π)×1
3 A/mの縦方向の磁場中で、30分間に亘り、29
0℃の温度でアニール処理を施されたものであることを
特徴とする請求項17に記載の磁気再生ヘッド。
32. The free layer is 50 / (4π) × 1
29 in a longitudinal magnetic field of 0 3 A / m for 30 minutes
The magnetic reproducing head according to claim 17, wherein the magnetic reproducing head is annealed at a temperature of 0 ° C.
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