JP3600538B2 - Magnetic sensing element and method of manufacturing the same - Google Patents

Magnetic sensing element and method of manufacturing the same Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用して磁界を検出する磁気検出素子に係り、特に、ギャップ長を短くしつつも、磁気抵抗変化率を高くでき、高記録密度化に対応することのできる磁気検出素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２５は従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０００３】
図２５に示す磁気検出素子では、図示しない下部シールド層上に下部ギャップ層１０が積層され、下部ギャップ層１０上に下地層１１を介して反強磁性層１２、固定磁性層１３、非磁性導電層１４、フリー磁性層１５、鏡面反射層１６及び保護層１７が形成され、下地層１１から保護層１７までの積層体が多層膜１８として構成されている。
【０００４】
反強磁性層１２はＰｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金などの反強磁性材料により形成されている。
【０００５】
固定磁性層１３およびフリー磁性層１５は、Ｎｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）合金で形成されており、非磁性導電層１４は、Ｃｕ（銅）などの電気抵抗の低い非磁性導電材料で形成されている。
【０００６】
そして多層膜１８の両側部の下部ギャップ層１０上及び固定磁性層１３、非磁性導電層１４、及びフリー磁性層１５の側面にかけて、Ｃｒなどで形成された緩衝膜及び配向膜となる金属膜１９が形成されており、この金属膜１９の形成によって、後述するハードバイアス層２０から発生するバイアス磁界を増大させることができる。
【０００７】
金属膜１９の上には、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たハードバイアス層２０が形成されている。
【０００８】
ハードバイアス層２０は図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されており、ハードバイアス層２０からのＸ方向へのバイアス磁界により、フリー磁性層１５の磁化は図示Ｘ方向に揃えられている。
【０００９】
またハードバイアス層２０上には、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗなどで形成された電極層２１が形成されている。
【００１０】
さらに、多層膜１８及び電極層２１上に絶縁材料からなる上部ギャップ層２２が積層され、上部ギャップ層２１上に図示しない上部シールド層が形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図２５に示された磁気検出素子は、いわゆるスピンバルブ型磁気検出素子であり、固定磁性層１３の磁化方向が、適正に図示Ｙ方向に平行な方向に固定され、しかもフリー磁性層１５の磁化が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層１３とフリー磁性層１５の磁化が直交関係にある。そして記録媒体からの外部磁界に対し、フリー磁性層１５の磁化が変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層１３の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００１２】
図２５に示された磁気検出素子の多層膜１８には、鏡面反射層１６が形成されている。
【００１３】
鏡面反射層１６は、フリー磁性層１５よりも高い抵抗値を示すものであり、鏡面反射層１６とフリー磁性層１５の界面においてポテンシャル障壁を形成する。このようなポテンシャル障壁が存在すると、アップスピンの伝導電子を鏡面反射させて、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を延すことができ、磁気検出素子の磁気抵抗変化率を高くすることができる。
【００１４】
鏡面反射層１６は絶縁性の高い材料によって形成されることが好ましく、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等が考えられる。
【００１５】
しかしながら、鏡面反射層１６としてＡｌ２Ｏ３を使用した従来の磁気検出素子では、近年の高記録密度化に伴い、以下のような問題点が発生した。
【００１６】
（１）まず一つ目は絶縁性の問題である。鏡面反射層１６は、厚さが１から１０ｎｍと非常に薄く形成される。このように膜厚が非常に薄く形成された場合、アルミナで形成された鏡面反射層１６では、適切な強さの絶縁耐圧を得ることができず、磁気検出素子に大きな電流が流されたときに、鏡面反射層１６が破壊されやすい。
【００１７】
（２）二つ目は、耐現像液性の問題である。図２５の磁気検出素子を形成した後の工程で、電極層２１上に主電極層やインダクディブヘッドを形成する。前記主電極層やインダクディブヘッドを形成ときには、レジストパターン形成の工程を有するが、レジストパターン形成の際に使用される強アルカリなどの現像液にアルミナは溶けやすく、前記現像液にさらされたときの前記アルミナのエッチングレートは非常に早い。
【００１８】
特に、上記したように鏡面反射層の膜厚は非常に薄いため、耐現像液性が低いと鏡面反射層１６を確実に形成することが困難になる。
【００１９】
逆に、アルミナを用いて十分な絶縁耐圧と耐現像液性を有する鏡面反射層を形成するためには、鏡面反射層１６の膜厚を厚くする必要があり、磁気検出素子の狭ギャップ化を進める上で不利になる。
【００２０】
またアルミナは比較的良好であるが、非常に薄い膜厚で鏡面反射層１６を形成するためには、平滑性がよいことが必要である。
【００２１】
以上のようにアルミナで形成された鏡面反射層１６では、絶縁性、耐現像液性、平滑性、をすべて満足することはできなかった。
【００２２】
本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、鏡面反射層をＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜で形成することにより、前記鏡面反射層の絶縁性、耐現像液性、及び平滑性を向上させた磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示されＳｉが全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されている絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料を用いて、前記鏡面反射層を形成し、これによって前記鏡面反射層の絶縁性、耐現像液性を向上させることが可能になる。
【００２５】
従って、前記鏡面反射層を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した前記鏡面反射層を形成することができる。
【００２６】
また、本発明における前記鏡面反射層は平滑性も良好なため、前記鏡面反射層を薄い膜厚で作ることも容易である。
【００２７】
さらに、本発明における前記鏡面反射層は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【００２８】
Ｓｉの添加により、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる前記鏡面反射層は、アルミナで形成された鏡面反射層に比べて絶縁耐圧が向上する。
【００２９】
例えばＡｌ３４．０Ｓｉ５０Ｏ６１．０では、絶縁耐圧が７．７ＭＶ／ｃｍであった。ちなみにアルミナの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであった。
【００３０】
なお、Ｓｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料よりも絶縁耐圧が向上し、１３．０ＭＶ／ｃｍであった。
【００３１】
また耐現像液性もアルミナに比べて向上する。アルミナのエッチングレートは５０Å／ｍｉｎ程度であったが、Ｓｉの添加により、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜のエッチングレートはそれよりも小さくなり、Ｓｉの添加量が９ａｔ％程度であると、エッチングレートはほぼ０Å／ｍｉｎに近い数値となった。
【００３２】
上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の絶縁性、耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、ＡｌとＯとで構成される絶縁材料にＳｉを添加することでＳｉとＯとの結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するものと考えられる。
【００３３】
また平滑性も良好で、アルミナとほぼ同程度の平滑性を保つことが確認された。
【００３４】
さらに放熱性に関しては、アルミナよりも良好で、今後の高記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制することが可能である。
【００３５】
放熱性がアルミナよりも良くなるのは、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層の原子配列に短範囲の規則性があるからではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にアモルファス化している。一方、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層は、Ｓｉの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則性が現れ、結晶性が向上する。
【００３６】
原子配列に短範囲の規則性が生じているか否かは透過電子線回折像を見ることによって判別することが可能である。
【００３７】
後述する実験結果により、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中の、前記Ｓｉの添加量は、全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲内であることが好ましいことが判明した。
【００３８】
また本発明では、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ２が、前記絶縁性材料中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占めることが好ましい。
【００３９】
さらに本発明では、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中のＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ２が、前記絶縁性材料中の６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占めることが好ましい。
【００４０】
または本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層が形成されていることを特徴とするものである。
なお、鏡面反射層の厚さは、０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の範囲にあることである。
【００４１】
このように本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて前記鏡面反射層を形成することにより、前記鏡面反射層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることができる。その結果、前記鏡面反射層の膜厚を薄くしても充分な鏡面反射効果を得ることができる
。従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【００４２】
また、本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ａｌ−Ｓｉ薄膜を形成後、前記Ａｌ−Ｓｉ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成し、このとき前記絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とすることを特徴とするものである。
或は、本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ｓｉ−Ｎ薄膜を形成後、前記Ｓｉ−Ｎ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成することを特徴とするものである。
【００４３】
本発明では、前記Ａｌ−Ｓｉ薄膜またはＳｉ−Ｎ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させるので、適度な酸化速度で前記Ａｌ−Ｓｉ薄膜またはＳｉ−Ｎ薄膜を均一に酸化することが容易になる。
【００４４】
または、前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、Ａｌ−Ｓｉからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ２ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成し、このとき前記絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下としてもよい。
または、本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ｓｉ−Ｎからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ ２ ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成することを特徴とするものである。
【００４５】
上記した発明では、ターゲットをＡｌ−ＳｉまたはＳｉ−Ｎで形成できるので、Ｓｉ量をＡｌまたはＮとの混合比のみで設定できる。またスパッタ装置内にＯ２ガスを導入して反応性スパッタ法によって、所定の組成からなる、Ａｌ−Ｓｉ−ＯあるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を容易に形成することが可能である。
【００４７】
また、前記鏡面反射層を０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚さで形成することが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚さで形成することである。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【００４９】
図１に示す磁気検出素子は、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７が順次積層されてなるいわゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【００５０】
図１では、下地層３３、反強磁性層３４、第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９が積層された多層膜Ｔ１が形成されている。なお、多層膜Ｔ１の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【００５１】
多層膜Ｔ１の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２が成膜されている。
【００５２】
下部ギャップ層３２の上面と下地層３３の側面、反強磁性層３４の側面、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２のフリー磁性層３７ａの側面に接してＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ５０Ｍｏ５０などによってバイアス下地層４０が形成されている。
【００５３】
バイアス下地層４０の上には、ハードバイアス層４１が形成されている。ハードバイアス層４１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、図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
【００５４】
ハードバイアス層４１上には、Ｔａなどの非磁性材料で形成された中間層４２が形成され、この中間層４２の上に、Ｃｒ，Ａｕ，Ｔａ，Ｗ、などで形成された電極層４３が形成されている。
【００５５】
多層膜Ｔ１の表面、及び電極層４３の表面に上部ギャップ層４４が成膜され、上部ギャップ層４４上には上部シールド（図示せず）が形成されている。上部シールド層は、無機絶縁材料からなる図示しない保護層によって覆われる。
【００５６】
なお、多層膜Ｔ１中の反強磁性層３４が、点線（延出部）３４ａで示されるように図示Ｘ方向に延長され、この延出部３４ａの上面と固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２のフリー磁性層３７ａの側面に接してバイアス下地層４０が形成されてもよい。なお、このとき下地層３３も図示Ｘ方向に延長される。
【００５７】
反強磁性層３４の延出部３４ａが図示Ｘ方向に延長されて形成され、この上層にバイアス下地層４０及びハードバイアス層４１が積層されると、ハードバイアス層４１の膜厚の厚い部分が第２のフリー磁性層３７ａの側面に接し、第２のフリー磁性層３７ａに充分な大きさのバイアス磁界をかけることができるので好ましい。
【００５８】
下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、上部ギャップ層４４、上部シールド層、及び保護層はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって形成される。
【００５９】
下部シールド層３１及び上部シールド層はＮｉＦｅなどの磁性材料を用いて形成される。なお、下部シールド層３１及び上部シールド層は磁化容易軸がトラック幅方向（図示Ｘ方向）を向いていることが好ましい。
【００６０】
下部ギャップ層３２、上部ギャップ層４４、及び上部シールド層を覆う保護層はＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの非磁性無機材料を用いて形成される。
【００６１】
下地層３３はＴａなどを用いて形成される。
反強磁性層３４は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【００６２】
これらの合金は、成膜直後の状態では、不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。
【００６３】
反強磁性層３４の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【００６４】
ここで、反強磁性層３４を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【００６５】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【００６６】
これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、第１の固定磁性層３５ａとの間で大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層３４を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層３４を得ることができる。
【００６７】
第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。また、第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃは同一の材料で形成されることが好ましい。
【００６８】
また、非磁性中間層３５ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００６９】
非磁性材料層３６は、固定磁性層３５とフリー磁性層３７との磁気的な結合を防止し、またセンス電流が主に流れる層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００７０】
第２のフリー磁性層３７ａ及び第１のフリー磁性層３７ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。
【００７１】
非磁性中間層３７ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００７２】
なお、図１では、第２のフリー磁性層３７ａが拡散防止層３７ａ１と強磁性層３７ａ２とから形成されている。拡散防止層３７ａ１は強磁性材料からなるもので例えばＣｏによって形成されるものであり、強磁性層３７ａ２と非磁性材料層３６の相互拡散を防止する。なお、拡散防止層３７ａ１が形成されず第２のフリー磁性層３７ａが強磁性層３７ａ２のみで構成されてもよい。
保護層３９はＴａなどを用いて形成される。
【００７３】
なお、電極層４３とハードバイアス層４１との間に、ＴａまたはＣｒからなる中間層４２が設けられると、熱拡散を防ぐことができ、ハードバイアス層４１の磁気特性の劣化を防止できる。
【００７４】
電極層４３としてＴａを用いる場合には、Ｃｒの中間層４２を設けることによってＣｒの上層に積層されるＴａの結晶構造を低抵抗の体心立方構造にしやすくなる。
【００７５】
また、電極層４３としてＣｒを用いる場合には、Ｔａの中間層４２を設けることにより、Ｃｒがエピタキシャルに成長して、抵抗値を低減できる。
【００７６】
図１に示された磁気検出素子は、いわゆるスピンバルブ型磁気検出素子であり、固定磁性層３５の磁化方向が、適正に図示Ｙ方向に平行な方向に固定され、しかもフリー磁性層３７の磁化が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層３５とフリー磁性層３７の磁化が直交関係にある。そして記録媒体からの外部磁界に対し、フリー磁性層３７の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層３５の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００７７】
また、図１では、磁気的膜厚が異なる第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃが、非磁性中間層３５ｂを介して積層されたものが、一つの固定磁性層３５として機能する。第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃの磁気的膜厚は、それぞれの飽和磁束密度と膜厚との積の値である。
【００７８】
第１の固定磁性層３５ａは反強磁性層３４と接して形成され、磁場中アニールが施されることにより、第１の固定磁性層３５ａと反強磁性層３４との界面にて交換結合による交換異方性磁界が生じ、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。第１の固定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３５ｂを介して対向する第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、前記第１の固定磁性層３５ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【００７９】
このように、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、反平行となるフェリ磁性状態になっていると、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃとが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層３５の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【００８０】
なお、第１の固定磁性層３５ａの磁気モーメントと第２の固定磁性層３５ｃの磁気モーメントを足し合わせた合成磁気モーメントの方向が固定磁性層３５の磁化方向となる。
【００８１】
図１では、第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃを同じ材料を用いて形成し、さらに、それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれの磁気的膜厚を異ならせている。図１では、第２の固定磁性層３５ｃの膜厚を第１の固定磁性層３５ａの膜厚より厚くしている。
【００８２】
また、第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃの固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃの静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャンセルできる。これにより、固定磁性層３５の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層３７の変動磁化への寄与を減少させることができる。
【００８３】
従って、フリー磁性層３７の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることが可能になる。
【００８４】
ここで、アシンメトリーとは、再生出力波形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリーが小さくなる。従って、アシンメトリーが０に近づく程再生出力波形が対称性に優れていることになる。
【００８５】
前記アシンメトリーは、フリー磁性層３７の磁化の方向と固定磁性層３５の固定磁化の方向とが直交しているときに０となる。アシンメトリーが大きくずれるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなくなり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上することになり、スピンバルブ薄膜磁気素子として優れたものとなる。
【００８６】
また、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）は、素子高さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいという不均一な分布を持ち、フリー磁性層３７内における単磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層３５を上記の積層構造とすることにより双極子磁界をほぼ０とすることができ、これによってフリー磁性層３７内に磁壁ができて磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなどが発生することを防止することができる。
【００８７】
バイアス下地層４０を結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子）構造であるＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ５０Ｍｏ５０などを用いて形成すると、ハードバイアス層４１の保磁力及び角形比が大きくなりバイアス磁界を大きくできる。
【００８８】
ハードバイアス層４１の多層膜Ｔ１と対向する側の側面４１ａは、反強磁性層３４の側面、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２のフリー磁性層３７ａの側面とのみ対向しており、第１のフリー磁性層３７ｃの側面とは対向していない。ハードバイアス層４１からのＸ方向へのバイアス磁界により、第２のフリー磁性層３７ａの磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
【００８９】
フリー磁性層３７は、磁気的膜厚の大きさが異なる第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃが、非磁性中間層３７ｂを介して積層され、第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態である。第１のフリー磁性層３７ｃの磁気的膜厚は、その飽和磁束密度と膜厚との積の値である。
【００９０】
なお、第２のフリー磁性層３７ａの磁気的膜厚は、拡散防止層３７ａ１の磁気的膜厚（飽和磁束密度×膜厚）と強磁性層３７ａ２の磁気的膜厚（飽和磁束密度×膜厚）の和である。
【００９１】
図１に示される磁気検出素子では、第２のフリー磁性層３７ａの磁気的膜厚を第１のフリー磁性層３７ｃの磁気的膜厚より大きくしている。
【００９２】
第２のフリー磁性層３７ａの磁気的膜厚を第１のフリー磁性層３７ｃの磁気的膜厚より大きくすることで、フリー磁性層３７のスピンフロップ磁界を大きくすることができ、これにより、フリー磁性層３７がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【００９３】
なお、スピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平行である２つの磁性層に対して外部磁界を印加したときに、２つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなる外部磁界の大きさである。スピンフロップ磁界が大きいほど、外部磁界中においてもフェリ磁性状態を安定して維持できる。
【００９４】
このとき、磁気モーメントが大きい方、例えば、第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が、ハードバイアス層４１から発生する磁界の方向に向き、第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が、１８０度反対方向に向いた状態になる。
【００９５】
第２のフリー磁性層３７ａの磁気モーメントと第１のフリー磁性層３７ｃの磁気モーメントを足し合わせた合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層３７の磁化方向となる。
【００９６】
第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が１８０度異なる反平行のフェリ磁性状態になると、フリー磁性層３７の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素子の磁界検出感度が向上する。
【００９７】
ハードバイアス層４１は、フリー磁性層３７を構成する第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃのうち、一方の磁化方向を揃えるだけでよい。図１では、第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向のみをそろえている。第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が一定方向に揃えられると、第１のフリー磁性層３７ｃは磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【００９８】
本実施の形態では、ハードバイアス層４１は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２のフリー磁性層３７ａに与える。従って、ハードバイアス層４０から発生する図示Ｘ方向の静磁界によって、第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを抑えることができる。
【００９９】
ただし、電気抵抗値の変化（出力）に直接寄与するのは第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向の相対角であり、これらの相対角が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加されていない状態で直交していることが好ましい。
【０１００】
本実施の形態では、第１のフリー磁性層３７ｃの上面に鏡面反射層３８が形成されている。すなわち、鏡面反射層３８は、フリー磁性層３７の非磁性材料層３６に対する反対側に形成されている。鏡面反射層３８は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１０１】
スピンバルブ型磁気検出素子が磁気を検出する原理を説明する。
スピンバルブ型磁気検出素子にセンス電流を印加すると、伝導電子はおもに電気抵抗の小さい非磁性材料層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピンとダウンスピンの２種類の電子が確率的に等量存在する。
【０１０２】
スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程の行程差に対して正の相関を示す。
【０１０３】
ダウンスピンの伝導電子については、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層とフリー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いままである。
【０１０４】
一方、アップスピンの伝導電子については、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性材料層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自由行程が長くなっている。
【０１０５】
これは、アップスピンを持つ電子の平均自由行程が、例えば、５．０ｎｍ程度であるのに対して、ダウンスピンを持つ電子の平均自由行程が０．６ｎｍ程度であり、１０分の１程度と極端に小さいためである。
【０１０６】
フリー磁性層の膜厚は、０．６ｎｍ程度であるダウンスピンを持つ電子の平均自由行程よりも大きく、５．０ｎｍ程度であるアップスピンを持つ電子の平均自由行程よりも小さく設定されている。
【０１０７】
従って、電子がフリー磁性層を通り抜けようとするときに、この電子がフリー磁性層の磁化方向に平行なアップスピンを持てば自由に移動できるが、反対にダウンスピンを持ったときには直ちに散乱されてしまう（フィルタアウトされる）。
【０１０８】
固定磁性層で発生し、非磁性材料層を通過するダウンスピン電子は、フリー磁性層と非磁性材料層との界面付近で散乱され、フリー磁性層にはほとんど到達しない。つまり、このダウンスピン電子は、フリー磁性層の磁化方向が回転しても平均自由行程に変化はなく、ＧＭＲ効果による抵抗変化率に影響しない。従ってＧＭＲ効果にはアップスピンの伝導電子の挙動のみを考えればよい。
【０１０９】
ここで、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して平行状態から変化すると、非磁性材料層とフリー磁性層との界面で散乱される確率が増加し、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなる。
【０１１０】
このように外部磁界の作用によって、アップスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が大きく変化する。すると、伝導電子全体の平均自由行程も大きく変化し、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなる。
【０１１１】
図１に示される本実施の形態の磁気検出素子では、第１のフリー磁性層３７ｃの上面に接して鏡面反射層３８が積層されている。第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層（絶縁材料層）３８との界面では、これらの層の比抵抗に大きな差があるためにポテンシャル障壁が形成される。
【０１１２】
このポテンシャル障壁は、センス電流を流した際に伝導電子を、そのスピンの方向を保存させたまま鏡面反射させる。
【０１１３】
鏡面反射効果について説明する。
鏡面反射層３８が存在すると、第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層（絶縁材料層）３８との界面において、フリー磁性層３７を通過したアップスピンの伝導電子がスピンの方向を保存したまま鏡面反射し、その平均自由行程が延びる。これにより、アップスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなり、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をさらに大きくできる。
以上のことを模式図を用いて表すと図２に示す通りになる。
【０１１４】
図２には、反強磁性層３４、固定磁性層３５（第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃ）、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７（第２のフリー磁性層３７ａ（拡散防止層３７ａ１、強磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃ）、鏡面反射層３８を順次積層した積層体Ｇ１を示す。
【０１１５】
また、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示している。アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導電子ｅ２は確率的に等量存在している。
【０１１６】
ダウンスピンの伝導電子ｅ２は、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第２のフリー磁性層３７ａとの界面で常に散乱され、フリー磁性層３７に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程に比べて短いままである。
【０１１７】
一方、アップスピンの伝導電子ｅ１は、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６からフリー磁性層３７にまで到達する。そして、フリー磁性層３７内部を移動してフリー磁性層３７と鏡面反射層３８との界面付近に到達する。
【０１１８】
図２のように、鏡面反射層３８がある場合には、フリー磁性層３７と鏡面反射層３８との界面付近にポテンシャル障壁が形成されるため、アップスピンの伝導電子ｅ１がフリー磁性層３７と鏡面反射層３８との界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。
【０１１９】
通常、伝導電子が散乱した場合には、その電子の持っているスピン状態（エネルギー、量子状態など）は変化する。しかし、鏡面散乱した場合には、このアップスピンの伝導電子ｅ１はスピン状態が保存されたまま反射される確率が高く、再びフリー磁性層３７中を移動することになる。つまり、鏡面反射よって、アップスピンｅ１の伝導電子のスピン状態が維持されるので、あたかも散乱されなかったように再びフリー磁性層３７中を移動することになる。
【０１２０】
これは、アップスピンの伝導電子ｅ１が鏡面反射した分、反射平均自由行程λ＋ｓだけ平均自由行程が延びたことを意味する。
【０１２１】
外部磁界が印加されて、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行でなくなる状態では、アップスピンの伝導電子ｅ１は第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向に平行なスピンを持った電子でなくなる。すると、アップスピンの伝導電子ｅ１は、第２のフリー磁性層３７ａと非磁性材料層３６との界面付近で散乱されることになり、アップスピンの伝導電子の有効平均自由行程が急激に減少する。すなわち、抵抗値が増大する。抵抗変化率は、アップスピンの伝導電子ｅ１の有効平均自由行程の変化量と正の相関関係を有する。
【０１２２】
鏡面反射層３８を有する本実施の形態では、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１２３】
本実施の形態では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁材料層を用いて、鏡面反射層３８を形成し、これによって鏡面反射層３８の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０１２４】
従って、鏡面反射層３８を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層３８を形成することができる。
【０１２５】
また、鏡面反射層３８は平滑性も良好なため、鏡面反射層３８を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０１２６】
さらに、鏡面反射層３８は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０１２７】
Ｓｉの添加により、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料によって形成される鏡面反射層３８は、アルミナによって形成された場合と比べて絶縁耐圧が向上する。
【０１２８】
例えばＡｌ３４．０Ｓｉ５．０Ｏ６１．０では、絶縁耐圧が７．７ＭＶ／ｃｍであった。ちなみにアルミナの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであった。
【０１２９】
なお、Ｓｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層３８は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層３８よりも絶縁耐圧が向上し、１３．０ＭＶ／ｃｍであった。
【０１３０】
また耐現像液性もアルミナに比べて向上する。アルミナのエッチングレートは５０Å／ｍｉｎ程度であったが、Ｓｉの添加により、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜のエッチングレートはそれよりも小さくなり、Ｓｉの添加量が９ａｔ％程度であると、エッチングレートはほぼ０Å／ｍｉｎに近い数値となった。
【０１３１】
上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の絶縁性、耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、ＡｌとＯとで構成される絶縁材料にＳｉを添加することでＳｉとＯとの結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するものと考えられる。
【０１３２】
また平滑性も良好で、アルミナとほぼ同程度の平滑性を保つことが確認されたさらに放熱性に関しては、アルミナよりも良好で、今後の高記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制することが可能である。
【０１３３】
放熱性がアルミナよりも良くなるのは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の原子配列に短範囲の規則性があるからではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にアモルファス化している。一方、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、Ｓｉの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則性が現れ、結晶性が向上しているものと推測される。原子配列に短範囲の規則性が生じているか否かは透過電子線回折像を見ることによって判別することが可能である。
【０１３４】
また、上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層３８をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０１３５】
なお、前記Ｓｉの添加量は、全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲内であることが好ましい。
【０１３６】
また本実施の形態では、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ２が、前記膜中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占めることが好ましい。
【０１３７】
さらに本実施の形態では、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる絶縁性材料中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ２が、前記膜中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占めることが好ましい。
【０１３８】
なお、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層３８の厚さは、０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、鏡面反射層３８の厚さが０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の範囲にあることである。
【０１３９】
この鏡面反射層３８の厚さが０．５ｎｍよりも薄い値に設定されると、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜にならず、鏡面反射の効果が充分得られなくなる。
【０１４０】
また、鏡面反射層３８の厚さが６ｎｍよりも厚くなると、シールド間隔が広くなって再生ギャップ長が大きくなり、磁気検出素子の分解能が低下するという問題が顕著になる。
【０１４１】
本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて鏡面反射層３８を形成することにより、鏡面反射層３８の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることができる。その結果、鏡面反射層３８の膜厚を上記のように薄くしても充分な鏡面反射効果を得ることができる。
【０１４２】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０１４３】
鏡面反射効果によるアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差の拡大はフリー磁性層の膜厚が比較的薄い場合により効果を発揮する。
【０１４４】
本実施の形態では、フリー磁性層３７の膜厚が、１．５〜４．５ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。
【０１４５】
フリー磁性層３７の膜厚が１．５ｎｍより薄いと強磁性材料層として機能するように形成することが難しくなり充分な磁気抵抗効果を得ることができない。
【０１４６】
また、フリー磁性層３７の膜厚が４．５ｎｍより厚いと鏡面反射層３８に到達する前に散乱されてしまうアップスピンの伝導電子が増加して鏡面反射効果（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｅｆｆｅｃｔ）によって抵抗変化率が変化する割合が減少するため好ましくない。
【０１４７】
図３は、本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０１４８】
図３に示す磁気検出素子は、第２の実施の形態の磁気検出素子と同様に、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７が順次積層されてなるいわゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【０１４９】
図３では、下地層３３、反強磁性層３４、第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７、バックド層Ｂ１、鏡面反射層３８、保護層３９が積層された多層膜Ｔ２が形成されている。なお、多層膜Ｔ２の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【０１５０】
多層膜Ｔ２の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２が成膜されている。
【０１５１】
なお、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、及び上部ギャップ層４４は、第１の実施の形態の磁気検出素子と同等の構成及び材質であるので、説明を省略する。また、上部ギャップ層４４上には、磁性材料からなる図示しない上部シールド層が形成されている。
【０１５２】
第２の実施の形態の磁気検出素子が第１の実施の形態の磁気検出素子と異なる点は、フリー磁性層３７と鏡面反射層３８の間にバックド層Ｂ１が形成されている点である。
【０１５３】
バックド層Ｂ１は、フリー磁性層３７の非磁性材料層３６に接する面の反対側、即ち第１のフリー磁性層３７ｃに接して形成されている。バックド層Ｂ１は第１のフリー磁性層３７ｃよりも導電性が高いことが好ましく、具体的にはＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｒｕなどの非磁性導電性材料を用いて形成される。特にＣｕからなることが好ましい。
【０１５４】
バックド層Ｂ１の厚さは０．３ｎｍ〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。バックド層Ｂ１の厚さが０．３ｎｍより小さいと、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばす効果が小さくなるため、後述するスピンフィルター効果において磁気抵抗変化率を向上させる効果が低くなる。
【０１５５】
また、バックド層Ｂ１の厚さが２．５ｎｍを越えると、センス電流が非磁性材料層３６に加えてバックド層Ｂ１にも流れやすくなり、センス電流の分流が起きるので好ましくない。
【０１５６】
バックド層Ｂ１が第１のフリー磁性層３７ｃに接して積層されることにより、本成施の形態の磁気検出素子は、いわゆるスピンフィルター効果を示し、磁気抵抗変化率が大きくなる。
【０１５７】
スピンスピンフィルター効果を図４に示した模式図を参照して説明する。
図４には、反強磁性層３４、固定磁性層３５（第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃ）、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７（第２のフリー磁性層３７ａ（拡散防止層３７ａ１、強磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃ）、バックド層Ｂ１、鏡面反射層３８を順次積層した積層体Ｇ２を示す。
【０１５８】
また、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示している。アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導電子ｅ２は確率的に等量存在している。
【０１５９】
ダウンスピンの伝導電子ｅ２は、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第２のフリー磁性層３７ａとの界面で常に散乱され、フリー磁性層３７に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程に比べて短いままである。
【０１６０】
一方、アップスピンの伝導電子ｅ１は、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６からフリー磁性層３７にまで到達する。そして、フリー磁性層３７内部を移動してフリー磁性層３７と鏡面反射層３８との界面付近に到達する。
【０１６１】
図４に示すように、バックド層Ｂ１が設けられている場合には、フリー磁性層３７を通過したアップスピンの伝導電子ｅ１はバックド層Ｂ１において、このバックド層Ｂ１の材料で決定される追加平均自由行程λ＋ｂを移動する。すなわち、バックド層Ｂ１を設けたことにより、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程λ＋が追加平均自由行程λ＋ｂ分だけ延びる。
【０１６２】
バックド層Ｂ１を有する本実施の形態では、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１６３】
図３に示された第２の実施の形態の磁気検出素子でも、鏡面反射層３８を有するので、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１６４】
本実施の形態でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、鏡面反射層３８を形成し、これによって鏡面反射層３８の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０１６５】
従って、鏡面反射層３８を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層３８を形成することができる。
【０１６６】
また、鏡面反射層３８は平滑性も良好なため、鏡面反射層３８を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０１６７】
さらに、鏡面反射層３８は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０１６８】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる鏡面反射層３８は、結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層３８をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０１６９】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０１７０】
図１及び図３に示された磁気検出素子では、多層膜Ｔ１及びＴ２の最上層が酸化防止用の保護層３９となっているが、本発明では図５に示される本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子のように、多層膜Ｔ３の最上層に保護層３９が形成されなくともよい。このとき、鏡面反射層３８は、機能的に上部ギャップ層４４の一部となる。
【０１７１】
これは、本発明では、鏡面反射層３８を組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される酸化物である絶縁性材料を用いて形成するので、鏡面反射層３８の上層に酸化防止のための層を積層する必要がないためである。
【０１７２】
従って、図１及び図３に示される磁気検出素子に存在している保護層３９の分だけ磁気検出素子のギャップ長をより短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０１７３】
なお、上部ギャップ層４４を鏡面反射層３８と同じく組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成してもよい。
【０１７４】
図１、図３及び図５に示された本発明の実施の形態の磁気検出素子は、フリー磁性層３７の非磁性材料層３６に接する面の反対側、すなわち第１のフリー磁性層３７ｃの上層に鏡面反射層３８が積層されていた。
【０１７５】
本発明では、鏡面反射層３８がフリー磁性層３７又は固定磁性層３５内に形成されてもよい。
【０１７６】
図６から図１０に、鏡面反射層がフリー磁性層３７又は固定磁性層３５内に形成された本発明の第４から第８の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図を示す。
【０１７７】
図６に示された磁気検出素子は、第２のフリー磁性層３７ａの強磁性層３７ａ２内に鏡面反射層Ｓ１が形成されたものである。
【０１７８】
鏡面反射層Ｓ１は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１７９】
鏡面反射層Ｓ１の上面に接する強磁性層３７ａ２と鏡面反射層Ｓ１の下面に接する強磁性層３７ａ２は、鏡面反射層Ｓ１を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。従って、第２のフリー磁性層３７を構成する拡散防止層３７ａ１、強磁性層３７ａ２は、その磁化方向がどちらも図示Ｘ方向を向いている。
【０１８０】
第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が図示Ｘ方向を向くと、第１のフリー磁性層３７ｃは磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０１８１】
このように、本実施の形態でもフリー磁性層３７はシンセティックフェリフリー状態になり、フリー磁性層３７の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素子の磁界検出感度が向上する。
【０１８２】
図７に示された磁気検出素子は、第１のフリー磁性層３７ｃ内に鏡面反射層Ｓ２が形成されたものである。
【０１８３】
鏡面反射層Ｓ２は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１８４】
鏡面反射層Ｓ２の上面に接する第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層Ｓ２の下面に接する第２のフリー磁性層３７ａは、鏡面反射層Ｓ２を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０１８５】
ここで、第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が図示Ｘ方向を向くと、第１のフリー磁性層３７ｃはフェロ磁性状態を維持しつつ、磁化方向が図示Ｘ方向に対して反平行となる。すなわち、第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃはフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０１８６】
このように、本実施の形態でもフリー磁性層３７はシンセティックフェリフリー状態になり、フリー磁性層３７の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素子の磁界検出感度が向上する。
【０１８７】
図８に示された磁気検出素子は、固定磁性層３５の非磁性中間層３５ｂ及びフリー磁性層３７の非磁性中間層３７ｂの代わりに、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成された鏡面反射層Ｓ３及びＳ４が形成されたものである。
【０１８８】
鏡面反射層Ｓ３の上面に接する第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層Ｓ３の下面に接する第２のフリー磁性層３７ａは、鏡面反射層Ｓ３を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０１８９】
また、鏡面反射層Ｓ４の上面に接する第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ４の下面に接する第１の固定磁性層３５ａは、鏡面反射層Ｓ４を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０１９０】
従って、固定磁性層３５とフリー磁性層３７は単層磁性層と同じ振る舞いをする。
【０１９１】
なお、非磁性中間層３５ｂと非磁性中間層３７ｂのうち、どちらか一方のみが組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成された鏡面反射層とされてもよい。
【０１９２】
図９に示された磁気検出素子は、第２の固定磁性層３５ｃ内に鏡面反射層Ｓ５が形成されたものである。
【０１９３】
鏡面反射層Ｓ５は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１９４】
鏡面反射層Ｓ５の上面に接する第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ５の下面に接する第２の固定磁性層３５ｃは、鏡面反射層Ｓ５を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０１９５】
第１の固定磁性層３５ａと反強磁性層３４との界面にて交換結合による交換異方性磁界が生じており、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向は図示Ｙ方向に固定されている。第１の固定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３５ｂを介して対向する第２の固定磁性層３５ｃはフェロ磁性状態を維持しながらその磁化方向が、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【０１９６】
このように、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、反平行となるフェリ磁性状態になっていると、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃとが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層３５の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【０１９７】
図９に示された実施の形態の磁気検出素子は、固定磁性層３５内に鏡面反射層Ｓ５を有するので、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１９８】
図１１に、鏡面反射層Ｓ５による鏡面反射効果を説明するための模式図を示す。
【０１９９】
図１１には、反強磁性層３４、固定磁性層３５（第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃ、鏡面反射層Ｓ５、第２の固定磁性層３５ｃ）、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７（第２のフリー磁性層３７ａ（拡散防止層３７ａ１、強磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃ）、を順次積層した積層体Ｇ３を示す。
【０２００】
図１１では、フリー磁性層３７側から固定磁性層３５に向って移動する電子の磁気抵抗効果に対する寄与を考える。ここで、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示している。アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導電子ｅ２は確率的に等量存在している。
【０２０１】
ダウンスピンの伝導電子ｅ２は、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第２の固定磁性層３５ｃとの界面で常に散乱され、固定磁性層３５に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程に比べて短いままである。
【０２０２】
一方、アップスピンの伝導電子ｅ１は、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６から第２の固定磁性層３５ｃ内にまで到達する。そして、第２の固定磁性層３５ｃ内部を移動して第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ５との界面付近に到達する。
【０２０３】
第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ５との界面付近には、ポテンシャル障壁が形成されるため、アップスピンの伝導電子ｅ１が第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ５との界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。鏡面反射よって、アップスピンの伝導電子ｅ１のスピン状態が維持されるので、再び第２の固定磁性層３５ｃ中を移動することになる。
【０２０４】
これは、アップスピンの伝導電子ｅ１が鏡面反射した分、反射平均自由行程λ＋ｓだけ平均自由行程が延びたことを意味する。
【０２０５】
鏡面反射層Ｓ５を有する本実施の形態では、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０２０６】
図１０に示された磁気検出素子は、第１の固定磁性層３５ａ内に鏡面反射層Ｓ６が形成されたものである。
【０２０７】
鏡面反射層Ｓ６は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０２０８】
鏡面反射層Ｓ６の上面に接する第１の固定磁性層３５ａと鏡面反射層Ｓ６の下面に接する第１の固定磁性層３５ａは、鏡面反射層Ｓ６を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０２０９】
この磁気検出素子でも、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向は、フェロ磁性状態を維持しつつ、図示Ｙ方向に固定されている。第１の固定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３５ｂを介して対向する第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【０２１０】
本実施の形態でも、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、反平行となるフェリ磁性状態になり、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃとが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層３５の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【０２１１】
図６から図１０に示された実施の形態の磁気検出素子は、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６のいずれかを有するので、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０２１２】
図６ないし図１０に示された第４ないし第８の実施の形態の磁気検出素子でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６のいずれかを形成し、これによって鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０２１３】
従って、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６を形成することができる。
【０２１４】
また、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６は平滑性も良好なため、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０２１５】
さらに、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０２１６】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６は、結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０２１７】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０２１８】
また、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６を薄い膜厚で形成できると、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６がフリー磁性層３７又は固定磁性層３５内に形成される場合に、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６の上下に積層される磁性層間の強磁性的な結合が弱くなることを抑えることができる。
【０２１９】
また、図１、図３、及び図５に示された磁気検出素子の鏡面反射層３８の積層位置と比べて、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６は非磁性材料層３６に近い位置に積層されているので、アップスピンの伝導電子を非磁性材料層３６近傍に閉じ込めることができ、センス電流の分流が抑制されてシャントロスを低減できる。
【０２２０】
なお、図６ないし図１０に示された磁気検出素子でも、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、保護層３９、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、及び上部ギャップ層４４は、第１の実施の形態の磁気検出素子と同等の構成及び材質であるので、説明を省略する。また、上部ギャップ層４４上には、磁性材料からなる図示しない上部シールド層が形成されている。なお、多層膜Ｔ４ないしＴ８の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【０２２１】
また、図１、図３、図５、図６、図７、図８に示されるような、フリー磁性層３７の非磁性材料層３６に接する面の反対側やフリー磁性層３７内に形成される鏡面反射層３８、Ｓ１、Ｓ２またはＳ３のうちいずれか一つと、図８、図９、図１０に示されるような固定磁性層３５内に形成される鏡面反射層Ｓ４、Ｓ５、またはＳ６のうちいずれか一つとを組合せて一つの磁気検出素子に組み入れてもよい。
【０２２２】
図１２は、本発明の第９の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０２２３】
図１２に示す磁気検出素子は、第２の実施の形態の磁気検出素子と同様に、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７が順次積層されてなるいわゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【０２２４】
図１２では、下地層３３、反強磁性層３４、第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７、バックド層Ｂ２、鏡面反射層Ｓ７が積層された多層膜Ｔ９が形成されている。
【０２２５】
多層膜Ｔ９の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２が成膜されている。
【０２２６】
なお、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７及び上部ギャップ層４４は、第２の実施の形態の磁気検出素子と同等の構成及び材質であるので、説明を省略する。また、上部ギャップ層４４上には、磁性材料からなる図示しない上部シールド層が形成されている。
【０２２７】
図１２に示される本実施の形態の磁気検出素子は、第１のフリー磁性層３７ｃ上に、第２の反強磁性層５０が積層され、第１のフリー磁性層３７ｃの磁化が、第２の反強磁性層５０との間の交換異方性磁界によってＸ方向に揃えられる、いわゆるエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子である。
【０２２８】
第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が図示Ｘ方向を向くと、第２のフリー磁性層３７ａは磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０２２９】
このように、本実施の形態でもフリー磁性層３７はシンセティックフェリフリー状態になっている。
【０２３０】
また、固定磁性層３５全体の磁化方向は、反強磁性層３４との間の交換異方性磁界によって図示Ｙ方向にそろえられている。
【０２３１】
第２の反強磁性層５０，５０は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【０２３２】
第２の反強磁性層５０，５０を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０２３３】
第２の反強磁性層５０，５０上には、Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ａｕなどによって形成される電極層５１が形成される。
【０２３４】
なお、第２の反強磁性層５０，５０間の間隔寸法がトラック幅寸法Ｔｗに対応する。
【０２３５】
本実施の形態の磁気検出素子では、磁気検出素子の形成時に設定されたトラック幅（光学的トラック幅）Ｔｗの領域に不感領域が生じないので、高記録密度化に対応するために磁気検出素子のトラック幅Ｔｗを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑えることができる。
【０２３６】
さらに、本実施の形態では磁気検出素子の側端面Ｓ，Ｓがトラック幅方向に対して垂直となるように形成されることが可能なので、フリー磁性層３７のトラック幅方向長さのバラつきを抑えることができる。
【０２３７】
第１のフリー磁性層３７ｃ上であって、第２の反強磁性層５０，５０にはさまれる領域には、バックド層Ｂ２及び鏡面反射層Ｓ７が順次積層されている。
【０２３８】
バックド層Ｂ２は図３及び図４に示されたバックド層Ｂ１と同様の材料を用いて形成され、バックド層Ｂ１と同様にスピンフィルター効果を有する。
【０２３９】
本実施の形態でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、鏡面反射層Ｓ７を形成し、これによって鏡面反射層Ｓ７の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０２４０】
従って、鏡面反射層Ｓ７を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層Ｓ７を形成することができる。
【０２４１】
また、鏡面反射層Ｓ７は平滑性も良好なため、鏡面反射層Ｓ７を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０２４２】
さらに、鏡面反射層Ｓ７は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０２４３】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる鏡面反射層Ｓ７は、結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層Ｓ７をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０２４４】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０２４５】
図１３は、本発明の第１０の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０２４６】
図１３に示す磁気検出素子は、第１の実施の形態の磁気検出素子とは逆に、フリー磁性層３７、非磁性材料層３６、固定磁性層３５、反強磁性層３４が順次積層されてなるいわゆるトップ型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【０２４７】
図１３では、下地層３３、鏡面反射層３８、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７、非磁性材料層３６、第２の固定磁性層３５ｃ、非磁性中間層３５ｂ、第１の固定磁性層３５ａからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、反強磁性層３４、及び保護層３９が積層された多層膜Ｔ１０が形成されている。
【０２４８】
多層膜Ｔ１０の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２が成膜されている。
【０２４９】
なお、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９は、第１の実施の形態の磁気検出素子と同等の材料からなる。
【０２５０】
下部ギャップ層３２の上面と下地層３３の側面、及び第１のフリー磁性層３７ｃの側面に接してバイアス下地層６０が形成されている。
【０２５１】
バイアス下地層６０の上には、ハードバイアス層６１が形成されている。ハードバイアス層６１は図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
【０２５２】
ハードバイアス層６１上には、Ｔａなどの非磁性材料で形成された中間層６２が形成され、この中間層６２の上に、電極層６３が形成されている。
【０２５３】
バイアス下地層６０、ハードバイアス層６１、及び電極層６３を形成する材料は、第１の実施の形態の磁気検出素子のバイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、及び電極層４３と同等の材料であるので説明を省略する。
【０２５４】
多層膜Ｔ１０の表面、及び電極層６３の表面に上部ギャップ層４４が成膜され、上部ギャップ層４４上には上部シールド（図示せず）が形成されている。上部シールド層は、無機絶縁材料からなる図示しない保護層によって覆われる。
【０２５５】
ハードバイアス層６１は、フリー磁性層３７を構成する第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃのうち、一方の磁化方向を揃えるだけでよい。図１３では、第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向のみをそろえている。第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が一定方向に揃えられると、第２のフリー磁性層３７ａは磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０２５６】
本実施の形態では、ハードバイアス層６１は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第１のフリー磁性層３７ｃに与える。従って、ハードバイアス層６１から発生する図示Ｘ方向の静磁界によって、第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを抑えることができる。
【０２５７】
この実施例においては、多層膜Ｔ１０の第１のフリー磁性層３７ｃは、反強磁性層３４よりも下方に形成されており、ハードバイアス層６１の膜厚の厚い部分と隣接しており、従って第１のフリー磁性層３７ｃの磁化は容易にＸ方向に揃えられる。これにより、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０２５８】
本実施の形態でも、第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層３８との界面においてアップスピンの伝導電子の鏡面反射を生じさせることができる。
【０２５９】
また、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて鏡面反射層を形成し、これによって鏡面反射層３８の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０２６０】
従って、鏡面反射層３８を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層３８を形成することができる。
【０２６１】
また、鏡面反射層３８は平滑性も良好なため、鏡面反射層３８を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０２６２】
さらに、鏡面反射層３８は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０２６３】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる鏡面反射層３８は、結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層３８をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０２６４】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０２６５】
図１に示された磁気検出素子の製造方法について説明する。
図１４に示されるように下部ギャップ３２上に下地層３３を介して反強磁性層３４を積層する。さらに第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７を、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
【０２６６】
次に、第１のフリー磁性層３７ｃ上に、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて鏡面反射層３８を成膜する。
【０２６７】
鏡面反射層３８を、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料を用いて形成するときには、例えばターゲットとしてＡｌ−Ｓｉで形成された前記ターゲットを使用する。前記ターゲットにはＯ（酸素）が含まれていないので、スパッタで形成される鏡面反射層３８内に酸素を含有させるために、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜する。
【０２６８】
この製造方法ではＡｌ−Ｓｉターゲット形成のとき、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比のみで調整することができる。そしてＯ２ガスの導入量やスパッタ電力等の調整によって、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を容易に成膜することができる。
【０２６９】
また本発明では上記した製造方法に限らず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏからなる焼結ターゲットを形成してもよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガスのみでもよいし、あるいはＯ２ガスを導入して、Ｏの組成比を適切に調整してもよい。
【０２７０】
またＡｌ２Ｏ３からなるターゲットとＳｉＯ２からなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を形成してもよい。これら複数のターゲットを用いるときは各ターゲットに印加されるスパッタ電力を調整して、各ターゲットからスパッタされるスパッタ量を変化させて、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下となるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜となる。
【０２７１】
または、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比で調整したＡｌ−Ｓｉターゲットを形成し、ＤＣスパッタ法などのスパッタ法によって、第１のフリー磁性層３７ｃ上にＡｌ−Ｓｉ膜を成膜し、このＡｌ−Ｓｉ膜を酸化させてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を得ることもできる。
【０２７２】
Ａｌ−Ｓｉ膜を酸化させる方法として、Ｏ２ガス中で自然酸化させる方法、Ｏ２プラズマ中で酸化させる方法、Ｏ２プラズマ中からＯ２ラジカルを引出し、このＯ２ラジカル中で酸化させる方法を使用することができる。
【０２７３】
特に、Ｏ２ラジカル中で酸化させる方法は酸化速度を適切に調節することが容易であり、Ａｌ−Ｓｉ膜を均一に酸化させることが容易になるので好ましい。
【０２７４】
Ａｌ−Ｓｉ膜を酸化させてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を得る方法では、Ａｌ−Ｓｉターゲット形成のとき、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比のみで調整することができる。また、Ｏ２ガス、Ｏ２プラズマ、Ｏ２ラジカルの導入量等の調整によって、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を容易に成膜することができる。
【０２７５】
鏡面反射層３８を、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成するときには、例えばターゲットとしてＳｉで形成された前記ターゲットを使用する。前記ターゲットにはＯ（酸素）及びＮ（窒素）が含まれていないので、スパッタで形成される鏡面反射層３８内に酸素及び窒素を含有させるために、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ２ガス及びＮ２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜する。
【０２７６】
また本発明では上記した製造方法に限らず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整されたＳｉ−Ｏ−Ｎからなる焼結ターゲットを形成してもよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガスのみでもよいし、あるいはＯ２ガス及びＮ２ガスを導入して、Ｏ及びＮの組成比を適切に調整してもよい。
【０２７７】
またＳｉＯ２からなるターゲットとＳｉ−Ｎからなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜を形成してもよい。
【０２７８】
あるいは、またＳｉＯ２からなるターゲットを用いてスパッタ装置内にＡｒガス以外にＮ２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜してもよいし、Ｓｉ−Ｎからなるターゲットを用いてスパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜してもよい。
【０２７９】
または、Ｓｉ−Ｎターゲットを形成し、ＤＣスパッタ法などのスパッタ法によって、第１のフリー磁性層３７ｃ上にＳｉ−Ｎ膜を成膜し、このＳｉ−Ｎ膜を酸化させてＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を得ることもできる。
【０２８０】
Ｓｉ−Ｎ膜を酸化させる方法として、Ｏ２ガス中で自然酸化させる方法、Ｏ２プラズマ中で酸化させる方法、Ｏ２プラズマ中からＯ２ラジカルを引出し、このＯ２ラジカル中で酸化させる方法を使用することができる。
【０２８１】
特に、Ｏ２ラジカル中で酸化させる方法は酸化速度を適切に調節することが容易であり、Ｓｉ−Ｎ膜を均一に酸化させることが容易になるので好ましい。
【０２８２】
あるいは、気相成長法（ＣＶＤ法）によって、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜することもできる。
【０２８３】
上記の方法によって第１のフリー磁性層３７ｃ上に形成されたＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜が鏡面反射層３８となる。
【０２８４】
なお、本実施の形態では、鏡面反射層３８となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下、特に０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚さで形成することができる。
【０２８５】
さらに、鏡面反射層３８上に保護層３９が積層されることにより多層膜Ｔ１が形成される。
【０２８６】
次に、形成する磁気検出素子のトラック幅Ｔｗの領域を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ１を、多層膜Ｔ上にパターン形成する。
【０２８７】
図１５に示すように、レジスト層Ｒ１には、その下面に切り込み部Ｒ１ａ，Ｒ１ａが形成されている。
【０２８８】
次に図１６に示す工程では、エッチングにより多層膜Ｔ１の両側を削り込む。本工程では、反強磁性層３４の側面を完全に削りとっているが、エッチングレート及びエッチング時間を制御し、反強磁性層３４の側面を完全に削り取らず延出部３４ａが形成されるようにしてもよい。
【０２８９】
さらに図１７に示す工程では、多層膜Ｔ１の両側に、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３を成膜する。本実施の形態では、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３を下部ギャップ層３２の膜面垂直方向（多層膜Ｔ１が形成される図示しない基板の面垂直方向）からスパッタ粒子を入射させた。
【０２９０】
本実施の形態では、ハードバイアス層４１は多層膜Ｔ１と対向する側の側面４１ａの最上部４１ｂが第２のフリー磁性層３７ａの上面３７ａ３と重なる高さ位置に形成される。ただし、ハードバイアス層４１の側面４１ａが、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、及び第１のフリー磁性層３７ｃの側面と対向するようにしてもよい。
【０２９１】
本実施の形態では、ハードバイアス層４１は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２のフリー磁性層３７ａに与える。従って、ハードバイアス層４０から発生する図示Ｘ方向の静磁界によって、第１のフリー磁性層３７の磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを抑えることができる。
【０２９２】
さらに、レジスト層Ｒ１が除去され、多層膜Ｔ１の表面、及び電極層４３の表面に上部ギャップ層４４が成膜され、上部ギャップ層４４上には上部シールド（図示せず）が形成され、この上部シールド層が、無機絶縁材料からなる図示しない保護層によって覆われることにより第１の実施の形態の磁気検出素子が形成される。
【０２９３】
なお、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、及び上部ギャップ層４４は、前述した材料を用いて形成する。
【０２９４】
図３に示された第２の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第１のフリー磁性層３７ｃ上に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｒｕなどの非磁性導電性材料を用いて、０．３ｎｍ〜２．５ｎｍの厚さのバックド層Ｂ１を成膜した後、バックド層Ｂ１上に上述した方法で鏡面反射層３８となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜すればよい。なお、バックド層Ｂ１は、特にＣｕからなることが好ましい。
【０２９５】
図６に示された第４の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第２のフリー磁性層３７ａを途中まで成膜した後、鏡面反射層Ｓ１となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜し、この鏡面反射層Ｓ１上に残りの第２のフリー磁性層３７ａを成膜する。
【０２９６】
図７に示された第５の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第１のフリー磁性層３７ｃを途中まで成膜した後、鏡面反射層Ｓ２となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜し、この鏡面反射層Ｓ２上に残りの第１のフリー磁性層３７ｃを成膜する。
【０２９７】
図９に示された第７の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第２の固定磁性層３５ｃを途中まで成膜した後、鏡面反射層Ｓ５となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜し、この鏡面反射層Ｓ５上に残りの第２の固定磁性層３５ｃを成膜する。
【０２９８】
図１０に示された第８の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第１の固定磁性層３５ａを途中まで成膜した後、鏡面反射層Ｓ６となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜し、この鏡面反射層Ｓ６上に残りの第１の固定磁性層３５ａを成膜する。
【０２９９】
図１２に示された第９の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、まず、各層の積層順序が多層膜Ｔ９と同じで、バックド層Ｂ２及びＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜からなる鏡面反射層Ｓ７が一様な薄膜として形成されている多層膜を形成する。
【０３００】
次に、形成する磁気検出素子のトラック幅寸法Ｔｗの領域を覆うリフトオフ用のレジスト層を前記多層膜上に積層し、このレジスト層をマスクとしてトラック幅寸法Ｔｗの領域を残してバックド層Ｂ２及び鏡面反射層Ｓ７、並びに第１のフリー磁性層３７ｃの一部をミリングなどによって削る。
【０３０１】
さらに、第１のフリー磁性層３７ｃとなる強磁性材料及び反強磁性材料からなる第２の反強磁性層５０、電極層５１を連続成膜した後に前記レジスト層を除去すると図１２に示された磁気検出素子が得られる。
【０３０２】
なお、図１から図１２に示された磁気検出素子において、フリー磁性層３７及び固定磁性層３５は単層の磁性材料層として形成されてもよい。
【０３０３】
また、図１から図１２に示された磁気検出素子において、ハードバイアス層４１の側面４１ａが、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、及び第１のフリー磁性層３７ｃの側面と対向するようにしてもよい。
【０３０４】
【実施例】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜の、絶縁性及び耐現像液性の各諸特性の実験を行った。
【０３０５】
まず膜厚が３０ｎｍからなり組成比がＡｌ３４．０Ｓｉ５．０Ｏ６１．０（数値はａｔ％）であるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、及び膜厚が３０ｎｍからなり組成比がＳｉ３５．０Ｏ６２．０Ｎ３．０であるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を形成し、比較例として膜厚が３０ｎｍからなるＡｌ２Ｏ３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜を形成した。
【０３０６】
低抵抗のＳｉ基板上に成膜した各薄膜の上下にＮｉからなる電極膜を付け、薄膜に電圧を徐々に高めながらかけていき、そのときのリーク電流（Ａ／ｍｍ２）を測定し、その値から絶縁抵抗（Ω）を算出した。その実験結果を図１８に示す。
【０３０７】
比較例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜では、電圧を徐々に高めていくと、急激にリーク電流が上昇し、前記電圧が１０Ｖ程度となった時点で破壊した。
【０３０８】
また比較例としてのＡｌ２Ｏ３膜は電圧が約１０Ｖを越えると、急にリーク電流値が大きくなり、前記電圧が約１２Ｖを越えると破壊した。
【０３０９】
一方、実施例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、電圧が２０Ｖを越えてもリーク電流は低い。そして前記電圧が約２３Ｖ程度となったときに破壊した。
【０３１０】
また、実施例としてのＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、電圧が３０Ｖまでリーク電流は低い。そして前記電圧が４０Ｖ程度となったときに破壊した。
【０３１１】
図１９は、上記したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜における電圧と絶縁抵抗（Ω）との関係を示すグラフである。図１９は図１８に示す実験結果から得られたリーク電流値から絶縁抵抗値（Ω）を算出したものである。
【０３１２】
図１８に示すようにＡｌ２Ｏ３膜は電圧が約１２Ｖ程度までは、高い絶縁抵抗を保つが、前記電圧が約１２Ｖを越えると破壊し、このときの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０３１３】
一方、実施例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、電圧が２０Ｖを越えても良好に高い絶縁抵抗を保ち、前記電圧が約２３Ｖ程度となったときに破壊し、このときの絶縁耐圧は７．７ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０３１４】
また、実施例としてのＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、電圧が３０Ｖまで良好に高い絶縁抵抗を保ち、前記電圧が約４０Ｖ程度となったときに破壊し、このときの絶縁耐圧は１３．０ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０３１５】
以上の実験結果により、鏡面反射層としてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜或いはＳＩ−Ｏ−Ｎ膜を使用すれば、従来から一般的に使用されているアルミナよりも高い絶縁耐圧が得られることがわかる。従って、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜或いはＳＩ−Ｏ−Ｎ膜からなる前記鏡面反射層の絶縁性が向上し、導電性材料からなる層に前記鏡面反射層が積層されたときにこの層との界面において大きなポテンシャル障壁を形成することができる。
【０３１６】
次に耐現像液性に関する実験を行った。実験では、比較例としてＡｌ２Ｏ３膜を形成し、また実施例としてＳｉの添加量を変化させたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を形成した。各薄膜の膜厚は１００ｎｍで統一した。また現像液としてはＫＯＨ等を主成分とする強アルカリ溶液を用い、また現像液にさらす時間を１０分程度とした。その実験結果を図２０に示す。
【０３１７】
図２０に示すように、Ａｌ２Ｏ３のときのエッチングレートは約５０Å／ｍｉｎ程度であることがわかる。
【０３１８】
一方、Ｓｉ量を添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜では、前記Ｓｉの添加量が増えるほどエッチングレートは減少していき、前記Ｓｉの添加量が１０ａｔ％になるとエッチングレートはほぼ０（Å／ｍｉｎ）であることがわかる。
【０３１９】
このようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜では、Ａｌ２Ｏ３膜に比べて耐現像液性に優れていることがわかる。
【０３２０】
図２１ないし図２３は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の透過電子線回折像で、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の組成比は、図２１では、Ａｌ３７．０Ｓｉ２．５Ｏ６０．５で、図２２では、Ａｌ３４．０Ｓｉ５．０Ｏ６１．０で、図２３では、Ａｌ３１．０Ｓｉ７．５Ｏ６１．５で、図２４では、Ａｌ２８．０Ｓｉ１０．０Ｏ６２．０（数値はすべてａｔ％である）であった。
【０３２１】
図２１では、回折像の真ん中に写し出されたビーム原点の回りにぼやけた像のみが見える。一方、図２２及び図２３のように、Ｓｉ量が増え始めると、ビーム原点の回りには、ぼやけた像の中に微小な無数の回折斑点が現れ始める。この回折像からＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の原子配列には短範囲に規則性が生じ始め、結晶性が向上しているものと推測される。
【０３２２】
しかしながら図２４に示すように、Ｓｉ量が１０．０ａｔ％になるとビーム原点の回りには、再びぼやけた像しか見えなくなり、原子配列に短範囲の規則性が無くなってしまう。
【０３２３】
図２１ないし図２４に示す透過電子線回折像からわかることは、Ｓｉ量が２．５ａｔ％、及び１０ａｔ％のとき、膜構造はほぼ完全なアモルファス状態であり、Ｓｉ量が５．０ａｔ％、及び７．５ａｔ％のとき、アモルファス以外に原子配列に短範囲の規則性が生じ、結晶性が高まっているものと推測される。
【０３２４】
以上図１８ないし図２４に示す各実験結果を基にして、本発明では鏡面反射層をＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜で形成するときＳｉ量を２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲に設定することとした。さらに上記組成比に加え、透過電子線回折像で観測したときに、原子配列に短範囲の規則性が生じていることが好ましいとした。
【０３２５】
上記したようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、絶縁性、耐現像液性に優れ、今後の高記録密度化に対応すべく狭ギャップ化を適切に促進させることが可能な薄膜磁気ヘッドを製造することが可能である。
【０３２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、鏡面反射層を形成し、これによって前記鏡面反射層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることが可能になる。
【０３２７】
従って、前記鏡面反射層を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した前記鏡面反射層を形成することができる。
【０３２８】
また、本発明における前記鏡面反射層は平滑性も良好なため、前記鏡面反射層を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０３２９】
さらに、本発明における前記鏡面反射層は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図２】図１に示された磁気検出素子の鏡面反射層の作用を説明するための模式図、
【図３】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図４】図３に示された磁気検出素子の鏡面反射層の作用を説明するための模式図、
【図５】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図６】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図７】本発明の第５の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図８】本発明の第６の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図９】本発明の第７の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１０】本発明の第８の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１１】図９に示された磁気検出素子の鏡面反射層の作用を説明するための模式図、
【図１２】本発明の第９の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１３】本発明の第１０の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１４】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１５】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１６】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１７】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１８】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜の、電圧とリーク電流との関係を示すグラフ、
【図１９】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜の、電圧と絶縁抵抗との関係を示すグラフ、
【図２０】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜中に占めるＳｉ量とエッチングレートとの関係を示すグラフ、
【図２１】Ａｌ３７．０Ｓｉ２．５Ｏ６０．５膜の透過電子線回折像、
【図２２】Ａｌ３４．０Ｓｉ５．０Ｏ６１．０膜の透過電子線回折像、
【図２３】Ａｌ３１．０Ｓｉ７．５Ｏ６１．５膜の透過電子線回折像、
【図２４】Ａｌ２８．０Ｓｉ１０．０Ｏ６２．０膜の透過電子線回折像、
【図２５】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【符号の説明】
３３ 下地層
３４ 反強磁性層
３５ａ 第１の固定磁性層
３５ｂ 非磁性中間層
３５ｃ 第２の固定磁性層
３５ 固定磁性層
３６ 非磁性材料層
３７ａ 第２のフリー磁性層
３７ｂ 非磁性中間層
３７ｃ 第１のフリー磁性層
３７ フリー磁性層
３８、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ 鏡面反射層
３９ 保護層
４１ ハードバイアス層
５０ 第２の反強磁性層
４３、５１ 電極層
Ｂ１ バックド層
ｅ１ アップスピンの伝導電子
ｅ２ ダウンスピンの伝導電子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic sensing element that detects a magnetic field using a magnetoresistive effect, and in particular, can reduce the gap length, increase the magnetoresistance change rate, and respond to high recording density. The present invention relates to a detection element and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 25 is a cross-sectional view of a conventional magnetic sensing element viewed from a surface facing a recording medium.
[0003]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 25, a lower gap layer 10 is stacked on a lower shield layer (not shown), and an antiferromagnetic layer 12, a fixed magnetic layer 13, a non-magnetic conductive layer The layer 14, the free magnetic layer 15, the specular reflection layer 16, and the protective layer 17 are formed, and a laminated body from the underlayer 11 to the protective layer 17 is configured as a multilayer film 18.
[0004]
The antiferromagnetic layer 12 is formed of an antiferromagnetic material such as a Pt-Mn (platinum-manganese) alloy.
[0005]
The fixed magnetic layer 13 and the free magnetic layer 15 are formed of a Ni—Fe (nickel-iron) alloy, and the nonmagnetic conductive layer 14 is formed of a nonmagnetic conductive material having a low electric resistance such as Cu (copper). ing.
[0006]
A metal film 19 serving as a buffer film and an orientation film made of Cr or the like is formed on the lower gap layer 10 on both sides of the multilayer film 18 and on the side surfaces of the fixed magnetic layer 13, the nonmagnetic conductive layer 14, and the free magnetic layer 15. The bias magnetic field generated from the hard bias layer 20 described later can be increased by forming the metal film 19.
[0007]
On the metal film 19, a hard bias layer 20 formed of, for example, a Co-Pt (cobalt-platinum) alloy or a Co-Cr-Pt (cobalt-chromium-platinum) alloy is formed.
[0008]
The hard bias layer 20 is magnetized in the illustrated X direction (track width direction), and the magnetization of the free magnetic layer 15 is aligned in the illustrated X direction by a bias magnetic field from the hard bias layer 20 in the X direction.
[0009]
On the hard bias layer 20, an electrode layer 21 made of Cr, Au, Ta, W, or the like is formed.
[0010]
Further, an upper gap layer 22 made of an insulating material is laminated on the multilayer film 18 and the electrode layer 21, and an upper shield layer (not shown) is formed on the upper gap layer 21.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The magnetic sensing element shown in FIG. 25 is a so-called spin-valve type magnetic sensing element, in which the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13 is appropriately fixed in a direction parallel to the illustrated Y direction, and the magnetization of the free magnetic layer 15 is Are properly aligned in the X direction in the figure, and the magnetizations of the fixed magnetic layer 13 and the free magnetic layer 15 are in an orthogonal relationship. Then, the magnetization of the free magnetic layer 15 fluctuates in response to an external magnetic field from the recording medium, and the electric resistance changes depending on the relation between the fluctuation of the magnetization direction and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 13. The leakage magnetic field from the recording medium is detected by the voltage change based on the change.
[0012]
The specular reflection layer 16 is formed on the multilayer film 18 of the magnetic sensing element shown in FIG.
[0013]
The specular reflection layer 16 has a higher resistance than the free magnetic layer 15, and forms a potential barrier at the interface between the specular reflection layer 16 and the free magnetic layer 15. When such a potential barrier is present, the up-spin conduction electrons are specularly reflected, the mean free path of the up-spin conduction electrons can be extended, and the magnetoresistance ratio of the magnetic sensing element can be increased. .
[0014]
The specular reflection layer 16 is preferably formed of a material having a high insulating property.2O3) Etc. are conceivable.
[0015]
However, as the mirror reflection layer 16, Al2O3The following problems have occurred in the conventional magnetic sensing element using the conventional technology with the increase in recording density in recent years.
[0016]
(1) The first is the problem of insulation. The specular reflection layer 16 is formed as very thin as 1 to 10 nm in thickness. When the film thickness is formed very thin in this manner, the mirror reflection layer 16 made of alumina cannot obtain an appropriate strength withstand voltage, and when a large current flows through the magnetic sensing element. In addition, the specular reflection layer 16 is easily broken.
[0017]
(2) The second problem is the problem of developer resistance. A main electrode layer and an inductive head are formed on the electrode layer 21 in a step after the formation of the magnetic sensing element in FIG. When forming the main electrode layer or the inductive head, a step of forming a resist pattern is included, but alumina is easily dissolved in a developing solution such as a strong alkali used in forming the resist pattern, and when exposed to the developing solution, Is very fast.
[0018]
In particular, as described above, since the film thickness of the specular reflection layer is very small, it is difficult to reliably form the specular reflection layer 16 if the developer resistance is low.
[0019]
Conversely, in order to form a specular reflection layer having sufficient withstand voltage and developing solution resistance using alumina, it is necessary to increase the thickness of the specular reflection layer 16, and to reduce the gap of the magnetic sensing element. It is disadvantageous in proceeding.
[0020]
Alumina is relatively good, but in order to form the mirror-reflective layer 16 with a very thin film thickness, it is necessary to have good smoothness.
[0021]
As described above, the specular reflection layer 16 formed of alumina could not satisfy all of the insulating properties, the developer resistance, and the smoothness.
[0022]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. By forming the specular reflection layer with an Al-Si-O film or a Si-ON film, the insulating property and the resistance of the specular reflection layer can be improved. It is an object of the present invention to provide a magnetic sensing element having improved developer properties and smoothness, and a method for manufacturing the same.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. In a magnetic sensing element having a multilayer film having a layer,
In one or more of the pinned magnetic layer, the free magnetic layer, or the opposite side of the free magnetic layer from the nonmagnetic material layer, the composition formula is Al-Si-In OShownSi is contained at 2 at% or more and 9 at% or less of the wholeA mirror-reflective layer formed using an insulating material is formed.
[0024]
In the present invention, the composition formula is Al-Si-In OThe specular reflection layer is formed by using the insulating material shown, thereby making it possible to improve the insulating property and the developer resistance of the specular reflection layer.
[0025]
Therefore, even if the specular reflection layer is formed with a very small thickness, the stable specular reflection layer which is hardly damaged by current or chemicals can be formed.
[0026]
Further, since the specular reflection layer in the present invention has good smoothness, it is easy to form the specular reflection layer with a small thickness.
[0027]
Furthermore, since the heat reflection property of the mirror reflection layer in the present invention is improved, the DC resistance value of the magnetic sensing element can be reduced.
[0028]
With the addition of Si, the dielectric strength of the specular reflection layer made of an insulating material represented by the composition formula of Al—Si—O is higher than that of the specular reflection layer formed of alumina.
[0029]
For example, Al34.0Si50O61.0In this case, the withstand voltage was 7.7 MV / cm. Incidentally, the withstand voltage of alumina was 4.0 MV / cm.
[0030]
Note that the insulating material represented by Si—O—N had a higher breakdown voltage than the insulating material represented by the composition formula of Al—Si—O, and was 13.0 MV / cm.
[0031]
Also, the developer resistance is improved as compared with alumina. The etching rate of alumina was about 50 ° / min, but the addition of Si made the etching rate of the Al—Si—O film smaller than that. When the addition amount of Si was about 9 at%, the etching rate became The value was close to 0 ° / min.
[0032]
As described above, the insulating property and the developer resistance of the Al—Si—O film are higher than that of alumina because the addition of Si to the insulating material composed of Al and O results in the bonding between Si and O. It is considered that the insulating property and the developer resistance are improved by the property.
[0033]
The smoothness was also good, and it was confirmed that the smoothness was maintained at about the same level as that of alumina.
[0034]
Further, the heat dissipation is better than that of alumina, and it is possible to sufficiently suppress the element temperature even if the current density increases due to a higher recording density in the future.
[0035]
It is considered that the reason why the heat radiation property is better than that of alumina is that the atomic arrangement of the specular reflection layer made of an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O has a short-range regularity. The film configuration of alumina is completely amorphous. On the other hand, in the specular reflection layer made of an insulating material represented by the composition formula of Al-Si-O, when the addition amount of Si is increased, regularity gradually appears in a short range of the atomic arrangement, and the crystallinity is improved. .
[0036]
Whether or not the atomic arrangement has regularity in a short range can be determined by viewing a transmission electron beam diffraction image.
[0037]
According to the experimental results described later, it is preferable that the addition amount of the Si in the insulating material whose composition formula is represented by Al—Si—O is in a range of 2 at% or more and 9 at% or less of the whole. found.
[0038]
Further, in the present invention, Si in the insulating material whose composition formula is represented by Al—Si—O is converted into SiO by stoichiometry with O.2When converted to2However, it is preferable that 10 at% or more and 38 at% or less occupy in the insulating material.
[0039]
Further, in the present invention, Si in the insulating material represented by the above composition formula is represented by Al-Si-O2When converted to, the converted SiO2Occupies preferably from 6.1% by mass to 26.0% by mass of the insulating material.
[0040]
Alternatively, the present invention provides an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a non-magnetic material layer, and a free layer whose magnetization varies with respect to an external magnetic field. In a magnetic sensing element having a multilayer film having a magnetic layer,
Insulating whose composition formula is represented by Si-ON in one or more of the pinned magnetic layer, the free magnetic layer, or the opposite side of the free magnetic layer from the nonmagnetic material layer A specular reflection layer formed using a conductive material.
Note that the thickness of the specular reflection layer is preferably 0.5 nm or more and 6 nm or less, and more preferably 0.5 nm or more and 3 nm or less.
[0041]
As described above, in the present invention, by forming the specular reflection layer using an insulating material represented by a composition formula of Al—Si—O or Si—ON, the insulating property and the development resistance of the specular reflection layer are improved. Liquidity, smoothness, and heat dissipation can be improved. As a result, a sufficient specular reflection effect can be obtained even when the thickness of the specular reflection layer is reduced.
. Therefore, the gap length of the magnetic sensing element can be reduced, and the gap can be further reduced.
[0042]
Further, according to the present invention, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a magnetization that fluctuate with respect to an external magnetic field are formed on the substrate. In a method for manufacturing a magnetic sensing element for forming a multilayer film having a free magnetic layer,
In the fixed magnetic layer, in the free magnetic layer, or at any one or more of the opposite sides of the free magnetic layer with respect to the nonmagnetic material layer,
Al-SiThin filmAfter formation, the Al-SiThin filmBy natural oxidation or oxidation in radical oxygen gas, the composition formula is Al-Si-In OSpecular reflection layer made of insulating material shownAt this time, the concentration of Si in the insulating material is set to 2 at% or more and 9 at% or less.It is characterized by the following.
Alternatively, according to the present invention, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a magnetization varying with respect to an external magnetic field are formed on the substrate. A method for manufacturing a magnetic sensing element for forming a multilayer film having a free magnetic layer
In the fixed magnetic layer, in the free magnetic layer, or at any one or more of the opposite sides of the free magnetic layer with respect to the nonmagnetic material layer,
Forming a mirror-reflective layer made of an insulating material having a composition formula of Si-ON by oxidizing the Si-N thin film by natural oxidation or radical oxygen gas after forming the Si-N thin film; It is characterized by the following.
[0043]
In the present invention, since the Al-Si thin film or the Si-N thin film is oxidized by natural oxidation or in a radical oxygen gas, it is easy to uniformly oxidize the Al-Si thin film or the Si-N thin film at an appropriate oxidation rate. become.
[0044]
Alternatively, Al-S is provided in one or more of the pinned magnetic layer, the free magnetic layer, or the opposite side of the free magnetic layer from the nonmagnetic material layer.iUsing a target composed of O2By forming a film by sputtering while introducing a gas, the composition formula becomes Al-Si-In OSpecular reflection layer made of insulating material shownAt this time, the concentration of Si in the insulating material may be set to 2 at% or more and 9 at% or less.
Or, the present inventionA multilayer having, on a substrate, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. In a method for manufacturing a magnetic sensing element for forming a film,
In the fixed magnetic layer, in the free magnetic layer, or at any one or more of the opposite sides of the free magnetic layer with respect to the nonmagnetic material layer,
Using a target made of Si-N, O 2 It is characterized in that a specular reflection layer made of an insulating material represented by a composition formula of Si-ON is formed by performing sputter deposition while introducing a gas.
[0045]
In the above invention, since the target can be formed of Al-Si or Si-N, the amount of Si can be set only by the mixing ratio with Al or N. Also, O2It is possible to easily form an Al-Si-O or Si-ON film having a predetermined composition by introducing a gas and performing a reactive sputtering method.
[0047]
In addition, it is preferable that the specular reflection layer is formed to have a thickness of 0.5 nm or more and 6 nm or less, more preferably, 0.5 nm or more and 3 nm or less.
[0048]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a first embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium.
[0049]
The magnetic sensing element shown in FIG. 1 is a so-called bottom-type spin-valve magnetic sensing element in which an antiferromagnetic layer 34, a fixed magnetic layer 35, a nonmagnetic material layer 36, and a free magnetic layer 37 are sequentially stacked.
[0050]
In FIG. 1, a synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 35 including an underlayer 33, an antiferromagnetic layer 34, a first fixed magnetic layer 35a, a nonmagnetic intermediate layer 35b, and a second fixed magnetic layer 35c, a nonmagnetic material A multilayer film in which a synthetic ferri-free type free magnetic layer 37 including a layer 36, a second free magnetic layer 37a, a non-magnetic intermediate layer 37b, and a first free magnetic layer 37c, a specular reflection layer 38, and a protective layer 39 are stacked. T1 is formed. The width of the upper surface of the multilayer film T1 corresponds to the track width.
[0051]
Under the multilayer film T1, a lower shield layer 31 and a lower gap layer 32 are formed on a substrate (not shown) via a base layer (not shown) made of an insulating material such as alumina. I have.
[0052]
Cr is in contact with the upper surface of the lower gap layer 32 and the side surface of the underlayer 33, the side surface of the antiferromagnetic layer 34, the side surface of the pinned magnetic layer 35, the side surface of the nonmagnetic material layer 36, and the side surface of the second free magnetic layer 37a. , Ti, Mo, W50Mo50Thus, the bias underlayer 40 is formed.
[0053]
On the bias underlayer 40, a hard bias layer 41 is formed. The hard bias layer 41 is formed of, for example, a Co-Pt (cobalt-platinum) alloy or a Co-Cr-Pt (cobalt-chromium-platinum) alloy, and is magnetized in the X direction (track width direction) in the drawing. I have.
[0054]
An intermediate layer 42 made of a nonmagnetic material such as Ta is formed on the hard bias layer 41, and an electrode layer 43 made of Cr, Au, Ta, W, or the like is formed on the intermediate layer 42. Is formed.
[0055]
An upper gap layer 44 is formed on the surface of the multilayer film T1 and the surface of the electrode layer 43, and an upper shield (not shown) is formed on the upper gap layer 44. The upper shield layer is covered with a protective layer (not shown) made of an inorganic insulating material.
[0056]
The antiferromagnetic layer 34 in the multilayer film T1 is extended in the X direction as shown by a dotted line (extending portion) 34a, and the upper surface of the extending portion 34a and the side surface of the fixed magnetic layer 35, The bias underlayer 40 may be formed in contact with the side surface of the material layer 36 and the side surface of the second free magnetic layer 37a. At this time, the underlayer 33 is also extended in the X direction in the figure.
[0057]
When the extension portion 34a of the antiferromagnetic layer 34 is formed to extend in the X direction in the drawing, and the bias underlayer 40 and the hard bias layer 41 are laminated thereon, the thick portion of the hard bias layer 41 becomes thicker. It is preferable because a sufficiently large bias magnetic field can be applied to the second free magnetic layer 37a in contact with the side surface of the second free magnetic layer 37a.
[0058]
A lower shield layer 31, a lower gap layer 32, an underlayer 33, an antiferromagnetic layer 34, a fixed magnetic layer 35, a nonmagnetic material layer 36, a free magnetic layer 37, a mirror reflection layer 38, a protective layer 39, a bias underlayer 40, The hard bias layer 41, the intermediate layer 42, the electrode layer 43, the upper gap layer 44, the upper shield layer, and the protective layer are formed by a thin film forming process such as a sputtering method or an evaporation method.
[0059]
The lower shield layer 31 and the upper shield layer are formed using a magnetic material such as NiFe. It is preferable that the axes of easy magnetization of the lower shield layer 31 and the upper shield layer are oriented in the track width direction (X direction in the drawing).
[0060]
The protective layer covering the lower gap layer 32, the upper gap layer 44, and the upper shield layer is Al2O3And SiO2It is formed using a non-magnetic inorganic material such as.
[0061]
The underlayer 33 is formed using Ta or the like.
The antiferromagnetic layer 34 is made of a PtMn alloy or an X—Mn alloy (where X is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe). Alternatively, Pt—Mn—X ′ (where X ′ is one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, and Kr) ) Formed of an alloy.
[0062]
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but undergo structural transformation to a CuAuI-type regular face-centered square structure (fct) by heat treatment.
[0063]
The thickness of the antiferromagnetic layer 34 is 80 to 300 °, for example, 200 ° near the center in the track width direction.
[0064]
Here, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn for forming the antiferromagnetic layer 34, Pt or X is preferably in the range of 37 to 63 at%. Further, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn, Pt or X is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by mean below.
[0065]
In the alloy represented by the formula of Pt-Mn-X ', X' + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the alloy represented by the formula of Pt-Mn-X ', X' + Pt is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Further, in the alloy represented by the formula of Pt-Mn-X ', X' is preferably in the range of 0.2 to 10 at%. However, when X ′ is any one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe, X ′ may be in the range of 0.2 to 40 at%. preferable.
[0066]
By using these alloys and subjecting them to heat treatment, an antiferromagnetic layer 34 that generates a large exchange coupling magnetic field with the first pinned magnetic layer 35a can be obtained. In particular, if a PtMn alloy is used, an excellent antiferromagnetic layer 34 having an exchange coupling magnetic field of 48 kA / m or more, for example, exceeding 64 kA / m, and having a very high blocking temperature of 380 ° C. at which the exchange coupling magnetic field is lost is obtained. Can be.
[0067]
The first fixed magnetic layer 35a and the second fixed magnetic layer 35c are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNi alloy, or the like. In particular, it is preferably formed of a NiFe alloy or Co. Further, the first fixed magnetic layer 35a and the second fixed magnetic layer 35c are preferably formed of the same material.
[0068]
The non-magnetic intermediate layer 35b is formed of a non-magnetic material, and is formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. In particular, it is preferably formed of Ru.
[0069]
The non-magnetic material layer 36 prevents magnetic coupling between the fixed magnetic layer 35 and the free magnetic layer 37, and is a layer through which a sense current mainly flows, and is made of a non-conductive material such as Cu, Cr, Au, or Ag. It is preferably formed of a magnetic material. In particular, it is preferably formed of Cu.
[0070]
The second free magnetic layer 37a and the first free magnetic layer 37c are formed of a ferromagnetic material, such as a NiFe alloy, Co, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNi alloy, and the like. In particular, it is preferably formed of a NiFe alloy or Co.
[0071]
The non-magnetic intermediate layer 37b is formed of a non-magnetic material, and is formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. In particular, it is preferably formed of Ru.
[0072]
In FIG. 1, the second free magnetic layer 37a is formed of the diffusion preventing layer 37a1 and the ferromagnetic layer 37a2. The diffusion preventing layer 37a1 is made of a ferromagnetic material, for example, made of Co, and prevents mutual diffusion between the ferromagnetic layer 37a2 and the nonmagnetic material layer 36. Note that the second free magnetic layer 37a may be formed only of the ferromagnetic layer 37a2 without forming the diffusion prevention layer 37a1.
The protective layer 39 is formed using Ta or the like.
[0073]
When the intermediate layer 42 made of Ta or Cr is provided between the electrode layer 43 and the hard bias layer 41, thermal diffusion can be prevented, and deterioration of the magnetic characteristics of the hard bias layer 41 can be prevented.
[0074]
When Ta is used as the electrode layer 43, the provision of the intermediate layer 42 of Cr facilitates the formation of a crystal structure of Ta laminated on the upper layer of Cr into a low-resistance body-centered cubic structure.
[0075]
When Cr is used as the electrode layer 43, the provision of the Ta intermediate layer 42 allows Cr to grow epitaxially and reduce the resistance value.
[0076]
The magnetic sensing element shown in FIG. 1 is a so-called spin valve type magnetic sensing element, in which the magnetization direction of the fixed magnetic layer 35 is appropriately fixed in a direction parallel to the Y direction in the drawing, and the magnetization of the free magnetic layer 37 is Are properly aligned in the X direction in the figure, and the magnetizations of the fixed magnetic layer 35 and the free magnetic layer 37 are in an orthogonal relationship. The magnetization of the free magnetic layer 37 fluctuates with high sensitivity to an external magnetic field from the recording medium, and the electrical resistance changes depending on the relationship between the variation in the magnetization direction and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 35. The leakage magnetic field from the recording medium is detected by the voltage change based on the change in the value.
[0077]
In FIG. 1, the first fixed magnetic layer 35 a and the second fixed magnetic layer 35 c having different magnetic film thicknesses are stacked via a non-magnetic intermediate layer 35 b, as one fixed magnetic layer 35. Function. The magnetic film thickness of the first fixed magnetic layer 35a and the second fixed magnetic layer 35c is a value of the product of the saturation magnetic flux density and the film thickness.
[0078]
The first pinned magnetic layer 35a is formed in contact with the antiferromagnetic layer 34, and is subjected to exchange coupling at the interface between the first pinned magnetic layer 35a and the antiferromagnetic layer 34 by annealing in a magnetic field. An exchange anisotropic magnetic field is generated, and the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 35a is fixed in the Y direction in the drawing. When the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 35a is fixed in the Y direction in the figure, the magnetization direction of the second fixed magnetic layer 35c opposed to the first fixed magnetic layer 35a via the nonmagnetic intermediate layer 35b changes to the first fixed magnetic layer 35a. Are fixed in a state of being antiparallel to the magnetization direction.
[0079]
As described above, when the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 35a and the second pinned magnetic layer 35c are in an antiparallel ferrimagnetic state, the first pinned magnetic layer 35a and the second pinned magnetic layer 35c Since the other magnetization direction of the layer 35c is fixed to the other, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 35 can be strongly fixed as a whole in a fixed direction.
[0080]
The direction of the resultant magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the first fixed magnetic layer 35a and the magnetic moment of the second fixed magnetic layer 35c is the magnetization direction of the fixed magnetic layer 35.
[0081]
In FIG. 1, the first fixed magnetic layer 35a and the second fixed magnetic layer 35c are formed using the same material, and further, the respective film thicknesses are made different, so that the respective magnetic film thicknesses are made different. I have. In FIG. 1, the thickness of the second fixed magnetic layer 35c is larger than that of the first fixed magnetic layer 35a.
[0082]
The demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the first fixed magnetic layer 35a and the second fixed magnetic layer 35c is changed by the static magnetic field coupling between the first fixed magnetic layer 35a and the second fixed magnetic layer 35c. Can be canceled by canceling each other out. Thus, the contribution of the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 35 to the variable magnetization of the free magnetic layer 37 can be reduced.
[0083]
Therefore, it becomes easier to correct the direction of the fluctuating magnetization of the free magnetic layer 37 to a desired direction, and it is possible to obtain a spin-valve thin-film magnetic element with small asymmetry and excellent symmetry.
[0084]
Here, the asymmetry indicates the degree of asymmetry of the reproduced output waveform. When a reproduced output waveform is given, the asymmetry becomes smaller if the waveform is symmetric. Therefore, as the asymmetry approaches 0, the reproduced output waveform becomes more excellent in symmetry.
[0085]
The asymmetry is 0 when the direction of the magnetization of the free magnetic layer 37 is orthogonal to the direction of the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 35. If the asymmetry deviates greatly, it will not be possible to read information from the medium accurately, causing an error. For this reason, the smaller the asymmetry, the higher the reliability of the reproduction signal processing, and the more excellent the spin valve thin film magnetic element becomes.
[0086]
Further, the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer has a non-uniform distribution such that it is large at the end and small at the center in the element height direction. However, when the fixed magnetic layer 35 has the above-described laminated structure, the dipole magnetic field can be reduced to almost 0, thereby forming a domain wall in the free magnetic layer 37 and causing nonuniform magnetization. It is possible to prevent Barkhausen noise and the like from occurring.
[0087]
The bias underlayer 40 is made of Cr, Ti, Mo, W having a crystal structure of a bcc (body-centered cubic lattice) structure.50Mo50When the hard bias layer 41 is formed using such a method, the coercive force and the squareness ratio of the hard bias layer 41 are increased, and the bias magnetic field can be increased.
[0088]
The side surface 41a of the hard bias layer 41 on the side facing the multilayer film T1 includes the side surface of the antiferromagnetic layer 34, the side surface of the fixed magnetic layer 35, the side surface of the nonmagnetic material layer 36, and the side surface of the second free magnetic layer 37a. And does not face the side surface of the first free magnetic layer 37c. By the bias magnetic field in the X direction from the hard bias layer 41, the magnetization of the second free magnetic layer 37a is aligned in the X direction in the figure.
[0089]
In the free magnetic layer 37, a second free magnetic layer 37a and a first free magnetic layer 37c having different magnetic film thicknesses are laminated via a non-magnetic intermediate layer 37b, and the second free magnetic layer 37a And a ferrimagnetic state in which the magnetization directions of the first and second free magnetic layers 37c are antiparallel. The magnetic film thickness of the first free magnetic layer 37c is a value of the product of the saturation magnetic flux density and the film thickness.
[0090]
The magnetic film thickness of the second free magnetic layer 37a is determined by the magnetic film thickness of the diffusion preventing layer 37a1 (saturated magnetic flux density × film thickness) and the magnetic film thickness of the ferromagnetic layer 37a2 (saturated magnetic flux density × film thickness). ).
[0091]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the magnetic thickness of the second free magnetic layer 37a is larger than the magnetic thickness of the first free magnetic layer 37c.
[0092]
By making the magnetic film thickness of the second free magnetic layer 37a larger than the magnetic film thickness of the first free magnetic layer 37c, the spin flop magnetic field of the free magnetic layer 37 can be increased. The range of the magnetic field in which the magnetic layer 37 maintains the ferrimagnetic state is widened, and the free magnetic layer can stably maintain the ferrimagnetic state.
[0093]
The spin flop magnetic field is the magnitude of an external magnetic field in which the magnetization directions of the two magnetic layers are not antiparallel when an external magnetic field is applied to the two magnetic layers whose magnetization directions are antiparallel. As the spin-flop magnetic field is larger, the ferrimagnetic state can be more stably maintained even in an external magnetic field.
[0094]
At this time, the magnetization direction of the larger magnetic moment, for example, the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a is directed to the direction of the magnetic field generated from the hard bias layer 41, and the magnetization direction of the first free magnetic layer 37c is set to 180 degrees. It will be in the opposite direction.
[0095]
The direction of the resultant magnetic moment obtained by adding the magnetic moment of the second free magnetic layer 37a and the magnetic moment of the first free magnetic layer 37c is the magnetization direction of the free magnetic layer 37.
[0096]
When the magnetization directions of the second free magnetic layer 37a and the first free magnetic layer 37c are in the antiparallel ferrimagnetic state in which the magnetization directions are different by 180 degrees, the same effect as reducing the thickness of the free magnetic layer 37 is obtained. The saturation magnetization is reduced, the magnetization of the free magnetic layer 37 is likely to fluctuate, and the magnetic field detection sensitivity of the magnetic detection element is improved.
[0097]
The hard bias layer 41 only needs to make the magnetization direction of one of the second free magnetic layer 37a and the first free magnetic layer 37c constituting the free magnetic layer 37 uniform. In FIG. 1, only the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a is aligned. When the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a is aligned in a certain direction, the first free magnetic layer 37c is in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 37 is in a certain direction. Aligned.
[0098]
In the present embodiment, the hard bias layer 41 mainly applies the static magnetic field in the illustrated X direction to the second free magnetic layer 37a. Accordingly, it is possible to prevent the magnetization direction (the direction opposite to the illustrated X direction) of the first free magnetic layer 37c from being disturbed by the static magnetic field in the illustrated X direction generated from the hard bias layer 40.
[0099]
However, it is the relative angle between the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a that directly contributes to the change (output) of the electric resistance value. Are preferably orthogonal to each other in a state where current is supplied and no signal magnetic field is applied.
[0100]
In the present embodiment, the specular reflection layer 38 is formed on the upper surface of the first free magnetic layer 37c. That is, the specular reflection layer 38 is formed on the side of the free magnetic layer 37 opposite to the nonmagnetic material layer 36. The specular reflection layer 38 is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON.
[0101]
The principle of detecting the magnetism by the spin valve type magnetic sensing element will be described.
When a sense current is applied to the spin-valve magnetic detection element, conduction electrons mainly move near the nonmagnetic material layer having a small electric resistance. Two kinds of electrons, up spin and down spin, are stochastically present in the conduction electrons.
[0102]
The rate of change in magnetoresistance of the spin-valve magnetic sensing element shows a positive correlation with the difference between the mean free paths of these two types of conduction electrons.
[0103]
Regardless of the direction of the applied external magnetic field, the down-spin conduction electrons are constantly scattered at the interface between the nonmagnetic material layer and the free magnetic layer, and the probability of moving to the free magnetic layer is maintained at a low level. The free path remains short compared to the mean free path of the upspin conduction electrons.
[0104]
On the other hand, when the magnetization direction of the free magnetic layer becomes parallel to the magnetization direction of the pinned magnetic layer due to an external magnetic field, the probability of the upspin conduction electrons moving from the nonmagnetic material layer to the free magnetic layer increases. , The mean free path is longer.
[0105]
This is because the mean free path of an electron having an up spin is, for example, about 5.0 nm, while the mean free path of an electron having a down spin is about 0.6 nm, which is about 1/10. This is because it is extremely small.
[0106]
The thickness of the free magnetic layer is set to be larger than the mean free path of electrons having a down spin of about 0.6 nm and smaller than the mean free path of electrons having an up spin of about 5.0 nm.
[0107]
Therefore, when electrons try to pass through the free magnetic layer, they can move freely if they have an up spin parallel to the magnetization direction of the free magnetic layer, but if they have a down spin, they are immediately scattered. (Filtered out).
[0108]
Down spin electrons generated in the pinned magnetic layer and passing through the nonmagnetic material layer are scattered near the interface between the free magnetic layer and the nonmagnetic material layer, and hardly reach the free magnetic layer. That is, the down-spin electrons do not change the mean free path even when the magnetization direction of the free magnetic layer rotates, and do not affect the resistance change rate due to the GMR effect. Therefore, only the behavior of up-spin conduction electrons needs to be considered for the GMR effect.
[0109]
Here, when the magnetization direction of the free magnetic layer changes from a state parallel to the magnetization direction of the pinned magnetic layer due to an external magnetic field, the probability of scattering at the interface between the nonmagnetic material layer and the free magnetic layer increases, and Mean free path of conduction electrons becomes shorter.
[0110]
As described above, due to the action of the external magnetic field, the mean free path of the up-spin conduction electrons greatly changes as compared with the mean free path of the down-spin conduction electrons, and the stroke difference changes greatly. Then, the mean free path of the whole conduction electrons also changes greatly, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve magnetic detection element increases.
[0111]
In the magnetic sensing element of the present embodiment shown in FIG. 1, a specular reflection layer 38 is stacked in contact with the upper surface of the first free magnetic layer 37c. At the interface between the first free magnetic layer 37c and the specular reflection layer (insulating material layer) 38, a potential barrier is formed due to a large difference in specific resistance between these layers.
[0112]
This potential barrier causes the conduction electrons to be specularly reflected when the sense current is passed, while preserving the spin direction.
[0113]
The specular reflection effect will be described.
When the specular reflection layer 38 is present, at the interface between the first free magnetic layer 37c and the specular reflection layer (insulating material layer) 38, the conduction electrons of the up-spins passing through the free magnetic layer 37 maintain the direction of the spin. Specular reflection extends its mean free path. As a result, the difference between the mean free path of up-spin conduction electrons and the mean free path of down-spin conduction electrons increases, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve magnetic sensing element can be further increased.
FIG. 2 shows the above description using a schematic diagram.
[0114]
FIG. 2 shows the antiferromagnetic layer 34, the fixed magnetic layer 35 (the first fixed magnetic layer 35a, the nonmagnetic intermediate layer 35b, and the second fixed magnetic layer 35c), the nonmagnetic material layer 36, and the free magnetic layer 37 ( A laminate G1 in which a second free magnetic layer 37a (a diffusion preventing layer 37a1, a ferromagnetic layer 37a2), a nonmagnetic intermediate layer 37b, a first free magnetic layer 37c), and a mirror reflection layer 38 are sequentially stacked is shown.
[0115]
Further, the conduction electrons of up spin are indicated by reference symbol e1, and the conduction electrons of down spin are indicated by e2. The up-spin conduction electron e1 and the down-spin conduction electron e2 are stochastically equivalent.
[0116]
The down-spin conduction electrons e2 are always scattered at the interface between the nonmagnetic material layer 36 and the second free magnetic layer 37a regardless of the direction of the applied external magnetic field, and the probability of moving to the free magnetic layer 37 is low. The mean free path is kept shorter than the mean free path of the up-spin conduction electron e1.
[0117]
On the other hand, when the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a are parallel to each other, the conduction electrons e1 of the up spin are transferred from the nonmagnetic material layer 36 to the free magnetic layer 37. To reach. Then, it moves inside the free magnetic layer 37 and reaches near the interface between the free magnetic layer 37 and the specular reflection layer 38.
[0118]
As shown in FIG. 2, when there is the specular reflection layer 38, a potential barrier is formed near the interface between the free magnetic layer 37 and the specular reflection layer 38. Specular reflection (specular scattering) occurs near the interface with the specular reflection layer 38.
[0119]
Normally, when a conduction electron is scattered, the spin state (energy, quantum state, etc.) of the electron changes. However, in the case of specular scattering, the up-spin conduction electron e1 has a high probability of being reflected while the spin state is preserved, and moves through the free magnetic layer 37 again. That is, the spin state of the conduction electrons of the up spin e1 is maintained by the specular reflection, so that the electron moves in the free magnetic layer 37 again as if it were not scattered.
[0120]
This is because the reflection mean free path λ is equivalent to the specular reflection of the up-spin conduction electron e1.+This means that the mean free path has been extended by s.
[0121]
When an external magnetic field is applied and the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a are not parallel, the up-spin conduction electrons e1 are The electrons no longer have spins parallel to the magnetization direction. Then, the up-spin conduction electrons e1 are scattered near the interface between the second free magnetic layer 37a and the non-magnetic material layer 36, and the effective mean free path of the up-spin conduction electrons sharply decreases. . That is, the resistance value increases. The resistance change rate has a positive correlation with the change amount of the effective mean free path of the up-spin conduction electron e1.
[0122]
In the present embodiment having the specular reflection layer 38, the mean free path of the up-spin conduction electrons e1 when the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a are parallel to each other. Can be extended. Therefore, the amount of change in the mean free path of the up-spin conduction electrons e1 due to the application of the external magnetic field is increased, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve magnetic detection element can be further improved.
[0123]
In the present embodiment, the specular reflection layer 38 is formed using an insulating material layer whose composition formula is represented by Al—Si—O or Si—ON, whereby the insulating property and the development resistance of the specular reflection layer 38 are improved. It is possible to improve liquidity, smoothness, and heat dissipation.
[0124]
Therefore, even if the specular reflection layer 38 is formed with a very small thickness, a stable specular reflection layer 38 that is not easily damaged by current or chemicals can be formed.
[0125]
Further, since the specular reflection layer 38 has good smoothness, it is easy to form the specular reflection layer 38 with a small film thickness.
[0126]
Further, since the mirror reflection layer 38 has improved heat dissipation, the DC resistance value of the magnetic sensing element can be reduced.
[0127]
With the addition of Si, the withstand voltage of the mirror reflection layer 38 formed of an insulating material having a composition formula of Al-Si-O is improved as compared with the case where it is formed of alumina.
[0128]
For example, Al34.0Si5.0O61.0In this case, the withstand voltage was 7.7 MV / cm. Incidentally, the withstand voltage of alumina was 4.0 MV / cm.
[0129]
Note that the specular reflection layer 38 made of an insulating material represented by Si-ON has a higher breakdown voltage than the mirror reflection layer 38 made of an insulating material represented by a composition formula of Al-Si-O. 0.0MV / cm.
[0130]
Also, the developer resistance is improved as compared with alumina. The etching rate of alumina was about 50 ° / min, but the addition of Si made the etching rate of the Al—Si—O film smaller than that. When the addition amount of Si was about 9 at%, the etching rate became The value was close to 0 ° / min.
[0131]
As described above, the insulating property and the developer resistance of the Al—Si—O film are higher than that of alumina because the addition of Si to the insulating material composed of Al and O results in the bonding between Si and O. It is considered that the insulating property and the developer resistance are improved by the property.
[0132]
In addition, the smoothness was good, and it was confirmed that the smoothness was maintained at substantially the same level as that of alumina.Furthermore, the heat dissipation was better than that of alumina. Can be sufficiently suppressed.
[0133]
It is considered that the reason why the heat dissipation is better than that of alumina is that the atomic arrangement of the Al—Si—O film has a short-range regularity. The film configuration of alumina is completely amorphous. On the other hand, in the Al—Si—O film, it is presumed that, when the amount of Si added is increased, regularity gradually appears in a short range of the atomic arrangement, and the crystallinity is improved. Whether or not the atomic arrangement has regularity in a short range can be determined by viewing a transmission electron beam diffraction image.
[0134]
Further, since the Al—Si—O film has improved crystallinity as described above, it is easy to form a uniform film as an oxide having a crystal structure capable of forming a potential barrier. As compared with the case where the reflective layer 38 is formed using a conventional insulating material such as alumina, a sufficient specular reflection effect can be achieved with a thinner film thickness.
[0135]
It is preferable that the addition amount of the Si be in the range of 2 at% or more and 9 at% or less.
[0136]
In the present embodiment, Si in the insulating material made of Al—Si—O is converted into SiO by stoichiometry with O.2When converted to2However, it is preferable that 10 at% or more and 38 at% or less occupy in the film.
[0137]
Further, in the present embodiment, Si contained in the insulating material made of Al—Si—O is SiO 2 in stoichiometry with O.2When converted to, the converted SiO2Occupies 6.1% by mass or more and 26.0% by mass or less in the film.
[0138]
Note that the thickness of the specular reflection layer 38 formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON is preferably 0.5 nm or more and 6 nm or less. Preferably, the thickness of the specular reflection layer 38 is in the range of 0.5 nm or more and 3 nm or less.
[0139]
If the thickness of the specular reflection layer 38 is set to a value smaller than 0.5 nm, the oxide having a crystal structure capable of forming a potential barrier will not be a uniform film, and the effect of specular reflection will be sufficiently obtained. Can not be.
[0140]
Further, when the thickness of the specular reflection layer 38 is larger than 6 nm, the problem that the shield interval is widened and the reproduction gap length is increased, and the resolution of the magnetic detection element is reduced becomes conspicuous.
[0141]
In the present invention, by forming the specular reflection layer 38 using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON, the insulating property of the specular reflection layer 38, the developer resistance, Smoothness and heat dissipation can be improved. As a result, a sufficient specular reflection effect can be obtained even if the thickness of the specular reflection layer 38 is reduced as described above.
[0142]
Therefore, the gap length of the magnetic sensing element can be reduced, and the gap can be further reduced.
[0143]
The increase in the mean free path difference between the up-spin conduction electrons and the down-spin conduction electrons due to the specular reflection effect is more effective when the thickness of the free magnetic layer is relatively small.
[0144]
In the present embodiment, it is preferable that the thickness of the free magnetic layer 37 be set in the range of 1.5 to 4.5 nm.
[0145]
If the thickness of the free magnetic layer 37 is smaller than 1.5 nm, it is difficult to form the free magnetic layer 37 so as to function as a ferromagnetic material layer, and a sufficient magnetoresistance effect cannot be obtained.
[0146]
If the thickness of the free magnetic layer 37 is more than 4.5 nm, the number of up-spin conduction electrons scattered before reaching the specular reflection layer 38 increases, and the resistance change rate is reduced by a specular effect. This is not preferable because the rate of change decreases.
[0147]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetic sensing element according to the second embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium.
[0148]
The magnetic sensing element shown in FIG. 3 has an antiferromagnetic layer 34, a pinned magnetic layer 35, a nonmagnetic material layer 36, and a free magnetic layer 37, which are sequentially stacked, as in the magnetic sensing element of the second embodiment. This is a so-called bottom type spin valve type magnetic sensing element.
[0149]
In FIG. 3, a synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 35 including an underlayer 33, an antiferromagnetic layer 34, a first fixed magnetic layer 35a, a nonmagnetic intermediate layer 35b, and a second fixed magnetic layer 35c, a nonmagnetic material A synthetic ferri-free type free magnetic layer 37 including a layer 36, a second free magnetic layer 37a, a non-magnetic intermediate layer 37b, and a first free magnetic layer 37c, a backed layer B1, a specular reflection layer 38, and a protective layer 39 are laminated. The formed multilayer film T2 is formed. Note that the width of the upper surface of the multilayer film T2 corresponds to the track width.
[0150]
Under the multilayer film T2, a lower shield layer 31 and a lower gap layer 32 are formed on a substrate (not shown) via a base layer (not shown) made of an insulating material such as alumina. I have.
[0151]
Note that the lower shield layer 31, the lower gap layer 32, the underlayer 33, the antiferromagnetic layer 34, the fixed magnetic layer 35, the nonmagnetic material layer 36, the free magnetic layer 37, the specular reflection layer 38, the protective layer 39, and the bias underlayer 40, the hard bias layer 41, the intermediate layer 42, the electrode layer 43, and the upper gap layer 44 have the same configuration and material as those of the magnetic sensing element according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted. An upper shield layer (not shown) made of a magnetic material is formed on the upper gap layer 44.
[0152]
The magnetic sensing element of the second embodiment differs from the magnetic sensing element of the first embodiment in that a backed layer B1 is formed between the free magnetic layer 37 and the specular reflection layer 38.
[0153]
The back layer B1 is formed on the opposite side of the surface of the free magnetic layer 37 in contact with the nonmagnetic material layer 36, that is, in contact with the first free magnetic layer 37c. The back layer B1 preferably has higher conductivity than the first free magnetic layer 37c, and is specifically formed using a nonmagnetic conductive material such as Cu, Au, Ag, Cr, or Ru. In particular, it is preferably made of Cu.
[0154]
The thickness of the back layer B1 is preferably in the range of 0.3 nm to 2.5 nm. When the thickness of the backed layer B1 is smaller than 0.3 nm, the effect of extending the mean free path of the up-spin conduction electrons is reduced, and the effect of improving the rate of change in magnetoresistance in the spin filter effect described later is reduced.
[0155]
On the other hand, if the thickness of the back layer B1 exceeds 2.5 nm, the sense current easily flows not only to the nonmagnetic material layer 36 but also to the back layer B1, and a shunt of the sense current occurs.
[0156]
By stacking the backed layer B1 so as to be in contact with the first free magnetic layer 37c, the magnetic sensing element of the present embodiment exhibits a so-called spin filter effect, and the magnetoresistance ratio increases.
[0157]
The spin spin filter effect will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG.
FIG. 4 shows an antiferromagnetic layer 34, a fixed magnetic layer 35 (a first fixed magnetic layer 35a, a nonmagnetic intermediate layer 35b, and a second fixed magnetic layer 35c), a nonmagnetic material layer 36, and a free magnetic layer 37 ( A laminate G2 in which a second free magnetic layer 37a (a diffusion preventing layer 37a1, a ferromagnetic layer 37a2), a nonmagnetic intermediate layer 37b, a first free magnetic layer 37c), a backed layer B1, and a specular reflection layer 38 are sequentially laminated. Show.
[0158]
Further, the conduction electrons of up spin are indicated by reference symbol e1, and the conduction electrons of down spin are indicated by e2. The up-spin conduction electron e1 and the down-spin conduction electron e2 are stochastically equivalent.
[0159]
The down-spin conduction electrons e2 are always scattered at the interface between the nonmagnetic material layer 36 and the second free magnetic layer 37a regardless of the direction of the applied external magnetic field, and the probability of moving to the free magnetic layer 37 is low. The mean free path is kept shorter than the mean free path of the up-spin conduction electron e1.
[0160]
On the other hand, when the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a are parallel to each other, the conduction electrons e1 of the up spin are transferred from the nonmagnetic material layer 36 to the free magnetic layer 37. To reach. Then, it moves inside the free magnetic layer 37 and reaches near the interface between the free magnetic layer 37 and the specular reflection layer 38.
[0161]
As shown in FIG. 4, when the backed layer B1 is provided, the up-spin conduction electrons e1 that have passed through the free magnetic layer 37 are added to the backed layer B1 by an additional average determined by the material of the backed layer B1. Free path λ+Move b. That is, by providing the backed layer B1, the mean free path λ of the up-spin conduction electrons e1 is obtained.+Is the additional mean free path λ+b.
[0162]
In the present embodiment having the backed layer B1, the mean free path of the up-spin conduction electrons e1 when the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a are parallel to each other. Can be stretched. Therefore, the amount of change in the mean free path of the up-spin conduction electrons e1 due to the application of the external magnetic field is increased, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve magnetic detection element can be further improved.
[0163]
Since the magnetic sensing element of the second embodiment shown in FIG. 3 also has the specular reflection layer 38, the magnetization direction of the second fixed magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a are parallel. It is possible to extend the mean free path of up-spin conduction electrons in the following condition. Therefore, the amount of change in the mean free path of up-spin conduction electrons due to the application of an external magnetic field is increased, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve magnetic detection element can be further improved.
[0164]
Also in the present embodiment, the specular reflection layer 38 is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON, whereby the insulating property and the development resistance of the specular reflection layer 38 are improved. It is possible to improve liquidity, smoothness, and heat dissipation.
[0165]
Therefore, even if the specular reflection layer 38 is formed with a very small thickness, a stable specular reflection layer 38 that is not easily damaged by current or chemicals can be formed.
[0166]
Further, since the specular reflection layer 38 has good smoothness, it is easy to form the specular reflection layer 38 with a small film thickness.
[0167]
Further, since the mirror reflection layer 38 has improved heat dissipation, the DC resistance value of the magnetic sensing element can be reduced.
[0168]
In addition, since the specular reflection layer 38 made of Al—Si—O has improved crystallinity, it can be easily formed as a uniform film as an oxide having a crystal structure capable of forming a potential barrier, For example, a sufficient specular reflection effect can be achieved with a thinner film thickness than when the specular reflection layer 38 is formed using a conventional insulating material such as alumina.
[0169]
Therefore, the gap length of the magnetic sensing element can be reduced, and the gap can be further reduced.
[0170]
In the magnetic sensing element shown in FIGS. 1 and 3, the uppermost layer of the multilayer films T1 and T2 is a protective layer 39 for preventing oxidation, but in the present invention, the third embodiment of the present invention shown in FIG. As in the magnetic sensing element of the embodiment, the protective layer 39 may not be formed on the uppermost layer of the multilayer film T3. At this time, the specular reflection layer 38 functionally becomes a part of the upper gap layer 44.
[0171]
This is because, in the present invention, the specular reflection layer 38 is formed using an insulating material that is an oxide whose composition formula is represented by Al—Si—O or Si—ON, This is because there is no need to stack a layer for preventing oxidation.
[0172]
Therefore, the gap length of the magnetic sensing element can be further reduced by the amount of the protective layer 39 existing in the magnetic sensing element shown in FIGS. 1 and 3, and the gap can be further reduced.
[0173]
The upper gap layer 44 may be formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al—Si—O or Si—O—N, similarly to the mirror reflection layer 38.
[0174]
The magnetic sensing element according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1, 3 and 5 has the opposite side of the surface of the free magnetic layer 37 in contact with the nonmagnetic material layer 36, that is, the first free magnetic layer 37c. The specular reflection layer 38 was laminated on the upper layer.
[0175]
In the present invention, the specular reflection layer 38 may be formed in the free magnetic layer 37 or the fixed magnetic layer 35.
[0176]
FIGS. 6 to 10 show the magnetic sensing elements according to the fourth to eighth embodiments of the present invention in which the specular reflection layer is formed in the free magnetic layer 37 or the fixed magnetic layer 35 from the side facing the recording medium. FIG.
[0177]
The magnetic sensing element shown in FIG. 6 is such that a specular reflection layer S1 is formed in a ferromagnetic layer 37a2 of a second free magnetic layer 37a.
[0178]
The specular reflection layer S1 is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON.
[0179]
The ferromagnetic layer 37a2 in contact with the upper surface of the specular reflection layer S1 and the ferromagnetic layer 37a2 in contact with the lower surface of the specular reflection layer S1 are ferromagnetically coupled through the specular reflection layer S1 in a ferromagnetic manner. Therefore, the magnetization directions of the diffusion preventing layer 37a1 and the ferromagnetic layer 37a2 constituting the second free magnetic layer 37 are both in the illustrated X direction.
[0180]
When the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a is oriented in the X direction in the drawing, the first free magnetic layer 37c is in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel, and the magnetization direction of the free magnetic layer 37 as a whole is constant. Aligned.
[0181]
As described above, also in the present embodiment, the free magnetic layer 37 is in a synthetic ferri-free state, an effect equivalent to reducing the thickness of the free magnetic layer 37 is obtained, the saturation magnetization is reduced, and the free magnetic layer 37 is reduced. Is easily fluctuated, and the magnetic field detection sensitivity of the magnetic detection element is improved.
[0182]
The magnetic sensing element shown in FIG. 7 has a specular reflection layer S2 formed in a first free magnetic layer 37c.
[0183]
The specular reflection layer S2 is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON.
[0184]
The first free magnetic layer 37c in contact with the upper surface of the specular reflection layer S2 and the second free magnetic layer 37a in contact with the lower surface of the specular reflection layer S2 are ferromagnetically coupled via the specular reflection layer S2 to form a ferromagnetic state. It has been.
[0185]
Here, when the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a is oriented in the illustrated X direction, the magnetization direction of the first free magnetic layer 37c is antiparallel to the illustrated X direction while maintaining the ferromagnetic state. . That is, the second free magnetic layer 37a and the first free magnetic layer 37c enter a ferrimagnetic state, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 37 is aligned in a certain direction.
[0186]
As described above, also in the present embodiment, the free magnetic layer 37 is in a synthetic ferri-free state, an effect equivalent to reducing the thickness of the free magnetic layer 37 is obtained, the saturation magnetization is reduced, and the free magnetic layer 37 is reduced. Is easily fluctuated, and the magnetic field detection sensitivity of the magnetic detection element is improved.
[0187]
The magnetic sensing element shown in FIG. 8 has a composition formula of Al—Si—O or Si—O—N instead of the nonmagnetic intermediate layer 35b of the fixed magnetic layer 35 and the nonmagnetic intermediate layer 37b of the free magnetic layer 37. Are mirror-reflective layers S3 and S4 formed using an insulating material indicated by.
[0188]
The first free magnetic layer 37c in contact with the upper surface of the specular reflection layer S3 and the second free magnetic layer 37a in contact with the lower surface of the specular reflection layer S3 are ferromagnetically coupled via the specular reflection layer S3 to form a ferromagnetic state. It has been.
[0189]
The second fixed magnetic layer 35c in contact with the upper surface of the specular reflection layer S4 and the first fixed magnetic layer 35a in contact with the lower surface of the specular reflection layer S4 are ferromagnetically coupled via the specular reflection layer S4 to be ferromagnetic. It is in a magnetic state.
[0190]
Therefore, the fixed magnetic layer 35 and the free magnetic layer 37 behave the same as the single-layer magnetic layer.
[0191]
In addition, only one of the non-magnetic intermediate layer 35b and the non-magnetic intermediate layer 37b is a specular reflection layer formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON. It may be.
[0192]
The magnetic sensing element shown in FIG. 9 has a mirror reflection layer S5 formed in a second fixed magnetic layer 35c.
[0193]
The specular reflection layer S5 is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON.
[0194]
The second fixed magnetic layer 35c in contact with the upper surface of the specular reflection layer S5 and the second fixed magnetic layer 35c in contact with the lower surface of the specular reflection layer S5 are ferromagnetically coupled via the specular reflection layer S5 to form a ferromagnetic state. It has been.
[0195]
An exchange anisotropic magnetic field is generated at the interface between the first pinned magnetic layer 35a and the antiferromagnetic layer 34 by exchange coupling, and the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 35a is fixed in the Y direction in the figure. . When the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 35a is fixed in the Y direction in the figure, the magnetization direction of the second fixed magnetic layer 35c opposed via the nonmagnetic intermediate layer 35b is maintained while maintaining the ferromagnetic state. The first fixed magnetic layer 35a is fixed in an anti-parallel state to the magnetization direction.
[0196]
As described above, when the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 35a and the second pinned magnetic layer 35c are in an antiparallel ferrimagnetic state, the first pinned magnetic layer 35a and the second pinned magnetic layer 35c Since the other magnetization direction of the layer 35c is fixed to the other, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 35 can be strongly fixed as a whole in a fixed direction.
[0197]
Since the magnetic sensing element of the embodiment shown in FIG. 9 has the specular reflection layer S5 in the fixed magnetic layer 35, the magnetization direction of the second fixed magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a The mean free path of the conduction electrons of the upspin in a state in which are parallel to each other can be extended. Therefore, the amount of change in the mean free path of up-spin conduction electrons due to the application of an external magnetic field is increased, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve magnetic detection element can be further improved.
[0198]
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the specular reflection effect by the specular reflection layer S5.
[0199]
FIG. 11 shows an antiferromagnetic layer 34, a fixed magnetic layer 35 (a first fixed magnetic layer 35a, a nonmagnetic intermediate layer 35b, a second fixed magnetic layer 35c, a specular reflection layer S5, and a second fixed magnetic layer 35c). ), A nonmagnetic material layer 36, and a free magnetic layer 37 (second free magnetic layer 37a (diffusion prevention layer 37a1, ferromagnetic layer 37a2), nonmagnetic intermediate layer 37b, first free magnetic layer 37c). Shown is a laminated body G3.
[0200]
In FIG. 11, the contribution of the electrons moving from the free magnetic layer 37 toward the fixed magnetic layer 35 to the magnetoresistance effect is considered. Here, the up-spin conduction electrons are denoted by reference symbol e1, and the down-spin conduction electrons are denoted by e2. The up-spin conduction electron e1 and the down-spin conduction electron e2 are stochastically equivalent.
[0201]
The down-spin conduction electrons e2 are always scattered at the interface between the nonmagnetic material layer 36 and the second pinned magnetic layer 35c regardless of the direction of the applied external magnetic field, and the probability of moving to the pinned magnetic layer 35 is low. The mean free path is kept shorter than the mean free path of the up-spin conduction electron e1.
[0202]
On the other hand, when the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a are parallel to each other, the conduction electrons e1 of the upspin move from the nonmagnetic material layer 36 to the second pinned magnetic layer 35a. It reaches to 35c. Then, it moves inside the second fixed magnetic layer 35c and reaches near the interface between the second fixed magnetic layer 35c and the specular reflection layer S5.
[0203]
Since a potential barrier is formed near the interface between the second fixed magnetic layer 35c and the specular reflection layer S5, the up-spin conduction electrons e1 are generated near the interface between the second fixed magnetic layer 35c and the specular reflection layer S5. Specular reflection (specular scattering). Since the spin state of the up-spin conduction electron e1 is maintained by the specular reflection, the electron moves again in the second fixed magnetic layer 35c.
[0204]
This is because the reflection mean free path λ is equivalent to the specular reflection of the up-spin conduction electron e1.+This means that the mean free path has been extended by s.
[0205]
In the present embodiment having the specular reflection layer S5, the mean free path of the up-spin conduction electrons e1 when the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a are parallel to each other. Can be extended. Therefore, the amount of change in the mean free path of the up-spin conduction electrons e1 due to the application of the external magnetic field is increased, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve magnetic detection element can be further improved.
[0206]
The magnetic detection element shown in FIG. 10 has a mirror reflection layer S6 formed in a first fixed magnetic layer 35a.
[0207]
The specular reflection layer S6 is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON.
[0208]
The first fixed magnetic layer 35a in contact with the upper surface of the specular reflection layer S6 and the first fixed magnetic layer 35a in contact with the lower surface of the specular reflection layer S6 are ferromagnetically coupled via the specular reflection layer S6 to form a ferromagnetic state. It has been.
[0209]
Also in this magnetic sensing element, the magnetization direction of the first fixed magnetic layer 35a is fixed in the Y direction in the drawing while maintaining the ferromagnetic state. When the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 35a is fixed in the Y direction in the figure, the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 35c opposed to the first pinned magnetic layer 35a via the nonmagnetic intermediate layer 35b is changed. It is fixed antiparallel to the magnetization direction.
[0210]
Also in the present embodiment, the first fixed magnetic layer 35a and the second fixed magnetic layer 35c are in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel, and the first fixed magnetic layer 35a and the second fixed magnetic layer 35a are in a ferrimagnetic state. Since the magnetization directions of the other layers 35c are fixed to each other, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 35 can be strongly fixed as a whole in a fixed direction.
[0211]
Since the magnetic sensing element of the embodiment shown in FIGS. 6 to 10 has any one of the specular reflection layers S1 to S6, the magnetization direction of the second fixed magnetic layer 35c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 37a The mean free path of up-spin conduction electrons in a state where the magnetization directions are parallel can be extended. Therefore, the amount of change in the mean free path of up-spin conduction electrons due to the application of an external magnetic field is increased, and the magnetoresistance change rate (ΔR / R) of the spin-valve magnetic detection element can be further improved.
[0212]
Also in the magnetic sensing elements of the fourth to eighth embodiments shown in FIGS. 6 to 10, the specular reflection layer is formed by using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON. By forming any one of S1 to S6, it is possible to improve the insulating properties, developer resistance, smoothness, and heat dissipation of the specular reflection layers S1 to S6.
[0213]
Therefore, even if the specular reflection layers S1 to S6 are formed to have a very small thickness, the stable specular reflection layers S1 to S6 that are not easily damaged by current or chemicals can be formed.
[0214]
Further, since the specular reflection layers S1 to S6 have good smoothness, it is easy to form the specular reflection layers S1 to S6 with a small film thickness.
[0215]
Further, the heat reflection of the mirror reflection layers S1 to S6 is improved, so that the DC resistance value of the magnetic sensing element can be reduced.
[0216]
In addition, since the specular reflection layers S1 to S6 made of Al—Si—O have improved crystallinity, they can be easily formed into a uniform film as an oxide having a crystal structure capable of forming a potential barrier. Yes, a sufficient specular reflection effect can be achieved with a smaller film thickness than when the specular reflection layers S1 to S6 are formed using a conventional insulating material such as alumina.
[0217]
Therefore, the gap length of the magnetic sensing element can be reduced, and the gap can be further reduced.
[0218]
In addition, if the specular reflection layers S1 to S6 can be formed to have a small thickness, when the specular reflection layers S1 to S6 are formed in the free magnetic layer 37 or the fixed magnetic layer 35, the specular reflection layers S1 to S6 are formed above and below the specular reflection layers S1 to S6. Ferromagnetic coupling between the stacked magnetic layers can be prevented from weakening.
[0219]
Also, the mirror reflection layers S1 to S6 are stacked at a position closer to the nonmagnetic material layer 36 as compared with the stacking position of the mirror reflection layer 38 of the magnetic sensing element shown in FIGS. 1, 3, and 5. Therefore, the up-spin conduction electrons can be confined in the vicinity of the non-magnetic material layer 36, and the shunt of the sense current is suppressed, and the shunt loss can be reduced.
[0220]
6 to 10, the lower shield layer 31, the lower gap layer 32, the underlayer 33, the antiferromagnetic layer 34, the fixed magnetic layer 35, the nonmagnetic material layer 36, the free magnetic layer 37, the protective layer 39, the bias underlayer 40, the hard bias layer 41, the intermediate layer 42, the electrode layer 43, and the upper gap layer 44 have the same configuration and material as the magnetic sensing element of the first embodiment. The description is omitted. An upper shield layer (not shown) made of a magnetic material is formed on the upper gap layer 44. The width of the upper surface of each of the multilayer films T4 to T8 corresponds to the track width.
[0221]
Also, as shown in FIGS. 1, 3, 5, 6, 7, and 8, the free magnetic layer 37 is formed on the side opposite to the surface in contact with the nonmagnetic material layer 36 or in the free magnetic layer 37. 8, S1, S2 or S3 and one of the specular reflection layers S4, S5 or S6 formed in the fixed magnetic layer 35 as shown in FIGS. 8, 9 and 10. Any one of them may be combined into one magnetic sensing element.
[0222]
FIG. 12 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a ninth embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium.
[0223]
The magnetic sensing element shown in FIG. 12 has an antiferromagnetic layer 34, a pinned magnetic layer 35, a nonmagnetic material layer 36, and a free magnetic layer 37, which are sequentially stacked, as in the magnetic sensing element of the second embodiment. This is a so-called bottom type spin valve type magnetic sensing element.
[0224]
In FIG. 12, a synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 35 including an underlayer 33, an antiferromagnetic layer 34, a first fixed magnetic layer 35a, a nonmagnetic intermediate layer 35b, and a second fixed magnetic layer 35c, a nonmagnetic material A multilayer film in which a synthetic ferri-free type free magnetic layer 37 including a layer 36, a second free magnetic layer 37a, a nonmagnetic intermediate layer 37b, and a first free magnetic layer 37c, a backed layer B2, and a specular reflection layer S7 are stacked. T9 is formed.
[0225]
Under the multilayer film T9, a lower shield layer 31 and a lower gap layer 32 are formed on a substrate (not shown) via a base layer (not shown) made of an insulating material such as alumina. I have.
[0226]
The lower shield layer 31, lower gap layer 32, underlayer 33, antiferromagnetic layer 34, pinned magnetic layer 35, nonmagnetic material layer 36, free magnetic layer 37, and upper gap layer 44 are the same as those of the second embodiment. Since the configuration and the material are the same as those of the magnetic sensing element described above, the description is omitted. An upper shield layer (not shown) made of a magnetic material is formed on the upper gap layer 44.
[0227]
In the magnetic sensing element according to the present embodiment shown in FIG. 12, a second antiferromagnetic layer 50 is laminated on a first free magnetic layer 37c, and the magnetization of the first free magnetic layer 37c is This is a so-called exchange bias type magnetic sensing element which is aligned in the X direction by an exchange anisotropic magnetic field between the magnetic sensing element and the antiferromagnetic layer 50.
[0228]
When the magnetization direction of the first free magnetic layer 37c is oriented in the X direction in the drawing, the second free magnetic layer 37a is in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel, and the magnetization direction of the free magnetic layer 37 as a whole is constant. Aligned.
[0229]
Thus, also in the present embodiment, the free magnetic layer 37 is in a synthetic ferri-free state.
[0230]
The magnetization direction of the entire pinned magnetic layer 35 is aligned in the Y direction in the figure by the exchange anisotropic magnetic field between the pinned magnetic layer 35 and the antiferromagnetic layer 34.
[0231]
The second antiferromagnetic layers 50 are made of a PtMn alloy or an X-Mn alloy (where X is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os). Or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, and Kr) A) alloy.
[0232]
In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn for forming the second antiferromagnetic layers 50, 50, Pt or X is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the alloy represented by the formula of Pt-Mn-X ', X' + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. Further, in the alloy represented by the formula of Pt-Mn-X ', X' is preferably in the range of 0.2 to 10 at%. However, when X ′ is any one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe, X ′ may be in the range of 0.2 to 40 at%. preferable. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by mean below.
[0233]
An electrode layer 51 made of Ta, Cr, W, Au or the like is formed on the second antiferromagnetic layers 50, 50.
[0234]
The interval between the second antiferromagnetic layers 50 corresponds to the track width Tw.
[0235]
In the magnetic sensing element according to the present embodiment, a dead area does not occur in the area of the track width (optical track width) Tw set when the magnetic sensing element is formed. Can be suppressed from decreasing when the track width Tw is reduced.
[0236]
Further, in the present embodiment, the side end surfaces S, S of the magnetic sensing element can be formed so as to be perpendicular to the track width direction, so that variation in the length of the free magnetic layer 37 in the track width direction is suppressed. be able to.
[0237]
On the first free magnetic layer 37c, in a region sandwiched between the second antiferromagnetic layers 50, 50, a backed layer B2 and a specular reflection layer S7 are sequentially laminated.
[0238]
The backed layer B2 is formed using the same material as the backed layer B1 shown in FIGS. 3 and 4, and has a spin filter effect similarly to the backed layer B1.
[0239]
Also in the present embodiment, the specular reflection layer S7 is formed using an insulating material represented by a composition formula of Al-Si-O or Si-ON, whereby the insulating property and the development resistance of the specular reflection layer S7 are formed. It is possible to improve liquidity, smoothness, and heat dissipation.
[0240]
Therefore, even if the specular reflection layer S7 is formed with a very small thickness, it is possible to form the stable specular reflection layer S7 that is not easily damaged by current or chemicals.
[0241]
Further, since the specular reflection layer S7 has good smoothness, it is easy to form the specular reflection layer S7 with a small film thickness.
[0242]
Further, since the heat dissipation of the mirror reflection layer S7 is improved, the DC resistance value of the magnetic sensing element can be reduced.
[0243]
Further, since the mirror-reflective layer S7 made of Al—Si—O has improved crystallinity, it can be easily formed into a uniform film as an oxide having a crystal structure capable of forming a potential barrier, For example, a sufficient specular reflection effect can be achieved with a smaller film thickness than when the specular reflection layer S7 is formed using a conventional insulating material such as alumina.
[0244]
Therefore, the gap length of the magnetic sensing element can be reduced, and the gap can be further reduced.
[0245]
FIG. 13 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a tenth embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium.
[0246]
The magnetic sensing element shown in FIG. 13 is different from the magnetic sensing element of the first embodiment in that a free magnetic layer 37, a nonmagnetic material layer 36, a fixed magnetic layer 35, and an antiferromagnetic layer 34 are sequentially stacked. This is a so-called top-type spin-valve magnetic detection element.
[0247]
In FIG. 13, a synthetic ferri-free type free magnetic layer 37 including a base layer 33, a specular reflection layer 38, a second free magnetic layer 37a, a non-magnetic intermediate layer 37b, and a first free magnetic layer 37c, a non-magnetic material layer 36, a multilayer in which a synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 35 composed of a second fixed magnetic layer 35c, a non-magnetic intermediate layer 35b, and a first fixed magnetic layer 35a, an antiferromagnetic layer 34, and a protective layer 39 are stacked. The film T10 is formed.
[0248]
Under the multilayer film T10, a lower shield layer 31 and a lower gap layer 32 are formed on a substrate (not shown) via a base layer (not shown) made of an insulating material such as alumina. I have.
[0249]
The lower shield layer 31, the lower gap layer 32, the underlayer 33, the antiferromagnetic layer 34, the fixed magnetic layer 35, the nonmagnetic material layer 36, the free magnetic layer 37, the specular reflection layer 38, and the protection layer 39 It is made of the same material as that of the magnetic sensing element of the embodiment.
[0250]
A bias underlayer 60 is formed in contact with the upper surface of the lower gap layer 32, the side surface of the underlayer 33, and the side surface of the first free magnetic layer 37c.
[0251]
On the bias underlayer 60, a hard bias layer 61 is formed. The hard bias layer 61 is magnetized in the illustrated X direction (track width direction).
[0252]
An intermediate layer 62 made of a non-magnetic material such as Ta is formed on the hard bias layer 61, and an electrode layer 63 is formed on the intermediate layer 62.
[0253]
The material for forming the bias underlayer 60, the hard bias layer 61, and the electrode layer 63 is the same as the material of the bias underlayer 40, the hard bias layer 41, and the electrode layer 43 of the magnetic sensing element according to the first embodiment. Description is omitted because there is.
[0254]
An upper gap layer 44 is formed on the surface of the multilayer film T10 and the surface of the electrode layer 63, and an upper shield (not shown) is formed on the upper gap layer 44. The upper shield layer is covered with a protective layer (not shown) made of an inorganic insulating material.
[0255]
The hard bias layer 61 only needs to align the magnetization direction of one of the second free magnetic layer 37a and the first free magnetic layer 37c constituting the free magnetic layer 37. In FIG. 13, only the magnetization direction of the first free magnetic layer 37c is aligned. When the magnetization direction of the first free magnetic layer 37c is aligned in a certain direction, the second free magnetic layer 37a is in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 37 is in a certain direction. Aligned.
[0256]
In the present embodiment, the hard bias layer 61 applies a static magnetic field in the illustrated X direction mainly to the first free magnetic layer 37c. Therefore, it is possible to suppress the magnetization direction (the direction opposite to the illustrated X direction) of the second free magnetic layer 37a from being disturbed by the static magnetic field in the illustrated X direction generated from the hard bias layer 61.
[0257]
In this embodiment, the first free magnetic layer 37c of the multilayer film T10 is formed below the antiferromagnetic layer 34, is adjacent to the thick portion of the hard bias layer 61, and The magnetization of the first free magnetic layer 37c is easily aligned in the X direction. Thereby, generation of Barkhausen noise can be reduced.
[0258]
Also in the present embodiment, specular reflection of up-spin conduction electrons can be caused at the interface between the first free magnetic layer 37c and the specular reflection layer 38.
[0259]
Further, the specular reflection layer is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON, whereby the insulating property, developer resistance, smoothness, In addition, heat dissipation can be improved.
[0260]
Therefore, even if the specular reflection layer 38 is formed with a very small thickness, a stable specular reflection layer 38 that is not easily damaged by current or chemicals can be formed.
[0261]
Further, since the specular reflection layer 38 has good smoothness, it is easy to form the specular reflection layer 38 with a small film thickness.
[0262]
Further, since the mirror reflection layer 38 has improved heat dissipation, the DC resistance value of the magnetic sensing element can be reduced.
[0263]
In addition, since the specular reflection layer 38 made of Al—Si—O has improved crystallinity, it can be easily formed as a uniform film as an oxide having a crystal structure capable of forming a potential barrier, For example, a sufficient specular reflection effect can be achieved with a thinner film thickness than when the specular reflection layer 38 is formed using a conventional insulating material such as alumina.
[0264]
Therefore, the gap length of the magnetic sensing element can be reduced, and the gap can be further reduced.
[0265]
A method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1 will be described.
As shown in FIG. 14, an antiferromagnetic layer 34 is stacked on the lower gap 32 with a base layer 33 interposed therebetween. Further, a synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 35 composed of a first fixed magnetic layer 35a, a non-magnetic intermediate layer 35b, and a second fixed magnetic layer 35c, a non-magnetic material layer 36, a second free magnetic layer 37a, a non-magnetic The synthetic ferri-free type free magnetic layer 37 including the intermediate layer 37b and the first free magnetic layer 37c is continuously formed in the same vacuum film forming apparatus by a thin film forming process such as a sputtering method or an evaporation method.
[0266]
Next, a specular reflection layer 38 is formed on the first free magnetic layer 37c using an insulating material represented by a composition formula of Al-Si-O or Si-ON.
[0267]
When the specular reflection layer 38 is formed using an insulating material having a composition formula of Al-Si-O, for example, the target formed of Al-Si is used as a target. Since the target does not contain O (oxygen), in order to make the specular reflection layer 38 formed by sputtering contain oxygen, the sputtering apparatus contains O 2 other than Ar gas.2A gas is introduced, and an Al—Si—O film is formed by a reactive sputtering method.
[0268]
In this manufacturing method, when forming an Al—Si target, the content of Si can be adjusted only by the ratio with the content of Al. And O2An Al—Si—O film containing 2 at% or more and 9 at% or less of Si can be easily formed by adjusting a gas introduction amount, a sputtering power, and the like.
[0269]
Further, the present invention is not limited to the above-described manufacturing method, and a sintered target made of Al-Si-O having a composition ratio previously adjusted within a predetermined range may be formed as a target. In this case, the introduced gas may be only inert Ar gas, or2The composition ratio of O may be appropriately adjusted by introducing a gas.
[0270]
Al2O3And SiO target2The Al—Si—O film may be formed using a composite target using a target composed of When a plurality of these targets are used, the sputtering power applied to each target is adjusted to change the amount of sputtered from each target so that the amount of Al- becomes at least 2 at% and at most 9 at%. It becomes a Si—O film.
[0271]
Alternatively, an Al-Si target in which the content of Si is adjusted in proportion to the content of Al is formed, and an Al-Si film is formed on the first free magnetic layer 37c by a sputtering method such as a DC sputtering method. The Al-Si film can be oxidized to obtain an Al-Si-O film.
[0272]
As a method of oxidizing the Al-Si film, O2Method of natural oxidation in gas, O2Oxidation in plasma, O2O from plasma2Derives radicals, this O2A method of oxidizing in a radical can be used.
[0273]
In particular, O2The method of oxidizing in a radical is preferable because it is easy to appropriately adjust the oxidation rate and it is easy to uniformly oxidize the Al—Si film.
[0274]
In the method of obtaining an Al-Si-O film by oxidizing the Al-Si film, the Si content can be adjusted only by the ratio with the Al content when forming the Al-Si target. Also, O2Gas, O2Plasma, O2An Al—Si—O film containing 2 at% or more and 9 at% or less of Si can be easily formed by adjusting the amount of radicals introduced.
[0275]
When the specular reflection layer 38 is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Si-ON, for example, the target formed of Si is used as a target. Since the target does not contain O (oxygen) and N (nitrogen), in order to contain oxygen and nitrogen in the specular reflection layer 38 formed by sputtering, O is added to the sputtering apparatus in addition to Ar gas.2Gas and N2Gas is introduced, and a Si-ON film is formed by a reactive sputtering method.
[0276]
In the present invention, not limited to the above-described manufacturing method, a sintered target made of Si—O—N whose composition ratio is previously adjusted to be within a predetermined range may be formed as a target. In this case, the introduced gas may be only inert Ar gas, or2Gas and N2The composition ratio of O and N may be appropriately adjusted by introducing a gas.
[0277]
In addition, SiO2The Si—O—N film may be formed using a composite target using a target composed of Si and a target composed of Si—N.
[0278]
Alternatively, also SiO2In addition to Ar gas, N2A gas may be introduced and a Si-ON film may be formed by a reactive sputtering method, or an O2 gas other than Ar gas may be introduced into the sputtering apparatus using a target made of Si-N.2By introducing a gas, a Si-ON film may be formed by a reactive sputtering method.
[0279]
Alternatively, a Si—N target is formed, a Si—N film is formed on the first free magnetic layer 37 c by a sputtering method such as a DC sputtering method, and the Si—N film is oxidized to form a Si—O— film. An N film can also be obtained.
[0280]
As a method for oxidizing the Si-N film, O2Method of natural oxidation in gas, O2Oxidation in plasma, O2O from plasma2Derives radicals, this O2A method of oxidizing in a radical can be used.
[0281]
In particular, O2The method of oxidizing in a radical is preferable because it is easy to appropriately adjust the oxidation rate and it is easy to uniformly oxidize the Si—N film.
[0282]
Alternatively, a Si—O—N film or an Al—Si—O film can be formed by a vapor phase growth method (CVD method).
[0283]
The Si—O—N film or the Al—Si—O film formed on the first free magnetic layer 37c by the above method becomes the specular reflection layer 38.
[0284]
Note that in this embodiment, the Si—O—N film or the Al—Si—O film serving as the specular reflection layer 38 is formed to have a thickness of 0.5 nm to 6 nm, particularly 0.5 nm to 3 nm. it can.
[0285]
Further, a multilayer film T1 is formed by laminating a protective layer 39 on the specular reflection layer 38.
[0286]
Next, a resist layer R1 for lift-off that covers the area of the track width Tw of the magnetic sensing element to be formed is pattern-formed on the multilayer film T.
[0287]
As shown in FIG. 15, cut portions R1a, R1a are formed in the lower surface of the resist layer R1.
[0288]
Next, in a step shown in FIG. 16, both sides of the multilayer film T1 are etched away. In this step, the side surface of the antiferromagnetic layer 34 is completely removed, but the etching rate and the etching time are controlled so that the extension portion 34a is formed without completely removing the side surface of the antiferromagnetic layer 34. It may be.
[0289]
Further, in the step shown in FIG. 17, a bias underlayer 40, a hard bias layer 41, an intermediate layer 42, and an electrode layer 43 are formed on both sides of the multilayer film T1. In the present embodiment, the bias underlayer 40, the hard bias layer 41, the intermediate layer 42, and the electrode layer 43 are arranged in the direction perpendicular to the film surface of the lower gap layer 32 (the direction perpendicular to the surface of the substrate (not shown) on which the multilayer film T1 is formed). Sputtered particles were incident.
[0290]
In the present embodiment, the hard bias layer 41 is formed at a position where the uppermost portion 41b of the side surface 41a on the side facing the multilayer film T1 overlaps the upper surface 37a3 of the second free magnetic layer 37a. However, the side surface 41a of the hard bias layer 41 is the side surface of the fixed magnetic layer 35, the side surface of the nonmagnetic material layer 36, the side surface of the second free magnetic layer 37a, the nonmagnetic intermediate layer 37b, and the side surface of the first free magnetic layer 37c. May be opposed.
[0291]
In the present embodiment, the hard bias layer 41 mainly applies the static magnetic field in the illustrated X direction to the second free magnetic layer 37a. Accordingly, it is possible to suppress the magnetization direction (the direction opposite to the illustrated X direction) of the first free magnetic layer 37 from being disturbed by the static magnetic field in the illustrated X direction generated from the hard bias layer 40.
[0292]
Further, the resist layer R1 is removed, an upper gap layer 44 is formed on the surface of the multilayer film T1 and the surface of the electrode layer 43, and an upper shield (not shown) is formed on the upper gap layer 44. The magnetic sensor of the first embodiment is formed by covering the upper shield layer with a protective layer (not shown) made of an inorganic insulating material.
[0293]
Note that the lower shield layer 31, the lower gap layer 32, the underlayer 33, the antiferromagnetic layer 34, the fixed magnetic layer 35, the nonmagnetic material layer 36, the free magnetic layer 37, the specular reflection layer 38, the protective layer 39, and the bias underlayer 40, the hard bias layer 41, the intermediate layer 42, the electrode layer 43, and the upper gap layer 44 are formed using the above-described materials.
[0294]
When forming the magnetic sensing element according to the second embodiment shown in FIG. 3, a nonmagnetic conductive material such as Cu, Au, Ag, Cr, or Ru is used on the first free magnetic layer 37c. After forming a backed layer B1 having a thickness of 0.3 to 2.5 nm, a Si—O—N film or an Al—Si—O film serving as the mirror reflection layer 38 is formed on the backed layer B1 by the above-described method. May be formed. The backed layer B1 is particularly preferably made of Cu.
[0295]
When the magnetic sensing element of the fourth embodiment shown in FIG. 6 is formed, the second free magnetic layer 37a is formed halfway, and then the Si—O—N film or the mirror reflection layer S1 is formed. An Al-Si-O film is formed, and the remaining second free magnetic layer 37a is formed on the specular reflection layer S1.
[0296]
When the magnetic sensing element of the fifth embodiment shown in FIG. 7 is formed, the first free magnetic layer 37c is formed partway, and then the Si—O—N film or the mirror reflection layer S2 is formed. An Al-Si-O film is formed, and the remaining first free magnetic layer 37c is formed on the specular reflection layer S2.
[0297]
When the magnetic sensing element of the seventh embodiment shown in FIG. 9 is formed, the second fixed magnetic layer 35c is formed partway, and then the Si—O—N film or the mirror reflection layer S5 is formed. An Al—Si—O film is formed, and the remaining second fixed magnetic layer 35c is formed on the specular reflection layer S5.
[0298]
When the magnetic sensing element of the eighth embodiment shown in FIG. 10 is formed, the first fixed magnetic layer 35a is formed partway, and then the Si—O—N film or the mirror-reflective layer S6 is formed. An Al-Si-O film is formed, and the remaining first fixed magnetic layer 35a is formed on the specular reflection layer S6.
[0299]
When the magnetic sensing element of the ninth embodiment shown in FIG. 12 is formed, first, the stacking order of each layer is the same as that of the multilayer film T9, and the backed layer B2 and the Si-ON film or the Al-Si A multilayer film is formed in which the specular reflection layer S7 made of a -O film is formed as a uniform thin film.
[0300]
Next, a lift-off resist layer covering the area of the track width dimension Tw of the magnetic sensing element to be formed is laminated on the multilayer film, and the backed layer B2 and the back layer B2 and the area of the track width dimension Tw are left using the resist layer as a mask. The specular reflection layer S7 and a part of the first free magnetic layer 37c are cut by milling or the like.
[0301]
Further, when the second antiferromagnetic layer 50 made of a ferromagnetic material and an antiferromagnetic material to be the first free magnetic layer 37c and the electrode layer 51 are continuously formed, the resist layer is removed, as shown in FIG. Thus, the obtained magnetic sensing element is obtained.
[0302]
In the magnetic sensing elements shown in FIGS. 1 to 12, the free magnetic layer 37 and the pinned magnetic layer 35 may be formed as a single magnetic material layer.
[0303]
In the magnetic sensing elements shown in FIGS. 1 to 12, the side surface 41a of the hard bias layer 41 is the side surface of the fixed magnetic layer 35, the side surface of the nonmagnetic material layer 36, the second free magnetic layer 37a, You may make it oppose the side surface of the intermediate | middle layer 37b and the 1st free magnetic layer 37c.
[0304]
【Example】
Experiments were performed on various properties of the Al—Si—O film or the Si—O—N film, such as insulation and developer resistance.
[0305]
First, the film thickness is 30 nm and the composition ratio is Al34.0Si5.0O61.0(Numerical value is at%), an Al—Si—O film having a thickness of 30 nm and a composition ratio of Si35.0O62.0N3.0Is formed, and as a comparative example, an Al film having a thickness of 30 nm is formed.2O3A film and an Al-Si-N film were formed.
[0306]
An electrode film made of Ni is attached to the top and bottom of each thin film formed on a low-resistance Si substrate, and a voltage is applied to the thin film while gradually increasing the leakage current (A / mm).2) Was measured, and the insulation resistance (Ω) was calculated from the value. FIG. 18 shows the experimental results.
[0307]
In the Al-Si-N film as a comparative example, when the voltage was gradually increased, the leak current rapidly increased, and the film was broken when the voltage became about 10 V.
[0308]
Al as a comparative example2O3When the voltage exceeded about 10 V, the leak current value suddenly increased, and when the voltage exceeded about 12 V, the film was broken.
[0309]
On the other hand, the Al-Si-O film as an example has a low leak current even when the voltage exceeds 20V. When the voltage reached about 23 V, the device was broken.
[0310]
Further, the leak current of the Si-ON film as an example is low up to a voltage of 30V. When the voltage became about 40 V, the device was broken.
[0311]
FIG. 19 shows the above-described Al—Si—O film, Si—O—N film, Al2O35 is a graph showing a relationship between a voltage and an insulation resistance (Ω) in a film and an Al—Si—N film. FIG. 19 shows the result of calculating the insulation resistance value (Ω) from the leak current value obtained from the experimental results shown in FIG.
[0312]
As shown in FIG.2O3The film maintained a high insulation resistance up to a voltage of about 12 V, but was broken when the voltage exceeded about 12 V, and it was confirmed that the withstand voltage at this time was 4.0 MV / cm.
[0313]
On the other hand, the Al—Si—O film according to the embodiment maintains a sufficiently high insulation resistance even when the voltage exceeds 20 V, and breaks when the voltage becomes about 23 V. 0.7 MV / cm.
[0314]
The Si—O—N film as an example maintains a favorable high insulation resistance up to a voltage of 30 V, and breaks down when the voltage becomes about 40 V. At this time, the insulation withstand voltage is 13.0 MV / cm.
[0315]
From the above experimental results, it is understood that the use of the Al-Si-O film or the SI-ON film as the specular reflection layer can provide a higher withstand voltage than that of alumina generally used conventionally. Accordingly, the insulating property of the specular reflection layer made of the Al-Si-O film or the SI-ON film is improved, and when the specular reflection layer is laminated on a layer made of a conductive material, an interface with the layer is formed. , A large potential barrier can be formed.
[0316]
Next, an experiment on developer resistance was performed. In the experiment, Al was used as a comparative example.2O3A film was formed, and as an example, an Al—Si—O film in which the amount of added Si was changed was formed. The thickness of each thin film was unified at 100 nm. A strong alkaline solution containing KOH or the like as a main component was used as a developing solution, and the exposure time to the developing solution was about 10 minutes. FIG. 20 shows the experimental results.
[0317]
As shown in FIG.2O3It can be seen that the etching rate at this time is about 50 ° / min.
[0318]
On the other hand, in the Al—Si—O film to which the amount of Si is added, the etching rate decreases as the amount of Si increases, and when the amount of Si increases to 10 at%, the etching rate becomes almost 0 (Å / min). )It can be seen that it is.
[0319]
Thus, in the Al—Si—O film, Al2O3It can be seen that the developer resistance is superior to that of the film.
[0320]
21 to 23 are transmission electron diffraction images of the Al—Si—O film, and the composition ratio of the Al—Si—O film in FIG.37.0Si2.5O60.5Thus, in FIG.34.0Si5.0O61.0Then, in FIG.31.0Si7.5O61.5Therefore, in FIG.28.0Si10.0O62.0(All numerical values are at%).
[0321]
In FIG. 21, only a blurred image around the beam origin projected in the middle of the diffraction image is seen. On the other hand, as shown in FIGS. 22 and 23, when the amount of Si starts to increase, countless minute diffraction spots begin to appear in the blurred image around the beam origin. From this diffraction image, it is presumed that regularity began to occur in the atomic range of the Al-Si-O film in a short range, and that the crystallinity was improved.
[0322]
However, as shown in FIG. 24, when the Si amount becomes 10.0 at%, only a blurred image can be seen again around the beam origin, and the atomic arrangement loses short-range regularity.
[0323]
It can be seen from the transmission electron beam diffraction images shown in FIGS. 21 to 24 that when the amount of Si is 2.5 at% and 10 at%, the film structure is almost completely amorphous, and the amount of Si is 5.0 at%. At 7.5 and 7.5 at%, it is estimated that short-range regularity occurs in the atomic arrangement other than the amorphous state, and the crystallinity is increased.
[0324]
Based on the results of the experiments shown in FIGS. 18 to 24, in the present invention, when the specular reflection layer is formed of an Al—Si—O film, the amount of Si is set to a range of 2 at% or more and 9 at% or less. did. Furthermore, in addition to the above composition ratio, it is preferable that the atomic arrangement has a short-range regularity when observed by a transmission electron beam diffraction image.
[0325]
As described above, the Al—Si—O film or the Si—O—N film has excellent insulating properties and developer resistance, and can appropriately promote the narrowing of the gap in order to cope with a future increase in recording density. It is possible to manufacture a thin film magnetic head.
[0326]
【The invention's effect】
In the present invention described in detail above, the specular reflection layer is formed using an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O or Si-ON, whereby the insulating property of the specular reflection layer is determined. The developer resistance, smoothness, and heat dissipation can be improved.
[0327]
Therefore, even if the specular reflection layer is formed with a very small thickness, the stable specular reflection layer which is hardly damaged by current or chemicals can be formed.
[0328]
Further, since the specular reflection layer in the present invention has good smoothness, it is easy to form the specular reflection layer with a small thickness.
[0329]
Furthermore, since the heat reflection property of the mirror reflection layer in the present invention is improved, the DC resistance value of the magnetic sensing element can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a magnetic sensing element according to a first embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the function of a specular reflection layer of the magnetic sensing element shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a second embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the function of a specular reflection layer of the magnetic sensing element shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a third embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 6 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a fourth embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a fifth embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 8 is a sectional view of a magnetic sensing element according to a sixth embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium.
FIG. 9 is a sectional view of a magnetic sensing element according to a seventh embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 10 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to an eighth embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the operation of the specular reflection layer of the magnetic sensing element shown in FIG. 9;
FIG. 12 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a ninth embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 13 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a tenth embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 14 is a process chart of a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1;
FIG. 15 is a process chart of the method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1;
FIG. 16 is a process chart of a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1;
FIG. 17 is a process chart of a method of manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1;
FIG. 18 shows an Al—Si—O film, a Si—ON film, and Al2O3A graph showing a relationship between voltage and leakage current of the film and the Al-Si-N film;
FIG. 19 shows an Al—Si—O film, a Si—ON film, and Al2O3A graph showing the relationship between the voltage and the insulation resistance of the film and the Al-Si-N film,
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the amount of Si in the Al—Si—O film and the etching rate;
FIG. 21: Al37.0Si2.5O60.5Transmission electron diffraction image of the film,
FIG. 22 shows Al34.0Si5.0O61.0Transmission electron diffraction image of the film,
FIG. 23: Al31.0Si7.5O61.5Transmission electron diffraction image of the film,
FIG. 24: Al28.0Si10.0O62.0Transmission electron diffraction image of the film,
FIG. 25 is a cross-sectional view of a conventional magnetic sensing element viewed from a surface facing a recording medium;
[Explanation of symbols]
33 Underlayer
34 Antiferromagnetic layer
35a First fixed magnetic layer
35b Non-magnetic intermediate layer
35c Second pinned magnetic layer
35 Fixed magnetic layer
36 Non-magnetic material layer
37a Second free magnetic layer
37b Non-magnetic intermediate layer
37c First free magnetic layer
37 Free magnetic layer
38, S1, S2, S3, S4, S5, S6 Specular reflection layer
39 Protective layer
41 Hard bias layer
50 Second antiferromagnetic layer
43, 51 electrode layer
B1 Backed layer
e1 Upspin conduction electron
e2 Downspin conduction electrons

Claims (13)

基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示されＳｉが全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されている絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。A multilayer having, on a substrate, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. In a magnetic sensing element having a film,
During the fixed magnetic layer, the free magnetic layer, or to any one or more location or two locations of the opposite side with respect to the nonmagnetic material layer of the free magnetic layer, indicated composition formula in Al-Si- O Si Is a mirror-reflective layer formed using an insulating material containing at least 2 at% and at most 9 at% of the total . 前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ２が、前記絶縁性材料中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占める請求項１記載の磁気検出素子。When Si in the insulating material whose composition formula is represented by Al—Si—O is converted to SiO 2 by stoichiometry with O, the converted SiO 2 is 10 at% in the insulating material. 2. The magnetic sensing element according to claim 1 , wherein said magnetic sensing element accounts for 38 at% or less. 前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ２が、前記絶縁性材料中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占める請求項１記載の磁気検出素子。Si contained in the insulating material whose composition formula is represented by Al—Si—O is converted into SiO 2 by a stoichiometry with O, and the converted SiO 2 is included in the insulating material. the magnetic sensing element according to claim 1, wherein occupying 26.0 mass% or less at 6.1 wt% or more at. 透過電子線回折像で観測したとき、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層には、原子配列に短範囲の規則性が生じている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。  4. A specular reflection layer made of an insulating material whose composition formula is represented by Al-Si-O has a short-range regularity in atomic arrangement as observed by a transmission electron beam diffraction image. The magnetic detection element according to any one of the above. 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、  A multilayer having, on a substrate, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. In a magnetic sensing element having a film,
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。  Insulating whose composition formula is represented by Si-ON in one or more of the pinned magnetic layer, the free magnetic layer, or the opposite side of the free magnetic layer from the nonmagnetic material layer A magnetic sensing element, wherein a specular reflection layer formed using a conductive material is formed. 前記鏡面反射層の厚さは、０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。The thickness of the specular reflective layer, the magnetic sensing element according to any one of claims 1 to 5 is 0.5nm or more 6nm or less. 前記鏡面反射層の厚さは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下である請求項６に記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to claim 6 , wherein the thickness of the specular reflection layer is 0.5 nm or more and 3 nm or less. 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ａｌ−Ｓｉ薄膜を形成後、前記Ａｌ−Ｓｉ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成し、このとき前記絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。A multilayer having, on a substrate, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. In a method for manufacturing a magnetic sensing element for forming a film,
In the fixed magnetic layer, in the free magnetic layer, or at any one or more of the opposite sides of the free magnetic layer with respect to the nonmagnetic material layer,
After forming the Al-Si thin film , the Al-Si thin film is naturally oxidized or oxidized in a radical oxygen gas to form a specular reflection layer made of an insulating material having a composition formula of Al-Si- O , At this time, a method of manufacturing a magnetic sensing element, wherein the concentration of Si in the insulating material is set to 2 at% or more and 9 at% or less . 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、  A multilayer having, on a substrate, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. In a method for manufacturing a magnetic sensing element for forming a film,
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、  In the fixed magnetic layer, in the free magnetic layer, or at any one or more of the opposite sides of the free magnetic layer with respect to the nonmagnetic material layer,
Ｓｉ−Ｎ薄膜を形成後、前記Ｓｉ−Ｎ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。  Forming a mirror-reflective layer made of an insulating material having a composition formula of Si-ON by oxidizing the Si-N thin film by natural oxidation or radical oxygen gas after forming the Si-N thin film; A method for manufacturing a magnetic sensing element, comprising: 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ａｌ−Ｓｉからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ２ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成し、このとき前記絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。A multilayer having, on a substrate, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. In a method for manufacturing a magnetic sensing element for forming a film,
In the fixed magnetic layer, in the free magnetic layer, or at any one or more of the opposite sides of the free magnetic layer with respect to the nonmagnetic material layer,
With Al-S i or Ranaru target by sputtering while introducing O 2 gas into the sputtering apparatus, a specular reflection layer made of an insulating material composition formula represented by Al-Si- O Forming a magnetic sensing element, wherein the concentration of Si in the insulating material is 2 at% or more and 9 at% or less . 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、  A multilayer having, on a substrate, an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. In a method for manufacturing a magnetic sensing element for forming a film,
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、  In the fixed magnetic layer, in the free magnetic layer, or at any one or more of the opposite sides of the free magnetic layer with respect to the nonmagnetic material layer,
Ｓｉ−Ｎからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯUsing a target made of Si-N, O ２2 ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。A method for manufacturing a magnetic sensing element, wherein a specular reflection layer made of an insulating material having a composition formula of Si-ON is formed by performing sputter deposition while introducing a gas. 前記鏡面反射層を０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚さで形成する請求項８ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。The method of manufacturing a magnetic detection device according to any one of claims 8 to 11 formed by the specular reflection layer of 0.5nm or more 6nm or less in thickness. 前記鏡面反射層を０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚さで形成する請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。13. The method according to claim 12, wherein the specular reflection layer is formed with a thickness of 0.5 nm or more and 3 nm or less.
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