JP4303920B2 - Magnetic sensing element and manufacturing method thereof - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、特に狭ギャッブ化に適し、高磁界検出能を発揮できる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は下部ギャップ層であり、下部キャップ層１の上に第１反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４及びフリー磁性層５からなる多層膜６が形成されている。フリー磁性層５の両側端部Ｓ，Ｓ上に強磁性層７，７、第２反強磁性層８，８、および電極層９，９が形成されている。強磁性層７，７、第２反強磁性層８，８に挟まれたフリー磁性層のトラック幅方向の中央部Ｂ上には、Ｔａからなる保護層１３形成されている。非磁性材料層４は、Ｃｕなどの非磁性材料によって形成されている。
【０００４】
第１反強磁性層２及び第２反強磁性層８は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎなどの反強磁性材料によって、固定磁性層３、フリー磁性層５、及び強磁性層７はＮｉＦｅなどの強磁性材料によって、電極層９，９はＣｒなどの導電性材料によって形成される。
【０００５】
固定磁性層３は第１反強磁性層との間の交換結合磁界によって磁化方向がＹ方向に固定され、強磁性層７，７は第２反強磁性層８，８との間で発生する交換結合磁界によって図示Ｘ方向に固定される。これにより強磁性層７，７下に位置するフリー磁性層５の両側端部Ｓ，Ｓは、強磁性層７，７との間の強磁性結合によって図示Ｘ方向に固定され、トラック幅Ｔｗ領域のフリー磁性層５のトラック幅方向の中央部Ｂは外部磁界に対し磁化変動できる程度に弱く単磁区化されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２１に示された磁気検出素子の下方には下部ギャップ層１を介して下部シールド層１０が形成され、上方には上部ギャップ層１１を介して上部シールド層１２が形成されており、これによっていわゆるシールド型磁気ヘッドが構成されている。下部ギャップ層１及び上部ギャップ層１１はアルミナなどの絶縁性材料で形成され、下部シールド層１０と上部シールド層１２はＮｉＦｅなどの磁性材料によって形成される。
【０００７】
シールド型磁気ヘッドのギャップ長Ｇは、外部磁界に対し磁化変動するフリー磁性層５のトラック幅方向の中央部Ｂの上下における下部シールド層１０と上部シールド層１２間の距離によって決まる。
【０００８】
ここで、図２１に示されるような磁気検出素子では、固定磁性層３の磁化方向を固定するための第１反強磁性層２は、フリー磁性層５のトラック幅方向の中央部Ｂに重なる領域に形成されている。
【０００９】
固定磁性層３と第１反強磁性層２の間に、十分な交換異方性磁界を発生するためには、第１反強磁性層２の膜厚を８０Å〜３００Åと厚くする必要があり、ギャップ長Ｇを小さくするための最大の障害となっていた。
【００１０】
また、第１反強磁性層２の膜厚が厚いと、センス電流の分流が多くなって、電流損失が発生し、磁界検出出力を向上させることが難しくなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、ギャップ長を小さくでき、磁界検出出力を向上させることのできる磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気検出素子は、磁気抵抗効果を発揮する部分が、下から第１フリー磁性層、非磁性材料層及び第２フリー磁性層の順に積層されており、外部磁界により前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向の両方が変動することにより、前記第１フリー磁性層の磁化方向と前記第２フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化し、この相対角度の変化に基づく電気抵抗値の変化を電流変化又は電圧変化として取り出す磁気検出素子であり、
前記第１フリー磁性層の下層には、前記第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層が、また、前記第２フリー磁性層の上層には、前記第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されており、前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に非磁性層が設けられており、
前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明では、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第１反強磁性層及び一対の前記第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されている。一対の前記第１反強磁性層に挟まれる前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部、及び一対の前記第２反強磁性層に挟まれる前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部は、外部磁界によって磁化方向が変動する。
【００１４】
本発明は、前記第１フリー磁性層の磁化方向と前記第２フリー磁性層の磁化方向の両方が外部磁界によって変動し、前記第１フリー磁性層の磁化方向と前記第２フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化することにより、電気抵抗値が変化することを原理とする磁気抵抗効果型の磁気検出素子である。
【００１５】
前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向は、外部磁界が与えられていない状態で、互いに反平行方向または交叉する方向に揃えられている。
【００１６】
本発明では、前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部及び前記第２フリー磁性層の中央部の上下には前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層が形成されない。
【００１７】
従って、本発明では、磁気検出素子の中央部（トラック幅領域）の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【００１８】
また、前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明は、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第１反強磁性層及び一対の前記第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されている磁気検出素子を具体的に作ることができるものとして提供するものである。
【００２０】
前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に設けられた前記非磁性層は、本発明の磁気検出素子を実際に使用できるものとして形成したときに必然的に形成されるものである。
【００２１】
本発明では、前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に形成された前記非磁性層の膜厚は３Å以上で１０Å以下にできる。
【００２２】
また、本発明の磁気検出素子では、後述する製造方法によって形成されることにより、前記非磁性層を構成する非磁性材料が前記第２フリー磁性層の両側端部内に、膜面垂直下方向に向かうにつれて濃度が減少するように拡散している。
【００２３】
なお、前記非磁性層が、前記第２フリー磁性層の両側端部上にも形成されていてもよい。このとき、前記非磁性層の膜厚は、トラック幅方向の中央部の方が両側端部よりも厚くなる。
【００２４】
また、前記第２フリー磁性層と前記第２反強磁性層の間に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の強磁性層が積層されていると、前記第２反強磁性層と前記強磁性層を連続成膜されたものにでき、前記第２反強磁性層と前記強磁性層間に発生する交換結合磁界を大きくできる。これにより、前記一対の強磁性層の下の前記第２フリー磁性層の両側端部の磁化を強固に固定でき、サイドリーディングを低減できる。
【００２５】
本発明では、前記第２フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が平行方向を向いていてもよいし、反平行方向を向いていてもよい。
【００２６】
例えば、前記第２フリー磁性層の両側端部と前記強磁性層の間に、膜厚が０．５Å以上で６Å以下の前記非磁性層が設けられるか、あるいは前記強磁性層が前記第２フリー磁性層の両側端部上に直接形成されていると、前記第２フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が平行方向を向く。
【００２７】
あるいは、前記第２フリー磁性層の両側端部と前記強磁性層の間に、膜厚が６Å以上で１１Å以下の前記非磁性層が設けられていると前記第２フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が反平行方向を向く。
【００２８】
また、本発明は、磁気抵抗効果を発揮する部分が、下から第１フリー磁性層、非磁性材料層及び第２フリー磁性層の順に積層されており、外部磁界により前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向の両方が変動することにより、前記第１フリー磁性層の磁化方向と前記第２フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化し、この相対角度の変化に基づく電気抵抗値の変化を電流変化又は電圧変化として取り出す磁気検出素子であり、
前記第１フリー磁性層の下層には、前記第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成され、また、前記第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための第２反強磁性層が、前記フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上には非反強磁性を有する膜厚で、前記フリー磁性層の両側端部上には反強磁性を有する膜厚で形成されており、
前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明でも、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向は、互いに反平行方向または交叉する方向に揃えられている。
【００３０】
本発明では、第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第１反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成されている。従って、一対の前記第１反強磁性層に挟まれ、外部磁界によって磁化方向が変動する前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部の下には前記第１反強磁性層は形成されない。また、第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための前記第２反強磁性層は、前記フリー磁性層の両側端部上でのみ、反強磁性を有する厚い膜厚で形成され、外部磁界によって磁化方向が変動する領域である前記フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上では非反強磁性を示す薄い膜厚で形成されている。
【００３１】
従って、本発明では、磁気検出素子のトラック幅方向の中央部（トラック幅領域）の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【００３２】
また、前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【００３３】
前記第２反強磁性層のトラック幅方向の両側端部の膜厚は例えば８０〜３００Åであって反強磁性を示すので、前記第２フリー磁性層の両側端部の磁化方向は強固に固定される。一方、前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚は、例えば、５Å以上で５０Å以下であって非反強磁性を示し、前記第２フリー磁性層の中央部の磁化は外部磁界に対し磁化変動できる。
【００３４】
また、本発明では、前記第１反強磁性層が、表面が平坦面である下部シールド層上または下部ギャップ層上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されてもよい。
【００３５】
ただし、前記フリー磁性層の下層に、非磁性材料からなる下部ギャップ層または磁性材料からなる下部シールド層が形成され、この下部ギャップ層または下部シールド層の表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成されて、前記凹部内に前記第１反強磁性層が形成されることが好ましい。
【００３６】
前記凹部内に前記第１反強磁性層が形成されると、磁気検出素子を構成する多層膜のトラック幅領域と両側端部に生じる段差の高さを小さくでき、前記多層膜の磁気抵抗効果特性が安定するので好ましい。
【００３７】
なお、下部シールド層に形成された凹部内に前記第１反強磁性層が形成される場合には、前記第１反強磁性層と前記下部シールド層の間に絶縁層が設けられると、センス電流の分流損失を低減できるので好ましい。
【００３８】
また、本発明では、前記第１フリー磁性層と前記第１反強磁性層の間に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の強磁性層が積層されていてもよい。
【００３９】
この場合には、前記強磁性層と前記第１反強磁性層の間に交換異方性磁界が発生して、前記強磁性層の磁化方向が所定の方向、一般にはトラック幅方向に固定される。前記フリー磁性層はトラック幅領域の両側端部で、前記強磁性層と磁気的に結合し、前記フリー磁性層が単磁区化される。
【００４０】
本発明では、前記第１反強磁性層と前記強磁性層を連続成膜されたものにでき、前記第１反強磁性層と前記強磁性層間に発生する交換結合磁界を大きくできる。これにより、前記一対の強磁性層の上の前記第１フリー磁性層の両側端部の磁化を強固に固定でき、サイドリーディングを低減できる。
【００４１】
また、前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の間に非磁性層が形成されていてもよい。
【００４２】
前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の間に非磁性層が形成されたときには、前記第１フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が互いに平行方向を向いていてもよいし、反平行方向を向いていてもよい。
【００４３】
前記非磁性層の膜厚が、０．５Å以上で６Å以下であると、前記第１フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が互いに平行方向を向く。
【００４４】
また、前記非磁性層の膜厚が、６Å以上で１１Å以下であると前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の磁化方向は反平行方向を向く。
【００４５】
前記第２フリー磁性層と前記強磁性層の間に形成された前記非磁性層及び／又は前記第１フリー磁性層と前記強磁性層の間に形成された非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上からなる貴金属によって形成されるか、あるいはＣｒからなるものであることが好ましい。
【００４６】
前記非磁性層は、本発明の磁気検出素子を実際につくるとき、一度大気中に曝露される。しかし、本発明では、前記非磁性層は、貴金属あるいはＣｒ（クロム）を用いて形成されているので膜厚方向に酸化が進行しにくく、非磁性層の表面は酸化しないか、酸化しても酸化層の厚さはせいぜい３Å〜６Åである。従って、前記貴金属あるいはＣｒを用いて形成された前記非磁性層は、前記第１フリー磁性層と前記強磁性層間、あるいは前記第２フリー磁性層と前記強磁性層間に安定したＲＫＫＹ相互作用を働かせることができる。
【００４７】
また、前記貴金属あるいはＣｒを用いて形成された前記非磁性層であれば、表面に形成された酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用でき、前記第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための強磁性層や第２フリー磁性層の磁気特性の劣化が抑えられ、狭トラック化に優れた磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【００４８】
低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミ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ので、前記非磁性層の途中でミリングを止めることが容易になり、前記強磁性層や第２フリー磁性層の受けるダメージを小さくできる。
【００４９】
なお、前記強磁性層の受けるダメージとは、例えば、イオンミリング時に使用されるＡｒなどの不活性ガスが露出した前記強磁性層の表面から内部に入り込むことや、前記強磁性層の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する（Ｍｉｘｉｎｇ効果）ことである。これらのダメージによって前記強磁性層の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【００５０】
また、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていると、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向を、互いに交叉する方向に揃えることが容易になり、磁気検出素子の出力の対称性（アシンメトリー）が良好になりまた、磁界検出感度も向上する。
【００５１】
また、前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部の下に、センス電流の伝導電子のスピン状態を保存した状態で、前記伝導電子を反射させるスペキュラー層が形成されていることが好ましい。また、スペキュラー層は、前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部の上にも形成されることが好ましい。
【００５２】
本発明の磁気検出素子の製造方法は、
（ａ）基板上に、一対の第１反強磁性層をトラック幅方向に間隔を開けて形成し、前記第１反強磁性層上に強磁性層、及び貴金属またはＣｒからなる非磁性層を連続成膜する工程と、
（ｂ）第１の磁場中アニールを施して、前記第１反強磁性層と前記強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記強磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、
（ｃ）前記第１反強磁性層上に形成された前記非磁性層を一部または全部削る工程と、
（ｄ）前記一対の第１反強磁性層の上に形成された前記非磁性層または前記強磁性層上及び前記一対の第１反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に第１フリー磁性層と非磁性材料層と第２フリー磁性層及び貴金属またはＣｒからなる非磁性層を有する多層膜を連続成膜する工程と、
（ｅ）前記第２フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層の両側端部を削り、このとき前記非磁性層の両側端部を一部残す工程と、
（ｆ）前記残された前記非磁性層の両側端部上に第２反強磁性層を形成する工程と、
（ｇ）第２の磁場中アニールを施し、前記第２フリー磁性層の両側端部の磁化を前記第１フリー磁性層の磁化方向と反平行方向あるいは交叉する方向に固定する工程と、を有し、
さらに、前記（ｇ）工程の後、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有することを特徴とするものである。
【００５３】
本発明によって形成される磁気検出素子では、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第１反強磁性層及び一対の前記第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成される。一対の前記第１反強磁性層に挟まれる前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部、及び一対の前記第２反強磁性層に挟まれる前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部は、外部磁界によって磁化方向が変動する。その結果、前記第１フリー磁性層の磁化方向と前記第２フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化して、電気抵抗値が変化する。
【００５４】
前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向は、外部磁界が与えられていない状態で、互いに反平行方向または交叉する方向に揃えられる。
【００５５】
本発明によって形成された磁気検出素子では、前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部及び前記第２フリー磁性層の中央部の上下には前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層は形成されない。
【００５６】
従って、本発明では、磁気検出素子の中央部（トラック幅領域）の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【００５７】
また、前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【００５８】
前記（ａ）工程で前記第１反強磁性層上に積層される前記非磁性層及び前記（ｄ）工程で前記第２フリー磁性層上に積層される非磁性層は、成膜後一度大気中に曝露される。しかし、本発明では、前記非磁性層は、貴金属あるいはＣｒ（クロム）を用いて形成されているので膜厚方向に酸化が進行しにくく、非磁性層の表面は酸化しないか、酸化しても酸化層の厚さはせいぜい３Å〜６Åである。
【００５９】
従って、前記貴金属あるいはＣｒを用いて形成された前記非磁性層であれば、表面に形成された酸化層を除去するために、前記（ｃ）工程及び前記（ｅ）工程で低エネルギーのイオンミリングを使用でき、前記第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための強磁性層や第２フリー磁性層の磁気特性の劣化が抑えられ、狭トラック化に優れた磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【００６０】
低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミ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ので、前記非磁性層の途中でミリングを止めることが容易になり、前記強磁性層や第２フリー磁性層の受けるダメージを小さくできる。
【００６１】
なお、前記強磁性層の受けるダメージとは、例えば、イオンミリング時に使用されるＡｒなどの不活性ガスが露出した前記強磁性層の表面から内部に入り込むことや、前記強磁性層の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する（Ｍｉｘｉｎｇ効果）ことである。これらのダメージによって前記強磁性層の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【００６２】
なお、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。
【００６３】
このため、低エネルギーのイオンミリングを使用でき、効果的に狭トラック化に優れた磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【００６４】
また、本発明では、前記非磁性層の除去に、低エネルギーのイオンミリングを使用できるので、前記（ｅ）工程を、前記第２フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層の両側端部を全て削る工程に代え、前記第２フリー磁性層の両側端部表面を露出させても、前記第２フリー磁性層の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する（Ｍｉｘｉｎｇ効果）ことを抑制でき、前記（ｆ）工程で、前記露出した第２フリー磁性層の両側端部上に直接前記第２反強磁性層を形成することができる。
【００６５】
なお、本発明では、前記（ｆ）工程で、前記非磁性層の両側端部上または前記第２フリー磁性層の両側端部上に、一対の強磁性層を形成し、前記一対の強磁性層上に前記第２反強磁性層を連続成膜することが好ましい。
【００６６】
連続成膜された前記一対の強磁性層と前記第２反強磁性層の間には、強い交換結合磁界が発生するので、形成された磁気検出素子のサイドリーディングを減少できる。
【００６７】
また、前記（ａ）工程、及び／又は前記（ｄ）工程において、前記非磁性層形成する貴金属は例えば、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上からなる。
【００６８】
本発明では、前記（ａ）工程で前記第１反強磁性層上に積層される非磁性層及び前記（ｄ）工程で前記第２フリー磁性層上に積層される非磁性層を前記貴金属またはＣｒによって形成するため、非磁性層の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮する。
【００６９】
従って、前記（ａ）工程、及び／又は前記（ｄ）工程において、前記非磁性層を３Å以上１０Å以下の膜厚で形成することができる。
【００７０】
また、前記（ｃ）工程において、前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の磁化方向が平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残してもよいし、反平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残してもよい。
【００７１】
例えば、前記（ｃ）工程において、前記第１反強磁性層上の前記非磁性層を０．５Å以上６Å以下の膜厚で残すと、前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の磁化方向が平行方向になり、前記第１反強磁性層上の前記非磁性層を６Å以上１１Å以下の膜厚で残すと前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の磁化方向が反平行方向になる。
【００７２】
あるいは、前記（ｅ）工程において、前記強磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向が平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残してもよいし、反平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残してもよい。
【００７３】
例えば、前記第２フリー磁性層上の前記非磁性層を０．５Å以上６Å以下の膜厚で残すと、前記強磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向が平行方向になり、前記第２フリー磁性層上の前記非磁性層を６Å以上１１Å以下の膜厚で残すと前記強磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向が反平行方向になる。
【００７４】
本発明では、前記非磁性層は、貴金属あるいはＣｒ（クロム）を一部除去するときに、前述の低エネルギーのイオンミリングを用いることができるので、残された前記非磁性層の表面の結晶構造などを安定化でき、前記第１フリー磁性層と前記強磁性層間、あるいは前記第２フリー磁性層と前記強磁性層間に安定したＲＫＫＹ相互作用を働かせることができる。
【００７５】
また、前記（ａ）工程の前に、
表面が平坦面である磁性材料からなる下部シールド層を形成し、前記（ａ）工程において、この下部シールド層の上層に、下部ギャップ層を介して、前記一対の第１反強磁性層を形成してもよい。
【００７６】
ただし、前記（ａ）工程の前に、表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成された、磁性材料からなる下部シールド層又は絶縁材料からなる下部ギャップ層を形成し、前記（ａ）工程において、前記凹部内に前記第１反強磁性層を形成すると、磁気検出素子を構成する多層膜のトラック幅領域と両側端部に生じる段差の高さを小さくでき、前記多層膜の磁気抵抗効果特性が安定するので好ましい。
【００７７】
なお、下部シールド層に形成された凹部内に、前記第１反強磁性層が形成する場合には、前記（ａ）工程の前に、前記下部シールド層上に絶縁層を設け、前記（ａ）工程において、この絶縁層上に前記第１反強磁性層を形成すると、センス電流の分流損失を低減できる磁気検出素子を形成できるので好ましい。
【００７８】
また、前記（ｇ）工程の後、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有することができる。
【００７９】
また、本発明では、下部シールド層上の下部ギャップ層上にスペキュラー層を形成し、前記（ｄ）工程で前記スペキュラー層上に前記第１フリー磁性層を形成することが好ましい。
【００８０】
また、前記（ｄ）工程において、第２フリー磁性層と貴金属またはＣｒからなる非磁性層の間にスペキュラー層を形成し、
前記（ｅ）工程を、前記非磁性層及び前記スペキュラー層の両側端部を削る工程に代え、
前記（ｆ）工程において前記第２フリー磁性層または前記強磁性層の両側端部上に第２反強磁性層を形成することがより好ましい。
【００８１】
また、本発明では、前記（ｄ）工程、前記（ｅ）及び（ｆ）工程の代わりに
（ｈ）前記一対の第１反強磁性層の上に形成された前記非磁性層または前記強磁性層上、及び前記一対の第１反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に第１フリー磁性層と非磁性材料層と第２フリー磁性層、及び第２反強磁性層を有する多層膜を連続成膜する工程と、
（ｉ）前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部を削って、前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚を非反強磁性を示す膜厚にする工程を有してもよい。
【００８２】
本発明によって形成される磁気検出素子は、第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第１反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成され、第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための前記第２反強磁性層は、前記フリー磁性層の両側端部上でのみ、反強磁性を有する厚い膜厚で形成され、外部磁界によって磁化方向が変動する領域である前記フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上では非反強磁性を示す薄い膜厚で形成されている。
【００８３】
従って、本発明によって形成される磁気検出素子は、磁気検出素子のトラック幅方向の中央部（トラック幅領域）の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【００８４】
また、前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【００８５】
なお、前記（ｉ）工程で、前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚を５Å以上で５０Å以下にすることが好ましい。
【００８６】
前記第２反強磁性層のトラック幅方向の両側端部の膜厚は例えば８０〜３００Åであって反強磁性を示すので、前記第２フリー磁性層の両側端部の磁化方向は強固に固定される。一方、前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚は、例えば、５Å以上で５０Å以下であると非反強磁性を示し、前記第２フリー磁性層の中央部の磁化は外部磁界に対し磁化変動できる。
【００８７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における第１の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００８８】
図１に示す磁気検出素子は、記録媒体に記録された外部信号を再生するためのＭＲヘッドである。記録媒体との対向面は、例えば磁気検出素子の構成する薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のトラック幅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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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、すなわち図示Ｘ方向である。
【００９２】
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。
【００９３】
また、図１に示した再生用のＭＲヘッドの上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されてもよい。
【００９４】
図１では、図示しない基板上に下部シールド層２１が形成され、この下部シールド層２１の表面にトラック幅方向に間隔を開けて一対の凹部２１ａ，２１ａが形成されており、凹部２１ａ，２１ａに挟まれた凸部２１ｂの上面２１ｂ１上に下部ギャップ層２２及びシード層２３が積層されている。
【００９５】
また、凹部２１ａ，２１ａ内には、絶縁層２４，２４が形成されており、凹部２１ａ，２１ａ内であって、絶縁層２４，２４上に第１反強磁性層２５，２５が形成されている。第１反強磁性層２５，２５上には、強磁性層２６，２６及び非磁性層２７，２７が積層されている。図１に示されるように、第１反強磁性層２５，２５、強磁性層２６，２６及び非磁性層２７，２７はトラック幅方向に間隔をあけて形成されており、トラック幅方向の第１反強磁性層２５，２５間距離及び強磁性層２６，２６間距離が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗとなる。
【００９６】
なお、絶縁層２４，２４上に、第１反強磁性層２５，２５の結晶配向を整えるために、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｃｒなどからなるシード層を形成し、このシード層の上に第１反強磁性層２５，２５を形成してもよい。
【００９７】
さらに、非磁性層２７、２７上及びシード層２３上には、下から順に、第１フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２フリー磁性層３０が積層されている。
【００９８】
第２フリー磁性層３０上には、非磁性層３１が積層され、非磁性層３１の中央部３１ｂの両側端部３１ａ，３１ａ上には、強磁性層３２，３２、第２反強磁性層３３，３３、中間層３４，３４、電極層３５，３５がそれぞれトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。
【００９９】
電極層３５，３５上及び非磁性層３１の中央部３１ｂ上には、上部ギャップ層３６、上部シールド層３７が積層されている。なお、非磁性層３１の中央部３１ｂのトラック幅方向の幅寸法は光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗに等しくなっている。
【０１００】
中間層３４，３４はＴａからなり、下部シールド層２１及び上部シールド層３７は、ＮｉＦｅなどの磁性材料からなり、下部ギャップ層２２及び上部ギャップ層３６並びに絶縁層２４、２４はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）またはＳｉＯ2などの絶縁性材料から形成されている。
【０１０１】
シード層２３は、結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子）構造の非磁性材料、例えばＣｒまたはｆｃｃ（面心立方格子）構造のＮｉＦｅＣｒ合金、または非晶質に近い構造のＴａ、によって形成される。このシード層２３によって、その上に積層される第１フリー磁性層２８の結晶配向を整え、第１フリー磁性層２８の軟磁気特性を向上させるとともに比抵抗を低下させることができる。
【０１０２】
第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層３３，３３は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，のいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【０１０３】
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。
【０１０４】
第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層３３，３３の膜厚は、８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【０１０５】
ここで、反強磁性層を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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反強磁性層を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層３３，３３を得ることができる。
【０１０８】
なお、本発明では、第１反強磁性層２５，２５と第２反強磁性層３３，３３を同じ組成比の前記ＰｔＭｎ合金、前記Ｘ―Ｍｎ合金、あるいは前記Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金で形成しても、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の磁化方向を反平行方向あるいは交差する方向にすることができる。
【０１０９】
強磁性層２６、２６及び強磁性層３２，３２は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金により形成されることが好ましい。
【０１１０】
非磁性層２７，２７、及び非磁性層３１は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上といった貴金属材料またはＣｒによって形成される。特に、Ｃｕ、ＲｕまたはＣｒで形成されることが好ましい。
【０１１１】
特に非磁性層２７，２７、及び非磁性層３１がＣｒで形成されると強磁性層２６、２６と第１反強磁性層２５，２５の間及び強磁性層３２，３２と第２反強磁性層３３，３３の間に発生する交換異方性磁界が、貴金属を用いて非磁性層２７，２７、及び非磁性層３１を形成したときよりも、大きくなるので好ましい。
【０１１２】
第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層３０は、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金により形成されることが好ましい。第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層３０の膜厚は３０Å〜５０Å程度で形成されることが好ましい。また第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層３０にＣｏＦｅ合金が使用されるときの組成比は、例えばＣｏが９０ａｔ％、Ｆｅが１０ａｔ％である。
【０１１３】
また、第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層３０は磁性層の２層または３層構造で形成されることが好ましい。２層構造のときは、例えば、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ構造にして非磁性材料層２９側にＣｏＦｅからなる層を設ける。３層構造の材質の組合わせとしては、例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅを提示できる。
【０１１４】
あるいは、第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層３０が、非磁性中間層を介して積層された磁気的膜厚（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる磁性層からなる積層フェリ型のフリー磁性層であってもよい。
【０１１５】
非磁性材料層２９は、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０との磁気的な結合を防止する層であり、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。非磁性材料層２９は例えば１８〜３０Å程度の膜厚で形成される。
【０１１６】
電極層３５，３５はＷ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｕなどを材料として用いて形成することができる。電極層３５，３５の膜厚は３００Å〜１０００Åである。
【０１１７】
図１に示された磁気検出素子では、第１反強磁性層２５、２５の上に強磁性層２６、２６、非磁性層２７，２７が積層されている。
【０１１８】
この場合は、強磁性層２６，２６と第１反強磁性層２５，２５の間に交換異方性磁界が発生して、強磁性層２６，２６の磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）またはＸ方向と４５°の角度をなす方向に固定される。第１フリー磁性層２８は中央部（トラック幅領域）Ｃの両側端部Ｓ，Ｓで、強磁性層２６，２６と非磁性層２７，２７を介したＲＫＫＹ相互作用またはピンホールを介した直接的な交換相互作用によって磁気的に結合して、第１フリー磁性層２８が単磁区化される。
【０１１９】
一方、第２反強磁性層３３，３３の下に強磁性層３２，３２、非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａが積層されている。
【０１２０】
この場合は、強磁性層３２，３２と第２反強磁性層３３，３３の間に交換異方性磁界が発生して、強磁性層３２，３２の磁化方向がトラック幅方向と反平行方向（図示Ｘ方向と反平行方向）またはＸ方向の反平行方向と４５°の角度をなす方向に固定される。第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓと強磁性層３２，３２は、非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａを介したＲＫＫＹ相互作用またはピンホールを介した直接的な交換相互作用によって磁気的に結合し、第２フリー磁性層３０が単磁区化される。
【０１２１】
図１に示される磁気検出素子では、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１は６Å〜１１Åであり、第１フリー磁性層２８の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向いている。
【０１２２】
また、非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａの膜厚ｔ２も６Å〜１１Åであり、第２フリー磁性層３０の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）を向いている。
【０１２３】
また、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１を０．５Å〜６Åにすると、あるいは非磁性層２７，２７が形成されず強磁性層２６，２６上に直接第１フリー磁性層２８が積層されていると第１フリー磁性層２８の磁化方向を強磁性層２６，２６の磁化方向と平行な方向、図１ではトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向かせることができる。
【０１２４】
非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａの膜厚ｔ２を０．５Å〜６Åにすると、あるいは非磁性層３１は中央部３１ｂのみ形成され、第２フリー磁性層３０上に直接強磁性層３２，３２が積層されていると第２フリー磁性層３０の磁化方向を強磁性層３２，３２の磁化方向と平行な方向、図１ではトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向に向かせることができる。
【０１２５】
非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１と非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａの膜厚ｔ２を異ならせて、例えば、第１フリー磁性層２８の磁化方向を強磁性層２６，２６の磁化方向と平行な方向に向かせ、第２フリー磁性層３０の磁化方向を強磁性層３２，３２の磁化方向と反平行な方向に向かせるようにすると、強磁性層２６，２６と第１反強磁性層２５，２５の間に発生する交換異方性磁界と強磁性層３２，３２と第２反強磁性層３３，３３の間に発生する交換異方性磁界の向きを同じにしても、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の磁化の向きを反平行方向にすることができる。すると、後述する製造方法において、一回の磁場中アニールで、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０を単磁区化できる。
【０１２６】
なお、第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層３０の磁化は両側端部Ｓ，Ｓで強固に固定され、中央部（トラック幅領域）Ｃの磁化方向は外部磁界（記録媒体からの漏れ磁界）によって変化する。
【０１２７】
図１に示される磁気検出素子では、第１反強磁性層２５、２５と強磁性層２６、２６が連続成膜され、また第２反強磁性層３３，３３と強磁性層３２，３２が連続成膜されている。従って、第１反強磁性層２５、２５と強磁性層２６、２６間に発生する交換異方性磁界及び第２反強磁性層３３，３３と強磁性層３２，３２間に発生する交換異方性磁界を大きくでき、磁気検出素子のサイドリーディングを低減できる。
【０１２８】
図１に示された磁気検出素子が外部磁界を検出する原理を説明する。
図９は、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの模式的な平面図である。外部磁界が印加されていない状態で、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの磁化方向は点線で示されるＪ１及びＪ２方向を向いており、互いに反平行方向に揃えられている。
【０１２９】
外部磁界Ｈが図示Ｙ方向に与えられると、中央部Ｃにおいて第１フリー磁性層２８の磁化方向と第２フリー磁性層３０の磁化方向の両方が外部磁界によって変動してそれぞれ図示Ｊ１ａ方向及び図示Ｊ２ａ方向を向く。このように、第１フリー磁性層２８の磁化方向と第２フリー磁性層３０の磁化方向の相対角度が変化すると、磁気検出素子の電気抵抗値が変化する。磁気検出素子の電気抵抗値変化を電流変化または電圧変化として取り出すことにより、外部磁界を検出する。
【０１３０】
ただし、外部磁界が印加されていない状態の第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の磁化方向は、図１０に示されるように交差している方が、出力の対称性（アシンメトリー）及び大きさが良好になるので好ましい。
【０１３１】
第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の磁化方向を交差させる方法として、硬磁性材料からなるバイアス層を用いる方法がある。
【０１３２】
図７は、第１フリー磁性層２８、非磁性材料層２９及び第２フリー磁性層３０の積層部をＡとして、この積層部Ａと、積層部Ａのハイト方向後方（図示Ｙ方向）に形成された硬磁性材料からなるハードバイアス層４０を図１の上方向からみた平面図である。また、図８は、積層部Ａ及びハードバイアス層４０と、その上下に形成されている層の縦断面図である。なお、図８では、シード層２３及び非磁性層３１の図示を省略している。
【０１３３】
積層部Ａとハードバイアス層４０の間には、アルミナやＳｉＯ2からなる絶縁層４１が介在している。積層部Ａに、ハードバイアス層４０から静磁界が与えられて、第１フリー磁性層２８の中央部Ｃの磁化方向と、第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの磁化方向が図示Ｙ方向に回転して、互いに交差した状態になる。
【０１３４】
ハードバイアス層４０は、少なくとも第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの後方に形成されていることが好ましい。図７では、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの両側端部Ｓ，Ｓの後方にも形成されている。ただし、ハードバイアス層４０を第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓの後方にも形成するときには、ハードバイアス層４０と電極層３５，３５間の電気的絶縁をとる必要がある。
【０１３５】
本発明では、第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層３０の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層２５，２５及び一対の第２反強磁性層３３，３３が、それぞれトラック幅方向（図示Ｘ方向）に間隔を開けて形成されている。従って、一対の第１反強磁性層２５，２５に挟まれ、外部磁界によって磁化方向が変動する第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部Ｃ、及び一対の前記第２反強磁性層３３，３３に挟まれ、外部磁界によって磁化方向が変動する第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの上下には第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層３３，３３は形成されない。
【０１３６】
従って、本発明では、磁気検出素子の中央部Ｃ（トラック幅領域）の全膜厚を薄くでき、ギャップ長Ｇ１を小さくできる。なお、ギャップ長Ｇ１とは、中央部Ｃにおける下部シールド層２１と上部シールド層３７間距離である。本発明では、ギャップ長Ｇ１を従来の半分以下の２５０Å程度にできる。
【０１３７】
また、第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層３３，３３への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【０１３８】
本発明の磁気検出素子を実際に使用できるものとして形成すると、必然的に第２フリー磁性層３０の中央部Ｃ上には非磁性層３１（の中央部３１ｂ）が形成される。
【０１３９】
第２フリー磁性層３０のトラック幅方向の中央部Ｃ上に形成された非磁性層３１（の中央部３１ｂ）の膜厚は３Å以上で１０Å以下であり、非磁性層３１の膜厚は、トラック幅方向の中央部Ｃの方が両側端部Ｓ，Ｓよりも厚くなる。
【０１４０】
また、本発明の磁気検出素子は、後述する製造方法によって形成されることにより、非磁性層３１を構成する非磁性材料が第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓ内に、膜面垂直下方向に向かうにつれて濃度が減少するように拡散しているものである。
【０１４１】
また、図１に示される本実施の形態のように、凹部２１ａ，２１ａ内に第１反強磁性層２５，２５が形成されると、磁気検出素子の中央部（トラック幅領域）Ｃと両側端部Ｓ，Ｓに生じる段差の高さＤを小さくでき、磁気検出素子の磁気抵抗効果特性が安定する。
【０１４２】
また、中央部（トラック幅領域）Ｃの近傍における第１反強磁性層２５，２５の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、下部シールド層２１に形成された凹部２１ａの底面と側面のなす角θ１の範囲を９０°以上１２０°以下にすることが好ましい。
【０１４３】
なお、図１では、第１反強磁性層２５，２５が埋め込まれる凹部が下部シールド層２１に形成された凹部２１ａ，２１ａである。ただし、本発明では、下部シールド層２１の表面に凹部が形成されず、下部ギャップ層２２が中央部（トラック幅領域）Ｃの両側端部Ｓ，Ｓまで延ばされて、下部ギャップ層の両側端部Ｓ，Ｓの表面にトラック幅方向に間隔をあけて一対の凹部が形成されて、この凹部に第１反強磁性層が形成されてもよい。
【０１４４】
強磁性層２６，２６上に形成された非磁性層２７，２７及び第２フリー磁性層３０上に形成された非磁性層３１は、本発明の磁気検出素子を実際につくるとき、一度大気中に曝露される。しかし、非磁性層２７，２７及び非磁性層３１は、貴金属あるいはＣｒ（クロム）を用いて形成されているので膜厚方向に酸化が進行しにくく、非磁性層２７，２７及び非磁性層３１の表面は酸化しないか、酸化しても酸化層の厚さはせいぜい３Å〜６Åである。従って、非磁性層２７，２７及び非磁性層３１は、第１フリー磁性層２８と強磁性層２６，２６間、及び第２フリー磁性層３０と強磁性層３２間に安定したＲＫＫＹ相互作用またはピンホールを介した直接的な交換相互作用を働かせることができる。
【０１４５】
また、前記貴金属あるいはＣｒを用いて形成された非磁性層２７，２７及び非磁性層３１であれば、表面に形成された酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用でき、強磁性層２６，２６や、第２フリー磁性層３０の磁気特性の劣化が抑えられ、狭トラック化に優れた磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【０１４６】
低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミ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ので、非磁性層２７，２７及び非磁性層３１の途中でミリングを止めることが容易になり、強磁性層２６，２６や第２フリー磁性層３０の受けるダメージを小さくできる。
【０１４７】
なお、強磁性層２６，２６や第２フリー磁性層３０の受けるダメージとは、例えば、イオンミリング時に使用されるＡｒなどの不活性ガスが露出した強磁性層２６，２６や第２フリー磁性層３０の表面から内部に入り込むことや、強磁性層２６，２６や第２フリー磁性層３０の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する（Ｍｉｘｉｎｇ効果）ことである。これらのダメージによって強磁性層２６，２６や第２フリー磁性層３０の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【０１４８】
なお、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。
【０１４９】
図２は、本発明における第２の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１５０】
図２に示される磁気検出素子は、第２フリー磁性層３０の上に第２反強磁性層５０が直接積層されている点で図１の磁気検出素子と異なっている。第２反強磁性層５０の材料は、第１反強磁性層２５，２５の材料と同じである。
【０１５１】
図２では、第２フリー磁性層３０のトラック幅方向の中央部Ｃ上にも、非反強磁性を有する膜厚ｔ３の第２反強磁性層５０が積層されている。また、第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓ上の第２反強磁性層５０は、中央部Ｃ上より厚く、反強磁性を有する膜厚ｔ４で形成されており、第２フリー磁性層３０の磁化方向がトラック幅方向と反平行方向にそろえられている。なお、第２反強磁性層５０の中央部Ｃのトラック幅方向寸法は、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗに等しくなっている。
【０１５２】
本発明でも、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の磁化方向は、互いに反平行方向にそろえられている。または、図７及び図８に示されるハードバイアス層を設けたり、第１反強磁性層２５，２５と強磁性層２６，２６間の交換異方性磁界及び第２反強磁性層５０，５０と第２フリー磁性層３０間の交換異性性磁界の方向を交叉させることにより、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層３０の磁化方向を互いに交差する方向に揃えてもよい。
【０１５３】
第２反強磁性層５０のトラック幅方向の両側端部Ｓ，Ｓの膜厚ｔ４は例えば８０〜３００Åであって反強磁性を示すので、第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓの磁化は強固に固定される。一方、第２反強磁性層５０のトラック幅方向の中央部Ｃの膜厚ｔ３は、例えば、５Å以上で５０Å以下であって非反強磁性を示すか示しても非常に弱く、第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの磁化は外部磁界に対し磁化変動できる。
【０１５４】
図２に示される磁気検出素子でも、図１に示される磁気検出素子と同様の効果が得られる。
【０１５５】
すなわち、磁気検出素子のトラック幅方向の中央部Ｃ（トラック幅領域）の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【０１５６】
また、第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層５０への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【０１５７】
図３は、本発明における第３の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。図３は図１の磁気検出素子に類似している。
【０１５８】
図３に示される磁気検出素子では、第１反強磁性層４４，４４が、表面が平坦面である下部シールド層４１上及び下部ギャップ層４２上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されている点で図１に示される磁気検出素子と異なっている。
【０１５９】
第１反強磁性層４４，４４、下部シールド層４１、下部ギャップ層４２、シード層４３の材料は、第１反強磁性層２５，２５、下部シールド層２１、下部ギャップ層２２、シード層２３の材料と同じである。
【０１６０】
一対の第１反強磁性層４４，４４は互いに、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗの間隔をあけて対向しており、中央部（トラック幅領域）Ｃ側の側面は傾斜面４４ａ，４４ａである。また、中央部（トラック幅領域）Ｃの近傍における第１反強磁性層４４，４４の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、第１反強磁性層４４の底面４４ｂと傾斜面４４ａのなす角θ２を大きくすることが好ましい。具体的には、θ２が６０°以上９０°以下であることが好ましい。
【０１６１】
第１反強磁性層４４，４４上には、強磁性層４５，４５及び非磁性層４６，４６が積層されている。図３に示されるように、強磁性層４５，４５及び非磁性層４６，４６はトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。非磁性層４６，４６の膜厚ｔ５は、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１と同じである。
【０１６２】
非磁性層４６，４６上及びシード層４３上には、下から順に、第１フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２フリー磁性層３０が積層されている。第２フリー磁性層３０上には、非磁性層３１が積層され、非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａ上には、強磁性層３２，３２、第２反強磁性層３３，３３、中間層３４，３４、電極層３５，３５がそれぞれトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。
【０１６３】
電極層３５，３５上及び非磁性層３１の中央部３１ｂ上には、上部ギャップ層３６、及び上部シールド層３７が積層されている。
【０１６４】
図４は、本発明における第４の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。図４は図２の磁気検出素子に類似している。
【０１６５】
図４に示される磁気検出素子では、第１反強磁性層４４，４４が、表面が平坦面である下部シールド層４１上及び下部ギャップ層４２上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されている点で図２に示される磁気検出素子と異なっている。第１反強磁性層４４，４４、下部シールド層４１、下部ギャップ層４２、シード層４３の材料は、第１反強磁性層２５，２５、下部シールド層２１、下部ギャップ層２２、シード層２３の材料と同じである。
【０１６６】
一対の第１反強磁性層４４，４４は互いに、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗの間隔をあけて対向しており、中央部（トラック幅領域）Ｃ側の側面は傾斜面４４ａ，４４ａである。また、中央部（トラック幅領域）Ｃの近傍における第１反強磁性層４４，４４の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、第１反強磁性層４４の底面４４ｂと傾斜面４４ａのなす角θ２を大きくすることが好ましい。具体的には、θ２が６０°以上９０°以下であることが好ましい。
【０１６７】
第１反強磁性層４４，４４上には、強磁性層４５，４５及び非磁性層４６，４６が積層されている。図４に示されるように、強磁性層４５，４５及び非磁性層４６，４６はトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。非磁性層４６，４６の膜厚ｔ５は、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１と同じである。
【０１６８】
非磁性層４６，４６上及びシード層４３上には、下から順に、第１フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２フリー磁性層３０、第２反強磁性層５０が形成されている。
【０１６９】
第２反強磁性層５０のトラック幅方向の両側端部Ｓ，Ｓの膜厚ｔ４は例えば８０〜３００Åであって反強磁性を示すので、第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓの磁化は強固に固定される。一方、第２反強磁性層５０のトラック幅方向の中央部Ｃの膜厚ｔ３は、例えば、５Å以上で５０Å以下であって非反強磁性を示すか反強磁性を示しても非常に弱く、第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの磁化は外部磁界に対し磁化変動できる。
【０１７０】
第２反強磁性層５０上には、中間層３４、電極層３５がそれぞれトラック幅方向に間隔をあけて形成され、電極層３５上及び第２反強磁性層５０の中央部Ｃ上には、上部ギャップ層３６、及び上部シールド層３７が積層されている。
【０１７１】
図３及び図４に示される磁気検出素子でも、図１及び図２に示される磁気検出素子と同様の効果が得られる。
【０１７２】
すなわち、磁気検出素子のトラック幅方向の中央部Ｃ（トラック幅領域）の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【０１７３】
また、第１反強磁性層４４，４４及び第２反強磁性層３３，３３または第２反強磁性層５０への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【０１７４】
図５は、本発明における第５の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。図５は図１の磁気検出素子に類似している。
【０１７５】
図５の磁気検出素子には、第１フリー磁性層２８の中央部Ｃの下面にスペキュラー層６０が、第２フリー磁性層３０の中央部Ｃの上面にスペキュラー層６１が設けられている点で図１の磁気検出素子と異なっている。
【０１７６】
スペキュラー層６０，６１は、第１フリー磁性層２８、第２フリー磁性層３０を通過した伝導電子をスピン状態を維持したまま反射することによってその平均自由行程を延長するものである。スペキュラー層６０，６１が存在すると磁気検出素子の抵抗変化率が増加する。
【０１７７】
スペキュラー層６０，６１の材質としては、Ｆｅ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｏ（ここでＲはＣｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）、半金属ホイッスラー合金などを提示できる。
【０１７８】
スペキュラー層６０，６１をスパッタ成膜するときは、例えば磁気検出素子が形成される基板の温度を０〜１００℃とし、前記基板とスペキュラー層６０，６１の材料のターゲット間の距離を１００〜３００ｍｍとし、Ａｒガス圧を１０-5〜５×１０-3Ｔｏｒｒ（１．３×１０-3〜０．６７Ｐａ）とする。
【０１７９】
ところで図１ないし図５に示す磁気検出素子は、電極層３５，３５から磁気検出素子内に流れる電流が、各層の膜面に対して平行な方向に流れるＣＩＰ（current in the plane）型の磁気検出素子と呼ばれる構造である。
【０１８０】
一方、本発明の磁気検出素子には、磁気検出素子の上下に電極層が設けられ、前記電極層から磁気検出素子内に流れる電流が各層の膜面に対し垂直方向に流れるＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型と呼ばれる構造のものも含まれる。
【０１８１】
図６は、図２に示された磁気検出素子と同じ積層構造を有するＣＰＰ型の磁気検出素子を示す図である。
【０１８２】
図６に示される磁気検出素子が図２に示される磁気検出素子と異なる点は以下に示す２点である。すなわち、下部ギャップ層２２が形成されずに、下部シールド層２１がシード層２３を介して第１フリー磁性層２８と導通しており、この下部シールド層２１が電極層を兼ねていることと、第２反強磁性層５０の上にトラック幅方向に間隔を開けて一対の絶縁層６２，６２が積層されたその上に上部ギャップ層を介さずに上部シールド層３７が積層されて、この上部シールド層３７が電極層を兼ねている点である。
【０１８３】
同様にして、図１に示された磁気検出素子と同じ積層構造を有するＣＰＰ型の磁気検出素子を構成することができる。
【０１８４】
ＣＰＰ型の磁気検出素子は、光学的トラック幅を０．１μｍ以下にしても高い磁気抵抗効果を発揮すると考えられており、狭トラック化に適した構造である。
【０１８５】
なお、図１から図６に示された磁気検出素子の第１フリー磁性層２８の磁化方向と第２フリー磁性層３０の磁化方向が、トラック幅方向から角度を持った方向にそろえられつつ、互いに交叉していてもよい。
【０１８６】
図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
図１１から図１５は図１の磁気検出素子の製造工程を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図１１から図１５において、図１の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【０１８７】
図１１に示される工程では、図示しない基板上に下部シールド層２１、下部ギャップ層２２、シード層２３をベタ膜状に成膜し、さらにシード層２３の中央部（トラック幅領域）Ｃ上を覆うリフトオフ用のレジストＲ1を形成している。なお、図５に示されたスペキュラー層６０を形成するときは、シード層２３の上に成膜する。
【０１８８】
次に、イオンミリングによってシード層２３、下部ギャップ層２２及び下部シールド層２１の両側端部Ｓ，Ｓを図１１に示される点線に沿って削り、下部シールド層２１に凹部を形成する。下部シールド層２１に形成される凹部の側面と底面のなす角θ１は９０°より大きく１２０°以下であることが好ましい。
【０１８９】
なお、図１１工程におけるイオンミリングの入射角度は、シード層の表面に対して、例えば７０°〜９０°である。
【０１９０】
次に、図１２工程では、レジスト層Ｒ１をシード層２３上に残したまま、下部シールド層２１に形成された凹部２１ａ，２１ａ内に絶縁層２４，２４、第１反強磁性層２５，２５、強磁性層２６，２６、非磁性層２７，２７をスパッタ法によって連続成膜する。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。
【０１９１】
なお、絶縁層２４，２４成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば３０°〜７０°であり、、第１反強磁性層２５，２５成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。強磁性層２６，２６成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°であり、非磁性層２７，２７成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。
【０１９２】
また、絶縁層２４，２４の膜厚は５０Å〜３００Å、第１反強磁性層２５，２５の膜厚は８０Å〜３００Å、強磁性層２６，２６の膜厚は５Å〜５０Å、非磁性層２７，２７の膜厚は３Å〜１０Åである。
【０１９３】
非磁性層２７の成膜後に、レジスト層Ｒ１を除去し、その後第１の磁場中アニールを行う。トラック幅方向（図示Ｘ方向）に第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、第１反強磁性層２５と強磁性層２６との間に交換結合磁界を発生させて、強磁性層２６の磁化を図示Ｘ方向に固定する。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とする。
【０１９４】
また上記した第１の磁場中アニールによって、非磁性層２７を構成するＲｕなどの貴金属元素またはＣｒ元素が、強磁性層２６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強磁性層２６の表面近くの構成元素は、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。また強磁性層２６内部に拡散した貴金属元素またはＣｒ元素は、強磁性層２６の下面側よりも強磁性層２６の表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組成比は、強磁性層２６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分析装置や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によるＥＤＸ分析など薄膜の化学組成を分析する装置で確認することが可能である。
【０１９５】
次に、レジスト層Ｒ１を除去し、シード層２３の表面及び非磁性層２７表面の酸化された部分を、イオンミリングで削って除去する。この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、非磁性層２７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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
これに対し、例えば従来用いられてきたＴａを使用すると、このＴａは厚い酸化層が形成されやすく、３０Å〜５０Å程度の厚い膜厚で形成しないと、十分にその下の層を酸化から保護できず、しかも、Ｔａ膜の膜厚は酸化により約５０Å以上にまで膨れ上がる。
【０１９８】
このような厚い膜厚のＴａ膜をイオンミリングで除くには、高エネルギーのイオンミリングでＴａ膜を除去する必要があり、高エネルギーのイオンミリングを使用すると、Ｔａ膜のみが除去されるようにミリング制御することは非常に難しい。
【０１９９】
従って、Ｔａ膜の下に形成されている強磁性層も深く削られ、イオンミリング時に使用されるＡｒなどの不活性ガスが露出した強磁性層の表面から内部に入り込んだり、強磁性層の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生（Ｍｉｘｉｎｇ効果）する。これらのダメージによって強磁性層の磁気特性が劣化しやすい。また、約５０Å以上の膜厚を有するＴａ膜を低エネルギーのイオンミリングで削ると処理時間がかかりすぎて実用的でなくなる。また、Ｔａは前記貴金属やＣｒに比べると、成膜時に下層の強磁性層に拡散浸入しやすく、Ｔａ膜のみを削って除去できたとしても、露出した強磁性層表面には、Ｔａが混入する。Ｔａが混入した強磁性層は、磁気特性が劣化する。
【０２００】
一方、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２７を削ることができる。低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミ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２７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、強磁性層２６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。なお、イオンミリングの入射角度は、シード層２３表面（または前記基板の表面）に対する法線方向から２０°〜７０°にすることが好ましい。また、イオンミリングの処理時間は数秒から１分程である。
【０２０１】
なお、シード層２３はＴａによって形成されているが、この場合Ｔａの表面に３Åから８Åのごく薄いＲｕなどの非磁性貴金属層をＴａと連続であらかじめ成膜しておくと、Ｔａの酸化を防げ、上記のイオンミリング工程で非磁性貴金属層を適切に除去できる。
【０２０２】
また、シード層がＮｉＦｅやＮｉＦｅＣｒで形成される場合はＴａほどは酸化層が厚く成長しないので上記非磁性貴金属層を省略することができる。
【０２０３】
非磁性層２７表面及びシード層２３表面を削った後、図１３に示されるように、第１フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２フリー磁性層３０、非磁性層３１を真空中で連続成膜する。なお、図５に示されたスペキュラー層６１を形成するときには、第２フリー磁性層３０と非磁性層３１の間に成膜する。
【０２０４】
図１３の状態では、フリー磁性層２８は中央部（トラック幅領域）Ｃの両側端部Ｓ，Ｓで、強磁性層２６，２６と非磁性層２７，２７を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合して、第１フリー磁性層２８が単磁区化される。前記非磁性層２７の表面をけずるイオンミリングにおいて、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１が６Å〜１１Åにされると、フリー磁性層２８の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向く。また、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１が０．５Å〜６Åまたは非磁性層２７，２７が完全に除去されると、第１フリー磁性層２８の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行方向を向く。
【０２０５】
なお、例えば第１フリー磁性層２８及び第２フリー磁性層３０の膜厚は３０Å〜５０Å、非磁性材料層２９の膜厚は１６Å〜３０Å、非磁性層３１の膜厚は３Å〜１０Åである。
【０２０６】
次に、図１４に示されるように、非磁性層３１のトラック幅方向の中央部３１ｂ上にレジスト層Ｒ２を形成し、非磁性層３１のレジスト層Ｒ２に覆われない両側端部３１ａ，３１ａの表面を、イオンミリングで削る。非磁性層３１は３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているので、このイオンミリング工程でも前述の、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。図５に示されたスペキュラー層６１を形成するときには、第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓ上のスペキュラー層６１と非磁性層３１を全て除去する。
【０２０７】
イオンミリング終了後、図１５に示されるように、非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａ上、に強磁性層３２，３２、第２反強磁性層３３，３３、中間層３４，３４及び電極層３５，３５をスパッタ成膜する。
【０２０８】
次に、レジスト層Ｒ２を有機溶媒などで剥離（リフトオフ）した後、第２の磁場中アニールを行う。このときの磁場方向は、トラック幅方向に反平行方向である。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２５と強磁性層２６間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２５のブロッキング温度よりも低くする。
【０２０９】
これによって第１反強磁性層２５と強磁性層２６間の交換異方性磁界の方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向けたまま、第２反強磁性層３３と強磁性層３２間の交換異方性磁界をトラック幅方向と反平行方向に向けることができる。
【０２１０】
なお第２の熱処理温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０２１１】
第２の磁場中アニール後、第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓと、強磁性層３２，３２は、非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａを介したＲＫＫＹ相互作用またはピンホールを介した直接的な交換相互作用によって磁気的に結合し、第２フリー磁性層３０が単磁区化される。
【０２１２】
強磁性層３２，３２の単位面積当たりの磁気モーメントが第２フリー磁性層３０の単位面積当たりの磁気モーメントより大きい場合に、非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａの表面をけずるイオンミリングにおいて、両側端部３１ａ，３１ａの膜厚ｔ２が６Å〜１１Åにされると、第２フリー磁性層３０の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行方向を向く。
【０２１３】
反対に、第２フリー磁性層３０の単位面積当たりの磁気モーメントが強磁性層３２，３２の単位面積当たりの磁気モーメントより大きく、非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａの膜厚ｔ２が６Å〜１１Åである場合には、第２フリー磁性層３０の磁化が第２の磁場中アニールの磁化方向（トラック幅方向に反平行方向）を向き、強磁性層３２，３２の磁化方向がトラック幅方向を向く。
【０２１４】
また、両側端部３１ａ，３１ａの膜厚ｔ２が０．５Å〜６Åであるかまたは両側端部３１ａ，３１ａが完全に除去されると、第２フリー磁性層３０の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向く。
【０２１５】
さらに、上部ギャップ層３６及び上部シールド層３７を形成すると、図１に示される磁気検出素子が形成される。
【０２１６】
なお、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１と非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａの膜厚ｔ２を異ならせて、例えば、第１フリー磁性層２８の磁化方向を強磁性層２６，２６の磁化方向と平行な方向に向かせ、第２フリー磁性層３０の磁化方向を強磁性層３２，３２の磁化方向と反平行な方向に向かせるようにすると、強磁性層２６，２６と第１反強磁性層２５，２５の間に発生する交換異方性磁界と強磁性層３２，３２と第２反強磁性層３３，３３の間に発生する交換異方性磁界の向きを同じにしても、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０の磁化の向きを反平行方向にすることができる。すると、一回の磁場中アニールを行うだけで、第１フリー磁性層２８と第２フリー磁性層３０を、磁化方向が互いに反平行方向になるように単磁区化できる。
【０２１７】
図２に示される磁気検出素子を形成するときには、非磁性層２７，２７の表面の酸化層をイオンミリングによって除去した後、図１６に示されるように、第１フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２フリー磁性層３０、第２反強磁性層５０を連続成膜する。第２反強磁性層５０は８０〜３００Åの膜厚で成膜する。
【０２１８】
第２反強磁性層５０の上にトラック幅方向に間隔をあけて、中間層３４，３４及び電極層３５，３５を積層する。
【０２１９】
次に、第２の磁場中アニールを行う。このときの磁場方向は、トラック幅方向に反平行方向である。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２５と強磁性層２６間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２５のブロッキング温度よりも低くする。
【０２２０】
これによって第１反強磁性層２５と強磁性層２６間の交換異方性磁界の方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向けたまま、第２反強磁性層５０と第２フリー磁性層３０間の交換異方性磁界をトラック幅方向と反平行方向に向けることができる。
【０２２１】
なお第２の熱処理温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０２２２】
さらに、電極層３５，３５をマスクとして、第２反強磁性層５０の中央部Ｃを、第２反強磁性層５０の表面に対して８０°〜９０°の方向からのイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって削り込む。このとき、残される第２反強磁性層５０の中央部Ｃの膜厚ｔ３を５Å以上５０Å以下にする。
【０２２３】
第２反強磁性層５０の中央部Ｃの膜厚ｔ３を５Å以上５０Å以下にすると、第２反強磁性層５０の中央部Ｃは非反強磁性を示すようになり、第２フリー磁性層３０の中央部Ｃとの間に交換結合磁界が発生しなくなる。第２反強磁性層５０の中央部Ｃのトラック幅方向幅寸法は、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗに等しくなっている。
【０２２４】
第２反強磁性層５０の中央部Ｃの両側端部Ｓ，Ｓは成膜時の膜厚が維持されるので、第２の磁場中アニール後反強磁性を示し第２フリー磁性層３０の両側端部Ｓ，Ｓの磁化方向を確実に固定することができる。
【０２２５】
すなわち、第２フリー磁性層３０の中央部Ｃは、外部磁界が印加されない状態において、磁化方向が固定された両側端部Ｓ，Ｓにならって図示Ｘ方向と反平行方向に揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化する。
【０２２６】
なお、第２の磁場中アニールは、第２反強磁性層５０の中央部を削った後に行う方が好ましい。
【０２２７】
また、第２反強磁性層５０の中央部Ｃを削る工程において、図１６では電極層３５，３５をマスクとして用いたが、第２反強磁性層上に無機絶縁材料からなるマスク層またはレジストからなるマスク層をトラック幅方向に間隔を開けて積層形成してもよい。無機絶縁材料またはレジストからなるマスク層を用いて第２反強磁性層５０の中央部Ｃを削った時は、マスク層を除去した後に別途電極層３５，３５を形成する必要がある。
【０２２８】
また、図１７に示されるように、第２フリー磁性層３０と第２反強磁性層５０の間に、非磁性層５１及び強磁性層５２を成膜し、図１６工程と同様の工程で、第２反強磁性層５０の中央部Ｃと強磁性層５２の中央部Ｃを削って非磁性層５１の中央部Ｃを露出させると、図１８に示される磁気検出素子を得ることができる。
【０２２９】
非磁性層５１及び強磁性層５２の材料は、図１に示される磁気検出素子の非磁性層３１及び強磁性層３２の材料と同じである。また、非磁性層５１の両側端部の膜厚ｔ７と第２フリー磁性層３０及び強磁性層５２の磁化方向の関係は、図１に示される磁気検出素子における非磁性層３１の両側端部３１ａ，３１ａの膜厚ｔ２と第２フリー磁性層３０及び強磁性層３２の磁化方向の関係と同じである。
【０２３０】
次に、図３及び図４に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。図１９及び図２０は図３及び図４の磁気検出素子の製造工程を示す製造方法を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図１９及び図２０において、図３及び図４の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【０２３１】
図１９に示される工程では、図示しない基板上に下部シールド層４１、下部ギャップ層４２、シード層４３、第１反強磁性層４４、強磁性層４５、非磁性層４６をベタ膜状に成膜する。
【０２３２】
非磁性層４６の成膜後、第１の磁場中アニールを行う。トラック幅方向（図示Ｘ方向）に第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、第１反強磁性層４４と強磁性層４５との間に交換結合磁界を発生させて、強磁性層４５の磁化を図示Ｘ方向に固定する。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とする。
【０２３３】
また上記した第１の磁場中アニールによって、非磁性層４６を構成するＲｕなどの貴金属元素またはＣｒが、強磁性層４５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強磁性層４５の表面近くの構成元素は、強磁性層を構成する元素と貴金属元素またはＣｒとから構成される。また強磁性層４５内部に拡散した貴金属元素またはＣｒは、強磁性層４５の下面側よりも強磁性層４５の表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組成比は、強磁性層４５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分析装置や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によるＥＤＸ分析など薄膜の化学組成を分析する装置で確認することが可能である。
【０２３４】
次に、図２０に示されるごとく、非磁性層４６上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対のレジスト層Ｒ３を形成する。
【０２３５】
次に、イオンミリングあるいは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって非磁性層４６、強磁性層４５、第１反強磁性層４４のレジスト層Ｒ３に挟まれた領域を点線に沿って削る。第１反強磁性層４４，４４のトラック幅方向の間隔で光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗが決められる。
【０２３６】
すなわち、レジスト層Ｒ３，Ｒ３のトラック幅方向間隔とレジスト層Ｒ３の側面Ｒ３ａ、Ｒ３ａの形状とイオンミリングの入射角度を調節することにより光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗを任意に設定することができる。
【０２３７】
この方法を用いると、第１反強磁性層４４の側面４４ａと底面４４ｂの角度θ２を大きくすることが容易になり、両側端部Ｓ，Ｓのほぼ全ての領域で第１反強磁性層４４の膜厚を厚くすることができて、フリー磁性層２８の両側端部Ｓ，Ｓの磁化方向を強固に一方向に固定することができる。すなわち、サイドリーディングを低減できる。具体的には、θ２は６０°以上９０°以下であることが好ましい。
【０２３８】
次にレジスト層Ｒ３，Ｒ３を除去した後、シード層４３の表面及び非磁性層４６表面の酸化された部分を、前述の低エネルギーのイオンミリングで削って除去する。
【０２３９】
その後、図１３工程から図１５工程と同様の工程によって、第１フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２フリー磁性層３０、非磁性層３１、強磁性層３２、第２反強磁性層３３，３３、中間層３４，３４、電極層３５，３５を形成し、さらに上部ギャップ層３６、上部シールド層３７を形成する。
【０２４０】
なお、上述した磁気検出の製造方法において、第１の磁場中アニールの磁界印加方向と第２の磁場中アニールの磁界印加方向を互いに反平行方向にしたが、斜めに交叉する方向に向けてもよい。また、強磁性層３２，３２と第２フリー磁性層３０の単位面積当たりの磁気モーメントを調節することによって、第１の磁場中アニールの磁界印加方向と第２の磁場中アニールの磁界印加方向を平行方向にすることも可能である。
【０２４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明の磁気検出素子は、前記第１フリー磁性層の下層には、前記第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層が、また、前記第２フリー磁性層の上層には、前記第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されているものである。
【０２４２】
従って、本発明では、磁気検出素子の中央部（トラック幅領域）の全膜厚を薄くでき、再生用磁気ヘッドの狭ギャップ化を促進できる。
【０２４３】
また、前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層への、センス電流の分流を少なくできるので電流損失を低減でき、磁界検出出力を向上させることができる。
【０２４４】
また、本発明は、上記のように、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の前記第１反強磁性層及び一対の前記第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されている磁気検出素子を具体的に作ることができるものとして提供するものである。
【０２４５】
前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に設けられた前記非磁性層は、本発明の磁気検出素子を実際に使用できるものとして形成したときに必然的に形成されるものである。
【０２４６】
上記構造の磁気検出素子を製造するとき、前記第２フリー磁性層上に積層される非磁性層は、成膜後一度大気中に曝露される。
【０２４７】
しかし、本発明では、前記非磁性層は、貴金属あるいはＣｒ（クロム）を用いて形成されているので膜厚方向に酸化が進行しにくく、非磁性層の表面は酸化しないか、酸化しても酸化層の厚さはせいぜい３Å〜６Åである。
【０２４８】
従って、前記貴金属あるいはＣｒを用いて形成された前記非磁性層であれば、表面に形成された酸化層を除去するために、低エネルギーのイオンミリングを使用でき、第２フリー磁性層の磁気特性の劣化が抑えられるので、サイドリーディングの少ない狭トラック化に優れた磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図３】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図４】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図５】本発明の第５の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図６】本発明の第６の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図７】ハードバイアス層が設けられた本発明の磁気検出素子の部分平面図、
【図８】ハードバイアス層が設けられた本発明の磁気検出素子の部分断面図、
【図９】本発明の磁気検出素子の動作原理を説明するための模式図、
【図１０】本発明の磁気検出素子の動作原理を説明するための模式図、
【図１１】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１２】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１３】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１４】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１５】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１６】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１７】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１８】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１９】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図２０】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図２１】従来の磁気検出素子の断面図、
【符号の説明】
２１ 下部シールド層
２２ 下部ギャップ層
２３ シード層
２４ 絶縁層
２５ 第１反強磁性層
２６ 強磁性層
２７ 非磁性層
２８ 第１フリー磁性層
２９ 非磁性材料層
３０ 第２フリー磁性層
３１ 非磁性層
３２ 強磁性層
３３、５０ 第２反強磁性層
３４ 中間層
３５ 電極層
３６ 上部ギャップ層
３７ 上部シールド層
Ｃ 中央部
Ｓ 両側端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic detection element used for a hard disk device, a magnetic sensor, and the like, and more particularly to a magnetic detection element suitable for narrowing gaps and capable of exhibiting a high magnetic field detection capability, and a manufacturing method thereof.
[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 lower gap layer. On the lower cap layer 1, a multilayer film 6 including a first antiferromagnetic layer 2, a pinned magnetic layer 3, a nonmagnetic material layer 4, and a free magnetic layer 5 is formed. Ferromagnetic layers 7 and 7, second antiferromagnetic layers 8 and 8, and electrode layers 9 and 9 are formed on both end portions S and S of the free magnetic layer 5. A protective layer 13 made of Ta is formed on the central portion B in the track width direction of the free magnetic layer sandwiched between the ferromagnetic layers 7 and 7 and the second antiferromagnetic layers 8 and 8. The nonmagnetic material layer 4 is formed of a nonmagnetic material such as Cu.
[0004]
The first antiferromagnetic layer 2 and the second antiferromagnetic layer 8 are made of an antiferromagnetic material such as PtMn, IrMn, or FeMn, and the pinned magnetic layer 3, the free magnetic layer 5, and the ferromagnetic layer 7 are made of a strong material such as NiFe. The electrode layers 9, 9 are made of a conductive material such as Cr by a magnetic material.
[0005]
The magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is pinned in the Y direction by an exchange coupling magnetic field with the first antiferromagnetic layer, and the ferromagnetic layers 7 and 7 are generated between the second antiferromagnetic layers 8 and 8. It is fixed in the X direction in the figure by an exchange coupling magnetic field. As a result, both end portions S and S of the free magnetic layer 5 located below the ferromagnetic layers 7 and 7 are fixed in the X direction by the ferromagnetic coupling with the ferromagnetic layers 7 and 7, and the track width Tw region The central portion B of the free magnetic layer 5 in the track width direction is weakly single-domained to such an extent that the magnetization can be varied with respect to an external magnetic field.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
A lower shield layer 10 is formed below the magnetic detection element shown in FIG. 21 via the lower gap layer 1, and an upper shield layer 12 is formed above the upper gap layer 11. A so-called shield type magnetic head is constructed. The lower gap layer 1 and the upper gap layer 11 are formed of an insulating material such as alumina, and the lower shield layer 10 and the upper shield layer 12 are formed of a magnetic material such as NiFe.
[0007]
The gap length G of the shield type magnetic head is determined by the distance between the lower shield layer 10 and the upper shield layer 12 above and below the central portion B in the track width direction of the free magnetic layer 5 whose magnetization varies with an external magnetic field.
[0008]
Here, in the magnetic detection element as shown in FIG. 21, the first antiferromagnetic layer 2 for fixing the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 overlaps the central portion B of the free magnetic layer 5 in the track width direction. Formed in the region.
[0009]
In order to generate a sufficient exchange anisotropic magnetic field between the pinned magnetic layer 3 and the first antiferromagnetic layer 2, it is necessary to increase the thickness of the first antiferromagnetic layer 2 to 80 to 300 mm. This is the biggest obstacle to reducing the gap length G.
[0010]
Further, if the film thickness of the first antiferromagnetic layer 2 is thick, the sense current is diverted and current loss occurs, making it difficult to improve the magnetic field detection output.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a magnetic detection element capable of reducing the gap length and improving the magnetic field detection output, and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The magnetic detection element of the present invention isThe portion exhibiting the magnetoresistive effect is laminated in order of the first free magnetic layer, the nonmagnetic material layer, and the second free magnetic layer from the bottom, and the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are formed by an external magnetic field. When both the magnetization directions fluctuate, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes. It is a magnetic detection element to be taken out as a change or a voltage change,
  A pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer is provided under the first free magnetic layer, and the second free magnetic layer is provided with the second antiferromagnetic layer. A pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the free magnetic layers are formed at intervals in the track width direction, and are not formed on the center of the second free magnetic layer in the track width direction. Magnetic layer is providedAnd
A bias layer made of a hard magnetic material is formed behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction via an insulating layer.It is characterized by being.
[0013]
In the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers and the pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are spaced apart in the track width direction. Open and formed. A center portion in the track width direction of the first free magnetic layer sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers and a track width direction of the second free magnetic layer sandwiched between the pair of second antiferromagnetic layers. In the central portion, the magnetization direction varies with an external magnetic field.
[0014]
In the present invention, both the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer are changed by an external magnetic field, and the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization of the second free magnetic layer This is a magnetoresistive effect type magnetic sensing element based on the principle that the electric resistance value changes as the relative angle of the direction changes.
[0015]
The magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are aligned in an antiparallel direction or a crossing direction with no external magnetic field applied.
[0016]
In the present invention, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are not formed above and below the central portion of the first free magnetic layer in the track width direction and the central portion of the second free magnetic layer.
[0017]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion (track width region) of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0018]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0019]
Further, according to the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers and the pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are respectively arranged in the track width direction. The present invention provides a magnetic detection element formed with a gap therebetween, which can be made specifically.
[0020]
The nonmagnetic layer provided on the center of the second free magnetic layer in the track width direction is inevitably formed when the magnetic detection element of the present invention is formed so that it can be actually used. .
[0021]
In the present invention, the film thickness of the nonmagnetic layer formed on the central portion of the second free magnetic layer in the track width direction can be 3 to 10 mm.
[0022]
Further, in the magnetic detection element of the present invention, the nonmagnetic material constituting the nonmagnetic layer is formed in the both-side end portions of the second free magnetic layer in the direction perpendicular to the film surface by being formed by a manufacturing method described later. It spreads so that the concentration decreases as it goes.
[0023]
The nonmagnetic layer may also be formed on both end portions of the second free magnetic layer. At this time, the film thickness of the nonmagnetic layer is thicker at the center in the track width direction than at both ends.
[0024]
In addition, when a pair of ferromagnetic layers are stacked with a gap in the track width direction between the second free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer, the second antiferromagnetic layer and the strong antiferromagnetic layer are stacked. The magnetic layer can be continuously formed, and the exchange coupling magnetic field generated between the second antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer can be increased. Thereby, the magnetization of the both end portions of the second free magnetic layer under the pair of ferromagnetic layers can be firmly fixed, and side reading can be reduced.
[0025]
In the present invention, the magnetization directions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer may be parallel or antiparallel.
[0026]
For example, the nonmagnetic layer having a thickness of 0.5 mm or more and 6 mm or less is provided between the both end portions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer, or the ferromagnetic layer is the second layer. When formed directly on both end portions of the free magnetic layer, the magnetization directions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer are parallel to each other.
[0027]
Alternatively, when the non-magnetic layer having a thickness of 6 mm or more and 11 mm or less is provided between both end portions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer, the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer The magnetization direction of is oriented antiparallel.
[0028]
  The present invention also provides:The part that demonstrates the magnetoresistive effectOr downThe second1 Free magnetic layer,Non-magnetic material layeras well asSecond free magnetic layerAre stacked in this order,Magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer by an external magnetic fieldBoth of them change, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes, and the change in the electrical resistance value based on the change in the relative angle changes the current or Take out as voltage changeA magnetic sensing element,
  A pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer are formed below the first free magnetic layer at intervals in the track width direction. A second antiferromagnetic layer for aligning the magnetization direction of the magnetic layer has a film thickness having non-antiferromagnetism on the central portion in the track width direction of the free magnetic layer, and on both end portions of the free magnetic layer. Is formed with an antiferromagnetic film thicknessAnd
A bias layer made of a hard magnetic material is formed behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction via an insulating layer.It is characterized by being.
[0029]
Also in the present invention, the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are aligned in an antiparallel direction or a crossing direction.
[0030]
In the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer is formed with an interval in the track width direction. Therefore, the first antiferromagnetic layer is not formed under the central portion in the track width direction of the first free magnetic layer that is sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers and whose magnetization direction varies due to an external magnetic field. . Further, the second antiferromagnetic layer for aligning the magnetization direction of the second free magnetic layer is formed with a thick film having antiferromagnetism only on both end portions of the free magnetic layer, and is formed by an external magnetic field. On the central portion in the track width direction of the free magnetic layer, which is a region in which the magnetization direction fluctuates, it is formed with a thin film thickness that exhibits non-antiferromagnetism.
[0031]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion (track width region) in the track width direction of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0032]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0033]
Since the film thickness of both end portions in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is, for example, 80 to 300 mm and exhibits antiferromagnetism, the magnetization direction of both end portions of the second free magnetic layer is firmly fixed. Is done. On the other hand, the film thickness of the central portion in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is, for example, 5 to 50 mm and exhibits non-antiferromagnetism, and the magnetization of the central portion of the second free magnetic layer is Magnetization can be changed with respect to an external magnetic field.
[0034]
In the present invention, the first antiferromagnetic layer may be formed on the lower shield layer or the lower gap layer having a flat surface with an interval in the track width direction.
[0035]
However, a lower gap layer made of a non-magnetic material or a lower shield layer made of a magnetic material is formed under the free magnetic layer, and a recess is formed on the surface of the lower gap layer or the lower shield layer with an interval in the track width direction. It is preferable that the first antiferromagnetic layer is formed in the recess.
[0036]
When the first antiferromagnetic layer is formed in the recess, the height of the step formed in the track width region and both end portions of the multilayer film constituting the magnetic sensing element can be reduced, and the magnetoresistive effect of the multilayer film can be reduced. This is preferable because the characteristics are stable.
[0037]
In the case where the first antiferromagnetic layer is formed in the recess formed in the lower shield layer, if an insulating layer is provided between the first antiferromagnetic layer and the lower shield layer, the sense This is preferable because current shunt loss can be reduced.
[0038]
In the present invention, a pair of ferromagnetic layers may be laminated between the first free magnetic layer and the first antiferromagnetic layer with an interval in the track width direction.
[0039]
In this case, an exchange anisotropic magnetic field is generated between the ferromagnetic layer and the first antiferromagnetic layer, and the magnetization direction of the ferromagnetic layer is fixed in a predetermined direction, generally in the track width direction. The The free magnetic layer is magnetically coupled to the ferromagnetic layer at both ends of the track width region, and the free magnetic layer is made into a single magnetic domain.
[0040]
In the present invention, the first antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer can be continuously formed, and the exchange coupling magnetic field generated between the first antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer can be increased. Thereby, the magnetization of the both end portions of the first free magnetic layer on the pair of ferromagnetic layers can be firmly fixed, and side reading can be reduced.
[0041]
A nonmagnetic layer may be formed between the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer.
[0042]
When a nonmagnetic layer is formed between the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer, the magnetization directions of the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer may be parallel to each other or antiparallel. You may face the direction.
[0043]
When the film thickness of the nonmagnetic layer is 0.5 mm or more and 6 mm or less, the magnetization directions of the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer are parallel to each other.
[0044]
In addition, when the film thickness of the nonmagnetic layer is 6 mm or more and 11 mm or less, the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer are antiparallel.
[0045]
The nonmagnetic layer formed between the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer and / or the nonmagnetic layer formed between the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer are Ru, Re, It is preferably formed of a noble metal composed of one or more of Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh and Cu, or composed of Cr.
[0046]
The nonmagnetic layer is once exposed to the atmosphere when actually producing the magnetic sensing element of the present invention. However, in the present invention, since the nonmagnetic layer is formed using a noble metal or Cr (chromium), the oxidation hardly proceeds in the film thickness direction, and the surface of the nonmagnetic layer is not oxidized or is oxidized. The thickness of the oxide layer is at most 3 to 6 mm. Therefore, the nonmagnetic layer formed using the noble metal or Cr exerts a stable RKKY interaction between the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer, or between the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer. be able to.
[0047]
In addition, if the nonmagnetic layer is formed using the noble metal or Cr, low energy ion milling can be used to remove the oxide layer formed on the surface, and the magnetization direction of the first free magnetic layer Degradation of the magnetic characteristics of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer for aligning the magnetic field can be suppressed, and a magnetic detection element excellent in narrowing the track can be obtained.
[0048]
Low energy ion milling has a slow milling rate and can reduce the margin of the milling stop position, so that it is easy to stop milling in the middle of the nonmagnetic layer, and the ferromagnetic layer and the second free layer. Damage to the magnetic layer can be reduced.
[0049]
The damage received by the ferromagnetic layer is, for example, that an inert gas such as Ar used during ion milling enters the inside from the exposed surface of the ferromagnetic layer or the surface portion of the ferromagnetic layer. The crystal structure is broken and lattice defects are generated (Mixing effect). These damages tend to deteriorate the magnetic properties of the surface portion of the ferromagnetic layer.
[0050]
If a bias layer made of a hard magnetic material is formed behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction via an insulating layer, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer It becomes easy to align the magnetization directions of the free magnetic layers in the crossing directions, the symmetry (asymmetry) of the output of the magnetic detection element is improved, and the magnetic field detection sensitivity is also improved.
[0051]
In addition, it is preferable that a specular layer that reflects the conduction electrons is formed below the central portion of the first free magnetic layer in the track width direction while the spin state of the conduction electrons of the sense current is preserved. The specular layer is also preferably formed on the central portion of the second free magnetic layer in the track width direction.
[0052]
  The method of manufacturing the magnetic detection element of the present invention includes:
(a) A pair of first antiferromagnetic layers are formed on the substrate at intervals in the track width direction, and a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer made of noble metal or Cr are continuously formed on the first antiferromagnetic layer. Forming a film;
(B) performing annealing in a first magnetic field to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, and fixing the magnetization direction of the ferromagnetic layer in a predetermined direction;
(C) scraping part or all of the nonmagnetic layer formed on the first antiferromagnetic layer;
(D) First in order from the bottom on the nonmagnetic layer or the ferromagnetic layer formed on the pair of first antiferromagnetic layers and on a region sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers. A step of continuously forming a multilayer film having a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a second free magnetic layer, and a nonmagnetic layer made of noble metal or Cr;
(E) scraping both end portions of the nonmagnetic layer formed on the second free magnetic layer, and at this time, leaving part of both end portions of the nonmagnetic layer;
(F) forming a second antiferromagnetic layer on both side edges of the remaining nonmagnetic layer;
(G) A step of performing annealing in a second magnetic field to fix the magnetization of both end portions of the second free magnetic layer in a direction antiparallel to or intersecting with the magnetization direction of the first free magnetic layer.And having
Further, after the step (g), there is a step of forming a bias layer made of a hard magnetic material via an insulating layer behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction. It is what.
[0053]
In the magnetic sensing element formed according to the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers and the pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer include: Each is formed at an interval in the track width direction. A center portion in the track width direction of the first free magnetic layer sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers and a track width direction of the second free magnetic layer sandwiched between the pair of second antiferromagnetic layers. In the central portion, the magnetization direction varies with an external magnetic field. As a result, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes, and the electrical resistance value changes.
[0054]
The magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are aligned in an antiparallel direction or a crossing direction with no external magnetic field applied.
[0055]
In the magnetic sensing element formed according to the present invention, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are formed above and below the central portion of the first free magnetic layer in the track width direction and the central portion of the second free magnetic layer. A ferromagnetic layer is not formed.
[0056]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion (track width region) of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0057]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0058]
The nonmagnetic layer laminated on the first antiferromagnetic layer in the step (a) and the nonmagnetic layer laminated on the second free magnetic layer in the step (d) Exposed inside. However, in the present invention, since the nonmagnetic layer is formed using a noble metal or Cr (chromium), the oxidation hardly proceeds in the film thickness direction, and the surface of the nonmagnetic layer is not oxidized or is oxidized. The thickness of the oxide layer is at most 3 to 6 mm.
[0059]
Therefore, in the nonmagnetic layer formed using the noble metal or Cr, low energy ion milling is performed in the steps (c) and (e) in order to remove the oxide layer formed on the surface. The magnetic characteristics of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer can be suppressed, and a magnetic detecting element excellent in narrowing the track can be obtained. It has become.
[0060]
Low energy ion milling has a slow milling rate and can reduce the margin of the milling stop position, so that it is easy to stop milling in the middle of the nonmagnetic layer, and the ferromagnetic layer and the second free layer. Damage to the magnetic layer can be reduced.
[0061]
The damage received by the ferromagnetic layer is, for example, that an inert gas such as Ar used during ion milling enters the inside from the exposed surface of the ferromagnetic layer or the surface portion of the ferromagnetic layer. The crystal structure is broken and lattice defects are generated (Mixing effect). These damages tend to deteriorate the magnetic properties of the surface portion of the ferromagnetic layer.
[0062]
Note that 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.
[0063]
For this reason, low energy ion milling can be used, and it is possible to effectively manufacture a magnetic detecting element excellent in narrowing the track.
[0064]
  In the present invention, since low energy ion milling can be used for removing the nonmagnetic layer, the step (e)TheAll the end portions on both sides of the nonmagnetic layer formed on the second free magnetic layer are removed.Instead of the processEven if the surfaces of both end portions of the second free magnetic layer are exposed, it is possible to suppress the crystal structure of the surface portion of the second free magnetic layer from being broken and to generate lattice defects (Mixing effect). ), The second antiferromagnetic layer can be formed directly on both end portions of the exposed second free magnetic layer.
[0065]
In the present invention, in the step (f), a pair of ferromagnetic layers is formed on both end portions of the nonmagnetic layer or on both end portions of the second free magnetic layer, and the pair of ferromagnetic layers is formed. It is preferable to continuously form the second antiferromagnetic layer on the layer.
[0066]
Since a strong exchange coupling magnetic field is generated between the pair of ferromagnetic layers formed continuously and the second antiferromagnetic layer, the side reading of the formed magnetic detection element can be reduced.
[0067]
In the step (a) and / or the step (d), the noble metal forming the nonmagnetic layer is, for example, any one of Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh, and Cu. Or it consists of 2 or more types.
[0068]
In the present invention, the nonmagnetic layer laminated on the first antiferromagnetic layer in the step (a) and the nonmagnetic layer laminated on the second free magnetic layer in the step (d) Since it is formed of Cr, it exhibits a sufficient antioxidant effect even if the nonmagnetic layer is thin.
[0069]
Therefore, in the step (a) and / or the step (d), the nonmagnetic layer can be formed with a thickness of 3 to 10 mm.
[0070]
In the step (c), the nonmagnetic layer having a film thickness in which the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer is parallel may be left, or the film thickness in the antiparallel direction may be left. The nonmagnetic layer may be left.
[0071]
For example, in the step (c), if the nonmagnetic layer on the first antiferromagnetic layer is left with a thickness of 0.5 to 6 mm, the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer Becomes a parallel direction, and if the nonmagnetic layer on the first antiferromagnetic layer is left in a thickness of 6 to 11 mm, the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer become antiparallel. .
[0072]
Alternatively, in the step (e), the nonmagnetic layer having a film thickness in which the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer is parallel may be left, or the film thickness in the antiparallel direction may be left. The nonmagnetic layer may be left.
[0073]
For example, if the non-magnetic layer on the second free magnetic layer is left with a thickness of 0.5 to 6 mm, the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer become parallel, and the first 2 If the nonmagnetic layer on the free magnetic layer is left in a thickness of 6 to 11 mm, the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer become antiparallel.
[0074]
In the present invention, when the precious metal or Cr (chromium) is partially removed, the nonmagnetic layer can use the above-described low energy ion milling, so that the crystal structure of the remaining surface of the nonmagnetic layer is used. Etc., and a stable RKKY interaction can be exerted between the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer, or between the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer.
[0075]
In addition, before the step (a),
A lower shield layer made of a magnetic material having a flat surface is formed, and in the step (a), the pair of first antiferromagnetic layers is formed above the lower shield layer via a lower gap layer. May be.
[0076]
However, before the step (a), a lower shield layer made of a magnetic material or a lower gap layer made of an insulating material having a recess formed on the surface with a gap in the track width direction is formed. In the process, when the first antiferromagnetic layer is formed in the concave portion, the height of the step formed in the track width region and both end portions of the multilayer film constituting the magnetic detection element can be reduced, and the magnetoresistance of the multilayer film is reduced. It is preferable because the effect characteristics are stable.
[0077]
In the case where the first antiferromagnetic layer is formed in the recess formed in the lower shield layer, an insulating layer is provided on the lower shield layer before the step (a), and the (a In the step), it is preferable to form the first antiferromagnetic layer on the insulating layer because a magnetic sensing element capable of reducing the shunt loss of the sense current can be formed.
[0078]
Further, after the step (g), a bias layer made of a hard magnetic material can be formed behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction via an insulating layer. .
[0079]
In the present invention, it is preferable that a specular layer is formed on the lower gap layer on the lower shield layer, and the first free magnetic layer is formed on the specular layer in the step (d).
[0080]
  In the step (d), a specular layer is formed between the second free magnetic layer and the nonmagnetic layer made of noble metal or Cr,
  Step (e)TheThe side edges of the nonmagnetic layer and the specular layer are removed.Instead of
  In the step (f), a second antiferromagnetic layer is formed on both end portions of the second free magnetic layer or the ferromagnetic layer.RukoAre more preferable.
[0081]
In the present invention, instead of the step (d) and the steps (e) and (f)
(H) In order from the bottom on the nonmagnetic layer or the ferromagnetic layer formed on the pair of first antiferromagnetic layers and on the region sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers. A step of continuously forming a multilayer film having a first free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a second free magnetic layer, and a second antiferromagnetic layer;
(I) A step of shaving a central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction so that a film thickness of the central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction is set to a thickness showing non-antiferromagnetism. You may have.
[0082]
In the magnetic sensing element formed according to the present invention, a pair of the first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer are formed at intervals in the track width direction. The second antiferromagnetic layer for aligning the magnetization direction is a region formed with a thick film thickness having antiferromagnetism only on both end portions of the free magnetic layer, and the magnetization direction is changed by an external magnetic field. On the central portion of the free magnetic layer in the track width direction, it is formed with a thin film thickness that exhibits non-antiferromagnetism.
[0083]
Therefore, the magnetic detecting element formed according to the present invention can reduce the total film thickness of the central portion (track width region) in the track width direction of the magnetic detecting element, and can promote the narrowing of the reproducing magnetic head.
[0084]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0085]
In the step (i), it is preferable that the thickness of the central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction is 5 to 50 mm.
[0086]
Since the film thickness of both end portions in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is, for example, 80 to 300 mm and exhibits antiferromagnetism, the magnetization direction of both end portions of the second free magnetic layer is firmly fixed. Is done. On the other hand, when the film thickness of the center portion in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is, for example, 5 to 50 mm, it exhibits non-antiferromagnetism, and the magnetization of the center portion of the second free magnetic layer is Magnetization can be changed against an external magnetic field.
[0087]
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.
[0088]
The magnetic detection element shown in FIG. 1 is an MR head for reproducing an external signal recorded on a recording medium. The surface facing the recording medium is, for example, a plane perpendicular to the film surface of the thin film constituting the magnetic detection element and parallel to the track width direction of the magnetic detection element. In FIG. 1, the surface facing the recording medium is a plane parallel to the XZ plane.
[0089]
When the magnetic detection element is used for a floating magnetic head, the surface facing the recording medium is a so-called ABS surface.
[0090]
The magnetic detection element is, for example, alumina-titanium carbide (Al2OThree-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.
[0091]
The track width direction is the width direction of a region where the magnetization direction varies due to an external magnetic field, that is, the X direction in the drawing.
[0092]
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.
[0093]
Further, a recording inductive head may be laminated on the reproducing MR head shown in FIG.
[0094]
In FIG. 1, a lower shield layer 21 is formed on a substrate (not shown), and a pair of recesses 21a and 21a are formed on the surface of the lower shield layer 21 with a gap in the track width direction. A lower gap layer 22 and a seed layer 23 are stacked on the upper surface 21b1 of the sandwiched convex portion 21b.
[0095]
Insulating layers 24, 24 are formed in the recesses 21a, 21a, and first antiferromagnetic layers 25, 25 are formed in the recesses 21a, 21a on the insulating layers 24, 24. Yes. Ferromagnetic layers 26 and 26 and nonmagnetic layers 27 and 27 are stacked on the first antiferromagnetic layers 25 and 25. As shown in FIG. 1, the first antiferromagnetic layers 25 and 25, the ferromagnetic layers 26 and 26, and the nonmagnetic layers 27 and 27 are formed at intervals in the track width direction. 1 The distance between the antiferromagnetic layers 25 and 25 and the distance between the ferromagnetic layers 26 and 26 are the optical track width O-Tw.
[0096]
A seed layer made of NiFe, NiFeCr, Cr or the like is formed on the insulating layers 24, 24 in order to adjust the crystal orientation of the first antiferromagnetic layers 25, 25, and the first antiferromagnetic layers 25, 25 are formed on the seed layers. The ferromagnetic layers 25, 25 may be formed.
[0097]
Further, on the nonmagnetic layers 27 and 27 and the seed layer 23, a first free magnetic layer 28, a nonmagnetic material layer 29, and a second free magnetic layer 30 are stacked in order from the bottom.
[0098]
A nonmagnetic layer 31 is stacked on the second free magnetic layer 30, and ferromagnetic layers 32 and 32 and a second antiferromagnetic layer are formed on both end portions 31a and 31a of the central portion 31b of the nonmagnetic layer 31. 33, 33, intermediate layers 34, 34, and electrode layers 35, 35 are formed at intervals in the track width direction.
[0099]
An upper gap layer 36 and an upper shield layer 37 are stacked on the electrode layers 35, 35 and the central portion 31 b of the nonmagnetic layer 31. The width dimension in the track width direction of the central portion 31b of the nonmagnetic layer 31 is equal to the optical track width O-Tw.
[0100]
The intermediate layers 34 and 34 are made of Ta, the lower shield layer 21 and the upper shield layer 37 are made of a magnetic material such as NiFe, and the lower gap layer 22 and the upper gap layer 36 and the insulating layers 24 and 24 are made of alumina (Al2OThree) Or SiO2It is formed from an insulating material.
[0101]
The seed layer 23 is formed of a non-magnetic material having a crystal structure of bcc (body-centered cubic lattice), such as a Ni or Cr alloy of Cr or fcc (face-centered cubic lattice), or Ta having a structure close to amorphous. . With this seed layer 23, the crystal orientation of the first free magnetic layer 28 laminated thereon can be adjusted, the soft magnetic characteristics of the first free magnetic layer 28 can be improved, and the specific resistance can be lowered.
[0102]
The first antiferromagnetic layers 25, 25 and the second antiferromagnetic layers 33, 33 are made of a PtMn alloy or X—Mn (where X is any one of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, or An alloy of two or more elements, or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr) Any one or two or more elements) are formed.
[0103]
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.
[0104]
The film thicknesses of the first antiferromagnetic layers 25 and 25 and the second antiferromagnetic layers 33 and 33 are 80 to 300 mm, for example, 200 mm.
[0105]
Here, in the PtMn alloy and the X-Mn alloy for forming the antiferromagnetic layer, Pt or X is preferably 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.
[0106]
In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Further, in the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 10 at%. However, when X ′ is any one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, and Os, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 40 at%.
[0107]
By using these alloys and heat-treating them, an antiferromagnetic layer that generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained. In particular, in the case of a PtMn alloy, the excellent first antiferromagnetic layer 25 having an exchange coupling magnetic field of 48 kA / m or more, for example, exceeding 64 kA / m, and having an extremely high blocking temperature of 380 ° C. for losing the exchange coupling magnetic field. 25 and the second antiferromagnetic layers 33 and 33 can be obtained.
[0108]
In the present invention, the first antiferromagnetic layers 25 and 25 and the second antiferromagnetic layers 33 and 33 are made of the PtMn alloy, the X—Mn alloy, or the Pt—Mn—X ′ alloy having the same composition ratio. Even if formed, the magnetization directions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be antiparallel or crossing each other.
[0109]
The ferromagnetic layers 26 and 26 and the ferromagnetic layers 32 and 32 are formed of NiFe alloy, Co, CoFeNi alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like, and particularly formed of NiFe alloy, CoFe alloy, or CoFeNi alloy. It is preferable.
[0110]
The nonmagnetic layers 27 and 27 and the nonmagnetic layer 31 are made of a noble metal material such as one or more of Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh, and Cu, or Cr. In particular, it is preferably formed of Cu, Ru or Cr.
[0111]
In particular, when the nonmagnetic layers 27 and 27 and the nonmagnetic layer 31 are made of Cr, the ferromagnetic layers 26 and 26 and the first antiferromagnetic layers 25 and 25 and the ferromagnetic layers 32 and 32 and the second antiferromagnetic layer 32 are formed. It is preferable because the exchange anisotropic magnetic field generated between the magnetic layers 33 and 33 becomes larger than when the nonmagnetic layers 27 and 27 and the nonmagnetic layer 31 are formed using a noble metal.
[0112]
The first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, CoFeNi alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, etc. It is preferably formed of an alloy, a CoFe alloy, or a CoFeNi alloy. The thicknesses of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are preferably about 30 to 50 mm. The composition ratio when a CoFe alloy is used for the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 is, for example, 90 at% for Co and 10 at% for Fe.
[0113]
The first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are preferably formed of a two-layer or three-layer structure of magnetic layers. In the case of a two-layer structure, for example, a NiFe / CoFe structure is provided, and a layer made of CoFe is provided on the nonmagnetic material layer 29 side. As a combination of materials having a three-layer structure, for example, CoFe / NiFe / CoFe can be presented.
[0114]
Alternatively, the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are composed of magnetic layers with different magnetic film thicknesses (Ms × t; product of saturation magnetization and film thickness) stacked via a nonmagnetic intermediate layer. It may be a laminated ferrimagnetic free magnetic layer.
[0115]
The nonmagnetic material layer 29 is a layer that prevents magnetic coupling between the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 and is formed of a nonmagnetic material having conductivity such as Cu, Cr, Au, or Ag. It is preferred that In particular, it is preferably formed of Cu. The nonmagnetic material layer 29 is formed with a film thickness of about 18 to 30 mm, for example.
[0116]
The electrode layers 35 and 35 can be formed using W, Ta, Cr, Cu, Rh, Ir, Ru, Au, or the like as a material. The film thickness of the electrode layers 35 and 35 is 300 to 1000 mm.
[0117]
In the magnetic detection element shown in FIG. 1, ferromagnetic layers 26 and 26 and nonmagnetic layers 27 and 27 are stacked on the first antiferromagnetic layers 25 and 25.
[0118]
In this case, an exchange anisotropic magnetic field is generated between the ferromagnetic layers 26 and 26 and the first antiferromagnetic layers 25 and 25, and the magnetization direction of the ferromagnetic layers 26 and 26 is the track width direction (X direction in the drawing). ) Or a direction that forms an angle of 45 ° with the X direction. The first free magnetic layer 28 is at both end portions S and S of the central portion (track width region) C, and directly through RKKY interaction or pinholes via the ferromagnetic layers 26 and 26 and the nonmagnetic layers 27 and 27. The first free magnetic layer 28 is made into a single magnetic domain by being magnetically coupled by a general exchange interaction.
[0119]
On the other hand, both end portions 31 a and 31 a of the ferromagnetic layers 32 and 32 and the nonmagnetic layer 31 are stacked under the second antiferromagnetic layers 33 and 33.
[0120]
In this case, an exchange anisotropic magnetic field is generated between the ferromagnetic layers 32 and 32 and the second antiferromagnetic layers 33 and 33, and the magnetization direction of the ferromagnetic layers 32 and 32 is antiparallel to the track width direction. (An antiparallel direction to the X direction in the figure) or a direction that forms an angle of 45 ° with the antiparallel direction of the X direction. The both side ends S, S of the second free magnetic layer 30 and the ferromagnetic layers 32, 32 are RKKY interaction via both side ends 31a, 31a of the nonmagnetic layer 31 or direct exchange mutual via pinholes. Magnetically coupled by the action, the second free magnetic layer 30 is made into a single magnetic domain.
[0121]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, the film thickness t1 of the nonmagnetic layers 27 and 27 is 6 to 11 mm, and the magnetization direction of the first free magnetic layer 28 is antiparallel to the track width direction (X direction in the drawing). It is suitable.
[0122]
Further, the film thickness t2 of both side end portions 31a and 31a of the nonmagnetic layer 31 is also 6 to 11 mm, and the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 is in the track width direction (X direction in the drawing).
[0123]
Further, when the film thickness t1 of the nonmagnetic layers 27, 27 is set to 0.5 to 6 mm, or the nonmagnetic layers 27, 27 are not formed, the first free magnetic layer 28 is laminated directly on the ferromagnetic layers 26, 26. As a result, the magnetization direction of the first free magnetic layer 28 can be directed in a direction parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layers 26, 26, in FIG. 1, the track width direction (X direction in the drawing).
[0124]
When the film thickness t2 of both end portions 31a and 31a of the nonmagnetic layer 31 is set to 0.5 mm to 6 mm, or the nonmagnetic layer 31 is formed only at the central portion 31b, and the ferromagnetic layer 32 is directly formed on the second free magnetic layer 30. , 32 are oriented so that the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 is parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layers 32, 32, in FIG. 1, the anti-parallel direction to the track width direction (X direction in the drawing). be able to.
[0125]
The film thickness t1 of the nonmagnetic layers 27, 27 and the film thickness t2 of the both end portions 31a, 31a of the nonmagnetic layer 31 are made different, for example, the magnetization direction of the first free magnetic layer 28 is changed to that of the ferromagnetic layers 26, 26. If the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 is oriented in a direction parallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layers 32, 32, the first and second ferromagnetic layers 26, 26 and the first magnetic layer 30 are aligned in the direction parallel to the magnetization direction. The direction of the exchange anisotropy magnetic field generated between the antiferromagnetic layers 25 and 25 and the direction of the exchange anisotropy magnetic field generated between the ferromagnetic layers 32 and 32 and the second antiferromagnetic layers 33 and 33 are made the same. In addition, the magnetization directions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be antiparallel. Then, in the manufacturing method described later, the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be made into a single magnetic domain by one annealing in a magnetic field.
[0126]
The magnetizations of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are firmly fixed at both end portions S and S, and the magnetization direction of the central portion (track width region) C is an external magnetic field (leakage from the recording medium). It varies depending on the magnetic field.
[0127]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1, first antiferromagnetic layers 25 and 25 and ferromagnetic layers 26 and 26 are continuously formed, and second antiferromagnetic layers 33 and 33 and ferromagnetic layers 32 and 32 are formed. Continuous film formation. Therefore, the exchange anisotropic magnetic field generated between the first antiferromagnetic layers 25, 25 and the ferromagnetic layers 26, 26 and the exchange difference generated between the second antiferromagnetic layers 33, 33 and the ferromagnetic layers 32, 32. The isotropic magnetic field can be increased, and the side reading of the magnetic detection element can be reduced.
[0128]
The principle by which the magnetic detection element shown in FIG. 1 detects an external magnetic field will be described.
FIG. 9 is a schematic plan view of the central portion C of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30. In the state where no external magnetic field is applied, the magnetization directions of the central portion C of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are directed in the J1 and J2 directions indicated by dotted lines, and are aligned in antiparallel directions. It has been.
[0129]
When the external magnetic field H is applied in the Y direction in the figure, both the magnetization direction of the first free magnetic layer 28 and the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 in the central portion C are fluctuated by the external magnetic field. Turn to J2a direction. Thus, when the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer 28 and the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 changes, the electrical resistance value of the magnetic detection element changes. An external magnetic field is detected by taking out a change in electric resistance value of the magnetic detection element as a current change or a voltage change.
[0130]
However, when the magnetization directions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 in the state where no external magnetic field is applied intersect as shown in FIG. 10, the output symmetry (asymmetry) And the size is preferable.
[0131]
As a method for crossing the magnetization directions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30, there is a method using a bias layer made of a hard magnetic material.
[0132]
In FIG. 7, the laminated portion of the first free magnetic layer 28, the nonmagnetic material layer 29, and the second free magnetic layer 30 is A, and this laminated portion A is formed behind the laminated portion A in the height direction (Y direction in the drawing). 2 is a plan view of a hard bias layer 40 made of a hard magnetic material as viewed from above in FIG. FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of the stacked portion A and the hard bias layer 40 and the layers formed above and below them. In FIG. 8, illustration of the seed layer 23 and the nonmagnetic layer 31 is omitted.
[0133]
Between the laminated portion A and the hard bias layer 40, alumina or SiO2An insulating layer 41 made of is interposed. A static magnetic field is applied to the stacked portion A from the hard bias layer 40 so that the magnetization direction of the central portion C of the first free magnetic layer 28 and the magnetization direction of the central portion C of the second free magnetic layer 30 are in the Y direction shown in the figure. Rotate and cross each other.
[0134]
The hard bias layer 40 is preferably formed at least behind the central portion C of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30. In FIG. 7, the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are also formed behind both side ends S, S of the central portion C. However, when the hard bias layer 40 is also formed behind both side ends S, S of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30, electrical insulation between the hard bias layer 40 and the electrode layers 35, 35 is provided. It is necessary to take
[0135]
In the present invention, the pair of first antiferromagnetic layers 25 and 25 and the pair of second antiferromagnetic layers 33 and 33 for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are respectively provided. They are formed at intervals in the track width direction (X direction in the figure). Accordingly, the central portion C in the track width direction of the first free magnetic layer that is sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers 25 and 25 and whose magnetization direction varies due to an external magnetic field, and the pair of second antiferromagnetic layers 33. , 33 and the first antiferromagnetic layers 25, 25 and the second antiferromagnetic layers 33, 33 are not formed above and below the central portion C of the second free magnetic layer 30 whose magnetization direction is changed by an external magnetic field. .
[0136]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion C (track width region) of the magnetic detection element can be reduced, and the gap length G1 can be reduced. The gap length G1 is a distance between the lower shield layer 21 and the upper shield layer 37 in the central portion C. In the present invention, the gap length G1 can be reduced to about 250 mm, which is half or less of the conventional one.
[0137]
Further, since the shunting of the sense current to the first antiferromagnetic layers 25 and 25 and the second antiferromagnetic layers 33 and 33 can be reduced, the current loss can be reduced and the magnetic field detection output can be improved.
[0138]
When the magnetic sensing element of the present invention is formed so that it can be actually used, the nonmagnetic layer 31 (the central portion 31b) is inevitably formed on the central portion C of the second free magnetic layer 30.
[0139]
The film thickness of the nonmagnetic layer 31 (the central part 31b) formed on the central part C in the track width direction of the second free magnetic layer 30 is 3 mm or more and 10 mm or less, and the film thickness of the nonmagnetic layer 31 is The central portion C in the track width direction is thicker than the side end portions S and S.
[0140]
In addition, the magnetic detection element of the present invention is formed by a manufacturing method described later, so that the nonmagnetic material constituting the nonmagnetic layer 31 is placed on the film surfaces on both side ends S, S of the second free magnetic layer 30. It is diffused so that the concentration decreases as it goes vertically downward.
[0141]
When the first antiferromagnetic layers 25 and 25 are formed in the recesses 21a and 21a as in the present embodiment shown in FIG. 1, the central portion (track width region) C and both sides of the magnetic detection element are formed. The height D of the step generated at the ends S and S can be reduced, and the magnetoresistive effect characteristic of the magnetic detection element is stabilized.
[0142]
Further, the side reading can be further reduced when the thickness of the first antiferromagnetic layers 25 and 25 in the vicinity of the central portion (track width region) C is larger. For this purpose, the range of the angle θ1 formed by the bottom surface and the side surface of the recess 21a formed in the lower shield layer 21 is preferably 90 ° or more and 120 ° or less.
[0143]
In FIG. 1, the recesses in which the first antiferromagnetic layers 25 and 25 are embedded are the recesses 21 a and 21 a formed in the lower shield layer 21. However, in the present invention, no recess is formed on the surface of the lower shield layer 21, and the lower gap layer 22 is extended to both side ends S, S of the central portion (track width region) C, so that both sides of the lower gap layer are formed. A pair of recesses may be formed on the surfaces of the end portions S, S with an interval in the track width direction, and the first antiferromagnetic layer may be formed in the recesses.
[0144]
The nonmagnetic layers 27 and 27 formed on the ferromagnetic layers 26 and 26 and the nonmagnetic layer 31 formed on the second free magnetic layer 30 are once in the atmosphere when the magnetic sensing element of the present invention is actually manufactured. Be exposed to. However, since the nonmagnetic layers 27 and 27 and the nonmagnetic layer 31 are formed using a noble metal or Cr (chromium), oxidation hardly proceeds in the film thickness direction, and the nonmagnetic layers 27 and 27 and the nonmagnetic layer 31 are made. The surface of the film is not oxidized, or even if it is oxidized, the thickness of the oxide layer is at most 3 to 6 mm. Therefore, the nonmagnetic layers 27 and 27 and the nonmagnetic layer 31 are stable RKKY interaction between the first free magnetic layer 28 and the ferromagnetic layers 26 and 26 and between the second free magnetic layer 30 and the ferromagnetic layer 32. Direct exchange interaction via pinholes can be activated.
[0145]
In addition, the nonmagnetic layers 27 and 27 and the nonmagnetic layer 31 formed using the noble metal or Cr can use low energy ion milling to remove the oxide layer formed on the surface, and ferromagnetic. Deterioration of the magnetic characteristics of the layers 26 and 26 and the second free magnetic layer 30 is suppressed, and it is possible to obtain a magnetic detecting element excellent in narrowing the track.
[0146]
Low energy ion milling has a slow milling rate, and it is possible to narrow the margin of the milling stop position. Therefore, it becomes easy to stop milling in the middle of the nonmagnetic layers 27 and 27 and the nonmagnetic layer 31 and is strong. Damage to the magnetic layers 26 and 26 and the second free magnetic layer 30 can be reduced.
[0147]
The damage received by the ferromagnetic layers 26 and 26 and the second free magnetic layer 30 is, for example, the ferromagnetic layers 26 and 26 and the second free magnetic layer in which an inert gas such as Ar used during ion milling is exposed. Or the crystal structure of the surface portions of the ferromagnetic layers 26 and 26 and the second free magnetic layer 30 is broken to generate lattice defects (Mixing effect). These damages tend to deteriorate the magnetic characteristics of the surface portions of the ferromagnetic layers 26 and 26 and the second free magnetic layer 30.
[0148]
Note that 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.
[0149]
FIG. 2 is a partial 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.
[0150]
The magnetic detection element shown in FIG. 2 is different from the magnetic detection element of FIG. 1 in that a second antiferromagnetic layer 50 is directly laminated on the second free magnetic layer 30. The material of the second antiferromagnetic layer 50 is the same as the material of the first antiferromagnetic layers 25 and 25.
[0151]
In FIG. 2, a second antiferromagnetic layer 50 having a film thickness t3 having non-antiferromagnetism is also laminated on the central portion C of the second free magnetic layer 30 in the track width direction. Further, the second antiferromagnetic layer 50 on both side ends S, S of the second free magnetic layer 30 is thicker than that on the central portion C and is formed with a film thickness t4 having antiferromagnetism. The magnetization direction of the magnetic layer 30 is aligned in the direction parallel to the track width direction. The dimension in the track width direction of the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50 is equal to the optical track width O-Tw.
[0152]
Also in the present invention, the magnetization directions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are aligned in antiparallel directions. Alternatively, the hard bias layer shown in FIGS. 7 and 8 is provided, the exchange anisotropic magnetic field between the first antiferromagnetic layers 25 and 25 and the ferromagnetic layers 26 and 26, and the second antiferromagnetic layers 50 and 50. The magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer 30 may be aligned with each other by intersecting the directions of the exchange isomerism magnetic field between the first free magnetic layer 30 and the second free magnetic layer 30.
[0153]
Since the film thickness t4 of both side ends S, S in the track width direction of the second antiferromagnetic layer 50 is, for example, 80 to 300 mm and exhibits antiferromagnetism, both side ends S, S of the second free magnetic layer 30 are present. The magnetization of is firmly fixed. On the other hand, the film thickness t3 of the central portion C in the track width direction of the second antiferromagnetic layer 50 is, for example, not less than 5 mm and not more than 50 mm to show non-antiferromagnetism and is very weak. The magnetization of the central portion C of the magnetic layer 30 can fluctuate with respect to an external magnetic field.
[0154]
The magnetic detection element shown in FIG. 2 can achieve the same effect as the magnetic detection element shown in FIG.
[0155]
That is, the entire film thickness of the central portion C (track width region) in the track width direction of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0156]
Also, since the sense current diversion to the first antiferromagnetic layers 25 and 25 and the second antiferromagnetic layer 50 can be reduced, the current loss can be reduced and the magnetic field detection output can be improved.
[0157]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the third embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. FIG. 3 is similar to the magnetic sensing element of FIG.
[0158]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 3, the first antiferromagnetic layers 44, 44 are formed on the lower shield layer 41 and the lower gap layer 42, which have flat surfaces, with an interval in the track width direction. 1 is different from the magnetic detection element shown in FIG.
[0159]
The materials of the first antiferromagnetic layers 44 and 44, the lower shield layer 41, the lower gap layer 42, and the seed layer 43 are the first antiferromagnetic layers 25 and 25, the lower shield layer 21, the lower gap layer 22, and the seed layer 23. The material is the same.
[0160]
The pair of first antiferromagnetic layers 44 and 44 are opposed to each other with an optical track width O-Tw therebetween, and the side surfaces on the central portion (track width region) C side are inclined surfaces 44a and 44a. . In addition, the side reading can be further reduced when the thickness of the first antiferromagnetic layers 44 and 44 in the vicinity of the central portion (track width region) C is larger. For this purpose, it is preferable to increase the angle θ2 formed by the bottom surface 44b of the first antiferromagnetic layer 44 and the inclined surface 44a. Specifically, it is preferable that θ2 is 60 ° or more and 90 ° or less.
[0161]
Ferromagnetic layers 45 and 45 and nonmagnetic layers 46 and 46 are stacked on the first antiferromagnetic layers 44 and 44. As shown in FIG. 3, the ferromagnetic layers 45 and 45 and the nonmagnetic layers 46 and 46 are formed at intervals in the track width direction. The film thickness t5 of the nonmagnetic layers 46, 46 is the same as the film thickness t1 of the nonmagnetic layers 27, 27.
[0162]
On the nonmagnetic layers 46 and 46 and the seed layer 43, a first free magnetic layer 28, a nonmagnetic material layer 29, and a second free magnetic layer 30 are stacked in order from the bottom. A nonmagnetic layer 31 is laminated on the second free magnetic layer 30, and ferromagnetic layers 32 and 32, second antiferromagnetic layers 33 and 33, on both side end portions 31 a and 31 a of the nonmagnetic layer 31, Intermediate layers 34 and 34 and electrode layers 35 and 35 are formed at intervals in the track width direction.
[0163]
An upper gap layer 36 and an upper shield layer 37 are stacked on the electrode layers 35, 35 and the central portion 31 b of the nonmagnetic layer 31.
[0164]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the fourth embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. FIG. 4 is similar to the magnetic sensing element of FIG.
[0165]
In the magnetic detection element shown in FIG. 4, the first antiferromagnetic layers 44 and 44 are formed on the lower shield layer 41 and the lower gap layer 42 whose surfaces are flat surfaces at intervals in the track width direction. 2 is different from the magnetic detection element shown in FIG. The materials of the first antiferromagnetic layers 44 and 44, the lower shield layer 41, the lower gap layer 42, and the seed layer 43 are the first antiferromagnetic layers 25 and 25, the lower shield layer 21, the lower gap layer 22, and the seed layer 23. The material is the same.
[0166]
The pair of first antiferromagnetic layers 44 and 44 are opposed to each other with an optical track width O-Tw therebetween, and the side surfaces on the central portion (track width region) C side are inclined surfaces 44a and 44a. . In addition, the side reading can be further reduced when the thickness of the first antiferromagnetic layers 44 and 44 in the vicinity of the central portion (track width region) C is larger. For this purpose, it is preferable to increase the angle θ2 formed by the bottom surface 44b of the first antiferromagnetic layer 44 and the inclined surface 44a. Specifically, it is preferable that θ2 is 60 ° or more and 90 ° or less.
[0167]
Ferromagnetic layers 45 and 45 and nonmagnetic layers 46 and 46 are stacked on the first antiferromagnetic layers 44 and 44. As shown in FIG. 4, the ferromagnetic layers 45 and 45 and the nonmagnetic layers 46 and 46 are formed at intervals in the track width direction. The film thickness t5 of the nonmagnetic layers 46, 46 is the same as the film thickness t1 of the nonmagnetic layers 27, 27.
[0168]
On the nonmagnetic layers 46 and 46 and the seed layer 43, a first free magnetic layer 28, a nonmagnetic material layer 29, a second free magnetic layer 30, and a second antiferromagnetic layer 50 are formed in order from the bottom. Yes.
[0169]
Since the film thickness t4 of both side ends S, S in the track width direction of the second antiferromagnetic layer 50 is, for example, 80 to 300 mm and exhibits antiferromagnetism, both side ends S, S of the second free magnetic layer 30 are present. The magnetization of is firmly fixed. On the other hand, the film thickness t3 of the central portion C in the track width direction of the second antiferromagnetic layer 50 is, for example, not less than 5 mm and not more than 50 mm and exhibits non-antiferromagnetism or antiferromagnetism and is very weak. The magnetization of the central portion C of the second free magnetic layer 30 can fluctuate with respect to the external magnetic field.
[0170]
On the second antiferromagnetic layer 50, an intermediate layer 34 and an electrode layer 35 are formed at intervals in the track width direction, and on the electrode layer 35 and the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50. The upper gap layer 36 and the upper shield layer 37 are laminated.
[0171]
The magnetic detection element shown in FIGS. 3 and 4 can provide the same effect as the magnetic detection element shown in FIGS.
[0172]
That is, the entire film thickness of the central portion C (track width region) in the track width direction of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0173]
Further, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layers 44 and 44 and the second antiferromagnetic layers 33 and 33 or the second antiferromagnetic layer 50, the current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be reduced. Can be improved.
[0174]
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the fifth embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. FIG. 5 is similar to the magnetic sensing element of FIG.
[0175]
In the magnetic detection element of FIG. 5, the specular layer 60 is provided on the lower surface of the central portion C of the first free magnetic layer 28, and the specular layer 61 is provided on the upper surface of the central portion C of the second free magnetic layer 30. This is different from the magnetic detection element of FIG.
[0176]
The specular layers 60 and 61 extend the mean free path by reflecting the conduction electrons that have passed through the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 while maintaining the spin state. When the specular layers 60 and 61 are present, the resistance change rate of the magnetic detection element increases.
[0177]
As the material of the specular layers 60 and 61, Fe-O, Ni-O, Co-O, Co-Fe-O, Co-Fe-Ni-O, Al-O, Al-Q-O (where Q is B, Si, N, Ti, V, one or more selected from Cr, Mn, Fe, Co, Ni), R—O (where R is Cu, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, 1 or more selected from Hf, Ta, W), Al—N, Al—QN (where Q is selected from B, Si, O, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 1 or more), RN (where R is one or more selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W), a semi-metallic Whistler alloy, and the like.
[0178]
When the specular layers 60 and 61 are formed by sputtering, for example, the temperature of the substrate on which the magnetic detection element is formed is 0 to 100 ° C., and the distance between the substrate and the target of the material of the specular layers 60 and 61 is 100 to 300 mm. And Ar gas pressure is 10-Five~ 5x10-3Torr (1.3 × 10-3To 0.67 Pa).
[0179]
1 to 5, the CIP (current in the plane) type magnetic current flows from the electrode layers 35 and 35 into the magnetic detection element in a direction parallel to the film surface of each layer. It is a structure called a detection element.
[0180]
On the other hand, in the magnetic detection element of the present invention, electrode layers are provided above and below the magnetic detection element, and a current flowing from the electrode layer into the magnetic detection element flows in a direction perpendicular to the film surface of each layer. The plane) type is also included.
[0181]
FIG. 6 is a diagram showing a CPP type magnetic sensing element having the same stacked structure as the magnetic sensing element shown in FIG.
[0182]
The magnetic detection element shown in FIG. 6 is different from the magnetic detection element shown in FIG. 2 in the following two points. That is, the lower gap layer 22 is not formed, but the lower shield layer 21 is electrically connected to the first free magnetic layer 28 through the seed layer 23, and the lower shield layer 21 also serves as an electrode layer, A pair of insulating layers 62 and 62 are stacked on the second antiferromagnetic layer 50 with a space in the track width direction, and an upper shield layer 37 is stacked on the second antiferromagnetic layer 50 without an upper gap layer. The shield layer 37 also serves as an electrode layer.
[0183]
Similarly, a CPP type magnetic sensing element having the same laminated structure as the magnetic sensing element shown in FIG. 1 can be formed.
[0184]
The CPP type magnetic sensing element is considered to exhibit a high magnetoresistance effect even when the optical track width is 0.1 μm or less, and has a structure suitable for narrowing the track.
[0185]
While the magnetization direction of the first free magnetic layer 28 and the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 of the magnetic detection element shown in FIGS. 1 to 6 are aligned in a direction having an angle from the track width direction, They may cross each other.
[0186]
A method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1 will be described.
11 to 15 are process diagrams showing the manufacturing process of the magnetic sensing element of FIG. 1, and each process is shown in a partial sectional view as seen from the side facing the recording medium. In FIGS. 11 to 15, layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are made of the same material.
[0187]
In the process shown in FIG. 11, the lower shield layer 21, the lower gap layer 22, and the seed layer 23 are formed in a solid film form on a substrate (not shown), and the center portion (track width region) C of the seed layer 23 is further formed. A resist R1 for lift-off is formed. When the specular layer 60 shown in FIG. 5 is formed, the specular layer 60 is formed on the seed layer 23.
[0188]
Next, both side ends S, S of the seed layer 23, the lower gap layer 22, and the lower shield layer 21 are scraped along a dotted line shown in FIG. 11 by ion milling to form a recess in the lower shield layer 21. The angle θ1 formed between the side surface and the bottom surface of the recess formed in the lower shield layer 21 is preferably greater than 90 ° and not greater than 120 °.
[0189]
In addition, the incident angle of the ion milling in the step of FIG. 11 is, for example, 70 ° to 90 ° with respect to the surface of the seed layer.
[0190]
Next, in the step of FIG. 12, the insulating layers 24 and 24 and the first antiferromagnetic layers 25 and 25 are formed in the recesses 21a and 21a formed in the lower shield layer 21 while the resist layer R1 is left on the seed layer 23. The ferromagnetic layers 26 and 26 and the nonmagnetic layers 27 and 27 are continuously formed by sputtering. 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.
[0191]
The sputtering incident angle during the formation of the insulating layers 24, 24 is, for example, 30 ° to 70 ° with respect to the surface of the seed layer 23 (or the surface of the substrate), and the first antiferromagnetic layer 25, The sputtering incident angle at the time of film formation is, for example, 50 ° to 90 ° with respect to the surface of the seed layer 23 (or the surface of the substrate). The sputtering incident angle when forming the ferromagnetic layers 26 and 26 is, for example, 50 ° to 90 ° with respect to the surface of the seed layer 23 (or the surface of the substrate). The sputtering incident angle is, for example, 50 ° to 90 ° with respect to the surface of the seed layer 23 (or the surface of the substrate).
[0192]
The insulating layers 24 and 24 have a thickness of 50 to 300 mm, the first antiferromagnetic layers 25 and 25 have a thickness of 80 to 300 mm, the ferromagnetic layers 26 and 26 have a thickness of 5 to 50 mm, and the nonmagnetic layer 27. , 27 has a thickness of 3 to 10 mm.
[0193]
After the formation of the nonmagnetic layer 27, the resist layer R1 is removed, and then annealing in a first magnetic field is performed. While applying a first magnetic field in the track width direction (X direction in the figure), heat treatment is performed at a first heat treatment temperature to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer 25 and the ferromagnetic layer 26. The magnetization of the ferromagnetic layer 26 is fixed in the X direction shown in the figure. For example, the first heat treatment temperature is set to 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is set to 800 k (A / m).
[0194]
In addition, it is considered that noble metal elements such as Ru or Cr elements constituting the nonmagnetic layer 27 diffuse into the ferromagnetic layer 26 by the first annealing in the magnetic field. Therefore, the constituent elements near the surface of the ferromagnetic layer 26 after the heat treatment are composed of elements constituting the ferromagnetic layer and noble metal elements. Further, the noble metal element or Cr element diffused inside the ferromagnetic layer 26 is more on the surface side of the ferromagnetic layer 26 than the lower surface side of the ferromagnetic layer 26, and the composition ratio of the diffused noble metal element is the ferromagnetic layer 26. It is thought that it gradually decreases from the surface to the bottom. Such compositional modulation can be confirmed by a device for analyzing the chemical composition of the thin film, such as SIMS analyzer or EDX analysis using a transmission electron microscope (TEM).
[0195]
Next, the resist layer R1 is removed, and the oxidized portions of the surface of the seed layer 23 and the surface of the nonmagnetic layer 27 are removed by ion milling. In this ion milling process, low energy ion milling can be used. The reason is that the nonmagnetic layer 27 is formed with a very thin film thickness of about 3 to 10 mm.
[0196]
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.
[0197]
On the other hand, for example, when Ta which has been used conventionally is used, a thick oxide layer is easily formed, and unless it is formed with a thickness of about 30 to 50 mm, the layer below it can be sufficiently protected from oxidation. Moreover, the thickness of the Ta film swells to about 50 mm or more due to oxidation.
[0198]
In order to remove such a thick Ta film by ion milling, it is necessary to remove the Ta film by high energy ion milling. When using high energy ion milling, only the Ta film is removed. Milling control is very difficult.
[0199]
Therefore, the ferromagnetic layer formed under the Ta film is also deeply cut, and an inert gas such as Ar used during ion milling enters inside from the exposed surface of the ferromagnetic layer, or the surface of the ferromagnetic layer. The crystal structure of the part is broken, and lattice defects are generated (Mixing effect). These damages tend to degrade the magnetic properties of the ferromagnetic layer. Further, if a Ta film having a thickness of about 50 mm or more is shaved by low energy ion milling, it takes too much processing time and becomes impractical. Further, Ta is more easily diffused and penetrated into the lower ferromagnetic layer during film formation than the noble metals and Cr, and even if only the Ta film can be removed by shaving, Ta is mixed into the exposed ferromagnetic layer surface. To do. Magnetic properties of the ferromagnetic layer mixed with Ta deteriorate.
[0200]
On the other hand, in the present invention, the nonmagnetic layer 27 can be shaved by low energy ion milling. Low energy ion milling has a slow milling rate, and the margin of the milling stop position can be narrowed. In particular, milling can be stopped at the moment when the nonmagnetic layer 27 is removed by ion milling. Therefore, the ferromagnetic layer 26 is not greatly damaged by ion milling. The incident angle of ion milling is preferably set to 20 ° to 70 ° from the normal direction to the surface of the seed layer 23 (or the surface of the substrate). The ion milling time is from a few seconds to about 1 minute.
[0201]
The seed layer 23 is made of Ta. In this case, if a non-magnetic noble metal layer such as 3 to 8 Ｒ of Ru or the like is formed on the surface of Ta in advance continuously with Ta, the Ta is oxidized. The nonmagnetic noble metal layer can be appropriately removed by the ion milling process.
[0202]
When the seed layer is formed of NiFe or NiFeCr, the nonmagnetic noble metal layer can be omitted because the oxide layer does not grow as thick as Ta.
[0203]
After scraping the surface of the nonmagnetic layer 27 and the surface of the seed layer 23, as shown in FIG. 13, the first free magnetic layer 28, the nonmagnetic material layer 29, the second free magnetic layer 30, and the nonmagnetic layer 31 are in vacuum. To form a continuous film. When the specular layer 61 shown in FIG. 5 is formed, it is formed between the second free magnetic layer 30 and the nonmagnetic layer 31.
[0204]
In the state of FIG. 13, the free magnetic layer 28 is magnetically formed by RKKY interaction via the ferromagnetic layers 26 and 26 and the nonmagnetic layers 27 and 27 at both side ends S and S of the central portion (track width region) C. In combination, the first free magnetic layer 28 is made into a single magnetic domain. When the film thickness t1 of the nonmagnetic layers 27 and 27 is set to 6 mm to 11 mm in the ion milling for scoring the surface of the nonmagnetic layer 27, the magnetization direction of the free magnetic layer 28 is opposite to the track width direction (X direction in the drawing). Face parallel. When the film thickness t1 of the nonmagnetic layers 27 and 27 is 0.5 to 6 mm or the nonmagnetic layers 27 and 27 are completely removed, the magnetization direction of the first free magnetic layer 28 is changed to the track width direction (X direction in the drawing). ) And parallel direction.
[0205]
For example, the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 have a thickness of 30 to 50 mm, the nonmagnetic material layer 29 has a thickness of 16 to 30 mm, and the nonmagnetic layer 31 has a thickness of 3 to 10 mm. .
[0206]
Next, as shown in FIG. 14, a resist layer R2 is formed on the central portion 31b of the nonmagnetic layer 31 in the track width direction, and both end portions 31a and 31a of the nonmagnetic layer 31 that are not covered with the resist layer R2 are formed. The surface of is cut by ion milling. Since the nonmagnetic layer 31 is formed with a very thin film thickness of about 3 to 10 mm, the above-described low energy ion milling can be used in this ion milling process. When the specular layer 61 shown in FIG. 5 is formed, the specular layer 61 and the nonmagnetic layer 31 on both side ends S and S of the second free magnetic layer 30 are all removed.
[0207]
After completion of the ion milling, as shown in FIG. 15, the ferromagnetic layers 32 and 32, the second antiferromagnetic layers 33 and 33, the intermediate layers 34 and 34, and the intermediate layers 34 and 34 are formed on both end portions 31a and 31a of the nonmagnetic layer 31, respectively. Electrode layers 35 are formed by sputtering.
[0208]
Next, the resist layer R2 is peeled off (lifted off) with an organic solvent or the like, and then annealed in a second magnetic field. The magnetic field direction at this time is antiparallel to the track width direction. In this second magnetic field annealing, the second applied magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field between the first antiferromagnetic layer 25 and the ferromagnetic layer 26, and the heat treatment temperature is set to be the first antiferromagnetic. Lower than the blocking temperature of the layer 25.
[0209]
As a result, the direction of the exchange anisotropic magnetic field between the first antiferromagnetic layer 25 and the ferromagnetic layer 26 is directed in the track width direction (the X direction in the drawing), and between the second antiferromagnetic layer 33 and the ferromagnetic layer 32. Can be directed in the direction parallel to the track width direction.
[0210]
The second heat treatment temperature is, for example, 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 8 to 30 (kA / m), for example, 24 k (A / m).
[0211]
After annealing in the second magnetic field, both end portions S and S of the second free magnetic layer 30 and the ferromagnetic layers 32 and 32 are subjected to RKKY interaction or pinning via both end portions 31a and 31a of the nonmagnetic layer 31. The second free magnetic layer 30 is magnetically coupled by a direct exchange interaction via a hole, so that the second free magnetic layer 30 becomes a single magnetic domain.
[0212]
In ion milling that damages the surfaces of both end portions 31 a and 31 a of the nonmagnetic layer 31 when the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layers 32 and 32 is larger than the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer 30. When the film thickness t2 of the side end portions 31a, 31a is 6 to 11 mm, the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 is parallel to the track width direction (X direction in the drawing).
[0213]
On the contrary, the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer 30 is larger than the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layers 32 and 32, and the film thickness t2 of the both end portions 31a and 31a of the nonmagnetic layer 31 is 6Å. In the case of ˜11Å, the magnetization of the second free magnetic layer 30 faces the magnetization direction of the second magnetic field annealing (anti-parallel to the track width direction), and the magnetization directions of the ferromagnetic layers 32 and 32 are the track width. Turn to the direction.
[0214]
Further, when the film thickness t2 of both side end portions 31a and 31a is 0.5 to 6 mm or both side end portions 31a and 31a are completely removed, the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 is changed to the track width direction ( (Direction X direction in the figure) and anti-parallel direction.
[0215]
Further, when the upper gap layer 36 and the upper shield layer 37 are formed, the magnetic detection element shown in FIG. 1 is formed.
[0216]
Note that the film thickness t1 of the nonmagnetic layers 27 and 27 and the film thickness t2 of both end portions 31a and 31a of the nonmagnetic layer 31 are made different so that, for example, the magnetization direction of the first free magnetic layer 28 is changed to the ferromagnetic layer 26, When the direction of magnetization of the second free magnetic layer 30 is directed in a direction parallel to the direction of magnetization of the ferromagnetic layers 32 and 32, the ferromagnetic layers 26 and 26 The direction of the exchange anisotropic magnetic field generated between the first antiferromagnetic layers 25 and 25 and the direction of the exchange anisotropic magnetic field generated between the ferromagnetic layers 32 and 32 and the second antiferromagnetic layers 33 and 33 are the same. However, the magnetization directions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be antiparallel. Then, the single free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be made into a single magnetic domain so that the magnetization directions are antiparallel to each other only by performing annealing once in a magnetic field.
[0217]
When the magnetic detection element shown in FIG. 2 is formed, after the oxide layer on the surface of the nonmagnetic layers 27 and 27 is removed by ion milling, as shown in FIG. The layer 29, the second free magnetic layer 30, and the second antiferromagnetic layer 50 are continuously formed. The second antiferromagnetic layer 50 is formed with a thickness of 80 to 300 mm.
[0218]
The intermediate layers 34 and 34 and the electrode layers 35 and 35 are stacked on the second antiferromagnetic layer 50 with an interval in the track width direction.
[0219]
Next, annealing in the second magnetic field is performed. The magnetic field direction at this time is antiparallel to the track width direction. In this second magnetic field annealing, the second applied magnetic field is smaller than the exchange anisotropic magnetic field between the first antiferromagnetic layer 25 and the ferromagnetic layer 26, and the heat treatment temperature is set to be the first antiferromagnetic. Lower than the blocking temperature of the layer 25.
[0220]
As a result, the second antiferromagnetic layer 50 and the second free magnetic layer are maintained with the direction of the exchange anisotropic magnetic field between the first antiferromagnetic layer 25 and the ferromagnetic layer 26 oriented in the track width direction (X direction in the drawing). The exchange anisotropic magnetic field between 30 can be directed in the direction parallel to the track width direction.
[0221]
The second heat treatment temperature is, for example, 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is 8 to 30 (kA / m), for example, 24 k (A / m).
[0222]
Further, ion milling or reactivity of the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50 from the direction of 80 ° to 90 ° with respect to the surface of the second antiferromagnetic layer 50 using the electrode layers 35 and 35 as a mask. Cutting by ion etching (RIE) or the like. At this time, the film thickness t3 of the central portion C of the remaining second antiferromagnetic layer 50 is set to 5 to 50 mm.
[0223]
When the thickness t3 of the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50 is set to 5 to 50 mm, the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50 exhibits non-antiferromagnetism, and the second free magnetic layer The exchange coupling magnetic field is not generated between the central portion C of 30. The width dimension in the track width direction of the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50 is equal to the optical track width O-Tw.
[0224]
Since both end portions S and S of the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50 maintain the film thickness at the time of film formation, the second antiferromagnetic layer 30 exhibits antiferromagnetism after annealing in the second magnetic field. The magnetization directions of the side ends S, S can be reliably fixed.
[0225]
That is, the central portion C of the second free magnetic layer 30 is aligned in the anti-parallel direction to the X direction in the drawing in accordance with the side ends S and S having fixed magnetization directions in a state where no external magnetic field is applied. When is applied, its magnetization direction changes.
[0226]
Note that the second annealing in the magnetic field is preferably performed after the central portion of the second antiferromagnetic layer 50 is shaved.
[0227]
In the step of cutting the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50, the electrode layers 35 and 35 are used as a mask in FIG. 16, but a mask layer or resist made of an inorganic insulating material is formed on the second antiferromagnetic layer. A mask layer made of may be laminated with an interval in the track width direction. When the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50 is shaved using a mask layer made of an inorganic insulating material or resist, it is necessary to separately form electrode layers 35 and 35 after removing the mask layer.
[0228]
Also, as shown in FIG. 17, a nonmagnetic layer 51 and a ferromagnetic layer 52 are formed between the second free magnetic layer 30 and the second antiferromagnetic layer 50, and the same process as in FIG. When the central portion C of the second antiferromagnetic layer 50 and the central portion C of the ferromagnetic layer 52 are scraped to expose the central portion C of the nonmagnetic layer 51, the magnetic sensing element shown in FIG. 18 can be obtained. .
[0229]
The materials of the nonmagnetic layer 51 and the ferromagnetic layer 52 are the same as the materials of the nonmagnetic layer 31 and the ferromagnetic layer 32 of the magnetic detection element shown in FIG. Further, the relationship between the film thickness t7 at the both end portions of the nonmagnetic layer 51 and the magnetization directions of the second free magnetic layer 30 and the ferromagnetic layer 52 is determined by the both end portions of the nonmagnetic layer 31 in the magnetic sensing element shown in FIG. The relationship between the film thickness t2 of 31a and 31a and the magnetization direction of the second free magnetic layer 30 and the ferromagnetic layer 32 is the same.
[0230]
Next, a method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIGS. 3 and 4 will be described. 19 and 20 are process diagrams showing a manufacturing method showing manufacturing processes of the magnetic sensing element of FIGS. 3 and 4, and each process is shown in a partial cross-sectional view seen from the side facing the recording medium. . In FIGS. 19 and 20, the same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 are made of the same material.
[0231]
In the process shown in FIG. 19, the lower shield layer 41, the lower gap layer 42, the seed layer 43, the first antiferromagnetic layer 44, the ferromagnetic layer 45, and the nonmagnetic layer 46 are formed in a solid film on a substrate (not shown). Film.
[0232]
After the formation of the nonmagnetic layer 46, annealing in the first magnetic field is performed. While applying a first magnetic field in the track width direction (X direction in the figure), heat treatment is performed at a first heat treatment temperature to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer 44 and the ferromagnetic layer 45. The magnetization of the ferromagnetic layer 45 is fixed in the X direction shown in the figure. For example, the first heat treatment temperature is set to 270 ° C., and the magnitude of the magnetic field is set to 800 k (A / m).
[0233]
Further, it is considered that the noble metal element such as Ru or Cr constituting the nonmagnetic layer 46 diffuses into the ferromagnetic layer 45 by the first annealing in the magnetic field. Therefore, the constituent elements near the surface of the ferromagnetic layer 45 after the heat treatment are composed of an element constituting the ferromagnetic layer and a noble metal element or Cr. Further, the noble metal element or Cr diffused inside the ferromagnetic layer 45 is more on the surface side of the ferromagnetic layer 45 than the lower surface side of the ferromagnetic layer 45, and the composition ratio of the diffused noble metal element is that of the ferromagnetic layer 45. It is thought that it gradually decreases from the surface toward the lower surface. Such compositional modulation can be confirmed by a device for analyzing the chemical composition of the thin film, such as SIMS analyzer or EDX analysis using a transmission electron microscope (TEM).
[0234]
Next, as shown in FIG. 20, a pair of resist layers R3 are formed on the nonmagnetic layer 46 at intervals in the track width direction.
[0235]
Next, the region sandwiched between the resist layer R3 of the nonmagnetic layer 46, the ferromagnetic layer 45, and the first antiferromagnetic layer 44 is cut along the dotted line by ion milling or reactive ion etching (RIE). The optical track width O-Tw is determined by the distance between the first antiferromagnetic layers 44 and 44 in the track width direction.
[0236]
That is, the optical track width O-Tw can be arbitrarily set by adjusting the distance in the track width direction of the resist layers R3 and R3, the shape of the side surfaces R3a and R3a of the resist layer R3, and the incident angle of ion milling.
[0237]
When this method is used, it becomes easy to increase the angle θ2 between the side surface 44a and the bottom surface 44b of the first antiferromagnetic layer 44, and the first antiferromagnetic layer 44 in almost all the regions of the side end portions S and S. Thus, the magnetization directions of the side ends S, S of the free magnetic layer 28 can be firmly fixed in one direction. That is, side reading can be reduced. Specifically, θ2 is preferably 60 ° or more and 90 ° or less.
[0238]
Next, after removing the resist layers R3 and R3, the oxidized portions of the surface of the seed layer 43 and the surface of the nonmagnetic layer 46 are removed by the above-described low energy ion milling.
[0239]
Thereafter, the first free magnetic layer 28, the nonmagnetic material layer 29, the second free magnetic layer 30, the nonmagnetic layer 31, the ferromagnetic layer 32, and the second antiferromagnetic material are processed in the same manner as the steps of FIGS. Layers 33 and 33, intermediate layers 34 and 34, and electrode layers 35 and 35 are formed, and an upper gap layer 36 and an upper shield layer 37 are formed.
[0240]
In the magnetic detection manufacturing method described above, the magnetic field application direction of the first in-magnetic field annealing and the magnetic field application direction of the second in-magnetic field annealing are antiparallel to each other. Good. Further, by adjusting the magnetic moment per unit area of the ferromagnetic layers 32 and 32 and the second free magnetic layer 30, the magnetic field application direction of the first magnetic field annealing and the magnetic field application direction of the second magnetic field annealing are changed. Parallel directions are also possible.
[0241]
【The invention's effect】
In the magnetic sensing element of the present invention described in detail above, a pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer is provided below the first free magnetic layer, On the second free magnetic layer, a pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the second free magnetic layer are formed at intervals in the track width direction.
[0242]
Therefore, in the present invention, the entire film thickness of the central portion (track width region) of the magnetic detection element can be reduced, and the narrowing of the reproducing magnetic head can be promoted.
[0243]
Also, since the sense current can be diverted to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, current loss can be reduced, and the magnetic field detection output can be improved.
[0244]
Further, according to the present invention, as described above, the pair of first antiferromagnetic layers and the pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer include: It is intended to provide a magnetic detection element that is formed with a gap in the track width direction.
[0245]
The nonmagnetic layer provided on the center of the second free magnetic layer in the track width direction is inevitably formed when the magnetic detection element of the present invention is formed so that it can be actually used. .
[0246]
When manufacturing the magnetic sensing element having the above structure, the nonmagnetic layer laminated on the second free magnetic layer is once exposed to the atmosphere after film formation.
[0247]
However, in the present invention, since the nonmagnetic layer is formed using a noble metal or Cr (chromium), the oxidation hardly proceeds in the film thickness direction, and the surface of the nonmagnetic layer is not oxidized or is oxidized. The thickness of the oxide layer is at most 3 to 6 mm.
[0248]
Therefore, if the nonmagnetic layer is formed using the noble metal or Cr, low energy ion milling can be used to remove the oxide layer formed on the surface, and the magnetic characteristics of the second free magnetic layer can be used. Therefore, it is possible to obtain a magnetic detecting element excellent in narrowing the track with little side reading.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a sectional view of a magnetic sensing element according to a fifth embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a sectional view of a magnetic sensing element according to a sixth embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a partial plan view of a magnetic sensing element of the present invention provided with a hard bias layer;
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensing element of the present invention provided with a hard bias layer;
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the magnetic detection element of the present invention;
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the operating principle of the magnetic detection element of the present invention;
FIG. 11 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 12 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 13 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 14 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 15 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 16 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 17 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 18 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 19 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 20 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 21 is a cross-sectional view of a conventional magnetic detection element;
[Explanation of symbols]
21 Lower shield layer
22 Lower gap layer
23 Seed layer
24 Insulating layer
25 First antiferromagnetic layer
26 Ferromagnetic layer
27 Nonmagnetic layer
28 First Free Magnetic Layer
29 Non-magnetic material layer
30 Second free magnetic layer
31 Nonmagnetic layer
32 Ferromagnetic layer
33, 50 Second antiferromagnetic layer
34 Middle layer
35 Electrode layer
36 Upper gap layer
37 Upper shield layer
C Central part
S Both ends

Claims (44)

磁気抵抗効果を発揮する部分が、下から第１フリー磁性層、非磁性材料層及び第２フリー磁性層の順に積層されており、外部磁界により前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向の両方が変動することにより、前記第１フリー磁性層の磁化方向と前記第２フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化し、この相対角度の変化に基づく電気抵抗値の変化を電流変化又は電圧変化として取り出す磁気検出素子であり、
前記第１フリー磁性層の下層には、前記第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層が、また、前記第２フリー磁性層の上層には、前記第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に間隔を開けて形成されており、前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に非磁性層が設けられており、
前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。 Portion exhibits a magnetoresistive effect, or below et first free magnetic layer are laminated in this order of the non-magnetic material layer and the second free magnetic layer, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer by the external magnetic field As a result, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes, and a change in the electric resistance value based on the change in the relative angle is caused. It is a magnetic detection element that is taken out as a current change or a voltage change ,
A pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer is provided under the first free magnetic layer, and the second free magnetic layer is provided with the second antiferromagnetic layer. A pair of second antiferromagnetic layers for aligning the magnetization directions of the free magnetic layers are formed at intervals in the track width direction, and are not formed on the center of the second free magnetic layer in the track width direction. A magnetic layer is provided ,
A magnetic sensing element, wherein a bias layer made of a hard magnetic material is formed behind an insulating layer behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction . 前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上に形成された前記非磁性層の膜厚は３Å以上で１０Å以下である請求項１に記載の磁気検出素子。  2. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein a film thickness of the nonmagnetic layer formed on a central portion of the second free magnetic layer in the track width direction is 3 mm or more and 10 mm or less. 前記非磁性層を構成する非磁性材料が前記第２フリー磁性層の両側端部内に、膜面垂直下方向に向かうにつれて濃度が減少するように拡散している請求項１または２に記載の磁気検出素子。  3. The magnetism according to claim 1, wherein the nonmagnetic material constituting the nonmagnetic layer is diffused in both end portions of the second free magnetic layer so that the concentration decreases in the direction perpendicular to the film surface. Detection element. 前記非磁性層は、前記第２フリー磁性層の両側端部上にも形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。  4. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the nonmagnetic layer is also formed on both end portions of the second free magnetic layer. 5. 前記非磁性層の膜厚は、トラック幅方向の中央部の方が両側端部よりも厚い請求項４記載の磁気検出素子。  The magnetic sensing element according to claim 4, wherein the film thickness of the nonmagnetic layer is thicker at the center in the track width direction than at both ends. 前記第２フリー磁性層と前記第２反強磁性層の間に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の強磁性層が積層されている請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。  6. The magnetic detection element according to claim 1, wherein a pair of ferromagnetic layers is laminated between the second free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer with a gap in the track width direction. . 前記第２フリー磁性層と強磁性層の磁化方向は平行方向を向いている請求項６に記載の磁気検出素子。  The magnetic detection element according to claim 6, wherein the magnetization directions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer are parallel to each other. 前記第２フリー磁性層の両側端部と前記強磁性層の間には、膜厚が０．５Å以上で６Å以下の前記非磁性層が設けられるか、あるいは前記強磁性層が前記第２フリー磁性層の両側端部上に直接形成されている請求項７に記載の磁気検出素子。  The non-magnetic layer having a thickness of 0.5 mm or more and 6 mm or less is provided between both side edges of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer, or the ferromagnetic layer is provided with the second free magnetic layer. The magnetic detection element according to claim 7, wherein the magnetic detection element is directly formed on both end portions of the magnetic layer. 前記第２フリー磁性層と強磁性層の磁化方向は反平行方向を向いている請求項６に記載の磁気検出素子。  The magnetic detection element according to claim 6, wherein the magnetization directions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer are antiparallel. 前記第２フリー磁性層の両側端部と前記強磁性層の間には、膜厚が６Å以上で１１Å以下の前記非磁性層が設けられている請求項９に記載の磁気検出素子。  10. The magnetic sensing element according to claim 9, wherein the nonmagnetic layer having a thickness of 6 mm or more and 11 mm or less is provided between both end portions of the second free magnetic layer and the ferromagnetic layer. 磁気抵抗効果を発揮する部分が、下から第１フリー磁性層、非磁性材料層及び第２フリー磁性層の順に積層されており、外部磁界により前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向の両方が変動することにより、前記第１フリー磁性層の磁化方向と前記第２フリー磁性層の磁化方向の相対角度が変化し、この相対角度の変化に基づく電気抵抗値の変化を電流変化又は電圧変化として取り出す磁気検出素子であり、
前記第１フリー磁性層の下層には、前記第１フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成され、また、前記第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための第２反強磁性層が、前記フリー磁性層のトラック幅方向の中央部上には非反強磁性を有する膜厚で、前記フリー磁性層の両側端部上には反強磁性を有する膜厚で形成されており、
前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。 Portion exhibits a magnetoresistive effect, or below et first free magnetic layer are laminated in this order of the non-magnetic material layer and the second free magnetic layer, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer by the external magnetic field As a result, the relative angle between the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer changes, and a change in the electric resistance value based on the change in the relative angle is caused. It is a magnetic detection element that is taken out as a current change or a voltage change ,
A pair of first antiferromagnetic layers for aligning the magnetization direction of the first free magnetic layer are formed below the first free magnetic layer at intervals in the track width direction. A second antiferromagnetic layer for aligning the magnetization direction of the magnetic layer has a film thickness having non-antiferromagnetism on the central portion in the track width direction of the free magnetic layer, and on both end portions of the free magnetic layer. Is formed with an antiferromagnetic film thickness ,
A magnetic sensing element, wherein a bias layer made of a hard magnetic material is formed behind an insulating layer behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction . 前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚は５Å以上で５０Å以下である請求項１１に記載の磁気検出素子。  The magnetic sensing element according to claim 11, wherein the film thickness of the central portion in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is not less than 5 mm and not more than 50 mm. 前記第１反強磁性層は、表面が平坦面である下部シールド層上または下部ギャップ層上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されている請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。  The magnetic detection according to any one of claims 1 to 12, wherein the first antiferromagnetic layer is formed on the lower shield layer or the lower gap layer having a flat surface with an interval in the track width direction. element. 前記第１フリー磁性層の下層には下部ギャップ層または下部シールド層が形成され、この下部ギャップ層または下部シールド層の表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成されて、前記凹部内に前記第１反強磁性層が形成されている請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。  A lower gap layer or a lower shield layer is formed under the first free magnetic layer, and recesses are formed on the surface of the lower gap layer or lower shield layer at intervals in the track width direction. The magnetic detection element according to claim 1, wherein the first antiferromagnetic layer is formed. 前記第１フリー磁性層と前記第１反強磁性層の間に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の強磁性層が積層されている請求項１ないし１４のいずれかに記載の磁気検出素子。  The magnetic detection element according to claim 1, wherein a pair of ferromagnetic layers is laminated between the first free magnetic layer and the first antiferromagnetic layer with an interval in a track width direction. . 前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の間に非磁性層が形成されている請求項１５に記載の磁気検出素子。  The magnetic detection element according to claim 15, wherein a nonmagnetic layer is formed between the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer. 前記非磁性層の膜厚は、０．５Å以上で６Å以下である請求項１６記載の磁気検出素子。The thickness of the nonmagnetic layer, magnetic sensing element according to claim 1 6 Symbol placement is 6Å or less than 0.5 Å. 前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の磁化方向は平行方向を向いている請求項１５ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子。The magnetic detection element according to claim 15, wherein magnetization directions of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer are parallel to each other . 前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の磁化方向は反平行方向を向いている請求項１６に記載の磁気検出素子。  The magnetic sensing element according to claim 16, wherein the magnetization directions of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer are antiparallel. 前記非磁性層の膜厚は、６Å以上で１１Å以下である請求項１９に記載の磁気検出素子。  The magnetic sensing element according to claim 19, wherein the nonmagnetic layer has a thickness of 6 to 11 mm. 前記第２フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層及び／又は前記第１フリー磁性層と前記強磁性層の間に形成された前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上からなる請求項１ないし２０のいずれかに記載の磁気検出素子。  The nonmagnetic layer formed on the second free magnetic layer and / or the nonmagnetic layer formed between the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer may be Ru, Re, Pd, Os, The magnetic detection element according to any one of claims 1 to 20, comprising one or more of Ir, Pt, Au, Rh, and Cu. 前記第２フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層及び／又は前記第１フリー磁性層と前記強磁性層の間に形成された前記非磁性層は、Ｃｒからなる請求項１ないし２０のいずれかに記載の磁気検出素子。  21. The nonmagnetic layer formed on the second free magnetic layer and / or the nonmagnetic layer formed between the first free magnetic layer and the ferromagnetic layer is made of Cr. The magnetic detection element according to any one of the above. 前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部の下にスペキュラー層が形成されている請求項１ないし２２のいずれかに記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to any one of claims 1 to 22 , wherein a specular layer is formed under a central portion of the first free magnetic layer in a track width direction. 前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部の上にスペキュラー層が形成されている請求項１ないし２３のいずれかに記載の磁気検出素子。The magnetic sensing element according to any one of the second free magnetic layer of claims 1 specular layer is formed on the central portion in the track width direction 23. （ａ）基板上に、一対の第１反強磁性層をトラック幅方向に間隔を開けて形成し、前記第１反強磁性層上に強磁性層、及び貴金属またはＣｒからなる非磁性層を連続成膜する工程と、
（ｂ）第１の磁場中アニールを施して、前記第１反強磁性層と前記強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記強磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、
（ｃ）前記第１反強磁性層上に形成された前記非磁性層を一部または全部削る工程と、
（ｄ）前記一対の第１反強磁性層の上に形成された前記非磁性層または前記強磁性層上及び前記一対の第１反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に第１フリー磁性層と非磁性材料層と第２フリー磁性層及び貴金属またはＣｒからなる非磁性層を有する多層膜を連続成膜する工程と、
（ｅ）前記第２フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層の両側端部を削り、このとき前記非磁性層の両側端部を一部残す工程と、
（ｆ）前記残された前記非磁性層の両側端部上に第２反強磁性層を形成する工程と、
（ｇ）第２の磁場中アニールを施し、前記第２フリー磁性層の両側端部の磁化を前記第１フリー磁性層の磁化方向と反平行方向あるいは交叉する方向に固定する工程と、を有し、
さらに、前記（ｇ）工程の後、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。 (A ) A pair of first antiferromagnetic layers are formed on the substrate at intervals in the track width direction, and a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer made of noble metal or Cr are formed on the first antiferromagnetic layer. A process of continuously forming a film;
(B) performing annealing in a first magnetic field to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, and fixing the magnetization direction of the ferromagnetic layer in a predetermined direction;
(C) scraping part or all of the nonmagnetic layer formed on the first antiferromagnetic layer;
(D) First in order from the bottom on the nonmagnetic layer or the ferromagnetic layer formed on the pair of first antiferromagnetic layers and on a region sandwiched between the pair of first antiferromagnetic layers. A step of continuously forming a multilayer film having a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a second free magnetic layer, and a nonmagnetic layer made of noble metal or Cr;
(E) scraping both end portions of the nonmagnetic layer formed on the second free magnetic layer, and at this time, leaving part of both end portions of the nonmagnetic layer;
(F) forming a second antiferromagnetic layer on both side edges of the remaining nonmagnetic layer;
(G) subjecting the second field annealing, have a, a step of fixing the direction of magnetization of the two side portions antiparallel direction or crossing the magnetization direction of the first free magnetic layer of the second free magnetic layer And
Further, after the step (g), there is a step of forming a bias layer made of a hard magnetic material via an insulating layer behind the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the height direction. A method for manufacturing a magnetic sensing element. 前記（ｆ）工程で、前記非磁性層の両側端部上に、一対の強磁性層を形成し、前記一対の強磁性層上に前記第２反強磁性層を形成する請求項２５に記載の磁気検出素子の製造方法。In step (f), the upper side end portions of the non-magnetic layer, according to claim 25, forming a pair of ferromagnetic layers, forming the second antiferromagnetic layer on the pair of ferromagnetic layer Manufacturing method of the magnetic detection element. 前記（ａ）工程、及び／又は前記（ｄ）工程における、前記貴金属は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上からなる請求項２５又は請求項２６に記載の磁気検出素子の製造方法。The said noble metal in said (a) process and / or said (d) process consists of any 1 type (s) or 2 or more types of Ru, Re, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Rh, Cu. A method for manufacturing a magnetic detection element according to claim 25 or claim 26 . 前記（ａ）工程、及び／又は前記（ｄ）工程において、前記非磁性層を３Å以上１０Å以下の膜厚で形成する請求項２５ないし２７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。In the step (a), and / or step (d), the manufacturing method of the magnetic sensing element according to any one of claims 25 to 27 to form the non-magnetic layer in the following thickness 10Å least 3 Å. 前記（ｃ）工程において、前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の磁化方向が平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残す請求項２５ないし２８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。In step (c), the magnetic sensing element according to any one of the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer leaves the non-magnetic layer of the film thickness becomes parallel claim 25 to 28 Production method. 前記（ｃ）工程において、前記第１反強磁性層上の前記非磁性層を０．５Å以上６Å以下の膜厚で残す請求項２９に記載の磁気検出素子の製造方法。30. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 29 , wherein, in the step (c), the nonmagnetic layer on the first antiferromagnetic layer is left with a thickness of 0.5 to 6 mm. 前記（ｃ）工程において、前記強磁性層と前記第１フリー磁性層の磁化方向が反平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残す請求項２５ないし２８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Wherein in the step (c), the magnetic sensing element according to any one of claims 25 to 28 the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the first free magnetic layer leaves the non-magnetic layer of the film thickness becomes antiparallel Manufacturing method. 前記（ｃ）工程において、前記第１反強磁性層上の前記非磁性層を６Å以上１１Å以下の膜厚で残す請求項３１に記載の磁気検出素子の製造方法。32. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 31 , wherein in the step (c), the nonmagnetic layer on the first antiferromagnetic layer is left with a thickness of 6 to 11 mm. 前記（ａ）工程の前に、
表面が平坦面である磁性材料からなる下部シールド層を形成し、前記（ａ）工程において、この下部シールド層の上層に下部ギャップ層を介して、前記一対の第１反強磁性層を形成する請求項２５ないし３２のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Before the step (a),
A lower shield layer made of a magnetic material having a flat surface is formed, and in the step (a), the pair of first antiferromagnetic layers are formed above the lower shield layer via a lower gap layer. the method of manufacturing a magnetic detection device according to any one of claims 25 to 32. 前記（ａ）工程の前に、表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成された、磁性材料からなる下部シールド層又は絶縁材料からなる下部ギャップ層を形成し、前記（ａ）工程において、前記凹部内に前記第１反強磁性層を形成する請求項２５ないし３２のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Before the step (a), a lower shield layer made of a magnetic material or a lower gap layer made of an insulating material having a recess formed on the surface with a gap in the track width direction is formed. In the step (a) the method of manufacturing a magnetic detection device according to any one of claims 25 to 32 forming the first antiferromagnetic layer in the recess. 前記（ａ）工程の前に、前記下部シールド層上に絶縁層を設け、前記（ａ）工程において、この絶縁層上に前記第１反強磁性層を形成する請求項３４記載の磁気検出素子の製造方法。35. The magnetic sensing element according to claim 34 , wherein an insulating layer is provided on the lower shield layer before the step (a), and the first antiferromagnetic layer is formed on the insulating layer in the step (a). Manufacturing method. 下部シールド層上の下部ギャップ層上にスペキュラー層を形成し、前記（ｄ）工程で前記スペキュラー層上に前記第１フリー磁性層を形成する請求項２５ないし３５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Forming a specular layer on the lower gap layer on the lower shield layer, the step (d) the magnetic sensing element according to any one of claims 25 to 35 forming the first free magnetic layer on the specular layer Manufacturing method. 前記（ｅ）工程において、前記強磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向が平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残す請求項２５ないし３６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Wherein in step (e), the magnetic sensing element according to any one of the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer leaves the non-magnetic layer of the film thickness becomes parallel claim 25 to 36 Production method. 前記（ｅ）工程において、前記第２フリー磁性層上の前記非磁性層の両側端部を、０．５Å以上６Å以下の膜厚で残す請求項３７に記載の磁気検出素子の製造方法。38. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 37 , wherein, in the step (e), both end portions of the nonmagnetic layer on the second free magnetic layer are left with a thickness of 0.5 to 6 mm. 前記（ｅ）工程において、前記強磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向が反平行方向になる膜厚の前記非磁性層を残す請求項２５ないし３６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Wherein (e) in step, the magnetic sensing element according to any one of claims 25 to 36 the magnetization direction of the ferromagnetic layer and the second free magnetic layer leaves the non-magnetic layer of the film thickness becomes antiparallel Manufacturing method. 前記（ｅ）工程において、前記第２フリー磁性層上の前記非磁性層の両側端部を、６Å以上１１Å以下の膜厚で残す請求項３９に記載の磁気検出素子の製造方法。40. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 39 , wherein, in the step (e), both end portions of the nonmagnetic layer on the second free magnetic layer are left with a thickness of 6 to 11 mm. 前記（ｄ）工程において、第２フリー磁性層と貴金属またはＣｒからなる非磁性層の間にスペキュラー層を形成し、
前記（ｅ）工程を、前記非磁性層及び前記スペキュラー層の両側端部を削る工程に代え、
前記（ｆ）工程において前記第２フリー磁性層または前記強磁性層の両側端部上に第２反強磁性層を形成する請求項２５ないし３６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。In the step (d), a specular layer is formed between the second free magnetic layer and the nonmagnetic layer made of noble metal or Cr,
Wherein the step (e), instead of the that cutting the both side ends of the non-magnetic layer and the specular layer step,
Manufacturing a magnetic sensing element according to any one of (f) to 請 Motomeko 25 without that form a second antiferromagnetic layer on the second free magnetic layer or the upper both ends of the ferromagnetic layer in the step 36 Method. 前記（ｄ）工程、前記（ｅ）及び（ｆ）工程の代わりに
（ｈ）前記一対の第１反強磁性層の上に形成された前記非磁性層または前記強磁性層上、及び前記一対の第１反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に第１フリー磁性層と非磁性材料層と第２フリー磁性層、及び第２反強磁性層を有する多層膜を連続成膜する工程と、
（ｉ）前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部を削って、前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚を非反強磁性を示す膜厚にする工程を有する請求項２５ないし３６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Step (d), instead of Steps (e) and (f) (h) The nonmagnetic layer or the ferromagnetic layer formed on the pair of first antiferromagnetic layers, and the pair A multilayer film having a first free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a second free magnetic layer, and a second antiferromagnetic layer is successively formed on the region sandwiched between the first antiferromagnetic layers. Process,
(I) A step of shaving a central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction so that a film thickness of the central portion of the second antiferromagnetic layer in the track width direction is set to a thickness showing non-antiferromagnetism. 37. A method of manufacturing a magnetic sensing element according to any one of claims 25 to 36 . 前記（ｉ）工程で、前記第２反強磁性層のトラック幅方向の中央部の膜厚を５Å以上で５０Å以下にする請求項４２記載の磁気検出素子の製造方法。43. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 42 , wherein, in the step (i), the thickness of the central portion in the track width direction of the second antiferromagnetic layer is set to 5 to 50 mm. 前記（ｅ）工程を、前記第２フリー磁性層の上に形成された前記非磁性層の両側端部を全て削り、第２フリー磁性層の両側端部表面を露出させる工程に代え、
前記（ｆ）工程で、前記露出した第２フリー磁性層の両側端部上に前記第２反強磁性層を形成する請求項２５ないし３６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。Wherein the step (e), cutting all the two side portions of the non-magnetic layer formed on the second free magnetic layer, instead of the step of Ru to expose the two side portions the surface of the second free magnetic layer,
37. The method of manufacturing a magnetic detection element according to claim 25 , wherein in the step (f), the second antiferromagnetic layer is formed on both end portions of the exposed second free magnetic layer.
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