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JP2002232039A - Spin valve type giant magnetoresistive element, magnetoresistive magnetic head, and methods of manufacturing these - Google Patents

Spin valve type giant magnetoresistive element, magnetoresistive magnetic head, and methods of manufacturing these

Info

Publication number
JP2002232039A
JP2002232039A JP2001026366A JP2001026366A JP2002232039A JP 2002232039 A JP2002232039 A JP 2002232039A JP 2001026366 A JP2001026366 A JP 2001026366A JP 2001026366 A JP2001026366 A JP 2001026366A JP 2002232039 A JP2002232039 A JP 2002232039A
Authority
JP
Japan
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layer
magnetic
magnetic field
magnetic layer
free
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001026366A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiji Makino
栄治 牧野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2001026366A priority Critical patent/JP2002232039A/en
Publication of JP2002232039A publication Critical patent/JP2002232039A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子および
磁気ヘッドにおいて、自由磁性層に与えるバイアス磁界
印加のための硬磁性層が存在することによる不感知領域
の低減化を図り、かつ外部からの信号磁界によって感度
良く磁界の回転を図ることができるようにして、感度の
向上、出力損失の回避、出力特性の向上を図り、更に放
熱効果の向上によって信頼性の向上を図る。 【解決手段】 第1の反強磁性層1と、この第1の反強
磁性層1と接合する固定磁性層2と、非磁性導電層3
と、信号磁界により磁化方向が変化する自由磁性層4
と、この自由磁性層4に非磁性スペーサ層21を介して
長距離交換結合される第2の反強磁性層22とを有する
構成とする。そして、その第1の反強磁性層21とこれ
に接合する固定磁性層との交換結合による磁化容易軸の
方向と、第2の反強磁性層22と自由磁性層4との長距
離交換結合磁界による磁化容易軸の方向とが直交するよ
うに設定して、自由磁性層4に所定のバイアス磁界を与
え高磁性層によるバイアス磁界の印加による影響を減少
させる。
(57) Abstract: In a spin valve type giant magnetoresistive element and a magnetic head, an insensitive area is reduced by the presence of a hard magnetic layer for applying a bias magnetic field applied to a free magnetic layer. In addition, the rotation of the magnetic field can be achieved with high sensitivity by a signal magnetic field from the outside, thereby improving sensitivity, avoiding output loss, improving output characteristics, and further improving reliability by improving the heat radiation effect. A first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer joined to the first antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic conductive layer.
And the free magnetic layer 4 whose magnetization direction is changed by the signal magnetic field
And a second antiferromagnetic layer 22 that is long-distance exchange-coupled to the free magnetic layer 4 via the nonmagnetic spacer layer 21. The direction of the axis of easy magnetization due to exchange coupling between the first antiferromagnetic layer 21 and the fixed magnetic layer joined thereto, and the long-distance exchange coupling between the second antiferromagnetic layer 22 and the free magnetic layer 4 The direction of the axis of easy magnetization by the magnetic field is set to be orthogonal to apply a predetermined bias magnetic field to the free magnetic layer 4 to reduce the influence of the application of the bias magnetic field by the high magnetic layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ型巨
大磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型磁気ヘッド、およ
びこれらの製造方法に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin valve type giant magnetoresistive element, a magnetoresistive magnetic head, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気センサー、例えばハードディスク等
の磁気記録媒体からの情報読み出しを行う再生磁気ヘッ
ドとして、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(以下
SV型GMRという)を利用するものがある。このSV
型GMRにあっては、2つの磁性層の磁化方向による抵
抗率変化の効果が利用される。すなわち、両磁性層の磁
化状態が平行のとき抵抗は最小値を示し、反平行のとき
最大値を示す。そして、一般に、この磁気センサーにお
いては、その初期設定状態、すなわち外部からの検出磁
界が与えられてない状態では、上述した2つの磁性層の
磁化の方向が、互いに直交する状態に設定される。
2. Description of the Related Art There is a magnetic sensor, for example, a reproducing magnetic head for reading information from a magnetic recording medium such as a hard disk, which utilizes a spin valve type giant magnetoresistive element (hereinafter referred to as an SV type GMR). This SV
In the type GMR, the effect of a change in resistivity due to the magnetization directions of the two magnetic layers is used. That is, the resistance shows the minimum value when the magnetization states of both magnetic layers are parallel, and shows the maximum value when the magnetization states are antiparallel. Generally, in this magnetic sensor, in the initial setting state, that is, in the state where no externally detected magnetic field is applied, the directions of magnetization of the two magnetic layers are set to be orthogonal to each other.

【0003】図14は、いわゆるボトム型のSV型GM
R5の概略断面図を示すもので、第1の反強磁性層1
と、これに接合する固定磁性層2と、非磁性導電層3
と、検出すべき検出磁界例えば検出信号磁界により磁化
方向が変化する自由磁性層4とが積層成膜された構成を
有する。このようにして、2つの磁性層の一方の固定磁
性層2は、反強磁性層1との接合による交換バイアス磁
界によってその磁化状態が一方向に固定される。他方の
磁性層の、自由磁性層4は、上述したように、固定磁性
層2の磁化の方向と直交するように、一軸磁気異方性を
示すように誘導されている。しかしながら、この自由磁
性層4は、検出ずべき外部からの検出磁界によって自由
に磁化の回転が生じ、磁化の向きを変化することができ
るようになされている。
FIG. 14 shows a so-called bottom type SV GM.
1 is a schematic cross-sectional view of R5, showing a first antiferromagnetic layer 1;
, A fixed magnetic layer 2 bonded thereto, and a nonmagnetic conductive layer 3
And a free magnetic layer 4 whose magnetization direction changes according to a detection magnetic field to be detected, for example, a detection signal magnetic field. In this way, the magnetization state of one fixed magnetic layer 2 of the two magnetic layers is fixed in one direction by the exchange bias magnetic field generated by the junction with the antiferromagnetic layer 1. As described above, the free magnetic layer 4 of the other magnetic layer is induced to exhibit uniaxial magnetic anisotropy so as to be orthogonal to the magnetization direction of the fixed magnetic layer 2. However, the free magnetic layer 4 can freely rotate the magnetization by an externally detected magnetic field to be detected and change the direction of the magnetization.

【0004】そして、CPP(Current Perpedicular to
Plane) 構成においては、厚さ方向、すなわちSV型G
MR5を構成する各層の積層方向に、抵抗変化を検出す
るセンス電流Isを通電し、CIP(Current in Plane)
構成においては、膜面に沿う方向にセンス電流Isを通
電する。
Then, CPP (Current Perpedicular to
Plane) In the configuration, the thickness direction, that is, SV type G
A sense current Is for detecting a resistance change is supplied in the stacking direction of each layer constituting the MR5, and a CIP (Current in Plane) is applied.
In the configuration, the sense current Is flows in the direction along the film surface.

【0005】ところで、このSV型GMRにおいて、そ
の自由磁性層4は、検出磁界に対して高い感度が得られ
るように、検出磁界が与えられてない状態では、上述し
たように、固定磁性層の磁化方向と直交する一軸磁気異
方性に誘導されるものであるが、その端縁部に磁区が発
生することによるバルクハウゼンノイズの発生を回避す
るために、SV型GMRを挟んでその両側端に、自由磁
性層に対向して、この自由磁性層4の単磁区化および自
由磁性層4の磁化の向きを検出磁界が与えられない状態
で検出磁界の導入方向と固定磁性層の磁化の方向と直交
し、かつ自由磁性層4の面方向に沿う磁化による単磁区
状態を形成する安定化バイアス磁界を印加することがで
きるように着磁がなされた硬磁性層が配置される。
[0005] In the SV type GMR, the free magnetic layer 4 has a fixed magnetic layer as described above when no detection magnetic field is applied so that high sensitivity to the detection magnetic field can be obtained. Although it is induced by uniaxial magnetic anisotropy perpendicular to the magnetization direction, in order to avoid the generation of Barkhausen noise due to the generation of magnetic domains at the edges, both ends of the SV type GMR are sandwiched. In contrast to the free magnetic layer, the free magnetic layer 4 is formed into a single magnetic domain, and the direction of magnetization of the free magnetic layer 4 is adjusted in a state where no detection magnetic field is applied. The magnetized hard magnetic layer is arranged so as to be able to apply a stabilizing bias magnetic field that forms a single magnetic domain state due to magnetization along the plane direction of the free magnetic layer 4 and orthogonal to the magnetic layer.

【0006】図15Aは、CIP構成のSV型GMRに
よるシールド型磁気抵抗効果型磁気ヘッドの要部の、磁
気記録媒体との対接ないしは対向面(以下前方面とい
う)から見た正面図を示す。すなわち、図15Aにおい
て、紙面と直交する方向に、検出磁界すなわち磁気記録
媒体の記録部からの信号磁界が導入されるようになされ
ている。この磁気ヘッドにおいては、下部磁気シールド
6上に、所要の厚さを有する非磁性層による下部ギャッ
プ層7が形成され、この上に、SV型GMR5が形成さ
れ、これを挟んでその両側端に、SV型GMR5の自由
磁性層に上述した安定化バイアス磁界HB を印加する硬
磁性層8が配置され、これら硬磁性層8上に、SV型G
MR5にセンス電流を通電する対の電極9が配置され
る。そして、全面的に非磁性層による上部ギャップ層1
0が形成され、この上に上部磁気シールド11が被着形
成される。
FIG. 15A is a front view of a main part of a shield type magnetoresistive magnetic head using an SV type GMR having a CIP structure, viewed from a surface facing or facing a magnetic recording medium (hereinafter referred to as a front surface). . That is, in FIG. 15A, a detection magnetic field, that is, a signal magnetic field from the recording unit of the magnetic recording medium is introduced in a direction perpendicular to the paper surface. In this magnetic head, a lower gap layer 7 made of a non-magnetic layer having a required thickness is formed on a lower magnetic shield 6, and an SV type GMR 5 is formed thereon. , A hard magnetic layer 8 for applying the above-described stabilizing bias magnetic field H B to the free magnetic layer of the SV type GMR 5, and the SV type GMR 5 is provided on the hard magnetic layer 8.
A pair of electrodes 9 for supplying a sense current to MR 5 is arranged. The upper gap layer 1 is entirely made of a nonmagnetic layer.
0 is formed thereon, and the upper magnetic shield 11 is formed thereon.

【0007】しかしながら、このような、硬磁性層8を
配置することによって、この硬磁性層8に隣接、すなわ
ち対向ないしは対接する自由磁性層の端部における磁界
強度が大きくなることから、この部分における磁化が、
検出磁界によって回転しにくくなるとか、固定されてし
まい、その感度分布は、図15Bの曲線aで示すよう
に、両端で感度を示さないか、殆ど示さないいわゆる不
感知領域Nsが発生し、実効幅Weが、いわゆる光学幅
Wより小さくなってしまう。そして、この不感知領域N
sは、バイアス磁界を大きくするにつれ大きくなる。
However, by arranging such a hard magnetic layer 8, the magnetic field strength at the end of the free magnetic layer adjacent to the hard magnetic layer 8, that is, facing or opposing is increased. The magnetization is
The detection magnetic field makes it difficult to rotate or is fixed, and the sensitivity distribution has a so-called non-sensing area Ns that shows no or almost no sensitivity at both ends as shown by a curve a in FIG. 15B. The width We becomes smaller than the so-called optical width W. Then, the insensitive area N
s increases as the bias magnetic field increases.

【0008】このような不感知領域Nsの存在は、感度
の低下し、例えばSV型GMRを厚さ方向に挟んで電極
を配置して通電がなされるCPP構成とする場合におい
ては、この磁気抵抗効果に寄与しない不感知領域Nsに
おける分流損失を来たし、出力損失を来す。
The presence of such a non-sensing region Ns lowers the sensitivity. For example, in the case of a CPP configuration in which the electrodes are arranged with the SV-type GMR sandwiched in the thickness direction and a current is supplied, the magnetoresistance is reduced. A shunt loss occurs in the insensitive area Ns that does not contribute to the effect, and an output loss occurs.

【0009】また、硬磁性層8は、上述したように、自
由磁性層4の磁区発生を消滅させ程度の安定化バイアス
磁界を印加することができるようにするために、その残
留磁化Mrとその厚さtH との積、Mr×tH が、自由
磁性層4の磁化量、すなわち飽和磁化Msとその厚さt
F との積Ms×tF と同等以上であることが要求され
る。そして、硬磁性層8を構成する磁性層は、一般に、
その残留磁化Mrが低いことから、厚さtH は大に、す
なわちtH >tF となる。この厚さ関係に選定するため
には、自由磁性層の厚さを薄くすれば良いが、この場
合、自由磁性層の磁化と固定磁性層の磁化の平行状態と
反平行状態との電子の平均自由行程の行路差が小さくな
ることから磁気抵抗効果が低下する。
Further, as described above, the hard magnetic layer 8 has its residual magnetization Mr and its residual magnetization Mr in order to eliminate the generation of magnetic domains in the free magnetic layer 4 and to apply a stabilizing bias magnetic field of such a degree. The product of the thickness t H and Mr × t H is the amount of magnetization of the free magnetic layer 4, that is, the saturation magnetization Ms and the thickness t H
It is required that the product Ms × t F equal to or greater than the F. The magnetic layer constituting the hard magnetic layer 8 is generally
Since the remanent magnetization Mr is low, the thickness t H is large, that is, t H > t F. In order to select this thickness relationship, the thickness of the free magnetic layer may be reduced. In this case, the average of the electrons in the parallel state and the antiparallel state of the magnetization of the free magnetic layer and the magnetization of the fixed magnetic layer. Since the path difference in the free stroke becomes smaller, the magnetoresistance effect decreases.

【0010】また、逆に硬磁性層8の厚さを大きくする
場合、この厚い硬磁性層8上に電極9が形成されると、
SV型GMRの形成部と、硬磁性層8と電極9との積層
部との段差が大きく、上部磁気シールド11の窪みによ
る彎曲が顕著になり、両磁気シールド6および11間の
間隔が不均一となる。特に、CIP構成において、出力
信号波形の半値幅が大となり、線記録密度が低下する。
On the contrary, when the thickness of the hard magnetic layer 8 is increased, when the electrode 9 is formed on the thick hard magnetic layer 8,
The step between the portion where the SV type GMR is formed and the layered portion of the hard magnetic layer 8 and the electrode 9 is large, the curvature due to the depression of the upper magnetic shield 11 becomes remarkable, and the interval between the magnetic shields 6 and 11 is uneven. Becomes In particular, in the CIP configuration, the half width of the output signal waveform becomes large, and the linear recording density decreases.

【0011】上述した著しい彎曲の発生を回避するに
は、電極9の厚さを薄くすることになるが、この場合
は、電気抵抗の増加を来す。また、一般に硬磁性層8は
電極9に比し、熱伝導度が低いことから、電極9の厚さ
を薄くすることは、放熱効果を低下させ、長時間の使用
において、温度上昇を来たし、SV型GMRの特性低
下、破壊等を来たし信頼性の低下を来す。
In order to avoid the occurrence of the above-mentioned remarkable curvature, the thickness of the electrode 9 must be reduced, but in this case, the electric resistance increases. In addition, since the hard magnetic layer 8 generally has a lower thermal conductivity than the electrode 9, reducing the thickness of the electrode 9 lowers the heat radiation effect and increases the temperature over a long period of use. The characteristics of the SV type GMR may be degraded or broken, and the reliability may be degraded.

【0012】一方、CPP構成のSV型GMRは、同様
に膜面に垂直方向のセンス電流を通ずるトンネル型MR
に比し、高記録密度化に伴う微細化なされても充分低い
抵抗を示すことができ、印加電圧を大きくすることによ
ってMR比が低下するというトンネル型MRにおける不
都合を回避できるという利点を有する。しかしながら、
このように、CPP構成のSV型GMRにおいて、その
通電電流を大きくすると、この通電による自由磁性層の
周辺部の右ネジ方向に発生する誘導磁界が大きくなっ
て、自由磁性層の検出磁界が導入される前方側と、これ
とは反対側とにおける逆向きに発生する磁化が大きくな
る。したがって、これら逆向きの磁化を、前述した一定
方向の向きに設定するためには大きな安定化バイアス磁
界を必要とすることになる。このような大きな磁界を、
上述した硬磁性層8によって印加することは、困難であ
り、また、より厚い硬磁性層を必要として、上述した諸
欠点がより顕著となる。
On the other hand, the SV type GMR having the CPP structure is a tunnel type MR that similarly passes a sense current in a direction perpendicular to the film surface.
In comparison with the above, there is an advantage in that a sufficiently low resistance can be exhibited even if the size is reduced along with the increase in the recording density, and the disadvantage in the tunnel type MR that the MR ratio is reduced by increasing the applied voltage can be avoided. However,
As described above, in the SV type GMR of the CPP configuration, when the energizing current is increased, the induced magnetic field generated in the right-handed screw direction around the free magnetic layer due to the energization increases, and the detection magnetic field of the free magnetic layer is introduced. The magnetizations generated in the opposite directions on the front side and the opposite side are increased. Therefore, a large stabilizing bias magnetic field is required in order to set the magnetizations in the opposite directions to the above-described fixed directions. Such a large magnetic field,
It is difficult to apply by the above-described hard magnetic layer 8, and the above-mentioned drawbacks become more remarkable because a thicker hard magnetic layer is required.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、SV型GM
Rおよびこれを感磁部とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド
において、上述した不感知領域の低減化を図り、またS
V型GMRの全域において所要方向の磁化を、安定して
設定し、かつ外部からの検出磁界によって感度良く磁化
回転を行うことができるようにして、感度の向上、出力
損失の回避、出力特性の向上を図り、更に放熱効果の向
上によって信頼性の向上を図る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an SV type GM.
In the R and the magnetoresistive head using the R as a magnetic sensing portion, the above-mentioned insensitive area is reduced, and
In the entire region of the V-type GMR, the magnetization in a required direction is set stably, and the magnetization can be rotated with high sensitivity by an externally detected magnetic field, thereby improving sensitivity, avoiding output loss, and improving output characteristics. The reliability is improved by improving the heat radiation effect.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明によるSV型GM
Rは、第1の反強磁性層と、この第1の反強磁性層と接
合する固定磁性層と、非磁性導電層と、検出磁界により
磁化方向が変化する自由磁性層と、この自由磁性層に非
磁性スペーサ層を介して長距離交換結合される第2の反
強磁性層とを有する構成とする。そして、その第1の反
強磁性層とこれに接合する固定磁性層との交換結合によ
る磁化容易軸の方向と、第2の反強磁性層と自由磁性層
との長距離交換結合磁界による磁化容易軸の方向とが直
交するように設定する。尚、本明細書において直交と
は、理想的には直交を意味するものの、実際にはほぼ直
交するなどを含んで直交成分を主たる方向とする交叉を
指称するものである。
An SV type GM according to the present invention
R represents a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer joined to the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a free magnetic layer whose magnetization direction changes by a detection magnetic field, The layer has a second antiferromagnetic layer that is exchange-coupled over a long distance via a nonmagnetic spacer layer. The direction of the axis of easy magnetization due to exchange coupling between the first antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer joined thereto, and the magnetization due to the long-distance exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer and the free magnetic layer Set so that the direction of the easy axis is orthogonal. In this specification, the term “orthogonal” ideally means orthogonal, but actually refers to an intersection in which the orthogonal component is the main direction including substantially orthogonal.

【0015】また、本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドは、その感磁部を、上述した本発明によるSV型G
MR構成とするものである。
Further, in the magnetoresistive head according to the present invention, its magnetic sensing part is formed by the above-mentioned SV type G according to the present invention.
It has an MR configuration.

【0016】更に、本発明によるSV型GMRの製造方
法は、少なくとも第1の反強磁性層を構成する材料層
と、第1の反強磁性層を構成する材料層と接合する固定
磁性層と、非磁性導電層と、検出磁界により磁化方向が
変化する自由磁性層と、自由磁性層に非磁性スペーサ層
を介して長距離交換結合される第2の反強磁性層を構成
する材料層との積層構造を形成する各層を成膜する工程
と、第1および第2の磁界印加熱処理工程とを行う。こ
の第1の磁界印加熱処理によって、固定磁性層の磁化を
固定する反強磁性層の異方性の向きを決定し、第2の磁
界印加熱処理によって、自由層の異方性の再誘導とを行
って目的とするSV型GMRを得る。
Further, the method of manufacturing an SV type GMR according to the present invention is characterized in that at least a material layer constituting the first antiferromagnetic layer and a fixed magnetic layer joined to the material layer constituting the first antiferromagnetic layer are provided. A nonmagnetic conductive layer, a free magnetic layer whose magnetization direction is changed by a detection magnetic field, and a material layer constituting a second antiferromagnetic layer which is exchange-coupled to the free magnetic layer via a nonmagnetic spacer layer for a long distance. And a first and second magnetic field application heat treatment steps. The direction of the anisotropy of the antiferromagnetic layer that fixes the magnetization of the fixed magnetic layer is determined by the first magnetic field application heat treatment, and the anisotropy of the free layer is induced again by the second magnetic field application heat treatment. To obtain the desired SV GMR.

【0017】また、本発明による磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドの製造方法は、上述したSV型GMRの製造方法を
もって、その感磁部を構成する。
In the method of manufacturing a magneto-resistance effect type magnetic head according to the present invention, the magnetic sensing portion is formed by the above-described method of manufacturing the SV type GMR.

【0018】上述した本発明によるSV型GMR、ある
いは磁気ヘッドにおけるSV型GMRは、そのセンス電
流を、膜面と直交するCPP構成とすることもできる
し、膜面に沿うCIP構成とすることもできる。
The SV type GMR according to the present invention described above or the SV type GMR in the magnetic head may have a sense current of a CPP configuration orthogonal to the film surface or a CIP configuration along the film surface. it can.

【0019】上述した本発明によるSV型GMRにおい
ては、第1の反強磁性層によって、従前におけると同様
に、固定磁性層に所定方向の磁化状態を設定するもので
あるが、これとは反対側において、自由磁性層と非磁性
スペーサ層を介して長距離交換結合する第2の反強磁性
層を設け、自由磁性層において、このSV型GMRによ
って検出する外部磁界によっては、磁化の回転を生じる
ことができる程度の大きさとされるが、この検出外部磁
界が与えられない状態では、固定磁性層の磁化容易軸方
向と、検出磁界の導入方向とに対して直交する向きに設
定する安定化バイアス磁界を与える。
In the above-described SV type GMR according to the present invention, the magnetization state in a predetermined direction is set in the fixed magnetic layer by the first antiferromagnetic layer, as in the related art. On the side, a second antiferromagnetic layer for long-distance exchange coupling with the free magnetic layer via the nonmagnetic spacer layer is provided. In the free magnetic layer, the rotation of the magnetization is suppressed by an external magnetic field detected by the SV type GMR. In the state where the detection external magnetic field is not applied, it is set to a direction perpendicular to the direction of the axis of easy magnetization of the fixed magnetic layer and the direction of introduction of the detection magnetic field. Apply a bias magnetic field.

【0020】この自由磁性層と第2の反強磁性層との交
換結合は、上述したように、非磁性スペーサ層を介在さ
せた長距離交換結合とするものであり、このようにする
ことによって、その交換結合エネルギーの選定がなされ
るものであり、自由磁性層において、上述したように、
検出外部磁界に対しては、自由に磁化回転を行うことが
できるようにする。
The exchange coupling between the free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer is, as described above, a long-distance exchange coupling with a nonmagnetic spacer layer interposed therebetween. The exchange coupling energy is selected, and in the free magnetic layer, as described above,
The magnetization rotation can be freely performed with respect to the detected external magnetic field.

【0021】すなわち、本発明構成においては、上述し
たように自由磁性層に非磁性スペーサ層を介して第2の
反強磁性層を交換結合させることによって、自由磁性層
と第2の反強磁性層との交換結合エネルギーの非磁性ス
ペーサ層の厚さの依存性を利用して、所要の安定化バイ
アス磁界を得ることができるようにするものである。
That is, in the configuration of the present invention, as described above, the second antiferromagnetic layer is exchange-coupled to the free magnetic layer via the nonmagnetic spacer layer, so that the free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer are connected. The required stabilizing bias magnetic field can be obtained by utilizing the dependence of the exchange coupling energy with the layer on the thickness of the nonmagnetic spacer layer.

【0022】図4は、この交換結合エネルギーの非磁性
スペーサ層の厚さ依存性を示すもので、○印は、CoF
eによる自由磁性層と、Cuによる非磁性スペーサ層
と、PtMnによる反強磁性層との積層構造における非
磁性スペーサ層の厚さを変更した場合の交換結合エネル
ギーの測定結果をプロットしたものであり、●印は、上
述したCoFeに変えてNiFeによる自由磁性層とし
た場合の同様の交換結合エネルギーの測定結果をプロッ
トしたものである。
FIG. 4 shows the dependence of the exchange coupling energy on the thickness of the non-magnetic spacer layer.
FIG. 8 is a plot of the measurement results of exchange coupling energy when the thickness of the nonmagnetic spacer layer in a stacked structure of a free magnetic layer made of e, a nonmagnetic spacer layer made of Cu, and an antiferromagnetic layer made of PtMn is changed. , ● plot the same measurement results of exchange coupling energy when a free magnetic layer made of NiFe is used instead of CoFe described above.

【0023】図4によっても明らかなように、非磁性ス
ペーサ層の厚さが0の場合、すなわち非磁性スペーサ層
が介在されずに自由磁性層と反強磁性層とを直接接合し
た場合においては、交換結合エネルギーが大きい。この
ように、大きな交換結合エネルギーを示す場合、検出外
部磁界による自由磁性層の磁化の回転が損なわれるなど
の問題が生じる。また、このように非磁性スペーサ層を
介在させない状態で、交換結合エネルギーを選定するこ
とは、例えば材料の選定によってなされるなど、その選
定の自由度は小さい。これに対し、非磁性スペーサ層を
介在させる場合は、その厚さの選定によって長距離交換
結合エネルギーを高い自由度をもって選定することがで
きるから、自由磁性層を検出磁界が与えられない状態で
は、上述した所定方向に磁化の向きを設定し、この磁化
の向きに対し直交する成分を含む磁界が外部から与えら
れた場合、すなわち検出外部磁界が印加されたときには
磁化の回転が生じるように最適の大きさに容易に設定す
ることができるものである。
As is apparent from FIG. 4, when the thickness of the nonmagnetic spacer layer is 0, that is, when the free magnetic layer and the antiferromagnetic layer are directly joined without any intervening nonmagnetic spacer layer, , The exchange coupling energy is large. As described above, when a large exchange coupling energy is exhibited, there arises a problem that rotation of the magnetization of the free magnetic layer due to the detected external magnetic field is impaired. In addition, the selection of the exchange coupling energy in a state where the nonmagnetic spacer layer is not interposed in this manner has a small degree of freedom in selection, for example, by selecting a material. On the other hand, when a non-magnetic spacer layer is interposed, the long-distance exchange coupling energy can be selected with a high degree of freedom by selecting the thickness thereof. The direction of the magnetization is set in the above-described predetermined direction, and when a magnetic field including a component orthogonal to the direction of the magnetization is externally applied, that is, when the detection external magnetic field is applied, the optimal rotation is generated so that the rotation of the magnetization occurs. The size can be easily set.

【0024】そして、本発明においては、上述したよう
に、自由磁性層に対して非磁性スペーサ層を介して、す
なわち長距離交換結合される第2の反強磁性層を配置す
る構成とすることから、この第2の反強磁性層を自由磁
性層の全域に対して配置する構成とすることにより、均
一に、交換結合エネルギーによる所定方向の単一磁化状
態を設定することができるものである。
In the present invention, as described above, the second antiferromagnetic layer which is exchange-coupled with the free magnetic layer via the non-magnetic spacer layer, that is, the long-distance exchange coupling is arranged. Therefore, by arranging the second antiferromagnetic layer over the entire area of the free magnetic layer, it is possible to uniformly set a single magnetization state in a predetermined direction by exchange coupling energy. .

【0025】また、このように、自由磁性層と非磁性ス
ペーサ層を介して積層された第2の反強磁性層によって
自由磁性層に対する所定の安定化バイアス磁界を与える
効果を得るようにしたことから、図15Aで説明した従
前の硬磁性層によるバイアス磁界を小さくするとか、全
廃することができる。したがって、硬磁性層を肉薄にす
るとかあるいは全く排除した構成とすることができ、肉
厚の硬磁性層の存在による図15で説明した不都合、す
なわち例えば上部ギャップ層および上部磁気シールドに
発生する窪みすなわち彎曲の減少化を図ることができ、
下部および上部磁気シールド間の間隔の均一化を図るこ
とができるものである。
Further, the effect of applying a predetermined stabilizing bias magnetic field to the free magnetic layer by the second antiferromagnetic layer laminated via the free magnetic layer and the non-magnetic spacer layer is obtained. Therefore, the bias magnetic field by the conventional hard magnetic layer described with reference to FIG. 15A can be reduced or completely eliminated. Therefore, it is possible to make the hard magnetic layer thinner or to eliminate the hard magnetic layer altogether, and the inconvenience described with reference to FIG. 15 due to the presence of the thick hard magnetic layer, that is, for example, the depression generated in the upper gap layer and the upper magnetic shield, That is, the curvature can be reduced,
The spacing between the lower and upper magnetic shields can be made uniform.

【0026】更に、第2の反強磁性層の交換結合エネル
ギーによる磁界と、硬磁性層との共働によって自由磁性
層に対する安定化バイアス磁界を与える構成とすること
ができることから、冒頭に述べたCPP構成のSV型G
MRにおいて、大きなセンス電流を通電した場合におけ
る誘導磁界に対する磁化の向きを所定方向に向けるため
の自由磁性層に対する大きな安定化バイアス磁界も、過
不足なく充分に印加することができる。
Further, since a structure can be provided in which a stabilizing bias magnetic field is applied to the free magnetic layer by cooperating with the magnetic field due to the exchange coupling energy of the second antiferromagnetic layer and the hard magnetic layer, it has been described at the beginning. SV type G with CPP configuration
In the MR, a large stabilizing bias magnetic field for the free magnetic layer for directing the direction of magnetization with respect to the induced magnetic field in a predetermined direction when a large sense current is applied can be sufficiently applied without excess or deficiency.

【0027】このように、少なくとも硬磁性層によるバ
イアス磁界を弱めることができることから、このこと
と、上述した自由磁性層の全域に渡るすなわち端縁にお
いても一様な磁化状態が得られることとが相俟って、広
面積に渡って高い感度を示し、感度分布の平坦化、SV
型GMRの端部における不感知領域の低減化と、更に単
磁区化によるバルクハウゼンノイズの低減化を効果的に
図ることができるものである。
As described above, since the bias magnetic field caused by at least the hard magnetic layer can be weakened, this fact and the uniform magnetization state over the entire area of the free magnetic layer, that is, even at the edge, can be obtained. Together, they show high sensitivity over a wide area, flatten the sensitivity distribution,
It is possible to effectively reduce the non-sensing region at the end of the type GMR and further reduce Barkhausen noise by forming a single magnetic domain.

【0028】更に、本発明構成によれば、自由磁性層
に、非磁性スペーサ層を形成することによりこの非磁性
スペーサ層が、いわゆるスピンフィルタ(スピンフィル
タについては例えば特許第2744883号によって提
案されている。)におけるいわゆるバックレイヤとして
の機能を奏することができる。すなわち、スピンフィル
タ構造を有するSV型GMRSV型GMRを構成するこ
とができ、磁気抵抗効果(MR比)を高めることができ
る。
Further, according to the structure of the present invention, by forming a non-magnetic spacer layer on the free magnetic layer, the non-magnetic spacer layer can be formed into a so-called spin filter (a spin filter is proposed in, for example, Japanese Patent No. 2744883). ) Can function as a so-called back layer. That is, an SV type GMRS having a spin filter structure can be formed, and the magnetoresistance effect (MR ratio) can be increased.

【0029】すなわち、このSV型GMRを感磁部とし
て高記録密度磁気記録媒体に対する再生磁気ヘッドを構
成する場合、高記録密度化に伴う記録信号磁束の低下に
よってもSV型GMRにおける自由磁性層における磁化
の回転が充分行われるためには、自由磁性層における磁
化量(Ms×tH )を小さくすることが必要となり、こ
のためには、一般に、この自由磁性層における厚さtH
を小さくすることが行われる。ところが、このように、
自由磁性層の厚さtH を小さくすると、自由磁性層にお
ける磁化の向きと、固定磁性層における磁化の向きの、
平行状態と反平行状態とにおける伝導電子の自由磁性層
の両面における反射による平均自由工程の行路差が、充
分得られなくなり、このために、磁気抵抗効果比(MR
比)が低下してしまう。
That is, when a reproducing magnetic head for a high recording density magnetic recording medium is constituted by using the SV type GMR as a magnetic sensing portion, the free magnetic layer in the SV type GMR is also affected by a decrease in the recording signal magnetic flux accompanying the increase in recording density. In order for the magnetization to rotate sufficiently, it is necessary to reduce the amount of magnetization (Ms × t H ) in the free magnetic layer. For this purpose, generally, the thickness t H in the free magnetic layer is required.
Is made smaller. However, like this,
When the thickness t H of the free magnetic layer is reduced, the direction of the magnetization in the free magnetic layer and the direction of the magnetization in the fixed magnetic layer are reduced.
The path difference of the mean free path due to the reflection of the conduction electrons on both surfaces of the free magnetic layer in the parallel state and the antiparallel state cannot be sufficiently obtained, and therefore, the magnetoresistance effect ratio (MR)
Ratio) is reduced.

【0030】これに対し、上述した本発明構成では、例
えばCuによって構成される非磁性スペーサ層が、スピ
ンフィルタとして動作し、上述した平均自由工程の行路
差は、自由磁性層の、非磁性スペーサ層との接合面とは
反対側の非磁性導電層との接合面と、非磁性スペーサ層
の第2の反強磁性との接合面との間隔に対応する行路差
となり、自由磁性層の厚さのみに対応する行路差に比
し、充分大とすることができ、自由磁性層の厚さを小さ
くすることによるMR比の低下を補償することができ
る。
On the other hand, in the configuration of the present invention described above, the nonmagnetic spacer layer made of, for example, Cu operates as a spin filter, and the path difference in the above-mentioned mean free path is caused by the nonmagnetic spacer of the free magnetic layer. A path difference corresponding to the distance between the bonding surface with the nonmagnetic conductive layer on the opposite side to the bonding surface with the layer and the bonding surface with the second antiferromagnetic layer of the nonmagnetic spacer layer, and the thickness of the free magnetic layer This can be made sufficiently large as compared with the path difference corresponding to only the height, and it is possible to compensate for the decrease in the MR ratio due to the reduction in the thickness of the free magnetic layer.

【0031】したがって、高密度記録媒体等よりの低い
検出信号を、高い感度をもって、高いMR比で、すなわ
ち高出力化を図ることができる。
Therefore, it is possible to obtain a high detection signal with a high sensitivity and a high MR ratio, that is, a high output for a detection signal lower than that of a high-density recording medium or the like.

【0032】更に、第2の反強磁性層の材料選定によっ
て、この第2の反強磁性層と非磁性スペーサ層との接合
面において、上述した伝導電子をスピン情報を保持した
まま鏡面反射する面、いわゆるスペキュラー構成とする
ことによって、更に、高いスピンフィルタ効果を得るこ
とができ、より高感度、高MR比を得ることができ、高
出力化が図られる。
Further, by selecting the material of the second antiferromagnetic layer, the above-mentioned conduction electrons are specularly reflected at the junction surface between the second antiferromagnetic layer and the nonmagnetic spacer layer while maintaining the spin information. By adopting a so-called specular configuration, a higher spin filter effect can be obtained, a higher sensitivity and a higher MR ratio can be obtained, and higher output can be achieved.

【0033】また、本発明製造方法によれば、第1およ
び第2の磁界印加の下での熱処理を行うことによって、
第1の熱処理によって第1の反強磁性層の異方性の向き
を決定し、第2の熱処理によって、自由磁性層の一方向
異方性の再誘導による磁化の向きの設定を行って目的と
する特性を有する本発明によるSV型GMR、またこれ
を感磁部とする磁気ヘッドを確実に得ることができる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, by performing the heat treatment under the application of the first and second magnetic fields,
The first heat treatment determines the direction of anisotropy of the first antiferromagnetic layer, and the second heat treatment sets the direction of magnetization by reinducing the unidirectional anisotropy of the free magnetic layer. It is possible to reliably obtain the SV type GMR according to the present invention having the following characteristics, and a magnetic head using the SV type GMR as a magnetic sensing portion.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】図1は、本発明によるSV型GM
R25の一実施形態のいわゆるボトム型SV型GMR構
成とした場合の、一例の概略断面図を示す。この例にお
いては、基板12上に、下地層13を形成し、この上
に、第1の反強磁性層1と、この第1の反強磁性層1と
接合する固定磁性層2と、非磁性導電層3と、信号磁界
により磁化方向が変化する自由磁性層4と、この自由磁
性層4とを有する積層部上に、更に非磁性スペーサ層2
1を介して長距離交換結合される第2の反強磁性層22
が積層形成された構成を有する。また、この第2の反強
磁性層22上には保護層23が形成されている。そし
て、第1の反強磁性層1とこれに接合する固定磁性層2
との交換結合による磁化容易軸の方向と、第2の反強磁
性層22と自由磁性層4との長距離交換結合磁界による
磁化容易軸の方向とは直交するように設定される。
FIG. 1 shows an SV type GM according to the present invention.
FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of an example of a so-called bottom type SV GMR configuration of one embodiment of R25. In this example, a base layer 13 is formed on a substrate 12, and a first antiferromagnetic layer 1, a fixed magnetic layer 2 joined to the first antiferromagnetic layer 1, A non-magnetic spacer layer 2 is further provided on the laminated portion including the magnetic conductive layer 3, the free magnetic layer 4 whose magnetization direction is changed by a signal magnetic field, and the free magnetic layer 4.
Second antiferromagnetic layer 22 which is long-distance exchange coupled via
Are laminated. On the second antiferromagnetic layer 22, a protective layer 23 is formed. Then, the first antiferromagnetic layer 1 and the fixed magnetic layer 2 joined thereto are formed.
The direction of the axis of easy magnetization by exchange coupling with the direction of the axis of easy magnetization by the long-distance exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 22 and the free magnetic layer 4 is set to be orthogonal.

【0035】また、図2は、本発明によるSV型GMR
の他の一実施形態のいわゆるトップ型SV型GMR構成
とした場合の、一例の概略断面図で、この場合は、基板
12上に下地層13を形成し、この上に、第2の反強磁
性層22と、非磁性スペーサ層21と、自由磁性層4
と、非磁性導電層3と、固定磁性層2と、第1の反強磁
性層1とを積層し、この上に保護層23を形成した構成
を有する。
FIG. 2 shows an SV type GMR according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an example of a so-called top type SV GMR structure according to another embodiment. In this case, a base layer 13 is formed on a substrate 12, and a second resistive layer is formed thereon. Magnetic layer 22, non-magnetic spacer layer 21, free magnetic layer 4
, A nonmagnetic conductive layer 3, a fixed magnetic layer 2, and a first antiferromagnetic layer 1, and a protective layer 23 is formed thereon.

【0036】各SV型GMR25において、固定磁性層
2と、自由磁性層4とは、このSV型GMR25によっ
て検出する検出磁界が印加されない状態で、相互にその
容易磁化方向が直交するようになされ、自由磁性層4に
おける容易磁化方向は、検出磁界の導入方向と直交する
ように選定される。
In each of the SV-type GMRs 25, the fixed magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4 are formed such that their easy magnetization directions are orthogonal to each other in a state where the detection magnetic field detected by the SV-type GMR 25 is not applied. The easy magnetization direction in the free magnetic layer 4 is selected so as to be orthogonal to the direction in which the detection magnetic field is introduced.

【0037】そして、CIP構成とする場合には、図1
4で説明したと同様に、SV型GMR25の面方向にセ
ンス電流の通電がなされ、CPP構成においては、面方
向と直交する方向にセンス電流の通電がなされる。
In the case of the CIP configuration, FIG.
4, the sense current is supplied in the plane direction of the SV type GMR 25, and in the CPP configuration, the sense current is supplied in the direction perpendicular to the plane direction.

【0038】基板12は、ガラス、セラミックス、半導
体例えば表面に熱酸化による酸化シリコン膜が形成され
たシリコン基板、あるいは酸化アルミニウムおよび窒化
アルミニウムが表面に形成された基板、または、例えば
表面に磁気シールド層あるいは磁気シールド兼電極層を
例えばアルチック(AlTiC)基板等の各種基板構成
とすることができる。
The substrate 12 is made of glass, ceramics, a semiconductor, for example, a silicon substrate having a silicon oxide film formed on the surface by thermal oxidation, a substrate having aluminum oxide and aluminum nitride formed on the surface, or a magnetic shield layer, for example, formed on the surface. Alternatively, the magnetic shield / electrode layer may have various substrate configurations such as an AlTiC (AlTiC) substrate.

【0039】下地層13は、基板12の汚染(コンタミ
ネーション)などの影響を低減することと、この上に形
成する成膜の結晶配向性を良好にするためのもであり、
この下地層13は、例えばTa、そのほか、例えばZ
r,Ru,Cr,Cu等によって構成することができ
る。
The underlayer 13 is used to reduce the influence of contamination of the substrate 12 and to improve the crystal orientation of a film formed thereon.
The underlayer 13 is made of, for example, Ta, or Z, for example.
It can be composed of r, Ru, Cr, Cu or the like.

【0040】第1の反強磁性層1は、PtMn,NiM
n,PdPtMn,Ir−Mn,Rh−Mn,Fe−M
n,Ni酸化物,Co酸化物,Fe酸化物等によって構
成することができる。
The first antiferromagnetic layer 1 is made of PtMn, NiM
n, PdPtMn, Ir-Mn, Rh-Mn, Fe-M
It can be composed of n, Ni oxide, Co oxide, Fe oxide or the like.

【0041】固定磁性層2は、例えば単一層の強磁性層
によって構成することもできるが、薄い例えばRu,C
r,Rh,Irや、これら2以上の合金による反強磁性
交換結合膜によって分離され、固定磁化が相互に反平行
に配向された2層以上の強磁性層の積層によるフェリ積
層磁性層構造とするが、この固定磁性層2に対する磁気
異方性の後述する直交化熱処理(第2の磁界印加熱処
理)を容易にする上で望ましい。この固定磁性層2の、
単一、もしくは積層構造による強磁性層は、例えばC
o,Fe,Niやこれら2以上の合金による強磁性層、
もしくは異なる組成の組み合わせ例えばFeとCrの各
強磁性層強磁性層によることができる。
The pinned magnetic layer 2 can be composed of, for example, a single ferromagnetic layer.
a ferri-layered magnetic layer structure formed by laminating two or more ferromagnetic layers separated by antiferromagnetic exchange coupling films of r, Rh, Ir, or two or more of these alloys and having fixed magnetizations oriented antiparallel to each other; However, it is desirable in order to facilitate later-described orthogonal heat treatment (second magnetic field application heat treatment) of the magnetic anisotropy of the fixed magnetic layer 2. The fixed magnetic layer 2
The ferromagnetic layer having a single or stacked structure is, for example, C
a ferromagnetic layer of o, Fe, Ni or an alloy of two or more of these,
Alternatively, a combination of different compositions, for example, ferromagnetic layers of Fe and Cr can be used.

【0042】自由磁性層4は、例えばCoFe膜、Ni
Fe膜、CoFeB膜、あるいはこれらの積層膜例えば
CoFe/NiFe、またはCoFe/NiFe/Co
Fe構成とすることによってより大きなMR比と軟磁気
特性を実現することができる。
The free magnetic layer 4 is made of, for example, a CoFe film, Ni
Fe film, CoFeB film, or a laminated film of these, such as CoFe / NiFe or CoFe / NiFe / Co
With the Fe configuration, a larger MR ratio and soft magnetic characteristics can be realized.

【0043】また、非磁性導電層3および非磁性スペー
サ層21は、導電性を有する非磁性の例えばCu,A
u,Ag,Ptや、Cu−Ni,Cu−Agによって構
成することができる。
The non-magnetic conductive layer 3 and the non-magnetic spacer layer 21 are made of a non-magnetic conductive material such as Cu,
u, Ag, Pt, or Cu-Ni, Cu-Ag.

【0044】更に、第2の反強磁性層22は、前述した
第1の反強磁性層1におけると同様には、PtMn,N
iMn,PdPtMn,Ir−Mn,Rh−Mn,Fe
−Mn,Ni酸化物,Co酸化物,Fe酸化物等によっ
て構成することができるが、Ni酸化物,Co酸化物,
Fe酸化物等の金属酸化膜によって構成するときは、前
述したように、非磁性スペーサ21と、第2の反強磁性
層3との接合面に、伝導電子に対しスピン情報を保持し
た鏡面反射が生じる構成とすることができ、スペキュラ
ー構造のスピンフィルタSV型GMRを構成することが
できる。
Further, the second antiferromagnetic layer 22 is made of PtMn, N, like the first antiferromagnetic layer 1 described above.
iMn, PdPtMn, Ir-Mn, Rh-Mn, Fe
—Mn, Ni oxide, Co oxide, Fe oxide, etc., but Ni oxide, Co oxide,
When formed of a metal oxide film such as an Fe oxide, as described above, the mirror surface reflecting spin information with respect to conduction electrons is provided on the bonding surface between the nonmagnetic spacer 21 and the second antiferromagnetic layer 3. And a spin filter SV-type GMR having a specular structure can be formed.

【0045】保護層23は、酸化や摩耗を防止するもの
であり、例えばTa,W,Zr等によって構成すること
ができる。
The protective layer 23 is for preventing oxidation and abrasion, and can be made of, for example, Ta, W, Zr, or the like.

【0046】次に、図1および図2で示した各SV型G
MRの一実施例を説明する。 〔実施例1〕この実施例においては、図1のボトム型構
成によるSV型GMR25とした場合で、この実施例に
おいては、酸化膜が形成されたシリコン基板12上に、
順次真空マグネトロン・スパッタリング装置によって、
厚さ3nmのTaによる下地層13、厚さ20nmのP
tMnによる第1の反強磁性層1と、厚さ1.5nmの
CoFe/厚さ0.8nmのRu/厚さ2nmのCoF
eの積層フェリ構造による固定磁性層2と、厚さ2.9
nmのCuによる非磁性導電層3と、厚さ2nmのCo
Fe/厚さ3.8nmのNiFeの積層構造の自由磁性
層4と、厚さ2nmのCuによる非磁性スペーサ層21
と、厚さ20nmのPtMnによる第2の反強磁性層2
2と、厚さ3nmのTaによる保護層23とを順次成膜
する。
Next, each SV type G shown in FIG. 1 and FIG.
An embodiment of the MR will be described. [Embodiment 1] In this embodiment, an SV type GMR 25 having a bottom type configuration shown in FIG. 1 is used. In this embodiment, a silicon substrate 12 on which an oxide film is formed is provided.
Sequential vacuum magnetron sputtering equipment,
3 nm thick Ta underlayer 13, 20 nm thick P
First antiferromagnetic layer 1 of tMn, CoFe 1.5 nm thick / Ru 0.8 nm thick / CoF 2 nm thick
e, a pinned magnetic layer 2 having a laminated ferrimagnetic structure, and a thickness of 2.9.
non-magnetic conductive layer 3 of 3 nm thick Cu and 2 nm thick Co
Free magnetic layer 4 having a laminated structure of Fe / 3.8 nm thick NiFe and nonmagnetic spacer layer 21 of 2 nm thick Cu
And the second antiferromagnetic layer 2 of 20 nm thick PtMn
2 and a protective layer 23 made of Ta having a thickness of 3 nm are sequentially formed.

【0047】〔実施例2〕この実施例においては、図2
のトップ型構成によるSV型GMR25とした場合で、
この場合、基板12上に、順次下地層13、第2の反強
磁性層22、非磁性スペーサ層21、自由磁性層4、非
磁性導電層3、固定磁性層2、第1の反強磁性層1、保
護層23を形成した。各層の厚さおよび組成は、実施例
1における対応する各層の厚さおよび組成に選定した。
[Embodiment 2] In this embodiment, FIG.
In the case of the SV type GMR 25 with the top type configuration of
In this case, an underlayer 13, a second antiferromagnetic layer 22, a nonmagnetic spacer layer 21, a free magnetic layer 4, a nonmagnetic conductive layer 3, a fixed magnetic layer 2, a first antiferromagnetic layer Layer 1 and protective layer 23 were formed. The thickness and composition of each layer were selected as the thickness and composition of each corresponding layer in Example 1.

【0048】尚、上述した各実施例においては、第2の
反強磁性層22がPtMnによって構成した場合である
が、この第2の反強磁性層22を、前述したように、酸
化物層によって形成して鏡面反射が生じるようにするこ
とによってスペキュラー構造のスピンフィルタ型のSV
型GMRを構成することができる。
In each of the above embodiments, the second antiferromagnetic layer 22 is made of PtMn. However, as described above, the second antiferromagnetic layer 22 is formed of an oxide layer. Specular structure spin filter type SV
A type GMR can be constructed.

【0049】次に、本発明によるSV型GMRの製造方
法を、上述した図1および図2で示したSV型GMRを
得る場合について説明する。この場合、基板12上に、
下地層13と、第1の反強磁性層1を構成する材料層
と、固定磁性層2と、非磁性導電層3と、自由磁性層4
と、非磁性スペーサ層21と、第2の反強磁性層22を
構成する材料層と、保護層23との積層構造を構成する
成膜工程を行う。
Next, a method of manufacturing the SV type GMR according to the present invention will be described for the case of obtaining the SV type GMR shown in FIGS. In this case, on the substrate 12,
Underlayer 13, material layer constituting first antiferromagnetic layer 1, fixed magnetic layer 2, nonmagnetic conductive layer 3, and free magnetic layer 4
Then, a film forming step of forming a laminated structure of the nonmagnetic spacer layer 21, the material layer forming the second antiferromagnetic layer 22, and the protective layer 23 is performed.

【0050】この成膜は、例えば高真空マグネトロン・
スパッタリング装置によって、Ar,Ne,Xe,Kr
やこれら2以上混合ガス等によるスパッタガスを用いて
形成できる。しかしながら、これら層の成膜は、他のI
BD(Ion Beam Deposition)や、MBE(Molecular Be
am Epitaxy: 分子線エピタキシー)、真空蒸着などの各
種成膜技術によることができる。
This film is formed by, for example, a high vacuum magnetron.
Ar, Ne, Xe, Kr by sputtering equipment
Or a sputtering gas of a mixed gas of two or more of these. However, the deposition of these layers is
BD (Ion Beam Deposition), MBE (Molecular Be
am Epitaxy: molecular beam epitaxy), various deposition techniques such as vacuum deposition.

【0051】その後、固定磁性層2の磁気異方性すなわ
ち磁化容易軸の方向を決定する第1の熱処理と、自由磁
性層4の磁気異方性の再誘導とを行う第2の熱処理工程
とを行う。図3AおよびBは、これら第1および第2の
熱処理の説明図で、これら図3AおよびBでは、その理
解を容易にするために、積層構造のうちの、固定磁性層
2と自由磁性層4とを便宜上並置して示している。これ
ら第1および第2の熱処理においては、それぞれ膜面に
沿いかつ互いに直交する磁界Hex1 およびHex2 の印加
の下で行われる。
Thereafter, a first heat treatment for determining the magnetic anisotropy of the fixed magnetic layer 2, that is, the direction of the axis of easy magnetization, and a second heat treatment step for re-inducing the magnetic anisotropy of the free magnetic layer 4, I do. FIGS. 3A and 3B are explanatory views of the first and second heat treatments. In FIGS. 3A and 3B, in order to facilitate understanding, the fixed magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4 Are shown side by side for convenience. The first and second heat treatments are performed under the application of magnetic fields Hex1 and Hex2, respectively, along the film surface and orthogonal to each other.

【0052】この第1の熱処理によって、第1および第
2の反強磁性層1および22の異方性の向きを決定し、
固定磁性層2の磁化を固定する。すなわち、この第1の
熱処理による、図3Aに示す磁界Hex1 の印加の下での
加熱によって一旦固定磁性層2の磁化(破線矢印M2
示す)および自由磁性層4の磁化(矢印M4 で示す)は
印加磁界Hex1 と同方向に向くが、処理後の温度の低下
と共に、第1の反強磁性層1と強く交換結合している固
定磁性層2は、実線矢印M2 で示すように、反転し、こ
の向きに固定される。
By this first heat treatment, the anisotropic directions of the first and second antiferromagnetic layers 1 and 22 are determined,
The magnetization of the fixed magnetic layer 2 is fixed. That is, according to the first heat treatment, magnetization (arrow M 4 of the magnetization (indicated by a dotted arrow M 2) and a free magnetic layer 4 once fixed magnetic layer 2 by heating under application of a magnetic field Hex1 shown in Figure 3A Although shown) is oriented with the applied magnetic field Hex1 in the same direction, with decreasing temperature after processing, the first antiferromagnetic layer 1 strongly exchange coupled to the pinned magnetic layer 2 is, as shown by the solid line arrows M 2 , Inverted and fixed in this orientation.

【0053】この第1の熱処理における印加磁界Hex1
は、固定磁性層2を、積層フェリ構造とする場合は、例
えば10k〔Oe〕という高い磁界に選定するが、積層
フェリ構造によらない単層構造とするときは、2k〔O
e〕とすることができる。また、この第1の熱処理にお
ける加熱温度は、例えば265℃とし、その保持時間を
4時間とすることができる。
The applied magnetic field Hex1 in the first heat treatment
In the case where the fixed magnetic layer 2 has a laminated ferri structure, a high magnetic field of, for example, 10 k [Oe] is selected.
e]. Further, the heating temperature in the first heat treatment may be, for example, 265 ° C., and the holding time may be 4 hours.

【0054】そして、この第1の熱処理において、例え
ば第1および第2の反強磁性層1および22の構成材料
が、PtMnのような、成膜のままの状態では不規則相
を有し反強磁性を示さない規則系反強磁性体である場合
は、この第1の熱処理によって、この不規則相を規則相
へと変態させて反強磁性を示すようにすることができ
る。
In the first heat treatment, for example, the constituent materials of the first and second antiferromagnetic layers 1 and 22 have an irregular phase, such as PtMn, in the as-deposited state. When the ordered antiferromagnetic material does not exhibit ferromagnetism, the first heat treatment can transform the disordered phase into an ordered phase to exhibit antiferromagnetism.

【0055】次に、第2の熱処理を、図3Bに示すよう
に、第1の熱処理における印加磁界Hex1 と直交する磁
界Hex2 の印加の下で行う。この第2の熱処理は、この
第2の熱処理は、固定磁性層2の異方性がこの熱処理に
よって分散することがない温度の低い温度に選定するも
のであり、後述するところから明らかなように、240
℃〜300℃とし、この第2の熱処理における印加磁界
も、第1の熱処理時の印加磁界Hex1 より充分低い、磁
界Hex2 の100〔Oe〕〜1000〔Oe〕に選定す
る。このようにして、第2の熱処理によって、自由磁性
層4の、磁気異方性を、固定磁性層2のそれと直交する
方向とし、その磁化の向きを矢印M2 で示すように、磁
界Hex2 に沿う向きに再誘導する。
Next, as shown in FIG. 3B, a second heat treatment is performed under the application of a magnetic field Hex2 perpendicular to the applied magnetic field Hex1 in the first heat treatment. The second heat treatment is selected at a low temperature at which the anisotropy of the fixed magnetic layer 2 is not dispersed by the heat treatment, as will be described later. , 240
C. to 300.degree. C., and the applied magnetic field in the second heat treatment is selected to be 100 [Oe] to 1000 [Oe] of the magnetic field Hex2, which is sufficiently lower than the applied magnetic field Hex1 in the first heat treatment. In this way, the second heat treatment, the free magnetic layer 4, a magnetic anisotropy, and the direction perpendicular to that of the fixed magnetic layer 2, to indicate the direction of magnetization thereof by the arrow M 2, the magnetic field Hex2 Redirect along.

【0056】上述したように、本発明製造方法において
は、第1および第2の磁界印加熱処理を行うものである
が、固定磁性層2を積層フェリ構造とするときは、第1
の反強磁性層1に含まれる例えばMn元素の拡散を抑制
する効果があるために高い耐熱性を示す。このことか
ら、上述した少なくとも第1および第2の2回の高温熱
処理がなされる製造過程で特性劣化を来すことが回避さ
れる。また、積層フェリ磁性層構造は、互いに反平行に
配列された2つの強磁性層から構成され、これら間に、
極めて強い反平行になる結合を示す例えば後述する厚さ
0.8nmのRuによる結合膜を介在した構成とされる
ことから、外部磁界に対して磁化が容易に回転しないと
いう特徴を有するために、上述した第2の磁界印加熱処
理において、第1の磁界印加熱処理における磁界の印加
方向と直交する磁界印加を行ったときに、固定磁性層2
の磁化容易軸を回転させることなく、自由磁性層4のみ
の磁化容易軸を容易に回転させることができるものであ
る。
As described above, in the manufacturing method of the present invention, the first and second magnetic field applying heat treatments are performed.
It has high heat resistance because it has an effect of suppressing the diffusion of, for example, Mn element contained in the antiferromagnetic layer 1 of FIG. From this, it is possible to avoid deterioration of characteristics in the manufacturing process in which at least the first and second high-temperature heat treatments are performed. Further, the laminated ferrimagnetic layer structure is composed of two ferromagnetic layers arranged in anti-parallel with each other.
Since it has a configuration in which a coupling film made of, for example, 0.8 nm-thick Ru, which shows extremely strong antiparallel coupling, is interposed, the magnetization is not easily rotated with respect to an external magnetic field. In the above-described second magnetic field application heat treatment, when the magnetic field application perpendicular to the magnetic field application direction in the first magnetic field application heat treatment is performed, the fixed magnetic layer 2
The easy axis of free magnetic layer 4 alone can be easily rotated without rotating the easy axis of magnetization.

【0057】更に、これら熱処理について詳細に説明す
る。先ず、図1で説明したボトム型のSV型GMR25
と、図2で説明したトップ型のSV型GMR25とを用
意した。ボトム型SV型GMRは、基板12上に、順次
真空マグネトロン・スパッタリング装置によって、厚さ
3nmのTa膜と厚さ1.3nmのCu膜とによる下地
層13、厚さ20nmのPtMnによる第1の反強磁性
層1と、厚さ1.5nmのCoFe/厚さ0.8nmの
Ru/厚さ2nmのCoFeの積層フェリ構造による固
定磁性層2と、厚さ2.9nmのCuによる非磁性導電
層3と、厚さ0.5nmのCoFe/厚さ4nmのNi
Fe/厚さ0.5nmのCoFeの積層構造の自由磁性
層4と、厚さ1.0nmのCuによる非磁性スペーサ層
21と、厚さ20nmのPtMnによる第2の反強磁性
層22と、厚さ3nmのTaによる保護層23とを順次
成膜した積層構造とした。トップ型のSV型GMR25
は、ボトム型と成膜順序を反転させた以外は、各層の厚
さ、構成、組成は共通とした。
Further, these heat treatments will be described in detail. First, the bottom type SV type GMR 25 described with reference to FIG.
And the top type SV type GMR 25 described with reference to FIG. The bottom type SV type GMR includes a base layer 13 made of a Ta film having a thickness of 3 nm and a Cu film having a thickness of 1.3 nm, and a first layer made of PtMn having a thickness of 20 nm formed on a substrate 12 by a vacuum magnetron sputtering apparatus. An antiferromagnetic layer 1, a fixed magnetic layer 2 having a laminated ferri structure of CoFe with a thickness of 1.5 nm / Ru with a thickness of 0.8 nm / CoFe with a thickness of 2 nm, and a nonmagnetic conductive material with a Cu thickness of 2.9 nm. Layer 3 with 0.5 nm thick CoFe / 4 nm thick Ni
A free magnetic layer 4 having a laminated structure of Fe / CoFe with a thickness of 0.5 nm, a nonmagnetic spacer layer 21 of Cu with a thickness of 1.0 nm, and a second antiferromagnetic layer 22 of PtMn with a thickness of 20 nm; A 3 nm thick protective layer 23 made of Ta was sequentially formed into a laminated structure. Top type SV type GMR25
The thickness, configuration, and composition of each layer were common except that the order of film formation was reversed from that of the bottom type.

【0058】図5および図6は、それぞれ上述したボト
ム型およびトップ型の各SV型GMRにおける第1およ
び第2の熱処理によるMR比の磁界依存性を測定した結
果を示す。図5および図6の各A図は、それぞれ加熱温
度265℃、加熱保持時間4時間、磁界Hex1 を10k
〔Oe〕とした第1の熱処理後における測定結果を示
し、図5および図6の各B,CおよびDは、それぞれ第
2の熱処理を、4時間、磁界Hex2 を100〔Oe〕に
選定して、その加熱温度を220℃,240℃および3
00℃とした場合である。各図における横軸で示す磁界
の印加方向は、固定磁性層の容易磁化方向に選定し、負
側が反平行、正側が平行として示した。
FIGS. 5 and 6 show the results of measuring the magnetic field dependence of the MR ratios of the above-described bottom-type and top-type SV-type GMRs by the first and second heat treatments, respectively. 5 and FIG. 6 show that the heating temperature is 265 ° C., the heating holding time is 4 hours, and the magnetic field Hex1 is 10 k.
The measurement results after the first heat treatment of [Oe] are shown. Each of B, C and D in FIGS. 5 and 6 indicates that the second heat treatment was performed for 4 hours and the magnetic field Hex2 was set to 100 [Oe]. The heating temperature is 220 ° C, 240 ° C and 3 ° C.
This is the case where the temperature is set to 00 ° C. The direction of application of the magnetic field indicated by the horizontal axis in each figure was selected as the direction of easy magnetization of the fixed magnetic layer, and the negative side was antiparallel and the positive side was parallel.

【0059】図5および図6のA図の第1の熱処理後の
MR特性によると、Cuによる非磁性スペーサ層21に
比較的大きな負の交換結合が作用したスピンバルブ膜の
ような特性を示す。これは、自由磁性層4に非磁性スペ
ーサ層21を介して第2の反強磁性層22に交換結合
し、自由磁性層4の磁気特性が磁界シフトしたために因
ると考えられる。また、その向きは、固定磁性層2が積
層フェリ構造であるために熱処理磁界に対して逆向きで
あるに対して、自由磁性層4は、熱処理磁界方向に磁化
が配列しているために負の層間結合を示すスピンバルブ
膜のような特性を示すものと思われる。
According to the MR characteristics after the first heat treatment shown in FIGS. 5 and 6A, the non-magnetic spacer layer 21 made of Cu exhibits characteristics like a spin valve film in which a relatively large negative exchange coupling acts. . It is considered that this is because the free magnetic layer 4 was exchange-coupled to the second antiferromagnetic layer 22 via the nonmagnetic spacer layer 21 and the magnetic properties of the free magnetic layer 4 were shifted in magnetic field. The direction is opposite to the heat treatment magnetic field because the fixed magnetic layer 2 has the laminated ferrimagnetic structure, whereas the free magnetic layer 4 is negative because the magnetization is arranged in the heat treatment magnetic field direction. It seems to exhibit characteristics like a spin-valve film showing interlayer bonding.

【0060】そして、この特性において、第2の熱処理
を行うと、この第2の熱処理における印加磁界は、上述
したように1000〔Oe〕のような低い磁界印加によ
ることから、図3で説明したように、自由磁性層4のみ
の異方性の向きが、この第2の熱処理磁界の向きに変化
する。このとき、固定磁性層2が積層フェリ構造である
場合、このように比較的低い磁界では、その磁化の向き
は、変化しない。
In this characteristic, when the second heat treatment is performed, the applied magnetic field in the second heat treatment is applied by a low magnetic field such as 1000 [Oe] as described above. As described above, the direction of the anisotropy of only the free magnetic layer 4 changes to the direction of the second heat treatment magnetic field. At this time, when the fixed magnetic layer 2 has a laminated ferrimagnetic structure, the direction of the magnetization does not change with such a relatively low magnetic field.

【0061】また、この第2の熱処理温度が220℃程
度では、図5および図6の各B図より明らかなように、
MR特性に変化は殆どみられない。これに対し、第2の
熱処理温度を240℃〜300℃とするとき、図5およ
び図6のCおよびD図に示すように、自由磁性層4の異
方性の向きが変化、すなわち再誘導されて自由磁性層4
は、信号磁界方向に対して困難軸応答を示す、すぐれた
MR特性を示す。
When the second heat treatment temperature is about 220 ° C., as is apparent from FIGS.
There is almost no change in the MR characteristics. On the other hand, when the second heat treatment temperature is set to 240 ° C. to 300 ° C., the direction of the anisotropy of the free magnetic layer 4 changes as shown in FIGS. Free magnetic layer 4
Shows an excellent MR characteristic showing a hard axis response to the signal magnetic field direction.

【0062】また、図7および図8は、それぞれ上述し
たボトム型およびトップ型の各SV型GMRの第2の熱
処理時の 加磁界Hex2 を変化させた場合の、第1およ
び第2の熱処理によるMR比の磁界依存性を測定した結
果を示した。図7および図8の各A図は、それぞれ加熱
温度265℃、加熱保持時間4時間、磁界Hex1 を10
k〔Oe〕とした第1の熱処理後における測定結果を示
し、図7および図8の各B,CおよびDは、それぞれ第
2の熱処理を、240℃、4時間に選定して、その印加
磁界Hex2 を、100〔Oe〕,400〔Oe〕および
を1000〔Oe〕とした場合である。各図における横
軸で示す磁界の印加方向は、図5および図6におけると
同様とした。
FIGS. 7 and 8 show the first and second heat treatments when the applied magnetic field Hex2 in the second heat treatment of each of the bottom and top SV GMRs described above is changed. The results of measuring the magnetic field dependence of the MR ratio are shown. 7 and 8 show the heating temperature of 265 ° C., the heating holding time of 4 hours, and the magnetic field Hex1 of 10 A, respectively.
The measurement results after the first heat treatment with k [Oe] are shown. B, C and D in FIGS. 7 and 8 respectively show the second heat treatment selected at 240 ° C. for 4 hours, and The magnetic field Hex2 is 100 [Oe], 400 [Oe] and 1000 [Oe]. The direction of application of the magnetic field indicated by the horizontal axis in each figure was the same as in FIGS. 5 and 6.

【0063】この場合、第2の熱処理の印加磁界が大き
くなると、積層フェリ固定磁性層2の異方性分散が進行
して、MR比が減少されると予想されたが、図7および
図8の各図B,C,D図から明らかなように、その印加
磁界を1000〔Oe〕とした場合においても、MR比
に変化は殆ど生じない。例えばこの熱処理磁界を100
〔Oe〕とした場合には、固定磁性層4の異方性分散に
対するマージンが8倍の磁界強度以上であることが確認
された。
In this case, when the applied magnetic field in the second heat treatment was increased, it was expected that the anisotropic dispersion of the laminated ferrimagnetic pinned magnetic layer 2 would proceed and the MR ratio would decrease. As is clear from FIGS. B, C and D, even when the applied magnetic field is 1000 [Oe], almost no change occurs in the MR ratio. For example, when the heat treatment magnetic field is set to 100
In the case of [Oe], it was confirmed that the margin for the anisotropic dispersion of the fixed magnetic layer 4 was 8 times or more the magnetic field strength.

【0064】すなわち、これら図7および図8より明ら
かなように、第2の熱処理における印加磁界は、100
〔Oe〕〜1000〔Oe〕で、優れたMR特性を得る
ことができることが分かる。
That is, as apparent from FIGS. 7 and 8, the applied magnetic field in the second heat treatment is 100
It can be seen that excellent MR characteristics can be obtained at [Oe] to 1000 [Oe].

【0065】また、上述したボトム型およびトップ型の
各SV型GMRにおいて、その非磁性スペーサ層21の
厚さの依存性について考察した。この非磁性スペーサ層
21の厚さを変化させた場合の、第1および第2の熱処
理によるMR比の磁界依存性を測定した結果を、図9お
よび図10に示す。この場合、第1の熱処理条件は、加
熱温度265℃、加熱保持時間4時間、磁界Hex1 を1
0k〔Oe〕とし、第2の熱処理条件は、加熱温度24
0℃、加熱保持時間4時間、磁界Hex2 を100〔O
e〕とした。図9および図10の各A図,B図,C図お
よびD図は、それぞれCuによる非磁性スペーサ層21
の厚さを0.5nm,1.0nm,1.5nmおよび
2.0とした場合のMR特性を測定したものである。
The dependence of the thickness of the nonmagnetic spacer layer 21 on the above-described bottom type and top type SV GMRs was also considered. FIGS. 9 and 10 show the results of measuring the magnetic field dependence of the MR ratio by the first and second heat treatments when the thickness of the nonmagnetic spacer layer 21 is changed. In this case, the first heat treatment conditions are a heating temperature of 265 ° C., a heating holding time of 4 hours, and a magnetic field Hex1 of 1
0 k [Oe], and the second heat treatment condition is a heating temperature of 24
0 ° C., heating hold time 4 hours, magnetic field Hex2 100 [O
e]. The A, B, C, and D diagrams of FIGS. 9 and 10 respectively show the nonmagnetic spacer layer 21 made of Cu.
The MR characteristics were measured when the thickness was 0.5 nm, 1.0 nm, 1.5 nm, and 2.0.

【0066】図9および図10から、非磁性スペーサ層
21の厚さを大とするに従い、MR比の磁界に対する応
答が急峻になる。つまり、この非磁性スペーサ層21の
厚さにより、自由磁性層に対する第2の反強磁性層22
との交換結合エネルギー、したがって、自由磁性層に対
するバイアス磁界強度が調整できることが分かる。更
に、このバイアス磁界強度を、成膜後に調整する方法と
しては、例えばボトム構造とするときは、この第2の反
強磁性層21の膜厚をエッチング等によって調整するこ
とによって行うことができることになる。
9 and 10 that the response of the MR ratio to the magnetic field becomes steeper as the thickness of the nonmagnetic spacer layer 21 is increased. That is, the thickness of the nonmagnetic spacer layer 21 causes the second antiferromagnetic layer 22
It can be seen that the exchange coupling energy with the free magnetic layer, and hence the bias magnetic field strength for the free magnetic layer, can be adjusted. Further, as a method of adjusting the bias magnetic field strength after the film formation, for example, in the case of a bottom structure, it can be performed by adjusting the film thickness of the second antiferromagnetic layer 21 by etching or the like. Become.

【0067】また、本発明によるSV型GMR25を、
感磁部として、例えば図15Aで説明した構成に対応す
る磁気ヘッド、すなわち再生磁気ヘッド29を構成する
場合の例を、図11Aに示す。この例においては、CI
P構成とした場合で、図11において、図15と対応す
る部分には同一符号を付して示す。
The SV type GMR 25 according to the present invention is
FIG. 11A shows an example in which a magnetic head corresponding to, for example, the configuration described with reference to FIG. In this example, the CI
In the case of the P configuration, in FIG. 11, the portions corresponding to FIG. 15 are denoted by the same reference numerals.

【0068】この磁気ヘッド29においては、下部磁気
シールド6上に、所要の厚さを有する非磁性層による下
部ギャップ層7が形成され、この上に、図1で示したボ
トム型の本発明によるSV型GMR25が形成され、こ
れを挟んでその両側端に、SV型GMR5の自由磁性層
に所要の安定化バイアス磁界を、上述した第2の反強磁
性層22による安定化バイアス磁界と同方向に与えるよ
うに着磁される硬磁性層8が配置され、これら硬磁性層
8上に、SV型GMR25の面方向にセンス電流を通電
する対の電極9が配置される。そして、全面的に非磁性
層による上部ギャップ層10が形成され、この上に上部
磁気シールド11が被着形成される。
In this magnetic head 29, a lower gap layer 7 of a non-magnetic layer having a required thickness is formed on the lower magnetic shield 6, and the bottom gap layer 7 according to the present invention of the bottom type shown in FIG. An SV-type GMR 25 is formed, and a stabilizing bias magnetic field required for the free magnetic layer of the SV-type GMR 5 is provided on both sides of the SV-type GMR 25 in the same direction as the stabilizing bias magnetic field by the above-described second antiferromagnetic layer 22. A pair of electrodes 9 for supplying a sense current in the surface direction of the SV type GMR 25 are arranged on the hard magnetic layer 8 which is magnetized so as to give a magnetic field. Then, an upper gap layer 10 of a non-magnetic layer is formed on the entire surface, and an upper magnetic shield 11 is formed thereon by attachment.

【0069】この図11Aで示した例では、硬磁性層8
が配置された構成を有する場合で、この場合、SV型G
MR25の自由磁性層に対するバイアス磁界HB は、前
述した第2の反強磁性層22と、硬磁性層8との共働に
よって得るようにした場合である。したがって、この硬
磁性層8を設ける場合においても、この磁界強度は、充
分小さくすることができることから、その厚さを充分薄
くするか、あるいは省略することができ、図11Aで示
されるように、全体としてほぼ平坦に、したがって、上
下磁気シールド11および6間の間隔を、SV型GMR
25の全域に渡って均一化することができる。
In the example shown in FIG. 11A, the hard magnetic layer 8
Are arranged, and in this case, the SV type G
The bias magnetic field HB for the free magnetic layer of the MR 25 is obtained by cooperation of the second antiferromagnetic layer 22 and the hard magnetic layer 8 described above. Therefore, even when the hard magnetic layer 8 is provided, the magnetic field strength can be made sufficiently small, so that the thickness can be made sufficiently thin or omitted, and as shown in FIG. The gap between the upper and lower magnetic shields 11 and 6 is substantially flat as a whole,
25 can be uniformed over the entire area.

【0070】このように、自由磁性層の両側端面に配置
した硬磁性層8の磁界強度を小さくするか、あるいは排
除することができ、しかも自由磁性層の全域に渡って、
前述した第2の反強磁性層22を配置することによっ
て、その感度は、図11Bに示すように、広域に渡っ
て、高い、一様な感度を示し、図15Bで説明した不感
知領域Nsを格段に減少させることができる。つまり、
光学幅Wに、実効幅Weを近づけることができ、感度に
優れたSV型GMR、および再生磁気ヘッドを構成する
ことができる。
As described above, the magnetic field strength of the hard magnetic layer 8 disposed on both side end faces of the free magnetic layer can be reduced or eliminated.
By arranging the second antiferromagnetic layer 22 described above, the sensitivity is high and uniform over a wide area as shown in FIG. 11B, and the insensitive region Ns described in FIG. Can be significantly reduced. That is,
The effective width We can be made close to the optical width W, and an SV GMR and a reproducing magnetic head having excellent sensitivity can be configured.

【0071】図11Aで示した磁気ヘッド29の例で
は、CIP構成とした場合であるが、センス電流を、膜
面と垂直方向に通電するCPP構成とすることもでき
る。この場合の一例の概略断面図を図12に示す。この
場合、例えば図11Aにおける電極9に代えてSiO2
やAl2 3 等の非磁性絶縁層30を配置し、上下ギャ
ップ層10および7を導電性非磁性層によって構成す
る。また、上下磁気シールド11および6を導電性磁性
層による磁気シールド兼電極として、これら間にセンス
電流の通電を行う。図12において、図11Aと対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In the example of the magnetic head 29 shown in FIG. 11A, the CIP configuration is used. However, a CPP configuration in which the sense current flows in the direction perpendicular to the film surface may be used. FIG. 12 shows a schematic sectional view of an example of this case. SiO 2 In this case, for example, in place of the electrodes 9 in FIG. 11A
A non-magnetic insulating layer 30 made of, for example, Al 2 O 3 or the like is disposed, and the upper and lower gap layers 10 and 7 are constituted by conductive non-magnetic layers. Further, the upper and lower magnetic shields 11 and 6 are used as magnetic shields and electrodes made of a conductive magnetic layer, and a sense current is applied between them. 12, parts corresponding to those in FIG. 11A are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0072】例えば図11Aおよび図12における磁気
ヘッドに対して、磁気記録媒体(図示せず)は、これら
図11Aおよび図12において、紙面に沿い、かつ膜面
と直交する方向に、相対的に移行するようになされ、磁
気シールド6および11間に、磁気記録媒体の磁気記録
部からの信号磁界(検出磁界)が、SV型GMRに、バ
イアス磁界HB と直交し、かつ膜面にそって印加される
ようになされる。そして、この信号磁界の印加によって
生じるMR変化をセンス電流による電圧変化として検出
する。
For example, in contrast to the magnetic heads shown in FIGS. 11A and 12, the magnetic recording medium (not shown) is relatively shown in FIGS. 11A and 12 along the paper surface and in a direction perpendicular to the film surface. A signal magnetic field (detection magnetic field) from the magnetic recording portion of the magnetic recording medium is applied between the magnetic shields 6 and 11 to the SV type GMR at right angles to the bias magnetic field HB and along the film surface. It is made to be done. Then, an MR change caused by the application of the signal magnetic field is detected as a voltage change due to the sense current.

【0073】これら磁気ヘッドは、磁気記録媒体、例え
ば磁気ディスクに対して、この磁気ディスクの回転によ
る空気流によって、記録媒体面から浮上するスライダー
に配置した浮上型磁気ヘッドとすることもできる。
These magnetic heads may be floating magnetic heads arranged on a slider that floats on a magnetic recording medium, for example, a magnetic disk, from the surface of the recording medium by an airflow caused by rotation of the magnetic disk.

【0074】また、本発明による再生磁気ヘッドを用い
て、例えば図13にその概略斜視図を示すように、例え
ば電磁誘導型記録ヘッドと一体化して、記録再生磁気ヘ
ッドを構成することもできる。この例においては、その
感磁部のSV型GMR25がCIP構成とした場合で、
図13において、図11Aと対応する部分には同一符号
を付して重複説明を省略する。また、この例では、記録
媒体との対接ないしは対向面となる前方面31に臨んで
SV型GMRが配置された場合である。
A recording / reproducing magnetic head can also be constructed by using the reproducing magnetic head according to the present invention, for example, by integrating it with, for example, an electromagnetic induction type recording head as shown in a schematic perspective view in FIG. In this example, the SV type GMR 25 of the magnetic sensing part has a CIP configuration.
13, parts corresponding to those in FIG. 11A are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Further, in this example, the SV type GMR is disposed facing the front surface 31 which is the surface facing or facing the recording medium.

【0075】また、この例においては、上部シールド1
1上に、前方面31側において、電磁誘導型記録ヘッド
32における磁気ギャップを構成するSiO2 、Al2
3等より成る非磁性層33が形成され、この上に導電
層によって形成したコイル34が形成される。また、非
磁性層33上には、磁性層による磁気コア35が、その
前方端が、前方面31に臨んで形成され、その後方側
が、非磁性層33に穿設した透孔を通じ、かつコイル3
4の中心部を通って、磁気シールド11に磁気的に結合
するようになされる。このようにして、前方面に非磁性
層30による磁気ギャップが形成され、磁気コア35
と、磁気シールド11によって閉磁路が形成された誘導
型記録磁気ヘッド32が、SV型GMRによる磁気ヘッ
ド29と一体に構成された記録再生磁気ヘッドが構成さ
れる。
In this example, the upper shield 1
On the front surface 31 side, SiO 2 , Al 2 constituting a magnetic gap in the electromagnetic induction type recording head 32
A nonmagnetic layer 33 made of O 3 or the like is formed, and a coil 34 formed of a conductive layer is formed thereon. On the non-magnetic layer 33, a magnetic core 35 made of a magnetic layer is formed with its front end facing the front surface 31, and its rear side is formed through a through-hole formed in the non-magnetic layer 33 and through a coil. 3
4 and is magnetically coupled to the magnetic shield 11. In this way, a magnetic gap is formed by the nonmagnetic layer 30 on the front surface, and the magnetic core 35
Thus, the inductive recording magnetic head 32 in which a closed magnetic path is formed by the magnetic shield 11 constitutes a recording / reproducing magnetic head integrally formed with the SV-type GMR magnetic head 29.

【0076】尚、この例においては、SV型GMR25
が、前方面に臨んで形成された構成とした場合である
が、このSV型GMR25の自由磁性層にフラックスガ
イド層を磁気的に結合して配置し、このフラックスガイ
ド層の端部を前方面に臨ませて記録媒体からの信号磁界
を、SV型GMR25に導入する構成とすることもでき
る。また、感磁部を構成するSV型GMR25は、図1
2で示したCPP構成とすることもできるなど、図13
で示した構造に限らす、本発明構成において種々の変形
変更を行うことができる。
In this example, the SV type GMR 25
Is a configuration in which a flux guide layer is magnetically coupled to a free magnetic layer of the SV-type GMR 25, and an end of the flux guide layer is connected to the front surface. , The signal magnetic field from the recording medium may be introduced into the SV-type GMR 25. In addition, the SV type GMR 25 constituting the magnetic sensing unit is shown in FIG.
FIG. 13 shows that the CPP configuration shown in FIG.
Various modifications and changes can be made in the configuration of the present invention, which is not limited to the structure shown by.

【0077】[0077]

【発明の効果】上述したように、本発明によるSV型G
MRにおいては、第1の反強磁性層によって、従前にお
けると同様に、固定磁性層に所定方向の磁化状態を設定
するものであるが、これとは反対側において、自由磁性
層と非磁性スペーサ層を介して長距離交換結合する第2
の反強磁性層を設け、この第2の反強磁性層との交換結
合エネルギーによって、また、自由磁性層に対してバイ
アス磁界を与える硬磁性層を設ける場合においては、こ
れからの磁界との共働によって自由磁性層に、検出外部
磁界が与えられない状態では、所定の向きの磁化状態を
設定し、かつ検出外部磁界によっては、容易に磁化の回
転を生じることができるようにする。
As described above, the SV type G according to the present invention is used.
In MR, the first antiferromagnetic layer sets the magnetization state of the fixed magnetic layer in a predetermined direction as before, but on the opposite side, the free magnetic layer and the nonmagnetic spacer Second long-distance exchange coupling through the layer
When a hard magnetic layer for applying a bias magnetic field to the free magnetic layer is provided by the exchange coupling energy with the second antiferromagnetic layer, In a state where the detection external magnetic field is not applied to the free magnetic layer by the action, a magnetization state in a predetermined direction is set, and the rotation of the magnetization can be easily generated depending on the detection external magnetic field.

【0078】そして、このように、自由磁性層に対する
第2の反強磁性層の交換結合を非磁性スペーサ層を介在
させた長距離交換結合としたことによって非磁性スペー
サ層の材料、厚さ等の選定によって交換結合エネルギー
の選定の自由度が大となり、確実に望ましいバイアス磁
界を自由磁性層に与えることができる。
As described above, since the exchange coupling of the second antiferromagnetic layer to the free magnetic layer is performed by long-distance exchange coupling with the nonmagnetic spacer layer interposed therebetween, the material and thickness of the nonmagnetic spacer layer are changed. The degree of freedom in selecting the exchange coupling energy is increased by the selection of, and a desired bias magnetic field can be reliably applied to the free magnetic layer.

【0079】そして、自由磁性層に対して長距離交換結
合される第2の反強磁性層を、自由磁性層の全域に対し
て配置する構成とすることができることから、自由磁性
層のほぼ全域において、均一に、所定方向の単一磁化状
態を設定することができるものであり、このことと、硬
磁性層によるバイアス磁界を小さくするとか、全廃する
ことができることから、硬磁性層を肉薄にするとかある
いは全く排除した構成とすることができることとが相俟
って、バルクハウゼンノイズの回避と、広面積に渡る高
感度、感度分布の平坦化、SV型GMRの端部における
不感知領域の低減を効果的に図ることができるものであ
る。
The second antiferromagnetic layer, which is exchange-coupled to the free magnetic layer over a long distance, can be arranged over the entire free magnetic layer. In the above, it is possible to uniformly set a single magnetization state in a predetermined direction, and since the bias magnetic field by the hard magnetic layer can be reduced or completely eliminated, the hard magnetic layer can be made thinner. In combination with the fact that the structure can be eliminated or completely eliminated, Barkhausen noise can be avoided, high sensitivity over a large area, the sensitivity distribution can be flattened, and the insensitive area at the end of the SV GMR can be reduced. The reduction can be effectively achieved.

【0080】更に、硬磁性層の肉薄化あるいは排除によ
って、上部ギャップ層および上部磁気シールドに発生す
る窪みすなわち彎曲の減少化、ないしは平坦化を図るこ
とができ、下部および上部磁気シールド間の間隔の均一
化を図ることができるものである。
Further, by reducing or eliminating the thickness of the hard magnetic layer, it is possible to reduce or flatten the depressions, that is, the curvatures generated in the upper gap layer and the upper magnetic shield, and to reduce the gap between the lower and upper magnetic shields. It is possible to achieve uniformity.

【0081】また、特にCPP構成のSV型GMRにお
いて、このSV型GMRにおける特徴、すなわちセンス
電流を大きくした場合において、このセンス電流による
誘導磁界に対し、硬磁性層の厚さを大としたり、自由磁
性層の厚さを小さくすることなく充分な安定化バイアス
を印加することができることから、安定性にすぐれたC
PP構成のSV型GMRとこれを用いた磁気ヘッドを構
成することができる。
In particular, in the SV type GMR having the CPP structure, when the feature of the SV type GMR, that is, when the sense current is increased, the thickness of the hard magnetic layer is increased with respect to the induced magnetic field caused by the sense current. Since a sufficient stabilizing bias can be applied without reducing the thickness of the free magnetic layer, a stable C
An SV type GMR having a PP configuration and a magnetic head using the same can be configured.

【0082】更に、本発明構成によれば、自由磁性層
に、非磁性スペーサ層を形成することにより、この非磁
性スペーサ層をスピンフィルタにおけるいわゆるバック
レイヤとしての機能を奏することができる。すなわち、
スピンフィルタ構造を有するSV型GMRSV型GMR
を構成することができる。
Further, according to the structure of the present invention, by forming the nonmagnetic spacer layer on the free magnetic layer, the nonmagnetic spacer layer can function as a so-called back layer in the spin filter. That is,
SV type GMRS having spin filter structure
Can be configured.

【0083】る。更に、第2の反強磁性層の材料選定に
よって、この第2の反強磁性層と非磁性スペーサ層との
接合面において、上述した伝導電子をスピン情報を保持
したまま鏡面反射する面、いわゆるスペキュラー構成と
することによって、更に、高いスピンフィルタ効果を得
ることができ、より高感度、高MR比を得ることがで
き、高出力化が図られる。
[0083] Further, by selecting the material of the second antiferromagnetic layer, a surface on which the above-described conduction electrons are specularly reflected while maintaining spin information, at a junction surface between the second antiferromagnetic layer and the nonmagnetic spacer layer, so-called, With the specular configuration, a higher spin filter effect can be obtained, higher sensitivity and a higher MR ratio can be obtained, and higher output can be achieved.

【0084】また、本発明製造方法によれば、第1およ
び第2の磁界印加の下での熱処理を行うことによって、
第1の熱処理によって第1の反強磁性層の異方性の向き
を決定し、第2の熱処理によって、自由磁性層の一方向
異方性の再誘導による磁化の向きの設定を行って目的と
する特性を有する本発明によるSV型GMR、またこれ
を感磁部とする磁気ヘッドを確実に得ることができる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, by performing the heat treatment under the application of the first and second magnetic fields,
The first heat treatment determines the direction of anisotropy of the first antiferromagnetic layer, and the second heat treatment sets the direction of magnetization by reinducing the unidirectional anisotropy of the free magnetic layer. It is possible to reliably obtain the SV type GMR according to the present invention having the following characteristics, and a magnetic head using the SV type GMR as a magnetic sensing portion.

【0085】そして、前述したように、固定磁性層を積
層フェリ磁性層とすることによって、上述した第1およ
び第2の磁界印加熱処理を、高い耐熱性をもって、しか
も直交化を容易に行うことができ、より確実に目的とす
るSV型GMR、またこれを感磁部とする磁気ヘッドを
確実に得ることができる。
As described above, by forming the pinned magnetic layer as a laminated ferrimagnetic layer, the first and second magnetic field applying heat treatments described above can be performed with high heat resistance and easily orthogonalized. As a result, the intended SV-type GMR and the magnetic head using the same as the magnetic sensing portion can be obtained more reliably.

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

【図1】本発明によるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果
素子の一例の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an example of a spin valve type giant magnetoresistance effect element according to the present invention.

【図2】本発明によるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果
素子の他の一例の概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of another example of the spin-valve giant magnetoresistance effect element according to the present invention.

【図3】AおよびBは、本発明製造方法における第1お
よび第2の熱処理の説明図である。
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams of first and second heat treatments in the manufacturing method of the present invention. FIGS.

【図4】本発明の説明に供する反強磁性層と自由磁性層
との交換結合エネルギーの非磁性スペーサ層の膜厚依存
性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the exchange coupling energy between the antiferromagnetic layer and the free magnetic layer on the thickness of the nonmagnetic spacer layer for explaining the present invention.

【図5】本発明によるボトム型スピンバルブ型巨大磁気
抵抗効果素子の製造方法の説明に供するMR比の磁界依
存性を示す図である。Aは、その第1の熱処理後におけ
るMR比の磁界依存性を示す図である。B〜Dは、それ
ぞれ第2の熱処理の印加磁界強度を変化させた場合のM
R比の磁界依存性を示す図である。
FIG. 5 is a view showing the magnetic field dependence of the MR ratio for explaining the method of manufacturing the bottom-type spin-valve giant magnetoresistance effect element according to the present invention. FIG. 2A is a diagram showing the magnetic field dependence of the MR ratio after the first heat treatment. B to D represent the M values when the applied magnetic field strength of the second heat treatment was changed, respectively.
It is a figure which shows the magnetic field dependence of R ratio.

【図6】本発明によるトップ型スピンバルブ型巨大磁気
抵抗効果素子の製造方法の説明に供するMR比の磁界依
存性を示す図である。Aは、その第1の熱処理後におけ
るMR比の磁界依存性を示す図である。B〜Dは、それ
ぞれ第2の熱処理の加熱温度を変化させた場合のMR比
の磁界依存性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the magnetic field dependence of the MR ratio for explaining the method of manufacturing the top spin valve type giant magnetoresistance effect element according to the present invention. FIG. 3A is a diagram showing the magnetic field dependence of the MR ratio after the first heat treatment. FIGS. 4B to 4D are diagrams showing the magnetic field dependence of the MR ratio when the heating temperature of the second heat treatment is changed.

【図7】本発明によるボトム型スピンバルブ型巨大磁気
抵抗効果素子の製造方法の説明に供するMR比の磁界依
存性を示す図である。Aは、その第1の熱処理後におけ
るMR比の磁界依存性を示す図である。B〜Dは、それ
ぞれ第2の熱処理の印加磁界強度を変化させた場合のM
R比の磁界依存性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the magnetic field dependence of the MR ratio for explaining a method of manufacturing a bottom-type spin-valve giant magnetoresistance effect element according to the present invention. FIG. 2A is a diagram showing the magnetic field dependence of the MR ratio after the first heat treatment. B to D represent the M values when the applied magnetic field strength of the second heat treatment was changed, respectively.
It is a figure which shows the magnetic field dependence of R ratio.

【図8】本発明によるトップ型スピンバルブ型巨大磁気
抵抗効果素子の製造方法の説明に供するMR比の磁界依
存性を示す図である。Aは、その第1の熱処理後におけ
るMR比の磁界依存性を示す図である。B〜Dは、それ
ぞれ第2の熱処理の印加磁界強度を変化させた場合のM
R比の磁界依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a magnetic field dependency of an MR ratio for explaining a method of manufacturing a top-type spin-valve giant magnetoresistance effect element according to the present invention. FIG. 2A is a diagram showing the magnetic field dependence of the MR ratio after the first heat treatment. B to D represent the M values when the applied magnetic field strength of the second heat treatment was changed, respectively.
It is a figure which shows the magnetic field dependence of R ratio.

【図9】A〜Dは、それぞれボトム型スピンバルブ型巨
大磁気抵抗効果素子における長距離交換結合の非磁性ス
ペーサの厚さを変化させたときのMR比の磁界依存性を
示す図である。
9A to 9D are graphs showing the magnetic field dependence of the MR ratio when the thickness of the non-magnetic spacer for long-distance exchange coupling in the bottom-type spin-valve giant magnetoresistive element is changed.

【図10】A〜Dは、それぞれトップ型スピンバルブ型
巨大磁気抵抗効果素子における長距離交換結合の非磁性
スペーサの厚さを変化させたときのMR比の磁界依存性
を示す図である。
FIGS. 10A to 10D are graphs showing the magnetic field dependence of the MR ratio when the thickness of the long-distance exchange-coupled nonmagnetic spacer in the top spin-valve giant magnetoresistance effect element is changed.

【図11】AおよびBは、本発明によるスピンバルブ型
巨大磁気抵抗効果素子による磁気ヘッドの一例の概略断
面図およびそのスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の
感度の関係を示す図である。
FIGS. 11A and 11B are a schematic cross-sectional view of an example of a magnetic head using a spin-valve giant magnetoresistive element according to the present invention and a diagram showing the relationship between the sensitivities of the spin-valve giant magnetoresistive element.

【図12】本発明によるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効
果素子による磁気ヘッドの他の一例の概略断面図であ
る。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of another example of the magnetic head using the spin-valve giant magnetoresistive element according to the present invention.

【図13】本発明による磁気ヘッドによる記録再生磁気
ヘッドの一例の概略斜視図である。
FIG. 13 is a schematic perspective view of an example of a recording / reproducing magnetic head using the magnetic head according to the present invention.

【図14】従来のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子
の概略断面図である。
FIG. 14 is a schematic sectional view of a conventional spin-valve giant magnetoresistance effect element.

【図15】AおよびBは、従来のスピンバルブ型巨大磁
気抵抗効果素子による磁気ヘッドの概略断面図およびそ
のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の感度の関係を
示す図である。
FIGS. 15A and 15B are a schematic cross-sectional view of a magnetic head using a conventional spin-valve giant magnetoresistive element and a diagram showing the relationship between the sensitivities of the spin-valve giant magnetoresistive element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・反強磁性層(第1の反強磁性層)、2・・・固
定磁性層、3・・・非磁性導電層、4・・・自由磁性
層、5・・・スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子(S
V型GMR)、6・・・下部磁気シールド、7・・・下
部ギャップ層、8・・・硬磁性層、9・・・電極、10
・・・上部ギャップ層、11・・・上部磁気シールド、
12・・・基板、13・・・下地層、21・・・非磁性
スペーサ層、22・・・第2の反強磁性層、23・・・
保護膜、29・・・磁気ヘッド、30・・・非磁性絶縁
層、31・・・前方面、32・・・記録ヘッド、33・
・・非磁性層、34・・・コイル、35・・・コア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antiferromagnetic layer (1st antiferromagnetic layer), 2 ... Pinned magnetic layer, 3 ... Nonmagnetic conductive layer, 4 ... Free magnetic layer, 5 ... Spin valve type Giant magnetoresistance effect element (S
V-type GMR), 6: Lower magnetic shield, 7: Lower gap layer, 8: Hard magnetic layer, 9: Electrode, 10
... upper gap layer, 11 ... upper magnetic shield,
12 ... substrate, 13 ... underlayer, 21 ... nonmagnetic spacer layer, 22 ... second antiferromagnetic layer, 23 ...
Protective film, 29: magnetic head, 30: non-magnetic insulating layer, 31: front surface, 32: recording head, 33
..Nonmagnetic layer, 34 ... coil, 35 ... core

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 43/12 G01R 33/06 R ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 43/12 G01R 33/06 R

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の反強磁性層と、該第1の反強磁性
層と接合する固定磁性層と、非磁性導電層と、検出すべ
き検出磁界により磁化方向が変化する自由磁性層と、該
自由磁性層に非磁性スペーサ層を介して長距離交換結合
される第2の反強磁性層とを有し、 上記第1の反強磁性層とこれに接合する上記固定磁性層
との交換結合による磁化容易軸の方向と、上記第2の反
強磁性層と上記自由磁性層との長距離交換結合磁界によ
る磁化容易軸の方向とが直交するように設定されたこと
を特徴とするスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子。
1. A first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer joined to the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer whose magnetization direction changes according to a detection magnetic field to be detected. And a second antiferromagnetic layer that is exchange-coupled to the free magnetic layer over a long distance via a nonmagnetic spacer layer. The first antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer joined thereto And the direction of the easy axis by the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer and the free magnetic layer is set to be orthogonal to the direction of the easy axis by the long-distance exchange coupling magnetic field. Spin valve type giant magnetoresistance effect element.
【請求項2】 上記固定磁性層は、積層フェリ構造とさ
れて、上記自由磁性層と上記固定磁性層との各磁化容易
軸方向の直交化に供して成ることを特徴とする請求項1
に記載のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子。
2. The fixed magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure and is used for orthogonalizing the free magnetic layer and the fixed magnetic layer in the respective easy axis directions.
3. The spin valve type giant magnetoresistive element according to 1.).
【請求項3】 上記自由磁性層の相対向する側端面に対
向して、上記自由磁性層にバイアス磁界を印加する硬磁
性層が配置され、該硬磁性膜による磁界と、上記第2の
反強磁性層による長距離交換結合磁界との共働によっ
て、上記自由層に安定化バイアス磁界を与えるようにし
たことを特徴とする請求項1に記載のスピンバルブ型巨
大磁気抵抗効果素子。
3. A hard magnetic layer for applying a bias magnetic field to the free magnetic layer is disposed opposite to the opposite side end faces of the free magnetic layer. 2. The spin valve type giant magnetoresistive element according to claim 1, wherein a stabilizing bias magnetic field is applied to the free layer by cooperation with a long-distance exchange coupling magnetic field by the ferromagnetic layer.
【請求項4】 上記自由磁性層の相対向する側端面に対
向するバイアス磁界を印加する硬磁性層が設けられるこ
となく、上記第2の反強磁性層による長距離交換結合磁
界によって、上記自由磁性層に安定化バイアス磁界を与
えるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のスピ
ンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子。
4. A free magnetic layer for applying a bias magnetic field facing opposite side end faces of the free magnetic layer is provided, and the free magnetic layer is freed by the long-distance exchange coupling magnetic field by the second antiferromagnetic layer. 2. The spin valve type giant magnetoresistive element according to claim 1, wherein a stabilizing bias magnetic field is applied to the magnetic layer.
【請求項5】 感磁部が、スピンバルブ型巨大磁気抵抗
効果素子より成り、 該スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子が、第1の反強
磁性層と、該第1の反強磁性層と接合する固定磁性層
と、非磁性導電層と、検出すべき検出磁界により磁化方
向が変化する自由磁性層と、該自由磁性層に非磁性スペ
ーサ層を介して長距離交換結合される第2の反強磁性層
とを有し、 上記第1の反強磁性層とこれに接合する上記固定磁性層
との交換結合による磁化容易軸の方向と、上記第2の反
強磁性層と上記自由磁性層との長距離交換結合磁界によ
る磁化容易軸の方向とが直交するように設定されたこと
を特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
5. A magnetic sensing part comprising a spin valve type giant magnetoresistive element, wherein said spin valve type giant magnetoresistive element comprises a first antiferromagnetic layer, and a first antiferromagnetic layer. A fixed magnetic layer to be joined, a nonmagnetic conductive layer, a free magnetic layer whose magnetization direction changes according to a detection magnetic field to be detected, and a second magnetic layer that is exchange-coupled to the free magnetic layer via a nonmagnetic spacer layer for a long distance. An antiferromagnetic layer, a direction of an easy axis of magnetization by exchange coupling between the first antiferromagnetic layer and the fixed magnetic layer joined thereto, and a direction of the second antiferromagnetic layer and the free magnetic layer. A magnetoresistance effect type magnetic head characterized in that the direction of an easy axis of magnetization due to a long-distance exchange coupling magnetic field with a layer is set to be orthogonal.
【請求項6】 上記固定磁性層は、積層フェリ構造とさ
れて、上記自由磁性層と上記固定磁性層との各磁化容易
軸方向の直交化に供して成ることを特徴とする請求項5
に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
6. The fixed magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure, and is provided for orthogonalizing the free magnetic layer and the fixed magnetic layer in the respective easy axis directions.
3. A magnetoresistive head according to claim 1.
【請求項7】 上記自由磁性層の相対向する側端面に対
向して、上記自由磁性層にバイアス磁界を印加する硬磁
性層が配置され、該硬磁性膜による磁界と、上記第2の
反強磁性層による長距離交換結合磁界との共働によっ
て、上記自由層に安定化バイアス磁界を与えるようにし
たことを特徴とする請求項5に記載の磁気抵抗効果型磁
気ヘッド。
7. A hard magnetic layer for applying a bias magnetic field to the free magnetic layer is disposed opposite to the opposing side end faces of the free magnetic layer. 6. The magnetoresistive head according to claim 5, wherein a stabilizing bias magnetic field is applied to the free layer by cooperation with a long-distance exchange coupling magnetic field by the ferromagnetic layer.
【請求項8】 上記自由磁性層の相対向する側端面に対
向するバイアス磁界を印加する硬磁性層が設けられるこ
となく、上記第2の反強磁性層による長距離交換結合磁
界によって、上記自由磁性層に安定化バイアス磁界を与
えるようにしたことを特徴とする請求項5に記載の磁気
抵抗効果型磁気ヘッド。
8. A long-distance exchange coupling magnetic field generated by the second antiferromagnetic layer without providing a hard magnetic layer for applying a bias magnetic field facing the side end faces of the free magnetic layer opposite to each other. 6. The magnetoresistive head according to claim 5, wherein a stabilizing bias magnetic field is applied to the magnetic layer.
【請求項9】 基板上に、少なくとも第1の反強磁性層
を構成する材料層と、該第1の反強磁性層を構成する材
料層と接合する固定磁性層と、非磁性導電層と、検出す
べき検出磁界により磁化方向が変化する自由磁性層と、
該自由磁性層に非磁性スペーサ層を介して長距離交換結
合される第2の反強磁性層を構成する材料層との積層構
造を形成する各層を成膜する工程と、 第1および第2の磁界印加熱処理工程とを有し、 上記第1の磁界印加熱処理によって、上記固定磁性層の
磁化を固定する反強磁性層の異方性の向きを決定し、 上記第2の磁界印加熱処理によって、上記自由層の異方
性の再誘導とを行うことを特徴とするスピンバルブ型巨
大磁気抵抗効果素子の製造方法。
9. A semiconductor device comprising: a material layer constituting at least a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer joined to the material layer constituting the first antiferromagnetic layer, and a nonmagnetic conductive layer on a substrate. A free magnetic layer whose magnetization direction changes according to a detection magnetic field to be detected,
Forming a layer forming a laminated structure with a material layer constituting a second antiferromagnetic layer which is long-distance exchange-coupled to the free magnetic layer via a non-magnetic spacer layer; A magnetic field application heat treatment step, wherein the first magnetic field application heat treatment determines the anisotropic direction of the antiferromagnetic layer that fixes the magnetization of the fixed magnetic layer, and the second magnetic field application heat treatment A method of manufacturing a spin-valve giant magnetoresistive element, wherein the anisotropy of the free layer is induced again.
【請求項10】 上記成膜工程における上記固定磁性層
の成膜を積層フェリ構造による成膜を行い、 上記第1および第2の磁界印加熱処理による上記自由磁
性層と上記固定磁性層との各磁化容易軸方向の直交化を
助成するようにしたことを特徴とする請求項9に記載の
スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
10. The fixed magnetic layer in the film forming step is formed by a laminated ferrimagnetic structure, and each of the free magnetic layer and the fixed magnetic layer formed by the first and second magnetic field applying heat treatments is formed. 10. The method for manufacturing a spin-valve giant magnetoresistive element according to claim 9, wherein orthogonalization in the direction of easy axis of magnetization is promoted.
【請求項11】 上記第2の磁界印加熱処理は、加熱温
度240℃〜300℃、磁界100〔Oe〕〜1000
〔Oe〕に選定されることを特徴とする請求項10に記
載のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
11. The second magnetic field application heat treatment includes a heating temperature of 240 ° C. to 300 ° C. and a magnetic field of 100 [Oe] to 1000 ° C.
The method for producing a spin-valve giant magnetoresistive element according to claim 10, wherein the method is selected as [Oe].
【請求項12】 感磁部が、スピンバルブ型巨大磁気抵
抗効果素子によって構成される磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドの製造方法であって、 上記スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の作製が、 基板上に、少なくとも第1の反強磁性層を構成する材料
層と、該第1の反強磁性層を構成する材料層と接合する
固定磁性層と、非磁性導電層と、検出すべき検出磁界に
より磁化方向が変化する自由磁性層と、該自由磁性層に
非磁性スペーサ層を介して長距離交換結合される第2の
反強磁性層を構成する材料層との積層構造を形成する各
層を成膜する工程と、 第1および第2の磁界印加熱処理工程とを有し、 上記第1の磁界印加熱処理によって、上記固定磁性層の
磁化を固定する反強磁性層の異方性の向きを決定し、 上記第2の磁界印加熱処理によって、上記自由層の異方
性の再誘導とを行うことを特徴とする磁気抵抗効果型磁
気ヘッドの製造方法。
12. A method of manufacturing a magneto-resistance effect type magnetic head in which a magnetic sensing portion is constituted by a spin-valve type giant magneto-resistance effect element, wherein the spin valve type giant magneto-resistance effect element is formed on a substrate. A material layer constituting at least the first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer joined to the material layer constituting the first antiferromagnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a detection magnetic field to be detected. Each layer forming a laminated structure of a free magnetic layer whose magnetization direction changes and a material layer constituting a second antiferromagnetic layer which is long-distance exchange-coupled to the free magnetic layer via a nonmagnetic spacer layer is formed. Forming a film, and first and second magnetic field applying heat treatment steps, wherein the first magnetic field applying heat treatment determines the anisotropic direction of the antiferromagnetic layer that fixes the magnetization of the fixed magnetic layer. And the second magnetic field applying heat treatment Method for manufacturing a magneto-resistance effect type magnetic head which is characterized in that the re-induction of anisotropy of the free layer.
【請求項13】 上記成膜工程における上記固定磁性層
の成膜を積層フェリ構造による成膜を行い、 上記第1および第2の磁界印加熱処理による上記自由磁
性層と上記固定磁性層との各磁化容易軸方向の直交化を
助成するようにしたことを特徴とする請求項12に記載
の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法。
13. The fixed magnetic layer in the film forming step is formed by a laminated ferrimagnetic structure, and each of the free magnetic layer and the fixed magnetic layer formed by the first and second magnetic field applying heat treatments is formed. 13. The method of manufacturing a magnetoresistive head according to claim 12, wherein the orthogonalization of the easy axis direction is assisted.
【請求項14】 上記第2の磁界印加熱処理を、加熱温
度240℃〜300℃、磁界100〔Oe〕〜1000
〔Oe〕によって行うようにしたことを特徴とする請求
項13に記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法。
14. The second magnetic field applying heat treatment is performed at a heating temperature of 240 ° C. to 300 ° C. and a magnetic field of 100 [Oe] to 1000 °.
14. The method according to claim 13, wherein the method is performed by [Oe].
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