JP2007048388A - Magnetic head and manufacturing method of magnetic head, and magnetic recording and reproducing device - Google Patents

Magnetic head and manufacturing method of magnetic head, and magnetic recording and reproducing device Download PDF

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JP2007048388A JP2005232380A JP2005232380A JP2007048388A JP 2007048388 A JP2007048388 A JP 2007048388A JP 2005232380 A JP2005232380 A JP 2005232380A JP 2005232380 A JP2005232380 A JP 2005232380A JP 2007048388 A JP2007048388 A JP 2007048388A
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Kenichi Aoshima
賢一 青島
Nobuhiko Funabashi
信彦 船橋
Kenji Machida
賢司 町田
Yasuyoshi Miyamoto
泰敬 宮本
Atsushi Kuga
淳 久我
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic head, a manufacturing method of the magnetic head, and a magnetic recording and reproducing device with which reduction of an MR ratio can be suppressed and high sensitivity can be attained. <P>SOLUTION: The magnetic head 1 has layers including an anti-ferromagnetic member in layers laminated between electrodes and uses a GMR element A energizing the layers abutting on the electrodes vertically, the head is provided with a first electrode, a second electrode, and GMR films 13 (an anti-ferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a non-magnetic intermediate layer, a second ferromagnetic layer, a base layer), the head is formed so that the area of the abutting plane on which the second electrode to the first ferromagnetic layer are abutted respectively is equal to a first area, the area of the abutting plane on which the anti-ferromagnetic layers and the base layer are abutted and the area of the abutting plane on which the substrate and the first electrode are abutted are equal to a second area, a third area being the area of the abutting plane on which the first ferromagnetic layer and the anti-ferromagnetic layer are abutted is larger than the first area, and is smaller than the second area or is equal to the second area. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気ヘッドおよびこの磁気ヘッドを作製する方法である磁気ヘッド作製方法、当該磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置に関する。   The present invention relates to a magnetic head, a magnetic head manufacturing method as a method of manufacturing the magnetic head, and a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic head.

一般に、コンピュータのハードディスク装置に使用されている磁気ヘッドが知られており、近年のハードディスク装置の大容量化は、この磁気ヘッドに採用されている巨大磁気抵抗素子(GMR[Giant Magnet Resistance]素子)の開発によるところが大きい。   In general, a magnetic head used in a hard disk device of a computer is known, and the increase in capacity of a hard disk device in recent years is a giant magnetoresistive element (GMR [Giant Magnet Resistance] element) used in this magnetic head. This is largely due to the development of

ところで、従来の磁気ヘッドには、CPP(Current Perpendicular to Plane)スピンバルブセンサが用いられたものがある。このCPPスピンバルブの中で、Co90Fe10およびCo50Fe50を使用したものについては、例えば、非特許文献1に開示されている。 Incidentally, some conventional magnetic heads use a CPP (Current Perpendicular to Plane) spin valve sensor. Among these CPP spin valves, those using Co 90 Fe 10 and Co 50 Fe 50 are disclosed in Non-Patent Document 1, for example.

また、従来の磁気ヘッドには、CPPスピンバルブ、すなわち、CPP−GMR(Giant Magnet Resistance)センサが用いられたものがある。このCPP−GMRセンサを使用した磁気ヘッドにおける所要特性に関しては、例えば、非特許文献2に開示されている。さらに、このCPP−GMRセンサ(CPP−GMR素子)のGMR特性(巨大磁気抵抗効果に関する特性)について、本質的にMR(Magnetro Resistance)比(磁気抵抗比)が高いことが、例えば、非特許文献3に開示されている。   Also, some conventional magnetic heads use a CPP spin valve, that is, a CPP-GMR (Giant Magnet Resistance) sensor. For example, Non-Patent Document 2 discloses the required characteristics of a magnetic head using this CPP-GMR sensor. Further, regarding the GMR characteristics (characteristics relating to the giant magnetoresistance effect) of the CPP-GMR sensor (CPP-GMR element), the MR (Magneto Resistance) ratio (magnetoresistance ratio) is essentially high. 3 is disclosed.

CPP−GMR素子は、電極間に積層された複数の層を備えた膜を有するものである。このCPP−GMR素子では、複数の層の中で、磁気抵抗効果が高い層(磁気抵抗効果ユニット)が備えられている。さらに、従来の磁気ヘッドには、CIP(Current−In−Plane)−GMRセンサ(CIP−GMR素子)が用いられたものがある。   The CPP-GMR element has a film having a plurality of layers stacked between electrodes. This CPP-GMR element is provided with a layer (magnetoresistance effect unit) having a high magnetoresistance effect among a plurality of layers. Further, some conventional magnetic heads use a CIP (Current-In-Plane) -GMR sensor (CIP-GMR element).

これらCPP−GMR素子とCIP−GMR素子との違いについて簡単に述べると、CPP−GMR素子では、IrMn反強磁性体や電極材料等が直列に当接しており、この状態で電流が電極間を垂直に流れるのに対し、CIP−GMR素子では、これらの材料が直列に当接しておらず、この状態で電流が面内に広がるように並列に流れるという違いがある。   The difference between the CPP-GMR element and the CIP-GMR element will be briefly described. In the CPP-GMR element, an IrMn antiferromagnetic material, an electrode material, and the like are in contact in series, and in this state, a current flows between the electrodes. In contrast to the vertical flow, the CIP-GMR element does not contact these materials in series, and in this state, there is a difference that current flows in parallel so as to spread in the plane.

また、従来のCPP−GMR素子において、磁気抵抗効果ユニット(素子内の膜の中で、強磁性層と中間層と強磁性層との3層部分)のMR比は、CIP−GMR素子に比べて大きく、当該MR比の具体的な値は15%〜50%程度(ちなみにCIP−GMR素子では20%程度が限界)になる。
H.Yuasa他 “Output enhancement of spin−valve giant magneto resistance in current−perpendicular−to−plane geometry” Journal of applied physics 2002 volume92 p.2646,2002年9月 M.Takagi他 “The ciplicability of CPP−GMR Heads” IEEE Transactions on Magnetics,2002,Vol.38,p.2277 2002年9月 長坂恵一他 「スピンバルブ膜を用いたCPP素子のGMR特性」 日本応用磁気学会誌 2001 25,P807−810 2001年
Further, in the conventional CPP-GMR element, the MR ratio of the magnetoresistive effect unit (three layers of the ferromagnetic layer, the intermediate layer, and the ferromagnetic layer in the film in the element) is higher than that of the CIP-GMR element. The specific value of the MR ratio is about 15% to 50% (in the CIP-GMR element, about 20% is the limit).
H. Yuasa et al. “Output enhancement of spin-valve giant magneto-resistive in current-perpendicular-to-plane geometry”. Journal of applied physics 92. 2646, September 2002 M.M. Takagi et al., “The Clicability of CPP-GMR Heads” IEEE Transactions on Magnetics, 2002, Vol. 38, p. 2277 September 2002 Keiichi Nagasaka et al. “GMR characteristics of CPP elements using spin-valve films” Journal of Japan Society of Applied Magnetics 2001 25, P807-810 2001

しかしながら、CPP−GMR素子では、(1)磁気抵抗効果ユニットの抵抗(電気抵抗)が小さく、(2)IrMn等の反強磁性体がMR効果に直接寄与しておらず高抵抗であり、さらに、(3)これら磁気抵抗効果ユニットおよび反強磁性体と電極材料等とが直列につながっているので、当該CPP−GMR素子トータルのMR比は大きく低下してしまうという問題がある。つまり、CPP−GMR素子は(1)〜(3)の3個の複合的な要因によってMR比が低下してしまう。   However, in the CPP-GMR element, (1) the resistance (electric resistance) of the magnetoresistive effect unit is small, (2) antiferromagnets such as IrMn do not directly contribute to the MR effect, and the resistance is high. (3) Since the magnetoresistive effect unit and the antiferromagnetic material and the electrode material are connected in series, the total MR ratio of the CPP-GMR element is greatly reduced. In other words, the MR ratio of the CPP-GMR element is lowered due to three complex factors (1) to (3).

そして、この結果、CPP−GMR素子トータルのMR比が大きく低下してしまうと、当該CPP−GMR素子を使用して磁気ヘッドを製作したとしても、ハードディスク装置においては、高MR比にしないと、感度が良くならない(高感度にならない)という問題がある。   As a result, when the total MR ratio of the CPP-GMR element is greatly reduced, even if a magnetic head is manufactured using the CPP-GMR element, the hard disk device must have a high MR ratio. There is a problem that the sensitivity is not improved (not high sensitivity).

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、MR比の低下を抑制することができ、高感度となる磁気ヘッドおよび磁気ヘッド作製方法、並びに、磁気記録再生装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a magnetic head, a magnetic head manufacturing method, and a magnetic recording / reproducing apparatus that can solve the above-described problems, can suppress a decrease in MR ratio, and have high sensitivity. .

前記課題を解決するため、請求項1に記載の磁気ヘッドは、
電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドにおいて、前記センサは、第一電極および第二電極と、下地層と、反強磁性層と、第一強磁性層と、非磁性中間層と、第二強磁性層と、キャッピング層とを備え、前記第二電極と前記キャッピング層とが当接する当接面の面積と、前記キャッピング層と前記第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第二強磁性層と前記非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、前記非磁性中間層と前記第一強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、前記反強磁性層と前記下地層とが当接する当接面の面積と、前記下地層と前記第一電極とが当接する当接面の面積とが第二面積として等しくなるように形成され、前記第一強磁性層と前記反強磁性層とが当接する当接面の面積である第三面積が、前記第一面積よりも大きく、且つ、前記第二面積よりも小さくまたは前記第二面積と等しくなるように形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problem, a magnetic head according to claim 1 is provided.
In a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes and energized perpendicularly to a layer in contact with the electrode, the sensor includes a first electrode and a first electrode. Two electrodes, an underlayer, an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, a second ferromagnetic layer, and a capping layer, wherein the second electrode and the capping layer include The area of the abutting surface, the area of the abutting surface where the capping layer and the second ferromagnetic layer abut, and the abutting surface where the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer abut. The area and the area of the abutting surface where the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer abut are equal to each other as the first area, and the antiferromagnetic layer and the underlayer abut The area of the contact surface and the area of the contact surface where the underlayer and the first electrode contact each other are the second area. The third area, which is the area of the contact surface where the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer are in contact, is larger than the first area and the second area Smaller than or equal to the second area.

かかる構成によれば、磁気ヘッドは、センサにおける第一電極と第二電極間に積層されている膜において、第二電極とキャッピング層とが当接する当接面の面積と、キャッピング層と第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、第二強磁性層と非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、非磁性中間層と第一強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、反強磁性層と下地層とが当接する当接面の面積と、下地層と第一電極とが当接する当接面の面積とが第二面積として等しくなるように形成され、第一強磁性層と反強磁性層とが当接する当接面の面積である第三面積が、第一面積よりも大きく、且つ、第二面積よりも小さくまたは第二面積と等しくなるように形成されている。なお、第一強磁性層と非磁性中間層との当接面の面積と、非磁性中間層と第二強磁性層との当接面の面積とは等しくなくてもよい場合があり、第一電極に向かって末広がりになっていても構わない。つまり、この場合は、非磁性中間層と第二強磁性層との当接面の面積に比べて、第一強磁性層と非磁性中間層との当接面の面積が増大するように、積層されていることとなる。   According to such a configuration, the magnetic head includes, in the film laminated between the first electrode and the second electrode in the sensor, the area of the contact surface where the second electrode and the capping layer contact, the capping layer and the second electrode. The area of the abutting surface where the ferromagnetic layer abuts, the area of the abutting surface where the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer abut, and the contact between the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer The area of the contact surface is the same as the first area, the area of the contact surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer abut, and the area of the contact surface where the underlayer and the first electrode abut Are equal to each other as the second area, and the third area, which is the area of the abutting surface where the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer abut, is greater than the first area, and the second area It is formed to be smaller than the area or equal to the second area. The area of the contact surface between the first ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer may not be equal to the area of the contact surface between the nonmagnetic intermediate layer and the second ferromagnetic layer. It may be divergent toward one electrode. That is, in this case, compared to the area of the contact surface between the nonmagnetic intermediate layer and the second ferromagnetic layer, the area of the contact surface between the first ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer is increased. It will be laminated.

なお、反強磁性体材料にマンガン(Mn)を用いる態様が想定される。特に、当該マンガンの化合物であるPtMn、IrMnは、交換結合力が大きく、ブロッキング温度が高いため、当該磁気ヘッドに用いた場合、耐久性を格段に高くすることができる。つまり、本来、抵抗が大きくなってしまうマンガンの化合物を含む層を積層することは、高いMR比を得るには好ましくない(デメリットがある)が、耐久性を向上させるのには適している(メリットがある)。そこで、積層面の積層位置がほぼ等しくなるようにエッチングすることで、抵抗が大きくなることを抑制した結果(デメリットを無くした結果)、マンガンの化合物が、磁気ヘッドの耐久性を向上させるというメリットだけを得ることができる。   An embodiment in which manganese (Mn) is used as the antiferromagnetic material is assumed. In particular, PtMn and IrMn, which are compounds of manganese, have a large exchange coupling force and a high blocking temperature. Therefore, when used in the magnetic head, durability can be remarkably increased. That is, it is originally not preferable to obtain a high MR ratio (stacking a layer containing a manganese compound whose resistance is increased), but it is suitable for improving durability ( There is merit). Therefore, by etching so that the lamination positions on the lamination surface are almost equal, the result of suppressing the increase in resistance (the result of eliminating the disadvantages), the advantage that the compound of manganese improves the durability of the magnetic head Can only get.

請求項2に記載の磁気ヘッドは、電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドにおいて、前記センサは、第一電極および第二電極と、下地層と、反強磁性層と、第一強磁性層と、非磁性中間層と、第二強磁性層と、キャッピング層とを備え、前記第二電極と前記キャッピング層とが当接する当接面の面積と、前記キャッピング層と前記第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第二強磁性層と前記非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、前記非磁性中間層と前記第一強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、前記反強磁性層と前記下地層とが当接する当接面の面積と、前記下地層と前記第一電極とが当接する当接面の面積とが第二面積として等しくなるように形成され、前記第一強磁性層と前記反強磁性層とが当接する当接面の面積である第三面積が、前記第一面積と等しく、且つ、前記第一面積よりも前記第二面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする。   The magnetic head according to claim 2 is a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes, and being energized perpendicularly to the layer in contact with the electrode. The sensor includes a first electrode and a second electrode, an underlayer, an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, a second ferromagnetic layer, and a capping layer. The area of the abutting surface where the second electrode and the capping layer abut, the area of the abutting surface where the capping layer and the second ferromagnetic layer abut, the second ferromagnetic layer and the non-magnetic An area of the contact surface that contacts the intermediate layer and an area of the contact surface that contacts the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer are equal to each other as the first area, and The area of the contact surface where the magnetic layer and the underlayer abut, and the underlayer and the first electrode abut The third area, which is the area of the contact surface where the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer contact, is formed so that the area of the contact surface is equal to the second area. The second area is formed to be equal to the area and larger than the first area.

かかる構成によれば、磁気ヘッドは、センサにおける第一電極と第二電極間に積層されている膜において、第二電極とキャッピング層とが当接する当接面の面積と、キャッピング層と第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、第二強磁性層と非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、非磁性中間層と第一強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、反強磁性層と下地層とが当接する当接面の面積と、下地層と第一電極とが当接する当接面の面積とが第二面積として等しくなるように形成され、第一強磁性層と反強磁性層とが当接する当接面の面積である第三面積が、第一面積と等しく、且つ、第一面積よりも第二面積が大きくなるように形成されている。つまり、このように形成すると、第一強磁性層の形成面と、第一強磁性層と反強磁性層との当接面とがほぼ垂直に形成されることとなる。   According to such a configuration, the magnetic head includes, in the film laminated between the first electrode and the second electrode in the sensor, the area of the contact surface where the second electrode and the capping layer contact, the capping layer and the second electrode. The area of the abutting surface where the ferromagnetic layer abuts, the area of the abutting surface where the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer abut, and the contact between the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer The area of the contact surface is the same as the first area, the area of the contact surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer abut, and the area of the contact surface where the underlayer and the first electrode abut Are equal to each other as the second area, and the third area, which is the area of the abutting surface where the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer abut, is equal to the first area and the first area The second area is formed to be larger than the second area. That is, when formed in this way, the formation surface of the first ferromagnetic layer and the contact surface of the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer are formed substantially perpendicularly.

請求項3に記載の磁気ヘッドは、電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電させるセンサを用いた磁気ヘッドにおいて、前記センサは、第一電極および第二電極と、下地層と、反強磁性層と、第一強磁性層と、非磁性中間層と、第二強磁性層と、キャッピング層とを備え、前記第二電極と前記キャッピング層とが当接する当接面の面積と、前記キャッピング層と前記第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第二強磁性層と前記非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、前記非磁性中間層と前記第一強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第一強磁性層と前記反強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、前記下地層と前記第一電極とが当接する当接面の面積を第二面積とすると、前記反強磁性層と前記下地層とが当接する当接面の面積である第三面積が、前記第一面積よりも大きく、且つ、前記第二面積よりも小さくまたは前記第二面積と等しくなるように形成されていることを特徴とする。   The magnetic head according to claim 3 is a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between the electrodes and energizing the layer in contact with the electrode perpendicularly. The sensor includes a first electrode and a second electrode, an underlayer, an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, a second ferromagnetic layer, and a capping layer, The area of the abutting surface where the second electrode and the capping layer abut, the area of the abutting surface where the capping layer and the second ferromagnetic layer abut, the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate The area of the abutting surface where the layer abuts, the area of the abutting surface where the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer abut, the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer The area of the abutting contact surface is formed to be equal as the first area, the underlayer and the first electrode When the area of the contact surface that contacts is the second area, the third area that is the area of the contact surface that the antiferromagnetic layer and the underlayer contact is larger than the first area, and It is formed so as to be smaller than or equal to the second area.

かかる構成によれば、磁気ヘッドは、センサにおける第一電極と第二電極間に積層されている膜において、第二電極とキャッピング層とが当接する当接面の面積と、キャッピング層と第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、第二強磁性層と非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、非磁性中間層と第一強磁性層とが当接する当接面の面積と、第一強磁性層と反強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、下地層と第一電極とが当接する当接面の面積を第二面積とすると、反強磁性層と下地層とが当接する当接面の面積である第三面積が、第一面積よりも大きく、且つ、第二面積よりも小さくまたは第二面積と等しくなるように形成されている。   According to such a configuration, the magnetic head includes, in the film laminated between the first electrode and the second electrode in the sensor, the area of the contact surface where the second electrode and the capping layer contact, the capping layer and the second electrode. The area of the abutting surface where the ferromagnetic layer abuts, the area of the abutting surface where the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer abut, and the contact between the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer The contact surface area and the contact surface area where the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer are in contact with each other are formed to be equal to each other as the first area. When the area of the surface is the second area, the third area, which is the area of the abutting surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer abut, is larger than the first area and smaller than the second area or It is formed to be equal to two areas.

この磁気ヘッドでは、センサを形成している各層ごとの当接面の面積よりも下地層と反強磁性層との当接面の面積の方が大きくなるように形成されているので、面直に電流を流した際の抵抗が小さくなり、この結果高いMR比を得ることができる。これは、電流パスが高抵抗部分で広がるために、寄生抵抗が小さくなり、MR比が高くなったためであるが、この電流パスが広がりすぎてもMR比は低下する。これは層(膜面)に垂直に通電されるセンサ(特にCPP−GMR)特有の現象であるスピン蓄積の効果が減少するためであり、膜面に対して垂直な垂直な電流成分が少なくなりすぎてもMR比が低下してしまうことを意味している。この磁気ヘッドでは、当該寄生抵抗を減らすことおよびスピン蓄積の効果の双方を両立させることで、MR比を増加させている。   This magnetic head is formed so that the area of the contact surface between the underlayer and the antiferromagnetic layer is larger than the area of the contact surface of each layer forming the sensor. As a result, the resistance when a current is passed through becomes smaller, so that a high MR ratio can be obtained. This is because the current path spreads in the high resistance portion, so that the parasitic resistance is reduced and the MR ratio is increased. However, the MR ratio is lowered even if this current path is excessively widened. This is because the effect of spin accumulation, which is a phenomenon peculiar to a sensor (especially CPP-GMR) energized perpendicularly to the layer (film surface) is reduced, and the current component perpendicular to the film surface is reduced. It means that the MR ratio is lowered even if it is too much. In this magnetic head, the MR ratio is increased by reducing both the parasitic resistance and the effect of spin accumulation.

請求項4に記載の磁気ヘッドは、電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電させるセンサを用いた磁気ヘッドにおいて、前記センサは、第一電極および第二電極と、下地層と、反強磁性層と、第一強磁性層と、非磁性中間層と、第二強磁性層と、キャッピング層とを備え、前記第二電極と前記キャッピング層とが当接する当接面の面積と、前記キャッピング層と前記第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第二強磁性層と前記非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、前記非磁性中間層と前記第一強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第一強磁性層と前記反強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、前記下地層と前記第一電極とが当接する当接面の面積を第二面積とすると、前記反強磁性層と前記下地層とが当接する当接面の面積である第三面積が、前記第一面積と等しく、且つ、前記第一面積よりも前記第二面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする。   The magnetic head according to claim 4 is a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes, and energizing perpendicularly to the layer in contact with the electrode. The sensor includes a first electrode and a second electrode, an underlayer, an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, a second ferromagnetic layer, and a capping layer, The area of the abutting surface where the second electrode and the capping layer abut, the area of the abutting surface where the capping layer and the second ferromagnetic layer abut, the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate The area of the abutting surface where the layer abuts, the area of the abutting surface where the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer abut, the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer The area of the abutting contact surface is formed to be equal as the first area, the underlayer and the first electrode When the area of the abutting contact surface is the second area, the third area, which is the area of the abutting surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer abut, is equal to the first area, and the first area The second area is formed to be larger than one area.

かかる構成によれば、磁気ヘッドは、センサにおける第一電極と第二電極間に積層されている膜において、第二電極とキャッピング層とが当接する当接面の面積と、キャッピング層と第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、第二強磁性層と非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、非磁性中間層と第一強磁性層とが当接する当接面の面積と、第一強磁性層と反強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、下地層と第一電極とが当接する当接面の面積を第二面積とすると、反強磁性層と下地層とが当接する当接面の面積である第三面積が、第一面積と等しく、且つ、第一面積よりも第二面積が大きくなるように形成されている。   According to such a configuration, the magnetic head includes, in the film laminated between the first electrode and the second electrode in the sensor, the area of the contact surface where the second electrode and the capping layer contact, the capping layer and the second electrode. The area of the abutting surface where the ferromagnetic layer abuts, the area of the abutting surface where the second ferromagnetic layer and the nonmagnetic intermediate layer abut, and the contact between the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer The contact surface area and the contact surface area where the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer are in contact with each other are formed to be equal to each other as the first area. When the area of the surface is the second area, the third area, which is the area of the contact surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer contact, is equal to the first area, and the second area is more than the first area. It is formed to be large.

この磁気ヘッドでは、センサを形成している各層ごと(キャッピング層から反強磁性層までのそれぞれ)の当接面の面積が等しくなるように形成されているので、面直に電流を流した際の抵抗が小さくなり、この結果高いMR比を得ることができる。これは、電流パスが高抵抗部分で広がるために、寄生抵抗が小さくなり、MR比が高くなったためであるが、この電流パスが広がりすぎてもMR比は低下する。これは層(膜面)に垂直に通電されるセンサ(特にCPP−GMR)特有の現象であるスピン蓄積の効果が減少するためであり、膜面に対して垂直な垂直な電流成分が少なくなりすぎてもMR比が低下してしまうことを意味している。この磁気ヘッドでは、当該寄生抵抗を減らすことおよびスピン蓄積の効果の双方を両立させることで、MR比を増加させている。   In this magnetic head, the area of the contact surface of each layer (from the capping layer to the antiferromagnetic layer) forming the sensor is made equal to each other. As a result, a high MR ratio can be obtained. This is because the current path spreads in the high resistance portion, so that the parasitic resistance is reduced and the MR ratio is increased. However, the MR ratio is lowered even if this current path is excessively widened. This is because the effect of spin accumulation, which is a phenomenon peculiar to a sensor (especially CPP-GMR) energized perpendicularly to the layer (film surface) is reduced, and the current component perpendicular to the film surface is reduced. It means that the MR ratio is lowered even if it is too much. In this magnetic head, the MR ratio is increased by reducing both the parasitic resistance and the effect of spin accumulation.

請求項5に記載の磁気ヘッド作製方法は、電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドを作製する磁気ヘッド作製方法において、エッチングステップと、検出ステップと、終了ステップと、を含む手順とした。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a magnetic head manufacturing method comprising: a layer including an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes; and a magnetic head using a sensor that is energized to the layer in contact with the electrode. In the magnetic head manufacturing method to be manufactured, the procedure includes an etching step, a detection step, and an end step.

かかる手順によれば、磁気ヘッド作製方法は、エッチングステップにおいて、反強磁性体材料を含む層に積層される強磁性材料を含む強磁性層の被覆されていない領域を所定の深さまでエッチングする。そして、磁気ヘッド作製方法は、検出ステップにおいて、エッチングステップにて、強磁性材料が検出されているか否かを検出し、終了ステップにおいて、強磁性材料を検出しなくなった時点でエッチングすることを終了する。つまり、強磁性材料を検出しなくなった時点でエッチングを終了することで、エッチングの深さが最適化されている。なお、検出ステップにおける強磁性材料の検出は、エッチング中にSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)等を用いてモニタリングすることによって行われる。   According to such a procedure, in the etching step, the magnetic head manufacturing method etches the uncovered region of the ferromagnetic layer containing the ferromagnetic material stacked on the layer containing the antiferromagnetic material to a predetermined depth. In the magnetic head manufacturing method, the detection step detects whether or not the ferromagnetic material is detected in the etching step, and the etching is terminated when the ferromagnetic material is not detected in the end step. To do. That is, the etching depth is optimized by terminating the etching when no ferromagnetic material is detected. The detection of the ferromagnetic material in the detection step is performed by monitoring using SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) or the like during etching.

請求項6に記載の磁気ヘッド作製方法は、電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドを作製する磁気ヘッド作製方法において、エッチングステップと、検出ステップと、終了ステップとを含む手順とした。   The magnetic head manufacturing method according to claim 6, wherein a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes and energizing a layer in contact with the electrode is provided. In the magnetic head manufacturing method to be manufactured, the procedure includes an etching step, a detection step, and an end step.

かかる手順によれば、磁気ヘッド作製方法は、エッチングステップにおいて、反強磁性体材料を含む層の被覆されていない領域を所定の深さまでエッチングする。ここで、エッチングすることは、レジスト(被覆)を設けた領域以外の領域を、例えば、イオンビームによるスパッタリングすることで行われる。そして、磁気ヘッド作製方法は、検出ステップにおいて、エッチングステップにて、反強磁性体材料が検出されているか否かを検出し、終了ステップにおいて、反強磁性体材料がなくなった時点でエッチングを終了する。つまり、反強磁性体材料を検出しなくなった時点でエッチングを終了することで、エッチングの深さが最適化されている。なお、検出ステップにおける反強磁性体材料の検出は、エッチング中にSIMS等を用いてモニタリングすることによって行われる。   According to such a procedure, the magnetic head manufacturing method etches the uncovered region of the layer containing the antiferromagnetic material to a predetermined depth in the etching step. Here, the etching is performed by sputtering, for example, an ion beam in a region other than the region where the resist (coating) is provided. In the magnetic head manufacturing method, in the detection step, it is detected whether or not the antiferromagnetic material is detected in the etching step, and in the end step, the etching is terminated when the antiferromagnetic material is used up. To do. That is, the etching depth is optimized by terminating the etching when no antiferromagnetic material is detected. The detection of the antiferromagnetic material in the detection step is performed by monitoring using SIMS or the like during etching.

請求項7に記載の磁気記録再生装置は、請求項1から4までのいずれか一項に記載の磁気ヘッドを備えることを特徴とする。   A magnetic recording / reproducing apparatus according to a seventh aspect includes the magnetic head according to any one of the first to fourth aspects.

かかる構成によれば、磁気記録再生装置は、低抵抗で高MR比(MR比の低下が抑制された)の磁気ヘッドを用いているので、当該装置に備えられているハードディスク等の磁気記録媒体の記録領域が高密度に形成されていたとしても、当該高密度の各記録領域にデータの記録・再生が行える。   According to such a configuration, the magnetic recording / reproducing apparatus uses a magnetic head having a low resistance and a high MR ratio (a reduction in the MR ratio is suppressed), so that a magnetic recording medium such as a hard disk provided in the apparatus is used. Even if the recording areas are formed with high density, data can be recorded / reproduced in the high-density recording areas.

この発明によれば、第一強磁性層から反強磁性層に面直に流れる電流が直進すると共に拡散するように流れるので、この場合の膜全体の抵抗が小さくなり、この結果、高いMR比を得ることができる。
また、この発明によれば、高感度な磁気ヘッドを用いることで、磁気記録媒体への記録密度を向上させることができる。
According to the present invention, since the current flowing straight from the first ferromagnetic layer to the antiferromagnetic layer flows straight and diffuses, the resistance of the entire film in this case is reduced, resulting in a high MR ratio. Can be obtained.
Further, according to the present invention, the recording density on the magnetic recording medium can be improved by using a highly sensitive magnetic head.

次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
〈磁気ヘッドの構成〉
図1は、磁気ヘッドの概略を示す図である。この図1(a)に示すように、磁気ヘッド1は、コンピュータ(図示せず)等に組み込まれているハードディスク装置(図示せず)において、当該ハードディスク装置のサスペンション3の先端に一体化されたスライダ5に取り付けられているものである。図1(a)は、磁気ヘッド1を磁気記録媒体(図示せず、ハードディスク)に対向する面(磁気記録媒体から浮上している浮上面)から図示している。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
<Configuration of magnetic head>
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a magnetic head. As shown in FIG. 1A, the magnetic head 1 is integrated with the tip of a suspension 3 of a hard disk device (not shown) incorporated in a computer (not shown) or the like. It is attached to the slider 5. FIG. 1A illustrates the magnetic head 1 from a surface (floating surface floating from the magnetic recording medium) facing a magnetic recording medium (not shown, hard disk).

図1(a)に示したように、磁気ヘッド1は、磁気記録媒体にデータを書き込むライト部7と、当該磁気媒体に書き込まれているデータを読み取るリード部9とを備えている。この磁気ヘッド1は、リード部9にCPPスピンバルブセンサAを使用したものである。   As shown in FIG. 1A, the magnetic head 1 includes a write unit 7 that writes data to a magnetic recording medium and a read unit 9 that reads data written on the magnetic medium. This magnetic head 1 uses a CPP spin valve sensor A for a lead portion 9.

図1(b)は、スライダ5に取り付けられている磁気ヘッド1のリード部9について、磁気記録媒体に対向する面を拡大して図示したものである。この実施形態では、図1(b)に示したように、CPPスピンバルブセンサであるGMR素子Aは、NiFeの厚みが1.5μmからなる下部シールド(兼下部電極)11上に厚みが0.15μmに加工されたスピンバルブ膜であるGMR膜13を具備し、この上にNiFeの厚みが1.5μmからなる上部シールド(兼上部電極)15を備えている。   FIG. 1B is an enlarged view of the surface of the lead portion 9 of the magnetic head 1 attached to the slider 5 that faces the magnetic recording medium. In this embodiment, as shown in FIG. 1B, the GMR element A, which is a CPP spin valve sensor, has a thickness of 0.1 on the lower shield (also lower electrode) 11 having a NiFe thickness of 1.5 μm. A GMR film 13 which is a spin valve film processed to 15 μm is provided, and an upper shield (also serving as an upper electrode) 15 having a NiFe thickness of 1.5 μm is provided thereon.

また、このGMR素子Aは、GMR膜13の両脇に当該GMR素子Aを安定して動作させるCoCrPtからなるハード膜17と、下部シールド11と上部シールド15とを絶縁するSiO2からなる絶縁体19とを備えている。 In addition, the GMR element A includes a hard film 17 made of CoCrPt that stably operates the GMR element A on both sides of the GMR film 13, and an insulator made of SiO 2 that insulates the lower shield 11 and the upper shield 15 from each other. 19.

さらに、このGMR素子Aは、下部シールド11から上部シールド15に、または、上部シールド15から下部シールド11に通電することで、GMR膜13に対して、垂直(面直)に電流が流れる構造となっている。   Further, the GMR element A has a structure in which a current flows perpendicularly (perpendicular) to the GMR film 13 by energizing the lower shield 11 to the upper shield 15 or the upper shield 15 to the lower shield 11. It has become.

次に、図2を参照して、GMR膜13に積層されている各膜について説明する。
GMR膜13は、Al23TiCからなる基板上(図3参照)にNiFeの厚みが1.5μmからなる下部シールド11(図1(b)参照)を成膜した後、Ta/Cu(反強磁性体の下地層a)を成膜し、このTa/Cu(反強磁性体の下地層a)にIrMn(反強磁性層b)を成膜する。また、このIrMn(反強磁性層b)にCoxFe(1-x)(ピン止め層c)を成膜し、このCoxFe(1-x)(ピン止め層c)にCu(非磁性中間層d)を成膜し、CoxFe(1-x)(フリー層e)を成膜する。さらに、CoxFe(1-x)(フリー層e)にCu/Ta(キャッピング層f)を成膜する。
Next, each film laminated on the GMR film 13 will be described with reference to FIG.
The GMR film 13 is formed by forming a lower shield 11 (see FIG. 1B) with a NiFe thickness of 1.5 μm on a substrate made of Al 2 O 3 TiC (see FIG. 3), and then forming Ta / Cu ( An antiferromagnetic underlayer a) is formed, and IrMn (antiferromagnetic layer b) is formed on the Ta / Cu (antiferromagnetic underlayer a). Further, Co x Fe (1-x) (pinned layer c) is formed on the IrMn (antiferromagnetic layer b), and Cu (non-coated) is formed on the Co x Fe (1-x) (pinned layer c). A magnetic intermediate layer d) is formed, and Co x Fe (1-x) (free layer e) is formed. Further, Cu / Ta (capping layer f) is formed on Co x Fe (1-x) (free layer e).

なお、ここでは、これらの層をDCマグネトロンスパッタによって成膜している。また、CoxFe(1-x)(ピン止め層c)およびCoxFe(1-x)(フリー層e)において、xは0<x<1を満たすの任意の小数である。 Here, these layers are formed by DC magnetron sputtering. Further, in Co x Fe (1-x) (pinned layer c) and Co x Fe (1-x) (free layer e), x is an arbitrary decimal number satisfying 0 <x <1.

なお、反強磁性層bは、反強磁性体材料であるIrMnの代わりに、PtMnや、NiMnや、PdPtMnや、NiOや、Fe23等を用いてもよい。特に、Mnを含む反強磁性体材料であるIrMnおよびPtMnは、得られる交換結合力が大きく、ブロッキング温度が高いため、磁気ヘッドに使用した場合、当該ヘッドの耐久性が格段に向上することとなる。 The antiferromagnetic layer b may use PtMn, NiMn, PdPtMn, NiO, Fe 2 O 3 or the like instead of IrMn which is an antiferromagnetic material. In particular, IrMn and PtMn, which are antiferromagnetic materials containing Mn, have a large exchange coupling force and a high blocking temperature. Therefore, when used in a magnetic head, the durability of the head is remarkably improved. Become.

また、反強磁性体の下地層aにおいて、Ta/Cuの代わりに、NiCr合金、Ta、NiFeCr等を用いてもよい。これらの材料による下地層は、主に、反強磁性体の配向・結晶粒径を制御するためのものである。
さらに、CoxFe(1-x)(ピン止め層c)において、CoFe/Ru/CoFeのように、Synthetic−ferri構造となってもよい。
Further, in the underlayer a made of antiferromagnetic material, NiCr alloy, Ta, NiFeCr or the like may be used instead of Ta / Cu. The underlayer made of these materials is mainly for controlling the orientation and crystal grain size of the antiferromagnetic material.
Further, the Co x Fe (1-x) (pinned layer c) may have a synthetic-ferri structure such as CoFe / Ru / CoFe.

ここで、さらに、GMR素子Aの作製の方法について、図3および図4を参照して説明する。図3は、図2に示したGMR膜13から、GMR素子Aを作製するまでを示した図である。図4は、磁気ヘッドの作製方法を説明するためのフローチャートである。図3では、GMR膜13を成膜後、260度の温度に保った磁界中にて2時間の熱処理を行った過程を示している。   Here, a method for manufacturing the GMR element A will be further described with reference to FIGS. FIG. 3 is a view showing a process from the GMR film 13 shown in FIG. FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the magnetic head. FIG. 3 shows a process in which a heat treatment is performed for 2 hours in a magnetic field maintained at a temperature of 260 ° C. after the GMR film 13 is formed.

まず、図3(a)では、Al23TiC(アルミナチタンカーバイド)からなる基板上に下部シールドパターン(下部電極11)をレジストによって形成し、Arイオンミリングによってエッチングを施した結果を示している。この図3(a)では、積層膜(GMR膜13)が下部電極11に積層している。図4に示した磁気ヘッド作製方法のフローチャートでは、基板上に下部電極パターン(下部電極11)を形成し(ステップS1)、GMR膜13を積層する(ステップS2)。 First, FIG. 3A shows a result of forming a lower shield pattern (lower electrode 11) with a resist on a substrate made of Al 2 O 3 TiC (alumina titanium carbide) and performing etching by Ar ion milling. Yes. In FIG. 3A, a laminated film (GMR film 13) is laminated on the lower electrode 11. In the flowchart of the magnetic head manufacturing method shown in FIG. 4, a lower electrode pattern (lower electrode 11) is formed on a substrate (step S1), and a GMR film 13 is laminated (step S2).

図3(b)では、下部電極11上に電子線リソグラフィーにより、0.15μm×1μmのレジストパターン(単に、レジスト)を形成した結果を示している。   FIG. 3B shows a result of forming a resist pattern (simply resist) of 0.15 μm × 1 μm on the lower electrode 11 by electron beam lithography.

そして、図3(c)では、Arイオンミリングにより所望の深さにエッチングをして、絶縁層を成膜した結果を示している。このエッチングをする際に、質量分析装置SIMSによって、エッチング材料(反強磁性体材料を含む削り取られる材料)を検出しながら行っている。また、絶縁層としてSi02(またはAl23)(20nm)を成膜すると共に、ハード膜17としてフリー層eの磁化安定バイアス用にCoCrPt(20nm)を成膜している。 FIG. 3C shows the result of forming an insulating layer by etching to a desired depth by Ar ion milling. When this etching is performed, the etching material (the material to be scraped off including the antiferromagnetic material) is detected by the mass spectrometer SIMS. Further, SiO 2 (or Al 2 O 3 ) (20 nm) is formed as the insulating layer, and CoCrPt (20 nm) is formed as the hard film 17 for the magnetization stable bias of the free layer e.

図4に示した磁気ヘッド作製方法のフローチャートでは、Arエッチングを施し(ステップS3)、反強磁性体材料が検出されたかをSIMSが判定し(ステップS4)、検出された場合(ステップS4でYes)、Arエッチングを続け、検出されなかった場合(ステップS4でNo)、絶縁体(絶縁層)を成膜する(ステップS5)。   In the flowchart of the magnetic head manufacturing method shown in FIG. 4, Ar etching is performed (step S3), SIMS determines whether an antiferromagnetic material is detected (step S4), and if it is detected (Yes in step S4). ), Ar etching is continued, and if not detected (No in step S4), an insulator (insulating layer) is formed (step S5).

そしてまた、図3(d)では、リフトオフして、上部シールド(上部電極15)用のホールを形成した結果を示している。また、図3(e)では、上部シールド(上部電極15)であるNiFeの厚みが1.5μmを形成した結果を示している。   FIG. 3D shows the result of lift-off and forming a hole for the upper shield (upper electrode 15). FIG. 3E shows the result of forming the thickness of NiFe as the upper shield (upper electrode 15) to 1.5 μm.

図4に示した磁気ヘッド作製方法のフローチャートでは、リフトオフし(ステップS6)、上部電極15を形成する(ステップS7)に該当している。このように、GMR素子A(CPP−GMR素子)の製作プロセスが完了する。   The flow chart of the magnetic head manufacturing method shown in FIG. 4 corresponds to lift-off (step S6) and formation of the upper electrode 15 (step S7). In this way, the manufacturing process of the GMR element A (CPP-GMR element) is completed.

なお、この図4に示した磁気ヘッド作製方法では、ステップS4において、反強磁性体材料が検出されたかをSIMSが判定しているが、この反強磁性体材料を含む反強磁性層に積層されている第一強磁性層に含まれている強磁性材料の検出を行ってもよい。つまり、Arエッチングによって、第一強磁性層までエッチングする(後記する図5(b)のタイプBのGMR膜に対応)。   In the magnetic head manufacturing method shown in FIG. 4, SIMS determines whether or not an antiferromagnetic material is detected in step S4, but is laminated on an antiferromagnetic layer containing the antiferromagnetic material. The ferromagnetic material contained in the first ferromagnetic layer may be detected. That is, the first ferromagnetic layer is etched by Ar etching (corresponding to the type B GMR film in FIG. 5B described later).

次に、図5を参照して、図3(c)に示したArエッチング(Arイオンミリングプロセス)について説明する。図5は、エッチングの深さを3種類に変化させた場合をGMR膜について示している。   Next, the Ar etching (Ar ion milling process) shown in FIG. 3C will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the GMR film when the etching depth is changed to three types.

図5(a)に示したタイプAのGMR膜では、キャッピング(キャッピング層e)のみエッチングしたものを、図5(b)に示したタイプBのGMR膜では、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)までエッチングしたものを、図5(c)に示したタイプCのGMR膜では、IrMn(反強磁性層b)までエッチングしたものを示している。   In the type A GMR film shown in FIG. 5A, only the capping (capping layer e) is etched. In the type B GMR film shown in FIG. 5B, the CoFe / Cu / CoFe (free layer) is used. e, the nonmagnetic intermediate layer d, and the pinned layer c) are etched to the IrMn (antiferromagnetic layer b) in the type C GMR film shown in FIG. 5C. .

タイプBのGMR膜では、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)までエッチングされており、キャッピング(キャッピング層f)と、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)との層ごとの当接面の面積(第一面積)が等しくなると共に、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の最下層(ピン止め層c:第一強磁性層)とIrMn(反強磁性層b)との当接面の面積(第三面積)が、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)との当接面の面積(第一面積)よりも大きくなるようにエッチングされている。   In the type B GMR film, CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer d, pinning layer c) is etched, capping (capping layer f), and CoFe / Cu / CoFe (free layer). e, the area (first area) of the contact surface for each layer with the nonmagnetic intermediate layer d and the pinning layer c) becomes equal, and CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer d, pin) The area (third area) of the contact surface between the lowermost layer (pinned layer c: first ferromagnetic layer) and IrMn (antiferromagnetic layer b) of the stopping layer c) is CoFe / Cu / CoFe (free layer). e, etching is performed so as to be larger than the area (first area) of the contact surface with the nonmagnetic intermediate layer d and the pinning layer c).

つまり、タイプBのGMR膜は、上部電極15とキャッピング(キャッピング層f)とが当接する当接面の面積と、キャッピング(キャッピング層f)とCoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の最上層(フリー層e:第二強磁性層)とが当接する当接面の面積と、この最上層とCoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の中間層(非磁性中間層d)とが当接する当接面の面積と、この中間層と最下層とが当接する当接面の面積とが等しくなり(第一面積)、IrMn(反強磁性層b)と反強磁性下地(下地層a)とが当接する当接面の面積と、反強磁性下地(下地層a)と下部電極11とが当接する当接面の面積とが等しくなる(第二面積)と共に、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の最下層(ピン止め層c)とIrMn(反強磁性層b)とが当接する当接面の面積である第三面積が、第一面積よりも大きく、且つ、第二面積よりも小さくまたは第二面積と等しくなるように形成されている。   That is, the type B GMR film has a contact surface area where the upper electrode 15 and the capping (capping layer f) contact each other, and the capping (capping layer f) and CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer). Layer d, pinned layer c) and the uppermost layer (free layer e: second ferromagnetic layer), the area of the abutting surface, and the uppermost layer and CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate) The area of the abutting surface where the intermediate layer (nonmagnetic intermediate layer d) of the layer d and the pinned layer c) abuts is equal to the area of the abutting surface where the intermediate layer and the lowermost layer abut (first layer). 1 area), the area of the contact surface where the IrMn (antiferromagnetic layer b) and the antiferromagnetic underlayer (underlayer a) abut, and the antiferromagnetic underlayer (underlayer a) and the lower electrode 11 abut. The area of the contact surface becomes equal (second area), and CoFe / Cu / C The third area, which is the area of the contact surface where the lowermost layer (pinned layer c) of Fe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer d, pinned layer c) and IrMn (antiferromagnetic layer b) contact, is , Larger than the first area and smaller than or equal to the second area.

なお、各層ごとの当接面の面積と、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の最下層(ピン止め層c:第一強磁性層)とIrMn(反強磁性層b)との当接面の面積が等しくなると共に、上部電極15に当接するキャッピング層eの当接面の面積と、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)ごとの当接面の面積とが等しくなるようにエッチングしてもよい。   In addition, the area of the contact surface for each layer, the lowermost layer (pinned layer c: first ferromagnetic layer) of CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer d, pinned layer c) and IrMn The area of the contact surface with the (antiferromagnetic layer b) becomes equal, the area of the contact surface of the capping layer e that contacts the upper electrode 15, and the CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer) d, etching may be performed so that the contact area of each pinning layer c) is equal.

つまり、タイプBのGMR膜は、上部電極15とキャッピング(キャッピング層f)とが当接する当接面の面積と、キャッピング(キャッピング層f)とCoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の最上層(フリー層e:第二強磁性層)とが当接する当接面の面積と、この最上層とCoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の中間層(非磁性中間層d)とが当接する当接面の面積と、この中間層と最下層とが当接する当接面の面積とが等しくなり(第一面積)、IrMn(反強磁性層b)と反強磁性下地(下地層a)とが当接する当接面の面積と、反強磁性下地(下地層a)と下部電極11とが当接する当接面の面積とが等しくなる(第二面積)と共に、CoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の最下層(ピン止め層c)とIrMn(反強磁性層b)とが当接する当接面の面積である第三面積が、第一面積と等しく、且つ、第一面積よりも第二面積が大きくなるように形成してもよい。   That is, the type B GMR film has a contact surface area where the upper electrode 15 and the capping (capping layer f) contact each other, and the capping (capping layer f) and CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer). Layer d, pinned layer c) and the uppermost layer (free layer e: second ferromagnetic layer), the area of the abutting surface, and the uppermost layer and CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate) The area of the abutting surface where the intermediate layer (nonmagnetic intermediate layer d) of the layer d and the pinned layer c) abuts is equal to the area of the abutting surface where the intermediate layer and the lowermost layer abut (first layer). 1 area), the area of the contact surface where the IrMn (antiferromagnetic layer b) and the antiferromagnetic underlayer (underlayer a) abut, and the antiferromagnetic underlayer (underlayer a) and the lower electrode 11 abut. The area of the contact surface becomes equal (second area), and CoFe / Cu / C The third area, which is the area of the contact surface where the lowermost layer (pinned layer c) of Fe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer d, pinned layer c) and IrMn (antiferromagnetic layer b) contact, is The second area may be larger than the first area and equal to the first area.

タイプCのGMR膜では、IrMn(反強磁性層b)までエッチングされており、層ごとの当接面の面積が等しくなるようにエッチングされている。そして、層ごとの積層面の面積よりも、IrMn(反強磁性層b)と反強磁性下地(下地層a)との当接面の面積の方が大きくなるようにエッチングされている。   In the type C GMR film, etching is performed up to IrMn (antiferromagnetic layer b) so that the contact surface area of each layer is equal. Etching is performed so that the area of the contact surface between IrMn (antiferromagnetic layer b) and the antiferromagnetic underlayer (underlayer a) is larger than the area of the laminated surface for each layer.

つまり、タイプCのGMR膜は、上部電極15とキャッピング(キャッピング層f)とが当接する当接面の面積と、キャッピング(キャッピング層f)とCoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の最上層(フリー層e:第二強磁性層)とが当接する当接面の面積と、この最上層とCoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の中間層(非磁性中間層d)とが当接する当接面の面積と、この中間層と最下層とが当接する当接面の面積と、この最下層とIrMn(反強磁性層b)とが当接する当接面の面積とが等しくなり(第一面積)、反強磁性層下地(下地層a)と下部電極11とが当接する当接面の面積を第二面積とすると、IrMn(反強磁性層b)と反強磁性下地(下地層a)とが当接する当接面の面積である第三面積が、第一面積よりも大きく、且つ、第二面積よりも小さくまたは第二面積と等しくなるように形成されている。   That is, the type C GMR film has a contact surface area where the upper electrode 15 and the capping (capping layer f) abut, a capping (capping layer f), and a CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer). Layer d, pinned layer c) and the uppermost layer (free layer e: second ferromagnetic layer), the area of the abutting surface, and the uppermost layer and CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate) Layer d, pinned layer c) and the contact layer with which the intermediate layer (nonmagnetic intermediate layer d) contacts, the area of the contact surface with which the intermediate layer and the lowermost layer contact, and the lowermost layer The area of the contact surface with which IrMn (antiferromagnetic layer b) abuts is equal (first area), and the area of the contact surface with which the antiferromagnetic layer base (underlayer a) contacts the lower electrode 11 Is the second area, IrMn (antiferromagnetic layer b) and antiferromagnetic underlayer (underlayer) Third area a) and is the area of the abutting abutment surface is larger than the first area, and are formed to be equal to the smaller or secondary area than the second area.

なお、上部電極15に当接するキャッピング層eの当接面の面積と、層ごとの当接面の面積と、このIrMn(反強磁性層b)と反強磁性下地(下地層a)との当接面との面積が等しくなるようにエッチングしてもよい。   The area of the contact surface of the capping layer e that contacts the upper electrode 15, the area of the contact surface of each layer, and the IrMn (antiferromagnetic layer b) and the antiferromagnetic underlayer (underlayer a) Etching may be performed so that the area with the contact surface becomes equal.

つまり、タイプCのGMR膜は、上部電極15とキャッピング(キャッピング層f)とが当接する当接面の面積と、キャッピング(キャッピング層f)とCoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の最上層(フリー層e:第二強磁性層)とが当接する当接面の面積と、この最上層とCoFe/Cu/CoFe(フリー層e、非磁性中間層d、ピン止め層c)の中間層(非磁性中間層d)とが当接する当接面の面積と、この中間層と最下層とが当接する当接面の面積と、この最下層とIrMn(反強磁性層b)とが当接する当接面の面積とが等しくなり(第一面積)、反強磁性層下地(下地層a)と下部電極11とが当接する当接面の面積を第二面積とすると、IrMn(反強磁性層b)と反強磁性層下地(下地層a)とが当接する当接面の面積である第三面積が、第一面積と等しく、且つ、第一面積よりも第二面積が大きくなるように形成してもよい。   That is, the type C GMR film has a contact surface area where the upper electrode 15 and the capping (capping layer f) abut, a capping (capping layer f), and a CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate layer). Layer d, pinned layer c) and the uppermost layer (free layer e: second ferromagnetic layer), the area of the abutting surface, and the uppermost layer and CoFe / Cu / CoFe (free layer e, nonmagnetic intermediate) Layer d, pinned layer c) and the contact layer with which the intermediate layer (nonmagnetic intermediate layer d) contacts, the area of the contact surface with which the intermediate layer and the lowermost layer contact, and the lowermost layer The area of the contact surface with which IrMn (antiferromagnetic layer b) abuts is equal (first area), and the area of the contact surface with which the antiferromagnetic layer base (underlayer a) contacts the lower electrode 11 Is the second area, IrMn (antiferromagnetic layer b) and the base of the antiferromagnetic layer (under Third area layer a) and is the area of the abutting abutment surface is equal to the first area, and may be formed so than the first area is the second area increases.

これらタイプA、タイプBおよびタイプCのMR特性を図6に示す。この図6において、横軸はエッチング深さを示しており、左側の縦軸のMRratio(MR比)を右側の縦軸はRA積を示している。なお、ΔRは抵抗値Rの最大値から最小値を減算した抵抗値Rの差を示しており、RA積は抵抗値Rに積層面の面積を乗算したものである。   The MR characteristics of type A, type B and type C are shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents the etching depth, the left vertical axis represents MR ratio (MR ratio), and the right vertical axis represents the RA product. Note that ΔR indicates a difference between the resistance value R obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the resistance value R, and the RA product is obtained by multiplying the resistance value R by the area of the laminated surface.

図6に示したように、エッチング深さを深くするにつれて(タイプC>タイプB>タイプA)、MR比は大きくなり、すなわち、MR比は、タイプAでは1.88、タイプBでは2.88または2.93、タイプCでは3.31となる。ここに示したMR特性では、IrMn(反強磁性層b)までエッチングしたタイプCのGMR素子のMR比が最も大きくなった。このMR比が磁気ヘッドの再生出力に比例しているので、タイプAからタイプCまでのGMR素子を用いた磁気ヘッドの中で、タイプCのGMR素子を用いた磁気ヘッドの再生出力が最も大きくなる。   As shown in FIG. 6, as the etching depth is increased (type C> type B> type A), the MR ratio increases, that is, the MR ratio is 1.88 for type A and 2. 88 or 2.93 and 3.31 for Type C. In the MR characteristics shown here, the MR ratio of the type C GMR element etched up to IrMn (antiferromagnetic layer b) was the largest. Since the MR ratio is proportional to the reproduction output of the magnetic head, the reproduction output of the magnetic head using the type C GMR element is the largest among the magnetic heads using the type A to type C GMR elements. Become.

〈磁気記録再生装置の構成〉
次に、図7を参照して、図1に示した磁気ヘッド1を使用した磁気記録再生装置について説明する。図7は磁気記録再生装置の外観と、当該装置に組み込まれている構成とを示した図である。
<Configuration of magnetic recording / reproducing apparatus>
Next, a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetic head 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing the appearance of the magnetic recording / reproducing apparatus and the configuration incorporated in the apparatus.

図7に示したように、磁気記録再生装置21は、図1に示した磁気ヘッド1、サスペンション3およびスライダ5と、磁気ヘッド1によってデータが読み書きされる円盤状の磁気媒体23と、この磁気記録媒体23を回転自在に固定するスピンドル25と、このスピンドル25を回転させるモータ27と、サスペンション3に一体的接続されるアーム29とを備えている。また、この磁気記録再生装置21は、アーム29をシークさせて(磁気記録媒体23上を移動させて)、磁気ヘッド1の位置変更をするボイスコイルモータ31と、このボイスコイルモータ31を制御するヘッド位置制御回路33と、磁気記録媒体23に読み書きするデータの入出力が行われるデータ入出力回路35とを備えている。   As shown in FIG. 7, the magnetic recording / reproducing apparatus 21 includes the magnetic head 1, the suspension 3, and the slider 5 shown in FIG. 1, a disk-shaped magnetic medium 23 on which data is read and written by the magnetic head 1, A spindle 25 that rotatably fixes the recording medium 23, a motor 27 that rotates the spindle 25, and an arm 29 that is integrally connected to the suspension 3 are provided. The magnetic recording / reproducing apparatus 21 controls the voice coil motor 31 by seeking the arm 29 (moving on the magnetic recording medium 23) and changing the position of the magnetic head 1 and the voice coil motor 31. A head position control circuit 33 and a data input / output circuit 35 for inputting / outputting data to be read / written from / to the magnetic recording medium 23 are provided.

このように、磁気ヘッド1を備えた磁気記録再生装置21では、磁気ヘッド1が高感度であるので、磁気記録媒体23の記録密度を向上させたとしても、記録されたデータを正確に読み取ったり、データを書き込んだりすることができる。   As described above, in the magnetic recording / reproducing apparatus 21 provided with the magnetic head 1, the magnetic head 1 is highly sensitive. Therefore, even if the recording density of the magnetic recording medium 23 is improved, the recorded data can be read accurately. Can write data.

次に、磁気ヘッド1のセンサAとして、CPP−GMR素子を用いた場合について、このCPP−GMR素子を製作後、実験して得られたMR特性と、MRカーブのエッチング深さの依存性と、透過電子顕微鏡で撮影された像とについて、図8〜10を参照して説明する。   Next, in the case where a CPP-GMR element is used as the sensor A of the magnetic head 1, the MR characteristics obtained by experiment after manufacturing this CPP-GMR element and the dependency of the MR curve on the etching depth An image taken with a transmission electron microscope will be described with reference to FIGS.

これらの説明に先立ち、CPP−GMR素子の製作に用いた材料・装置等および製作過程と、実験に用いた装置等について説明する。
CPP―GMR素子は下部(上部)電極から上部(下部)電極に向かって、積層する膜の膜面に垂直に電流を流す構造となっている。この膜(スピンバルブ膜[GMR膜])に含まれるCoFeとして、組成がCo75Fe25の高スピン偏極材料と、組成がCo90Fe10の従来から使用されている材料とを用いている。
Prior to these explanations, materials, devices, etc. used in the production of CPP-GMR elements, production processes, and devices used in experiments will be described.
The CPP-GMR element has a structure in which current flows perpendicularly to the film surface of the laminated film from the lower (upper) electrode to the upper (lower) electrode. As CoFe contained in this film (spin valve film [GMR film]), a highly spin-polarized material having a composition of Co 75 Fe 25 and a conventionally used material having a composition of Co 90 Fe 10 are used. .

このスピンバルブ膜は、イオンテック社のイオンビームスパッタ装置により、ビーム電圧850v、ビーム電流100mAの条件下で、熱酸化Si基板上に成膜したものである。スピンバルブ膜成膜後、異方性付与のため、当該膜の周辺温度を260度に保った磁界中で熱処理を行った。そして、光学式フォトリソグラフィーおよびArイオンエッチングにより下部電極パターンを形成した。   This spin-valve film is formed on a thermally oxidized Si substrate by an ion beam sputtering apparatus manufactured by Iontech under the conditions of a beam voltage of 850 v and a beam current of 100 mA. After the spin valve film was formed, heat treatment was performed in a magnetic field in which the ambient temperature of the film was maintained at 260 ° C. to impart anisotropy. Then, a lower electrode pattern was formed by optical photolithography and Ar ion etching.

この後、電子ビームフォトリソグラフィー技術を用いて、0.2〜0.4μmφのレジストパターンを下部電極上に形成し、Arイオンでエッチングし、SiO2絶縁層を成膜視、リフトオフにてコンタクトホールを作製した。Arエッチング終了を正確に見積もるために、エッチング中はSIMS(Secondary Ion Masss Spectrometry)によってモニターした。続いて、光学式フォトリソグラフィーおよびリフトオフにより、上部電極(Cu)の形成を行った。 Thereafter, a resist pattern of 0.2 to 0.4 μmφ is formed on the lower electrode by using an electron beam photolithography technique, etched with Ar ions, and the SiO 2 insulating layer is contacted by lift-off as seen in the film formation. Was made. In order to accurately estimate the completion of Ar etching, monitoring was performed by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) during etching. Subsequently, the upper electrode (Cu) was formed by optical photolithography and lift-off.

また、図8に示したCo75Fe25およびCo90Fe10を用いたCPP−GMR素子のMR特性を計測する実験に用いた装置は、KLAテンコル社のMRW200である。この場合の計測実験では、同一ウェハ上に作製した0.04〜0.15μm2サイズのCPP−GMR素子50個について、±1200Oeを印可している。 An apparatus used for the experiment for measuring the MR characteristics of the CPP-GMR element using Co 75 Fe 25 and Co 90 Fe 10 shown in FIG. 8 is an MRW 200 manufactured by KLA Tencor. In the measurement experiment in this case, ± 1200 Oe is applied to 50 CPP-GMR elements having a size of 0.04 to 0.15 μm 2 manufactured on the same wafer.

さらに、図9に示したMRカーブエッチング深さの依存性を計測する実験に用いた装置は、図8と同様に、KLAテンコル社のMRW200である。この場合の計測実験でも、同一ウェハ上に作製した0.04〜0.15μm2サイズのCPP−GMR素子50個について、±1200Oeを印可している。 Furthermore, the apparatus used for the experiment for measuring the dependency of the MR curve etching depth shown in FIG. 9 is the MLA 200 manufactured by KLA Tencor, similar to FIG. Even in the measurement experiment in this case, ± 1200 Oe is applied to 50 CPP-GMR elements having a size of 0.04 to 0.15 μm 2 fabricated on the same wafer.

さらにまた、図10に示した像を撮影するのに用いた透過電子顕微鏡は、一般的なものであり、また、分析方法も一般的な方法である。この場合の撮影は、CPP−GMR素子が完成した状態で行っている。   Furthermore, the transmission electron microscope used for photographing the image shown in FIG. 10 is a general one, and the analysis method is also a general method. Imaging in this case is performed with the CPP-GMR element completed.

図8は、CPP−GMR素子のMR特性について示した図であり、(a)はピン止め層cおよびフリー層e(図2参照)をCo75Fe25とした場合を示しており、(b)はピン止め層およびフリー層をCo90Fe10とした場合を示している。なお、このGMR素子のエッチングの深さは、図5(b)のタイプBのものと同じ深さである。また、この図8において、ピン止め層cおよびフリー層e(図2参照)の磁化が平行の抵抗値をRP、反平行の抵抗値をRAPとした場合、R≡RP、ΔR≡RAP−RPと定義でき、左側の縦軸に抵抗値Rを[Ω]で、右側の縦軸にΔRを[mΩ]でとり、横軸にl/Aを[μm-2]でとったものである。ちなみに、CPP−GMR素子は、0.04〜0.15μm2サイズである。 FIG. 8 is a diagram showing the MR characteristics of the CPP-GMR element. FIG. 8A shows the case where the pinned layer c and the free layer e (see FIG. 2) are Co 75 Fe 25. ) Shows the case where the pinned layer and the free layer are Co 90 Fe 10 . The etching depth of the GMR element is the same as that of type B in FIG. In FIG. 8, when the resistance value of the magnetization of the pinned layer c and the free layer e (see FIG. 2) is R P and the anti-parallel resistance value is R AP , R≡R P , ΔR≡ R AP -R P , resistance value R is [Ω] on the left vertical axis, ΔR is [mΩ] on the right vertical axis, and l / A is [μm −2 ] on the horizontal axis. It is a thing. Incidentally, the CPP-GMR element has a size of 0.04 to 0.15 μm 2 .

図8に示したように、ピン止め層cおよびフリー層e、つまり、強磁性層(第一強磁性層および第二強磁性層)をCo75Fe25とすることで、MR比を2.88%とすることができ、従来用いられていたCo90Fe10のMR比が1.98%であったのに対し、MR比をおよそ1.5倍に増大できることが確認できた。これは、スピン偏極率の高い材料であるCo75Fe25の効果であると推測できる。 As shown in FIG. 8, the pinned layer c and the free layer e, that is, the ferromagnetic layers (first ferromagnetic layer and second ferromagnetic layer) are made of Co 75 Fe 25 , so that the MR ratio becomes 2. It was confirmed that the MR ratio can be increased to about 1.5 times compared to the MR ratio of Co 90 Fe 10 used in the past was 1.98%. This can be presumed to be an effect of Co 75 Fe 25 which is a material having a high spin polarization.

図9は、図5に示したタイプ別のMRカーブを示したものであり、(a)が図5(a)に示したタイプAのMRカーブを、(b)が図5(b)に示したタイプBのMRカーブを、(c)が図5(c)に示したタイプCのMRカーブを示している。このMRカーブは、
0.04〜0.15μm2サイズのCPP−GMR素子、およそ50個について、±1200Oe(Oe;磁界の大きさ)を印可して測定したものであり、縦軸に抵抗Rを(Ω)でとり、横軸に印可したField(磁界)を[Oe]でとったものである。
FIG. 9 shows the MR curves for each type shown in FIG. 5, where (a) shows the MR curve of type A shown in FIG. 5 (a) and (b) shows FIG. 5 (b). The MR curve of type B shown is shown, and (c) shows the MR curve of type C shown in FIG. 5 (c). This MR curve is
About 0.04 to 0.15 μm 2 size CPP-GMR elements, about 50 CPP-GMR elements were measured by applying ± 1200 Oe (Oe; magnitude of magnetic field), and the vertical axis represents resistance R in (Ω) The field (magnetic field) applied to the horizontal axis is taken as [Oe].

この図9に示したように、MR比は、それぞれ、1.9%、2.9%、3.3%となっている。そして、(b)と(c)に示したタイプBとタイプCは、(a)に示したタイプAに比べてフリー層e(図2参照)のHc(磁気のシフト量)が大きく、また、マイナーループの中心が大きくシフト(Hs)している。また、Hcも大きくなっている(Hs:マイナーループの中心のシフト量、Hs>0の場合、フリー層e・ピン止め層cが平行位置が安定し、Hs<0の場合、フリー層e・ピン止め層cが反平行位置が安定)。 As shown in FIG. 9, the MR ratios are 1.9%, 2.9%, and 3.3%, respectively. The types B and C shown in (b) and (c) have a larger H c (magnetic shift amount) of the free layer e (see FIG. 2) than the type A shown in (a). Further, the center of the minor loop is greatly shifted (H s ). Also, H c is also larger (Hs: shift amount of the center of the minor loop, when the Hs> 0, the free layer e · pinned layer c stable parallel position, when the Hs <0, the free layer e・ Pinning layer c is stable in antiparallel position).

図10は、図5(b)に示したタイプBのGMR素子を透過電子顕微鏡で撮像した写真(像)を示している。
この図10に示すように、下部電極11(図1参照)に積層される(厳密には下地層がある)IrMn(反強磁性層b:図2参照)がイオンミリングプロセス(エッチングのプロセス)で完全に削られていないことがわかる。つまり、SIMSによって、イオンミリング中(エッチング中)におけるIrMnの検出が正確に行われていることを示している。
FIG. 10 shows a photograph (image) of the type B GMR element shown in FIG. 5B taken with a transmission electron microscope.
As shown in FIG. 10, IrMn (antiferromagnetic layer b: see FIG. 2) stacked on the lower electrode 11 (see FIG. 1) (strictly, there is an underlayer) is an ion milling process (etching process). It turns out that it is not completely cut. That is, it is shown that IrMn is accurately detected by SIMS during ion milling (during etching).

本発明の実施形態に係る磁気ヘッドについて説明するための図であり、(a)は磁気ヘッドの概略図であり、(b)はGMR素子の概略の構造を示した図である。1A and 1B are diagrams for explaining a magnetic head according to an embodiment of the present invention, FIG. 1A is a schematic diagram of a magnetic head, and FIG. 2B is a diagram showing a schematic structure of a GMR element. 図1(b)に示したGMR膜について示した図である。It is the figure shown about the GMR film | membrane shown in FIG.1 (b). GMR素子の作製方法を示した図である。It is a figure showing a manufacturing method of a GMR element. GMR素子の作製方法を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing a method for manufacturing a GMR element. GMR素子のエッチング深さについて示した図である。It is the figure shown about the etching depth of the GMR element. 図5に示した各タイプのGMR素子のMR特性について示した図である。It is the figure shown about the MR characteristic of each type of GMR element shown in FIG. 磁気記録再生装置の概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the magnetic recording / reproducing apparatus. CPP−GMR素子のMR特性について示した図である。It is the figure shown about the MR characteristic of a CPP-GMR element. 図5に示したタイプ別のMRカーブを示した図である。It is the figure which showed the MR curve according to the type shown in FIG. 図5(b)に示したタイプBのGMR素子を透過電子顕微鏡で撮像した写真(像)を示した図である。It is the figure which showed the photograph (image) which imaged the type B GMR element shown in FIG.5 (b) with the transmission electron microscope.

符号の説明Explanation of symbols

1 磁気ヘッド
3 サスペンション
5 スライダ
7 ライト部
9 リード部
11 下部シールド(下部電極、第一電極)
13 GMR膜
15 上部シールド(上部電極、第二電極)
17 ハード膜
19 絶縁体
21 磁気記録再生装置
23 磁気記録媒体
25 スピンドル
27 モータ
29 アーム
31 ボイスコイルモータ
33 ヘッド位置制御回路
35 データ入出力回路
A GMR素子(CPPスピンバルブセンサ、センサ)
a 反強磁性下地層
b 反強磁性層
c ピン止め層(第一強磁性層)
d 非磁性中間層
e フリー層(第二強磁性層)
f キャッピング層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic head 3 Suspension 5 Slider 7 Write part 9 Lead part 11 Lower shield (lower electrode, 1st electrode)
13 GMR film 15 Upper shield (upper electrode, second electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 Hard film 19 Insulator 21 Magnetic recording / reproducing apparatus 23 Magnetic recording medium 25 Spindle 27 Motor 29 Arm 31 Voice coil motor 33 Head position control circuit 35 Data input / output circuit A GMR element (CPP spin valve sensor, sensor)
a antiferromagnetic underlayer b antiferromagnetic layer c pinned layer (first ferromagnetic layer)
d Nonmagnetic intermediate layer e Free layer (second ferromagnetic layer)
f Capping layer

Claims (7)

電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドにおいて、
前記センサは、
第一電極および第二電極と、
前記第一電極に当接して設けられる下地層と、
この下地層に積層され、前記反強磁性体材料を含む反強磁性層と、
この反強磁性層に積層され、強磁性材料を含む第一強磁性層と、
この強磁性層に積層され、非磁性体材料を含む非磁性中間層と、
この非磁性中間層に積層され、前記強磁性材料を含む第二強磁性層と、
この第二強磁性層に積層されると共に前記第二電極に当接して設けられるキャッピング層とを備え、
前記第二電極と前記キャッピング層とが当接する当接面の面積と、前記キャッピング層と前記第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第二強磁性層と前記非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、前記非磁性中間層と前記第一強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、
前記反強磁性層と前記下地層とが当接する当接面の面積と、前記下地層と前記第一電極とが当接する当接面の面積とが第二面積として等しくなるように形成され、
前記第一強磁性層と前記反強磁性層とが当接する当接面の面積である第三面積が、前記第一面積よりも大きく、且つ、前記第二面積よりも小さくまたは前記第二面積と等しくなるように形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
In a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes and energized perpendicularly to the layer in contact with the electrode,
The sensor is
A first electrode and a second electrode;
An underlayer provided in contact with the first electrode;
An antiferromagnetic layer laminated on the underlayer and containing the antiferromagnetic material;
A first ferromagnetic layer comprising a ferromagnetic material, laminated on the antiferromagnetic layer;
A nonmagnetic intermediate layer laminated on the ferromagnetic layer and containing a nonmagnetic material;
A second ferromagnetic layer laminated on the nonmagnetic intermediate layer and containing the ferromagnetic material;
A capping layer laminated on the second ferromagnetic layer and provided in contact with the second electrode;
The area of the abutting surface where the second electrode and the capping layer abut, the area of the abutting surface where the capping layer and the second ferromagnetic layer abut, the second ferromagnetic layer and the non-magnetic The area of the contact surface with which the intermediate layer contacts and the area of the contact surface with which the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer contact are made equal to each other as a first area,
The area of the contact surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer abut and the area of the contact surface where the underlayer and the first electrode abut are equal to each other as a second area,
The third area, which is the area of the abutting surface where the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer abut, is greater than the first area and smaller than the second area or the second area The magnetic head is formed so as to be equal to
電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドにおいて、
前記センサは、
第一電極および第二電極と、
前記第一電極に当接して設けられる下地層と、
この下地層に積層され、前記反強磁性体材料を含む反強磁性層と、
この反強磁性層に積層され、強磁性材料を含む第一強磁性層と、
この強磁性層に積層され、非磁性体材料を含む非磁性中間層と、
この非磁性中間層に積層され、前記強磁性材料を含む第二強磁性層と、
この第二強磁性層に積層されると共に前記第二電極に当接して設けられるキャッピング層とを備え、
前記第二電極と前記キャッピング層とが当接する当接面の面積と、前記キャッピング層と前記第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第二強磁性層と前記非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、前記非磁性中間層と前記第一強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、
前記反強磁性層と前記下地層とが当接する当接面の面積と、前記下地層と前記第一電極とが当接する当接面の面積とが第二面積として等しくなるように形成され、
前記第一強磁性層と前記反強磁性層とが当接する当接面の面積である第三面積が、前記第一面積と等しく、且つ、前記第一面積よりも前記第二面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
In a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes and energized perpendicularly to the layer in contact with the electrode,
The sensor is
A first electrode and a second electrode;
An underlayer provided in contact with the first electrode;
An antiferromagnetic layer laminated on the underlayer and containing the antiferromagnetic material;
A first ferromagnetic layer comprising a ferromagnetic material, laminated on the antiferromagnetic layer;
A nonmagnetic intermediate layer laminated on the ferromagnetic layer and containing a nonmagnetic material;
A second ferromagnetic layer laminated on the nonmagnetic intermediate layer and containing the ferromagnetic material;
A capping layer laminated on the second ferromagnetic layer and provided in contact with the second electrode;
The area of the abutting surface where the second electrode and the capping layer abut, the area of the abutting surface where the capping layer and the second ferromagnetic layer abut, the second ferromagnetic layer and the non-magnetic The area of the contact surface with which the intermediate layer contacts and the area of the contact surface with which the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer contact are made equal to each other as a first area,
The area of the contact surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer abut and the area of the contact surface where the underlayer and the first electrode abut are equal to each other as a second area,
The third area, which is the area of the contact surface where the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer abut, is equal to the first area, and the second area is larger than the first area. The magnetic head is formed as described above.
電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドにおいて、
前記センサは、
第一電極および第二電極と、
前記第一電極に当接して設けられる下地層と、
この下地層に積層され、前記反強磁性体材料を含む反強磁性層と、
この反強磁性層に積層され、強磁性材料を含む第一強磁性層と、
この強磁性層に積層され、非磁性体材料を含む非磁性中間層と、
この非磁性中間層に積層され、前記強磁性材料を含む第二強磁性層と
この第二強磁性層に積層されると共に前記第二電極に当接して設けられるキャッピング層とを備え、
前記第二電極と前記キャッピング層とが当接する当接面の面積と、前記キャッピング層と前記第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第二強磁性層と前記非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、前記非磁性中間層と前記第一強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第一強磁性層と前記反強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、
前記下地層と前記第一電極とが当接する当接面の面積を第二面積とすると、前記反強磁性層と前記下地層とが当接する当接面の面積である第三面積が、前記第一面積よりも大きく、且つ、前記第二面積よりも小さくまたは前記第二面積と等しくなるように形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
In a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes and energized perpendicularly to the layer in contact with the electrode,
The sensor is
A first electrode and a second electrode;
An underlayer provided in contact with the first electrode;
An antiferromagnetic layer laminated on the underlayer and containing the antiferromagnetic material;
A first ferromagnetic layer comprising a ferromagnetic material, laminated on the antiferromagnetic layer;
A nonmagnetic intermediate layer laminated on the ferromagnetic layer and containing a nonmagnetic material;
A second ferromagnetic layer containing the ferromagnetic material and laminated on the nonmagnetic intermediate layer; and a capping layer laminated on the second ferromagnetic layer and provided in contact with the second electrode,
The area of the abutting surface where the second electrode and the capping layer abut, the area of the abutting surface where the capping layer and the second ferromagnetic layer abut, the second ferromagnetic layer and the non-magnetic The area of the contact surface with which the intermediate layer contacts, the area of the contact surface with which the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer contact, and the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer It is formed so that the area of the contact surface to contact is equal as the first area,
When the area of the contact surface where the underlayer and the first electrode are in contact is the second area, the third area, which is the area of the contact surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer are in contact, is A magnetic head, wherein the magnetic head is formed so as to be larger than the first area and smaller than or equal to the second area.
電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドにおいて、
前記センサは、
第一電極および第二電極と、
前記第一電極に当接して設けられる下地層と、
この下地層に積層され、前記反強磁性体材料を含む反強磁性層と、
この反強磁性層に積層され、強磁性材料を含む第一強磁性層と、
この強磁性層に積層され、非磁性体材料を含む非磁性中間層と、
この非磁性中間層に積層され、前記強磁性材料を含む第二強磁性層と、
この第二強磁性層に積層されると共に前記第二電極に当接して設けられるキャッピング層とを備え、
前記第二電極と前記キャッピング層とが当接する当接面の面積と、前記キャッピング層と前記第二強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第二強磁性層と前記非磁性中間層とが当接する当接面の面積と、前記非磁性中間層と前記第一強磁性層とが当接する当接面の面積と、前記第一強磁性層と前記反強磁性層とが当接する当接面の面積とが第一面積として等しくなるように形成され、
前記下地層と前記第一電極とが当接する当接面の面積を第二面積とすると、前記反強磁性層と前記下地層とが当接する当接面の面積である第三面積が、前記第一面積と等しく、且つ、前記第一面積よりも前記第二面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする磁気ヘッド。
In a magnetic head using a sensor having a layer containing an antiferromagnetic material in a layer laminated between electrodes and energized perpendicularly to the layer in contact with the electrode,
The sensor is
A first electrode and a second electrode;
An underlayer provided in contact with the first electrode;
An antiferromagnetic layer laminated on the underlayer and containing the antiferromagnetic material;
A first ferromagnetic layer comprising a ferromagnetic material, laminated on the antiferromagnetic layer;
A nonmagnetic intermediate layer laminated on the ferromagnetic layer and containing a nonmagnetic material;
A second ferromagnetic layer laminated on the nonmagnetic intermediate layer and containing the ferromagnetic material;
A capping layer laminated on the second ferromagnetic layer and provided in contact with the second electrode;
The area of the abutting surface where the second electrode and the capping layer abut, the area of the abutting surface where the capping layer and the second ferromagnetic layer abut, the second ferromagnetic layer and the non-magnetic The area of the contact surface with which the intermediate layer contacts, the area of the contact surface with which the nonmagnetic intermediate layer and the first ferromagnetic layer contact, and the first ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer It is formed so that the area of the contact surface to contact is equal as the first area,
When the area of the contact surface where the underlayer and the first electrode are in contact is the second area, the third area, which is the area of the contact surface where the antiferromagnetic layer and the underlayer are in contact, is A magnetic head, wherein the magnetic head is formed so as to be equal to the first area and to have the second area larger than the first area.
電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドを作成する磁気ヘッド作製方法において、
前記反強磁性体材料を含む層に積層される強磁性材料を含む強磁性層の被覆されていない領域を所定の深さまで、エッチングするエッチングステップと、
このエッチングステップにて、前記強磁性材料を検出する検出ステップと、
この検出ステップにて、前記強磁性材料を検出しなくなった時点でエッチングすることを終了する終了ステップと、
を含むことを特徴とする磁気ヘッド作製方法。
In a magnetic head manufacturing method for creating a magnetic head using a sensor having an antiferromagnetic material layer in a layer laminated between electrodes and being energized perpendicularly to a layer in contact with the electrode,
An etching step of etching an uncovered region of a ferromagnetic layer including a ferromagnetic material stacked on the layer including the antiferromagnetic material to a predetermined depth;
In this etching step, a detection step of detecting the ferromagnetic material;
In this detection step, an ending step for ending etching when the ferromagnetic material is no longer detected,
A method of manufacturing a magnetic head, comprising:
電極間に積層する層の中に反強磁性体材料を含む層を有し、当該電極に当接する層に垂直に通電されるセンサを用いた磁気ヘッドを作成する磁気ヘッド作製方法において、
前記反強磁性体材料を含む層の被覆されていない領域を所定の深さまで、エッチングするエッチングステップと、
このエッチングステップにて、前記反強磁性体材料を検出する検出ステップと、
この検出ステップにて、前記反強磁性体材料を検出しなくなった時点でエッチングすることを終了する終了ステップと、
を含むことを特徴とする磁気ヘッド作製方法。
In a magnetic head manufacturing method for creating a magnetic head using a sensor having an antiferromagnetic material layer in a layer laminated between electrodes and being energized perpendicularly to a layer in contact with the electrode,
An etching step of etching an uncovered region of the layer comprising the antiferromagnetic material to a predetermined depth;
In this etching step, a detection step of detecting the antiferromagnetic material,
In this detection step, an ending step for ending etching when the antiferromagnetic material is no longer detected, and
A method of manufacturing a magnetic head, comprising:
請求項1から4までのいずれか一項に記載の磁気ヘッドを備えることを特徴とする磁気記録再生装置。

A magnetic recording / reproducing apparatus comprising the magnetic head according to claim 1.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2882004A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-10 Hitachi Ltd. Memory device based on anisotropic magentoresistance

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