JP2003338644A - Magnetic detection element and its manufacturing method - Google Patents

Magnetic detection element and its manufacturing method

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JP2003338644A
JP2003338644A JP2002329144A JP2002329144A JP2003338644A JP 2003338644 A JP2003338644 A JP 2003338644A JP 2002329144 A JP2002329144 A JP 2002329144A JP 2002329144 A JP2002329144 A JP 2002329144A JP 2003338644 A JP2003338644 A JP 2003338644A
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layer
magnetic
ferromagnetic
antiferromagnetic
magnetic layer
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JP2002329144A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaji Saito
正路 斎藤
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic detection element that appropriately and easily changes a free magnetic layer into a single magnetization domain and properly and easily controls a magnetizing direction, and promotes the achievement of a narrower track. <P>SOLUTION: The magnetizing direction of a ferromagnetic layer 24 is pinned by the exchange coupling magnetic field between a second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24, and the magnetizing direction of a free magnetic layer 26 is directed to a direction crossing the magnetizing direction of a pinned magnetic layer 28 by the RKKY mutual interaction of the ferromagnetic layer 24 and free magnetic layer 26 via a non-magnetic layer 25. Control in the magnetizing direction of the free magnetic layer 26 is adjusted by two stages of the intensity of the exchange coupled magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 and the intensity of the RKKY interaction between the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26, thus easily carrying out fine control. <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、主に、磁気センサ
やハードディスクなどに用いられる磁気検出素子及びそ
の製造方法に係り、特に狭トラック幅化への対応を容易
にし、磁界検出能力を向上させることができる磁気検出
素子及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention mainly relates to a magnetic detection element used in a magnetic sensor, a hard disk, etc. and a method of manufacturing the same, and in particular, it facilitates a narrow track width and improves a magnetic field detection capability. And a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図18は、従来の磁気検出素子の構造を
記録媒体との対向面から見た断面図である。
2. Description of the Related Art FIG. 18 is a cross-sectional view of the structure of a conventional magnetic detecting element as viewed from the surface facing a recording medium.

【0003】図18に示す磁気検出素子は、巨大磁気抵
抗効果を利用したGMR(giant magnetoresistive)素
子の1種であるスピンバルブ型磁気検出素子と呼ばれる
ものであり、ハードディスクなどの記録媒体からの記録
磁界を検出するものである。
The magnetic sensing element shown in FIG. 18 is called a spin valve type magnetic sensing element which is one type of GMR (giant magnetoresistive) element utilizing the giant magnetoresistive effect, and recording from a recording medium such as a hard disk. It detects a magnetic field.

【0004】このスピンバルブ型磁気検出素子は、下か
ら基板8、第1反強磁性層1、固定磁性層(ピン(Pinn
ed)磁性層)2、非磁性材料層3、フリー磁性層(Fre
e)4で構成された多層膜9と、この多層膜9の上層に
形成された一対の第2反強磁性層6,6及びこの第2反
強磁性層6,6の上に形成された一対の電極層7,7と
で構成されている。
This spin-valve type magnetic sensing element comprises a substrate 8, a first antiferromagnetic layer 1, a pinned magnetic layer (Pinn
ed) Magnetic layer) 2, non-magnetic material layer 3, free magnetic layer (Fre
e) a multilayer film 9 composed of 4; a pair of second antiferromagnetic layers 6 and 6 formed on the multilayer film 9; and a second antiferromagnetic layer 6 and 6 formed on the second antiferromagnetic layer 6 and 6. It is composed of a pair of electrode layers 7, 7.

【0005】前記第1反強磁性層1及び第2反強磁性層
6,6にはFe−Mn(鉄−マンガン)合金膜、Ni−
Mn(ニッケル−マンガン)合金膜、又はPt−Mn
(白金−マンガン)合金膜、固定磁性層2及びフリー磁
性層4にはNi−Fe(ニッケル−鉄)合金膜、非磁性
材料層3にはCu(銅)膜、また電極層7,7にはCr
膜が一般的に使用される。
The first antiferromagnetic layer 1 and the second antiferromagnetic layers 6 and 6 are made of Fe--Mn (iron-manganese) alloy film, Ni--.
Mn (nickel-manganese) alloy film or Pt-Mn
(Platinum-manganese) alloy film, fixed magnetic layer 2 and free magnetic layer 4 are Ni-Fe (nickel-iron) alloy film, non-magnetic material layer 3 is Cu (copper) film, and electrode layers 7 and 7 are Is Cr
Membranes are commonly used.

【0006】固定磁性層2の磁化は第1反強磁性層1と
の交換異方性磁界によりY方向(記録媒体からの漏れ磁
界方向;ハイト方向)に単磁区化され、フリー磁性層4
の磁化は、前記第2反強磁性層6,6からの交換異方性
磁界の影響を受けてX方向に揃えられることが望まし
い。
The magnetization of the pinned magnetic layer 2 is made into a single magnetic domain in the Y direction (the leakage magnetic field direction from the recording medium; the height direction) by the exchange anisotropic magnetic field with the first antiferromagnetic layer 1, and the free magnetic layer 4
It is desirable that the magnetization of (1) is aligned in the X direction under the influence of the exchange anisotropic magnetic field from the second antiferromagnetic layers 6 and 6.

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

【0008】このスピンバルブ型磁気検出素子では、第
2反強磁性層6,6上に形成された電極層7,7から、
フリー磁性層4、非磁性材料層3及び固定磁性層2に検
出電流(センス電流)が与えられる。ハードディスクな
どの記録媒体の走行方向はZ方向であり、記録媒体から
の洩れ磁界がY方向に与えられると、フリー磁性層4の
磁化がXからY方向へ向けて変化する。このフリー磁性
層4内での磁化の方向の変動と、固定磁性層2の固定磁
化方向との関係で電気抵抗が変化し(これを磁気抵抗効
果という)、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化に
より、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
In this spin valve type magnetic sensing element, from the electrode layers 7 and 7 formed on the second antiferromagnetic layers 6 and 6,
A detection current (sense current) is applied to the free magnetic layer 4, the non-magnetic material layer 3 and the fixed magnetic layer 2. The running direction of a recording medium such as a hard disk is the Z direction, and when a leakage magnetic field from the recording medium is applied in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 4 changes from the X direction to the Y direction. The electric resistance changes due to the relationship between the variation of the magnetization direction in the free magnetic layer 4 and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 2 (this is called the magnetoresistive effect), and the voltage based on the change in the electric resistance value. Due to the change, the leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0009】またフリー磁性層4にバイアス磁界を与え
る手段としては図18に示す方法以外に後述する図20
に示すような方法や、以下の特許文献1などの方法が種
々知られている。
As means for applying a bias magnetic field to the free magnetic layer 4, a method shown in FIG.
There are various known methods such as the method shown in FIG.

【0010】[0010]

【特許文献1】USP6,023,395[Patent Document 1] USP 6,023,395

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図18のスピンバルブ
型磁気検出素子を製造するときには、多層膜9を形成し
た後、図19に示すように多層膜9上にリフトオフ用の
レジスト層Rを形成し、イオンビームスパッタ法などを
用いて第2反強磁性層6,6、及び電極層7,7を成膜
する。レジスト層R上には、第2反強磁性層6,6と同
じ組成の層6a,6a及び電極層7,7と同じ組成の層
7a,7aが形成される。
When the spin-valve type magnetic sensing element of FIG. 18 is manufactured, after forming the multilayer film 9, a lift-off resist layer R is formed on the multilayer film 9 as shown in FIG. Then, the second antiferromagnetic layers 6 and 6 and the electrode layers 7 and 7 are formed by using the ion beam sputtering method or the like. On the resist layer R, layers 6a, 6a having the same composition as the second antiferromagnetic layers 6, 6 and layers 7a, 7a having the same composition as the electrode layers 7, 7 are formed.

【0012】レジスト層Rの両端部によって覆われてい
る領域は、スパッタ粒子が積層されにくい。従って、レ
ジスト層Rの両端部によって覆われている領域付近は、
第2反強磁性層6,6及び電極層7,7は膜厚が薄く形
成され、図18及び図19に示されるように第2反強磁
性層6,6及び電極層7,7の膜厚方向寸法がトラック
両脇部分S,Sにおいて減少する。
Sputtered particles are less likely to be deposited in the region covered by the both ends of the resist layer R. Therefore, in the vicinity of the region covered by both ends of the resist layer R,
The second antiferromagnetic layers 6 and 6 and the electrode layers 7 and 7 are formed to have a small film thickness, and as shown in FIGS. 18 and 19, the films of the second antiferromagnetic layers 6 and 6 and the electrode layers 7 and 7 are formed. The dimension in the thickness direction is reduced at both sides S, S of the track.

【0013】このため、トラック両脇部分S,Sにおけ
るフリー磁性層4と第2反強磁性層6,6との交換結合
磁界の効果が減少してしまう。その結果、図19におけ
るフリー磁性層4のトラック両脇部分S,Sの磁化方向
が、X方向に完全に固定されず、外部磁界が印加された
ときに変化してしまう。
Therefore, the effect of the exchange coupling magnetic field between the free magnetic layer 4 and the second antiferromagnetic layers 6 and 6 in the track side portions S and S is reduced. As a result, the magnetization directions of the track side portions S, S of the free magnetic layer 4 in FIG. 19 are not completely fixed in the X direction but change when an external magnetic field is applied.

【0014】特に、磁気記録媒体における記録密度を向
上させるために、狭トラック化を図った場合、本来トラ
ック幅Twの領域内で読み取るべき磁気記録トラックの
情報だけでなく、隣接する磁気記録トラックの情報を、
トラック両脇部分S,Sの領域において読み取ってしま
うという、サイドリーディングが発生する可能性が生じ
るという問題があった。
In particular, when the track is narrowed in order to improve the recording density of the magnetic recording medium, not only the information of the magnetic recording track to be read within the area of the track width Tw, but also of the adjacent magnetic recording track. information,
There is a problem in that side reading may occur, that is, reading may be performed in the areas S and S on both sides of the track.

【0015】また、フリー磁性層4のトラック幅方向の
両端部上に一対の第2反強磁性層6,6を積層する構造
だと、フリー磁性層4のトラック幅方向の中央部の単磁
区化及び磁化方向の制御が不十分になりやすい。
Further, in the structure in which the pair of second antiferromagnetic layers 6 and 6 are laminated on both end portions of the free magnetic layer 4 in the track width direction, a single magnetic domain in the center portion of the free magnetic layer 4 in the track width direction. Control of magnetization and magnetization direction is likely to be insufficient.

【0016】そこで、図18に示される磁気検出素子の
ように、フリー磁性層4の両端部上に、トラック幅寸法
の幅を開けて一対の第2反強磁性層6,6を積層するの
ではなく、図20に示される磁気検出素子のように、フ
リー磁性層4の上面全体に第2反強磁性層10を重ねる
ことにより、フリー磁性層4のトラック幅寸法Twの領
域を単磁区化して、磁化方向を固定磁性層1の磁化方向
に直交する方向に向けさせる構造も考えられた。
Therefore, as in the magnetic sensing element shown in FIG. 18, a pair of second antiferromagnetic layers 6 and 6 are laminated on both ends of the free magnetic layer 4 with a track width dimension. Instead, by stacking the second antiferromagnetic layer 10 on the entire upper surface of the free magnetic layer 4 as in the magnetic detecting element shown in FIG. 20, the region of the track width dimension Tw of the free magnetic layer 4 is made into a single magnetic domain. Therefore, a structure in which the magnetization direction is oriented in the direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 1 has been considered.

【0017】フリー磁性層4のトラック幅寸法Twの領
域を単磁区化して、磁化方向を固定磁性層1の磁化方向
に直交する方向に向けさせるためには、フリー磁性層4
と第2反強磁性層10間の交換結合磁界を大きくする必
要があるが、この交換結合磁界が大きくなりすぎると、
記録媒体からの洩れ磁界がY方向に与えられたときにフ
リー磁性層4の磁化が変化しなくなり、磁気検出能力が
失われることになる。
In order to make the region of the track width dimension Tw of the free magnetic layer 4 into a single magnetic domain and direct the magnetization direction to the direction orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 1, the free magnetic layer 4 is used.
It is necessary to increase the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 10 and the second antiferromagnetic layer 10, but if this exchange coupling magnetic field becomes too large,
When the leakage magnetic field from the recording medium is applied in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 4 does not change, and the magnetic detection capability is lost.

【0018】しかし、図20のような構造は、フリー磁
性層4の磁化方向を固定磁性層1の磁化方向に直交する
方向に向け、かつフリー磁性層4の磁化方向を洩れ磁界
によって変動させることができるような範囲に、フリー
磁性層4と反強磁性層10間の交換結合磁界の大きさを
調節することが非常に困難であり、実用性が低いもので
あった。
However, in the structure shown in FIG. 20, the magnetization direction of the free magnetic layer 4 is directed to the direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 1, and the magnetization direction of the free magnetic layer 4 is changed by the leakage magnetic field. It was very difficult to adjust the magnitude of the exchange coupling magnetic field between the free magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 10 within such a range that it was possible, and it was not practical.

【0019】また特許文献1では、例えばフリー磁性層
の上にスペーサ層(spacer layer)を介してバイアス層
(biasing layer)が設けられており、前記バイアス層
のトラック幅方向の端部と前記フリー磁性層のトラック
幅方向の端部間での静磁結合により、前記フリー磁性層
の磁化を単磁区化するとしている。特許文献1のように
バイアス層との端部間での静磁結合を用いて前記フリー
磁性層の磁化を揃える方法をInstack bias方式と呼んで
いる。
Further, in Patent Document 1, for example, a bias layer is provided on a free magnetic layer via a spacer layer, and an end portion in the track width direction of the bias layer and the free layer are formed. The magnetization of the free magnetic layer is set to a single magnetic domain by magnetostatic coupling between the ends of the magnetic layer in the track width direction. The method of aligning the magnetization of the free magnetic layer by using magnetostatic coupling between the ends with the bias layer as in Patent Document 1 is called the Instack bias method.

【0020】しかし特許文献1のようなInstack bias方
式では、フリー磁性層に適度なバイアス磁界を供給する
ための、前記スペーサ層の膜厚の制御やフリー磁性層と
バイアス層との端部間の距離の制御が非常に難しく、素
子サイズが狭小化している近年においてはなおさらであ
る。特にフリー磁性層の端部は中央部に比べて静磁結合
の影響を強く受けるため、フリー磁性層全体に一様なバ
イアス磁界の供給はされず、フリー磁性層の端部が強く
磁化されてここが不感領域となり、この結果、フリー磁
性層の中央部も磁性層内部での磁化相互作用によって外
部磁界に対し反転しずらくなる。
However, in the Instack bias method as disclosed in Patent Document 1, the thickness of the spacer layer is controlled so as to supply an appropriate bias magnetic field to the free magnetic layer, and the gap between the end portions of the free magnetic layer and the bias layer is controlled. This is all the more true in recent years when the control of the distance is extremely difficult and the element size is becoming smaller. In particular, the end of the free magnetic layer is more strongly affected by magnetostatic coupling than the center, so a uniform bias magnetic field is not supplied to the entire free magnetic layer, and the end of the free magnetic layer is strongly magnetized. This becomes a dead region, and as a result, the central portion of the free magnetic layer is also less likely to be inverted with respect to the external magnetic field due to the magnetization interaction inside the magnetic layer.

【0021】また素子サイズが狭小化している近年にあ
っては、前記静磁結合によるバイアス磁界が前記フリー
磁性層のみならず他の層にも流入しやすく、再生特性に
悪影響を及ぼしやすいという問題もある。
Further, in recent years when the element size has been narrowed, the bias magnetic field due to the magnetostatic coupling easily flows into not only the free magnetic layer but also other layers, which tends to adversely affect the reproducing characteristics. There is also.

【0022】そこで本発明は上記従来の課題を解決する
ためのものであり、フリー磁性層の単磁区化及び磁化方
向の制御を適切かつ容易に行なうことができ、狭トラッ
ク化を促進できる磁気検出素子及びその製造方法を提供
することを目的とする。
Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to appropriately and easily control the free magnetic layer into a single domain and control the magnetization direction, and to detect a narrow magnetic field. An object is to provide an element and a manufacturing method thereof.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明は、第1反強磁性
層と、この第1反強磁性層によって磁化方向が固定され
た固定磁性層、非磁性材料層、及び外部磁界により磁化
方向が変化するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁
気検出素子において、前記固定磁性層及び前記フリー磁
性層は強磁性材料からなる強磁性材料層を有し、前記フ
リー磁性層の少なくともトラック幅領域の上層または下
層に、非磁性層を介して強磁性層及び第2反強磁性層が
積層されており、前記第2反強磁性層との交換結合磁界
により前記強磁性層の磁化方向が前記固定磁性層の磁化
方向と交叉する方向へ向けられていることを特徴とする
ものである。
According to the present invention, there is provided a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a magnetization direction by an external magnetic field. In a magnetic detection element having a multilayer film having a free magnetic layer having a variable magnetic field, the pinned magnetic layer and the free magnetic layer have a ferromagnetic material layer made of a ferromagnetic material, and at least the track width region of the free magnetic layer is provided. A ferromagnetic layer and a second antiferromagnetic layer are laminated on an upper layer or a lower layer via a nonmagnetic layer, and the magnetization direction of the ferromagnetic layer is fixed by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer. It is characterized in that it is oriented in a direction intersecting with the magnetization direction of the magnetic layer.

【0024】本発明では、前記第2反強磁性層との交換
結合磁界により前記強磁性層の磁化方向が前記固定磁性
層の磁化方向と交叉する方向へ向けられており、前記フ
リー磁性層が前記非磁性層を介して前記強磁性層に積層
されているため、前記フリー磁性層の単磁区化及び磁化
方向の制御は、前記反強磁性層と前記強磁性層間の交換
結合磁界の大きさと、前記強磁性層と前記フリー磁性層
間の磁気的結合の大きさの2段階で調節されることにな
り、細かな制御を容易に行うことができる。
In the present invention, the magnetization direction of the ferromagnetic layer is directed to the direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer, and the free magnetic layer is Since the free magnetic layer is laminated on the ferromagnetic layer via the non-magnetic layer, the control of the single magnetic domain and the magnetization direction of the free magnetic layer depends on the magnitude of the exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer. Since the magnitude of magnetic coupling between the ferromagnetic layer and the free magnetic layer is adjusted in two steps, fine control can be easily performed.

【0025】従って、本発明では、前記フリー磁性層の
単磁区化及び磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうこ
とができるので、磁気検出素子のさらなる狭トラック化
を促進することができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to appropriately and easily control the free magnetic layer to have a single magnetic domain and control the magnetization direction, so that further narrowing of the track of the magnetic detecting element can be promoted.

【0026】また本発明では、前記フリー磁性層のトラ
ック幅領域上に、前記非磁性層を介して前記強磁性層及
び前記第2反強磁性層が積層される構造でも、前記フリ
ー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交
する方向に確実に向けて、なおかつ前記フリー磁性層の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。
Further, in the present invention, even in the structure in which the ferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are stacked on the track width region of the free magnetic layer with the nonmagnetic layer interposed therebetween, It is possible to reliably orient the magnetization direction in the direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer and to change the magnetization direction of the free magnetic layer by the leakage magnetic field.

【0027】従って、本発明では、前記フリー磁性層の
トラック幅領域の中央部と両端部で、前記フリー磁性層
の磁化方向が異なる状態になりにくくできる。
Therefore, in the present invention, the magnetization direction of the free magnetic layer is unlikely to be different between the central portion and both end portions of the track width region of the free magnetic layer.

【0028】また、本発明では、前記フリー磁性層は、
前記強磁性層との前記非磁性層を介した層間結合磁界に
よって単磁区化され、磁化方向が前記固定磁性層の磁化
方向と交叉する方向へ向けられていることが好ましい。
In the present invention, the free magnetic layer is
It is preferable that a single magnetic domain is formed by an interlayer coupling magnetic field with the ferromagnetic layer via the non-magnetic layer, and a magnetization direction is oriented in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer.

【0029】例えば、前記フリー磁性層と前記強磁性層
との間には、前記非磁性層を介したRKKY相互作用が
発生する。その結果、前記フリー磁性層が単磁区化し、
その磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方
向へ向けられる。
For example, an RKKY interaction occurs between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer via the nonmagnetic layer. As a result, the free magnetic layer becomes a single magnetic domain,
The magnetization direction is oriented in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer.

【0030】このように、本発明では、前記強磁性層と
の前記非磁性層を介した層間結合磁界によって、前記フ
リー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御が行われるの
で、記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界によって、
前記フリー磁性層にかかる縦バイアス磁界が乱れ、前記
フリー磁性層の磁区構造が乱されることを抑制できる。
As described above, in the present invention, the free magnetic layer is controlled to have a single magnetic domain and the magnetization direction is controlled by the interlayer coupling magnetic field with the ferromagnetic layer via the non-magnetic layer. External magnetic fields such as
It is possible to prevent the longitudinal bias magnetic field applied to the free magnetic layer from being disturbed and disturbing the magnetic domain structure of the free magnetic layer.

【0031】前記フリー磁性層と前記強磁性層との間に
安定したRKKY相互作用を生じさせるためには、前記
非磁性層が、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのう
ち1種あるいは2種以上の合金で形成されることが好ま
しい。
In order to cause a stable RKKY interaction between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer, the non-magnetic layer may be one of Ru, Rh, Ir, Cr, Re and Cu, or It is preferably formed of two or more alloys.

【0032】前記非磁性層をRuによって形成し、前記
フリー磁性層と前記強磁性層の磁化方向を180°異な
らせた人工フェリ状態にするときには、前記Ruの膜厚
を8Å〜11Å又は15Å〜21Åにすることが好まし
い。
When the non-magnetic layer is made of Ru and the free magnetic layer and the ferromagnetic layer are made to have an artificial ferri state different from each other by 180 °, the Ru film thickness is 8Å to 11Å or 15Å ~. 21Å is preferable.

【0033】本発明では、前記第2反強磁性層と前記強
磁性層間の交換結合磁界を大きくして、前記強磁性層の
磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に
強く固定した上で、前記非磁性層を介した前記フリー磁
性層と前記強磁性層間の層間結合磁界の大きさを、前記
第2反強磁性層と前記強磁性層間の前記交換結合磁界よ
りも小さくすることにより、前記フリー磁性層の磁化方
向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向に確実に
向け、なおかつ前記フリー磁性層の磁化方向を洩れ磁界
によって変動させることができるように調節する必要が
ある。
In the present invention, the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer is increased so that the magnetization direction of the ferromagnetic layer is strongly fixed in the direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer. Then, the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer via the non-magnetic layer is made smaller than the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer. Therefore, it is necessary to adjust the magnetization direction of the free magnetic layer to the direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer without fail, and to adjust the magnetization direction of the free magnetic layer so that it can be changed by the leakage magnetic field. is there.

【0034】前記第2反強磁性層と前記強磁性層間の交
換結合磁界を大きくし、前記フリー磁性層と前記強磁性
層間の層間結合磁界の大きさを前記交換結合磁界よりも
小さくするために、本発明では、前記強磁性層の単位面
積あたりの磁気モーメントの大きさ(Ms×t;飽和磁
束密度と膜厚の積)を前記フリー磁性層の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ(Ms×t;飽和磁束密度
と膜厚の積)よりも小さくするという手法をとることが
できる。
In order to increase the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer and make the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer smaller than the exchange coupling magnetic field. In the present invention, the magnitude of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer (Ms × t; the product of the saturation magnetic flux density and the film thickness) is calculated as the magnitude of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer (Ms Xt; product of saturation magnetic flux density and film thickness).

【0035】具体的には、前記強磁性層の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ(Ms×t)に対する前記
フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さ(Ms×t)の比率が、3以上で20以下の範囲であ
ることが好ましい。
Specifically, the ratio of the magnitude of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer (Ms × t) to the magnitude of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer (Ms × t) is It is preferably in the range of 3 or more and 20 or less.

【0036】また、前記強磁性層の前記非磁性層に接す
る側をNiFe(パーマロイ)層あるいはNiFeX
(XはAl,Si,Ti,V,Cr,Mn,Cu,Z
r,Nb,Mo,Ru,Rh,Hf,Ta,W,Ir,
Ptから選ばれる1種或いは2種以上の元素)で形成す
ることにより、前記フリー磁性層と前記強磁性層間の層
間結合磁界の大きさを適度に小さくし、また、前記強磁
性層の前記第2反強磁性層に接する側をCo(コバル
ト)を含む強磁性材料で形成することにより、前記第2
反強磁性層と前記強磁性層間の交換結合磁界を大きくす
ることができる。
The side of the ferromagnetic layer in contact with the non-magnetic layer is a NiFe (permalloy) layer or NiFeX.
(X is Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Z
r, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Ir,
By forming it with one or more elements selected from Pt), the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer can be appropriately reduced, and the first layer of the ferromagnetic layer can be formed. 2 By forming the side in contact with the antiferromagnetic layer with a ferromagnetic material containing Co (cobalt), the second
The exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer can be increased.

【0037】あるいは、本発明では、前記強磁性層をN
iFe(パーマロイ)からなる単層構造とし、前記強磁
性層の膜厚を0nmより大きく3nm以下として形成す
ることにより、前記フリー磁性層を単磁区化して、その
磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向に
確実に向け、なおかつ前記フリー磁性層の磁化方向を洩
れ磁界によって変動させることができる。
Alternatively, in the present invention, the ferromagnetic layer is made of N.
By forming a single layer structure of iFe (permalloy) and forming the ferromagnetic layer to have a film thickness of more than 0 nm and 3 nm or less, the free magnetic layer is made into a single magnetic domain and its magnetization direction is the magnetization of the pinned magnetic layer. The magnetization direction of the free magnetic layer can be reliably changed in the direction orthogonal to the direction, and the leakage magnetic field can change the magnetization direction.

【0038】また前記強磁性層は、CoFeCrあるい
はCoFeからなる単層構造であってもよい。
The ferromagnetic layer may have a single layer structure made of CoFeCr or CoFe.

【0039】また、前記フリー磁性層には、少なくとも
前記非磁性層に接する側に、NiFe(パーマロイ)層
あるいはNiFeX(XはAl,Si,Ti,V,C
r,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,H
f,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる1種或いは2種
以上の元素)からなる磁性領域が存在することが好まし
い。これにより、前記フリー磁性層と前記強磁性層間の
層間結合磁界の大きさを適度に小さくできる。
In the free magnetic layer, a NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, Ti, V, C) is provided at least on the side in contact with the nonmagnetic layer.
r, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, H
It is preferable that there is a magnetic region composed of one or more elements selected from f, Ta, W, Ir and Pt. Thereby, the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer can be appropriately reduced.

【0040】また前記フリー磁性層には、前記非磁性材
料層に接する側にCo(コバルト)を含む強磁性材料か
らなる磁性領域が存在することが好ましい。これによ
り、前記フリー磁性層に接する前記非磁性材料層への前
記フリー磁性層の材料(Niなど)の拡散を防止し、磁
気抵抗変化率の低下を防ぐことができる。
It is preferable that the free magnetic layer has a magnetic region made of a ferromagnetic material containing Co (cobalt) on the side in contact with the nonmagnetic material layer. This can prevent diffusion of the material (Ni or the like) of the free magnetic layer into the non-magnetic material layer in contact with the free magnetic layer, and prevent a decrease in magnetoresistance change rate.

【0041】また前記Coを含む強磁性材料とは、Co
FeあるいはCoFeCrであることが好ましい。
Further, the ferromagnetic material containing Co means Co
It is preferably Fe or CoFeCr.

【0042】なお、本発明の構造を有する磁気検出素子
であれば、再生効率η(%)を10%以上で50%以下
にすることが可能である。なお、再生効率ηは、η=
{(記録媒体からの洩れ磁界による磁気検出素子の最大
抵抗変化量)/(磁気検出素子の最大抵抗変化量の理論
値)}×100として定義される。なお、磁気検出素子
の最大抵抗変化量の理論値とは、フリー磁性層と固定磁
性層の磁化方向が反平行状態のときの抵抗値とフリー磁
性層と固定磁性層の磁化方向が平行状態のときの抵抗値
の差である。
With the magnetic sensing element having the structure of the present invention, the reproduction efficiency η (%) can be set to 10% or more and 50% or less. The regeneration efficiency η is η =
It is defined as {(maximum resistance change amount of magnetic detection element due to leakage magnetic field from recording medium) / (theoretical value of maximum resistance change amount of magnetic detection element)} × 100. The theoretical value of the maximum resistance change amount of the magnetic detection element is the resistance value when the magnetization directions of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are antiparallel and the magnetization direction of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer is in the parallel state. It is the difference in the resistance value when.

【0043】本発明の磁気検出素子では、外部磁界が印
加されときに、前記フリー磁性層のトラック幅領域の磁
化方向が、外部磁界が印加されていないときの磁化方向
に対して12°以上傾くようにできる。
In the magnetic sensing element of the present invention, when an external magnetic field is applied, the magnetization direction of the track width region of the free magnetic layer is inclined by 12 ° or more with respect to the magnetization direction when no external magnetic field is applied. You can

【0044】本発明では、前記多層膜は下から、前記第
1反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性材料層、前
記フリー磁性層、前記非磁性層、前記強磁性層、前記第
2反強磁性層の順序で積層されているものとすることが
できる。
In the present invention, the multilayer film is arranged from the bottom in order from the first antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic material layer, the free magnetic layer, the nonmagnetic layer, the ferromagnetic layer, and the first layer. The two antiferromagnetic layers may be stacked in this order.

【0045】または、前記多層膜を下から、前記第2反
強磁性層、前記強磁性層、前記非磁性層、前記フリー磁
性層、前記非磁性材料層、前記固定磁性層及び前記第1
反強磁性層の順序で積層されているものとしてもよい。
Alternatively, from the bottom of the multilayer film, the second antiferromagnetic layer, the ferromagnetic layer, the nonmagnetic layer, the free magnetic layer, the nonmagnetic material layer, the pinned magnetic layer and the first layer.
The antiferromagnetic layers may be laminated in this order.

【0046】また、本発明における前記フリー磁性層に
おいて、前記フリー磁性層の膜厚方向の一部分のみがト
ラック幅寸法のトラック幅方向寸法を有し、残りの部分
はトラック幅寸法より大きいトラック幅方向寸法を有す
るものであってもよい。
In the free magnetic layer according to the present invention, only a part of the free magnetic layer in the film thickness direction has a track width dimension of the track width dimension, and the remaining part has a track width dimension larger than the track width dimension. It may have dimensions.

【0047】前記フリー磁性層の一部がトラック幅寸法
より大きいトラック幅方向寸法を有するものであると、
前記フリー磁性層の両側端部に生じる表面磁荷に起因す
るフリー磁性層内部の反磁界を小さくすることができ、
前記フリー磁性層内部の磁化方向の乱れを低下させるこ
とができる。
If a part of the free magnetic layer has a dimension in the track width direction larger than the track width dimension,
It is possible to reduce the demagnetizing field inside the free magnetic layer due to the surface magnetic charges generated at both ends of the free magnetic layer,
Disturbance of the magnetization direction inside the free magnetic layer can be reduced.

【0048】特に、磁気検出素子が、前記多層膜の膜面
と垂直方向に電流が供給されるCPP(Current
Perpendicular to the Pla
ne)型であり、前記非磁性材料層、固定磁性層及び第
1反強磁性層が前記フリー磁性層の上層にあるトップ型
の磁気検出素子であると、前記フリー磁性層の一部がト
ラック幅寸法より大きいトラック幅方向寸法を有するよ
うに形成することが容易である。
In particular, the magnetic detection element is a CPP (Current) to which a current is supplied in a direction perpendicular to the film surface of the multilayer film.
Perpendicular to the Pla
ne) type, and when the non-magnetic material layer, the pinned magnetic layer and the first antiferromagnetic layer are a top type magnetic detection element on the upper layer of the free magnetic layer, a part of the free magnetic layer is a track. It is easy to form so as to have a dimension in the track width direction larger than the width dimension.

【0049】また、前記フリー磁性層は、単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料
層が、非磁性中間層を介して積層され、前記非磁性中間
層を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平
行となるフェリ磁性状態であると、前記フリー磁性層の
実質的な単位面積当りの磁気モーメントを薄くすること
ができ、前記フリー磁性層の磁化方向の外部磁界に対す
る変動率を向上させることができる。すなわち、磁気検
出素子の磁界検出感度が向上するので好ましい。また、
前記フリー磁性層内部の反磁界を少なくさせることもで
きる。
Further, in the free magnetic layer, a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area are laminated with a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween and adjacent to each other with the nonmagnetic intermediate layer interposed. In the ferrimagnetic state in which the magnetization directions of the ferromagnetic material layer are anti-parallel, the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer can be made thin, and the magnetization direction of the free magnetic layer can be outside of the magnetization direction. The rate of change with respect to the magnetic field can be improved. That is, the magnetic field detection sensitivity of the magnetic detection element is improved, which is preferable. Also,
It is also possible to reduce the demagnetizing field inside the free magnetic layer.

【0050】前記非磁性中間層は、例えば、Ru、R
h、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以
上の合金で形成されることが好ましい。
The non-magnetic intermediate layer is made of, for example, Ru, R
It is preferably formed of an alloy of one or more of h, Ir, Cr, Re and Cu.

【0051】なお、本発明では、前記複数の強磁性材料
層の少なくとも一層を、以下の組成を有する磁性材料で
形成することが好ましい。
In the present invention, it is preferable that at least one of the plurality of ferromagnetic material layers is made of a magnetic material having the following composition.

【0052】組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は9原子%以上17原子%以下で、Niの組成比は
0.5原子%以上10原子%以下で、残りの組成比はC
oである磁性材料。
The composition formula is represented by CoFeNi, the composition ratio of Fe is 9 atomic% or more and 17 atomic% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less, and the remaining composition ratio is C
a magnetic material that is o.

【0053】また、前記非磁性材料層に最も近い位置に
積層された前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間
にCoFe合金あるいはCoからなる中間層を形成する
ことが好ましい。前記中間層を形成するときには、前記
複数の強磁性材料層の少なくとも一層を、以下の組成を
有する磁性材料で形成することが好ましい。
Further, it is preferable to form an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co between the ferromagnetic material layer and the nonmagnetic material layer which are laminated at the position closest to the nonmagnetic material layer. When forming the intermediate layer, it is preferable that at least one of the plurality of ferromagnetic material layers is formed of a magnetic material having the following composition.

【0054】組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は7原子%以上15原子%以下で、Niの組成比は
5原子%以上15原子%以下で、残りの組成比はCoで
ある磁性材料。
The composition formula is represented by CoFeNi, the composition ratio of Fe is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, the composition ratio of Ni is 5 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the remaining composition ratio is Co. material.

【0055】さらに、本発明では、前記複数の強磁性材
料層の全ての層を前記CoFeNiで形成することが好
ましい。
Further, in the present invention, it is preferable that all layers of the plurality of ferromagnetic material layers are formed of the CoFeNi.

【0056】フリー磁性層が、単位面積あたりの磁気モ
ーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁
性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層を介して
隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となる人
工フェリ磁性状態であるとき、この反平行磁化状態を適
切に保つには、前記フリー磁性層の材質を改良して前記
複数の強磁性材料層間に働くRKKY相互作用における
交換結合磁界を大きくする必要性がある。
In the free magnetic layer, a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area are laminated with a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween, and the ferromagnetic materials adjacent to each other with the nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween. In the artificial ferrimagnetic state in which the magnetization directions of the material layers are antiparallel, in order to appropriately maintain this antiparallel magnetization state, the material of the free magnetic layer is improved so that RKKY works between the plurality of ferromagnetic material layers. There is a need to increase the exchange coupling magnetic field in the interaction.

【0057】前記強磁性材料層を形成する磁性材料とし
てよく使用されるものにNiFe合金がある。NiFe
合金は軟磁気特性に優れるため従来からフリー磁性層な
どに使用されていたが、前記フリー磁性層を積層フェリ
構造にした場合、NiFe合金で形成された強磁性材料
層間の反平行結合力はさほど強くはない。
A NiFe alloy is often used as a magnetic material for forming the ferromagnetic material layer. NiFe
The alloy has been conventionally used for a free magnetic layer or the like because of its excellent soft magnetic characteristics. However, when the free magnetic layer has a laminated ferri structure, the antiparallel coupling force between the ferromagnetic material layers formed of the NiFe alloy is not so great. Not strong.

【0058】そこで本発明では、前記強磁性材料層の材
質を改良し、前記複数の強磁性材料層間の反平行結合力
を強めるために、前記複数の強磁性材料層のうち少なく
とも一層、好ましくは全ての層にCoFeNi合金を使
用することとしたのである。Coを含有させることで上
記の反平行結合力を強めることができる。
Therefore, in the present invention, in order to improve the material of the ferromagnetic material layer and enhance the antiparallel coupling force between the plurality of ferromagnetic material layers, at least one of the plurality of ferromagnetic material layers, preferably It was decided to use CoFeNi alloy for all layers. By containing Co, the above antiparallel coupling force can be strengthened.

【0059】これにより、前記複数の強磁性材料層間で
発生するRKKY相互作用における交換結合磁界を強く
することができる。具体的には、反平行状態が崩れると
きの磁界、すなわちスピンフロップ磁界(Hsf)を約
293(kA/m)にまで大きくすることができる。
As a result, the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the plurality of ferromagnetic material layers can be strengthened. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m).

【0060】また上記した組成範囲内であると、前記複
数の強磁性材料層の磁歪を−3×10−6から3×10
−6の範囲内に収めることができ、また保磁力を790
(A/m)以下に小さくできる。
Within the above composition range, the magnetostriction of the plurality of ferromagnetic material layers is -3 × 10 -6 to 3 × 10.
It can be set within the range of -6 and has a coercive force of 790.
It can be reduced to (A / m) or less.

【0061】なお、本発明は、前記多層膜の上面に上部
電極層が電気的に接続され、前記多層膜の下面に下部電
極層が電気的に接続され、前記多層膜の膜面と垂直方向
に電流が供給されるCPP(Current Perp
endicular tothe Plane)型の磁
気検出素子に適用することが有効である。
According to the present invention, the upper electrode layer is electrically connected to the upper surface of the multilayer film, and the lower electrode layer is electrically connected to the lower surface of the multilayer film, in a direction perpendicular to the film surface of the multilayer film. CPP (Current Perp)
It is effective to apply it to an endless to the plane) type magnetic detection element.

【0062】CPP型の磁気検出素子であるとき、前記
多層膜が半金属強磁性ホイスラー合金層を有すると、前
記多層膜内を流れるアップスピン電子とダウンスピン電
子の比率を制御でき、磁気抵抗変化率を向上させること
ができるので好ましい。
In the CPP type magnetic sensing element, if the multilayer film has a semi-metallic ferromagnetic Heusler alloy layer, the ratio of up-spin electrons and down-spin electrons flowing in the multilayer film can be controlled, and the magnetoresistance change. It is preferable because the rate can be improved.

【0063】また、前記半金属強磁性ホイスラー合金層
が前記フリー磁性層の一部であるとき、前記半金属強磁
性ホイスラー合金層に軟磁気特性が高いNiFe層が接
していると、磁気抵抗変化率を向上させることができる
ので好ましい。
Further, when the semi-metallic ferromagnetic Heusler alloy layer is a part of the free magnetic layer and the NiFe layer having high soft magnetic characteristics is in contact with the semi-metallic ferromagnetic Heusler alloy layer, the change in magnetic resistance occurs. It is preferable because the rate can be improved.

【0064】なお、本発明では、前記第1反強磁性層及
び前記第2反強磁性層を、同一の組成を有する反強磁性
材料によって形成することができる。
In the present invention, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer can be formed of antiferromagnetic materials having the same composition.

【0065】また、前記第1反強磁性層及び/又は前記
第2反強磁性層は、PtMn合金、または、X―Mn
(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,
Feのいずれか1種または2種以上の元素である)合金
で、あるいはPt―Mn―X′(ただしX′は、Pd,
Ir,Rh,Ru,Au,Ag,Os,Cr,Ni,A
r,Ne,Xe,Krのいずれか1種または2種以上の
元素である)合金で形成されることが好ましい。
The first antiferromagnetic layer and / or the second antiferromagnetic layer are made of PtMn alloy or X--Mn.
(However, X is Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni,
An alloy of any one or more of Fe) or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd,
Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, A
It is preferable to use an alloy of any one of r, Ne, Xe, and Kr or two or more elements.

【0066】また本発明では、前記多層膜は、前記フリ
ー磁性層の上側あるいは下側に前記非磁性層を介して強
磁性層及び前記第2反強磁性層が積層され、少なくとも
前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側端面に非磁性
材料層を介して固定磁性層が形成され、前記固定磁性層
上に前記1反強磁性層が積層された構造であり、前記第
1反強磁性層上に電極層が形成された磁気検出素子であ
ってもよい。
Further, in the present invention, in the multilayer film, the ferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are laminated on the upper side or the lower side of the free magnetic layer via the nonmagnetic layer, and at least the free magnetic layer. Has a structure in which a pinned magnetic layer is formed on both end faces in the track width direction with a non-magnetic material layer interposed therebetween, and the one antiferromagnetic layer is laminated on the pinned magnetic layer. It may be a magnetic detection element having an electrode layer formed on.

【0067】この発明では、前記フリー磁性層及び固定
磁性層をトラック幅方向に並べて配置し、前記電極層か
らの電流がトラック幅方向から固定磁性層を通ってフリ
ー磁性層へ、あるいはフリー磁性層を通って前記固定磁
性層へ通電する流れ方向となっている。
In the present invention, the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are arranged side by side in the track width direction, and the current from the electrode layer passes through the pinned magnetic layer from the track width direction to the free magnetic layer, or the free magnetic layer. The flow direction is such that the current flows through the pinned magnetic layer.

【0068】上記した構造の磁気検出素子では、抵抗変
化量(ΔR)を大きくでき再生出力の向上をより効果的
に図ることができるとともにトラック幅の狭小化により
抵抗変化率の向上を図ることができ、さらに前記フリー
磁性層及び固定磁性層をトラック幅方向に並べて配置し
た構造であっても前記フリー磁性層の上側あるいは下側
に非磁性層を介して強磁性層及び第2反強磁性層を積層
することで、前記フリー磁性層の磁化制御を適正化する
ことができる。
In the magnetic detecting element having the above-described structure, the resistance change amount (ΔR) can be increased, the reproduction output can be improved more effectively, and the resistance change rate can be improved by narrowing the track width. Even if the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are arranged side by side in the track width direction, a ferromagnetic layer and a second antiferromagnetic layer can be formed above or below the free magnetic layer with a nonmagnetic layer interposed therebetween. By laminating, the magnetization control of the free magnetic layer can be optimized.

【0069】また、本発明の磁気検出素子の製造方法
は、以下の工程を有することを特徴とするものである。 (a)基板上に、下から第2反強磁性層、強磁性層、非
磁性層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、中
間反強磁性層及び非磁性保護層の順に積層する工程と、
(b)第1の磁場中アニールを施して、前記第2反強磁
性層と前記強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記
強磁性層の磁化をトラック幅方向に固定する工程と、
(c)前記非磁性保護層を全部または一部削る工程と、
(d)前記非磁性保護層上または中間反強磁性層上に上
部反強磁性層を形成し、前記中間反強磁性層と前記上部
反強磁性層を有する第1反強磁性層を形成する工程と、
(e)第2の磁場中アニールを施し、前記第1反強磁性
層と前記固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記
固定磁性層の磁化を前記強磁性層の磁化方向と交叉する
方向に固定する工程。
The method of manufacturing the magnetic sensing element of the present invention is characterized by including the following steps. (A) A second antiferromagnetic layer, a ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a fixed magnetic layer, an intermediate antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic protective layer are stacked in this order from the bottom on the substrate. And the process of
(B) performing annealing in a first magnetic field to generate an exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, and fixing the magnetization of the ferromagnetic layer in the track width direction;
(C) removing all or part of the non-magnetic protective layer,
(D) An upper antiferromagnetic layer is formed on the nonmagnetic protective layer or the intermediate antiferromagnetic layer, and a first antiferromagnetic layer having the intermediate antiferromagnetic layer and the upper antiferromagnetic layer is formed. Process,
(E) A direction in which the second magnetic field anneal is performed to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer, and the magnetization of the pinned magnetic layer intersects the magnetization direction of the ferromagnetic layer. Step of fixing to.

【0070】本発明では、前記(a)工程において、基
板上に第2反強磁性層から非磁性保護層までを連続成膜
している。
In the present invention, in the step (a), the second antiferromagnetic layer to the nonmagnetic protective layer are continuously formed on the substrate.

【0071】本発明において、前記非磁性保護層は酸化
されにくい貴金属などからなるものであり、従来非磁性
保護層として用いられていたTa膜のように酸化によっ
て膜厚が大きくなることがない。
In the present invention, the nonmagnetic protective layer is made of a noble metal or the like that is difficult to oxidize, and does not increase in film thickness due to oxidation unlike the Ta film which has been conventionally used as the nonmagnetic protective layer.

【0072】従って、前記非磁性保護層を薄く形成して
も、十分な酸化防止効果を得ることができるので、低エ
ネルギーのイオンミリングによって前記非磁性保護層の
除去を行うことができ、前記非磁性保護層の下に形成さ
れた前記中間反強磁性層を前記イオンミリングによるダ
メージから適切に保護できる。
Therefore, even if the nonmagnetic protective layer is thinly formed, a sufficient antioxidation effect can be obtained, so that the nonmagnetic protective layer can be removed by low energy ion milling. The intermediate antiferromagnetic layer formed under the magnetic protection layer can be appropriately protected from damage due to the ion milling.

【0073】また前記貴金属元素などがアニールなどに
よって中間反強磁性層及び上部反強磁性層の内部に拡散
しても、反強磁性層の性質が劣化することがない。従来
使用されていたTa膜は、Ruなどに比べて反強磁性層
の内部に拡散すると、反強磁性層の性質(機能)を劣化
させやすいので好ましくない。
Further, even if the noble metal element or the like diffuses inside the intermediate antiferromagnetic layer and the upper antiferromagnetic layer by annealing or the like, the properties of the antiferromagnetic layer do not deteriorate. The Ta film used conventionally is not preferable because it tends to deteriorate the property (function) of the antiferromagnetic layer when it diffuses into the antiferromagnetic layer as compared with Ru or the like.

【0074】本発明では、前記非磁性保護層を、Ru、
Re、Pd、Os、Ir、Pt、Au、Rh,Cu,C
rのいずれか1種または2種以上で形成することが好ま
しい。
In the present invention, the nonmagnetic protective layer is made of Ru,
Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh, Cu, C
It is preferable to form any one or more of r.

【0075】また、前記(a)工程で、前記中間反強磁
性層を10Å以上50Å以下で形成するか、より好まし
くは、30Å以上40Å以下で形成すると、前記(b)
工程の第1の磁場中アニールによって、前記中間反強磁
性層と前記固定磁性層間に交換結合磁界が発生せず、前
記固定磁性層の磁化方向が前記フリー磁性層の磁化方向
と同じ方向を向くことを避けることができる。
In the step (a), if the intermediate antiferromagnetic layer is formed with a thickness of 10 Å or more and 50 Å or less, or more preferably 30 Å or more and 40 Å or less, (b)
By the first magnetic field annealing in the step, an exchange coupling magnetic field is not generated between the intermediate antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer faces the same direction as the magnetization direction of the free magnetic layer. You can avoid that.

【0076】なお、本発明では前記非磁性保護層を薄く
形成しても、十分な酸化防止効果を得ることができるこ
とを先に述べたが、具体的には、前記(a)工程で、前
記非磁性保護層を3Å以上10Å以下で形成することが
できる。
In the present invention, it has been described above that even if the nonmagnetic protective layer is formed thin, a sufficient antioxidation effect can be obtained. Specifically, in the step (a), The nonmagnetic protective layer can be formed with a thickness of 3 Å or more and 10 Å or less.

【0077】また、前記(c)工程で、前記非磁性保護
層の膜厚が3Å以下となるまで、前記非磁性保護層を削
り込むか、あるいは前記非磁性保護層を全て除去するこ
とが好ましい。
In the step (c), it is preferable that the nonmagnetic protective layer be ground or the nonmagnetic protective layer be entirely removed until the thickness of the nonmagnetic protective layer becomes 3 Å or less. .

【0078】前記(c)工程で前記非磁性保護層を全て
除去すると、前記第1反強磁性層は、前記中間反強磁性
層及び前記上部反強磁性層のみから構成されることにな
る。しかし、前記非磁性保護層を全て除去すると、前記
中間反強磁性層の表面がイオンミリングによって損傷
し、反強磁性が低下することがある。
When the non-magnetic protective layer is completely removed in the step (c), the first antiferromagnetic layer is composed of only the intermediate antiferromagnetic layer and the upper antiferromagnetic layer. However, if all of the nonmagnetic protective layer is removed, the surface of the intermediate antiferromagnetic layer may be damaged by ion milling and antiferromagnetism may be reduced.

【0079】本発明では、前記非磁性保護層が3Å以下
残っている程度であれば、前記非磁性保護層が前記中間
反強磁性層と前記上部反強磁性層の間に残存していて
も、前記中間反強磁性層、前記非磁性保護層、及び前記
上部反強磁性層とが一体として第1反強磁性層として機
能することができる。
In the present invention, as long as the non-magnetic protective layer remains 3Å or less, the non-magnetic protective layer may remain between the intermediate antiferromagnetic layer and the upper antiferromagnetic layer. The intermediate antiferromagnetic layer, the nonmagnetic protective layer, and the upper antiferromagnetic layer may function as a first antiferromagnetic layer as a unit.

【0080】[0080]

【発明の実施の形態】図1は、本発明における第1の実
施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た
部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention as seen from the side facing a recording medium.

【0081】図1に示す磁気検出素子は、記録媒体に記
録された外部信号を再生するためのGMRヘッドであ
る。記録媒体との対向面は、例えば磁気検出素子を構成
する薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のフリー磁性
層の外部磁界が印加されていないときの磁化方向と平行
な平面である。図1では、記録媒体との対向面はX−Z
平面に平行な平面である。
The magnetic detecting element shown in FIG. 1 is a GMR head for reproducing an external signal recorded on a recording medium. The surface facing the recording medium is, for example, a plane perpendicular to the film surface of the thin film forming the magnetic detection element and parallel to the magnetization direction when the external magnetic field of the free magnetic layer of the magnetic detection element is not applied. In FIG. 1, the surface facing the recording medium is X-Z.
It is a plane parallel to the plane.

【0082】なお、磁気検出素子が浮上式の磁気ヘッド
に用いられる場合、記録媒体との対向面とは、いわゆる
ABS面のことである。
When the magnetic detecting element is used in a floating magnetic head, the surface facing the recording medium is the so-called ABS surface.

【0083】また磁気検出素子は、例えばアルミナ−チ
タンカーバイト(Al−TiC)で形成されたス
ライダのトレーリング端面上に形成される。スライダ
は、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材など
による弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド
装置が構成される。
The magnetic detecting element is formed on the trailing end surface of the slider made of, for example, alumina-titanium carbide (Al 2 O 3 -TiC). The slider is joined to an elastically deformable support member made of stainless steel or the like on the side opposite to the surface facing the recording medium to form a magnetic head device.

【0084】なお、トラック幅方向とは、外部磁界によ
って磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、例
えば、フリー磁性層の外部磁界が印加されていないとき
の磁化方向、すなわち図示X方向である。
The track width direction is the width direction of the region in which the magnetization direction is changed by the external magnetic field. For example, the magnetization direction when the external magnetic field of the free magnetic layer is not applied, that is, the X direction in the figure. Is.

【0085】なお、記録媒体は磁気検出素子の記録媒体
との対向面に対向しており、図示Z方向に移動する。こ
の記録媒体からの洩れ磁界方向は図示Y方向である。
The recording medium faces the surface of the magnetic detecting element facing the recording medium, and moves in the Z direction in the figure. The direction of the leakage magnetic field from this recording medium is the Y direction in the figure.

【0086】図1では、スライダのトレーリング端面上
にアルミナ層(図示せず)を介して、下部電極層を兼用
する下部シールド層20が形成され、下部シールド層2
0上に、下地層21、シード層22、第2反強磁性層2
3、第1強磁性層24a及び第2強磁性層24bからな
る強磁性層24、非磁性層25、第1磁性層26a及び
第2磁性層26bからなるフリー磁性層26、非磁性材
料層27、第2固定磁性層28a、非磁性中間層28
b、第1固定磁性層28cからなるシンセティックフェ
リピンド型の固定磁性層28、第1反強磁性層29、保
護層30が下から順に積層された多層膜Aが形成されて
いる。
In FIG. 1, the lower shield layer 20 which also serves as the lower electrode layer is formed on the trailing end surface of the slider via an alumina layer (not shown).
0, underlayer 21, seed layer 22, second antiferromagnetic layer 2
3, a ferromagnetic layer 24 composed of the first ferromagnetic layer 24a and the second ferromagnetic layer 24b, a non-magnetic layer 25, a free magnetic layer 26 composed of the first magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b, and a non-magnetic material layer 27. , Second pinned magnetic layer 28a, non-magnetic intermediate layer 28
b, a synthetic ferripinned pinned magnetic layer 28 including the first pinned magnetic layer 28c, a first antiferromagnetic layer 29, and a protective layer 30 are laminated in this order from the bottom to form a multilayer film A.

【0087】多層膜Aの保護層30からフリー磁性層2
6の第1磁性層26aの膜厚方向の一部分まではトラッ
ク幅寸法Twのトラック幅方向寸法を有し、第1磁性層
26aの残りの部分から強磁性層24、第2反強磁性層
23、シード層22、下地層21のトラック幅方向寸法
はトラック幅寸法Twより大きくなっている。
From the protective layer 30 of the multilayer film A to the free magnetic layer 2
6 has a track width dimension Tw up to a part in the film thickness direction of the first magnetic layer 26a, and the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 from the remaining portion of the first magnetic layer 26a. The dimension of the seed layer 22 and the underlying layer 21 in the track width direction is larger than the track width dimension Tw.

【0088】また、保護層30からフリー磁性層26の
第1磁性層26aの途中までのトラック幅方向両側部に
は絶縁層32,32が形成されており、絶縁層32,3
2及び多層膜Aの保護層30上には、上部電極層を兼用
する上部シールド層31が形成されている。
Insulating layers 32, 32 are formed on both sides in the track width direction from the protective layer 30 to the middle of the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26, and the insulating layers 32, 3 are formed.
2 and the protective layer 30 of the multilayer film A, an upper shield layer 31 which also serves as an upper electrode layer is formed.

【0089】下部シールド層20から上部シールド層3
1までが、本発明の第1の実施の形態の磁気検出素子で
ある。
From the lower shield layer 20 to the upper shield layer 3
The elements up to 1 are the magnetic detection elements according to the first embodiment of the present invention.

【0090】図1では、下部シールド層20が下部電極
層を兼用し、上部シールド層31が上部電極層を兼用し
ているが、下部シールド層と下部電極層及び上部シール
ド層と上部電極層がそれぞれ異なる材料で形成されてい
る異なる層であってもよい。
In FIG. 1, the lower shield layer 20 also serves as the lower electrode layer and the upper shield layer 31 also serves as the upper electrode layer. However, the lower shield layer and the lower electrode layer and the upper shield layer and the upper electrode layer are Different layers may be formed of different materials.

【0091】図1に示される磁気検出素子は、いわゆる
トップ型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
The magnetic sensing element shown in FIG. 1 is a so-called top type spin valve type magnetic sensing element.

【0092】下部シールド層20、下地層21、シード
層22、第2反強磁性層23、強磁性層24、非磁性層
25、フリー磁性層26、非磁性材料層27、固定磁性
層28、第1反強磁性層29、保護層30、絶縁層3
2、及び上部シールド層31はスパッタ法や蒸着法など
の薄膜形成プロセスによって形成される。
Lower shield layer 20, underlayer 21, seed layer 22, second antiferromagnetic layer 23, ferromagnetic layer 24, nonmagnetic layer 25, free magnetic layer 26, nonmagnetic material layer 27, pinned magnetic layer 28, First antiferromagnetic layer 29, protective layer 30, insulating layer 3
2 and the upper shield layer 31 are formed by a thin film forming process such as a sputtering method or a vapor deposition method.

【0093】スパッタ法としては、例えばマグネトロン
スパッタ、RF2極スパッタ、RF3極スパッタ、イオ
ンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ等の既存
するスパッタ装置を用いたスパッタ法によって形成する
ことができる。また本発明では、スパッタ法や蒸着法の
他に、MBE(モレキュラー−ビーム−エピタキシー)
法、ICB(イオン−クラスター−ビーム)法などの成
膜プロセスが使用可能である。
As the sputtering method, for example, magnetron sputtering, RF 2-pole sputtering, RF 3-pole sputtering, ion beam sputtering, opposed target type sputtering or the like can be used. Further, in the present invention, in addition to the sputtering method and the vapor deposition method, MBE (Molecular-Beam-Epitaxy) is used.
A film forming process such as a CVD method or an ICB (ion-cluster-beam) method can be used.

【0094】図1に示すように上記した下地層21から
保護層30の各層で構成される多層膜Aは、保護層30
からフリー磁性層26の第1磁性層26aの一部までの
トラック幅方向(図示X方向)における両側端面Aa,
Aaが、多層膜Aの表面Abに対して垂直な連続面とな
っている。ただし、図1の点線Aa1、Aa1で示され
るように、保護層30からフリー磁性層26の第1磁性
層26aの一部までのトラック幅方向における両側端面
が、多層膜Aの表面Abに対する傾斜面Aa1,Aa1
であってもよい。
As shown in FIG. 1, the multi-layered film A composed of the above-mentioned base layer 21 to protective layer 30 is the protective layer 30.
From both ends to the part of the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26 in the track width direction (X direction in the drawing),
Aa is a continuous surface perpendicular to the surface Ab of the multilayer film A. However, as shown by the dotted lines Aa1 and Aa1 in FIG. 1, both end surfaces in the track width direction from the protective layer 30 to a part of the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26 are inclined with respect to the surface Ab of the multilayer film A. Surface Aa1, Aa1
May be

【0095】なお、図1の磁気検出素子の光学トラック
幅Twは、非磁性材料層27のトラック幅方向寸法で決
められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラ
ック幅Twを0.1μm以下、特に0.06μm以下に
して、200Gbit/in 以上の記録密度に対応す
ることができる。
Incidentally, the optical track of the magnetic detection element of FIG.
The width Tw is determined by the dimension of the nonmagnetic material layer 27 in the track width direction.
Can be In the magnetic detection element of the present embodiment, the optical
Width Tw of 0.1 μm or less, especially 0.06 μm or less
And then 200 Gbit / in TwoCompatible with the above recording densities
You can

【0096】図1に示された磁気検出素子は、いわゆる
スピンバルブ型磁気検出素子であり、固定磁性層28の
磁化方向が、適正に図示Y方向に平行な方向に固定さ
れ、しかもフリー磁性層26の磁化が適正に図示X方向
に揃えられており、固定磁性層28とフリー磁性層26
の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁
気検出素子の図示Y方向に侵入し、フリー磁性層26の
磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁
性層28の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、
この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒
体からの洩れ磁界が検出される。
The magnetic sensing element shown in FIG. 1 is a so-called spin valve type magnetic sensing element, in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 is properly pinned in the direction parallel to the Y direction in the drawing, and the free magnetic layer is used. The magnetization of 26 is properly aligned in the X direction in the figure, and the fixed magnetic layer 28 and the free magnetic layer 26 are
Are in an orthogonal relationship. The leakage magnetic field from the recording medium penetrates in the Y direction of the magnetic detection element in the drawing, and the magnetization of the free magnetic layer 26 fluctuates with high sensitivity. The resistance changes,
The leakage magnetic field from the recording medium is detected by the voltage change based on the change of the electric resistance value.

【0097】ただし、電気抵抗値の変化(出力)に直接
寄与するのは第2固定磁性層28aの磁化方向とフリー
磁性層26の磁化方向の相対角であり、これらの相対角
が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加さ
れていない状態で直交していることが好ましい。
However, it is the relative angle between the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 28a and the magnetization direction of the free magnetic layer 26 that directly contributes to the change (output) of the electric resistance value, and these relative angles are the detected currents. It is preferable that they are orthogonal to each other in a state where they are energized and a signal magnetic field is not applied.

【0098】なお、磁気検出素子の記録媒体との対向面
に対向する記録媒体は、図示Z方向に移動する。
The recording medium facing the surface of the magnetic detection element facing the recording medium moves in the Z direction in the figure.

【0099】保護層30はTaなど導電性材料からな
り、本実施の形態における膜厚は30Åである。
The protective layer 30 is made of a conductive material such as Ta and has a film thickness of 30Å in the present embodiment.

【0100】下部シールド層20及び上部シールド層3
1はNiFeなどの磁性材料を用いて形成される。な
お、下部シールド層20及び上部シールド層31は磁化
容易軸がトラック幅方向(図示X方向)を向いているこ
とが好ましい。下部シールド層20及び上部シールド層
31は、電解メッキ法によって形成されてもよい。
Lower shield layer 20 and upper shield layer 3
1 is formed using a magnetic material such as NiFe. It is preferable that the lower shield layer 20 and the upper shield layer 31 have easy axes of magnetization oriented in the track width direction (X direction in the drawing). The lower shield layer 20 and the upper shield layer 31 may be formed by an electrolytic plating method.

【0101】下地層21は、Ta,Hf,Nb,Zr,
Ti,Mo,Wのうち少なくとも1種以上で形成される
ことが好ましい。下地層は50Å以下程度の膜厚で形成
される。なおこの下地層は形成されていなくても良い。
本実施の形態では、下地層21の膜厚は30Åである。
The underlayer 21 is made of Ta, Hf, Nb, Zr,
It is preferably formed of at least one of Ti, Mo and W. The underlayer is formed with a film thickness of about 50 Å or less. The base layer may not be formed.
In the present embodiment, the thickness of the underlayer 21 is 30Å.

【0102】シード層22は、NiFe、NiFeCr
やCrなどを用いて形成する。本実施の形態では、シー
ド層22の膜厚は50Åである。
The seed layer 22 is made of NiFe, NiFeCr.
It is formed using Cr or Cr. In the present embodiment, the seed layer 22 has a film thickness of 50Å.

【0103】なお本実施における磁気検出素子は各層の
膜面と垂直方向にセンス電流が流れるCPP型であるた
め、シード層にも適切にセンス電流が流れる必要性があ
る。よってシード層は比抵抗の高い材質でないことが好
ましい。すなわちCPP型ではシード層はNiFe合
金、Crなどの比抵抗の低い材質で形成されることが好
ましい。なおシード層は形成されなくても良い。
Since the magnetic sensing element in this embodiment is of the CPP type in which the sense current flows in the direction perpendicular to the film surface of each layer, it is necessary to appropriately flow the sense current also in the seed layer. Therefore, it is preferable that the seed layer is not a material having a high specific resistance. That is, in the CPP type, the seed layer is preferably formed of a material having a low specific resistance such as NiFe alloy or Cr. The seed layer may not be formed.

【0104】第2反強磁性層23及び第1反強磁性層2
9は、PtMn合金、または、X―Mn(ただしXは、
Pd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのいずれか
1種または2種以上の元素である)合金で、あるいはP
t―Mn―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,R
u,Au,Ag,Os,Cr,Ni,Ar,Ne,X
e,Krのいずれか1または2種以上の元素である)合
金で形成する。
The second antiferromagnetic layer 23 and the first antiferromagnetic layer 2
9 is a PtMn alloy or X-Mn (where X is
Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, Fe, which is one or more elements) alloy, or P
t-Mn-X '(where X'is Pd, Ir, Rh, R
u, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, X
e, Kr, which is one or two or more elements).

【0105】本実施の形態では、第1反強磁性層29及
び第2反強磁性層23を、同一の組成を有する反強磁性
材料を用いて形成することができる。
In this embodiment, the first antiferromagnetic layer 29 and the second antiferromagnetic layer 23 can be formed using antiferromagnetic materials having the same composition.

【0106】これらの合金は、成膜直後の状態では、不
規則系の面心立方構造(fcc)であるが、熱処理によ
ってCuAuI型の規則型の面心正方構造(fct)に
構造変態する。
Immediately after the film formation, these alloys have a disordered face-centered cubic structure (fcc), but undergo a structural transformation to a CuAuI type ordered face-centered tetragonal structure (fct) by heat treatment.

【0107】第2反強磁性層23の膜厚は80Å〜30
0Å、例えば150Åである。ここで、反強磁性層を形
成するための、前記PtMn合金及び前記X−Mnの式
で示される合金において、PtあるいはXが37〜63
at%の範囲であることが好ましい。また、前記PtM
n合金及び前記X−Mnの式で示される合金において、
PtあるいはXが47〜57at%の範囲であることが
より好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲
の上限と下限は以下、以上を意味する。
The thickness of the second antiferromagnetic layer 23 is 80Å to 30.
It is 0Å, for example 150Å. Here, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula X-Mn for forming the antiferromagnetic layer, Pt or X is 37 to 63.
It is preferably in the range of at%. Also, the PtM
In the n alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn,
More preferably, Pt or X is in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by are as follows.

【0108】また、Pt−Mn−X’の式で示される合
金において、X’+Ptが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。また、前記Pt−Mn−X’の式で
示される合金において、X’+Ptが47〜57at%
の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Pt−
Mn−X’の式で示される合金において、X’が0.2
〜10at%の範囲であることが好ましい。ただし、
X’がPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのい
ずれか1種または2種以上の元素である場合には、X’
は0.2〜40at%の範囲であることが好ましい。
In the alloy represented by the formula Pt-Mn-X ', it is preferable that X' + Pt is in the range of 37 to 63 at%. Further, in the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is 47 to 57 at%.
The range is more preferably. Further, the Pt-
In the alloy represented by the formula of Mn-X ', X'is 0.2.
It is preferably in the range of 10 at%. However,
When X ′ is any one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni and Fe, X ′
Is preferably in the range of 0.2 to 40 at%.

【0109】これらの合金を使用し、これを熱処理する
ことにより、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層
を得ることができる。特に、PtMn合金であれば、4
8kA/m以上、例えば64kA/mを越える交換結合
磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度
が380℃と極めて高い優れた第2反強磁性層23及び
第1反強磁性層29を得ることができる。
By using these alloys and heat-treating them, an antiferromagnetic layer which generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained. In particular, if it is a PtMn alloy, 4
An excellent second antiferromagnetic layer 23 and first antiferromagnetic layer 29 having an exchange coupling magnetic field of 8 kA / m or more, for example, 64 kA / m or more, and a blocking temperature for losing the exchange coupling magnetic field of 380 ° C. are extremely high. Obtainable.

【0110】なお、後に説明する本実施の形態の磁気検
出素子の製造方法を用いて、図1の磁気検出素子を形成
すると、第1反強磁性層29が、10Å以上50Å以下
の膜厚の中間反強磁性層29aと、1Å以上3Å以下の
膜厚の貴金属などからなる非磁性保護層29b及び上部
反強磁性層29cからなる多層構造を有するものにな
る。
When the magnetic sensing element of FIG. 1 is formed using the method for manufacturing a magnetic sensing element of this embodiment described later, the first antiferromagnetic layer 29 has a film thickness of 10 Å or more and 50 Å or less. It has a multilayer structure including an intermediate antiferromagnetic layer 29a, a nonmagnetic protective layer 29b made of a noble metal or the like having a film thickness of 1 Å or more and 3 Å or less, and an upper antiferromagnetic layer 29c.

【0111】中間反強磁性層29aと上部反強磁性層2
9cは、同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のP
tMn合金、X―Mn合金で、あるいはPt―Mn―
X′合金を用いて形成される。
Intermediate antiferromagnetic layer 29a and upper antiferromagnetic layer 2
9c is an antiferromagnetic material having the same composition, specifically P mentioned above.
tMn alloy, X-Mn alloy, or Pt-Mn-
It is formed using an X'alloy.

【0112】中間反強磁性層29aの膜厚と上部反強磁
性層29cの膜厚を合わせた総合膜厚は80Å以上50
0Å以下である。例えば150Åである。中間反強磁性
層29aは、膜厚が10Å以上50Å以下と薄いため、
単独では反強磁性を示さず、中間反強磁性層29aと上
部反強磁性層29cが一体となって初めて反強磁性を示
すようになり、固定磁性層28との間に交換結合磁界を
生じさせる。
The total thickness of the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c is 80 Å or more and 50 or more.
It is less than 0Å. For example, 150Å. Since the intermediate antiferromagnetic layer 29a has a thin film thickness of 10 Å or more and 50 Å or less,
It does not exhibit antiferromagnetism by itself, but exhibits antiferromagnetism only when the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c are integrated, and an exchange coupling magnetic field is generated between the pinned magnetic layer 28 and the pinned magnetic layer 28. Let

【0113】また、非磁性保護層29bは1Å以上3Å
以下の薄い膜厚であり、Ru、Re、Pd、Os、I
r、Pt、Au、Rh,Cu,Crのいずれか1種また
は2種以上で形成されているので、中間反強磁性層29
aと上部反強磁性層29cに反強磁性的な相互作用を生
じさせ、中間反強磁性層29aと上部反強磁性層29c
を一体の反強磁性層として機能させることが可能にな
る。また、非磁性保護層29bの材料が、中間反強磁性
層29aと上部反強磁性層29c中に拡散しても、反強
磁性の性質は劣化しない。
The nonmagnetic protective layer 29b has a thickness of 1 Å or more and 3 Å
The following thin film thicknesses, Ru, Re, Pd, Os, I
Since it is formed of one or more of r, Pt, Au, Rh, Cu, and Cr, the intermediate antiferromagnetic layer 29.
a and the upper antiferromagnetic layer 29c to cause an antiferromagnetic interaction, and the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c
Can be made to function as an integrated antiferromagnetic layer. Further, even if the material of the nonmagnetic protective layer 29b diffuses into the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c, the antiferromagnetic property does not deteriorate.

【0114】なお、非磁性保護層29bが存在せず、第
1反強磁性層29が中間反強磁性層29aと上部反強磁
性層29cからなるものであってもよい。また、第1反
強磁性層29が単層の反強磁性層であってもよい。
The nonmagnetic protective layer 29b may not be present, and the first antiferromagnetic layer 29 may be composed of the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c. Further, the first antiferromagnetic layer 29 may be a single antiferromagnetic layer.

【0115】第1固定磁性層28c及び第2固定磁性層
28aは、強磁性材料により形成されるもので、例えば
NiFe合金、Co、CoFeNi合金、CoFe合
金、CoNi合金などにより形成されるものであり、特
にCoFe合金またはCoにより形成されることが好ま
しい。また、第1固定磁性層28c及び第2固定磁性層
28aは同一の材料で形成されることが好ましい。
The first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28a are made of a ferromagnetic material, for example, NiFe alloy, Co, CoFeNi alloy, CoFe alloy, CoNi alloy or the like. In particular, it is preferably formed of CoFe alloy or Co. The first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28a are preferably made of the same material.

【0116】また、非磁性中間層28bは、非磁性材料
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種またはこれらの2種以上の合金で形
成されている。特にRuによって形成されることが好ま
しい。
The non-magnetic intermediate layer 28b is made of a non-magnetic material and is made of Ru, Rh, Ir, Cr, R.
e, Cu, or one or more of these alloys. It is particularly preferably formed of Ru.

【0117】第1固定磁性層28c及び第2固定磁性層
28aは、それぞれ10〜70Å程度で形成される。例
えば、第1固定磁性層28cの膜厚は30Åであり、第
2固定磁性層28aの膜厚は40Åである。また非磁性
中間層の膜厚は3Å〜10Å程度、例えば8Åで形成さ
れる。
The first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28a are each formed to have a thickness of about 10 to 70Å. For example, the film thickness of the first pinned magnetic layer 28c is 30Å, and the film thickness of the second pinned magnetic layer 28a is 40Å. The thickness of the nonmagnetic intermediate layer is about 3Å to 10Å, for example, 8Å.

【0118】図1では、単位面積当りの磁気モーメント
(Ms×t;飽和磁束密度と膜厚の積)が異なる第1固
定磁性層28cと第2固定磁性層28aが、非磁性中間
層28bを介して積層されたものが、一つの固定磁性層
として機能する。
In FIG. 1, the first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28a, which have different magnetic moments per unit area (Ms × t; product of saturation magnetic flux density and film thickness), form the non-magnetic intermediate layer 28b. What is laminated via the above functions as one fixed magnetic layer.

【0119】第1固定磁性層28cは第1反強磁性層2
9と接して形成され、磁場中アニールが施されることに
より、第1固定磁性層28cと第1反強磁性層29との
界面にて交換結合による交換異方性磁界(交換結合磁
界)が生じ、第1固定磁性層28cの磁化方向が図示Y
方向に固定される。第1固定磁性層28cの磁化方向が
図示Y方向に固定されると、非磁性中間層28bを介し
て対向する第2固定磁性層28aの磁化方向が、第1固
定磁性層28cの磁化方向と反平行の状態で固定され
る。
The first pinned magnetic layer 28c is the first antiferromagnetic layer 2
9 and is annealed in a magnetic field, an exchange anisotropic magnetic field (exchange coupling magnetic field) due to exchange coupling is generated at the interface between the first pinned magnetic layer 28c and the first antiferromagnetic layer 29. And the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 28c is Y in the figure.
Fixed in the direction. When the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 28c is pinned in the Y direction in the figure, the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 28a that faces the non-magnetic intermediate layer 28b is the same as the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 28c. It is fixed in the antiparallel state.

【0120】このように、第1固定磁性層28cと第2
固定磁性層28aの磁化方向が、反平行となるフェリ磁
性状態になっていると、第1固定磁性層28cと第2固
定磁性層28aとが互いに他方の磁化方向を固定しあう
ので、全体として固定磁性層の磁化方向を一定方向に強
力に固定することができる。
Thus, the first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28c
When the pinned magnetic layer 28a is in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel, the first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28a fix the other magnetizing direction to each other, and as a whole, The magnetization direction of the pinned magnetic layer can be strongly fixed in a fixed direction.

【0121】なお、第1固定磁性層28cの単位面積当
りの磁気モーメント(Ms×t)と第2固定磁性層28
aの単位面積当りの磁気モーメント(Ms×t)を足し
合わせた合成の単位面積当りの磁気モーメント(Ms×
t)の方向が固定磁性層の磁化方向となる。
The magnetic moment per unit area (Ms × t) of the first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28c.
Magnetic moment per unit area (Ms × t)
The direction of t) is the magnetization direction of the pinned magnetic layer.

【0122】図1では、第1固定磁性層28c及び第2
固定磁性層28aを同じ材料を用いて形成し、さらに、
それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれの単
位面積当りの磁気モーメント(Ms×t)を異ならせて
いる。
In FIG. 1, the first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28c
The fixed magnetic layer 28a is formed using the same material, and further,
By making each film thickness different, each magnetic moment (Ms × t) per unit area is made different.

【0123】また、第1固定磁性層28c及び第2固定
磁性層28aの固定磁化による反磁界(双極子磁界)
を、第1固定磁性層28c及び第2固定磁性層28aの
静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャン
セルできる。これにより、固定磁性層28の固定磁化に
よる反磁界(双極子磁界)からの、フリー磁性層26の
変動磁化への寄与を減少させることができる。
Also, the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28a.
Can be canceled by the static magnetic field couplings of the first pinned magnetic layer 28c and the second pinned magnetic layer 28a canceling each other. Thereby, the contribution of the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 28 to the variable magnetization of the free magnetic layer 26 can be reduced.

【0124】従って、フリー磁性層26の変動磁化の方
向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシ
ンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型磁気
検出素子を得ることが可能になる。
Therefore, it becomes easier to correct the direction of the variable magnetization of the free magnetic layer 26 to a desired direction, and it is possible to obtain a spin valve type magnetic sensing element having a small asymmetry and excellent symmetry.

【0125】ここで、アシンメトリーとは、再生出力波
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。従って、アシンメトリーが0に近づく程
再生出力波形が対称性に優れていることになる。
Here, the asymmetry indicates the degree of asymmetry of the reproduction output waveform, and when the reproduction output waveform is given, the asymmetry becomes small if the waveform is symmetrical. Therefore, as the asymmetry approaches 0, the reproduced output waveform has better symmetry.

【0126】前記アシンメトリーは、フリー磁性層26
の磁化の方向と固定磁性層28の固定磁化の方向とが直
交しているときに0となる。アシンメトリーが大きくず
れるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなく
なり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメト
リーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上す
ることになり、スピンバルブ型磁気検出素子として優れ
たものとなる。
The asymmetry is based on the free magnetic layer 26.
Is 0 when the direction of the magnetization of 1 and the direction of the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 28 are orthogonal to each other. If the asymmetry is greatly deviated, the information cannot be read accurately from the medium, which causes an error. Therefore, the smaller the asymmetry, the higher the reliability of the reproduction signal processing, and the more excellent the spin valve type magnetic detection element becomes.

【0127】また、固定磁性層28の固定磁化による反
磁界(双極子磁界)Hdは、フリー磁性層26の素子高
さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいとい
う不均一な分布を持ち、フリー磁性層26内における単
磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層28を上
記の積層構造とすることにより双極子磁界Hdを小さく
することができ、これによってフリー磁性層内に磁壁が
できて磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなど
が発生することを防止することができる。
Further, the demagnetizing field (dipole magnetic field) Hd due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 28 has a non-uniform distribution in the element height direction of the free magnetic layer 26, being large at the ends and small at the center. Although the formation of a single magnetic domain in the free magnetic layer 26 may be hindered, the dipole magnetic field Hd can be reduced by forming the pinned magnetic layer 28 to have the above-mentioned laminated structure, which allows the domain wall in the free magnetic layer to be reduced. It is possible to prevent the occurrence of non-uniform magnetization and Barkhausen noise.

【0128】なお固定磁性層28は上記したいずれかの
磁性材料を使用した1層構造あるいは上記したいずれか
の磁性材料からなる層とCo層などの拡散防止層の2層
構造で形成されていても良い。
The pinned magnetic layer 28 has a one-layer structure using any of the above magnetic materials or a two-layer structure including a layer formed of any of the above magnetic materials and a diffusion preventing layer such as a Co layer. Is also good.

【0129】非磁性材料層27は、固定磁性層28とフ
リー磁性層26との磁気的な結合を防止する層であり、
Cu,Cr,Au,Agなど導電性を有する非磁性材料
により形成されることが好ましい。特にCuによって形
成されることが好ましい。非磁性材料層27は例えば1
8〜30Å程度の膜厚で形成される。本実施の形態で
は、非磁性材料層27の膜厚は、30Åである。
The non-magnetic material layer 27 is a layer for preventing magnetic coupling between the fixed magnetic layer 28 and the free magnetic layer 26,
It is preferably formed of a non-magnetic material having conductivity such as Cu, Cr, Au, Ag. Particularly, Cu is preferable. The nonmagnetic material layer 27 is, for example, 1
It is formed with a film thickness of about 8 to 30 Å. In the present embodiment, the film thickness of the nonmagnetic material layer 27 is 30Å.

【0130】また非磁性材料層27は、AlやS
iOなどの絶縁材料で形成されていてもよいが、本実
施の形態のようにCPP型の磁気検出素子の場合には、
非磁性材料層27内部にも、膜面と垂直方向にセンス電
流が流れるようにしなければならないので、非磁性材料
層27が絶縁物であるときは、非磁性材料層27の膜厚
を50Å以下に薄くして形成してトンネル電流が流れる
ようにする必要がある。また非磁性材料層27をAl
やTaOまたはCu−Al複合膜のような
絶縁材料を部分的に含む材料で形成したときは、非磁性
材料層27を実効的な素子面積を低減させる電流制限層
として機能させることもできる。
The nonmagnetic material layer 27 is made of Al 2 O 3 or S.
Although it may be formed of an insulating material such as iO 2 , in the case of the CPP type magnetic detection element as in the present embodiment,
Since the sense current must flow in the non-magnetic material layer 27 in the direction perpendicular to the film surface, when the non-magnetic material layer 27 is an insulator, the thickness of the non-magnetic material layer 27 is 50Å or less. It is necessary to make it thin so that the tunnel current can flow. The non-magnetic material layer 27 is made of Al 2
When formed of a material that partially contains an insulating material such as O 3 , TaO 2 or Cu—Al 2 O 3 composite film, the nonmagnetic material layer 27 functions as a current limiting layer that reduces the effective element area. You can also let it.

【0131】図1に示される磁気検出素子では、フリー
磁性層26は、第1磁性層26a及び第2磁性層26b
の2層構造である。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the free magnetic layer 26 includes the first magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b.
Is a two-layer structure.

【0132】非磁性層25に接する側の第1磁性層26
aは、NiFe(パーマロイ)層あるいはNiFeX
(XはAl,Si,Ti,V,Cr,Mn,Cu,Z
r,Nb,Mo,Ru,Rh,Hf,Ta,W,Ir,
Ptから選ばれる1種或いは2種以上の元素)であり、
非磁性材料層27に接する側の第2磁性層26bがC
o、CoFe、CoFeNiなどCo(コバルト)を含
む強磁性材料からなる層である。本実施の形態では、第
1磁性層26aの膜厚は100Åであり、第2磁性層2
6bの膜厚は20Åである。Coを含む強磁性材料に
は、CoFe、CoFeCrを選択することが好まし
い。
The first magnetic layer 26 on the side in contact with the nonmagnetic layer 25
a is a NiFe (permalloy) layer or NiFeX
(X is Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Z
r, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Ir,
One or more elements selected from Pt),
The second magnetic layer 26b on the side in contact with the non-magnetic material layer 27 is C
This is a layer made of a ferromagnetic material containing Co (cobalt) such as o, CoFe, and CoFeNi. In the present embodiment, the film thickness of the first magnetic layer 26a is 100Å and the second magnetic layer 2
The film thickness of 6b is 20Å. CoFe and CoFeCr are preferably selected as the ferromagnetic material containing Co.

【0133】フリー磁性層26の第2磁性層26bをC
o(コバルト)を含む強磁性材料からなる層で形成する
ことにより、非磁性材料層27へのフリー磁性層26の
材料(Niなど)の拡散を防止し、磁気抵抗変化率の低
下を防ぐことができる。
The second magnetic layer 26b of the free magnetic layer 26 is C
By forming a layer made of a ferromagnetic material containing o (cobalt), it is possible to prevent the material (Ni or the like) of the free magnetic layer 26 from diffusing into the non-magnetic material layer 27 and prevent a decrease in the magnetoresistance change rate. You can

【0134】なおフリー磁性層26を構成する第1磁性
層26aと第2磁性層26bとの境界面は図面のように
はっきりと見て取れない場合がある。例えば前記第1磁
性層26aと第2磁性層26bとが熱拡散を起す場合な
どである。かかる場合、前記境界面ははっきりとしなく
なる。従って図1に示す実施形態のように、第1磁性層
26aと第2磁性層26bとの境界面がはっきりと見て
取れない場合、フリー磁性層26には、少なくとも非磁
性層25に接する側に、NiFeあるいはNiFeXか
らなる磁性領域が存在し、一方、非磁性材料層27に接
する側にCoを含む強磁性材料層からなる磁性領域が存
在していればよい。
The interface between the first magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b forming the free magnetic layer 26 may not be clearly seen as shown in the drawing. For example, there is a case where the first magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b cause thermal diffusion. In such a case, the boundary surface becomes unclear. Therefore, when the boundary surface between the first magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b cannot be clearly seen as in the embodiment shown in FIG. 1, the free magnetic layer 26 has at least the side in contact with the non-magnetic layer 25. It suffices that there is a magnetic region made of NiFe or NiFeX, while a magnetic region made of a ferromagnetic material layer containing Co is present on the side in contact with the nonmagnetic material layer 27.

【0135】本実施の形態では、フリー磁性層26のト
ラック幅領域26cの下層に非磁性層25を介して強磁
性層24及び第2反強磁性層23が積層されている。
In this embodiment, the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 are stacked below the track width region 26c of the free magnetic layer 26 with the nonmagnetic layer 25 interposed therebetween.

【0136】非磁性層25は、Ru、Rh、Ir、C
r、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で形
成されている。本実施の形態では、非磁性層25の膜厚
は、8Åである。
The nonmagnetic layer 25 is made of Ru, Rh, Ir, C.
It is formed of an alloy of one or more of r, Re and Cu. In the present embodiment, the film thickness of the nonmagnetic layer 25 is 8Å.

【0137】強磁性層24は、第1強磁性層24a及び
第2強磁性層24bの2層構造である。本実施の形態で
は、例えば第1強磁性層24aの膜厚は8Åであり、第
2強磁性層24bの膜厚は6Åである。
The ferromagnetic layer 24 has a two-layer structure of a first ferromagnetic layer 24a and a second ferromagnetic layer 24b. In the present embodiment, for example, the film thickness of the first ferromagnetic layer 24a is 8Å, and the film thickness of the second ferromagnetic layer 24b is 6Å.

【0138】図1では、強磁性層24の非磁性層25に
接する側である第2強磁性層24bをNiFe(パーマ
ロイ)層あるいはNiFeX(XはAl,Si,Ti,
V,Cr,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,R
h,Hf,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる1種或い
は2種以上の元素)で形成している。
In FIG. 1, the second ferromagnetic layer 24b, which is the side of the ferromagnetic layer 24 in contact with the nonmagnetic layer 25, is a NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, Ti,
V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, R
h, Hf, Ta, W, Ir, Pt, and one or more elements).

【0139】また、第2反強磁性層23に接する側であ
る第1強磁性層24aをCoやCoFeなどのCo(コ
バルト)を含む強磁性材料で形成している。第1強磁性
層24aをCo(コバルト)を含む強磁性材料で形成す
ることにより、第2反強磁性層23と強磁性層24間の
交換結合磁界を大きくすることができる。Coを含む強
磁性材料にはCoFe、CoFeCrを選択することが
好ましい。
The first ferromagnetic layer 24a, which is in contact with the second antiferromagnetic layer 23, is made of a ferromagnetic material containing Co (cobalt) such as Co or CoFe. By forming the first ferromagnetic layer 24a with a ferromagnetic material containing Co (cobalt), the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 can be increased. CoFe and CoFeCr are preferably selected as the ferromagnetic material containing Co.

【0140】なお強磁性層24においてもフリー磁性層
26と同様に、前記強磁性層24には、少なくとも非磁
性層25に接する側に、NiFeあるいはNiFeXか
らなる磁性領域が存在し、一方、第2反強磁性層23に
接する側にCoを含む強磁性材料層からなる磁性領域が
存在していればよい。
In the ferromagnetic layer 24 as well as the free magnetic layer 26, the ferromagnetic layer 24 has a magnetic region of NiFe or NiFeX at least on the side in contact with the non-magnetic layer 25. 2 A magnetic region made of a ferromagnetic material layer containing Co may be present on the side in contact with the antiferromagnetic layer 23.

【0141】または、強磁性層24を、膜厚が0nmよ
り大きく3nm以下である、NiFe(パーマロイ)か
らなる単層構造としてもよい。
Alternatively, the ferromagnetic layer 24 may have a single-layer structure made of NiFe (permalloy) having a film thickness of more than 0 nm and 3 nm or less.

【0142】あるいは、前記強磁性層24を、CoFe
CrあるいはCoFeからなる単層構造で形成してもよ
い。
Alternatively, the ferromagnetic layer 24 is made of CoFe
You may form by the single layer structure which consists of Cr or CoFe.

【0143】上記したいずれの単層構造においても後述
する実験結果によれば、良好な再生特性を得ることがで
きる。
In any of the single layer structures described above, good reproduction characteristics can be obtained according to the experimental results described later.

【0144】図1に示される磁気検出素子では、強磁性
層24の磁化方向が第2反強磁性層23との交換結合磁
界により固定磁性層28の磁化方向と交叉する方向へ向
けられている。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 24 is oriented in the direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 23. .

【0145】また、強磁性材料からなる強磁性材料層で
あるフリー磁性層26が、非磁性層25を介して強磁性
層24に積層されているため、フリー磁性層26が、強
磁性層24との非磁性層25を介した層間結合磁界、こ
の場合はRKKY相互作用によって単磁区化され、磁化
方向が固定磁性層28の磁化方向と交叉する方向へ向け
られている。
Further, since the free magnetic layer 26, which is a ferromagnetic material layer made of a ferromagnetic material, is laminated on the ferromagnetic layer 24 via the non-magnetic layer 25, the free magnetic layer 26 becomes the ferromagnetic layer 24. The inter-layer coupling magnetic field through the non-magnetic layer 25, in this case, is made into a single magnetic domain by the RKKY interaction, and the magnetization direction is directed to the direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28.

【0146】このように、強磁性層24との非磁性層2
5を介した層間結合磁界によって、フリー磁性層26の
単磁区化及び磁化方向の制御が行われると、記録媒体か
らの洩れ磁界などの外部磁界によって、フリー磁性層2
6にかかる縦バイアス磁界が乱れ、フリー磁性層26の
磁区構造が乱されることを抑制できる。
Thus, the ferromagnetic layer 24 and the non-magnetic layer 2
When the free magnetic layer 26 is made into a single domain and the magnetization direction is controlled by the interlayer coupling magnetic field via the free magnetic layer 2, the free magnetic layer 2 is exposed by an external magnetic field such as a leakage magnetic field from the recording medium.
It is possible to suppress the disturbance of the longitudinal bias magnetic field applied to 6 and the disturbance of the magnetic domain structure of the free magnetic layer 26.

【0147】また、強磁性層24は、単位面積あたりの
磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層
が、非磁性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層
を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行
となるフェリ磁性状態のものでもよい。これによって、
強磁性層24の磁化方向を一方向に強固に固定すること
ができる。
Further, in the ferromagnetic layer 24, a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area are laminated with a non-magnetic intermediate layer interposed therebetween and adjacent to each other with the non-magnetic intermediate layer interposed therebetween. It may be in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions of the ferromagnetic material layers are antiparallel. by this,
The magnetization direction of the ferromagnetic layer 24 can be firmly fixed in one direction.

【0148】なお、非磁性層25をRuによって形成
し、フリー磁性層26と強磁性層24の磁化方向を18
0°異ならせた、人工フェリ状態にするときには、Ru
の膜厚を8Å〜11Å又は15Å〜21Åにすることが
好ましい。
The nonmagnetic layer 25 is formed of Ru, and the magnetization directions of the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 24 are set to 18
When changing to an artificial ferri state that is different by 0 °, Ru
It is preferable that the film thickness is 8Å to 11Å or 15Å to 21Å.

【0149】本発明では、第2反強磁性層23と強磁性
層24間の交換結合磁界を大きくして、強磁性層24の
磁化方向を固定磁性層28の磁化方向と交叉する方向に
強く固定した上で、フリー磁性層26と強磁性層24間
の層間結合磁界の大きさを前記交換結合磁界よりも小さ
くすることにより、フリー磁性層26を単磁区化して磁
化方向を固定磁性層28の磁化方向に直交する方向に確
実に向け、なおかつフリー磁性層26の磁化方向を洩れ
磁界によって変動させることができるように調節する必
要がある。
In the present invention, the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 is increased to make the magnetization direction of the ferromagnetic layer 24 strong in the direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28. After being fixed, the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 24 is made smaller than the exchange coupling magnetic field, whereby the free magnetic layer 26 is made into a single magnetic domain and the magnetization direction is fixed. It is necessary to make sure that the magnetization direction of the free magnetic layer 26 can be changed in a direction orthogonal to the magnetization direction of the magnetic field, and that the magnetization direction of the free magnetic layer 26 can be changed by the leakage magnetic field.

【0150】第2反強磁性層23と強磁性層24間の交
換結合磁界を大きくし、フリー磁性層26と強磁性層2
4間の層間結合磁界の大きさを交換結合磁界よりも小さ
くするために、本実施の形態では、強磁性層24の単位
面積あたりの磁気モーメントの大きさ(Ms×t;飽和
磁束密度と膜厚の積)をフリー磁性層26の単位面積あ
たりの磁気モーメントの大きさ(Ms×t;飽和磁束密
度と膜厚の積)よりも小さくしている。
The exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 is increased to increase the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 2.
In order to make the magnitude of the inter-layer coupling magnetic field between the four magnetic fields smaller than the exchange coupling magnetic field, the magnitude of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24 (Ms × t; saturation magnetic flux density and film) The product of thicknesses is smaller than the magnitude of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 (Ms × t; product of saturation magnetic flux density and film thickness).

【0151】なお、強磁性層24の単位面積あたりの磁
気モーメントの大きさ(Ms×t;飽和磁束密度と膜厚
の積)は、第1強磁性層24aの単位面積あたりの磁気
モーメントの大きさ(Ms×t)と第2強磁性層24b
の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ(Ms×
t)の和である。また、フリー磁性層26の単位面積あ
たりの磁気モーメントの大きさ(Ms×t;飽和磁束密
度と膜厚の積)は、第1磁性層26aの単位面積あたり
の磁気モーメントの大きさ(Ms×t)と第2磁性層2
6bの単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ(Ms
×t)の和である。
The magnitude of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24 (Ms × t; product of saturation magnetic flux density and film thickness) is the magnitude of the magnetic moment per unit area of the first ferromagnetic layer 24a. (Ms × t) and the second ferromagnetic layer 24b
Of magnetic moment per unit area of (Ms ×
It is the sum of t). The magnitude of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 (Ms × t; product of saturation magnetic flux density and film thickness) is the magnitude of the magnetic moment per unit area of the first magnetic layer 26a (Ms × t). t) and the second magnetic layer 2
The magnitude of the magnetic moment per unit area of 6b (Ms
× t) is the sum.

【0152】具体的には、強磁性層24の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ(Ms×t)に対するフリ
ー磁性層26の単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さ(Ms×t)の比率(フリー磁性層26のMs×t/
強磁性層24のMs×t)を、3以上で20以下の範囲
にしている。
Specifically, the ratio of the magnitude (Ms × t) of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 to the magnitude (Ms × t) of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24 ( Free magnetic layer 26 Ms × t /
The Ms × t) of the ferromagnetic layer 24 is in the range of 3 or more and 20 or less.

【0153】また、強磁性層24の、非磁性層25に接
する側である第2強磁性層24bをNiFe(パーマロ
イ)層あるいはNiFeX(XはAl,Si,Ti,
V,Cr,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,R
h,Hf,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる1種或い
は2種以上の元素)で形成することにより、フリー磁性
層26と強磁性層24間の層間結合磁界の大きさを適度
に小さくしている。
The second ferromagnetic layer 24b, which is the side of the ferromagnetic layer 24 in contact with the non-magnetic layer 25, is a NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, Ti,
V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, R
h, Hf, Ta, W, Ir, or Pt), the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 24 can be appropriately reduced. is doing.

【0154】また、フリー磁性層26の、非磁性層25
に接する側である第1磁性層26aをNiFe(パーマ
ロイ)層あるいはNiFeX(XはAl,Si,Ti,
V,Cr,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,R
h,Hf,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる1種或い
は2種以上の元素)で形成することにより、フリー磁性
層26と強磁性層24間の層間結合磁界の大きさを適度
に小さくしている。
Further, the nonmagnetic layer 25 of the free magnetic layer 26
The first magnetic layer 26a that is in contact with the NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, Ti,
V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, R
h, Hf, Ta, W, Ir, or Pt), the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 24 can be appropriately reduced. is doing.

【0155】図1に示された磁気検出素子では、フリー
磁性層26の単磁区化及び磁化方向の制御を、第2反強
磁性層23と強磁性層24間の交換結合磁界の大きさ
と、強磁性層24とフリー磁性層26間の層間結合磁界
の大きさの2段階で調節することになり、細かな制御を
容易に行うことができる。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the free magnetic layer 26 is made to have a single magnetic domain and the magnetization direction is controlled by the magnitude of the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24. Since the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26 is adjusted in two steps, fine control can be easily performed.

【0156】従って、フリー磁性層26の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。
Therefore, it is possible to properly and easily control the free magnetic layer 26 to have a single magnetic domain and control the magnetization direction, so that it is possible to promote further narrowing of the track of the magnetic detection element.

【0157】また、フリー磁性層26のトラック幅領域
26cの下層に、非磁性層25を介して強磁性層24及
び第2反強磁性層23が積層される構造でも、フリー磁
性層26の磁化方向を固定磁性層28の磁化方向に交叉
する方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層26の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。
Further, even in the structure in which the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 are stacked below the track width region 26c of the free magnetic layer 26 with the nonmagnetic layer 25 interposed therebetween, the magnetization of the free magnetic layer 26 is reduced. It is possible to surely orient the direction in the direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 and to change the magnetization direction of the free magnetic layer 26 by the leakage magnetic field.

【0158】従って、図1に示されるような磁気検出素
子であれば、フリー磁性層26のトラック幅領域26c
の中央部と両端部で、フリー磁性層26の磁化方向が異
なる状態になりづらい。
Therefore, in the case of the magnetic sensing element as shown in FIG. 1, the track width region 26c of the free magnetic layer 26 is formed.
It is difficult for the magnetization direction of the free magnetic layer 26 to be different between the central portion and both end portions of the.

【0159】図1の磁気検出素子では、多層膜Aが保護
層30からフリー磁性層26の第1磁性層26aの途中
までの両側部が削り込まれてトラック幅寸法Twのトラ
ック幅方向寸法を有し、第1磁性層26aの途中から強
磁性層24、第2反強磁性層23、シード層22、下地
層21のトラック幅方向寸法はトラック幅寸法Twより
大きくなっている。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the multilayer film A has its both sides extending from the protective layer 30 to the middle of the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26, and has a track width dimension Tw in the track width direction. The dimension of the ferromagnetic layer 24, the second antiferromagnetic layer 23, the seed layer 22, and the underlayer 21 in the track width direction is larger than the track width dimension Tw from the middle of the first magnetic layer 26a.

【0160】図2は、本発明における第2の実施形態の
磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部
分断面図、図3は、本発明における第3の実施形態の磁
気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分
断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the structure of the magnetic sensing element of the second embodiment of the present invention as seen from the side facing the recording medium, and FIG. 3 is the magnetic field of the third embodiment of the present invention. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the structure of the detection element as seen from the side facing the recording medium.

【0161】図2に示す実施形態では図1と異なり、フ
リー磁性層26が第1磁性層26a、第2磁性層26b
及び中間磁性層26dの3層構造となっている。このフ
リー磁性層26の構成以外は、図1の磁気検出素子と変
わるところがない。
In the embodiment shown in FIG. 2, unlike the case of FIG. 1, the free magnetic layer 26 includes a first magnetic layer 26a and a second magnetic layer 26b.
And the intermediate magnetic layer 26d has a three-layer structure. Other than the configuration of the free magnetic layer 26, there is no difference from the magnetic detection element of FIG.

【0162】非磁性層25と接する第1磁性層26a
は、図1で説明したようにNiFeあるいはNiFeX
(XはAl,Si,Ti,V,Cr,Mn,Cu,Z
r,Nb,Mo,Ru,Rh,Hf,Ta,W,Ir,
Ptから選ばれる1種或いは2種以上の元素)で形成さ
れる。あるいは前記フリー磁性層26には前記非磁性層
25と接する側に、NiFeあるいはNiFeXからな
る磁性領域が存在している。
The first magnetic layer 26a in contact with the nonmagnetic layer 25
Is NiFe or NiFeX as described in FIG.
(X is Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Z
r, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Ir,
One or more elements selected from Pt). Alternatively, the free magnetic layer 26 has a magnetic region made of NiFe or NiFeX on the side in contact with the non-magnetic layer 25.

【0163】また非磁性材料層27と接する第2磁性層
26bは、図1で説明したようにCoを含んだ磁性材料
層である。あるいは前記フリー磁性層26には前記非磁
性材料層27と接する側に、Coを含んだ磁性材料から
なる磁性領域が存在している。Coを含んだ磁性材料層
にはCoFeやCoFeNi、CoFeCrなどがあ
る。
The second magnetic layer 26b in contact with the non-magnetic material layer 27 is a magnetic material layer containing Co as described in FIG. Alternatively, the free magnetic layer 26 has a magnetic region made of a magnetic material containing Co on the side in contact with the nonmagnetic material layer 27. The magnetic material layer containing Co includes CoFe, CoFeNi, CoFeCr and the like.

【0164】この実施形態では前記第1磁性層26aと
第2磁性層26bとの間に挟まれた中間磁性層26d
は、例えばフリー磁性層26の単位面積当たりの磁気モ
ーメント(Ms×t)を調整するために設けられ、磁気
モーメントの観点から前記中間磁性層26dの材質が決
定される。
In this embodiment, the intermediate magnetic layer 26d sandwiched between the first magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b.
Is provided for adjusting, for example, the magnetic moment (Ms × t) per unit area of the free magnetic layer 26, and the material of the intermediate magnetic layer 26d is determined from the viewpoint of the magnetic moment.

【0165】前記中間磁性層26dの材質は例えばNi
Fe、NiFeX、Coを含んだ磁性材料層である。一
例として第1磁性層26aがNi85at%Fe
10at%Nb5at%であり、中間磁性層26dがN
80at%Fe20at%であり、第2磁性層26b
がCo90at%Fe10at%である。
The material of the intermediate magnetic layer 26d is Ni, for example.
It is a magnetic material layer containing Fe, NiFeX, and Co. As an example, the first magnetic layer 26a is made of Ni 85 at% Fe.
10at% Nb 5at% , the intermediate magnetic layer 26d is N
i 80 at% Fe 20 at% and the second magnetic layer 26b
Is Co 90 at% Fe 10 at% .

【0166】なお第1磁性層26aと中間磁性層26d
との境界面、および中間磁性層26dと第2磁性層26
bとの境界面は熱拡散などにより明確にわかならない場
合があり、例えば上記した具体例で言えば、フリー磁性
層26の非磁性層25と接する側に、NiFeNbから
なる磁性領域が存在し、非磁性材料層27と接する側
に、CoFeからなる磁性領域が存在し、その間にNi
Feからなる磁性領域が存在すれば、前記フリー磁性層
26は元々3層構造で形成されているものと推定するこ
とができる。
The first magnetic layer 26a and the intermediate magnetic layer 26d.
And the interface between the intermediate magnetic layer 26d and the second magnetic layer 26
There is a case where the boundary surface with b is not clearly understood due to thermal diffusion or the like. For example, in the above-mentioned specific example, a magnetic region made of NiFeNb exists on the side of the free magnetic layer 26 in contact with the non-magnetic layer 25, and A magnetic region made of CoFe exists on the side in contact with the magnetic material layer 27, and Ni is provided between the magnetic regions.
If there is a magnetic region made of Fe, it can be presumed that the free magnetic layer 26 is originally formed with a three-layer structure.

【0167】なお前記フリー磁性層26は3層よりもさ
らに多層で構成されていてもよい。図3は、フリー磁性
層26が強磁性材料の単層構造である。前記フリー磁性
層26は、NiFeあるいはNiFeX(XはAl,S
i,Ti,V,Cr,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,
Ru,Rh,Hf,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる
1種或いは2種以上の元素)で形成されることが好まし
い。後述する実験結果によれば前記フリー磁性層26が
CoFeの単層構造で形成された場合、再生感度ηが低
く、またヒステリシスが悪化し、再生特性が前記フリー
磁性層26をNiFeやNiFeXで形成する場合に比
べて低下することがわかった。
The free magnetic layer 26 may be composed of more layers than three layers. In FIG. 3, the free magnetic layer 26 has a single layer structure of a ferromagnetic material. The free magnetic layer 26 is made of NiFe or NiFeX (X is Al, S
i, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo,
Ru, Rh, Hf, Ta, W, Ir, or Pt) is preferably used. According to the experimental results described later, when the free magnetic layer 26 is formed of a single layer structure of CoFe, the reproducing sensitivity η is low, the hysteresis is deteriorated, and the reproducing characteristics are formed by NiFe or NiFeX. It was found to be lower than that of the case.

【0168】また図3に示す実施形態では強磁性層24
も単層構造である。前記強磁性層24はNiFe、Ni
FeX(XはAl,Si,Ti,V,Cr,Mn,C
u,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Hf,Ta,W,
Ir,Ptから選ばれる1種或いは2種以上の元素)、
CoFe、CoFeCrなどで形成できる。なお第2反
強磁性層23との交換結合磁界を大きくするため、単層
構造の強磁性層24はCoを含んだ強磁性材料で形成さ
れることが好ましい。
In the embodiment shown in FIG. 3, the ferromagnetic layer 24 is used.
Also has a single-layer structure. The ferromagnetic layer 24 is made of NiFe, Ni
FeX (X is Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, C
u, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W,
One or more elements selected from Ir and Pt),
It can be formed of CoFe, CoFeCr, or the like. In order to increase the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 23, the single-layer ferromagnetic layer 24 is preferably made of a ferromagnetic material containing Co.

【0169】なお強磁性層24とフリー磁性層26のう
ち、どちらか一方が単層構造であり、他方が強磁性材料
からなる多層構造であってもよい。
Either one of the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26 may have a single layer structure, and the other may have a multilayer structure made of a ferromagnetic material.

【0170】なお図2及び図3において、強磁性層24
の単位面積当たりの磁気モーメントに対するフリー磁性
層26の単位面積当たりの磁気モーメントの比率等は図
1で説明したものと同じである。
In FIGS. 2 and 3, the ferromagnetic layer 24
The ratio of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 to the magnetic moment per unit area of 1 is the same as that explained in FIG.

【0171】次に、本発明の磁気検出素子の多層膜は、
図1に示すフリー磁性層26の第1磁性層26aの途中
まで、両側部が削り込まれた多層膜Aのような構成をし
ていなくてもかまわない。
Next, the multilayer film of the magnetic sensing element of the present invention is
It does not matter that the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26 shown in FIG.

【0172】図4に、図1の多層膜Aと同じ積層構造を
有し、トラック幅寸法の領域の両側部B,Bが削られて
いない多層膜Cを有する本発明の第4の実施形態の磁気
検出素子を、記録媒体との対向面側から見た部分断面図
を示す。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention which has the same laminated structure as the multilayer film A of FIG. 1 and has a multilayer film C in which both sides B and B of the track width region are not cut. 2 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element of FIG.

【0173】図4の磁気検出素子では、下部シールド層
20及び上部シールド層31に、それぞれ多層膜Cと接
続される突出部20a及び突出部31aが形成されてい
る。突出部20aと突出部31aの、多層膜Cとの接続
部20a1と接続部31a1のトラック幅方向寸法のう
ち、小さい方でトラック幅寸法Twが決まる。突出部2
0aと突出部31aの両側部には、アルミナなどからな
る絶縁層33または絶縁層34が形成されている。
In the magnetic sensing element of FIG. 4, the lower shield layer 20 and the upper shield layer 31 are provided with the protrusions 20a and 31a which are respectively connected to the multilayer film C. The track width dimension Tw is determined by the smaller of the dimensions of the connecting portions 20a1 and the connecting portion 31a1 of the protruding portions 20a and 31a with the multilayer film C in the track width direction. Protrusion 2
An insulating layer 33 or an insulating layer 34 made of alumina or the like is formed on both sides of 0a and the protruding portion 31a.

【0174】しかし、図4に示される磁気検出素子は、
固定磁性層28及びフリー磁性層26のトラック幅方向
寸法がトラック幅寸法Twより大きいためトラック幅寸
法Twの領域の両側部B,Bの部分でも外部磁界を検出
してしまう、いわゆるサイドリーディングの割合が大き
くなり、磁気的なトラック幅が広がりやすい。
However, the magnetic detecting element shown in FIG.
Since the dimensions of the fixed magnetic layer 28 and the free magnetic layer 26 in the track width direction are larger than the track width dimension Tw, the external magnetic field is detected even at both sides B, B of the area of the track width dimension Tw, that is, the so-called side reading rate. Becomes larger and the magnetic track width tends to widen.

【0175】従って、多層膜Cは、少なくとも保護層3
0、第1反強磁性層29、固定磁性層28及び非磁性材
料層27で両側部B,Bが、一点鎖線L,Lを側端面と
するように、削られている方が好ましい。
Therefore, the multi-layered film C has at least the protective layer 3.
0, the first antiferromagnetic layer 29, the pinned magnetic layer 28, and the nonmagnetic material layer 27, the both sides B, B are preferably cut so that the alternate long and short dash lines L, L are the side end faces.

【0176】ただし、両側部B,Bを強磁性層24及び
第2反強磁性層23まで完全に削って除去すると、フリ
ー磁性層26を確実に単磁区化し、磁化方向を固定磁性
層28に交叉する方向に向けることが難しくなる。ま
た、両側部B,Bをフリー磁性層26まで完全に除去す
ると、フリー磁性層26のトラック幅方向の反磁界が大
きくなり、フリー磁性層の磁区制御が困難になるので好
ましくない。
However, if both sides B and B are completely removed by scraping up to the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23, the free magnetic layer 26 is surely made into a single magnetic domain, and the magnetization direction becomes the fixed magnetic layer 28. It becomes difficult to turn in the crossing direction. Further, if both sides B and B are completely removed up to the free magnetic layer 26, the demagnetizing field of the free magnetic layer 26 in the track width direction becomes large, which makes it difficult to control the magnetic domains of the free magnetic layer, which is not preferable.

【0177】従って、図1に示されるように、フリー磁
性層26の一部まで多層膜Aの両側部が除去された構造
が好ましい形態である。
Therefore, as shown in FIG. 1, a structure in which both sides of the multilayer film A are removed up to a part of the free magnetic layer 26 is a preferable form.

【0178】図1に示された磁気検出素子のように、多
層膜Aの膜面と垂直方向に電流が供給されるCPP(C
urrent Perpendicular to t
hePlane)型であり、非磁性材料層27、固定磁
性層28及び第1反強磁性層29がフリー磁性層26の
上層にあるトップ型の磁気検出素子であると、フリー磁
性層26の膜厚方向の一部分のみがトラック幅寸法Tw
のトラック幅方向寸法を有し、残りの部分はトラック幅
寸法Twより大きいトラック幅方向寸法を有する構造を
形成しやすい。
As in the magnetic sensing element shown in FIG. 1, CPP (CPP) to which a current is supplied in the direction perpendicular to the film surface of the multilayer film A is used.
current Perpendicular to t
If the non-magnetic material layer 27, the pinned magnetic layer 28, and the first antiferromagnetic layer 29 are a top-type magnetic detection element on the free magnetic layer 26, the film thickness of the free magnetic layer 26 is Only part of the direction is track width dimension Tw
It is easy to form a structure having a track width direction dimension of, and a remaining portion having a track width dimension larger than the track width dimension Tw.

【0179】フリー磁性層26の一部がトラック幅寸法
Twより大きいトラック幅方向寸法を有するものである
と、フリー磁性層26の両側端部に生じる表面磁荷に起
因するフリー磁性層26内部の反磁界を小さくすること
ができ、フリー磁性層26内部の磁化方向の乱れを低下
させることができる。
When a part of the free magnetic layer 26 has a dimension in the track width direction larger than the track width dimension Tw, the inside of the free magnetic layer 26 due to surface magnetic charges generated at both end portions of the free magnetic layer 26. The demagnetizing field can be reduced, and the disturbance of the magnetization direction inside the free magnetic layer 26 can be reduced.

【0180】図5は、本発明の第5の実施形態の磁気検
出素子を、記録媒体との対向面側から見た部分断面図で
ある。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensing element of the fifth embodiment of the present invention as seen from the side facing the recording medium.

【0181】図5の磁気検出素子は、図1の多層膜Aの
代わりに、下から順に、下地層21、シード層22、第
1反強磁性層29、第1固定磁性層28c、非磁性中間
層28b、第2固定磁性層28aからなるシンセティッ
クフェリピンド型の固定磁性層28、非磁性材料層2
7、第2磁性層26b及び第1磁性層26aからなるフ
リー磁性層26、非磁性層25、第2強磁性層24b及
び第1強磁性層24aからなる強磁性層24、第2反強
磁性層23、保護層30が下から順に積層された多層膜
Dが形成されている点で図1に示された磁気検出素子と
異っている。図5に示される磁気検出素子は、いわゆる
ボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
In the magnetic sensing element of FIG. 5, instead of the multilayer film A of FIG. 1, the underlayer 21, the seed layer 22, the first antiferromagnetic layer 29, the first pinned magnetic layer 28c, and the nonmagnetic layer are arranged in this order from the bottom. Synthetic ferripinned pinned magnetic layer 28 including intermediate layer 28b and second pinned magnetic layer 28a, and nonmagnetic material layer 2
7. Free magnetic layer 26 including second magnetic layer 26b and first magnetic layer 26a, nonmagnetic layer 25, ferromagnetic layer 24 including second ferromagnetic layer 24b and first ferromagnetic layer 24a, second antiferromagnetic layer This is different from the magnetic detection element shown in FIG. 1 in that a multilayer film D in which a layer 23 and a protective layer 30 are sequentially stacked from the bottom is formed. The magnetic detection element shown in FIG. 5 is a so-called bottom type spin valve type magnetic detection element.

【0182】図5において、図1と同じ符号がつけられ
た層は、同じ材料同じ膜厚で形成されている。
In FIG. 5, the layers denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 are formed of the same material and the same film thickness.

【0183】ただし、図5の磁気検出素子は、図1の磁
気検出素子と異なり、第2反強磁性層23が、10Å以
上50Å以下の膜厚の中間反強磁性層23aと、1Å以
上3Å以下の膜厚の貴金属などからなる非磁性保護層2
3b及び上部反強磁性層23cからなる多層構造を有す
るものになることがある。
However, the magnetic detecting element of FIG. 5 differs from the magnetic detecting element of FIG. 1 in that the second antiferromagnetic layer 23 has an intermediate antiferromagnetic layer 23a having a thickness of 10 Å or more and 50 Å or less and 1 Å or more and 3 Å or more. Non-magnetic protective layer 2 made of noble metal having the following film thickness
It may have a multilayer structure composed of 3b and the upper antiferromagnetic layer 23c.

【0184】中間反強磁性層23aと上部反強磁性層2
3cは、同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のP
tMn合金、X―Mn合金で、あるいはPt―Mn―
X′合金を用いて形成される。
Intermediate antiferromagnetic layer 23a and upper antiferromagnetic layer 2
3c is an antiferromagnetic material having the same composition, specifically P mentioned above.
tMn alloy, X-Mn alloy, or Pt-Mn-
It is formed using an X'alloy.

【0185】中間反強磁性層23aの膜厚と上部反強磁
性層23cの膜厚を合わせた総合膜厚は80Å以上で3
00Å以下である。例えば150Åである。中間反強磁
性層23aは、膜厚が10Å以上50Å以下と薄いた
め、単独では反強磁性を示さず、中間反強磁性層23a
と上部反強磁性層23cが一体となって初めて反強磁性
を示すようになり、強磁性層24との間に交換結合磁界
を生じさせる。
The total film thickness of the total thickness of the intermediate antiferromagnetic layer 23a and the upper antiferromagnetic layer 23c is 80 Å or more and 3
It is less than 00Å. For example, 150Å. Since the intermediate antiferromagnetic layer 23a has a thin film thickness of 10 Å or more and 50 Å or less, it does not exhibit antiferromagnetism by itself, and the intermediate antiferromagnetic layer 23a
The upper antiferromagnetic layer 23c and the upper antiferromagnetic layer 23c become antiferromagnetic only when they are integrated with each other to generate an exchange coupling magnetic field with the ferromagnetic layer 24.

【0186】また、非磁性保護層23bは1Å以上3Å
以下の薄い膜厚であり、Ru、Re、Pd、Os、I
r、Pt、Au、Rh,Cu,Crのいずれか1種また
は2種以上で形成されているので、中間反強磁性層23
aと上部反強磁性層23cに反強磁性的な相互作用を生
じさせ、中間反強磁性層23aと上部反強磁性層23c
を一体の反強磁性層として機能させることが可能にな
る。また、非磁性保護層23bの材料が、中間反強磁性
層23aと上部反強磁性層23c中に拡散しても、反強
磁性層の性質は劣化しない。
The nonmagnetic protective layer 23b has a thickness of 1 Å or more and 3 Å
The following thin film thicknesses, Ru, Re, Pd, Os, I
Since the intermediate antiferromagnetic layer 23 is formed of one or more of r, Pt, Au, Rh, Cu, and Cr.
a causes an antiferromagnetic interaction between the upper antiferromagnetic layer 23c and the intermediate antiferromagnetic layer 23a and the upper antiferromagnetic layer 23c.
Can be made to function as an integrated antiferromagnetic layer. Further, even if the material of the nonmagnetic protective layer 23b diffuses into the intermediate antiferromagnetic layer 23a and the upper antiferromagnetic layer 23c, the properties of the antiferromagnetic layer do not deteriorate.

【0187】なお、非磁性保護層23bが存在せず、第
2反強磁性層23が中間反強磁性層23aと上部反強磁
性層23cからなるものであってもよい。また、第2反
強磁性層23が単層の反強磁性層であってもよい。
The nonmagnetic protective layer 23b may not be present, and the second antiferromagnetic layer 23 may be composed of the intermediate antiferromagnetic layer 23a and the upper antiferromagnetic layer 23c. The second antiferromagnetic layer 23 may be a single antiferromagnetic layer.

【0188】多層膜Dの保護層30、第2反強磁性層2
3、強磁性層24、非磁性層25、フリー磁性層26、
非磁性材料層27、第2固定磁性層28aの一部までが
トラック幅寸法Twのトラック幅方向寸法を有し、第2
固定磁性層28aの途中から、非磁性中間層28b、第
1固定磁性層28c、第1反強磁性層29、シード層2
2、下地層21のトラック幅方向寸法はトラック幅寸法
Twより大きくなっている。
Protective layer 30 of multilayer film D, second antiferromagnetic layer 2
3, ferromagnetic layer 24, non-magnetic layer 25, free magnetic layer 26,
The nonmagnetic material layer 27 and a part of the second pinned magnetic layer 28a have a track width dimension Tw in the track width direction.
From the middle of the pinned magnetic layer 28a, the non-magnetic intermediate layer 28b, the first pinned magnetic layer 28c, the first antiferromagnetic layer 29, and the seed layer 2
2. The dimension of the underlayer 21 in the track width direction is larger than the track width dimension Tw.

【0189】図5に示される磁気検出素子は、保護層3
0から第2固定磁性層28aの一部までのトラック幅方
向(図示X方向)における両側端面Da,Daが、多層
膜Dの表面Dbに対して垂直な連続面となっている。た
だし、図5の点線Da1、Da1で示されるように、保
護層30から第2固定磁性層28aの一部までのトラッ
ク幅方向における両側端面が、多層膜Dの表面Dbに対
する傾斜面であってもよい。
The magnetic sensing element shown in FIG. 5 has the protective layer 3
Both end surfaces Da and Da in the track width direction (X direction in the drawing) from 0 to a part of the second pinned magnetic layer 28a are continuous surfaces perpendicular to the surface Db of the multilayer film D. However, as indicated by dotted lines Da1 and Da1 in FIG. 5, both end surfaces in the track width direction from the protective layer 30 to a part of the second pinned magnetic layer 28a are inclined surfaces with respect to the surface Db of the multilayer film D. Good.

【0190】なお、図5の磁気検出素子の光学トラック
幅Twは、非磁性材料層27のトラック幅方向寸法で決
められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラ
ック幅Twを0.1μm以下、特に0.06μm以下に
して、200Gbit/in 以上の記録密度に対応す
ることができる。
Incidentally, the optical track of the magnetic detection element of FIG.
The width Tw is determined by the dimension of the nonmagnetic material layer 27 in the track width direction.
Can be In the magnetic detection element of the present embodiment, the optical
Width Tw of 0.1 μm or less, especially 0.06 μm or less
And then 200 Gbit / in TwoCompatible with the above recording densities
You can

【0191】図5に示される磁気検出素子でも、強磁性
層24の磁化方向が第2反強磁性層23との交換結合磁
界により固定磁性層28の磁化方向と交叉する方向へ向
けられている。
Also in the magnetic detecting element shown in FIG. 5, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 24 is oriented in a direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 23. .

【0192】また、フリー磁性層26が、非磁性層25
を介して強磁性層24に積層されているため、フリー磁
性層26が、強磁性層24との非磁性層25を介した層
間結合磁界、この場合はRKKY相互作用によって単磁
区化され、磁化方向が固定磁性層28の磁化方向と交叉
する方向へ向けられている。
The free magnetic layer 26 is the nonmagnetic layer 25.
Since it is stacked on the ferromagnetic layer 24 via the non-magnetic layer 25, the free magnetic layer 26 is converted into a single magnetic domain by the inter-layer coupling magnetic field with the ferromagnetic layer 24 via the non-magnetic layer 25, in this case, RKKY interaction, The direction is oriented to intersect the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28.

【0193】このように、強磁性層24との非磁性層2
5を介した層間結合磁界によって、フリー磁性層26の
単磁区化及び磁化方向の制御が行われると、記録媒体か
らの洩れ磁界などの外部磁界によって、フリー磁性層2
6にかかる縦バイアス磁界が乱れ、フリー磁性層26の
磁区構造が乱されることを抑制できる。
Thus, the ferromagnetic layer 24 and the non-magnetic layer 2
When the free magnetic layer 26 is made into a single domain and the magnetization direction is controlled by the interlayer coupling magnetic field via the free magnetic layer 2, the free magnetic layer 2 is exposed by an external magnetic field such as a leakage magnetic field from the recording medium.
It is possible to suppress the disturbance of the longitudinal bias magnetic field applied to 6 and the disturbance of the magnetic domain structure of the free magnetic layer 26.

【0194】また、図5に示された磁気検出素子でも、
フリー磁性層26の単磁区化及び磁化方向の制御を、第
2反強磁性層23と強磁性層24間の交換結合磁界の大
きさと、強磁性層24とフリー磁性層26間の層間結合
磁界の大きさの2段階で調節することになり、細かな制
御を容易に行うことができる。
Further, in the magnetic detecting element shown in FIG. 5,
The control of the single magnetic domain and the magnetization direction of the free magnetic layer 26 is performed by controlling the magnitude of the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 and the interlayer coupling magnetic field between the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26. Therefore, fine control can be easily performed.

【0195】従って、フリー磁性層26の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。
Therefore, it is possible to properly and easily control the free magnetic layer 26 to have a single magnetic domain and control the magnetization direction, and it is possible to further reduce the track width of the magnetic detection element.

【0196】また、フリー磁性層26のトラック幅領域
26c上に、非磁性層25を介して強磁性層24及び第
2反強磁性層23が積層される構造でも、フリー磁性層
26の磁化方向を固定磁性層28の磁化方向に交叉する
方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層26の磁化
方向を洩れ磁界によって変動させることが可能になる。
Further, even in the structure in which the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 are laminated on the track width region 26c of the free magnetic layer 26 with the nonmagnetic layer 25 interposed therebetween, the magnetization direction of the free magnetic layer 26 is also increased. Can be reliably directed in a direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28, and the magnetization direction of the free magnetic layer 26 can be changed by the leakage magnetic field.

【0197】従って、図5に示されるような磁気検出素
子であれば、フリー磁性層26のトラック幅領域26c
の中央部と両端部で、フリー磁性層26の磁化方向が異
なる状態になりにくい。
Therefore, in the case of the magnetic sensing element as shown in FIG. 5, the track width region 26c of the free magnetic layer 26 is formed.
The magnetization direction of the free magnetic layer 26 is unlikely to be different between the central portion and both end portions of the.

【0198】また、図5に示される磁気検出素子では、
第1反強磁性層29及び固定磁性層28が、強磁性層2
4及び第2反強磁性層23より下層にあるため、第1反
強磁性層29及び固定磁性層28間に強い交換異方性磁
界を発生させた後、強磁性層24及び第2反強磁性層2
3に交換異方性磁界を発生させる製造方法をとるときに
磁化方向の調節をしやすい。
Further, in the magnetic detection element shown in FIG.
The first antiferromagnetic layer 29 and the pinned magnetic layer 28 are the ferromagnetic layers 2
4 and the second antiferromagnetic layer 23, a strong exchange anisotropic magnetic field is generated between the first antiferromagnetic layer 29 and the pinned magnetic layer 28, and then the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer are generated. Magnetic layer 2
It is easy to adjust the magnetization direction when the manufacturing method for generating the exchange anisotropic magnetic field is adopted in FIG.

【0199】図6は、本発明の第6の実施形態の磁気検
出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図であ
る。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element according to the sixth embodiment of the present invention as seen from the side facing a recording medium.

【0200】図6に示された磁気検出素子は、図1に示
された磁気検出素子と同じくトップ型の磁気検出素子で
あるが、フリー磁性層38が、単位面積あたりの磁気モ
ーメントの大きさが異なる第1フリー磁性層35と第2
フリー磁性層37が非磁性中間層36を介して積層さ
れ、第1フリー磁性層35と第2フリー磁性層37の磁
化方向が反平行となるフェリ磁性状態である、いわゆる
シンセティックフェリフリー型のフリー磁性層である点
で図1の磁気検出素子と異なっている。
The magnetic sensing element shown in FIG. 6 is a top type magnetic sensing element like the magnetic sensing element shown in FIG. 1, but the free magnetic layer 38 has a magnetic moment magnitude per unit area. The first free magnetic layer 35 and the second
The free magnetic layer 37 is laminated via the non-magnetic intermediate layer 36, and the first free magnetic layer 35 and the second free magnetic layer 37 are in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel, that is, a so-called synthetic ferrifree type free. It is different from the magnetic detection element of FIG. 1 in that it is a magnetic layer.

【0201】図6において、図1と同じ符号がつけられ
た層は、同じ材料同じ膜厚で形成されているので説明を
省略する。
In FIG. 6, the layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are formed of the same material and have the same film thickness, and therefore description thereof will be omitted.

【0202】第1フリー磁性層35は、第1磁性層35
a及び第2磁性層35bの2層構造である。なおフリー
磁性層35は2層より多層であってもよいし、単層でも
よい。
The first free magnetic layer 35 is the first magnetic layer 35.
It has a two-layer structure of a and the second magnetic layer 35b. The free magnetic layer 35 may have a multilayer structure of two layers or a single layer.

【0203】非磁性層25に接する側の第1磁性層35
aは、NiFe(パーマロイ)層あるいはNiFeX
(XはAl,Si,Ti,V,Cr,Mn,Cu,Z
r,Nb,Mo,Ru,Rh,Hf,Ta,W,Ir,
Ptから選ばれる1種或いは2種以上の元素)であり、
非磁性中間層36に接する側の第2磁性層35bがC
o、CoFe、CoFeNiなどCo(コバルト)を含
む強磁性材料からなる層である。
The first magnetic layer 35 on the side in contact with the nonmagnetic layer 25
a is a NiFe (permalloy) layer or NiFeX
(X is Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Z
r, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Ir,
One or more elements selected from Pt),
The second magnetic layer 35b on the side in contact with the non-magnetic intermediate layer 36 is C
This is a layer made of a ferromagnetic material containing Co (cobalt) such as o, CoFe, and CoFeNi.

【0204】本実施の形態では、第1磁性層35aの膜
厚は40Åであり、第2磁性層35bの膜厚は10Åで
ある。
In this embodiment, the film thickness of the first magnetic layer 35a is 40Å and the film thickness of the second magnetic layer 35b is 10Å.

【0205】非磁性中間層36は、Ru、Rh、Ir、
Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で
形成されている。非磁性中間層36をRuによって形成
し、フリー磁性層38をシンセティックフェリ状態にす
るときには、Ruの膜厚を8Å〜11Åにすることが好
ましい。
The nonmagnetic intermediate layer 36 is made of Ru, Rh, Ir,
It is formed of an alloy of one or more of Cr, Re and Cu. When the non-magnetic intermediate layer 36 is formed of Ru and the free magnetic layer 38 is in the synthetic ferri state, it is preferable that the film thickness of Ru be 8Å to 11Å.

【0206】第2フリー磁性層37は、Co、CoF
e、CoFeNiなどCo(コバルト)を含む強磁性材
料からなる層である。第2フリー磁性層37の膜厚は8
0Åである。
The second free magnetic layer 37 is made of Co, CoF
e, a layer made of a ferromagnetic material containing Co (cobalt) such as CoFeNi. The thickness of the second free magnetic layer 37 is 8
It is 0Å.

【0207】第2フリー磁性層37をCo(コバルト)
を含む強磁性材料からなる層で形成することにより、非
磁性材料層27への第2フリー磁性層37の材料の拡散
を防止し、磁気抵抗変化率の低下を防ぐことができる。
なお、第1フリー磁性層35の単位面積当りの磁気モー
メント(Ms×t)と第2フリー磁性層37の単位面積
当りの磁気モーメント(Ms×t)を足し合わせた合成
の単位面積当りの磁気モーメント(Ms×t)の方向が
フリー磁性層38の磁化方向となる。
The second free magnetic layer 37 is made of Co (cobalt).
It is possible to prevent the material of the second free magnetic layer 37 from diffusing into the non-magnetic material layer 27 and prevent the decrease in the magnetoresistance change rate by forming the layer made of a ferromagnetic material containing a.
The combined magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer 35 (Ms × t) and the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer 37 (Ms × t) are combined. The direction of the moment (Ms × t) is the magnetization direction of the free magnetic layer 38.

【0208】本実施の形態でも、フリー磁性層38のト
ラック幅領域38aの下層に非磁性層25を介して強磁
性層24及び第2反強磁性層23が積層されている。
Also in this embodiment, the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 are laminated below the track width region 38a of the free magnetic layer 38 with the nonmagnetic layer 25 interposed therebetween.

【0209】なお、本実施の形態では、第1フリー磁性
層35の第2磁性層35bと第2フリー磁性層37のう
ち、少なくとも一層を、以下の組成を有する磁性材料で
形成することが好ましい。
In the present embodiment, at least one of the second magnetic layer 35b and the second free magnetic layer 37 of the first free magnetic layer 35 is preferably made of a magnetic material having the following composition. .

【0210】組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は9原子%以上17原子%以下で、Niの組成比は
0.5原子%以上10原子%以下で、残りの組成比はC
oである磁性材料。
The composition formula is represented by CoFeNi, the composition ratio of Fe is 9 atomic% or more and 17 atomic% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less, and the remaining composition ratio is C
a magnetic material that is o.

【0211】また、第2フリー磁性層37と非磁性材料
層27と間にCoFe合金あるいはCoからなる中間層
を形成するときには、第1フリー磁性層35の第2磁性
層35bと第2フリー磁性層37のうち少なくとも一層
を、以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ま
しい。
When an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co is formed between the second free magnetic layer 37 and the nonmagnetic material layer 27, the second magnetic layer 35b of the first free magnetic layer 35 and the second free magnetic layer 35 are formed. At least one of the layers 37 is preferably formed of a magnetic material having the following composition.

【0212】組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は7原子%以上15原子%以下で、Niの組成比は
5原子%以上15原子%以下で、残りの組成比はCoで
ある磁性材料。
The composition formula is represented by CoFeNi, the composition ratio of Fe is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, the composition ratio of Ni is 5 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the remaining composition ratio is Co. material.

【0213】さらに、本発明では、第1フリー磁性層3
5の第2磁性層35bと第2フリー磁性層37の両層を
前記組成を有するCoFeNiで形成することが好まし
い。
Further, in the present invention, the first free magnetic layer 3
It is preferable that both the second magnetic layer 35b and the second free magnetic layer 37 of No. 5 are made of CoFeNi having the above composition.

【0214】これにより、第1フリー磁性層35の第2
磁性層35bと第2フリー磁性層37間で発生するRK
KY相互作用における交換結合磁界を強くすることがで
きる。具体的には、反平行状態が崩れるときの磁界、す
なわちスピンフロップ磁界(Hsf)を約293(kA
/m)にまで大きくすることができる。
As a result, the second free layer of the first free magnetic layer 35 is formed.
RK generated between the magnetic layer 35b and the second free magnetic layer 37
The exchange coupling magnetic field in the KY interaction can be strengthened. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) is about 293 (kA).
/ M).

【0215】また上記した組成範囲内であると、第1フ
リー磁性層35の第2磁性層35bと第2フリー磁性層
37の磁歪を−3×10−6から3×10−6の範囲内
に収めることができ、また保磁力を790(A/m)以
下に小さくできる。
Within the above composition range, the magnetostriction of the second magnetic layer 35b of the first free magnetic layer 35 and the second free magnetic layer 37 is within the range of −3 × 10 −6 to 3 × 10 −6 . And the coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less.

【0216】図6に示された磁気検出素子でも、第2反
強磁性層23と強磁性層24間の交換結合磁界を大きく
して、強磁性層24の磁化方向を固定磁性層28の磁化
方向と交叉する方向に強く固定した上で、第1フリー磁
性層35と強磁性層24間の非磁性層25を介した層間
結合磁界(RKKY相互作用)の大きさを前記交換結合
磁界よりも小さくすることにより、第1フリー磁性層3
5及び第2フリー磁性層37を単磁区化して磁化方向を
固定磁性層28の磁化方向に直交する方向に確実に向
け、なおかつフリー磁性層38の磁化方向を洩れ磁界に
よって変動させることができるように調節する必要があ
る。
Also in the magnetic sensing element shown in FIG. 6, the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 is increased to change the magnetization direction of the ferromagnetic layer 24 to the magnetization of the fixed magnetic layer 28. The strength of the interlayer coupling magnetic field (RKKY interaction) between the first free magnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 24 through the non-magnetic layer 25 is set to be stronger than the exchange coupling magnetic field while being strongly fixed in the direction intersecting the direction. By reducing the size, the first free magnetic layer 3
5 and the second free magnetic layer 37 are made to be a single magnetic domain so that the magnetization direction can be reliably oriented in the direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28, and the magnetization direction of the free magnetic layer 38 can be changed by the leakage magnetic field. Need to be adjusted.

【0217】第2反強磁性層23と強磁性層24間の交
換結合磁界を大きくし、第1フリー磁性層35と強磁性
層24間の層間結合磁界の大きさを前記交換結合磁界よ
りも小さくするために、本実施の形態では、強磁性層2
4の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ(Ms×
t)を第1フリー磁性層35の単位面積あたりの磁気モ
ーメントの大きさ(Ms×t)よりも小さくしている。
The exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 is increased so that the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the first free magnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 24 is larger than the exchange coupling magnetic field. In order to reduce the size, in this embodiment, the ferromagnetic layer 2
The magnitude of the magnetic moment per unit area of 4 (Ms ×
t) is smaller than the magnitude (Ms × t) of the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer 35.

【0218】具体的には、強磁性層24の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ(Ms×t)に対する第1
フリー磁性層35の単位面積あたりの磁気モーメントの
大きさ(Ms×t)の比率(第1フリー磁性層のMs×
t/強磁性層24のMs×t)を、3以上で20以下の
範囲にしている。なお、第1フリー磁性層35の単位面
積あたりの磁気モーメントの大きさは、第1磁性層35
aの単位面積あたりの磁気モーメントの大きさと、第2
磁性層35bの単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さの和である。
Specifically, the first relative to the magnitude (Ms × t) of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24
Ratio of the magnitude (Ms × t) of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 35 (Ms of the first free magnetic layer ×
t / Ms × t of the ferromagnetic layer 24 is in the range of 3 or more and 20 or less. The magnitude of the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer 35 is determined by the first magnetic layer 35.
the magnitude of the magnetic moment per unit area of a and the second
It is the sum of the magnitudes of the magnetic moments per unit area of the magnetic layer 35b.

【0219】また、強磁性層24の、非磁性層25に接
する側である第2強磁性層24bをNiFe(パーマロ
イ)層あるいはNiFeX(XはAl,Si,Ti,
V,Cr,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,R
h,Hf,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる1種或い
は2種以上の元素)で形成することにより、第1フリー
磁性層35と強磁性層24間の層間結合磁界の大きさを
適度に小さくしている。
The second ferromagnetic layer 24b, which is the side of the ferromagnetic layer 24 in contact with the non-magnetic layer 25, is a NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, Ti,
V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, R
h, Hf, Ta, W, Ir, and Pt), the amount of the interlayer coupling magnetic field between the first free magnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 24 can be appropriately adjusted. It is small.

【0220】また、第1フリー磁性層35の、非磁性層
25に接する側である第1磁性層35aをNiFe(パ
ーマロイ)層あるいはNiFeX(XはAl,Si,T
i,V,Cr,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,
Rh,Hf,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる1種或
いは2種以上の元素)で形成することにより、第1フリ
ー磁性層35と強磁性層24間の層間結合磁界の大きさ
を適度に小さくしている。
The first magnetic layer 35a, which is the side of the first free magnetic layer 35 in contact with the nonmagnetic layer 25, is formed of a NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, T).
i, V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru,
Rh, Hf, Ta, W, Ir, or Pt), the amount of the interlayer coupling magnetic field between the first free magnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 24 can be appropriately adjusted. It is small.

【0221】図6に示された磁気検出素子でも、フリー
磁性層38の単磁区化及び磁化方向の制御を、第2反強
磁性層23と強磁性層24間の交換結合磁界の大きさ
と、強磁性層24と第1フリー磁性層35間の層間結合
磁界の大きさの2段階で調節することになり、細かな制
御を容易に行うことができる。
Also in the magnetic sensing element shown in FIG. 6, the magnetic domain of the free magnetic layer 38 is controlled to a single domain and the magnetization direction is controlled by the magnitude of the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24. Since the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the ferromagnetic layer 24 and the first free magnetic layer 35 is adjusted in two steps, fine control can be easily performed.

【0222】従って、フリー磁性層38の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。
Therefore, it is possible to appropriately and easily control the free magnetic layer 38 to have a single magnetic domain and control the magnetization direction, so that it is possible to further reduce the track width of the magnetic detection element.

【0223】また、フリー磁性層38のトラック幅領域
38a上に、非磁性層25を介して強磁性層24及び第
2反強磁性層23が積層される構造でも、フリー磁性層
38の磁化方向を固定磁性層28の磁化方向に交叉する
方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層38の磁化
方向を洩れ磁界によって変動させることが可能になる。
Further, even in the structure in which the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 are laminated on the track width region 38a of the free magnetic layer 38 with the nonmagnetic layer 25 interposed therebetween, the magnetization direction of the free magnetic layer 38 is also increased. Can be reliably directed in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28, and the magnetization direction of the free magnetic layer 38 can be changed by the leakage magnetic field.

【0224】従って、図6に示されるような磁気検出素
子であれば、フリー磁性層38のトラック幅領域38a
の中央部と両端部で、フリー磁性層38の磁化方向が異
なる状態になりにくい。
Therefore, in the case of the magnetic detecting element as shown in FIG. 6, the track width region 38a of the free magnetic layer 38 is formed.
The magnetization direction of the free magnetic layer 38 is unlikely to be different between the central portion and both end portions of the.

【0225】図6の磁気検出素子では、下地層21、シ
ード層22、第2反強磁性層23、強磁性層24、非磁
性層25、フリー磁性層38、非磁性材料層27、固定
磁性層28、第1反強磁性層29、保護層30が下から
順に積層された多層膜Eにおいて、保護層30から第2
フリー磁性層37までの両側部が削り込まれてトラック
幅寸法Twのトラック幅方向寸法を有し、非磁性中間層
36から第1フリー磁性層35、強磁性層24、第2反
強磁性層23、シード層22、下地層21のトラック幅
方向寸法はトラック幅寸法Twより大きくなっている。
これにより、磁気検出素子のトラック幅寸法Twの領域
の外側で外部磁界を検出するサイドリーディングを低減
し、さらに、フリー磁性層38に十分な大きさの縦バイ
アス磁界(強磁性層24とフリー磁性層38間の層間結
合の磁界)を供給することができる。
In the magnetic sensing element of FIG. 6, the underlayer 21, the seed layer 22, the second antiferromagnetic layer 23, the ferromagnetic layer 24, the nonmagnetic layer 25, the free magnetic layer 38, the nonmagnetic material layer 27, and the fixed magnetic layer. In the multilayer film E in which the layer 28, the first antiferromagnetic layer 29, and the protective layer 30 are stacked in this order from the bottom, the protective layer 30
Both sides up to the free magnetic layer 37 are carved to have a track width dimension Tw in the track width direction, and the nonmagnetic intermediate layer 36 to the first free magnetic layer 35, the ferromagnetic layer 24, and the second antiferromagnetic layer. The dimension in the track width direction of 23, the seed layer 22, and the base layer 21 is larger than the track width dimension Tw.
As a result, the side reading that detects the external magnetic field outside the region of the track width dimension Tw of the magnetic detection element is reduced, and the longitudinal bias magnetic field of the free magnetic layer 38 (the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 24) is sufficiently large. A magnetic field of interlayer coupling between layers 38) can be provided.

【0226】図6に示される磁気検出素子は、保護層3
0から非磁性中間層36までのトラック幅方向(図示X
方向)における両側端面Ea,Eaが、多層膜Eの表面
Ebに対して垂直な連続面となっている。ただし、図6
の点線Ea1、Ea1で示されるように、保護層30か
ら非磁性中間層36までのトラック幅方向における両側
端面が、多層膜Eの表面Ebに対する傾斜面であっても
よい。
The magnetic sensing element shown in FIG. 6 has the protective layer 3
0 to the non-magnetic intermediate layer 36 in the track width direction (X in the figure).
Both end surfaces Ea, Ea in the direction) are continuous surfaces perpendicular to the surface Eb of the multilayer film E. However, FIG.
As indicated by the dotted lines Ea1 and Ea1, both end surfaces from the protective layer 30 to the nonmagnetic intermediate layer 36 in the track width direction may be inclined surfaces with respect to the surface Eb of the multilayer film E.

【0227】なお、図6の磁気検出素子の光学トラック
幅Twは、非磁性材料層27のトラック幅方向寸法で決
められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラ
ック幅Twを0.1μm以下、特に0.06μm以下に
して、200Gbit/in 以上の記録密度に対応す
ることができる。
The optical track of the magnetic detection element of FIG.
The width Tw is determined by the dimension of the nonmagnetic material layer 27 in the track width direction.
Can be In the magnetic detection element of the present embodiment, the optical
Width Tw of 0.1 μm or less, especially 0.06 μm or less
And then 200 Gbit / in TwoCompatible with the above recording densities
You can

【0228】図7は、本発明の第7の実施形態の磁気検
出素子を、記録媒体との対向面側から見た部分断面図で
ある。
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensing element of the seventh embodiment of the present invention, as seen from the side facing the recording medium.

【0229】図7の磁気検出素子は、図6の多層膜Eの
代わりに、下から順に、下地層21、シード層22、第
1反強磁性層29、第1固定磁性層28c、非磁性中間
層28b、第2固定磁性層28aからなるシンセティッ
クフェリピンド型の固定磁性層28、非磁性材料層2
7、第2フリー磁性層37、非磁性中間層36、第1フ
リー磁性層35からなるシンセティックフェリフリー型
のフリー磁性層38、非磁性層25、第2強磁性層24
b及び第1強磁性層24aからなる強磁性層24、第2
反強磁性層23、保護層30が下から順に積層された多
層膜Fが形成されている点で図6に示された磁気検出素
子と異っている。図6に示される磁気検出素子は、いわ
ゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
In the magnetic sensing element of FIG. 7, instead of the multilayer film E of FIG. 6, an underlayer 21, a seed layer 22, a first antiferromagnetic layer 29, a first pinned magnetic layer 28c, and a nonmagnetic layer are arranged in this order from the bottom. Synthetic ferripinned pinned magnetic layer 28 including intermediate layer 28b and second pinned magnetic layer 28a, and nonmagnetic material layer 2
7, a synthetic ferri-free type free magnetic layer 38 including the second free magnetic layer 37, the non-magnetic intermediate layer 36, and the first free magnetic layer 35, the non-magnetic layer 25, and the second ferromagnetic layer 24.
b, the ferromagnetic layer 24 including the first ferromagnetic layer 24a and the second ferromagnetic layer 24a.
This is different from the magnetic sensing element shown in FIG. 6 in that a multilayer film F in which an antiferromagnetic layer 23 and a protective layer 30 are sequentially stacked from the bottom is formed. The magnetic detection element shown in FIG. 6 is a so-called bottom type spin valve type magnetic detection element.

【0230】第1フリー磁性層35は、第1磁性層35
a及び第2磁性層35bの2層構造である。
The first free magnetic layer 35 is the first magnetic layer 35.
It has a two-layer structure of a and the second magnetic layer 35b.

【0231】図7において、図6と同じ符号がつけられ
た層は、同じ材料及び同じ膜厚で形成されている。
In FIG. 7, the layers denoted by the same reference numerals as in FIG. 6 are formed of the same material and the same film thickness.

【0232】ただし、図7の磁気検出素子は、図6の磁
気検出素子と異なり、第2反強磁性層23が、10Å以
上50Å以下の膜厚の中間反強磁性層23aと、1Å以
上3Å以下の膜厚の貴金属などからなる非磁性保護層2
3b及び上部反強磁性層23cからなる多層構造を有す
るものになることがある。
However, unlike the magnetic detection element of FIG. 6, the second antiferromagnetic layer 23 of the magnetic detection element of FIG. 7 includes an intermediate antiferromagnetic layer 23a having a film thickness of 10 Å or more and 50 Å or less and 1 Å or more and 3 Å or more. Non-magnetic protective layer 2 made of noble metal having the following film thickness
It may have a multilayer structure composed of 3b and the upper antiferromagnetic layer 23c.

【0233】中間反強磁性層23aと上部反強磁性層2
3cは、同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のP
tMn合金、X―Mn合金で、あるいはPt―Mn―
X′合金を用いて形成される。
Intermediate antiferromagnetic layer 23a and upper antiferromagnetic layer 2
3c is an antiferromagnetic material having the same composition, specifically P mentioned above.
tMn alloy, X-Mn alloy, or Pt-Mn-
It is formed using an X'alloy.

【0234】中間反強磁性層23aの膜厚と上部反強磁
性層23cの膜厚を合わせた総合膜厚は80Å以上で3
00Å以下である。例えば150Åである。中間反強磁
性層23aは、膜厚が10Å以上50Å以下と薄いた
め、単独では反強磁性を示さず、中間反強磁性層23a
と上部反強磁性層23cが一体となって初めて反強磁性
を示すようになり、強磁性層24との間に交換結合磁界
を生じさせる。
The total film thickness of the total thickness of the intermediate antiferromagnetic layer 23a and the upper antiferromagnetic layer 23c is 80 Å or more and 3
It is less than 00Å. For example, 150Å. Since the intermediate antiferromagnetic layer 23a has a thin film thickness of 10 Å or more and 50 Å or less, it does not exhibit antiferromagnetism by itself, and the intermediate antiferromagnetic layer 23a
The upper antiferromagnetic layer 23c and the upper antiferromagnetic layer 23c become antiferromagnetic only when they are integrated with each other to generate an exchange coupling magnetic field with the ferromagnetic layer 24.

【0235】また、非磁性保護層23bは1Å以上3Å
以下の薄い膜厚であり、Ru、Re、Pd、Os、I
r、Pt、Au、Rh,Cu,Crのいずれか1種また
は2種以上で形成されているので、中間反強磁性層23
aと上部反強磁性層23cに反強磁性的な相互作用を生
じさせ、中間反強磁性層23aと上部反強磁性層23c
を一体の反強磁性層として機能させることが可能にな
る。また、非磁性保護層23bの材料が、中間反強磁性
層23aと上部反強磁性層23c中に拡散しても、反強
磁性層の性質は劣化しない。
The non-magnetic protective layer 23b has a thickness of 1 Å or more and 3 Å
The following thin film thicknesses, Ru, Re, Pd, Os, I
Since the intermediate antiferromagnetic layer 23 is formed of one or more of r, Pt, Au, Rh, Cu, and Cr.
a causes an antiferromagnetic interaction between the upper antiferromagnetic layer 23c and the intermediate antiferromagnetic layer 23a and the upper antiferromagnetic layer 23c.
Can be made to function as an integrated antiferromagnetic layer. Further, even if the material of the nonmagnetic protective layer 23b diffuses into the intermediate antiferromagnetic layer 23a and the upper antiferromagnetic layer 23c, the properties of the antiferromagnetic layer do not deteriorate.

【0236】なお、非磁性保護層23bが存在せず、第
2反強磁性層23が中間反強磁性層23aと上部反強磁
性層23cからなるものであってもよい。また、第2反
強磁性層23が単層の反強磁性層であってもよい。
The second antiferromagnetic layer 23 may be composed of the intermediate antiferromagnetic layer 23a and the upper antiferromagnetic layer 23c without the nonmagnetic protective layer 23b. The second antiferromagnetic layer 23 may be a single antiferromagnetic layer.

【0237】図7に示された磁気検出素子では、単位面
積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁
性材料層(第1フリー磁性層35、第2フリー磁性層3
7)が、シンセティックフェリ磁性状態である。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 7, a plurality of ferromagnetic material layers (first free magnetic layer 35, second free magnetic layer 3) having different magnetic moments per unit area are used.
7) is a synthetic ferrimagnetic state.

【0238】図7の磁気検出素子では、多層膜Fの、保
護層30から第2固定磁性層28aまでの膜厚方向の一
部分までは、両側部が削り込まれてトラック幅寸法Tw
のトラック幅方向寸法を有し、第2固定磁性層の残りの
部分から下地層21までのトラック幅方向寸法はトラッ
ク幅寸法Twより大きくなっている。これにより、磁気
検出素子のトラック幅Twの領域の外側で外部磁界を検
出するサイドリーディングを低減することができる。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 7, both sides of the multilayer film F are cut away to a part in the film thickness direction from the protective layer 30 to the second pinned magnetic layer 28a, and the track width dimension Tw.
And the dimension from the rest of the second pinned magnetic layer to the underlayer 21 in the track width direction is larger than the track width dimension Tw. As a result, it is possible to reduce the side reading that detects the external magnetic field outside the area of the track width Tw of the magnetic detection element.

【0239】図7に示される磁気検出素子は、保護層3
0から第2固定磁性層28aまでのトラック幅方向(図
示X方向)における両側端面Fa,Faが、多層膜Fの
表面Fbに対して垂直な連続面となっている。ただし、
図7の点線Fa1、Fa1で示されるように、保護層3
0から第2固定磁性層28aまでのトラック幅方向にお
ける両側端面が、多層膜Fの表面Fbに対する傾斜面で
あってもよい。
The magnetic detection element shown in FIG. 7 has the protective layer 3
Both end surfaces Fa, Fa in the track width direction (X direction in the drawing) from 0 to the second pinned magnetic layer 28a are continuous surfaces perpendicular to the surface Fb of the multilayer film F. However,
As indicated by the dotted lines Fa1 and Fa1 in FIG. 7, the protective layer 3
Both end surfaces in the track width direction from 0 to the second pinned magnetic layer 28a may be inclined surfaces with respect to the surface Fb of the multilayer film F.

【0240】なお、図7の磁気検出素子の光学トラック
幅Twは、非磁性材料層27のトラック幅方向寸法で決
められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラ
ック幅Twを0.1μm以下、特に0.06μm以下に
して、200Gbit/in 以上の記録密度に対応す
ることができる。
Incidentally, the optical track of the magnetic detection element of FIG.
The width Tw is determined by the dimension of the nonmagnetic material layer 27 in the track width direction.
Can be In the magnetic detection element of the present embodiment, the optical
Width Tw of 0.1 μm or less, especially 0.06 μm or less
And then 200 Gbit / in TwoCompatible with the above recording densities
You can

【0241】図8は、本発明の第8の実施形態の磁気検
出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図であ
る。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensing element of the eighth embodiment of the present invention as seen from the side facing the recording medium.

【0242】図8に示される磁気検出素子は、非磁性材
料層27とフリー磁性層26の間に半金属強磁性ホイス
ラー合金層41が、固定磁性層28と非磁性材料層27
との間に半金属強磁性ホイスラー合金層42が形成され
ている点でのみ、図1に示される磁気検出素子と異なっ
ている。
In the magnetic detecting element shown in FIG. 8, the semi-metal ferromagnetic Heusler alloy layer 41 is provided between the non-magnetic material layer 27 and the free magnetic layer 26, and the pinned magnetic layer 28 and the non-magnetic material layer 27 are provided.
The magnetic sensing element shown in FIG. 1 is different from the magnetic sensing element shown in FIG. 1 only in that a semimetal ferromagnetic Heusler alloy layer 42 is formed therebetween.

【0243】図8において、図1と同じ符号がつけられ
た層は、同じ材料同じ膜厚で形成されている。
In FIG. 8, the layers denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 are formed of the same material and the same film thickness.

【0244】半金属強磁性ホイスラー合金層41、42
は、例えばNiMnSb(ニッケルマンガンアンチモ
ン)、PtMnSb(白金マンガンアンチモン)、Pd
MnSb(パラジウムマンガンアンチモン)、PtMn
Sn(白金マンガンスズ)、CoMnSi、Co
nGe、CoMnSn、CoMnAlまたはCo
Mn(AlSi100−x(ただし、x=0〜
100)のいずれかの半金属強磁性ホイスラー合金から
形成される。
Semi-metallic ferromagnetic Heusler alloy layers 41, 42
Is, for example, NiMnSb (nickel manganese antimony), PtMnSb (platinum manganese antimony), Pd
MnSb (palladium manganese antimony), PtMn
Sn (platinum manganese tin), Co 2 MnSi, Co 2 M
nGe, Co 2 MnSn, Co 2 MnAl or Co 2
Mn 1 (Al x Si 100-x ) 1 (where x = 0 to
100) from any semi-metallic ferromagnetic Heusler alloy.

【0245】これらの半金属強磁性ホイスラー合金は、
半金属であり、キュリー温度が200℃以上であって室
温(25℃)で強磁性を示し、比抵抗が50μΩ・cm
である。
These semi-metallic ferromagnetic Heusler alloys are
It is a semi-metal, has a Curie temperature of 200 ° C or higher, exhibits ferromagnetism at room temperature (25 ° C), and has a specific resistance of 50 μΩ · cm.
Is.

【0246】CPP型の磁気検出素子において、図8に
示されるような半金属強磁性ホイスラー合金層41及び
42を有すると、多層膜G内を流れるアップスピン電子
とダウンスピン電子の比率を制御でき、磁気抵抗変化量
ΔRを向上させることができるので好ましい。
When the CPP type magnetic sensing element has the semi-metal ferromagnetic Heusler alloy layers 41 and 42 as shown in FIG. 8, the ratio of up-spin electrons and down-spin electrons flowing in the multilayer film G can be controlled. The magnetic resistance change amount ΔR can be improved, which is preferable.

【0247】また、半金属強磁性ホイスラー合金層41
はフリー磁性層26といっしょに磁化方向が変化する必
要があるので、半金属強磁性ホイスラー合金層41に軟
磁気特性が高いNiFe層が接していると、磁気抵抗変
化率をより向上させることができて好ましい。
Further, the semi-metallic ferromagnetic Heusler alloy layer 41
Since it is necessary to change the magnetization direction together with the free magnetic layer 26, if the NiFe layer having high soft magnetic characteristics is in contact with the semi-metal ferromagnetic Heusler alloy layer 41, the magnetoresistance change rate can be further improved. It is possible and preferable.

【0248】図1から図8に示された磁気検出素子は、
多層膜A、C、D、E、F、Gの膜面垂直方向にセンス
電流が流されるCPP型の磁気検出素子であった。
The magnetic sensing element shown in FIGS. 1 to 8 is
The magnetic detection element was a CPP type in which a sense current was passed in the direction perpendicular to the film surfaces of the multilayer films A, C, D, E, F, and G.

【0249】しかし、本発明は固定磁性層、非磁性材料
層、及びフリー磁性層を有する多層膜の膜面水平方向に
センス電流が流される、いわゆるCIP(Curren
tIn the Plane)型のスピンバルブ型磁気
検出素子にも適用できる。
However, in the present invention, a so-called CIP (Curren) is used in which a sense current is passed in the horizontal direction of the film surface of a multilayer film having a pinned magnetic layer, a non-magnetic material layer and a free magnetic layer.
It can also be applied to a spin valve type magnetic detection element of the tIn the Plane type.

【0250】図9は、本発明の第9の実施の形態とし
て、CIP型のスピンバルブ型磁気検出素子を記録媒体
との対向面側から見た部分断面図である。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a CIP type spin valve type magnetic sensing element as seen from the side facing a recording medium, as a ninth embodiment of the present invention.

【0251】図9に示される磁気検出素子は、図1の磁
気検出素子と同じく多層膜Aを有する。ただし、多層膜
Aの上面Abに、トラック幅寸法Twの間隔をあけて、
一対の電極層50,50が形成されている点で図1の磁
気検出素子と異なっている。従って、図9の磁気検出素
子では、センス電流は、多層膜Aの膜面水平方向に流れ
る。電極層50,50はW,Ta,Cr,Cu,Rh,
Ir,Ru,Auなどを材料として用いて形成する。な
お符号51は下部ギャップ層、符号52は上部ギャップ
層である。
The magnetic detecting element shown in FIG. 9 has a multilayer film A as in the magnetic detecting element of FIG. However, on the upper surface Ab of the multilayer film A, with a space of the track width dimension Tw,
It differs from the magnetic detection element of FIG. 1 in that a pair of electrode layers 50, 50 is formed. Therefore, in the magnetic detection element of FIG. 9, the sense current flows in the horizontal direction of the film surface of the multilayer film A. The electrode layers 50, 50 are made of W, Ta, Cr, Cu, Rh,
It is formed by using Ir, Ru, Au or the like as a material. Reference numeral 51 is a lower gap layer, and reference numeral 52 is an upper gap layer.

【0252】図9の磁気検出素子もスピンバルブ型磁気
検出素子であり、固定磁性層28の磁化方向が、適正に
図示Y方向に平行な方向に固定され、しかもフリー磁性
層の磁化が適正に図示X方向に揃えられており、固定磁
性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体
からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Y方向に侵入し、
フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の
変動と、固定磁性層の固定磁化方向との関係で電気抵抗
が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化によ
り、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
The magnetic detection element of FIG. 9 is also a spin valve type magnetic detection element, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 is properly pinned in the direction parallel to the Y direction in the drawing, and the magnetization of the free magnetic layer is properly magnetized. The magnetizations of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer are orthogonal to each other in the X direction shown in the drawing. The leakage magnetic field from the recording medium penetrates in the Y direction of the magnetic sensing element,
The magnetization of the free magnetic layer fluctuates with high sensitivity, the electric resistance changes due to the relationship between the fluctuation of the magnetization direction and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer, and the voltage change based on the change of the electric resistance value causes a change in the recording medium. The stray magnetic field is detected.

【0253】ただし、電気抵抗値の変化(出力)に直接
寄与するのは第2固定磁性層28aの磁化方向とフリー
磁性層26の磁化方向の相対角であり、これらの相対角
が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加さ
れていない状態で直交していることが好ましい。
However, it is the relative angle between the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 28a and the magnetization direction of the free magnetic layer 26 that directly contributes to the change (output) of the electric resistance value, and these relative angles are the detected currents. It is preferable that they are orthogonal to each other in a state where they are energized and a signal magnetic field is not applied.

【0254】なお、磁気検出素子の記録媒体との対向面
に対向する記録媒体は、図示Z方向に移動する。
The recording medium facing the surface of the magnetic detecting element facing the recording medium moves in the Z direction in the figure.

【0255】図9に示された磁気検出素子でも、フリー
磁性層26の単磁区化及び磁化方向の制御を、第2反強
磁性層23と強磁性層24間の交換結合磁界の大きさ
と、強磁性層24とフリー磁性層26間の層間結合磁界
の大きさの2段階で調節することになり、細かな制御を
容易に行うことができる。
Also in the magnetic sensing element shown in FIG. 9, the magnetic domain of the free magnetic layer 26 is controlled to a single domain and the magnetization direction is controlled by the magnitude of the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24. Since the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26 is adjusted in two steps, fine control can be easily performed.

【0256】従って、フリー磁性層26の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。
Therefore, it is possible to properly and easily control the free magnetic layer 26 to have a single magnetic domain and control the magnetization direction, so that it is possible to further reduce the track width of the magnetic detection element.

【0257】また、フリー磁性層26のトラック幅領域
26cの下層に、非磁性層25を介して強磁性層24及
び第2反強磁性層23が積層される構造でも、フリー磁
性層26の磁化方向を固定磁性層28の磁化方向に交叉
する方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層26の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。
In the structure in which the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 are stacked below the track width region 26c of the free magnetic layer 26 with the nonmagnetic layer 25 interposed, the magnetization of the free magnetic layer 26 is also reduced. It is possible to surely orient the direction in the direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 and to change the magnetization direction of the free magnetic layer 26 by the leakage magnetic field.

【0258】従って、図1に示されるような磁気検出素
子であれば、フリー磁性層26のトラック幅領域26c
の中央部と両端部で、フリー磁性層26の磁化方向が異
なる状態になりづらい。
Therefore, in the case of the magnetic detecting element as shown in FIG. 1, the track width region 26c of the free magnetic layer 26 is formed.
It is difficult for the magnetization direction of the free magnetic layer 26 to be different between the central portion and both end portions of the.

【0259】しかし、CIP型の磁気検出素子で磁気抵
抗変化率を向上させるためには、フリー磁性層26の膜
厚が30Å〜40Åであることが好ましいが、フリー磁
性層26の膜厚をこの範囲にすると、第2反強磁性層2
3と強磁性層24間の交換結合磁界を大きくして、強磁
性層24の磁化方向を固定磁性層28の磁化方向と交叉
する方向に強く固定し、フリー磁性層26を単磁区化し
て磁化方向を固定磁性層28の磁化方向に直交する方向
に確実に向けた上で、フリー磁性層26の磁化方向を洩
れ磁界(外部磁界)によって変動させることができるよ
うに調節することが難しくなる。
However, in order to improve the rate of change in magnetoresistance in the CIP type magnetic sensing element, the film thickness of the free magnetic layer 26 is preferably 30Å to 40Å, but the film thickness of the free magnetic layer 26 is set to this value. In the range, the second antiferromagnetic layer 2
3 and the ferromagnetic layer 24 to increase the exchange coupling magnetic field to strongly fix the magnetization direction of the ferromagnetic layer 24 in the direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28, and to magnetize the free magnetic layer 26 into a single magnetic domain. It is difficult to adjust the magnetization direction of the free magnetic layer 26 so that it can be changed by the leakage magnetic field (external magnetic field) after ensuring that the direction is orthogonal to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28.

【0260】また、第2反強磁性層23、強磁性層2
4、非磁性層25にセンス電流が流れることにより分流
損失が発生する。
Also, the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 2
4. A shunt loss occurs due to the sense current flowing through the non-magnetic layer 25.

【0261】従って、本発明はCPP型の磁気検出素子
に適用する方がより有効に作用するものである。
Therefore, the present invention is more effective when applied to a CPP type magnetic detecting element.

【0262】図10は、図1ないし図5、8、9に示さ
れた磁気検出素子のフリー磁性層26を上方向からみた
平面図である。
FIG. 10 is a plan view of the free magnetic layer 26 of the magnetic sensing element shown in FIGS. 1 to 5, 8 and 9 as viewed from above.

【0263】図中の矢印は、磁気検出素子に外部磁界が
印加されていない状態における、フリー磁性層26の磁
化方向を示している。
The arrow in the figure indicates the magnetization direction of the free magnetic layer 26 when no external magnetic field is applied to the magnetic detection element.

【0264】図1ないし図5、8、9に示された磁気検
出素子では、強磁性層24の磁化方向が第2反強磁性層
23との交換結合磁界によって、固定磁性層28の磁化
方向と交叉する方向に強く固定され、フリー磁性層26
が、非磁性層25を介した強磁性層24との層間結合磁
界によって単磁区化され、磁化方向が固定磁性層28の
磁化方向に交叉する方向に向けられている。
In the magnetic sensing element shown in FIGS. 1 to 5, 8 and 9, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 24 is changed by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 23. It is strongly fixed in the direction intersecting with the free magnetic layer 26.
Are made into a single magnetic domain by an interlayer coupling magnetic field with the ferromagnetic layer 24 via the non-magnetic layer 25, and the magnetization direction is oriented in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28.

【0265】しかし、フリー磁性層26の磁化方向は、
記録媒体からの洩れ磁界(外部磁界)によって変動させ
ることができる程度に調節されている。すなわち、外部
磁界が印加されときに、フリー磁性層26の磁化方向
が、外部磁界が印加されていないときの磁化方向に対し
て角度θ1または角度θ2だけ動く。θ1とθ2の和
は、12°以上にできる。θ1とθ2の和が12°以上
であると、再生効率η(%)を10%以上にすることが
できる。
However, the magnetization direction of the free magnetic layer 26 is
It is adjusted to such an extent that it can be changed by the leakage magnetic field (external magnetic field) from the recording medium. That is, when the external magnetic field is applied, the magnetization direction of the free magnetic layer 26 moves by the angle θ1 or the angle θ2 with respect to the magnetization direction when the external magnetic field is not applied. The sum of θ1 and θ2 can be 12 ° or more. When the sum of θ1 and θ2 is 12 ° or more, the reproduction efficiency η (%) can be 10% or more.

【0266】なお、再生効率η(%)は、η={(記録
媒体からの洩れ磁界による磁気検出素子の最大抵抗変化
量)/(磁気検出素子の最大抵抗変化量の理論値)}×
100として定義される。なお、磁気検出素子の最大抵
抗変化量の理論値とは、フリー磁性層と固定磁性層の磁
化方向が反平行状態のときの抵抗値とフリー磁性層と固
定磁性層の磁化方向が平行状態のときの抵抗値の差であ
る。
The reproducing efficiency η (%) is η = {(maximum resistance change amount of magnetic detection element due to leakage magnetic field from recording medium) / (theoretical value of maximum resistance change amount of magnetic detection element)} ×
Defined as 100. The theoretical value of the maximum resistance change amount of the magnetic detection element is the resistance value when the magnetization directions of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are antiparallel and the magnetization direction of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer is in the parallel state. It is the difference in the resistance value when.

【0267】なお、フリー磁性層26は第1磁性層26
aと第2磁性層26bからなる2層構造であるが、第1
磁性層26aと第2磁性層26bの磁化は常に同じ方向
を向く。
The free magnetic layer 26 is the first magnetic layer 26.
It has a two-layer structure consisting of a and a second magnetic layer 26b.
The magnetizations of the magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b always face the same direction.

【0268】また図6、7では、フリー磁性層38は、
第1フリー磁性層35と第2フリー磁性層37との積層
フェリ構造であるが、この場合も、これら第1フリー磁
性層35及び第2フリー磁性層37の磁化変動を、図1
0で説明したフリー磁性層26の磁化変動と同じに考え
ることができる。ただし前記第1フリー磁性層35と第
2フリー磁性層37の磁化方向は反平行状態を保ってい
る。
Further, in FIGS. 6 and 7, the free magnetic layer 38 is
The laminated ferri structure of the first free magnetic layer 35 and the second free magnetic layer 37 has a laminated ferri structure. In this case as well, the variation in magnetization of the first free magnetic layer 35 and the second free magnetic layer 37 is shown in FIG.
It can be considered the same as the variation in the magnetization of the free magnetic layer 26 described with reference to 0. However, the magnetization directions of the first free magnetic layer 35 and the second free magnetic layer 37 are kept antiparallel.

【0269】図11は図1ないし図9とは異なる形態の
磁気検出素子である。図11に示す磁気検出素子は記録
媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図1
ないし図9のいずれかに付された符号と同じ符号の層
は、それらと同じ層を表している。
FIG. 11 shows a magnetic detection element having a form different from that of FIGS. 1 to 9. The magnetic detection element shown in FIG. 11 is a partial cross-sectional view seen from the side facing the recording medium. Figure 1
9 to 9 denote the same layers as those shown in FIG.

【0270】図11に示す磁気検出素子は、少なくとも
フリー磁性層60のトラック幅方向(図示X方向)の両
側に非磁性材料層27を介して固定磁性層28が設けら
れ、前記固定磁性層28の上に第1反強磁性層29が形
成されている。電極層50は前記第1反強磁性層29上
に設けられている。また前記フリー磁性層60の下側に
非磁性層25を介して強磁性層24及び第2反強磁性層
23が積層されている。
In the magnetic detecting element shown in FIG. 11, a pinned magnetic layer 28 is provided at least on both sides of the free magnetic layer 60 in the track width direction (X direction in the drawing) with a nonmagnetic material layer 27 interposed therebetween. A first antiferromagnetic layer 29 is formed on the above. The electrode layer 50 is provided on the first antiferromagnetic layer 29. A ferromagnetic layer 24 and a second antiferromagnetic layer 23 are stacked below the free magnetic layer 60 with a nonmagnetic layer 25 interposed therebetween.

【0271】図11に示す磁気検出素子では、前記電極
層50からの電流は、固定磁性層28、非磁性材料層2
7及びフリー磁性層60を膜面と平行な方向(図示X方
向)に流れるため電流の流れ方向は図9で説明したCI
P型の磁気検出素子と同じであるが、図11では前記電
流は固定磁性層28−非磁性材料層27−フリー磁性層
50の順にあるいはその逆の順に各層を流れるため、こ
の点は図1ないし図8で説明したCPP型の磁気検出素
子と同じである。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 11, the current from the electrode layer 50 is applied to the fixed magnetic layer 28 and the nonmagnetic material layer 2.
7 and the free magnetic layer 60 flow in the direction parallel to the film surface (X direction in the drawing), the flow direction of the current is CI described in FIG.
This is the same as in the P-type magnetic detection element, but in FIG. 11, the current flows through the layers in the order of the fixed magnetic layer 28-nonmagnetic material layer 27-free magnetic layer 50 or vice versa. It is the same as the CPP type magnetic sensing element described in FIG.

【0272】図1ないし図8で説明したCPP型の磁気
検出素子は、今後の高記録密度化により対応可能な構造
としてCIP型の磁気検出素子に変わるものと期待され
ているが、CPP型の磁気検出素子の欠点は平面での素
子サイズをかなり小さくし、且つ総膜厚を厚くしないと
出力を稼げないという点である。これに対し図11に示
す磁気検出素子のようにフリー磁性層60と固定磁性層
28とを非磁性材料層27を介してトラック幅方向(図
示X方向)に並べて配置し、前記固定磁性層28上に第
1反強磁性層29及び電極層50を積層した構造である
と、上記した素子サイズ及び総膜厚はCPP型と逆の関
係になる(すなわちCPP型で言う「素子サイズ」は図
11では膜厚方向(図示Z方向)と平行な方向のY−Z
平面のサイズに該当し、CPP型で言う「総膜厚」と
は、図11ではフリー磁性層60のトラック幅方向(図
示X方向)の幅寸法に該当する)ため、図11の構造で
は、CPP型で言う「平面の素子サイズ」を小さくで
き、且つCPP型で言う「総膜厚」を厚くできることに
なり、この結果、再生出力の向上を図ることが可能にな
っている。またトラック幅Twの狭小化によって抵抗変
化率を向上させることができる。
The CPP type magnetic detecting element described with reference to FIGS. 1 to 8 is expected to change to a CIP type magnetic detecting element as a structure which can be coped with in the future with higher recording density. The drawback of the magnetic detection element is that the output cannot be obtained unless the element size on the plane is considerably reduced and the total film thickness is increased. On the other hand, like the magnetic detection element shown in FIG. 11, the free magnetic layer 60 and the pinned magnetic layer 28 are arranged side by side in the track width direction (X direction in the drawing) with the nonmagnetic material layer 27 interposed therebetween, and the pinned magnetic layer 28 is arranged. With the structure in which the first antiferromagnetic layer 29 and the electrode layer 50 are stacked on top of each other, the above-described element size and total film thickness have an inverse relationship to the CPP type (that is, the "element size" in the CPP type is 11, YZ in the direction parallel to the film thickness direction (Z direction in the drawing)
Since the "total film thickness" in the CPP type corresponds to the size of the plane and corresponds to the width dimension of the free magnetic layer 60 in the track width direction (X direction in the drawing) in FIG. 11, the structure of FIG. The "planar element size" of the CPP type can be reduced, and the "total film thickness" of the CPP type can be increased. As a result, the reproduction output can be improved. Further, the resistance change rate can be improved by narrowing the track width Tw.

【0273】また図11に示す磁気検出素子では、図1
ないし図9に示す磁気検出素子に比べてフリー磁性層6
0の上下に形成されるシールド層20、31の間隔、す
なわちギャップ長を小さくできるという利点もある。ま
た前記非磁性材料層27は、フリー磁性層60のトラッ
ク幅方向の両側端面に形成される膜厚H1が、固定磁性
層28とシード層22間に形成される非磁性材料層27
の膜厚H2に比べて厚く形成されることが、前記固定磁
性層28とシード層22間に形成される非磁性材料層2
7に電流が分流する量を減らすことができて好ましい。
ただし後述のように固定磁性層28下に絶縁層66を設
けた場合には、シード層22上の非磁性材料層27に電
流の分流ロスは発生しないため、上記の点を考慮する必
要性が無くなる。
Further, in the magnetic detecting element shown in FIG.
To the free magnetic layer 6 as compared with the magnetic sensing element shown in FIG.
There is also an advantage that the gap between the shield layers 20 and 31 formed above and below 0, that is, the gap length can be reduced. The nonmagnetic material layer 27 has a film thickness H1 formed on both end surfaces of the free magnetic layer 60 in the track width direction, and the nonmagnetic material layer 27 is formed between the fixed magnetic layer 28 and the seed layer 22.
The thickness H2 of the non-magnetic material layer 2 formed between the fixed magnetic layer 28 and the seed layer 22 is larger than the thickness H2 of the non-magnetic material layer 2.
It is preferable because the amount of the current shunted to 7 can be reduced.
However, when the insulating layer 66 is provided below the pinned magnetic layer 28 as described later, no shunt loss of current occurs in the nonmagnetic material layer 27 on the seed layer 22, so it is necessary to consider the above points. Lost.

【0274】ところで図11に示す磁気検出素子の構造
の問題点の一つは、フリー磁性層60を如何にして単磁
区化し磁化制御するかという点である。
By the way, one of the problems of the structure of the magnetic sensing element shown in FIG. 11 is how to control the magnetization of the free magnetic layer 60 into a single magnetic domain.

【0275】そこで図11に示す磁気検出素子では、図
1ないし図9で説明した非磁性層25、強磁性層24及
び第2反強磁性層23の積層構造を採用することとし、
すなわちフリー磁性層60の下側に非磁性層25を介し
て強磁性層24及び第2反強磁性層23を積層したので
ある。これにより前記フリー磁性層60の単磁区化及び
磁化制御を適切に且つ容易に行うことが可能となったの
である。
Therefore, in the magnetic detecting element shown in FIG. 11, the laminated structure of the nonmagnetic layer 25, the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 described in FIGS. 1 to 9 is adopted.
That is, the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 are laminated below the free magnetic layer 60 with the nonmagnetic layer 25 interposed therebetween. As a result, it becomes possible to properly and easily control the free magnetic layer 60 into a single magnetic domain and control the magnetization.

【0276】図11に示す磁気検出素子では、前記フリ
ー磁性層60のトラック幅方向(図示X方向)の少なく
とも両側にのみ固定磁性層28が存在していれば良いか
ら、第2反強磁性層23、強磁性層24及び非磁性層2
5の任意の高さ位置まで絶縁層66を埋めて、その上に
固定磁性層28を設けてもよい。これによって電流の分
流ロスを低減させることができる。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 11, the pinned magnetic layer 28 only needs to be present on at least both sides of the free magnetic layer 60 in the track width direction (X direction in the drawing). 23, ferromagnetic layer 24 and non-magnetic layer 2
5, the insulating layer 66 may be filled up to an arbitrary height position, and the fixed magnetic layer 28 may be provided thereon. This makes it possible to reduce the current shunt loss.

【0277】また図11に示す磁気検出素子では前記フ
リー磁性層60は、単層構造や磁性層の多層構造、ある
いはシンセティックフェリ構造など種々の構造を任意に
選択することができるが、図11では複数の磁性層6
1、63、65を各層間にスペキュラー層(鏡面反射
層)62、64を挟んで積層した構造となっている。こ
の構造は図1ないし図9のいずれの磁気検出素子でも採
用できる。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 11, the free magnetic layer 60 can be selected from various structures such as a single layer structure, a multilayer structure of magnetic layers, or a synthetic ferri structure. Multiple magnetic layers 6
It has a structure in which 1, 63 and 65 are laminated between respective layers with specular layers (specular reflection layers) 62 and 64 sandwiched therebetween. This structure can be adopted in any of the magnetic detection elements shown in FIGS.

【0278】前記スペキュラー層62、64の材質に
は、Fe−O、Ni−O、Co−O、Co−Fe−O、
Co−Fe−Ni−O、Al−O、Al−Q−O(ここ
でQはB、Si、N、Ti、V、Cr、Mn、Fe、C
o、Niから選択される1種以上)、R−O(ここでR
はCu、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、T
a、Wから選択される1種以上)の酸化物、Al−N、
Al−Q−N(ここでQはB、Si、O、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Co、Niから選択される1種以
上)、R−N(ここでRはTi、V、Cr、Zr、N
b、Mo、Hf、Ta、Wから選択される1種以上)の
窒化物、半金属ホイッスラー合金などを提示できる。
The specular layers 62, 64 are made of Fe-O, Ni-O, Co-O, Co-Fe-O,
Co-Fe-Ni-O, Al-O, Al-Q-O (where Q is B, Si, N, Ti, V, Cr, Mn, Fe, C
o, one or more selected from Ni), R-O (where R
Is Cu, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, T
a, one or more oxides selected from W), Al—N,
Al-Q-N (where Q is B, Si, O, Ti, V, C
r, Mn, Fe, Co, one or more selected from Ni), RN (where R is Ti, V, Cr, Zr, N)
b, Mo, Hf, Ta, W, one or more kinds of nitrides, semi-metal Whistler alloys, etc. can be presented.

【0279】例えば前記磁性層61、63、65はCo
Feなどの磁性材料で形成されるが、これら磁性層6
1、63、65の表面を既存の方法で酸化させること
で、前記表面にスペキュラー層62、64を設けること
が可能になる。あるいは前記磁性層間にスペキュラー層
62、64をスパッタ法などで成膜してもよい。
For example, the magnetic layers 61, 63 and 65 are made of Co.
The magnetic layer 6 is made of a magnetic material such as Fe.
By oxidizing the surface of 1, 63, 65 by an existing method, it becomes possible to provide the specular layers 62, 64 on the surface. Alternatively, the specular layers 62 and 64 may be formed between the magnetic layers by a sputtering method or the like.

【0280】これらスペキュラー層62、64の膜厚は
非常に薄く、各磁性層61、62、65はスペキュラー
層62、64を介したRKKY的な強磁性結合、前記ス
ペキュラー層62、64に形成されたピンホールなどを
介した直接的な強磁性結合、前記スペキュラー層62、
64の界面粗さによる静磁結合(トポロジカル・カップ
リングまたはオレンジ・ピールカップリング)などによ
って、同じ方向に単磁区化されている。
The thickness of these specular layers 62 and 64 is very thin, and the magnetic layers 61, 62 and 65 are formed on the specular layers 62 and 64 by RKKY-like ferromagnetic coupling through the specular layers 62 and 64. Direct ferromagnetic coupling through a pinhole or the like, the specular layer 62,
A single magnetic domain is formed in the same direction by magnetostatic coupling (topological coupling or orange peel coupling) due to the interface roughness of 64.

【0281】各磁性層61、63、65のうち真中に設
けられた磁性層63は、その上下の磁性層61、65に
比べて膜厚が厚くなっている。前記磁性層63よりも下
側の磁性層61は、強磁性層24との間で発生するRK
KY交換相互作用によって磁化がトラック幅方向(図示
X方向)に固定される可能性があるが、真中の磁性層6
3は、膜厚が厚いことと、直接、RKKY交換相互作用
を受けないなどの理由によって外部磁化に対して磁化変
動できる程度に弱く単磁区化された状態にあり、実質的
に磁性層63がフリー磁性層63として機能している。
なお前記磁性層63よりも上側の磁性層65は有っても
無くてもよい。
The magnetic layer 63 provided in the center among the magnetic layers 61, 63 and 65 is thicker than the magnetic layers 61 and 65 above and below it. The magnetic layer 61 below the magnetic layer 63 has an RK generated between itself and the ferromagnetic layer 24.
The magnetization may be fixed in the track width direction (X direction in the drawing) by the KY exchange interaction, but the magnetic layer 6 in the middle is
No. 3 is in a state in which the magnetic layer 63 is weakly formed into a single magnetic domain so that the magnetization can be changed with respect to the external magnetization due to the fact that the film thickness is large and the RKKY exchange interaction is not directly exerted. It functions as the free magnetic layer 63.
The magnetic layer 65 above the magnetic layer 63 may or may not be present.

【0282】なお各磁性層61、63、65にスペキュ
ラー層62、64を設ける利点は、例えばアップスピン
を持つ伝導電子の平均自由行程λ+を従来に比べて伸ば
すことが可能になり、よって前記アップスピンを持つ伝
導電子の平均自由行程λ+と、ダウンスピンを持つ伝導
電子の平均自由行程λ−との差を大きくすることがで
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上とともに、再生出力
の向上を図ることが可能になるという点である。
The advantage of providing the specular layers 62, 64 on each of the magnetic layers 61, 63, 65 is that, for example, the mean free path λ + of conduction electrons having upspin can be extended as compared with the conventional one, and thus the above-mentioned up The difference between the mean free path λ + of conduction electrons having spin and the mean free path λ− of conduction electrons having downspin can be increased, and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved and the reproduction output can be improved. It is possible to achieve

【0283】また図11のフリー磁性層60の上側に非
磁性層25、強磁性層24及び第2反強磁性層23を設
けてもよい。図1に示された磁気検出素子の製造方法を
説明する。
Further, the nonmagnetic layer 25, the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 may be provided on the upper side of the free magnetic layer 60 of FIG. A method of manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1 will be described.

【0284】まず、図示しない基板(スライダとなるウ
ェハ)上にアルミナ層(図示せず)を形成した後、下か
ら下部シールド層20、下地層21、シード層22、第
2反強磁性層23、第1強磁性層24a及び第2強磁性
層24bからなる強磁性層24、非磁性層25、第1磁
性層26a及び第2磁性層26bからなるフリー磁性層
26、非磁性材料層27、第2固定磁性層28a、非磁
性中間層28b、第1固定磁性層28cからなるシンセ
ティックフェリピンド型の固定磁性層28、中間反強磁
性層29a、非磁性保護層29bをスパッタ法によって
成膜する。
First, after forming an alumina layer (not shown) on a substrate (wafer which becomes a slider) not shown, a lower shield layer 20, an underlayer 21, a seed layer 22 and a second antiferromagnetic layer 23 from the bottom. , A ferromagnetic layer 24 composed of the first ferromagnetic layer 24a and the second ferromagnetic layer 24b, a non-magnetic layer 25, a free magnetic layer 26 composed of the first magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b, a non-magnetic material layer 27, The synthetic ferripinned pinned magnetic layer 28 including the second pinned magnetic layer 28a, the nonmagnetic intermediate layer 28b, and the first pinned magnetic layer 28c, the intermediate antiferromagnetic layer 29a, and the nonmagnetic protective layer 29b are formed by sputtering. .

【0285】スパッタ法としては、例えばマグネトロン
スパッタ、RF2極スパッタ、RF3極スパッタ、イオ
ンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ等の既存
するスパッタ装置を用いたスパッタ法によって形成する
ことができる。また本発明では、スパッタ法や蒸着法の
他に、MBE(モレキュラー−ビーム−エピタキシー)
法、ICB(イオン−クラスター−ビーム)法などの成
膜プロセスが使用可能である。
As the sputtering method, for example, a sputtering method using an existing sputtering apparatus such as magnetron sputtering, RF bipolar sputtering, RF tripolar sputtering, ion beam sputtering, or opposed target type sputtering can be used. Further, in the present invention, in addition to the sputtering method and the vapor deposition method, MBE (Molecular-Beam-Epitaxy) is used.
A film forming process such as a CVD method or an ICB (ion-cluster-beam) method can be used.

【0286】図12において、図1と同じ符号がつけら
れた層は、同じ材料同じ膜厚で形成されている。
In FIG. 12, the layers denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 are formed of the same material and the same film thickness.

【0287】なお、中間反強磁性層29aは、後に第1
反強磁性層29を構成する層であり、第2反強磁性層2
3と同じ組成の材料で形成される。
The intermediate antiferromagnetic layer 29a will be formed into the first antiferromagnetic layer 29a later.
The second antiferromagnetic layer 2 is a layer that constitutes the antiferromagnetic layer 29.
It is formed of a material having the same composition as 3.

【0288】具体的には、中間反強磁性層29aを、P
tMn合金、または、X―Mn(ただしXは、Pd,I
r,Rh,Ru,Os,Ni,Feのいずれか1種また
は2種以上の元素である)合金で、あるいはPt―Mn
―X′(ただしX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,A
u,Ag,Os,Cr,Ni,Ar,Ne,Xe,Kr
のいずれか1または2種以上の元素である)合金で形成
する。
Concretely, the intermediate antiferromagnetic layer 29a is set to P
tMn alloy or X-Mn (where X is Pd, I
r, Rh, Ru, Os, Ni, Fe, which is one or more elements) alloy or Pt-Mn
-X '(where X'is Pd, Ir, Rh, Ru, A
u, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr
Any one of them or two or more of them).

【0289】非磁性保護層29bは大気暴露によって酸
化されにくい緻密な層である必要がある。本発明では非
磁性保護層29bを次の材料を用いて形成する。例え
ば、Ru、Re、Pd、Os、Ir、Pt、Au、R
h,Cu,Crのいずれか1種または2種以上からなる
材料で形成することが好ましい。
The nonmagnetic protective layer 29b needs to be a dense layer that is not easily oxidized by exposure to the air. In the present invention, the nonmagnetic protective layer 29b is formed using the following materials. For example, Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, R
It is preferable to use a material composed of one or more of h, Cu, and Cr.

【0290】Ruなどの貴金属などを用いてスパッタ成
膜することにより、大気暴露によって酸化されにくい緻
密な非磁性保護層29bを得ることができる。したがっ
て非磁性保護層29bの膜厚を薄くしても固定磁性層2
8が大気暴露によって酸化されることを適切に防止でき
る。
By forming a film by sputtering using a noble metal such as Ru, it is possible to obtain a dense nonmagnetic protective layer 29b that is not easily oxidized by exposure to the air. Therefore, even if the thickness of the non-magnetic protective layer 29b is reduced, the fixed magnetic layer 2
8 can be appropriately prevented from being oxidized by exposure to the atmosphere.

【0291】本発明では非磁性保護層29bを3Å以上
で10Å以下で形成することが好ましい。より好ましく
は、3Å以上で8Å以下で形成することである。この程
度の薄い膜厚の非磁性保護層29bによっても中間反強
磁性層29aが大気暴露によって酸化されるのを適切に
防止することが可能である。
In the present invention, it is preferable to form the nonmagnetic protective layer 29b with a thickness of 3 Å or more and 10 Å or less. More preferably, it is formed at 3 Å or more and 8 Å or less. Even with the nonmagnetic protective layer 29b having such a small thickness, it is possible to appropriately prevent the intermediate antiferromagnetic layer 29a from being oxidized by exposure to the atmosphere.

【0292】このように薄い膜厚で非磁性保護層29b
を形成したことによって図13工程でのイオンミリング
を低エネルギーで行うことができミリング制御を従来に
比べて向上させることができる。この点については図1
3工程で詳しく説明する。
The nonmagnetic protective layer 29b having such a thin film thickness
By forming the above, the ion milling in the step of FIG. 13 can be performed with low energy, and the milling control can be improved as compared with the conventional case. This point is shown in Figure 1.
It will be described in detail in three steps.

【0293】図12に示すように基板上に下部シールド
層20から非磁性保護層29bまでの各層を積層した
後、第1の磁場中アニールを施す。トラック幅Tw(図
示X方向)方向に第1の磁界を印加しつつ、第1の熱処
理温度で熱処理し、第2反強磁性層23と強磁性層24
との間に交換結合磁界を発生させて、強磁性層24の磁
化を図示X方向、すなわちトラック幅方向に固定する。
非磁性層25を介した磁性層24との間で働く層間結合
磁界、この場合はRKKY相互作用によって、フリー磁
性層26は単磁区化され、磁化方向が図示X方向とは1
80°反対方向に向けられる。なお、例えば第1の熱温
度を270℃とし、磁界の大きさを800k(A/m)
とする。なお、第1の磁界の大きさは、強磁性層24と
フリー磁性層26の飽和磁界より大きい。
As shown in FIG. 12, after laminating each layer from the lower shield layer 20 to the non-magnetic protective layer 29b on the substrate, the first magnetic field annealing is performed. The second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 are heat-treated at the first heat treatment temperature while applying the first magnetic field in the track width Tw (X direction in the drawing) direction.
An exchange coupling magnetic field is generated between and to fix the magnetization of the ferromagnetic layer 24 in the X direction in the figure, that is, in the track width direction.
The free magnetic layer 26 is made into a single magnetic domain by the inter-layer coupling magnetic field acting between the non-magnetic layer 25 and the magnetic layer 24, in this case, RKKY interaction, and the magnetization direction is 1 with respect to the X direction in the drawing.
Turned 80 ° in the opposite direction. Note that, for example, the first heat temperature is 270 ° C. and the magnitude of the magnetic field is 800 k (A / m)
And The magnitude of the first magnetic field is larger than the saturation magnetic fields of the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26.

【0294】第2反強磁性層23は、PtMn合金、ま
たは、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,Rh,R
u,Os,Ni,Feのいずれか1種または2種以上の
元素である)合金で、あるいはPt―Mn―X′(ただ
しX′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag,O
s,Cr,Ni,Ar,Ne,Xe,Krのいずれか1
または2種以上の元素である)合金で形成する。これら
の合金は、成膜直後の状態では、不規則系の面心立方構
造(fcc)であるが、熱処理によってCuAuI型の
規則型の面心正方構造(fct)に構造変態する。第2
反強磁性層の膜厚は80Å〜300Å、例えば150Å
である。
The second antiferromagnetic layer 23 is a PtMn alloy or X-Mn (where X is Pd, Ir, Rh, R).
u, Os, Ni, Fe, alloy of Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, O).
Any one of s, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr
Or an alloy of two or more elements). Immediately after the film formation, these alloys have a disordered face-centered cubic structure (fcc), but undergo a structural transformation to a CuAuI-type ordered face-centered tetragonal structure (fct) by heat treatment. Second
The thickness of the antiferromagnetic layer is 80Å to 300Å, for example 150Å
Is.

【0295】ここで、反強磁性層を形成するための、前
記PtMn合金及び前記X−Mnの式で示される合金に
おいて、PtあるいはXが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。また、前記PtMn合金及び前記X
−Mnの式で示される合金において、PtあるいはXが
47〜57at%の範囲であることがより好ましい。特
に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以
下、以上を意味する。
In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula X-Mn for forming the antiferromagnetic layer, Pt or X is preferably in the range of 37 to 63 at%. In addition, the PtMn alloy and the X
In the alloy represented by the formula —Mn, Pt or X is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by are as follows.

【0296】また、Pt−Mn−X’の式で示される合
金において、X’+Ptが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。また、前記Pt−Mn−X’の式で
示される合金において、X’+Ptが47〜57at%
の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Pt−
Mn−X’の式で示される合金において、X’が0.2
〜10at%の範囲であることが好ましい。ただし、
X’がPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのい
ずれか1種または2種以上の元素である場合には、X’
は0.2〜40at%の範囲であることが好ましい。
In addition, in the alloy represented by the formula Pt-Mn-X ', it is preferable that X' + Pt is in the range of 37 to 63 at%. Further, in the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is 47 to 57 at%.
The range is more preferably. Further, the Pt-
In the alloy represented by the formula of Mn-X ', X'is 0.2.
It is preferably in the range of 10 at%. However,
When X ′ is any one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni and Fe, X ′
Is preferably in the range of 0.2 to 40 at%.

【0297】これらの合金を使用し、これを第1の磁場
中アニールにかけることにより、大きな交換結合磁界を
発生する反強磁性層を得ることができる。特に、PtM
n合金であれば、48kA/m以上、例えば64kA/
mを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失
うブロッキング温度が380℃と極めて高い優れた第2
反強磁性層23を得ることができる。
By using these alloys and subjecting them to annealing in the first magnetic field, an antiferromagnetic layer that generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained. In particular, PtM
For n alloy, 48 kA / m or more, for example 64 kA / m
An excellent second type having an exchange coupling magnetic field exceeding m and having a blocking temperature of 380 ° C. at which the exchange coupling magnetic field is lost.
The antiferromagnetic layer 23 can be obtained.

【0298】なお、固定磁性層28上に積層された中間
反強磁性層29aは、膜厚が10Å〜50Å、より好ま
しくは30Å〜40Åと薄いため反強磁性を示さない
か、または反強磁性を示したとしても非常に弱いため、
第1の磁場中アニールでは、第1固定磁性層28cと中
間反強磁性層29aの間に交換結合磁界は発生せず、固
定磁性層28の磁化方向は図示X方向に固定されない。
The intermediate antiferromagnetic layer 29a laminated on the pinned magnetic layer 28 has a thin film thickness of 10Å to 50Å, more preferably 30Å to 40Å, and thus does not exhibit antiferromagnetism or has antiferromagnetic properties. Is very weak even if
In the first magnetic field annealing, the exchange coupling magnetic field is not generated between the first pinned magnetic layer 28c and the intermediate antiferromagnetic layer 29a, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 is not fixed in the X direction in the figure.

【0299】また上記した第1の磁場中アニールによっ
て、非磁性保護層29bを構成するRuなどの貴金属元
素などが、中間反強磁性層29a内部に拡散するものと
考えられる。従って熱処理後における中間反強磁性層2
9aの表面近くの構成元素は、中間反強磁性層29aを
構成する元素と貴金属元素などとから構成される。また
中間反強磁性層29a内部に拡散した貴金属元素など
は、中間反強磁性層29aの下面側よりも中間反強磁性
層29aの表面側の方が多く、拡散した貴金属元素など
の組成比は、中間反強磁性層29aの表面から下面に向
うに従って徐々に減るものと考えられる。
It is considered that the noble metal element such as Ru forming the nonmagnetic protective layer 29b diffuses into the intermediate antiferromagnetic layer 29a by the above-mentioned first magnetic field annealing. Therefore, the intermediate antiferromagnetic layer 2 after the heat treatment
The constituent elements near the surface of 9a are composed of an element that constitutes the intermediate antiferromagnetic layer 29a, a noble metal element, and the like. In addition, the noble metal element or the like diffused inside the intermediate antiferromagnetic layer 29a is more on the surface side of the intermediate antiferromagnetic layer 29a than on the lower surface side of the intermediate antiferromagnetic layer 29a, and the composition ratio of the diffused precious metal element or the like is It is considered that the intermediate antiferromagnetic layer 29a gradually decreases from the surface toward the lower surface.

【0300】また強磁性層24を構成する第1強磁性層
24a及び第2強磁性層24b間、さらにはフリー磁性
層26を構成する第1磁性層26aと第2磁性層26b
間も組成が熱拡散を起しやすい。
Further, between the first ferromagnetic layer 24a and the second ferromagnetic layer 24b forming the ferromagnetic layer 24, and further between the first magnetic layer 26a and the second magnetic layer 26b forming the free magnetic layer 26.
In the meantime, the composition easily causes thermal diffusion.

【0301】上記した組成変調は、SIMS分析装置な
ど薄膜の化学組成を分析する装置で確認することが可能
である。
The above compositional modulation can be confirmed by an apparatus for analyzing the chemical composition of a thin film such as a SIMS analyzer.

【0302】次に、図13に示す工程では、非磁性保護
層29bをイオンミリングで削る。非磁性保護層29b
は、1Å〜3Åの膜厚で残されるかあるいは全て除去さ
れる。
Next, in the step shown in FIG. 13, the nonmagnetic protective layer 29b is shaved by ion milling. Non-magnetic protective layer 29b
Are left or completely removed at a film thickness of 1Å to 3Å.

【0303】図13に示すイオンミリング工程では、低
エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由
は、非磁性保護層29bが3Å〜10Å程度の非常に薄
い膜厚で形成されているからである。
In the ion milling process shown in FIG. 13, low energy ion milling can be used. The reason is that the non-magnetic protective layer 29b is formed with a very thin film thickness of about 3Å to 10Å.

【0304】低エネルギーのイオンミリングとは、ビー
ム電圧(加速電圧)が1000V未満のイオンビームを
用いたイオンミリングであると定義される。例えば、1
50V〜500Vのビーム電圧が用いられる。本実施の
形態では、200Vの低ビーム電圧のアルゴン(Ar)
イオンビームを用いている。
Low energy ion milling is defined as ion milling using an ion beam having a beam voltage (accelerating voltage) of less than 1000V. For example, 1
A beam voltage of 50V to 500V is used. In this embodiment mode, argon (Ar) having a low beam voltage of 200 V is used.
Ion beam is used.

【0305】これに対し、非磁性保護層29bに例えば
Ta膜を使用すると、このTa膜自体、大気暴露によっ
て酸化されるので、30Å〜50Å程度の厚い膜厚で形
成しないと、十分にその下の層を酸化から保護できず、
しかもTa膜は酸化によって体積が大きくなり、Ta膜
の膜厚は約50Å以上にまで膨れ上がる。
On the other hand, if a Ta film, for example, is used for the non-magnetic protective layer 29b, the Ta film itself is oxidized by exposure to the atmosphere. Therefore, if it is not formed with a thick film thickness of about 30 Å to 50 Å, it is sufficiently underneath. Layer cannot be protected from oxidation,
Moreover, the Ta film has a large volume due to oxidation, and the film thickness of the Ta film rises to about 50 Å or more.

【0306】このような厚い膜厚のTa膜をイオンミリ
ングで除くには、高エネルギーのイオンミリングでTa
膜を除去する必要があり、高エネルギーのイオンミリン
グを使用すると、Ta膜のみが除去されるようにミリン
グ制御することは非常に難しい。
To remove such a thick Ta film by ion milling, Ta is removed by high energy ion milling.
The film needs to be removed, and when high energy ion milling is used, it is very difficult to control the milling so that only the Ta film is removed.

【0307】従って、Ta膜の下に形成されている中間
反強磁性層29aも深く削られ、中間反強磁性層29a
に、イオンミリング時に使用されるArなどの不活性ガ
スが露出した中間反強磁性層29aの表面から内部に入
り込んだり、中間反強磁性層29aの表面部分の結晶構
造が壊れ、格子欠陥が発生(Mixing効果)する。
これらのダメージによって中間反強磁性層29aの磁気
特性が劣化しやすい。また、約50Å以上の膜厚を有す
るTa膜を低エネルギーのイオンミリングで削ると処理
時間がかかりすぎて実用的でなくなる。また、Taは前
記貴金属などに比べると、成膜時に中間反強磁性層29
aに拡散浸入しやすく、Ta膜のみを削って除去できた
としても、露出した中間反強磁性層29a表面には、T
aが混入する。Taが混入した中間反強磁性層29a
は、反強磁性特性が劣化する。
Therefore, the intermediate antiferromagnetic layer 29a formed under the Ta film is also deeply cut, and the intermediate antiferromagnetic layer 29a is removed.
In addition, an inert gas such as Ar used at the time of ion milling may enter from the exposed surface of the intermediate antiferromagnetic layer 29a, or the crystal structure of the surface portion of the intermediate antiferromagnetic layer 29a may be broken to cause a lattice defect. (Mixing effect)
Due to these damages, the magnetic characteristics of the intermediate antiferromagnetic layer 29a are likely to deteriorate. Further, if a Ta film having a film thickness of about 50 Å or more is shaved by low energy ion milling, it takes a long processing time and becomes impractical. Further, Ta is an intermediate antiferromagnetic layer 29 at the time of film formation, as compared with the above-mentioned noble metal.
Even if only the Ta film can be removed by shaving, it is easy to diffuse into the a and remove the T film on the exposed surface of the intermediate antiferromagnetic layer 29a.
a is mixed. Intermediate antiferromagnetic layer 29a mixed with Ta
Has deteriorated antiferromagnetic properties.

【0308】一方、本発明では、低エネルギーのイオン
ミリングによって非磁性保護層29bを削ることができ
る。低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが
遅く、ミリング止め位置のマージンを狭くすることが可
能になる。特に、非磁性保護層29bをイオンミリング
で除去した瞬間にミリングを止めることも可能になる。
従って、中間反強磁性層29aはイオンミリングによっ
て大きなダメージを受けなくなる。なお、図13工程に
おけるイオンミリングの入射角度は、非磁性保護層29
b表面に対する法線方向から30°〜70°にすること
が好ましい。また、イオンミリングの処理時間は1分程
である。
On the other hand, in the present invention, the nonmagnetic protective layer 29b can be removed by low energy ion milling. The low-energy ion milling has a slow milling rate, and the margin at the milling stop position can be narrowed. In particular, it becomes possible to stop the milling at the moment when the nonmagnetic protective layer 29b is removed by ion milling.
Therefore, the intermediate antiferromagnetic layer 29a is not significantly damaged by the ion milling. The incident angle of the ion milling in the step of FIG.
It is preferably 30 ° to 70 ° from the direction normal to the surface b. Further, the processing time of ion milling is about 1 minute.

【0309】ただし、非磁性保護層29bを完全に除去
すると、中間反強磁性層29aの表面がイオンミリング
によって損傷し、反強磁性が低下することがあるので、
非磁性保護層29bを1Å〜3Åの膜厚で残す方が好ま
しい。
However, if the non-magnetic protective layer 29b is completely removed, the surface of the intermediate antiferromagnetic layer 29a may be damaged by ion milling and antiferromagnetism may be lowered.
It is preferable to leave the non-magnetic protective layer 29b with a film thickness of 1Å to 3Å.

【0310】次に図14工程を施す。図14工程では、
中間反強磁性層29a、或いは非磁性保護層29bが完
全に除去されないときには残された非磁性保護層29b
上に、上部反強磁性層29cを真空中で成膜し、さら
に、保護層30を真空中で連続成膜する。成膜には上述
したスパッタや蒸着法を使用できる。下地層21から保
護層30までの各層が多層膜Aを構成する。
Next, the step of FIG. 14 is performed. In the process of FIG. 14,
When the intermediate antiferromagnetic layer 29a or the nonmagnetic protective layer 29b is not completely removed, the remaining nonmagnetic protective layer 29b is left.
An upper antiferromagnetic layer 29c is formed thereon in vacuum, and a protective layer 30 is continuously formed in vacuum. The above-mentioned sputtering or vapor deposition method can be used for the film formation. The layers from the base layer 21 to the protective layer 30 form the multilayer film A.

【0311】上部反強磁性層29cに使用される材質
は、中間反強磁性層29aに使用される反強磁性材料と
同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のPtMn合
金、X―Mn合金で、あるいはPt―Mn―X′合金を
用いて形成されることが好ましい。
The material used for the upper antiferromagnetic layer 29c is an antiferromagnetic material having the same composition as the antiferromagnetic material used for the intermediate antiferromagnetic layer 29a, specifically, the above-mentioned PtMn alloy, X-- It is preferably formed of a Mn alloy or a Pt—Mn—X ′ alloy.

【0312】図14では、中間反強磁性層29a、残存
している非磁性保護層29b、及び上部反強磁性層29
cが一体となって第1反強磁性層29を構成している。
非磁性保護層29bが完全に除去される場合には、中間
反強磁性層29aと上部反強磁性層29cが一体となっ
て第1反強磁性層29を構成する。
In FIG. 14, the intermediate antiferromagnetic layer 29a, the remaining nonmagnetic protective layer 29b, and the upper antiferromagnetic layer 29 are shown.
c together form the first antiferromagnetic layer 29.
When the nonmagnetic protective layer 29b is completely removed, the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c are integrated to form the first antiferromagnetic layer 29.

【0313】中間反強磁性層29aの膜厚と上部反強磁
性層29cの膜厚を合わせた総合膜厚は80Å以上で5
00Å以下である。例えば150Åである。上述したよ
うに、中間反強磁性層29aは、膜厚が10Å以上で5
0Å以下と薄いため、単独では反強磁性を示さず、中間
反強磁性層29aと上部反強磁性層29cが一体となっ
て初めて反強磁性を示すようになり、固定磁性層28と
の間に交換結合磁界を生じさせる。
The total film thickness of the total thickness of the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c is 80 Å or more and 5
It is less than 00Å. For example, 150Å. As described above, the intermediate antiferromagnetic layer 29a has a thickness of 10 Å or more and is 5
Since it is as thin as 0 Å or less, it does not exhibit antiferromagnetism by itself, but only when the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c are integrated to exhibit antiferromagnetism, and between the pinned magnetic layer 28 and Generates an exchange coupling magnetic field.

【0314】また、非磁性保護層29bが残存している
場合でも、残存している非磁性保護層29bの膜厚は1
Å以上で3Å以下と薄く、また、Ru、Re、Pd、O
s、Ir、Pt、Au、Rh,Cu,Crのいずれか1
種または2種以上で形成されているので、中間反強磁性
層29aと上部反強磁性層29cに反強磁性的な相互作
用を生じさせ、中間反強磁性層29a、非磁性保護層2
9b、上部反強磁性層29cが一体の反強磁性層29と
して機能することが可能になる。また、非磁性保護層2
9bの材料が、中間反強磁性層29aと上部反強磁性層
29c中に拡散しても、反強磁性は劣化しない。
Even if the nonmagnetic protective layer 29b remains, the thickness of the remaining nonmagnetic protective layer 29b is 1
Above Å and below 3Å, it is thin, and also Ru, Re, Pd, O
Any one of s, Ir, Pt, Au, Rh, Cu, Cr
Since the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c have antiferromagnetic interaction, the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the nonmagnetic protective layer 2 are formed by one kind or two or more kinds.
9b and the upper antiferromagnetic layer 29c can function as an integrated antiferromagnetic layer 29. In addition, the non-magnetic protective layer 2
The antiferromagnetism does not deteriorate even if the material of 9b diffuses into the intermediate antiferromagnetic layer 29a and the upper antiferromagnetic layer 29c.

【0315】次に第2の磁場中アニールを施す。このと
きの磁場方向は、トラック幅方向に垂直な方向(図示Y
方向)、すなわち記録媒体からの洩れ磁界方向である。
なおこの第2の磁場中アニールは、第2の印加磁界を、
第2反強磁性層23と強磁性層24間の交換異方性磁界
よりも小さく、しかも熱処理温度を、第2反強磁性層2
3のブロッキング温度よりも低くする。これによって第
2反強磁性層23と強磁性層24間の交換異方性磁界の
方向をトラック幅方向に向けたまま、第1反強磁性層2
9と固定磁性層28間の交換異方性磁界を記録媒体から
の洩れ磁界方向(図示Y方向)に向けることができる。
従って、固定磁性層28の磁化方向は強磁性層24及び
フリー磁性層26の磁化方向と交叉する方向に固定され
る。
Next, second magnetic field annealing is performed. The magnetic field direction at this time is the direction perpendicular to the track width direction (Y in the figure).
Direction), that is, the direction of the leakage magnetic field from the recording medium.
In addition, this second magnetic field annealing, the second applied magnetic field,
It is smaller than the exchange anisotropic magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24, and the heat treatment temperature is set to the second antiferromagnetic layer 2
Lower than the blocking temperature of 3. This allows the first antiferromagnetic layer 2 to remain with the direction of the exchange anisotropic magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 being oriented in the track width direction.
It is possible to direct the exchange anisotropic magnetic field between the magnetic layer 9 and the pinned magnetic layer 28 in the direction of the leakage magnetic field from the recording medium (Y direction in the drawing).
Therefore, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 is fixed in a direction intersecting with the magnetization directions of the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26.

【0316】なお第2の磁場中アニールの熱処理温度は
例えば250℃であり、磁界の大きさは8〜30(kA
/m)、例えば24(kA/m)である。第2の印加磁
界の大きさは、第2固定磁性層28a及び第1固定磁性
層28cの保磁力より大きく、第2固定磁性層28aと
第1固定磁性層28cの間のスピンフロップ磁界より小
さい。
The heat treatment temperature for the second magnetic field annealing is, for example, 250 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 8 to 30 (kA).
/ M), for example, 24 (kA / m). The magnitude of the second applied magnetic field is larger than the coercive force of the second pinned magnetic layer 28a and the first pinned magnetic layer 28c and smaller than the spin-flop magnetic field between the second pinned magnetic layer 28a and the first pinned magnetic layer 28c. .

【0317】このため上記の第2の磁場中アニールによ
って、第1反強磁性層29は適切に規則化変態し、第1
反強磁性層29と固定磁性層28との間に適切な大きさ
の交換結合磁界が発生する。
Therefore, the first antiferromagnetic layer 29 is appropriately ordered and transformed by the second annealing in the magnetic field, and
An exchange coupling magnetic field having an appropriate magnitude is generated between the antiferromagnetic layer 29 and the pinned magnetic layer 28.

【0318】本実施の形態のように、多層膜Aを2段階
に分けて成膜し、2回の磁場中アニールを施す製造方法
を用いると第1反強磁性層29及び第2反強磁性層23
を、同一の組成を有する反強磁性材料を用いて形成する
ことができる。
When the manufacturing method in which the multilayer film A is formed in two stages and the annealing in the magnetic field is performed twice as in the present embodiment, the first antiferromagnetic layer 29 and the second antiferromagnetic layer 29 are used. Layer 23
Can be formed using antiferromagnetic materials having the same composition.

【0319】次に図15に示す工程では多層膜Aの保護
層30の上面にレジスト層を形成し、このレジスト層を
露光現像することによって、図15に示す形状のレジス
ト層Rを保護層30上に残す。レジスト層Rは例えばリ
フトオフ用のアンダーカット形状を有するレジスト層で
あり、トラック幅寸法Twに等しいトラック幅方向の幅
寸法を有している。
Next, in the step shown in FIG. 15, a resist layer is formed on the upper surface of the protective layer 30 of the multilayer film A, and the resist layer is exposed and developed to form the resist layer R having the shape shown in FIG. Leave on top. The resist layer R is a resist layer having an undercut shape for lift-off, for example, and has a width dimension in the track width direction equal to the track width dimension Tw.

【0320】次に、レジスト層Rに覆われていない多層
膜Aの両側部B,Bを、多層膜Aの表面Abに対する垂
直方向からのイオンミリングによって、図16に示され
るように保護層30からフリー磁性層26の第1磁性層
26aの一部まで削る。
Next, the side portions B, B of the multilayer film A not covered with the resist layer R are ion-milled from the direction perpendicular to the surface Ab of the multilayer film A as shown in FIG. To a part of the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26.

【0321】図16工程のイオンミリングの結果、多層
膜Aの保護層30からフリー磁性層26の第1磁性層2
6aの途中までがトラック幅寸法Twのトラック幅方向
寸法を有し、第1磁性層26aの途中から強磁性層2
4、第2反強磁性層23、シード層22、下地層21の
トラック幅方向寸法はトラック幅寸法Twより大きくな
る。
As a result of the ion milling in the step of FIG. 16, as a result of the protective layer 30 of the multilayer film A to the first magnetic layer 2 of the free magnetic layer 26.
6a has a track width dimension Tw in the middle of 6a, and the ferromagnetic layer 2 extends from the middle of the first magnetic layer 26a.
4, the dimension of the second antiferromagnetic layer 23, the seed layer 22, and the underlayer 21 in the track width direction is larger than the track width dimension Tw.

【0322】また、多層膜Aの、保護層30からフリー
磁性層26の第1磁性層26aの一部までのトラック幅
方向(図示X方向)における両側端面Aa,Aaが、多
層膜Aの表面Abに対して垂直な連続面となっている。
ただし、図16の点線Aa1、Aa1で示されるよう
に、保護層30からフリー磁性層26の第1磁性層26
aの一部までのトラック幅方向における両側端面が、多
層膜Aの表面Abに対する傾斜面であってもよい。
Further, both end faces Aa, Aa in the track width direction (X direction in the drawing) from the protective layer 30 to a part of the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26 of the multilayer film A are the surfaces of the multilayer film A. It is a continuous surface perpendicular to Ab.
However, as indicated by dotted lines Aa1 and Aa1 in FIG. 16, the first magnetic layer 26 from the protective layer 30 to the free magnetic layer 26 is formed.
Both end surfaces in the track width direction up to a part of a may be inclined surfaces with respect to the surface Ab of the multilayer film A.

【0323】イオンミリング工程終了後、保護層30か
らフリー磁性層26の第1磁性層26aの途中までのト
ラック幅方向両側部にAlやSiOからなる絶
縁層32,32を形成する。なお絶縁層32,32を構
成する絶縁材料の層は、レジスト層Rの上面や側面にも
付着する。絶縁層32,32を形成した後、レジスト層
Rを有機溶剤などを用いたリフトオフで除去する。
After the ion milling process, insulating layers 32 and 32 made of Al 2 O 3 or SiO 2 are formed on both sides in the track width direction from the protective layer 30 to the middle of the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26. . Note that the insulating material layers forming the insulating layers 32, 32 also adhere to the upper surface and side surfaces of the resist layer R. After forming the insulating layers 32, 32, the resist layer R is removed by lift-off using an organic solvent or the like.

【0324】さらに、図17工程で、絶縁層32,32
及び多層膜Aの保護層30上に、上部電極層を兼用する
上部シールド層31を形成する。こうして、図1に示さ
れる磁気検出素子が得られる。
Further, in the step of FIG. 17, the insulating layers 32, 32 are
On the protective layer 30 of the multilayer film A, the upper shield layer 31 which also serves as the upper electrode layer is formed. Thus, the magnetic sensing element shown in FIG. 1 is obtained.

【0325】本発明では、第2反強磁性層23と強磁性
層24間の交換結合磁界を大きくして、強磁性層24の
磁化方向を固定磁性層28の磁化方向と交叉する方向に
強く固定した上で、フリー磁性層26と強磁性層24間
の層間結合磁界の大きさを前記交換結合磁界よりも小さ
くすることにより、フリー磁性層26を単磁区化して磁
化方向を固定磁性層28の磁化方向に直交する方向に確
実に向け、なおかつフリー磁性層26の磁化方向を洩れ
磁界によって変動させることができるように調節する必
要がある。
In the present invention, the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 is increased to make the magnetization direction of the ferromagnetic layer 24 strong in the direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28. After being fixed, the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 24 is made smaller than the exchange coupling magnetic field, whereby the free magnetic layer 26 is made into a single magnetic domain and the magnetization direction is fixed. It is necessary to make sure that the magnetization direction of the free magnetic layer 26 can be changed in a direction orthogonal to the magnetization direction of the magnetic field, and that the magnetization direction of the free magnetic layer 26 can be changed by the leakage magnetic field.

【0326】第2反強磁性層23と強磁性層24間の交
換結合磁界を大きくし、フリー磁性層26と強磁性層2
4間の層間結合磁界の大きさを交換結合磁界よりも小さ
くするために、図12工程で、強磁性層24の単位面積
あたりの磁気モーメントの大きさ(Ms×t)がフリー
磁性層26の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ
(Ms×t)よりも小さくなるように、強磁性層24と
フリー磁性層26を成膜する。
The exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 is increased to increase the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 2.
In order to make the magnitude of the inter-layer coupling magnetic field between the four magnetic fields smaller than that of the exchange coupling magnetic field, the magnitude (Ms × t) of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24 of the free magnetic layer 26 in the step of FIG. The ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26 are formed so as to be smaller than the magnitude of the magnetic moment per unit area (Ms × t).

【0327】具体的には、強磁性層24の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ(Ms×t)に対するフリ
ー磁性層26の単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さ(Ms×t)の比率(フリー磁性層のMs×t/強磁
性層24のMs×t)を、3以上で20以下の範囲にし
ている。
Specifically, the ratio of the magnitude (Ms × t) of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 to the magnitude (Ms × t) of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24 ( The ratio of (Ms × t of free magnetic layer / Ms × t of ferromagnetic layer 24) is set to 3 or more and 20 or less.

【0328】また、強磁性層24の、非磁性層25に接
する側である第2強磁性層24bをNiFe(パーマロ
イ)層あるいはNiFeX(XはAl,Si,Ti,
V,Cr,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,R
h,Hf,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる1種或い
は2種以上の元素)で形成することにより、フリー磁性
層26と強磁性層24間の層間結合磁界の大きさを適度
に小さくしている。
The second ferromagnetic layer 24b, which is the side of the ferromagnetic layer 24 in contact with the nonmagnetic layer 25, is formed of a NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, Ti,
V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, R
h, Hf, Ta, W, Ir, or Pt), the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 24 can be appropriately reduced. is doing.

【0329】また、フリー磁性層26の、非磁性層25
に接する側である第1磁性層26aをNiFe(パーマ
ロイ)層あるいはNiFeX(XはAl,Si,Ti,
V,Cr,Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,R
h,Hf,Ta,W,Ir,Ptから選ばれる1種或い
は2種以上の元素)で形成することにより、フリー磁性
層26と強磁性層24間の層間結合磁界の大きさを適度
に小さくしている。
In addition, the nonmagnetic layer 25 of the free magnetic layer 26
The first magnetic layer 26a that is in contact with the NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, Ti,
V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, R
h, Hf, Ta, W, Ir, or Pt), the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 24 can be appropriately reduced. is doing.

【0330】上述した製造方法によれば、第2反強磁性
層23と強磁性層24間の交換結合磁界の大きさと、強
磁性層24とフリー磁性層26間の層間結合磁界の大き
さの2段階で調節することになり、フリー磁性層26の
単磁区化及び磁化方向の細かな制御を容易に行うことが
できる。
According to the manufacturing method described above, the magnitude of the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 23 and the ferromagnetic layer 24 and the magnitude of the interlayer coupling magnetic field between the ferromagnetic layer 24 and the free magnetic layer 26 are determined. Since the adjustment is performed in two steps, it is possible to easily make the free magnetic layer 26 into a single magnetic domain and finely control the magnetization direction.

【0331】従って、フリー磁性層26の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。
Therefore, it is possible to properly and easily control the free magnetic layer 26 to have a single magnetic domain and control the magnetization direction, so that it is possible to further reduce the track width of the magnetic detection element.

【0332】また、フリー磁性層26のトラック幅領域
26cの下層に、非磁性層25を介して強磁性層24及
び第2反強磁性層23が積層される構造でも、フリー磁
性層26の磁化方向を固定磁性層28の磁化方向に交叉
する方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層26の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。従って、フリー磁性層26のトラック幅領域26c
の中央部と両端部で、フリー磁性層26の磁化方向が異
なる状態になりにくい。
Further, even in the structure in which the ferromagnetic layer 24 and the second antiferromagnetic layer 23 are stacked below the track width region 26c of the free magnetic layer 26 with the nonmagnetic layer 25 interposed therebetween, the magnetization of the free magnetic layer 26 is reduced. It is possible to surely orient the direction in the direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer 28 and to change the magnetization direction of the free magnetic layer 26 by the leakage magnetic field. Therefore, the track width region 26c of the free magnetic layer 26
The magnetization direction of the free magnetic layer 26 is unlikely to be different between the central portion and both end portions of the.

【0333】また、非磁性層25、強磁性層24、及び
第2反強磁性層23といった、フリー磁性層26に縦バ
イアス磁界を与えるための層を、図12工程でベタ膜状
に形成し、図15及び図16工程で、多層膜Aの両側部
B,Bを削るだけで良いので、製造工程が簡単になる。
また、トラック幅寸法Twの精度が良くなるので、狭ト
ラック化が容易になる。
Further, the nonmagnetic layer 25, the ferromagnetic layer 24, and the second antiferromagnetic layer 23, which are layers for applying a longitudinal bias magnetic field to the free magnetic layer 26, are formed in a solid film shape in the step of FIG. In the steps of FIGS. 15 and 16, it suffices to grind both side portions B and B of the multilayer film A, which simplifies the manufacturing process.
Further, since the accuracy of the track width dimension Tw is improved, it is easy to narrow the track.

【0334】図4ないし図9に示された磁気検出素子
も、上述した製造方法と同様の製造方法を用いて形成す
ることができる。また図11の磁気検出素子は、まず先
に第2反強磁性層23、強磁性層24、非磁性層25及
びフリー磁性層60を成膜した後、フリー磁性層60の
磁化制御のための磁場中アニールを施し、前記第2反強
磁性層23から前記フリー磁性層60までの各層を図1
1のように略台形状に加工した後、その両側に非磁性材
料層27及び固定磁性層28を成膜し、さらに前記固定
磁性層28上に第1反強磁性層29及び電極層50を成
膜した後、固定磁性層28の磁化制御のための磁場中ア
ニールを施して形成される。
The magnetic sensing element shown in FIGS. 4 to 9 can also be formed by using the same manufacturing method as the above-mentioned manufacturing method. In the magnetic detection element of FIG. 11, the second antiferromagnetic layer 23, the ferromagnetic layer 24, the nonmagnetic layer 25, and the free magnetic layer 60 are formed first, and then the magnetization of the free magnetic layer 60 is controlled. The layers from the second antiferromagnetic layer 23 to the free magnetic layer 60 are annealed in a magnetic field and the layers shown in FIG.
1 is processed into a substantially trapezoidal shape, a nonmagnetic material layer 27 and a pinned magnetic layer 28 are formed on both sides thereof, and a first antiferromagnetic layer 29 and an electrode layer 50 are further formed on the pinned magnetic layer 28. After forming the film, it is formed by annealing in a magnetic field for controlling the magnetization of the pinned magnetic layer 28.

【0335】また本発明では、磁気検出素子の非磁性材
料層27をAlやSiOなどの絶縁材料で形成
することにより、トンネル型磁気抵抗効果型素子と呼ば
れる磁気検出素子とすることもできる。
In the present invention, the nonmagnetic material layer 27 of the magnetic sensing element is formed of an insulating material such as Al 2 O 3 or SiO 2 to form a magnetic sensing element called a tunnel magnetoresistive effect element. You can also

【0336】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置に搭載される薄膜磁気ヘッドにのみ使用
可能なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサ
などにも使用可能なものである。
The magnetic detecting element according to the present invention can be used not only for a thin film magnetic head mounted in a hard disk device, but also for a magnetic head for tape or a magnetic sensor.

【0337】以上本発明をその好ましい実施例に関して
述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変
更を加えることができる。
Although the present invention has been described above with reference to its preferred embodiments, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0338】なお、上述した実施例はあくまでも例示で
あり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではな
い。
The above-mentioned embodiments are merely examples, and do not limit the scope of the claims of the present invention.

【0339】[0339]

【実施例】本実施例では、図5のようにフリー磁性層2
6が固定磁性層28よりも上側に形成された磁気検出素
子を用い、前記フリー磁性層26の膜構成及び強磁性層
24の膜構成を種々変化させ、そのときのフリー磁性層
26及び強磁性層24に使用される好ましい材質、及び
強磁性層24の単位面積当たりの磁気モーメント(Ms
×t)に対するフリー磁性層26の単位面積当たりの磁
気モーメント(Ms×t)の比率(フリー磁性層26の
Ms×t/強磁性層24のMs×t)等について調べ
た。
EXAMPLE In this example, the free magnetic layer 2 as shown in FIG.
6 is used above the pinned magnetic layer 28 to change the film structure of the free magnetic layer 26 and the film structure of the ferromagnetic layer 24 by using the magnetic detecting element, and the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic film at that time are changed. The preferred material used for the layer 24 and the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24 (Ms
The ratio of the magnetic moment (Ms × t) per unit area of the free magnetic layer 26 to (× t) (Ms × t of free magnetic layer 26 / Ms × t of ferromagnetic layer 24) and the like were examined.

【0340】まず、以下に示す表1では、フリー磁性層
26を構成する材質および層構造を変化させたときの、
強磁性層24の単位面積当たりの磁気モーメント(Ms
×t)に対するフリー磁性層26の単位面積当たりの磁
気モーメント(Ms×t)の比率(フリー磁性層26の
Ms×t/強磁性層24のMs×t)と、再生感度η及
びヒステリシスとの関係を示す表である。
First, in Table 1 below, when the material and layer structure of the free magnetic layer 26 are changed,
Magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24 (Ms
Of the magnetic moment (Ms × t) of the free magnetic layer 26 per unit area (Ms × t of the free magnetic layer 26 / Ms × t of the ferromagnetic layer 24) to the reproduction sensitivity η and the hysteresis. It is a table which shows a relationship.

【0341】[0341]

【表1】 [Table 1]

【0342】表1に示すように実施例1ないし7および
比較例1ないし3では、強磁性層24の第1強磁性層2
4aを10ÅのCo80at%Fe12at%Cr
8at%で形成し、第2強磁性層24bを10ÅのNi
80at%Fe20at%で形成している。また比較例
4ないし6では、強磁性層24を20ÅのCo
90at%Fe10at%で形成している。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3, the first ferromagnetic layer 2 of the ferromagnetic layer 24 was used.
4a is 10Å Co 80at% Fe 12at% Cr
8 at% , and the second ferromagnetic layer 24b is formed with 10Å Ni.
It is formed of 80 at% Fe and 20 at% . Further, in Comparative Examples 4 to 6, the ferromagnetic layer 24 is made of Co of 20Å.
90 at% Fe 10 at% .

【0343】表1に示す「フリー磁性層26」欄では、
前記フリー磁性層26を「フリー」、「フリー」、
「フリー」の3つに分けている。ここでフリーと
は、図1に示す非磁性層25と接する側の層を表し、フ
リーとは、図1に示す非磁性材料層27と接する側の
層を表す。「フリー」は、「フリー」と「フリー
」との中間層を表すが、例えば実施例1では、フリー
とフリーが合体した単一層であり、したがって実施
例1のフリー磁性層26は2層構造である。このような
見方は、表1における他の実施例、比較例、および表2
以降についても同じである。また表1のフリー磁性層2
6の各材質に記載された括弧書きは膜厚である。
In the "Free magnetic layer 26" column shown in Table 1,
The free magnetic layer 26 is set to “free”, “free”,
It is divided into three "free". Here, "free" means a layer on the side in contact with the nonmagnetic layer 25 shown in FIG. 1, and "free" means a layer on the side in contact with the nonmagnetic material layer 27 shown in FIG. “Free” represents an intermediate layer between “free” and “free”, but in Example 1, for example, it is a single layer in which free and free are united. Therefore, the free magnetic layer 26 of Example 1 has a two-layer structure. Is. This view is based on other examples in Table 1, comparative examples, and Table 2.
The same applies to the subsequent steps. Also, the free magnetic layer 2 in Table 1
The parenthesis written on each material of No. 6 is the film thickness.

【0344】表1では、フリー磁性層26を構成する層
数、材質及びフリー磁性層26を構成する各層の膜厚を
変化させ、そのときの強磁性層24の単位面積当たりの
磁気モーメント(Ms×t)に対するフリー磁性層26
の単位面積当たりの磁気モーメント(Ms×t)の比
率、再生感度η、およびヒステリシスを求めた。なおフ
リー磁性層26の膜厚はトータルで120Åとなるよう
に設定している。
In Table 1, the number of layers forming the free magnetic layer 26, the material, and the film thickness of each layer forming the free magnetic layer 26 are changed, and the magnetic moment per unit area (Ms) of the ferromagnetic layer 24 at that time is changed. Xt) free magnetic layer 26
The ratio of the magnetic moment (Ms × t) per unit area, the reproduction sensitivity η, and the hysteresis were determined. The thickness of the free magnetic layer 26 is set to be 120Å in total.

【0345】また再生感度ηは、(記録媒体からの漏れ
磁界を±40Oeと想定した印加磁界に対する抵抗変化
量/±5kOeの印加磁界範囲内で得られる最大抵抗変
化量)×100で求めた。
The reproducing sensitivity η was determined by (resistance change amount with respect to applied magnetic field assuming leakage magnetic field from recording medium is ± 40 Oe / maximum resistance change amount obtained in applied magnetic field range of ± 5 kOe) × 100.

【0346】またヒステリシスは、(ヒステリシスルー
プの原点で残るヒステリシス抵抗変化量/±40Oeの
印加磁界における抵抗変化量)×100で求めた。
The hysteresis was determined by (the amount of change in hysteresis resistance remaining at the origin of the hysteresis loop / the amount of change in resistance in an applied magnetic field of ± 40 Oe) × 100.

【0347】なお1Oe(エルステッド)は約79A/
mである。また上記した再生感度η及びヒステリシスの
求め方は表2以降でも同じである。
1 Oe (Oersted) is about 79 A /
m. Further, the above-mentioned method of obtaining the reproduction sensitivity η and the hysteresis is the same in Table 2 and thereafter.

【0348】表1に示すように、実施例1ないし7は、
比較例1ないし6よりも高い再生感度ηを有し、且つヒ
ステリシスも小さい値となっており、再生特性が良好で
あることがわかった。
As shown in Table 1, Examples 1 to 7 are
It was found that the reproduction characteristics were good, as it had a higher reproduction sensitivity η than Comparative Examples 1 to 6 and a small hysteresis.

【0349】次に、以下の表2では、強磁性層24を構
成する第1強磁性層24a及び第2強磁性層24bの材
質を変化させ、そのときの強磁性層24の単位面積当た
りの磁気モーメント(Ms×t)に対するフリー磁性層
26の単位面積当たりの磁気モーメント(Ms×t)の
比率、再生感度η、およびヒステリシスを求めた。なお
前記第1強磁性層24a及び第2強磁性層24bは共に
10Åの膜厚に固定している。
Next, in Table 2 below, the materials of the first ferromagnetic layer 24a and the second ferromagnetic layer 24b constituting the ferromagnetic layer 24 are changed, and the unit area of the ferromagnetic layer 24 at that time is changed. The ratio of the magnetic moment (Ms × t) per unit area of the free magnetic layer 26 to the magnetic moment (Ms × t), the reproduction sensitivity η, and the hysteresis were obtained. The first ferromagnetic layer 24a and the second ferromagnetic layer 24b are both fixed to a film thickness of 10Å.

【0350】またフリー磁性層26は、実施例2、およ
び実施例8ないし13では、2層構造とし、第1磁性層
26a(すなわち表2におけるフリーのみ)を膜厚2
0ÅのNi85at%Fe15at%Nb5at%で形
成した。また第2磁性層26b(すなわち表2における
フリー及び)を膜厚100ÅのCo90at%Fe
10at%で形成した。なお実施例14、15では、3
層構造とし、第1磁性層26a(すなわち表2における
フリーのみ)を膜厚20ÅのNi85at%Fe
10at%Nb5at%で形成した。また第2磁性層2
6b(すなわち表2におけるフリー)を膜厚20Åの
Co90at%Fe10at%で形成した。さらに中間
磁性層(すなわち表2におけるフリー)を膜厚80Å
のNi80a t%Fe20at%で形成した。
The free magnetic layer 26 has a two-layer structure in Example 2 and Examples 8 to 13, and the first magnetic layer 26a (that is, only free in Table 2) has a film thickness of 2.
It was formed with 0Å Ni 85 at% Fe 15 at% Nb 5 at% . In addition, the second magnetic layer 26b (that is, free in Table 2) is formed of Co 90at% Fe with a film thickness of 100Å.
It was formed at 10 at% . In Examples 14 and 15, 3
With a layered structure, the first magnetic layer 26a (that is, only free in Table 2) is made of Ni 85 at% Fe with a film thickness of 20 Å.
It was formed with 10 at% Nb and 5 at% . In addition, the second magnetic layer 2
6b (that is, free in Table 2) was formed of Co 90 at% Fe 10 at% with a film thickness of 20 Å. Further, an intermediate magnetic layer (that is, free in Table 2) is formed with a film thickness of 80
Of Ni 80 at % Fe 20 at% .

【0351】[0351]

【表2】 [Table 2]

【0352】表2に示した全ての実施例は、表1に示し
た実施例と同様に、高い再生感度ηを有し且つヒステリ
シスが小さい値であり再生特性に優れていることがわか
った。
It was found that all of the examples shown in Table 2 had a high reproduction sensitivity η and a small hysteresis value, and had excellent reproduction characteristics, as in the case of the examples shown in Table 1.

【0353】次に以下に示す表3では、強磁性層24及
びフリー磁性層26を構成する各層の材質を固定し、前
記フリー磁性層26を構成する第2磁性層26b(すな
わち表3のフリー及び)の膜厚を徐々に変化させ
た。以下の表3に示すように強磁性層24を構成する第
1強磁性層24aを膜厚が10ÅのCo80at%Fe
12at%Cr8at%で形成した。また強磁性層24
を構成する第2強磁性層24bを膜厚が10ÅのNi
80at%Fe20at%で形成した。さらにフリー磁
性層26を構成する第1磁性層26a(すなわち表3に
示すフリーのみ)を膜厚が20ÅのNi85at%
10at%Nb5at%で形成した。またフリー磁性
層26を構成する第2磁性層26bをCo90at%
10at%で形成した。
Next, in Table 3 below, the ferromagnetic layers 24 and
And the material of each layer constituting the free magnetic layer 26 is fixed,
The second magnetic layer 26b (which is included in the free magnetic layer 26)
In other words, gradually change the free and) film thicknesses in Table 3
It was As shown in Table 3 below,
1 ferromagnetic layer 24a is made of Co having a film thickness of 10 Å80 at%Fe
12 at%Cr8 at%Formed by. In addition, the ferromagnetic layer 24
The second ferromagnetic layer 24b constituting the
80 at%Fe20 at%Formed by. Further free porcelain
The first magnetic layer 26a (that is, Table 3
Ni) with a film thickness of 20Å85 at%F
e10 at%Nb5 at%Formed by. Free magnetic
The second magnetic layer 26b forming the layer 26 is made of Co.90at%F
e10 at%Formed by.

【0354】[0354]

【表3】 [Table 3]

【0355】次に以下に示す表4では、強磁性層24及
びフリー磁性層26を構成する各層の材質を固定し、前
記強磁性層24を構成する第2強磁性層24bの膜厚を
徐々に変化させた。以下の表4に示すように強磁性層2
4を構成する第1強磁性層24aを膜厚が10ÅのCo
80at%Fe12at%Cr8at%で形成した。ま
た強磁性層24を構成する第2強磁性層24bをNi
80at%Fe20at で形成した。さらにフリー磁
性層26を構成する第1磁性層26a(すなわち表3に
示すフリーのみ)を膜厚が20ÅのNi85at%
10at%Nb 5at%で形成した。またフリー磁性
層26を構成する第2磁性層26bを膜厚が100Åの
Co90at%Fe10at%で形成した。
Next, in Table 4 below, the ferromagnetic layers 24 and
And the material of each layer constituting the free magnetic layer 26 is fixed,
The thickness of the second ferromagnetic layer 24b forming the ferromagnetic layer 24
Gradually changed. As shown in Table 4 below, the ferromagnetic layer 2
The first ferromagnetic layer 24a constituting the No. 4 is formed of Co having a film thickness of 10Å
80 at%Fe12 at%Cr8 at%Formed by. Well
The second ferromagnetic layer 24b forming the ferromagnetic layer 24 is made of Ni.
80 at%Fe20 at %Formed by. Further free porcelain
The first magnetic layer 26a (that is, Table 3
Ni) with a film thickness of 20Å85 at%F
e10 at%Nb 5 at%Formed by. Free magnetic
The second magnetic layer 26b forming the layer 26 has a thickness of 100Å
Co90at%Fe10 at%Formed by.

【0356】[0356]

【表4】 [Table 4]

【0357】まず表3及び表4から、強磁性層24の単
位面積当たりの磁気モーメント(Ms×t)に対するフ
リー磁性層26の単位面積当たりの磁気モーメント(M
s×t)の比率(以下、単に磁気モーメントの比率と呼
ぶ)を求めた。
First, from Tables 3 and 4, the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 26 (Ms × t) relative to the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer 24 (Ms × t) (M
The ratio (s × t) (hereinafter simply referred to as the ratio of magnetic moments) was determined.

【0358】表3及び表4に示す各実施例での磁気モー
メントの比率は、3以上で20以下の範囲内であること
がわかる。
It can be seen that the ratio of the magnetic moment in each of the examples shown in Tables 3 and 4 is in the range of 3 or more and 20 or less.

【0359】磁気モーメントの比率は大きければ大きい
ほど、外部磁界に対しフリー磁性層が敏感に動きやすく
なるから好ましいが、大きすぎると今度は、ヒステリシ
スが大きくなり、エラーレートが高くなり再生特性の低
下を余儀なくされる。
The larger the ratio of the magnetic moment, the more easily the free magnetic layer can move sensitively to the external magnetic field, which is preferable. However, if it is too large, then the hysteresis becomes large, the error rate becomes high, and the reproduction characteristics deteriorate. Will be forced to.

【0360】例えば表3に示す比較例10や11を見て
みると、これら実施例では磁気モーメントの比率が大き
く、このため再生感度ηも50%を越えていることがわ
かる。しかし逆にヒステリシスは3%を越え、表3に示
す実施例に比べてヒステリシスが悪化していることがわ
かった。
For example, looking at Comparative Examples 10 and 11 shown in Table 3, it can be seen that the ratio of the magnetic moment is large in these Examples, and therefore the reproduction sensitivity η also exceeds 50%. However, conversely, the hysteresis exceeded 3%, and it was found that the hysteresis was worse than in the examples shown in Table 3.

【0361】このように、磁気モーメントの比率は再生
感度η及びヒステリシスの両側面から求める必要性があ
る。表3及び表4に示す実施例を見てみると、全て磁気
モーメントの比率が3以上で20以下である。そして再
生感度ηは10%以上で50%以下である。さらにヒス
テリシスは3%以下である。
As described above, it is necessary to obtain the ratio of magnetic moments from both sides of the reproduction sensitivity η and the hysteresis. Looking at the examples shown in Tables 3 and 4, the ratios of magnetic moments are all 3 or more and 20 or less. The reproduction sensitivity η is 10% or more and 50% or less. Furthermore, the hysteresis is 3% or less.

【0362】このように磁気モーメントの比率を3以上
で20以下にすることにより、再生感度ηを10%以上
で50%以下にでき、且つヒステリシスを3%以下にす
ることができ良好な再生特性を得られることがわかっ
た。
Thus, by setting the ratio of the magnetic moment to 3 or more and 20 or less, the reproducing sensitivity η can be 10% or more and 50% or less, and the hysteresis can be 3% or less, and good reproducing characteristics can be obtained. I found that I can get

【0363】次に、フリー磁性層26及び強磁性層24
の好ましい材質や層構造を表1及び表2から検討する。
Next, the free magnetic layer 26 and the ferromagnetic layer 24.
The preferable materials and layer structure of are examined from Table 1 and Table 2.

【0364】例えば表1に示す比較例1ないし6はすべ
て磁気モーメントの比率が、3以上で20以下の範囲内
である。この磁気モーメントの比率が本発明の好ましい
範囲内にあるにも関わらず、再生感度ηが10%以下で
且つヒステリシスが3%よりも高いのは、フリー磁性層
26の第1磁性層26aをCoFeで形成しているから
であると考えられる。
For example, Comparative Examples 1 to 6 shown in Table 1 all have a magnetic moment ratio of 3 or more and 20 or less. Although the ratio of the magnetic moment is within the preferable range of the present invention, the reproduction sensitivity η is 10% or less and the hysteresis is higher than 3% because the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26 is made of CoFe. It is thought that it is because it is formed in.

【0365】フリー磁性層26の第1磁性層26aは、
前記強磁性層24の第2強磁性層24bとの間で層間結
合を生じる。この層間結合は強すぎてはいけない。なぜ
なら強すぎるとフリー磁性層26が外部磁界に対し磁化
反転しにくくなり、すなわち再生感度ηの低下を余儀な
くされるからである。
The first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26 is
Interlayer coupling occurs between the ferromagnetic layer 24 and the second ferromagnetic layer 24b. This interlayer bond must not be too strong. This is because if it is too strong, it becomes difficult for the free magnetic layer 26 to undergo magnetization reversal with respect to the external magnetic field, that is, the reproduction sensitivity η is unavoidably lowered.

【0366】ところが表1のようにフリー磁性層26の
第1磁性層26aにCoFeを用いると、強磁性層24
の第2強磁性層24bとの層間結合が強まると考えられ
る。このため磁気モーメントの比率は好ましい範囲内で
あるにも関わらず、再生感度ηが低下し、さらにヒステ
リシスも大きくなってしまったものと考えられる。
However, as shown in Table 1, when CoFe is used for the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26, the ferromagnetic layer 24
It is considered that the interlayer coupling with the second ferromagnetic layer 24b is strengthened. Therefore, it is considered that although the ratio of the magnetic moment is within the preferable range, the reproduction sensitivity η is decreased and the hysteresis is increased.

【0367】このことから、まずフリー磁性層26を構
成する第1磁性層26aにはCo系の強磁性材料を使用
しない方が好ましいことがわかる。表1ないし表4に示
す実施例を見ると、全てフリー磁性層26の第1磁性層
26aに使用されている材質はNiFe系の合金であ
る。このため本発明では前記フリー磁性層26の第1磁
性層26aにNiFe合金あるいはNiFeX合金(X
はAl,Si,Ti,V,Cr,Mn,Cu,Zr,N
b,Mo,Ru,Rh,Hf,Ta,W,Ir,Ptか
ら選ばれる1種或いは2種以上の元素)を使用すること
が好ましいとした。
From this, it is understood that it is preferable not to use a Co type ferromagnetic material for the first magnetic layer 26a forming the free magnetic layer 26. Looking at the examples shown in Tables 1 to 4, all the materials used for the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26 are NiFe-based alloys. Therefore, in the present invention, the first magnetic layer 26a of the free magnetic layer 26 has a NiFe alloy or a NiFeX alloy (X
Is Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, N
b, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Ir, and Pt are preferably used.

【0368】次にフリー磁性層26の層数についてであ
るが、例えば表1の実施例6や実施例7のように前記フ
リー磁性層26を1層で形成してもよいし、あるいは実
施例1ないし4のように前記フリー磁性層26を2層で
形成してもよいし、さらには実施例5のように前記フリ
ー磁性層26を3層構造で形成してもよい。
Next, regarding the number of layers of the free magnetic layer 26, the free magnetic layer 26 may be formed of one layer as in Examples 6 and 7 of Table 1, or, The free magnetic layer 26 may be formed of two layers as in Nos. 1 to 4, or the free magnetic layer 26 may be formed of three layers as in the fifth embodiment.

【0369】ただし、フリー磁性層26は1層よりも2
層以上で形成された方が好ましい。前記フリー磁性層2
6が実施例6や実施例7のようにNiFe系の単層で形
成されると、図1に示す非磁性材料層27へNiなどが
拡散しやすくなり、磁気抵抗変化率の低下を招きやすい
からである。このため、好ましいフリー磁性層26の層
構造としては、図1に示す非磁性層25と接する側にN
iFeあるいはNiFeXからなる磁性領域が存在し、
前記非磁性材料層27に接する側にCo(コバルト)を
含む強磁性材料からなる磁性領域が存在することであ
る。
However, the free magnetic layer 26 has two layers rather than one layer.
It is preferable to be formed by more than one layer. The free magnetic layer 2
When No. 6 is formed of a NiFe-based single layer as in Examples 6 and 7, Ni or the like is likely to diffuse into the nonmagnetic material layer 27 shown in FIG. 1 and the rate of change in magnetoresistance is likely to decrease. Because. Therefore, the preferable layer structure of the free magnetic layer 26 is N on the side in contact with the non-magnetic layer 25 shown in FIG.
There is a magnetic region composed of iFe or NiFeX,
That is, there is a magnetic region made of a ferromagnetic material containing Co (cobalt) on the side in contact with the non-magnetic material layer 27.

【0370】次に強磁性層24の材質についてである
が、フリー磁性層26との層間結合をあまり強くしない
ようにするためには、前記強磁性層24の第2強磁性層
24bをNiFe系の合金で形成することが好ましい。
表1ないし表4に示す殆どの実施例がそのような構造に
なっている。ただし実施例11や実施例12のように強
磁性層24全体をCoFe系の強磁性材料で形成して
も、磁気モーメントの比率は3以上で20以下にあり、
また再生感度η及びヒステリシスも好ましい範囲内にあ
る。
Next, regarding the material of the ferromagnetic layer 24, in order to prevent the interlayer coupling with the free magnetic layer 26 from becoming too strong, the second ferromagnetic layer 24b of the ferromagnetic layer 24 is made of NiFe system. It is preferable to form the alloy.
Most of the examples shown in Tables 1 to 4 have such a structure. However, even if the entire ferromagnetic layer 24 is made of a CoFe-based ferromagnetic material as in Examples 11 and 12, the magnetic moment ratio is 3 or more and 20 or less,
The reproduction sensitivity η and the hysteresis are also within the preferable range.

【0371】強磁性層24は、特に図1に示す第2反強
磁性層23との間で大きな交換結合磁界を発生させて、
磁化が強固に一定方向に固定されていなければならな
い。そのため強磁性層24に対し好ましい材質の選択と
しては、第2反強磁性層23と接する側にCoを含む強
磁性材料からなる磁性領域が存在するようにすることで
ある。
The ferromagnetic layer 24 generates a large exchange coupling magnetic field particularly with the second antiferromagnetic layer 23 shown in FIG.
The magnetization must be firmly fixed in one direction. Therefore, a preferable material selection for the ferromagnetic layer 24 is to have a magnetic region made of a ferromagnetic material containing Co on the side in contact with the second antiferromagnetic layer 23.

【0372】また前記強磁性層の層数としては、表2に
示す実施例11ないし13のように1層構造でもよい
し、2層構造であってもよい。あるいは3層構造以上で
あってもよい。
The number of ferromagnetic layers may be a one-layer structure as in Examples 11 to 13 shown in Table 2 or a two-layer structure. Alternatively, it may have a three-layer structure or more.

【0373】ただし前記強磁性層24は少なくとも2層
構造であることが好ましいと考えられる。その理由は、
第2反強磁性層23との間で大きな交換結合磁界を発生
させるために、第2反強磁性層23と接する側にCoを
含む強磁性材料からなる磁性領域を形成し、一方、フリ
ー磁性層26との層間結合を適度に弱めるために非磁性
層25と接する側にNiFeあるいはNiFeXからな
る磁性領域を形成した方がより再生特性に優れた磁気検
出素子を製造できるからである。
However, it is considered that the ferromagnetic layer 24 preferably has at least a two-layer structure. The reason is,
In order to generate a large exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 23, a magnetic region made of a ferromagnetic material containing Co is formed on the side in contact with the second antiferromagnetic layer 23, while free magnetic properties are formed. This is because, in order to appropriately weaken the interlayer coupling with the layer 26, forming a magnetic region made of NiFe or NiFeX on the side in contact with the non-magnetic layer 25 makes it possible to manufacture a magnetic detection element having more excellent reproducing characteristics.

【0374】[0374]

【発明の効果】以上詳細に説明した本発明によれば、前
記第2反強磁性層との交換結合磁界により前記強磁性層
の磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向
へ向けられており、前記フリー磁性層が前記非磁性層を
介して前記強磁性層に積層されているため、前記フリー
磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御は、前記反強磁性
層と前記強磁性層間の交換結合磁界の大きさと、前記強
磁性層と前記フリー磁性層間の磁気的結合の大きさの2
段階で調節されることになり、細かな制御を容易に行う
ことができる。
According to the present invention described in detail above, the magnetization direction of the ferromagnetic layer is directed to the direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer by the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer. Since the free magnetic layer is laminated on the ferromagnetic layer via the non-magnetic layer, it is possible to control the free magnetic layer into a single magnetic domain and control the magnetization direction. The magnitude of the exchange coupling magnetic field between the magnetic layers and the magnitude of the magnetic coupling between the ferromagnetic layer and the free magnetic layer are 2
Since it is adjusted in stages, fine control can be easily performed.

【0375】従って、本発明では、前記フリー磁性層の
単磁区化及び磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうこ
とができるので、磁気検出素子のさらなる狭トラック化
を促進することができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to appropriately and easily control the free magnetic layer to have a single magnetic domain and control the magnetization direction, so that it is possible to further narrow the track of the magnetic detection element.

【0376】また本発明では、前記フリー磁性層のトラ
ック幅領域上に、前記非磁性層を介して前記強磁性層及
び前記第2反強磁性層が積層される構造でも、前記フリ
ー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交
する方向に確実に向けて、なおかつ前記フリー磁性層の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。
Further, in the present invention, even in the structure in which the ferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are laminated on the track width region of the free magnetic layer with the nonmagnetic layer interposed therebetween, It is possible to reliably orient the magnetization direction in the direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer and to change the magnetization direction of the free magnetic layer by the leakage magnetic field.

【0377】また、本発明では、前記フリー磁性層は、
前記強磁性層との前記非磁性層を介した層間結合磁界に
よって単磁区化され、磁化方向が前記固定磁性層の磁化
方向と交叉する方向へ向けられることができる。
In the present invention, the free magnetic layer is
An interlayer coupling magnetic field with the ferromagnetic layer via the non-magnetic layer makes a single magnetic domain, and the magnetization direction can be oriented in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer.

【0378】例えば、前記フリー磁性層と前記強磁性層
との間には、前記非磁性層を介したRKKY相互作用が
発生する。その結果、前記フリー磁性層が単磁区化し、
その磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方
向へ向けられる。
For example, RKKY interaction occurs between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer via the nonmagnetic layer. As a result, the free magnetic layer becomes a single magnetic domain,
The magnetization direction is oriented in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer.

【0379】このように、本発明では、前記強磁性層と
の前記非磁性層を介した層間結合磁界によって、前記フ
リー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御が行われるの
で、記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界によって、
前記フリー磁性層にかかる縦バイアス磁界が乱れ、前記
フリー磁性層の磁区構造が乱されることを抑制できる。
As described above, in the present invention, the free magnetic layer is controlled to have a single magnetic domain and the magnetization direction is controlled by the interlayer coupling magnetic field with the ferromagnetic layer via the nonmagnetic layer. External magnetic fields such as
It is possible to prevent the longitudinal bias magnetic field applied to the free magnetic layer from being disturbed and disturbing the magnetic domain structure of the free magnetic layer.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 1 is a sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention,

【図2】本発明の第2の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 2 is a sectional view of a magnetic detection element according to a second embodiment of the present invention,

【図3】本発明の第3の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 3 is a sectional view of a magnetic detection element according to a third embodiment of the present invention,

【図4】本発明の第4の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 4 is a sectional view of a magnetic detection element according to a fourth embodiment of the present invention,

【図5】本発明の第5の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 5 is a sectional view of a magnetic detection element according to a fifth embodiment of the present invention,

【図6】本発明の第6の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 6 is a sectional view of a magnetic detection element according to a sixth embodiment of the present invention,

【図7】本発明の第7の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 7 is a sectional view of a magnetic detection element according to a seventh embodiment of the present invention,

【図8】本発明の第8の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 8 is a sectional view of a magnetic detection element according to an eighth embodiment of the present invention,

【図9】本発明の第9の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、
FIG. 9 is a sectional view of a magnetic detection element according to a ninth embodiment of the present invention,

【図10】本発明の磁気検出素子のフリー磁性層の平面
図、
FIG. 10 is a plan view of a free magnetic layer of the magnetic sensing element of the present invention,

【図11】本発明の第10の実施の形態の磁気検出素子
の断面図、
FIG. 11 is a sectional view of a magnetic detection element according to a tenth embodiment of the present invention,

【図12】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、
FIG. 12 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図13】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、
FIG. 13 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図14】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、
FIG. 14 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図15】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、
FIG. 15 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図16】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、
FIG. 16 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図17】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、
FIG. 17 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図18】従来の磁気検出素子の断面図、FIG. 18 is a sectional view of a conventional magnetic detection element,

【図19】従来の磁気検出素子の製造方法を示す一工程
図、
FIG. 19 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a magnetic sensing element,

【図20】従来の磁気検出素子の断面図、FIG. 20 is a sectional view of a conventional magnetic detection element,

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 下部シールド層 21 下地層 22 シード層 23 第2反強磁性層 24 強磁性層 25 非磁性層 26、60 フリー磁性層 27 非磁性材料層 28 固定磁性層 29 第1反強磁性層 30 保護層 31 上部シールド層 32 絶縁層 20 Lower shield layer 21 Underlayer 22 Seed layer 23 Second antiferromagnetic layer 24 Ferromagnetic layer 25 non-magnetic layer 26, 60 Free magnetic layer 27 Non-magnetic material layer 28 Fixed magnetic layer 29 First antiferromagnetic layer 30 protective layer 31 Upper shield layer 32 insulating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 43/10 H01L 43/10 43/12 43/12 Fターム(参考) 5D034 BA03 DA07 5E049 AA04 AA09 AC05 BA16 CB02 DB12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 43/10 H01L 43/10 43/12 43/12 F term (reference) 5D034 BA03 DA07 5E049 AA04 AA09 AC05 BA16 CB02 DB12

Claims (36)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1反強磁性層と、この第1反強磁性層
によって磁化方向が固定された固定磁性層、非磁性材料
層、及び外部磁界により磁化方向が変化するフリー磁性
層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、 前記固定磁性層及び前記フリー磁性層は強磁性材料から
なる強磁性材料層を有し、 前記フリー磁性層の少なくともトラック幅領域の上層ま
たは下層に、非磁性層を介して強磁性層及び第2反強磁
性層が積層されており、前記第2反強磁性層との交換結
合磁界により前記強磁性層の磁化方向が前記固定磁性層
の磁化方向と交叉する方向へ向けられていることを特徴
とする磁気検出素子。
1. A first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed by the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field. In the magnetic sensing element having a multilayer film, the pinned magnetic layer and the free magnetic layer have a ferromagnetic material layer made of a ferromagnetic material, and the nonmagnetic layer is at least above or below the track width region of the free magnetic layer. The ferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are laminated via the magnetic layer, and the magnetization direction of the ferromagnetic layer intersects the magnetization direction of the pinned magnetic layer due to the exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer. A magnetic detection element characterized by being oriented in a direction.
【請求項2】 前記フリー磁性層は、前記強磁性層との
前記非磁性層を介した層間結合磁界によって単磁区化さ
れ、磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方
向へ向けられている請求項1記載の磁気検出素子。
2. The free magnetic layer is made into a single magnetic domain by an interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer and the non-magnetic layer and the magnetization direction is oriented in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer. The magnetic detection element according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記非磁性層が、Ru、Rh、Ir、C
r、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合金で形
成されている請求項1または2に記載の磁気検出素子。
3. The nonmagnetic layer comprises Ru, Rh, Ir, C
The magnetic detection element according to claim 1, which is formed of an alloy of one or more of r, Re and Cu.
【請求項4】 前記非磁性層がRuによって形成され、
膜厚が8Å〜11Å又は15Å〜21Åである請求項3
に記載の磁気検出素子。
4. The nonmagnetic layer is formed of Ru,
The film thickness is 8Å to 11Å or 15Å to 21Å.
The magnetic detection element according to 1.
【請求項5】 前記非磁性層を介した前記フリー磁性層
と前記強磁性層間の層間結合磁界の大きさが、前記第2
反強磁性層と前記強磁性層間の交換結合磁界の大きさよ
り小さい請求項2ないし4のいずれかに記載の磁気検出
素子。
5. The magnitude of an interlayer coupling magnetic field between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer via the non-magnetic layer is the second magnetic field.
5. The magnetic detection element according to claim 2, which has a magnitude smaller than that of an exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer.
【請求項6】 前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モ
ーメントの大きさ(Ms×t)が、前記フリー磁性層の
単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ(Ms×t)
よりも小さい請求項1ないし5のいずれかに記載の磁気
検出素子。
6. The magnitude of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer (Ms × t) is the magnitude of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer (Ms × t).
The magnetic detection element according to claim 1, which is smaller than the above.
【請求項7】 前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モ
ーメントの大きさ(Ms×t)に対する前記フリー磁性
層の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ(Ms×
t)の比率が、3以上で20以下の範囲である請求項6
に記載の磁気検出素子。
7. The magnitude of the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer (Ms × t) relative to the magnitude of the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layer (Ms × t).
The ratio of t) is in the range of 3 or more and 20 or less.
The magnetic detection element according to 1.
【請求項8】 前記強磁性層は、前記非磁性層に接する
側がNiFe(パーマロイ)層あるいはNiFeX(X
はAl,Si,Ti,V,Cr,Mn,Cu,Zr,N
b,Mo,Ru,Rh,Hf,Ta,W,Ir,Ptか
ら選ばれる1種或いは2種以上の元素)であり、前記第
2反強磁性層に接する側がCo(コバルト)を含む強磁
性材料からなる層である積層構造を有する請求項1ない
し7のいずれかに記載の磁気検出素子。
8. The ferromagnetic layer has a NiFe (permalloy) layer or a NiFeX (X) layer on the side in contact with the non-magnetic layer.
Is Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, N
b, Mo, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Ir, or Pt), and a ferromagnetic layer containing Co (cobalt) on the side in contact with the second antiferromagnetic layer. The magnetic detection element according to claim 1, which has a laminated structure that is a layer made of a material.
【請求項9】 前記強磁性層がNiFe(パーマロイ)
からなる単層構造であり、膜厚が0nmより大きく3n
m以下である請求項1ないし7のいずれかに記載の磁気
検出素子。
9. The ferromagnetic layer is NiFe (permalloy).
Is a single layer structure with a thickness of more than 0 nm and 3n
The magnetic detection element according to any one of claims 1 to 7, which has a thickness of m or less.
【請求項10】 前記強磁性層は、CoFeCrあるい
はCoFeからなる単層構造である請求項1ないし7の
いずれかに記載の磁気検出素子。
10. The magnetic detecting element according to claim 1, wherein the ferromagnetic layer has a single-layer structure made of CoFeCr or CoFe.
【請求項11】 前記フリー磁性層には、少なくとも前
記非磁性層に接する側に、NiFe(パーマロイ)層あ
るいはNiFeX(XはAl,Si,Ti,V,Cr,
Mn,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Hf,T
a,W,Ir,Ptから選ばれる1種或いは2種以上の
元素)からなる磁性領域が存在する請求項1ないし10
のいずれかに記載の磁気検出素子。
11. The NiFe (permalloy) layer or NiFeX (X is Al, Si, Ti, V, Cr, at least on the side in contact with the non-magnetic layer in the free magnetic layer.
Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Hf, T
11. A magnetic region comprising one or more elements selected from a, W, Ir and Pt) is present.
2. The magnetic detection element according to any one of 1.
【請求項12】 前記フリー磁性層には、前記非磁性材
料層に接する側にCo(コバルト)を含む強磁性材料か
らなる磁性領域が存在する請求項11記載の磁気検出素
子。
12. The magnetic sensing element according to claim 11, wherein the free magnetic layer has a magnetic region made of a ferromagnetic material containing Co (cobalt) on a side in contact with the non-magnetic material layer.
【請求項13】 前記Coを含む強磁性材料とは、Co
FeあるいはCoFeCrである請求項8または12に
記載の磁気検出素子。
13. The ferromagnetic material containing Co means Co
The magnetic detection element according to claim 8 or 12, which is Fe or CoFeCr.
【請求項14】 再生効率η(%)は、10%以上で5
0%以下である請求項1ないし13のいずれかに記載の
磁気検出素子。
14. The regeneration efficiency η (%) is 5 at 10% or more.
The magnetic detection element according to any one of claims 1 to 13, which is 0% or less.
【請求項15】 前記フリー磁性層のトラック幅領域の
磁化方向は、外部磁界が印加されると、外部磁界が印加
されていないときの磁化方向に対して12°以上傾く請
求項1ないし14のいずれかに記載の磁気検出素子。
15. The magnetization direction of the track width region of the free magnetic layer, when an external magnetic field is applied, is inclined by 12 ° or more with respect to the magnetization direction when the external magnetic field is not applied. The magnetic detection element according to any one of claims.
【請求項16】 前記多層膜は下から、前記第1反強磁
性層、前記固定磁性層、前記非磁性材料層、前記フリー
磁性層、前記非磁性層、前記強磁性層、前記第2反強磁
性層の順序で積層されている請求項1ないし15のいず
れかに記載の磁気検出素子。
16. The multilayer film, from the bottom, the first antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic material layer, the free magnetic layer, the nonmagnetic layer, the ferromagnetic layer, and the second antiferromagnetic layer. The magnetic detection element according to any one of claims 1 to 15, wherein ferromagnetic layers are stacked in this order.
【請求項17】 前記多層膜は下から、前記第2反強磁
性層、前記強磁性層、前記非磁性層、前記フリー磁性
層、前記非磁性材料層、前記固定磁性層及び前記第1反
強磁性層の順序で積層されている請求項1ないし15の
いずれかに記載の磁気検出素子。
17. The multilayer film, from the bottom, the second antiferromagnetic layer, the ferromagnetic layer, the nonmagnetic layer, the free magnetic layer, the nonmagnetic material layer, the pinned magnetic layer, and the first antiferromagnetic layer. The magnetic detection element according to any one of claims 1 to 15, wherein ferromagnetic layers are stacked in this order.
【請求項18】 前記フリー磁性層は、膜厚方向の一部
分のみがトラック幅寸法のトラック幅方向寸法を有し、
残りの部分はトラック幅寸法より大きいトラック幅方向
寸法を有する請求項17に記載の磁気検出素子。
18. The free magnetic layer has a dimension in the track width direction of a track width dimension only in a part in the film thickness direction,
The magnetic sensing element according to claim 17, wherein the remaining portion has a dimension in the track width direction larger than the track width dimension.
【請求項19】 前記フリー磁性層は、単位面積あたり
の磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層
が、非磁性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層
を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行
となるフェリ磁性状態である請求項1ないし18のいず
れかに記載の磁気検出素子。
19. The free magnetic layer is formed by stacking a plurality of ferromagnetic material layers having different magnetic moments per unit area via a non-magnetic intermediate layer and adjoining via the non-magnetic intermediate layer. 19. The magnetic detecting element according to claim 1, wherein the ferromagnetic material layer is in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel.
【請求項20】 前記非磁性中間層は、Ru、Rh、I
r、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合
金で形成されている請求項19に記載の磁気検出素子。
20. The nonmagnetic intermediate layer comprises Ru, Rh, I
The magnetic sensing element according to claim 19, which is formed of an alloy of one or more of r, Cr, Re, and Cu.
【請求項21】 前記複数の強磁性材料層の少なくとも
一層を、以下の組成を有する磁性材料で形成する請求項
19または20に記載の磁気検出素子。組成式がCoF
eNiで示され、Feの組成比は9原子%以上17原子
%以下で、Niの組成比は0.5原子%以上10原子%
以下で、残りの組成比はCoである磁性材料。
21. The magnetic sensing element according to claim 19, wherein at least one of the plurality of ferromagnetic material layers is formed of a magnetic material having the following composition. Composition formula is CoF
The composition ratio of Fe is 9 atom% or more and 17 atom% or less, and the composition ratio of Ni is 0.5 atom% or more and 10 atom% or more.
In the following, a magnetic material in which the remaining composition ratio is Co.
【請求項22】 前記非磁性材料層に最も近い位置に積
層された前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間に
CoFe合金あるいはCoからなる中間層を形成する請
求項19または20に記載の磁気検出素子。
22. The intermediate layer made of a CoFe alloy or Co is formed between the ferromagnetic material layer and the nonmagnetic material layer, which are stacked at the position closest to the nonmagnetic material layer. The magnetic detection element described.
【請求項23】 前記複数の強磁性材料層の少なくとも
一層を、以下の組成を有する磁性材料で形成する請求項
22記載の磁気検出素子。組成式がCoFeNiで示さ
れ、Feの組成比は7原子%以上15原子%以下で、N
iの組成比は5原子%以上15原子%以下で、残りの組
成比はCoである磁性材料。
23. The magnetic detecting element according to claim 22, wherein at least one of the plurality of ferromagnetic material layers is formed of a magnetic material having the following composition. The composition formula is represented by CoFeNi, the composition ratio of Fe is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, and N
A magnetic material in which the composition ratio of i is 5 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the remaining composition ratio is Co.
【請求項24】 前記複数の強磁性材料層の全ての層を
前記CoFeNiで形成する請求項21または23に記
載の磁気検出素子。
24. The magnetic sensing element according to claim 21, wherein all layers of the plurality of ferromagnetic material layers are formed of the CoFeNi.
【請求項25】 前記多層膜の上面に上部電極層が電気
的に接続され、前記多層膜の下面に下部電極層が電気的
に接続され、前記多層膜の膜面と垂直方向に電流が供給
される請求項1ないし24のいずれかに記載の磁気検出
素子。
25. An upper electrode layer is electrically connected to an upper surface of the multilayer film, a lower electrode layer is electrically connected to a lower surface of the multilayer film, and a current is supplied in a direction perpendicular to a film surface of the multilayer film. 25. The magnetic detection element according to any one of claims 1 to 24.
【請求項26】 前記多層膜が、半金属強磁性ホイスラ
ー合金層を有する請求項1ないし25のいずれかに記載
の磁気検出素子。
26. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the multilayer film has a semi-metallic ferromagnetic Heusler alloy layer.
【請求項27】 前記半金属強磁性ホイスラー合金層に
はNiFe層が接している請求項26に記載の磁気検出
素子。
27. The magnetic sensing element according to claim 26, wherein a NiFe layer is in contact with the semi-metallic ferromagnetic Heusler alloy layer.
【請求項28】 前記第1反強磁性層及び前記第2反強
磁性層が、同一の組成を有する反強磁性材料によって形
成されている請求項1ないし27のいずれかに記載の磁
気検出素子。
28. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are formed of antiferromagnetic materials having the same composition. .
【請求項29】 前記第1反強磁性層及び/又は前記第
2反強磁性層は、PtMn合金、または、X―Mn(た
だしXは、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Fe
のいずれか1種または2種以上の元素である)合金で、
あるいはPt―Mn―X′(ただしX′は、Pd,I
r,Rh,Ru,Au,Ag,Os,Cr,Ni,A
r,Ne,Xe,Krのいずれか1種または2種以上の
元素である)合金で形成される請求項1ないし28のい
ずれかに記載の磁気検出素子。
29. The first antiferromagnetic layer and / or the second antiferromagnetic layer is a PtMn alloy or X—Mn (where X is Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, Fe).
An alloy of any one or more of
Alternatively, Pt-Mn-X '(where X'is Pd, I
r, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, A
29. The magnetic sensing element according to claim 1, which is formed of an alloy of any one of r, Ne, Xe, and Kr or two or more elements.
【請求項30】 前記多層膜は、前記フリー磁性層の上
側あるいは下側に前記非磁性層を介して強磁性層及び前
記第2反強磁性層が積層され、少なくとも前記フリー磁
性層のトラック幅方向の両側端面に非磁性材料層を介し
て固定磁性層が形成され、前記固定磁性層上に前記1反
強磁性層が積層された構造であり、前記第1反強磁性層
上に電極層が形成される請求項1ないし15、19ない
し21、23、24、26ないし29のいずれかに記載
の磁気検出素子。
30. In the multilayer film, a ferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are stacked above or below the free magnetic layer with the nonmagnetic layer interposed therebetween, and at least the track width of the free magnetic layer. Has a structure in which a pinned magnetic layer is formed on both end faces in the direction with a nonmagnetic material layer interposed therebetween, and the one antiferromagnetic layer is laminated on the pinned magnetic layer, and an electrode layer is provided on the first antiferromagnetic layer. The magnetic detection element according to any one of claims 1 to 15, 19 to 21, 23, 24, 26 to 29, wherein
【請求項31】 以下の工程を有することを特徴とする
磁気検出素子の製造方法。 (a)基板上に、下から第2反強磁性層、強磁性層、非
磁性層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、中
間反強磁性層及び非磁性保護層の順に積層する工程と、
(b)第1の磁場中アニールを施して、前記第2反強磁
性層と前記強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記
強磁性層の磁化をトラック幅方向に固定する工程と、
(c)前記非磁性保護層を全部または一部削る工程と、
(d)前記非磁性保護層上または中間反強磁性層上に上
部反強磁性層を形成し、前記中間反強磁性層と前記上部
反強磁性層を有する第1反強磁性層を形成する工程と、
(e)第2の磁場中アニールを施し、前記第1反強磁性
層と前記固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記
固定磁性層の磁化を前記強磁性層の磁化方向と交叉する
方向に固定する工程。
31. A method of manufacturing a magnetic sensing element, comprising the following steps. (A) A second antiferromagnetic layer, a ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a fixed magnetic layer, an intermediate antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic protective layer are stacked in this order from the bottom on the substrate. And the process of
(B) performing annealing in a first magnetic field to generate an exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, and fixing the magnetization of the ferromagnetic layer in the track width direction;
(C) removing all or part of the non-magnetic protective layer,
(D) An upper antiferromagnetic layer is formed on the nonmagnetic protective layer or the intermediate antiferromagnetic layer, and a first antiferromagnetic layer having the intermediate antiferromagnetic layer and the upper antiferromagnetic layer is formed. Process,
(E) A direction in which the second magnetic field anneal is performed to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer, and the magnetization of the pinned magnetic layer intersects the magnetization direction of the ferromagnetic layer. Step of fixing to.
【請求項32】 前記非磁性保護層を、Ru、Re、P
d、Os、Ir、Pt、Au、Rh,Cu,Crのいず
れか1種または2種以上で形成する請求項31に記載の
磁気検出素子の製造方法。
32. The nonmagnetic protective layer is formed of Ru, Re, P.
The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 31, wherein the magnetic sensing element is formed of any one or more of d, Os, Ir, Pt, Au, Rh, Cu, Cr.
【請求項33】 前記(a)工程で、前記中間反強磁性
層を10Å以上50Å以下で形成する請求項31または
32に記載の磁気検出素子の製造方法。
33. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 31, wherein in the step (a), the intermediate antiferromagnetic layer is formed with a thickness of 10 Å or more and 50 Å or less.
【請求項34】 前記中間反強磁性層を30Å以上40
Å以下で形成する請求項33記載の磁気検出素子の製造
方法。
34. The intermediate antiferromagnetic layer is 30 Å or more and 40 or more.
34. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 33, wherein the method is formed by the following steps.
【請求項35】 前記(a)工程で、前記非磁性保護層
を3Å以上10Å以下で形成する請求項31ないし34
のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
35. The method according to claim 31, wherein in the step (a), the nonmagnetic protective layer is formed with a thickness of 3Å or more and 10Å or less.
A method for manufacturing a magnetic detection element according to any one of 1.
【請求項36】 前記(c)工程で、前記非磁性保護層
の膜厚が3Å以下となるまで、前記非磁性保護層を削り
込むか、あるいは前記非磁性保護層を全て除去する請求
項31ないし35のいずれかに記載の磁気検出素子の製
造方法。
36. In the step (c), the nonmagnetic protective layer is ground or the nonmagnetic protective layer is entirely removed until the thickness of the nonmagnetic protective layer becomes 3 Å or less. 36. A method for manufacturing a magnetic detection element according to any one of items 35 to 35.
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