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JP2003101097A - Magnetic detection element and manufacturing method therefor - Google Patents

Magnetic detection element and manufacturing method therefor

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Publication number
JP2003101097A
JP2003101097A JP2001286117A JP2001286117A JP2003101097A JP 2003101097 A JP2003101097 A JP 2003101097A JP 2001286117 A JP2001286117 A JP 2001286117A JP 2001286117 A JP2001286117 A JP 2001286117A JP 2003101097 A JP2003101097 A JP 2003101097A
Authority
JP
Japan
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layer
magnetic
multilayer film
insulating material
material layer
Prior art date
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Application number
JP2001286117A
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Japanese (ja)
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Inventor
Yoshihiro Nishiyama
義弘 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CPP magnetic detection element which secure electrical insulation of both end surfaces of a multilayer film, having magnetoresistive effect. SOLUTION: The multilayer film T1 is formed in a through-hole H bored in an insulating material layer 29. Once the multilayer film T1 is formed in the through-hole H bored in the insulating material layer 29, the center part C of the multilayer film T1 having a magnetic field detection function is protected by the insulating material layer 29, and even if side end parts S and S are ground by milling to prevent a free magnetic layer 27 and a fixed magnetic layer 25 from short-circuiting, influence on the magnetic field detection function can be eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CPP(current
perpendicular to the plane)型の磁気検出素子に
係り、特に、磁気検出素子を構成する薄膜層間の短絡を
防止することができ、品質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に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to CPP (current
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a perpendicular to the plane) type magnetic detecting element, and more particularly to a magnetic detecting element capable of preventing a short circuit between thin film layers constituting the magnetic detecting element and improving quality, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】図16及び図17は従来の磁気検出素子
の製造方法を示す図、図18は従来の磁気検出素子を記
録媒体からの対向面側からみた断面図である。
16 and 17 are views showing a method of manufacturing a conventional magnetic detecting element, and FIG. 18 is a cross-sectional view of the conventional magnetic detecting element as seen from a surface facing a recording medium.

【0003】まず、基板(図示せず)上に、NiFeな
どからなる下部シールド層1、Cuなどからなる下部電
極層2を形成する。さらに、下部電極層2の上に、第1
フリー磁性層3a、非磁性中間層3b、第2フリー磁性
層3cからなるフリー磁性層3、非磁性材料層4、第2
固定磁性層5a、非磁性中間層5b、第1固定磁性層5
cからなる固定磁性層5、及び反強磁性層6を順次積層
する。
First, a lower shield layer 1 made of NiFe or the like and a lower electrode layer 2 made of Cu or the like are formed on a substrate (not shown). Further, on the lower electrode layer 2, the first
Free magnetic layer 3 including free magnetic layer 3a, non-magnetic intermediate layer 3b, and second free magnetic layer 3c, non-magnetic material layer 4, second
Pinned magnetic layer 5a, non-magnetic intermediate layer 5b, first pinned magnetic layer 5
The fixed magnetic layer 5 made of c and the antiferromagnetic layer 6 are sequentially laminated.

【0004】第1フリー磁性層3a、第2フリー磁性層
3c、第2固定磁性層5a、第1固定磁性層5cは、N
iFeなどで形成される。また、非磁性材料層4はCu
などで形成され、非磁性中間層3b及び5bはRuなど
で形成される。
The first free magnetic layer 3a, the second free magnetic layer 3c, the second pinned magnetic layer 5a, and the first pinned magnetic layer 5c are N
It is formed of iFe or the like. The nonmagnetic material layer 4 is made of Cu.
And the nonmagnetic intermediate layers 3b and 5b are made of Ru or the like.

【0005】フリー磁性層3から反強磁性層6までが多
層膜Tとなる。さらに、多層膜T上に、リフトオフ用の
レジスト層Rを形成した状態が図16に示されている。
The free magnetic layer 3 to the antiferromagnetic layer 6 form a multilayer film T. Further, FIG. 16 shows a state in which a lift-off resist layer R is formed on the multilayer film T.

【0006】次に、レジスト層Rに覆われていない多層
膜Tをイオンミリングによって除去した状態を図17に
示す。
Next, FIG. 17 shows a state in which the multilayer film T not covered with the resist layer R is removed by ion milling.

【0007】さらに、前記イオンミリングにおいて削り
残された多層膜Tの両側であって下部電極層2上に、絶
縁層7,7を介して、CoPtなどの硬磁性材料からな
るハードバイアス層8,8を積層し、ハードバイアス層
8,8の上層に絶縁層9,9を積層した後、レジスト層
Rを除去する。
Further, hard bias layers 8 made of a hard magnetic material such as CoPt are formed on the lower electrode layer 2 on both sides of the multilayer film T left unetched by the ion milling, with the insulating layers 7 and 7 interposed therebetween. 8 is laminated, the insulating layers 9 and 9 are laminated on the hard bias layers 8 and 8, and then the resist layer R is removed.

【0008】レジスト層Rを除去した後、Cuなどによ
って上部電極層10及びNiFeなどからなる上部シー
ルド層11が積層されると、図18に示される磁気検出
素子が形成される。この磁気検出素子は、反強磁性層6
がフリー磁性層3の上層に位置するいわゆるトップスピ
ン型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
After removing the resist layer R, when the upper electrode layer 10 and the upper shield layer 11 made of NiFe or the like are laminated with Cu or the like, the magnetic sensing element shown in FIG. 18 is formed. This magnetic detection element has an antiferromagnetic layer 6
Is a so-called top-spin type spin-valve type magnetic sensing element located above the free magnetic layer 3.

【0009】図18に示される磁気検出素子は、いわゆ
るCPP(current perpendicularto the plane)型
の磁気検出素子であり、センス電流が多層膜Tの各膜面
に対し垂直方向に流されるものである。
The magnetic sensing element shown in FIG. 18 is a so-called CPP (current perpendicular to the plane) type magnetic sensing element in which a sense current is passed in a direction perpendicular to each film surface of the multilayer film T.

【0010】検出対象の磁界(外部磁界)が磁気検出素
子に印加される前の状態において、固定磁性層5の磁化
方向とフリー磁性層3の磁化方向は、所定の角度をなし
ている。この状態の磁気検出素子に外部磁界が印加され
ると、フリー磁性層3の磁化方向が回転し、固定磁性層
5の磁化方向とフリー磁性層3の磁化方向の相対角度が
変化して、磁気検出素子の直流抵抗値及び出力電圧が変
化する。
In the state before the magnetic field to be detected (external magnetic field) is applied to the magnetic detection element, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 5 and the magnetization direction of the free magnetic layer 3 form a predetermined angle. When an external magnetic field is applied to the magnetic detection element in this state, the magnetization direction of the free magnetic layer 3 rotates, and the relative angle between the magnetization direction of the fixed magnetic layer 5 and the magnetization direction of the free magnetic layer 3 changes, and The DC resistance value and output voltage of the detection element change.

【0011】CPP型の磁気検出素子は、多層膜Tの各
膜面に対しほぼ水平方向にセンス電流が流されるCIP
(current in the plane)型の磁気検出素子と比べ
て、発熱量(P)を一定として、前記多層膜Tの各膜面
の面積を小さくしたときの、抵抗変化量ΔR及び出力Δ
Vを大きくすることができる。
The CPP type magnetic detecting element is a CIP in which a sense current is flowed in a direction substantially horizontal to each film surface of the multilayer film T.
Compared with a (current in the plane) type magnetic detecting element, the amount of resistance change ΔR and the output Δ when the area of each film surface of the multilayer film T is reduced with the amount of heat generation (P) kept constant.
V can be increased.

【0012】すなわち、素子サイズを小さくしていく
と、CIP型よりもCPP型にする方が出力を大きくで
き、CPP型は、今後の高記録密度化に伴う素子サイズ
の狭小化に適切に対応できる構造であると期待されてい
る。
That is, as the element size is made smaller, the output can be made larger in the CPP type than in the CIP type, and the CPP type appropriately responds to the narrowing of the element size accompanying the future increase in recording density. It is expected to be a structure that can.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図16及び図
17に示された製造方法によって形成された図18に示
される従来のCPP型の磁気検出素子では、次のような
問題が生じていた。
However, the conventional CPP type magnetic sensing element shown in FIG. 18 formed by the manufacturing method shown in FIGS. 16 and 17 has the following problems. .

【0014】多層膜Tのレジスト層Rによって覆われて
いない領域をイオンミリングによって削るときに多層膜
Tの各層の材料が、削り残される多層膜Tのトラック幅
方向の側端面に付着し、図17及び図18に示されるよ
うな再付着物層L,Lとなる。
When the region of the multilayer film T not covered with the resist layer R is shaved by ion milling, the material of each layer of the multilayer film T adheres to the side end surface of the multilayer film T left uncut, in the track width direction. 17 and the reattachment layers L and L as shown in FIG.

【0015】多層膜Tを構成するフリー磁性層3、非磁
性材料層4、固定磁性層5、反強磁性層6は導電性材料
からなるものであるので、多層膜Tのトラック幅方向の
側端面に再付着物層L,Lが付着すると、図18に示さ
れる磁気検出素子において、上部電極層10から下部電
極層2に直流電流を流したときに、多層膜Tの各層が電
気的に短絡してしまう。
Since the free magnetic layer 3, the non-magnetic material layer 4, the pinned magnetic layer 5 and the antiferromagnetic layer 6 forming the multilayer film T are made of a conductive material, the side of the multilayer film T in the track width direction. When the redeposited material layers L, L are attached to the end faces, in the magnetic detection element shown in FIG. 18, when a direct current is passed from the upper electrode layer 10 to the lower electrode layer 2, each layer of the multilayer film T is electrically connected. It will short circuit.

【0016】特に、センス電流が多層膜Tの各膜面に対
し垂直方向に流されるCPP型磁気検出素子の場合に
は、フリー磁性層3と固定磁性層5が短絡すると、外部
磁界が印加されてフリー磁性層3の磁化方向が変化して
も、抵抗変化が生じなくなり、磁気検出素子として機能
しなくなってしまう。
In particular, in the case of the CPP type magnetic sensing element in which the sense current is passed in the direction perpendicular to each film surface of the multilayer film T, when the free magnetic layer 3 and the pinned magnetic layer 5 are short-circuited, an external magnetic field is applied. Even if the magnetization direction of the free magnetic layer 3 changes, the resistance does not change and the magnetic detection element does not function.

【0017】また、絶縁層7,7、ハードバイアス層
8,8、絶縁層9,9を多層膜Tの両側領域に積層する
前に、多層膜Tの上面に対する法線方向からの入射角度
が大きいイオンミリングを行って再付着物層L,Lを削
って除去すると、多層膜Tの側端面付近が損傷し、磁気
検出素子の磁界検出能が低下する。
Before the insulating layers 7 and 7, the hard bias layers 8 and 8 and the insulating layers 9 and 9 are stacked on both side regions of the multilayer film T, the incident angle from the normal direction to the upper surface of the multilayer film T is set. When large ion milling is performed to remove and remove the reattachment layers L, L, the vicinity of the side end surface of the multilayer film T is damaged and the magnetic field detection capability of the magnetic detection element is reduced.

【0018】本発明は、上記従来の課題を解決するため
のものであり、磁気検出素子の多層膜を構成する各層間
の電気的絶縁をとることができ、品質を向上させること
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。
The present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to obtain electrical insulation between the layers constituting the multilayer film of the magnetic detection element and to improve the quality of the magnetic detection. An object is to provide an element and a manufacturing method thereof.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、磁気抵抗効果
素子、並びに前記磁気抵抗効果素子の上面に電気的に接
続された上部電極層及び前記磁気抵抗効果素子の下面に
電気的に接続された下部電極層を有し、前記磁気抵抗効
果素子の膜面と垂直方向に電流を供給する磁気検出素子
において、前記磁気抵抗効果素子が絶縁材料層を上下方
向に貫通する貫通孔内部に形成されていることを特徴と
するものである。
The present invention provides a magnetoresistive effect element, an upper electrode layer electrically connected to the upper surface of the magnetoresistive effect element and a lower surface of the magnetoresistive effect element. And a lower electrode layer for supplying a current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect element, wherein the magnetoresistive effect element is formed inside a through hole vertically penetrating an insulating material layer. It is characterized by that.

【0020】本発明では、外部磁界(信号磁界)が印加
されると電気抵抗が変化する前記磁気抵抗効果素子が、
絶縁材料層に設けられた貫通孔内部に形成されるので、
前記磁気抵抗効果素子が前記絶縁材料層によって保護さ
れる。
According to the present invention, the magnetoresistive effect element whose electric resistance changes when an external magnetic field (signal magnetic field) is applied,
Since it is formed inside the through hole provided in the insulating material layer,
The magnetoresistive effect element is protected by the insulating material layer.

【0021】従って、前記磁気抵抗効果素子をイオンミ
リングなどで削り出し形成するときに、前記磁気抵抗効
果素子の磁界検出能を有する部位が損傷することを防ぐ
ことができる。
Therefore, when the magnetoresistive effect element is carved and formed by ion milling or the like, it is possible to prevent the portion of the magnetoresistive effect element having the magnetic field detecting ability from being damaged.

【0022】なお、前記絶縁材料層は、反応性イオンミ
リングによって削られる材料から形成されることが好ま
しい。
The insulating material layer is preferably formed of a material that is ground by reactive ion milling.

【0023】反応性イオンミリングによって削られる材
料とは、例えば、SiO2、Ta2 5である。
Material cut by reactive ion milling
The material is, for example, SiO2, Ta2O FiveIs.

【0024】前記絶縁材料層は、反応性イオンミリング
によって削られる材料から形成されると、前記貫通孔の
側面を前記絶縁材料層の上面に対する垂直面にすること
が容易になり、前記磁気抵抗効果素子のトラック幅寸法
を正確に規定することができるので好ましい。ただし、
前記貫通孔の側面が、前記絶縁材料層の上面に対する傾
斜面であってもよい。
When the insulating material layer is formed of a material which is ground by reactive ion milling, it becomes easy to make the side surface of the through hole perpendicular to the upper surface of the insulating material layer, and the magnetoresistive effect is obtained. This is preferable because the track width dimension of the device can be accurately defined. However,
The side surface of the through hole may be an inclined surface with respect to the upper surface of the insulating material layer.

【0025】また、本発明の磁気検出素子では、前記磁
気抵抗効果素子の側端部が、前記絶縁材料層の上面に積
層されていてもよい。この場合、前記絶縁材料層の上面
に積層された前記磁気抵抗効果素子の側端部は、前記磁
気抵抗効果素子の前記貫通孔内部に位置する中心部より
も磁気抵抗効果が低下していることが好ましい。
In the magnetic detection element of the present invention, the side end portion of the magnetoresistive effect element may be laminated on the upper surface of the insulating material layer. In this case, the side end portion of the magnetoresistive effect element laminated on the upper surface of the insulating material layer has a lower magnetoresistive effect than the central portion of the magnetoresistive effect element located inside the through hole. Is preferred.

【0026】前記磁気抵抗効果素子の側端部が、前記絶
縁材料層の上面に積層される場合、前記磁気抵抗効果素
子は、前記貫通孔内部から前記絶縁材料層の上面にかけ
て形成され、前記貫通孔の上部開口部の縁部上で屈曲す
る。前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率は屈曲した
部分(屈曲部)で低下する。
When the side end portion of the magnetoresistive effect element is laminated on the upper surface of the insulating material layer, the magnetoresistive effect element is formed from the inside of the through hole to the upper surface of the insulating material layer, and the through hole is formed. Bend over the edge of the upper opening of the hole. The rate of change in magnetoresistance of the magnetoresistive element decreases at the bent portion (bent portion).

【0027】従って、前記磁気抵抗効果素子の前記貫通
孔内部に位置する中心部に電流を流すと、主に前記貫通
孔内部の磁気抵抗変化のみが検出され、前記磁気抵抗効
果素子の側端部の磁気抵抗効果は、前記中心部よりも低
下する。
Therefore, when an electric current is passed through the central portion of the magnetoresistive effect element located inside the through hole, only the magnetoresistive change inside the through hole is mainly detected, and the side end portion of the magnetoresistive effect element is detected. The magnetoresistive effect of is lower than that of the central portion.

【0028】また、前記磁気抵抗効果素子の側端部にミ
リング粒子を打ち込んで、故意に磁気抵抗効果を低下さ
せることもできる。
It is also possible to intentionally reduce the magnetoresistive effect by implanting milling particles at the side end portions of the magnetoresistive effect element.

【0029】本発明では、前記磁気抵抗効果素子を、固
定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有する多層
膜からなる、いわゆるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子
として形成することができる。
In the present invention, the magnetoresistive effect element can be formed as a so-called spin valve type magnetoresistive effect element composed of a multilayer film having a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer and a free magnetic layer.

【0030】スピンバルブ型磁気抵抗効果素子におい
て、前記フリー磁性層と前記固定磁性層が短絡すると、
外部磁界が印加されて前記フリー磁性層の磁化方向が変
化しても、抵抗変化が生じなくなり、磁気検出素子とし
て機能しなくなる。
In the spin valve type magnetoresistive effect element, when the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are short-circuited,
Even if an external magnetic field is applied and the magnetization direction of the free magnetic layer changes, the resistance change does not occur and the magnetic detection element does not function.

【0031】従来の磁気検出素子では、上述したように
製造過程における、前記フリー磁性層と前記固定磁性層
が金属材料の再付着によって短絡する確率が高かった。
In the conventional magnetic sensing element, as described above, there is a high probability that the free magnetic layer and the fixed magnetic layer are short-circuited due to redeposition of the metal material in the manufacturing process.

【0032】しかし、本発明では、前記多層膜が絶縁材
料層に設けられた貫通孔内部に形成され、前記多層膜が
前記絶縁材料層によって保護される。従って、前記フリ
ー磁性層と前記固定磁性層が電気的に短絡することを防
ぐことができる。
However, in the present invention, the multilayer film is formed inside the through hole provided in the insulating material layer, and the multilayer film is protected by the insulating material layer. Therefore, it is possible to prevent an electrical short circuit between the free magnetic layer and the pinned magnetic layer.

【0033】特に、前記多層膜の側端部が、前記絶縁材
料層の上面に積層されていると、前記フリー磁性層と前
記固定磁性層の側端面に金属材料が再付着することがあ
る。しかし、前記絶縁材料層の上面に積層される前記多
層膜の側端部は、磁界検出能に関与させないことが好ま
しいこともあり、前記多層膜の上面に対する法線方向
(磁気検出素子が形成される基板表面に対する法線方
向)に対して大きな入射角度のミリングによって削られ
ることが好ましい。このミリング工程によって、前記フ
リー磁性層と前記固定磁性層の側端面に再付着した金属
材料を除去して、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の
電気的短絡を解消できる。
In particular, when the side end portions of the multilayer film are laminated on the upper surface of the insulating material layer, the metal material may redeposit on the side end faces of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer. However, it may be preferable that the side end portion of the multilayer film laminated on the upper surface of the insulating material layer is not involved in the magnetic field detection ability. It is preferable to grind by a milling with a large incident angle with respect to the (normal direction to the substrate surface). By this milling process, the metal material redeposited on the side end surfaces of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer can be removed, and an electrical short circuit between the free magnetic layer and the pinned magnetic layer can be eliminated.

【0034】前記多層膜は、例えば、前記固定磁性層に
接する反強磁性層を有し、下から、反強磁性層、固定磁
性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順序で積層されて
いる、いわゆるボトム型のスピンバルブ型磁気抵抗効果
素子として形成される。
The multilayer film has, for example, an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and the antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic material layer, and the free magnetic layer are stacked in this order from the bottom. It is formed as a so-called bottom type spin valve type magnetoresistive effect element.

【0035】あるいは、前記多層膜は、前記固定磁性層
に接する反強磁性層を有し、下から、フリー磁性層、非
磁性材料層、固定磁性層及び反強磁性層の順序で積層さ
れているいわゆるトップ型のスピンバルブ型磁気抵抗効
果素子として形成される。
Alternatively, the multilayer film has an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a pinned magnetic layer and an antiferromagnetic layer are stacked in this order from the bottom. It is formed as a so-called top type spin valve type magnetoresistive effect element.

【0036】本発明では、前記多層膜の少なくとも前記
フリー磁性層のトラック幅方向における側端面に対向し
て、硬磁性材料からなる一対の縦バイアス層が設けられ
ることにより、前記フリー磁性層に縦バイアス磁界を与
えることができる。
In the present invention, a pair of vertical bias layers made of a hard magnetic material are provided so as to face at least the side end faces of the free magnetic layer in the track width direction of the multilayer film, whereby the free magnetic layer is longitudinally aligned. A bias magnetic field can be applied.

【0037】または、前記多層膜の前記フリー磁性層に
重ねられて反強磁性材料または強磁性材料からなる一対
の縦バイアス層が設けられることにより、前記フリー磁
性層に縦バイアス磁界を与えることができる。
Alternatively, a longitudinal bias magnetic field can be applied to the free magnetic layer by providing a pair of longitudinal bias layers made of an antiferromagnetic material or a ferromagnetic material on the free magnetic layer of the multilayer film. it can.

【0038】あるいは、前記多層膜の前記フリー磁性層
の前記非磁性材料層と接する面と反対の面側に、非磁性
材料からなる分離層を介して、硬磁性材料からなる縦バ
イアス層が設けられることにより、前記フリー磁性層に
縦バイアス磁界を与えることができる。
Alternatively, a longitudinal bias layer made of a hard magnetic material is provided on the surface side of the free magnetic layer of the multilayer film opposite to the surface in contact with the nonmagnetic material layer, with a separation layer made of a nonmagnetic material interposed therebetween. As a result, a longitudinal bias magnetic field can be applied to the free magnetic layer.

【0039】なお、前記絶縁材料層は鏡面反射効果を有
することが好ましい。ここで前記スペキュラー膜(鏡面
反射膜)を用いることによる鏡面反射効果について図6
を参照しながら説明する。図6は本発明における磁気検
出素子の構造の一部を模式図的に示したものである。
The insulating material layer preferably has a specular reflection effect. Here, the specular reflection effect by using the specular film (specular reflection film) is shown in FIG.
Will be described with reference to. FIG. 6 schematically shows a part of the structure of the magnetic detection element according to the present invention.

【0040】アップスピン電子(図では上向き矢印で示
している)は、固定磁性層の磁化とフリー磁性層の磁化
が平行となる状態では、固定磁性層、非磁性材料層を通
りぬけて、前記フリー磁性層の内部を移動できる。
The up-spin electrons (indicated by an upward arrow in the figure) pass through the pinned magnetic layer and the non-magnetic material layer in the state where the magnetization of the pinned magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer are parallel to each other, and It can move inside the free magnetic layer.

【0041】ここでトラック幅Twの狭小化が進み特に
素子面積が60nm角以下になると、前記アップスピン
電子の一部は、前記フリー磁性層の内部を通過する前
に、多層膜の側端面に衝突しやすくなるが、前記多層膜
の側端面にスペキュラー膜を設けると、前記多層膜の側
端面に到達した前記アップスピン電子は、そこでスピン
状態(エネルギー、量子状態など)を保持したまま鏡面
反射する。そして鏡面反射したアップスピン電子の伝導
電子は、移動向きを変えて前記フリー磁性層内を通り抜
けることが可能になる。
Here, when the track width Tw is further narrowed and especially the element area becomes 60 nm square or less, a part of the up-spin electrons is transferred to the side end surface of the multilayer film before passing through the inside of the free magnetic layer. It becomes easy to collide, but when a specular film is provided on the side end surface of the multilayer film, the up-spin electrons that reach the side end surface of the multilayer film are specularly reflected while holding the spin state (energy, quantum state, etc.) there. To do. Then, the conduction electrons of the up-spin electrons that are specularly reflected can change their moving directions and pass through the inside of the free magnetic layer.

【0042】このため、素子面積の狭小化においても前
記アップスピン電子を持つ伝導電子の平均自由行程λ+
を従来に比べて伸ばすことが可能になり、よって前記ア
ップスピン電子を持つ伝導電子の平均自由行程λ+と、
ダウンスピン電子を持つ伝導電子の平均自由行程λ-
の差を大きくすることができ、従って再生出力の向上と
ともに、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが可
能になる。
Therefore, even when the device area is narrowed, the mean free path λ + of the conduction electrons having the up-spin electrons is
Can be extended as compared with the conventional one, so that the mean free path λ + of the conduction electrons having the up-spin electrons,
It is possible to increase the difference from the mean free path λ of conduction electrons having down-spin electrons, so that it is possible to improve the reproduction output and the resistance change rate (ΔR / R).

【0043】なお、スペキュラー膜の形成により伝導電
子が鏡面反射する理由は、フリー磁性層、非磁性材料
層、固定磁性層の側壁とスペキュラー膜との界面付近に
ポテンシャル障壁が形成されるためであると考えられ
る。
The reason why the conduction electrons are specularly reflected by the formation of the specular film is that a potential barrier is formed in the vicinity of the interface between the side wall of the free magnetic layer, the nonmagnetic material layer, the fixed magnetic layer and the specular film. it is conceivable that.

【0044】特に、磁気検出素子のトラック幅寸法が小
さくなると、前記アップスピン電子を持つ伝導電子が多
層膜の側端面に到達する回数が増え、スペキュラー膜の
持つ鏡面反射効果を有効に機能させることができ、抵抗
変化率の向上を図ることができる。
In particular, when the track width of the magnetic detection element is reduced, the number of times that the conduction electrons having the up-spin electrons reach the side end surface of the multilayer film is increased, and the specular reflection effect of the specular film is effectively operated. Therefore, the rate of change in resistance can be improved.

【0045】また、本発明では、前記下部電極層の下層
に下部シールド層が形成され、前記上部電極層の上層に
上部シールド層が形成されてもよい。あるいは、前記下
部電極層及び前記上部電極層が磁性材料によって形成さ
れ、前記下部電極層及び前記上部電極層がそれぞれ、下
部シールド層及び上部シールド層の機能を有してもよ
い。
In the present invention, a lower shield layer may be formed under the lower electrode layer and an upper shield layer may be formed over the upper electrode layer. Alternatively, the lower electrode layer and the upper electrode layer may be formed of a magnetic material, and the lower electrode layer and the upper electrode layer may have the functions of the lower shield layer and the upper shield layer, respectively.

【0046】また、本発明の磁気検出素子の製造方法
は、以下の工程を有することを特徴とするものである。 (a)基板上に下部電極層を形成し、前記下部電極層上
に絶縁材料層を積層する工程と、(b)前記絶縁材料層
を上下方向に貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔内に
前記下部電極層の表面を露出させる工程と、(c)前記
貫通孔内であって、前記下部電極層上に、固定磁性層、
非磁性材料層、フリー磁性層を有する多層膜を形成する
工程と、(d)前記多層膜上にレジスト層を形成し、前
記レジスト層に覆われていない前記多層膜を除去する工
程と、(e)前記レジスト層を除去する工程と、(f)
前記多層膜の上面と電気的に接続される上部電極層を形
成する工程。
The method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention is characterized by including the following steps. (A) a step of forming a lower electrode layer on a substrate and laminating an insulating material layer on the lower electrode layer; and (b) forming a through hole vertically penetrating the insulating material layer, and forming the through hole. A step of exposing the surface of the lower electrode layer inside, and (c) a pinned magnetic layer on the lower electrode layer in the through hole,
Forming a multilayer film having a non-magnetic material layer and a free magnetic layer; and (d) forming a resist layer on the multilayer film and removing the multilayer film not covered by the resist layer, e) a step of removing the resist layer, and (f)
Forming an upper electrode layer electrically connected to an upper surface of the multilayer film.

【0047】本発明では、前記(c)の工程において、
前記多層膜が絶縁材料層に設けられた貫通孔内部に形成
されるので、前記多層膜が前記絶縁材料層によって保護
される。
In the present invention, in the step (c),
Since the multilayer film is formed inside the through hole provided in the insulating material layer, the multilayer film is protected by the insulating material layer.

【0048】従って、前記(d)の工程において、前記
レジスト層に覆われていない前記多層膜をイオンミリン
グなどで除去するときに、前記貫通孔内部に位置し磁界
検出能を有する前記多層膜の中央部が損傷することを防
ぐことができる。
Therefore, in the step (d), when the multilayer film which is not covered with the resist layer is removed by ion milling or the like, the multilayer film located inside the through hole and having magnetic field detection capability is formed. The central part can be prevented from being damaged.

【0049】前記(b)の工程において、前記貫通孔の
側面を、前記絶縁材料層の上面に対する垂直面にする
と、前記磁気抵抗効果素子のトラック幅寸法を正確に規
定することができるので好ましい。ただし、前記貫通孔
の側面を、前記絶縁材料層の上面に対する傾斜面にして
もかまわない。
In the step (b), it is preferable that the side surface of the through hole is a vertical surface to the upper surface of the insulating material layer because the track width dimension of the magnetoresistive effect element can be accurately defined. However, the side surface of the through hole may be an inclined surface with respect to the upper surface of the insulating material layer.

【0050】なお、前記(b)の工程において、前記貫
通孔を反応性イオンミリングを用いて形成すると、前記
貫通孔の側面を前記絶縁材料層の上面に対する垂直面に
することが容易になるので好ましい。
In the step (b), if the through hole is formed by reactive ion milling, it becomes easy to make the side surface of the through hole perpendicular to the upper surface of the insulating material layer. preferable.

【0051】従って、前記(a)の工程において、前記
絶縁材料層を、反応性イオンミリングによって削られる
材料によって形成することが好ましい。反応性イオンミ
リングによって削られる材料とは、例えば、SiO2
Ta25である。
Therefore, in the step (a), it is preferable that the insulating material layer is formed of a material that is ground by reactive ion milling. The material scraped by the reactive ion milling is, for example, SiO 2 ,
It is Ta 2 O 5 .

【0052】また、本発明では、前記(d)の工程にお
いて、前記絶縁材料層の前記レジスト層に覆われていな
い部分の上面が前記フリー磁性層の上面より下方に位置
するように、前記絶縁材料層を削り、その後に、(g)
硬磁性材料からなり、前記多層膜の少なくとも前記フリ
ー磁性層のトラック幅方向における側端面に対向して前
記フリー磁性層にトラック幅方向の磁界を印加する、一
対の縦バイアス層を設ける工程を有することができる。
Further, in the present invention, in the step (d), the insulation is performed so that the upper surface of the portion of the insulating material layer not covered with the resist layer is located below the upper surface of the free magnetic layer. Scrap the material layer, then (g)
A step of providing a pair of longitudinal bias layers which are made of a hard magnetic material and which apply a magnetic field in the track width direction to the free magnetic layer facing at least the side end surface of the free magnetic layer in the track width direction of the multilayer film. be able to.

【0053】また、前記(d)の工程と前記(g)の工
程の間に、(h)前記(d)の工程で除去されずに残さ
れた前記絶縁材料層の外側面を削る工程を有してもよ
い。
Between the steps (d) and (g), (h) a step of removing the outer surface of the insulating material layer left unremoved in the step (d) is performed. You may have.

【0054】なお、前記(c)の工程において、前記多
層膜の側端部が、前記絶縁材料層の上面に積層されるよ
うに、前記多層膜が前記貫通孔内部から前記絶縁材料層
の上面にかけて形成されてもよい。この場合、前記絶縁
材料層の上面に積層された前記多層膜の側端部は、前記
多層膜の前記貫通孔内部に位置する中心部よりも磁気抵
抗効果が低下していることが好ましい。
In the step (c), the multilayer film is formed from the inside of the through hole to the upper surface of the insulating material layer so that the side end portion of the multilayer film is laminated on the upper surface of the insulating material layer. It may be formed over. In this case, it is preferable that a side end portion of the multilayer film laminated on the upper surface of the insulating material layer has a lower magnetoresistive effect than a central portion of the multilayer film located inside the through hole.

【0055】前記多層膜の側端部が、前記絶縁材料層の
上面に積層される場合、前記多層膜は、前記貫通孔内部
から前記絶縁材料層の上面にかけて形成され、前記貫通
孔の上部開口部の縁部上で屈曲する。前記多層膜の磁気
抵抗変化率は屈曲した部分(屈曲部)で低下する。
When the side end portion of the multilayer film is laminated on the upper surface of the insulating material layer, the multilayer film is formed from the inside of the through hole to the upper surface of the insulating material layer, and the upper opening of the through hole is formed. Bend over the edge of the part. The rate of change in magnetoresistance of the multilayer film decreases at the bent portion (bent portion).

【0056】従って、前記多層膜の前記貫通孔内部に位
置する中心部に電流を流すと、主に前記貫通孔内部の磁
気抵抗変化のみが検出され、前記多層膜の側端部の磁気
抵抗効果は、前記中心部よりも低下する。
Therefore, when an electric current is passed through the central portion of the multilayer film located inside the through hole, only the magnetoresistive change inside the through hole is detected, and the magnetoresistive effect of the side end portion of the multilayer film is detected. Is lower than the central portion.

【0057】また、前記(d)の工程と前記(e)の工
程の間に、(i)前記(d)の工程で除去されずに、前
記絶縁材料層の上面に残された多層膜のトラック幅方向
の側端面をミリングによって削る工程を有することによ
り、前記多層膜の側端部を削ることが好ましい。
In addition, between the steps (d) and (e), (i) the multilayer film left on the upper surface of the insulating material layer without being removed in the step (d) is formed. It is preferable to remove the side end portion of the multilayer film by including a step of removing the side end surface in the track width direction by milling.

【0058】また、前記(i)の工程で、前記多層膜の
側端部にミリング粒子を打ち込むことにより、故意に磁
気抵抗効果を低下させることもできる。
Further, in the step (i), the magnetoresistive effect can be intentionally lowered by implanting milling particles at the side end portions of the multilayer film.

【0059】また、前記(h)または前記(i)の工程
において、前記貫通孔のトラック幅方向中央位置から前
記多層膜の両側の側端面までの距離、及び/または前記
貫通孔のトラック幅方向中央位置から前記絶縁材料層の
両側の外側面までの距離が等しくなるように、多層膜の
側端面及び/または前記絶縁材料層の外側面を削ること
により、前記多層膜を左右対称構造にできる。
In the step (h) or (i), the distance from the center position of the through hole in the track width direction to the side end faces on both sides of the multilayer film and / or the track width direction of the through hole. The multilayer film can have a bilaterally symmetrical structure by cutting the side end faces of the multilayer film and / or the external faces of the insulating material layer so that the distances from the center position to the outside faces on both sides of the insulating material layer are equal. .

【0060】特に、前記(h)の工程において、前記貫
通孔のトラック幅方向中央位置から前記絶縁材料層の両
側の外側面までの距離を等しくすることにより、前記
(g)の工程で形成される一対の縦バイアス層からのバ
イアス磁界を、前記フリー磁性層にトラック幅方向の左
右両側端面で等しくできる。
In particular, in the step (h), the distance from the center position in the track width direction of the through hole to the outer side surfaces on both sides of the insulating material layer is made equal to form the step (g). Bias magnetic fields from the pair of vertical bias layers can be equalized on the left and right end surfaces in the track width direction of the free magnetic layer.

【0061】なお、前記(d)の工程において、前記貫
通孔のトラック幅方向中央位置と、前記レジスト層のト
ラック幅方向中央位置が重なるように前記レジスト層を
前記多層膜上に形成すると、前記貫通孔のトラック幅方
向中央位置から前記多層膜の両側の側端面までの距離、
及び/または前記貫通孔のトラック幅方向中央位置から
前記絶縁材料層の両側の外側面までの距離が、前記
(d)の工程終了時に等しくなるのでより好ましい。
In the step (d), if the resist layer is formed on the multilayer film so that the center position in the track width direction of the through hole and the center position in the track width direction of the resist layer overlap with each other, The distance from the center position in the track width direction of the through hole to the side end faces on both sides of the multilayer film,
And / or the distance from the center position in the track width direction of the through hole to the outer surfaces on both sides of the insulating material layer becomes equal at the end of the step (d), which is more preferable.

【0062】本発明では、前記(c)の工程において、
前記多層膜を前記固定磁性層に接する反強磁性層を有す
るものとして形成し、下から、反強磁性層、固定磁性
層、非磁性材料層、フリー磁性層の順序で積層してもよ
いし、前記多層膜を前記多層膜を前記固定磁性層に接す
る反強磁性層を有するものとして形成し、下から、フリ
ー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層及び反強磁性層の
順序で積層してもよい。
In the present invention, in the step (c),
The multilayer film may be formed to have an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer may be stacked in this order from the bottom. Forming the multilayer film as an antiferromagnetic layer in contact with the fixed magnetic layer, and laminating a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a fixed magnetic layer and an antiferromagnetic layer in this order from the bottom. You may.

【0063】本発明では、前記(a)の工程において、
前記下部電極層の下層に下部シールド層を形成し、前記
(f)の工程の後で、前記上部電極層の上層に上部シー
ルド層を形成することができる。
In the present invention, in the step (a),
A lower shield layer may be formed below the lower electrode layer, and an upper shield layer may be formed above the upper electrode layer after the step (f).

【0064】あるいは、前記(a)の工程において前記
下部電極層を、前記(f)の工程において前記上部電極
層を、それぞれ磁性材料によって形成することにより、
前記下部電極層及び前記上部電極層が、それぞれ、下部
シールド層及び上部シールド層の機能を有するようにし
てもよい。
Alternatively, by forming the lower electrode layer in the step (a) and the upper electrode layer in the step (f) by a magnetic material, respectively,
The lower electrode layer and the upper electrode layer may have the functions of a lower shield layer and an upper shield layer, respectively.

【0065】[0065]

【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。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention as seen from the side facing a recording medium.

【0066】図1に示す磁気検出素子は、記録媒体に記
録された記録信号を再生するためのMRヘッドである。
記録媒体との対向面は、例えば磁気検出素子を構成する
薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のフリー磁性層の
外部磁界(記録信号磁界)が印加されていないときの磁
化方向と平行な平面である。図1では、記録媒体との対
向面はX−Z平面に平行な平面である。
The magnetic detecting element shown in FIG. 1 is an MR head for reproducing a recording signal recorded on a recording medium.
The surface facing the recording medium is, for example, perpendicular to the film surface of the thin film forming the magnetic detection element and parallel to the magnetization direction when the external magnetic field (recording signal magnetic field) of the free magnetic layer of the magnetic detection element is not applied. It is a plane. In FIG. 1, the surface facing the recording medium is a plane parallel to the XZ plane.

【0067】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。
When the magnetic detecting element is used in a floating magnetic head, the surface facing the recording medium is the so-called ABS surface.

【0068】また磁気検出素子は、例えばアルミナ−チ
タンカーバイト(Al23−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。
The magnetic detecting element is formed on the trailing end surface of the slider made of, for example, alumina-titanium carbide (Al 2 O 3 -TiC). The slider is
The magnetic head device is constructed by joining the elastically deformable support member made of stainless steel or the like on the side opposite to the surface facing the recording medium.

【0069】なお、トラック幅方向とは、外部磁界によ
って磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、例
えば、フリー磁性層の外部磁界が印加されていないとき
の磁化方向、すなわち図示X方向である。トラック幅方
向のフリー磁性層の幅寸法が磁気検出素子のトラック幅
Twを規定する。
The track width direction is the width direction of the region in which the magnetization direction is changed by the external magnetic field. For example, the magnetization direction when the external magnetic field of the free magnetic layer is not applied, that is, the X direction in the figure. Is. The width dimension of the free magnetic layer in the track width direction defines the track width Tw of the magnetic detection element.

【0070】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。
The recording medium faces the surface of the magnetic detection element facing the recording medium, and moves in the Z direction in the figure. The direction of the leakage magnetic field from this recording medium is the Y direction in the figure.

【0071】図1に示される磁気検出素子は、下地層2
2、シード層23、反強磁性層24、第1固定磁性層2
5a、非磁性中間層25b、第2固定磁性層25cから
なるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層25、
非磁性材料層26、第2フリー磁性層27a、非磁性中
間層27b、第1フリー磁性層27cからなるシンセテ
ィックフェリフリー型のフリー磁性層27、保護層28
からなる多層膜T1がボトムスピンバルブ型の磁気抵抗
効果素子となっている。
The magnetic sensing element shown in FIG.
2, seed layer 23, antiferromagnetic layer 24, first pinned magnetic layer 2
5a, a non-magnetic intermediate layer 25b, and a second pinned magnetic layer 25c, which is a synthetic ferripinned pinned magnetic layer 25,
A synthetic ferri-free type free magnetic layer 27 including a nonmagnetic material layer 26, a second free magnetic layer 27a, a nonmagnetic intermediate layer 27b, and a first free magnetic layer 27c, and a protective layer 28.
The multilayer film T1 composed of is a bottom spin valve type magnetoresistive effect element.

【0072】多層膜T1の下層には、基板(図示せず)
上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層(図示
せず)を介して、下部シールド層20、下部電極層21
が成膜されており、多層膜T1の上層には、上部電極層
33、上部シールド層34が形成されている。
A substrate (not shown) is provided below the multilayer film T1.
A lower shield layer 20 and a lower electrode layer 21 are formed on the upper surface of the lower shield layer 20 via an underlying layer (not shown) made of an insulating material such as alumina.
The upper electrode layer 33 and the upper shield layer 34 are formed on the upper layer of the multilayer film T1.

【0073】下部電極層21は多層膜T1の下面と電気
的に接続されており、上部電極層33は多層膜T1の上
面と電気的に接続されている。
The lower electrode layer 21 is electrically connected to the lower surface of the multilayer film T1, and the upper electrode layer 33 is electrically connected to the upper surface of the multilayer film T1.

【0074】下部電極層21上に絶縁材料層29が積層
されており、多層膜T1は絶縁材料層29を上下方向
(Z方向)に貫通する貫通孔H内部から絶縁材料層29
の上面29a1上にかけて形成されている。貫通孔Hの
側面Ha(絶縁材料層29の貫通孔H対向面)は、絶縁
材料層29の上面29a1に対する垂直面となってい
る。
An insulating material layer 29 is laminated on the lower electrode layer 21, and the multilayer film T1 has an insulating material layer 29 from the inside of a through hole H penetrating the insulating material layer 29 in the vertical direction (Z direction).
Is formed over the upper surface 29a1. The side surface Ha of the through hole H (the surface of the insulating material layer 29 facing the through hole H) is a vertical surface with respect to the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29.

【0075】なお、絶縁材料層29は、反応性イオンミ
リングによって削られる材料、具体的には、SiO2
Ta25によって形成されている。絶縁材料層29を、
反応性イオンミリングによって削って、貫通孔Hを形成
すると貫通孔Hの側面Haを絶縁材料層29の上面29
a1に対する垂直面にすることが容易になり、多層膜T
1のトラック幅寸法Twを正確に規定することができる
ので好ましい。絶縁材料層29の膜厚は例えば500Å
である。
The insulating material layer 29 is made of a material scraped by reactive ion milling, specifically, SiO 2 ,
It is formed of Ta 2 O 5 . The insulating material layer 29,
When the through hole H is formed by scraping by reactive ion milling, the side surface Ha of the through hole H becomes the upper surface 29 of the insulating material layer 29.
It becomes easy to form a plane perpendicular to a1 and the multilayer film T
This is preferable because the track width dimension Tw of 1 can be accurately defined. The film thickness of the insulating material layer 29 is, for example, 500 Å
Is.

【0076】なお、多層膜T1のトラック幅寸法Twと
は、貫通孔H内部に位置し、磁界検出能を有する多層膜
T1の中央部Cのトラック幅方向の幅寸法である。
The track width dimension Tw of the multilayer film T1 is the width dimension in the track width direction of the central portion C of the multilayer film T1 located inside the through hole H and having the magnetic field detection capability.

【0077】絶縁材料層29の多層膜T1が積層されて
いない部分の上面29a2上には、バイアス下地層3
0,30を介して、ハードバイアス層31,31が積層
されている。ハードバイアス層31,31上には絶縁層
32,32が積層されている。この絶縁層32,32に
よって、上部電極層33と、多層膜T1の側端面T1
s,T1s、ハードバイアス層31,31が絶縁されて
いる。
On the upper surface 29a2 of the insulating material layer 29 where the multilayer film T1 is not laminated, the bias base layer 3 is formed.
Hard bias layers 31 and 31 are laminated via 0 and 30. Insulating layers 32, 32 are laminated on the hard bias layers 31, 31. By the insulating layers 32, 32, the upper electrode layer 33 and the side end surface T1 of the multilayer film T1 are formed.
s, T1s and the hard bias layers 31, 31 are insulated.

【0078】なお、本実施の形態では、ハードバイアス
層31の側端面31aと貫通孔Hの側面Haの間の絶縁
材料層29の厚さt1は、フリー磁性層27にハードバ
イアス層31,31から十分なバイアス磁界がかかるよ
うな厚さ、例えば10nmである。
In the present embodiment, the thickness t1 of the insulating material layer 29 between the side end surface 31a of the hard bias layer 31 and the side surface Ha of the through hole H is set to the free magnetic layer 27 by the hard bias layers 31, 31. Is a thickness such that a sufficient bias magnetic field is applied, for example, 10 nm.

【0079】また、厚さt1を適宜調節することによ
り、フリー磁性層27がハードバイアス層31,31か
ら受け取る縦バイアス磁界の大きさを調節することがで
きる。
By adjusting the thickness t1 appropriately, the magnitude of the longitudinal bias magnetic field received by the free magnetic layer 27 from the hard bias layers 31 and 31 can be adjusted.

【0080】図1に示された磁気検出素子は、いわゆる
スピンバルブ型磁気検出素子であり、固定磁性層25の
磁化方向が、適正に図示Y方向に平行な方向に固定さ
れ、しかもフリー磁性層27の磁化が適正に図示X方向
に揃えられており、固定磁性層25とフリー磁性層27
の磁化が交叉している。記録媒体からの洩れ磁界が磁気
検出素子の図示Y方向に侵入し、フリー磁性層27の磁
化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性
層25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により、記録媒体
からの洩れ磁界(記録信号磁界)が検出される。
The magnetic sensing element shown in FIG. 1 is a so-called spin-valve type magnetic sensing element, in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer 25 is properly pinned in the direction parallel to the Y direction in the drawing, and the free magnetic layer is used. The magnetization of 27 is properly aligned in the X direction in the figure, and the fixed magnetic layer 25 and the free magnetic layer 27 are
The magnetizations of are crossed. The leakage magnetic field from the recording medium penetrates in the Y direction of the magnetic detection element in the drawing, the magnetization of the free magnetic layer 27 fluctuates with high sensitivity, and the fluctuation of this magnetization direction and the fixed magnetization direction of the pinned magnetic layer 25 cause an electrical change. The resistance changes, and the leakage magnetic field (recording signal magnetic field) from the recording medium is detected by the voltage change based on the change in the electric resistance value.

【0081】ただし、電気抵抗値の変化(出力)に直接
寄与するのは第2固定磁性層25cの磁化方向と第2フ
リー磁性層27aの磁化方向の相対角であり、これらの
相対角が検出電流が通電されている状態かつ記録信号磁
界が印加されていない状態で直交していることが好まし
い。
However, it is the relative angle between the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 25c and the magnetization direction of the second free magnetic layer 27a that directly contributes to the change (output) in the electric resistance value, and these relative angles are detected. It is preferable that they are orthogonal to each other in a state where a current is applied and a recording signal magnetic field is not applied.

【0082】この実施形態では、例えば上部電極層33
から下部電極層21に向けてセンス電流が流れるため、
前記センス電流は、多層膜内の各層を膜面と垂直方向に
流れる。前記センス電流が、多層膜内の各層を膜面と垂
直方向に流れる磁気検出素子をCPP型の磁気検出素子
という。
In this embodiment, for example, the upper electrode layer 33 is used.
Since a sense current flows from the bottom electrode layer 21 to the bottom electrode layer 21,
The sense current flows through each layer in the multilayer film in a direction perpendicular to the film surface. A magnetic detection element in which the sense current flows in each layer in the multilayer film in a direction perpendicular to the film surface is called a CPP type magnetic detection element.

【0083】なお本発明では、トラック幅は約10nm
以上で300nm以下であることが好ましい。より好ま
しくは約10nm以上で100nm以下であることが好
ましい。さらに好ましくは、約10nm以上で60nm
以下である。トラック幅が、上記数値範囲程度に狭小化
されると、さらなる再生出力の向上を図ることができ
る。
In the present invention, the track width is about 10 nm.
The thickness is preferably 300 nm or less. More preferably, it is about 10 nm or more and 100 nm or less. More preferably, about 10 nm or more and 60 nm
It is the following. When the track width is narrowed down to the above numerical range, the reproduction output can be further improved.

【0084】下部シールド層20、下部電極層21、下
地層22、シード層23、反強磁性層24、固定磁性層
25、非磁性材料層26、フリー磁性層27、保護層2
8、バイアス下地層30,30、ハードバイアス層3
1,31、絶縁層32,32、上部電極層33、上部シ
ールド層34はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロ
セスによって形成される。
Lower shield layer 20, lower electrode layer 21, underlayer 22, seed layer 23, antiferromagnetic layer 24, pinned magnetic layer 25, nonmagnetic material layer 26, free magnetic layer 27, protective layer 2
8, bias underlayer 30, 30, hard bias layer 3
1, 31, the insulating layers 32 and 32, the upper electrode layer 33, and the upper shield layer 34 are formed by a thin film forming process such as a sputtering method or a vapor deposition method.

【0085】下部シールド層20及び上部シールド層3
4はNiFeなどの磁性材料を用いて形成される。な
お、下部シールド層20及び上部シールド層34は磁化
容易軸がトラック幅方向(図示X方向)を向いているこ
とが好ましい。下部シールド層20及び上部シールド層
34は、電解メッキ法によって形成されてもよい。
Lower shield layer 20 and upper shield layer 3
4 is formed using a magnetic material such as NiFe. The lower shield layer 20 and the upper shield layer 34 preferably have easy axes of magnetization oriented in the track width direction (X direction in the drawing). The lower shield layer 20 and the upper shield layer 34 may be formed by electrolytic plating.

【0086】反強磁性層24は、PtMn合金、また
は、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ru,
Os,Ni,Feのいずれか1種または2種以上の元素
である)合金で、あるいはPt―Mn―X′(ただし
X′は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag,Os,
Cr,Ni,Ar,Ne,Xe,Krのいずれか1また
は2種以上の元素である)合金で形成する。
The antiferromagnetic layer 24 is a PtMn alloy or X-Mn (where X is Pd, Ir, Rh, Ru,
An alloy of one or more of Os, Ni and Fe) or Pt—Mn—X ′ (where X ′ is Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os,
An alloy of any one of Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, and Kr or two or more elements) is used.

【0087】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。
These alloys have a disordered face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but undergo a structural transformation to a CuAuI-type ordered face-centered tetragonal structure (fct) by heat treatment.

【0088】反強磁性層24の膜厚は、トラック幅方向
の中心付近において80〜300Å、例えば200Åで
ある。
The film thickness of the antiferromagnetic layer 24 is 80 to 300Å, for example, 200Å near the center in the track width direction.

【0089】ここで、反強磁性層24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。
Here, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula X-Mn for forming the antiferromagnetic layer 24, Pt or X is preferably in the range of 37 to 63 at%. Further, in the PtMn alloy and the alloy represented by the formula 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 are as follows.

【0090】また、Pt−Mn−X’の式で示される合
金において、X’+Ptが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。また、前記Pt−Mn−X’の式で
示される合金において、X’+Ptが47〜57at%
の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Pt−
Mn−X’の式で示される合金において、X’が0.2
〜10at%の範囲であることが好ましい。ただし、
X’がPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのい
ずれか1種または2種以上の元素である場合には、X’
は0.2〜40at%の範囲であることが好ましい。
In the alloy represented by the formula Pt-Mn-X ', X' + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. Further, in the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is 47 to 57 at%.
The range is more preferably. Further, the Pt-
In the alloy represented by the formula of Mn-X ', X'is 0.2.
It is preferably in the range of 10 at%. However,
When X ′ is any one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni and Fe, X ′
Is preferably in the range of 0.2 to 40 at%.

【0091】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
24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反強磁性層24を
得ることができる。
By using these alloys and heat-treating them, the antiferromagnetic layer 24 which generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained. Particularly, in the case of a PtMn alloy, an excellent antiferromagnetic layer 24 having an exchange coupling magnetic field of 48 kA / m or more, for example, more than 64 kA / m, and a blocking temperature for losing the exchange coupling magnetic field of 380 ° C. is extremely high. You can

【0092】第1固定磁性層25a及び第2固定磁性層
25c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CoFe合金またはCoにより形成されることが好ま
しい。また、第1固定磁性層25a及び第2固定磁性層
25cは同一の材料で形成されることが好ましい。
The first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are made of a ferromagnetic material, for example, NiFe alloy, Co, CoFeNi alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, or the like. In particular, it is preferably formed of CoFe alloy or Co. The first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are preferably made of the same material.

【0093】また、非磁性中間層25bは、非磁性材料
により形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Cuのうち1種またはこれらの2種以上の合金で形
成されている。特にRuによって形成されることが好ま
しい。
The non-magnetic intermediate layer 25b is made of a non-magnetic material and is made of Ru, Rh, Ir, Cr, R.
e, Cu, or one or more of these alloys. It is particularly preferably formed of Ru.

【0094】第1固定磁性層25a及び第2固定磁性層
25cは、それぞれ10〜70Å程度で形成される。ま
た非磁性中間層の膜厚は3Å〜10Å程度で形成で形成
される。
The first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are each formed to have a thickness of about 10 to 70Å. The thickness of the non-magnetic intermediate layer is about 3Å to 10Å.

【0095】なお固定磁性層25は上記したいずれかの
磁性材料を使用した1層構造あるいは上記したいずれか
の磁性材料からなる層とCo層などの拡散防止層の2層
構造で形成されていても良い。
The pinned magnetic layer 25 has a single-layer structure using any of the above magnetic materials or a two-layer structure including a layer formed of any of the above magnetic materials and a diffusion preventing layer such as a Co layer. Is also good.

【0096】また、図1では、磁気的膜厚(Ms×t;
飽和磁化と膜厚の積)が異なる第1固定磁性層25aと
第2固定磁性層25cが、非磁性中間層25bを介して
積層されたものが、一つの固定磁性層25として機能す
る。
Further, in FIG. 1, the magnetic film thickness (Ms × t;
The first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c, which have different saturation magnetization and film thickness), are stacked via the non-magnetic intermediate layer 25b to function as one pinned magnetic layer 25.

【0097】第1固定磁性層25aは反強磁性層24と
接して形成され、磁場中アニールが施されることによ
り、第1固定磁性層25aと反強磁性層24との界面に
て交換結合による交換異方性磁界が生じ、第1固定磁性
層25aの磁化方向が図示Y方向に固定される。第1固
定磁性層25aの磁化方向が図示Y方向に固定される
と、非磁性中間層25bを介して対向する第2固定磁性
層25cの磁化方向が、第1固定磁性層25aの磁化方
向と反平行の状態で固定される。
The first pinned magnetic layer 25a is formed in contact with the antiferromagnetic layer 24, and is annealed in a magnetic field to exchange-couple at the interface between the first pinned magnetic layer 25a and the antiferromagnetic layer 24. Causes an exchange anisotropic magnetic field, and the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 25a is pinned in the Y direction in the figure. When the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 25a is pinned in the Y direction in the figure, the magnetization direction of the second pinned magnetic layer 25c that faces the non-magnetic intermediate layer 25b is the same as the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 25a. It is fixed in the antiparallel state.

【0098】このように、第1固定磁性層25aと第2
固定磁性層25cの磁化方向が、反平行となるフェリ磁
性状態になっていると、第1固定磁性層25aと第2固
定磁性層25cとが互いに他方の磁化方向を固定しあう
ので、全体として固定磁性層25の磁化方向を一定方向
に強力に固定することができる。
Thus, the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25a
When the pinned magnetic layer 25c is in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel to each other, the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c fix the other magnetized direction to each other. The magnetization direction of the pinned magnetic layer 25 can be strongly pinned in a fixed direction.

【0099】なお、第1固定磁性層25aの磁気的膜厚
(Ms×t)と第2固定磁性層25cの磁気的膜厚(M
s×t)を足し合わせた合成の磁気的膜厚(Ms×t)
の方向が固定磁性層25の磁化方向となる。
The magnetic film thickness (Ms × t) of the first pinned magnetic layer 25a and the magnetic film thickness (M of the second pinned magnetic layer 25c).
s × t) composite magnetic film thickness (Ms × t)
Is the magnetization direction of the pinned magnetic layer 25.

【0100】図1では、第1固定磁性層25a及び第2
固定磁性層25cを同じ材料を用いて形成し、さらに、
それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれの磁
気的膜厚(Ms×t)を異ならせている。
In FIG. 1, the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25a
The fixed magnetic layer 25c is formed by using the same material, and further,
By making the respective film thicknesses different, the respective magnetic film thicknesses (Ms × t) are made different.

【0101】また、第1固定磁性層25a及び第2固定
磁性層25cの固定磁化による反磁界(双極子磁界)
を、第1固定磁性層25a及び第2固定磁性層25cの
静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャン
セルできる。これにより、固定磁性層25の固定磁化に
よる反磁界(双極子磁界)からの、フリー磁性層27の
変動磁化への寄与を減少させることができる。
Further, the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c.
Can be canceled by the static magnetic field couplings of the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c canceling each other out. As a result, the contribution of the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 25 to the variable magnetization of the free magnetic layer 27 can be reduced.

【0102】従って、フリー磁性層27の変動磁化の方
向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシ
ンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型薄膜
磁気素子を得ることが可能になる。
Therefore, it becomes easier to correct the direction of the variable magnetization of the free magnetic layer 27 to a desired direction, and it is possible to obtain a spin valve type thin film magnetic element with small asymmetry and excellent symmetry.

【0103】ここで、アシンメトリーとは、再生出力波
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。従って、アシンメトリーが0に近づく程
再生出力波形が対称性に優れていることになる。
Here, the asymmetry indicates the degree of asymmetry of the reproduction output waveform, and when the reproduction output waveform is given, the asymmetry becomes small if the waveform is symmetrical. Therefore, as the asymmetry approaches 0, the reproduced output waveform has better symmetry.

【0104】前記アシンメトリーは、フリー磁性層27
の磁化の方向と固定磁性層25の固定磁化の方向とが直
交しているときに0となる。アシンメトリーが大きくず
れるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなく
なり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメト
リーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上す
ることになり、スピンバルブ薄膜磁気素子として優れた
ものとなる。
The asymmetry is based on the free magnetic layer 27.
Is 0 when the direction of the magnetization of 1 and the direction of the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 25 are orthogonal to each other. If the asymmetry is greatly deviated, the information cannot be read accurately from the medium, which causes an error. Therefore, the smaller the asymmetry, the higher the reliability of the reproduction signal processing, and the better the spin valve thin film magnetic element.

【0105】また、固定磁性層25の固定磁化による反
磁界(双極子磁界)Hdは、フリー磁性層27の素子高
さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいとい
う不均一な分布を持ち、フリー磁性層27内における単
磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層25を上
記の積層構造とすることにより双極子磁界Hdを小さく
することができ、これによってフリー磁性層27内に磁
壁ができて磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズ
などが発生することを防止することができる。
The demagnetizing field (dipole magnetic field) Hd due to the pinned magnetization of the pinned magnetic layer 25 has a non-uniform distribution in the element height direction of the free magnetic layer 27, being large at the ends and small at the center. In some cases, the formation of a single magnetic domain in the free magnetic layer 27 may be hindered. However, the fixed magnetic layer 25 having the above-described laminated structure can reduce the dipole magnetic field Hd, which allows the free magnetic layer 27 to be formed. It is possible to prevent generation of Barkhausen noise and the like due to formation of domain walls and non-uniform magnetization.

【0106】非磁性材料層26は、固定磁性層25とフ
リー磁性層27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26は例えば1
8〜30Å程度の膜厚で形成される。
The non-magnetic material layer 26 is a layer for preventing magnetic coupling between the fixed magnetic layer 25 and the free magnetic layer 27,
It is preferably formed of a non-magnetic material having conductivity such as Cu, Cr, Au, Ag. Particularly, Cu is preferable. The nonmagnetic material layer 26 is, for example, 1
It is formed with a film thickness of about 8 to 30 Å.

【0107】また非磁性材料層26は、Al23やSi
2などの絶縁材料で形成されていてもよいが、本発明
のようにCPP型の磁気検出素子の場合には、非磁性材
料層26内部にも、膜面と垂直方向にセンス電流が流れ
るようにしなければならないので、非磁性材料層26が
絶縁物であるときは、非磁性材料層26の膜厚を50Å
に薄くして形成して絶縁耐圧を低下させる必要がある。
また非磁性材料層26をAl23やTaO2などの鏡面
反射効果を有する材質で形成したときは、非磁性材料層
26をスペキュラー膜や実効的な素子面積を低減させる
電流制限層として機能させることもできる。
The nonmagnetic material layer 26 is made of Al 2 O 3 or Si.
Although it may be formed of an insulating material such as O 2 , in the case of the CPP type magnetic detection element as in the present invention, a sense current also flows in the nonmagnetic material layer 26 in the direction perpendicular to the film surface. Therefore, when the non-magnetic material layer 26 is an insulator, the thickness of the non-magnetic material layer 26 is 50Å
It is necessary to reduce the withstand voltage by forming it thinly.
When the non-magnetic material layer 26 is formed of a material having a specular reflection effect such as Al 2 O 3 or TaO 2 , the non-magnetic material layer 26 functions as a specular film or a current limiting layer that reduces the effective element area. You can also let it.

【0108】第1フリー磁性層27c及び第2フリー磁
性層27a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。
The first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a are made of a ferromagnetic material, for example, NiFe alloy, Co, CoFeNi alloy, CoFe.
Alloy, CoNi alloy, etc.,
In particular, it is preferably formed of NiFe alloy, CoFe alloy, or CoFeNi alloy.

【0109】非磁性中間層27bは、非磁性材料により
形成されるもので、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、C
uのうち1種またはこれらの2種以上の合金で形成され
ている。特にRuによって形成されることが好ましい。
The non-magnetic intermediate layer 27b is made of a non-magnetic material and is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, C.
It is formed of one of u or an alloy of two or more thereof. It is particularly preferably formed of Ru.

【0110】第1フリー磁性層27c及び第2フリー磁
性層27aは、それぞれ10〜70Å程度で形成され
る。また非磁性中間層27bの膜厚は3Å〜10Å程度
で形成で形成される。
The first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a are each formed to have a thickness of about 10 to 70Å. The non-magnetic intermediate layer 27b is formed to have a film thickness of about 3Å to 10Å.

【0111】なお、第2フリー磁性層27aが2層構造
で形成され、非磁性材料層26と対向する側にCo膜が
形成されていることが好ましい。これにより非磁性材料
層26との界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗
変化率(ΔR/R)を大きくすることができる。
It is preferable that the second free magnetic layer 27a has a two-layer structure and a Co film is formed on the side facing the nonmagnetic material layer 26. This can prevent the diffusion of the metal element or the like at the interface with the non-magnetic material layer 26 and increase the resistance change rate (ΔR / R).

【0112】なおフリー磁性層27は上記したいずれか
の磁性材料を使用した1層構造で形成されていても良
い。
The free magnetic layer 27 may have a single-layer structure using any of the above magnetic materials.

【0113】また本実施の形態では、第1フリー磁性層
27c及び第2フリー磁性層27aの少なくとも一方
を、以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ま
しい。
In the present embodiment, it is preferable that at least one of the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a is made of a magnetic material having the following composition.

【0114】組成式がCoFeNiで示され、Feの組
成比は9原子%以上で17原子%以下で、Niの組成比
は0.5原子%以上で10原子%以下で、残りの組成は
Co。
The composition formula is represented by CoFeNi, the composition ratio of Fe is 9 atom% or more and 17 atom% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atom% or more and 10 atom% or less, and the remaining composition is Co. .

【0115】これにより第1フリー磁性層27cと第2
フリー磁性層27a間で発生するRKKY相互作用にお
ける交換結合磁界を強くすることができる。具体的に
は、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフ
ロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで大
きくすることができる。
As a result, the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27c
The exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the free magnetic layers 27a can be strengthened. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m).

【0116】よって、第1フリー磁性層27c及び第2
フリー磁性層27aの磁化を適切に反平行状態にでき
る。
Therefore, the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27c
The magnetization of the free magnetic layer 27a can be appropriately set in the antiparallel state.

【0117】なお第1フリー磁性層27c及び第2フリ
ー磁性層27aの双方を前記CoFeNi合金で形成す
ることが好ましい。これにより、より安定して高いスピ
ンフロップ磁界を得ることができ、第1フリー磁性層2
7cと第2フリー磁性層27aとを適切に反平行状態に
磁化できる。
It is preferable that both the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a are formed of the CoFeNi alloy. As a result, a higher spin-flop magnetic field can be obtained more stably, and the first free magnetic layer 2
7c and the second free magnetic layer 27a can be appropriately magnetized in an antiparallel state.

【0118】また上記した組成範囲内であると、第1フ
リー磁性層27cと第2フリー磁性層27aの磁歪を−
3×10-6から3×10-6の範囲内に収めることがで
き、また保磁力を790(A/m)以下に小さくでき
る。
Within the above composition range, the magnetostriction of the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a is-.
It can be contained within the range of 3 × 10 −6 to 3 × 10 −6 , and the coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less.

【0119】さらに、フリー磁性層27の軟磁気特性の
向上、フリー磁性層27と非磁性材料層26間でのNi
の拡散による抵抗変化量(ΔR)や抵抗変化率(ΔR/
R)の低減の抑制を適切に図ることが可能である。
Further, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 27 are improved, and Ni between the free magnetic layer 27 and the nonmagnetic material layer 26 is improved.
Resistance change amount (ΔR) and resistance change rate (ΔR /
It is possible to appropriately suppress the reduction of R).

【0120】なお、第2フリー磁性層27aと非磁性材
料層26間にCoなどからなる拡散防止層を設け、第1
フリー磁性層27c及び第2フリー磁性層27aの少な
くとも一方をCoFeNi合金で形成するとき、前記C
oFeNi合金のFeの組成比を7原子%以上で15原
子%以下、Niの組成比を5原子%以上で15原子%以
下、残りの組成比をCoにすることが好ましい。
A diffusion prevention layer made of Co or the like is provided between the second free magnetic layer 27a and the nonmagnetic material layer 26, and
When at least one of the free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a is formed of a CoFeNi alloy, the above C
It is preferable that the composition ratio of Fe in the oFeNi alloy is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, the composition ratio of Ni is 5 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the remaining composition ratio is Co.

【0121】フリー磁性層27は、磁気的膜厚(Ms×
t;飽和磁化と膜厚の積)の大きさが異なる第2フリー
磁性層27aと第1フリー磁性層27cが、非磁性中間
層27bを介して積層され、第2フリー磁性層27aと
第1フリー磁性層27cの磁化方向が反平行となるフェ
リ磁性状態である。このとき、磁気的膜厚(Ms×t)
が大きい方、例えば、第2フリー磁性層27aの磁化方
向が、ハードバイアス層から発生する磁界の方向(図示
X方向)に向き、第1フリー磁性層27cの磁化方向
が、180度反対方向(図示X方向と反平行方向)に向
いた状態になる。
The free magnetic layer 27 has a magnetic film thickness (Ms ×
t; the second free magnetic layer 27a and the first free magnetic layer 27c having different magnitudes of the saturation magnetization and the film thickness) are stacked via the non-magnetic intermediate layer 27b, and the second free magnetic layer 27a and the first free magnetic layer 27a are laminated. This is a ferrimagnetic state in which the magnetization directions of the free magnetic layer 27c are antiparallel. At this time, the magnetic film thickness (Ms × t)
Is larger, for example, the magnetization direction of the second free magnetic layer 27a faces the direction of the magnetic field generated from the hard bias layer (X direction in the drawing), and the magnetization direction of the first free magnetic layer 27c is the opposite direction of 180 degrees ( It is in a state of being oriented in the direction antiparallel to the X direction in the drawing).

【0122】第2フリー磁性層27aと第1フリー磁性
層27cの磁化方向が180度異なる反平行のフェリ磁
性状態になると、フリー磁性層の膜厚を薄くすることと
同等の効果が得られ、単位面積あたりの実効的な磁気モ
ーメントが小さくなり、フリー磁性層27の磁化が変動
しやすくなって、磁気検出素子の磁界検出感度が向上す
る。
When the second free magnetic layer 27a and the first free magnetic layer 27c are in the antiparallel ferrimagnetic state in which the magnetization directions are different by 180 degrees, the same effect as thinning the free magnetic layer is obtained, The effective magnetic moment per unit area is reduced, the magnetization of the free magnetic layer 27 is easily changed, and the magnetic field detection sensitivity of the magnetic detection element is improved.

【0123】第2フリー磁性層27aの磁気的膜厚(M
s×t)と第1フリー磁性層27cの磁気的膜厚(Ms
×t)を足し合わせた合成の磁気的膜厚(Ms×t)の
方向がフリー磁性層27の磁化方向となる。
The magnetic film thickness of the second free magnetic layer 27a (M
s × t) and the magnetic film thickness of the first free magnetic layer 27c (Ms
The direction of the synthetic magnetic film thickness (Ms × t) obtained by adding up × t) is the magnetization direction of the free magnetic layer 27.

【0124】ただし、固定磁性層25の磁化方向との関
係で出力に寄与するのは第2フリー磁性層27aの磁化
方向のみである。
However, it is only the magnetization direction of the second free magnetic layer 27a that contributes to the output in relation to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 25.

【0125】保護層28は、Ta,Hf,Nb,Zr,
Ti,Mo,Wのうち少なくとも1種以上で形成され
る。保護層28の膜厚は30Å程度である。
The protective layer 28 is made of Ta, Hf, Nb, Zr,
It is formed of at least one of Ti, Mo, and W. The thickness of the protective layer 28 is about 30Å.

【0126】ハードバイアス層31,31は、Co−P
t(コバルト−白金)合金やCo−Cr−Pt(コバル
ト−クロム−白金)合金などの硬磁性材料で形成され
る。これら合金の結晶構造は一般的にはバルクにおい
て、面心立方構造(fcc)と稠密六方構造(hcp)
の混相となる組成付近の膜組成に設定されている。
The hard bias layers 31 and 31 are made of Co-P.
It is formed of a hard magnetic material such as a t (cobalt-platinum) alloy or a Co-Cr-Pt (cobalt-chromium-platinum) alloy. The crystal structures of these alloys are generally in the bulk, face-centered cubic structure (fcc) and dense hexagonal structure (hcp).
The film composition is set to a composition near the mixed phase of

【0127】バイアス下地層30,30は、Cr,T
i,W,Mo,V,Mn,Nb,Taのいずれか1種ま
たは2種以上の元素で形成されることが好ましい。例え
ば、CrやW50Mo50によって形成される。バイアス下
地層30,30を結晶構造がbcc(体心立方格子)構
造であるCrなどを用いて形成すると、ハードバイアス
層31,31の保磁力及び角形比が大きくなりバイアス
磁界を大きくできる。
The bias underlayers 30, 30 are made of Cr, T
It is preferably formed of one or more elements selected from i, W, Mo, V, Mn, Nb, and Ta. For example, it is formed of Cr or W 50 Mo 50 . When the bias underlayers 30, 30 are formed by using Cr or the like having a bcc (body centered cubic lattice) crystal structure, the hard bias layers 31, 31 have a large coercive force and squareness ratio and a large bias magnetic field.

【0128】ここで上記の金属で形成されたバイアス下
地層30,30とハードバイアス層31,31を構成す
るCoPt系合金のhcp構造の格子定数は近い値とな
るために、CoPt系合金はfcc構造を形成しづらく
hcp構造で形成されやすくなる。このときhcp構造
のc軸はCoPt系合金とバイアス下地層30,30の
境界面内に優先配向される。hcp構造はfcc構造に
比べてc軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハー
ドバイアス層31,31に磁界を与えたときの保磁力H
cは大きくなる。さらにhcpのc軸はCoPt系合金
とバイアス下地層30,30との境界面内で優先配向と
なっているため、残留磁化が増大し、残留磁化/飽和磁
化で求められる角形比Sは大きくなる。その結果、ハー
ドバイアス層31,31の特性を向上させることがで
き、ハードバイアス層31,31から発生するバイアス
磁界を増大させることができる。
Here, since the lattice constants of the hcp structure of the CoPt-based alloy forming the bias underlayers 30 and 30 and the hard bias layers 31 and 31 formed of the above-mentioned metals are close to each other, the CoPt-based alloy has fcc. It is difficult to form a structure, and the hcp structure is likely to be formed. At this time, the c-axis of the hcp structure is preferentially oriented within the boundary surface between the CoPt-based alloy and the bias underlayers 30, 30. Since the hcp structure causes a large magnetic anisotropy in the c-axis direction as compared with the fcc structure, the coercive force H when a magnetic field is applied to the hard bias layers 31 and 31.
c becomes large. Further, since the c-axis of hcp is preferentially oriented within the boundary surface between the CoPt-based alloy and the bias underlayers 30, 30, the remanent magnetization increases, and the squareness ratio S obtained by the remanent magnetization / saturation magnetization increases. . As a result, the characteristics of the hard bias layers 31 and 31 can be improved, and the bias magnetic field generated from the hard bias layers 31 and 31 can be increased.

【0129】なお、ハードバイアス層31,31は、フ
リー磁性層27を構成する第2フリー磁性層27aと第
1フリー磁性層27cのうち、一方の磁化方向を揃える
だけでよい。例えば、第2フリー磁性層27aの磁化方
向が一定方向に揃えられると、第1フリー磁性層27c
は磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリ
ー磁性層27全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
The hard bias layers 31 and 31 need only be aligned in the magnetization direction of one of the second free magnetic layer 27a and the first free magnetic layer 27c forming the free magnetic layer 27. For example, when the magnetization direction of the second free magnetic layer 27a is aligned in a fixed direction, the first free magnetic layer 27c
Becomes a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 27 is aligned in a fixed direction.

【0130】なお、下部電極層21及び上部電極層33
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。
The lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 33 are
Can be formed using W, Ta, Cr, Cu, Rh, Ir, Ru, Au or the like as a material.

【0131】なお、下部電極層21及び上部電極層33
としてTaを用いる場合には、上部電極層33の下層
に、Crの中間層を設けることによってCrの上層に積
層されるTaの結晶構造を低抵抗の体心立方構造にしや
すくなる。
The lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 33.
In the case of using Ta as the above, by providing an intermediate layer of Cr in the lower layer of the upper electrode layer 33, the crystal structure of Ta laminated on the upper layer of Cr can be easily made into a low-resistance body-centered cubic structure.

【0132】また、下部電極層21及び上部電極層33
としてCrを用いる場合には、上部電極層33の下層に
Taの中間層を設けることにより、Crがエピタキシャ
ルに成長して、抵抗値を低減できる。
In addition, the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 33
When Cr is used as the above, by providing an intermediate layer of Ta under the upper electrode layer 33, Cr is epitaxially grown and the resistance value can be reduced.

【0133】図1に示された磁気検出素子は、多層膜T
1が絶縁材料層29に設けられた貫通孔H内部に形成さ
れていることを特徴とするものである。多層膜T1が絶
縁材料層29に設けられた貫通孔H内部に形成されるの
で、多層膜T1が絶縁材料層29によって保護される。
従って、多層膜T1をイオンミリングなどで削り出し形
成するときに、貫通孔H内部に位置し、磁界検出能を有
する多層膜T1の中央部Cが損傷することを防ぐことが
できる。
The magnetic sensing element shown in FIG. 1 has a multilayer film T
1 is formed inside the through hole H provided in the insulating material layer 29. Since the multilayer film T1 is formed inside the through hole H provided in the insulating material layer 29, the multilayer film T1 is protected by the insulating material layer 29.
Therefore, when the multilayer film T1 is carved out by ion milling or the like, it is possible to prevent the central portion C of the multilayer film T1 located inside the through hole H and having magnetic field detection capability from being damaged.

【0134】また、図1の磁気検出素子では、多層膜T
1の側端部S,Sが、絶縁材料層29の上面29a1に
積層されている。なお、絶縁材料層29の上面29a1
に積層された多層膜T1の側端部S,Sは、多層膜T1
の中心部Cよりも磁気抵抗効果が低下している。
Further, in the magnetic sensing element of FIG. 1, the multilayer film T
The side ends S 1 and S 1 of the first layer are stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29. The upper surface 29a1 of the insulating material layer 29
The side edges S, S of the multilayer film T1 laminated on the
The magnetoresistive effect is lower than that of the central portion C of the.

【0135】多層膜T1は、貫通孔H内部から絶縁材料
層29の上面29a1にかけて形成されているので、貫
通孔Hの上部開口部の縁部、すなわち絶縁材料層29の
角部29b上で屈曲する。多層膜T1の磁気抵抗変化率
は屈曲した部分(屈曲部)で低下する。
Since the multilayer film T1 is formed from the inside of the through hole H to the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29, it is bent at the edge of the upper opening of the through hole H, that is, on the corner 29b of the insulating material layer 29. To do. The rate of change in magnetoresistance of the multilayer film T1 decreases at the bent portion (bent portion).

【0136】従って、多層膜T1の中心部Cに、膜面垂
直方向の電流を流すと、主に中心部Cの磁気抵抗変化の
みが検出され、多層膜T1の側端部S,Sの磁気抵抗効
果は検出されなくなっている。
Therefore, when a current in the direction perpendicular to the film surface is applied to the central portion C of the multilayer film T1, only the magnetoresistance change in the central portion C is mainly detected, and the magnetic fields of the side end portions S and S of the multilayer film T1 are detected. The resistance effect is no longer detected.

【0137】また、多層膜T1の側端部S,S、特に側
端面T1s,T1sにミリング粒子を打ち込み、故意に
磁気抵抗効果を低下させることもできる。
It is also possible to intentionally reduce the magnetoresistive effect by implanting milling particles on the side end portions S, S of the multilayer film T1, especially on the side end surfaces T1s, T1s.

【0138】多層膜T1のような、スピンバルブ型磁気
抵抗効果素子において、フリー磁性層27と固定磁性層
25が短絡すると、外部磁界が印加されてフリー磁性層
27の磁化方向が変化しても、抵抗変化が生じなくな
り、磁気検出素子として機能しなくなる 従来の磁気検出素子では、上述したように製造過程にお
ける、フリー磁性層と固定磁性層が金属材料の再付着に
よって短絡する確率が高かった。
In the spin-valve type magnetoresistive element such as the multilayer film T1, when the free magnetic layer 27 and the fixed magnetic layer 25 are short-circuited, an external magnetic field is applied and the magnetization direction of the free magnetic layer 27 changes. As described above, in the conventional magnetic detection element that does not function as a magnetic detection element because the resistance change does not occur, there is a high probability that the free magnetic layer and the fixed magnetic layer are short-circuited due to redeposition of the metal material in the manufacturing process.

【0139】しかし、本発明では、多層膜T1が貫通孔
H内部に形成され、絶縁材料層29によって保護され
る。従って、フリー磁性層27と固定磁性層25が短絡
することを防ぐことができる。
However, in the present invention, the multilayer film T1 is formed inside the through hole H and is protected by the insulating material layer 29. Therefore, it is possible to prevent a short circuit between the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25.

【0140】なお、図1のように、多層膜T1の側端部
S,Sが、絶縁材料層29の上面29a1に積層されて
いると、フリー磁性層27と固定磁性層25の側端面に
金属材料が再付着することがある。しかし、絶縁材料層
29の上面29a1に積層される多層膜T1の側端部
S,Sは、磁界検出能に関与させないことが好ましいこ
ともあり、多層膜T1の上面に対する法線方向(磁気検
出素子が形成される基板表面に対する法線方向)に対し
て大きな入射角度のミリングによって削られることが好
ましい。このミリング工程によって、フリー磁性層27
と固定磁性層25の側端面に再付着した金属材料を除去
して、フリー磁性層27と固定磁性層25の電気的短絡
を解消できる。
As shown in FIG. 1, when the side edges S, S of the multilayer film T1 are laminated on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29, the side edges of the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25 are formed. The metal material may redeposit. However, it is sometimes preferable that the side edges S, S of the multilayer film T1 stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 are not involved in the magnetic field detectability, and thus the direction normal to the upper surface of the multilayer film T1 (magnetic detection). It is preferable to grind by milling with a large incident angle with respect to the normal direction to the substrate surface on which the element is formed. By this milling process, the free magnetic layer 27
By removing the metal material redeposited on the side end surface of the pinned magnetic layer 25, the electrical short circuit between the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25 can be eliminated.

【0141】なお、絶縁材料層29は鏡面反射効果を有
することが好ましい。また、図1では、下部電極層21
の下層に下部シールド層20が形成され、上部電極層3
3の上層に上部シールド層34が形成されている。ただ
し、下部電極層21及び上部電極層33が磁性材料によ
って形成され、下部電極層21及び上部電極層33がそ
れぞれ、下部シールド層及び上部シールド層の機能を有
してもよい。
The insulating material layer 29 preferably has a specular reflection effect. Further, in FIG. 1, the lower electrode layer 21
The lower shield layer 20 is formed on the lower layer of the upper electrode layer 3
An upper shield layer 34 is formed on the upper layer of No. 3. However, the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 33 may be formed of a magnetic material, and the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 33 may have the functions of the lower shield layer and the upper shield layer, respectively.

【0142】なお、貫通孔Hのトラック幅方向中央位置
Hcから絶縁材料層29の外側面29c,29cまでの
距離W1RとW1Lが等しいと、フリー磁性層27がハー
ドバイアス層31,31から受け取る縦バイアス磁界の
大きさが、図示X方向の右側端部と左側端部で等しくな
るので好ましい。
When the distances W1 R and W1 L from the center position Hc of the through hole H in the track width direction to the outer surfaces 29c, 29c of the insulating material layer 29 are equal, the free magnetic layer 27 is separated from the hard bias layers 31, 31. The magnitude of the longitudinal bias magnetic field to be received is equal at the right end portion and the left end portion in the X direction in the drawing, which is preferable.

【0143】図2は、本発明における第2の実施の形態
の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensing element according to the second embodiment of the present invention as seen from the side facing the recording medium.

【0144】図2に示される磁気検出素子は、多層膜T
2が下から順に、第1フリー磁性層27c、非磁性中間
層27b、第2フリー磁性層27aからなるシンセティ
ックフェリフリー型のフリー磁性層27、非磁性材料層
26、第2固定磁性層25c、非磁性中間層25b、第
1固定磁性層25aからなるシンセティックフェリピン
ド型の固定磁性層25、反強磁性層24、保護層28が
下から順に積層された、いわゆるトップ型のスピンバル
ブ型磁気抵抗効果素子である点で、図1に示された磁気
検出素子と異なっている。
The magnetic sensing element shown in FIG. 2 has a multilayer film T
2 is a synthetic ferri-free type free magnetic layer 27 including a first free magnetic layer 27c, a non-magnetic intermediate layer 27b, and a second free magnetic layer 27a, a non-magnetic material layer 26, a second pinned magnetic layer 25c, and A so-called top-type spin-valve magnetoresistor in which a synthetic ferripinned pinned magnetic layer 25 including a non-magnetic intermediate layer 25b and a first pinned magnetic layer 25a, an antiferromagnetic layer 24, and a protective layer 28 are laminated in this order from the bottom. It differs from the magnetic sensing element shown in FIG. 1 in that it is an effect element.

【0145】多層膜の積層順序が異ならされた図2に示
される磁気検出素子でも、図1に示された磁気検出素子
と同様に、多層膜T2が絶縁材料層29に設けられた貫
通孔H内部に形成されているので、多層膜T2が絶縁材
料層29によって保護される。
In the magnetic detecting element shown in FIG. 2 in which the order of stacking the multilayer films is different, the through hole H provided with the multilayer film T2 in the insulating material layer 29 is provided as in the magnetic detecting element shown in FIG. Since it is formed inside, the multilayer film T2 is protected by the insulating material layer 29.

【0146】従って、多層膜T2をイオンミリングなど
で削り出し形成するときに、貫通孔H内部に位置し、磁
界検出能を有する多層膜T2の中央部Cが損傷すること
を防ぐことができる。
Therefore, when the multilayer film T2 is carved out by ion milling or the like, it is possible to prevent the central portion C of the multilayer film T2 located inside the through hole H and having the magnetic field detection ability from being damaged.

【0147】また、図2の磁気検出素子でも、多層膜T
2の側端部S,Sが、絶縁材料層29の上面29a1に
積層されている。絶縁材料層29の上面29a1に積層
された多層膜T2の側端部S,Sは、多層膜T2の中心
部Cよりも磁気抵抗効果が低下している。
In the magnetic sensing element of FIG. 2 also, the multilayer film T
The two side ends S, S are stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29. The side end portions S, S of the multilayer film T2 stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 have a lower magnetoresistive effect than the central portion C of the multilayer film T2.

【0148】図3は、本発明における第3の実施の形態
の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a magnetic detection element according to the third embodiment of the present invention as seen from the side facing a recording medium.

【0149】図3の磁気検出素子は、多層膜T2の最下
層の第1フリー磁性層27cに重なる位置に縦バイアス
層としてエクスチェンジバイアス層35,35が形成さ
れている点で図2の磁気検出素子と異なっている。な
お、下部電極層21は、エクスチェンジバイアス層3
5,35間に形成されている。
The magnetic detecting element of FIG. 3 has the magnetic field detecting element of FIG. 2 in that exchange bias layers 35, 35 are formed as longitudinal bias layers at positions overlapping the lowermost first free magnetic layer 27c of the multilayer film T2. Different from the element. The lower electrode layer 21 is the exchange bias layer 3
It is formed between 5 and 35.

【0150】図3に示される磁気検出素子でも、図2に
示された磁気検出素子と同様に、多層膜T2が絶縁材料
層29に設けられた貫通孔H内部に形成されているの
で、多層膜T2が絶縁材料層29によって保護される。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 3 as well, like the magnetic sensing element shown in FIG. 2, since the multilayer film T2 is formed inside the through hole H provided in the insulating material layer 29, the multi-layered film is formed. The film T2 is protected by the insulating material layer 29.

【0151】従って、多層膜T2をイオンミリングなど
で削り出し形成するときに、貫通孔H内部に位置し、磁
界検出能を有する多層膜T2の中央部Cが損傷すること
を防ぐことができる。
Therefore, when the multilayer film T2 is carved out by ion milling or the like, it is possible to prevent the central portion C of the multilayer film T2 located inside the through hole H and having the magnetic field detection capability from being damaged.

【0152】また、図3の磁気検出素子でも、多層膜T
2の側端部S,Sが、絶縁材料層29の上面29a1に
積層されている。絶縁材料層29の上面29a1に積層
された多層膜T2の側端部S,Sは、多層膜T2の中心
部Cよりも磁気抵抗効果が低下している。
In the magnetic sensing element of FIG. 3 also, the multilayer film T
The two side ends S, S are stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29. The side end portions S, S of the multilayer film T2 stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 have a lower magnetoresistive effect than the central portion C of the multilayer film T2.

【0153】エクスチェンジバイアス層35,35は、
反強磁性層24と同じく、PtMn合金、または、X―
Mn(ただしXは、Pd,Ir,Rh,Ru,Os,N
i,Feのいずれか1種または2種以上の元素である)
合金で、あるいはPt―Mn―X′(ただしX′は、P
d,Ir,Rh,Ru,Au,Ag,Os,Cr,N
i,Ar,Ne,Xe,Krのいずれか1または2種以
上の元素である)合金で形成することができる。
The exchange bias layers 35, 35 are
As with the antiferromagnetic layer 24, a PtMn alloy or X-
Mn (where X is Pd, Ir, Rh, Ru, Os, N
i, Fe is one or more elements selected from Fe)
Alloy or Pt-Mn-X '(where X'is P
d, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, N
i, Ar, Ne, Xe, Kr, which is one or more elements).

【0154】なお、エクスチェンジバイアス層35,3
5がα−Fe23、NiO、CoOのうちいずれか一種
以上で形成されることが好ましい。
The exchange bias layers 35, 3
5 is preferably formed of one or more of α-Fe 2 O 3 , NiO, and CoO.

【0155】α−Fe23、NiOなどで形成されたエ
クスチェンジバイアス層35,35は、絶縁性であり、
従ってセンス電流がエクスチェンジバイアス層35,3
5に分流するのを適切に抑制することができる。
The exchange bias layers 35, 35 made of α-Fe 2 O 3 , NiO or the like are insulative,
Therefore, the sense current is changed to the exchange bias layers 35, 3
It is possible to appropriately suppress the diversion to 5.

【0156】第1フリー磁性層27cは、エクスチェン
ジバイアス層35,35との交換異方性磁界によって、
磁化方向がトラック幅方向(図示X方向)に揃えられ、
第2フリー磁性層27aは、第1フリー磁性層27cと
のRKKY相互作用によって、図示X方向と反平行方向
の磁化方向となる。
The first free magnetic layer 27c is exchanged with the exchange bias layers 35, 35 by an anisotropic magnetic field,
The magnetization direction is aligned with the track width direction (X direction in the drawing),
The second free magnetic layer 27a has a magnetization direction that is antiparallel to the X direction in the drawing due to the RKKY interaction with the first free magnetic layer 27c.

【0157】エクスチェンジバイアス層35,35によ
って、フリー磁性層27を単磁区化すると、エクスチェ
ンジバイアス層35,35間距離で規定される光学的ト
ラック幅と、フリー磁性層27の磁化が変動する領域の
トラック幅方向寸法で規定される磁気的トラック幅が一
致する。
When the free magnetic layer 27 is made into a single magnetic domain by the exchange bias layers 35 and 35, the optical track width defined by the distance between the exchange bias layers 35 and 35 and the region where the magnetization of the free magnetic layer 27 varies. The magnetic track widths defined by the track width direction dimensions match.

【0158】すなわち、ハードバイアス層によってバイ
アス磁界を与える構成と異なり、光学的トラック幅の領
域内にいわゆる不感領域が形成されないという利点を有
する。
That is, unlike the structure in which the bias magnetic field is applied by the hard bias layer, there is an advantage that a so-called dead area is not formed in the area of the optical track width.

【0159】また、図1及び図2に示されたハードバイ
アス型の磁気検出素子では、ハードバイアス層31の側
端面31aと貫通孔Hの側面Haの間の絶縁材料層29
の厚さt1を、フリー磁性層27にハードバイアス層3
1,31から十分なバイアス磁界がかかるような厚さに
制御するのが困難になることがある。図4に示される磁
気検出素子では、エクスチェンジバイアス層35,35
に重なる位置に、第1フリー磁性層27cを積層するだ
けでよい。
In the hard bias type magnetic sensing element shown in FIGS. 1 and 2, the insulating material layer 29 between the side end surface 31a of the hard bias layer 31 and the side surface Ha of the through hole H is formed.
Of the hard bias layer 3 to the free magnetic layer 27.
It may be difficult to control the thickness so that a sufficient bias magnetic field is applied from 1, 31. In the magnetic sensing element shown in FIG. 4, the exchange bias layers 35, 35
It is only necessary to stack the first free magnetic layer 27c at a position overlapping with.

【0160】これらの利点を有するエクスチェンジバイ
アス方式の磁気検出素子は、磁気検出素子の小型化を進
めるときに、特に有利な縦バイアス方式となる。
The exchange bias type magnetic sensing element having these advantages is a particularly advantageous longitudinal bias type when miniaturizing the magnetic sensing element.

【0161】なお、エクスチェンジバイアス層35,3
5とフリー磁性層27の間に、強磁性材料からなる強磁
性層や非磁性材料からなる層を形成してもよい。また
は、エクスチェンジバイアス層35,35を強磁性材料
によって形成してもよい。
The exchange bias layers 35, 3
A ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material or a layer made of a non-magnetic material may be formed between 5 and the free magnetic layer 27. Alternatively, the exchange bias layers 35, 35 may be formed of a ferromagnetic material.

【0162】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。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensing element of the fourth embodiment of the present invention as seen from the side facing the recording medium.

【0163】図4の磁気検出素子は、フリー磁性層27
の上に非磁性材料からなる分離層36が積層され、分離
層36上に、縦バイアス層として、硬磁性材料からなる
インスタックバイアス層37が積層されている多層膜T
3を有し、ハードバイアス層が形成されていない点で図
1に示された磁気検出素子と異なっている。
The magnetic detecting element shown in FIG.
A multi-layered film T in which a separation layer 36 made of a non-magnetic material is laminated on the above, and an in-stack bias layer 37 made of a hard magnetic material is laminated as a longitudinal bias layer on the separation layer 36.
3 is different from the magnetic sensing element shown in FIG. 1 in that the hard bias layer is not formed.

【0164】分離層36より下層の、下地層22、シー
ド層23、反強磁性層24、第1固定磁性層25a、非
磁性中間層25b、第2固定磁性層25cからなるシン
セティックフェリピンド型の固定磁性層25、非磁性材
料層26、第2フリー磁性層27a、非磁性中間層27
b、第1フリー磁性層27cからなるシンセティックフ
ェリフリー型のフリー磁性層27の構成は、図1に示さ
れた磁気検出素子と同じである。
Below the separation layer 36, a synthetic ferri-pinned type including an underlayer 22, a seed layer 23, an antiferromagnetic layer 24, a first pinned magnetic layer 25a, a nonmagnetic intermediate layer 25b, and a second pinned magnetic layer 25c. Pinned magnetic layer 25, non-magnetic material layer 26, second free magnetic layer 27a, non-magnetic intermediate layer 27.
b, the structure of the synthetic ferri-free type free magnetic layer 27 including the first free magnetic layer 27c is the same as that of the magnetic sensing element shown in FIG.

【0165】図4に示される磁気検出素子でも、図1に
示された磁気検出素子と同様に、多層膜T3が絶縁材料
層29に設けられた貫通孔H内部に形成されているの
で、多層膜T3が絶縁材料層29によって保護される。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 4 as well, like the magnetic sensing element shown in FIG. 1, since the multilayer film T3 is formed inside the through hole H formed in the insulating material layer 29, the multilayer The film T3 is protected by the insulating material layer 29.

【0166】従って、多層膜T3をイオンミリングなど
で削り出し形成するときに、貫通孔H内部に位置し、磁
界検出能を有する多層膜T3の中央部Cが損傷すること
を防ぐことができる。
Therefore, when the multilayer film T3 is carved out by ion milling or the like, the central portion C of the multilayer film T3 located inside the through hole H and having the magnetic field detection ability can be prevented from being damaged.

【0167】また、図4の磁気検出素子でも、多層膜T
3の側端部S,Sが、絶縁材料層29の上面29a1に
積層されている。絶縁材料層29の上面29a1に積層
された多層膜T3の側端部S,Sは、多層膜T3の中心
部Cよりも磁気抵抗効果が低下している。
In the magnetic sensing element of FIG. 4 also, the multilayer film T
The side edges S, S of 3 are stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29. The side end portions S, S of the multilayer film T3 stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 have a lower magnetoresistive effect than the central portion C of the multilayer film T3.

【0168】図4に示される磁気検出素子では、インス
タックバイアス層37とフリー磁性層27間に静磁的な
結合が発生し、フリー磁性層27の磁化方向が一方向に
そろえられる。図4では、フリー磁性層27のうちイン
スタックバイアス層37に近い側の第1フリー磁性層2
7cとインスタックバイアス層37間に静磁的な結合が
発生し、第1フリー磁性層27cの磁化が図示X方向に
単磁区化され、第2フリー磁性層27aの磁化が図示X
方向と180°異なる方向を向く。
In the magnetic detecting element shown in FIG. 4, magnetostatic coupling occurs between the in-stack bias layer 37 and the free magnetic layer 27, and the magnetization direction of the free magnetic layer 27 is aligned in one direction. In FIG. 4, the first free magnetic layer 2 of the free magnetic layer 27 on the side closer to the in-stack bias layer 37.
7c and the in-stack bias layer 37 are magnetostatically coupled, the magnetization of the first free magnetic layer 27c is made into a single magnetic domain in the X direction in the figure, and the magnetization of the second free magnetic layer 27a is shown in the X direction.
The direction is 180 ° different from the direction.

【0169】第2フリー磁性層27aの磁気的膜厚(M
s×t)と第1フリー磁性層27cの磁気的膜厚(Ms
×t)を足し合わせた合成の磁気的膜厚(Ms×t)の
方向がフリー磁性層27の磁化方向となる。
The magnetic film thickness of the second free magnetic layer 27a (M
s × t) and the magnetic film thickness of the first free magnetic layer 27c (Ms
The direction of the synthetic magnetic film thickness (Ms × t) obtained by adding up × t) is the magnetization direction of the free magnetic layer 27.

【0170】図1または図2に示された磁気検出素子で
は、多層膜のトラック幅方向の側端面にハードバイアス
層31,31を対向させることでフリー磁性層27内に
反磁界が生じるバックリング現象や、フリー磁性層27
の磁化が側端面付近で強固に固定され磁化反転が悪化す
る不感領域の発生が問題になることがある。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1 or FIG. 2, buckling which causes a demagnetizing field in the free magnetic layer 27 by facing the hard bias layers 31 and 31 to the side end faces of the multilayer film in the track width direction. Phenomenon and free magnetic layer 27
In some cases, there is a problem in that the insensitive region in which the magnetization is strongly fixed near the side end face and the magnetization reversal deteriorates.

【0171】しかし、図4のようにフリー磁性層27の
非磁性材料層26が形成された面と反対側の面に分離層
36を介してインスタックバイアス層37を設けること
で、バックリング現象や不感領域の発生問題を解消でき
る。
However, by providing the in-stack bias layer 37 on the surface of the free magnetic layer 27 opposite to the surface on which the non-magnetic material layer 26 is formed as shown in FIG. It is possible to solve the problem of occurrence of the dead zone.

【0172】従って、フリー磁性層27の単磁区化を適
切に促進でき、またフリー磁性層の外部磁界に対する磁
化反転を良好にでき、再生感度が良く再生波形の安定性
に優れた磁気検出素子を製造することが可能である。
Accordingly, the magnetic domain of the free magnetic layer 27 can be appropriately promoted, the magnetization reversal of the free magnetic layer with respect to the external magnetic field can be made excellent, and the magnetic detection element having the good reproduction sensitivity and the excellent stability of the reproduced waveform can be obtained. It is possible to manufacture.

【0173】なおインスタックバイアス層37の膜厚は
50〜300Åであることが好ましい。
The thickness of the in-stack bias layer 37 is preferably 50 to 300Å.

【0174】図5は、本発明における第5の実施の形態
の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the magnetic sensing element of the fifth embodiment of the present invention as seen from the side facing the recording medium.

【0175】図5に示された磁気検出素子は、下部電極
層21上に積層された絶縁材料層48に形成された貫通
孔H1の側面H1aが絶縁材料層48の上面48a1に
対する傾斜面である点で図1に示された磁気検出素子と
異なっている。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 5, the side surface H1a of the through hole H1 formed in the insulating material layer 48 laminated on the lower electrode layer 21 is an inclined surface with respect to the upper surface 48a1 of the insulating material layer 48. It differs from the magnetic sensing element shown in FIG. 1 in the point.

【0176】図5に示された磁気検出素子は、磁気抵抗
効果素子として多層膜T4が形成されている。この多層
膜T4は、図1に示された磁気検出素子の多層膜T1と
同様に、下から、下地層40、シード層41、反強磁性
層42、第1固定磁性層43a、非磁性中間層43b、
第2固定磁性層43cからなるシンセティックフェリピ
ンド型の固定磁性層43、非磁性材料層44、第2フリ
ー磁性層45a、非磁性中間層45b、第1フリー磁性
層45cからなるシンセティックフェリフリー型のフリ
ー磁性層45、保護層46が積層されたものである。各
層の材料は、図1の多層膜T1の各層の材料と同じなの
で説明を省略する。
In the magnetic detecting element shown in FIG. 5, a multilayer film T4 is formed as a magnetoresistive effect element. This multilayer film T4 is similar to the multilayer film T1 of the magnetic sensing element shown in FIG. 1 from the bottom, the underlayer 40, the seed layer 41, the antiferromagnetic layer 42, the first pinned magnetic layer 43a, and the nonmagnetic intermediate layer. Layer 43b,
A synthetic ferri-pinned type fixed magnetic layer 43 including the second fixed magnetic layer 43c, a non-magnetic material layer 44, a second free magnetic layer 45a, a non-magnetic intermediate layer 45b, and a first free magnetic layer 45c. The free magnetic layer 45 and the protective layer 46 are laminated. The material of each layer is the same as the material of each layer of the multilayer film T1 in FIG.

【0177】絶縁材料層48の多層膜T4が積層されて
いない部分の上面48a2上には、バイアス下地層3
0,30を介して、ハードバイアス層31,31が積層
されている。ハードバイアス層31,31上には絶縁層
32,32が積層されている。この絶縁層32,32に
よって、上部電極層33と、多層膜T4の側端面T4
s,T4s、ハードバイアス層31,31が絶縁されて
いる。
The bias underlayer 3 is formed on the upper surface 48a2 of the portion of the insulating material layer 48 where the multilayer film T4 is not laminated.
Hard bias layers 31 and 31 are laminated via 0 and 30. Insulating layers 32, 32 are laminated on the hard bias layers 31, 31. By the insulating layers 32, 32, the upper electrode layer 33 and the side end surface T4 of the multilayer film T4 are formed.
s, T4s and the hard bias layers 31, 31 are insulated.

【0178】なお、本実施の形態でも、ハードバイアス
層31の側端面31aと貫通孔H1の側面H1aの間の
絶縁材料層48の厚さや側面H1aの傾斜角度は、フリ
ー磁性層45にハードバイアス層31,31から十分な
バイアス磁界がかかるように設定する。
Also in this embodiment, the thickness of the insulating material layer 48 between the side end surface 31a of the hard bias layer 31 and the side surface H1a of the through hole H1 and the inclination angle of the side surface H1a are different from those of the free magnetic layer 45. The layers 31 and 31 are set so that a sufficient bias magnetic field is applied.

【0179】反応性イオンミリングを用いないと、図1
に示されるような、側面Haが絶縁材料層29の上面2
9a1に対する垂直面である貫通孔Hを絶縁材料層29
に形成することは難しい。そのため、絶縁材料層29に
貫通孔Hを精度良く形成するためには、絶縁材料層29
の材料を反応性イオンミリングによって加工できるもの
中から選択する必要があった。
Without reactive ion milling, FIG.
The side surface Ha is the upper surface 2 of the insulating material layer 29 as shown in
The through hole H, which is a vertical surface with respect to 9a1, is formed into the insulating material layer 29.
Difficult to form. Therefore, in order to accurately form the through hole H in the insulating material layer 29, the insulating material layer 29
It was necessary to select the above materials from those that could be processed by reactive ion milling.

【0180】一方、図5に示されるような、側面H1a
が絶縁材料層48の上面48a1に対する傾斜面である
貫通孔H1を形成するのであれば、絶縁材料層48の材
料を、アルミナ(Al23)やAl−Si−Oなどより
広い範囲から選択することができる。
On the other hand, the side surface H1a as shown in FIG.
Form a through hole H1 that is an inclined surface with respect to the upper surface 48a1 of the insulating material layer 48, the material of the insulating material layer 48 is selected from a wider range such as alumina (Al 2 O 3 ) or Al—Si—O. can do.

【0181】なお、多層膜T4のトラック幅寸法Twと
は、貫通孔H1内部に位置し、磁界検出能を有する多層
膜T4の中央部Cのトラック幅方向(X方向)の幅寸法
である。
The track width dimension Tw of the multilayer film T4 is the width dimension in the track width direction (X direction) of the central portion C of the multilayer film T4 located inside the through hole H1 and having the magnetic field detection capability.

【0182】図5に示される磁気検出素子でも、図1に
示された磁気検出素子と同様に、多層膜T4が絶縁材料
層48に設けられた貫通孔H1内部に形成されているの
で、多層膜T4が絶縁材料層48によって保護される。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 5, as in the magnetic sensing element shown in FIG. 1, since the multilayer film T4 is formed inside the through hole H1 provided in the insulating material layer 48, the multi-layered film T4 is formed. The film T4 is protected by the insulating material layer 48.

【0183】従って、多層膜T4をイオンミリングなど
で削り出し形成するときに、貫通孔H1内部に位置し、
磁界検出能を有する多層膜T4の中央部Cが損傷するこ
とを防ぐことができる。
Therefore, when the multilayer film T4 is carved and formed by ion milling or the like, it is positioned inside the through hole H1,
It is possible to prevent the central portion C of the multilayer film T4 having magnetic field detection ability from being damaged.

【0184】また、図5の磁気検出素子でも、多層膜T
4の側端部S,Sが、絶縁材料層48の上面48a1に
積層されている。絶縁材料層48の上面48a1に積層
された多層膜T4の側端部S,Sは、多層膜T4の中央
部Cよりも磁気抵抗効果が低下している。
In the magnetic sensing element shown in FIG. 5, the multilayer film T
The side edges S, S of 4 are laminated on the upper surface 48a1 of the insulating material layer 48. The side end portions S, S of the multilayer film T4 stacked on the upper surface 48a1 of the insulating material layer 48 have a lower magnetoresistive effect than the central portion C of the multilayer film T4.

【0185】図1に示された磁気検出素子の製造方法を
説明する。まず、図7に示されるように、図示しない基
板上に、アルミナなどの下地層(図示せず)を介して、
下部シールド層20、下部電極層21、及び絶縁材料層
29を成膜する。各層の材料は、図1に示された磁気検
出素子と同じなので説明を省略する。特に、絶縁材料層
29を反応性イオンエッチングによって削ることのでき
る材料、例えば、SiO2(酸化ケイ素)などを用いる
ことが重要である。なお、絶縁材料層の膜厚は例えば5
00Åである。
A method of manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1 will be described. First, as shown in FIG. 7, on a substrate (not shown), via an underlayer (not shown) such as alumina,
The lower shield layer 20, the lower electrode layer 21, and the insulating material layer 29 are formed. The material of each layer is the same as that of the magnetic detection element shown in FIG. In particular, it is important to use a material that can remove the insulating material layer 29 by reactive ion etching, such as SiO 2 (silicon oxide). The thickness of the insulating material layer is, for example, 5
It is 00Å.

【0186】各層の形成は例えばスパッタ成膜である。
スパッタ成膜では、例えばDCマグネトロンスパッタ
法、RFマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッ
タ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッ
タ法のいずれか、またはそれらを組み合せたスパッタ法
などを使用できる。なお、以下に示す工程においてスパ
ッタ成膜を行うときにも、これらのスパッタ法を使うこ
とができる。
The formation of each layer is, for example, sputtering film formation.
In the sputtering film formation, for example, any one of a DC magnetron sputtering method, an RF magnetron sputtering method, an ion beam sputtering method, a long throw sputtering method, a collimation sputtering method, or a combination thereof can be used. Note that these sputtering methods can also be used when performing sputter film formation in the steps described below.

【0187】なお、下部電極層21が磁性材料によって
形成され、下部シールド層20が別部材として形成され
なくてもよい。この場合、下部電極層21が下部シール
ド層としても働く。
The lower electrode layer 21 may be formed of a magnetic material and the lower shield layer 20 may not be formed as a separate member. In this case, the lower electrode layer 21 also functions as a lower shield layer.

【0188】次に、絶縁材料層29上に、レジスト層R
1,R1を形成する。レジスト層R1,R1のトラック
幅方向(図示X方向)における間隔をW1とする。
Next, a resist layer R is formed on the insulating material layer 29.
1, R1 are formed. The distance between the resist layers R1 and R1 in the track width direction (X direction in the drawing) is W1.

【0189】次に、レジスト層R1,R1に覆われてい
ない絶縁材料層29の領域を、反応性イオンミリングを
用いて削って除去して貫通孔Hを形成し、この貫通孔H
内に下部電極層21の表面を露出させる。反応性イオン
ミリングを用いることにより、貫通孔Hの側面Ha,H
aの絶縁材料層29の上面29aに対する傾斜角度を、
80°〜90°にすることができる。特に、貫通孔Hの
側面Ha,Haを絶縁材料層29の上面29aに対する
垂直面にすることもできる。
Next, the region of the insulating material layer 29 which is not covered with the resist layers R1 and R1 is ground and removed by reactive ion milling to form a through hole H.
The surface of the lower electrode layer 21 is exposed inside. By using reactive ion milling, the side surfaces Ha, H of the through hole H are
The inclination angle of the a of the insulating material layer 29 with respect to the upper surface 29a is
It can be 80 ° to 90 °. In particular, the side surfaces Ha and Ha of the through hole H may be vertical to the upper surface 29a of the insulating material layer 29.

【0190】なお、前記反応性イオンミリングによっ
て、絶縁材料層29のみを削り、下部電極層21を削ら
ないことが好ましいが、下部電極層21が多少削られて
もかまわない。
Although it is preferable that only the insulating material layer 29 is removed and the lower electrode layer 21 is not removed by the reactive ion milling, the lower electrode layer 21 may be slightly removed.

【0191】次に、図9に示すように、貫通孔H内であ
って下部電極層21上及び絶縁材料層29上に、下地層
22、シード層23、反強磁性層24、第1固定磁性層
25a、非磁性中間層25b、第2固定磁性層25cか
らなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層2
5、非磁性材料層26、第2フリー磁性層27a、非磁
性中間層27b、第1フリー磁性層27cからなるシン
セティックフェリフリー型のフリー磁性層27、保護層
28からなる多層膜T1をスパッタ成膜する。
Next, as shown in FIG. 9, the underlying layer 22, the seed layer 23, the antiferromagnetic layer 24, and the first fixed layer are formed on the lower electrode layer 21 and the insulating material layer 29 in the through hole H. A synthetic ferripinned pinned magnetic layer 2 including a magnetic layer 25a, a non-magnetic intermediate layer 25b, and a second pinned magnetic layer 25c.
5. The multilayer film T1 including the synthetic ferri-free type free magnetic layer 27 including the non-magnetic material layer 26, the second free magnetic layer 27a, the non-magnetic intermediate layer 27b, and the first free magnetic layer 27c, and the protective layer 28 is formed by sputtering. To film.

【0192】各層の材料は、図1に示された磁気検出素
子と同じなので説明を省略する。さらに、図10に示す
ように、貫通孔Hと絶縁材料層29の貫通孔Hの開口部
付近に重なる保護層28の上にリフトオフ用のレジスト
層R2を形成する。レジスト層R2のトラック幅方向
(図示X方向)における幅寸法をW2としている。ま
た、図10では、貫通孔Hのトラック幅方向(図示X方
向)における幅寸法をW3としている。なお、貫通孔H
の幅寸法W3は、0.3μm以下にすることが好まし
い。本実施の形態では、W2>W3である。
Since the material of each layer is the same as that of the magnetic sensing element shown in FIG. 1, its explanation is omitted. Further, as shown in FIG. 10, a lift-off resist layer R2 is formed on the protective layer 28 overlapping the through hole H and the opening of the through hole H of the insulating material layer 29. The width dimension of the resist layer R2 in the track width direction (X direction in the drawing) is set to W2. Further, in FIG. 10, the width dimension of the through hole H in the track width direction (X direction in the drawing) is W3. The through hole H
It is preferable that the width dimension W3 of the above is 0.3 μm or less. In the present embodiment, W2> W3.

【0193】次に、図11に示すように、レジスト層R
2の形成後、多層膜T1の表面に対する法線方向(前記
基板の表面に対する法線方向)から角度θ1だけ傾いた
入射角度のイオンミリングによって、レジスト層R2に
覆われていない部分の、保護層28から下地層22まで
の各層で構成される多層膜T1の両側領域を除去し、さ
らに、レジスト層R2に覆われていない部分の絶縁材料
層29を、上面29a2がフリー磁性層27の中央部C
の上面27dよりも下方に位置するように削って除去す
る。角度θ1は、例えば5°〜30°である。
Next, as shown in FIG. 11, a resist layer R
2 is formed, the protective layer of the portion not covered with the resist layer R2 is formed by ion milling at an incident angle inclined by an angle θ1 from the direction normal to the surface of the multilayer film T1 (direction normal to the surface of the substrate). Both sides of the multilayer film T1 composed of the layers 28 to 22 are removed, and the insulating material layer 29 is covered with the resist layer R2, and the upper surface 29a2 is the central portion of the free magnetic layer 27. C
The upper surface 27d is removed so as to be located below the upper surface 27d. The angle θ1 is, for example, 5 ° to 30 °.

【0194】次に、図12に示すように、多層膜T1の
表面に対する法線方向(前記基板の表面に対する法線方
向)から角度θ2だけ傾いた入射角度のイオンミリング
を行う。角度θ2は前述の角度θ1より大きく、例えば
30°〜70°である。
Next, as shown in FIG. 12, ion milling is performed at an incident angle that is inclined by an angle θ2 from the direction normal to the surface of the multilayer film T1 (the direction normal to the surface of the substrate). The angle θ2 is larger than the angle θ1 described above and is, for example, 30 ° to 70 °.

【0195】図11に示される入射角度がθ1のイオン
ミリング時に、多層膜T1の側端面T1s,T1sに、
多層膜T1の材料が再付着してフリー磁性層27と固定
磁性層25が電気的に短絡することがある。角度θ2の
イオンミリングを行うと、多層膜T1の側端面T1s,
T1sをサイドミリングして、前記再付着物を除去する
ことができ、フリー磁性層27と固定磁性層25の電気
的短絡を解消させることができる。
At the time of ion milling with the incident angle θ1 shown in FIG. 11, the side end surfaces T1s and T1s of the multilayer film T1 are
The material of the multilayer film T1 may be redeposited and the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25 may be electrically short-circuited. When the ion milling with the angle θ2 is performed, the side end surface T1s of the multilayer film T1 is
The reattachment can be removed by side milling T1s, and an electrical short circuit between the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25 can be eliminated.

【0196】図12では、多層膜T1の側端部S,S
が、絶縁材料層29の上面29a1に残されているが、
多層膜T1は貫通孔Hの上部開口部の縁部、すなわち、
絶縁材料層29の角部29b上で屈曲する。多層膜T1
の磁気抵抗変化率は屈曲した部分(屈曲部)で低下す
る。
In FIG. 12, the side edges S, S of the multilayer film T1 are shown.
Are left on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29,
The multilayer film T1 has an edge portion of the upper opening of the through hole H, that is,
The insulating material layer 29 is bent on the corner portion 29b. Multilayer film T1
The rate of change in magnetic resistance decreases in the bent portion (bent portion).

【0197】従って、多層膜T1の貫通孔H内部に位置
する中心部Cに電流を流すと、主に貫通孔H内部の磁気
抵抗変化のみが検出され、多層膜T1の側端部S,Sの
磁気抵抗変化はほとんど検出されない。
Therefore, when an electric current is passed through the central portion C located inside the through hole H of the multilayer film T1, only the magnetoresistance change inside the through hole H is mainly detected, and the side end portions S and S of the multilayer film T1 are detected. Almost no change in magnetic resistance is detected.

【0198】また、多層膜T1の側端面T1s,T1s
に入射角度θ2のミリング粒子を打ち込むことにより、
多層膜T1の側端部S,Sの磁気抵抗効果を、多層膜T
1の中心部Cよりも故意に低下させることができる。
Further, the side end faces T1s, T1s of the multilayer film T1
By implanting milling particles with an incident angle θ2 into
The magnetoresistive effect of the side edges S, S of the multilayer film T1 is
It can be intentionally lower than the central portion C of 1.

【0199】本発明では、多層膜T1が絶縁材料層29
に設けられた貫通孔H内部に形成されているので、多層
膜T1が絶縁材料層29によって保護される。
In the present invention, the multilayer film T1 is made of the insulating material layer 29.
Since it is formed inside the through-hole H provided in, the multilayer film T1 is protected by the insulating material layer 29.

【0200】従って、図11におけるイオンミリング及
び図12におけるイオンミリング時に、磁界検出能を有
する多層膜T1の中央部Cが損傷することを防ぐことが
できる。
Therefore, during the ion milling in FIG. 11 and the ion milling in FIG. 12, it is possible to prevent the central portion C of the multilayer film T1 having the magnetic field detection ability from being damaged.

【0201】また、図12に示される入射角度が角度θ
2のイオンミリングによって、絶縁材料層29の外側面
29c,29cも同時に削られる。
The incident angle shown in FIG. 12 is the angle θ.
The outer surfaces 29c, 29c of the insulating material layer 29 are simultaneously removed by the second ion milling.

【0202】入射角度が角度θ2のイオンミリングによ
って、貫通孔Hのトラック幅方向中央位置Hcから多層
膜T1の両側の側端面T1s,T1sまでの距離、及び
貫通孔Hの中央位置Hcから絶縁材料層29の両側の外
側面29c,29cまでの距離が等しくなるように削る
ことにより、多層膜T1を左右対称構造にできる。
By ion milling with an incident angle of θ2, the distance from the center position Hc of the through hole H in the track width direction to the side end faces T1s and T1s on both sides of the multilayer film T1, and the insulating material from the center position Hc of the through hole H to the insulating material. The multilayer film T1 can have a bilaterally symmetrical structure by shaving the outer surfaces 29c, 29c on both sides of the layer 29 so as to have the same distance.

【0203】特に、貫通孔Hの中央位置Hcから絶縁材
料層29の両側の外側面29c,29cまでの距離WR
とWLを等しくすることにより(図1参照)、後の工程
で形成される一対のハードバイアス層31,31からの
バイアス磁界を、フリー磁性層27のトラック幅方向の
左右両側端面で等しくできる。
Particularly, the distance W R from the central position Hc of the through hole H to the outer side surfaces 29c, 29c on both sides of the insulating material layer 29.
And W L are equalized (see FIG. 1), the bias magnetic fields from the pair of hard bias layers 31, 31 formed in the subsequent step can be equalized on the left and right end surfaces in the track width direction of the free magnetic layer 27. .

【0204】また、貫通孔Hの側面Haから絶縁材料層
29の外側面までの厚さt1が、フリー磁性層27にハ
ードバイアス層31,31から十分なバイアス磁界がか
かるような厚さ、例えば10nmとなるように、絶縁材
料層29を削ることが好ましい。貫通孔Hの側面Haか
ら絶縁材料層29の外側面までの厚さt1は、フリー磁
性層27のトラック幅方向の両側で等しいことが好まし
い。
The thickness t1 from the side surface Ha of the through hole H to the outer side surface of the insulating material layer 29 is such that a sufficient bias magnetic field is applied to the free magnetic layer 27 from the hard bias layers 31 and 31, for example. It is preferable to cut the insulating material layer 29 so as to have a thickness of 10 nm. The thickness t1 from the side surface Ha of the through hole H to the outer side surface of the insulating material layer 29 is preferably equal on both sides of the free magnetic layer 27 in the track width direction.

【0205】なお、図10に示される工程においてレジ
スト層R2のトラック幅方向の中央位置R2cと、貫通
孔Hのトラック幅方向の中央位置Hcが重なっているこ
とが好ましい。
In the step shown in FIG. 10, it is preferable that the center position R2c of the resist layer R2 in the track width direction and the center position Hc of the through hole H in the track width direction overlap.

【0206】中央位置R2cと中央位置Hcが重なって
いると、貫通孔Hのトラック幅方向中央位置Hcから多
層膜T1の両方の側端面T1s,T1sまでの距離、及
び貫通孔Hの中央位置Hcから絶縁材料層29の両方の
外側面29c,29cまでの距離が等しくなる。
When the central position R2c and the central position Hc overlap, the distance from the central position Hc of the through hole H in the track width direction to both side end faces T1s, T1s of the multilayer film T1 and the central position Hc of the through hole H. To both outer surfaces 29c, 29c of the insulating material layer 29 are equal.

【0207】中央位置R2cと中央位置Hcを重ねるた
めには、図7に示されるレジスト層R1,R1で挟まれ
る領域の中央位置Gcと中央位置R2cが重なりあうよ
うにすればよい。
In order to overlap the central position R2c and the central position Hc, the central position Gc and the central position R2c of the region sandwiched by the resist layers R1 and R1 shown in FIG. 7 may overlap each other.

【0208】なお、図12の工程で、絶縁材料層29の
外側面29cの削り量を調節することにより、フリー磁
性層27とハードバイアス層31の距離を調節でき、フ
リー磁性層27がハードバイアス層31から受け取る縦
バイアス磁界の大きさを調節することができる。
In the process of FIG. 12, the distance between the free magnetic layer 27 and the hard bias layer 31 can be adjusted by adjusting the scraping amount of the outer surface 29c of the insulating material layer 29. The magnitude of the longitudinal bias field received from layer 31 can be adjusted.

【0209】なお、絶縁材料層29を、多層膜T1内を
流れる伝導電子のスピン状態(エネルギー、量子状態な
ど)を保持したまま鏡面反射するスペキュラー膜(鏡面
反射膜)とすることが好ましい。
It is preferable that the insulating material layer 29 is a specular film (specular reflection film) that specularly reflects the spin state (energy, quantum state, etc.) of the conduction electrons flowing in the multilayer film T1.

【0210】次に絶縁材料層29上にバイアス下地層3
0,30及びハードバイアス層31,31をスパッタ成
膜する。ハードバイアス層31,31は少なくともフリ
ー磁性層27のトラック幅方向における側端面に対向す
るように形成される。
Next, the bias base layer 3 is formed on the insulating material layer 29.
0 and 30 and hard bias layers 31 and 31 are formed by sputtering. The hard bias layers 31 and 31 are formed so as to face at least the side end surfaces of the free magnetic layer 27 in the track width direction.

【0211】バイアス下地層30,30は、結晶構造が
体心立方構造(bcc構造)の金属膜で形成されること
が好ましい。なおこのときバイアス下地層30,30の
結晶配向は(100)面が優先配向するのが好ましい。
The bias underlayers 30, 30 are preferably formed of a metal film having a body-centered cubic structure (bcc structure) as a crystal structure. At this time, it is preferable that the crystal orientation of the bias underlayers 30, 30 is preferentially oriented in the (100) plane.

【0212】バイアス下地層30,30、ハードバイア
ス層31,31のスパッタ時におけるスパッタ粒子の入
射角度は、例えば、多層膜T1上面に対する法線方向か
ら5°〜60°である。
The incident angle of the sputtered particles during the sputtering of the bias underlayers 30, 30 and the hard bias layers 31, 31 is, for example, 5 ° to 60 ° from the direction normal to the upper surface of the multilayer film T1.

【0213】ハードバイアス層31,31からフリー磁
性層27に縦バイアス磁界が供給されて、フリー磁性層
27の磁化は適切にトラック幅方向(図示X方向)に単
磁区化される。
A longitudinal bias magnetic field is supplied from the hard bias layers 31 and 31 to the free magnetic layer 27, and the magnetization of the free magnetic layer 27 is appropriately made into a single domain in the track width direction (X direction in the drawing).

【0214】次にハードバイアス層上に絶縁層32,3
2をスパッタ成膜する。絶縁層32,32の膜厚は50
〜200Å程度であることが好ましい。これにより上部
電極層33から流れるセンス電流がハードバイアス層3
1,31に分流するのを抑制することが可能である。
Next, the insulating layers 32 and 3 are formed on the hard bias layer.
2 is formed by sputtering. The thickness of the insulating layers 32, 32 is 50
It is preferably about 200 Å. As a result, the sense current flowing from the upper electrode layer 33 is applied to the hard bias layer 3
It is possible to suppress the diversion into 1, 31.

【0215】また絶縁層32,32のスパッタ時におけ
るスパッタ粒子の入射角度は、例えば、多層膜T1上面
に対する法線方向から0°〜30°である。
The incident angle of the sputtered particles at the time of sputtering the insulating layers 32, 32 is, for example, 0 ° to 30 ° from the direction normal to the upper surface of the multilayer film T1.

【0216】バイアス下地層30,30、ハードバイア
ス層31,31、及び絶縁層32,32の材料は、図1
に示された磁気検出素子と同じなので説明を省略する。
The materials for the bias underlayers 30, 30, the hard bias layers 31, 31, and the insulating layers 32, 32 are shown in FIG.
Since it is the same as the magnetic detection element shown in, the description is omitted.

【0217】なお、バイアス下地層30、ハードバイア
ス層31、及び絶縁層32の材料の層が、レジスト層R
2の上面や側端面に付着する。
The material layers for the bias underlayer 30, the hard bias layer 31, and the insulating layer 32 are the resist layers R.
It adheres to the upper surface and side end surface of 2.

【0218】そしてレジスト層R2を除去する。レジス
ト層R2の除去後、多層膜T1の上面と電気的に接続さ
れる上部電極層33及び上部磁極層34を積層すると図
1に示される磁気検出素子を形成できる。
Then, the resist layer R2 is removed. After removing the resist layer R2, the upper electrode layer 33 and the upper magnetic pole layer 34, which are electrically connected to the upper surface of the multilayer film T1, are laminated to form the magnetic sensing element shown in FIG.

【0219】なお、図2に示されるトップスピン型の磁
気検出素子を形成するときには、図9における多層膜の
積層工程において、下から順に、フリー磁性層27、非
磁性材料層26、固定磁性層25、反強磁性層24、保
護層28を積層すればよい。
When the top-spin type magnetic sensing element shown in FIG. 2 is formed, the free magnetic layer 27, the non-magnetic material layer 26, and the pinned magnetic layer are stacked in this order from the bottom in the multilayer film stacking step shown in FIG. 25, the antiferromagnetic layer 24, and the protective layer 28 may be stacked.

【0220】また、図3に示される磁気検出素子を形成
するときには、下部電極層21の両側に、反強磁性材料
からなるエクスチェンジバイアス層35,35を形成
し、このエクスチェンジバイアス層35,35に重なる
位置に、フリー磁性層27を形成すればよい。
When forming the magnetic sensing element shown in FIG. 3, exchange bias layers 35, 35 made of an antiferromagnetic material are formed on both sides of the lower electrode layer 21, and the exchange bias layers 35, 35 are formed on the exchange bias layers 35, 35. The free magnetic layer 27 may be formed at the overlapping position.

【0221】なお、図3に示される磁気検出素子では、
反強磁性層24と第1固定磁性層25a間に発生する交
換異方性磁界の向きと、第1フリー磁性層27cとエク
スチェンジバイアス層35,35間に発生する交換異方
性磁界の向きを交叉させる必要がある。
In the magnetic detecting element shown in FIG. 3,
The direction of the exchange anisotropic magnetic field generated between the antiferromagnetic layer 24 and the first pinned magnetic layer 25a and the direction of the exchange anisotropic magnetic field generated between the first free magnetic layer 27c and the exchange bias layers 35, 35 are set. Need to be crossed.

【0222】交換異方性磁界の向きを交叉させる方法と
して、エクスチェンジバイアス層35,35の積層後、
トラック幅方向と直交する方向の第1の磁界を印加しつ
つ、第1の熱処理温度で熱処理し、反強磁性層24およ
びエクスチェンジバイアス層35,35に交換結合磁界
を発生させて、固定磁性層25およびフリー磁性層27
の磁化を前記直交する方向に固定すると共に、反強磁性
層24の交換結合磁界をエクスチェンジバイアス層3
5,35の交換結合磁界よりも大とし、次に、トラック
幅方向に前記工程でのエクスチェンジバイアス層35,
35の交換結合磁界よりも大きく、且つ反強磁性層24
の交換結合磁界よりも小さい第2の磁界を印加しつつ、
前記第1の熱処理温度よりも高い第2の熱処理温度で熱
処理し、フリー磁性層27に固定磁性層25の磁化方向
と交叉する方向の縦バイアス磁界を付与するという方法
がある。
As a method of crossing the directions of the exchange anisotropic magnetic field, after stacking the exchange bias layers 35, 35,
While applying the first magnetic field in the direction orthogonal to the track width direction, heat treatment is performed at the first heat treatment temperature to generate an exchange coupling magnetic field in the antiferromagnetic layer 24 and the exchange bias layers 35, 35, and the fixed magnetic layer. 25 and free magnetic layer 27
Of the exchange bias magnetic field of the antiferromagnetic layer 24 while fixing the magnetization of the exchange bias layer 3 in the orthogonal direction.
5 and 35, and then the exchange bias layer 35 in the above step in the track width direction,
Which is larger than the exchange coupling magnetic field of 35 and which is the antiferromagnetic layer 24.
While applying a second magnetic field smaller than the exchange coupling magnetic field of
There is a method of performing a heat treatment at a second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature and applying a longitudinal bias magnetic field to the free magnetic layer 27 in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer 25.

【0223】なお、エクスチェンジバイアス層35,3
5とフリー磁性層27の間に、強磁性材料からなる強磁
性層や非磁性材料からなる層を形成してもよい。また
は、エクスチェンジバイアス層35,35を強磁性材料
によって形成してもよい。
The exchange bias layers 35, 3
A ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material or a layer made of a non-magnetic material may be formed between 5 and the free magnetic layer 27. Alternatively, the exchange bias layers 35, 35 may be formed of a ferromagnetic material.

【0224】また、図4に示される磁気検出素子を形成
するときには、図9に示される多層膜の積層工程におい
て、フリー磁性層27の非磁性材料層26が形成された
面と反対側の面に、非磁性材料からなる分離層36を介
して、強磁性材料からなるインスタックバイアス層37
を積層すればよい。
Further, when the magnetic sensing element shown in FIG. 4 is formed, the surface of the free magnetic layer 27 opposite to the surface on which the nonmagnetic material layer 26 is formed in the multilayer film laminating step shown in FIG. In addition, an in-stack bias layer 37 made of a ferromagnetic material is provided via a separation layer 36 made of a non-magnetic material.
May be laminated.

【0225】また、図5に示される磁気検出素子を形成
するときには、図7に示される工程で、レジスト層R1
に傾斜面を形成すると、側面H1aが傾斜面となる貫通
孔H1をミリングによって形成することができる。な
お、図5に磁気検出素子を形成するときには、絶縁材料
層48の材料をアルミナ(Al23)やAl−Si−O
などより広い範囲から選択することができる。
When the magnetic sensing element shown in FIG. 5 is formed, the resist layer R1 is formed in the step shown in FIG.
When the inclined surface is formed on the side surface, the through hole H1 in which the side surface H1a becomes the inclined surface can be formed by milling. When forming the magnetic sensing element in FIG. 5, the material of the insulating material layer 48 is alumina (Al 2 O 3 ) or Al—Si—O.
Etc. can be selected from a wider range.

【0226】図14及び図15は、本発明の磁気検出素
子を備えた磁気ヘッドを示した図である。なお図14は
スライダを記録媒体との対向面側から見た斜視図、図1
5は図14に示すD−D線から切断し矢印方向から見た
縦断面図である。
14 and 15 are views showing a magnetic head provided with the magnetic detecting element of the present invention. 14 is a perspective view of the slider as seen from the side facing the recording medium.
5 is a vertical cross-sectional view taken along the line D-D shown in FIG. 14 and viewed in the direction of the arrow.

【0227】図14及び図15に示すように、前記磁気
検出素子を具備してなるGMRヘッドh1は、インダク
ティブヘッドh2と共にスライダのトレーリング側端部
50aに設けられて磁気ヘッドを構成し、ハードディス
ク等の磁気記録媒体の記録磁界を検出及び記録すること
が可能になっている。
As shown in FIGS. 14 and 15, the GMR head h1 including the magnetic detection element is provided at the trailing end 50a of the slider together with the inductive head h2 to form a magnetic head, and a hard disk. It is possible to detect and record the recording magnetic field of a magnetic recording medium such as.

【0228】図14に示すように、スライダ50の記録
媒体との対向面(ABS面)52には、レール52a、
52a,52aが形成され、各レール同士間は、エアー
グルーブ52b、52bを構成している。
As shown in FIG. 14, on the surface (ABS surface) 52 of the slider 50 facing the recording medium, rails 52a,
52a and 52a are formed, and air grooves 52b and 52b are formed between the rails.

【0229】図15に示すように、GMRヘッドh1
は、スライダ50の端面50a上に形成された磁性合金
からなる下部シールド層53と、下部シールド層53に
積層された下部電極層54と、記録媒体との対向面52
から露出する本発明の磁気検出素子55と、上部電極層
56と、上部シールド層57とから構成されている。
As shown in FIG. 15, the GMR head h1
Is a lower shield layer 53 made of a magnetic alloy formed on the end surface 50a of the slider 50, a lower electrode layer 54 laminated on the lower shield layer 53, and a surface 52 facing the recording medium.
It is composed of a magnetic detection element 55 of the present invention exposed from the above, an upper electrode layer 56, and an upper shield layer 57.

【0230】上部シールド層57は、インダクティブヘ
ッドh2の下部コア層と兼用とされている。
The upper shield layer 57 is also used as the lower core layer of the inductive head h2.

【0231】インダクティブヘッドh2は、下部コア層
(上部シールド層)57と、下部コア層57に積層され
たギャップ層58と、コイル59と、記録媒体との対向
面でギャップ層58上に接合され、かつ基端部60aに
て下部コア層57に接合される上部コア層60とから構
成されている。
The inductive head h2 is bonded to the lower core layer (upper shield layer) 57, the gap layer 58 laminated on the lower core layer 57, the coil 59, and the gap layer 58 on the surface facing the recording medium. , And the upper core layer 60 joined to the lower core layer 57 at the base end portion 60a.

【0232】また、上部コア層60上には、アルミナな
どからなる保護層61が積層されている。
A protective layer 61 made of alumina or the like is laminated on the upper core layer 60.

【0233】なお、図14及び図15において、図示X
方向がトラック幅方向、図示Y方向が記録媒体からの洩
れ磁界方向(ハイト方向)、図示Z方向が記録媒体の移
動方向である。
In addition, in FIG. 14 and FIG.
The direction is the track width direction, the Y direction in the drawing is the direction of the leakage magnetic field from the recording medium (height direction), and the Z direction in the drawing is the moving direction of the recording medium.

【0234】また本発明では、多層膜をトンネル型磁気
抵抗効果型素子と呼ばれる磁気検出素子とすることもで
きる。トンネル型磁気抵抗効果型素子では、非磁性材料
層26がAl23やSiO2などの絶縁材料で形成され
る。
Further, in the present invention, the multilayer film may be used as a magnetic detection element called a tunnel type magnetoresistive effect element. In the tunnel type magnetoresistive effect element, the nonmagnetic material layer 26 is formed of an insulating material such as Al 2 O 3 or SiO 2 .

【0235】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置に搭載される磁気ヘッドにのみ使用可能
なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサなど
にも使用可能なものである。
The magnetic detecting element according to the present invention can be used not only for the magnetic head mounted in the hard disk device, but also for the magnetic head for tape, the magnetic sensor and the like.

【0236】以上本発明をその好ましい実施例に関して
述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変
更を加えることができる。
Although the present invention has been described above with reference to its preferred embodiments, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0237】なお、上述した実施例はあくまでも例示で
あり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではな
い。
The above-described embodiments are merely examples, and do not limit the scope of the claims of the present invention.

【0238】[0238]

【発明の効果】本発明は、磁気抵抗効果素子、並びに前
記磁気抵抗効果素子の上面に電気的に接続された上部電
極層及び前記磁気抵抗効果素子の下面に電気的に接続さ
れた下部電極層を有し、前記磁気抵抗効果素子の膜面と
垂直方向に電流を供給する磁気検出素子において、前記
磁気抵抗効果素子が絶縁材料層に設けられた貫通孔内部
に形成されるので、前記磁気抵抗効果素子が前記絶縁材
料層によって保護される。
The present invention provides a magnetoresistive effect element, an upper electrode layer electrically connected to the upper surface of the magnetoresistive effect element, and a lower electrode layer electrically connected to the lower surface of the magnetoresistive effect element. In the magnetic detection element that has a magnetic field and that supplies a current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect element, the magnetoresistive effect element is formed inside the through hole provided in the insulating material layer. The effect element is protected by the insulating material layer.

【0239】従って、前記磁気抵抗効果素子をイオンミ
リングなどで削り出し形成するときに、前記磁気抵抗効
果素子の磁界検出能を有する部位が損傷することを防ぐ
ことができる。
Therefore, when the magnetoresistive effect element is carved out by ion milling or the like, it is possible to prevent the portion of the magnetoresistive effect element having the magnetic field detecting ability from being damaged.

【0240】また、本発明の磁気検出素子では、前記磁
気抵抗効果素子の側端部が、前記絶縁材料層の上面に積
層されていてもよい。
In the magnetic detecting element of the present invention, the side end portion of the magnetoresistive effect element may be laminated on the upper surface of the insulating material layer.

【0241】前記磁気抵抗効果素子の側端部が、前記絶
縁材料層の上面に積層される場合、前記磁気抵抗効果素
子は、前記貫通孔内部から前記絶縁材料層の上面にかけ
て形成され、前記貫通孔の上部開口部の縁部上で屈曲す
る。前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率は屈曲した
部分(屈曲部)で低下する。
When the side end portion of the magnetoresistive effect element is laminated on the upper surface of the insulating material layer, the magnetoresistive effect element is formed from the inside of the through hole to the upper surface of the insulating material layer, and the through hole is formed. Bend over the edge of the upper opening of the hole. The rate of change in magnetoresistance of the magnetoresistive element decreases at the bent portion (bent portion).

【0242】従って、前記磁気抵抗効果素子の前記貫通
孔内部に位置する中心部に電流を流すと、主に前記貫通
孔内部の磁気抵抗変化のみが検出され、前記磁気抵抗効
果素子の側端部の磁気抵抗効果は、前記中心部よりも低
下する。
Therefore, when an electric current is passed through the central portion of the magnetoresistive effect element located inside the through hole, only the magnetoresistive change inside the through hole is detected, and the side end portion of the magnetoresistive effect element is detected. The magnetoresistive effect of is lower than that of the central portion.

【0243】また、前記磁気抵抗効果素子の側端部にミ
リング粒子を打ち込んで、故意に磁気抵抗効果を低下さ
せることもできる。
It is also possible to intentionally reduce the magnetoresistive effect by implanting milling particles at the side end portions of the magnetoresistive effect element.

【0244】なお、前記磁気抵抗効果素子が前記多層膜
であるとき、前記多層膜の側端部が、前記絶縁材料層の
上面に積層されていると、前記フリー磁性層と前記固定
磁性層の側端面に金属材料が再付着することがある。し
かし、前記多層膜の上面に対する法線方向(磁気検出素
子が形成される基板表面に対する法線方向)に対して大
きな入射角度のミリングによって削られることによっ
て、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の側端面に再付
着した金属材料を除去して、前記フリー磁性層と前記固
定磁性層の電気的短絡を解消できる。
When the magnetoresistive effect element is the multi-layered film and the side end portion of the multi-layered film is laminated on the upper surface of the insulating material layer, the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are formed. The metal material may redeposit on the side end faces. However, by milling with a large incident angle with respect to the direction normal to the upper surface of the multilayer film (direction normal to the surface of the substrate on which the magnetic detection element is formed), the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are separated. The metal material redeposited on the side end surface can be removed to eliminate an electrical short circuit between the free magnetic layer and the pinned magnetic layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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、
FIG. 1 is a sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention,

【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、
FIG. 2 is a sectional view of a magnetic detection element according to a second embodiment of the present invention,

【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、
FIG. 3 is a sectional view of a magnetic detection element according to a third embodiment of the present invention,

【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、
FIG. 4 is a sectional view of a magnetic detection element according to a fourth embodiment of the present invention,

【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、
FIG. 5 is a sectional view of a magnetic detection element according to a fifth embodiment of the present invention,

【図6】スペキュラー膜による鏡面反射効果を説明する
ための様式説明図、
FIG. 6 is a pattern explanatory view for explaining a specular reflection effect by a specular film,

【図7】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、
FIG. 7 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図8】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、
FIG. 8 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図9】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、
FIG. 9 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図10】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、
FIG. 10 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【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、
FIG. 11 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【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、
FIG. 12 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【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、
FIG. 13 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention,

【図14】本発明の磁気検出素子が取りつけられた磁気
ヘッドの斜視図、
FIG. 14 is a perspective view of a magnetic head to which the magnetic detection element of the present invention is attached,

【図15】図14に示された磁気ヘッドの断面図、15 is a cross-sectional view of the magnetic head shown in FIG.

【図16】従来の磁気検出素子の製造方法を示す一工程
図、
FIG. 16 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a magnetic sensing element,

【図17】従来の磁気検出素子の製造方法を示す一工程
図、
FIG. 17 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a magnetic sensing element,

【図18】従来の磁気検出素子を示す断面図、FIG. 18 is a sectional view showing a conventional magnetic sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 下部シールド層 21 下部電極層 22 下地層 23 シード層 24 反強磁性層 25 固定磁性層 25a 第1固定磁性層 25b 非磁性中間層 25c 第2固定磁性層 26 非磁性材料層 27 フリー磁性層 27a 第2フリー磁性層 27b 非磁性中間層 27c 第1フリー磁性層 28 保護層 29 絶縁材料層 30 バイアス下地層 31 ハードバイアス層 32 絶縁層 33 上部電極層 34 上部シールド層 R1、R2 レジスト層 T1、T2、T3、T4 多層膜 T1s、T2s、T3s 側端面 H、H1 貫通孔 20 Lower shield layer 21 Lower electrode layer 22 Underlayer 23 Seed layer 24 Antiferromagnetic layer 25 pinned magnetic layer 25a First pinned magnetic layer 25b non-magnetic intermediate layer 25c Second pinned magnetic layer 26 Nonmagnetic Material Layer 27 Free magnetic layer 27a Second free magnetic layer 27b Non-magnetic intermediate layer 27c First free magnetic layer 28 Protective layer 29 Insulating material layer 30 Bias underlayer 31 hard bias layer 32 insulating layer 33 Upper electrode layer 34 Upper shield layer R1, R2 resist layer T1, T2, T3, T4 multilayer film T1s, T2s, T3s side end face H, H1 through hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 10/32 H01L 43/12 H01L 43/12 G01R 33/06 R Fターム(参考) 2G017 AD55 AD56 AD60 AD65 5D034 BA03 BA05 BA08 BA12 BA15 BB08 CA08 DA07 5E049 AA01 AA04 AA07 AC00 AC05 BA16 CB02 DB12 FC01 GC01 HC06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01F 10/32 H01L 43/12 H01L 43/12 G01R 33/06 RF term (reference) 2G017 AD55 AD56 AD60 AD65 5D034 BA03 BA05 BA08 BA12 BA15 BB08 CA08 DA07 5E049 AA01 AA04 AA07 AC00 AC05 BA16 CB02 DB12 FC01 GC01 HC06

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁気抵抗効果素子、並びに前記磁気抵抗
効果素子の上面に電気的に接続された上部電極層及び前
記磁気抵抗効果素子の下面に電気的に接続された下部電
極層を有し、前記磁気抵抗効果素子の膜面と垂直方向に
電流を供給する磁気検出素子において、 前記磁気抵抗効果素子が絶縁材料層を上下方向に貫通す
る貫通孔内部に形成されていることを特徴とする磁気検
出素子。
1. A magnetoresistive effect element, and an upper electrode layer electrically connected to an upper surface of the magnetoresistive effect element and a lower electrode layer electrically connected to a lower surface of the magnetoresistive effect element, In a magnetic detection element that supplies a current in a direction perpendicular to a film surface of the magnetoresistive effect element, the magnetoresistive effect element is formed inside a through hole that vertically penetrates an insulating material layer. Detection element.
【請求項2】 前記絶縁材料層は、反応性イオンミリン
グによって削られる材料によって形成されている請求項
1に記載の磁気検出素子。
2. The magnetic detection element according to claim 1, wherein the insulating material layer is formed of a material that is ground by reactive ion milling.
【請求項3】 前記絶縁材料層がSiO2、Ta25
よって形成される請求項2に記載の磁気検出素子。
3. The magnetic sensing element according to claim 2 , wherein the insulating material layer is formed of SiO 2 or Ta 2 O 5 .
【請求項4】 前記貫通孔の側面が、前記絶縁材料層の
上面に対する垂直面である請求項1ないし3のいずれか
に記載の磁気検出素子。
4. The magnetic detecting element according to claim 1, wherein a side surface of the through hole is a vertical surface with respect to an upper surface of the insulating material layer.
【請求項5】 前記貫通孔の側面が、前記絶縁材料層の
上面に対する傾斜面である請求項1ないし3のいずれか
に記載の磁気検出素子。
5. The magnetic detection element according to claim 1, wherein a side surface of the through hole is an inclined surface with respect to an upper surface of the insulating material layer.
【請求項6】 前記磁気抵抗効果素子の側端部が、前記
絶縁材料層の上面に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 detecting element according to claim 1, wherein a side end portion of the magnetoresistive effect element is laminated on an upper surface of the insulating material layer.
【請求項7】 前記絶縁材料層の上面に積層された前記
磁気抵抗効果素子の側端部は、前記磁気抵抗効果素子の
前記貫通孔内部に位置する中心部よりも磁気抵抗効果が
低下している請求項6に記載の磁気検出素子。
7. The magnetoresistive effect of the side end portion of the magnetoresistive effect element stacked on the upper surface of the insulating material layer is lower than that of the central end portion of the magnetoresistive effect element located inside the through hole. The magnetic detection element according to claim 6, wherein
【請求項8】 前記磁気抵抗効果素子が、固定磁性層、
非磁性材料層及びフリー磁性層を有する多層膜からなる
請求項1ないし7のいずれかに記載の磁気検出素子。
8. The magnetoresistive element is a fixed magnetic layer,
The magnetic detection element according to claim 1, comprising a multilayer film having a non-magnetic material layer and a free magnetic layer.
【請求項9】 前記多層膜は、前記固定磁性層に接する
反強磁性層を有し、下から、反強磁性層、固定磁性層、
非磁性材料層、フリー磁性層の順序で積層されている請
求項8に記載の磁気検出素子。
9. The multilayer film has an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and the antiferromagnetic layer, pinned magnetic layer, and
The magnetic detection element according to claim 8, wherein the nonmagnetic material layer and the free magnetic layer are stacked in this order.
【請求項10】 前記多層膜は、前記固定磁性層に接す
る反強磁性層を有し、下から、フリー磁性層、非磁性材
料層、固定磁性層及び反強磁性層の順序で積層されてい
る請求項8に記載の磁気検出素子。
10. The multi-layer film has an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a pinned magnetic layer and an antiferromagnetic layer are stacked in this order from the bottom. The magnetic detection element according to claim 8.
【請求項11】 前記多層膜の少なくとも前記フリー磁
性層のトラック幅方向における側端面に対向して、硬磁
性材料からなる一対の縦バイアス層が設けられている請
求項8ないし10のいずれかに記載の磁気検出素子。
11. A pair of longitudinal bias layers made of a hard magnetic material is provided to face at least a side end surface of the free magnetic layer in the track width direction of the multilayer film. The magnetic detection element described.
【請求項12】 前記多層膜の前記フリー磁性層に重ね
られて反強磁性材料または強磁性材料からなる一対の縦
バイアス層が設けられている請求項8ないし11のいず
れかに記載の磁気検出素子。
12. The magnetic sensor according to claim 8, wherein a pair of longitudinal bias layers made of an antiferromagnetic material or a ferromagnetic material is provided so as to overlap with the free magnetic layer of the multilayer film. element.
【請求項13】 前記多層膜の前記フリー磁性層の前記
非磁性材料層と接する面と反対の面側に、非磁性材料か
らなる分離層を介して、硬磁性材料からなる縦バイアス
層が設けられている請求項8ないし10のいずれかに記
載の磁気検出素子。
13. A longitudinal bias layer made of a hard magnetic material is provided on a surface of the free magnetic layer of the multilayer film opposite to a surface in contact with the non-magnetic material layer, with a separation layer made of a non-magnetic material interposed therebetween. The magnetic detection element according to any one of claims 8 to 10.
【請求項14】 前記絶縁材料層が鏡面反射効果を有す
る請求項8ないし13のいずれかに記載の磁気検出素
子。
14. The magnetic detection element according to claim 8, wherein the insulating material layer has a specular reflection effect.
【請求項15】 前記下部電極層の下層に下部シールド
層が形成され、前記上部電極層の上層に上部シールド層
が形成されている請求項1ないし14のいずれかに記載
の磁気検出素子。
15. The magnetic sensing element according to claim 1, wherein a lower shield layer is formed below the lower electrode layer, and an upper shield layer is formed above the upper electrode layer.
【請求項16】 前記下部電極層及び前記上部電極層が
磁性材料によって形成されている請求項1ないし14の
いずれかに記載の磁気検出素子。
16. The magnetic detection element according to claim 1, wherein the lower electrode layer and the upper electrode layer are made of a magnetic material.
【請求項17】 以下の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)基板上に下部電極層を形成し、前記下部電極層上
に絶縁材料層を積層する工程と、(b)前記絶縁材料層
を上下方向に貫通する貫通孔を形成し、この貫通孔内に
前記下部電極層の表面を露出させる工程と、(c)前記
貫通孔内であって、前記下部電極層上に、固定磁性層、
非磁性材料層、フリー磁性層を有する多層膜を形成する
工程と、(d)前記多層膜上にレジスト層を形成し、前
記レジスト層に覆われていない前記多層膜を除去する工
程と、(e)前記レジスト層を除去する工程と、(f)
前記多層膜の上面と電気的に接続される上部電極層を形
成する工程。
17. A method of manufacturing a magnetic sensing element, comprising the following steps. (A) a step of forming a lower electrode layer on a substrate and laminating an insulating material layer on the lower electrode layer; and (b) forming a through hole vertically penetrating the insulating material layer, and forming the through hole. A step of exposing the surface of the lower electrode layer inside, and (c) a pinned magnetic layer on the lower electrode layer in the through hole,
Forming a multilayer film having a non-magnetic material layer and a free magnetic layer; and (d) forming a resist layer on the multilayer film and removing the multilayer film not covered by the resist layer, e) a step of removing the resist layer, and (f)
Forming an upper electrode layer electrically connected to an upper surface of the multilayer film.
【請求項18】 前記(b)の工程において、前記貫通
孔の側面を、前記絶縁材料層の上面に対する垂直面にす
る請求項17に記載の磁気検出素子の製造方法。
18. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 17, wherein in the step (b), the side surface of the through hole is a surface perpendicular to the upper surface of the insulating material layer.
【請求項19】 前記(b)の工程において、前記貫通
孔の側面を、前記絶縁材料層の上面に対する傾斜面にす
る請求項17に記載の磁気検出素子の製造方法。
19. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 17, wherein in the step (b), the side surface of the through hole is an inclined surface with respect to the upper surface of the insulating material layer.
【請求項20】 前記(b)の工程において、前記貫通
孔を反応性イオンミリングを用いて形成する請求項17
ないし19のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方
法。
20. In the step (b), the through hole is formed by using reactive ion milling.
20. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to any one of 1 to 19.
【請求項21】 前記(a)の工程において、前記絶縁
材料層を、反応性イオンミリングによって削られる材料
によって形成する請求項20に記載の磁気検出素子の製
造方法。
21. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 20, wherein in the step (a), the insulating material layer is formed of a material that is ground by reactive ion milling.
【請求項22】 前記(a)の工程において、前記絶縁
材料層を、SiO2Ta25で形成する請求項21に記
載の磁気検出素子の製造方法。
22. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 21, wherein in the step (a), the insulating material layer is formed of SiO 2 Ta 2 O 5 .
【請求項23】 前記(d)の工程において、前記絶縁
材料層の前記レジスト層に覆われていない部分の上面が
前記フリー磁性層の上面より下方に位置するように、前
記絶縁材料層を削り、その後に、 (g)硬磁性材料からなり、前記多層膜の少なくとも前
記フリー磁性層のトラック幅方向における側端面に対向
して前記フリー磁性層にトラック幅方向の磁界を印加す
る、一対の縦バイアス層を設ける工程を有する請求項1
7ないし22のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方
法。
23. In the step (d), the insulating material layer is ground so that an upper surface of a portion of the insulating material layer not covered with the resist layer is located below an upper surface of the free magnetic layer. After that, (g) a pair of longitudinal layers made of a hard magnetic material and facing a side end surface of at least the free magnetic layer of the multilayer film in the track width direction, and applying a magnetic field in the track width direction to the free magnetic layer. The method according to claim 1, further comprising the step of providing a bias layer.
23. The method for manufacturing a magnetic detection element according to any one of 7 to 22.
【請求項24】 前記(d)の工程と前記(g)の工程
の間に、 (h)前記(d)の工程で除去されずに残された前記絶
縁材料層の外側面を削る工程を有する請求項23に記載
の磁気検出素子の製造方法。
24. Between the step (d) and the step (g), (h) a step of removing the outer surface of the insulating material layer left unremoved in the step (d) is performed. The method for manufacturing a magnetic detection element according to claim 23, which has.
【請求項25】 前記(c)の工程において、前記多層
膜を前記貫通孔内から前記絶縁材料層の上面にかけて形
成する請求項17ないし24のいずれかに記載の磁気検
出素子の製造方法。
25. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 17, wherein in the step (c), the multilayer film is formed from inside the through hole to the upper surface of the insulating material layer.
【請求項26】 前記(d)の工程と前記(e)の工程
の間に、 (i)前記(d)の工程で除去されずに、前記絶縁材料
層の上面に残された多層膜のトラック幅方向の側端面を
ミリングによって削る工程を有する請求項25に記載の
磁気検出素子の製造方法。
26. Between the step (d) and the step (e), (i) a multilayer film left on the upper surface of the insulating material layer without being removed in the step (d). 26. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 25, comprising a step of milling a side end surface in the track width direction by milling.
【請求項27】 前記(h)または前記(i)の工程に
おいて、前記貫通孔のトラック幅方向中央位置から前記
多層膜の両側の側端面までの距離、及び/または前記貫
通孔のトラック幅方向中央位置から前記絶縁材料層の両
側の外側面までの距離が等しくなるように、多層膜の側
端面及び/または前記絶縁材料層の外側面を削る請求項
24または26に記載の磁気検出素子の製造方法。
27. In the step (h) or (i), the distance from the center position of the through hole in the track width direction to the side end faces on both sides of the multilayer film, and / or the track width direction of the through hole. 27. The magnetic sensing element according to claim 24 or 26, wherein the side end surface of the multilayer film and / or the outer surface of the insulating material layer is ground so that the distances from the center position to the outer surfaces on both sides of the insulating material layer are equal. Production method.
【請求項28】 前記(d)の工程において、前記貫通
孔のトラック幅方向中央位置と、前記レジスト層のトラ
ック幅方向中央位置が重なるように前記レジスト層を前
記多層膜上に形成する請求項17ないし27のいずれか
に記載の磁気検出素子の製造方法。
28. In the step (d), the resist layer is formed on the multilayer film so that the center position in the track width direction of the through hole and the center position in the track width direction of the resist layer overlap each other. 28. A method for manufacturing a magnetic detection element according to any one of 17 to 27.
【請求項29】 前記(c)の工程において、前記多層
膜を前記固定磁性層に接する反強磁性層を有するものと
して形成し、下から、反強磁性層、固定磁性層、非磁性
材料層、フリー磁性層の順序で積層する請求項17ない
し28のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
29. In the step (c), the multilayer film is formed as having an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and from the bottom, an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, and a nonmagnetic material layer. 29. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 17, wherein the free magnetic layers are laminated in this order.
【請求項30】 前記(c)の工程において、前記多層
膜を前記固定磁性層に接する反強磁性層を有するものと
して形成し、下から、フリー磁性層、非磁性材料層、固
定磁性層及び反強磁性層の順序で積層する請求項17な
いし28のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
30. In the step (c), the multilayer film is formed to have an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and from the bottom, a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a pinned magnetic layer and 29. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 17, wherein the antiferromagnetic layers are stacked in this order.
【請求項31】 前記(a)の工程において、前記下部
電極層の下層に下部シールド層を形成し、前記(f)の
工程の後で、前記上部電極層の上層に上部シールド層を
形成する請求項17ないし30のいずれかに記載の磁気
検出素子の製造方法。
31. In the step (a), a lower shield layer is formed below the lower electrode layer, and after the step (f), an upper shield layer is formed above the upper electrode layer. A method of manufacturing a magnetic detection element according to claim 17.
【請求項32】 前記(a)の工程において前記下部電
極層を、前記(f)の工程において前記上部電極層を、
それぞれ磁性材料によって形成する請求項17ないし3
0のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
32. The lower electrode layer in the step (a), the upper electrode layer in the step (f),
The magnetic material is formed of a magnetic material.
0. The method for manufacturing the magnetic sensing element according to any one of 0.
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