JP4204267B2

JP4204267B2 - Magnetic sensing element and manufacturing method thereof

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Publication number: JP4204267B2
Application number: JP2002184055A
Authority: JP
Inventors: 直也長谷川; 英治梅津
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: JP2004031548A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に、ハードディスク装置や磁気センサなどに用いられる磁気検出素子に係り、特にエクスチェンジバイアス方式において、狭トラック化においても再生出力の向上を図るとともにサイドリーディングの発生等を抑制し再生特性の向上を図ることが可能な磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２１は、従来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。
【０００３】
符号１は第１反強磁性層１であり、前記第１反強磁性層１の上に固定磁性層２、非磁性材料層３及びフリー磁性層４、強磁性層６からなる多層膜５が形成されている。この従来例では前記フリー磁性層４のトラック幅方向における素子両側端部Ｃ上に前記強磁性層６が形成されている。
【０００４】
前記強磁性層６上には第２反強磁性層８及び電極層９が積層形成されている。図２１に示すように前記第２反強磁性層８のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法でトラック幅Ｔｗが規制される。
【０００５】
この従来例では、トラック幅方向における素子両側端部Ｃでは、フリー磁性層４上に強磁性層６が積層されているので、この２層を合わせた膜厚がｔＴとなり、素子中央部Ｄでは、前記フリー磁性層４のみの膜厚ｔＦとなっている。すなわち素子両側端部Ｃでの膜厚ｔＴが素子中央部Ｄの膜厚ｔＦよりも厚く形成されている。
【０００６】
そして前記素子両側端部Ｃでは、前記強磁性層６と前記第２反強磁性層８との間で生じる交換結合磁界によって前記強磁性層６が図示Ｘ方向に磁化固定されると、前記強磁性層６との間で交換相互作用が働いて前記フリー磁性層４の両側端部Ｃが図示Ｘ方向に磁化固定され、一方、前記素子中央部Ｄでのフリー磁性層４は、外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化される。
【０００７】
図２２は図２１とは別の磁気検出素子の構造を示す部分断面図である。図２２に示す磁気検出素子では、前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃ上に強磁性層６が設けられていない。図２２に示すように、前記フリー磁性層４の素子中央部Ｄでの膜厚ｔＦと素子両側端部Ｃでの膜厚ｔＴとは均一な膜厚で形成される。
【０００８】
図２２では、前記素子両側端部Ｃでのフリー磁性層４は前記第２反強磁性層８との間で生じる交換結合磁界によって図示Ｘ方向に磁化固定され、一方、前記素子中央部Ｄでのフリー磁性層４は、外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図２１及び図２２に示す従来例の磁気検出素子の構造では、今後の高記録密度化のための狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することができなかった。
【００１０】
まず図２１に示す磁気検出素子では、前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃ上に形成された強磁性層６の内側端面から、前記フリー磁性層４の素子中央部Ｄにかけて余分な静磁界Ｅ（矢印で示す）が発生し、これが前記フリー磁性層４の素子中央部Ｄの外部磁界に対する感度を低下させる要因となった。感度が低下するのは、余分な静磁界が前記素子中央部Ｄに流れ込むことで、特に素子中央部Ｄの前記素子両側端部Ｃとの境界付近で磁束密度が増大し、磁化が外部磁界に対し感度良く反転しにくくなる、いわゆる不感領域が形成されるためである。
【００１１】
このため前記トラック幅Ｔｗが狭くなると、前記フリー磁性層４の素子中央部Ｄで外部磁界に対し磁化が反転し難い不感領域の割合が大きくなるため、前記フリー磁性層４の感度が低下し、よって再生出力が低下するといった問題が発生した。
【００１２】
一方、図２２に示す磁気検出素子では、前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃ上に強磁性層６が形成されていないので、図２１で説明した余分な静磁界の流入は軽減されるが、前記フリー磁性層４の素子中央部Ｄには、第２反強磁性層８とフリー磁性層４の素子両側端部Ｃ間で発生する交換結合磁界に起因したフリー磁性層４内部で生じる交換相互作用によるバイアス磁界の他に、依然として前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃ内部で発生する静磁界が流入するため、前記フリー磁性層４の素子中央部Ｄでの磁束密度を効果的に小さくできず、特にトラック幅Ｔｗが狭くなると、前記フリー磁性層４の素子中央部Ｄにおける感度は低下しやすく、よって再生出力の低下が懸念された。
【００１３】
フリー磁性層４の素子中央部Ｄでの感度を上げる一つの方法としては、前記フリー磁性層４の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）を小さくすればよく、前記単位面積当たりの磁気モーメントを小さくするために、前記フリー磁性層４の膜厚を薄くすることが考えられる。しかし前記フリー磁性層４の膜厚を薄くすると、飽和磁化Ｍｓ×フリー磁性層の体積が減少するため、熱による前記フリー磁性層４内部での強磁性共鳴が問題となり、これがノイズを発生させる原因となり、いわゆる熱揺らぎの問題が深刻化する。また再生波形の安定性にも欠ける。
【００１４】
一方、フリー磁性層４の膜厚を厚くしていけば、上記した熱揺らぎに起因して発生するノイズ等の問題は緩和されるものの、前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃと第２反強磁性層８間で生じる交換結合磁界が小さくなるため、前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃの磁化が適切に図示Ｘ方向に固定されず、このため前記素子両側端部Ｃの磁化も外部磁界に対し反転しやすくなることによる、サイドリーディングの問題が発生する。
【００１５】
このように、図２１及び図２２に示す形状ではいずれも狭トラック化が進むにつれて、フリー磁性層４の素子中央部Ｄでの感度を向上させ再生出力の向上を図ることが困難となり、またフリー磁性層４の膜厚等によって熱揺らぎに起因したノイズの発生やサイドリーディングの発生など再生特性の劣化が懸念された。
【００１６】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、エクスチェンジバイアス方式において、狭トラック化においても再生出力の向上を図るとともにサイドリーディングの発生等を抑制し再生特性の向上を図ることが可能な磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明における磁気検出素子は、下から第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及び第１フリー磁性層の順に積層された多層膜を有し、
前記第１フリー磁性層の上側には素子中央部にトラック幅方向に所定の間隔を開けた第２反強磁性層が形成され、
前記間隔内には、さらに第２フリー磁性層が埋められ、この第１フリー磁性層と第２フリー磁性層とを有してフリー磁性層が構成され、トラック幅方向における素子中央部の前記フリー磁性層の膜厚が、トラック幅方向における素子両側端部の前記フリー磁性層の膜厚よりも厚く形成されており、
前記第２反強磁性層のトラック幅方向における内側端面は、下方から上方に向うにしたがって前記間隔が徐々に広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成されることを特徴とするものである。
【００１８】
上記したように本発明では、前記第２反強磁性層のトラック幅方向の素子中央部に形成された前記間隔内に、さらに第２フリー磁性層が埋められており、前記素子中央部の前記フリー磁性層の膜厚が、前記フリー磁性層の素子両側端部の膜厚よりも厚く形成されている点に特徴がある。
【００１９】
前記フリー磁性層の素子両側端部が前記フリー磁性層の素子中央部の膜厚よりも薄く形成されると、前記フリー磁性層の素子両側端部の内部で発生する静磁界そのものが減少するから、素子中央部への静磁界の影響は軽減される。しかも前記フリー磁性層の素子中央部では膜厚が厚くされたことによって前記静磁界の影響が前記素子中央部で拡散し、すなわち前記素子中央部での磁束密度はより効果的に小さくなるため、前記フリー磁性層の素子中央部での再生感度を向上させることができ、再生出力の向上を図ることができる。また素子中央部の膜厚が厚くされたことで、熱揺らぎの問題を適切に緩和でき従来に比べてノイズの発生を適切に抑制できる磁気検出素子を製造することができる。
【００２０】
また、前記フリー磁性層の素子両側端部では素子中央部よりも膜厚が薄いことから、前記素子両側端部と前記第２反強磁性層との間で交換結合磁界を所定の大きさで発生させ、前記フリー磁性層の素子両側端部の磁化を適切にトラック幅方向に固定でき、サイドリーディングの発生を抑制できる。
【００２１】
本発明では、[（前記フリー磁性層の素子両側端部での膜厚から前記フリー磁性層の素子中央部の膜厚を引いた値）／前記フリー磁性層の素子中央部の膜厚]×１００（％）は、−８０％以上で０％より小さいことが好ましい。後述する実験結果によれば、これにより図２１のようにフリー磁性層４の素子両側端部Ｃに強磁性層６が形成されることによって前記素子両側端部Ｃが盛り上がっている形状、および図２２のように前記強磁性層６が形成されていないが、フリー磁性層４がトラック幅方向に均一な膜厚で形成されている形状に比べて再生出力を効果的に向上させることができることがわかった。
【００２２】
また本発明では、前記フリー磁性層の素子両側端部での膜厚は１０Å以上で５０Å以下であることが好ましい。また本発明では、前記フリー磁性層の素子中央部での膜厚は３０Å以上で７０Å以下であることが好ましい。上記したようにフリー磁性層の素子中央部及び素子両側端部の膜厚を適切に調整することで、より効果的に再生感度に優れ、またサイドリーディングの発生等を抑制できる再生特性に優れた磁気検出素子を製造することが可能である。
【００２３】
また本発明では、前記間隔内に埋められて形成された第２フリー磁性層は、前記多層膜を構成する第１フリー磁性層とは別工程で形成されたものであることが好ましい。
【００２４】
また本発明では、前記フリー磁性層の素子両側端部と前記第２反強磁性層間にはトラック幅方向の素子中央部に所定の間隔を開けた第３反強磁性層が形成されており、第２反強磁性層と第３反強磁性層のトラック幅方向における内側端面は、下方から上方に向うにしたがって前記間隔が徐々に広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成されることが好ましい。
【００２５】
あるいは本発明では、少なくとも前記フリー磁性層の素子両側端部と前記第２反強磁性層間には強磁性層が設けられ、この強磁性層も合わせて前記フリー磁性層の素子両側端部を構成することが好ましい。
【００２６】
上記した２つの実施形態は、いずれもフリー磁性層の素子両側端部がエッチングなどで削られることがなく、前記素子両側端部と第２反強磁性層間で所定の大きさの交換結合磁界を生じさせ、サイドリーディングの発生をより適切に抑制できる磁気検出素子を製造することが可能である。
【００２８】
また本発明における磁気検出素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
（ａ）下から第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及び第１フリー磁性層の順に積層された多層膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１フリー磁性層の上側に素子中央部のトラック幅方向に所定の間隔を開けた第２反強磁性層を形成する工程と、
（ｄ）少なくとも前記間隔内から前記第２反強磁性層のトラック幅方向の内側端面上に第２フリー磁性層を延出形成した後、前記内側端面に延出形成された第２フリー層を削って、前記間隔内に前記第２フリー磁性層を残す工程。
【００２９】
上記した製造方法によれば、容易に且つ確実に前記第２反強磁性層の素子中央に所定の間隔を空けて形成された前記第２反強磁性層の前記間隔内に第２フリー磁性層を埋めることができ、トラック幅方向における素子中央部の前記フリー磁性層の膜厚を、トラック幅方向における素子両側端部の前記フリー磁性層の膜厚よりも厚く形成することが可能である。
【００３１】
またこのとき、前記（ｄ）工程で、前記間隔内に形成された前記第２フリー磁性層の膜厚を、前記第２反強磁性層の前記内側端面に延出形成された前記第２フリー磁性層の膜厚よりも厚く形成することが好ましい。
【００３２】
上記した（ｄ）工程によれば、フォトリソグラフィー技術を用いなくても、適切に前記間隔内にフリー磁性層を埋めることができ、容易に且つ精度良くトラック幅方向における素子中央部の前記フリー磁性層の膜厚を、トラック幅方向における素子両側端部の前記フリー磁性層の膜厚よりも厚く形成することが可能である。
【００３３】
また本発明では、前記（ａ）工程及び（ｂ）工程に代えて以下の工程を有することが好ましい。
（ｅ）下から第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、第１フリー磁性層、第３反強磁性層及び非磁性層の順に積層された多層膜を形成する工程と、
（ｆ）前記非磁性層を削った後、その上に第２反強磁性層を形成する工程と、
（ｇ）前記第２反強磁性層及び第３反強磁性層の素子中央部を膜厚方向に削って前記素子中央部に所定の間隔を開け、このとき前記間隔内から前記第１フリー磁性層の素子中央部を露出させる工程。
【００３４】
あるいは本発明では、前記（ａ）工程及び（ｂ）工程に代えて以下の工程を有することが好ましい。
（ｈ）下から第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及び第１フリー磁性層及び非磁性層の順に積層された多層膜を形成する工程と、
（ｆ）前記非磁性層を削った後、その上に前記第１フリー磁性層とともにフリー磁性層を構成する強磁性層、および第２反強磁性層を形成する工程と、
（ｊ）前記第２反強磁性層の素子中央部を膜厚方向に削って前記素子中央部に所定の間隔を開け、このとき前記間隔内から前記強磁性層の素子中央部を露出させる工程。
【００３５】
上記した（ｅ）工程ないし（ｇ）工程、あるいは（ｈ）工程ないし（ｊ）工程による磁気検出素子の製造方法を用いれば、前記素子両側端部上をエッチングなどで削ることがなく、よって前記素子両側端部に、前記エッチング等のダメージが残らない。従って前記第３反強磁性層の素子両側端部とフリー磁性層の素子両側端部間、あるいは強磁性層の素子両側端部と第２反強磁性層間で適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることができ、前記フリー磁性層の素子両側端部を適切にトラック幅方向に固定でき、サイドリーディングの発生を従来よりも抑制することが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００３６】
また前記（ｅ）工程あるいは（ｈ）工程での前記非磁性層を、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上で形成することが好ましい。このとき前記非磁性層を３Å以上で１０Å以下で形成することが好ましい。前記非磁性層は、その下の層を大気暴露による酸化から保護する酸化防止層としての役割を有しているが、前記非磁性層をＲｕなどで形成することで、前記非磁性層の膜厚を１０Å以下の薄い膜厚でも適切に酸化防止層として機能させることができ、また前記非磁性層の膜厚を１０Å以下の薄い膜厚で形成できることで、前記非磁性層をイオンミリングで除去する工程において、低エネルギーのイオンミリングを使用でき、前記非磁性層の下に形成された層に対する前記イオンミリングの影響を小さくすることが可能である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における第１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。図１に示される磁気検出素子は、記録媒体に記録された記録信号を再生するためのＭＲヘッドである。なおこのＭＲヘッド上に記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。記録媒体との対向面は、例えば磁気検出素子を構成する薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のフリー磁性層の外部磁界（記録信号磁界）が印加されていないときの磁化方向と平行な平面である。図１では、記録媒体との対向面はＸ−Ｚ平面に平行な平面である。
【００３８】
なお、磁気検出素子が浮上式の磁気ヘッドに用いられる場合、記録媒体との対向面とは、いわゆるＡＢＳ面のことである。
【００３９】
また磁気検出素子は、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。
【００４０】
なお、トラック幅方向とは、外部磁界によって磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、例えば、フリー磁性層の外部磁界が印加されていないときの磁化方向、すなわち図示Ｘ方向である。トラック幅方向のフリー磁性層の幅寸法が磁気検出素子のトラック幅Ｔｗを規定する。
【００４１】
なお、記録媒体は磁気検出素子の記録媒体との対向面に対向しており、図示Ｚ方向に移動する。この記録媒体からの洩れ磁界方向は図示Ｙ方向である。
【００４２】
図１に示す符号２０は基板であり、基板２０上にシードレイヤ２１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２７、第１フリー磁性層２８が形成され、この実施形態において前記シードレイヤ２１から第１フリー磁性層２８までの各層を多層膜３１と呼ぶ。
【００４３】
前記シードレイヤ２１は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒなどで形成される。シードレイヤ２１は、例えば（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2）_60at%Ｃｒ_40at%の膜厚６０Åで形成される。
【００４４】
前記第１反強磁性層２２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。
【００４５】
第１反強磁性層２２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反強磁性層２２及び固定磁性層２３の交換結合膜を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、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反強磁性層２２及び固定磁性層２３の交換結合膜を得ることができる。
【００４６】
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。第１反強磁性層２２の膜厚は、８０〜３００Åである。
【００４７】
図１に示す固定磁性層２３は人工フェリ構造である。前記固定磁性層２３は磁性層２４、２６とその間に介在する非磁性中間層２５の３層構造である。
【００４８】
前記磁性層２４、２６は、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料で形成される。磁性層２４と磁性層２６は、同一の材料で形成されることが好ましい。
【００４９】
また、非磁性中間層２５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。
【００５０】
前記磁性層２４、２６は、それぞれ１０〜７０Å程度で形成される。また非磁性中間層２５の膜厚は３Å〜１０Å程度で形成で形成される。
【００５１】
なお固定磁性層２３は上記したいずれかの磁性材料を使用した１層構造あるいは上記したいずれかの磁性材料からなる層とＣｏ層などの拡散防止層の２層構造で形成されていても良い。
【００５２】
前記非磁性材料層２７は、固定磁性層２３と第１フリー磁性層２８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。前記非磁性材料層２７は例えば１８〜３０Å程度の膜厚で形成される。
【００５３】
図１に示す実施形態では第１フリー磁性層２８は２層構造である。符号２９の層は、ＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層である。この拡散防止層２９は第１フリー磁性層２８と非磁性材料層２７の相互拡散を防止する。そして、この拡散防止層２９の上にＮｉＦｅ合金などで形成された磁性材料層３０が形成されている。第１フリー磁性層２８は、１０〜５０Å程度で形成される。
【００５４】
図１に示す実施形態では、前記第１フリー磁性層２８のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における素子両側端部Ｃ上に第３反強磁性層４１、第２反強磁性層４２及び電極層５０が積層形成されている。
【００５５】
前記第３反強磁性層４１及び第２反強磁性層４２は、第１反強磁性層２２と同様に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。
【００５６】
前記第３反強磁性層４１の膜厚は２０Å以上で５０Å以下の膜厚で形成され、前記第２反強磁性層４２の膜厚と第３反強磁性層４１の膜厚との総合膜厚が８０Å以上で３００Å以下となるように、前記第２反強磁性層４２の膜厚が調整される。
【００５７】
前記電極層５０は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔａなどで形成される。前記電極層５０の膜厚は３００Å〜１０００Åである。
【００５８】
図１に示す実施形態では、前記第１フリー磁性層２８上に設けられた第３反強磁性層４１、第２反強磁性層４２及び電極層５０が、トラック幅方向（図示Ｘ方向）の素子中央部Ｄに所定の間隔Ａを開けて形成され、前記第３反強磁性層４１、第２反強磁性層４２及び電極層５０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における内側端面４１ａ、４２ａ、５０ａは、下方から上方に向う（図示Ｚ方向）にしたがって徐々に前記間隔Ａの幅がトラック幅方向に広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成される。
【００５９】
そして図１に示す実施形態では、前記間隔Ａ内にはさらに第２フリー磁性層５１が埋められて形成されており、この埋められた第２フリー磁性層５１は素子中央部Ｄに位置し、前記多層膜３１を構成する第１フリー磁性層２８の素子中央部Ｄ上に強磁性的に接合している。この実施形態では、前記第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層５１とを合わせて、「フリー磁性層７０」が構成されている。
【００６０】
前記第２フリー磁性層５１は第１フリー磁性層２８と同じように、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料で形成される。
【００６１】
また前記第２フリー磁性層５１と同じ材質の強磁性層５２が前記電極層５０上にも形成される。
【００６２】
図１に示す磁気検出素子の特徴的部分について説明する。まず前記第２フリー磁性層５１が前記間隔Ａ内に埋められて形成されたことで、フリー磁性層７０の膜厚は、素子中央部Ｄでは、前記第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層５１の膜厚を合わせた膜厚ｔ１となる。一方、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃでは膜厚は第１フリー磁性層２８のみのｔ２であり、前記素子中央部Ｄの膜厚ｔ１の方が前記素子両側端部Ｃの膜厚ｔ２よりも大きくなっている。
【００６３】
このように図１に示す実施形態では、前記素子中央部Ｄの膜厚ｔ１を前記素子両側端部Ｃの膜厚ｔ２よりも厚くしているから、図２１で説明したような、素子両側端部Ｃから前記素子中央部Ｄに矢印方向に飛ぶ余分な静磁界の発生を効果的に抑制できる。特にフリー磁性層４の膜厚が素子中央部Ｄでも素子両側端部Ｃでも均一とされた図２２に示す従来例よりも確実に前記余分な静磁界の発生を抑制できる。
【００６４】
また図１に示す実施形態では、前記素子両側端部Ｃの膜厚ｔ２を前記素子中央部Ｄの膜厚ｔ１よりも薄くすることで、前記素子両側端部Ｃの内側端部から発生する静磁界そのものを減少させることができ、前記素子中央部Ｄでの前記静磁界の影響を小さくできる。加えて、前記素子中央部Ｄの膜厚ｔ１を厚くしたことで、前記静磁界による磁束が前記素子中央部Ｄでより広がるから、すなわち前記素子中央部Ｄでの磁束密度をより効果的に小さくすることができるから、前記素子中央部Ｄでのフリー磁性層７０の外部磁界に対する再生感度を図２１や図２２に示す従来例に比べて向上させることができ、よって今後の高記録密度化によって狭トラック化が促進されても図１に示す実施形態であれば再生出力の向上を図ることができる。
【００６５】
また前記素子中央部Ｄでのフリー磁性層７０の膜厚ｔ１が厚く形成されたことで、前記素子中央部Ｄでの飽和磁化Ｍｓ×体積も大きくできるから、熱揺らぎを抑制できよってこの熱揺らぎに起因するノイズの発生を抑制できる。
【００６６】
さらに図１に示す実施形態では、前記素子両側端部Ｃの膜厚ｔ２を薄くできるから、前記第３反強磁性層４１とフリー磁性層７０の素子両側端部Ｃ間で発生する交換結合磁界を所定の大きさに強めることができる。前記交換結合磁界の大きさと、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃの膜厚ｔ２との間には反比例の関係があるからである。
【００６７】
よって図１に示す実施形態では、前記素子両側端部Ｃでのフリー磁性層７０の磁化をしっかりと固定することができ、サイドリーディングの発生を適切に抑制できる。
【００６８】
このように図１に示す実施形態では、素子中央部Ｄでのフリー磁性層７０の感度を向上させることができ再生出力の向上を図ることができるとともに、サイドリーディングの発生等を抑制することもでき、今後の高記録密度化に伴う狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【００６９】
図１に示す実施形態では、[（前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃでの膜厚ｔ２から前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１を引いた値）／前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１]×１００（％）は、−８０％以上で０％より小さいことが好ましい。
【００７０】
後述する実験によれば、前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄと素子両側端部Ｃとが同じ膜厚で形成された場合、および素子両側端部Ｃの方が素子中央部Ｄよりも厚い膜厚で形成された場合に比べて再生出力の向上を図ることができる。
【００７１】
また[（前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃでの膜厚ｔ２から前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１を引いた値）／前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１]×１００（％）の下限を「−８０％」としたのは、−８０％未満となると再生波形の歪や不安定性（いわゆるInstability）が発する確率が増加するからである。
【００７２】
次に、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃでの膜厚ｔ２は１０Å以上で５０Å以下であることが好ましい。前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃでの膜厚ｔ２を１０Å以上としたのは、これ以上膜厚ｔ２が小さいと逆に第３反強磁性層４１との間で発生する交換結合磁界が低下してしまうためである。また前記素子両側端部Ｃでの膜厚ｔ２を５０Å以下としたのは充分な交換結合磁界を確保するためである。なお前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃと第３反強磁性層４１間で発生する交換結合磁界は、４８（ｋＡ／ｍ）以上であることが好ましい。
【００７３】
次に、前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄでの膜厚ｔ１は３０Å以上で７０Å以下であることが好ましい。前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄでの膜厚ｔ１を３０Å以上としたのは、この程度の膜厚がないと、前記素子中央部Ｄでの磁束密度を効果的に小さくできず、再生感度の向上を図ることができないからである。また熱揺らぎに起因するノイズの発生も深刻化する。また前記素子中央部Ｄの膜厚ｔ１を７０Å以下としたのは、前記素子中央部Ｄが厚すぎると単位面積当たりの合成磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚）が大きくなることで、前記素子中央部Ｄでの再生感度が低下するためである。
【００７４】
ところで図１に示す実施形態では、前記素子中央部Ｄでは、前記多層膜３１を構成する第１フリー磁性層２８の表面２８ａが露出し、この表面２８ａは若干削り込まれている。そして前記第１フリー磁性層２８の表面２８ａ上から前記間隔Ａ内の第３反強磁性層４１の内側端面４１ａ上にかけて前記第２フリー磁性層５１が埋め込まれている。なお前記第１フリー磁性層２８の表面２８ａは削り込まれていなくてもよい（かかる場合、前記表面２８ａは点線で示す位置となる）。このとき前記多層膜３１を構成する第１フリー磁性層２８は、素子両側端部Ｃから素子中央部Ｄにかけて均一な膜厚となっている。
【００７５】
図１に示す実施形態では、前記第２フリー磁性層５１と前記多層膜３１を構成する第１フリー磁性層２８は別の工程で形成されたものである。図１に示す実施形態では、前記第２フリー磁性層５１を前記間隔Ａ内に埋め込むという極めて簡単な方法によって、前記第２フリー磁性層５１を第１フリー磁性層２８の素子中央部Ｄ上に強磁性的に接合させ、前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１を厚くしている。しかも前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃは、後述する製造方法によればイオンミリングの影響を受けないか、あるいは影響を受けてもその影響は極めて小さい。すなわち図１に示す実施形態では、前記イオンミリングによって前記素子両側端部Ｃが削られるということがなく、すなわち、前記素子両側端部Ｃの表面が前記イオンミリングによるダメージを受けることがなく、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃと第３反強磁性層４１間の界面状態を正常に保ち、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃと第３反強磁性層４１間で所定の大きさの交換結合磁界を生じさせることができ、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃをしっかりと磁化固定することができる。
【００７６】
次に前記第２フリー磁性層５１の形成位置であるが、図１に示す実施形態では、前記第２フリー磁性層５１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面５１ａ、５１ａが前記第３反強磁性層４１の内側端面４１ａ上を完全に覆っているが、前記第２フリー磁性層５１の両側端面５１ａが前記第３反強磁性層４１の内側端面４１ａ上の一部のみを覆っている形態であってもかまわないし、前記第２反強磁性層４２の内側端面４２ａ上にまで延びて形成されていてもよい。
【００７７】
ただし以下の点を考慮する必要がある。まず上記したフリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１が、上記した適性数値範囲内になるように、前記第２フリー磁性層５１の膜厚を調整すれば、前記第２フリー磁性層５１の上面５１ｂがどの位置に形成されてもかまわない。次に、第２フリー磁性層５１の上面５１ｂから前記第２反強磁性層４２の内側端面４２ａにかけて、あまり長く前記第２フリー磁性層５１の両側端面５１ａが延出形成されると、この延出形成された第２フリー磁性層５１の両側端部での磁化変動がサイドリーディングを発生させるため好ましくない。図１に示す実施形態では、第３反強磁性層４１の下面のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法でトラック幅Ｔｗが規制されるが、前記延出形成された第２フリー磁性層５１の両側端部は、このトラック幅Ｔｗからはみ出すため、サイドリーディングを引き起こす。
【００７８】
なお前記トラック幅Ｔｗは０．１μｍから０．２μｍ程度で形成されることが好ましい。前記トラック幅Ｔｗがこれ以上広すぎると、前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄでの交換相互作用によるバイアス磁界の弱まりにより、再生波形の不安定性を引き起こすからである。また前記トラック幅Ｔｗが狭すぎても、前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの感度が低下し再生出力の低下に繋がり好ましくない。
【００７９】
なお前記第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層５１を図面上、別々に表したが、実物を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真などで見ると、前記第１フリー磁性層２８と前記第２フリー磁性層５１は一体のフリー磁性層７０として見えると思われる。しかし、図１に示す実施形態のように第３反強磁性層４１及び第２反強磁性層４２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における内側端面４１ａ、４２ａが下方から上方（図示Ｚ方向）にかけて前記間隔Ａが広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成され、しかも前記間隔Ａ内に少なくとも前記第３反強磁性層４１の内側端面４１ａに沿ってフリー磁性層７０の素子中央部Ｄが盛り上がって形成されている場合には、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層５１とを別々に形成した後述する本発明の製造方法を利用したものと推定することができる。
【００８０】
また図１に示す実施形態では、前記フリー磁性層７０の両側端部Ｃと第２反強磁性層４２間に第３反強磁性層４１が形成されているが、前記第３反強磁性層４１を設けることで、その下に形成されたフリー磁性層７０の素子両側端部Ｃを大気暴露による酸化やイオンミリングから適切に保護することができる。また前記第３反強磁性層４１は成膜時に２０Åから５０Åの薄い膜厚で形成されるが、これによってフリー磁性層７０の磁化制御を適切に行うことができる。製造方法は後で詳述する。なお前記第３反強磁性層４１と第２反強磁性層４２との界面は、はっきりと見て取ることは困難で、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真などで見ると前記第２反強磁性層４２と第３反強磁性層４１は一体の反強磁性層として見えるものと考えられる。
【００８１】
また前記第３反強磁性層４１の表面も大気暴露による酸化から適切に保護することが好ましく、そのため磁気検出素子の製造工程中に前記第３反強磁性層４１の上にＲｕなどで形成された非磁性層５３を形成する。この非磁性層５３は製造工程中に削られて除去されるので、図１に示す実施形態では、第２反強磁性層４２と第３反強磁性層４１間に前記非磁性層５３が残されていないが、前記非磁性層５３は一部残されていてもよく、図１ではそれを一点鎖線で示している。残された前記非磁性層５３の膜厚は３Å以下である。また前記非磁性層５３の材質は、例えば、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｒのいずれか１種または２種以上からなる貴金属等で形成することが好ましい。また完全に非磁性層５３が削り取られても、第２反強磁性層４２や第３反強磁性層４１に非磁性層５３の元素が拡散している場合があり、これは例えばＳＩＭＳ分析装置などで調べることができる。
【００８２】
図２は本発明における第２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。
【００８３】
図２に示す実施形態は図１と異なり、まず第１フリー磁性層２８上に強磁性層５４が形成されている。前記強磁性層５４は前記第１フリー磁性層２８上の全面に形成されており、前記間隔Ａ内の素子中央部Ｄからは前記強磁性層５４の表面５４ａが露出している。なお前記表面５４ａは、その素子両側端部Ｃの表面よりも削られて素子中央部Ｄでの膜厚が薄くなっているが、前記表面５４ａは一点鎖線で示すように削られていなくてもよく、かかる場合、前記強磁性層５４は素子中央部Ｄから素子両側端部Ｃにかけて均一の膜厚で形成される。
【００８４】
また図２に示す実施形態では、図１のように第２反強磁性層４２と第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃ間に第３反強磁性層４１は形成されていない。上記したこのような構造上の違いは後述する製造方法の違いによるものである。
【００８５】
図２に示す実施形態では図１に示す実施形態と同様に、前記第２反強磁性層４２の内側端面４２ａ間に形成された間隔Ａ内に第２フリー磁性層５１が形成され、この第２フリー磁性層５１は前記強磁性層５４の素子中央部Ｄ上に強磁性的に接合している。
【００８６】
図２に示す実施形態では、多層膜５５を構成する第１フリー磁性層２８及び強磁性層５４と、前記第２フリー磁性層５１とのすべてでフリー磁性層７１と構成している。そのためフリー磁性層７１の膜厚は、素子中央部Ｄでは、前記第１フリー磁性層２８、強磁性層５４及び第２フリー磁性層５１の膜厚を合わせた膜厚ｔ３となる。一方、前記フリー磁性層７１の素子両側端部Ｃでは、第１フリー磁性層２８及び強磁性層５４の膜厚を合わせた膜厚ｔ４となる。図２に示すように前記素子中央部Ｄの膜厚ｔ３の方が前記素子両側端部Ｃの膜厚ｔ４よりも大きくなっている。
【００８７】
このように図２に示す実施形態では、フリー磁性層７１の前記素子中央部Ｄの膜厚ｔ３を前記素子両側端部Ｃの膜厚ｔ４よりも厚くしているから、前記素子両側端部Ｃの内側端部から発生する静磁界そのものを減少させることができる。しかも前記素子中央部Ｄの膜厚ｔ３が厚くなったことで、前記静磁界による磁束が前記素子中央部Ｄで広がり、すなわち前記素子中央部Ｄでの磁束密度をより効果的に小さくすることができるから、前記素子中央部Ｄでの前記フリー磁性層７１の外部磁界に対する感度を図２１や図２２に示す従来例に比べて向上させることができ、よって今後の高記録密度化によって狭トラック化が促進されても図２に示す実施形態であれば再生出力の向上を図ることができる。
【００８８】
また前記素子中央部Ｄでのフリー磁性層７１の膜厚ｔ３が厚く形成されたことで、前記素子中央部Ｄでの飽和磁化Ｍｓ×体積も大きくできるから、熱揺らぎを抑制できよってこの熱揺らぎに起因するノイズの発生を抑制できる。
【００８９】
さらに図２に示す実施形態では、フリー磁性層７１の前記素子両側端部Ｃの膜厚ｔ４を薄くできるから、前記第２反強磁性層４２と強磁性層５４の素子両側端部Ｃ間で発生する交換結合磁界を所定の大きさに強めることができる。そして強磁性層５４と第１フリー磁性層２８間で働く交換相互作用によって前記第１フリー磁性層２８の磁化は図示Ｘ方向に固定される。
【００９０】
このように前記第２反強磁性層４２と強磁性層５４の素子両側端部Ｃ間で交換結合磁界を強く発生させることができるから、前記素子両側端部Ｃでの前記フリー磁性層７１の磁化をしっかりと固定することができ、サイドリーディングの発生を適切に抑制できる。
【００９１】
以上のように図２に示す実施形態では、素子中央部Ｄでのフリー磁性層７１の感度を向上させることができ再生出力の向上を図ることができるとともに、サイドリーディングの発生を抑制することもでき、今後の高記録密度化に伴う狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【００９２】
また図２に示す実施形態では、[（前記フリー磁性層７１の素子両側端部Ｃでの膜厚ｔ４から前記フリー磁性層７１の素子中央部Ｄの膜厚ｔ３を引いた値）／前記フリー磁性層７１の素子中央部Ｄの膜厚ｔ３]×１００（％）は、−８０％以上で０％より小さいことが好ましい。理由は図１で説明した通りである。
【００９３】
次に、前記フリー磁性層７１の素子両側端部Ｃでの膜厚ｔ４は１０Å以上で５０Å以下であることが好ましい。また前記フリー磁性層７１の素子中央部Ｄでの膜厚ｔ３は３０Å以上で７０Å以下であることが好ましい。理由は図１で説明した通りである。
【００９４】
また図２に示す実施形態では図１で説明した非磁性層５３が、点線で示すように、強磁性層５４と第１フリー磁性層２８間に形成されていてもよい。前記非磁性層５３は図１で説明した通りＲｕなどで形成される。前記非磁性層５３の膜厚によるが、前記非磁性層５３を強磁性層５４と第１フリー磁性層２８間に残すと、前記強磁性層５４と第１フリー磁性層２８が人工フェリ構造となる。かかる場合、前記強磁性層５４と第１フリー磁性層２８間にはＲＫＫＹ相互作用による交換結合が生じ、前記強磁性層５４と第１フリー磁性層２８の磁化方向は反平行になる。前記第２フリー磁性層５１の磁化方向は前記強磁性層５４と同じ方向である。人工フェリ構造にするとフリー磁性層７１の単位面積当たりの合成磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚）を小さくできるので、前記フリー磁性層７１の再生感度をより効果的に向上させることができる。
【００９５】
また前記非磁性層５３の膜厚が５Å以下程度の薄い膜厚で残される場合は、前記強磁性層５４と第１フリー磁性層２８の磁化は平行になるように強磁性結合する。
【００９６】
図１及び図２に示す実施形態はともに電極層５０がトラック幅方向に一対形成され、センス電流が多層膜３１、５５内の各層を膜面と平行な方向に流れるＣＩＰ（ＣｕｒｒｅｎｔＩｎｔｈｅＰｌａｎｅ）型と呼ばれる構造であるが、電極層が多層膜３１、５１の上下に形成され、センス電流が前記多層膜３１、５５を膜厚方向に流れるＣＰＰ（ＣｕｒｒｅｎｔＰｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅＰｌａｎｅ）型でも本実施形態を利用できる。ただし係る場合、図１及び図２に示す電極層５０が形成されている部分は絶縁層が形成される。また第２反強磁性層４２の内側端面４２ａ上にも絶縁層が形成されていると分流ロスを抑制できてより好ましい。
【００９７】
図１に示す磁気検出素子の製造方法を、図３ないし図７に示す製造工程図を用いて以下に説明する。各図は製造工程中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。
【００９８】
まず図３工程では、基板２０上に、シードレイヤ２１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２７、第１フリー磁性層２８、第３反強磁性層４１、および非磁性層５３を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法が使用される。図３に示す固定磁性層２３は、例えばＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層２４と磁性層２６と、両磁性層２４、２６間に介在するＲｕなどの非磁性の中間層２５との積層フェリ構造である。第１フリー磁性層２８は、ＣｏＦｅ合金などの拡散防止層２９とＮｉＦｅ合金などの磁性材料層３０との積層構造である。
【００９９】
シードレイヤ２１はＣｒまたはＮｉＦｅＣｒで形成し、非磁性材料層２７はＣｕで形成している。
【０１００】
本発明では第１反強磁性層２２及び及び第３反強磁性層４１を、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成することが好ましい。
【０１０１】
また前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０１０２】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【０１０３】
また本発明では第１反強磁性層２２の膜厚を８０Å以上で３００Å以下で形成することが好ましい。この程度の厚い膜厚で第１反強磁性層２２を形成することにより磁場中アニールで、第１反強磁性層２２と固定磁性層２３間に大きな交換結合磁界を発生させることができる。具体的には、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を発生させることができる。
【０１０４】
また本発明では第３反強磁性層４１の膜厚を２０Å以上で５０Å以下で形成することが好ましく、より好ましくは３０Å以上で４０Å以下で形成する。
【０１０５】
本発明では、このように第３反強磁性層４１を薄い膜厚で形成することに特徴点がある。
【０１０６】
上記のように第３反強磁性層４１を５０Å以下の薄い膜厚で形成することにより、第３反強磁性層４１は反強磁性の性質を有さなくなり、磁場中アニールを施しても、第３反強磁性層４１が規則化変態しにくく第３反強磁性層４１と第１フリー磁性層２８間に交換結合磁界が発生せずあるいは発生してもその値は小さく、第１フリー磁性層２８の磁化が、固定磁性層２３と同じように強固に固定されることがない。
【０１０７】
また第３反強磁性層４１が２０Å以上、好ましくは３０Å以上で形成されるとしたのは、この程度の膜厚がないと、後工程で第３反強磁性層４１の素子両側端部Ｃ上に第２反強磁性層４２を形成しても、第３反強磁性層４１の素子両側端部Ｃが反強磁性の性質を帯び難く、前記第３反強磁性層４１と第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃ間に適切な大きさの交換結合磁界が発生しないからである。
【０１０８】
また図３工程のように前記第３反強磁性層４１上に非磁性層５３を形成することで、図３に示す多層膜５６が大気暴露されても第３反強磁性層４１が酸化されるのを適切に防止できる。
【０１０９】
ここで非磁性層５３は大気暴露によって酸化されにくい緻密な層である必要がある。また熱拡散などにより非磁性層５３が第３反強磁性層４１内部に侵入しても反強磁性層としての性質を劣化させない材質である必要がある。
【０１１０】
本発明では非磁性層５３を貴金属で形成する。具体的には、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上からなる貴金属で形成することが好ましい。
【０１１１】
Ｒｕなどの貴金属からなる非磁性層５３は大気暴露によって酸化されにくい緻密な層である。したがって非磁性層５３の膜厚を薄くしても第３反強磁性層４１が大気暴露によって酸化されるのを適切に防止できる。
【０１１２】
本発明では非磁性層５３を３Å以上で１０Å以下で形成することが好ましい。この程度の薄い膜厚の非磁性層５３によっても第３反強磁性層４１が大気暴露によって酸化されるのを防止することが可能である。
【０１１３】
本発明では上記のように非磁性層５３をＲｕなどの貴金属で形成し、しかも非磁性層５３を３Å〜１０Å程度の薄い膜厚で形成している。このように薄い膜厚で非磁性層５３を形成したことによって次工程のイオンミリング制御を適切に且つ容易に行うことができるのである。
【０１１４】
図３に示すように基板２０上に非磁性層５３までの各層を積層した後、第１の磁場中アニールを施す。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２２と固定磁性層２３を構成する磁性層２４との間に交換結合磁界を発生させて、磁性層２４の磁化を図示Ｙ方向に固定する。もう一方の磁性層２６の磁化は、磁性層２４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。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００（ｋＡ／ｍ）とする。
【０１１５】
また上記したように、この第１の磁場中アニールによって第３反強磁性層４１は膜厚が薄いため規則化変態しにくく、第３反強磁性層４１と第１フリー磁性層２８を構成する磁性材料層３０との間には交換結合磁界は発生しない。前記第３反強磁性層４１は５０Å以下の薄い膜厚で形成されており、反強磁性としての性質を有していないからである。
【０１１６】
また上記した第１の磁場中アニールによって、非磁性層５３を構成するＲｕなどの貴金属元素が、第３反強磁性層４１内部に拡散するものと考えられる。従って熱処理後における第３反強磁性層４１の構成元素は、反強磁性層を構成する元素と貴金属元素とから構成されると考えられる。また前記第３反強磁性層４１内部に拡散した貴金属元素は、前記第３反強磁性層４１の下面側よりも前記第３反強磁性層４１の表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組成比は、前記第３反強磁性層４１の表面から下面に向うに従って徐々に減るものと考えられる。このような組成変調は、ＳＩＭＳ分析装置などで確認することが可能である。
【０１１７】
また、非磁性層５３を形成するための貴金属元素は、前記第３反強磁性層４１の材料と混合したときに、この混合物が反強磁性を示すので、第１の磁場中アニールで、前記貴金属元素が第３反強磁性層４１の内部に拡散しても、前記第３反強磁性層４１の反強磁性が劣化することをなくすことができる。
【０１１８】
次に図３工程で非磁性層５３の表面全体をイオンミリングし、前記非磁性層５３を除去する。
【０１１９】
図３に示すイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、成膜段階で非磁性層５３が３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているからである。このため本発明では、低エネルギーのイオンミリングによって非磁性層５３が除去され、前記第３反強磁性層４１の最表面でミリングを止めやすく、従来に比べてミリング制御を向上させることができるのである。ここで低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。
【０１２０】
なお前記非磁性層５３を一部残すこともできる。かかる場合、前記非磁性層５３の膜厚を３Å以下にする。そうしないと、後述する工程で前記第３反強磁性層４１と第２反強磁性層４２とが一体の反強磁性層として反強磁性を帯びず、前記第３反強磁性層４１と第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃ間で適度な大きさの交換結合磁界が生じないからである。
【０１２１】
次に図４に示す工程では、前記第３反強磁性層４１上に（前記非磁性層５３が一部残されているときは、前記非磁性層５３上に）第２反強磁性層４２を成膜し、さらに連続して第２反強磁性層４２の上に電極層５０を形成する。
【０１２２】
なお、第２反強磁性層４２を前記第３反強磁性層４１と同じ材質で形成することが好ましい。
【０１２３】
また図４に示す工程では、第２反強磁性層４２と第３反強磁性層４１とを足した総合膜厚が８０Å以上で３００Å以下の厚い膜厚となるように、第２反強磁性層４２の膜厚を調整することが好ましい。
【０１２４】
前記第３反強磁性層４１の膜厚と第２反強磁性層４２の膜厚とを足した総合膜厚が８０Å以上で３００Å以下程度の厚い膜厚で形成されると、単独では反強磁性の性質を有さなかった前記第３反強磁性層４１が反強磁性の性質を帯びるからである。
【０１２５】
図４に示す工程では、前記電極層５０にはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に所定の間隔Ｔ５が開けられている。図４に示すような電極層５０の形成は、例えば前記第２反強磁性層４２の前記間隔Ｔ５上にレジスト層あるいはメタルマスク層（図示しない）を形成し、前記レジスト層あるいはメタルマスク層に覆われていない前記第２反強磁性層４２上に電極層５０を形成した後、前記レジスト層を除去するか、前記第２反強磁性層４２上の全面に電極層５０を形成した後、前記電極層５０の上に間隔Ｔ５を開けたレジスト層（図示しない）を立て、前記レジスト層に覆われていない電極層５０の図面中央部をエッチングで除去した後、前記レジスト層を除去する（ただしこのレジスト層は前記第２反強磁性層４２及び第３反強磁性層４１に図１に示す間隔Ａを形成するまで前記電極層５０上に残しておいてもよい）。
【０１２６】
図４に示す工程では、前記レジスト層あるいはメタルマスク層がマスク層としての役割を有しているから、前記レジスト層あるいはメタルマスク層に覆われていない電極層５０の図面中央部をエッチングで除去するとき、前記レジスト層あるいはメタルマスク層のエッチングレートが、前記電極層５０のエッチングレートよりも遅くなければならない。例えばエッチングガスとしては、ＡｒとＣＦ₄との混合ガスやＡｒとＣ₃Ｆ₈との混合ガスなどが使用されるので、これらエッチングガスに対するエッチングレートを考慮して前記メタルマスク層、レジスト層の材質を選択することが必要である。
【０１２７】
エッチングガスとして例えばＡｒ＋Ｃ₃Ｆ₈を使用したとき、前記電極層５０としてα−ＴａやＡｕを用い、前記メタルマスク層としてＣｒ等を用いれば、前記メタルマスク層のエッチングレートを、前記電極層５０のエッチングレートよりも遅くすることができる。
【０１２８】
なお図４に示すように、前記電極層５０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における内側端面５０ａは下方から上方（図示Ｚ方向）に向うにしたがって、前記電極層５０間の間隔５０ｃが徐々に広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成される。
【０１２９】
次に図５に示す工程では、前記電極層５０の間隔５０ｃから露出する前記第２反強磁性層４２及び第３反強磁性層４１の素子中央部をＲＩＥやイオンミリングによって削りこむ。イオンミリングの方向は図５の矢印で示すように基板２０表面に対し垂直方向あるいはそれに近い方向とすることが好ましい。
【０１３０】
図５のように、前記第２反強磁性層４２及び第３反強磁性層４１を削り込むことで、前記第２反強磁性層４２及び第３反強磁性層４１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部に間隔Ａが形成され、さらに前記第２反強磁性層４２及び第３反強磁性層４１の内側端面４２ａ、４１ａは、下方から上方（図示Ｚ方向）に向けて前記間隔Ａが徐々に広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成される。なお前記電極層５０、第２反強磁性層４２及び第３反強磁性層４１の内側端面５０ａ、４２ａ、４１ａは連続面として形成される。
【０１３１】
図５工程で、どの層まで上記したイオンミリングで行うかであるが、少なくとも前記間隔Ａから第１フリー磁性層２８表面が露出していなければならない。そうでないと、後述する前記間隔Ａ内に埋められる第２フリー磁性層５１と前記第１フリー磁性層２８間に反強磁性層が介在し、前記第２フリー磁性層５１と第１フリー磁性層２８とを一体のフリー磁性層７０として機能させることができないからである。
【０１３２】
図５のように、間隔Ａ内で露出した第１フリー磁性層２８の表面２８ａを若干削ってもよいし、点線で示すように前記表面２８ａが露出した瞬間にイオンミリングを止め、素子中央部Ｄでの第１フリー磁性層２８の膜厚と素子両側端部Ｃでの第１フリー磁性層２８の膜厚とが均一な膜厚となるようにしてもよい。なお前記第１フリー磁性層２８をあまり削り込まない方が、前記第１フリー磁性層２８へのイオンミリングのダメージを減らすことができるので好ましい。なお「素子両側端部Ｃ」とは、図５工程の時点で第３反強磁性層４１のトラック幅方向における下面の幅寸法の領域を指し、「素子中央部Ｄ」とは、図４工程の時点で第３反強磁性層４１のトラック幅方向における下面間の間隔の領域を指す。そしてトラック幅Ｔｗは、前記第３反強磁性層４１のトラック幅方向における下面間の間隔であり、図５では「素子中央部Ｄ」のトラック幅方向における幅寸法と一致している。
【０１３３】
図６に示す工程では、前記電極層５０の上面５０ｂから、前記電極層５０、第２反強磁性層４２及び第３反強磁性層４１の内側端面５０ａ、４２ａ、４１ａさらには前記間隔Ａ内で表面２８ａが露出した第１フリー磁性層２８の素子中央部Ｄ上にかけて、第２フリー磁性層５７をスパッタ形成する。前記スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか１種以上が使える。
【０１３４】
図６に示す工程では前記スパッタ成膜時におけるスパッタ方向Ｊを基板２０表面に対する垂直方向（図示Ｚ方向）と平行な方向か、あるいはそれに近い方向とする。できる限りスパッタ方向を基板２０表面に対して立てることにより、図６に示すように、前記間隔Ａ内の第１フリー磁性層２８の素子中央部Ｄ上に第２フリー磁性層５７ａが厚く形成され、それに対し、前記内側端面５０ａ、４２ａ、４１ａ上に前記第２フリー磁性層５７ｂが薄く形成される。なお、前記間隔Ａ内の第１フリー磁性層２８の素子中央部Ｄ上に形成された第２フリー磁性層５７ａは、前記第１フリー磁性層２８と強磁性的に接合される。
【０１３５】
図６に示す時点で磁気検出素子の成膜工程を終了し、後述する第２の磁場中アニールで、第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃと第３反強磁性層４１の素子両側端部Ｃ間に交換結合磁界を発生させて、前記第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層５７の磁化制御を行ってもよい。しかし、図６のような実施形態であると、素子中央部Ｄの第１フリー磁性層２８上に形成された膜厚の厚い第２フリー磁性層５７ａからトラック幅方向（図示Ｘ方向）に延出して前記内側端面５０ａ、４２ａ上にかけて形成された第２フリー磁性層５７ｂの部分や電極層５０の上面５０ｂに形成された第２フリー磁性層５７ｃの部分が、外部磁界に対し磁化変動すると、それが伝播して素子中央部Ｄ上の第２フリー磁性層５７ａ及び第１フリー磁性層２８の磁化を変動させることになり、いわゆるサイドリーディングが発生しやすい。
【０１３６】
そこで次に第２反強磁性層４２及び電極層５０の内側端面４２ａ、５０ａ上に形成された膜厚の薄い第２フリー磁性層５７ｂを除去する工程を施す。図６に示すように基板２０表面と垂直方向（図示Ｚ方向と平行な方向）に対し角度θ１のイオンミリング方向Ｋで、前記電極層５０、第２反強磁性層４２の内側端面５０ａ、４２ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂを削って除去する。前記角度θ１は３０°以上で８０°以下であることが好ましい。一方、上記のイオンミリングで前記第１フリー磁性層２８の素子中央部Ｄ上に形成された膜厚の厚い第２フリー磁性層５７ａも若干削れるものの、前記第２フリー磁性層５７ａは、前記内側端面４２ａ、５０ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂよりも厚い膜厚を有し、しかもイオンミリングのミリング方向Ｋは、前記第２フリー磁性層５７ａから見ると斜め方向になるため、前記第２フリー磁性層５７ａは、前記内側端面４２ａ、５０ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂ比べて削られ難く、よって前記イオンミリングによって前記内側端面４２ａ、５０ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂのみ適切に除去することができる。なお前記イオンミリングには低エネルギーのイオンミリングを使用することができる。削り取る第２フリー磁性層５７ｂの膜厚は非常に薄いからである。ここで低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。
【０１３７】
前記イオンミリング後の状態が図７である。図７に示すように前記間隔Ａ内であって前記第１フリー磁性層２８の素子中央部Ｄ上には、第２フリー磁性層５７が残され、また前記電極層５０の上面５０ｂにも一部、第２フリー磁性層５７と同じ材質の強磁性層５２が残される。前記第２フリー磁性層５７は、前記第１フリー磁性層２８の表面２８ａと強磁性的に接合しており、前記第２フリー磁性層５７も感磁部のフリー磁性層７０として機能する。図７に示す状態で、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層５７とを合わせて「フリー磁性層７０」と呼ぶ。
【０１３８】
そして第２の磁場中アニールを施す。このときの磁場方向は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）である。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１反強磁性層２２の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第１反強磁性層２２のブロッキング温度よりも低くする。また印加磁界の大きさを、第１フリー磁性層２８の保磁力より大きく、前記磁性層２４と磁性層２６の間のスピンフロップ磁界より小さくすることが好ましい。これによって第１反強磁性層２２の交換異方性磁界の方向をハイト方向（図示Ｙ方向）に向けたまま、第３反強磁性層４１の交換異方性磁界をトラック幅方向（図示Ｘ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２５０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４（ｋＡ／ｍ）である。
【０１３９】
前記第３反強磁性層４１の素子両側端部Ｃは、その上に形成された第２反強磁性層４２との間で発生する反強磁性的な相互作用によって反強磁性の性質を帯びているから、この第２の磁場中アニールによって、第３反強磁性層４１の両側端部Ｃは規則化変態し、第３反強磁性層４１の両側端部Ｃとフリー磁性層７０の両側端部Ｃとの間に大きな交換結合磁界が発生する。これによってフリー磁性層７０の素子両側端部Ｃの磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定される。
【０１４０】
一方、フリー磁性層７０の素子中央部Ｄ上には反強磁性層が無いから、上記の第２の磁場中アニールによっても、フリー磁性層７０の素子中央部Ｄ上は前記素子両側端部Ｃと同様にトラック幅方向に強固に固定されるといったことがない。前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの磁化は外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化された状態である。
【０１４１】
図３ないし図７で示す製造工程によれば、簡単な方法で、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃを薄く形成すると同時に、前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄを厚く形成できる。上記した製造方法では、前記間隔Ａ内に第２フリー磁性層５１を埋めて形成する際、レジストなどを用いた場合によるアライメントが必要なく、容易に且つ精度良く、前記間隔Ａに所定形状の第２フリー磁性層５１を形成することができる。
【０１４２】
また前記第１フリー磁性層２８表面は図３工程でイオンミリングの影響を受けることがなく、受けてもその影響は極めて小さい。それは膜厚の薄い非磁性層５３を用い、低エネルギーのイオンミリングで前記非磁性層５３を除去できるからである。よって前記第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃはイオンミリングで荒らされておらず、前記素子両側端部Ｃと第３反強磁性層４１の間で所定の大きさの交換結合磁界を発生させることができ、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃを適切に磁化固定でき、サイドリーディングの発生を抑制することができる磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１４３】
図８ないし図１２は、図２に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図である。各図は製造工程中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。
【０１４４】
まず図８工程では、基板２０上に、シードレイヤ２１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２７、第１フリー磁性層２８及び非磁性層５３を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法が使用される。各層の材質等については図３で説明したのでそちらを参照されたい。
【０１４５】
図８に示すように基板２０上に非磁性層５３までの各層を積層した後、第１の磁場中アニールを施す。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２２と固定磁性層２３を構成する磁性層２４との間に交換結合磁界を発生させて、磁性層２４の磁化を図示Ｙ方向に固定する。もう一方の磁性層２６の磁化は、磁性層２４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。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００（ｋＡ／ｍ）とする。
【０１４６】
次に図８工程で非磁性層５３の表面全体をイオンミリングし、前記非磁性層５３を除去する。
【０１４７】
図８に示すイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、成膜段階で非磁性層５３が３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているからである。このため本発明では、低エネルギーのイオンミリングによって非磁性層５３が除去され、前記第１フリー磁性層２８の最表面でミリングを止めやすく、従来に比べてミリング制御を向上させることができるのである。
【０１４８】
なお前記非磁性層５３を一部残すこともできる。このとき前記非磁性層５３の表面は酸化されているので、前記非磁性層５３表面の酸化層をイオンミリングで取り除く。
【０１４９】
次に図９に示す工程では、前記第１フリー磁性層２８上に（前記非磁性層５３が一部残されているときは、前記非磁性層５３上に）強磁性層５４及び第２反強磁性層４２を成膜し、さらに連続して第２反強磁性層４２の上に電極層５０を形成する。なお前記強磁性層５４は、前記第１フリー磁性層２８とともに「フリー磁性層７１」を構成する。
【０１５０】
また図９に示す工程では、第２反強磁性層４２の膜厚を８０Å以上で３００Å以下の厚い膜厚で形成することが好ましい。
【０１５１】
図９に示す工程では、前記電極層５０にはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に所定の間隔Ｔ６が開けられている。図９に示すような電極層５０の形成は図４で説明した通りであるのでそちらを参照されたい。また前記電極層５０をエッチングで形成するときのレジスト層あるいはメタルマスク層と電極層５０のエッチングレートの関係についても図４で説明したのでそちらを参照されたい。
【０１５２】
図１０に示す工程では、前記電極層５０の間隔５０ｃから露出する前記第２反強磁性層４２の素子中央部をＲＩＥやイオンミリングによって削りこむ。イオンミリングの方向は図１０の矢印で示すように基板２０表面に対し垂直方向あるいはそれに近い方向とすることが好ましい。
【０１５３】
図１０のように、前記第２反強磁性層４２を削り込むことで、前記第２反強磁性層４２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部に間隔Ａが形成され、さらに前記第２反強磁性層４２の内側端面４２ａは、下方から上方（図示Ｚ方向）に向けて前記間隔Ａが徐々に広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成される。なお前記電極層５０及び第２反強磁性層４２の内側端面５０ａ、４２ａは連続面として形成される。
【０１５４】
図１０工程で、どの層まで上記したイオンミリングを行うかであるが、少なくとも前記間隔Ａから強磁性層５４の表面５４ａが露出していなければならない。なお図１０のように、間隔Ａ内で露出した強磁性層５４の表面５４ａを若干削ってもよいし、点線で示すように前記表面５４ａが露出した瞬間にイオンミリングを止め、素子中央部Ｄでの強磁性層５４と第１フリー磁性層２８とを足した膜厚と素子両側端部Ｃでの強磁性層５４と第１フリー磁性層２８とを足した膜厚とが均一な膜厚となるようにしてもよい。なお前記強磁性層５４をあまり削り込まない方がイオンミリングによるダメージを減らすことができるので好ましい。なお「素子両側端部Ｃ」とは、図１０工程の時点で第２反強磁性層４２のトラック幅方向における下面の幅寸法の領域を指し、「素子中央部Ｄ」とは、図１０工程の時点で第２反強磁性層４２のトラック幅方向における下面間の間隔の領域を指す。そしてトラック幅Ｔｗは、前記第２反強磁性層４２のトラック幅方向における下面間の間隔であり、図１１では「素子中央部Ｄ」のトラック幅方向における幅寸法と一致している。
【０１５５】
図１１に示す工程では、前記電極層５０の上面５０ｂから、前記電極層５０及び第２反強磁性層４２の内側端面５０ａ、４２ａさらには前記間隔Ａ内で表面５４ａが露出した強磁性層５４の素子中央部Ｄ上にかけて、第２フリー磁性層５７をスパッタ形成する。前記スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか１種以上が使える。
【０１５６】
図７に示す工程では前記スパッタ成膜時におけるスパッタ方向Ｊを基板２０表面に対する垂直方向（図示Ｚ方向）と平行な方向か、あるいはそれに近い方向とする。できる限り基板２０表面に対しスパッタ方向を立てることにより、図１１に示すように、前記間隔Ａ内の強磁性層５４の素子中央部Ｄ上に第２フリー磁性層５７ａが厚く形成され、それに対し、前記内側端面５０ａ、４２ａ上に前記第２フリー磁性層５７ｂが薄く形成される。なお、前記間隔Ａ内の強磁性層５４の素子中央部Ｄ上に形成された第２フリー磁性層５７ａは、前記強磁性層５４と強磁性的に接合される。この時点で、磁気検出素子の成膜を止め、第２の磁場中アニールを施してもよいが、以下の工程を施す方が好ましい。
【０１５７】
すなわち電極層５０及び第２反強磁性層４２の内側端面５０ａ，４２ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂを除去する工程を施す。図１１に示すように基板２０表面と垂直方向（図示Ｚ方向と平行な方向）に対し角度θ１のイオンミリング方向Ｋで、前記電極層５０、第２反強磁性層４２の内側端面５０ａ、４２ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂを削って除去する。前記角度θ１を３０°以上で８０°以下に設定することが好ましい。一方、前記強磁性層５４の素子中央部Ｄ上に形成された膜厚の厚い第２フリー磁性層５７ａも若干削れるものの、前記第２フリー磁性層５７ａは、前記内側端面４２ａ、５０ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂよりも厚い膜厚を有し、しかもイオンミリングのミリング方向Ｋは、前記第２フリー磁性層５７ａから見ると斜め方向になるため、前記第２フリー磁性層５７ａは、前記内側端面４２ａ、５０ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂ比べて削られ難く、よって前記イオンミリングによって前記内側端面４２ａ、５０ａ上に形成された第２フリー磁性層５７ｂのみ適切に除去することができる。なお前記イオンミリングには低エネルギーのイオンミリングを使用することができる。削り取る第２フリー磁性層５７ｂの膜厚は非常に薄いからである。ここで低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。
【０１５８】
前記イオンミリング後の状態が図１２である。図１２に示すように前記間隔Ａ内であって前記強磁性層５４の素子中央部Ｄ上に第２フリー磁性層５１が残され、また前記電極層５０の上面５０ｂにも一部、前記第２フリー磁性層５１と同じ材質の強磁性層５２が残される。前記第２フリー磁性層５１は、前記強磁性層５４の表面５４ａと強磁性的に接合しており、前記第２フリー磁性層５１も感磁部のフリー磁性層７１として機能する。図１２に示す状態では、第１フリー磁性層２８、強磁性層５４及び第２フリー磁性層５１を合わせて「フリー磁性層７１」と呼ぶ。
【０１５９】
そして第２の磁場中アニールを施す。このときの磁場方向は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）である。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１反強磁性層２２の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第１反強磁性層２２のブロッキング温度よりも低くする。また印加磁界の大きさを、第１フリー磁性層２８及び強磁性層５４の保磁力より大きく、前記磁性層２４と磁性層２６の間のスピンフロップ磁界より小さくすることが好ましい。
【０１６０】
これによって第１反強磁性層２２の交換異方性磁界の方向をハイト方向（図示Ｙ方向）に向けたまま、第２反強磁性層４２の交換異方性磁界をトラック幅方向（図示Ｘ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２５０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４（ｋＡ／ｍ）である。
【０１６１】
前記第２反強磁性層４２は、この第２の磁場中アニールによって、規則化変態し、第２反強磁性層４１と強磁性層５４の両側端部Ｃとの間に大きな交換結合磁界が発生し、強磁性層５４の磁化は図示Ｘ方向に固定される。また第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃの磁化は、前記強磁性層５４との間で生じる交換相互作用によって図示Ｘ方向に固定される。
【０１６２】
一方、前記フリー磁性層７１の素子中央部Ｄ上には反強磁性層が無いから、上記の第２の磁場中アニールによっても、フリー磁性層７１の素子中央部Ｄ上は前記素子両側端部Ｃと同様にトラック幅方向に強固に固定されるといったことがない。前記フリー磁性層７１の素子中央部Ｄの磁化は外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化された状態である。
【０１６３】
なお第１フリー磁性層２８と強磁性層５４との間に例えば８Å程度の非磁性層５３が残されている場合、前記第１フリー磁性層２８と強磁性層５４は人工フェリ構造となる。この人工フェリ構造では前記第１フリー磁性層２８と強磁性層５４間にＲＫＫＹ相互作用による交換結合磁界が発生し、磁化が反平行にされる。なお第２フリー磁性層５１の磁化は強磁性層５４と同じ方向に向けられる。人工フェリ構造では、フリー磁性層７１の単位面積当たりの合成磁気モーメント（飽和磁化×膜厚）が小さくなるから、再生感度をより適切に向上させることができる。
【０１６４】
図１３ないし図１６は上記した図８ないし図１０に示した工程とは別の工程によって電極層５０までを形成する製造方法である。
【０１６５】
図１３に示す工程は、図８工程と同様に、基板２０上に、シードレイヤ２１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２７、第１フリー磁性層２８及び非磁性層５３を連続成膜する。そして上記した第１の磁場中アニールを施す。
【０１６６】
次に図１４工程では、非磁性層５３の上面にレジスト層を形成し、このレジスト層を露光現像することによって図１４に示す形状のレジスト層６０を非磁性層５３上に残す。レジスト層６０は例えばリフトオフ用のアンダーカット形状を有するレジスト層である。
【０１６７】
次にレジスト層６０に覆われていない非磁性層５３の両側端部５３ａを、図１４に示す矢印Ｈ方向からのイオンミリングで削って除去する（図１４に示す点線部分の非磁性層５３が除去される）。
【０１６８】
図１４に示すイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、図３や図８工程で既に説明した通りである。このように低エネルギーのイオンミリングによって非磁性層５３を削ることができるから、リング止め位置のマージンを狭くすることが可能になる。特に、非磁性層５３をイオンミリングで除去した瞬間にミリングを止めることも可能になる。従って、第１フリー磁性層２８はイオンミリングによって大きなダメージを受けなくなる。
【０１６９】
このため、次工程で、第１フリー磁性層２８上に積層される強磁性層５４の膜厚を薄くしても、第１フリー磁性層２８と強磁性層５４との間の磁気的な結合（強磁性的な交換相互作用）を強くできる。
【０１７０】
なお、図１４工程時に、前記第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃ上に非磁性層５３の両側端部５３ａが一部残されてもよい。少なくとも前記非磁性層５３の両側端部５３ａの表面は酸化されているので削り取る。
【０１７１】
次に図１５工程を施す。図１５工程では、前記第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃ上に強磁性層５４、第２反強磁性層４２及び電極層５０を真空中で連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を使用できる。成膜された第２反強磁性層４２の内側端部４２ａ及び電極層５０の内側端部５０ａは、下方から上方に向うにしたがって（図示Ｚ方向）、徐々に第２反強磁性層４２間の間隔Ａがトラック幅方向（図示Ｘ方向）に広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成される。
【０１７２】
またこの実施形態では強磁性層５４の下面間の間隔でトラック幅Ｔｗが規定される。
【０１７３】
図１５に示すように電極層５０まで積層形成した後、強磁性層５４を構成する元素からなる強磁性材料の膜５４ｂ、第２反強磁性層４２を構成する元素からなる反強磁性材料の膜４２ｂ及び電極層５０を構成する元素からなる電極材料の膜５０ｃが付着したレジスト層６０を有機溶剤などを用いたリフトオフで除去する。
【０１７４】
その後、図１６工程に示すように、前記第２反強磁性層４２間のトラック幅方向における間隔Ａ内から露出する非磁性層５３の表面を削り、第１フリー磁性層２８の表面２８ａを露出させる。その後、図１１及び図１２と同様の工程を施して、前記素子中央部Ｄに露出したフリー磁性層２８上に第２フリー磁性層５１を形成する。このとき、素子中央部Ｄでの前記第２フリー磁性層５１と第１フリー磁性層２８との膜厚を合わせた総合膜厚が、素子両側端部Ｃでの前記第２フリー磁性層５１と強磁性層５４と第１フリー磁性層２８の膜厚を合わせた総合膜厚よりも厚くなるように、前記第２フリー磁性層５１を形成しなければならない。従って、図１６に示すように前記第２フリー磁性層５１の上面５１ｂは、前記強磁性層５４の上面よりも高い位置に形成されなければならない。そして上記した第２の磁場中アニールを施す。
【０１７５】
上記の第２の磁場中アニールによって、第２反強磁性層４２は適切に規則化変態し、第２反強磁性層４２と強磁性層５４との間に適切な大きさの交換結合磁界が発生する。さらに、強磁性層５４と第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃとの間に、交換相互作用に基づく強磁性結合が発生し、これによって第１フリー磁性層２８の両側端部Ｃの磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定される。
【０１７６】
なお、素子中央部Ｄの第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層５１の磁化は外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化された状態である。なお前記強磁性層５４と第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃ間に８Å程度の非磁性層５３の両側端部５３ａが残っている場合は、前記第１フリー磁性層２８の素子両側端部Ｃと強磁性層５４は人工フェリ構造となり、磁化が互いに反平行にされる。
【０１７７】
図１７ないし図１９は、図３ないし図５とは別の工程で電極層５０までを形成する製造方法を示す一工程図である。
【０１７８】
図１７に示す工程は、図３工程と同様に、基板２０上に、シードレイヤ２１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２７、第１フリー磁性層２８、第３反強磁性層４１及び非磁性層５３を連続成膜した後、第１の磁場中アニールを施し、その後、前記非磁性層５３の上面にレジスト層を形成し、このレジスト層を露光現像することによって図１７に示す形状のレジスト層６１を非磁性層５３上に残す。レジスト層６１は例えばリフトオフ用のアンダーカット形状を有するレジスト層である。前記第１の磁場中アニールでは、前記第３反強磁性層４１の膜厚は２０Å以上で５０Å以下の薄い膜厚で形成されているので、前記第３反強磁性層４１は規則化せず、よって前記第１フリー磁性層２８との間で交換結合磁界は発生しないか、あるいは発生してもその磁界は非常に弱く、この第１の磁場中アニールで前記第１フリー磁性層２８の磁化が固定されてしまうということはない。
【０１７９】
次にレジスト層６１に覆われていない非磁性層５３の両側端部５３ａを、図１７に示す矢印Ｈ方向からのイオンミリングで削って除去する（図１７に示す点線部分の非磁性層５３が除去される）。
【０１８０】
図１７に示すイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングによって非磁性層５３を削ることができるから、リング止め位置のマージンを狭くすることが可能になる。特に、非磁性層５３をイオンミリングで除去した瞬間にミリングを止めることも可能になる。従って、第３反強磁性層４１はイオンミリングによって大きなダメージを受けなくなる。
【０１８１】
なお、図１７工程時に、前記第３反強磁性層４１の素子両側端部Ｃ上に非磁性層５３の両側端部５３ａが一部残されてもよい。少なくとも前記非磁性層５３の両側端部５３ａの表面は酸化されているので削り取る。このとき前記非磁性層５３の両側端部５３ａの膜厚を３Å以下で残す。
【０１８２】
次に図１８工程を施す。図１８工程では、前記第３反強磁性層の素子両側端部Ｃ上に第２反強磁性層４２及び電極層５０を真空中で連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を使用できる。成膜された第２反強磁性層４２の内側端部４２ａ及び電極層５０の内側端部５０ａは、下方から上方に向うにしたがって（図示Ｚ方向）、徐々に第２反強磁性層４２間の間隔Ａがトラック幅方向（図示Ｘ方向）広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成される。
【０１８３】
またこの実施形態では前記第２反強磁性層４２の下面間のトラック幅方向における間隔でトラック幅Ｔｗが規定される。
【０１８４】
図１８に示すように電極層５０まで積層形成した後、前記第２反強磁性層４２を構成する元素からなる反強磁性材料の膜４２ｂ及び電極層５０を構成する元素からなる電極材料の膜５０ｃが付着したレジスト層６１を有機溶剤などを用いたリフトオフで除去する。
【０１８５】
次に図１９に示すように、前記第２反強磁性層４２間の間隔Ａ内から露出する非磁性層５３（図１８を参照）をすべて除去し、さらに前記非磁性層５３を除去したことで現れる第３反強磁性層４１もすべて除去して第１フリー磁性層２８の表面２８ａを素子中央部Ｄから露出させる。図１９に示すように、前記第３反強磁性層４１、第２反強磁性層４２及び電極層５０のトラック幅方向における内側端面４１ａ、４２ａ、５０ａは連続面として形成される。
【０１８６】
その後、図６及び図７工程と同じ工程を施し、前記素子中央部Ｄの第１フリー磁性層２８上に第２フリー磁性層５１を形成する。
【０１８７】
上記したいずれの製造方法においてもフリー磁性層７０、７１の素子中央部Ｄの膜厚を、素子両側端部Ｃの膜厚に比べて容易に且つ確実に厚く形成することができる。
【０１８８】
しかも素子中央部Ｄに第２フリー磁性層５１を形成する工程において、フォトリソグラフィー技術を用いなくても、前記第２フリー磁性層５１を形成できるから、アライメントが必要なく、精度良く且つ容易に所定形状の前記第２フリー磁性層５１を形成することができる。
【０１８９】
さらにフリー磁性層７０、７１の素子両側端部Ｃは、イオンミリングの影響を受けることがなく、また受けてもその影響は非常に小さいので、前記第２反強磁性層４２あるいは第３反強磁性層４１との間で発生する交換結合磁界をより適切に大きくでき、前記フリー磁性層７０、７１の素子両側端部Ｃをしっかりと固定でき、サイドリーディングの発生を適切に抑制することが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【０１９０】
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。
【０１９１】
以上本発明をその好ましい実施例に関して述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変更を加えることができる。
【０１９２】
なお、上述した実施例はあくまでも例示であり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
【０１９３】
【実施例】
図１と同様の磁気検出素子を製造し、[（前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃでの膜厚ｔ２から前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１を引いた値）／前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１]×１００（％）（なお以下では単に「比率」と称す）と再生出力との関係を調べた。
【０１９４】
実験に使用した磁気検出素子は、前記フリー磁性層７０の素子中央部Ｄの膜厚ｔ１が７０Åであり、トラック幅Ｔｗは０．２μｍであり、ＭＲハイト長さ（図１に示す磁気検出素子の図示Ｙ方向の長さ）は、０．１５μｍであった。また前記フリー磁性層７０にはＣｏＦｅ／ＮｉＦｅを使用し、前記フリー磁性層７０の単位面積当たりの磁気モーメントは、４．８４（Ｔ・ｎｍ）であった。実験では、前記フリー磁性層７０の素子両側端部Ｃの膜厚ｔ２を変化させて、前記比率と再生出力との関係を調べた。
【０１９５】
図２０に示すように、比率が正の値のとき、すなわち素子両側端部Ｃの膜厚ｔ２が素子中央部Ｄの膜厚ｔ１と同じかあるいはそれよりも大きいとき（従来例）、再生出力が小さく、前記比率を負の値にすると、すなわち素子両側端部Ｃの膜厚ｔ２を素子中央部Ｄの膜厚ｔ１よりも小さくすると（実施例）、再生出力が大きくなることがわかった。
【０１９６】
ただし前記比率が−８０％よりも小さくなると再生波形の歪みやバルクハウゼンノイズなどの不安定性（いわゆるInstability）が発生する確率が増えるという問題があるので、前記比率の下限値を−８０％とし、前記比率の好ましい範囲を−８０％以上で０よりも小さい範囲内と設定した。
【０１９７】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、第２反強磁性層のトラック幅方向の素子中央部に形成された前記間隔内に、さらに第２フリー磁性層が埋められており、前記素子中央部の前記フリー磁性層の膜厚が、前記フリー磁性層の素子両側端部の膜厚よりも厚く形成されている。
【０１９８】
前記フリー磁性層の素子両側端部が前記フリー磁性層の素子中央部の膜厚よりも薄く形成されると、前記フリー磁性層の素子両側端部の内側端部から発生する静磁界が減少するから、素子中央部への静磁界の影響は軽減される。しかも前記フリー磁性層の素子中央部では膜厚が厚くされたことによって前記静磁界による磁束が前記素子中央部で広がり、すなわち前記素子中央部での磁束密度をより効果的に小さくできるため、前記フリー磁性層の素子中央部での再生感度を向上させることができ、再生出力の向上を図ることができる。また素子中央部の膜厚が厚くされたことで、熱揺らぎの問題を適切に緩和でき従来に比べてノイズの発生を適切に抑制できる磁気検出素子を製造することができる。
【０１９９】
また、前記フリー磁性層の素子両側端部では素子中央部よりも膜厚が薄いことから、前記素子両側端部と前記第２反強磁性層との間で交換結合磁界を適度な大きさで発生させ、前記フリー磁性層の素子両側端部の磁化を適切にトラック幅方向に固定でき、サイドリーディングの発生を抑制できる。
【０２００】
よって本発明では今後の高記録密度化に適切に対応すべく狭トラック化を促進させても、再生感度が良好で再生出力を向上させることができ、さらにサイドリーディングの発生等も少なく再生特性に優れた磁気検出素子を製造することができる。
【０２０１】
また本発明の磁気検出素子の製造方法では、素子中央部に第２フリー磁性層を形成する工程において、フォトリソグラフィー技術を用いなくても、前記第２フリー磁性層を形成できるから、アライメントが必要なく、精度良く且つ容易に前記第２フリー磁性層を形成することができる。
【０２０２】
さらにフリー磁性層の素子両側端部は、イオンミリングの影響を受けることがなく、また受けてもその影響は非常に小さいので、前記第２反強磁性層あるいは第３反強磁性層との間で発生する交換結合磁界をより適切に大きくでき、前記フリー磁性層の素子両側端部Ｃをしっかりと固定でき、サイドリーディングの発生を適切に抑制することが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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、
【図２】本発明の第２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、
【図３】図１に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図４】図３の次に行なわれる一工程図、
【図５】図４の次に行なわれる一工程図、
【図６】図５の次に行なわれる一工程図、
【図７】図６の次に行なわれる一工程図、
【図８】図２に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図９】図８の次に行なわれる一工程図、
【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】図８ないし図１０とは異なる製造方法で磁気検出素子を製造する際の一工程図、
【図１４】図１３の次に行なわれる一工程図、
【図１５】図１４の次に行なわれる一工程図、
【図１６】図１５の次に行なわれる一工程図、
【図１７】図３ないし図５とは異なる製造方法で磁気検出素子を製造する際の一工程図、
【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】[（フリー磁性層の素子両側端部の膜厚ｔ２−フリー磁性層の素子中央部の膜厚ｔ１）／フリー磁性層の素子中央部の膜厚ｔ１]×１００（％）と、再生出力との関係を示すグラフ、
【図２１】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、
【図２２】従来の別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】
２０基板
２２第１反強磁性層
２３固定磁性層
２７非磁性材料層
２８第１フリー磁性層
４１第３反強磁性層
４２第２反強磁性層
５０電極層
５１、５７第２フリー磁性層
５３非磁性層
５４強磁性層
６０、６１レジスト層
７０、７１フリー磁性層
Ｃ素子両側端部
Ｄ素子中央部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a magnetic detection element used in a hard disk device, a magnetic sensor, and the like. In particular, in an exchange bias system, the reproduction output is improved even when the track is narrowed, and the occurrence of side reading and the like is suppressed. The present invention relates to a magnetic sensing element that can be improved and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 21 is a partial cross-sectional view of the structure of a conventional magnetic detection element as seen from the side facing the recording medium.
[0003]
Reference numeral 1 denotes a first antiferromagnetic layer 1, and a multilayer film 5 including a pinned magnetic layer 2, a nonmagnetic material layer 3, a free magnetic layer 4, and a ferromagnetic layer 6 is formed on the first antiferromagnetic layer 1. Is formed. In this conventional example, the ferromagnetic layer 6 is formed on both end portions C of the free magnetic layer 4 in the track width direction.
[0004]
A second antiferromagnetic layer 8 and an electrode layer 9 are stacked on the ferromagnetic layer 6. As shown in FIG. 21, the track width Tw is regulated by the width dimension of the second antiferromagnetic layer 8 in the track width direction (X direction in the drawing).
[0005]
In this conventional example, since the ferromagnetic layer 6 is laminated on the free magnetic layer 4 at both ends C of the element in the track width direction, the total film thickness of these two layers is tT. The film thickness tF is only the free magnetic layer 4. That is, the film thickness tT at the element side end C is formed thicker than the film thickness tF at the element center D.
[0006]
At both ends C of the element, when the ferromagnetic layer 6 is fixed in the X direction by the exchange coupling magnetic field generated between the ferromagnetic layer 6 and the second antiferromagnetic layer 8, the strong layer Exchange interaction works with the magnetic layer 6 so that both end portions C of the free magnetic layer 4 are fixed in the X direction in the figure, while the free magnetic layer 4 at the element center D is subjected to an external magnetic field. On the other hand, the magnetic domain is weakened to the extent that magnetization can be reversed.
[0007]
FIG. 22 is a partial cross-sectional view showing the structure of a magnetic sensing element different from that shown in FIG. In the magnetic sensing element shown in FIG. 22, the ferromagnetic layer 6 is not provided on the both end portions C of the free magnetic layer 4. As shown in FIG. 22, the film thickness tF at the element central portion D of the free magnetic layer 4 and the film thickness tT at the element side end portions C are formed with a uniform film thickness.
[0008]
In FIG. 22, the free magnetic layer 4 at both end portions C of the element is fixed in the X direction by the exchange coupling magnetic field generated between the second antiferromagnetic layer 8 and the center D of the element. The free magnetic layer 4 is weakly single-domained so that magnetization can be reversed with respect to an external magnetic field.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structure of the conventional magnetic detection element shown in FIGS. 21 and 22, it was not possible to manufacture a magnetic detection element that can appropriately cope with the narrowing of the track for future high recording density.
[0010]
First, in the magnetic sensing element shown in FIG. 21, an extra static magnetic field extends from the inner end face of the ferromagnetic layer 6 formed on the element side end C of the free magnetic layer 4 to the element center D of the free magnetic layer 4. E (indicated by an arrow) was generated, and this was a factor that decreased the sensitivity to the external magnetic field of the element central portion D of the free magnetic layer 4. The sensitivity decreases because an extra static magnetic field flows into the element central portion D, and the magnetic flux density increases particularly near the boundary between the element central portion D and the both end portions C of the element, and the magnetization becomes an external magnetic field. This is because a so-called insensitive region that is difficult to reverse with high sensitivity is formed.
[0011]
For this reason, when the track width Tw is narrowed, the ratio of the insensitive region in which the magnetization is difficult to be reversed with respect to the external magnetic field in the element central portion D of the free magnetic layer 4 is increased, so that the sensitivity of the free magnetic layer 4 is decreased. Therefore, there arises a problem that the reproduction output is lowered.
[0012]
On the other hand, in the magnetic detection element shown in FIG. 22, since the ferromagnetic layer 6 is not formed on the both end portions C of the free magnetic layer 4, the inflow of the extra static magnetic field described in FIG. 21 is reduced. However, in the element center portion D of the free magnetic layer 4, it occurs inside the free magnetic layer 4 due to the exchange coupling magnetic field generated between the second antiferromagnetic layer 8 and the element side ends C of the free magnetic layer 4. In addition to the bias magnetic field due to the exchange interaction, the static magnetic field generated inside the both end portions C of the free magnetic layer 4 still flows in. Therefore, the magnetic flux density at the element central portion D of the free magnetic layer 4 is effectively reduced. If the track width Tw is particularly small, the sensitivity at the element central portion D of the free magnetic layer 4 tends to decrease, and there is a concern that the reproduction output will decrease.
[0013]
As one method for increasing the sensitivity of the free magnetic layer 4 at the element central portion D, the magnetic moment per unit area (saturation magnetization Ms × film thickness t) of the free magnetic layer 4 may be reduced. In order to reduce the hit magnetic moment, it is conceivable to reduce the thickness of the free magnetic layer 4. However, when the film thickness of the free magnetic layer 4 is reduced, the saturation magnetization Ms × the volume of the free magnetic layer decreases, so that ferromagnetic resonance in the free magnetic layer 4 due to heat becomes a problem, and this causes noise. Thus, the so-called thermal fluctuation problem becomes serious. Also, the stability of the reproduced waveform is lacking.
[0014]
On the other hand, if the film thickness of the free magnetic layer 4 is increased, problems such as noise caused by the above-described thermal fluctuation are alleviated, but the element side end portions C and the second end portions of the free magnetic layer 4 are reduced. Since the exchange coupling magnetic field generated between the antiferromagnetic layers 8 becomes small, the magnetization of the element side end C of the free magnetic layer 4 is not properly fixed in the X direction in the figure, and therefore the magnetization of the element side end C However, the problem of side reading occurs due to the tendency to reverse with respect to the external magnetic field.
[0015]
In this way, in the shapes shown in FIGS. 21 and 22, as the track becomes narrower, it becomes difficult to improve the sensitivity at the element central portion D of the free magnetic layer 4 and improve the reproduction output. There has been concern about the deterioration of reproduction characteristics such as noise and side reading due to thermal fluctuation depending on the film thickness of the magnetic layer 4 and the like.
[0016]
Accordingly, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and in the exchange bias system, it is possible to improve reproduction output even in a narrow track and to improve reproduction characteristics by suppressing side reading and the like. The present invention relates to a possible magnetic detection element and a manufacturing method thereof.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  The magnetic detection element in the present invention has a multilayer film in which a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a first free magnetic layer are stacked in this order from the bottom,
  A second antiferromagnetic layer having a predetermined interval in the track width direction is formed at the center of the element on the first free magnetic layer,
  A second free magnetic layer is further buried in the interval, and the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are included to form a free magnetic layer, and the free center of the element in the track width direction is formed. The magnetic layer is formed thicker than the free magnetic layer at both ends of the element in the track width direction.And
  The inner end surface in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is formed as an inclined surface or a curved surface in which the interval gradually increases from the bottom to the top.It is characterized by this.
[0018]
As described above, in the present invention, a second free magnetic layer is further buried in the gap formed in the central portion of the element in the track width direction of the second antiferromagnetic layer, The free magnetic layer is characterized in that the thickness of the free magnetic layer is larger than the thickness of both end portions of the free magnetic layer.
[0019]
If both end portions of the free magnetic layer are thinner than the center portion of the free magnetic layer, the static magnetic field generated inside the both end portions of the free magnetic layer is reduced. The influence of the static magnetic field on the central portion of the element is reduced. In addition, the influence of the static magnetic field is diffused in the element central part by increasing the film thickness in the element central part of the free magnetic layer, that is, the magnetic flux density in the element central part is more effectively reduced. It is possible to improve the reproduction sensitivity at the center of the element of the free magnetic layer, and to improve the reproduction output. Further, since the film thickness at the central portion of the element is increased, it is possible to manufacture a magnetic detection element that can appropriately alleviate the problem of thermal fluctuation and can appropriately suppress the generation of noise as compared with the conventional case.
[0020]
In addition, since the film thickness is smaller at the both sides of the free magnetic layer than at the center of the element, an exchange coupling magnetic field between the both sides of the element and the second antiferromagnetic layer has a predetermined magnitude. The magnetization of the free magnetic layer at both end portions of the element can be appropriately fixed in the track width direction, and the occurrence of side reading can be suppressed.
[0021]
In the present invention, [(the value obtained by subtracting the film thickness at the element central part of the free magnetic layer from the film thickness at both end parts of the free magnetic layer) / film thickness at the element central part of the free magnetic layer] × 100 (%) is preferably -80% or more and less than 0%. According to the experimental results to be described later, as shown in FIG. 21, the ferromagnetic layer 6 is formed on the both side ends C of the free magnetic layer 4 so that the both side ends C of the element are raised. Although the ferromagnetic layer 6 is not formed as in FIG. 22, the reproduction output can be effectively improved compared to the shape in which the free magnetic layer 4 is formed with a uniform film thickness in the track width direction. all right.
[0022]
In the present invention, the thickness of the free magnetic layer at both end portions of the element is preferably 10 mm or more and 50 mm or less. In the present invention, the thickness of the free magnetic layer at the center of the element is preferably 30 mm or more and 70 mm or less. As described above, by adjusting the film thickness at the center of the free magnetic layer and at both ends of the element, it is more effective in reproducing sensitivity and in reproducing characteristics that can suppress the occurrence of side reading. It is possible to manufacture a magnetic sensing element.
[0023]
In the present invention, it is preferable that the second free magnetic layer formed so as to be filled in the gap is formed in a separate process from the first free magnetic layer constituting the multilayer film.
[0024]
  Further, in the present invention, a third antiferromagnetic layer having a predetermined interval is formed between the both side end portions of the free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer in the center portion of the element in the track width direction.The inner end faces in the track width direction of the second antiferromagnetic layer and the third antiferromagnetic layer are preferably formed as inclined surfaces or curved surfaces in which the distance gradually increases from the bottom to the top. .
[0025]
Alternatively, in the present invention, a ferromagnetic layer is provided at least between both end portions of the free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer, and the both end portions of the free magnetic layer are configured together with the ferromagnetic layer. It is preferable to do.
[0026]
In both of the above-described embodiments, both end portions of the free magnetic layer are not etched by etching or the like, and an exchange coupling magnetic field having a predetermined magnitude is generated between the both end portions of the element and the second antiferromagnetic layer. Thus, it is possible to manufacture a magnetic detection element that can suppress the occurrence of side reading more appropriately.
[0028]
  In addition, the method for manufacturing a magnetic detection element according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a multilayer film in which a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a first free magnetic layer are laminated in that order from below;
(B) forming a second antiferromagnetic layer on the upper side of the first free magnetic layer with a predetermined spacing in the track width direction at the center of the element;
(D) forming a second free magnetic layer extending from the inner end face after forming a second free magnetic layer on the inner end face in the track width direction of the second antiferromagnetic layer from at least the interval; Scraping to leave the second free magnetic layer within the interval.
[0029]
According to the manufacturing method described above, the second free magnetic layer can be easily and surely provided within the interval of the second antiferromagnetic layer formed at a predetermined interval in the center of the element of the second antiferromagnetic layer. The film thickness of the free magnetic layer at the center of the element in the track width direction can be made larger than the film thickness of the free magnetic layer at both ends of the element in the track width direction.
[0031]
Further, at this time, in the step (d), the second free magnetic layer formed in the interval is made to have the thickness of the second free magnetic layer extended to the inner end face of the second antiferromagnetic layer. It is preferable to form it thicker than the magnetic layer.
[0032]
According to the above step (d), the free magnetic layer can be appropriately filled in the gap without using a photolithography technique, and the free magnetic layer at the center of the element in the track width direction can be easily and accurately. The film thickness of the layer can be made larger than the film thickness of the free magnetic layer at both ends of the element in the track width direction.
[0033]
Moreover, in this invention, it is preferable to have the following processes instead of the said (a) process and (b) process.
(E) forming a multilayer film in which a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a first free magnetic layer, a third antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic layer are stacked in this order from the bottom;
(F) forming the second antiferromagnetic layer on the nonmagnetic layer after shaving,
(G) The element central portions of the second antiferromagnetic layer and the third antiferromagnetic layer are shaved in the film thickness direction so that a predetermined interval is formed in the element central portion. At this time, the first free magnetism is within the interval. Exposing the element central portion of the layer;
[0034]
Or in this invention, it replaces with the said (a) process and (b) process, and it is preferable to have the following processes.
(H) forming a multilayer film in which the first antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic material layer, the first free magnetic layer, and the nonmagnetic layer are laminated in that order from the bottom;
(F) after cutting the nonmagnetic layer, forming a ferromagnetic layer constituting the free magnetic layer together with the first free magnetic layer, and a second antiferromagnetic layer thereon;
(J) A step of cutting the element central portion of the second antiferromagnetic layer in the film thickness direction to form a predetermined interval in the element central portion, and at this time, exposing the element central portion of the ferromagnetic layer from within the interval .
[0035]
If the method for manufacturing a magnetic sensing element according to the above-described steps (e) to (g) or (h) to (j) is used, the both side ends of the element are not etched by etching or the like. The damage such as the etching does not remain at both ends of the element. Accordingly, an exchange coupling magnetic field having an appropriate magnitude is applied between the both side end portions of the third antiferromagnetic layer and the both side end portions of the free magnetic layer, or between the both side end portions of the ferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer. Thus, it is possible to manufacture a magnetic detecting element that can appropriately fix both side ends of the free magnetic layer in the track width direction and can suppress the occurrence of side reading as compared with the conventional case.
[0036]
Further, the nonmagnetic layer in the step (e) or (h) is formed of any one or more of Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh, Cr, and Cu. It is preferable. At this time, the nonmagnetic layer is preferably formed with a thickness of 3 to 10 mm. The nonmagnetic layer has a role as an anti-oxidation layer that protects the underlying layer from oxidation due to exposure to the atmosphere. By forming the nonmagnetic layer with Ru or the like, the nonmagnetic layer is Even a thin film thickness of 10 mm or less can appropriately function as an anti-oxidation layer, and the nonmagnetic layer can be formed with a film thickness of 10 mm or less so that the nonmagnetic layer can be removed by ion milling. In this step, low energy ion milling can be used, and the influence of the ion milling on the layer formed under the nonmagnetic layer can be reduced.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the first embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. The magnetic detection element shown in FIG. 1 is an MR head for reproducing a recording signal recorded on a recording medium. A recording inductive head may be laminated on the MR head. The surface facing the recording medium is, for example, perpendicular to the film surface of the thin film constituting the magnetic detection element and parallel to the magnetization direction when the external magnetic field (recording signal magnetic field) of the free magnetic layer of the magnetic detection element is not applied. It is a plane. In FIG. 1, the surface facing the recording medium is a plane parallel to the XZ plane.
[0038]
When the magnetic detection element is used for a floating magnetic head, the surface facing the recording medium is a so-called ABS surface.
[0039]
The magnetic detection element is, for example, alumina-titanium carbide (Al₂O_Three-TiC) formed on the trailing end face of the slider. The slider is bonded to an elastically deformable support member made of stainless steel or the like on the side opposite to the surface facing the recording medium to constitute a magnetic head device.
[0040]
The track width direction is the width direction of a region where the magnetization direction varies due to an external magnetic field, and is, for example, the magnetization direction when the external magnetic field of the free magnetic layer is not applied, that is, the X direction shown in the figure. The width dimension of the free magnetic layer in the track width direction defines the track width Tw of the magnetic detection element.
[0041]
The recording medium faces the surface of the magnetic detection element facing the recording medium, and moves in the Z direction shown in the figure. The direction of the leakage magnetic field from the recording medium is the Y direction shown in the figure.
[0042]
Reference numeral 20 shown in FIG. 1 denotes a substrate, on which a seed layer 21, a first antiferromagnetic layer 22, a pinned magnetic layer 23, a nonmagnetic material layer 27, and a first free magnetic layer 28 are formed. In the embodiment, each layer from the seed layer 21 to the first free magnetic layer 28 is referred to as a multilayer film 31.
[0043]
The seed layer 21 is made of NiFe alloy, NiFeCr alloy, Cr, or the like. The seed layer 21 is, for example, (Ni_0.8Fe_0.2)_60at%Cr_40at%The film thickness is 60 mm.
[0044]
The first antiferromagnetic layer 22 is a PtMn alloy or X—Mn (where X is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, Fe) Alloy, or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr) Formed of alloys).
[0045]
By using these alloys as the first antiferromagnetic layer 22 and heat-treating them, an exchange coupling film of the first antiferromagnetic layer 22 and the fixed magnetic layer 23 that generate a large exchange coupling magnetic field can be obtained. it can. In particular, in the case of a PtMn alloy, it has an exchange coupling magnetic field of 48 kA / m or more, for example, more than 64 kA / m. An exchange coupling film of the magnetic layer 23 can be obtained.
[0046]
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but undergo structural transformation to a CuAuI-type ordered face-centered tetragonal structure (fct) by heat treatment. The film thickness of the first antiferromagnetic layer 22 is 80 to 300 mm.
[0047]
The pinned magnetic layer 23 shown in FIG. 1 has an artificial ferri structure. The pinned magnetic layer 23 has a three-layer structure of magnetic layers 24 and 26 and a nonmagnetic intermediate layer 25 interposed therebetween.
[0048]
The magnetic layers 24 and 26 are made of, for example, a magnetic material such as NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, and CoNi alloy. The magnetic layer 24 and the magnetic layer 26 are preferably formed of the same material.
[0049]
The nonmagnetic intermediate layer 25 is formed of a nonmagnetic material, and is formed of one kind of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu or an alloy of two or more kinds thereof. In particular, it is preferably formed of Ru.
[0050]
The magnetic layers 24 and 26 are each formed with a thickness of about 10 to 70 mm. The nonmagnetic intermediate layer 25 is formed with a thickness of about 3 to 10 mm.
[0051]
The pinned magnetic layer 23 may be formed in a one-layer structure using any one of the magnetic materials described above or a two-layer structure including a layer made of any one of the magnetic materials described above and a diffusion prevention layer such as a Co layer.
[0052]
The non-magnetic material layer 27 is a layer that prevents magnetic coupling between the pinned magnetic layer 23 and the first free magnetic layer 28, and a sense current mainly flows therethrough, and is a conductive material such as Cu, Cr, Au, Ag. Preferably, it is formed of a nonmagnetic material having In particular, it is preferably formed of Cu. The nonmagnetic material layer 27 is formed with a film thickness of about 18 to 30 mm, for example.
[0053]
In the embodiment shown in FIG. 1, the first free magnetic layer 28 has a two-layer structure. A layer 29 is a diffusion prevention layer made of Co, CoFe, or the like. The diffusion prevention layer 29 prevents mutual diffusion of the first free magnetic layer 28 and the nonmagnetic material layer 27. A magnetic material layer 30 made of NiFe alloy or the like is formed on the diffusion preventing layer 29. The first free magnetic layer 28 is formed with about 10 to 50 mm.
[0054]
In the embodiment shown in FIG. 1, a third antiferromagnetic layer 41, a second antiferromagnetic layer 42, and an electrode layer are formed on both end portions C of the first free magnetic layer 28 in the track width direction (X direction in the drawing). 50 are laminated.
[0055]
The third antiferromagnetic layer 41 and the second antiferromagnetic layer 42 are made of a PtMn alloy or X—Mn (where X is Pd, Ir, Rh, Ru, Os, as with the first antiferromagnetic layer 22). , Ni, Fe, or an alloy thereof, or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, (Ni, Ar, Ne, Xe, Kr, or one or more elements).
[0056]
The film thickness of the third antiferromagnetic layer 41 is 20 to 50 mm and is a total film of the film thickness of the second antiferromagnetic layer 42 and the film thickness of the third antiferromagnetic layer 41. The film thickness of the second antiferromagnetic layer 42 is adjusted so that the thickness is 80 to 300 mm.
[0057]
The electrode layer 50 is made of, for example, Au, W, Cr, Ru, Rh, Ta or the like. The electrode layer 50 has a thickness of 300 to 1000 mm.
[0058]
In the embodiment shown in FIG. 1, the third antiferromagnetic layer 41, the second antiferromagnetic layer 42, and the electrode layer 50 provided on the first free magnetic layer 28 are arranged in the track width direction (X direction in the drawing). Inner end faces 41a, 42a in the track width direction (X direction in the drawing) of the third antiferromagnetic layer 41, the second antiferromagnetic layer 42, and the electrode layer 50 are formed at a predetermined interval A in the element central portion D. , 50a are formed by inclined surfaces or curved surfaces in which the width of the interval A gradually increases in the track width direction from the lower side to the upper side (Z direction in the drawing).
[0059]
In the embodiment shown in FIG. 1, a second free magnetic layer 51 is further embedded in the space A, and the embedded second free magnetic layer 51 is located in the element center D, The first free magnetic layer 28 constituting the multilayer film 31 is ferromagnetically bonded on the element central portion D. In this embodiment, the “free magnetic layer 70” is configured by combining the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 51.
[0060]
Similar to the first free magnetic layer 28, the second free magnetic layer 51 is made of a magnetic material such as NiFe alloy, Co, CoNiFe alloy, CoFe alloy, and CoNi alloy.
[0061]
A ferromagnetic layer 52 made of the same material as the second free magnetic layer 51 is also formed on the electrode layer 50.
[0062]
A characteristic part of the magnetic detection element shown in FIG. 1 will be described. First, since the second free magnetic layer 51 is formed so as to be buried in the gap A, the film thickness of the free magnetic layer 70 is the same as that of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer in the element center portion D. The film thickness t1 is the total film thickness of the layers 51. On the other hand, the film thickness at both end portions C of the free magnetic layer 70 is t2 of only the first free magnetic layer 28, and the film thickness t1 at the element center portion D is the film thickness at the both end portions C of the element. It is larger than t2.
[0063]
In this way, in the embodiment shown in FIG. 1, the film thickness t1 of the element center D is thicker than the film thickness t2 of the element side edge C, so that the element side edges as described in FIG. It is possible to effectively suppress the generation of an extra static magnetic field that flies in the arrow direction from the portion C to the element center portion D. In particular, the generation of the extra static magnetic field can be suppressed more reliably than in the conventional example shown in FIG.
[0064]
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the film thickness t2 of the element side end C is made thinner than the film thickness t1 of the element center D, thereby generating static electricity generated from the inner end of the element side end C. The magnetic field itself can be reduced, and the influence of the static magnetic field at the element central portion D can be reduced. In addition, since the film thickness t1 of the element central portion D is increased, the magnetic flux due to the static magnetic field is further spread in the element central portion D, that is, the magnetic flux density in the element central portion D is more effectively reduced. Therefore, it is possible to improve the reproduction sensitivity of the free magnetic layer 70 at the element center D with respect to the external magnetic field as compared with the conventional examples shown in FIGS. Even if the narrowing of the track is promoted, the reproduction output can be improved in the embodiment shown in FIG.
[0065]
Further, since the thickness t1 of the free magnetic layer 70 in the element central portion D is formed thick, the saturation magnetization Ms × volume in the element central portion D can be increased, so that the thermal fluctuation can be suppressed, and thus this thermal fluctuation. It is possible to suppress the occurrence of noise due to the noise.
[0066]
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, since the film thickness t2 of the both end portions C of the element can be made thin, the exchange coupling magnetic field generated between the both end portions C of the third antiferromagnetic layer 41 and the free magnetic layer 70. Can be strengthened to a predetermined size. This is because there is an inversely proportional relationship between the magnitude of the exchange coupling magnetic field and the film thickness t <b> 2 at both end portions C of the free magnetic layer 70.
[0067]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, the magnetization of the free magnetic layer 70 at both end portions C of the element can be firmly fixed, and the occurrence of side reading can be suppressed appropriately.
[0068]
As described above, in the embodiment shown in FIG. 1, the sensitivity of the free magnetic layer 70 at the element central portion D can be improved, the reproduction output can be improved, and the occurrence of side reading can be suppressed. Thus, it is possible to manufacture a magnetic detecting element that can appropriately cope with the narrowing of tracks accompanying the future increase in recording density.
[0069]
In the embodiment shown in FIG. 1, [(the value obtained by subtracting the film thickness t1 of the element central portion D of the free magnetic layer 70 from the film thickness t2 of the free magnetic layer 70 at both end portions C) / the free magnetic layer. The film thickness t1] × 100 (%) of the element central portion D of the layer 70 is preferably −80% or more and smaller than 0%.
[0070]
According to the experiment described later, when the element center portion D and the element side end portions C of the free magnetic layer 70 are formed with the same film thickness, and the element side end portions C are thicker than the element center portion D. The reproduction output can be improved as compared with the case where the film is formed with a film thickness.
[0071]
Further, [(a value obtained by subtracting the film thickness t1 of the element central portion D of the free magnetic layer 70 from the film thickness t2 of the free magnetic layer 70 at both ends C of the element) / element central portion D of the free magnetic layer 70 The reason why the lower limit of the film thickness t1] × 100 (%) is set to “−80%” is that when it is less than −80%, the probability of occurrence of distortion or instability (so-called instability) of the reproduced waveform increases.
[0072]
Next, the thickness t2 of the free magnetic layer 70 at both end portions C of the element is preferably 10 mm or more and 50 mm or less. The reason why the film thickness t2 at the element side end C of the free magnetic layer 70 is 10 mm or more is that the exchange coupling magnetic field generated between the third antiferromagnetic layer 41 and the film thickness t2 is smaller than this. This is because of the decrease. The reason why the film thickness t2 at the both end C of the element is set to 50 mm or less is to secure a sufficient exchange coupling magnetic field. The exchange coupling magnetic field generated between the element side end C of the free magnetic layer 70 and the third antiferromagnetic layer 41 is preferably 48 (kA / m) or more.
[0073]
Next, the thickness t1 of the free magnetic layer 70 at the element central portion D is preferably 30 mm or more and 70 mm or less. The reason why the film thickness t1 at the element central portion D of the free magnetic layer 70 is set to 30 mm or more is that the magnetic flux density at the element central portion D cannot be effectively reduced without this thickness. This is because the sensitivity cannot be improved. In addition, the generation of noise due to thermal fluctuations becomes serious. The film thickness t1 of the element central portion D is set to 70 mm or less because if the element central portion D is too thick, the combined magnetic moment (saturation magnetization Ms × film thickness) per unit area increases. This is because the reproduction sensitivity at the center D is lowered.
[0074]
By the way, in the embodiment shown in FIG. 1, the surface 28a of the first free magnetic layer 28 constituting the multilayer film 31 is exposed in the element central portion D, and the surface 28a is slightly etched. The second free magnetic layer 51 is buried from the surface 28a of the first free magnetic layer 28 to the inner end face 41a of the third antiferromagnetic layer 41 within the interval A. Note that the surface 28a of the first free magnetic layer 28 may not be cut out (in this case, the surface 28a is at a position indicated by a dotted line). At this time, the first free magnetic layer 28 constituting the multilayer film 31 has a uniform film thickness from the element side edge C to the element center D.
[0075]
In the embodiment shown in FIG. 1, the second free magnetic layer 51 and the first free magnetic layer 28 constituting the multilayer film 31 are formed in separate steps. In the embodiment shown in FIG. 1, the second free magnetic layer 51 is placed on the element center D of the first free magnetic layer 28 by a very simple method of embedding the second free magnetic layer 51 in the interval A. Magnetically bonded, the film thickness t1 of the element central portion D of the free magnetic layer 70 is increased. Moreover, the element end portions C of the free magnetic layer 70 are not affected by the ion milling according to the manufacturing method described later, or the influence is extremely small. That is, in the embodiment shown in FIG. 1, the element side end C is not scraped by the ion milling, that is, the surface of the element side end C is not damaged by the ion milling. The interface state between the element opposite side ends C of the free magnetic layer 70 and the third antiferromagnetic layer 41 is kept normal, and a predetermined amount between the element opposite ends C of the free magnetic layer 70 and the third antiferromagnetic layer 41 is maintained. An exchange coupling magnetic field having a magnitude can be generated, and both end portions C of the free magnetic layer 70 can be firmly fixed by magnetization.
[0076]
Next, regarding the formation position of the second free magnetic layer 51, in the embodiment shown in FIG. 1, both side end surfaces 51a, 51a in the track width direction (X direction in the drawing) of the second free magnetic layer 51 are the third position. The inner end face 41a of the antiferromagnetic layer 41 is completely covered, but both end faces 51a of the second free magnetic layer 51 cover only a part of the inner end face 41a of the third antiferromagnetic layer 41. Alternatively, the second antiferromagnetic layer 42 may be formed to extend to the inner end face 42a.
[0077]
However, the following points need to be considered. First, if the film thickness of the second free magnetic layer 51 is adjusted so that the film thickness t1 of the element central portion D of the above-described free magnetic layer 70 falls within the above-described appropriate numerical value range, the second free magnetic layer The upper surface 51b of 51 may be formed at any position. Next, if both end surfaces 51a of the second free magnetic layer 51 are formed so as to extend from the upper surface 51b of the second free magnetic layer 51 to the inner end surface 42a of the second antiferromagnetic layer 42, this extension will occur. Magnetization fluctuations at both end portions of the formed second free magnetic layer 51 are not preferable because side reading occurs. In the embodiment shown in FIG. 1, the track width Tw is regulated by the width dimension in the track width direction (X direction in the drawing) of the lower surface of the third antiferromagnetic layer 41, but the extended second free magnetic layer is formed. Since both end portions of 51 protrude from the track width Tw, side reading is caused.
[0078]
The track width Tw is preferably about 0.1 μm to 0.2 μm. This is because if the track width Tw is too wide, the reproduction waveform becomes unstable due to weakening of the bias magnetic field due to exchange interaction at the element center D of the free magnetic layer 70. If the track width Tw is too narrow, the sensitivity of the element central portion D of the free magnetic layer 70 is lowered, which leads to a decrease in reproduction output.
[0079]
Although the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 51 are separately shown in the drawing, the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 28 are shown in a transmission electron microscope (TEM) photograph. The free magnetic layer 51 appears to be viewed as an integral free magnetic layer 70. However, as in the embodiment shown in FIG. 1, the inner end faces 41a and 42a in the track width direction (X direction in the drawing) of the third antiferromagnetic layer 41 and the second antiferromagnetic layer 42 are upward from the bottom (Z direction in the drawing). Further, the element center portion D of the free magnetic layer 70 is formed so as to swell along the at least the inner end surface 41a of the third antiferromagnetic layer 41 in the interval A. In this case, it can be estimated that the manufacturing method of the present invention described later in which the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 51 are separately formed is used.
[0080]
In the embodiment shown in FIG. 1, the third antiferromagnetic layer 41 is formed between the both side ends C of the free magnetic layer 70 and the second antiferromagnetic layer 42. By providing 41, the element end portions C of the free magnetic layer 70 formed thereunder can be appropriately protected from oxidation and ion milling due to atmospheric exposure. The third antiferromagnetic layer 41 is formed with a thin film thickness of 20 to 50 mm at the time of film formation, whereby the magnetization control of the free magnetic layer 70 can be appropriately performed. The manufacturing method will be described in detail later. The interface between the third antiferromagnetic layer 41 and the second antiferromagnetic layer 42 is difficult to see clearly. When viewed with a transmission electron microscope (TEM) photograph, the interface between the second antiferromagnetic layer 42 and the second antiferromagnetic layer 42 is difficult. The third antiferromagnetic layer 41 is considered to be seen as an integral antiferromagnetic layer.
[0081]
In addition, it is preferable that the surface of the third antiferromagnetic layer 41 is also appropriately protected from oxidation due to atmospheric exposure. Therefore, it is formed on the third antiferromagnetic layer 41 with Ru or the like during the manufacturing process of the magnetic sensing element. The nonmagnetic layer 53 is formed. Since the nonmagnetic layer 53 is removed during the manufacturing process, the nonmagnetic layer 53 remains between the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41 in the embodiment shown in FIG. Although not provided, a part of the nonmagnetic layer 53 may be left, which is indicated by a one-dot chain line in FIG. The film thickness of the remaining nonmagnetic layer 53 is 3 mm or less. The material of the nonmagnetic layer 53 is preferably formed of, for example, a noble metal composed of one or more of Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh, and Cr. Even if the nonmagnetic layer 53 is completely scraped off, the elements of the nonmagnetic layer 53 may be diffused in the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41. Etc. can be examined.
[0082]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the second embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0083]
The embodiment shown in FIG. 2 differs from FIG. 1 in that a ferromagnetic layer 54 is first formed on the first free magnetic layer 28. The ferromagnetic layer 54 is formed on the entire surface of the first free magnetic layer 28, and the surface 54 a of the ferromagnetic layer 54 is exposed from the element center portion D within the interval A. The surface 54a is cut away from the surface of the element side end portion C, and the film thickness at the element central portion D is thinned. However, the surface 54a may not be cut as shown by the alternate long and short dash line. In such a case, the ferromagnetic layer 54 is formed with a uniform film thickness from the element center D to the element side edges C.
[0084]
In the embodiment shown in FIG. 2, the third antiferromagnetic layer 41 is not formed between the element end portions C of the second antiferromagnetic layer 42 and the first free magnetic layer 28 as shown in FIG. Such a structural difference is due to a difference in manufacturing method described later.
[0085]
In the embodiment shown in FIG. 2, as in the embodiment shown in FIG. 1, the second free magnetic layer 51 is formed in the interval A formed between the inner end faces 42a of the second antiferromagnetic layer 42. The two free magnetic layers 51 are ferromagnetically bonded on the element central portion D of the ferromagnetic layer 54.
[0086]
In the embodiment shown in FIG. 2, the first free magnetic layer 28 and the ferromagnetic layer 54 constituting the multilayer film 55 and the second free magnetic layer 51 are all configured as a free magnetic layer 71. Therefore, the film thickness of the free magnetic layer 71 is the film thickness t3 that is the sum of the film thicknesses of the first free magnetic layer 28, the ferromagnetic layer 54, and the second free magnetic layer 51 in the element center D. On the other hand, at both ends C of the element of the free magnetic layer 71, the thickness t4 is the sum of the thicknesses of the first free magnetic layer 28 and the ferromagnetic layer 54. As shown in FIG. 2, the film thickness t3 of the element center portion D is larger than the film thickness t4 of the element end portions C.
[0087]
As described above, in the embodiment shown in FIG. 2, the film thickness t3 of the element central portion D of the free magnetic layer 71 is made thicker than the film thickness t4 of the element side end C. Therefore, the element side end C It is possible to reduce the static magnetic field itself generated from the inner end of the. In addition, since the film thickness t3 of the element central portion D is increased, the magnetic flux due to the static magnetic field spreads in the element central portion D, that is, the magnetic flux density in the element central portion D can be reduced more effectively. Therefore, the sensitivity to the external magnetic field of the free magnetic layer 71 at the element central portion D can be improved as compared with the conventional examples shown in FIGS. If the embodiment shown in FIG. 2 is promoted, the reproduction output can be improved.
[0088]
Further, since the thickness t3 of the free magnetic layer 71 in the element central portion D is formed thick, the saturation magnetization Ms × volume in the element central portion D can be increased. It is possible to suppress the occurrence of noise due to the noise.
[0089]
Further, in the embodiment shown in FIG. 2, since the film thickness t4 of the element side end C of the free magnetic layer 71 can be reduced, between the element side ends C of the second antiferromagnetic layer 42 and the ferromagnetic layer 54. The generated exchange coupling magnetic field can be strengthened to a predetermined magnitude. The magnetization of the first free magnetic layer 28 is fixed in the X direction in the drawing by exchange interaction between the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28.
[0090]
In this manner, an exchange coupling magnetic field can be generated strongly between the element side ends C of the second antiferromagnetic layer 42 and the ferromagnetic layer 54, so that the free magnetic layer 71 at the element side ends C Magnetization can be firmly fixed and occurrence of side reading can be suppressed appropriately.
[0091]
As described above, in the embodiment shown in FIG. 2, the sensitivity of the free magnetic layer 71 at the element central portion D can be improved, the reproduction output can be improved, and the occurrence of side reading can be suppressed. Thus, it is possible to manufacture a magnetic detecting element that can appropriately cope with the narrowing of tracks accompanying the future increase in recording density.
[0092]
In the embodiment shown in FIG. 2, [(the value obtained by subtracting the film thickness t3 at the element central portion D of the free magnetic layer 71 from the film thickness t4 at the element side end C of the free magnetic layer 71) / the free The film thickness t3] × 100 (%) of the element central portion D of the magnetic layer 71 is preferably −80% or more and smaller than 0%. The reason is as described in FIG.
[0093]
Next, the thickness t4 of the free magnetic layer 71 at both end portions C of the element is preferably 10 mm or more and 50 mm or less. The film thickness t3 of the free magnetic layer 71 at the element central portion D is preferably 30 mm or more and 70 mm or less. The reason is as described in FIG.
[0094]
In the embodiment shown in FIG. 2, the nonmagnetic layer 53 described in FIG. 1 may be formed between the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28 as indicated by a dotted line. The nonmagnetic layer 53 is formed of Ru or the like as described with reference to FIG. Depending on the film thickness of the nonmagnetic layer 53, if the nonmagnetic layer 53 is left between the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28, the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28 have an artificial ferri structure. Become. In this case, exchange coupling due to RKKY interaction occurs between the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28, and the magnetization directions of the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28 are antiparallel. The magnetization direction of the second free magnetic layer 51 is the same as that of the ferromagnetic layer 54. Since the synthetic magnetic moment (saturation magnetization Ms × film thickness) per unit area of the free magnetic layer 71 can be reduced by using the artificial ferrimagnetic structure, the reproduction sensitivity of the free magnetic layer 71 can be improved more effectively.
[0095]
When the nonmagnetic layer 53 is left as thin as about 5 mm or less, the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28 are ferromagnetically coupled so that the magnetizations thereof are parallel to each other.
[0096]
In both of the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, a pair of electrode layers 50 are formed in the track width direction, and a sense current flows through each layer in the multilayer films 31 and 55 in a direction parallel to the film surface (CIP (Current In the Plane)). In this embodiment, the electrode layer is formed above and below the multilayer films 31 and 51 and a sense current flows through the multilayer films 31 and 55 in the film thickness direction. Can be used. However, in such a case, an insulating layer is formed in the portion where the electrode layer 50 shown in FIGS. 1 and 2 is formed. Further, it is more preferable that an insulating layer is formed also on the inner end face 42a of the second antiferromagnetic layer 42, because the shunt loss can be suppressed.
[0097]
A method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1 will be described below with reference to manufacturing process diagrams shown in FIGS. Each drawing is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element in the manufacturing process as viewed from the side facing the recording medium.
[0098]
First, in FIG. 3, on the substrate 20, the seed layer 21, the first antiferromagnetic layer 22, the pinned magnetic layer 23, the nonmagnetic material layer 27, the first free magnetic layer 28, the third antiferromagnetic layer 41, and A nonmagnetic layer 53 is continuously formed. Sputtering or vapor deposition is used for film formation. The pinned magnetic layer 23 shown in FIG. 3 is a laminated ferrimagnetic layer made up of a magnetic layer 24 and a magnetic layer 26 made of, for example, a CoFe alloy, and a nonmagnetic intermediate layer 25 such as Ru interposed between the magnetic layers 24 and 26. Structure. The first free magnetic layer 28 has a laminated structure of a diffusion prevention layer 29 such as a CoFe alloy and a magnetic material layer 30 such as a NiFe alloy.
[0099]
The seed layer 21 is made of Cr or NiFeCr, and the nonmagnetic material layer 27 is made of Cu.
[0100]
In the present invention, the first antiferromagnetic layer 22 and the third antiferromagnetic layer 41 are made of PtMn alloy or X—Mn (where X is any one of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe). An alloy that is one or more elements, or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe) , Kr, or an alloy of two or more elements).
[0101]
In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X—Mn, it is preferable that Pt or X is in the range of 37 to 63 at%. In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X—Mn, it is more preferable that Pt or X is in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by means the following.
[0102]
In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Further, in the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 10 at%. However, when X ′ is 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.
[0103]
In the present invention, the thickness of the first antiferromagnetic layer 22 is preferably 80 to 300 mm. By forming the first antiferromagnetic layer 22 with such a thick film thickness, a large exchange coupling magnetic field can be generated between the first antiferromagnetic layer 22 and the pinned magnetic layer 23 by annealing in a magnetic field. Specifically, an exchange coupling magnetic field of 48 kA / m or more, for example, exceeding 64 kA / m can be generated.
[0104]
In the present invention, the thickness of the third antiferromagnetic layer 41 is preferably 20 to 50 mm, more preferably 30 to 40 mm.
[0105]
The present invention is characterized in that the third antiferromagnetic layer 41 is formed in such a thin film thickness.
[0106]
By forming the third antiferromagnetic layer 41 with a thin film thickness of 50 mm or less as described above, the third antiferromagnetic layer 41 does not have antiferromagnetic properties, and even if annealing in a magnetic field is performed, The third antiferromagnetic layer 41 is less likely to undergo regular transformation, and no exchange coupling magnetic field is generated between the third antiferromagnetic layer 41 and the first free magnetic layer 28, or even if it is generated, the value is small. The magnetization of the layer 28 is not fixed as strongly as the fixed magnetic layer 23.
[0107]
The third antiferromagnetic layer 41 is formed to have a thickness of 20 mm or more, preferably 30 mm or more. If there is no film thickness of this level, the element opposite side ends C of the third antiferromagnetic layer 41 will be described later. Even if the second antiferromagnetic layer 42 is formed thereon, the element end portions C of the third antiferromagnetic layer 41 are less likely to have antiferromagnetic properties. This is because an exchange coupling magnetic field having an appropriate magnitude is not generated between the both end portions C of the magnetic layer 28.
[0108]
Further, by forming the nonmagnetic layer 53 on the third antiferromagnetic layer 41 as shown in FIG. 3, the third antiferromagnetic layer 41 is oxidized even if the multilayer film 56 shown in FIG. 3 is exposed to the atmosphere. Can be prevented appropriately.
[0109]
Here, the nonmagnetic layer 53 needs to be a dense layer that is not easily oxidized by exposure to the atmosphere. Further, even if the nonmagnetic layer 53 penetrates into the third antiferromagnetic layer 41 due to thermal diffusion or the like, it is necessary to use a material that does not deteriorate the properties of the antiferromagnetic layer.
[0110]
In the present invention, the nonmagnetic layer 53 is formed of a noble metal. Specifically, it is preferable to form a noble metal composed of one or more of Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, and Rh.
[0111]
The nonmagnetic layer 53 made of a noble metal such as Ru is a dense layer that is not easily oxidized by exposure to the atmosphere. Therefore, even if the thickness of the nonmagnetic layer 53 is reduced, the third antiferromagnetic layer 41 can be appropriately prevented from being oxidized by exposure to the atmosphere.
[0112]
In the present invention, the nonmagnetic layer 53 is preferably formed with a thickness of 3 to 10 mm. It is possible to prevent the third antiferromagnetic layer 41 from being oxidized by exposure to the atmosphere even by the nonmagnetic layer 53 having such a thin film thickness.
[0113]
In the present invention, as described above, the nonmagnetic layer 53 is formed of a noble metal such as Ru, and the nonmagnetic layer 53 is formed with a thin film thickness of about 3 to 10 mm. By forming the nonmagnetic layer 53 with such a thin film thickness, the ion milling control in the next process can be performed appropriately and easily.
[0114]
As shown in FIG. 3, after the layers up to the nonmagnetic layer 53 are stacked on the substrate 20, a first annealing in a magnetic field is performed. The first antiferromagnetic layer 22 and the pinned magnetic layer 23 are heat treated at a first heat treatment temperature while applying a first magnetic field (Y direction shown) that is perpendicular to the track width Tw (X direction shown). An exchange coupling magnetic field is generated between the magnetic layer 24 and the magnetic layer 24, and the magnetization of the magnetic layer 24 is fixed in the Y direction in the drawing. The magnetization of the other magnetic layer 26 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure by exchange coupling due to the RKKY interaction acting with the magnetic layer 24. For example, the first heat treatment temperature is set to 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is set to 800 (kA / m).
[0115]
Further, as described above, the third antiferromagnetic layer 41 is not easily transformed due to the thin film thickness by the first annealing in the magnetic field, and constitutes the third antiferromagnetic layer 41 and the first free magnetic layer 28. No exchange coupling magnetic field is generated between the magnetic material layer 30. This is because the third antiferromagnetic layer 41 is formed with a thin film thickness of 50 mm or less and does not have antiferromagnetic properties.
[0116]
In addition, it is considered that noble metal elements such as Ru constituting the nonmagnetic layer 53 diffuse into the third antiferromagnetic layer 41 by the first annealing in the magnetic field. Therefore, it is considered that the constituent elements of the third antiferromagnetic layer 41 after the heat treatment are composed of an element constituting the antiferromagnetic layer and a noble metal element. Further, the noble metal element diffused inside the third antiferromagnetic layer 41 is more on the surface side of the third antiferromagnetic layer 41 than the lower surface side of the third antiferromagnetic layer 41, and the diffused noble metal element The composition ratio is considered to gradually decrease from the surface of the third antiferromagnetic layer 41 toward the lower surface. Such compositional modulation can be confirmed with a SIMS analyzer or the like.
[0117]
In addition, when the noble metal element for forming the nonmagnetic layer 53 is mixed with the material of the third antiferromagnetic layer 41, the mixture exhibits antiferromagnetism. Even if the noble metal element diffuses into the third antiferromagnetic layer 41, the antiferromagnetism of the third antiferromagnetic layer 41 can be prevented from deteriorating.
[0118]
Next, in the step of FIG. 3, the entire surface of the nonmagnetic layer 53 is ion milled to remove the nonmagnetic layer 53.
[0119]
In the ion milling process shown in FIG. 3, low energy ion milling can be used. The reason is that the nonmagnetic layer 53 is formed with a very thin film thickness of about 3 to 10 mm at the film forming stage. Therefore, in the present invention, the nonmagnetic layer 53 is removed by ion milling with low energy, and it is easy to stop milling on the outermost surface of the third antiferromagnetic layer 41, and milling control can be improved as compared with the conventional case. is there. Here, low energy ion milling is defined as ion milling using an ion beam having a beam voltage (acceleration voltage) of less than 1000V. For example, a beam voltage of 100V to 500V is used. In this embodiment, an argon (Ar) ion beam having a low beam voltage of 200 V is used.
[0120]
A part of the nonmagnetic layer 53 may be left. In such a case, the thickness of the nonmagnetic layer 53 is set to 3 mm or less. Otherwise, the third antiferromagnetic layer 41 and the second antiferromagnetic layer 42 will not be antiferromagnetic as an integral antiferromagnetic layer in the process described later, and the third antiferromagnetic layer 41 and the second antiferromagnetic layer 42 This is because an exchange coupling magnetic field having an appropriate magnitude does not occur between the end portions C on both sides of the element of the 1 free magnetic layer 28.
[0121]
Next, in the step shown in FIG. 4, the second antiferromagnetic layer 42 is formed on the third antiferromagnetic layer 41 (on the nonmagnetic layer 53 when the nonmagnetic layer 53 is partially left). The electrode layer 50 is formed on the second antiferromagnetic layer 42 continuously.
[0122]
The second antiferromagnetic layer 42 is preferably formed of the same material as the third antiferromagnetic layer 41.
[0123]
In the step shown in FIG. 4, the second antiferromagnetic layer is formed so that the total thickness of the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41 is 80 to 300 mm. It is preferable to adjust the film thickness of the layer 42.
[0124]
If the total film thickness of the third antiferromagnetic layer 41 and the second antiferromagnetic layer 42 is formed to be 80 to 300 mm thick, it is anti-strong This is because the third antiferromagnetic layer 41 having no magnetic property has antiferromagnetic properties.
[0125]
In the process shown in FIG. 4, the electrode layer 50 is provided with a predetermined interval T5 in the track width direction (X direction in the drawing). The electrode layer 50 as shown in FIG. 4 is formed by, for example, forming a resist layer or a metal mask layer (not shown) on the space T5 of the second antiferromagnetic layer 42, and forming the resist layer or metal mask layer on the resist layer or metal mask layer. After the electrode layer 50 is formed on the uncovered second antiferromagnetic layer 42, the resist layer is removed or the electrode layer 50 is formed on the entire surface of the second antiferromagnetic layer 42. A resist layer (not shown) having an interval T5 is formed on the electrode layer 50, and the central portion of the electrode layer 50 that is not covered with the resist layer is removed by etching, and then the resist layer is removed ( However, this resist layer may be left on the electrode layer 50 until the space A shown in FIG. 1 is formed in the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41).
[0126]
In the process shown in FIG. 4, since the resist layer or the metal mask layer has a role as a mask layer, the central portion of the electrode layer 50 not covered with the resist layer or the metal mask layer is removed by etching. In this case, the etching rate of the resist layer or the metal mask layer must be slower than the etching rate of the electrode layer 50. For example, as an etching gas, Ar and CF_FourAnd Ar and C_ThreeF₈Therefore, it is necessary to select the material of the metal mask layer and the resist layer in consideration of the etching rate for these etching gases.
[0127]
For example, Ar + C as an etching gas_ThreeF₈When α-Ta or Au is used as the electrode layer 50 and Cr or the like is used as the metal mask layer, the etching rate of the metal mask layer can be made slower than the etching rate of the electrode layer 50. Can do.
[0128]
As shown in FIG. 4, as the inner end face 50a of the electrode layer 50 in the track width direction (X direction in the drawing) is directed from below to above (Z direction in the drawing), the interval 50c between the electrode layers 50 gradually increases. It is formed as an expanding inclined surface or curved surface.
[0129]
Next, in the step shown in FIG. 5, the element central portions of the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41 exposed from the gap 50c of the electrode layer 50 are scraped by RIE or ion milling. The direction of ion milling is preferably perpendicular or close to the surface of the substrate 20 as indicated by the arrows in FIG.
[0130]
As shown in FIG. 5, the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41 are cut away, so that the track width direction of the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41 (illustrated) is shown. A space A is formed at the center in the X direction), and the inner end faces 42a and 41a of the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41 are further upward (in the Z direction in the drawing) from above. The gap A is formed as an inclined surface or a curved surface that gradually increases. The inner end faces 50a, 42a, 41a of the electrode layer 50, the second antiferromagnetic layer 42, and the third antiferromagnetic layer 41 are formed as continuous surfaces.
[0131]
In the step of FIG. 5, up to which layer the ion milling is performed, the surface of the first free magnetic layer 28 must be exposed at least from the distance A. Otherwise, an antiferromagnetic layer is interposed between the second free magnetic layer 51 and the first free magnetic layer 28 which are filled in the gap A, which will be described later, and the second free magnetic layer 51 and the first free magnetic layer This is because the magnetic layer 28 cannot function as the integrated free magnetic layer 70.
[0132]
As shown in FIG. 5, the surface 28a of the first free magnetic layer 28 exposed within the interval A may be slightly shaved, or ion milling is stopped at the moment when the surface 28a is exposed as shown by the dotted line, The film thickness of the first free magnetic layer 28 at D and the film thickness of the first free magnetic layer 28 at both end portions C of the element may be uniform. In addition, it is preferable that the first free magnetic layer 28 is not sharply cut because ion milling damage to the first free magnetic layer 28 can be reduced. The “element side end C” refers to the region of the width dimension of the lower surface in the track width direction of the third antiferromagnetic layer 41 at the time of the step of FIG. 5, and the “element central portion D” refers to the step of FIG. The region of the space between the lower surfaces in the track width direction of the third antiferromagnetic layer 41 at the point of time. The track width Tw is the distance between the lower surfaces of the third antiferromagnetic layer 41 in the track width direction, and in FIG. 5, the track width Tw coincides with the width dimension of the “element central portion D” in the track width direction.
[0133]
In the step shown in FIG. 6, from the upper surface 50b of the electrode layer 50, inner end surfaces 50a, 42a, 41a of the electrode layer 50, the second antiferromagnetic layer 42 and the third antiferromagnetic layer 41, and further within the interval A Then, the second free magnetic layer 57 is formed by sputtering on the element central portion D of the first free magnetic layer 28 where the surface 28a is exposed. As the sputtering method, one or more of an ion beam sputtering method, a long throw sputtering method, and a collimation sputtering method can be used.
[0134]
In the step shown in FIG. 6, the sputtering direction J during the sputtering film formation is set to a direction parallel to or close to the direction perpendicular to the surface of the substrate 20 (Z direction in the drawing). By setting the sputtering direction as far as possible with respect to the surface of the substrate 20, as shown in FIG. 6, the second free magnetic layer 57a is formed thick on the element center portion D of the first free magnetic layer 28 within the interval A. In contrast, the second free magnetic layer 57b is thinly formed on the inner end faces 50a, 42a, 41a. Note that the second free magnetic layer 57 a formed on the element center portion D of the first free magnetic layer 28 within the interval A is ferromagnetically joined to the first free magnetic layer 28.
[0135]
At the time shown in FIG. 6, the film formation process of the magnetic sensing element is completed, and both element side ends C of the first free magnetic layer 28 and both element sides of the third antiferromagnetic layer 41 are annealed in a second magnetic field described later. The exchange control magnetic field may be generated between the end portions C to control the magnetization of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 57. However, in the embodiment as shown in FIG. 6, it extends in the track width direction (X direction in the drawing) from the thick second free magnetic layer 57a formed on the first free magnetic layer 28 in the central portion D of the element. When the portion of the second free magnetic layer 57b formed on the inner end faces 50a and 42a and the portion of the second free magnetic layer 57c formed on the upper surface 50b of the electrode layer 50 are magnetized and fluctuated with respect to an external magnetic field, This propagates to change the magnetizations of the second free magnetic layer 57a and the first free magnetic layer 28 on the element central portion D, and so-called side reading is likely to occur.
[0136]
Therefore, the second antiferromagnetic layer 42 and the thin second free magnetic layer 57b formed on the inner end faces 42a and 50a of the electrode layer 50 are then removed. As shown in FIG. 6, the inner end faces 50a and 42a of the electrode layer 50 and the second antiferromagnetic layer 42 in the ion milling direction K at an angle θ1 with respect to the direction perpendicular to the surface of the substrate 20 (the direction parallel to the Z direction in the figure). The second free magnetic layer 57b formed thereon is shaved and removed. The angle θ1 is preferably 30 ° or more and 80 ° or less. On the other hand, although the thick second free magnetic layer 57a formed on the element central portion D of the first free magnetic layer 28 by the ion milling is slightly scraped, the second free magnetic layer 57a Since the milling direction K of ion milling is oblique when viewed from the second free magnetic layer 57a, the film thickness is thicker than the second free magnetic layer 57b formed on the end faces 42a and 50a. The second free magnetic layer 57a is less likely to be scraped than the second free magnetic layer 57b formed on the inner end faces 42a and 50a. Therefore, the second free magnetic layer 57a is formed on the inner end faces 42a and 50a by the ion milling. Only the magnetic layer 57b can be removed appropriately. For the ion milling, low energy ion milling can be used. This is because the thickness of the second free magnetic layer 57b to be scraped is very thin. Here, low energy ion milling is defined as ion milling using an ion beam having a beam voltage (acceleration voltage) of less than 1000V. For example, a beam voltage of 100V to 500V is used. In this embodiment, an argon (Ar) ion beam having a low beam voltage of 200 V is used.
[0137]
The state after the ion milling is shown in FIG. As shown in FIG. 7, the second free magnetic layer 57 is left on the element center portion D of the first free magnetic layer 28 within the distance A, and also on the upper surface 50 b of the electrode layer 50. The ferromagnetic layer 52 of the same material as that of the second free magnetic layer 57 is left. The second free magnetic layer 57 is ferromagnetically bonded to the surface 28a of the first free magnetic layer 28, and the second free magnetic layer 57 also functions as the free magnetic layer 70 of the magnetosensitive portion. In the state shown in FIG. 7, the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 57 are collectively referred to as a “free magnetic layer 70”.
[0138]
Then, annealing in the second magnetic field is performed. The magnetic field direction at this time is the track width direction (X direction in the drawing). In the second annealing in the magnetic field, the second applied magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 22, and the heat treatment temperature is set higher than the blocking temperature of the first antiferromagnetic layer 22. Also lower. The magnitude of the applied magnetic field is preferably larger than the coercive force of the first free magnetic layer 28 and smaller than the spin flop magnetic field between the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26. As a result, the exchange anisotropic magnetic field of the third antiferromagnetic layer 41 is changed in the track width direction (X in the drawing) while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 22 is directed in the height direction (Y direction in the drawing). Direction). The second heat treatment temperature is, for example, 250 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 8 to 30 (kA / m), for example, 24 (kA / m).
[0139]
The element end portions C of the third antiferromagnetic layer 41 have antiferromagnetic properties due to antiferromagnetic interaction generated with the second antiferromagnetic layer 42 formed thereon. Therefore, by this second annealing in the magnetic field, both end portions C of the third antiferromagnetic layer 41 undergo a regular transformation, and both end portions C of the third antiferromagnetic layer 41 and both sides of the free magnetic layer 70 are transformed. A large exchange coupling magnetic field is generated between the end C. As a result, the magnetization of the element side ends C of the free magnetic layer 70 is fixed in the track width direction (X direction in the drawing).
[0140]
On the other hand, since there is no antiferromagnetic layer on the element central part D of the free magnetic layer 70, the element side part C on the element central part D of the free magnetic layer 70 is not affected by the second annealing in the magnetic field. In the same way as above, there is no such thing as being firmly fixed in the track width direction. The magnetization of the element central portion D of the free magnetic layer 70 is weakly single-domained so that the magnetization can be reversed with respect to an external magnetic field.
[0141]
According to the manufacturing process shown in FIG. 3 to FIG. 7, it is possible to form the element center portion D of the free magnetic layer 70 thick at the same time as forming the element side ends C of the free magnetic layer 70 thin by a simple method. In the manufacturing method described above, when the second free magnetic layer 51 is filled and formed in the interval A, alignment by using a resist or the like is not required, and the second shape of the predetermined shape can be easily and accurately formed in the interval A. Two free magnetic layers 51 can be formed.
[0142]
Further, the surface of the first free magnetic layer 28 is not affected by ion milling in the step of FIG. This is because the nonmagnetic layer 53 having a thin film thickness is used and the nonmagnetic layer 53 can be removed by low energy ion milling. Therefore, both end portions C of the first free magnetic layer 28 are not roughened by ion milling, and an exchange coupling magnetic field having a predetermined magnitude is generated between the both end portions C of the element and the third antiferromagnetic layer 41. It is possible to manufacture a magnetic detecting element that can be generated, can be appropriately pinned at both ends C of the free magnetic layer 70, and can suppress the occurrence of side reading.
[0143]
8 to 12 are process diagrams showing a method of manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. Each drawing is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element in the manufacturing process as viewed from the side facing the recording medium.
[0144]
First, in FIG. 8, the seed layer 21, the first antiferromagnetic layer 22, the pinned magnetic layer 23, the nonmagnetic material layer 27, the first free magnetic layer 28, and the nonmagnetic layer 53 are continuously formed on the substrate 20. . Sputtering or vapor deposition is used for film formation. The material of each layer has been described with reference to FIG. 3, so please refer to that.
[0145]
As shown in FIG. 8, after the layers up to the nonmagnetic layer 53 are stacked on the substrate 20, a first annealing in a magnetic field is performed. The first antiferromagnetic layer 22 and the pinned magnetic layer 23 are heat treated at a first heat treatment temperature while applying a first magnetic field (Y direction shown) that is perpendicular to the track width Tw (X direction shown). An exchange coupling magnetic field is generated between the magnetic layer 24 and the magnetic layer 24, and the magnetization of the magnetic layer 24 is fixed in the Y direction in the drawing. The magnetization of the other magnetic layer 26 is fixed in the direction opposite to the Y direction in the figure by exchange coupling due to the RKKY interaction acting with the magnetic layer 24. For example, the first heat treatment temperature is set to 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is set to 800 (kA / m).
[0146]
Next, in the step of FIG. 8, the entire surface of the nonmagnetic layer 53 is ion milled, and the nonmagnetic layer 53 is removed.
[0147]
In the ion milling process shown in FIG. 8, low energy ion milling can be used. The reason is that the nonmagnetic layer 53 is formed with a very thin film thickness of about 3 to 10 mm at the film forming stage. For this reason, in the present invention, the nonmagnetic layer 53 is removed by ion milling with low energy, and it is easy to stop the milling at the outermost surface of the first free magnetic layer 28, and milling control can be improved as compared with the conventional case. .
[0148]
A part of the nonmagnetic layer 53 may be left. At this time, since the surface of the nonmagnetic layer 53 is oxidized, the oxide layer on the surface of the nonmagnetic layer 53 is removed by ion milling.
[0149]
Next, in the step shown in FIG. 9, the ferromagnetic layer 54 and the second anti-magnetic layer 28 are formed on the first free magnetic layer 28 (on the nonmagnetic layer 53 when the nonmagnetic layer 53 is partially left). A ferromagnetic layer 42 is formed, and an electrode layer 50 is continuously formed on the second antiferromagnetic layer 42. The ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28 constitute a “free magnetic layer 71”.
[0150]
In the step shown in FIG. 9, the second antiferromagnetic layer 42 is preferably formed to a thickness of 80 to 300 mm.
[0151]
In the step shown in FIG. 9, the electrode layer 50 is provided with a predetermined interval T6 in the track width direction (X direction in the drawing). The formation of the electrode layer 50 as shown in FIG. 9 is as described with reference to FIG. The relationship between the etching rate of the electrode layer 50 and the resist layer or metal mask layer when the electrode layer 50 is formed by etching has also been described with reference to FIG.
[0152]
In the step shown in FIG. 10, the element central portion of the second antiferromagnetic layer 42 exposed from the gap 50c of the electrode layer 50 is scraped by RIE or ion milling. The direction of ion milling is preferably perpendicular or close to the surface of the substrate 20 as indicated by the arrows in FIG.
[0153]
As shown in FIG. 10, by cutting the second antiferromagnetic layer 42, an interval A is formed at the center of the second antiferromagnetic layer 42 in the track width direction (X direction in the drawing). (2) The inner end surface 42a of the antiferromagnetic layer 42 is formed as an inclined surface or a curved surface in which the distance A gradually increases from below to above (in the Z direction in the drawing). The inner end surfaces 50a and 42a of the electrode layer 50 and the second antiferromagnetic layer 42 are formed as continuous surfaces.
[0154]
In the step of FIG. 10, up to which layer the ion milling is performed, the surface 54 a of the ferromagnetic layer 54 must be exposed at least from the distance A. As shown in FIG. 10, the surface 54a of the ferromagnetic layer 54 exposed within the interval A may be slightly shaved, or ion milling is stopped at the moment when the surface 54a is exposed as indicated by the dotted line, and the element central portion D The film thickness obtained by adding the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28 in FIG. 5 and the film thickness obtained by adding the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28 at the both ends C of the element are uniform. You may make it become. In addition, it is preferable that the ferromagnetic layer 54 is not sharply cut because damage due to ion milling can be reduced. The “element side end C” refers to a region of the width dimension of the lower surface in the track width direction of the second antiferromagnetic layer 42 at the time of the step of FIG. 10, and the “element central portion D” refers to the step of FIG. The region of the space between the lower surfaces in the track width direction of the second antiferromagnetic layer 42 at the time of. The track width Tw is the distance between the lower surfaces of the second antiferromagnetic layer 42 in the track width direction, and in FIG. 11, the track width Tw coincides with the width dimension of the “element central portion D” in the track width direction.
[0155]
In the step shown in FIG. 11, the ferromagnetic layer 54 in which the electrode layer 50 and the inner end surfaces 50 a and 42 a of the second antiferromagnetic layer 42 and the surface 54 a are exposed within the distance A from the upper surface 50 b of the electrode layer 50. A second free magnetic layer 57 is formed by sputtering over the central portion D of the element. As the sputtering method, one or more of an ion beam sputtering method, a long throw sputtering method, and a collimation sputtering method can be used.
[0156]
In the step shown in FIG. 7, the sputtering direction J at the time of the sputter film formation is set to a direction parallel to or close to a direction perpendicular to the surface of the substrate 20 (Z direction in the drawing). By setting the sputtering direction as much as possible with respect to the surface of the substrate 20, as shown in FIG. 11, the second free magnetic layer 57a is formed thick on the element central portion D of the ferromagnetic layer 54 within the interval A. The second free magnetic layer 57b is thinly formed on the inner end faces 50a and 42a. Note that the second free magnetic layer 57 a formed on the element center portion D of the ferromagnetic layer 54 within the interval A is ferromagnetically joined to the ferromagnetic layer 54. At this time, the film formation of the magnetic detection element may be stopped and annealing in the second magnetic field may be performed, but it is preferable to perform the following steps.
[0157]
That is, a step of removing the second free magnetic layer 57b formed on the inner end faces 50a, 42a of the electrode layer 50 and the second antiferromagnetic layer 42 is performed. As shown in FIG. 11, inner end faces 50a and 42a of the electrode layer 50 and the second antiferromagnetic layer 42 in an ion milling direction K of an angle θ1 with respect to a direction perpendicular to the surface of the substrate 20 (a direction parallel to the Z direction in the drawing). The second free magnetic layer 57b formed thereon is shaved and removed. The angle θ1 is preferably set to 30 ° or more and 80 ° or less. On the other hand, although the thick second free magnetic layer 57a formed on the element center portion D of the ferromagnetic layer 54 is slightly scraped, the second free magnetic layer 57a is formed on the inner end faces 42a and 50a. Since the milling direction K of ion milling is oblique when viewed from the second free magnetic layer 57a, the second free magnetic layer 57a is thicker than the second free magnetic layer 57b. Therefore, the second free magnetic layer 57b formed on the inner end faces 42a and 50a is harder to be cut than the second free magnetic layer 57b formed on the inner end faces 42a and 50a. Therefore, only the second free magnetic layer 57b formed on the inner end faces 42a and 50a is appropriately removed by the ion milling. can do. For the ion milling, low energy ion milling can be used. This is because the thickness of the second free magnetic layer 57b to be scraped is very thin. Here, low energy ion milling is defined as ion milling using an ion beam having a beam voltage (acceleration voltage) of less than 1000V. For example, a beam voltage of 100V to 500V is used. In this embodiment, an argon (Ar) ion beam having a low beam voltage of 200 V is used.
[0158]
The state after the ion milling is shown in FIG. As shown in FIG. 12, the second free magnetic layer 51 is left on the element central portion D of the ferromagnetic layer 54 within the interval A, and a part of the second free magnetic layer 51 is also formed on the upper surface 50b of the electrode layer 50. The ferromagnetic layer 52 of the same material as the two free magnetic layers 51 is left. The second free magnetic layer 51 is ferromagnetically bonded to the surface 54a of the ferromagnetic layer 54, and the second free magnetic layer 51 also functions as the free magnetic layer 71 of the magnetosensitive portion. In the state shown in FIG. 12, the first free magnetic layer 28, the ferromagnetic layer 54, and the second free magnetic layer 51 are collectively referred to as a “free magnetic layer 71”.
[0159]
Then, annealing in the second magnetic field is performed. The magnetic field direction at this time is the track width direction (X direction in the drawing). In the second annealing in the magnetic field, the second applied magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 22, and the heat treatment temperature is set higher than the blocking temperature of the first antiferromagnetic layer 22. Also lower. The magnitude of the applied magnetic field is preferably larger than the coercivity of the first free magnetic layer 28 and the ferromagnetic layer 54 and smaller than the spin flop magnetic field between the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26.
[0160]
Thus, the exchange anisotropic magnetic field of the second antiferromagnetic layer 42 is changed in the track width direction (X in the figure) while the direction of the exchange anisotropic magnetic field of the first antiferromagnetic layer 22 is directed in the height direction (Y direction in the figure). Direction). The second heat treatment temperature is, for example, 250 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 8 to 30 (kA / m), for example, 24 (kA / m).
[0161]
The second antiferromagnetic layer 42 undergoes a regular transformation due to the annealing in the second magnetic field, and a large exchange coupling magnetic field is generated between the second antiferromagnetic layer 41 and both end portions C of the ferromagnetic layer 54. The magnetization of the ferromagnetic layer 54 is fixed in the X direction shown in the figure. In addition, the magnetization of both end portions C of the first free magnetic layer 28 is fixed in the X direction in the drawing by the exchange interaction generated with the ferromagnetic layer 54.
[0162]
On the other hand, since there is no antiferromagnetic layer on the element central portion D of the free magnetic layer 71, the element central portion D of the free magnetic layer 71 is also on both sides of the element even by the second annealing in the magnetic field. Like C, it is not fixed firmly in the track width direction. The magnetization of the element central portion D of the free magnetic layer 71 is weakly single-domained so that the magnetization can be reversed with respect to an external magnetic field.
[0163]
When the non-magnetic layer 53 of, for example, about 8 mm is left between the first free magnetic layer 28 and the ferromagnetic layer 54, the first free magnetic layer 28 and the ferromagnetic layer 54 have an artificial ferri structure. In this artificial ferri structure, an exchange coupling magnetic field is generated between the first free magnetic layer 28 and the ferromagnetic layer 54 by the RKKY interaction, and the magnetization is made antiparallel. The magnetization of the second free magnetic layer 51 is directed in the same direction as the ferromagnetic layer 54. In the artificial ferrimagnetic structure, the combined magnetic moment (saturation magnetization × film thickness) per unit area of the free magnetic layer 71 becomes small, so that the reproduction sensitivity can be improved more appropriately.
[0164]
FIGS. 13 to 16 show a manufacturing method for forming up to the electrode layer 50 by a process different from the process shown in FIGS.
[0165]
The process shown in FIG. 13 is similar to the process of FIG. 8, on the substrate 20, the seed layer 21, the first antiferromagnetic layer 22, the pinned magnetic layer 23, the nonmagnetic material layer 27, the first free magnetic layer 28, and the non- The magnetic layer 53 is continuously formed. Then, the first magnetic field annealing described above is performed.
[0166]
Next, in the step of FIG. 14, a resist layer is formed on the upper surface of the nonmagnetic layer 53, and this resist layer is exposed and developed to leave the resist layer 60 having the shape shown in FIG. 14 on the nonmagnetic layer 53. The resist layer 60 is a resist layer having an undercut shape for lift-off, for example.
[0167]
Next, both side end portions 53a of the nonmagnetic layer 53 not covered with the resist layer 60 are removed by ion milling from the direction of arrow H shown in FIG. 14 (the nonmagnetic layer 53 in the dotted line portion shown in FIG. 14 is removed). Removed).
[0168]
In the ion milling process shown in FIG. 14, low energy ion milling can be used. The reason is as already described in the steps of FIG. 3 and FIG. As described above, since the nonmagnetic layer 53 can be removed by low energy ion milling, it is possible to narrow the margin of the ring stop position. In particular, milling can be stopped at the moment when the nonmagnetic layer 53 is removed by ion milling. Therefore, the first free magnetic layer 28 is not greatly damaged by ion milling.
[0169]
Therefore, in the next step, even if the thickness of the ferromagnetic layer 54 laminated on the first free magnetic layer 28 is reduced, the magnetic coupling between the first free magnetic layer 28 and the ferromagnetic layer 54 is achieved. (Ferromagnetic exchange interaction) can be strengthened.
[0170]
In the process of FIG. 14, a part of both side end portions 53a of the nonmagnetic layer 53 may be left on the element side end portions C of the first free magnetic layer. At least the surfaces of both end portions 53a of the nonmagnetic layer 53 are oxidized and scraped off.
[0171]
Next, the process of FIG. 15 is performed. In the step of FIG. 15, the ferromagnetic layer 54, the second antiferromagnetic layer 42, and the electrode layer 50 are continuously formed in vacuum on the element side ends C of the first free magnetic layer 28. Sputtering or vapor deposition can be used for film formation. The inner end portion 42a of the second antiferromagnetic layer 42 and the inner end portion 50a of the electrode layer 50 are gradually formed between the second antiferromagnetic layers 42 from the bottom to the top (Z direction in the drawing). Is formed by an inclined surface or a curved surface extending in the track width direction (X direction in the drawing).
[0172]
In this embodiment, the track width Tw is defined by the interval between the lower surfaces of the ferromagnetic layers 54.
[0173]
As shown in FIG. 15, after the layers up to the electrode layer 50 are formed, the ferromagnetic material film 54b composed of the elements constituting the ferromagnetic layer 54 and the antiferromagnetic material composed of the elements constituting the second antiferromagnetic layer 42 are formed. The resist layer 60 to which the electrode material film 50c composed of the elements constituting the film 42b and the electrode layer 50 is attached is removed by lift-off using an organic solvent or the like.
[0174]
Thereafter, as shown in FIG. 16, the surface of the nonmagnetic layer 53 exposed from the space A in the track width direction between the second antiferromagnetic layers 42 is scraped to expose the surface 28 a of the first free magnetic layer 28. Let Thereafter, the second free magnetic layer 51 is formed on the free magnetic layer 28 exposed at the element central portion D by performing the same process as in FIGS. At this time, the total film thickness of the film thickness of the second free magnetic layer 51 and the first free magnetic layer 28 at the element center D is the same as that of the second free magnetic layer 51 at the element end C. The second free magnetic layer 51 must be formed to be thicker than the total thickness of the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28 combined. Therefore, as shown in FIG. 16, the upper surface 51 b of the second free magnetic layer 51 must be formed at a position higher than the upper surface of the ferromagnetic layer 54. Then, the second annealing in the magnetic field is performed.
[0175]
By the above-mentioned annealing in the second magnetic field, the second antiferromagnetic layer 42 is appropriately ordered and transformed, and an exchange coupling magnetic field having an appropriate magnitude is generated between the second antiferromagnetic layer 42 and the ferromagnetic layer 54. appear. Further, ferromagnetic coupling based on the exchange interaction is generated between the ferromagnetic layer 54 and the element side end portions C of the first free magnetic layer 28, and thereby the side end portions C of the first free magnetic layer 28. Magnetization is fixed in the track width direction (X direction in the drawing).
[0176]
It should be noted that the magnetizations of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 51 in the element central portion D are weakly single-domained so that the magnetization can be reversed with respect to the external magnetic field. When both side end portions 53a of the nonmagnetic layer 53 of about 8 mm remain between the side end portions C of the ferromagnetic layer 54 and the first free magnetic layer 28, both sides of the first free magnetic layer 28 are arranged. The end C and the ferromagnetic layer 54 have an artificial ferri structure, and the magnetizations are antiparallel to each other.
[0177]
17 to 19 are process charts showing a manufacturing method for forming up to the electrode layer 50 in a process different from that shown in FIGS.
[0178]
The process shown in FIG. 17 is similar to the process shown in FIG. 3 except that the seed layer 21, the first antiferromagnetic layer 22, the pinned magnetic layer 23, the nonmagnetic material layer 27, the first free magnetic layer 28, the first layer are formed on the substrate 20. (3) After continuously forming the antiferromagnetic layer 41 and the nonmagnetic layer 53, annealing is performed in the first magnetic field, and then a resist layer is formed on the upper surface of the nonmagnetic layer 53, and the resist layer is exposed and developed. Thereby, the resist layer 61 having the shape shown in FIG. 17 is left on the nonmagnetic layer 53. The resist layer 61 is a resist layer having an undercut shape for lift-off, for example. In the first annealing in the magnetic field, the third antiferromagnetic layer 41 is not ordered because the third antiferromagnetic layer 41 is formed with a thin film thickness of 20 to 50 mm. Therefore, an exchange coupling magnetic field is not generated between the first free magnetic layer 28 or the magnetic field is very weak even if it is generated, and the magnetization of the first free magnetic layer 28 is caused by annealing in the first magnetic field. Is never fixed.
[0179]
Next, both end portions 53a of the nonmagnetic layer 53 not covered with the resist layer 61 are removed by ion milling from the direction of arrow H shown in FIG. 17 (the nonmagnetic layer 53 in the dotted line portion shown in FIG. 17 is removed). Removed).
[0180]
In the ion milling process shown in FIG. 17, since the nonmagnetic layer 53 can be cut by low energy ion milling, the margin of the ring stop position can be narrowed. In particular, milling can be stopped at the moment when the nonmagnetic layer 53 is removed by ion milling. Therefore, the third antiferromagnetic layer 41 is not significantly damaged by ion milling.
[0181]
In the process of FIG. 17, a part of both end portions 53 a of the nonmagnetic layer 53 may be left on the element end portions C of the third antiferromagnetic layer 41. At least the surfaces of both end portions 53a of the nonmagnetic layer 53 are oxidized and scraped off. At this time, the film thickness of both side end portions 53a of the nonmagnetic layer 53 remains at 3 mm or less.
[0182]
Next, the process of FIG. 18 is performed. In the step of FIG. 18, the second antiferromagnetic layer 42 and the electrode layer 50 are continuously formed in vacuum on the both end portions C of the third antiferromagnetic layer. Sputtering or vapor deposition can be used for film formation. The inner end portion 42a of the second antiferromagnetic layer 42 and the inner end portion 50a of the electrode layer 50 are gradually formed between the second antiferromagnetic layers 42 from the bottom to the top (Z direction in the drawing). Is formed by an inclined surface or a curved surface extending in the track width direction (X direction in the drawing).
[0183]
In this embodiment, the track width Tw is defined by the distance between the lower surfaces of the second antiferromagnetic layers 42 in the track width direction.
[0184]
As shown in FIG. 18, after layering up to the electrode layer 50, an antiferromagnetic material film 42b made of an element constituting the second antiferromagnetic layer 42 and an electrode material film made of an element constituting the electrode layer 50 are formed. The resist layer 61 to which 50c is attached is removed by lift-off using an organic solvent or the like.
[0185]
Next, as shown in FIG. 19, all of the nonmagnetic layer 53 (see FIG. 18) exposed from the space A between the second antiferromagnetic layers 42 is removed, and the nonmagnetic layer 53 is further removed. All of the third antiferromagnetic layer 41 appearing in (1) is also removed to expose the surface 28a of the first free magnetic layer 28 from the element center D. As shown in FIG. 19, the inner end faces 41a, 42a, 50a of the third antiferromagnetic layer 41, the second antiferromagnetic layer 42, and the electrode layer 50 in the track width direction are formed as continuous surfaces.
[0186]
Thereafter, the same steps as those in FIGS. 6 and 7 are performed to form the second free magnetic layer 51 on the first free magnetic layer 28 in the central portion D of the element.
[0187]
In any of the manufacturing methods described above, the film thickness of the element central portion D of the free magnetic layers 70 and 71 can be easily and reliably made thicker than the film thickness of the element side end portions C.
[0188]
In addition, since the second free magnetic layer 51 can be formed without using a photolithography technique in the step of forming the second free magnetic layer 51 in the element central portion D, alignment is not required, and it is easily performed with high accuracy. The second free magnetic layer 51 having a shape can be formed.
[0189]
Further, both end portions C of the free magnetic layers 70 and 71 are not affected by ion milling, and the influence is very small even if received, so the second antiferromagnetic layer 42 or the third antiferromagnetic layer 42 is not affected. The exchange coupling magnetic field generated between the magnetic layer 41 and the magnetic layer 41 can be increased more appropriately, the element side ends C of the free magnetic layers 70 and 71 can be firmly fixed, and the occurrence of side reading can be suppressed appropriately. A simple magnetic detection element can be manufactured.
[0190]
The magnetic detecting element in the present invention can be used not only for a thin film magnetic head mounted on a hard disk device, but also for a magnetic head for tape, a magnetic sensor, and the like.
[0191]
Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0192]
The above-described embodiment is merely an example, and does not limit the scope of the claims of the present invention.
[0193]
【Example】
A magnetic detecting element similar to that shown in FIG. 1 is manufactured, [(a value obtained by subtracting the film thickness t1 of the element central portion D of the free magnetic layer 70 from the film thickness t2 of the free magnetic layer 70 at both ends C of the element) / The relationship between the film thickness t1] × 100 (%) (hereinafter simply referred to as “ratio”) of the element central portion D of the free magnetic layer 70 and the reproduction output was examined.
[0194]
The magnetic detecting element used in the experiment has an element central portion D of the free magnetic layer 70 having a thickness t1 of 70 mm, a track width Tw of 0.2 μm, and an MR height length (the magnetic detecting element shown in FIG. 1). Of Y in the figure) was 0.15 μm. Further, CoFe / NiFe was used for the free magnetic layer 70, and the magnetic moment per unit area of the free magnetic layer 70 was 4.84 (T · nm). In the experiment, the relationship between the ratio and the reproduction output was examined by changing the film thickness t2 at both ends C of the free magnetic layer 70.
[0195]
As shown in FIG. 20, when the ratio is a positive value, that is, when the film thickness t2 of the element end C is equal to or larger than the film thickness t1 of the element center D (conventional example), the reproduction output When the ratio is set to a negative value, that is, when the film thickness t2 of the element side edge C is smaller than the film thickness t1 of the element center D (Example), it is found that the reproduction output increases.
[0196]
However, if the ratio is smaller than −80%, there is a problem that the probability of occurrence of instability (so-called instability) such as distortion of the reproduced waveform or Barkhausen noise increases. Therefore, the lower limit value of the ratio is set to −80%, A preferable range of the ratio was set to be within a range of −80% or more and less than 0.
[0197]
【The invention's effect】
In the present invention described in detail above, a second free magnetic layer is further embedded in the gap formed in the central portion of the element in the track width direction of the second antiferromagnetic layer, The film thickness of the free magnetic layer is formed to be thicker than the film thicknesses at both end portions of the free magnetic layer.
[0198]
If both end portions of the free magnetic layer are formed thinner than the center portion of the free magnetic layer, the static magnetic field generated from the inner end portions of the both end portions of the free magnetic layer is reduced. Therefore, the influence of the static magnetic field on the central portion of the element is reduced. Moreover, since the film thickness is increased at the element central portion of the free magnetic layer, the magnetic flux due to the static magnetic field spreads at the element central portion, that is, the magnetic flux density at the element central portion can be reduced more effectively. It is possible to improve the reproduction sensitivity at the element central portion of the free magnetic layer, and to improve the reproduction output. Further, since the film thickness at the central portion of the element is increased, it is possible to manufacture a magnetic detection element that can appropriately alleviate the problem of thermal fluctuation and can appropriately suppress the generation of noise as compared with the conventional case.
[0199]
In addition, since the film thickness is smaller at the both sides of the free magnetic layer than at the center of the element, the exchange coupling magnetic field between the both sides of the element and the second antiferromagnetic layer has an appropriate magnitude. The magnetization of the free magnetic layer at both end portions of the element can be appropriately fixed in the track width direction, and the occurrence of side reading can be suppressed.
[0200]
Therefore, in the present invention, even if the narrowing of the track is promoted appropriately to cope with the future higher recording density, the reproduction sensitivity can be improved and the reproduction output can be improved. An excellent magnetic detection element can be manufactured.
[0201]
In the method of manufacturing a magnetic sensing element according to the present invention, the second free magnetic layer can be formed without using a photolithography technique in the step of forming the second free magnetic layer in the central portion of the element, and therefore alignment is necessary. The second free magnetic layer can be formed accurately and easily.
[0202]
Furthermore, the both end portions of the free magnetic layer are not affected by ion milling, and the influence is very small even if it is received. Therefore, the gap between the second antiferromagnetic layer and the third antiferromagnetic layer is not affected. A magnetic sensing element capable of appropriately increasing the exchange coupling magnetic field generated in the above, and firmly fixing both end portions C of the free magnetic layer, and appropriately suppressing side reading. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a structure of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the structure of a magnetic detection element according to a second embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium;
FIG. 3 is a process diagram showing a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a process diagram performed next to FIG. 3;
FIG. 5 is a process diagram performed next to FIG.
FIG. 6 is a process diagram performed following FIG.
FIG. 7 is a process diagram performed next to FIG.
FIG. 8 is a process diagram showing a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 2;
FIG. 9 is a process chart subsequent to FIG.
FIG. 10 is a process diagram performed subsequent to FIG.
FIG. 11 is a process diagram performed subsequent to FIG.
FIG. 12 is a process chart performed next to FIG.
FIG. 13 is a process diagram when a magnetic sensing element is manufactured by a manufacturing method different from that shown in FIGS.
FIG. 14 is a process chart subsequent to FIG.
FIG. 15 is a process chart subsequent to FIG.
FIG. 16 is a process chart subsequent to FIG.
FIG. 17 is a process diagram when a magnetic sensing element is manufactured by a manufacturing method different from that shown in FIGS. 3 to 5;
FIG. 18 is a process chart subsequent to FIG.
FIG. 19 is a process diagram performed subsequent to FIG.
FIG. 20 [(film thickness t2 on both sides of the free magnetic layer element 2−film thickness t1 in the center part of the free magnetic layer) / film thickness t1 in the element center part of the free magnetic layer] × 100 (%) , A graph showing the relationship with playback output,
FIG. 21 is a partial cross-sectional view of a conventional magnetic detection element as viewed from the side facing the recording medium;
FIG. 22 is a partial cross-sectional view of another conventional magnetic detection element as seen from the side facing the recording medium;
[Explanation of symbols]
20 substrates
22 First antiferromagnetic layer
23 Fixed magnetic layer
27 Non-magnetic material layer
28 First Free Magnetic Layer
41 Third antiferromagnetic layer
42 Second antiferromagnetic layer
50 electrode layers
51, 57 Second free magnetic layer
53 Nonmagnetic layer
54 Ferromagnetic layer
60, 61 resist layer
70, 71 Free magnetic layer
C Both sides of element
D Element center

Claims

A multilayer film in which a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a first free magnetic layer are stacked in this order from the bottom;
A second antiferromagnetic layer having a predetermined interval in the track width direction is formed at the center of the element on the first free magnetic layer,
A second free magnetic layer is further buried in the interval, and the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are included to form a free magnetic layer, and the free center of the element in the track width direction is formed. The film thickness of the magnetic layer is formed thicker than the film thickness of the free magnetic layer at both ends of the element in the track width direction ,
An inner end face in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is formed by an inclined surface or a curved surface in which the interval gradually increases from the bottom to the top .

[(The value obtained by subtracting the film thickness at the center of the element of the free magnetic layer from the film thickness at both ends of the element of the free magnetic layer) / the film thickness at the element center of the free magnetic layer] × 100 (%) The magnetic detection element according to claim 1, wherein is in a range of −80% or more and less than 0%.

The magnetic sensing element according to claim 2, wherein a film thickness at both end portions of the free magnetic layer is 10 mm or more and 50 mm or less.

4. The magnetic sensing element according to claim 2, wherein a film thickness of the free magnetic layer at a central portion of the element is 30 mm or more and 70 mm or less.

5. The second free magnetic layer formed so as to be buried in the gap is formed in a separate process from the first free magnetic layer constituting the multilayer film. 6. Magnetic detection element.

The free in the the each side portion of the magnetic layer second antiferromagnetic layers are third antiferromagnetic layer at predetermined intervals in the central portion in the track width direction is formed, a second antiferromagnetic 6. The inner end face in the track width direction of the layer and the third antiferromagnetic layer is formed by an inclined surface or a curved surface in which the distance gradually increases from the bottom to the top. Magnetic detection element.

2. A ferromagnetic layer is provided at least between both end portions of the free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer, and the ferromagnetic layer together constitutes both end portions of the free magnetic layer. The magnetic detection element according to any one of 5.

The manufacturing method of the magnetic detection element characterized by having the following processes.
(A) forming a multilayer film in which a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a first free magnetic layer are laminated in that order from below;
(B) forming a second antiferromagnetic layer on the upper side of the first free magnetic layer with a predetermined spacing in the track width direction at the center of the element;
(D) forming a second free magnetic layer extending from the inner end face after forming a second free magnetic layer on the inner end face in the track width direction of the second antiferromagnetic layer from at least the interval; Scraping to leave the second free magnetic layer within the interval.

The film of the second free magnetic layer formed in the step (d) by extending the film thickness of the second free magnetic layer formed in the interval to the inner end face of the second antiferromagnetic layer. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 8 , wherein the magnetic sensing element is formed thicker than the thickness.

The method for manufacturing a magnetic detection element according to claim 8, further comprising the following steps instead of the steps (a) and (b).
(E) forming a multilayer film in which a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a first free magnetic layer, a third antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic layer are stacked in this order from the bottom;
(F) forming the second antiferromagnetic layer on the nonmagnetic layer after shaving,
(G) The element central portions of the second antiferromagnetic layer and the third antiferromagnetic layer are shaved in the film thickness direction so that a predetermined interval is formed in the element central portion. At this time, the first free magnetism is within the interval. Exposing the element central portion of the layer;

The step (a) and (b) The method of manufacturing a magnetic detection device according to any one of claims 8 to 10 in place of the process comprises the following steps.
(H) forming a multilayer film in which the first antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic material layer, the first free magnetic layer, and the nonmagnetic layer are laminated in that order from the bottom;
(F) after cutting the nonmagnetic layer, forming a ferromagnetic layer constituting the free magnetic layer together with the first free magnetic layer, and a second antiferromagnetic layer thereon;
(J) A step of cutting the element central portion of the second antiferromagnetic layer in the film thickness direction to form a predetermined interval in the element central portion, and at this time, exposing the element central portion of the ferromagnetic layer from within the interval .

The nonmagnetic layer in the step (e) or (h) is formed of any one or more of Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh, Cr, and Cu. Item 12. A method for producing a magnetic detection element according to Item 10 or 11 .

The method of manufacturing a magnetic detection element according to claim 12 , wherein the nonmagnetic layer is formed with a thickness of 3 to 10 mm.