JP3961251B2

JP3961251B2 - Method for manufacturing magnetic sensing element

Info

Publication number: JP3961251B2
Application number: JP2001286117A
Authority: JP
Inventors: 義弘西山
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: JP2003101097A

Description

【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の製造方法に関する。
【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。
【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５ｃ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。
【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、ＮｉＦｅ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【０００９】
図１８に示される磁気検出素子は、いわゆるＣＰＰ（current perpendicular to 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。
【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。
【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ΔＶを大きくすることができる。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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の製造方法を提供することを目的とする。
【００４６】
【課題を解決するための手段】
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し、さらに、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る工程と、
（ｅ）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と、
（ｆ）前記レジスト層を除去する工程と、
（ｇ）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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、Ｔａ₂Ｏ₅である。
【００５３】
また、前記（ｄ）の工程と前記（ｅ）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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（ｇ）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。
【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（ｇ）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。
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。
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。
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。
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 ^- と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。
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。
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。
【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。
【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。
【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。
【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（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。
【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。
【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。
【００７１】
図１に示される磁気検出素子は、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。
【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。
【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。
【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。
【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、Ｔａ₂Ｏ₅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２９ａ１に対する垂直面にすることが容易になり、多層膜Ｔ１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。
【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。
【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３０，３０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Ｔ１ｓ，Ｔ１ｓ、ハードバイアス層３１，３１が絶縁されている。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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２８、バイアス下地層３０，３０、ハードバイアス層３１，３１、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。
【００８５】
下部シールド層２０及び上部シールド層３４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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（Ｍｓ×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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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１８〜３０Å程度の膜厚で形成される。
【０１０７】
また非磁性材料層２６は、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂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Ａｌ₂Ｏ₃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。
【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。
【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、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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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２７ｃ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。
【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。
【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。
【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ＣｏＦｅＮｉ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。
【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。
【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。
【０１２３】
第２フリー磁性層２７ａの磁気的膜厚（Ｍｓ×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。
【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。
【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。
【０１２６】
ハードバイアス層３１，３１は、Ｃｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金など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。
【０１２７】
バイアス下地層３０，３０は、Ｃｒ，Ｔｉ，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。
【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Ｈｃ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【０１３３】
図１に示された磁気検出素子は、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。
【０１３４】
また、図１の磁気検出素子では、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。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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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３３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。
【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Ｗ１_RとＷ１_L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。
【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。
【０１４４】
図２に示される磁気検出素子は、多層膜Ｔ２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。
【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。
【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。
【０１４７】
また、図２の磁気検出素子でも、多層膜Ｔ２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。
【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。
【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３５，３５間に形成されている。
【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。
【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。
【０１５２】
また、図３の磁気検出素子でも、多層膜Ｔ２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。
【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，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成することができる。
【０１５４】
なお、エクスチェンジバイアス層３５，３５がα−Ｆｅ₂Ｏ₃、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。
【０１５５】
α−Ｆｅ₂Ｏ₃、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３５，３５に分流するのを適切に抑制することができる。
【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。
【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。
【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。
【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３１，３１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。
【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。
【０１６１】
なお、エクスチェンジバイアス層３５，３５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。
【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。
【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Ｔ３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。
【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の構成は、図１に示された磁気検出素子と同じである。
【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。
【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。
【０１６７】
また、図４の磁気検出素子でも、多層膜Ｔ３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。
【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２７ｃ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。
【０１６９】
第２フリー磁性層２７ａの磁気的膜厚（Ｍｓ×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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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３０，３０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Ｔ４ｓ，Ｔ４ｓ、ハードバイアス層３１，３１が絶縁されている。
【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。
【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２９ａ１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。
【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（Ａｌ₂Ｏ₃）やＡｌ−Ｓｉ−Ｏなどより広い範囲から選択することができる。
【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。
【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。
【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。
【０１８４】
また、図５の磁気検出素子でも、多層膜Ｔ４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。
【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５００Åである。
【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。
【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。
【０１８８】
次に、絶縁材料層２９上に、レジスト層Ｒ１，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。
【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，Ｈａ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。
【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。
【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をスパッタ成膜する。
【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。
【０１９３】
次に、図１１に示すように、レジスト層Ｒ２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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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Ｔ１の中心部Ｃよりも故意に低下させることができる。
【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。
【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。
【０２０１】
また、図１２に示される入射角度が角度θ２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。
【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。
【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Ｗ_RとＷ_L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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【０２１０】
次に絶縁材料層２９上にバイアス下地層３０，３０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。
【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。
【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。
【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。
【０２１４】
次にハードバイアス層上に絶縁層３２，３２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３１，３１に分流するのを抑制することが可能である。
【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。
【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。
【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Ｒ２の上面や側端面に付着する。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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３５，３５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。
【０２２３】
なお、エクスチェンジバイアス層３５，３５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。
【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。
【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（Ａｌ₂Ｏ₃）やＡｌ−Ｓｉ−Ｏなどより広い範囲から選択することができる。
【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１５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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁材料で形成される。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図３】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図４】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図５】本発明の第５の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図６】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、
【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、
【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、
【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、
【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、
【図１１】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１２】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１３】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１４】本発明の磁気検出素子が取りつけられた磁気ヘッドの斜視図、
【図１５】図１４に示された磁気ヘッドの断面図、
【図１６】従来の磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図１７】従来の磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図１８】従来の磁気検出素子を示す断面図、
【符号の説明】
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a CPP (current perpendicular to the plane) type magnetic detection element, and more particularly, a magnetic detection element capable of preventing a short circuit between thin film layers constituting the magnetic detection element and improving quality.ofIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
16 and 17 are views showing a conventional method for manufacturing a magnetic detection element, and FIG. 18 is a cross-sectional view of the conventional magnetic detection element as seen from the side facing the recording medium.
[0003]
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, a free magnetic layer 3 comprising a first free magnetic layer 3a, a nonmagnetic intermediate layer 3b, and a second free magnetic layer 3c, a nonmagnetic material layer 4, a second pinned magnetic layer 5a, a nonmagnetic layer A magnetic intermediate layer 5b, a pinned magnetic layer 5 including the first pinned magnetic layer 5c, and an antiferromagnetic layer 6 are sequentially stacked.
[0004]
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 formed of NiFe or the like. The nonmagnetic material layer 4 is made of Cu or the like, and the nonmagnetic intermediate layers 3b and 5b are made of Ru or the like.
[0005]
A multilayer film T is formed from the free magnetic layer 3 to the antiferromagnetic layer 6. Further, FIG. 16 shows a state in which a lift-off resist layer R is formed on the multilayer film T.
[0006]
Next, FIG. 17 shows a state where the multilayer film T not covered with the resist layer R is removed by ion milling.
[0007]
Further, hard bias layers 8 and 8 made of a hard magnetic material such as CoPt are stacked on both sides of the multilayer film T left uncut by the ion milling and on the lower electrode layer 2 with insulating layers 7 and 7 interposed therebetween. After the insulating layers 9 and 9 are stacked on the hard bias layers 8 and 8, the resist layer R is removed.
[0008]
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 detection element shown in FIG. 18 is formed. This magnetic detection element is a so-called top spin type spin valve type magnetic detection element in which the antiferromagnetic layer 6 is positioned above the free magnetic layer 3.
[0009]
The magnetic detection element shown in FIG. 18 is a so-called CPP (current perpendicular to the plane) type magnetic detection element in which a sense current is caused to flow in a direction perpendicular to each film surface of the multilayer film T.
[0010]
In a 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 sensing element in this state, the magnetization direction of the free magnetic layer 3 rotates, and the relative angle between the magnetization direction of the pinned magnetic layer 5 and the magnetization direction of the free magnetic layer 3 changes, and the magnetic field is changed. The DC resistance value and output voltage of the detection element change.
[0011]
The CPP type magnetic sensing element has a constant heat generation amount (P) as compared to a CIP (current in the plane) type magnetic sensing element in which a sense current flows substantially horizontally with respect to each film surface of the multilayer film T. When the area of each film surface of the multilayer film T is reduced, the resistance change ΔR and the output ΔV can be increased.
[0012]
In other words, as the element size is reduced, the output can be increased by using the CPP type rather than the CIP type, and the CPP type has a structure that can appropriately cope with the narrowing of the element size accompanying the future increase in recording density. Expected to be.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
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]
When a region of the multilayer film T that is not covered by the resist layer R is shaved by ion milling, the material of each layer of the multilayer film T adheres to the side end face in the track width direction of the multilayer film T that is left uncut. Re-deposited material layers L and L as shown in FIG.
[0015]
Since the free magnetic layer 3, the nonmagnetic material layer 4, the pinned magnetic layer 5, and the antiferromagnetic layer 6 constituting the multilayer film T are made of a conductive material, the multilayer film T is formed again on the side end face in the track width direction. When the adhering layers L and L adhere, when a direct current is passed from the upper electrode layer 10 to the lower electrode layer 2 in the magnetic sensing element shown in FIG. 18, each layer of the multilayer film T is electrically short-circuited. End up.
[0016]
In particular, in the case of a CPP type magnetic sensing element in which a sense current flows in a direction perpendicular to each film surface of the multilayer film T, when the free magnetic layer 3 and the fixed magnetic layer 5 are short-circuited, an external magnetic field is applied and free magnetic Even if the magnetization direction of the layer 3 changes, the resistance change does not occur and the magnetic sensing element does not function.
[0017]
Further, 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 sides of the multilayer film T, ion milling with a large incident angle from the normal direction with respect to the upper surface of the multilayer film T is performed. If the reattachment layers L and L are shaved and removed, the vicinity of the side end face of the multilayer film T is damaged, and the magnetic field detection ability of the magnetic detection element is reduced.
[0018]
  The present invention is to solve the above-described conventional problems, and can provide electrical insulation between the layers constituting the multilayer film of the magnetic detection element, and can improve the quality.ofAn object is to provide a manufacturing method.
[0046]
[Means for Solving the Problems]
  BookThe manufacturing method of the magnetic detection element of the invention has the following steps.
(A) forming a lower electrode layer on the substrate and laminating an insulating material layer on the lower electrode layer;
(B) forming a through-hole penetrating the insulating material layer in the vertical direction and exposing the surface of the lower electrode layer in the through-hole;
(C) forming a multilayer film having a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer in the through hole and on the lower electrode layer;
(D) forming a resist layer on the multilayer film and removing the multilayer film not covered with the resist layer;Further, the insulating material layer is etched 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.And the process
(E) A pair of longitudinal bias layers, which are made of a hard magnetic material and apply a magnetic field in the track width direction to the free magnetic layer facing at least a side end surface in the track width direction of the free magnetic layer of the multilayer film, are provided. Process,
(f) Removing the resist layer;
(g) A step of forming an upper electrode layer electrically connected to the upper surface of the multilayer film.
[0047]
In the present invention, in the step (c), since the multilayer film is formed inside a through hole provided in the insulating material layer, the multilayer film is protected by the insulating material layer.
[0048]
Therefore, in the step (d), when the multilayer film not covered with the resist layer is removed by ion milling or the like, the central portion of the multilayer film located inside the through hole and having a magnetic field detection capability is It can be prevented from being damaged.
[0049]
In the step (b), it is preferable that the side surface of the through hole is a surface perpendicular 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 inclined with respect to the upper surface of the insulating material layer.
[0050]
In the step (b), it is preferable to form the through hole using reactive ion milling because the side surface of the through hole can be easily made perpendicular to the upper surface of the insulating material layer.
[0051]
Therefore, in the step (a), it is preferable that the insulating material layer is formed of a material that can be cut by reactive ion milling. Examples of materials that can be cut by reactive ion milling include SiO.₂, Ta₂O_FiveIt is.
[0053]
  Further, the step (d) and the above (e)
(H) You may have the process of scraping the outer side surface of the said insulating material layer left without being removed by the process of said (d).
[0054]
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. May be. In this case, it is preferable that the side end portion of the multilayer film laminated on the upper surface of the insulating material layer has a lower magnetoresistive effect than the center portion located inside the through hole of the multilayer film.
[0055]
When the side edge 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 edge of the upper opening of the through hole Bend over the part. The rate of change in magnetoresistance of the multilayer film decreases at the bent portion (bent portion).
[0056]
Therefore, when a current is passed through the central portion located inside the through hole of the multilayer film, only a change in magnetoresistance inside the through hole is mainly detected, and the magnetoresistive effect at the side end portion of the multilayer film is Lower than the center.
[0057]
Further, between the step (d) and the step (e),
(I) The method includes a step of milling a side end surface in the track width direction of the multilayer film left on the upper surface of the insulating material layer without being removed in the step (d). It is preferable to cut the part.
[0058]
In addition, in the step (i), the magnetoresistive effect can be intentionally reduced by implanting milling particles into the side edge of the multilayer film.
[0059]
In the step (h) or (i), the distance from the center position in the track width direction of the through hole to the side end surfaces on both sides of the multilayer film, and / or the center position in the track width direction of the through hole. The multilayer film can have a bilaterally symmetric structure by scraping the side end surfaces of the multilayer film and / or the outer surface of the insulating material layer so that the distances to the outer surfaces on both sides of the insulating material layer are equal.
[0060]
In particular, in the step (h), by equalizing 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, a pair of formed in the step (g) The bias magnetic field from the longitudinal bias layer can be made equal to the left and right end faces in the track width direction to the free magnetic layer.
[0061]
In the step (d), when 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, The distance from the center position in the track width direction to the side end surfaces 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 side surfaces on both sides of the insulating material layer It is more preferable because it becomes equal at the end of the process.
[0062]
In the present invention, in the step (c), the multilayer film is formed as having an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and from below, the antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, the nonmagnetic material layer, The magnetic layers may be laminated in the order of free magnetic layers, or the multilayer film is formed as having an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and from below, a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, The pinned magnetic layer and the antiferromagnetic layer may be laminated in this order.
[0063]
  In the present invention, in the step (a), a lower shield layer is formed below the lower electrode layer, and the (gAfter the step), an upper shield layer can be formed on the upper electrode layer.
[0064]
  Alternatively, in the step (a), the lower electrode layer isg), The lower electrode layer and the upper electrode layer may function as a lower shield layer and an upper shield layer, respectively, by forming the upper electrode layer from a magnetic material.
The insulating material layer preferably has a specular reflection effect.
Here, the specular reflection effect by using the specular film (specular reflection film) will be described with reference to FIG. FIG. 6 schematically shows a part of the structure of the magnetic detection element according to the present invention.
Up-spin electrons (shown by upward arrows in the figure) pass through the pinned magnetic layer and the non-magnetic material layer when the magnetization of the pinned magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer are parallel to each other. You can move inside.
Here, when the track width Tw is narrowed, and particularly when the element area is 60 nm square or less, a part of the up-spin electrons easily collide with the side end face of the multilayer film before passing through the inside of the free magnetic layer. However, if a specular film is provided on the side end face of the multilayer film, the up-spin electrons that have reached the side end face of the multilayer film are specularly reflected while maintaining the spin state (energy, quantum state, etc.). Then, the conduction electrons of the up-spin electrons reflected by the mirror reflection can pass through the free magnetic layer while changing the moving direction.
For this reason, the mean free path λ of the conduction electrons having the up-spin electrons even when the element area is reduced. ⁺ Can be extended compared to the conventional case, and thus the mean free path λ of the conduction electrons having the up-spin electrons can be increased. ⁺ And the mean free path λ of conduction electrons with down-spin electrons ^- Therefore, it is possible to improve the reproduction output and the resistance change rate (ΔR / R).
In addition, it is thought that the reason why the conduction electrons are specularly reflected by the formation of the specular film is that a potential barrier is formed near the interface between the free magnetic layer, the nonmagnetic material layer, and the side wall of the pinned magnetic layer and the specular film. .
In particular, when the track width dimension of the magnetic detection element is reduced, the number of times that the conduction electrons having the upspin electrons reach the side end face of the multilayer film can be increased, and the specular reflection effect of the specular film can be effectively functioned. The resistance change rate can be improved.
[0065]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the first embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0066]
The magnetic detection 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 constituting the magnetic detection element and parallel to the magnetization direction when the external magnetic field (recording signal magnetic field) of the free magnetic layer of the magnetic detection element is not applied. It is a plane. In FIG. 1, the surface facing the recording medium is a plane parallel to the XZ plane.
[0067]
When the magnetic detection element is used for a floating magnetic head, the surface facing the recording medium is a so-called ABS surface.
[0068]
The magnetic detection element is, for example, alumina-titanium carbide (Al₂O_Three-TiC) formed on the trailing end face of the slider. The slider is bonded to an elastically deformable support member made of stainless steel or the like on the side opposite to the surface facing the recording medium to constitute a magnetic head device.
[0069]
The track width direction is the width direction of the region where the magnetization direction varies due to the external magnetic field, and is, for example, the magnetization direction when the external magnetic field of the free magnetic layer is not applied, that is, the X direction in the drawing. The width dimension of the free magnetic layer in the track width direction defines the track width Tw of the magnetic detection element.
[0070]
The recording medium faces the surface of the magnetic detection element facing the recording medium, and moves in the Z direction shown in the figure. The direction of the leakage magnetic field from the recording medium is the Y direction shown in the figure.
[0071]
The magnetic sensing element shown in FIG. 1 is a synthetic ferripolar type composed of 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. A multilayer T1 composed of a synthetic ferrifree free magnetic layer 27 composed of a fixed magnetic layer 25, 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. Is a bottom spin-valve magnetoresistive element.
[0072]
Under the multilayer film T1, a lower shield layer 20 and a lower electrode layer 21 are formed on a substrate (not shown) via a base layer (not shown) made of an insulating material such as alumina. An upper electrode layer 33 and an upper shield layer 34 are formed on the upper layer of the multilayer film T1.
[0073]
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]
An insulating material layer 29 is laminated on the lower electrode layer 21, and the multilayer film T1 is formed from the inside of the through hole H penetrating the insulating material layer 29 in the vertical direction (Z direction) to the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29. ing. A side surface Ha of the through hole H (a surface facing the through hole H of the insulating material layer 29) is a surface perpendicular to the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29.
[0075]
The insulating material layer 29 is made of a material to be cut by reactive ion milling, specifically, SiO 2₂, Ta₂O_FiveIs formed by. When the insulating material layer 29 is shaved by reactive ion milling to form the through hole H, the side surface Ha of the through hole H can be easily made perpendicular to the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29, and the track of the multilayer film T1 This is preferable because the width dimension Tw can be accurately defined. The film thickness of the insulating material layer 29 is, for example, 500 mm.
[0076]
The track width dimension Tw of the multilayer film T1 is a 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 a magnetic field detection capability.
[0077]
On the upper surface 29a2 of the insulating material layer 29 where the multilayer film T1 is not laminated, hard bias layers 31 and 31 are laminated via bias underlayers 30 and 30, respectively. On the hard bias layers 31, 31, insulating layers 32, 32 are stacked. The insulating layers 32 and 32 insulate the upper electrode layer 33 from the side end faces T1s and T1s of the multilayer film T1 and the hard bias layers 31 and 31.
[0078]
In the present embodiment, the thickness t1 of the insulating material layer 29 between the side end face 31a of the hard bias layer 31 and the side face Ha of the through-hole H is sufficient from the hard bias layers 31 and 31 to the free magnetic layer 27. The thickness is such that the bias magnetic field is applied, for example, 10 nm.
[0079]
Further, 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 by appropriately adjusting the thickness t1.
[0080]
The magnetic detection element shown in FIG. 1 is a so-called spin-valve type magnetic detection element. The magnetization direction of the pinned magnetic layer 25 is appropriately fixed in a direction parallel to the Y direction in the figure, and the magnetization of the free magnetic layer 27 is Are properly aligned in the X direction in the figure, and the magnetizations of the pinned magnetic layer 25 and the free magnetic layer 27 cross each other. The leakage magnetic field from the recording medium penetrates in the Y direction of the magnetic detection element, and the magnetization of the free magnetic layer 27 fluctuates with high sensitivity. Electricity is related to the fluctuation of this magnetization direction and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 25. The resistance changes, and a leakage magnetic field (recording signal magnetic field) from the recording medium is detected by a voltage change based on the change in the electrical resistance value.
[0081]
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 electrical resistance value. It is preferable that they are orthogonal in a state where the recording signal magnetic field is not applied.
[0082]
In this embodiment, for example, a sense current flows from the upper electrode layer 33 toward the lower electrode layer 21, so that 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 through each layer in the multilayer film in a direction perpendicular to the film surface is referred to as a CPP type magnetic detection element.
[0083]
In the present invention, the track width is preferably about 10 nm or more and 300 nm or less. More preferably, it is about 10 nm or more and 100 nm or less. More preferably, it is about 10 nm or more and 60 nm or less. When the track width is narrowed to the above numerical range, the reproduction output can be further improved.
[0084]
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 28, bias underlayers 30, 30 The hard bias layers 31 and 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 sputtering or vapor deposition.
[0085]
The lower shield layer 20 and the upper shield layer 34 are 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 an electrolytic plating method.
[0086]
The antiferromagnetic layer 24 is a PtMn alloy or an X—Mn alloy (where X is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe), Alternatively, Pt—Mn—X ′ (where X ′ is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr) ) Made of alloy.
[0087]
These alloys have an irregular face-centered cubic structure (fcc) immediately after film formation, but undergo structural transformation to a CuAuI-type ordered face-centered tetragonal structure (fct) by heat treatment.
[0088]
The film thickness of the antiferromagnetic layer 24 is 80 to 300 mm, for example 200 mm, near the center in the track width direction.
[0089]
Here, in the PtMn alloy and the X-Mn alloy for forming the antiferromagnetic layer 24, it is preferable that Pt or X is in a range of 37 to 63 at%. In the PtMn alloy and the alloy represented by the formula of X—Mn, it is more preferable that Pt or X is in the range of 47 to 57 at%. Unless otherwise specified, the upper and lower limits of the numerical range indicated by means the following.
[0090]
In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is preferably in the range of 37 to 63 at%. In the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ + Pt is more preferably in the range of 47 to 57 at%. Further, in the alloy represented by the formula of Pt—Mn—X ′, X ′ is preferably in the range of 0.2 to 10 at%. However, when X ′ is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe, X ′ may be in the range of 0.2 to 40 at%. preferable.
[0091]
By using these alloys and heat-treating them, the antiferromagnetic layer 24 that 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, exceeding 64 kA / m, and an extremely high blocking temperature of 380 ° C. for losing the exchange coupling magnetic field is obtained. Can do.
[0092]
The first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are formed of a ferromagnetic material, for example, formed of NiFe alloy, Co, CoFeNi alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, etc. It is preferably formed of an alloy or Co. The first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are preferably formed of the same material.
[0093]
The nonmagnetic intermediate layer 25b is formed of a nonmagnetic material, and is formed of one kind of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu or an alloy of two or more kinds thereof. In particular, it is preferably formed of Ru.
[0094]
The first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are each formed with a thickness of about 10 to 70 mm. The nonmagnetic intermediate layer is formed with a thickness of about 3 to 10 mm.
[0095]
The pinned magnetic layer 25 may be formed of a single-layer structure using any of the magnetic materials described above or a two-layer structure of a layer made of any of the magnetic materials described above and a diffusion prevention layer such as a Co layer.
[0096]
In FIG. 1, a first pinned magnetic layer 25a and a second pinned magnetic layer 25c having different magnetic film thicknesses (Ms × t; product of saturation magnetization and film thickness) are laminated via a nonmagnetic intermediate layer 25b. These function as one pinned magnetic layer 25.
[0097]
The first pinned magnetic layer 25a is formed in contact with the antiferromagnetic layer 24, and is subjected to annealing in a magnetic field, so that an exchange difference due to exchange coupling occurs at the interface between the first pinned magnetic layer 25a and the antiferromagnetic layer 24. A isotropic magnetic field is generated, 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 opposed via the nonmagnetic intermediate layer 25b is the same as the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 25a. Fixed in anti-parallel state.
[0098]
As described above, when the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are anti-parallel to each other, the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are separated from each other. Since the other magnetization directions are fixed to each other, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 25 can be strongly fixed in a fixed direction as a whole.
[0099]
The combined magnetic film thickness (Ms × t) obtained by adding the magnetic film thickness (Ms × t) of the first pinned magnetic layer 25a and the magnetic film thickness (Ms × t) of the second pinned magnetic layer 25c. Is the magnetization direction of the pinned magnetic layer 25.
[0100]
In FIG. 1, the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c are formed using the same material, and the respective film thicknesses are made different so that the respective magnetic film thicknesses (Ms × t) are set. It is different.
[0101]
Further, the demagnetizing field (dipole magnetic field) caused by the fixed magnetization of the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c cancels each other out of the static magnetic field coupling between the first pinned magnetic layer 25a and the second pinned magnetic layer 25c. Cancel by matching. Thereby, the contribution to the variable magnetization of the free magnetic layer 27 from the demagnetizing field (dipole magnetic field) due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 25 can be reduced.
[0102]
Accordingly, 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 thin film magnetic element with small asymmetry and excellent symmetry.
[0103]
Here, the asymmetry indicates the degree of asymmetry of the reproduction output waveform. When the reproduction output waveform is given, the asymmetry becomes small if the waveform is symmetric. Therefore, the closer the asymmetry is to 0, the better the reproduced output waveform is.
[0104]
The asymmetry is 0 when the direction of magnetization of the free magnetic layer 27 and the direction of fixed magnetization of the pinned magnetic layer 25 are orthogonal to each other. If the asymmetry deviates greatly, the information cannot be read accurately from the media, which causes an error. For this reason, the smaller the asymmetry, the more reliable the reproduction signal processing, and the better the spin valve thin film magnetic element.
[0105]
Further, the demagnetizing field (dipole magnetic field) Hd due to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 25 has a non-uniform distribution in which the end of the free magnetic layer 27 is large and small at the center in the element height direction. Although the formation of a single magnetic domain in the layer 27 may be hindered, the dipole magnetic field Hd can be reduced by forming the pinned magnetic layer 25 in the above-described laminated structure, thereby creating a domain wall in the free magnetic layer 27. Thus, it is possible to prevent the occurrence of non-uniform magnetization and Barkhausen noise.
[0106]
The nonmagnetic material layer 26 is a layer that prevents magnetic coupling between the pinned magnetic layer 25 and the free magnetic layer 27, and may be formed of a nonmagnetic material having conductivity such as Cu, Cr, Au, or Ag. preferable. In particular, it is preferably formed of Cu. The nonmagnetic material layer 26 is formed with a film thickness of about 18 to 30 mm, for example.
[0107]
The nonmagnetic material layer 26 is made of Al.₂O_ThreeAnd SiO₂However, in the case of a CPP type magnetic sensing element as in the present invention, a sense current flows in the non-magnetic material layer 26 in a direction perpendicular to the film surface. Therefore, when the nonmagnetic material layer 26 is an insulator, it is necessary to reduce the dielectric strength by forming the nonmagnetic material layer 26 with a thickness of 50 mm. Further, the nonmagnetic material layer 26 is made of Al.₂O_ThreeAnd TaO₂When the nonmagnetic material layer 26 is formed of a material having a specular reflection effect such as the above, the nonmagnetic material layer 26 can also function as a specular film or a current limiting layer that reduces the effective element area.
[0108]
The first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a are formed of a ferromagnetic material, for example, a NiFe alloy, Co, CoFeNi alloy, CoFe alloy, CoNi alloy, etc. It is preferably formed of an alloy, a CoFe alloy, or a CoFeNi alloy.
[0109]
The nonmagnetic intermediate layer 27b is formed of a nonmagnetic material, and is formed of one kind of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu or an alloy of two or more kinds thereof. In particular, it is preferably formed of Ru.
[0110]
The first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a are each formed with a thickness of about 10 to 70 mm. The nonmagnetic intermediate layer 27b is formed with a thickness of about 3 to 10 mm.
[0111]
The second free magnetic layer 27a is preferably formed in a two-layer structure, and a Co film is preferably formed on the side facing the nonmagnetic material layer 26. Thereby, diffusion of a metal element or the like at the interface with the nonmagnetic material layer 26 can be prevented, and the resistance change rate (ΔR / R) can be increased.
[0112]
The free magnetic layer 27 may be formed in a single layer structure using any of the magnetic materials described above.
[0113]
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 formed of a magnetic material having the following composition.
[0114]
The composition formula is CoFeNi, the composition ratio of Fe is 9 atomic% or more and 17 atomic% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less, and the remaining composition is Co.
[0115]
Thereby, the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 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]
Therefore, the magnetizations of the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a can be appropriately antiparallel.
[0117]
Both the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a are preferably formed of the CoFeNi alloy. Thereby, a high spin-flop magnetic field can be obtained more stably, and the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a can be appropriately magnetized in an antiparallel state.
[0118]
If the composition range is within the above range, the magnetostriction of the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a is −3 × 10.^-6To 3 × 10^-6The coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less.
[0119]
Furthermore, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 27 are improved, and the resistance change (ΔR) and the rate of change in resistance (ΔR / R) due to the diffusion of Ni between the free magnetic layer 27 and the nonmagnetic material layer 26 are suppressed. It is possible to plan appropriately.
[0120]
When 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 at least one of the first free magnetic layer 27c and the second free magnetic layer 27a is formed of a CoFeNi alloy, It is preferable that the Fe composition ratio of the CoFeNi alloy is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, the Ni composition ratio is 5 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the remaining composition ratio is Co.
[0121]
In the free magnetic layer 27, the second free magnetic layer 27a and the first free magnetic layer 27c having different magnetic film thicknesses (Ms × t; product of saturation magnetization and film thickness) are arranged via the nonmagnetic intermediate layer 27b. The second free magnetic layer 27a and the first free magnetic layer 27c are in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel. At this time, the direction with the larger magnetic film thickness (Ms × t), for example, the magnetization direction of the second free magnetic layer 27a is directed to the direction of the magnetic field generated from the hard bias layer (the X direction in the drawing), and the first free magnetic layer The magnetization direction of the layer 27c is in a state in which it is directed in the opposite direction (an antiparallel direction to the X direction in the drawing) by 180 degrees.
[0122]
When the anti-parallel ferrimagnetic state in which the magnetization directions of the second free magnetic layer 27a and the first free magnetic layer 27c are 180 degrees different from each other is obtained, an effect equivalent to reducing the thickness of the free magnetic layer is obtained. Effective magnetic moment is reduced, the magnetization of the free magnetic layer 27 is likely to fluctuate, and the magnetic field detection sensitivity of the magnetic detection element is improved.
[0123]
Direction of the combined magnetic film thickness (Ms × t) obtained by adding the magnetic film thickness (Ms × t) of the second free magnetic layer 27a and the magnetic film thickness (Ms × t) of the first free magnetic layer 27c. Is the magnetization direction of the free magnetic layer 27.
[0124]
However, only the magnetization direction of the second free magnetic layer 27 a contributes to the output in relation to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 25.
[0125]
The protective layer 28 is formed of at least one of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The film thickness of the protective layer 28 is about 30 mm.
[0126]
The hard bias layers 31 are formed of a hard magnetic material such as a Co—Pt (cobalt-platinum) alloy or a Co—Cr—Pt (cobalt-chromium-platinum) alloy. The crystal structure of these alloys is generally set to a film composition in the vicinity of a composition that is a mixed phase of a face-centered cubic structure (fcc) and a dense hexagonal structure (hcp) in the bulk.
[0127]
The bias underlayers 30, 30 are preferably formed of one or more elements of Cr, Ti, W, Mo, V, Mn, Nb, and Ta. For example, Cr or W₅₀Mo₅₀Formed by. When the bias underlayers 30 and 30 are formed using Cr or the like whose crystal structure is a bcc (body-centered cubic lattice) structure, the coercive force and the squareness ratio of the hard bias layers 31 and 31 are increased, and the bias magnetic field can be increased.
[0128]
Here, since the lattice constants of the hcp structure of the CoPt alloy constituting the bias underlayers 30 and 30 and the hard bias layers 31 and 31 formed of the above metal are close to each other, the CoPt alloy forms an fcc structure. It is difficult to form with an hcp structure. At this time, the c-axis of the hcp structure is preferentially oriented within the boundary surface between the CoPt alloy and the bias underlayers 30 and 30. Since the hcp structure has a larger magnetic anisotropy in the c-axis direction than the fcc structure, the coercive force Hc when a magnetic field is applied to the hard bias layers 31 is increased. Furthermore, since the c axis of hcp is preferentially oriented within the boundary surface between the CoPt alloy and the bias underlayer 30, 30, the residual magnetization increases, and the squareness ratio S required by the residual 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]
The hard bias layers 31 and 31 need only have the same magnetization direction of the second free magnetic layer 27a and the first free magnetic layer 27c constituting the free magnetic layer 27. For example, when the magnetization direction of the second free magnetic layer 27a is aligned in a certain direction, the first free magnetic layer 27c enters a ferrimagnetic state in which the magnetization direction is antiparallel, and the magnetization direction of the entire free magnetic layer 27 is in a certain direction. Aligned.
[0130]
The lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 33 can be formed using W, Ta, Cr, Cu, Rh, Ir, Ru, Au, or the like as materials.
[0131]
In the case where Ta is used as the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 33, the crystal structure of Ta stacked on the upper layer of Cr can be reduced by providing an intermediate layer of Cr in the lower layer of the upper electrode layer 33. It becomes easy to make a body-centered cubic structure.
[0132]
Further, when Cr is used for the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 33, by providing a Ta intermediate layer under the upper electrode layer 33, Cr grows epitaxially, and the resistance value can be reduced.
[0133]
The magnetic detection element shown in FIG. 1 is characterized in that the multilayer film T1 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. Accordingly, when the multilayer film T1 is cut and formed by ion milling or the like, it is possible to prevent damage to the central portion C of the multilayer film T1 located inside the through hole H and having magnetic field detection ability.
[0134]
Further, in the magnetic detection element of FIG. 1, the side end portions S and S of the multilayer film T1 are stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29. Note that the side end portions S and S of the multilayer film T1 laminated on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 have a lower magnetoresistance effect than the center portion C of the multilayer film T1.
[0135]
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 bends on the edge of the upper opening of the through hole H, that is, on the corner 29b of the insulating material layer 29. The magnetoresistance change rate of the multilayer film T1 decreases at the bent portion (bent portion).
[0136]
Therefore, when a current in the direction perpendicular to the film surface is passed through the central portion C of the multilayer film T1, only a change in the magnetoresistance of the central portion C is mainly detected, and the magnetoresistance effect of the side edges S and S of the multilayer film T1 is It is no longer detected.
[0137]
Further, it is possible to intentionally lower the magnetoresistive effect by implanting milling particles into the side end portions S and S of the multilayer film T1, particularly the side end faces T1s and T1s.
[0138]
In a spin valve magnetoresistive effect element such as the multilayer film T1, when the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25 are short-circuited, even if an external magnetic field is applied and the magnetization direction of the free magnetic layer 27 changes, the resistance change Will not occur and will not function as a magnetic sensing element
In the conventional magnetic detection element, as described above, there is a high probability that the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are short-circuited due to reattachment of the metal material in the manufacturing process.
[0139]
However, in the present invention, the multilayer film T <b> 1 is formed inside the through hole H and protected by the insulating material layer 29. Therefore, it is possible to prevent the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25 from being short-circuited.
[0140]
As shown in FIG. 1, when the side ends S, S of the multilayer film T1 are stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29, a metal material is applied to the side end surfaces of the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25. May reattach. However, the side end portions S and S of the multilayer film T1 laminated on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 may not be preferably involved in the magnetic field detection capability, and the normal direction to the upper surface of the multilayer film T1 (magnetic detection) It is preferable that the surface is cut 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 metal material reattached to the side end surfaces of the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25 can be removed, and the electrical short circuit between the free magnetic layer 27 and the pinned magnetic layer 25 can be eliminated.
[0141]
The insulating material layer 29 preferably has a specular reflection effect.
In FIG. 1, the lower shield layer 20 is formed below the lower electrode layer 21, and the upper shield layer 34 is formed above the upper electrode layer 33. 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 function as a lower shield layer and an upper shield layer, respectively.
[0142]
A distance W1 from the center position Hc of the through hole H in the track width direction to the outer surfaces 29c and 29c of the insulating material layer 29._RAnd W1_LAre equal to each other because the magnitude of the longitudinal bias magnetic field received by the free magnetic layer 27 from the hard bias layers 31 and 31 is equal between the right end and the left end in the X direction in the figure.
[0143]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the second embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0144]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 2, the multilayer film T2 in order from the bottom is a synthetic ferri-free type free magnetic layer 27 including a first free magnetic layer 27c, a nonmagnetic intermediate layer 27b, and a second free magnetic layer 27a. A magnetic material layer 26, a second pinned magnetic layer 25c, a nonmagnetic intermediate layer 25b, a synthetic ferri-pinned pinned magnetic layer 25 comprising the first pinned magnetic layer 25a, an antiferromagnetic layer 24, and a protective layer 28 are laminated in that order from the bottom. 1 is different from the magnetic sensing element shown in FIG. 1 in that it is a so-called top-type spin valve magnetoresistive element.
[0145]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 2 in which the multilayer film is stacked in a different order, the multilayer film T2 is formed in the through hole H provided in the insulating material layer 29, similarly to the magnetic sensing element shown in FIG. Therefore, the multilayer film T2 is protected by the insulating material layer 29.
[0146]
Therefore, when the multilayer film T2 is cut and formed by ion milling or the like, it is possible to prevent damage to the central portion C of the multilayer film T2 that is located inside the through hole H and has magnetic field detection ability.
[0147]
Also in the magnetic detection element of FIG. 2, the side ends S and S of the multilayer film T2 are stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29. The side end portions S and S of the multilayer film T2 stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 have a lower magnetoresistance effect than the center portion C of the multilayer film T2.
[0148]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the third embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0149]
The magnetic detection element of FIG. 3 is different from the magnetic detection element of FIG. 2 in that exchange bias layers 35 and 35 are formed as vertical bias layers at positions overlapping the first free magnetic layer 27c in the lowermost layer of the multilayer film T2. ing. The lower electrode layer 21 is formed between the exchange bias layers 35 and 35.
[0150]
Also in the magnetic detection element shown in FIG. 3, the multilayer film T2 is formed inside the through hole H provided in the insulating material layer 29, similarly to the magnetic detection element shown in FIG. It is protected by the insulating material layer 29.
[0151]
Therefore, when the multilayer film T2 is cut and formed by ion milling or the like, it is possible to prevent damage to the central portion C of the multilayer film T2 that is located inside the through hole H and has magnetic field detection ability.
[0152]
Also in the magnetic detection element of FIG. 3, the side ends S and S of the multilayer film T <b> 2 are stacked on the upper surface 29 a 1 of the insulating material layer 29. The side end portions S and S of the multilayer film T2 stacked on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 have a lower magnetoresistance effect than the center portion C of the multilayer film T2.
[0153]
As with the antiferromagnetic layer 24, the exchange bias layers 35 and 35 are PtMn alloys or X-Mn (where X is one or two of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe). Or an alloy of Pt—Mn—X ′ (where X ′ is any of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, and Kr). It can be made of an alloy (which is one or more elements).
[0154]
The exchange bias layers 35 and 35 are α-Fe.₂O_Three, NiO, or CoO.
[0155]
α-Fe₂O_ThreeThe exchange bias layers 35 and 35 made of NiO or the like are insulative, so that it is possible to appropriately suppress the sense current from being shunted to the exchange bias layers 35 and 35.
[0156]
In the first free magnetic layer 27c, the magnetization direction is aligned in the track width direction (X direction in the drawing) by the exchange anisotropic magnetic field with the exchange bias layers 35 and 35, and the second free magnetic layer 27a has the first free magnetic layer 27a. Due to the RKKY interaction with the layer 27c, the magnetization direction is antiparallel to the X direction in the figure.
[0157]
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 track width direction of the region in which the magnetization of the free magnetic layer 27 varies The magnetic track widths defined by the dimensions match.
[0158]
That is, unlike the configuration in which the bias magnetic field is applied by the hard bias layer, there is an advantage that a so-called insensitive region is not formed in the region of the optical track width.
[0159]
1 and 2, the thickness t1 of the insulating material layer 29 between the side end face 31a of the hard bias layer 31 and the side face Ha of the through hole H is set to be free magnetic. It may be difficult to control the layer 27 so that a sufficient bias magnetic field is applied to the layer 27 from the hard bias layers 31 and 31. In the magnetic detection element shown in FIG. 4, the first free magnetic layer 27c need only be laminated at a position overlapping the exchange bias layers 35 and 35.
[0160]
The exchange bias type magnetic detecting element having these advantages is a particularly advantageous longitudinal bias type when the size of the magnetic detecting element is reduced.
[0161]
Note that a ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material or a layer made of a nonmagnetic material may be formed between the exchange bias layers 35 and 35 and the free magnetic layer 27. Alternatively, the exchange bias layers 35 and 35 may be formed of a ferromagnetic material.
[0162]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the fourth embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0163]
In the magnetic sensing element of FIG. 4, a separation layer 36 made of a nonmagnetic material is laminated on a free magnetic layer 27, and an in-stack bias layer 37 made of a hard magnetic material is laminated on the separation layer 36 as a longitudinal bias layer. 1 is different from the magnetic sensing element shown in FIG. 1 in that a hard bias layer is not formed.
[0164]
A synthetic ferri-pinned type pinned magnetic layer comprising the under layer 22, the seed layer 23, the antiferromagnetic layer 24, the first pinned magnetic layer 25a, the nonmagnetic intermediate layer 25b, and the second pinned magnetic layer 25c below the separation layer 36. 25. The configuration of the synthetic ferrifree free magnetic layer 27 including the nonmagnetic material layer 26, the second free magnetic layer 27a, the nonmagnetic intermediate layer 27b, and the first free magnetic layer 27c is the magnetic detection shown in FIG. It is the same as the element.
[0165]
In the magnetic detection element shown in FIG. 4 as well, the multilayer film T3 is formed inside the through hole H provided in the insulating material layer 29, similarly to the magnetic detection element shown in FIG. It is protected by the insulating material layer 29.
[0166]
Therefore, when the multilayer film T3 is cut and formed by ion milling or the like, it is possible to prevent damage to the central portion C of the multilayer film T3 that is located inside the through hole H and has magnetic field detection ability.
[0167]
Also in the magnetic detection element of FIG. 4, the side end portions S and S of the multilayer film T3 are laminated on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29. The side end portions S and S of the multilayer film T3 laminated on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 have a lower magnetoresistance effect than the center portion C of the multilayer film T3.
[0168]
In the magnetic sensing 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, magnetostatic coupling occurs between the first free magnetic layer 27c on the side of the free magnetic layer 27 closer to the in-stack bias layer 37 and the in-stack bias layer 37, and the magnetization of the first free magnetic layer 27c. Is made into a single magnetic domain in the X direction shown in the figure, and the magnetization of the second free magnetic layer 27a is oriented in a direction 180 ° different from the X direction shown in the figure.
[0169]
Direction of the combined magnetic film thickness (Ms × t) obtained by adding the magnetic film thickness (Ms × t) of the second free magnetic layer 27a and the magnetic film thickness (Ms × t) of the first free magnetic layer 27c. Is the magnetization direction of the free magnetic layer 27.
[0170]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 1 or FIG. 2, a buckling phenomenon in which a demagnetizing field is generated in the free magnetic layer 27 by causing the hard bias layers 31 and 31 to face the side end faces of the multilayer film in the track width direction, The generation of a dead region in which the magnetization of the free magnetic layer 27 is firmly fixed in the vicinity of the side end face and the magnetization reversal is deteriorated may be a problem.
[0171]
However, by providing an in-stack bias layer 37 via a separation layer 36 on the surface of the free magnetic layer 27 opposite to the surface on which the nonmagnetic material layer 26 is formed as shown in FIG. Can solve the problem of occurrence.
[0172]
Accordingly, it is possible to appropriately promote the formation of a single magnetic domain in the free magnetic layer 27, to improve the magnetization reversal of the free magnetic layer with respect to the external magnetic field, and to produce a magnetic detecting element with excellent reproduction sensitivity and excellent reproduction waveform stability. Is possible.
[0173]
The in-stack bias layer 37 preferably has a thickness of 50 to 300 mm.
[0174]
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element according to the fifth embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium.
[0175]
The magnetic sensing element shown in FIG. 5 is shown in that 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. 1 is different from the magnetic detection element shown in FIG.
[0176]
In the magnetic detection 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, the nonmagnetic intermediate layer. A synthetic ferri-pinned pinned magnetic layer 43 comprising a layer 43b, a second pinned magnetic layer 43c, a non-magnetic material layer 44, a second free magnetic layer 45a, a non-magnetic intermediate layer 45b, and a synthetic ferrimagnetic comprising a first free magnetic layer 45c. A free type free magnetic layer 45 and a 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]
On the upper surface 48a2 of the insulating material layer 48 where the multilayer film T4 is not laminated, the hard bias layers 31 and 31 are laminated via the bias underlayers 30 and 30, respectively. On the hard bias layers 31, 31, insulating layers 32, 32 are stacked. The insulating layers 32 and 32 insulate the upper electrode layer 33 from the side end faces T4s and T4s of the multilayer film T4 and the hard bias layers 31 and 31.
[0178]
Also in the present embodiment, the thickness of the insulating material layer 48 between the side end face 31a of the hard bias layer 31 and the side face H1a of the through hole H1 and the inclination angle of the side face H1a depend on the hard bias layer 31 and the free magnetic layer 45. 31 is set so that a sufficient bias magnetic field is applied.
[0179]
If reactive ion milling is not used, it is difficult to form a through hole H in the insulating material layer 29 whose side surface Ha is perpendicular to the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29 as shown in FIG. Therefore, in order to accurately form the through hole H in the insulating material layer 29, it is necessary to select the material of the insulating material layer 29 from those that can be processed by reactive ion milling.
[0180]
On the other hand, as shown in FIG. 5, if the through hole H1 whose side surface H1a is an inclined surface with respect to the upper surface 48a1 of the insulating material layer 48 is formed, the material of the insulating material layer 48 is made of alumina (Al₂O_Three) Or Al—Si—O.
[0181]
The track width dimension Tw of the multilayer film T4 is a width dimension in the track width direction (X direction) of the central portion C of the multilayer film T4 that is located inside the through hole H1 and has a magnetic field detection capability.
[0182]
In the magnetic sensing element shown in FIG. 5 as well, the multilayer film T4 is formed inside the through hole H1 provided in the insulating material layer 48, as in the magnetic sensing element shown in FIG. It is protected by an insulating material layer 48.
[0183]
Therefore, when the multilayer film T4 is cut and formed by ion milling or the like, it is possible to prevent damage to the central portion C of the multilayer film T4 that is located inside the through hole H1 and has magnetic field detection ability.
[0184]
Also in the magnetic detection element of FIG. 5, the side end portions S and S of the multilayer film T4 are laminated on the upper surface 48a1 of the insulating material layer 48. The side end portions S and S of the multilayer film T4 laminated on the upper surface 48a1 of the insulating material layer 48 have a lower magnetoresistance effect than the central portion C of the multilayer film T4.
[0185]
A method for manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. 1 will be described.
First, as shown in FIG. 7, a lower shield layer 20, a lower electrode layer 21, and an insulating material layer 29 are formed on a substrate (not shown) via a base layer (not shown) such as alumina. The material of each layer is the same as that of the magnetic detection element shown in FIG. In particular, a material that can scrape the insulating material layer 29 by reactive ion etching, for example, SiO 2₂It is important to use (silicon oxide) or the like. Note that the thickness of the insulating material layer is, for example, 500 mm.
[0186]
Each layer is formed by sputtering, for example. In the sputtering film formation, for example, 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 sputtering method combining them can be used. Note that these sputtering methods can also be used when performing sputtering film formation in the following steps.
[0187]
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]
Next, resist layers R 1 and R 1 are formed on the insulating material layer 29. The interval between the resist layers R1 and R1 in the track width direction (X direction in the drawing) is W1.
[0189]
Next, the region of the insulating material layer 29 that is not covered with the resist layers R1 and R1 is scraped and removed using reactive ion milling to form a through hole H, and the lower electrode layer 21 is formed in the through hole H. To expose the surface. By using reactive ion milling, the inclination angle of the side surfaces Ha, Ha of the through holes H with respect to the upper surface 29a of the insulating material layer 29 can be set to 80 ° to 90 °. In particular, the side surfaces Ha, Ha of the through holes H can be perpendicular to the upper surface 29 a of the insulating material layer 29.
[0190]
In addition, it is preferable that only the insulating material layer 29 is scraped and the lower electrode layer 21 is not scraped by the reactive ion milling, but the lower electrode layer 21 may be shaved somewhat.
[0191]
Next, as shown in FIG. 9, in the through hole H and on the lower electrode layer 21 and the insulating material layer 29, the underlayer 22, the seed layer 23, the antiferromagnetic layer 24, and the first pinned magnetic layer 25a. A synthetic ferri-pinned pinned magnetic layer 25 comprising a nonmagnetic intermediate layer 25b and a second pinned magnetic layer 25c, a nonmagnetic material layer 26, a second free magnetic layer 27a, a nonmagnetic intermediate layer 27b, and a first free magnetic layer 27c. A multilayer film T1 composed of a synthetic ferrifree free magnetic layer 27 and a protective layer 28 is formed by sputtering.
[0192]
The material of each layer is the same as that of the magnetic detection element shown in FIG.
Further, as shown in FIG. 10, a lift-off resist layer R <b> 2 is formed on the protective layer 28 that overlaps with the through hole H and the vicinity of 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 W2. In FIG. 10, the width dimension of the through hole H in the track width direction (X direction in the drawing) is W3. The width dimension W3 of the through hole H is preferably set to 0.3 μm or less. In the present embodiment, W2> W3.
[0193]
Next, as shown in FIG. 11, after the resist layer R2 is formed, the resist layer is formed by ion milling at an incident angle inclined by an angle θ1 from the normal direction to the surface of the multilayer film T1 (normal direction to the substrate surface). The regions on both sides of the multilayer film T1 composed of the layers from the protective layer 28 to the base layer 22 in the portion not covered with the layer R2 are removed, and the insulating material layer 29 in the portion not covered with the resist layer R2 is removed. Are removed by cutting so that the upper surface 29a2 is positioned below the upper surface 27d of the central portion C of the free magnetic layer 27. The angle θ1 is, for example, 5 ° to 30 °.
[0194]
Next, as shown in FIG. 12, ion milling is performed at an incident angle inclined by an angle θ2 from the normal direction to the surface of the multilayer film T1 (normal direction to the surface of the substrate). The angle θ2 is larger than the aforementioned angle θ1, and is, for example, 30 ° to 70 °.
[0195]
When the incident angle shown in FIG. 11 is θ1, the material of the multilayer film T1 is reattached to the side end faces T1s and T1s of the multilayer film T1, and the free magnetic layer 27 and the fixed magnetic layer 25 are electrically short-circuited. Sometimes. When ion milling at an angle θ2 is performed, the side end faces T1s and T1s of the multilayer film T1 can be side milled to remove the reattachment, and the electrical short circuit between the free magnetic layer 27 and the fixed magnetic layer 25 is eliminated. Can be made.
[0196]
In FIG. 12, the side edges S and S of the multilayer film T1 are left on the upper surface 29a1 of the insulating material layer 29, but the multilayer film T1 is the edge of the upper opening of the through hole H, that is, the insulating material layer. It bends on 29 corners 29b. The magnetoresistance change rate of the multilayer film T1 decreases at the bent portion (bent portion).
[0197]
Accordingly, when a current is passed through the central portion C located inside the through hole H of the multilayer film T1, only a change in magnetoresistance inside the through hole H is mainly detected, and the magnetoresistance of the side ends S and S of the multilayer film T1 is detected. Little change is detected.
[0198]
In addition, by injecting milling particles having an incident angle θ2 into the side end faces T1s and T1s of the multilayer film T1, the magnetoresistive effect of the side ends S and S of the multilayer film T1 is deliberately greater than the central part C of the multilayer film T1. Can be reduced.
[0199]
In the present invention, 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.
[0200]
Therefore, at the time of ion milling in FIG. 11 and ion milling in FIG. 12, it is possible to prevent the central portion C of the multilayer film T1 having a magnetic field detection capability from being damaged.
[0201]
In addition, the outer surfaces 29c and 29c of the insulating material layer 29 are simultaneously cut by ion milling with an incident angle of θ2 shown in FIG.
[0202]
The distance from the track width direction central position Hc of the through hole H to the side end faces T1s and T1s on both sides of the multilayer film T1 and the central position Hc of the through hole H to the insulating material layer 29 by ion milling with an incident angle of θ2. The multilayer film T1 can be made to have a bilaterally symmetric structure by cutting so that the distances to the outer surfaces 29c on both sides are equal.
[0203]
In particular, the distance W from the center position Hc of the through hole H to the outer side surfaces 29c, 29c on both sides of the insulating material layer 29._RAnd W_L(See FIG. 1), the bias magnetic fields from the pair of hard bias layers 31, 31 formed in the subsequent process can be made equal on the left and right end faces in the track width direction of the free magnetic layer 27.
[0204]
In addition, the thickness t1 from the side surface Ha of the through hole H to the outer surface of the insulating material layer 29 is such a thickness that a sufficient bias magnetic field is applied to the free magnetic layer 27 from the hard bias layers 31, 31, for example, 10 nm. Thus, the insulating material layer 29 is preferably shaved. 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]
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]
When the center position R2c and the center position Hc overlap, the distance from the track width direction center position Hc of the through hole H to both side end faces T1s and T1s of the multilayer film T1 and the insulating material from the center position Hc of the through hole H The distances to both outer faces 29c, 29c of the layer 29 are equal.
[0207]
In order to overlap the center position R2c and the center position Hc, the center position Gc and the center position R2c of the region sandwiched between the resist layers R1 and R1 shown in FIG.
[0208]
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 amount of cutting of the outer surface 29 c of the insulating material layer 29. The magnitude of the longitudinal bias magnetic field received can be adjusted.
[0209]
The insulating material layer 29 is preferably a specular film (specular reflection film) that reflects specularly while maintaining the spin state (energy, quantum state, etc.) of conduction electrons flowing in the multilayer film T1.
[0210]
Next, the bias underlayers 30 and 30 and the hard bias layers 31 and 31 are formed on the insulating material layer 29 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]
The bias underlayers 30, 30 are preferably formed of a metal film having a body-centered cubic structure (bcc structure). At this time, the (100) plane is preferably preferentially oriented in the crystal orientation of the bias underlayers 30 and 30.
[0212]
The incident angle of the sputtered particles during sputtering of the bias underlayers 30 and 30 and the hard bias layers 31 and 31 is, for example, 5 ° to 60 ° from the normal direction with respect to the upper surface of the multilayer film T1.
[0213]
A longitudinal bias magnetic field is supplied from the hard bias layers 31 to the free magnetic layer 27, and the magnetization of the free magnetic layer 27 is appropriately single-domained in the track width direction (X direction in the drawing).
[0214]
Next, the insulating layers 32 are formed by sputtering on the hard bias layer. The thickness of the insulating layers 32 is preferably about 50 to 200 mm. Thereby, it is possible to suppress the sense current flowing from the upper electrode layer 33 from being shunted to the hard bias layers 31 and 31.
[0215]
In addition, the incident angle of the sputtered particles at the time of sputtering the insulating layers 32 and 32 is, for example, 0 ° to 30 ° from the normal direction to the upper surface of the multilayer film T1.
[0216]
The materials of the bias underlayers 30 and 30, the hard bias layers 31 and 31, and the insulating layers 32 and 32 are the same as those of the magnetic detection element shown in FIG.
[0217]
Note that the layers of materials of the bias underlayer 30, the hard bias layer 31, and the insulating layer 32 adhere to the upper surface and side end surfaces of the resist layer R2.
[0218]
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 stacked to form the magnetic detection element shown in FIG.
[0219]
When forming the topspin type magnetic sensing element shown in FIG. 2, in the multilayer film stacking process in FIG. 9, the free magnetic layer 27, the nonmagnetic material layer 26, the pinned magnetic layer 25, The ferromagnetic layer 24 and the protective layer 28 may be laminated.
[0220]
Further, when forming the magnetic sensing element shown in FIG. 3, exchange bias layers 35 and 35 made of an antiferromagnetic material are formed on both sides of the lower electrode layer 21, and at positions overlapping the exchange bias layers 35 and 35. The free magnetic layer 27 may be formed.
[0221]
In the magnetic detection 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, the first free magnetic layer 27c, and the exchange bias layers 35 and 35 are shown. It is necessary to cross the direction of the exchange anisotropic magnetic field generated between them.
[0222]
As a method of crossing the direction of the exchange anisotropic magnetic field, after the exchange bias layers 35 and 35 are stacked, a heat treatment is performed at a first heat treatment temperature while applying a first magnetic field in a direction perpendicular to the track width direction, An exchange coupling magnetic field is generated in the ferromagnetic layer 24 and the exchange bias layers 35 and 35 to pin the magnetization of the pinned magnetic layer 25 and the free magnetic layer 27 in the orthogonal direction, and the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer 24. Is larger than the exchange coupling magnetic field of the exchange bias layers 35, 35, and then larger than the exchange coupling magnetic field of the exchange bias layers 35, 35 in the above-described process in the track width direction, and the exchange coupling of the antiferromagnetic layer 24. While applying a second magnetic field smaller than the magnetic field, heat treatment is performed at a second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature, and the free magnetic layer 27 is fixed. A method of imparting longitudinal bias magnetic field in the direction intersecting the direction of magnetization of sexual layer 25.
[0223]
Note that a ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material or a layer made of a nonmagnetic material may be formed between the exchange bias layers 35 and 35 and the free magnetic layer 27. Alternatively, the exchange bias layers 35 and 35 may be formed of a ferromagnetic material.
[0224]
Further, when the magnetic detection element shown in FIG. 4 is formed, a nonmagnetic material layer 26 is formed on 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 stacking process shown in FIG. An in-stack bias layer 37 made of a ferromagnetic material may be laminated via a separation layer 36 made of a magnetic material.
[0225]
Further, when forming the magnetic detection element shown in FIG. 5, if the inclined surface is formed in the resist layer R1 in the step shown in FIG. 7, the through-hole H1 whose side surface H1a becomes the inclined surface may be formed by milling. it can. When forming the magnetic sensing element in FIG. 5, the material of the insulating material layer 48 is alumina (Al₂O_Three) Or Al—Si—O.
[0226]
14 and 15 are views showing a magnetic head provided with the magnetic detection element of the present invention. 14 is a perspective view of the slider as viewed from the side facing the recording medium, and FIG. 15 is a longitudinal sectional view taken along the line DD shown in FIG.
[0227]
As shown in FIGS. 14 and 15, the GMR head h1 including the magnetic detection element is provided at the trailing side end 50a of the slider together with the inductive head h2 to form a magnetic head. The recording magnetic field of the recording medium can be detected and recorded.
[0228]
As shown in FIG. 14, rails 52a, 52a, 52a are formed on the surface (ABS surface) 52 of the slider 50 facing the recording medium, and air grooves 52b, 52b are formed between the rails. .
[0229]
As shown in FIG. 15, the GMR head h1 includes 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 recording medium. The magnetic detection element 55 of the present invention exposed from the facing surface 52, the upper electrode layer 56, and the upper shield layer 57 are configured.
[0230]
The upper shield layer 57 is also used as the lower core layer of the inductive head h2.
[0231]
The inductive head h2 is bonded onto the gap layer 58 at a surface facing the lower core layer (upper shield layer) 57, the gap layer 58 laminated on the lower core layer 57, the coil 59, and the recording medium. The upper core layer 60 is joined to the lower core layer 57 at the end 60a.
[0232]
A protective layer 61 made of alumina or the like is laminated on the upper core layer 60.
[0233]
14 and 15, the X direction in the figure is the track width direction, the Y direction in the figure is the direction of the leakage magnetic field from the recording medium (height direction), and the Z direction in the figure is the moving direction of the recording medium.
[0234]
In the present invention, the multilayer film may be a magnetic detecting element called a tunnel type magnetoresistive element. In the tunnel type magnetoresistive element, the nonmagnetic material layer 26 is made of Al.₂O_ThreeAnd SiO₂Formed of an insulating material.
[0235]
The magnetic detection element in the present invention can be used not only for a magnetic head mounted on a hard disk device but also for a magnetic head for tape, a magnetic sensor, and the like.
[0236]
Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0237]
The above-described embodiments are merely examples, and do not limit the scope of the claims of the present invention.
[0238]
【The invention's effect】
The present invention includes 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 sensing element that supplies a current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect element, the magnetoresistive effect element is formed inside a through-hole provided in the insulating material layer. Protected by material layer.
[0239]
Therefore, when the magnetoresistive effect element is cut and formed by ion milling or the like, it is possible to prevent damage to the portion having the magnetic field detecting ability of the magnetoresistive effect element.
[0240]
In the magnetic detection element of the present invention, a side end portion of the magnetoresistive effect element may be laminated on the upper surface of the insulating material layer.
[0241]
When the side end portion of the magnetoresistive effect element is stacked 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 upper portion of the through hole. Bends on the edge of the opening. The magnetoresistance change rate of the magnetoresistive element decreases at the bent portion (bent portion).
[0242]
Accordingly, when a current is passed through the central portion of the magnetoresistive effect element that is located inside the through hole, only the magnetoresistive change inside the through hole is mainly detected, and the magnetoresistance of the side end portion of the magnetoresistive effect element is detected. The effect is lower than the central part.
[0243]
Further, the magnetoresistive effect can be intentionally reduced by implanting milling particles into the side end portion of the magnetoresistive effect element.
[0244]
When the magnetoresistive element is the multilayer film, if the side end portion of the multilayer film is laminated on the upper surface of the insulating material layer, the side end faces of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer Metal materials may re-adhere. However, the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are scraped by milling at a large incident angle with respect to the normal direction to the upper surface of the multilayer film (normal direction to the substrate surface on which the magnetic detection element is formed). By removing the metal material reattached to the side end face, an electrical short circuit between the free magnetic layer and the pinned magnetic layer can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a magnetic detection element according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a sectional view of a magnetic sensing element according to a fifth embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a style explanatory diagram for explaining a specular reflection effect by a specular film;
FIG. 7 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 8 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 9 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 10 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 11 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 12 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 13 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a magnetic sensing element of the present invention;
FIG. 14 is a perspective view of a magnetic head to which the magnetic detection element of the present invention is attached;
15 is a cross-sectional view of the magnetic head shown in FIG.
FIG. 16 is a process diagram showing a conventional method of manufacturing a magnetic detection element;
FIG. 17 is a process diagram showing a conventional method of manufacturing a magnetic detection element;
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a conventional magnetic detection element;
[Explanation of symbols]
20 Lower shield layer
21 Lower electrode layer
22 Underlayer
23 Seed layer
24 Antiferromagnetic layer
25 Fixed magnetic layer
25a First pinned magnetic layer
25b Nonmagnetic intermediate layer
25c Second pinned magnetic layer
26 Non-magnetic material layer
27 Free magnetic layer
27a Second free magnetic layer
27b Nonmagnetic 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

Claims

The manufacturing method of the magnetic detection element characterized by having the following processes.
(A) forming a lower electrode layer on the substrate and laminating an insulating material layer on the lower electrode layer;
(B) forming a through-hole penetrating the insulating material layer in the vertical direction and exposing the surface of the lower electrode layer in the through-hole;
(C) forming a multilayer film having a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer in the through hole and on the lower electrode layer;
(D) forming a resist layer on the multilayer film, removing the multilayer film not covered with the resist layer, and further freeing an upper surface of a portion of the insulating material layer not covered with the resist layer; Cutting the insulating material layer so as to be positioned below the upper surface of the magnetic layer;
(E) A pair of longitudinal bias layers, which are made of a hard magnetic material and apply a magnetic field in the track width direction to the free magnetic layer facing at least a side end surface in the track width direction of the free magnetic layer of the multilayer film, are provided. Process,
(F) removing the resist layer;
(G) forming an upper electrode layer electrically connected to the upper surface of the multilayer film;

2. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, 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.

The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein in the step (b), the side surface of the through hole is inclined with respect to the upper surface of the insulating material layer.

The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein in the step (b), the through hole is formed by reactive ion milling.

5. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 4, wherein in the step (a), the insulating material layer is formed of a material cut by reactive ion milling.

In the step of the (a), said insulating material layer, the manufacturing method of the magnetic sensing element according to claim 5, wherein the formation of SiO ₂ or Ta ₂ O _5.

Between the step (d) and the step (e),
(H) The method for manufacturing a magnetic sensing element according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of scraping an outer surface of the insulating material layer left without being removed in the step (d).

The method of manufacturing a magnetic detection element according to claim 1, wherein 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.

Between the step (d) and the step (e),
9. The magnetic sensing element according to claim 8, further comprising a step of milling a side end surface in a track width direction of the multilayer film left on the upper surface of the insulating material layer without being removed in the step (d) by milling. Manufacturing method.

10. The method according to claim 1, wherein in the step (d), the resist layer is formed on the multilayer film so that a central position in the track width direction of the through hole and a central position in the track width direction of the resist layer overlap. A method for manufacturing the magnetic detection element according to claim 1.

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, an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer are formed. The manufacturing method of the magnetic detection element in any one of Claim 1 thru | or 10 laminated | stacked in order.

In the step (c), the multilayer film is formed to have an antiferromagnetic layer in contact with the pinned magnetic layer, and from below, a free magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a pinned magnetic layer, and an antiferromagnetic layer are formed. The manufacturing method of the magnetic detection element in any one of Claim 1 thru | or 10 laminated | stacked in order.

13. The step (a) includes forming a lower shield layer below the lower electrode layer, and forming an upper shield layer above the upper electrode layer after the step (g). The manufacturing method of the magnetic detection element in any one of.

13. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein the lower electrode layer is formed in the step (a) and the upper electrode layer is formed in the step (g) with a magnetic material.