JP2007142322A - Magnetism detection element - Google Patents

Magnetism detection element Download PDF

Info

Publication number
JP2007142322A
JP2007142322A JP2005337022A JP2005337022A JP2007142322A JP 2007142322 A JP2007142322 A JP 2007142322A JP 2005337022 A JP2005337022 A JP 2005337022A JP 2005337022 A JP2005337022 A JP 2005337022A JP 2007142322 A JP2007142322 A JP 2007142322A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
oxide layer
magnetic
oxide
cofecr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005337022A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumi Matsuzaka
和美 松坂
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
Eiji Umetsu
英治 梅津
Kazusato Igarashi
一聡 五十嵐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP2005337022A priority Critical patent/JP2007142322A/en
Publication of JP2007142322A publication Critical patent/JP2007142322A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Heads (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetism detection element capable of increasing a magnetism resistance change rate (ΔR/R) and lowering coupling cohesion magnetism (Hin) affecting a free magnetic layer. <P>SOLUTION: A fixed magnetic layer 3, a non-magnetic material layer 2, and the free magnetic layer 1 are sequentially laminated from the bottom, an oxide layer 16 constituted of CoFeCr that is oxidized is formed on the layer 1, and a tantalum oxide layer 19 is formed on the layer 16. This allows, a specular effect to be properly exerted and the coupling cohesion magnetism (Hin) affecting the layer 1 to be properly lowered while a high resistance change rate (ΔR/R) is maintained, thereby enabling the system to obtain stable reproduction characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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、特に磁気抵抗変化率(ΔR/R)の増大を図るとともにフリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界(Hin)を低減することができる磁気検出素子に関する。   The present invention relates to a magnetic detecting element for reproduction mounted on a hard disk device or the like, and in particular, to increase a magnetoresistance change rate (ΔR / R) and reduce a coupling coupling magnetic field (Hin) exerted on a free magnetic layer. The present invention relates to a magnetic detection element that can be used.

以下に示す特許文献1には、再生用の磁気検出素子が開示されている。この特許文献1には、磁気検出素子の製造工程中での酸化工程において、フリー磁性層(自由層)を構成するCoFeの酸化物が形成され、このCoFeの酸化物が鏡面反射層として機能することが記載されている。   Patent Document 1 shown below discloses a magnetic detecting element for reproduction. In Patent Document 1, a CoFe oxide constituting a free magnetic layer (free layer) is formed in an oxidation process in the manufacturing process of the magnetic sensing element, and the CoFe oxide functions as a specular reflection layer. It is described.

そして、この鏡面反射層の存在によって伝導電子の平均自由行程が増大し、磁気抵抗変化率(ΔR/R)を増大できることが開示されている。   It is disclosed that the mean free path of conduction electrons is increased by the presence of the specular reflection layer, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) can be increased.

また、前記特許文献1には、前記磁気検出素子に形成された反射層(スペキュラー層)に接するようにして前記反射層の上に、酸化Ta等で形成された保護層が形成される旨が記載されている。   Further, in Patent Document 1, a protective layer formed of Ta oxide or the like is formed on the reflective layer so as to be in contact with the reflective layer (specular layer) formed on the magnetic detection element. Are listed.

磁気抵抗効果素子の保護層として酸化Ta層を設ける点は、下記の特許文献2にも記載されている(特許文献2の[0091]欄)。   The point of providing a Ta oxide layer as a protective layer of the magnetoresistive effect element is also described in the following Patent Document 2 ([0091] column of Patent Document 2).

また、反射層(スペキュラー層)は、例えば下記の特許文献3の図16に記載されているように、例えばフリー磁性層中に設けることも出来る。特許文献3の[0312]欄には、「スペキュラー膜94の形成は、例えば磁性材料層93までを成膜し、磁性材料層93表面を酸化する。この酸化層をスペキュラー膜94として機能させることができる。そしてスペキュラー膜94上に磁性材料層95を成膜する。」と記載されている。また特許文献3の[0313]欄にはスペキュラー層の材質が開示されている。
特開2002−076474号公報 特開2003−188440号公報 特開2003−298139号公報
Further, the reflective layer (specular layer) can also be provided, for example, in the free magnetic layer as described in FIG. In the [0312] column of Patent Document 3, “the specular film 94 is formed by, for example, forming the magnetic material layer 93 and oxidizing the surface of the magnetic material layer 93. The oxide layer functions as the specular film 94. Then, a magnetic material layer 95 is formed on the specular film 94. " In addition, the material of the specular layer is disclosed in the [0313] column of Patent Document 3.
JP 2002-076474 A JP 2003-188440 A JP 2003-298139 A

しかし、前記特許文献1に記載された前記磁気検出素子のように、CoFeの酸化物層の上に酸化Ta層を形成した構成では、後述する実験によれば、抵抗変化率(ΔR/R)を高くするとともに、フリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界(Hin)を小さくすることができなかった。   However, in the configuration in which the Ta oxide layer is formed on the CoFe oxide layer as in the magnetic detection element described in Patent Document 1, according to the experiment described later, the resistance change rate (ΔR / R) And the coupling coupling magnetic field (Hin) exerted on the free magnetic layer could not be reduced.

酸化Ta層はあまり厚い膜厚で形成されると全酸化されずスペキュラー効果が小さくなることから抵抗変化率(ΔR/R)が低下することがわかった。よって前記酸化Ta層を薄く形成したいが、ちょうど前記抵抗変化率(ΔR/R)が最高に高くなる付近の膜厚を選択すると、前記カップリング結合磁界(Hin)が大きくなりやすく、また抵抗変化率(ΔR/R)が最高に高くなる付近の膜厚からわずかに酸化Ta層の膜厚を小さくするだけで、急激に前記カップリング結合磁界(Hin)が大きくなり、よって前記カップリング結合磁界(Hin)を確実に小さくするには、酸化Ta層の膜厚をやや厚い膜厚で形成し、この結果、前記抵抗変化率(ΔR/R)を犠牲にしなければならなかった。   It was found that when the Ta oxide layer was formed with a very thick film thickness, the specular effect was reduced because the film was not completely oxidized, and the resistance change rate (ΔR / R) was lowered. Therefore, it is desired to form the Ta oxide layer thinly, but if the film thickness in the vicinity where the rate of change in resistance (ΔR / R) is maximized is selected, the coupling magnetic field (Hin) tends to increase, and the resistance change The coupling coupling magnetic field (Hin) increases rapidly only by slightly reducing the thickness of the Ta oxide layer from the thickness in the vicinity of the highest rate (ΔR / R), and thus the coupling coupling magnetic field. In order to reduce (Hin) with certainty, the Ta oxide layer had to be formed with a slightly thick film, and as a result, the resistance change rate (ΔR / R) had to be sacrificed.

前記カップリング結合磁界(Hin)を小さくすることはアシンメトリーの増大を抑制し再生特性の安定性を得る上で好ましいが、従来では、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得るとともに、前記カップリング結合磁界(Hin)を小さくすることはできなかった。   Although it is preferable to reduce the coupling magnetic field (Hin) in order to suppress an increase in asymmetry and obtain stability of reproduction characteristics, conventionally, a high resistance change rate (ΔR / R) is obtained and the coupling is performed. The coupling magnetic field (Hin) could not be reduced.

特許文献2や特許文献3には、スペキュラー層として酸化Ta層や、その他、磁性材料が酸化されて成る酸化物層が開示されているものの、スペキュラー層を設けたという以外にスペキュラー効果を効果的に高めるための構造は開示されていない。特に前記カップリング結合磁界(Hin)については全く触れていない。   Although Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose an oxide Ta layer as a specular layer and an oxide layer formed by oxidizing a magnetic material, the specular effect is effective except that a specular layer is provided. A structure for enhancing the speed is not disclosed. In particular, the coupling coupling magnetic field (Hin) is not mentioned at all.

そこで本発明は前記従来の課題を解決するものであり、磁気抵抗変化率(ΔR/R)の増大を図るとともにフリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界(Hin)を低減することができる磁気検出素子を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention solves the above-described conventional problems, and can increase the magnetoresistance change rate (ΔR / R) and reduce the coupling coupling magnetic field (Hin) exerted on the free magnetic layer. An object is to provide an element.

本発明は、下から固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層され、
前記フリー磁性層上にCoFeCrが酸化されて成る酸化物層が形成され、
前記酸化物層上に酸化Ta層が形成されていることを特徴とするものである。
In the present invention, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer are laminated in this order from the bottom
An oxide layer formed by oxidizing CoFeCr is formed on the free magnetic layer,
A Ta oxide layer is formed on the oxide layer.

上記により、スペキュラー効果が適切に発揮され、高い抵抗変化率(ΔR/R)を維持しながら、フリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界(Hin)を適切に小さくでき、安定した再生特性を得ることが可能である。   As described above, the specular effect is appropriately exhibited, and the coupling coupling magnetic field (Hin) exerted on the free magnetic layer can be appropriately reduced while maintaining a high rate of change in resistance (ΔR / R), thereby obtaining stable reproduction characteristics. It is possible.

本発明では、前記酸化Ta層の膜厚は、16〜24Åの範囲内であることが好ましい。従来のように、前記フリー磁性層上にCoFeが酸化されて成る酸化物層が形成されている場合、前記酸化Ta層を上記程度まで薄くすると、上記膜厚範囲内では、抵抗変化率(ΔR/R)及びカップリング結合磁界(Hin)の値の変動が非常に大きく、しかも上記範囲内で膜厚を薄くすると抵抗変化率(ΔR/R)が急低下するとともに、前記カップリング結合磁界(Hin)が急上昇することが後述する実験によりわかっている。これはフリー磁性層/CoFeの酸化物層/酸化Ta層の積層構造で、前記酸化Ta層を薄く形成すると、前記フリー磁性層が酸化されすくなるためであると考えられる。一方、本発明では、フリー磁性層/CoFeCrの酸化物層/酸化Ta層の積層構造で、前記酸化Ta層を上記のように薄く形成しても、前記フリー磁性層の酸化を抑制できると考えられ、上記膜厚範囲内での、抵抗変化率(ΔR/R)及びカップリング結合磁界(Hin)の値の変動を従来に比べて小さくできる。そして上記膜厚範囲内では、抵抗変化率(ΔR/R)の最大値を取ることができ、しかも上記膜厚範囲内で膜厚が薄くなっても前記抵抗変化率(ΔR/R)の低下は緩やかであり、一方、前記カップリング結合磁界(Hin)は、上記膜厚範囲内では前記膜厚が薄くなるにつれてやや上昇するものの、その上昇は非常に緩やかであることが後述する実験により証明されており、したがって本発明では、前記酸化Ta層の膜厚を上記範囲内に規制することで、従来に比べて、高い抵抗変化率(ΔR/R)を維持しながら、前記カップリング結合磁界(Hin)を適切に小さくすることが可能である。   In the present invention, the thickness of the Ta oxide layer is preferably in the range of 16 to 24 mm. In the case where an oxide layer formed by oxidizing CoFe is formed on the free magnetic layer as in the prior art, if the Ta oxide layer is thinned to the above extent, the rate of change in resistance (ΔR) is within the above film thickness range. / R) and coupling coupling magnetic field (Hin) values are very large, and when the film thickness is reduced within the above range, the rate of change in resistance (ΔR / R) rapidly decreases and the coupling coupling magnetic field ( It is known from experiments to be described later that Hin) rises rapidly. This is presumably because the free magnetic layer / CoFe oxide layer / Ta oxide layer has a laminated structure, and if the Ta oxide layer is thinly formed, the free magnetic layer is easily oxidized. On the other hand, in the present invention, it is considered that the oxidation of the free magnetic layer can be suppressed even if the Ta oxide layer is formed as thin as described above in a laminated structure of a free magnetic layer / CoFeCr oxide layer / Ta oxide layer. Thus, the variation of the resistance change rate (ΔR / R) and the coupling coupling magnetic field (Hin) within the above film thickness range can be reduced as compared with the conventional case. The resistance change rate (ΔR / R) can take the maximum value within the film thickness range, and the resistance change rate (ΔR / R) decreases even when the film thickness decreases within the film thickness range. On the other hand, the coupling coupling magnetic field (Hin) increases slightly as the film thickness decreases within the above-mentioned film thickness range, but it is proved by experiments described later that the increase is very moderate. Therefore, in the present invention, by controlling the film thickness of the Ta oxide layer within the above range, the coupling coupling magnetic field can be maintained while maintaining a high resistance change rate (ΔR / R) as compared with the prior art. (Hin) can be appropriately reduced.

また本発明では、前記酸化物層の膜厚は、4〜8Åの範囲内であることが好ましい。CoFeCrの酸化物層は、あまり厚い膜厚で形成されると前記フリー磁性層の磁歪が大きくなり、またあまり薄い膜厚で形成されると抵抗変化率(ΔR/R)が低下することが後述する実験によりわかっている。よって本発明では前記酸化物層の膜厚を上記範囲内に規制することで前記フリー磁性層の磁歪を小さくできるともに、抵抗変化率(ΔR/R)を安定して高い値にすることが出来る。   Moreover, in this invention, it is preferable that the film thickness of the said oxide layer exists in the range of 4-8cm. If the CoFeCr oxide layer is formed with a very thick film thickness, the magnetostriction of the free magnetic layer increases, and if formed with a very thin film thickness, the rate of change in resistance (ΔR / R) decreases. It is known from experiments. Therefore, in the present invention, by limiting the thickness of the oxide layer within the above range, the magnetostriction of the free magnetic layer can be reduced, and the resistance change rate (ΔR / R) can be stably increased. .

本発明は、下から固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層され、前記フリー磁性層上にCoFeCrが酸化されて成る酸化物層が形成され、前記酸化物層上に酸化Ta層が形成されていることを特徴とするものである。   In the present invention, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer are stacked in this order from the bottom, an oxide layer formed by oxidizing CoFeCr is formed on the free magnetic layer, and an oxide Ta layer is formed on the oxide layer. A layer is formed.

上記により、スペキュラー効果が適切に発揮され、高い抵抗変化率(ΔR/R)を維持しながら、フリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界(Hin)を適切に小さくでき、安定した再生特性を得ることが可能になる。   As described above, the specular effect is appropriately exhibited, and the coupling coupling magnetic field (Hin) exerted on the free magnetic layer can be appropriately reduced while maintaining a high rate of change in resistance (ΔR / R), thereby obtaining stable reproduction characteristics. It becomes possible.

図1は、本実施形態の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。なお、図1では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。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。   FIG. 1 is a cross-sectional view of the entire structure of the present embodiment as viewed from the side facing the recording medium. In FIG. 1, only the central portion of the element extending in the X1-X2 direction is shown broken away. 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 underlayer 6 formed of a nonmagnetic material such as one or more elements of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The foundation layer 6 may not be formed.

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 seed layer 22 is formed on the underlayer 6. By forming the seed layer 22, the crystal grain size in the direction parallel to the film surface of each layer formed on the seed layer 22 can be increased. It is possible to more appropriately improve the magnetoresistance change rate (ΔR / R).

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 seed layer 22 is formed of NiFeCr alloy, Cr, or the like.
The antiferromagnetic layer 4 formed on the seed layer 22 includes an element X (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn. It is preferable to form with the antiferromagnetic material containing these.

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やIrを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたPtMn合金やIrMn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). In particular, it is preferable to use Pt or Ir among platinum group elements. For example, a PtMn alloy or an IrMn 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 antiferromagnetic layer 4 includes the element X and the element X ′ (where the element X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, 1 of Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and rare earth elements It may be formed of an antiferromagnetic material containing Mn and a seed or two or more elements.

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、積層フェリ構造として構成されている。   The pinned magnetic layer 3 formed on the antiferromagnetic layer 4 includes a first magnetic layer 13 in contact with the interface 4a with the antiferromagnetic layer 4 and a nonmagnetic layer on the first magnetic layer 13. A laminated ferrimagnetic structure is constituted by the second magnetic layer 11 formed through the intermediate layer 12.

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 nonmagnetic material layer 2 is formed on the pinned magnetic layer 3. The nonmagnetic material layer 2 is made of Cu, for example.

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。図1に示す実施形態では、前記フリー磁性層1は第1の層14と、前記第1の層14の上に形成された第2の層15の2層構造で形成されている。前記第1の層14は例えばCoFeなどの磁性材料で形成され、前記第2の層1bは例えばNiFeなどの磁性材料で形成することができる。また前記第1の層14をエンハンス層として機能させることが出来る。前記エンハンス層は、前記第1の層14よりもスピン分極率の大きい磁性材料で形成されることが好ましい。なおCoFeはNiFeよりスピン分極率が大きい。なお前記エンハンス層は、第1の層14及び第2の層15とは別個に設けられてもよい。かかる場合、前記エンハンス層のスピン分極率は前記第1の層14及び第2の層15よりも大きいことが好ましい。前記エンハンス層を形成することで、抵抗変化率(ΔR/R)をより効果的に向上させることができる。なお、前記フリー磁性層1が1層構造で形成されていても良いし、固定磁性層3と同じように積層フェリ構造で形成されてもよい。   Further, a free magnetic layer 1 is formed on the nonmagnetic material layer 2. In the embodiment shown in FIG. 1, the free magnetic layer 1 is formed of a two-layer structure of a first layer 14 and a second layer 15 formed on the first layer 14. The first layer 14 can be formed of a magnetic material such as CoFe, and the second layer 1b can be formed of a magnetic material such as NiFe. Further, the first layer 14 can function as an enhancement layer. The enhancement layer is preferably formed of a magnetic material having a higher spin polarizability than the first layer 14. CoFe has a higher spin polarizability than NiFe. The enhancement layer may be provided separately from the first layer 14 and the second layer 15. In such a case, it is preferable that the enhancement layer has a higher spin polarizability than the first layer 14 and the second layer 15. By forming the enhancement layer, the rate of change in resistance (ΔR / R) can be improved more effectively. The free magnetic layer 1 may be formed with a single layer structure, or may be formed with a laminated ferrimagnetic structure like the pinned magnetic layer 3.

前記フリー磁性層1の上には、CoFeCrが酸化されて成る酸化物層16が形成されている。前記酸化物層16は、磁気抵抗変化に寄与する伝導電子の平均自由行程を増大させるための鏡面反射層(スペキュラー層)としての機能を有するものである。なお、前記酸化物層16は、CoFeCrが自然酸化されたもの、あるいはプラズマ酸化、ラジカル酸化などの自然酸化以外の方法で酸化されたものである。   An oxide layer 16 formed by oxidizing CoFeCr is formed on the free magnetic layer 1. The oxide layer 16 has a function as a specular reflection layer (specular layer) for increasing the mean free path of conduction electrons contributing to the magnetoresistance change. The oxide layer 16 is formed by natural oxidation of CoFeCr or by oxidation using a method other than natural oxidation such as plasma oxidation or radical oxidation.

図1に示す実施形態では、前記酸化物層16の上に、酸化Ta層19が形成されている。前記酸化Ta層19は保護層であるがスペキュラー効果の向上にも寄与している。   In the embodiment shown in FIG. 1, a Ta oxide layer 19 is formed on the oxide layer 16. The Ta oxide layer 19 is a protective layer, but also contributes to the improvement of the specular effect.

図1に示す磁気検出素子A1では、前記下地層6から酸化Ta層19までの積層体のトラック幅方向(図示X1−X2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, the hard bias layers 5 and 5 and the electrode layers 8 and 8 are provided on both sides in the track width direction (X1-X2 direction in the drawing) of the laminate from the base layer 6 to the Ta oxide layer 19. Is formed.

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に示す磁気検出素子A1では、前記固定磁性層3の磁化は、前記反強磁性層4との間で発生する交換結合磁界によってハイト方向と平行な方向(図示Y2方向と平行な方向)に固定されている。例えば第1の磁性層13は図示Y2方向に、第2の磁性層11は図示Y2方向とは逆方向に磁化固定される。   In the magnetic detection element A1 shown in FIG. 1, the magnetization of the pinned magnetic layer 3 is parallel to the height direction by the exchange coupling magnetic field generated between the antiferromagnetic layer 4 (the direction parallel to the Y2 direction in the drawing). It is fixed to. For example, the magnetization of the first magnetic layer 13 is fixed in the Y2 direction, and the second magnetic layer 11 is fixed in the direction opposite to the Y2 direction.

一方、前記フリー磁性層1は、ハードバイアス層5,5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X2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 magnetic layer 1 is weak enough to rotate and rotate with respect to the external magnetic field in the right direction (X2 direction in the figure) in the track width direction by the longitudinal bias magnetic field supplied from the hard bias layers 5 and 5. It is in the state of becoming.

固定磁性層3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1の磁化の方向との関係で、前記電極層8,8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。図1に示す磁気検出素子1では、前記フリー磁性層1の膜面に対して水平方向にセンス電流が流されるCIP−GMR型の磁気検出素子となっている。   The electric resistance flowing between the electrode layers 8 and 8 changes depending on the relationship between the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 3 and the magnetization direction of the free magnetic layer 1 affected by the external magnetic field. The external signal from the recording medium is reproduced by the voltage change based thereon. The magnetic detection element 1 shown in FIG. 1 is a CIP-GMR type magnetic detection element in which a sense current flows in the horizontal direction with respect to the film surface of the free magnetic layer 1.

図1に示す磁気検出素子の特徴的部分について説明する。上記したように前記フリー磁性層1上にはCoFeCrが酸化されてなる酸化物層16が形成され、前記酸化物層16上には酸化Ta層19が形成されている。本実施形態では、前記フリー磁性層1上にCoFeCrの酸化物層16を設けることで、前記酸化Ta層19を薄く形成しても、前記フリー磁性層1が酸化されるのを抑制でき、高い抵抗変化率(ΔR/R)を維持できるとともに、前記フリー磁性層1に及ぼされるカップリング結合磁界(Hin)を小さくすることができる。   A characteristic part of the magnetic detection element shown in FIG. 1 will be described. As described above, the oxide layer 16 formed by oxidizing CoFeCr is formed on the free magnetic layer 1, and the oxidized Ta layer 19 is formed on the oxide layer 16. In the present embodiment, by providing the CoFeCr oxide layer 16 on the free magnetic layer 1, the free magnetic layer 1 can be prevented from being oxidized even if the Ta oxide layer 19 is thinly formed. The resistance change rate (ΔR / R) can be maintained, and the coupling coupling magnetic field (Hin) exerted on the free magnetic layer 1 can be reduced.

前記酸化Ta層19の膜厚は、16〜24Åの範囲内であることが好ましい。後述する実験によれば、上記範囲内にて前記酸化Ta層19の膜厚を調整すると、前記抵抗変化率(ΔR/R)の最大値を得ることができ、しかもその膜厚での前記カップリング結合磁界(Hin)を小さく抑えることができる。また上記膜厚範囲内で前記酸化Ta層19の膜厚を小さくしていくと、前記抵抗変化率(ΔR/R)は徐々に小さくなっていくものの、その減少は、CoFeの酸化物を用いた従来に比べて緩やかであり、一方、前記カップリング結合磁界(Hin)は徐々に大きくなっていくものの、その上昇は、CoFeの酸化物を用いた従来に比べて緩やかであり、よって上記範囲内で前記酸化Ta層19の膜厚を調整すれば、高い抵抗変化率(ΔR/R)と小さいカップリング結合磁界(Hin)の双方を満足できる磁気検出素子を製造することが可能である。カップリング結合磁界(Hin)を小さくできることで、アシンメトリーの増大を抑制でき再生特性の安定性(stability)を図ることが可能である。なお実際の磁気ヘッドに使用する際には、前記酸化Ta層19の上にアルミナなどからなる上部ギャップ層が形成されるが、前記酸化Ta層とアルミナ等との相互拡散によりスペキュラー界面が変質しないように、前記酸化Ta層19と上部ギャップ層との間に、拡散防止層を設けることが好ましい。前記拡散防止層は例えば酸化Ta層であり、かかる場合、前記酸化Ta層19と、その上の拡散防止層としての酸化Ta層とを合わせた膜厚は60Å〜80Å程度にすることが好ましい。   The thickness of the Ta oxide layer 19 is preferably in the range of 16 to 24 mm. According to the experiment described later, when the film thickness of the Ta oxide layer 19 is adjusted within the above range, the maximum value of the resistance change rate (ΔR / R) can be obtained, and the cup at the film thickness is obtained. The ring coupling magnetic field (Hin) can be kept small. Further, when the thickness of the Ta oxide layer 19 is reduced within the above-mentioned thickness range, the rate of change in resistance (ΔR / R) gradually decreases, but the decrease is caused by using an oxide of CoFe. On the other hand, the coupling coupling magnetic field (Hin) gradually increases, but the increase is more gradual than the conventional one using CoFe oxide. If the thickness of the Ta oxide layer 19 is adjusted, it is possible to manufacture a magnetic sensing element that can satisfy both a high resistance change rate (ΔR / R) and a small coupling magnetic field (Hin). Since the coupling coupling magnetic field (Hin) can be reduced, an increase in asymmetry can be suppressed and the stability of the reproduction characteristics can be achieved. When used in an actual magnetic head, an upper gap layer made of alumina or the like is formed on the Ta oxide layer 19, but the specular interface does not change due to mutual diffusion between the Ta oxide layer and alumina. Thus, it is preferable to provide a diffusion preventing layer between the Ta oxide layer 19 and the upper gap layer. The diffusion preventing layer is, for example, a Ta oxide layer. In such a case, it is preferable that the total thickness of the Ta oxide layer 19 and the oxidized Ta layer as the diffusion preventing layer thereon is about 60 to 80 mm.

次に、前記酸化物層16の膜厚は、4〜8Åの範囲内であることが好ましい。後述する実験によれば、前記酸化物層16の膜厚を4Åよりも小さくすると、抵抗変化率(ΔR/R)が低下し、前記酸化物層16の膜厚を8Åよりも大きくするとフリー磁性層1の磁歪が上昇することがわかっている。CoFeCrの前記酸化物層16は、CoFeの酸化物層に比べてフリー磁性層1の酸化を抑制する能力は高いものの、あまり薄すぎてもその能力は弱まり、前記フリー磁性層1が酸化されやすくなる結果、前記抵抗変化率(ΔR/R)は低下していくものと考えられる。一方、前記酸化物層16の成膜膜厚があまり厚すぎても、CoFeCrが全部酸化されず、一部、CoFeCrとして残ってしまい、元々、NiFeやCoFe(フリー磁性層1の材料)に比べて磁歪の大きいCoFeCrに引きずられてフリー磁性層1の磁歪は大きくなるものと考えられる。したがって前記酸化物層16の膜厚を、4〜8Åの範囲内にすることで、抵抗変化率(ΔR/R)を安定して大きくできるとともに、フリー磁性層1の磁歪を小さくすることができる。前記フリー磁性層1の磁歪を低減できることで前記フリー磁性層1の外部磁界に対する感度を向上させることができ再生出力の安定性(stability)を向上させることが出来る。   Next, the thickness of the oxide layer 16 is preferably in the range of 4 to 8 mm. According to the experiment described later, when the thickness of the oxide layer 16 is less than 4 mm, the rate of change in resistance (ΔR / R) decreases, and when the thickness of the oxide layer 16 is greater than 8 mm, free magnetic properties are obtained. It has been found that the magnetostriction of layer 1 is increased. The CoFeCr oxide layer 16 has a higher ability to suppress oxidation of the free magnetic layer 1 than the CoFe oxide layer, but if it is too thin, the ability is weakened and the free magnetic layer 1 is easily oxidized. As a result, it is considered that the rate of change in resistance (ΔR / R) decreases. On the other hand, even if the film thickness of the oxide layer 16 is too thick, the CoFeCr is not completely oxidized and partially remains as CoFeCr, which is originally compared with NiFe and CoFe (material of the free magnetic layer 1). Therefore, it is considered that the magnetostriction of the free magnetic layer 1 is increased by being dragged by CoFeCr having a large magnetostriction. Therefore, by setting the thickness of the oxide layer 16 within the range of 4 to 8 mm, the rate of change in resistance (ΔR / R) can be stably increased and the magnetostriction of the free magnetic layer 1 can be decreased. . Since the magnetostriction of the free magnetic layer 1 can be reduced, the sensitivity of the free magnetic layer 1 to an external magnetic field can be improved, and the stability of reproduction output can be improved.

CoFeCrの組成比について説明する。Coは40〜87at%、Feは10〜60at%、Crは3〜20at%の範囲内で、これら3元素の組成比を足した値が100at%となるように調整される。   The composition ratio of CoFeCr will be described. Co is adjusted in a range of 40 to 87 at%, Fe in a range of 10 to 60 at%, and Cr in a range of 3 to 20 at%, and a value obtained by adding the composition ratio of these three elements is adjusted to 100 at%.

なお熱処理等により各層間で元素拡散が生じている可能性がある。したがって、フリー磁性層上に、CoFeCrの酸化物濃度が他の領域に比べて高い酸化物高濃度領域が存在し、前記酸化物高濃度領域よりも上に、酸化Ta濃度が他の領域よりも高い酸化Ta高濃度領域が存在する形態であってもよい。   Note that there may be element diffusion between layers due to heat treatment or the like. Therefore, an oxide high concentration region where the CoFeCr oxide concentration is higher than other regions exists on the free magnetic layer, and the Ta oxide concentration is higher than that of the other regions above the oxide high concentration region. A form in which a high concentration region of high oxidized Ta exists is also possible.

なお組成分析は、SIMS分析装置や電解放射型透過電子顕微鏡(FE−TEM)を用いたナノビーム特性X線分析(Nano−beam EDX)等により行われる。   The composition analysis is performed by nano-beam characteristic X-ray analysis (Nano-beam EDX) using a SIMS analyzer or an electrolytic emission transmission electron microscope (FE-TEM).

本実施形態における磁気検出素子の製造方法について説明する。まず、下地層6、シードレイヤ22、反強磁性層4、固定磁性層3、非磁性材料層2、及びフリー磁性層1までをスパッタ法等に積層形成した後、前記フリー磁性層1上にCoFeCr合金層をスパッタ法等で形成する。このとき、前記CoFeCr合金層を、2〜4Åで成膜する。そして前記CoFeCr合金層を酸化して酸化物層16を形成する。酸化方法には、自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化など既存の酸化方法を用いることが可能である。自然酸化の場合、酸化強度は、10ML〜1GL(約1.33×10〜1.33×10(Pa・s))であることが好ましい。2〜4Åの膜厚で形成されたCoFeCr合金層全体を適切に酸化させることが出来る。これにより前記フリー磁性層1上にCoFeCrが酸化されて成る酸化物層16が形成される。前記酸化物層16の膜厚は4〜8Åの範囲内となる。 A method of manufacturing the magnetic detection element in the present embodiment will be described. First, the base layer 6, the seed layer 22, the antiferromagnetic layer 4, the pinned magnetic layer 3, the nonmagnetic material layer 2, and the free magnetic layer 1 are stacked and formed on the free magnetic layer 1 by sputtering or the like. A CoFeCr alloy layer is formed by sputtering or the like. At this time, the CoFeCr alloy layer is formed in a thickness of 2 to 4 mm. Then, the CoFeCr alloy layer is oxidized to form an oxide layer 16. As the oxidation method, an existing oxidation method such as natural oxidation, plasma oxidation, or radical oxidation can be used. In the case of natural oxidation, the oxidation strength is preferably 10 ML to 1 GL (about 1.33 × 10 3 to 1.33 × 10 5 (Pa · s)). The entire CoFeCr alloy layer formed with a thickness of 2 to 4 mm can be appropriately oxidized. As a result, an oxide layer 16 formed by oxidizing CoFeCr is formed on the free magnetic layer 1. The film thickness of the oxide layer 16 is in the range of 4 to 8 mm.

次に前記酸化物層16上にTaを所定膜厚でスパッタ成膜し、Ta層を上記手法により酸化して酸化Ta層19を形成する。本実施形態では、前記Ta層を8〜12Åの膜厚で成膜することが好ましい。例えば前記Ta層は自然酸化されるが、この程度の膜厚であると前記Ta層全体を適切に酸化させることが出来る。前記Ta層が酸化されて成る酸化Ta層19の膜厚は16〜24Åの範囲内となる。   Next, Ta is sputter-deposited on the oxide layer 16 with a predetermined thickness, and the Ta layer is oxidized by the above method to form an oxidized Ta layer 19. In the present embodiment, the Ta layer is preferably formed with a thickness of 8 to 12 mm. For example, although the Ta layer is naturally oxidized, the Ta layer as a whole can be appropriately oxidized when the film thickness is this level. The film thickness of the oxidized Ta layer 19 formed by oxidizing the Ta layer is in the range of 16 to 24 mm.

下地層6から酸化Ta層19までの積層体を図1に示す形態に加工処理した後、前記積層体のトラック幅(X1−X2方向)の両側にハードバイアス層5,5及び電極層8,8を積層する。前記固定磁性層3は反強磁性層4との間で生じる交換結合磁界等を受けてハイト方向(図示Y2方向と平行な方向)と平行な方向に磁化固定される。一方、フリー磁性層1は前記ハードバイアス層5,5からバイアス磁界が供給され、トラック幅方向(図示X1−X2方向9と平行な方向に磁化される。   After processing the laminated body from the underlayer 6 to the Ta oxide layer 19 in the form shown in FIG. 1, the hard bias layers 5 and 5 and the electrode layers 8 are formed on both sides of the track width (X1-X2 direction) of the laminated body. 8 is laminated. The pinned magnetic layer 3 receives an exchange coupling magnetic field generated between the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 4 and is pinned in a direction parallel to the height direction (direction parallel to the Y2 direction in the drawing). On the other hand, the free magnetic layer 1 is supplied with a bias magnetic field from the hard bias layers 5 and 5 and is magnetized in a track width direction (a direction parallel to the X1-X2 direction 9 in the drawing).

また本実施形態では、任意の箇所に表面改質処理を行ってもよい。表面改質処理は、純Arガスを真空チャンバー内に導入し、スパッタが起こらない程度に低エネルギーのプラズマをある任意の層表面に生じさせる。これにより前記層表面の表面粗さが低減される。   Moreover, in this embodiment, you may perform a surface modification process in arbitrary locations. In the surface modification treatment, pure Ar gas is introduced into a vacuum chamber, and low-energy plasma is generated on an arbitrary layer surface to the extent that sputtering does not occur. Thereby, the surface roughness of the layer surface is reduced.

プラズマ処理後は、直ちに、同真空チャンバー内に、純Arガスに加えて微量の酸素を流入する。すると、上述のプラズマ処理により、前記層表面は活性化されているため、例えば純Arガスと酸素による混合ガス雰囲気中で前記層表面に酸素が吸着される。前記層表面に吸着された酸素はサーファクタント(Surfactant)として機能する。これにより、前記層表面に積層される各層の界面平坦性及び結晶性を向上させることができ、前記抵抗変化率(ΔR/R)の向上さらには、前記カップリング結合磁界(Hin)の低減をより効果的に促進させることが出来る。   Immediately after the plasma treatment, a small amount of oxygen is introduced into the vacuum chamber in addition to pure Ar gas. Then, since the layer surface is activated by the plasma treatment described above, oxygen is adsorbed on the layer surface in a mixed gas atmosphere of pure Ar gas and oxygen, for example. Oxygen adsorbed on the surface of the layer functions as a surfactant. Thereby, the interface flatness and crystallinity of each layer laminated on the layer surface can be improved, and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved and the coupling coupling magnetic field (Hin) can be reduced. It can be promoted more effectively.

上記界面改質処理は、例えば、図1に示す非磁性中間層12の表面や第2の磁性層11の表面等に行う。   The interface modification treatment is performed, for example, on the surface of the nonmagnetic intermediate layer 12 and the surface of the second magnetic layer 11 shown in FIG.

図1に示す磁気検出素子を形成した。図1に示す磁気検出素子のうち素子中央の積層体部分を以下の膜構成で形成した。   The magnetic detection element shown in FIG. 1 was formed. In the magnetic detection element shown in FIG. 1, the laminated part at the center of the element was formed with the following film configuration.

基板/シードレイヤ:{Ni0.8Fe0.260at%Cr40at%(42Å)/反強磁性層:IrMn(55Å)/固定磁性層[Co70at%Fe30at%(12Å)/Ru(8.7Å)/Co(22Å)]/非磁性材料層:Cu(19Å)/フリー磁性層:[Co90at%Fe10at%(12Å)/Co70at%Fe30at%/Ni80at%Fe20at%(13.5Å)]/{Fe0.55Co0.4595at%Cr5at%(2.5Å)/Ta、である。括弧内の数値は膜厚を示している。 Substrate / seed layer: {Ni 0.8 Fe 0.2 } 60 at% Cr 40 at% (42 Å) / antiferromagnetic layer: IrMn (55 Å) / pinned magnetic layer [Co 70 at% Fe 30 at% (12 Å) / Ru ( 8.7 Å) / Co (22 Å)] / Nonmagnetic material layer: Cu (19 Å) / Free magnetic layer: [Co 90 at% Fe 10 at% (12 Å) / Co 70 at% Fe 30 at% / Ni 80 at% Fe 20 at% ( 13.5 Å)] / {Fe 0.55 Co 0.45 } 95 at% Cr 5 at% (2.5 Å) / Ta. The numerical value in the parenthesis indicates the film thickness.

前記フリー磁性層上に{Fe0.55Co0.4595at%Cr5at%を成膜した後、100ML(約1.33×10(Pa・s))の酸化強度にて酸化した。またTa層を自然酸化させた。すなわちTa層は自然酸化後、酸化Ta層となっている。 After depositing {Fe 0.55 Co 0.45 } 95 at% Cr 5 at% on the free magnetic layer, the film was oxidized at an oxidation strength of 100 ML (about 1.33 × 10 4 (Pa · s)). The Ta layer was naturally oxidized. That is, the Ta layer becomes an oxidized Ta layer after natural oxidation.

実験では、前記Ta層の膜厚を変化させ、前記Ta層の成膜時の膜厚と抵抗変化率(ΔR/R)との関係について調べた。   In the experiment, the thickness of the Ta layer was changed, and the relationship between the thickness of the Ta layer and the rate of resistance change (ΔR / R) was examined.

また比較例として、上記膜構成を基に、{Fe0.55Co0.4595at%Cr5at%の部分を3ÅのCoFeで形成し、CoFeを1ML(約1.33×10(Pa・s))の酸化強度にて酸化させ、さらにその酸化物層上にTa層(自然酸化で酸化Ta層となっている)を形成した磁気検出素子を形成し、前記Ta層の膜厚を変化させ、前記Ta層の成膜時の膜厚と抵抗変化率(ΔR/R)との関係について調べた。その実験結果を図2に示す。なお図2の横軸には、Ta層の成膜時の膜厚に加えて、酸化Ta層の膜厚も併記した。 As a comparative example, based on the above film structure, a {Fe 0.55 Co 0.45 } 95 at% Cr 5 at% portion is formed of 3 % CoFe, and CoFe is 1 ML (about 1.33 × 10 2 (Pa S)) is oxidized at the oxidation strength, and a magnetic sensing element is formed on which the Ta layer (which is an oxidized Ta layer by natural oxidation) is formed, and the thickness of the Ta layer is increased. The relationship between the film thickness at the time of forming the Ta layer and the rate of change in resistance (ΔR / R) was examined. The experimental results are shown in FIG. In addition to the film thickness at the time of film formation of the Ta layer, the film thickness of the oxidized Ta layer is also shown on the horizontal axis in FIG.

図2に示すように、フリー磁性層上にCoFeCrの酸化物層を形成したほうが、CoFeの酸化物層を形成した場合に比べて、抵抗変化率(ΔR/R)を高く出来ることがわかった。CoFeCrの酸化物層を形成した場合、図2に示すように前記Ta層の膜厚を8〜12Å(酸化Ta層の膜厚を16〜24Å)の範囲内にすると、その範囲内に前記抵抗変化率(ΔR/R)の最大値を得ることが出来るとともに、たとえ前記抵抗変化率(ΔR/R)が最大値となる膜厚より薄く形成されても、前記抵抗変化率(ΔR/R)は、CoFeの酸化物層を用いた場合に比べて大きくできることがわかった。図2に示すように、CoFeの酸化物層を用いた場合では、Ta層の成膜膜厚が12Åより小さくなると急激に抵抗変化率(ΔR/R)が低下してしまうが、CoFeCrの酸化物層を用いた場合では、抵抗変化率(ΔR/R)の低下は緩やかで、しかも依然として高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来ることがわかった。   As shown in FIG. 2, it was found that the rate of change in resistance (ΔR / R) can be increased by forming the CoFeCr oxide layer on the free magnetic layer as compared to the case of forming the CoFe oxide layer. . When the CoFeCr oxide layer is formed, as shown in FIG. 2, when the thickness of the Ta layer is within a range of 8 to 12 mm (the thickness of the oxidized Ta layer is 16 to 24 mm), the resistance is within that range. The maximum value of the rate of change (ΔR / R) can be obtained, and even if the resistance change rate (ΔR / R) is formed thinner than the maximum thickness, the rate of change of resistance (ΔR / R) It can be seen that can be increased compared to the case of using a CoFe oxide layer. As shown in FIG. 2, in the case of using a CoFe oxide layer, the rate of change in resistance (ΔR / R) suddenly decreases when the film thickness of the Ta layer becomes smaller than 12 mm. In the case of using a physical layer, it was found that the rate of change in resistance (ΔR / R) was gradual, and a high rate of change in resistance (ΔR / R) could still be obtained.

次に図2の実験に用いた磁気検出素子を用いて、Ta層の成膜時の膜厚とフリー磁性層に及ぼされるカップリング結合磁界(Hin)との関係について調べた。その実験結果を図3に示す。なお図3の横軸には、Ta層の成膜時の膜厚に加えて、酸化Ta層の膜厚も併記した。   Next, the relationship between the film thickness at the time of forming the Ta layer and the coupling magnetic field (Hin) exerted on the free magnetic layer was examined using the magnetic detection element used in the experiment of FIG. The experimental results are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 3 shows the thickness of the Ta oxide layer in addition to the thickness of the Ta layer.

図3に示すように、CoFeCrの酸化物層、及びCoFeの酸化物層のどちらを用いても、Ta層の成膜膜厚を厚くすれば(酸化Ta層の膜厚を厚くすれば)、カップリング結合磁界(Hin)を小さくできるが、それでもCoFeCrの酸化物層を用いたほうが、前記カップリング結合磁界(Hin)をやや小さく出来ることがわかった。   As shown in FIG. 3, using either the CoFeCr oxide layer or the CoFe oxide layer, if the film thickness of the Ta layer is increased (if the film thickness of the Ta oxide layer is increased), Although the coupling coupling magnetic field (Hin) can be reduced, it has been found that the coupling coupling magnetic field (Hin) can be slightly reduced by using the CoFeCr oxide layer.

図3に示すように前記Ta層の成膜膜厚を薄くしていくと(酸化Ta層の膜厚を薄くしていくと)カップリング結合磁界(Hin)の大きさは、CoFeCrの酸化物層を用いた場合と、CoFeの酸化物層を用いた場合とで顕著な差として現れた。   As shown in FIG. 3, when the film thickness of the Ta layer is decreased (when the film thickness of the Ta oxide layer is decreased), the magnitude of the coupling coupling magnetic field (Hin) is increased by the CoFeCr oxide. A remarkable difference was observed between the case where the layer was used and the case where the CoFe oxide layer was used.

図3に示すように、CoFeの酸化物層を用いた場合、Ta層の成膜膜厚を12Å以下に設定すると、カップリング結合磁界(Hin)は急激に上昇することがわかった。これはフリー磁性層が酸化の影響を受けているためであると考えられる。一方、CoFeCrの酸化物層を用いた場合、Ta層の成膜膜厚を12Å以下に設定しても、膜厚を薄くしていくことで徐々にカップリング結合磁界(Hin)は上昇する傾向にあるものの、前記カップリング結合磁界(Hin)の上昇は緩やかで、CoFeの酸化物層を用いた場合に比べて前記カップリング結合磁界(Hin)をより適切に低減できることがわかった。   As shown in FIG. 3, it was found that when the CoFe oxide layer was used, the coupling coupling magnetic field (Hin) increased rapidly when the film thickness of the Ta layer was set to 12 mm or less. This is presumably because the free magnetic layer is affected by oxidation. On the other hand, when a CoFeCr oxide layer is used, even if the film thickness of the Ta layer is set to 12 mm or less, the coupling magnetic field (Hin) tends to increase gradually as the film thickness is reduced. However, the increase of the coupling coupling magnetic field (Hin) was slow, and it was found that the coupling coupling magnetic field (Hin) can be reduced more appropriately than in the case of using a CoFe oxide layer.

前記CoFeCrの酸化物層を用いた場合、Ta層の成膜膜厚を8〜12Å(酸化Ta層の膜厚を16Å〜24Å)の範囲内にすると、CoFeの酸化物層を用いた場合に比べて、高い抵抗変化率(ΔR/R)を維持しながら、カップリング結合磁界(Hin)を小さく出来ることがわかった。   When the CoFeCr oxide layer is used, when the film thickness of the Ta layer is in the range of 8 to 12 mm (the film thickness of the oxidized Ta layer is 16 to 24 mm), the CoFe oxide layer is used. In comparison, it was found that the coupling coupling magnetic field (Hin) can be reduced while maintaining a high rate of change in resistance (ΔR / R).

次に、図1に示す磁気検出素子のうち素子中央の積層体部分を以下の膜構成で形成した。   Next, in the magnetic detection element shown in FIG. 1, the laminated part at the center of the element was formed with the following film configuration.

基板/シードレイヤ:{Ni0.8Fe0.260at%Cr40at%(42Å)/反強磁性層:IrMn(55Å)/固定磁性層[Co70at%Fe30at%(12Å)/Ru(8.7Å)/Co(22Å)]/非磁性材料層:Cu(19Å)/フリー磁性層:[Co90at%Fe10at%(12Å)/Co70at%Fe30at%/Ni80at%Fe20at%(13.5Å)]/{Fe0.55Co0.4595at%Cr5at%/Ta(16Å)、である。括弧内の数値は膜厚を示している。 Substrate / seed layer: {Ni 0.8 Fe 0.2 } 60 at% Cr 40 at% (42 Å) / antiferromagnetic layer: IrMn (55 Å) / pinned magnetic layer [Co 70 at% Fe 30 at% (12 Å) / Ru ( 8.7 Å) / Co (22 Å)] / Nonmagnetic material layer: Cu (19 Å) / Free magnetic layer: [Co 90 at% Fe 10 at% (12 Å) / Co 70 at% Fe 30 at% / Ni 80 at% Fe 20 at% ( 13.5 Å)] / {Fe 0.55 Co 0.45 } 95 at% Cr 5 at% / Ta (16 Å). The numerical value in the parenthesis indicates the film thickness.

前記フリー磁性層上に{Fe0.55Co0.4595at%Cr5at%を成膜した後、100ML(約1.33×10(Pa・s))の酸化強度にて酸化した。またTa層を自然酸化させた。すなわちTa層は自然酸化後、酸化Ta層となっている。 After depositing {Fe 0.55 Co 0.45 } 95 at% Cr 5 at% on the free magnetic layer, the film was oxidized at an oxidation strength of 100 ML (about 1.33 × 10 4 (Pa · s)). The Ta layer was naturally oxidized. That is, the Ta layer becomes an oxidized Ta layer after natural oxidation.

実験では、CoFeCr合金層の膜厚を変化させ、前記CoFeCr合金層の成膜時の膜厚と抵抗変化率(ΔR/R)との関係について調べた。その実験結果を図4に示す。なお図4の横軸には、CoFeCr合金層の成膜時の膜厚に加えて、CoFeCrの酸化物層の膜厚も併記した。図4に示すように、CoFeCr合金層の成膜膜厚が薄くなると(前記酸化物層の膜厚が薄くなると)、抵抗変化率(ΔR/R)が低下することがわかった。   In the experiment, the thickness of the CoFeCr alloy layer was changed, and the relationship between the thickness of the CoFeCr alloy layer and the rate of change in resistance (ΔR / R) was examined. The experimental results are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 4 shows the thickness of the CoFeCr oxide layer in addition to the thickness of the CoFeCr alloy layer. As shown in FIG. 4, it was found that the rate of change in resistance (ΔR / R) decreases as the film thickness of the CoFeCr alloy layer decreases (when the film thickness of the oxide layer decreases).

図5は、図4での実験に用いた試料を用い、前記CoFeCr合金層の成膜時の膜厚とフリー磁性層の磁歪との関係について調べた結果である。なお図5の横軸には、CoFeCr合金層の成膜時の膜厚に加えて、CoFeCrの酸化物層の膜厚も併記した。   FIG. 5 shows the results of examining the relationship between the thickness of the CoFeCr alloy layer and the magnetostriction of the free magnetic layer, using the sample used in the experiment of FIG. The horizontal axis of FIG. 5 also shows the thickness of the CoFeCr oxide layer in addition to the thickness of the CoFeCr alloy layer.

図5に示すように、CoFeCr合金層の成膜膜厚が厚くなると(前記酸化物層の膜厚が厚くなると)、フリー磁性層の磁歪が上昇することがわかった。前記フリー磁性層の磁歪は出来る限り小さいほうがよい。前記抵抗変化率(ΔR/R)を安定して高い値に確保でき、且つフリー磁性層の磁歪を小さくするには前記CoFeCr合金層の成膜膜厚を2〜4Å(CoFeCrの酸化物層の膜厚を4Å〜8Å)に設定することが好ましいことがわかった。また前記CoFeCr合金層の成膜膜厚を3〜4Å(CoFeCrの酸化物層の膜厚を6Å〜8Å)に設定すると、安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を確保できるとともに、フリー磁性層の磁歪を安定して小さい値にすることが出来ることがわかった。   As shown in FIG. 5, it was found that the magnetostriction of the free magnetic layer increases as the thickness of the CoFeCr alloy layer increases (when the thickness of the oxide layer increases). The magnetostriction of the free magnetic layer should be as small as possible. The film thickness of the CoFeCr alloy layer can be reduced to 2 to 4 mm (of the CoFeCr oxide layer) in order to ensure the resistance change rate (ΔR / R) stably at a high value and reduce the magnetostriction of the free magnetic layer. It has been found that it is preferable to set the film thickness to 4 to 8 cm. When the film thickness of the CoFeCr alloy layer is set to 3 to 4 mm (the film thickness of the CoFeCr oxide layer is 6 mm to 8 mm), a high resistance change rate (ΔR / R) can be secured stably and free It was found that the magnetostriction of the magnetic layer can be stably reduced.

本実施形態の磁気検出素子の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、Sectional drawing which looked at the whole structure of the magnetic detection element of this embodiment from the opposing surface side with a recording medium, CoFeCrの酸化物層を用いた図1に示す磁気検出素子と、前記酸化物層の部分をCoFeの酸化物層に代えた磁気検出素子について、Ta層(酸化Ta層)の膜厚と抵抗変化率(ΔR/R)との関係を示すグラフ、For the magnetic sensing element shown in FIG. 1 using a CoFeCr oxide layer and the magnetic sensing element in which the oxide layer is replaced with a CoFe oxide layer, the film thickness and resistance change of the Ta layer (Ta oxide layer) A graph showing the relationship with the rate (ΔR / R), CoFeCrの酸化物層を用いた図1に示す磁気検出素子と、前記酸化物層の部分をCoFeの酸化物層に代えた磁気検出素子について、Ta層(酸化Ta層)の膜厚とカップリング結合磁界(Hin)との関係を示すグラフ、The magnetic sensing element shown in FIG. 1 using a CoFeCr oxide layer and the magnetic sensing element in which the oxide layer is replaced with a CoFe oxide layer, the thickness of the Ta layer (Ta oxide layer) and the coupling A graph showing the relationship with the coupling magnetic field (Hin); 図1に示す磁気検出素子について、CoFeCr合金層(CoFeCrの酸化物層)の膜厚と抵抗変化率(ΔR/R)との関係を示すグラフ、FIG. 1 is a graph showing the relationship between the thickness of a CoFeCr alloy layer (CoFeCr oxide layer) and the rate of change in resistance (ΔR / R) for the magnetic sensing element shown in FIG. 図1に示す磁気検出素子について、CoFeCr合金層(CoFeCrの酸化物層)の膜厚とフリー磁性層の磁歪との関係を示すグラフ、FIG. 1 is a graph showing the relationship between the thickness of the CoFeCr alloy layer (CoFeCr oxide layer) and the magnetostriction of the free magnetic layer for the magnetic sensing element shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 フリー磁性層
2 非磁性材料層
3 固定磁性層
4 反強磁性層
5 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
16 CoFeCrの酸化物層
19 酸化Ta層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Free magnetic layer 2 Nonmagnetic material layer 3 Fixed magnetic layer 4 Antiferromagnetic layer 5 Bias layer 8 Electrode layer 11 Second magnetic layer 12 Nonmagnetic intermediate layer 13 First magnetic layer 16 CoFeCr oxide layer 19 Ta oxide layer

Claims (3)

下から固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層され、
前記フリー磁性層上にCoFeCrが酸化されて成る酸化物層が形成され、
前記酸化物層上に酸化Ta層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
The pinned magnetic layer, nonmagnetic material layer, and free magnetic layer are stacked in this order from the bottom.
An oxide layer formed by oxidizing CoFeCr is formed on the free magnetic layer,
A magnetic sensing element, wherein a Ta oxide layer is formed on the oxide layer.
前記酸化Ta層の膜厚は、16〜24Åの範囲内である請求項1記載の磁気検出素子。   The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the thickness of the Ta oxide layer is in a range of 16 to 24 mm. 前記酸化物層の膜厚は、4〜8Åの範囲内である請求項1又は2に記載の磁気検出素子。   The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the oxide layer has a thickness in a range of 4 to 8 mm.
JP2005337022A 2005-11-22 2005-11-22 Magnetism detection element Withdrawn JP2007142322A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005337022A JP2007142322A (en) 2005-11-22 2005-11-22 Magnetism detection element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005337022A JP2007142322A (en) 2005-11-22 2005-11-22 Magnetism detection element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007142322A true JP2007142322A (en) 2007-06-07

Family

ID=38204794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005337022A Withdrawn JP2007142322A (en) 2005-11-22 2005-11-22 Magnetism detection element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007142322A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3650344B2 (en) Spin valve
JP2004031545A (en) Magnetic detector and its manufacturing method
JP2004214234A (en) Magnetoresistance effect element, magnetoresistance effect-type head, and magnetic recording and reproducing device
JP2008004944A (en) Ferromagnetic structure, spin valve structure and its manufacturing method, and magnetoresistive effect element and its manufacturing method
JP2009004784A (en) Exchange-coupling film, magnetoresistance effect element using the same and method of manufacturing magnetoresistance effect element
US20080151438A1 (en) Magnetoresistive element
JP2004335931A (en) Cpp-type giant magnetoresistance effect element
JP2003309305A (en) Magnetic detection element
JP3908557B2 (en) Method for manufacturing magnetic sensing element
JP2000215414A (en) Magnetic sensor
JP2008103662A (en) Tunnel type magnetic detection element, and its manufacturing method
JP2008060273A (en) Tunnel type magnetic detection element and manufacturing method therefor
WO2008050790A1 (en) Tunnel-type magnetic detecting element and method for manufacturing the same
JP2008041827A (en) Tunnel-type magnetic detection element and its manufacturing method
JP2007142257A (en) Magnetic detection element
JP2007194457A (en) Tunnel magnetism detection element, and its manufacturing method
JP3587792B2 (en) Magnetic sensing element and method of manufacturing the same
JP3904467B2 (en) Magnetic sensing element and manufacturing method thereof
US20080186638A1 (en) Tunneling magnetic sensing element having free magnetic layer inserted with nonmagnetic metal layers
JP2007158058A (en) Magnetic detecting element
JPWO2004051629A1 (en) Magnetic disk drive and manufacturing method thereof
JP4830876B2 (en) Tunnel-type magnetic sensing element and manufacturing method thereof
JP5041829B2 (en) Tunnel type magnetic sensor
JP2006310701A (en) Magnetic detecting element and manufacturing method thereof
JP2002280641A (en) Exchange connection film and magnetic detection element using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100202

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20100309