JP3600559B2 - Magnetic sensing element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば固定磁性層(ピン(Pinned)磁性層)の磁化の方向と外部磁界の影響を受けるフリー(Free)磁性層の磁化の方向との関係で電気抵抗が変化するいわゆる磁気検出素子に係り、特に狭トラック化とともに、前記フリー磁性層の安定な磁化状態を保つことが可能な磁気検出素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
スピンバルブ膜に代表される磁気検出素子は、一般的にPtMn合金などの反強磁性層、NiFe合金などの固定磁性層、Cuなどの非磁性材料層、NiFe合金などのフリー磁性層からなる多層膜と、そのトラック幅方向の両側に形成されたハードバイアス層、および電極層とで構成される。これはハードバイアス方式と呼ばれる磁気検出素子である。
【0003】
最近の高記録密度化に伴い、トラック幅Twがサブミクロン単位で規定されるようになり、前記多層膜の大きさは益々小さくなっていた。
【0004】
ここで前記フリー磁性層は外部磁界の影響を受けると、磁化が変動する変動磁化を有している。前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側にはハードバイアス層が設けられ、このハードバイアス層からの縦バイアス磁界によって前記フリー磁性層はトラック幅方向に単磁区化させられるが、前記フリー磁性の幅寸法がトラック幅Twとして規定されるため、高記録密度化に伴い上記のように前記トラック幅Twが小さくされると、前記フリー磁性層自体の大きさも非常に小さくされてしまう。そしてこのようにフリー磁性層が小さくなることで、前記フリー磁性層にハードバイアス層から縦バイアス磁界が供給されても、反磁界の影響が強くなり、前記フリー磁性層はトラック幅方向に単磁区化しにくくなるので、縦バイアス磁界を大きくしなければならず、再生感度、再生出力の低下を余儀なくされた。
【0005】
そこで磁気検出素子は、例えば次のように改良された。図27は、従来における磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【0006】
符号1は反強磁性層、符号2は固定磁性層、符号3は非磁性材料層、符号4はフリー磁性層である。
【0007】
前記フリー磁性層4の上にはRuなどで形成された非磁性中間層5が形成され、その上にトラック幅方向(図示X方向)に所定の間隔を開けて強磁性層6が形成されている。さらに前記強磁性層6の上には第2の反強磁性層7が形成されている。図27の磁気検出素子はエクスチェンジバイアス方式と呼ばれるものである。
【0008】
図27に示すように、前記強磁性層6及び第2の反強磁性層7の間隔はトラック幅Twとして規制されている。
【0009】
この従来例では前記フリー磁性層4のトラック幅方向(図示X方向)への幅寸法を前記トラック幅Twよりも長く形成できるから、狭トラック化によっても前記フリー磁性層4の磁化制御を適切に行うことができると考えられた。
【0010】
なお前記フリー磁性層4の磁化は、第2の反強磁性層7と強磁性層6間で発生する交換異方性磁界によって前記強磁性層6が図示X方向に固定されると、前記強磁性層6とのRKKY相互作用による交換結合よって図示X方向とは逆方向に向けられる。
【0011】
前記フリー磁性層4の両側領域4a、4aの磁化は、強く磁化されピン止めされており、一方、トラック幅Tw領域内の中央領域4bの磁化は、外部磁界に対し反転できるようになっている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図27に示す磁気検出素子では以下のような問題点があった。
【0013】
それは図27のように前記フリー磁性層4は、トラック幅Twよりも随分と広く形成されるため、トラック幅Tw領域以外の両側領域4aの部分に、前記フリー磁性層4と強磁性層6間に交換結合(カップリング)の欠陥があると、その部分での前記フリー磁性層4は適切に磁化が固定されず、外部磁界に対し感度を持ってしまい、再生出力にノイズなどが乗り再生特性の悪化を招いた。このようなカップリング欠陥は、非磁性中間層5の厚みの変動やピンホールの発生などによって生じ易い。
【0014】
次に、図27に示すようにフリー磁性層4の両側領域4aの磁化を、強磁性層6とのRKKY相互作用による交換結合によって単磁区化するだけでは、ある外的な要因(例えば固定磁性層2からの静磁界など)によって、前記両側領域4aの磁化に揺るぎが生じる危険性がある。仮に前記両側領域4aの磁化が何らかの外部的な要因によって揺らぐと、それが伝播してフリー磁性層4の中央領域4bの磁化までもその方向に傾くため、十分な線形性を保てないなど再生特性に悪影響を及ぼすことが懸念された。
【0015】
そこで本発明では上記従来の課題を解決するためのものであり、今後の高記録密度化に伴う狭トラック化とともに、フリー磁性層の磁化状態の安定化を効果的に図り再生特性の向上を図ることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1の反強磁性層と、この第1の反強磁性層によって磁化方向が固定された固定磁性層と、非磁性材料層と、外部磁界により磁化方向が変化するフリー磁性層とを有する磁気検出素子において、
前記フリー磁性層上には、非磁性中間層を介してトラック幅方向に所定の間隔を開けて強磁性層が形成され、さらに前記強磁性層の上には第2の反強磁性層が積層され、
前記第1の反強磁性層から前記第2の反強磁性層までの各層で構成された多層膜のトラック幅方向の両側端部は連続面として形成され、
前記多層膜のトラック幅方向の両側には、少なくとも前記フリー磁性層に対向する位置にまでバイアス層が形成され、さらにその上に電極層が積層されていることを特徴とするものである。
【0017】
本発明の磁気検出素子は、フリー磁性層が、トラック幅Twよりも幅方向に長く延ばされ、その長く延ばされた両側領域上に、非磁性中間層を介して強磁性層及び第2の反強磁性層が積層形成されている。
【0018】
前記フリー磁性層は、トラック幅Twよりも長く延ばされて形成されているから、今後の高記録密度化に伴い狭トラック化を促進しても前記フリー磁性層の単磁区化を適切に図ることが可能である。
【0019】
本発明では、上記したように、前記フリー磁性層の両側領域上には非磁性中間層を介して強磁性層、および第2の反強磁性層が積層形成されている。この構造とすることで、一方向異方性磁界を大きくすることが可能である。
【0020】
しかも本発明では、少なくとも前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に対向する位置までバイアス層が設けられている。従って本発明では、このバイアス層から発生する縦バイアス磁界が前記フリー磁性層の両側領域内に供給されて、積層フェリ構造における交換結合とともに、上記縦バイアス磁界との相乗効果によって、前記フリー磁性層の両側領域を適切にピン止めすることができ、仮に前記両側領域と強磁性層間にカップリング欠陥などが生じていても、前記両側領域の部分が感度を持つことがなく、トラック幅Tw領域の部分のみを感度領域として適切に機能させることが可能である。
【0021】
従って本発明では、狭トラック化とともに、実質的に感度を持たないフリー磁性層の両側領域の磁化を従来に比べて安定した単磁区化構造の固定状態にすることができ、再生特性の向上を適切に図ることが可能になる。
【0022】
あるいは本発明は、第1の反強磁性層と、この第1の反強磁性層によって磁化方向が固定された固定磁性層と、非磁性材料層と、外部磁界により磁化方向が変化するフリー磁性層とを有する磁気検出素子において、
前記フリー磁性層上には、非磁性中間層が形成され、前記第1の反強磁性層から前記非磁性中間層までの各層で形成された多層膜のトラック幅方向の両側端面は連続面として形成され、
前記多層膜のトラック幅方向の両側には、少なくとも前記フリー磁性層に対向する位置にまでバイアス層が形成され、
前記非磁性中間層上にはトラック幅方向に所定の間隔を開けた強磁性層が形成され、さらに前記強磁性層は、前記バイアス層上にまで延ばされて形成されており、
前記強磁性層上には、第2の反強磁性層が形成され、さらに前記第2の反強磁性層上には電極層が形成されていることを特徴とするものである。
【0023】
この発明と上記の発明との違いは、この発明では、前記強磁性層が、第1の反強磁性層から非磁性中間層までで構成される多層膜上に所定の間隔を開けて形成され、さらに前記多層膜の両側に形成されたバイアス層上にまで延ばされて形成されている点である。そして前記強磁性層の上には第2の反強磁性層及び電極層が積層形成されている。
【0024】
上記のように、バイアス層上にまで強磁性層及び第2の反強磁性層が延ばされて形成されていることで、この延出した部分からのバックアップ磁界によって、安定したバイアス磁界を前記フリー磁性層に供給することが可能になる。
【0025】
また前記電極層を第2の反強磁性層上に形成することで、電流は、フリー磁性層のトラック幅Tw領域の両側端部に流れ難く(分流しにくく)、電極層から適切に前記フリー磁性層のトラック幅Tw領域内を通る電流経路を辿るため、前記トラック幅Tw領域に大きな電流を供給でき、再生出力を増大させることができる。
【0026】
また本発明では、前記所定の間隔内の両側端面は、垂直面であることが好ましい。
【0027】
あるいは本発明では、前記両側端面は、下方から上方に向うにしたがって、徐々に前記間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲面であることが好ましい。なおかかる構造の場合、前記非磁性中間層の上面を、前記強磁性層間の間隔内から前記強磁性層下まで、平坦化面で形成することができる。
【0028】
また本発明では、前記電極層は、前記バイアス層上から前記強磁性層間の間隔内にまで延びて形成されていてもよい。
【0029】
また本発明では、前記非磁性中間層は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種または2種以上の合金で形成されることが好ましい。
【0030】
また本発明では、前記強磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一層が、以下の組成を有する磁性材料で形成されることが好ましい。
【0031】
組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成比はCoである。
【0032】
また本発明では、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層と間にCoFe合金あるいはCoからなる中間層が形成されることが好ましい。
【0033】
上記の場合、前記強磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一層が、以下の組成を有する磁性材料で形成されることが好ましい。
【0034】
組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は7原子%以上で15原子%以下で、Niの組成比は5原子%以上で15原子%以下で、残りの組成比はCoである。
【0035】
なお本発明では、前記強磁性層及び前記フリー磁性層が前記CoFeNiで形成されることが好ましい。
【0036】
【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見た部分断面図である。
【0037】
図1に示す磁気検出素子は、例えばハードディスク装置などに搭載される磁気ヘッドのMRヘッドの一部として形成される。
【0038】
図1の磁気検出素子の多層膜10は、基板11上に第1の反強磁性層12が積層され、さらに第1固定磁性層13a、非磁性中間層13b、第2固定磁性層13cからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層13、非磁性材料層14、フリー磁性層15、非磁性中間層16、強磁性層17、第2の反強磁性層18がスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって成膜されたものである。
【0039】
第1の反強磁性層12及び第2の反強磁性層18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)合金で形成される。
【0040】
第1の反強磁性層12及び第2の反強磁性層18として、これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する第1の反強磁性層12及び第2の反強磁性層18を得ることができる。特に、PtMn合金であれば、強磁性層との間に、48kA/m以上、例えば64kA/mを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が380℃と極めて高い優れた第1の反強磁性層12、及び第2の反強磁性層18を得ることができる。
【0041】
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。
【0042】
第1の反強磁性層12の膜厚は80〜300Å、例えば200Åである。なお、本実施の形態の磁気検出素子は、第1の反強磁性層12と第2の反強磁性層18を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成することができる。
【0043】
ここで、第1の反強磁性層12及び第2の反強磁性層18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。
【0044】
第1固定磁性層13a及び第2固定磁性層13c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固定磁性層13a及び第2固定磁性層13cは同一の材料で形成されることが好ましい。
【0045】
また、非磁性中間層13b及び16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。
【0046】
なおこの実施形態において、固定磁性層13は積層フェリ構造であるが、磁性材料の単層構造、あるいは多層構造で形成されていてもかまわない。また第2固定磁性層13cと非磁性材料層14の間にCoなどからなる拡散防止層が形成されていてもよい。この拡散防止層は第2固定磁性層13cと非磁性材料層14の相互拡散を防止する。
【0047】
なおこの実施形態においては、第1の固定磁性層13aの磁化は図示Y方向に固定され、第2の固定磁性層13cの磁化は図示Y方向と逆方向に固定されている。
【0048】
非磁性材料層は、固定磁性層13とフリー磁性層15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。
【0049】
フリー磁性層15及び強磁性層17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る。また、フリー磁性層15及び強磁性層17は同一の材料で形成されることが好ましい。
【0050】
本発明では図1に示すように、前記フリー磁性層15上に非磁性中間層16を介して強磁性層17及び第2の反強磁性層18が形成され、前記強磁性層17と第2の反強磁性層18の中央部分には凹部31が形成されている。
【0051】
図1に示すように、前記強磁性層17間のトラック幅方向(図示X方向)における間隔でトラック幅Twが規定されており、前記トラック幅Twを狭くするほど狭トラック化に対応可能な磁気検出素子を形成することができる。本発明では前記トラック幅Twは1.0μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1μm以上で0.5μm以下である。
【0052】
図1の矢印方向に示すように、前記強磁性層17は、第2の反強磁性層18との交換異方性磁界によって図示X方向とは逆方向に磁化が固定されている。一方、前記フリー磁性層15の両側領域15aの磁化は、非磁性中間層16を介して前記強磁性層17とのRKKY相互作用による交換結合によって、前記強磁性層17とは反平行となる方向、すなわち図示X方向に固定される。
【0053】
このように前記フリー磁性層15の両側領域15aの磁化が、図示X方向に固定されると、前記両側領域15aからの縦バイアス磁界が中央領域(トラック幅Tw領域)15bに供給されて、トラック幅Twの間隔内における前記中央領域15bの磁化は、図示X方向に揃えられ、この中央領域15bは、磁化が外部磁界に対して変動する感度を持った領域となっている。
【0054】
次に本発明では図1に示すように、前記第1の反強磁性層12から第2の反強磁性層18までで構成される多層膜10のトラック幅方向(図示X方向)における両側端面10a、10aは連続面として形成されている。この連続面は下方から上方に向うにしたがってトラック幅方向(図示X方向)の幅寸法が徐々に小さくなる傾斜面あるいは湾曲面で形成される。
【0055】
そして前記多層膜10のトラック幅方向における両側と基板11間には、ハードバイアス層19が形成され、さらに前記ハードバイアス層19の上に電極層20が形成されている。前記ハードバイアス層19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いる。前記電極層20は、例えばAu、W、Cr、Taなどで形成される。
【0056】
前記ハードバイアス層19は、前記フリー磁性層15のトラック幅方向における両側に対向する位置まで形成される。このようにハードバイアス層19を前記フリー磁性層15のトラック幅方向の両側に設けることで、前記ハードバイアス層19からの縦バイアス磁界を、前記フリー磁性層15に供給できる。
【0057】
本発明では、フリー磁性層15のトラック幅方向における幅寸法をトラック幅Twよりも延ばして形成し、その延ばされた前記フリー磁性層15の両側領域15a上に非磁性中間層16、強磁性層17、第2の反強磁性層18を積層した構造とすることで、一方向異方性磁界を大きくすることができ、前記両側領域15aの単磁区化を促進できるが、本発明では、さらに安定した単磁区化構造の固定状態を得るために、前記フリー磁性層15のトラック幅方向の両側にハードバイアス層19を設け、このハードバイアス層19から前記フリー磁性層15の両側領域15aに縦バイアス磁界を供給することで、前記両側領域15aでの単磁区化構造を促進し、磁化の固定状態を安定して得ることが可能になっている。
【0058】
すなわち本発明では、前記フリー磁性層15の両側領域15aの磁化を、強磁性層17との間のRKKY相互作用による交換結合と、ハードバイアス層19からの縦バイアス磁界との相乗効果によって、適切に図示X方向に単磁区化し固定することができる。従って仮に強磁性層17と前記両側領域15a間に結合欠陥(カップリング欠陥)があっても前記両側領域15aが感度領域として働くのを抑制でき、中央領域15bのみを適切に感度領域として機能させることができるとともに、外的な要因(例えば固定磁性層13からの静磁界など)によっても磁化の揺らぎなどを抑制でき、良好な線形性など再生特性に優れた磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【0059】
なおハードバイアス層19の形成位置であるが、図1に示す形態では、前記ハードバイアス層19の内側先端部19aが、強磁性層17の両側端面にまで達して形成されているが、例えば点線で示すように、前記内側先端部19aが、フリー磁性層15の両側端面の部分にまで接し、前記強磁性層17の両側端面にまで達しないように形成してもよい。これにより、強磁性層17の端部の磁化方向を乱さずにフリー磁性層15のみにバイアス磁界を印加することが可能である。
【0060】
また前記ハードバイアス層19の単位面積当たりの残留磁化Mr×膜厚tは、フリー磁性層15の単位面積当たりの磁気モーメント(飽和磁化Ms×膜厚t)の5倍以上であることが好ましい。これにより前記ハードバイアス層19から前記フリー磁性層15に効果的に縦バイアス磁界を供給することができる。
【0061】
またこの実施形態では、前記ハードバイアス層19の下にCrなどで形成された配向膜としてのバイアス下地層が形成されていてもよい。
【0062】
次に図1に示す実施形態では、前記強磁性層17間に非磁性中間層16が露出している。これによって以下のような効果を期待することができる。
【0063】
図1に示される磁気検出素子では、非磁性中間層16はトラック幅Twの領域内において、フリー磁性層15の保護層として機能する。また、非磁性中間層16を、導電性を有する材料を用いて形成することにより、スピンフィルター効果を有するバックド層(backedlayer)として機能させることが可能になる。
【0064】
前記非磁性中間層15がバックド層として機能することによって、磁気抵抗効果に寄与する+スピン(上向きスピン)の電子における平均自由工程(meanfree path)を延ばし、いわゆるスピンフィルター効果(spin filter effect)により磁気検出素子において、大きな抵抗変化率が得られ、高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
【0065】
またこの実施形態では、前記強磁性層17間に露出する非磁性中間層16の上面16bは、前記強磁性層17下に形成された非磁性中間層16の上面16aよりも低く形成されており、すなわち前記上面16aと上面16bとの間に若干の段差が形成される。
【0066】
これは後述する製造方法に起因するもので、図1の磁気検出素子では、凹部31の部分をイオンミリングなどで削って形成するが、このとき若干、前記強磁性層17間から露出する非磁性中間層16の部分も削ってしまうため、上記のような段差が生まれるのである。なお前記段差によってトラック幅Twを確実に画定することが可能である。
【0067】
また本発明における実施形態では、第1の反強磁性層12と第2の反強磁性層18を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成した場合でも、第1の反強磁性層12の交換異方性磁界の方向を図示Y方向に向けたまま、第2の反強磁性層18の交換異方性磁界を図示X方向に向けることができる。すなわち、本実施の形態では、フリー磁性層15の磁化方向を、固定磁性層13の磁化方向と直交する方向に固定できる。
【0068】
また本発明では、基板11上に直接第1の反強磁性層12が積層されているが、基板11上にアルミナ層及びTa等からなる下地層を介して第1の反強磁性層12が積層されてもよい。
【0069】
また図1に示すように、前記強磁性層17及び第2の反強磁性層18のトラック幅方向(図示X方向)における内側端面22は、垂直面であるが、前記内側端面22が二点鎖線で示すように、下方から上方に向うにしたがって徐々に間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成されていてもかまわない。このような形状の相違は、後述する製造方法の相違に起因するものである。
【0070】
また前記フリー磁性層15の両側領域15aの長さT1(側端面の膜厚中心から凹部31の内側端面22までのトラック幅方向への長さ)は、0.1μm以上で0.3μm以下であることが好ましい。
【0071】
これにより前記両側領域15aの単磁区化を促進して適切に磁化を固定できると共に、中央領域15bを適切な感度領域として機能させることができる。
【0072】
ところで本発明では、前記非磁性中間層16を介して隣接する前記強磁性層17とフリー磁性層15の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態である。
【0073】
積層フェリ構造にするには、前記フリー磁性層15の単位面積当たりの磁気モーメント(飽和磁化Ms・膜厚t)と、強磁性層17の単位面積当たりの磁気モーメントを若干、異ならせることが必要である。例えばフリー磁性層15と強磁性層17とを同じ材質で形成した場合には、前記フリー磁性層15と強磁性層17の膜厚を若干、異ならせる。
【0074】
そして、前記反平行磁化状態を適切に保つには、前記強磁性層17と前記フリー磁性層15の材質を改良して前記強磁性層17と前記フリー磁性層15間に働くRKKY相互作用における交換結合磁界を大きくする必要性がある。
【0075】
前記強磁性層17と前記フリー磁性層15を形成する磁性材料としてよく使用されるものにNiFe合金がある。NiFe合金は軟磁気特性に優れるため従来からフリー磁性層15などに使用されていたが、前記強磁性層17と前記フリー磁性層15をNiFe合金を用いて積層フェリ構造にした場合、これらの層間の反平行結合力はさほど強くはない。
【0076】
そこで本発明では、前記強磁性層17と前記フリー磁性層15の材質を改良し、前記強磁性層17と前記フリー磁性層15間の反平行結合力を強めるべく、前記強磁性層17と前記フリー磁性層15のうち少なくとも一層、好ましくは両方の層にCoFeNi合金を使用することとした。Coを含有させることで上記の反平行結合力を強めることができる。
【0077】
前記CoFeNi合金を強磁性層17及びフリー磁性層15に使用すると、NiFe合金を使用した場合に比べて反平行状態が崩れるときの磁界、いわゆるスピンフロップ磁界(Hsf)を十分に大きくできる。具体的にはCoの組成比が87原子%で、Feの組成比が11原子%で、Niの組成比が2原子%からなるCoFeNi合金を使用したときのスピンフロップ磁界(Hsf)は約293(kA/m)であった。一方、Fe組成比が20原子%からなるNiFe合金でのスピンフロップ磁界は約59(kA/m)であった。
【0078】
このように前記強磁性層17と前記フリー磁性層15のうち少なくとも一層、好ましくは両方の層にCoFeNi合金を使用すると、前記強磁性層17と前記フリー磁性層15のスピンフロップ磁界を効果的に向上させることができる。これによって前記フリー磁性層15及び強磁性層17の両側端部の磁化を適切に反平行状態にピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制することができる。
【0079】
次に、CoFeNi合金の組成比について説明する。CoFeNi合金は、非磁性中間層16であるRu層と接することでNiFe合金/Ru/NiFe合金を用いる場合より、磁歪が1×6−6〜6×10−6程度、正側にシフトすることがわかっている。
【0080】
前記磁歪は−3×10−6〜3×10−6の範囲内であることが好ましい。また保磁力は790(A/m)以下であることが好ましい。磁歪が大きいと、成膜ひずみや、他層間での熱膨張係数の差などによって応力の影響を受けやすくなるから前記磁歪は低いことが好ましい。また保磁力は低いことが好ましく、これによってフリー磁性層15の外部磁界に対する磁化反転を良好にすることができる。
【0081】
本発明では、非磁性材料層14/フリー磁性層15/非磁性中間層16/強磁性層17の膜構成で形成されるとき、前記CoFeNiのFe組成比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成比はCoであることが好ましい。Feの組成比が17原子%よりも大きくなると、磁歪が−3×10−6よりも負に大きくなると共に軟磁気特性を劣化させて好ましくない。
【0082】
またFeの組成比が9原子%よりも小さくなると、磁歪が3×10−6よりも大きくなると共に、軟磁気特性の劣化を招き好ましくない。
【0083】
またNiの組成比が10原子%よりも大きくなると、磁歪が3×10−6よりも大きくなると共に、非磁性材料層との間でNiの拡散等による抵抗変化量(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の低下を招き好ましくない。
【0084】
またNiの組成比が0.5原子%よりも小さくなると、磁歪が−3×10−6よりも負に大きくなって好ましくない。
【0085】
また上記した組成範囲内であれば保磁力を790(A/m)以下にすることができる。
【0086】
次に、図2のように、前記フリー磁性層15と前記非磁性材料層14と間にCoFe合金あるいはCoからなる中間層21を形成するとき、具体的には、例えば非磁性材料層14/中間層(CoFe合金)21/フリー磁性層15/非磁性中間層16/強磁性層17の膜構成で形成されるとき、前記CoFeNiのFe組成比は7原子%以上で15原子%以下で、Niの組成比は5原子%以上で15原子%以下で、残りの組成比はCoであることが好ましい。Feの組成比が15原子%よりも大きくなると、磁歪が−3×10−6よりも負に大きくなると共に軟磁気特性を劣化させて好ましくない。
【0087】
またFeの組成比が7原子%よりも小さくなると、磁歪が3×10−6よりも大きくなると共に、軟磁気特性の劣化を招き好ましくない。
【0088】
またNiの組成比が15原子%よりも大きくなると、磁歪が3×10−6よりも大きくなって好ましくない。
【0089】
またNiの組成比が5原子%よりも小さくなると、磁歪が−3×10−6よりも負に大きくなって好ましくない。
【0090】
また上記した組成範囲内であれば保磁力を790(A/m)以下にすることができる。
【0091】
なお、CoFeやCoで形成された中間層21はマイナス磁歪を有しているため、前記中間層21を第1のフリー磁性層15と非磁性材料層14間に介在させない膜構成の場合に比べて、CoFeNi合金のFe組成をやや少なくし、Ni組成をやや多くしている。
【0092】
また上記の膜構成のように、非磁性材料層14とフリー磁性層15間にCoFe合金あるいはCoからなる中間層21を介在させることで、フリー磁性層15と非磁性材料層14間での金属元素の拡散をより効果的に防止することができて好ましい。
【0093】
なお上記したフリー磁性層15及び強磁性層17の組成範囲は、図3以降の磁気検出素子において同様に使用可能なものである。
【0094】
図1に示す磁気検出素子においては、電極層20、20からフリー磁性層15、非磁性材料層14、固定磁性層13に定常電流が与えられ、図示Z方向に走行する磁気記録媒体からの漏れ磁界が図示Y方向に与えられると、フリー磁性層15の磁化方向が図示X方向から図示Y方向に向けて変動する。このフリー磁性層15内での磁化方向の変動と第2の固定磁性層13cの磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この抵抗変化に基づく電圧変化により磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【0095】
以下、本発明における別の実施形態について説明する。
図3は本発明における第3実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【0096】
図3は、図1に示す実施形態と比べてみると電極層20の構造に違いがある。図1に示す実施形態では、前記電極層20はハードバイアス層19の上に形成され、前記電極層20の内側先端部20aは、多層膜10の両側端面10aに接して形成されており、第2の反強磁性層18の上面にまで延出形成されていないが、図3では、前記電極層20の内側先端部20aが、前記ハードバイアス層19上から、前記第2の反強磁性層18の上面を越え、さらに前記強磁性層17間に露出した非磁性中間層16上にまで延出形成されている。そして図3に示す実施形態では前記電極層20間の間隔でトラック幅Twが規制される。
【0097】
このように前記電極層20を、前記強磁性層17間に現れる非磁性中間層16上にまでオーバーラップして形成すると、前記電極層20からのセンス電流は、ハードバイアス層19などに分流する量が減り、電流経路として最も短くなる前記電極層20の内側先端部20a間に流れやすくなり、前記センス電流を集中的に、実質的に感度領域として機能するフリー磁性層15の中央領域15b内に流すことができ、よって再生出力の向上を図ることができる。
【0098】
なお図3の点線で示すように、前記電極層20の内側先端部20aを、前記第2の反強磁性層18の上面にまで延出形成してもよい。
【0099】
なお図3の実施形態は、図4以降の磁気検出素子において同様に適用可能なものである。
【0100】
図4は本発明の第4の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【0101】
この実施形態では、強磁性層17にはトラック幅方向に所定の間隔(トラック幅Tw)が開けられているが、前記トラック幅Tw領域上では前記強磁性層17の一部が残された状態になっている。
【0102】
前記トラック幅Tw領域内では、フリー磁性層15の上に非磁性中間層16、強磁性層17が積層された積層フェリ構造となっているが、この部分には第2の反強磁性層18は設けられていないため、前記トラック幅Tw領域内でのフリー磁性層15(中央領域15b)、強磁性層17は反平行の磁化を保った状態で外部磁界に対し反転できるようになっている。
【0103】
一方、前記トラック幅Twの両側では、フリー磁性層15の両側領域15a上に非磁性中間層16、強磁性層17及び第2の反強磁性層18が積層形成されており、前記強磁性層17は第2の反強磁性層18との交換結合磁界によって磁化が固定され、前記フリー磁性層15の両側領域15aの磁化は、前記強磁性層17とのRKKY相互作用による交換結合とともに、ハードバイアス層19からの縦バイアス磁界によって適切にピン止めされた状態になっている。
【0104】
従って、図4に示す実施形態においても、図1ないし図3に示す実施形態と同じように、狭トラック化を促進させることができるとともに、前記フリー磁性層15の両側領域15aがカップリング欠陥などで感度を持つことを抑制でき、また外的な要因による揺らぎなどを無くし十分な線形性を有する再生特性に優れた磁気検出素子を提供することができる。
【0105】
図5は本発明における第5実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【0106】
図5に示す磁気検出素子は、図1ないし図4と異なり、強磁性層17間に形成された間隔内に非磁性中間層16が露出しておらず、前記非磁性中間層16は、前記強磁性層17の下のみに形成されている。そして前記強磁性層17間からはフリー磁性層15の中央領域15b上面が露出した状態になっている。
【0107】
このような形態であっても、前記フリー磁性層15の両側領域15aは、前記強磁性層17との間に働くRKKY相互作用による交換結合と、ハードバイアス層19からの縦バイアス磁界とによって、磁化が適切に固定されている。そして前記両側領域15aからの縦バイアス磁界によって前記フリー磁性層15の中央領域15bの磁化は図示X方向に揃えられ、この部分では外部磁界に対して変動できるようになっている。
【0108】
図1と図4、および図5のように、強磁性層17間の間隔内に露出する層が異なるのは、後述する製造方法で説明するように、この間隔内を削り込んでいくときに、どの層まで削って終了するのか制御の仕方の違いによるものである。
【0109】
図6は本発明における第6実施形態における磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【0110】
図6の図1と異なる点は、まずフリー磁性層15の上に形成された非磁性中間層16の上面が、強磁性層17間の間隔内から前記強磁性層17下にかけて平坦化面であるということ、そしてその上に形成される一対の強磁性層17及び第2の反強磁性層18の内側端面が、下方から上方に向うにしたがって徐々に間隔が広くなる傾斜面あるいは湾曲面で形成されていることである。
【0111】
図6の形態であれば、非磁性中間層16の上面を平坦化面として適切に形成できるから、バックド層としても機能する前記非磁性中間層16の膜厚を高精度に画定でき、大きく安定したスピンフィルター効果によって抵抗変化率を増大且つ安定させることができる。
【0112】
図1と図6とでは後述する製造方法で説明するように、製造方法が異なる。これによって上記したような相違点が生じてくるのである。
【0113】
図6に示す実施形態においても、フリー磁性層15の両側端面15aは、強磁性層17との間で働くRKKY相互作用による交換結合と、ハードバイアス層19からの縦バイアス磁界との相乗効果によって磁化が適切に図示X方向に固定され、前記両側端面15aの部分が感度を持つことがなく、あるいは外的な要因によっても良好な線形性を保つことができるなど再生特性の向上を図ることができる。
【0114】
そして前記両側端面15aからの縦バイアス磁界によってフリー磁性層15の中央領域15bでは、磁化が図示X方向に揃えられ、この部分では外部磁界に対して適切に磁化が変動し、狭トラック化に優れた磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【0115】
図7は本発明における第7実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【0116】
この実施形態では、第1の反強磁性層12から非磁性中間層16までの各層で構成される多層膜51のトラック幅方向(図示X方向)の両側にハードバイアス層19が形成されている。前記多層膜51の両側端面とハードバイアス層19間には、Crなどで形成されたバイアス下地層41が形成されているが、前記バイアス下地層41は無くてもよい。
【0117】
図7に示すように前記ハードバイアス層19の上には、Taなどで形成された分離層45が形成されている。前記分離層45は、ハードバイアス層19を酸化等から防止する保護層としての役割と、後述する強磁性層40とハードバイアス層19間の磁気的作用を遮断するためのものである。なお前記分離層45は形成されていなくてもよい。
【0118】
図7に示す形態では、前記分離層45の上面と非磁性中間層16の上面とがほぼ平坦化面として形成されているが、平坦化面である必要はなく、多層膜51の両側に形成されたハードバイアス層19の上面が、前記非磁性中間層16の上面よりも盛り上がって形成されていてもよい。
【0119】
ただし、前記非磁性中間層16の上面と分離層45の上面、あるいは前記分離層45が形成されていないときは、前記非磁性中間層16の上面とハードバイアス層19の上面とが平坦化面として形成されていると、その上に形成される強磁性層40を平坦化面上に形成でき、前記強磁性層40を適切に単磁区化できる点からして好ましい。
【0120】
図7に示すように、前記非磁性中間層16上にはトラック幅方向に所定の間隔(=トラック幅Tw)を開けて強磁性層40が形成され、さらに前記強磁性層40は前記ハードバイアス層19上に形成された分離層45上にかけて形成されている。
【0121】
さらに前記強磁性層40上には、第2の反強磁性層41が形成され、前記第2の反強磁性層41上には、Taなどで形成された中間層42を介して電極層43が形成されている。前記電極層43の上にはTaなどで形成された保護層44が形成されている。
【0122】
図7に示す形態では、図1の形態と異なって、強磁性層40がハードバイアス層19上にまで延びて形成されている。すなわち図7に示す形態の方が図1に比べて前記強磁性層40のトラック幅方向(図示X方向)における幅寸法を長く延ばして形成することができる。
【0123】
従って前記強磁性層40を適切にトラック幅方向に固定できるとともに、ハードバイアス層19上に延出形成された強磁性層40のバックアップ磁界によって、安定したバイアス磁界を前記フリー磁性層15に供給することが可能になっている。
【0124】
しかも図7に示す実施形態では、前記電極層43が前記第2反強磁性層41上に重ねて形成されており、前記電極層43の内側先端部43aが、トラック幅Twに近い位置に形成される。
【0125】
このため前記電極層43の内側先端部43aから前記多層膜51内に流れるセンス電流は、主として前記多層膜51のトラック幅Tw領域内を流れ、前記トラック幅Twの両側領域には流れ難くなる。従って図7に示す形態では、大きなセンス電流をフリー磁性層15のトラック幅Tw領域(中央領域15b)内に供給することができ、再生出力の増大を図ることが可能になる。
【0126】
また図7に示す実施形態では、非磁性中間層16上に所定の間隔を開けて形成された強磁性層40、第2の反強磁性層41、中間層42、電極層43及び保護層44の内側端面46は、前記間隔が下方から上方(図示Z方向)に向うにしたがって徐々にトラック幅方向への幅寸法が広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成されている。
【0127】
図7に示す実施形態においても、フリー磁性層15の両側端面15aは、強磁性層40との間で働くRKKY相互作用による交換結合と、ハードバイアス層19からの縦バイアス磁界との相乗効果によって磁化が適切に図示X方向に固定され、前記両側端面15aの部分が感度を持つことがなく、あるいは外的な要因によっても良好な線形性を保つことができるなど再生特性の向上を図ることができる。
【0128】
そして前記両側端面15aからの縦バイアス磁界によってフリー磁性層15のトラック幅Tw領域(中央領域15b)では、磁化が図示X方向に揃えられ、この部分では外部磁界に対して適切に磁化が変動し、狭トラック化に優れた磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【0129】
図8は、本発明における第8実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【0130】
図8は、図7と異なって前記電極層43の内側先端部43aが、前記強磁性層40及び第2の反強磁性層41に開けられた間隔内の非磁性中間層16上にまで延出して形成されており、トラック幅Twは前記電極層43の内側先端部43aのトラック幅方向(図示X方向)における間隔で規制される。
【0131】
このように前記電極層43を、前記強磁性層40間に現れる非磁性中間層16上にまでオーバーラップして形成すると、前記電極層43の内側先端部43aからのセンス電流は、抵抗の低い非磁性中間層16を介してトラック幅Tw領域(中央領域15b)内のフリー磁性層16まで短い距離で流れ、大きなセンス電流を集中的に、フリー磁性層15の中央領域15b内に流すことができ、よって再生出力の向上を図ることができる。
【0132】
次に本発明における磁気検出素子の製造方法について以下に説明する。
図9に示す工程では、基板11上に第1の反強磁性層12を積層する。さらに第1の固定磁性層13a、非磁性中間層13b、第2の固定磁性層13cからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層13が積層され、固定磁性層13の上層に非磁性材料層14、フリー磁性層15、非磁性中間層16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。
【0133】
第1の反強磁性層12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種または2種以上の元素である)合金で形成する。
【0134】
この合金は、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。
【0135】
第1の反強磁性層12の膜厚は80〜300Åであることが好ましい。
次に、第1の熱処理工程を行う。トラック幅Tw(図示X方向)と直交する方向である第1の磁界(図示Y方向)を印加しつつ、第1の熱処理温度で熱処理し、第1の反強磁性層12と第1の固定磁性層13aとの間に交換結合磁界を発生させて、第1の固定磁性層13aの磁化を図示Y方向に固定する。第2の固定磁性層13cの磁化は、前記第1の固定磁性層13aとの間で働くRKKY相互作用による交換結合によって図示Y方向とは逆方向に固定される。なお例えば前記第1の熱処理温度を290℃とし、磁界の大きさを800(kA/m)とする。
【0136】
なお第1の熱処理温度は、第1の反強磁性層12のブロッキング温度以下であることが好ましい。具体的には、270℃〜310℃の範囲内であることが好ましい。また磁界の大きさは、約400(kA/m)=5kOe以上が好ましい。
【0137】
なお図9では、非磁性中間層16までを積層しているが、例えば前記非磁性中間層16上に、強磁性層17の一部までを積層した状態で上記の熱処理を施してもよい。
【0138】
上記のように非磁性中間層16あるいは強磁性層17までを積層することで、積層終了時点で、フリー磁性層15は露出しておらず、したがって積層体が、その後、大気に曝された状態でも、前記フリー磁性層15の酸化を抑制できる。特にRuなどで形成された非磁性中間層16は、大気に曝されてもほとんど酸化することが無く、その後工程で、前記非磁性中間層16上に強磁性層17及び第2の反強磁性層18を積層していく段階でも、前記非磁性中間層16表面をクリーニングしなくても、フリー磁性層15と強磁性層17との間でRKKY相互作用による交換結合磁界を発生させることができる。ただし前記非磁性中間層16の表面をクリーニングしてもよい。
【0139】
一方、強磁性層17の一部まで積層した場合には、上記の熱処理を終了した後、一旦、前記強磁性層17の表面をクリーニングして、残りの強磁性層17、第2の反強磁性層18を連続成膜することが必要である。
【0140】
あるいは図9の成膜段階で、第1の反強磁性層12から第2の反強磁性層18まで積層してもよい。かかる場合には、第1の熱処理を施した後、強磁性層17及びフリー磁性層15の磁化方向が固定磁性層13の磁化方向と直交するように第2の磁場中熱処理を施す。
【0141】
ただしこのとき第1の熱処理条件及び第2の熱処理条件や成膜条件などは、図9、10のように2段階で成膜する場合に比べて、可能な熱処理条件・成膜条件の適正範囲が狭くなる。
【0142】
具体的には、第1の熱処理を施したときに、第1の反強磁性層12と第1の固定磁性層13aとの間の交換結合磁界が、第2の反強磁性層18と強磁性層17との間の交換結合磁界よりも大きくなるように、反強磁性層の組成比を調整しなければならない。また、第1の反強磁性層12と第1の固定磁性層13aとの間の交換結合磁界を、第2の反強磁性層18と強磁性層17との間の交換結合磁界よりも大とするために、前記第1の熱処理温度を220℃以上で245℃以下とすることが好ましい。
【0143】
次に第2の熱処理では、第1の磁界と直交する方向の第2の磁界(トラック幅方向)を印加しつつ、前記第1の熱処理温度よりも高い第2の熱処理温度を施す。また前記第2の印加磁界の大きさを、前記第1の熱処理工程時の第2の反強磁性層18と強磁性層17との間の交換結合磁界よりも大きく、且つ第1の熱処理工程時の第1の反強磁性層12と第1の固定磁性層13aとの間の交換結合磁界よりも小さくする。本発明では、第2の熱処理温度を250℃以上で270℃以下に設定することが好ましい。
【0144】
次に図10に示す工程を施す。図10に示す工程では、前記非磁性中間層16上に強磁性層17及び第2の反強磁性層18を連続してスパッタあるいは蒸着で成膜する。前記強磁性層17は、フリー磁性層15と同じ材質であってもよいし異なるものであってもよい。ただし前記強磁性層17とフリー磁性層15との単位面積当たりの磁気モーメント(飽和磁化Ms・膜厚t)を異ならせる必要がある。前記強磁性層17には、NiFe合金、CoFe合金、CoFeNi合金、Coなどの磁性材料を選択することができる。
【0145】
また第2の反強磁性層18は、第1の反強磁性層12と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。前記第2の反強磁性層18には、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種または2種以上の元素である)合金を選択することができる。
【0146】
そして第2の熱処理を施す。なおこの第2の熱処理工程では、第2の印加磁界を、第1の反強磁性層12の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、前記第1の反強磁性層12のブロッキング温度よりも低くする。これによって前記第1の反強磁性層12の交換異方性磁界の方向をハイト方向に向けたまま、前記第2の反強磁性層18の交換異方性磁界をトラック幅方向に向けることができる。なお第2の熱処理温度は例えば290℃であり、磁界の大きさは24(kA/m)である。なお第2の熱処理工程での熱処理温度は、第1の反強磁性層12のブロッキング温度以下で第1の熱処理温度と同程度かそれよりも小さい温度とする。具体的には、熱処理温度は245℃〜290℃の範囲内であることが好ましい。
【0147】
また磁界の大きさは、第1の反強磁性層12と固定磁性層13間で発生した交換結合磁界よりも小さい範囲とすることが好ましい。具体的には磁界の大きさは約4(kA/m)=50Oe〜約80(kA/m)=1kOeの範囲内であることが好ましい。
【0148】
この第2の熱処理工程によって、前記第2の反強磁性層18と強磁性層17との間に交換結合磁界が発生する。これによって前記強磁性層17は、例えば図示X方向とは逆方向に磁化される。一方、フリー磁性層15は、前記強磁性層17との間で発生するRKKY相互作用による交換結合によって図示X方向に磁化される。すなわち前記フリー磁性層15と強磁性層17とは磁化が互いに反平行の状態になる。
【0149】
その後、図10に示すように、前記第2の反強磁性層18上にレジスト層30を形成する。そして前記レジスト層30に露光現像によって溝部30aを形成し、この溝部30aから第2の反強磁性層18を露出させる。この溝部30aのトラック幅方向(図示X方向)における幅寸法は、ほぼトラック幅Twとして規制される。
【0150】
第2の反強磁性層18の前記レジスト層30によってマスクされない部分を、イオンミリングまたは反応性イオンエッチング(RIE)などによって、基板11の表面11aに対する垂直方向、すなわちトラック幅方向(図示X方向)に対する垂直方向に削り込むことにより凹部31を形成する。
【0151】
このときどこまで削るかによって最終的に得られる磁気検出素子の構造に違いが出てくる。例えば、前記溝部30a内から露出する第2の反強磁性層18及び強磁性層17をすべて除去すれば図1のような形態の磁気検出素子を得ることができる。ただしこのとき、前記第2の反強磁性層18及び強磁性層17が除去されたことで露出する非磁性中間層16の表面も若干削られる。
【0152】
一方、前記溝部30aから露出する第2の反強磁性層18を全て削り、次に露出する強磁性層17を途中まで削った場合には、図4のような形態の磁気検出素子を得ることができる。
【0153】
また前記溝部30aから露出する第2の反強磁性層18、強磁性層17及び非磁性中間層16を削り、前記凹部31内からフリー磁性層15の表面を露出させた場合には図5のような形態の磁気検出素子を得ることができる。
【0154】
また図10の点線で示すように、前記レジスト層30の内側端面30dにだれが生じている場合には、その形が転写されて前記第2の反強磁性層18及び強磁性層17が削られるので、凹部31a内での前記第2の反強磁性層18及び強磁性層17の内側端面22は図1のような傾斜面あるいは湾曲面として形成される。そして図10に示すレジスト層30を除去する。
【0155】
次に図11に示す工程では、前記強磁性層17及び第2の反強磁性層18の部分に形成された凹部31内にレジスト層32を形成し、さらにこのレジスト層32のトラック幅方向(図示X方向)における両側端部を、前記第2の反強磁性層18上にまで延出形成する。
【0156】
そして前記レジスト層32に覆われていない部分の多層膜10をイオンミリングまたは反応性イオンエッチング(RIE)などによって除去する(点線部分)。これによって前記多層膜10は前記レジスト層32の下にのみ残される。
【0157】
また前記多層膜10のトラック幅方向における両側端面10aは、下面から上面に向うにしたがって徐々に幅寸法が小さくなる傾斜面あるいは湾曲面として形成される。
【0158】
次に図12に示す工程では、前記基板11上であって前記多層膜10の両側端面10aとの間にハードバイアス層19、電極層20をスパッタあるいは蒸着で成膜する。このとき前記レジスト層32の上にもバイアス材料層19b、電極材料層20bが成膜される。そして前記レジスト層32を除去する。
【0159】
なお前記ハードバイアス層19を成膜するとき、前記ハードバイアス層19が前記フリー磁性層15のトラック幅方向(図示X方向)の両側に対向する位置まで成膜されるようにする。これにより前記ハードバイアス19からの縦バイアス磁界を適切に前記フリー磁性層15に供給できるようになり、前記フリー磁性層15の両側領域15aの磁化の固定を適切に行うことが可能になる。
【0160】
図13に示す工程は、図6に示す磁気検出素子を形成するための一工程図である。図13工程図は図10工程図に代わるものである。
【0161】
図13に示す工程では、図9工程で成膜された非磁性中間層16上にリフトオフ用のレジスト層33を形成し、前記レジスト層33に覆われていない前記非磁性中間層16上に強磁性層17及び第2の反強磁性層18を連続スパッタ成膜する。そして前記レジスト層33を除去し、上記した第2の熱処理工程を施す。その後の製造工程は、図11及び図12と同じである。
【0162】
この図13の製造方法を用いると、図10工程のように第2の反強磁性層18及び強磁性層17を削り込む工程が必要無くなる。
【0163】
図10の工程では、第2の反強磁性層18及び強磁性層17までを削り込むように制御しても実際は、その下に形成されている非磁性中間層16まで若干削れてしまうが、図13に示す工程を使用すれば、削り込む工程が無いため前記非磁性中間層16の上面をきれいな平坦化面として残すことが可能である。
【0164】
図14は図3に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図である。図9から図11工程まで同じ工程が施された後、図12工程に代えて、図14工程が施される。
【0165】
図14工程では多層膜10の強磁性層17間に形成された凹部内に、リフトオフ用のレジスト層34が形成されている。まず基板11と多層膜10の両側端面10a間にハードバイアス層19をスパッタ成膜する。このときスパッタ角度を基板11表面に対しほぼ垂直方向にしてスパッタを行う。
【0166】
次に前記ハードバイアス層19上に電極層20をスパッタ成膜する。このときスパッタ角度を基板11表面に対し斜めに傾けてスパッタを行う(図に示す矢印A方向)。このように斜めに傾けながらスパッタを行うと、電極層20は前記ハードバイアス層19上のみならず、第2の反強磁性層18上、さらには前記レジスト層34の下面に形成された切欠部34a内にも形成されていき、前記強磁性層18間の間隔内にまでオーバーラップした電極層20を形成することが可能になる。なお点線で示すように、前記強磁性層18の上面にまで電極層20が延出形成するように制御することも可能である。
【0167】
なおこの工程で、前記レジスト層34上にもバイアス材料層19b及び電極材料層20bが形成される。
【0168】
図15から図19は本発明の磁気検出素子の別の製造方法を示す一工程図である。
【0169】
図15に示す工程では、基板11上に第1の反強磁性層12、固定磁性層13、非磁性材料層14、フリー磁性層15及び非磁性中間層16を連続スパッタ成膜する。この工程は、既に説明した図9と同じである。成膜後、第1の磁場中熱処理を施し、第1の反強磁性層12と第1の固定磁性層13aとの間に交換異方性磁界を発生させ、前記第1の固定磁性層13aを例えば図示Y方向に固定する。そうすると前記第1の固定磁性層13aとの間で働くRKKY相互作用による交換結合によって第2の固定磁性層13cの磁化は図示Y方向とは逆方向に固定される。
【0170】
図16に示す工程では、前記非磁性中間層16の上に強磁性層17及び第2の反強磁性層18を連続スパッタ成膜する。そして第2の磁場中熱処理を施す。前記第2の磁場中熱処理では、上記したように、第2の印加磁界を、第1の反強磁性層12の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、前記第1の反強磁性層12のブロッキング温度よりも低くする。これによって前記第1の反強磁性層12の交換異方性磁界の方向をハイト方向に向けたまま、前記第2の反強磁性層18の交換異方性磁界をトラック幅方向に向けることができる。
【0171】
なお、基板11上に第1の反強磁性層12から第2の反強磁性層18までを連続成膜した後に、第1の磁場中熱処理、第2の磁場中熱処理を施してもよく、どの層まで成膜するかについては、図9、10の説明の部分を参照されたい。
【0172】
次に図17示す工程では前記第2の反強磁性層18上にレジスト層35を形成する。そして前記レジスト層35に覆われていない部分の第1の反強磁性層12から第2の反強磁性層18までの多層膜10を除去する(点線部分)。
【0173】
次に図18に示す工程では、前記基板11と前記多層膜10の両側端面10a間にハードバイアス層19をスパッタ成膜し、さらに前記ハードバイアス層19上に電極層20をスパッタ成膜する。この電極層20形成時のとき、スパッタ角度を基板11表面に対し斜めに傾け、前記電極層20の内側先端部が前記レジスト層35の下面に形成された切欠部35a内にまで形成されるようにしてもかまわない。そして前記レジスト層35を除去する。
【0174】
次に図19工程では、前記電極層20上から第2の反強磁性層18上にかけてレジスト層36を形成し、露光現像によって前記レジスト層36に溝部36aを形成する。このとき前記溝部36a内には第2の反強磁性層18の表面が露出する。
【0175】
そして前記溝部36a内から露出する第2の反強磁性層18、強磁性層17、場合によっては非磁性中間層16をイオンミリングやRIEなどで除去する(点線部分)。そして前記レジスト層36を除去すると、図1、4あるいは5に示す形態の磁気検出素子が完成する。
【0176】
図20から図22は、図7に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図である。図20から図22に示す図は、磁気検出素子を記録媒体との対向面から見た部分断面図である。
【0177】
図20に示す工程では、図9に示す工程と同様に、基板11上に第1の反強磁性層12、固定磁性層13、非磁性材料層14、フリー磁性層15、および非磁性中間層16を連続成膜し、第1の熱処理工程を施す。
【0178】
次に図20に示す工程では、前記非磁性中間層16の上にリフトオフ用のレジスト層46を形成する。そして前記レジスト層46に覆われていない、前記第1の反強磁性層12から非磁性中間層16までの多層膜51のトラック幅方向(図示X方向)における両側部分をイオンミリングなどで除去する(点線部分)。
【0179】
上記工程後において、前記レジスト層46下に残された多層膜51の上面のトラック幅方向における幅寸法はT2である。この幅寸法T2はトラック幅Twよりも大きい。
【0180】
図20に示す工程では、前記多層膜51上に形成されるレジスト層46の幅寸法を適切に調整することで、前記幅寸法T2がトラック幅Twよりも大きくなるようにしている。
【0181】
次に図21に示す工程では、前記多層膜51のトラック幅方向(図示X方向)の両側に露出した基板11上から前記多層膜の両側端面にかけてCrなど形成されるバイアス下地層41をスパッタ成膜した後、前記バイアス下地層41の上にハードバイアス層19をスパッタ成膜する。さらに前記ハードバイアス層19上にTaなどの分離層45をスパッタ成膜する。
【0182】
ここで注意すべき点は、前記レジスト層46の下面に形成された切欠部46a内に前記バイアス下地層41、ハードバイアス層19あるいは分離層45が延出形成されないように、スパッタ角度等を適切に制御することである。
【0183】
前記レジスト層46の切欠部46a下には非磁性中間層16が露出している。前記非磁性中間層16は次工程で、その上に形成される強磁性層40とフリー磁性層15間にRKKY相互作用による結合磁界を適切に発生させるための中間層であり、この非磁性中間層16の膜厚変動等は、前記結合磁界の大きさを減少させる原因となる。
【0184】
従って、前記レジスト層46の切欠部46a内に上記したバイアス下地層41等が延出形成されてしまうと、強磁性層40とフリー磁性層15間で発生するRKKY相互作用における結合磁界が減少して好ましくない。
【0185】
前記バイアス下地層41、ハードバイアス層19及び分離層45が、前記レジスト層46の切欠部46a内に延出形成しないようにするには、前記バイアス下地層41等をスパッタ成膜するときのスパッタ角度を、基板11に対し垂直方向に近い方向とし(矢印方向)、スパッタ粒子が前記切欠部46a内に入り込まないようにすればよい。
【0186】
なお図21に示すように、前記レジスト層46の上面にもバイアス下地材料層41a、バイアス材料層19、分離材料層45aが付着する。
【0187】
上記したスパッタ工程を終了した後、前記レジスト層46を除去する。
図22に示す工程では、前記非磁性中間層16上面にリフトオフ用のレジスト層47を形成する。このレジスト層47の下面47bにおける幅寸法はT3であり、前記幅寸法T3は、前記非磁性中間層16のトラック幅方向(図示X方向)における幅寸法T2よりも小さく形成される。前記幅寸法T3は、トラック幅Twとほぼ同じ幅寸法である。
【0188】
次に、前記レジスト層47に覆われていない非磁性中間層16上から前記分離層45上にかけて強磁性層40をスパッタ成膜する。このとき、前記レジスト層47の下側に形成された切欠部47a内にも適切に前記強磁性層40が延出形成されるように、前記強磁性層40形成時のスパッタ角度を基板11に対して垂直方向から斜めに傾けた角度とし(矢印方向)、スパッタ粒子を前記切欠部47a内に入り込ませる。
【0189】
図22に示すように、前記切欠部47a内にも前記強磁性層40が形成されると、前記強磁性層40間の間隔が、前記レジスト層47の下面47aの幅寸法T3とほぼ同じ大きさになる。前記強磁性層40間の間隔はトラック幅Twとして規制される。
【0190】
前記強磁性層40をスパッタ成膜した後、前記強磁性層40の上に、第2の反強磁性層41、Taなどで形成された中間層42、電極層43、およびTaなどの保護層44をスパッタ成膜する。
【0191】
図22に示すスパッタ工程では、強磁性層40から保護層44までの各層の内側端面は、下方から上方(図示Z方向)に向うにしたがって徐々に間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成される。
【0192】
また図22に示すように、前記レジスト層47の上面にもスパッタ時における強磁性材料層40a、反強磁性材料層41a、中間材料層42a、電極材料層43a及び保護材料層44aが成膜される。
【0193】
上記したスパッタ成膜後、前記レジスト層47を除去する。これによって図7に示す磁気検出素子が完成する。
【0194】
図23と図24、および図25と図26は、図8に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図であり、各図とも磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【0195】
まず図23の工程に入る前に、図20及び図21と同じ工程を施す。そして図21に示すレジスト層46を除去する。
【0196】
図23に示す工程では、まず、前記非磁性中間層16上にリフトオフ用のレジスト層48を形成する。前記レジスト層48の下面48aのトラック幅方向(図示X方向)における幅寸法はT4であり、前記幅寸法T4は、前記非磁性中間層16の上面の幅寸法T2よりも小さい。前記幅寸法T4はトラック幅Twとほぼ同じ寸法である。
【0197】
前記レジスト層48を形成した後、前記レジスト層48に覆われていない非磁性中間層16上から分離層45上にかけて強磁性層40、第2の反強磁性層41及び中間層42をスパッタ成膜する。
【0198】
ここで注意すべき点は、前記強磁性層40、第2の反強磁性層41及び中間層42の成膜時におけるスパッタ角度を、基板11とほぼ垂直方向(図示Z方向)とし(矢印方向)、前記レジスト層48の下側に形成された切欠部48a内に、前記強磁性層40、第2の反強磁性層41及び中間層42が延出形成される長さを抑制し、少なくとも前記強磁性層40とレジスト層48間に空間Aが形成されるようにすることである。
【0199】
すなわちこの工程では、強磁性層40を、非磁性中間層16上からハードバイアス層19上の分離層45上にまで延ばして形成するが、このときスパッタ角度を適切に制御して、前記強磁性層40とレジスト層48間に空間Aが空くように、強磁性層40間の間隔が、幅寸法T4よりも広く形成される。
【0200】
そして図24に示す工程では、前記第2の反強磁性層41上の中間層42上に電極層43をスパッタ成膜するが、このとき図23工程で、強磁性層40とレジスト層48間に開けられた空間A内にも前記電極層43が形成されるように、スパッタ角度を基板11に対し垂直方向から斜めに傾けて(矢印方向)、前記電極層43をスパッタ成膜する。
【0201】
これによって前記電極層43の内側先端部43aは、前記強磁性層40間の間隔内に露出する非磁性材料層16上にオーバーラップし、前記電極層43の間隔は、レジスト層48の幅寸法T4とほぼ同じになる。なお前記電極層43間の間隔がトラック幅Twとなる。
【0202】
そして図24に示すレジスト層48を除去すると、図8に示す磁気検出素子が完成する。
【0203】
あるいは次の方法で図8に示す磁気検出素子を製造してもよい。
まず図25に示す工程に入る前に図20及び図21に示す工程を施す。そして図21に示すレジスト層46を除去する。
【0204】
図25に示す工程では、非磁性材料層16上にリフトオフ用のレジスト層49を形成する。図25に示すように、前記レジスト層49の下面49aのトラック幅方向(図示X方向)における幅寸法はT5であり、前記幅寸法T5は、前記非磁性材料層16のトラック幅方向における幅寸法T2よりも小さい。
【0205】
そして前記レジスト層49に覆われていない非磁性材料層16上からハードバイアス層19上の分離層45上にかけて強磁性層40、第2の反強磁性層41及び中間層42をスパッタ成膜する。
【0206】
このスパッタ成膜時、前記強磁性層40の内側端面が、前記レジスト層49の下側に形成された切欠部49a内に延出形成されるように、スパッタ角度を基板11に対し垂直方向から斜めに傾けて(矢印方向)前記強磁性層40をスパッタ成膜する。これにより前記強磁性層40間の間隔は、前記レジスト層49の幅寸法T5とほぼ同じ幅寸法になる。
【0207】
そして、上面に強磁性材料層40a、反強磁性材料層41a及び中間材料層42aが付着したレジスト層49を除去する。
【0208】
次に図26に示す工程では、前記強磁性層40間に露出した非磁性中間層16上にリフトオフ用のレジスト層50を形成する。前記レジスト層50の下面50aのトラック幅方向(図示X方向)における幅寸法は、T6であり、前記幅寸法T6は、前記非磁性中間層16の上面の幅寸法T2及び強磁性層40間の幅寸法T5よりも小さい寸法である。前記幅寸法T6はトラック幅Twとほぼ同じ寸法である。
【0209】
そして前記中間層42上に電極層43をスパッタ成膜する。このとき、前記電極層43が、前記レジスト層50の下側に形成された切欠部50a内に入り込み、前記電極層43の内側先端部43aが前記強磁性層40とレジスト層50間に露出した非磁性中間層16上にまで延出形成されるように、スパッタ角度を基板11に対し垂直方向から斜めに傾け(矢印方向)、前記電極層43をスパッタ成膜する。
【0210】
これにより前記電極層43の内側先端部43aは、前記強磁性層40とレジスト層50間に露出した非磁性中間層16上にまで延出形成され、前記電極層43間の間隔でトラック幅Twが規制される。
【0211】
図26に示すように前記電極層43の上に保護層44をスパッタ成膜した後、上面に電極材料層43a及び保護材料層44aが付着したレジスト層50を除去する。これによって図8に示す磁気検出素子が完成する。
【0212】
以上詳述した本発明の磁気検出素子の製造方法によれば、強磁性層17間の間隔で決まるトラック幅Twを所定寸法に容易に規制することができるとともに、多層膜10の両側にハードバイアス層19を成膜することができ、磁化状態が従来に比べて安定化したフリー磁性層15を有する磁気検出素子を再現性良く製造することが可能になっている。
【0213】
なお本発明における磁気検出素子は、ハードディスク装置に搭載される薄膜磁気ヘッドにのみ使用可能なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサなどにも使用可能なものである。
【0214】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によれば、フリー磁性層上には、非磁性中間層を介してトラック幅方向に所定の間隔を開けて強磁性層が形成され、さらに前記強磁性層の上には第2の反強磁性層が積層されている。この構造とすることで、一方向異方性磁界を大きくすることが可能である。
【0215】
そして多層膜のトラック幅方向の両側には、少なくとも前記フリー磁性層に対向する位置にまでバイアス層が形成され、さらにその上に電極層が積層されている。従って本発明では、このバイアス層から発生する縦バイアス磁界が前記フリー磁性層の両側領域内に供給されて、積層フェリ構造における交換結合とともに、上記縦バイアス磁界との相乗効果によって、前記フリー磁性層の両側領域を適切にピン止めすることができ、仮に前記両側領域と強磁性層間にカップリング欠陥などが生じていても、前記両側領域の部分が感度を持つことがなく、トラック幅Tw領域の部分のみを感度領域として適切に機能させることが可能である。
【0216】
また別の形態として本発明では、第1の反強磁性層から非磁性中間層までで構成された多層膜の両側にバイアス層が形成され、前記非磁性中間層上には所定の間隔を開けた強磁性層、第2の反強磁性層及び電極層が形成され、さらにこれらの層は前記バイアス層上にまで延出形成されている。
【0217】
この形態によれば、より安定したバイアス磁界をフリー磁性層に供給でき、前記フリー磁性層の磁化制御を適切に行うことができ、またトラック幅Tw領域に大きな電流を流すことができ、再生出力の向上を図ることができる。
【0218】
以上、本発明では、狭トラック化とともに、実質的に感度を持たないフリー磁性層の両側領域の磁化を従来に比べて安定した単磁区化構造の固定状態にすることができ、再生特性の向上を適切に図ることが可能になる。
【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見た断面図、
【図2】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見た断面図、
【図3】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見た断面図、
【図4】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見た断面図、
【図5】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見た断面図、
【図6】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見た断面図、
【図7】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見た断面図、
【図8】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見た断面図、
【図9】本発明の磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図10】図9の次に行なわれる一工程図、
【図11】図10の次に行なわれる一工程図、
【図12】図11の次に行なわれる一工程図、
【図13】別の製造方法を示す図10に代わる一工程図、
【図14】別の製造方法を示す図12に代わる一工程図、
【図15】本発明の磁気検出素子の別の製造方法を示す一工程図、
【図16】図15の次に行なわれる一工程図、
【図17】図16の次に行なわれる一工程図、
【図18】図17の次に行なわれる一工程図、
【図19】図18の次に行なわれる一工程図、
【図20】本発明の磁気検出素子の別の製造方法を示す一工程図、
【図21】図20の次に行なわれる一工程図、
【図22】図21の次に行なわれる一工程図、
【図23】本発明の磁気検出素子の別の製造方法を示す一工程図、
【図24】図23の次に行なわれる一工程図、
【図25】図23及び図24に代わる製造方法を示す一工程図、
【図26】図25の次に行なわれる一工程図、
【図27】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【符号の説明】
10、51 多層膜
11 基板
12 第1の反強磁性層
13 固定磁性層
13a 第1固定磁性層
13b 非磁性中間層
13c 第2固定磁性層
14 非磁性材料層
15 フリー磁性層
15a (フリー磁性層の)両側領域
15b (フリー磁性層の)中央領域
17、40 強磁性層
18、41 第2の反強磁性層
19 ハードバイアス層
20、43 電極層
31 凹部
30、32、33、34、35、36、46、47、48、49、50 レジスト層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a so-called magnetic sensing element in which the electrical resistance changes according to the relationship between the magnetization direction of a pinned magnetic layer (pinned magnetic layer) and the magnetization direction of a free magnetic layer affected by an external magnetic field. In particular, the present invention relates to a magnetic sensing element capable of maintaining a stable magnetization state of the free magnetic layer while reducing the track width.
[0002]
[Prior art]
A magnetic sensing element typified by a spin-valve film generally has a multilayer structure including an antiferromagnetic layer such as a PtMn alloy, a fixed magnetic layer such as a NiFe alloy, a nonmagnetic material layer such as Cu, and a free magnetic layer such as a NiFe alloy. It is composed of a film, hard bias layers formed on both sides in the track width direction, and an electrode layer. This is a magnetic detecting element called a hard bias method.
[0003]
With the recent increase in recording density, the track width Tw has been defined in sub-micron units, and the size of the multilayer film has become smaller and smaller.
[0004]
Here, the free magnetic layer has a fluctuating magnetization whose magnetization fluctuates when affected by an external magnetic field. Hard bias layers are provided on both sides of the free magnetic layer in the track width direction, and the free magnetic layer is made into a single magnetic domain in the track width direction by a longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer. Since the dimensions are defined as the track width Tw, if the track width Tw is reduced as described above with the increase in recording density, the size of the free magnetic layer itself is also significantly reduced. By reducing the size of the free magnetic layer, even when a vertical bias magnetic field is supplied from the hard bias layer to the free magnetic layer, the influence of the demagnetizing field is increased, and the free magnetic layer becomes a single magnetic domain in the track width direction. Therefore, the longitudinal bias magnetic field must be increased, and the reproduction sensitivity and the reproduction output must be reduced.
[0005]
Then, the magnetic detection element was improved as follows, for example. FIG. 27 is a partial cross-sectional view of a conventional magnetic sensing element viewed from a surface facing a recording medium.
[0006]
[0007]
A non-magnetic
[0008]
As shown in FIG. 27, the distance between the ferromagnetic layer 6 and the second
[0009]
In this conventional example, the width of the free magnetic layer 4 in the track width direction (X direction in the drawing) can be formed longer than the track width Tw, so that the magnetization of the free magnetic layer 4 can be appropriately controlled by narrowing the track. Thought it could be done.
[0010]
The magnetization of the free magnetic layer 4 becomes strong when the ferromagnetic layer 6 is fixed in the X direction in the figure by an exchange anisotropic magnetic field generated between the second
[0011]
The magnetization of both
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the magnetic detection element shown in FIG. 27 has the following problems.
[0013]
Since the free magnetic layer 4 is formed much wider than the track width Tw as shown in FIG. 27, the free magnetic layer 4 and the ferromagnetic layer 6 are provided on both
[0014]
Next, as shown in FIG. 27, simply changing the magnetization of the both
[0015]
In view of the above, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and aims to improve the reproduction characteristics by effectively stabilizing the magnetization state of the free magnetic layer while narrowing the track in accordance with the future increase in recording density. It is an object of the present invention to provide a magnetic detection element capable of performing the above.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field. In the magnetic sensing element having
A ferromagnetic layer is formed on the free magnetic layer at a predetermined interval in the track width direction via a non-magnetic intermediate layer, and a second antiferromagnetic layer is stacked on the ferromagnetic layer. And
Both ends in the track width direction of a multilayer film composed of each layer from the first antiferromagnetic layer to the second antiferromagnetic layer are formed as continuous surfaces,
On both sides of the multilayer film in the track width direction, a bias layer is formed at least to a position facing the free magnetic layer, and an electrode layer is further laminated thereon.
[0017]
In the magnetic sensing element of the present invention, the free magnetic layer is extended in the width direction longer than the track width Tw, and the ferromagnetic layer and the second Are formed in a laminated manner.
[0018]
Since the free magnetic layer is formed to be longer than the track width Tw, the free magnetic layer can be appropriately made into a single magnetic domain even if the track is narrowed in accordance with a higher recording density in the future. It is possible.
[0019]
In the present invention, as described above, the ferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are stacked on both sides of the free magnetic layer via the nonmagnetic intermediate layer. With this structure, it is possible to increase the unidirectional anisotropic magnetic field.
[0020]
Moreover, in the present invention, the bias layer is provided at least to a position facing both sides of the free magnetic layer in the track width direction. Therefore, in the present invention, the vertical bias magnetic field generated from the bias layer is supplied to both side regions of the free magnetic layer, and the free magnetic layer is formed by a synergistic effect with the vertical bias magnetic field together with the exchange coupling in the laminated ferrimagnetic structure. Can be appropriately pinned, and even if a coupling defect or the like occurs between the two side regions and the ferromagnetic layer, the portions of the two side regions have no sensitivity and the track width Tw region It is possible to properly function only the portion as the sensitivity region.
[0021]
Therefore, according to the present invention, the magnetization in both side regions of the free magnetic layer having substantially no sensitivity can be brought into a fixed state of a single magnetic domain structure more stable than before, and the reproduction characteristics can be improved with the narrowing of the track. It becomes possible to aim appropriately.
[0022]
Alternatively, the present invention provides a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field. A magnetic sensing element having
A non-magnetic intermediate layer is formed on the free magnetic layer, and both end faces in the track width direction of a multilayer film formed of each layer from the first antiferromagnetic layer to the non-magnetic intermediate layer are continuous surfaces. Formed,
On both sides of the multilayer film in the track width direction, a bias layer is formed at least to a position facing the free magnetic layer,
A ferromagnetic layer is formed on the non-magnetic intermediate layer at predetermined intervals in the track width direction, and the ferromagnetic layer is formed so as to extend over the bias layer.
A second antiferromagnetic layer is formed on the ferromagnetic layer, and an electrode layer is formed on the second antiferromagnetic layer.
[0023]
The difference between the present invention and the above-mentioned invention is that, in the present invention, the ferromagnetic layer is formed at a predetermined interval on a multilayer film including the first antiferromagnetic layer to the non-magnetic intermediate layer. Further, it is formed so as to extend over the bias layers formed on both sides of the multilayer film. A second antiferromagnetic layer and an electrode layer are formed on the ferromagnetic layer.
[0024]
As described above, since the ferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are formed to extend on the bias layer, a stable bias magnetic field is generated by the backup magnetic field from the extended portion. It can be supplied to the free magnetic layer.
[0025]
Further, by forming the electrode layer on the second antiferromagnetic layer, it is difficult for the current to flow to both end portions of the track width Tw region of the free magnetic layer (difficult to shunt), and the current is appropriately removed from the electrode layer. Since a current path that passes through the track width Tw region of the magnetic layer is traced, a large current can be supplied to the track width Tw region, and the reproduction output can be increased.
[0026]
In the present invention, it is preferable that both end surfaces within the predetermined interval are vertical surfaces.
[0027]
Alternatively, in the present invention, it is preferable that the both end surfaces are inclined surfaces or curved surfaces in which the interval gradually increases from below to above. In the case of such a structure, the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer can be formed as a flat surface from within the space between the ferromagnetic layers to below the ferromagnetic layer.
[0028]
Further, in the present invention, the electrode layer may be formed to extend from above the bias layer to a distance between the ferromagnetic layers.
[0029]
In the present invention, the nonmagnetic intermediate layer is preferably formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu.
[0030]
In the present invention, it is preferable that at least one of the ferromagnetic layer and the free magnetic layer is formed of a magnetic material having the following composition.
[0031]
The composition formula is represented by CoFeNi, the composition ratio of Fe is 9 atom% or more and 17 atom% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atom% or more and 10 atom% or less, and the remaining composition ratio is Co. .
[0032]
In the present invention, it is preferable that an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co is formed between the free magnetic layer and the nonmagnetic material layer.
[0033]
In the above case, it is preferable that at least one of the ferromagnetic layer and the free magnetic layer is formed of a magnetic material having the following composition.
[0034]
The composition formula is represented by CoFeNi, in which the composition ratio of Fe is 7 atom% or more and 15 atom% or less, the composition ratio of Ni is 5 atom% or more and 15 atom% or less, and the remaining composition ratio is Co.
[0035]
In the present invention, it is preferable that the ferromagnetic layer and the free magnetic layer are formed of CoFeNi.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a partial 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.
[0037]
The magnetic detecting element shown in FIG. 1 is formed as a part of an MR head of a magnetic head mounted on, for example, a hard disk device.
[0038]
The
[0039]
The first
[0040]
These alloys are used as the first
[0041]
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.
[0042]
The thickness of the first
[0043]
Here, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn for forming the first
[0044]
The first fixed
[0045]
The nonmagnetic
[0046]
In this embodiment, the fixed
[0047]
In this embodiment, the magnetization of the first fixed
[0048]
The non-magnetic material layer prevents magnetic coupling between the pinned
[0049]
The free
[0050]
In the present invention, as shown in FIG. 1, a
[0051]
As shown in FIG. 1, the track width Tw is defined by the interval between the
[0052]
As shown in the direction of the arrow in FIG. 1, the magnetization of the
[0053]
When the magnetization of the both
[0054]
Next, in the present invention, as shown in FIG. 1, both end faces in the track width direction (X direction in the drawing) of the
[0055]
A
[0056]
The
[0057]
In the present invention, the width of the free
[0058]
That is, in the present invention, the magnetization of the both
[0059]
Although the
[0060]
Preferably, the residual magnetization Mr × film thickness t per unit area of the
[0061]
In this embodiment, a bias underlayer as an alignment film made of Cr or the like may be formed below the
[0062]
Next, in the embodiment shown in FIG. 1, the nonmagnetic
[0063]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the non-magnetic
[0064]
Since the nonmagnetic
[0065]
In this embodiment, the
[0066]
This is due to a manufacturing method to be described later. In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the
[0067]
Further, in the embodiment of the present invention, even if the first
[0068]
Further, in the present invention, the first
[0069]
As shown in FIG. 1, the inner end face 22 of the
[0070]
The length T1 (the length in the track width direction from the center of the thickness of the side end surface to the inner end surface 22 of the concave portion 31) of the both
[0071]
This promotes the formation of a single magnetic domain in the both
[0072]
In the present invention, the ferrimagnetic state is such that the magnetization directions of the
[0073]
In order to form a laminated ferrimagnetic structure, it is necessary that the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 15 (saturated magnetization Ms and thickness t) and the magnetic moment per unit area of the
[0074]
In order to appropriately maintain the antiparallel magnetization state, the material of the
[0075]
A NiFe alloy is often used as a magnetic material for forming the
[0076]
Therefore, in the present invention, the
[0077]
When the CoFeNi alloy is used for the
[0078]
When a CoFeNi alloy is used for at least one of the
[0079]
Next, the composition ratio of the CoFeNi alloy will be described. The CoFeNi alloy has a magnetostriction of 1 × 6 compared with the case of using the NiFe alloy / Ru / NiFe alloy by being in contact with the Ru layer which is the nonmagnetic
[0080]
The magnetostriction is -3 × 10 -6 ~ 3 × 10 -6 Is preferably within the range. Further, the coercive force is preferably 790 (A / m) or less. If the magnetostriction is large, the film is liable to be affected by stress due to the film formation strain and the difference in the thermal expansion coefficient between other layers, and the like, so that the magnetostriction is preferably low. Further, the coercive force is preferably low, so that the magnetization reversal of the free
[0081]
In the present invention, when the
[0082]
When the composition ratio of Fe is less than 9 atomic%, the magnetostriction becomes 3 × 10 -6 And the soft magnetic characteristics deteriorate, which is not preferable.
[0083]
When the composition ratio of Ni is larger than 10 atomic%, the magnetostriction becomes 3 × 10 -6 And the resistance change rate (ΔR) and the rate of resistance change (ΔR / R) are undesirably reduced due to diffusion of Ni between the nonmagnetic material layer and the like.
[0084]
When the composition ratio of Ni is smaller than 0.5 atomic%, the magnetostriction becomes -3 × 10 -6 It is not preferable because it becomes larger than negative.
[0085]
In addition, the coercive force can be made 790 (A / m) or less within the above composition range.
[0086]
Next, as shown in FIG. 2, when an
[0087]
When the composition ratio of Fe is smaller than 7 atomic%, the magnetostriction becomes 3 × 10 -6 And the soft magnetic characteristics deteriorate, which is not preferable.
[0088]
When the composition ratio of Ni is larger than 15 atomic%, the magnetostriction becomes 3 × 10 -6 Larger than that, which is not desirable.
[0089]
When the composition ratio of Ni is smaller than 5 atomic%, the magnetostriction becomes -3 × 10 -6 It is not preferable because it becomes larger than negative.
[0090]
In addition, the coercive force can be made 790 (A / m) or less within the above composition range.
[0091]
Since the
[0092]
Further, as in the above-described film configuration, the
[0093]
The composition ranges of the free
[0094]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, a steady current is applied from the electrode layers 20, 20 to the free
[0095]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a partial 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.
[0096]
FIG. 3 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the structure of the
[0097]
When the
[0098]
In addition, as shown by a dotted line in FIG. 3, the
[0099]
Note that the embodiment of FIG. 3 is similarly applicable to the magnetic detection elements of FIG. 4 and thereafter.
[0100]
FIG. 4 is a partial 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.
[0101]
In this embodiment, the
[0102]
In the track width Tw region, a non-magnetic
[0103]
On the other hand, on both sides of the track width Tw, a non-magnetic
[0104]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 4 as well as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the narrowing of the track can be promoted, and both
[0105]
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the structure of a magnetic sensing element according to a fifth embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium.
[0106]
The magnetic sensing element shown in FIG. 5 is different from FIGS. 1 to 4 in that the nonmagnetic
[0107]
Even in such a form, both
[0108]
The difference between the layers exposed in the space between the
[0109]
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the structure of a magnetic sensing element according to a sixth embodiment of the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium.
[0110]
6 is different from FIG. 1 in that the upper surface of the non-magnetic
[0111]
6, the upper surface of the non-magnetic
[0112]
The manufacturing method differs between FIG. 1 and FIG. 6, as described in the manufacturing method described later. This gives rise to the differences described above.
[0113]
Also in the embodiment shown in FIG. 6, both end faces 15 a of the free
[0114]
In the
[0115]
FIG. 7 is a partial cross-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.
[0116]
In this embodiment, the hard bias layers 19 are formed on both sides in the track width direction (X direction in the drawing) of the
[0117]
As shown in FIG. 7, an
[0118]
In the embodiment shown in FIG. 7, the upper surface of the
[0119]
However, the upper surface of the nonmagnetic
[0120]
As shown in FIG. 7, a
[0121]
Further, a second
[0122]
In the embodiment shown in FIG. 7, unlike the embodiment shown in FIG. 1, the
[0123]
Therefore, the
[0124]
Further, in the embodiment shown in FIG. 7, the
[0125]
Therefore, the sense current flowing from the inner
[0126]
In the embodiment shown in FIG. 7, the
[0127]
Also in the embodiment shown in FIG. 7, both end faces 15 a of the free
[0128]
The magnetization is aligned in the X direction in the track width Tw region (
[0129]
FIG. 8 is a partial 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.
[0130]
FIG. 8 is different from FIG. 7 in that the
[0131]
When the
[0132]
Next, a method for manufacturing a magnetic sensing element according to the present invention will be described below.
In the step shown in FIG. 9, the first
[0133]
The first
[0134]
This alloy has an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but is transformed into a CuAuI-type regular face-centered square structure (fct) by heat treatment.
[0135]
The first
Next, a first heat treatment step is performed. Heat treatment is performed at a first heat treatment temperature while applying a first magnetic field (Y direction in the drawing) perpendicular to the track width Tw (X direction in the drawing), so that the first
[0136]
Note that the first heat treatment temperature is preferably equal to or lower than the blocking temperature of the first
[0137]
In FIG. 9, up to the non-magnetic
[0138]
By laminating the non-magnetic
[0139]
On the other hand, when a part of the
[0140]
Alternatively, the layers from the first
[0141]
However, in this case, the first heat treatment condition, the second heat treatment condition, the film formation condition, and the like are more suitable than the case where the film is formed in two stages as shown in FIGS. Becomes narrower.
[0142]
Specifically, when the first heat treatment is performed, the exchange coupling magnetic field between the first
[0143]
Next, in a second heat treatment, a second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature is applied while applying a second magnetic field (track width direction) perpendicular to the first magnetic field. The magnitude of the second applied magnetic field is larger than the exchange coupling magnetic field between the second
[0144]
Next, the step shown in FIG. 10 is performed. In the step shown in FIG. 10, a
[0145]
Further, the second
[0146]
Then, a second heat treatment is performed. In the second heat treatment step, the second applied magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first
[0147]
The magnitude of the magnetic field is preferably in a range smaller than the exchange coupling magnetic field generated between the first
[0148]
By this second heat treatment step, an exchange coupling magnetic field is generated between the second
[0149]
Thereafter, as shown in FIG. 10, a resist
[0150]
A portion of the second
[0151]
At this time, there is a difference in the structure of the magnetic sensing element finally obtained depending on how much the material is cut. For example, if the second
[0152]
On the other hand, when the entire second
[0153]
When the second
[0154]
In addition, as shown by the dotted line in FIG. 10, when there is a droop on the
[0155]
Next, in a step shown in FIG. 11, a resist
[0156]
Then, the portion of the
[0157]
Further, both
[0158]
Next, in the step shown in FIG. 12, a
[0159]
When the
[0160]
The step shown in FIG. 13 is a step diagram for forming the magnetic sensing element shown in FIG. The process diagram of FIG. 13 replaces the process diagram of FIG.
[0161]
In the step shown in FIG. 13, a lift-off resist
[0162]
When the manufacturing method of FIG. 13 is used, the step of cutting the second
[0163]
In the process of FIG. 10, although control is performed to cut down to the second
[0164]
FIG. 14 is a process chart showing a method of manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. After the same steps are performed from FIG. 9 to FIG. 11, the step of FIG. 14 is performed instead of the step of FIG.
[0165]
In the step shown in FIG. 14, a resist
[0166]
Next, an
[0167]
In this step, the
[0168]
15 to 19 are process diagrams showing another method for manufacturing the magnetic sensing element of the present invention.
[0169]
In the step shown in FIG. 15, the first
[0170]
In the step shown in FIG. 16, a
[0171]
After the first
[0172]
Next, in a step shown in FIG. 17, a resist
[0173]
Next, in the step shown in FIG. 18, a
[0174]
Next, in a step of FIG. 19, a resist layer 36 is formed from the
[0175]
Then, the second
[0176]
20 to 22 are one process charts showing a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. FIGS. 20 to 22 are partial cross-sectional views of the magnetic sensing element as viewed from the surface facing the recording medium.
[0177]
In the step shown in FIG. 20, similarly to the step shown in FIG. 9, the first
[0178]
Next, in a step shown in FIG. 20, a resist
[0179]
After the above process, the width dimension in the track width direction of the upper surface of the
[0180]
In the step shown in FIG. 20, by appropriately adjusting the width of the resist
[0181]
Next, in a step shown in FIG. 21, a
[0182]
Here, it should be noted that the sputtering angle and the like are appropriately adjusted so that the
[0183]
The nonmagnetic
[0184]
Therefore, if the
[0185]
In order to prevent the
[0186]
As shown in FIG. 21, a bias
[0187]
After the above-described sputtering process is completed, the resist
In the step shown in FIG. 22, a resist layer 47 for lift-off is formed on the upper surface of the nonmagnetic
[0188]
Next, the
[0189]
As shown in FIG. 22, when the
[0190]
After the
[0191]
In the sputtering process shown in FIG. 22, the inner end surfaces of the layers from the
[0192]
As shown in FIG. 22, a
[0193]
After the above-mentioned sputter deposition, the resist layer 47 is removed. Thus, the magnetic sensing element shown in FIG. 7 is completed.
[0194]
FIGS. 23 and 24 and FIGS. 25 and 26 are one-step diagrams showing a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 8, and in each drawing, a portion of the magnetic sensing element viewed from the side facing the recording medium. It is sectional drawing.
[0195]
First, before entering the process of FIG. 23, the same process as in FIGS. 20 and 21 is performed. Then, the resist
[0196]
In the step shown in FIG. 23, first, a resist
[0197]
After the formation of the resist
[0198]
It should be noted here that the sputtering angle at the time of forming the
[0199]
That is, in this step, the
[0200]
In the step shown in FIG. 24, an
[0201]
As a result, the
[0202]
Then, when the resist
[0203]
Alternatively, the magnetic sensing element shown in FIG. 8 may be manufactured by the following method.
First, before entering the step shown in FIG. 25, the steps shown in FIGS. 20 and 21 are performed. Then, the resist
[0204]
In the step shown in FIG. 25, a resist layer 49 for lift-off is formed on the
[0205]
Then, the
[0206]
At the time of this sputter deposition, the sputtering angle is set from the direction perpendicular to the
[0207]
Then, the resist layer 49 to which the
[0208]
Next, in a step shown in FIG. 26, a resist
[0209]
Then, an
[0210]
As a result, the
[0211]
As shown in FIG. 26, after forming the
[0212]
According to the method for manufacturing the magnetic sensing element of the present invention described in detail above, the track width Tw determined by the interval between the
[0213]
The magnetic detecting element according to the present invention can be used not only for a thin-film magnetic head mounted on a hard disk drive but also for a magnetic head for tape, a magnetic sensor, and the like.
[0214]
【The invention's effect】
According to the present invention described in detail above, a ferromagnetic layer is formed on the free magnetic layer at a predetermined interval in the track width direction via the nonmagnetic intermediate layer, and further on the ferromagnetic layer. Has a second antiferromagnetic layer laminated thereon. With this structure, it is possible to increase the unidirectional anisotropic magnetic field.
[0215]
On both sides of the multilayer film in the track width direction, a bias layer is formed at least to a position facing the free magnetic layer, and an electrode layer is further laminated thereon. Therefore, in the present invention, the vertical bias magnetic field generated from the bias layer is supplied to both side regions of the free magnetic layer, and the free magnetic layer is formed by a synergistic effect with the vertical bias magnetic field together with the exchange coupling in the laminated ferrimagnetic structure. Can be appropriately pinned, and even if a coupling defect or the like occurs between the two side regions and the ferromagnetic layer, the portions of the two side regions have no sensitivity and the track width Tw region It is possible to properly function only the portion as the sensitivity region.
[0216]
According to another aspect of the present invention, a bias layer is formed on both sides of a multilayer film composed of a first antiferromagnetic layer to a nonmagnetic intermediate layer, and a predetermined interval is formed on the nonmagnetic intermediate layer. A ferromagnetic layer, a second antiferromagnetic layer, and an electrode layer are formed, and these layers are formed to extend over the bias layer.
[0217]
According to this embodiment, a more stable bias magnetic field can be supplied to the free magnetic layer, the magnetization of the free magnetic layer can be appropriately controlled, and a large current can flow in the track width Tw region. Can be improved.
[0218]
As described above, according to the present invention, along with the narrowing of the track, the magnetization of both sides of the free magnetic layer having substantially no sensitivity can be made to be in a fixed state of the single magnetic domain structure, which is more stable than before, and the reproduction characteristics can be improved. Can be appropriately achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic sensing element according to a first embodiment of the present invention, viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 2 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. 3 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. 4 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. 5 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. 6 is a cross-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. 7 is a cross-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. 8 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. 9 is a process diagram showing a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention.
FIG. 10 is a process drawing performed after FIG. 9;
11 is a process chart performed after FIG. 10,
FIG. 12 is a process chart performed after FIG. 11;
FIG. 13 is a process chart showing an alternative manufacturing method instead of FIG. 10,
FIG. 14 is a one-step diagram replacing FIG. 12 showing another manufacturing method;
FIG. 15 is a process chart showing another method for manufacturing the magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 16 is a process chart performed after FIG. 15;
FIG. 17 is a process chart performed after FIG. 16;
FIG. 18 is a process drawing performed after FIG. 17;
FIG. 19 is a process drawing performed after FIG. 18;
FIG. 20 is a process chart showing another method for manufacturing the magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 21 is a process drawing performed after FIG. 20;
FIG. 22 is a process chart performed after FIG. 21;
FIG. 23 is a process drawing showing another method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 24 is a process drawing performed after FIG. 23;
FIG. 25 is a process drawing showing a manufacturing method alternative to FIGS. 23 and 24;
FIG. 26 is a process drawing performed after FIG. 25;
FIG. 27 is a partial cross-sectional view of a conventional magnetic sensing element viewed from a surface facing a recording medium.
[Explanation of symbols]
10, 51 Multilayer film
11 Substrate
12 First antiferromagnetic layer
13 Fixed magnetic layer
13a First fixed magnetic layer
13b Non-magnetic intermediate layer
13c Second pinned magnetic layer
14 Non-magnetic material layer
15 Free magnetic layer
15a Both side regions (of free magnetic layer)
15b Central region (of free magnetic layer)
17,40 ferromagnetic layer
18, 41 Second antiferromagnetic layer
19 Hard bias layer
20, 43 electrode layer
31 recess
30, 32, 33, 34, 35, 36, 46, 47, 48, 49, 50 resist layers
Claims (11)
前記フリー磁性層上には、非磁性中間層を介してトラック幅方向に所定の間隔を開けて強磁性層が形成され、さらに前記強磁性層の上には第2の反強磁性層が積層され、
前記第1の反強磁性層から前記第2の反強磁性層までの各層で構成された多層膜のトラック幅方向の両側端面は連続面として形成され、
前記多層膜のトラック幅方向の両側には、少なくとも前記フリー磁性層に対向する位置にまでバイアス層が形成され、さらにその上に電極層が積層されていることを特徴とする磁気検出素子。A magnetic material having a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer having a fixed magnetization direction by the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer having a magnetization direction changed by an external magnetic field. In the detection element,
A ferromagnetic layer is formed on the free magnetic layer at a predetermined interval in the track width direction via a non-magnetic intermediate layer, and a second antiferromagnetic layer is stacked on the ferromagnetic layer. And
Both end surfaces in the track width direction of a multilayer film composed of each layer from the first antiferromagnetic layer to the second antiferromagnetic layer are formed as continuous surfaces,
A magnetic sensing element, wherein a bias layer is formed on at least both sides in the track width direction of the multilayer film to a position facing the free magnetic layer, and an electrode layer is further laminated thereon.
前記フリー磁性層上には、非磁性中間層が形成され、前記第1の反強磁性層から前記非磁性中間層までの各層で形成された多層膜のトラック幅方向の両側端面は連続面として形成され、
前記多層膜のトラック幅方向の両側には、少なくとも前記フリー磁性層に対向する位置にまでバイアス層が形成され、
前記非磁性中間層上にはトラック幅方向に所定の間隔を開けた強磁性層が形成され、さらに前記強磁性層は、前記バイアス層上にまで延ばされて形成されており、
前記強磁性層上には、第2の反強磁性層が形成され、さらに前記第2の反強磁性層上には電極層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。A magnetic material having a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer having a fixed magnetization direction by the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer having a magnetization direction changed by an external magnetic field. In the detection element,
A non-magnetic intermediate layer is formed on the free magnetic layer, and both end faces in the track width direction of a multilayer film formed of each layer from the first antiferromagnetic layer to the non-magnetic intermediate layer are continuous surfaces. Formed,
On both sides of the multilayer film in the track width direction, a bias layer is formed at least to a position facing the free magnetic layer,
A ferromagnetic layer is formed on the non-magnetic intermediate layer at predetermined intervals in the track width direction, and the ferromagnetic layer is formed so as to extend over the bias layer.
A magnetic sensing element, wherein a second antiferromagnetic layer is formed on the ferromagnetic layer, and an electrode layer is formed on the second antiferromagnetic layer.
組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成比はCoである。8. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein at least one of the ferromagnetic layer and the free magnetic layer is formed of a magnetic material having the following composition.
The composition formula is represented by CoFeNi, the composition ratio of Fe is 9 atom% or more and 17 atom% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atom% or more and 10 atom% or less, and the remaining composition ratio is Co. .
組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は7原子%以上で15原子%以下で、Niの組成比は5原子%以上で15原子%以下で、残りの組成比はCoである。The magnetic sensing element according to claim 9, wherein at least one of the ferromagnetic layer and the free magnetic layer is formed of a magnetic material having the following composition.
The composition formula is represented by CoFeNi, in which the composition ratio of Fe is 7 atom% or more and 15 atom% or less, the composition ratio of Ni is 5 atom% or more and 15 atom% or less, and the remaining composition ratio is Co.
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