JP2006196745A - Magnetic detector and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハードディスク装置などに搭載される再生用の磁気検出素子に係り、特にシャントロスを大きくせずに、前記フリー磁性層１と前記保護層５７との拡散を低減することができるため、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能な磁気検出素子、およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a magnetic sensor for reproduction mounted on a hard disk device or the like, and in particular, can reduce the diffusion between the free
図９は従来における磁気検出素子Ａ１０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. 9 is a partial sectional view of the structure of the conventional magnetic detection element A10 as viewed from the side facing the recording medium.
図９に示す符号１４はＴａなどの下地層であり、その上にＰｔＭｎなどの反強磁性層３０が形成されている。あるいは、前記磁気検出素子Ａ１０では、前記下地層１４と前記反強磁性層３０との間にはＮｉＦｅＣｒやＣｒなどからなるシードレイヤが形成されている。あるいは、前記下地層１４は形成されていない。
前記反強磁性層３０の上には、磁性材料製の固定磁性層３１が形成されている。あるいは、この固定磁性層３１は、第１と第２の磁性層が非磁性中間層を介して積層された積層フェリピンド構造として構成されている。前記固定磁性層３１の上にはＣｕなどで形成された非磁性材料層３２が形成され、さらに前記非磁性材料層３２の上には、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅなどの磁性材料で形成されたフリー磁性層３３が形成されている。
A pinned
図９に示すように、前記フリー磁性層３３の上にはＴａなどの金属層で形成された保護層３７が形成されている。
As shown in FIG. 9, a
前記下地層１４から保護層３７までの各層のトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）の両側には、ハードバイアス層３５が形成され、前記ハードバイアス層３５の上には電極層３８が形成されている。
A
この形態の磁気検出素子では、前記固定磁性層３１の磁化は、前記反強磁性層３０との間で発生する交換結合磁界によってハイト方向（図示Ｙ２方向）に固定されている。
In the magnetic sensing element of this embodiment, the magnetization of the pinned
一方、前記フリー磁性層３３は、ハードバイアス層３５から供給される縦バイアス磁界により、トラック幅方向の図示右方向（図示Ｘ方向）に、外部磁界に対し磁化回転できる程度に弱く単磁区化された状態にある。
On the other hand, the free
固定磁性層３１の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層３３の磁化の方向との関係で、前記電極層３８，３８間に流れる電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの外部信号が再生される。
Depending on the relationship between the fixed magnetization direction of the fixed
ここで、Ｔａなどの金属層で形成された前記保護層３７は、ＮｉＦｅなどで形成された前記フリー磁性層３３との間で拡散し易い。このように前記フリー磁性層３３に前記保護層３７が拡散すると、その拡散した部分の前記フリー磁性層３３が磁性材料としての機能を喪失した層（デッドレイヤ）が発生し、前記フリー磁性層３３が外部磁界に対して磁化回転し難くなってしまう。この結果、磁気検出素子Ａ１０の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が劣化してしまう。特に、出力の増大や高記録密度化に伴って、近年は前記フリー磁性層３３の膜厚が小さくなっている傾向があるが、前記フリー磁性層３３の膜厚が小さい場合には、フリー磁性層３３のうち前記デッドレイヤが占める割合が大きくなってしまい、磁気抵抗変化率の劣化が顕著になる。
Here, the
そのため、前記フリー磁性層３３と前記保護層３７とが拡散することを防止するため、前記保護層３７自体を拡散し難い材質によって形成することが考えられる。
Therefore, in order to prevent the free
互いに上下の層同士の拡散を防止するための技術が開示されている技術文献としては、以下に示す特許文献１がある。
前記特許文献１の図２６などに開示された磁気検出素子の拡散防止のための中間層として機能する非磁性膜７７は、反強磁性層として機能する酸化物反強磁性膜４５とフリー磁性層として機能する磁気抵抗効果膜４０との間の酸素拡散を防止し、前記磁気抵抗効果膜４０の抵抗変化率の劣化を防止するためのものであり、例えばＲｕやＰｔなどの各種金属を使用できることが開示されているが、前記保護層３７と前記フリー磁性層３３との間の拡散を防止するための機能を有するものではない。
The nonmagnetic film 77 functioning as an intermediate layer for preventing diffusion of the magnetic sensing element disclosed in FIG. 26 of
ここで、前記特許文献１に開示された前記非磁性膜７７を、図９に示す前記磁気検出素子Ａ１０の前記フリー磁性層３３と前記保護層３７との間に設け、前記フリー磁性層３３と前記保護層３７との拡散を防止することも考えられる。この際、前記磁気検出素子Ａ１０は、前記フリー磁性層３３がＣｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅなどの磁性材料で形成され、前記保護層３７がＴａなどの金属で形成されていることから、前記フリー磁性層３３と前記保護層３７との間に形成される中間層としては、前記特許文献１に開示された非磁性膜７７に使用される材料のうち、ＲｕおよびＰｔなどの材料で中間層を形成すれば、前記フリー磁性層３３と前記保護層３７との拡散を適切に防止できる。
Here, the nonmagnetic film 77 disclosed in
しかし、中間層としてＲｕやＰｔなどの材料を使用すると、前記ＲｕやＰｔは比抵抗が小さいため、前記電極層３８，３８間に電流が流れる際、中間層にもセンス電流が分流し、シャントロスが発生する。その結果、図９に示す前記磁気検出素子Ａ１０の抵抗変化率が劣化してしまうといった問題がある。
However, when a material such as Ru or Pt is used for the intermediate layer, since the specific resistance of Ru or Pt is small, when a current flows between the
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、シャントロスを大きくせずに、前記フリー磁性層１と前記保護層５７との拡散を低減することができるため、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができる磁気検出素子、およびその製造方法を提供するものである。
The present invention solves the above-described conventional problems, and can reduce the diffusion between the free
本発明は、反強磁性層と、前記反強磁性層に接して形成される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して対向するフリー磁性層と、前記フリー磁性層に対向して形成される保護層と、を有する磁気検出素子において、
前記保護層は金属酸化物からなり、
前記フリー磁性層と前記保護層との間には、中間層が形成されていることを特徴とするものである。
The present invention provides an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, a free magnetic layer facing the pinned magnetic layer via a nonmagnetic material layer, and the free magnetic layer. In a magnetic detection element having a protective layer formed oppositely,
The protective layer is made of a metal oxide,
An intermediate layer is formed between the free magnetic layer and the protective layer.
この場合、前記保護層は、Ｔａの酸化物からなるものとして構成することができる。
この場合、前記保護層の膜厚は１０Å〜６０Åであるものとして構成することができる。
In this case, the protective layer can be formed of Ta oxide.
In this case, the protective layer can be configured to have a thickness of 10 to 60 mm.
また、前記中間層は、ＰｔＭｎからなるものとして構成することができる。
この場合、前記中間層の膜厚は、２Å〜１０Åであるものとして構成することができる。
The intermediate layer can be composed of PtMn.
In this case, the film thickness of the intermediate layer can be 2 to 10 mm.
また前記中間層は、ＲｕまたはＰｔからなるものとして構成しても良い。
この場合、前記中間層の膜厚は、２Å〜１０Åであるものとして構成することができる。
The intermediate layer may be made of Ru or Pt.
In this case, the film thickness of the intermediate layer can be 2 to 10 mm.
また、前記フリー磁性層は、非磁性中間層を介して第１磁性材料層と第２磁性材料層とが積層された積層フェリ構造であるものとして構成することが好ましい。 The free magnetic layer is preferably configured as a laminated ferrimagnetic structure in which a first magnetic material layer and a second magnetic material layer are laminated via a nonmagnetic intermediate layer.
前記した磁気検出素子では、前記中間層が、前記フリー磁性層と前記保護層との拡散を防止する層であるものとして機能する。 In the magnetic detection element described above, the intermediate layer functions as a layer that prevents diffusion of the free magnetic layer and the protective layer.
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）反強磁性層と、前記反強磁性層に接して形成される固定磁性層と、非磁性材料層を介して対向するフリー磁性層と、中間層と、金属材料からなる保護層とを積層し、このとき前記中間層が前記フリー磁性層と保護層との間に位置するように形成する工程と、（ｂ）前記保護層を自然酸化して、前記保護層の全体を金属酸化物とする工程。
In addition, the method for manufacturing a magnetic detection element according to the present invention includes the following steps.
(A) an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, a free magnetic layer opposed via a nonmagnetic material layer, an intermediate layer, and a protective layer made of a metal material, A step of forming the intermediate layer so that the intermediate layer is located between the free magnetic layer and the protective layer, and (b) natural oxidation of the protective layer and metal oxidation of the entire protective layer. The process of making things.
この場合、前記（ａ）工程で、前記保護層をＴａで形成するものとして構成することができる。 In this case, the protective layer may be formed of Ta in the step (a).
この場合、前記（ａ）工程で、前記保護層を５Å〜１５Åの膜厚で形成することができる。 In this case, in the step (a), the protective layer can be formed with a thickness of 5 to 15 mm.
また、前記（ｂ）工程で、前記保護層をＴａ−Ｏへと自然酸化することが好ましい。
この場合、前記（ｂ）工程で、前記保護層をＴａ−Ｏへと自然酸化して、膜厚を１０Å〜６０Åとすることができる。
In the step (b), it is preferable that the protective layer is naturally oxidized to Ta-O.
In this case, in the step (b), the protective layer can be naturally oxidized to Ta-O, so that the film thickness can be 10 to 60 mm.
また、前記（ａ）工程で、前記中間層をＰｔＭｎで形成するものとして構成することができる。 In the step (a), the intermediate layer can be formed of PtMn.
この場合、前記（ａ）工程で、前記中間層の膜厚を、２Å〜１０Åで形成するものとして構成することができる。 In this case, in the step (a), the intermediate layer can be formed to have a thickness of 2 to 10 mm.
また、前記（ａ）工程で、前記中間層をＲｕまたはＰｔで形成するものとして構成しても良い。 In the step (a), the intermediate layer may be formed of Ru or Pt.
この場合、前記（ａ）工程で、前記中間層の膜厚を、２Å〜１０Åで形成するものとして構成することができる。 In this case, in the step (a), the intermediate layer can be formed to have a thickness of 2 to 10 mm.
また、前記（ａ）工程で、前記フリー磁性層を、非磁性中間層を介して第１磁性材料層と第２磁性材料層とが積層された積層フェリ構造で形成するものとして構成することが好ましい。 In the step (a), the free magnetic layer may be formed in a laminated ferrimagnetic structure in which a first magnetic material layer and a second magnetic material layer are laminated via a nonmagnetic intermediate layer. preferable.
本発明の磁気検出素子では、フリー磁性層の上に形成される保護層の拡散を抑制して磁気抵抗変化率の劣化を抑制するために、前記保護層を金属酸化物で形成し、さらに両者の拡散を効果的に抑制するために、前記フリー磁性層と前記保護層との間に、中間層を形成している。したがって、拡散防止効果を効果的に達成することが可能となるとともに、シャントロスの低減を図ることができるため、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができる。 In the magnetic sensing element of the present invention, in order to suppress the diffusion of the protective layer formed on the free magnetic layer and suppress the deterioration of the magnetoresistance change rate, the protective layer is formed of a metal oxide, and both In order to effectively suppress the diffusion of the intermediate layer, an intermediate layer is formed between the free magnetic layer and the protective layer. Accordingly, it is possible to effectively achieve the diffusion preventing effect and to reduce the chantroth, so that the magnetoresistance change rate (ΔR / R) can be improved.
図１は、本発明における第１実施形態の磁気検出素子を、記録媒体との対向面から見た部分断面図である。なお、図１ではトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。 FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium. In FIG. 1, only the central portion of the element extending in the track width direction (the X1-X2 direction in the drawing) is shown in a cutaway manner.
図１に示す磁気検出素子Ａ１は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子と呼ばれるものであり、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向はＹ方向である。 The magnetic detection element A1 shown in FIG. 1 is a so-called spin valve magnetoresistive effect element, and is provided at the trailing side end of a floating slider provided in a hard disk device, so that a recording magnetic field of a hard disk or the like is generated. It is to detect. The moving direction of a magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６である。なお、前記下地層６は形成されていなくても良い。
The lowermost layer in FIG. 1 is an
前記下地層６の上には、シードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ２２を形成することで、前記シードレイヤ２２上に形成される各層の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性の向上や磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上などをより適切に図ることができる。
A
前記シードレイヤ２２はＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。
前記シードレイヤ２２の上に形成された反強磁性層４は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
The
The
これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金を使用することができる。 X-Mn alloys using these platinum group elements have excellent properties as antiferromagnetic materials, such as excellent corrosion resistance, a high blocking temperature, and a large exchange coupling magnetic field (Hex). Among platinum group elements, it is particularly preferable to use Pt. For example, a PtMn alloy formed in a binary system can be used.
また本発明では、前記反強磁性層４は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
In the present invention, the
前記反強磁性層４の上に形成されている固定磁性層３は、前記反強磁性層４との界面４ａと接する第１の磁性層１３、および前記第１の磁性層１３上に非磁性中間層１２を介して形成された第２の磁性層１１とで構成された、積層フェリピンド構造として構成されている。
The pinned
前記固定磁性層３の上には非磁性材料層２が形成されている。前記非磁性材料層２は、例えばＣｕで形成されている。
A
さらに前記非磁性材料層２の上にはフリー磁性層１が形成される。前記磁気検出素子Ａ１では、前記フリー磁性層１は１層構造で形成されている。
Further, a free
前記フリー磁性層１の上には、中間層５０が形成され、この中間層５０の上には、Ｔａ−Ｏなどからなる保護層５７が形成されている。
An
図１に示す磁気検出素子Ａ１では、前記下地層６から保護層５７までの積層膜のトラック幅方向の両側にハードバイアス層５，５及び電極層８，８が形成されている。
In the magnetic detection element A1 shown in FIG. 1, hard bias layers 5 and 5 and
前記ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、電極層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。 The hard bias layers 5 and 5 are made of, for example, a Co—Pt (cobalt-platinum) alloy or a Co—Cr—Pt (cobalt-chromium-platinum) alloy, and the electrode layers 8 and 8 are made of α-Ta. , Au, Ru, Rh, Cr, Cu (copper), W (tungsten) and the like.
図１に示すように、前記磁気検出素子Ａ１では、前記フリー磁性層１の上に中間層５０が形成されている。そして、前記中間層５０の上に、金属酸化物で形成される保護層５７が形成されている。
As shown in FIG. 1, in the magnetic detection element A <b> 1, an
前記中間層５０は、例えばＰｔＭｎ、またはＲｕ、あるいはＰｔで形成されており、膜面に垂直方向における膜厚が、２Å〜１０Åで形成することができる。前記中間層５０が前記膜厚の範囲よりも大きく形成されても良いが、前記中間層５０がＰｔＭｎで形成されている場合、膜厚が５０Åよりも大きくなると、前記中間層５０を形成するＰｔＭｎに反強磁性が生じてしまうこととなり、前記フリー磁性層１との間で交換結合磁界を生じてしまうため、前記中間層５０がＰｔＭｎで形成されている場合には、前記膜厚が５０Åで形成されることが好ましい。前記中間層５０をＰｔＭｎで形成した場合、膜厚を２０Åよりも小さく形成すると、前記中間層５０に反強磁性が生じることを確実に防止できるため、さらに好ましい。
The
前記保護層５７は金属酸化物、例えばＴａ−Ｏで形成されており、その膜厚は１０Å〜６０Åで形成されている。
The
ここで、前記保護層５７が例えばＴａなどの純金属で形成されている場合、ＮｉＦｅなどの磁性材料で形成された前記フリー磁性層１に接触して形成されていると、前記保護層５７と前記フリー磁性層１とが拡散し易い。このように前記フリー磁性層１と前記保護層５７とが拡散すると、その拡散した部分において、前記フリー磁性層１の磁性を有する部分が消失し、磁性材料としての機能を喪失した層（デッドレイヤ）が発生してしまう。このようにデッドレイヤが発生すると、前記フリー磁性層１が外部磁界に対して磁化回転し難くなってしまい、この結果、磁気検出素子Ａ１の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が劣化してしまう。特に、出力の増大や高記録密度化に伴って、近年は前記フリー磁性層１の膜厚が薄くなっている傾向があるが、前記フリー磁性層１の膜厚が薄い場合には、フリー磁性層１のうち前記デッドレイヤが占める割合が大きくなってしまい、磁気抵抗変化率の劣化が顕著になる。
Here, when the
しかし本願発明では、前記フリー磁性層１の上方に形成される前記保護層５７をＴａ−Ｏなどの金属酸化物で形成し、さらにこの保護層５７と前記フリー磁性層１との間に、前記中間層５０が形成されているため、前記フリー磁性層１と前記保護層５７との拡散を効果的に抑制することができる。
However, in the present invention, the
ここで、前記保護層５７を、金属酸化物である例えばＴａ−Ｏで形成した場合、金属であるＴａで形成した場合と比較して、前記フリー磁性層１と前記保護層５７との拡散を抑制することは可能である。これは、前記保護層５７が酸化物であるＴａ−Ｏで形成されていると、拡散し易いＴａ原子が、Ｏ原子と化合しているため、Ｔａ原子が酸素原子から離れて前記フリー磁性層１まで移動し難くなるためである。
Here, when the
しかし、前記保護層５７をＴａ−Ｏなどの酸化物で形成した場合であっても、この保護層５７を前記フリー磁性層１の上に接した状態で形成すると、後記する実験結果に示すように、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を飛躍的に大きくすることができない。特に、近年の高記録密度化に伴って、前記フリー磁性層１の膜厚は小さくなっているが、前記保護層５７を前記フリー磁性層１の上に接した状態で形成した場合には、フリー磁性層１の膜厚が小さくなると、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下が著しく、磁気検出特性の向上を図ることはできない。
However, even when the
また前記フリー磁性層１と前記固定磁性層３の結合磁界Ｈｉｎ（Ａ／ｍ）を小さくすることができず、磁気検出特性の向上を図るには不十分である。
Further, the coupling magnetic field Hin (A / m) between the free
なお、前記結合磁界Ｈｉｎ（Ａ／ｍ）は小さいほど磁気特性の向上が図られ、一般的に数百（Ａ／ｍ）以下の値となるように設計することが磁気特性の向上を図る上で好ましい。 Note that the smaller the coupling magnetic field Hin (A / m), the better the magnetic characteristics. In general, designing the magnetic field Hin (A / m) to have a value of several hundreds (A / m) or less will improve the magnetic characteristics. Is preferable.
これは、前記保護層５７を金属酸化物で形成しただけでは、前記保護層５７と前記フリー磁性層１との拡散を効果的に抑制することができず、前記フリー磁性層１の上に直接前記保護層５７を接した状態で形成すると、両者の間で拡散が生じているためと考えられる。特に、保護層５７に含まれるＯ（酸素）原子が前記フリー磁性層１へ拡散している場合が多いものと考えられる。
This is because diffusion of the
したがって、本願発明の前記磁気検出素子Ａ４では、前記保護層５７と前記フリー磁性層１との間に、前記中間層５０を設けて磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増加と前記結合磁界Ｈｉｎ（Ａ／ｍ）の大きさの減少を図り、磁気検出特性の向上を図っているのである。
Therefore, in the magnetic detection element A4 of the present invention, the
図３は、前記フリー磁性層１をＣｏＦｅおよびＮｉＦｅで形成し、このフリー磁性層中のＮｉＦｅの膜厚（横軸）と、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を測定した結果を示したグラフである。
FIG. 3 shows the result of measuring the relationship between the NiFe film thickness (horizontal axis) and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) in which the free
図３において実線で示したグラフは前記フリー磁性層１の上に、ＰｔＭｎ（膜厚５Å）で形成された前記中間層５０を積層し、この上に保護層５７としてＴａ（膜厚５０Å）を積層した比較例を示す。
In the graph shown by a solid line in FIG. 3, the
また、図３において破線で示したグラフは、前記フリー磁性層１の上に、ＰｔＭｎ（膜厚５Å）で形成された前記中間層５０を積層し、この上に保護層５７としてＴａ−Ｏ（膜厚２０Å）を積層した実施例を示す。
In the graph shown by a broken line in FIG. 3, the
なお、図３では、比較例１および２、実施例１および実施例２について測定を行っているが、この２つの比較例１および２の膜構成は同じであり、また２つの実施例１および２の膜構成は同じである。 In FIG. 3, the measurement is performed for Comparative Examples 1 and 2, Example 1 and Example 2, but the film structures of the two Comparative Examples 1 and 2 are the same, and the two Examples 1 and 2 are the same. The film configuration of the two is the same.
図３の測定を行なった磁気検出素子Ａ１の膜構成は、シードレイヤ／ＰｔＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ（膜厚はグラフ横軸参照）／ＰｔＭｎ／Ｔａ（比較例の場合） ｏｒ Ｔａ−Ｏ（実施例の場合）である。 The film configuration of the magnetic detection element A1 in which the measurement of FIG. ) Or Ta-O (in the case of the example).
図３に示すように、前記保護層５７をＴａで形成した比較例の場合には、フリー磁性層１の膜厚のほぼ全部にわたって磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）が低く、しかも前記フリー磁性層１の膜厚が２５Å以下に小さくなると、急激に磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）が低くなる。
As shown in FIG. 3, in the case of the comparative example in which the
これに対し、前記保護層５７をＴａ−Ｏで形成した実施例の場合には、フリー磁性層１の膜厚のほぼ全部にわたって磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）が高く、しかも前記フリー磁性層１の膜厚が２５Å以下に小さくなっても、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）は低くならず、むしろ大きくなっている。
On the other hand, in the case of the embodiment in which the
図３に示す結果から、前記保護層５７が金属酸化物であるＴａ−Ｏで形成されていると、前記保護層５７が金属であるＴａで形成されている場合と比較して、磁気検出素子Ａ４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）を大きくすることができる。特に、今後の高記録密度化に伴って前記フリー磁性層１の膜厚が小さくなっても、抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）の低下を抑制することができるのである。
From the results shown in FIG. 3, when the
また、図４は、フリー磁性層１（フリー磁性層１をＣｏＦｅとＮｉＦｅとで構成）の上に、直接保護層５７としてＴａ−Ｏ（膜厚２０Å）を積層した比較例と、前記フリー磁性層１の上に前記中間層５０としてＰｔＭｎ（膜厚５Å）を積層し、この中間層５０であるＰｔＭｎの上に、前記保護層５７としてＴａ−Ｏ（膜厚２０Å）を積層した実施例について、それぞれの磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）および結合磁界Ｈｉｎ（Ａ／ｍ）の大きさを示した表である。なお、図１１では、実施例１および実施例２について測定を行っているが、この２つの実施例１および２の膜構成は同じである。
FIG. 4 shows a comparative example in which Ta—O (thickness: 20 mm) is directly laminated as a
図４に示すように、前記フリー磁性層１と前記保護層５７との間に、前記中間層５０が形成された実施例１および２では、前記フリー磁性層１と前記保護層５７との間に、前記中間層５０が形成されていない比較例よりも、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）が大きく、また前記フリー磁性層１と前記固定磁性層３の結合磁界Ｈｉｎ（Ａ／ｍ）が小さいことが分かる。
As shown in FIG. 4, in Examples 1 and 2 in which the
特に、前記結合磁界Ｈｉｎ（Ａ／ｍ）の大きさは、前記したように数百（Ａ／ｍ）以下の値であることが磁気特性の向上を図る上で好ましいが、前記比較例では、前記結合磁界Ｈｉｎ（Ａ／ｍ）の大きさが２４１９．９（Ａ／ｍ）と非常に大きな値となっていることから、磁気特性の向上を図ることが難しいが、実施例１では３５１．７（Ａ／ｍ）、実施例２では−２５５．４（Ａ／ｍ）であるため、磁気特性の向上を図り易いことができることが解る。 In particular, the magnitude of the coupling magnetic field Hin (A / m) is preferably several hundreds (A / m) or less as described above in order to improve the magnetic characteristics. Since the magnitude of the coupling magnetic field Hin (A / m) is a very large value of 2419.9 (A / m), it is difficult to improve the magnetic characteristics. 7 (A / m), which is −255.4 (A / m) in Example 2, it can be seen that the magnetic characteristics can be easily improved.
以上のように、本願発明の前記磁気検出素子Ａ１では、前記保護層５７が金属酸化物であるＴａ−Ｏで形成されているため、磁気検出素子Ａ４の磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）を大きくすることができ、前記フリー磁性層１の膜厚が高記録密度化に伴って小さくなっても、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）の低下を効果的に抑制することができる。
As described above, in the magnetic detection element A1 of the present invention, since the
また、前記フリー磁性層１と前記保護層５７との間に中間層５０が形成されているため、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを大きくすることができるとともに、前記結合磁界Ｈｉｎ（Ａ／ｍ）の大きさを小さくすることが可能となるのである。
Further, since the
また、前記保護層５７をＴａなどの金属材料で形成し、且つ前記中間層５０をＰｔやＲｕで形成した場合には、Ｔａで形成される前記保護層５７と前記フリー磁性層１との間に、ＰｔやＲｕが介在することから、前記保護層５７と前記フリー磁性層１との拡散を低減することは可能であるものと考えられる。
When the
しかし、前記したＰｔやＲｕは、前記保護層５７と前記フリー磁性層１との拡散を防止するためには効果的なのであるが、一方で、ＲｕやＰｔは非常に比抵抗が小さく、前記電極層８，８間に電流が流れる際、前記ＰｔやＲｕにもセンス電流が分流し易くなってしまい、シャントロスが発生する。その結果、前記磁気検出素子Ａ１の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が劣化してしまう。
However, although Pt and Ru described above are effective for preventing diffusion between the
これに対し本願発明では、前記保護層５７をＴａ−Ｏなどの金属酸化物で形成することによって、本来拡散防止効果はＰｔやＲｕよりも小さいが、比抵抗が大きいＰｔＭｎ用いても前記拡散を低減することができるため、シャントロスを大きくせずに、前記フリー磁性層１と前記保護層５７との拡散を低減することができるため、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができるのである。
On the other hand, in the present invention, the
ただし、本発明では、前記保護層５７をＴａ−Ｏなどの金属酸化物で形成し、前記中間層５０をＲｕやＰｔで形成しても、前記保護層５７と前記フリー磁性層１との拡散を防止することができるため、中間層５０が設けられていない場合と比較して、磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
However, in the present invention, even if the
図２は、本発明の第２実施形態の磁気検出素子Ａ２を、記録媒体との対向面から見た部分断面図である。なお、図２ではトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。 FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element A2 according to the second embodiment of the present invention as viewed from the surface facing the recording medium. In FIG. 2, only the central portion of the element extending in the track width direction (the X1-X2 direction in the drawing) is shown in a cutaway manner.
図２に示す前記磁気検出素子Ａ２は、図１に示す磁気検出素子Ａ１と同じ構成要素を有して構成されている。したがって、図２に示す磁気検出素子Ａ２の構成要素のうち、図１に示す磁気検出素子Ａ２と同じ構成要素には同じ符号を付している。 The magnetic detection element A2 shown in FIG. 2 has the same components as the magnetic detection element A1 shown in FIG. Therefore, among the components of the magnetic detection element A2 shown in FIG. 2, the same components as those of the magnetic detection element A2 shown in FIG.
図２に示す磁気検出素子Ａ２では、フリー磁性層１が、非磁性材料層２との界面２ａと接して形成される第２磁性材料層１ｂと、前記第２磁性材料層１ｂと非磁性中間層１ｃを介して対向する第１磁性材料層１ａとで構成される積層フェリフリー構造（ＳＦＦ）で形成されている。
In the magnetic detection element A2 shown in FIG. 2, the free
図２に示す前記磁気検出素子Ａ２では、前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１を構成する、例えば第１磁性材料層１ａがトラック幅方向の図示右方向（図示Ｘ方向）に磁化されると、第２磁性材料層１ｂは前記第１磁性材料層１ａとの間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって、前記第１磁性材料層１ａの磁化方向と反平行、すなわちトラック幅方向の図示左方向（図示Ｘ方向とは逆方向）に磁化される。
In the magnetic sensing element A2 shown in FIG. 2, the free
前記第１磁性材料層１ａおよび前記第２磁性材料層１ｂは、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅなどの磁性材料で形成され、前記非磁性中間層１ｃはＲｕなどの非磁性材料で形成される。
The first
図２に示す前記磁気検出素子Ａ２のように、フリー磁性層１が積層フェリ構造で形成されている場合、前記第１磁性材料層１ａと前記第２磁性材料層１ｂとの間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を適切に発生させるためには、前記第１磁性材料層１ａと前記第２磁性材料層１ｂとの膜厚を異ならせる必要があるため、前記第１磁性材料層１ａの膜厚を前記第２磁性材料層１ｂの膜厚よりも薄く形成する必要がある。
When the free
しかし、フリー磁性層１が積層フェリ構造で形成されている場合に、前記中間層５０が形成されていないと、薄い膜厚で形成された前記第１磁性材料層１ａが前記保護層５７と接触することとなる。この場合、前記保護層５７と前記第１磁性材料層１ａとが拡散してしまい、前記第１磁性材料層１ａに前記デッドレイヤが発生してしまうが、前記第１磁性材料層１ａの膜厚はＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を適切に発生させるために薄く形成されているため、第１磁性材料層１ａのうち前記デッドレイヤが占める割合が大きくなってしまい、磁気的に積層フェリフリー構造（ＳＦＦ）が形成されなくなる。
However, if the
しかし本願発明では、前記第１磁性材料層１ａと前記保護層５７との間に、前記中間層５０が形成されているため、前記第１磁性材料層１ａと前記保護層５７とは接触していない。したがって、前記保護層５７と前記第１磁性材料層１ａとの拡散を防止することが、磁気特性の向上を図ることができるのである。
However, in the present invention, since the
次に、図１に示す磁気検出素子Ａ１の製造方法について説明する。
図１２ないし図１５は図８に示す磁気検出素子Ａ４の製造方法を示す一工程図である。図５ないし図８に示す各工程図は、記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
Next, a method for manufacturing the magnetic detection element A1 shown in FIG. 1 will be described.
12 to 15 are process diagrams showing a method of manufacturing the magnetic detection element A4 shown in FIG. Each of the process diagrams shown in FIGS. 5 to 8 is a partial cross-sectional view as viewed from the surface facing the recording medium.
図５に示す工程では、図示しない基板上に下地層６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、第１の磁性層１３と非磁性中間層１２と第２の磁性層１１とからなる固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１、中間層５０、および保護層５７からなる積層体６０を連続成膜する。この際、前記保護層５７をＴａによって形成し、膜面と垂直方向における膜厚を５Å〜１５Åで形成する。
In the process shown in FIG. 5, the pinned magnetic material comprising the
成膜にはスパッタや蒸着法が使用される。スパッタ法には、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法などを使用できる。なお本発明で言う「連続成膜」とは、真空状態を破らずに、チャンバ内でターゲットを次々に代えて成膜していくことを意味する。以下同じである。 Sputtering or vapor deposition is used for film formation. As the sputtering method, a DC magnetron sputtering method, an RF sputtering method, an ion beam sputtering method, a long throw sputtering method, a collimation sputtering method, or the like can be used. In the present invention, “continuous film formation” means that the film is formed by successively changing the target in the chamber without breaking the vacuum state. The same applies hereinafter.
その後、前記積層体６０を大気中に暴露し、前記保護層５７を自然酸化させる。この際、前記保護層はＴａで形成され、しかも５Å〜１５Åの前記膜厚で形成されると、前記Ｔａは膜厚方向において全てが酸化され、Ｔａ−Ｏとなる。またこれに伴って、前記保護層５７の膜厚は１０Å〜６０Åとなる。ただし、前記保護層５７の酸化は自然酸化の他、プラズマ酸化、あるいはラジカル酸化など、他の方法を使用することができる。
Thereafter, the laminate 60 is exposed to the atmosphere, and the
ここで、前記保護層５７をＴａによって形成する際、膜面と垂直方向における膜厚が１５Åを超えてで形成されると、前記保護層５７の酸化の際、前記保護層５７の前記膜厚方向において全て酸化させることができなくなり、前記保護層５７のうち酸化されずに残ったＴａと、前記フリー磁性層１とが拡散してしまう。
Here, when the
また、前記保護層５７をＴａによって形成する際、膜面と垂直方向における膜厚が５Å未満で形成されると、前記保護層５７を酸化した後の膜厚が１０Å未満と薄くなるため、外気に含まれる酸素原子が前記フリー磁性層１にまで貫通して到達してしまい、前記フリー磁性層１が酸化されてしまう。
Further, when the
その後、第１の磁場中アニールを施す。トラック幅Ｔｗ（図示Ｘ方向）と直交する方向である第１の磁界（図示Ｙ方向）を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、反強磁性層４と固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３との間に交換結合磁界を発生させて、前記第１の磁性層１３の磁化を図示Ｙ方向に固定する。すると、第２の磁性層１１の磁化は、前記第１の磁性層１３との間で働くＲＫＫＹ相互作用による交換結合によって図示Ｙ方向とは逆方向に固定される。
Thereafter, annealing in the first magnetic field is performed. An
次に、前記保護層５７上にリフトオフ用のレジスト層７０を形成（図５参照）した後、前記レジスト層７０に覆われていない前記積層体６０を、図６に示す破線部分でイオンミリングなどの方法で削る。これにより前記レジスト層７０からはみ出した前記積層体６０の両側部分は削れて、前記積層体６０は記録媒体との対向面側から見ると略台形形状に画定される。この状態を示したのが図６である。
Next, after forming a resist
次に図７に示す工程では、前記レジスト層７０をそのまま残して、前記積層体６０の両側方部にハードバイアス層５をスパッタや蒸着法で成膜する。これにより前記レジスト層７０上にもハードバイアス層５と同じ材料層１０５が付着する。
Next, in the step shown in FIG. 7, the
なお、前記ハードバイアス層５の下には、Ｃｒ−Ｘ（ただし、ＸはＴａ，Ｓｉ，Ｗ，Ｍｏから選択される１種または２種以上）合金で形成される単層、または多層の下地層が形成されていても良い。
Under the
次に図８に示す工程で、前記ハードバイアス層５の上に電極層８をスパッタ法や蒸着法で成膜する。これにより、前記材料層１０５上にも電極層８と同じ材料層１０８が付着する。
Next, in the step shown in FIG. 8, the
その後、前記材料層１０５および１０８が付着した前記レジスト層７０を除去し、前記ハードバイアス層５を図示Ｘ方向に着磁すると、図１に示す前記磁気検出素子Ａ１が製造される。
Thereafter, the resist
図２に示す前記磁気検出素子Ａ２を製造するには、図５に示す工程で、前記フリー磁性層１を、非磁性材料層２との界面２ａと接して形成される第２磁性材料層１ｂと非磁性中間層１ｃと第１磁性材料層１ａとを順次積層して積層フェリ構造（ＳＦＦ）として形成すれば良い。
To manufacture the magnetic detection element A2 shown in FIG. 2, the second magnetic material layer 1b formed by contacting the free
図５ないし図８に示す製造方法によれば、前記保護層５７をＴａで形成した後に酸化することで前記保護層５７をＴａ−Ｏなどの金属酸化物としているため、前記保護層５７を少ない工程数で簡単に形成することが可能となる。
According to the manufacturing method shown in FIGS. 5 to 8, since the
１ フリー磁性層
１ａ 第１磁性材料層
１ｂ 第２磁性材料層
１ｃ 非磁性中間層
２ 非磁性材料層
３ 固定磁性層
４ 反強磁性層
５ ハードバイアス層
８ 電極層
１１ 第２の磁性層
１２ 非磁性中間層
１３ 第１の磁性層
５０ 中間層
５７ 保護層
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記保護層は金属酸化物からなり、
前記フリー磁性層と前記保護層との間には、中間層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。 An antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, a free magnetic layer facing the pinned magnetic layer via a nonmagnetic material layer, and formed facing the free magnetic layer A magnetic sensing element having a protective layer,
The protective layer is made of a metal oxide,
A magnetic detecting element, wherein an intermediate layer is formed between the free magnetic layer and the protective layer.
（ａ）反強磁性層と、前記反強磁性層に接して形成される固定磁性層と、非磁性材料層を介して対向するフリー磁性層と、中間層と、金属材料からなる保護層とを積層し、このとき前記中間層が前記フリー磁性層と保護層との間に位置するように形成する工程と、
（ｂ）前記保護層を自然酸化して、前記保護層の全体を金属酸化物とする工程。 The manufacturing method of the magnetic detection element characterized by having the following processes.
(A) an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, a free magnetic layer opposed via a nonmagnetic material layer, an intermediate layer, and a protective layer made of a metal material, Forming the intermediate layer so that the intermediate layer is positioned between the free magnetic layer and the protective layer,
(B) A step of naturally oxidizing the protective layer to make the entire protective layer a metal oxide.
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