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]
Reference numeral 1 denotes an antiferromagnetic layer, reference numeral 2 denotes a fixed magnetic layer, reference numeral 3 denotes a nonmagnetic material layer, and reference numeral 4 denotes a free magnetic layer.
[0007]
A non-magnetic intermediate layer 5 made of Ru or the like is formed on the free magnetic layer 4, and a ferromagnetic layer 6 is formed on the non-magnetic intermediate layer 5 at a predetermined interval in the track width direction (X direction in the drawing). I have. Further, a second antiferromagnetic layer 7 is formed on the ferromagnetic layer 6. The magnetic detection element shown in FIG. 27 is called an exchange bias method.
[0008]
As shown in FIG. 27, the distance between the ferromagnetic layer 6 and the second antiferromagnetic layer 7 is regulated as a track width Tw.
[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 antiferromagnetic layer 7 and the ferromagnetic layer 6. It is directed in the direction opposite to the X direction in the figure by exchange coupling due to RKKY interaction with the magnetic layer 6.
[0011]
The magnetization of both side regions 4a, 4a of the free magnetic layer 4 is strongly magnetized and pinned, while the magnetization of the central region 4b in the track width Tw region can be reversed with respect to an external magnetic field. .
[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 side regions 4a other than the track width Tw region. If there is a defect in exchange coupling (coupling), the magnetization of the free magnetic layer 4 at that part is not fixed properly, and the free magnetic layer 4 has sensitivity to an external magnetic field, and noise or the like is generated in a reproduction output, and the reproduction characteristic is reduced. Caused the deterioration. Such a coupling defect is likely to occur due to a variation in the thickness of the non-magnetic intermediate layer 5 or generation of a pinhole.
[0014]
Next, as shown in FIG. 27, simply changing the magnetization of the both side regions 4a of the free magnetic layer 4 into a single magnetic domain by the exchange coupling with the ferromagnetic layer 6 by the RKKY interaction causes a certain external factor (for example, fixed magnetism). The static magnetic field from the layer 2) may cause fluctuations in the magnetization of the both side regions 4a. If the magnetization of the both side regions 4a fluctuates due to some external factor, it propagates and tilts in the direction even to the magnetization of the central region 4b of the free magnetic layer 4, so that sufficient linearity cannot be maintained. It was feared that the properties would be adversely affected.
[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 multilayer film 10 of the magnetic sensing element shown in FIG. 1 has a first antiferromagnetic layer 12 laminated on a substrate 11, and further includes a first fixed magnetic layer 13a, a nonmagnetic intermediate layer 13b, and a second fixed magnetic layer 13c. The synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 13, non-magnetic material layer 14, free magnetic layer 15, non-magnetic intermediate layer 16, ferromagnetic layer 17, and second antiferromagnetic layer 18 are formed as thin films by sputtering or vapor deposition. It is formed by a process.
[0039]
The first antiferromagnetic layer 12 and the second antiferromagnetic layer 18 are made of a PtMn alloy or X—Mn (where X is one of Pd, Ir, Rh, Ru, Ru, Os, Ni, and Fe). Or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr). Of any one or more of the above).
[0040]
These alloys are used as the first antiferromagnetic layer 12 and the second antiferromagnetic layer 18 and are heat-treated to generate a large exchange coupling magnetic field. Two antiferromagnetic layers 18 can be obtained. In particular, a PtMn alloy has an exchange coupling magnetic field of at least 48 kA / m, for example, more than 64 kA / m, between the ferromagnetic layer and the ferromagnetic layer. The first antiferromagnetic layer 12 and the second antiferromagnetic layer 18 can be obtained.
[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 antiferromagnetic layer 12 is 80 to 300 °, for example, 200 °. In the magnetic sensing element of the present embodiment, the first antiferromagnetic layer 12 and the second antiferromagnetic layer 18 can be formed using the same composition of antiferromagnetic materials.
[0043]
Here, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X-Mn for forming the first antiferromagnetic layer 12 and the second antiferromagnetic layer 18, Pt or X is 37 to 63 at%. Is preferably within the range. In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. Furthermore, 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.
[0044]
The first fixed magnetic layer 13a and the second fixed magnetic layer 13c are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like. It is preferably formed of an alloy or Co. Preferably, the first pinned magnetic layer 13a and the second pinned magnetic layer 13c are formed of the same material.
[0045]
The nonmagnetic intermediate layers 13b and 16 are formed of a nonmagnetic material, and are formed of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu or an alloy of two or more of these. In particular, it is preferably formed of Ru.
[0046]
In this embodiment, the fixed magnetic layer 13 has a laminated ferrimagnetic structure, but may have a single-layer structure or a multilayer structure of a magnetic material. Further, a diffusion preventing layer made of Co or the like may be formed between the second pinned magnetic layer 13c and the nonmagnetic material layer 14. This diffusion preventing layer prevents mutual diffusion between the second pinned magnetic layer 13c and the nonmagnetic material layer 14.
[0047]
In this embodiment, the magnetization of the first fixed magnetic layer 13a is fixed in the illustrated Y direction, and the magnetization of the second fixed magnetic layer 13c is fixed in the opposite direction to the illustrated Y direction.
[0048]
The non-magnetic material layer prevents magnetic coupling between the pinned magnetic layer 13 and the free magnetic layer 15, and is a layer through which a sense current mainly flows. It is preferably formed of a material. In particular, it is preferably formed of Cu.
[0049]
The free magnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17 are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNi alloy, or the like. Further, the free magnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17 are preferably formed of the same material.
[0050]
In the present invention, as shown in FIG. 1, a ferromagnetic layer 17 and a second antiferromagnetic layer 18 are formed on the free magnetic layer 15 with a non-magnetic intermediate layer 16 interposed therebetween. A concave portion 31 is formed in a central portion of the antiferromagnetic layer 18 of FIG.
[0051]
As shown in FIG. 1, the track width Tw is defined by the interval between the ferromagnetic layers 17 in the track width direction (the X direction in the drawing). A detection element can be formed. In the present invention, the track width Tw is preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less.
[0052]
As shown in the direction of the arrow in FIG. 1, the magnetization of the ferromagnetic layer 17 is fixed in a direction opposite to the X direction in the drawing by an exchange anisotropic magnetic field with the second antiferromagnetic layer 18. On the other hand, the magnetization of the regions 15 a on both sides of the free magnetic layer 15 is in a direction antiparallel to the ferromagnetic layer 17 by exchange coupling with the ferromagnetic layer 17 via the nonmagnetic intermediate layer 16 due to RKKY interaction. That is, it is fixed in the X direction shown.
[0053]
When the magnetization of the both side regions 15a of the free magnetic layer 15 is fixed in the X direction in the drawing, the vertical bias magnetic field from the both side regions 15a is supplied to the central region (track width Tw region) 15b, and the track The magnetization of the central region 15b within the interval of the width Tw is aligned in the X direction in the figure, and the central region 15b is a region having a sensitivity in which the magnetization varies with an external magnetic field.
[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 multilayer film 10 composed of the first antiferromagnetic layer 12 to the second antiferromagnetic layer 18. 10a and 10a are formed as continuous surfaces. This continuous surface is formed as an inclined surface or a curved surface in which the width dimension in the track width direction (X direction in the drawing) gradually decreases from the bottom to the top.
[0055]
A hard bias layer 19 is formed between both sides of the multilayer film 10 in the track width direction and the substrate 11, and an electrode layer 20 is formed on the hard bias layer 19. The hard bias layer 19 is formed of, for example, a Co-Pt (cobalt-platinum) alloy or a Co-Cr-Pt (cobalt-chromium-platinum) alloy. The electrode layer 20 is formed of, for example, Au, W, Cr, Ta, or the like.
[0056]
The hard bias layer 19 is formed up to a position facing both sides of the free magnetic layer 15 in the track width direction. By providing the hard bias layers 19 on both sides of the free magnetic layer 15 in the track width direction as described above, the vertical bias magnetic field from the hard bias layers 19 can be supplied to the free magnetic layer 15.
[0057]
In the present invention, the width of the free magnetic layer 15 in the track width direction is formed to be longer than the track width Tw, and the non-magnetic intermediate layer 16 and the ferromagnetic intermediate layer 16 are formed on both side regions 15 a of the free magnetic layer 15. With the structure in which the layer 17 and the second antiferromagnetic layer 18 are stacked, the unidirectional anisotropic magnetic field can be increased, and the formation of the single domain in the both side regions 15a can be promoted. In order to obtain a more stable fixed state of the single magnetic domain structure, hard bias layers 19 are provided on both sides of the free magnetic layer 15 in the track width direction, and from the hard bias layer 19 to both side regions 15a of the free magnetic layer 15. By supplying a longitudinal bias magnetic field, it is possible to promote a single-domain structure in the both side regions 15a and to stably obtain a fixed state of magnetization.
[0058]
That is, in the present invention, the magnetization of the both side regions 15 a of the free magnetic layer 15 is appropriately adjusted by the synergistic effect of the exchange coupling with the ferromagnetic layer 17 due to the RKKY interaction and the longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 19. A single magnetic domain can be formed in the X direction shown in FIG. Therefore, even if there is a coupling defect (coupling defect) between the ferromagnetic layer 17 and the side regions 15a, the side regions 15a can be prevented from functioning as a sensitivity region, and only the central region 15b appropriately functions as a sensitivity region. In addition to this, it is possible to suppress fluctuations in magnetization due to external factors (for example, a static magnetic field from the fixed magnetic layer 13), and to manufacture a magnetic sensing element having excellent reproduction characteristics such as good linearity. It has become.
[0059]
Although the hard bias layer 19 is formed at the position shown in FIG. 1, in the embodiment shown in FIG. 1, the inner front end portion 19a of the hard bias layer 19 is formed to reach both end surfaces of the ferromagnetic layer 17, but for example, a dotted line As shown in the figure, the inner tip portion 19a may be formed so as to be in contact with both end surfaces of the free magnetic layer 15 and not to reach both end surfaces of the ferromagnetic layer 17. This makes it possible to apply a bias magnetic field only to the free magnetic layer 15 without disturbing the magnetization direction at the end of the ferromagnetic layer 17.
[0060]
Preferably, the residual magnetization Mr × film thickness t per unit area of the hard bias layer 19 is at least five times the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 15 (saturated magnetization Ms × film thickness t). Thereby, a vertical bias magnetic field can be effectively supplied from the hard bias layer 19 to the free magnetic layer 15.
[0061]
In this embodiment, a bias underlayer as an alignment film made of Cr or the like may be formed below the hard bias layer 19.
[0062]
Next, in the embodiment shown in FIG. 1, the nonmagnetic intermediate layer 16 is exposed between the ferromagnetic layers 17. As a result, the following effects can be expected.
[0063]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the non-magnetic intermediate layer 16 functions as a protective layer for the free magnetic layer 15 within the area of the track width Tw. In addition, by forming the non-magnetic intermediate layer 16 using a conductive material, it becomes possible to function as a backed layer having a spin filter effect.
[0064]
Since the nonmagnetic intermediate layer 15 functions as a backed layer, the mean free path of + spin (upward spin) electrons contributing to the magnetoresistance effect is extended, and a so-called spin filter effect is provided. In the magnetic sensing element, a large rate of change in resistance can be obtained, and a thin-film magnetic head capable of coping with high recording density can be manufactured.
[0065]
In this embodiment, the upper surface 16b of the nonmagnetic intermediate layer 16 exposed between the ferromagnetic layers 17 is formed lower than the upper surface 16a of the nonmagnetic intermediate layer 16 formed below the ferromagnetic layer 17. That is, a slight step is formed between the upper surface 16a and the upper surface 16b.
[0066]
This is due to a manufacturing method to be described later. In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the concave portion 31 is formed by shaving the portion by ion milling or the like. Since the portion of the intermediate layer 16 is also shaved, the above-described steps are created. Note that the track width Tw can be reliably defined by the step.
[0067]
Further, in the embodiment of the present invention, even if the first antiferromagnetic layer 12 and the second antiferromagnetic layer 18 are formed using the same composition of antiferromagnetic material, The exchange anisotropic magnetic field of the second antiferromagnetic layer 18 can be directed in the illustrated X direction while the direction of the exchange anisotropic magnetic field is directed in the illustrated Y direction. That is, in the present embodiment, the magnetization direction of free magnetic layer 15 can be fixed in a direction orthogonal to the magnetization direction of fixed magnetic layer 13.
[0068]
Further, in the present invention, the first antiferromagnetic layer 12 is directly laminated on the substrate 11, but the first antiferromagnetic layer 12 is formed on the substrate 11 via an alumina layer and an underlayer made of Ta or the like. They may be stacked.
[0069]
As shown in FIG. 1, the inner end face 22 of the ferromagnetic layer 17 and the second antiferromagnetic layer 18 in the track width direction (X direction in the drawing) is a vertical face, but the inner end face 22 has two points. As shown by a chain line, the space may be formed as an inclined surface or a curved surface in which the interval gradually increases from below to above. Such a difference in shape results from a difference in a manufacturing method described later.
[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 side regions 15a of the free magnetic layer 15 is not less than 0.1 μm and not more than 0.3 μm. Preferably, there is.
[0071]
This promotes the formation of a single magnetic domain in the both side regions 15a to appropriately fix magnetization, and allows the central region 15b to function as an appropriate sensitivity region.
[0072]
In the present invention, the ferrimagnetic state is such that the magnetization directions of the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15 adjacent to each other via the nonmagnetic intermediate layer 16 are antiparallel.
[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 ferromagnetic layer 17 be slightly different. It is. For example, when the free magnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17 are formed of the same material, the thicknesses of the free magnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17 are made slightly different.
[0074]
In order to appropriately maintain the antiparallel magnetization state, the material of the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15 is improved to exchange the RKKY interaction between the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15. There is a need to increase the coupling magnetic field.
[0075]
A NiFe alloy is often used as a magnetic material for forming the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15. The NiFe alloy has been conventionally used for the free magnetic layer 15 and the like because of its excellent soft magnetic properties. However, when the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15 are formed to have a laminated ferrimagnetic structure using a NiFe alloy, these layers may be used. Is not so strong.
[0076]
Therefore, in the present invention, the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15 are improved in material and the anti-parallel coupling force between the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15 is strengthened. At least one layer, preferably both layers, of the free magnetic layer 15 is made of a CoFeNi alloy. By containing Co, the above antiparallel coupling force can be strengthened.
[0077]
When the CoFeNi alloy is used for the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the so-called spin-flop magnetic field (Hsf) can be sufficiently increased as compared with the case where the NiFe alloy is used. Specifically, when a CoFeNi alloy having a composition ratio of Co of 87 at%, a composition ratio of Fe of 11 at%, and a composition ratio of Ni of 2 at% is used, the spin-flop magnetic field (Hsf) is about 293. (KA / m). On the other hand, the spin-flop magnetic field of a NiFe alloy having an Fe composition ratio of 20 atomic% was about 59 (kA / m).
[0078]
When a CoFeNi alloy is used for at least one of the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15, and preferably for both of the layers, the spin flop magnetic field of the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15 can be effectively reduced. Can be improved. As a result, the magnetizations at both ends of the free magnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17 can be appropriately pinned in an antiparallel state, and the occurrence of side reading can be suppressed.
[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 intermediate layer 16. -6 ~ 6 × 10 -6 It is known that the degree shifts to the positive side.
[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 magnetic layer 15 with respect to an external magnetic field can be improved.
[0081]
In the present invention, when the non-magnetic material layer 14 / free magnetic layer 15 / non-magnetic intermediate layer 16 / ferromagnetic layer 17 is formed, the Fe composition ratio of the CoFeNi is 9 atomic% or more and 17 atomic% or less. Preferably, the composition ratio of Ni is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less, and the remaining composition ratio is Co. If the composition ratio of Fe exceeds 17 atomic%, the magnetostriction becomes -3 × 10 -6 It is not preferable because it becomes more negative than that and deteriorates the soft magnetic characteristics.
[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 intermediate layer 21 made of a CoFe alloy or Co is formed between the free magnetic layer 15 and the non-magnetic material layer 14, specifically, for example, the non-magnetic material layer 14 / When the intermediate layer (CoFe alloy) 21 / free magnetic layer 15 / nonmagnetic intermediate layer 16 / ferromagnetic layer 17 is formed, the Fe composition ratio of the CoFeNi is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, Preferably, the composition ratio of Ni is not less than 5 atomic% and not more than 15 atomic%, and the remaining composition ratio is Co. If the composition ratio of Fe is larger than 15 atomic%, the magnetostriction becomes -3 × 10 -6 It is not preferable because it becomes more negative than that and deteriorates the soft magnetic characteristics.
[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 intermediate layer 21 made of CoFe or Co has minus magnetostriction, the intermediate layer 21 has a thickness smaller than that of a film configuration in which the intermediate layer 21 is not interposed between the first free magnetic layer 15 and the nonmagnetic material layer 14. Thus, the Fe composition of the CoFeNi alloy is slightly reduced, and the Ni composition is slightly increased.
[0092]
Further, as in the above-described film configuration, the intermediate layer 21 made of a CoFe alloy or Co is interposed between the nonmagnetic material layer 14 and the free magnetic layer 15 so that the metal between the free magnetic layer 15 and the nonmagnetic material layer 14 can be formed. This is preferable because diffusion of elements can be more effectively prevented.
[0093]
The composition ranges of the free magnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17 described above can be similarly used in the magnetic sensing elements shown in FIGS.
[0094]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, a steady current is applied from the electrode layers 20, 20 to the free magnetic layer 15, the non-magnetic material layer 14, and the fixed magnetic layer 13, and leakage from the magnetic recording medium running in the Z direction shown in the drawing. When a magnetic field is applied in the illustrated Y direction, the magnetization direction of the free magnetic layer 15 changes from the illustrated X direction toward the illustrated Y direction. The electric resistance changes due to the relationship between the change in the magnetization direction in the free magnetic layer 15 and the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 13c, and the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is detected by the voltage change based on the change in the resistance. Is done.
[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 electrode layer 20. In the embodiment shown in FIG. 1, the electrode layer 20 is formed on the hard bias layer 19, and the inner front end portion 20 a of the electrode layer 20 is formed in contact with both side end surfaces 10 a of the multilayer film 10. 3, the inner tip 20 a of the electrode layer 20 extends from above the hard bias layer 19 to the second antiferromagnetic layer 18. The ferromagnetic layer 17 is formed so as to extend beyond the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer 16 and between the ferromagnetic layers 17. In the embodiment shown in FIG. 3, the track width Tw is regulated by the interval between the electrode layers 20.
[0097]
When the electrode layer 20 is formed so as to overlap on the nonmagnetic intermediate layer 16 appearing between the ferromagnetic layers 17, the sense current from the electrode layer 20 is diverted to the hard bias layer 19 and the like. The amount of the sense current is reduced, and the sense current easily flows between the inner end portions 20a of the electrode layer 20, which is the shortest as a current path, and the sense current is concentrated in the central region 15b of the free magnetic layer 15 which functions substantially as a sensitivity region. And the reproduction output can be improved.
[0098]
In addition, as shown by a dotted line in FIG. 3, the inner tip portion 20 a of the electrode layer 20 may be formed to extend to the upper surface of the second antiferromagnetic layer 18.
[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 ferromagnetic layer 17 has a predetermined interval (track width Tw) in the track width direction, but a part of the ferromagnetic layer 17 is left on the track width Tw region. It has become.
[0102]
In the track width Tw region, a non-magnetic intermediate layer 16 and a ferromagnetic layer 17 are stacked on the free magnetic layer 15 to form a laminated ferrimagnetic structure. Is provided, the free magnetic layer 15 (central region 15b) and the ferromagnetic layer 17 in the track width Tw region can be inverted with respect to an external magnetic field while maintaining antiparallel magnetization. .
[0103]
On the other hand, on both sides of the track width Tw, a non-magnetic intermediate layer 16, a ferromagnetic layer 17, and a second antiferromagnetic layer 18 are laminated on both side regions 15a of the free magnetic layer 15, and the ferromagnetic layer 17 is fixed in magnetization by an exchange coupling magnetic field with the second antiferromagnetic layer 18, and the magnetization of both side regions 15 a of the free magnetic layer 15 is hardened together with exchange coupling with the ferromagnetic layer 17 by RKKY interaction. The pin is appropriately pinned by the longitudinal bias magnetic field from the bias layer 19.
[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 side regions 15a of the free magnetic layer 15 have coupling defects such as coupling defects. Thus, it is possible to provide a magnetic sensing element having sufficient linearity and excellent reproduction characteristics without fluctuation due to external factors.
[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 intermediate layer 16 is not exposed within the interval formed between the ferromagnetic layers 17 and the nonmagnetic intermediate layer 16 is It is formed only under the ferromagnetic layer 17. The upper surface of the central region 15b of the free magnetic layer 15 is exposed from between the ferromagnetic layers 17.
[0107]
Even in such a form, both side regions 15 a of the free magnetic layer 15 are exchanged by the RKKY interaction acting between the free magnetic layer 17 and the longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 19. The magnetization is properly fixed. Then, the magnetization of the central region 15b of the free magnetic layer 15 is aligned in the X direction in the figure by the longitudinal bias magnetic field from the both side regions 15a, and this portion can be changed with respect to the external magnetic field.
[0108]
The difference between the layers exposed in the space between the ferromagnetic layers 17 as shown in FIG. 1, FIG. 4, and FIG. 5 is that when the space is cut down as described in the manufacturing method described later. This is due to the difference in how to control which layer is cut and finished.
[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 intermediate layer 16 formed on the free magnetic layer 15 is flattened from the space between the ferromagnetic layers 17 to below the ferromagnetic layer 17. That is, the inner end faces of the pair of ferromagnetic layers 17 and the second antiferromagnetic layer 18 formed thereon are formed with inclined surfaces or curved surfaces whose intervals gradually increase from below to above. It is formed.
[0111]
6, the upper surface of the non-magnetic intermediate layer 16 can be appropriately formed as a flattened surface, so that the thickness of the non-magnetic intermediate layer 16, which also functions as a backed layer, can be defined with high accuracy, and is largely stable. The resistance change rate can be increased and stabilized by the spin filter effect described above.
[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 magnetic layer 15 are formed by a synergistic effect of exchange coupling due to RKKY interaction acting with the ferromagnetic layer 17 and a longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 19. The magnetization is appropriately fixed in the X direction in the drawing, and the side end faces 15a have no sensitivity or good linearity can be maintained due to external factors. it can.
[0114]
In the central region 15b of the free magnetic layer 15, the magnetization is aligned in the X direction in the figure by the longitudinal bias magnetic field from the both side end surfaces 15a. It is possible to manufacture a magnetic sensing element.
[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 multilayer film 51 composed of the layers from the first antiferromagnetic layer 12 to the nonmagnetic intermediate layer 16. . A bias underlayer 41 made of Cr or the like is formed between both end surfaces of the multilayer film 51 and the hard bias layer 19, but the bias underlayer 41 may not be provided.
[0117]
As shown in FIG. 7, an isolation layer 45 made of Ta or the like is formed on the hard bias layer 19. The separation layer 45 serves as a protective layer for preventing the hard bias layer 19 from being oxidized or the like, and for blocking a magnetic effect between the ferromagnetic layer 40 and the hard bias layer 19 described later. Note that the separation layer 45 may not be formed.
[0118]
In the embodiment shown in FIG. 7, the upper surface of the separation layer 45 and the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer 16 are formed as substantially flat surfaces, but need not be flat surfaces, and are formed on both sides of the multilayer film 51. The upper surface of the hard bias layer 19 may be formed so as to be higher than the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer 16.
[0119]
However, the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer 16 and the upper surface of the separation layer 45, or when the separation layer 45 is not formed, the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer 16 and the upper surface of the hard bias layer 19 are planarized. This is preferable because the ferromagnetic layer 40 formed thereon can be formed on the flattened surface, and the ferromagnetic layer 40 can be appropriately made into a single magnetic domain.
[0120]
As shown in FIG. 7, a ferromagnetic layer 40 is formed on the non-magnetic intermediate layer 16 at a predetermined interval (= track width Tw) in the track width direction. It is formed over the separation layer 45 formed on the layer 19.
[0121]
Further, a second antiferromagnetic layer 41 is formed on the ferromagnetic layer 40, and an electrode layer 43 is formed on the second antiferromagnetic layer 41 via an intermediate layer 42 made of Ta or the like. Is formed. On the electrode layer 43, a protective layer 44 made of Ta or the like is formed.
[0122]
In the embodiment shown in FIG. 7, unlike the embodiment shown in FIG. 1, the ferromagnetic layer 40 is formed to extend over the hard bias layer 19. That is, in the embodiment shown in FIG. 7, the width of the ferromagnetic layer 40 in the track width direction (X direction in the drawing) can be formed longer than that in FIG.
[0123]
Therefore, the ferromagnetic layer 40 can be appropriately fixed in the track width direction, and a stable bias magnetic field is supplied to the free magnetic layer 15 by the backup magnetic field of the ferromagnetic layer 40 formed on the hard bias layer 19. It has become possible.
[0124]
Further, in the embodiment shown in FIG. 7, the electrode layer 43 is formed so as to overlap the second antiferromagnetic layer 41, and the inner tip 43a of the electrode layer 43 is formed at a position close to the track width Tw. Is done.
[0125]
Therefore, the sense current flowing from the inner front end portion 43a of the electrode layer 43 into the multilayer film 51 mainly flows in the track width Tw region of the multilayer film 51, and hardly flows to both side regions of the track width Tw. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 7, a large sense current can be supplied into the track width Tw region (central region 15b) of the free magnetic layer 15, and the reproduction output can be increased.
[0126]
In the embodiment shown in FIG. 7, the ferromagnetic layer 40, the second antiferromagnetic layer 41, the intermediate layer 42, the electrode layer 43, and the protective layer 44 are formed on the nonmagnetic intermediate layer 16 at predetermined intervals. Is formed as an inclined surface or a curved surface whose width dimension gradually increases in the track width direction as the distance increases from below to above (Z direction in the drawing).
[0127]
Also in the embodiment shown in FIG. 7, both end faces 15 a of the free magnetic layer 15 are formed by a synergistic effect of exchange coupling by RKKY interaction acting with the ferromagnetic layer 40 and a longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 19. The magnetization is appropriately fixed in the X direction in the drawing, and the side end faces 15a have no sensitivity or good linearity can be maintained due to external factors. it can.
[0128]
The magnetization is aligned in the X direction in the track width Tw region (central region 15b) of the free magnetic layer 15 by the longitudinal bias magnetic field from the both side end surfaces 15a. In this portion, the magnetization fluctuates appropriately with respect to the external magnetic field. Thus, it is possible to manufacture a magnetic sensing element having excellent track narrowing.
[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 inner tip 43a of the electrode layer 43 extends over the non-magnetic intermediate layer 16 within the space provided in the ferromagnetic layer 40 and the second antiferromagnetic layer 41. The track width Tw is regulated by an interval in the track width direction (X direction in the drawing) of the inner front end portion 43a of the electrode layer 43.
[0131]
When the electrode layer 43 is formed so as to overlap on the nonmagnetic intermediate layer 16 appearing between the ferromagnetic layers 40 in this manner, the sense current from the inner front end 43a of the electrode layer 43 has a low resistance. A short sense current flows through the nonmagnetic intermediate layer 16 to the free magnetic layer 16 in the track width Tw region (central region 15b), and a large sense current can be intensively flown into the central region 15b of the free magnetic layer 15. As a result, the reproduction output can be improved.
[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 antiferromagnetic layer 12 is stacked on the substrate 11. Further, a synthetic ferri-pinned fixed magnetic layer 13 composed of a first fixed magnetic layer 13a, a non-magnetic intermediate layer 13b, and a second fixed magnetic layer 13c is laminated, and a non-magnetic material layer 14 is formed on the fixed magnetic layer 13; The free magnetic layer 15 and the nonmagnetic intermediate layer 16 are continuously formed in the same vacuum film forming apparatus by a thin film forming process such as a sputtering method or a vapor deposition method.
[0133]
The first antiferromagnetic layer 12 is made of a PtMn alloy or X-Mn (where X is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe). Alloy or Pt-Mn-X '(where X' is any one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr) ) Alloy.
[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 antiferromagnetic layer 12 preferably has a thickness of 80 to 300 °.
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 antiferromagnetic layer 12 and the first fixed layer are fixed. By generating an exchange coupling magnetic field with the magnetic layer 13a, the magnetization of the first fixed magnetic layer 13a is fixed in the Y direction in the figure. The magnetization of the second pinned magnetic layer 13c is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure by exchange coupling due to RKKY interaction that acts between the second fixed magnetic layer 13c and the first fixed magnetic layer 13a. For example, the first heat treatment temperature is 290 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 800 (kA / m).
[0136]
Note that the first heat treatment temperature is preferably equal to or lower than the blocking temperature of the first antiferromagnetic layer 12. Specifically, the temperature is preferably in the range of 270 ° C to 310 ° C. The magnitude of the magnetic field is preferably about 400 (kA / m) = 5 kOe or more.
[0137]
In FIG. 9, up to the non-magnetic intermediate layer 16 is laminated, but the above-described heat treatment may be performed, for example, with the ferromagnetic layer 17 partially laminated on the non-magnetic intermediate layer 16.
[0138]
By laminating the non-magnetic intermediate layer 16 or the ferromagnetic layer 17 as described above, the free magnetic layer 15 is not exposed at the end of the lamination, so that the laminated body is exposed to the atmosphere. However, the oxidation of the free magnetic layer 15 can be suppressed. In particular, the nonmagnetic intermediate layer 16 made of Ru or the like hardly oxidizes even when exposed to the air, and in a subsequent step, the ferromagnetic layer 17 and the second antiferromagnetic layer 17 are formed on the nonmagnetic intermediate layer 16. Even at the stage of laminating the layers 18, an exchange coupling magnetic field due to the RKKY interaction can be generated between the free magnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17 without cleaning the surface of the nonmagnetic intermediate layer 16. . However, the surface of the nonmagnetic intermediate layer 16 may be cleaned.
[0139]
On the other hand, when a part of the ferromagnetic layer 17 is stacked, after the above heat treatment is completed, the surface of the ferromagnetic layer 17 is once cleaned, and the remaining ferromagnetic layer 17 It is necessary to form the magnetic layer 18 continuously.
[0140]
Alternatively, the layers from the first antiferromagnetic layer 12 to the second antiferromagnetic layer 18 may be stacked at the film formation stage in FIG. In such a case, after performing the first heat treatment, a second magnetic field heat treatment is performed so that the magnetization directions of the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15 are orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 13.
[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 antiferromagnetic layer 12 and the first pinned magnetic layer 13a becomes stronger than that of the second antiferromagnetic layer 18. The composition ratio of the antiferromagnetic layer must be adjusted so as to be larger than the exchange coupling magnetic field with the magnetic layer 17. The exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer 12 and the first pinned magnetic layer 13a is larger than the exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17. In this case, it is preferable that the first heat treatment temperature is set to 220 ° C. or higher and 245 ° C. or lower.
[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 antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17 during the first heat treatment step, and the first heat treatment step At this time, the exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer 12 and the first pinned magnetic layer 13a is made smaller. In the present invention, it is preferable that the second heat treatment temperature is set at 250 ° C. or higher and 270 ° C. or lower.
[0144]
Next, the step shown in FIG. 10 is performed. In the step shown in FIG. 10, a ferromagnetic layer 17 and a second antiferromagnetic layer 18 are successively formed on the nonmagnetic intermediate layer 16 by sputtering or vapor deposition. The ferromagnetic layer 17 may be made of the same material as the free magnetic layer 15 or may be made of a different material. However, it is necessary to make the magnetic moment per unit area (saturation magnetization Ms / film thickness t) between the ferromagnetic layer 17 and the free magnetic layer 15 different. For the ferromagnetic layer 17, a magnetic material such as a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, or Co can be selected.
[0145]
Further, the second antiferromagnetic layer 18 may be made of the same material as the first antiferromagnetic layer 12, or may be made of a different material. The second antiferromagnetic layer 18 is made of a PtMn alloy or X-Mn (where X is one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe). Alloy) or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is any one of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr or 2) Alloys).
[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 antiferromagnetic layer 12 and the heat treatment temperature is set to Lower than the temperature. Thereby, the exchange anisotropic magnetic field of the second antiferromagnetic layer 18 can be directed in the track width direction while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is directed in the height direction. it can. The second heat treatment temperature is, for example, 290 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 24 (kA / m). Note that the heat treatment temperature in the second heat treatment step is equal to or lower than the blocking temperature of the first antiferromagnetic layer 12 and equal to or lower than the first heat treatment temperature. Specifically, the heat treatment temperature is preferably in the range of 245C to 290C.
[0147]
The magnitude of the magnetic field is preferably in a range smaller than the exchange coupling magnetic field generated between the first antiferromagnetic layer 12 and the fixed magnetic layer 13. Specifically, the magnitude of the magnetic field is preferably in the range of about 4 (kA / m) = 50 Oe to about 80 (kA / m) = 1 kOe.
[0148]
By this second heat treatment step, an exchange coupling magnetic field is generated between the second antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17. Thereby, the ferromagnetic layer 17 is magnetized, for example, in a direction opposite to the X direction shown. On the other hand, the free magnetic layer 15 is magnetized in the illustrated X direction by exchange coupling due to RKKY interaction generated between the free magnetic layer 15 and the ferromagnetic layer 17. That is, the magnetization of the free magnetic layer 15 and the magnetization of the ferromagnetic layer 17 are antiparallel to each other.
[0149]
Thereafter, as shown in FIG. 10, a resist layer 30 is formed on the second antiferromagnetic layer 18. Then, a groove 30a is formed in the resist layer 30 by exposure and development, and the second antiferromagnetic layer 18 is exposed from the groove 30a. The width of the groove 30a in the track width direction (X direction in the drawing) is substantially regulated as the track width Tw.
[0150]
A portion of the second antiferromagnetic layer 18 that is not masked by the resist layer 30 is subjected to ion milling or reactive ion etching (RIE) in a direction perpendicular to the surface 11a of the substrate 11, that is, in a track width direction (X direction in the drawing). The concave portion 31 is formed by cutting in the vertical direction with respect to.
[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 antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17 exposed from the inside of the groove 30a are all removed, a magnetic sensing element having a form as shown in FIG. 1 can be obtained. However, at this time, the surface of the nonmagnetic intermediate layer 16 exposed due to the removal of the second antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17 is also slightly shaved.
[0152]
On the other hand, when the entire second antiferromagnetic layer 18 exposed from the groove 30a is shaved and the next exposed ferromagnetic layer 17 is shaved halfway, a magnetic sensing element having a form as shown in FIG. 4 is obtained. Can be.
[0153]
When the second antiferromagnetic layer 18, the ferromagnetic layer 17, and the nonmagnetic intermediate layer 16 exposed from the groove 30a are shaved and the surface of the free magnetic layer 15 is exposed from the inside of the recess 31, FIG. It is possible to obtain a magnetic detection element having such a configuration.
[0154]
In addition, as shown by the dotted line in FIG. 10, when there is a droop on the inner end face 30d of the resist layer 30, its shape is transferred and the second antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17 are cut. Therefore, the inner end faces 22 of the second antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17 in the recess 31a are formed as inclined or curved surfaces as shown in FIG. Then, the resist layer 30 shown in FIG. 10 is removed.
[0155]
Next, in a step shown in FIG. 11, a resist layer 32 is formed in a concave portion 31 formed in the ferromagnetic layer 17 and the second antiferromagnetic layer 18, and the resist layer 32 is further formed in a track width direction ( Both end portions in the X direction (shown in the figure) are formed so as to extend onto the second antiferromagnetic layer 18.
[0156]
Then, the portion of the multilayer film 10 not covered with the resist layer 32 is removed by ion milling or reactive ion etching (RIE) (dotted line portion). Thus, the multilayer film 10 is left only under the resist layer 32.
[0157]
Further, both end surfaces 10a in the track width direction of the multilayer film 10 are formed as inclined surfaces or curved surfaces whose width dimension gradually decreases from the lower surface to the upper surface.
[0158]
Next, in the step shown in FIG. 12, a hard bias layer 19 and an electrode layer 20 are formed on the substrate 11 and between both end surfaces 10a of the multilayer film 10 by sputtering or vapor deposition. At this time, a bias material layer 19b and an electrode material layer 20b are also formed on the resist layer 32. Then, the resist layer 32 is removed.
[0159]
When the hard bias layer 19 is formed, the hard bias layer 19 is formed to a position facing the both sides of the free magnetic layer 15 in the track width direction (X direction in the drawing). As a result, the vertical bias magnetic field from the hard bias 19 can be appropriately supplied to the free magnetic layer 15, and the magnetization of the both side regions 15a of the free magnetic layer 15 can be appropriately fixed.
[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 layer 33 is formed on the non-magnetic intermediate layer 16 formed in the step of FIG. 9, and a strong resist is formed on the non-magnetic intermediate layer 16 which is not covered with the resist layer 33. The magnetic layer 17 and the second antiferromagnetic layer 18 are formed by continuous sputtering. Then, the resist layer 33 is removed, and the above-described second heat treatment step is performed. Subsequent manufacturing steps are the same as those in FIG. 11 and FIG.
[0162]
When the manufacturing method of FIG. 13 is used, the step of cutting the second antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17 as in the step of FIG. 10 is not required.
[0163]
In the process of FIG. 10, although control is performed to cut down to the second antiferromagnetic layer 18 and the ferromagnetic layer 17, actually, the nonmagnetic intermediate layer 16 formed thereunder is slightly cut off. If the process shown in FIG. 13 is used, the upper surface of the non-magnetic intermediate layer 16 can be left as a clean flattened surface because there is no grinding process.
[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 layer 34 for lift-off is formed in a recess formed between the ferromagnetic layers 17 of the multilayer film 10. First, the hard bias layer 19 is formed by sputtering between the substrate 11 and both end surfaces 10a of the multilayer film 10. At this time, the sputtering is performed with the sputtering angle substantially perpendicular to the surface of the substrate 11.
[0166]
Next, an electrode layer 20 is formed on the hard bias layer 19 by sputtering. At this time, sputtering is performed with the sputtering angle inclined with respect to the surface of the substrate 11 (the direction of arrow A shown in the figure). When the sputtering is performed in such an inclined manner, the electrode layer 20 is formed not only on the hard bias layer 19 but also on the second antiferromagnetic layer 18 and further on the lower surface of the resist layer 34. It is possible to form the electrode layer 20 which is also formed in the ferromagnetic layer 34a and overlaps the space between the ferromagnetic layers 18. It is also possible to control so that the electrode layer 20 extends to the upper surface of the ferromagnetic layer 18 as shown by a dotted line.
[0167]
In this step, the bias material layer 19b and the electrode material layer 20b are also formed on the resist layer 34.
[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 antiferromagnetic layer 12, the pinned magnetic layer 13, the nonmagnetic material layer 14, the free magnetic layer 15, and the nonmagnetic intermediate layer 16 are formed on the substrate 11 by continuous sputtering. This step is the same as in FIG. 9 already described. After the film formation, a heat treatment in a first magnetic field is performed to generate an exchange anisotropic magnetic field between the first antiferromagnetic layer 12 and the first pinned magnetic layer 13a. Is fixed, for example, in the illustrated Y direction. Then, the magnetization of the second fixed magnetic layer 13c is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure by exchange coupling due to the RKKY interaction acting between the first fixed magnetic layer 13a and the first fixed magnetic layer 13a.
[0170]
In the step shown in FIG. 16, a ferromagnetic layer 17 and a second antiferromagnetic layer 18 are formed on the nonmagnetic intermediate layer 16 by continuous sputtering. Then, a second magnetic field heat treatment is performed. In the second heat treatment in a magnetic field, as described above, the second applied magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 and the heat treatment temperature is set to the first antiferromagnetic layer. The temperature is set lower than the blocking temperature of the magnetic layer 12. Thereby, the exchange anisotropic magnetic field of the second antiferromagnetic layer 18 can be directed in the track width direction while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 12 is directed in the height direction. it can.
[0171]
After the first antiferromagnetic layer 12 to the second antiferromagnetic layer 18 are continuously formed on the substrate 11, a first magnetic field heat treatment and a second magnetic field heat treatment may be performed. Refer to the description of FIGS. 9 and 10 for how many layers are formed.
[0172]
Next, in a step shown in FIG. 17, a resist layer 35 is formed on the second antiferromagnetic layer 18. Then, the portion of the multilayer film 10 from the first antiferromagnetic layer 12 to the second antiferromagnetic layer 18 which is not covered with the resist layer 35 is removed (dotted line portion).
[0173]
Next, in the step shown in FIG. 18, a hard bias layer 19 is formed by sputtering between the substrate 11 and both end surfaces 10a of the multilayer film 10, and an electrode layer 20 is formed by sputtering on the hard bias layer 19. When the electrode layer 20 is formed, the sputtering angle is inclined obliquely with respect to the surface of the substrate 11 so that the inner front end of the electrode layer 20 is formed in the notch 35a formed on the lower surface of the resist layer 35. It doesn't matter. Then, the resist layer 35 is removed.
[0174]
Next, in a step of FIG. 19, a resist layer 36 is formed from the electrode layer 20 to the second antiferromagnetic layer 18, and a groove 36a is formed in the resist layer 36 by exposure and development. At this time, the surface of the second antiferromagnetic layer 18 is exposed in the groove 36a.
[0175]
Then, the second antiferromagnetic layer 18, the ferromagnetic layer 17, and in some cases, the nonmagnetic intermediate layer 16 exposed from the inside of the groove 36a are removed by ion milling, RIE, or the like (dotted line portion). Then, when the resist layer 36 is removed, the magnetic sensing element of the embodiment shown in FIG. 1, 4 or 5 is completed.
[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 antiferromagnetic layer 12, the fixed magnetic layer 13, the nonmagnetic material layer 14, the free magnetic layer 15, and the nonmagnetic intermediate layer are formed on the substrate 11. 16 is continuously formed, and a first heat treatment step is performed.
[0178]
Next, in a step shown in FIG. 20, a resist layer 46 for lift-off is formed on the non-magnetic intermediate layer 16. Then, both side portions of the multilayer film 51 from the first antiferromagnetic layer 12 to the non-magnetic intermediate layer 16 which are not covered with the resist layer 46 in the track width direction (X direction in the drawing) are removed by ion milling or the like. (Dotted line).
[0179]
After the above process, the width dimension in the track width direction of the upper surface of the multilayer film 51 left under the resist layer 46 is T2. This width dimension T2 is larger than the track width Tw.
[0180]
In the step shown in FIG. 20, by appropriately adjusting the width of the resist layer 46 formed on the multilayer film 51, the width T2 is made larger than the track width Tw.
[0181]
Next, in a step shown in FIG. 21, a bias underlayer 41 formed of Cr or the like is formed from the substrate 11 exposed on both sides of the multilayer film 51 in the track width direction (X direction in the drawing) to both end surfaces of the multilayer film by sputtering. After the film formation, the hard bias layer 19 is formed on the bias underlayer 41 by sputtering. Further, a separation layer 45 of Ta or the like is formed on the hard bias layer 19 by sputtering.
[0182]
Here, it should be noted that the sputtering angle and the like are appropriately adjusted so that the bias underlayer 41, the hard bias layer 19, or the separation layer 45 does not extend into the notch 46a formed on the lower surface of the resist layer 46. It is to control.
[0183]
The nonmagnetic intermediate layer 16 is exposed below the notch 46a of the resist layer 46. The non-magnetic intermediate layer 16 is an intermediate layer for appropriately generating a coupling magnetic field by an RKKY interaction between the ferromagnetic layer 40 and the free magnetic layer 15 formed thereon in the next step. Fluctuations in the thickness of the layer 16 and the like cause a reduction in the magnitude of the coupling magnetic field.
[0184]
Therefore, if the bias underlayer 41 and the like are formed to extend in the notch 46a of the resist layer 46, the coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the ferromagnetic layer 40 and the free magnetic layer 15 decreases. Is not preferred.
[0185]
In order to prevent the bias underlayer 41, the hard bias layer 19, and the separation layer 45 from extending into the cutout portion 46a of the resist layer 46, it is necessary to perform sputtering when forming the bias underlayer 41 and the like by sputtering. The angle may be set to a direction close to the direction perpendicular to the substrate 11 (the direction of the arrow) so that the sputtered particles do not enter the notch 46a.
[0186]
As shown in FIG. 21, a bias base material layer 41a, a bias material layer 19, and a separation material layer 45a also adhere to the upper surface of the resist layer 46.
[0187]
After the above-described sputtering process is completed, the resist layer 46 is removed.
In the step shown in FIG. 22, a resist layer 47 for lift-off is formed on the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer 16. The width dimension of the lower surface 47b of the resist layer 47 is T3, and the width dimension T3 is formed smaller than the width dimension T2 of the nonmagnetic intermediate layer 16 in the track width direction (X direction in the drawing). The width dimension T3 is substantially the same as the track width Tw.
[0188]
Next, the ferromagnetic layer 40 is formed by sputtering from the nonmagnetic intermediate layer 16 not covered with the resist layer 47 to the separation layer 45. At this time, the sputtering angle at the time of forming the ferromagnetic layer 40 is set on the substrate 11 so that the ferromagnetic layer 40 is appropriately extended and formed in the notch 47a formed below the resist layer 47. The sputtered particles are obliquely inclined from the vertical direction (in the direction of the arrow) to allow the sputtered particles to enter the cutouts 47a.
[0189]
As shown in FIG. 22, when the ferromagnetic layer 40 is formed also in the notch 47a, the interval between the ferromagnetic layers 40 is substantially the same as the width dimension T3 of the lower surface 47a of the resist layer 47. It will be. The interval between the ferromagnetic layers 40 is regulated as the track width Tw.
[0190]
After the ferromagnetic layer 40 is formed by sputtering, a second antiferromagnetic layer 41, an intermediate layer 42 formed of Ta or the like, an electrode layer 43, and a protective layer such as Ta are formed on the ferromagnetic layer 40. 44 is formed by sputtering.
[0191]
In the sputtering process shown in FIG. 22, the inner end surfaces of the layers from the ferromagnetic layer 40 to the protective layer 44 are formed as inclined surfaces or curved surfaces whose intervals gradually increase from below to above (in the Z direction in the figure). .
[0192]
As shown in FIG. 22, a ferromagnetic material layer 40a, an antiferromagnetic material layer 41a, an intermediate material layer 42a, an electrode material layer 43a, and a protective material layer 44a are also formed on the upper surface of the resist layer 47 during sputtering. You.
[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 layer 46 shown in FIG. 21 is removed.
[0196]
In the step shown in FIG. 23, first, a resist layer 48 for lift-off is formed on the nonmagnetic intermediate layer 16. The width dimension of the lower surface 48a of the resist layer 48 in the track width direction (X direction in the drawing) is T4, and the width dimension T4 is smaller than the width dimension T2 of the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer 16. The width T4 is substantially the same as the track width Tw.
[0197]
After the formation of the resist layer 48, the ferromagnetic layer 40, the second antiferromagnetic layer 41, and the intermediate layer 42 are formed on the nonmagnetic intermediate layer 16 not covered by the resist layer 48 and on the separation layer 45 by sputtering. Film.
[0198]
It should be noted here that the sputtering angle at the time of forming the ferromagnetic layer 40, the second antiferromagnetic layer 41, and the intermediate layer 42 is substantially perpendicular to the substrate 11 (Z direction in the drawing) (in the direction of the arrow). The length of the ferromagnetic layer 40, the second antiferromagnetic layer 41, and the intermediate layer 42 extending in the cutout portion 48a formed below the resist layer 48 is suppressed, and at least The purpose is to form a space A between the ferromagnetic layer 40 and the resist layer 48.
[0199]
That is, in this step, the ferromagnetic layer 40 is formed so as to extend from the nonmagnetic intermediate layer 16 to the separation layer 45 on the hard bias layer 19. The space between the ferromagnetic layers 40 is formed wider than the width dimension T4 so that a space A is formed between the layer 40 and the resist layer 48.
[0200]
In the step shown in FIG. 24, an electrode layer 43 is formed by sputtering on the intermediate layer 42 on the second antiferromagnetic layer 41. At this time, in the step shown in FIG. The electrode layer 43 is formed by sputtering by inclining the sputtering angle obliquely from the vertical direction with respect to the substrate 11 (in the direction of the arrow) so that the electrode layer 43 is also formed in the space A opened in FIG.
[0201]
As a result, the inner tip 43a of the electrode layer 43 overlaps the nonmagnetic material layer 16 exposed within the space between the ferromagnetic layers 40, and the space between the electrode layers 43 is the width dimension of the resist layer 48. It is almost the same as T4. The space between the electrode layers 43 is the track width Tw.
[0202]
Then, when the resist layer 48 shown in FIG. 24 is removed, the magnetic sensing element shown in FIG. 8 is completed.
[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 layer 46 shown in FIG. 21 is removed.
[0204]
In the step shown in FIG. 25, a resist layer 49 for lift-off is formed on the nonmagnetic material layer 16. As shown in FIG. 25, the width dimension of the lower surface 49a of the resist layer 49 in the track width direction (X direction in the drawing) is T5, and the width dimension T5 is the width dimension of the nonmagnetic material layer 16 in the track width direction. It is smaller than T2.
[0205]
Then, the ferromagnetic layer 40, the second antiferromagnetic layer 41, and the intermediate layer 42 are formed by sputtering from the nonmagnetic material layer 16 not covered with the resist layer 49 to the separation layer 45 on the hard bias layer 19. .
[0206]
At the time of this sputter deposition, the sputtering angle is set from the direction perpendicular to the substrate 11 so that the inner end face of the ferromagnetic layer 40 is formed to extend into the notch 49a formed below the resist layer 49. The ferromagnetic layer 40 is formed by sputtering obliquely (in the direction of the arrow). As a result, the interval between the ferromagnetic layers 40 becomes substantially the same as the width T5 of the resist layer 49.
[0207]
Then, the resist layer 49 to which the ferromagnetic material layer 40a, the antiferromagnetic material layer 41a, and the intermediate material layer 42a adhere on the upper surface is removed.
[0208]
Next, in a step shown in FIG. 26, a resist layer 50 for lift-off is formed on the nonmagnetic intermediate layer 16 exposed between the ferromagnetic layers 40. The width dimension of the lower surface 50a of the resist layer 50 in the track width direction (X direction in the drawing) is T6, and the width dimension T6 is between the width dimension T2 of the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer 16 and the ferromagnetic layer 40. The dimension is smaller than the width dimension T5. The width dimension T6 is substantially the same as the track width Tw.
[0209]
Then, an electrode layer 43 is formed on the intermediate layer 42 by sputtering. At this time, the electrode layer 43 enters into the notch 50a formed below the resist layer 50, and the inner front end 43a of the electrode layer 43 is exposed between the ferromagnetic layer 40 and the resist layer 50. The electrode layer 43 is formed by sputtering by inclining the sputtering angle obliquely from the direction perpendicular to the substrate 11 (in the direction of the arrow) so that the electrode layer 43 is formed to extend over the nonmagnetic intermediate layer 16.
[0210]
As a result, the inner tip 43a of the electrode layer 43 is formed to extend on the non-magnetic intermediate layer 16 exposed between the ferromagnetic layer 40 and the resist layer 50, and the track width Tw is set at the interval between the electrode layers 43. Is regulated.
[0211]
As shown in FIG. 26, after forming the protective layer 44 by sputtering on the electrode layer 43, the resist layer 50 on which the electrode material layer 43a and the protective material layer 44a are attached on the upper surface is removed. Thus, the magnetic sensing element shown in FIG. 8 is completed.
[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 ferromagnetic layers 17 can be easily regulated to a predetermined size, and the hard bias is applied to both sides of the multilayer film 10. The layer 19 can be formed, and it is possible to manufacture a magnetic sensing element having the free magnetic layer 15 whose magnetization state is stabilized as compared with the related art with good reproducibility.
[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)

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. 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. 前記所定の間隔の両側端面は、垂直面である請求項１または２に記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to claim 1, wherein both end surfaces at the predetermined interval are vertical surfaces. 前記所定の間隔の両側端面は、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請求項１または２に記載の磁気検出素子。3. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the both end surfaces at the predetermined interval are inclined surfaces or curved surfaces that gradually increase the interval as going upward from below. 前記非磁性中間層の上面は、前記強磁性層間の間隔内から、前記強磁性層下まで、平坦化面で形成される請求項４記載の磁気検出素子。5. The magnetic sensing element according to claim 4, wherein an upper surface of the nonmagnetic intermediate layer is formed as a flat surface from within a space between the ferromagnetic layers to below the ferromagnetic layer. 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 magnetic sensing element according to claim 1, wherein the electrode layer extends from above the bias layer to a distance between the ferromagnetic layers. 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請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the nonmagnetic intermediate layer is formed of one or more alloys of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, and Cu. 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請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
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. . 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請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。8. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co is formed between the free magnetic layer and the nonmagnetic material layer. 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請求項９記載の磁気検出素子。
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. 前記強磁性層及び前記フリー磁性層が前記ＣｏＦｅＮｉで形成される請求項８または１０に記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to claim 8, wherein the ferromagnetic layer and the free magnetic layer are formed of the CoFeNi.
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