JP4483686B2

JP4483686B2 - Magnetic detection element

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Publication number: JP4483686B2
Application number: JP2005132437A
Authority: JP
Inventors: 洋介井出; 正路斎藤; 昌彦石曽根; 直也長谷川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP2006310620A

Description

本発明は、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界による磁化方向が変動するフリー磁性層、を有する磁気検出素子に係り、特に、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持できるとともにフリー磁性層の磁歪を低減することが可能な磁気検出素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic detecting element having a pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed, and a free magnetic layer formed on the pinned magnetic layer via a nonmagnetic material layer and having a magnetization direction changed by an external magnetic field, In particular, the present invention relates to a magnetic sensing element that can maintain a product ΔRA of a magnetoresistance change ΔR and an element area A high and can reduce magnetostriction of a free magnetic layer, and a manufacturing method thereof.

図１１は従来における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。 FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a conventional magnetic detection element (spin valve thin film element) cut from a direction parallel to the surface facing the recording medium.

図１１に示す符号１はＴａからなる下地層であり、下地層１の上にＣｒなどのｂｃｃ構造（体心立方構造）の金属からなるシード層２が形成されている。 Reference numeral 1 shown in FIG. 11 denotes an underlayer made of Ta, and a seed layer 2 made of a metal having a bcc structure (body-centered cubic structure) such as Cr is formed on the underlayer 1.

シード層２の上には、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６、保護層７が順次積層された多層膜Ｔが形成されている。 On the seed layer 2, a multilayer film T in which an antiferromagnetic layer 3, a pinned magnetic layer 4, a nonmagnetic material layer 5, a free magnetic layer 6, and a protective layer 7 are sequentially stacked is formed.

保護層７はＴａ、非磁性材料層５はＣｕ、フリー磁性層６及び固定磁性層４はＣｏ_２ＭｎＧｅなどのホイスラー合金、反強磁性層３はＰｔＭｎによって形成されている。 The protective layer 7 is made of Ta, the nonmagnetic material layer 5 is made of Cu, the free magnetic layer 6 and the pinned magnetic layer 4 are made of Heusler alloy such as Co ₂ MnGe, and the antiferromagnetic layer 3 is made of PtMn.

多層膜Ｔ１の上下には電極層１０，１０が設けられており、多層膜の膜面垂直方向に直流のセンス電流が流される。 Electrode layers 10 are provided above and below the multilayer film T1, and a direct current sense current flows in the direction perpendicular to the film surface of the multilayer film.

反強磁性層６と固定磁性層５との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層５の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。 An exchange coupling magnetic field is generated at the interface between the antiferromagnetic layer 6 and the pinned magnetic layer 5, and the magnetization of the pinned magnetic layer 5 is pinned in the height direction (Y direction in the drawing).

フリー磁性層６の両側にはＣｏＰｔなどの硬磁性材料からなるハードバイアス層８が形成され、ハードバイアス層８の上下及び端部は絶縁層９によって絶縁されている。ハードバイアス層８からの縦バイアス磁界によりフリー磁性層３の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。 A hard bias layer 8 made of a hard magnetic material such as CoPt is formed on both sides of the free magnetic layer 6, and the upper and lower sides and end portions of the hard bias layer 8 are insulated by insulating layers 9. The magnetization of the free magnetic layer 3 is aligned in the track width direction (X direction in the drawing) by the longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 8.

図１１に示される磁気検出素子に、外部磁界が印加されると、フリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して相対的に変動して、多層膜の抵抗値が変化する。一定の電流値のセンス電流が流れている場合には、この抵抗値の変化を電圧変化として検出することにより、外部磁界を検知する。 When an external magnetic field is applied to the magnetic detection element shown in FIG. 11, the magnetization direction of the free magnetic layer varies relative to the magnetization direction of the pinned magnetic layer, and the resistance value of the multilayer film changes. When a sense current having a constant current value flows, an external magnetic field is detected by detecting this change in resistance value as a voltage change.

ホイスラー合金からなるフリー磁性層を有する磁気検出素子は、特許文献１（特開２００３−２１８４２８号公報）に記載されている。
特開２００３−２１８４２８号公報 A magnetic detection element having a free magnetic layer made of a Heusler alloy is described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-218428).
JP 2003-218428 A

前記フリー磁性層をホイスラー合金を主体として形成することで、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く出来ることがわかっている。前記ΔＲＡの向上は、今後の高記録密度化に向けたＣＰＰ型磁気検出素子の実用化にとって非常に重要な条件である。 It has been found that the product ΔRA of the magnetoresistance change ΔR and the element area A can be increased by forming the free magnetic layer mainly of Heusler alloy. The improvement of ΔRA is a very important condition for practical application of a CPP type magnetic detecting element for future high recording density.

しかしながら、ホイスラー合金を用いることで前記ΔＲＡは向上するものの、フリー磁性層の磁歪が大きくなるといった問題があった。フリー磁性層の磁歪が大きいと成膜ひずみや、他層との熱膨張係数差等によって応力の影響が大きくなる、また、ヘッド動作時にノイズの原因となる等、色々と問題があるため、高ΔＲＡを維持しつつ前記フリー磁性層の磁歪を小さくしなければならないといった課題が新たに発生した。 However, although the ΔRA is improved by using a Heusler alloy, there is a problem that the magnetostriction of the free magnetic layer increases. If the magnetostriction of the free magnetic layer is large, the effect of stress increases due to film formation strain, differences in thermal expansion coefficient from other layers, etc., and causes various problems such as noise during head operation. A new problem has arisen that the magnetostriction of the free magnetic layer must be reduced while maintaining ΔRA.

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、ΔＲＡを高く維持できるとともに磁歪を低減することが可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic detection element capable of maintaining high ΔRA and reducing magnetostriction, and a method for manufacturing the same.

本発明は、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有する磁気検出素子において、
前記フリー磁性層は、組成式がＣｏ_ｇＭｎ_ｈＸ_ｉＺ_ｊ（元素ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上、元素ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上、ｇ、ｈ、ｉ、ｊは原子％であり、ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸＺ合金層を有しており、
前記ＣｏＭｎＸＺ合金層の下面から上面に向けて、元素Ｚの組成比が変調していることを特徴するものである。 The present invention provides a magnetic sensing element having a pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed, and a free magnetic layer formed on the pinned magnetic layer via a nonmagnetic material layer, the magnetization direction of which varies with an external magnetic field.
The free magnetic layer has a composition formula of Co _g Mn _h X _i Z _j (the element X is one or more of Ge, Ga, In, Si, Pb, Zn, and the element Z is Al, Sn, Cr). 1 or 2 or more of them, g, h, i, j are atomic%, and have a CoMnXZ alloy layer made of a metal compound represented by g + h + i + j = 100 atomic%)
The composition ratio of the element Z is modulated from the lower surface to the upper surface of the CoMnXZ alloy layer.

本発明では、前記フリー磁性層がＣｏＭｎＸＺ合金層を有することにより、前記フリー磁性層の磁歪を低減することができる。 In the present invention, since the free magnetic layer has a CoMnXZ alloy layer, magnetostriction of the free magnetic layer can be reduced.

本発明では、前記ＣｏＭｎＸＺ合金層の下面から上面に向けて、元素Ｚの組成比が増加する領域と、減少する領域とが交互に現われていてもよい。 In the present invention, from the bottom surface to the top surface of the CoMnXZ alloy layer, regions where the composition ratio of the element Z increases and regions where the element Z decreases may appear alternately.

本発明では、前記ＣｏＭｎＸＺ合金層中の前記Ｚの原子％濃度が３原子％以上１５原子％以下であると、磁歪を著しく低減することができ、また、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。 In the present invention, when the atomic percent concentration of Z in the CoMnXZ alloy layer is 3 atomic percent or more and 15 atomic percent or less, magnetostriction can be remarkably reduced, and the magnetoresistance change ΔR of the magnetic sensing element can be reduced. The product ΔRA of the element area A can be kept high.

また本発明では、前記フリー磁性層は、ＣｏＭｎＸＺ合金層の上下に、磁性材料の拡散抑制層が形成された積層構造であり、前記拡散防止層が前記非磁性材料層との界面に接して形成されていることが好ましく、具体的には、前記拡散抑制層はＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。これにより前記ＣｏＭｎＸＺ合金層が前記非磁性材料層に拡散することを適切に抑制することが出来る。 In the present invention, the free magnetic layer has a laminated structure in which a diffusion suppression layer of a magnetic material is formed above and below the CoMnXZ alloy layer, and the diffusion prevention layer is formed in contact with the interface with the nonmagnetic material layer. Specifically, the diffusion suppression layer is preferably formed of a CoFe alloy. Thereby, the CoMnXZ alloy layer can be appropriately prevented from diffusing into the nonmagnetic material layer.

また本発明では、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性材料層を介して形成された前記フリー磁性層とを有することが好ましい。 In the present invention, the antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, the magnetization direction of which is fixed by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer, and the pinned magnetic layer It is preferable that the layer has the free magnetic layer formed through the nonmagnetic material layer.

また本発明では、前記フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の前記非磁性材料層の下に位置する前記固定磁性層を有する構成であってもよい。かかる場合、一方の前記固定磁性層の上および他方の前記固定磁性層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの前記固定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層を有することが好ましい。 In the present invention, the structure includes a nonmagnetic material layer stacked above and below the free magnetic layer, and the pinned magnetic layer positioned above one of the nonmagnetic material layers and below the other nonmagnetic material layer. It may be. In such a case, the antiferromagnetic material is positioned above one of the pinned magnetic layers and below the other pinned magnetic layer and fixes the magnetization direction of each of the pinned magnetic layers in a fixed direction by an exchange anisotropic magnetic field. It is preferable to have a layer.

また本発明は、特に、前記固定磁性層、非磁性材料層、及びフリー磁性層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ型磁気検出素子の構造に効果的に適用できる。 The invention is particularly, the pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and effectively Ru can be applied to the structure of the sense current flows CPP magnetic detecting element in a direction perpendicular to the film surface of the free magnetic layer.

本発明では、ＣｏＭｎＸ合金を主体とする前記フリー磁性層のなかに、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒが多く存在している領域が形成されている。Ａｌ、Ｓｎ、ＣｒがＣｏＭｎＸ合金の中に拡散していてもよいし、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒからなる中間層がＣｏＭｎＸ合金層と区別できる層として存在していてもよい。
これによりΔＲＡを高い値に維持しつつ、フリー磁性層の磁歪を低減できる。 In the present invention, a region in which a large amount of Al, Sn, and Cr are present is formed in the free magnetic layer mainly composed of CoMnX alloy. Al, Sn, and Cr may be diffused into the CoMnX alloy, or an intermediate layer made of Al, Sn, and Cr may be present as a layer that can be distinguished from the CoMnX alloy layer.
This can reduce the magnetostriction of the free magnetic layer while maintaining ΔRA at a high value.

図１は本発明の実施形態のＣＰＰ型のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の積層構造を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a laminated structure of a CPP type dual spin valve thin film element according to an embodiment of the present invention.

このデュアルスピンバルブ型薄膜素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。 This dual spin-valve type thin film element is provided at the trailing side end of a floating slider provided in a hard disk device, and detects a recording magnetic field of a hard disk or the like. The moving direction of a magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１である。この下地層１の上に、シード層２が設けられる。前記シード層２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。前記シード層２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、前記シード層２をＣｒによって形成すると、前記シード層２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。 The bottom layer 1 in FIG. 1 is an underlayer 1 formed of a nonmagnetic material such as one or more elements of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. A seed layer 2 is provided on the base layer 1. The seed layer 2 is formed of NiFeCr or Cr. When the seed layer 2 is formed of NiFeCr, the seed layer 2 has a face-centered cubic (fcc) structure, and an equivalent crystal plane represented as a {111} plane is preferentially oriented in a direction parallel to the film surface. It will be what. In addition, when the seed layer 2 is formed of Cr, the seed layer 2 has a body-centered cubic (bcc) structure, and an equivalent crystal plane expressed as a {110} plane in a direction parallel to the film plane has priority. It will be oriented.

なお、下地層１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１は形成されなくともよい。 Although the underlayer 1 has a structure close to amorphous, the underlayer 1 may not be formed.

前記シード層２の上に形成された反強磁性層３は、元素Ｚ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。 The antiferromagnetic layer 3 formed on the seed layer 2 includes an element Z (where X is one or more elements among Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn. It is preferable to form with the antiferromagnetic material containing these.

これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。 X-Mn alloys using these platinum group elements have excellent properties as antiferromagnetic materials, such as excellent corrosion resistance, a high blocking temperature, and a large exchange coupling magnetic field (Hex).

また本発明では、前記反強磁性層３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。 In the present invention, the antiferromagnetic layer 3 includes the element X and the element X ′ (where the element X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, 1 of Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and rare earth elements It may be formed of an antiferromagnetic material containing Mn and a seed or two or more elements.

前記反強磁性層３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層４との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層３は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。 The atomic% of the element X or the element X + X ′ of the antiferromagnetic layer 3 is preferably set to 45 (atomic%) or more and 60 (atomic%) or less. More preferably, it is 49 (atomic%) or more and 56.5 (atomic%) or less. As a result, it is presumed that the interface with the pinned magnetic layer 4 is brought into an inconsistent state in the film formation stage, and that the antiferromagnetic layer 3 undergoes an appropriate ordered transformation by heat treatment.

下側固定磁性層４は、第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、第２固定磁性層４ｃからなる多層膜構造で形成される。前記反強磁性層３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる積層フェリ構造と呼ばれ、この構成により下側固定磁性層４の磁化を安定した状態にでき、また前記下側固定磁性層４と反強磁性層３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。 The lower pinned magnetic layer 4 is formed with a multilayer film structure including a first pinned magnetic layer 4a, a nonmagnetic intermediate layer 4b, and a second pinned magnetic layer 4c. The first pinned magnetic layer 4a and the second pinned magnetic layer are generated by an exchange coupling magnetic field at the interface with the antiferromagnetic layer 3 and an antiferromagnetic exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) via the nonmagnetic intermediate layer 4b. The magnetization directions of 4c are antiparallel to each other. This is called a so-called laminated ferrimagnetic structure. With this configuration, the magnetization of the lower pinned magnetic layer 4 can be made stable, and exchange occurring at the interface between the lower pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 3 can be achieved. The coupling magnetic field can be increased apparently.

ただし前記下側固定磁性層４は第２固定磁性層４ｃのみから構成され積層フェリ構造で形成されていなくてもよい。 However, the lower pinned magnetic layer 4 is composed of only the second pinned magnetic layer 4c and may not be formed of a laminated ferrimagnetic structure.

なお前記第１固定磁性層４ａは例えば１５〜３５Å程度で形成され、非磁性中間層４ｂは８Å〜１０Å程度で形成され、第２固定磁性層１４ｃは２０〜６０Å程度で形成される。 The first pinned magnetic layer 4a is formed with a thickness of about 15 to 35 mm, the nonmagnetic intermediate layer 4b is formed with a thickness of about 8 mm to 10 mm, and the second pinned magnetic layer 14c is formed with a thickness of about 20 to 60 mm.

第１固定磁性層４ａはＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。 The first pinned magnetic layer 4a is formed of a ferromagnetic material such as CoFe, NiFe, CoFeNi. The nonmagnetic intermediate layer 4b is formed of a nonmagnetic conductive material such as Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu.

第２固定磁性層４ｃは、非磁性材料層５に接するＣｏＭｎＸ合金層４ｃ１（元素ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上）と非磁性中間層側磁性層４ｃ２の２層構造として成膜される。また、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅなどの強磁性材料で形成されている。特に、前記第１固定磁性層４ａと、非磁性中間層側磁性層４ｃ２は共に、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。これにより前記非磁性中間層４ｃ２と、前記第１固定磁性層４ａとの間に生じるＲＫＫＹ相互作用を大きくでき、前記第１固定磁性層４ａとともに第２固定磁性層４ｃを強固に磁化固定することが出来る。 The second pinned magnetic layer 4c includes a CoMnX alloy layer 4c1 (element X is one or more of Ge, Ga, In, Si, Pb, and Zn) in contact with the nonmagnetic material layer 5 and nonmagnetic intermediate layer side magnetism. The film is formed as a two-layer structure of the layer 4c2. The nonmagnetic intermediate layer-side magnetic layer 4c2 is made of a ferromagnetic material such as NiFe, CoFeNi, CoFe. In particular, both the first pinned magnetic layer 4a and the nonmagnetic intermediate layer-side magnetic layer 4c2 are preferably formed of a CoFe alloy. Accordingly, the RKKY interaction generated between the nonmagnetic intermediate layer 4c2 and the first pinned magnetic layer 4a can be increased, and the second pinned magnetic layer 4c can be strongly pinned with the first pinned magnetic layer 4a. I can do it.

前記固定磁性層４の上に形成された非磁性材料層５は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成されている。Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成された非磁性材料層５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。 The nonmagnetic material layer 5 formed on the pinned magnetic layer 4 is made of Cu, Au, or Ag. The nonmagnetic material layer 5 formed of Cu, Au, or Ag has a face-centered cubic (fcc) structure, and an equivalent crystal plane represented as a {111} plane in a direction parallel to the film plane is preferentially oriented. is doing.

前記非磁性材料層５上にはフリー磁性層６が形成されている。前記フリー磁性層６上には、非磁性材料層７が形成され、材質は上記した前記非磁性材料層５に使用される材質から選択される。前記非磁性材料層７上には上側固定磁性層８が形成されている。前記上側固定磁性層８は、下から、第２固定磁性層８ｃ、非磁性中間層８ｂ及び第１固定磁性層８ａの順で積層された積層フェリ構造である。前記第１固定磁性層８ａ、非磁性中間層８ｂ及び第２固定磁性層８ｃの各材質は、上記した前記第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ及び第２固定磁性層４ｃに使用される材質からそれぞれ選択される。また前記第２固定磁性層８ｃは、前記第２固定磁性層４ｃと同様に、非磁性材料層７に接するＣｏＭｎＸＺ合金層８ｃ１と非磁性中間層側磁性層８ｃ２の２層構造として成膜される。また、上側固定磁性層８は第２固定磁性層８ｃのみで構成されていてもよい。 A free magnetic layer 6 is formed on the nonmagnetic material layer 5. A nonmagnetic material layer 7 is formed on the free magnetic layer 6, and the material is selected from the materials used for the nonmagnetic material layer 5 described above. An upper pinned magnetic layer 8 is formed on the nonmagnetic material layer 7. The upper pinned magnetic layer 8 has a laminated ferrimagnetic structure in which the second pinned magnetic layer 8c, the nonmagnetic intermediate layer 8b, and the first pinned magnetic layer 8a are laminated in this order from the bottom. The materials of the first pinned magnetic layer 8a, the nonmagnetic intermediate layer 8b, and the second pinned magnetic layer 8c are used for the first pinned magnetic layer 4a, the nonmagnetic intermediate layer 4b, and the second pinned magnetic layer 4c. Each material is selected. Similarly to the second pinned magnetic layer 4c, the second pinned magnetic layer 8c is formed as a two-layer structure of a CoMnXZ alloy layer 8c1 in contact with the nonmagnetic material layer 7 and a nonmagnetic intermediate layer side magnetic layer 8c2. . Further, the upper pinned magnetic layer 8 may be composed of only the second pinned magnetic layer 8c.

前記上側固定磁性層８上には上側反強磁性層９が形成される。前記上側反強磁性層９の材質は、下側反強磁性層２に使用される材質から選択される。前記上側反強磁性層９上にはＴａ等の保護層１０が形成される。 An upper antiferromagnetic layer 9 is formed on the upper pinned magnetic layer 8. The material of the upper antiferromagnetic layer 9 is selected from the materials used for the lower antiferromagnetic layer 2. A protective layer 10 such as Ta is formed on the upper antiferromagnetic layer 9.

前記フリー磁性層６はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に磁化されている。一方、固定磁性層４，８を構成する第１固定磁性層４ａ，８ａ及び第２固定磁性層４ｃ，８ｃはハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層４，８は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層４ａ，８ａと第２固定磁性層４ｃ，８ｃはそれぞれ反平行に磁化されている。 The free magnetic layer 6 is magnetized in a direction parallel to the track width direction (X direction in the drawing). On the other hand, the first pinned magnetic layers 4a and 8a and the second pinned magnetic layers 4c and 8c constituting the pinned magnetic layers 4 and 8 are magnetized in a direction parallel to the height direction (Y direction in the drawing). Since the pinned magnetic layers 4 and 8 have a laminated ferrimagnetic structure, the first pinned magnetic layers 4a and 8a and the second pinned magnetic layers 4c and 8c are magnetized antiparallel to each other.

本実施の形態における特徴的部分は、フリー磁性層６がＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂを有して構成されている点である。ＣｏＭｎＸＺ合金層とは、組成式がＣｏ_ｇＭｎ_ｈＸ_ｉＺ_ｊ（元素ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上、元素ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上、ｇ、ｈ、ｉ、ｊは原子％であり、ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００原子％）で表される金属化合物からなる層である。なお、ｇ：ｈ：ｉ＝２：１：１である。 The characteristic part in the present embodiment is that the free magnetic layer 6 includes the CoMnXZ alloy layer 6b. The CoMnXZ alloy layer has a composition formula of Co _g Mn _h X _i Z _j (the element X is one or more of Ge, Ga, In, Si, Pb, Zn, and the element Z is Al, Sn, Cr). Among them, one or two or more, g, h, i, j are atomic%, and a layer made of a metal compound represented by g + h + i + j = 100 atomic%). Note that g: h: i = 2: 1: 1.

フリー磁性層６がＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂを有していることによりフリー磁性層６の磁歪を低減することができる。 Since the free magnetic layer 6 includes the CoMnXZ alloy layer 6b, the magnetostriction of the free magnetic layer 6 can be reduced.

ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂの下面から上面に向けて、元素Ｚの組成比が増加する領域と、減少する領域とが交互に現われている。 From the lower surface to the upper surface of the CoMnXZ alloy layer 6b, regions where the composition ratio of the element Z increases and regions where the element Z decreases appear alternately.

本発明では、前記ＣｏＭｎＸＺ合金層中の前記Ｚの原子％濃度が３原子％以上１５原子％以下であると、磁歪を著しく低減することができ、また、磁気検出素子のΔＲＡを高く維持することができる。ここで「ＣｏＭｎＸＺ合金中のＺの原子％濃度」とは、例えば、ＳＩＭＳ分析装置等により多数箇所で、元素Ｚの原子％濃度を求め、それを平均化したものである。 In the present invention, when the atomic percent concentration of Z in the CoMnXZ alloy layer is 3 atomic percent or more and 15 atomic percent or less, magnetostriction can be remarkably reduced, and ΔRA of the magnetic detection element is kept high. Can do. Here, the “atomic% concentration of Z in the CoMnXZ alloy” is obtained by, for example, obtaining the atomic% concentration of the element Z at a large number of locations by means of a SIMS analyzer or the like and averaging it.

図１に示すように前記ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂの上下には、磁性材料製の拡散抑制層６ａ、６ｃが設けられている。これにより、特に前記ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂのＸ元素が、前記非磁性材料層５，７へ拡散するのを適切に防止できる。前記拡散抑制層６ａ，６ｃはＣｏＦｅ合金で形成されていることが好ましい。前記拡散抑制層６ａ，６ｃは、前記ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂに比べて十分に小さい膜厚で形成される。前記拡散抑制層６ａ，６ｃは、数Å程度の薄い膜厚で形成され、一方、前記ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂは、３０Å〜１００Å程度の厚い膜厚で形成される。 As shown in FIG. 1, diffusion suppression layers 6a and 6c made of a magnetic material are provided above and below the CoMnXZ alloy layer 6b. Thereby, in particular, the X element of the CoMnXZ alloy layer 6b can be appropriately prevented from diffusing into the nonmagnetic material layers 5 and 7. The diffusion suppressing layers 6a and 6c are preferably formed of a CoFe alloy. The diffusion suppression layers 6a and 6c are formed with a film thickness sufficiently smaller than that of the CoMnXZ alloy layer 6b. The diffusion suppression layers 6a and 6c are formed with a thin film thickness of about several inches, while the CoMnXZ alloy layer 6b is formed with a thick film thickness of about 30 to 100 inches.

ところで、前記ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂ中に占める元素Ｚは、前記ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂの下面から上面にわたって全体的に拡散していてもよい。組成分析には、ＳＩＭＳ分析装置や電解放射型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）を用いたナノビーム特性Ｘ線分析（Ｎａｎｏ−ｂｅａｍＥＤＸ）等を用いる。 By the way, the element Z in the CoMnXZ alloy layer 6b may be diffused entirely from the lower surface to the upper surface of the CoMnXZ alloy layer 6b. For the composition analysis, nano-beam characteristic X-ray analysis (Nano-beam EDX) using a SIMS analyzer or an electrolytic emission transmission electron microscope (FE-TEM) is used.

図３は、図１に示す非磁性材料層５から非磁性材料層７までの層構造を拡大した部分拡大模式図である。 FIG. 3 is a partially enlarged schematic view in which the layer structure from the nonmagnetic material layer 5 to the nonmagnetic material layer 7 shown in FIG. 1 is enlarged.

図３に示す点線領域Ａはいずれも、フリー磁性層６を構成するＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂ内において前記Ｚ元素の組成比が高くなっている箇所を示している。後述する製造方法で示すように、前記ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂは、例えばＣｏＭｎＸ合金層と、元素Ｚからなる層（元素Ｚ層）との積層構造で形成される。熱処理等の原因により、ＣｏＭｎＸ合金と元素Ｚとはそれぞれ拡散を起こすと考えられる。点線領域Ａは、もともと前記元素Ｚ層が形成されていた領域であるが上記の拡散によりＣｏＭｎＸＺ合金層が形成される。前記点線領域Ａでの元素Ｚの組成比は他の部位での前記元素Ｚの組成比に比べて大きくなっている。図４（図３のフリー磁性層６のＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂの一部を拡大して示した模式図）に示すように、二つの点線領域Ａ間の領域Ｂ，Ｃにおける元素Ｚの組成比を考察してみると、領域Ｂでは点線領域Ａ付近における元素Ｚの組成比をピークとして領域Ｃ方向（図示上方向）に向けて、徐々に元素Ｚの組成比は低下していき、前記領域Ｃとの仮想境界（このような境界が実際に存在するわけではない）で最も元素Ｚの組成比が小さくなり、領域Ｃでは、前記仮想境界から、上方に向けて徐々に元素Ｚの組成比が大きくなり、点線領域Ａ付近まで至ったとき、前記元素Ｚの組成比がピークとなる。このように領域Ｂは、上方に向けて徐々に元素Ｚの組成比が減少する領域であり、一方、領域Ｃは上方に向けて徐々に元素Ｚの組成比が増加する領域となっている。そして、領域Ｂ及び領域Ｃは膜厚方向に向けて交互に現われる。なお元素Ｚは、最も組成比の低くなる仮想境界付近でも０原子％とはならず、前記元素ＺがＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂの下面６ｂ１から上面６ｂ２にかけて全体的に拡散していてもよいし、元素Ｚのみからなる層が残存していてもよい。 Each dotted line region A shown in FIG. 3 indicates a portion where the composition ratio of the Z element is high in the CoMnXZ alloy layer 6 b constituting the free magnetic layer 6. As shown in a manufacturing method to be described later, the CoMnXZ alloy layer 6b is formed with a stacked structure of, for example, a CoMnX alloy layer and a layer made of the element Z (element Z layer). It is considered that the CoMnX alloy and the element Z each cause diffusion due to heat treatment or the like. The dotted line region A is a region where the element Z layer was originally formed, but a CoMnXZ alloy layer is formed by the above diffusion. The composition ratio of the element Z in the dotted line region A is larger than the composition ratio of the element Z in other parts. As shown in FIG. 4 (a schematic diagram showing an enlarged part of the CoMnXZ alloy layer 6b of the free magnetic layer 6 in FIG. 3), the composition ratio of the element Z in the regions B and C between the two dotted line regions A is In consideration, in the region B, the composition ratio of the element Z gradually decreases in the direction of the region C (upward direction in the drawing) with the composition ratio of the element Z in the vicinity of the dotted region A as a peak. The composition ratio of the element Z is the smallest at the virtual boundary (and such a boundary does not actually exist), and in the region C, the composition ratio of the element Z gradually increases upward from the virtual boundary. When it increases and reaches the vicinity of the dotted line area A, the composition ratio of the element Z reaches a peak. Thus, the region B is a region where the composition ratio of the element Z gradually decreases upward, while the region C is a region where the composition ratio of the element Z gradually increases upward. And the area | region B and the area | region C appear alternately toward a film thickness direction. The element Z does not become 0 atomic% even near the virtual boundary where the composition ratio is the lowest, and the element Z may be diffused entirely from the lower surface 6b1 to the upper surface 6b2 of the CoMnXZ alloy layer 6b. A layer consisting only of Z may remain.

図２は、ＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成を示す模式図である。図１に示す符号と同じ符号がつけられている層は図１と同じ層を示している。 FIG. 2 is a schematic view showing a film configuration of a CPP single spin-valve thin film element. Layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same layers as in FIG.

図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６及び保護層１０の順に積層された構成である。図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子においても、フリー磁性層６にはＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂが設けられている。またＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子は、下からフリー磁性層６、非磁性材料層５、固定磁性層４及び反強磁性層３の順に積層されていてもよい。 The film configuration of the CPP type single spin-valve type thin film element shown in FIG. 2 is as follows: the underlayer 1, the seed layer 2, the antiferromagnetic layer 3, the pinned magnetic layer 4, the nonmagnetic material layer 5, and the free magnetic layer 6. And the protective layer 10 in this order. Also in the CPP type single spin valve thin film element shown in FIG. 2, the free magnetic layer 6 is provided with a CoMnXZ alloy layer 6b. The CPP type single spin valve thin film element may be laminated in order of the free magnetic layer 6, the nonmagnetic material layer 5, the pinned magnetic layer 4, and the antiferromagnetic layer 3 from the bottom.

図５は、図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。 FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the reproducing head having the structure of the CPP single spin-valve type thin film element shown in FIG. 2 as viewed from the side facing the recording medium.

符号２０は、磁性材料製の下部シールド層２０であり、前記下部シールド層２０上に図２に示す膜構成と同じ構成の多層膜Ｔ１が形成されている。 Reference numeral 20 denotes a lower shield layer 20 made of a magnetic material, and a multilayer film T1 having the same configuration as the film configuration shown in FIG. 2 is formed on the lower shield layer 20.

前記多層膜Ｔ１は、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６及び保護層１０の順で積層されている。図１に示す実施形態では、前記多層膜Ｔ１の両側には絶縁層２７、ハードバイアス層２８及び絶縁層２９が積層されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。 The multilayer film T1 is laminated in order of the underlayer 1, the seed layer 2, the antiferromagnetic layer 3, the pinned magnetic layer 4, the nonmagnetic material layer 5, the free magnetic layer 6 and the protective layer 10 from the bottom. In the embodiment shown in FIG. 1, an insulating layer 27, a hard bias layer 28, and an insulating layer 29 are laminated on both sides of the multilayer film T1. The magnetization of the free magnetic layer 6 is aligned in the track width direction (X direction in the drawing) by the longitudinal bias magnetic field from the hard bias layer 28.

前記絶縁層２７と前記ハードバイアス層２８間にバイアス下地層（図示しない）が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばＣｒ、Ｗ、Ｗ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金などで形成される。 A bias underlayer (not shown) may be formed between the insulating layer 27 and the hard bias layer 28. The bias underlayer is formed of, for example, Cr, W, W—Ti alloy, Fe—Cr alloy or the like.

前記絶縁層２７，２９はＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等の絶縁材料で形成されたものであり、前記多層膜Ｔ１内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記多層膜Ｔ１のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層２８の上下を絶縁するものである。 The insulating layers 27 and 29 are made of an insulating material such as Al ₂ O ₃ or SiO ₂ , and the current flowing in the multilayer film T1 in the direction perpendicular to the interface between the layers is the track width of the multilayer film T1. The upper and lower sides of the hard bias layer 28 are insulated so as to suppress the diversion to both sides in the direction.

なお前記ハードバイアス層２８，２８は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成される。 The hard bias layers 28 and 28 are made of, for example, a Co—Pt (cobalt-platinum) alloy or a Co—Cr—Pt (cobalt-chromium-platinum) alloy.

絶縁層２９及び保護層１０上には、磁性材料からなる上部シールド層３０が形成される。ＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子では、下部シールド層２０及び上部シールド層３０が電極として機能し、前記多層膜Ｔ１を構成する各層の界面に対し垂直方向に電流を流す電流源となっている。 An upper shield layer 30 made of a magnetic material is formed on the insulating layer 29 and the protective layer 10. In the CPP-type spin valve thin film element, the lower shield layer 20 and the upper shield layer 30 function as electrodes, and serve as current sources that cause current to flow in a direction perpendicular to the interfaces of the layers constituting the multilayer film T1.

フリー磁性層６の磁化は、ハードバイアス層２８，２８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層６の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層４の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に固定されている。 The magnetization of the free magnetic layer 6 is aligned in a direction parallel to the track width direction (X direction in the drawing) by the longitudinal bias magnetic field from the hard bias layers 28 and 28. The magnetization of the free magnetic layer 6 fluctuates with high sensitivity to the signal magnetic field (external magnetic field) from the recording medium. On the other hand, the magnetization of the pinned magnetic layer 4 is pinned in a direction parallel to the height direction (Y direction in the drawing).

フリー磁性層６の磁化方向の変動と、固定磁性層４の固定磁化方向（特に第２磁性層４ｃの固定磁化方向）との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。前記フリー磁性層６は、ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂとその上下に拡散抑制層６ａ，６ｃとを有して構成される。第２固定磁性層４ｃはＣｏＭｎＸ合金層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２とを有している。 The electrical resistance changes depending on the relationship between the change in the magnetization direction of the free magnetic layer 6 and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 4 (particularly, the fixed magnetization direction of the second magnetic layer 4c), and a voltage based on the change in the electrical resistance value. The leakage magnetic field from the recording medium is detected by the change or the current change. The free magnetic layer 6 includes a CoMnXZ alloy layer 6b and diffusion suppression layers 6a and 6c above and below it. The second pinned magnetic layer 4c has a CoMnX alloy layer 4c1 and a nonmagnetic intermediate layer side magnetic layer 4c2.

図６は図５とは別の構成のＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。 FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a reproducing head having a structure of a CPP single spin-valve type thin film element having a configuration different from that of FIG. 5 as viewed from the side facing the recording medium.

図６では図５のように反強磁性層２が設けられていない。図６は、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層４の磁化が固定される、いわゆる自己固定式の磁気検出素子である。 In FIG. 6, the antiferromagnetic layer 2 is not provided as in FIG. FIG. 6 shows a so-called self-fixed magnetic detection element in which the magnetization of the pinned magnetic layer 4 is pinned by the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer itself.

図６では、前記固定磁性層４の下側に、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗなどの単体元素、あるいはこれらの元素のうち２種以上からなる合金、または、Ｒ―Ｍｎ（ただし元素Ｒは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成された磁歪増強層２２が５Å以上５０Å以下程度の膜厚で形成される。 In FIG. 6, a single element such as Pt, Au, Pd, Ag, Ir, Rh, Ru, Re, Mo, W, or two or more of these elements is formed below the pinned magnetic layer 4. Magnetostriction enhancement formed by an alloy or an alloy of R—Mn (wherein the element R is one or more elements of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe) The layer 22 is formed with a film thickness of about 5 to 50 mm.

固定磁性層４の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層４の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層４の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層４の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。 The magnetoelastic energy is increased by increasing the magnetostriction constant λs of the pinned magnetic layer 4, thereby increasing the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 4. When the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 4 increases, the magnetization of the pinned magnetic layer 4 is firmly fixed in a fixed direction, the output of the magnetic detection element increases, and the stability and symmetry of the output also improve.

図６に示される磁気検出素子では、固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａの前記非磁性材料層５側と反対側の面には非磁性金属製の磁歪増強層２２が前記第１固定磁性層４ａに接して設けられている。これによって、第１固定磁性層４ａの特に下面側の結晶構造に歪みを生じさせて第１固定磁性層４ａの磁歪定数λｓを大きくさせている。これによって前記固定磁性層４の一軸異方性は大きくなり、反強磁性層３が形成されなくても前記固定磁性層４をハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に強固に固定できる。 In the magnetic sensing element shown in FIG. 6, a magnetostrictive enhancement layer 22 made of a nonmagnetic metal is formed on the surface of the first pinned magnetic layer 4a constituting the pinned magnetic layer 4 on the side opposite to the nonmagnetic material layer 5 side. 1 is provided in contact with the fixed magnetic layer 4a. As a result, the crystal structure of the first pinned magnetic layer 4a, particularly the crystal structure on the lower surface side, is distorted to increase the magnetostriction constant λs of the first pinned magnetic layer 4a. As a result, the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer 4 increases, and the pinned magnetic layer 4 can be firmly pinned in a direction parallel to the height direction (Y direction in the drawing) even if the antiferromagnetic layer 3 is not formed.

前記フリー磁性層６は、ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂとその上下に拡散抑制層６ａ，６ｃとを有して構成される。第２固定磁性層４ｃはＣｏＭｎＸ合金層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２とを有している。 The free magnetic layer 6 includes a CoMnXZ alloy layer 6b and diffusion suppression layers 6a and 6c above and below it. The second pinned magnetic layer 4c has a CoMnX alloy layer 4c1 and a nonmagnetic intermediate layer side magnetic layer 4c2.

図５，図６では特にシングルスピンバルブ型薄膜素子について説明したが図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子も同様の層構造により形成される。 5 and 6, the single spin-valve type thin film element has been described in particular, but the dual spin-valve type thin film element shown in FIG. 1 is also formed with a similar layer structure.

図７及び図８は図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成を形成するための製造方法を示す一工程図であり、各図は製造工程中におけるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成の部分拡大模式図である。 7 and 8 are process diagrams showing a manufacturing method for forming the film structure of the dual spin-valve type thin film element shown in FIG. 1. Each figure shows the film structure of the dual spin-valve type thin film element during the manufacturing process. FIG.

まず下地層１，シード層２，反強磁性層３，固定磁性層４，非磁性材料層５までをスパッタ法や蒸着法で成膜する。各層の材質については図１で説明したので図１の説明を参照されたい。 First, the base layer 1, seed layer 2, antiferromagnetic layer 3, pinned magnetic layer 4 and nonmagnetic material layer 5 are formed by sputtering or vapor deposition. Since the material of each layer has been described with reference to FIG. 1, refer to the description of FIG.

図７に示すように、前記非磁性材料層５上に拡散抑制層６ａをスパッタ法や蒸着法等で成膜する。前記拡散抑制層６ａを例えばＣｏＦｅ合金で形成する。前記拡散抑制層６ａ上に薄い膜厚で元素Ｚ（元素Ｚは、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒから選ばれる一種または二種以上の元素）からなる元素Ｚ層４０をスパッタ法や蒸着法等で形成し、さらに、前記元素Ｚ層４０上に、ＣｏＭｎＸ合金層４１をスパッタ法や蒸着法等で形成する。ＣｏＭｎＸ合金層４１は、、組成式がＣｏ_ｇＭｎ_ｈＸ_ｉ（元素ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上、ｇ＋ｈ＋ｉ＝１００原子％、ｇ：ｈ：ｉ＝２：１：１）で表される金属化合物からなる層である。前記ＣｏＭｎＸ合金層４１の膜厚は前記元素Ｚ層４０よりも厚い。前記元素Ｚ層４０とＣｏＭｎＸ合金層４１とが一層づつ積層されたものを一単位（積層回数が１回）とし、前記積層回数をｎ回（ｎ＝１，２，・・・）行なう。そして最も上面側に形成された前記ＣｏＭｎＸ合金層４１上に前記元素Ｚ層４０を形成した後、前記元素Ｚ層４０上に拡散抑制層６ｃをスパッタ法や蒸着法等で成膜する。前記拡散抑制層６ｃを例えばＣｏＦｅ合金で形成する。 As shown in FIG. 7, a diffusion suppression layer 6a is formed on the nonmagnetic material layer 5 by sputtering or vapor deposition. The diffusion suppression layer 6a is formed of, for example, a CoFe alloy. An element Z layer 40 made of element Z (element Z is one or more elements selected from Al, Sn, and Cr) is formed on the diffusion suppression layer 6a with a thin film thickness by sputtering or vapor deposition. Further, a CoMnX alloy layer 41 is formed on the element Z layer 40 by a sputtering method, a vapor deposition method or the like. The CoMnX alloy layer 41 has a composition formula of Co _g Mn _h X _i (the element X is one or more of Ge, Ga, In, Si, Pb, and Zn, g + h + i = 100 atomic%, g: h: i = 2: 1: 1) is a layer made of a metal compound. The CoMnX alloy layer 41 is thicker than the element Z layer 40. The element Z layer 40 and the CoMnX alloy layer 41 are laminated one layer at a time (the number of times of lamination is 1), and the number of times of lamination is n times (n = 1, 2,...). Then, after forming the element Z layer 40 on the CoMnX alloy layer 41 formed on the uppermost surface side, the diffusion suppression layer 6c is formed on the element Z layer 40 by a sputtering method, a vapor deposition method or the like. The diffusion suppression layer 6c is formed of, for example, a CoFe alloy.

次に前記拡散抑制層６ｃ上に前記非磁性材料層７をスパッタ法や蒸着法により成膜し、さらに、固定磁性層８，前記反強磁性層９，保護層１０をスパッタ法や蒸着法等成膜する。 Next, the nonmagnetic material layer 7 is formed on the diffusion suppressing layer 6c by sputtering or vapor deposition, and the fixed magnetic layer 8, the antiferromagnetic layer 9, and the protective layer 10 are formed by sputtering or vapor deposition. Form a film.

下地層１から保護層１０を積層後、熱処理（２９０℃、３．５時間）を施す。これによって前記反強磁性層２，９と固定磁性層４，８を構成する第１固定磁性層４ａ，８ａとの界面に交換結合磁界を発生させ、前記第１固定磁性層４ａ、８ａをハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化させる。また、第１固定磁性層４ａ、８ａと第２固定磁性層４ｃ，８ｃ間にはＲＫＫＹ相互作用が働き、前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃは、前記第１固定磁性層４ａ，８ａの磁化方向と反平行に磁化される。 After laminating the protective layer 10 from the underlayer 1, heat treatment (290 ° C., 3.5 hours) is performed. As a result, an exchange coupling magnetic field is generated at the interface between the antiferromagnetic layers 2 and 9 and the first pinned magnetic layers 4a and 8a constituting the pinned magnetic layers 4 and 8, and the height of the first pinned magnetic layers 4a and 8a is increased. Magnetization is performed in a direction parallel to the direction (Y direction in the drawing). The RKKY interaction works between the first pinned magnetic layers 4a and 8a and the second pinned magnetic layers 4c and 8c, and the second pinned magnetic layers 4c and 8c are magnetized by the first pinned magnetic layers 4a and 8a. Magnetized antiparallel to the direction.

前記熱処理によって、前記フリー磁性層６内のＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂ内では、元素Ｚ層４１とＣｏＭｎＸ合金層４０とがそれぞれ拡散を起こす。図８に示す点線領域Ａは、熱処理を施す前、元素Ｚ層４１が形成されていた領域で、熱処理による拡散現象により、右図に示すように元素Ｚの組成比は他の部位に比べて高くなりやすい。このように元素Ｚは、図８の右図に示すようにフリー磁性層６内において、膜厚方向（図示Ｚ方向）に向けて増減を繰り返す組成変調を起こしている可能性がある。図７に示すように、前記元素Ｚ層４０は、前記拡散抑制層６ａ，６ｃとＣｏＭｎＸ合金層４１との間にも設けたので、元素Ｚの組成比が高い領域は前記点線領域Ａのみならず前記拡散抑制層６ａ，６ｃとの界面領域Ｄにも存在しやすい（図８）。また元素Ｚの一部は、拡散抑制層６ａ，６ｃ内にも拡散するものと予測される。 By the heat treatment, the element Z layer 41 and the CoMnX alloy layer 40 cause diffusion in the CoMnXZ alloy layer 6b in the free magnetic layer 6, respectively. A dotted line area A shown in FIG. 8 is an area where the element Z layer 41 was formed before the heat treatment, and the composition ratio of the element Z is higher than that of other parts due to the diffusion phenomenon due to the heat treatment as shown in the right figure. It tends to be expensive. Thus, the element Z may cause compositional modulation that repeatedly increases and decreases in the film thickness direction (Z direction in the figure) in the free magnetic layer 6 as shown in the right diagram of FIG. As shown in FIG. 7, since the element Z layer 40 is also provided between the diffusion suppressing layers 6a and 6c and the CoMnX alloy layer 41, the region where the composition ratio of the element Z is high is only the dotted region A. In other words, it tends to exist in the interface region D with the diffusion suppression layers 6a and 6c (FIG. 8). A part of the element Z is also expected to diffuse into the diffusion suppression layers 6a and 6c.

上記した拡散現象を良好に起こさせるために、前記元素Ｚ層４０の膜厚を、１．０Åよりも大きく３．０Å以下の範囲内とすることが好ましい。また、前記元素Ｚ層４０の膜厚を厚くすると、磁歪低減効果を期待できるが、逆にΔＲＡの低下が大きくなるため、前記元素Ｚ層４０とＣｏＭｎＸ合金層４１の膜厚比の調整も重要である。本発明では、前記元素Ｚ層４０とＣｏＭｎＸ合金層４１とを一回ずつ積層した積層構成を一単位とし、この一単位に占める前記元素Ｚ層４０の膜厚比率を、［元素Ｚ層４０の膜厚／（ＣｏＭｎＸ合金層４１の膜厚＋元素Ｚ層４０の膜厚）］×１００（％）と表したとき、前記元素Ｚ層の膜厚比率を８％以上２０％以下とすることが好ましい。上記した元素Ｚ層４０，ＣｏＭｎＸ合金層４１とを上記した膜厚比で調整することで、合金化したＣｏＭｎＸＺ合金６ｂ内における元素Ｚの平均組成比を、適切に３原子％１５原子％以下の範囲内に調整できる。
なお、ＣｏＭｎＸ合金層４１の膜厚は１０Å〜４０Åの範囲であることが好ましい。 In order to cause the above-described diffusion phenomenon to occur satisfactorily, it is preferable that the film thickness of the element Z layer 40 is in the range of more than 1.0 mm and not more than 3.0 mm. Further, if the thickness of the element Z layer 40 is increased, a magnetostriction reduction effect can be expected, but conversely, since the decrease in ΔRA increases, adjustment of the thickness ratio of the element Z layer 40 and the CoMnX alloy layer 41 is also important. It is. In the present invention, the laminated structure obtained by laminating the element Z layer 40 and the CoMnX alloy layer 41 once is defined as one unit, and the film thickness ratio of the element Z layer 40 in this unit is expressed as [element Z layer 40 When expressed as film thickness / (film thickness of CoMnX alloy layer 41 + film thickness of element Z layer 40) × 100 (%), the film thickness ratio of the element Z layer may be 8% or more and 20% or less. preferable. By adjusting the element Z layer 40 and the CoMnX alloy layer 41 with the above-described film thickness ratio, the average composition ratio of the element Z in the alloyed CoMnXZ alloy 6b is appropriately 3 atomic% to 15 atomic% or less. It can be adjusted within the range.
The film thickness of the CoMnX alloy layer 41 is preferably in the range of 10 to 40 mm.

図７，図８に示すＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法では、元素Ｚ層４０とＣｏＭｎＸ合金層４１とを交互に積層して、フリー磁性層６を形成することで、ΔＲＡを大きく出来、且つフリー磁性層６の磁歪を低減できるＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子を特に既存の製造設備を変更することなく簡単な製造方法にて形成できる。 In the method for manufacturing the CPP type spin valve thin film element shown in FIGS. 7 and 8, the element Z layer 40 and the CoMnX alloy layer 41 are alternately stacked to form the free magnetic layer 6, thereby increasing ΔRA. A CPP type spin valve thin film element capable of reducing the magnetostriction of the free magnetic layer 6 can be formed by a simple manufacturing method without changing the existing manufacturing equipment.

また本発明では、ＣｏＭｎＸＺの元素からなるターゲットを用いて、ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂを形成してもよい。なお、前記フリー磁性層６は、ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂのみで構成されていてもよく、第２固定磁性層４ｃは、ＣｏＭｎＸＺ合金層４ｃ１のみで、第２固定磁性層８ｃは、ＣｏＭｎＸＺ合金層８ｃ１のみで構成されていてもよい。 In the present invention, the CoMnXZ alloy layer 6b may be formed using a target made of CoMnXZ element. The free magnetic layer 6 may be composed of only the CoMnXZ alloy layer 6b, the second pinned magnetic layer 4c is only the CoMnXZ alloy layer 4c1, and the second pinned magnetic layer 8c is only the CoMnXZ alloy layer 8c1. It may be comprised.

以下に示す膜構成のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を製造した。
基本膜構成は、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；ＮｉＦｅＣｒ（５０）／下側反強磁性層３；ＩｒＭｎ（７０）／下側固定磁性層４［第１磁性層４ａ；ＦｅＣｏ（３０）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／非磁性中間層側磁性層４ｃ２；ＦｅＣｏ（１０）／ＣｏＭｎＸ合金層４ｃ１；ＣｏＭｎＧｅ（４０）］／非磁性材料層５；Ｃｕ（５０）／フリー磁性層６／非磁性材料層７；Ｃｕ（５０）／上側固定磁性層８［ＣｏＭｎＸ合金層８ｃ１；ＣｏＭｎＧｅ（４０）／非磁性中間層側磁性層８ｃ２；ＦｅＣｏ（１０）／非磁性中間層８ｂ；Ｒｕ（９．１）／第１固定磁性層８ａ；ＦｅＣｏ（３０）］／上側反強磁性層９；ＩｒＭｎ（７０）／保護層１０；Ｔａ（２００）であった。なお括弧内の数値は膜厚を示し単位はÅである。 A dual spin-valve type thin film element having the following film structure was manufactured.
The basic film configuration is: underlayer 1; Ta (30) / seed layer 2; NiFeCr (50) / lower antiferromagnetic layer 3; IrMn (70) / lower fixed magnetic layer 4 [first magnetic layer 4a; FeCo (30) / Nonmagnetic intermediate layer 4b; Ru (9.1) / Nonmagnetic intermediate layer side magnetic layer 4c2; FeCo (10) / CoMnX alloy layer 4c1; CoMnGe (40)] / Nonmagnetic material layer 5; Cu ( 50) / free magnetic layer 6 / nonmagnetic material layer 7; Cu (50) / upper pinned magnetic layer 8 [CoMnX alloy layer 8c1; CoMnGe (40) / nonmagnetic intermediate layer side magnetic layer 8c2; FeCo (10) / non Magnetic intermediate layer 8b; Ru (9.1) / first pinned magnetic layer 8a; FeCo (30)] / upper antiferromagnetic layer 9; IrMn (70) / protective layer 10; Ta (200). The numbers in parentheses indicate the film thickness and the unit is Å.

実験では前記フリー磁性層６の積層構成（熱処理前）を種々変更した次のサンプルを用意した。各サンプルにおけるフリー磁性層６の積層構成は以下のとおりである。 In the experiment, the following samples were prepared in which the laminated structure of the free magnetic layer 6 (before heat treatment) was variously changed. The laminated structure of the free magnetic layer 6 in each sample is as follows.

（サンプル１；比較例１）
ＣｏＭｎＧｅ（１００） (Sample 1; Comparative Example 1)
CoMnGe (100)

（サンプル２；比較例２）
ＣｏＭｎＧｅ（１４）／ＰｔＭｎ（２）／［ＣｏＭｎＧｅ（１２）／ＰｔＭｎ（２）］×６／ＣｏＭｎＧｅ（１４） (Sample 2; Comparative Example 2)
CoMnGe (14) / PtMn (2) / [CoMnGe (12) / PtMn (2)] × 6 / CoMnGe (14)

（サンプル３；比較例３）
ＣｏＭｎＧｅ（１４）／ＩｒＭｎ（２）／［ＣｏＭｎＧｅ（１２）／ＩｒＭｎ（２）］×６／ＣｏＭｎＧｅ（１４） (Sample 3; Comparative Example 3)
CoMnGe (14) / IrMn (2) / [CoMnGe (12) / IrMn (2)] × 6 / CoMnGe (14)

（サンプル４；比較例４）
ＣｏＭｎＧｅ（１４）／Ｒｕ（２）／［ＣｏＭｎＧｅ（１２）／Ｒｕ（２）］×６／ＣｏＭｎＧｅ（１４） (Sample 4; Comparative Example 4)
CoMnGe (14) / Ru (2) / [CoMnGe (12) / Ru (2)] × 6 / CoMnGe (14)

（サンプル；実施例１）
ＣｏＭｎＧｅ（１４）／Ａｌ（２）／［ＣｏＭｎＧｅ（１２）／Ａｌ（２）］×６／ＣｏＭｎＧｅ（１４） (Sample; Example 1)
CoMnGe (14) / Al (2) / [CoMnGe (12) / Al (2)] × 6 / CoMnGe (14)

（サンプル；実施例２）
ＣｏＭｎＧｅ（１４）／Ｃｒ（２）／［ＣｏＭｎＧｅ（１２）／Ｃｒ（２）］×６／ＣｏＭｎＧｅ（１４） (Sample; Example 2)
CoMnGe (14) / Cr (2) / [CoMnGe (12) / Cr (2)] × 6 / CoMnGe (14)

（サンプル；実施例３）
ＣｏＭｎＧｅ（１４）／Ｓｎ（２）／［ＣｏＭｎＧｅ（１２）／Ｓｎ（２）］×６／ＣｏＭｎＧｅ（１４） (Sample; Example 3)
CoMnGe (14) / Sn (2) / [CoMnGe (12) / Sn (2)] × 6 / CoMnGe (14)

上記フリー磁性層の積層構成の表記において()内の数値は膜厚（Å）を示している。また「×６」とは、［］内の膜構成を６回積層したことを意味する。なお全てのサンプルにおいて、ＣｏＭｎＧｅ合金中に占める元素Ｃｏ、元素Ｍｎ、元素Ｇｅの組成比は２：１：１である。
上記各サンプルを形成した後、各サンプルに対し熱処理を施した。 In the description of the laminated structure of the free magnetic layer, the numerical value in parentheses indicates the film thickness (Å). “× 6” means that the film structure in [] is laminated six times. In all the samples, the composition ratio of element Co, element Mn, and element Ge in the CoMnGe alloy is 2: 1: 1.
After each sample was formed, each sample was subjected to heat treatment.

次に、各サンプルの熱処理後において測定したフリー磁性層の磁歪定数λと各サンプルのΔＲＡを測定した。結果を図９に示す。 Next, the magnetostriction constant λ of the free magnetic layer measured after the heat treatment of each sample and ΔRA of each sample were measured. The results are shown in FIG.

図９に示すように、フリー磁性層をＣｏＭｎＧｅ合金層とＰｔＭｎ合金層の積層体、ＣｏＭｎＧｅ合金層とＩｒＭｎ合金層の積層体、ＣｏＭｎＧｅ合金層とＲｕ層の積層体で形成した比較例２、３、４のフリー磁性層の磁歪定数λｓは、フリー磁性層をＣｏＭｎＧｅ合金のみで形成したときの磁歪定数λｓとほとんど変わらない。 As shown in FIG. 9, Comparative Examples 2, 3 in which the free magnetic layer is formed of a CoMnGe alloy layer and a PtMn alloy layer laminate, a CoMnGe alloy layer and an IrMn alloy layer laminate, and a CoMnGe alloy layer and a Ru layer laminate. The magnetostriction constant λs of the free magnetic layer 4 is almost the same as the magnetostriction constant λs when the free magnetic layer is formed of only CoMnGe alloy.

一方、フリー磁性層をＣｏＭｎＧｅ合金層とＡｌ層の積層体、ＣｏＭｎＧｅ合金層とＣｒ層の積層体、ＣｏＭｎＧｅ合金層とＳｎ層の積層体で形成した実施例１、２、３のフリー磁性層の磁歪定数λｓは、フリー磁性層をＣｏＭｎＧｅ合金のみで形成したときの磁歪定数λｓと比較して有意に低下している。 On the other hand, each of the free magnetic layers of Examples 1, 2, and 3 in which the free magnetic layer was formed of a CoMnGe alloy layer and Al layer laminate, a CoMnGe alloy layer and Cr layer laminate, and a CoMnGe alloy layer and Sn layer laminate. The magnetostriction constant λs is significantly lower than the magnetostriction constant λs when the free magnetic layer is formed of only CoMnGe alloy.

なお、フリー磁性層をＣｏＭｎＧｅ合金層とＡｌ層の積層体で形成した実施例１の磁気検出素子のΔＲＡは５．８ｍΩ・μｍ^２、ＣｏＭｎＧｅ合金層とＳｎ層の積層体で形成した実施例３の磁気検出素子のΔＲＡは７．０ｍΩ・μｍ^２であり、共にＣＰＰ型磁気検出素子に要求される５．０ｍΩ・μｍ^２以上のΔＲＡを実現している。 In addition, ΔRA of the magnetic detection element of Example 1 in which the free magnetic layer is formed of a laminate of a CoMnGe alloy layer and an Al layer is 5.8 mΩ · μm ² , and Example 3 of the magnetic detection element is formed of a laminate of a CoMnGe alloy layer and an Sn layer. The ΔRA of the magnetic detection element is 7.0 mΩ · μm ² , and both achieve ΔRA of 5.0 mΩ · μm ² or more required for the CPP type magnetic detection element.

実験では前記フリー磁性層６の積層構成（熱処理前）を
ＣｏＭｎＧｅ（１４）／Ａｌ（ｘ）／［ＣｏＭｎＧｅ（１２）／Ａｌ（ｘ）］×６／ＣｏＭｎＧｅ（１４）として、Ａｌ層の膜厚ｘ（Å）を変化させた種々の磁気検出素子を形成した熱処理にかけ、フリー磁性層中の元素Ａｌの原子％濃度とフリー磁性層の磁歪定数λｓとの関係及びフリー磁性層中の元素Ａｌの原子％濃度と磁気検出素子のΔＲＡとの関係を調べた。 In the experiment, the laminated structure (before heat treatment) of the free magnetic layer 6 is CoMnGe (14) / Al (x) / [CoMnGe (12) / Al (x)] × 6 / CoMnGe (14). A heat treatment for forming various magnetic sensing elements with varying x (Å) is carried out, the relationship between the atomic% concentration of elemental Al in the free magnetic layer and the magnetostriction constant λs of the free magnetic layer and the elemental Al in the free magnetic layer. The relationship between the atomic% concentration and ΔRA of the magnetic detection element was examined.

上記フリー磁性層の積層構成の表記において()内の数値は膜厚（Å）を示している。また「×６」とは、［］内の膜構成を６回積層したことを意味する。なお全てのサンプルにおいて、ＣｏＭｎＧｅ合金中に占める元素Ｃｏ、元素Ｍｎ、元素Ｇｅの組成比は２：１：１である。 In the description of the laminated structure of the free magnetic layer, the numerical value in parentheses indicates the film thickness (Å). “× 6” means that the film structure in [] is laminated six times. In all the samples, the composition ratio of element Co, element Mn, and element Ge in the CoMnGe alloy is 2: 1: 1.

結果を図１０に示す。なお、フリー磁性層中の元素Ａｌの原子％濃度とは、フリー磁性層を構成する原子全体を１００原子％としたときのフリー磁性層内部に含まれる元素Ａｌの原子％である。この元素Ａｌの原子％濃度の値はフリー磁性層に元素Ａｌが均一に拡散していても不均一に拡散していても同じ値になる。 The results are shown in FIG. The atomic% concentration of elemental Al in the free magnetic layer is the atomic% of elemental Al contained in the free magnetic layer when the total atoms constituting the free magnetic layer are 100 atomic%. The value of the atomic% concentration of the element Al is the same whether the element Al is diffused uniformly or non-uniformly in the free magnetic layer.

図１０に示すように、フリー磁性層中の元素Ａｌの原子％を大きくしていくと、ΔＲＡが直線的に低下する傾向が見られる。 As shown in FIG. 10, when the atomic% of the element Al in the free magnetic layer is increased, ΔRA tends to decrease linearly.

また、フリー磁性層中の元素Ａｌの原子％濃度を大きくしていくと磁歪が低下し、特に元素Ａｌの原子％濃度が３％以上のとき、ΔＲＡの低下する割合に比べて磁歪の低下する割合のほうが大きくなることがわかった。このように、本発明では、ΔＲＡの低下を抑制しつつ、磁歪低減の効果を期待できることがわかった。 Further, as the atomic% concentration of elemental Al in the free magnetic layer is increased, the magnetostriction is reduced. In particular, when the atomic% concentration of elemental Al is 3% or more, the magnetostriction is lower than the rate of decrease of ΔRA. It turns out that the ratio becomes larger. Thus, in the present invention, it was found that the effect of reducing magnetostriction can be expected while suppressing the decrease in ΔRA.

本発明の第１実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た模式図、The schematic diagram which looked at the structure of the magnetic detection element (dual spin valve type thin film element) of 1st Embodiment of this invention from the opposing surface side with a recording medium, 本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た模式図、The schematic diagram which looked at the structure of the magnetic detection element (single spin-valve type thin film element) of 2nd Embodiment of this invention from the opposing surface side with a recording medium, 図１に示す下側固定磁性層のＣｏＭｎＸＺ合金層から、上側固定磁性層の非磁性材料層側固定磁性層までの層構造を拡大した部分拡大模式図、FIG. 1 is a partially enlarged schematic diagram in which the layer structure from the CoMnXZ alloy layer of the lower pinned magnetic layer shown in FIG. 1 to the nonmagnetic material layer side pinned magnetic layer of the upper pinned magnetic layer is enlarged; 図３に示すＣｏＭｎＸＺ層の部分をさらに拡大した部分拡大した部分拡大模式図と、ＣｏＭｎＸＺ層中に占める元素Ｚの組成変調を説明するためのグラフ、FIG. 3 is a partially enlarged schematic diagram in which the portion of the CoMnXZ layer shown in FIG. 3 is further enlarged, and a graph for explaining the compositional modulation of the element Z in the CoMnXZ layer. 図２に示す磁気検出素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the reproducing head having the structure of the magnetic detection element shown in FIG. 2 as viewed from the side facing the recording medium; 図５とは異なる層構造の磁気検出素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a reproducing head having a structure of a magnetic detection element having a layer structure different from that of FIG. 図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を説明するための一工程図（模式図）、1 process drawing (schematic diagram) for explaining the manufacturing method of the dual spin-valve type thin film element shown in FIG. 図７の次に行なわれる一工程図（模式図）、One process diagram (schematic diagram) performed after FIG. フリー磁性層の組成と磁歪定数λｓとの関係を示すグラフ、A graph showing the relationship between the composition of the free magnetic layer and the magnetostriction constant λs, フリー磁性層の組成と磁歪定数λｓ及びΔＲＡとの関係を示すグラフ、A graph showing the relationship between the composition of the free magnetic layer and the magnetostriction constants λs and ΔRA; 従来の磁気検出素子を示す断面図、Sectional drawing which shows the conventional magnetic detection element,

Explanation of symbols

１下地層
２シード層
３、９反強磁性層
４、８固定磁性層
５、７非磁性材料層
６フリー磁性層
６ａ、６ｂ拡散抑制層
６ｂＣｏＭｎＸＺ合金層
１０保護層
４０元素Ｚ層
４１ＣｏＭｎＸ合金層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Underlayer 2 Seed layer 3, 9 Antiferromagnetic layer 4, 8 Fixed magnetic layer 5, 7 Nonmagnetic material layer 6 Free magnetic layer 6a, 6b Diffusion suppression layer 6b CoMnXZ alloy layer 10 Protective layer 40 Element Z layer 41 CoMnX alloy layer

Claims

In a magnetic sensing element having a fixed magnetic layer in which a magnetization direction is fixed, and a free magnetic layer that is formed on the fixed magnetic layer via a nonmagnetic material layer and whose magnetization direction varies due to an external magnetic field.
The free magnetic layer has a composition formula of Co _g Mn _h X _i Z _j (the element X is one or more of Ge, Ga, In, Si, Pb, Zn, and the element Z is Al, Sn, Cr). 1 or 2 or more of them, g, h, i, j are atomic%, and have a CoMnXZ alloy layer made of a metal compound represented by g + h + i + j = 100 atomic%)
A magnetic sensing element, wherein the composition ratio of the element Z is modulated from the lower surface to the upper surface of the CoMnXZ alloy layer.

The magnetic detection element according to claim 1, wherein regions where the composition ratio of element Z increases and regions where the element Z decreases decrease alternately from the lower surface to the upper surface of the CoMnXZ alloy layer.

3. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the atomic percent concentration of Z in the CoMnXZ alloy layer is 3 atomic percent or more and 15 atomic percent or less.

The free magnetic layer has a laminated structure in which a diffusion suppression layer of a magnetic material is formed above and below a CoMnXZ alloy layer, and the diffusion prevention layer is formed in contact with an interface with the nonmagnetic material layer. The magnetic detection element according to any one of 1 to 3 .

The magnetic detection element according to claim 4, wherein the diffusion suppression layer is formed of a CoFe alloy.

An antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, the magnetization direction of which is pinned by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer, and the nonmagnetic layer on the pinned magnetic layer the magnetic sensing element according to any one of claims 1 to 5 and a the free magnetic layer formed over the material layer.

A nonmagnetic material layer laminated on the top and bottom of said free magnetic layer, one of the of claims 1 to 5 having the fixed magnetic layer underlying the top and the other of said non-magnetic material layer of non-magnetic material layer Any one of the magnetic detection elements.

An antiferromagnetic layer is provided above one of the pinned magnetic layers and below the other pinned magnetic layer and fixes the magnetization direction of each of the pinned magnetic layers in a fixed direction by an exchange anisotropic magnetic field. The magnetic detection element according to claim 7 .

It said fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a magnetic sensing element according to any one of claims 1 to 8 sense current flows in a direction perpendicular to the film surface of the free magnetic layer.