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JP2003008110A - Spin valve thin film magnetic element and thin film magnetic head - Google Patents

Spin valve thin film magnetic element and thin film magnetic head

Info

Publication number
JP2003008110A
JP2003008110A JP2002099424A JP2002099424A JP2003008110A JP 2003008110 A JP2003008110 A JP 2003008110A JP 2002099424 A JP2002099424 A JP 2002099424A JP 2002099424 A JP2002099424 A JP 2002099424A JP 2003008110 A JP2003008110 A JP 2003008110A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
magnetic
magnetic layer
magnetic field
spin
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
JP2002099424A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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 Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP2002099424A priority Critical patent/JP2003008110A/en
Publication of JP2003008110A publication Critical patent/JP2003008110A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Magnetic Heads (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spin valve thin film magnetic element that is excellent in heat resistance and corrosion resistance and provided with a bias structure in which the direction of magnetization of a free magnetic layer can be arranged properly. SOLUTION: The spin valve thin film magnetic element has an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a free magnetic layer formed on the fixed magnetic layer through a nonmagnetic conductive layer, soft magnetic layers arranged on the free magnetic layer at the interval corresponding to a track width, bias layers formed on the soft magnetic layers, and conductive layers formed on the bias layers on a substrate. The antiferromagnetic layer and bias layers are composed of alloys expressed by the compositional formula of Ptm Mn100-m and the (m) indicating the percentage composition of the alloy constituting the bias layer is adjusted to meet 52 at.%<=m<=60 at.% and the (m) indicating the percentage composition of the alloy constituting the antiferromagnetic layer is adjusted to meet 48 at.%<=m<=58 at.%.

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、固定磁性層の固定
磁化の方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁
化の方向との関係で、電気抵抗が変化するスピンバルブ
型薄膜磁気素子に関し、特に、耐熱性に優れたスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子及びこのスピンバルブ型薄膜磁気素
子を備えた薄膜磁気ヘッドに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin-valve type thin film magnetic element whose electric resistance changes depending on the relationship between the direction of fixed magnetization of a fixed magnetic layer and the direction of magnetization of a free magnetic layer affected by an external magnetic field. In particular, the present invention relates to a spin valve thin film magnetic element having excellent heat resistance and a thin film magnetic head including the spin valve thin film magnetic element.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気抵抗効果型の磁気ヘッドには、磁気
抵抗効果を示す素子を備えたAMR(Anisotropic Magn
etoresistive)ヘッドと、巨大磁気抵抗効果を示す素子
を備えたGMR(Giant Magnetoresistive)ヘッドとが
知られている。AMRヘッドにおいては、磁気抵抗効果
を示す素子が磁性体からなる単層構造とされている。一
方、GMRヘッドにおいては、複数の材料が積層されて
なる多層構造素子とされている。巨大磁気抵抗効果を生
み出す構造にはいくつかの種類があるが、比較的構造が
単純で、微弱な外部磁界に対して抵抗変化率が高いもの
としてスピンバルブ型薄膜磁気素子が知られている。
2. Description of the Related Art A magnetoresistive effect type magnetic head includes an AMR (Anisotropic Magn) equipped with an element exhibiting a magnetoresistive effect.
An etoresistive) head and a GMR (Giant Magnetoresistive) head including an element exhibiting a giant magnetoresistive effect are known. In the AMR head, the element exhibiting the magnetoresistive effect has a single layer structure made of a magnetic material. On the other hand, the GMR head is a multi-layer structure element formed by laminating a plurality of materials. There are several types of structures that produce the giant magnetoresistive effect, but the spin-valve thin-film magnetic element is known as having a relatively simple structure and a high resistance change rate with respect to a weak external magnetic field.

【0003】図13および図14は、従来のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の一例を記録媒体との対向面側から見
た場合の構造を示した断面図である。これらの例のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の上下には、ギャップ層を介し
てシールド層が形成されており、前記スピンバルブ型薄
膜磁気素子、ギャップ層、及びシールド層で、再生用の
GMRヘッドが構成されている。なお、前記再生用のG
MRへッドの上に、磁気記録用のインダクティブヘッド
が積層されていてもよい。 このGMRヘッドは、磁気
記録用のインダクティブヘッドと共に浮上式スライダの
トレーリング側端部などに設けられて薄膜磁気ヘッドを
構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録磁界を
検出するものである。なお、図13および図14におい
て、磁気記録媒体の移動方向は、図示Z方向であり、磁
気記録媒体からの漏れ磁界の方向は、Y方向である。
13 and 14 are sectional views showing the structure of an example of a conventional spin-valve thin film magnetic element when viewed from the side facing a recording medium. Shield layers are formed above and below the spin-valve thin-film magnetic element in these examples via a gap layer. The spin-valve thin-film magnetic element, the gap layer, and the shield layer form a GMR head for reproduction. It is configured. In addition, the G for reproduction
An inductive head for magnetic recording may be laminated on the MR head. This GMR head is provided with an inductive head for magnetic recording at the trailing side end of a floating slider to form a thin film magnetic head, and detects the recording magnetic field of a magnetic recording medium such as a hard disk. 13 and 14, the moving direction of the magnetic recording medium is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

【0004】図13に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、基板側から順に反強磁性層、固定磁性層、非磁性導
電層、フリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるボ
トム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
図13に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図13の
下側から下地層31、反強磁性層22、固定磁性層2
3、非磁性導電層24、フリー磁性層25および保護層
32で構成された多層膜33と、この多層膜33の両側
に形成された一対のハードバイアス層(永久磁石層)2
9、29、ハードバイアス層29、29上に形成された
一対の電極層28、28とで構成されている。なお、下
地層31および保護層32は、Ta膜などで形成されて
いる。また、多層膜9の上面の幅寸法によってトラック
幅Twが決定される。
The spin valve thin film magnetic element shown in FIG. 13 is a so-called bottom type single spin valve in which an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer and a free magnetic layer are formed in order from the substrate side. Type thin film magnetic element.
The spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 13 has an underlayer 31, an antiferromagnetic layer 22, and a pinned magnetic layer 2 from the bottom of FIG.
3, a multilayer film 33 composed of the non-magnetic conductive layer 24, the free magnetic layer 25 and the protective layer 32, and a pair of hard bias layers (permanent magnet layers) 2 formed on both sides of the multilayer film 33.
9, 29, and a pair of electrode layers 28, 28 formed on the hard bias layers 29, 29. The base layer 31 and the protective layer 32 are formed of a Ta film or the like. Further, the track width Tw is determined by the width dimension of the upper surface of the multilayer film 9.

【0005】一般的に前記反強磁性層22には、Fe−
Mn合金膜やNi−Mn合金膜が、固定磁性層23およ
びフリー磁性層25には、Ni−Fe合金膜が、非磁性
導電層24にはCu膜が、ハードバイアス層29、29
にはCo−Pt合金膜が、電極層28、28にはCr膜
やW膜が使用されている。
Generally, the antiferromagnetic layer 22 contains Fe--
A Mn alloy film or a Ni—Mn alloy film, a Ni—Fe alloy film for the fixed magnetic layer 23 and the free magnetic layer 25, a Cu film for the nonmagnetic conductive layer 24, and hard bias layers 29, 29.
Is a Co—Pt alloy film, and the electrode layers 28, 28 are Cr films or W films.

【0006】図13に示すように、固定磁性層23の磁
化は、反強磁性層22との交換異方性磁界により、Y方
向(記録媒体からの漏れ磁界方向:ハイト方向)に単磁
区化され、フリー磁性層25の磁化は、前記ハードバイ
アス層29、29からのバイアス磁界の影響を受けてX
1方向と反対方向に揃えられる。即ち、固定磁性層23
の磁化とフリー磁性層25の磁化とが直交するように設
定されている。
As shown in FIG. 13, the magnetization of the pinned magnetic layer 23 is made into a single magnetic domain in the Y direction (the direction of the leakage magnetic field from the recording medium: the height direction) by the exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer 22. Then, the magnetization of the free magnetic layer 25 is affected by the bias magnetic field from the hard bias layers 29, 29 and X
Aligned in one direction and the opposite direction. That is, the fixed magnetic layer 23
And the magnetization of the free magnetic layer 25 are set to be orthogonal to each other.

【0007】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
バイアス層29、29上に形成された電極層28、28
から、固定磁性層23、非磁性導電層24およびフリー
磁性層25に検出電流(センス電流)が与えられる。ハ
ードディスクなどの磁気記録媒体の走行方向は、Z方向
である。磁気記録媒体からの漏れ磁界方向がY方向に与
えられると、フリー磁性層25の磁化がX1方向と反対
方向からY方向に向けて変化する。このフリー磁性層2
5内での磁化方向の変動と、固定磁性層23の固定磁化
方向との関係で、電気抵抗が変化(これを磁気抵抗変化
という)し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化に
より、記録媒体からの漏れ磁界を検出することができ
る。
In this spin valve thin film element, the electrode layers 28, 28 formed on the hard bias layers 29, 29 are formed.
Therefore, a detection current (sense current) is applied to the pinned magnetic layer 23, the nonmagnetic conductive layer 24, and the free magnetic layer 25. The traveling direction of a magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction. When the leakage magnetic field direction from the magnetic recording medium is given in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 25 changes from the direction opposite to the X1 direction to the Y direction. This free magnetic layer 2
5, the electric resistance changes due to the relationship between the change in the magnetization direction within 5 and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 23 (this is referred to as a change in the magnetic resistance). The stray magnetic field from the medium can be detected.

【0008】また図14に示すスピンバルブ型薄膜磁気
素子は、基板側(図14の下側)から順に反強磁性層、
固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が一層ずつ形
成された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型
薄膜磁気素子である。
The spin-valve type thin film magnetic element shown in FIG. 14 has an antiferromagnetic layer in order from the substrate side (lower side of FIG. 14).
This is a so-called bottom type single spin valve thin film magnetic element in which a fixed magnetic layer, a non-magnetic conductive layer and a free magnetic layer are formed one by one.

【0009】図14において、符号Kは基板を示してい
る。この基板Kの上には、反強磁性層22が形成されて
いる。更に、前記反強磁性層22の上には、固定磁性層
23が形成され、この固定磁性層23の上には、非磁性
導電層24が形成され、更に、前記非磁性導電層24の
上には、フリー磁性層25が形成されている。また、前
記フリー磁性層25の上には、バイアス層26、26が
トラック幅Twと同じ間隔をあけて設けられ、前記バイ
アス層26、26の上には、導電層28、28が設けら
れている。
In FIG. 14, reference numeral K indicates a substrate. An antiferromagnetic layer 22 is formed on the substrate K. Further, a fixed magnetic layer 23 is formed on the antiferromagnetic layer 22, a nonmagnetic conductive layer 24 is formed on the fixed magnetic layer 23, and further, a nonmagnetic conductive layer 24 is formed. A free magnetic layer 25 is formed on the. Bias layers 26, 26 are provided on the free magnetic layer 25 at the same intervals as the track width Tw, and conductive layers 28, 28 are provided on the bias layers 26, 26. There is.

【0010】前記固定磁性層23は、例えば、Co膜、
NiFe合金、CoNiFe合金、CoFe合金などに
より形成されている。また、前記反強磁性層22は、N
iMn合金により形成されている。前記のバイアス層
は、交換異方性磁界を発生させる熱処理を必要としない
面心立方晶で不規則結晶構造のFeMn合金などの反強
磁性材料により形成されている。
The pinned magnetic layer 23 is, for example, a Co film,
It is formed of a NiFe alloy, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, or the like. The antiferromagnetic layer 22 is made of N
It is formed of an iMn alloy. The bias layer is formed of an antiferromagnetic material such as a FeMn alloy having a face-centered cubic crystal and an irregular crystal structure that does not require heat treatment for generating an exchange anisotropic magnetic field.

【0011】図14に示す固定磁性層23は、前記反強
磁性層22との界面にて発生する交換結合による交換異
方性磁界により一方向に磁化されている。そして、前記
固定磁性層23の磁化方向は、図示Y方向、即ち記録媒
体から離れる方向(ハイト方向)に固定されている。
The pinned magnetic layer 23 shown in FIG. 14 is magnetized in one direction by an exchange anisotropic magnetic field due to exchange coupling generated at the interface with the antiferromagnetic layer 22. The magnetization direction of the fixed magnetic layer 23 is fixed in the Y direction shown in the figure, that is, in the direction away from the recording medium (height direction).

【0012】また、前記フリー磁性層25は前記バイア
ス層26の交換異方性磁界によって磁化されて単磁区化
されている。そして、前記フリー磁性層25の磁化方向
は、図示X1方向と反対方向、即ち固定磁性層23の磁
化方向と直角に交差する方向に揃えられている。前記フ
リー磁性層25が、前記バイアス層26の交換異方性磁
界により単磁区化されることによって、バルクハウゼン
ノイズの発生が防止される。
Further, the free magnetic layer 25 is magnetized by the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 26 to be made into a single magnetic domain. The magnetization direction of the free magnetic layer 25 is aligned with the direction opposite to the X1 direction in the figure, that is, the direction perpendicular to the magnetization direction of the pinned magnetic layer 23. Since the free magnetic layer 25 is made into a single magnetic domain by the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 26, Barkhausen noise is prevented from occurring.

【0013】この従来例のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、導電層28からフリー磁性層25、非磁性
導電層24、固定磁性層23に定常電流が与えられ、Z
方向に走行する磁気記録媒体からの漏れ磁界が図示Y方
向に沿って与えられると、フリー磁性層25の磁化方向
が、図示X1方向と反対方向からY方向に向けて変動す
る。このフリー磁性層25内での磁化方向の変動と固定
磁性層23の磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、こ
の抵抗変化に基づく電圧変化により磁気記録媒体からの
漏れ磁界が検出される。
In this conventional spin valve thin film magnetic element, a steady current is applied from the conductive layer 28 to the free magnetic layer 25, the nonmagnetic conductive layer 24 and the pinned magnetic layer 23, and Z
When the leakage magnetic field from the magnetic recording medium running in the direction is given along the Y direction in the drawing, the magnetization direction of the free magnetic layer 25 changes from the direction opposite to the X1 direction in the drawing toward the Y direction. The electric resistance changes due to the relationship between the variation of the magnetization direction in the free magnetic layer 25 and the magnetization direction of the fixed magnetic layer 23, and the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is detected by the voltage change based on this resistance change.

【0014】図14のようなスピンバルブ型薄膜磁気素
子を製造するには、図15に示すように、反強磁性層2
2からフリー磁性層25までの各層を積層形成し、磁場
中で熱処理(アニール)を施すことにより、固定磁性層
23と反強磁性層22との界面にて交換異方性磁界を発
生させて、固定磁性層23の磁化方向を図示Y方向に固
定したのち、更に、図16に示すように、ほぼトラック
幅に相当する幅のリフトオフレジスト351を形成す
る。ついで、図17に示すように、リフトオフレジスト
351に覆われていないフリー磁性層25の表面に、バ
イアス層26および導電層28を形成し、前記リフトオ
フレジスト351を除去したのち、フリー磁性層25の
磁化方向をトラック幅方向に揃えることにより、図14
に示す磁化方向のスピンバルブ型薄膜磁気素子が製造さ
れる。
In order to manufacture the spin-valve type thin film magnetic element as shown in FIG. 14, as shown in FIG. 15, the antiferromagnetic layer 2 is used.
Each layer from 2 to the free magnetic layer 25 is laminated and subjected to heat treatment (annealing) in a magnetic field to generate an exchange anisotropic magnetic field at the interface between the fixed magnetic layer 23 and the antiferromagnetic layer 22. After the magnetization direction of the pinned magnetic layer 23 is fixed in the Y direction shown in the drawing, a lift-off resist 351 having a width substantially corresponding to the track width is further formed as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 17, a bias layer 26 and a conductive layer 28 are formed on the surface of the free magnetic layer 25 not covered by the lift-off resist 351, and the lift-off resist 351 is removed. By aligning the magnetization direction with the track width direction,
The spin-valve type thin film magnetic element having the magnetization direction shown in FIG.

【0015】次に、図18は、従来の他の例のスピンバ
ルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部の一例を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。図18において、符号MR3は、スピンバル
ブ型薄膜素子を示している。図18において、符号a1
2は積層体である。この積層体a12は、下地層121
上に反強磁性層122が形成され、該反強磁性層122
上に固定磁性層153が形成され、更に固定磁性層15
3上に非磁性導電層124が形成され、該非磁性導電層
124上にフリー磁性層175が形成され、更にフリー
磁性層175上に保護層127が形成されてなるもので
ある。
Next, FIG. 18 is a cross-sectional view showing a structure of an example of a main part of a thin film magnetic head including a spin valve type thin film element of another conventional example, as viewed from the side facing a recording medium. It is a figure. In FIG. 18, reference numeral MR3 indicates a spin valve thin film element. In FIG. 18, reference numeral a1
2 is a laminated body. This laminated body a12 has a base layer 121.
The antiferromagnetic layer 122 is formed on the antiferromagnetic layer 122.
The fixed magnetic layer 153 is formed on the fixed magnetic layer 15 and
3, a nonmagnetic conductive layer 124 is formed, a free magnetic layer 175 is formed on the nonmagnetic conductive layer 124, and a protective layer 127 is further formed on the free magnetic layer 175.

【0016】この例のスピンバルブ型薄膜素子MR3の
フリー磁性層175は、非磁性中間層176と、この非
磁性中間層176を挟む第1のフリー磁性層177と第
2のフリー磁性層178とから構成されている。第1の
フリー磁性層177は、非磁性中間層176より保護層
127側に設けられ、第2のフリー磁性層178は、非
磁性中間層176より非磁性導電層124側に設けられ
ている。また、第2のフリー磁性層178は、拡散防止
層179と強磁性層180とから形成されている。
The free magnetic layer 175 of the spin-valve type thin film element MR3 of this example comprises a non-magnetic intermediate layer 176, a first free magnetic layer 177 and a second free magnetic layer 178 sandwiching the non-magnetic intermediate layer 176. It consists of The first free magnetic layer 177 is provided on the protective layer 127 side of the nonmagnetic intermediate layer 176, and the second free magnetic layer 178 is provided on the nonmagnetic conductive layer 124 side of the nonmagnetic intermediate layer 176. The second free magnetic layer 178 is composed of the diffusion prevention layer 179 and the ferromagnetic layer 180.

【0017】第2のフリー磁性層178の厚さt2は、
第1のフリー磁性層177の厚さt1よりも厚く形成さ
れている。また、第1のフリー磁性層178及び第2の
フリー磁性層178の飽和磁化をそれぞれM1、M2とし
たとき、第1のフリー磁性層177及び第2のフリー磁
性層178の磁気的膜厚はそれぞれM1・t1、M2・t2
となる。なお、第2のフリー磁性層178が拡散防止層
179及び強磁性層180から構成されているため、第
2のフリー磁性層178の磁気的膜厚M2・t2は、拡散
防止層179の磁気的膜厚と強磁性層180の磁気的膜
厚との和となる。
The thickness t 2 of the second free magnetic layer 178 is
It is formed to be thicker than the thickness t 1 of the first free magnetic layer 177. Further, when the saturation magnetizations of the first free magnetic layer 178 and the second free magnetic layer 178 are M 1 and M 2 , respectively, the magnetic films of the first free magnetic layer 177 and the second free magnetic layer 178. Thickness is M 1 · t 1 and M 2 · t 2 respectively
Becomes Since the second free magnetic layer 178 is composed of the diffusion prevention layer 179 and the ferromagnetic layer 180, the magnetic film thickness M 2 · t 2 of the second free magnetic layer 178 is equal to that of the diffusion prevention layer 179. It is the sum of the magnetic film thickness and the magnetic film thickness of the ferromagnetic layer 180.

【0018】そしてこのフリー磁性層175にあって
は、第1のフリー磁性層177と第2のフリー磁性層1
78との磁気的膜厚の関係が、M2・t2>M1・t1とす
るように構成されている。また、先の第1のフリー磁性
層177及び第2のフリー磁性層178は、相互に反強
磁性的に結合とされている。即ち、第2のフリー磁性層
178の磁化方向がハードバイアス層126、126に
より図示X1方向に揃えられた場合、第1のフリー磁性
層177の磁化方向は図示X1方向の反対方向に揃えら
れる。
In the free magnetic layer 175, the first free magnetic layer 177 and the second free magnetic layer 1
The relationship between the magnetic film thickness and 78 is M 2 · t 2 > M 1 · t 1 . The first free magnetic layer 177 and the second free magnetic layer 178 are antiferromagnetically coupled to each other. That is, when the magnetization direction of the second free magnetic layer 178 is aligned in the X1 direction in the figure by the hard bias layers 126 and 126, the magnetization direction of the first free magnetic layer 177 is aligned in the opposite direction to the X1 direction in the figure.

【0019】また、先の第1、第2のフリー磁性層17
7、178の磁気的膜厚の関係がM 2・t2>M1・t1
されていることから、第2のフリー磁性層178の磁化
が残存した状態となり、フリー磁性層175全体の磁化
方向が図示X1方向に揃えられる。このときのフリー磁
性層175の実効膜厚は、(M2・t2−M1・t1)とさ
れる。このように、第1のフリー磁性層177と第2の
フリー磁性層178は、それぞれの磁化方向が反平行方
向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚
の関係がM2・t2>M1・t1とされていることから、人
工的なフェリ磁性状態とされている。またこれにより、
フリー磁性層175の磁化方向と固定磁性層153の磁
化方向とが交差する関係となる。
The first and second free magnetic layers 17 described above are also used.
7, the magnetic film thickness relationship of M is 178 2・ T2> M1・ T1When
Therefore, the magnetization of the second free magnetic layer 178 is
Remains, and the magnetization of the entire free magnetic layer 175 becomes
The directions are aligned with the X1 direction in the figure. Free porcelain at this time
The effective thickness of the conductive layer 175 is (M2・ T2-M1・ T1) Tosa
Be done. Thus, the first free magnetic layer 177 and the second free magnetic layer 177
The magnetization directions of the free magnetic layer 178 are antiparallel.
Antiferromagnetically coupled so as to be oriented and magnetic film thickness
Relationship is M2・ T2> M1・ T1Because it is said that
It is in an engineering ferrimagnetic state. This also allows
The magnetization direction of the free magnetic layer 175 and the magnetization of the fixed magnetic layer 153
There is a relationship that intersects with the changing direction.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図13
に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、以下に
説明するような問題が発生するおそれがあった。図13
に示す固定磁性層23の磁化は、上述したように、図示
Y方向に単磁区化されて固定されているが、前記固定磁
性層23の両側には、X1方向と反対方向に磁化されて
いるハードバイアス層29、29が設けられている。そ
のため特に、固定磁性層23の両側の磁化が、前記ハー
ドバイアス層29、29からのバイアス磁界の影響を受
け、図示Y方向に固定され難くなっている。
However, as shown in FIG.
In the conventional spin-valve thin-film magnetic element shown in (1), there is a possibility that the problems described below may occur. FIG.
As described above, the magnetization of the pinned magnetic layer 23 is pinned in the Y direction in the single magnetic domain, but is magnetized on both sides of the pinned magnetic layer 23 in the direction opposite to the X1 direction. Hard bias layers 29, 29 are provided. Therefore, in particular, the magnetizations on both sides of the pinned magnetic layer 23 are affected by the bias magnetic fields from the hard bias layers 29, 29, so that it is difficult to pin them in the Y direction in the drawing.

【0021】即ち、前記X1方向と反対方向のハードバ
イアス層29、29の磁化の影響を受けて、X1方向と
反対方向に単磁区化されているフリー磁性層25の磁化
と、固定磁性層23の磁化とは、特に、多層膜33の側
端部付近では、直交関係になり難い。前記フリー磁性層
25の磁化と、固定磁性層23の磁化とを直交関係にし
ておく理由は、フリー磁性層25の磁化が小さな外部磁
界でも容易に変動が可能で、電気抵抗を大きく変化させ
ることができ、再生感度を向上させることができるから
である。更に、前記磁化が直交関係にあると、良好な対
称性を有する出力波形を得ることが可能になるためであ
る。
That is, under the influence of the magnetization of the hard bias layers 29, 29 in the direction opposite to the X1 direction, the magnetization of the free magnetic layer 25 which is made into a single magnetic domain in the direction opposite to the X1 direction and the fixed magnetic layer 23. The magnetization is not likely to be orthogonal to each other particularly near the side end of the multilayer film 33. The reason why the magnetization of the free magnetic layer 25 and the magnetization of the pinned magnetic layer 23 are set to be orthogonal to each other is that the magnetization of the free magnetic layer 25 can be easily changed even with a small external magnetic field, and the electric resistance can be largely changed. This is because the reproduction sensitivity can be improved. Furthermore, if the magnetizations are in an orthogonal relationship, it is possible to obtain an output waveform having good symmetry.

【0022】しかも、フリー磁性層25のうち、その側
端部付近における磁化は、ハードバイアス層29、29
からの強い磁化の影響を受けるために不要に固定されや
すくなる傾向にあり、外部磁界に対して磁化が敏感に変
動しにくくなっており、図13に示すように、多層膜3
3の側端部付近には、再生感度の悪い不感領域が形成さ
れる。
In addition, the magnetization of the free magnetic layer 25 near the side end portion thereof is hard bias layers 29, 29.
It tends to be fixed unnecessarily due to the influence of strong magnetization from the magnetic field, and the magnetization is less sensitive to fluctuations in the external magnetic field. As shown in FIG.
A dead region having poor reproduction sensitivity is formed in the vicinity of the side end of the No. 3 side.

【0023】前述の多層膜33のうち、不感領域を除い
た中央部分の領域が、実質的に記録磁界の再生に寄与
し、磁気抵抗効果を発揮する感度領域であり、この感度
領域の幅は、多層膜33の形成時に設定されたトラック
幅Twよりも不感領域の幅寸法分だけ短くなっており、
不感領域のばらつきのために正確なトラック幅を画定す
ることが困難となっている。そのため、トラック幅を狭
くして高記録密度化に対応することが難しくなるという
問題がある。
The central region of the multilayer film 33 excluding the dead region is a sensitivity region that substantially contributes to reproduction of the recording magnetic field and exerts a magnetoresistive effect, and the width of this sensitivity region is The track width Tw set when the multilayer film 33 is formed is shorter than the track width Tw by the width dimension of the dead region.
Variations in dead areas make it difficult to define an accurate track width. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the track width and cope with high recording density.

【0024】また、図14に示すスピンバルブ型の薄膜
磁気素子は、反強磁性材料からなるバイアス層を用いた
エクスチェンジバイアス方式により、フリー磁性層の磁
化方向を固定磁性層の磁化方向に対して90゜に交差す
る方向に揃えるものである。前記エクスチェンジバイア
ス方式は、不感領域があるため実効トラック幅の制御が
困難であるハードバイアス方式と比較して、トラック幅
の狭い高密度記録に対応するスピンバルブ型薄膜磁気素
子に適した方式である。
In the spin-valve type thin film magnetic element shown in FIG. 14, the magnetization direction of the free magnetic layer is set to the magnetization direction of the fixed magnetic layer by the exchange bias method using a bias layer made of an antiferromagnetic material. They are aligned in the direction intersecting at 90 °. The exchange bias method is a method suitable for a spin-valve thin film magnetic element corresponding to high-density recording with a narrow track width, as compared with a hard bias method in which it is difficult to control the effective track width due to a dead zone. .

【0025】しかしながら、図14に示すスピンバルブ
型薄膜磁気素子においては、反強磁性層22がNi−M
n合金で形成されているため耐食性に問題があった。ま
た、反強磁性層22にNi−Mn合金またはFe−Mn
合金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気素子では、薄膜磁
気ヘッドの製造工程でさらされるトリポリ燐酸ソーダな
どを含んだ弱アルカリ性溶液や乳化剤により腐食して、
交換異方性磁界が小さくなってしまうなどの問題があ
る。
However, in the spin valve thin film magnetic element shown in FIG. 14, the antiferromagnetic layer 22 is made of Ni-M.
Since it is formed of an n alloy, there is a problem in corrosion resistance. Further, the antiferromagnetic layer 22 has a Ni-Mn alloy or Fe-Mn.
In a spin valve thin film magnetic element using an alloy, it is corroded by a weak alkaline solution or emulsifier containing sodium tripolyphosphate exposed in the manufacturing process of the thin film magnetic head,
There is a problem that the exchange anisotropic magnetic field becomes small.

【0026】また、反強磁性層22がNi−Mn合金で
形成されていることにより、バイアス層26、26に使
用する反強磁性材料に制約があり、その結果、バイアス
層26、26の耐熱性、耐食性が悪いという不都合があ
った。即ち、耐熱性の高いバイアス層26、26を形成
するためには、Ni−Mn合金からなる反強磁性層22
と固定磁性層23の界面に、図示Y方向に作用する交換
異方性磁界に対し、交差する方向に磁場中で熱処理を施
すことにより、バイアス層26、26とフリー磁性層2
5の界面に、X1方向と反対方向に交換異方性磁界を発
生可能なNi−Mn合金などの反強磁性材料を選択しな
ければならない。
Further, since the antiferromagnetic layer 22 is formed of a Ni-Mn alloy, there are restrictions on the antiferromagnetic material used for the bias layers 26, 26, and as a result, the heat resistance of the bias layers 26, 26 is limited. There was a disadvantage that the corrosion resistance and the corrosion resistance were poor. That is, in order to form the bias layers 26, 26 having high heat resistance, the antiferromagnetic layer 22 made of a Ni—Mn alloy is used.
At the interface between the pinned magnetic layer 23 and the pinned magnetic layer 23, heat treatment is applied in a magnetic field in a direction intersecting with an exchange anisotropic magnetic field acting in the Y direction shown in the drawing, so that the bias layers 26, 26 and the free magnetic layer 2 are formed.
At the interface of No. 5, an antiferromagnetic material such as a Ni—Mn alloy capable of generating an exchange anisotropic magnetic field in the direction opposite to the X1 direction must be selected.

【0027】しかし、前記磁場中で熱処理を施した際
に、反強磁性層22と固定磁性層23の界面に作用する
交換異方性磁界がY方向からX1方向と反対方向に傾
き、固定磁性層23の磁化方向とフリー磁性層25の磁
化方向が非直交となってしまい、出力信号波形の対称性
が得られなくなってしまう問題があった。そこで、バイ
アス層26、26には、磁場中加熱処理を必要とせず、
磁場中で成膜直後に交換異方性磁界を発生する反強磁性
材料を選択する必要があった。このような理由により、
バイアス層26、26は、一般的に、面心立方晶で不規
則結晶構造を有するFeMn合金により形成されてい
る。
However, when the heat treatment is performed in the magnetic field, the exchange anisotropic magnetic field acting on the interface between the antiferromagnetic layer 22 and the pinned magnetic layer 23 is inclined from the Y direction to the direction opposite to the X1 direction, and the fixed magnetic field is generated. There is a problem that the magnetization direction of the layer 23 and the magnetization direction of the free magnetic layer 25 are non-orthogonal, and the symmetry of the output signal waveform cannot be obtained. Therefore, the bias layers 26, 26 do not require heat treatment in a magnetic field,
It was necessary to select an antiferromagnetic material that generates an exchange anisotropic magnetic field immediately after film formation in a magnetic field. For this reason,
The bias layers 26, 26 are generally formed of a FeMn alloy having a face-centered cubic crystal and an irregular crystal structure.

【0028】しかしながら、磁気記録装置などに装着し
た場合には、装置内の温度上昇または検出電流により発
生するジュール熱の発生により、素子部の温度が100
℃を超える高温となるため、交換異方性磁界が低下し、
フリー磁性層25を単磁区化することが困難となり、結
果として、バルクハウゼンノイズを発生してしまう問題
があった。また、Fe−Mn合金は、Ni−Mn合金以
上に耐食性が悪く、薄膜磁気ヘッドの製造工程でさらさ
れるトリポリ燐酸ソーダなどを含んだ弱アルカリ性溶液
や乳化剤などにより腐食して、交換異方性磁界が小さく
なってしまうなどの問題があるのみならず、磁気記録装
置内においても腐食が進行して耐久性に劣るという問題
がある。
However, when it is mounted on a magnetic recording device or the like, the temperature of the element portion becomes 100 due to the temperature rise in the device or the generation of Joule heat generated by the detected current.
Since the temperature exceeds ℃, the exchange anisotropic magnetic field decreases,
It is difficult to form the free magnetic layer 25 into a single magnetic domain, and as a result, Barkhausen noise is generated. Further, the Fe-Mn alloy has poorer corrosion resistance than the Ni-Mn alloy, and is corroded by a weak alkaline solution or emulsifier containing sodium tripolyphosphate exposed in the manufacturing process of the thin-film magnetic head, resulting in an exchange anisotropic magnetic field. Not only has a problem that the magnetic field becomes smaller, but also has a problem that the corrosion progresses even in the magnetic recording device, resulting in poor durability.

【0029】また、図15〜図17に示す従来のスピン
バルブ型薄膜磁気素子の製造方法にあっては、図16に
示すリフトオフレジスト351を形成する工程で、前記
基板と前記バイアス層との間に形成される最上層の表面
が大気に触れてしまい、大気に触れた表面をArなどの
希ガスによりイオンミリングや逆スパッタによりクリー
ニングしてからその上の層を形成する必要がある。この
ため、製造工程が増大する問題がある。更に、前記最上
層の表面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニ
ングする必要があるため、再付着物によるコンタミや、
表面の結晶状態の乱れによる交換異方性磁界の発生に対
する悪影響など、クリーニングすることに起因する不都
合が生じてしまう。
Further, in the conventional method for manufacturing a spin-valve thin film magnetic element shown in FIGS. 15 to 17, in the step of forming the lift-off resist 351 shown in FIG. 16, a space between the substrate and the bias layer is formed. Since the surface of the uppermost layer formed in 1) is exposed to the atmosphere, it is necessary to clean the surface exposed to the atmosphere by ion milling or reverse sputtering with a rare gas such as Ar before forming the layer thereon. Therefore, there is a problem that the number of manufacturing processes increases. Furthermore, since it is necessary to clean the surface of the uppermost layer by ion milling or reverse sputtering, contamination due to redeposited matter,
Inconveniences caused by cleaning occur, such as adverse effects on the generation of the exchange anisotropic magnetic field due to the disorder of the crystal state of the surface.

【0030】また、図18に示したスピンバルブ型薄膜
素子MR3においては、積層体a12の側面上端付近で
のハードバイアス層126、126の先端部126a、
126aから第1のフリー磁性層177に与えられる磁
界が強く、しかもこの磁界は第1のフリー磁性層177
に付与したい磁界方向と逆向きの磁界であるので、ハー
ドバイアス層126、126の磁界が後述のスピンフロ
ップ磁界(Hsf)よりも大きくなると、本来第1のフリ
ー磁性層177に付与したい磁界方向と逆向きの磁界が
第1のフリー磁性層177の両端部(各ハードバイアス
層126の近傍部分)に作用されることとなり、第1の
フリー磁性層177の中央部では磁化の方向が第2のフ
リー磁性層178の磁化の向きの逆向き(X1方向の逆
向き)に揃っているものの、両端部では磁化の方向が乱
れてしまう問題がある。
Further, in the spin valve thin film element MR3 shown in FIG. 18, the tip portions 126a of the hard bias layers 126, 126 near the upper end of the side surface of the laminated body a12,
The magnetic field applied to the first free magnetic layer 177 from 126a is strong, and this magnetic field is generated by the first free magnetic layer 177.
Therefore, when the magnetic field of the hard bias layers 126 and 126 becomes larger than the spin-flop magnetic field (H sf ) described later, the magnetic field direction originally desired to be applied to the first free magnetic layer 177 is A magnetic field in the direction opposite to that of the first free magnetic layer 177 is applied to both ends (the vicinity of each hard bias layer 126) of the first free magnetic layer 177, and the magnetization direction in the central portion of the first free magnetic layer 177 is the second direction. Although the free magnetic layer 178 is aligned in the opposite direction of the magnetization direction (the opposite direction of the X1 direction), there is a problem that the magnetization direction is disturbed at both ends.

【0031】このように第1のフリー磁性層177の両
端部の磁化の方向が乱れると、磁化の向きが第1のフリ
ー磁性層177の磁化の方向と反平行方向(X1方向)
に揃えられる第2のフリー磁性層178は、中央部の磁
化の方向が第1のフリー磁性層177の磁化の向きと逆
向き(X1方向)に揃っているものの、両端部の磁化の
方向が乱れてしまい、第1、第2のフリー磁性層17
7、178の両端部の磁化の方向が反平行に揃わなくな
る結果、トラック幅Twの両端のところで、再生波形の
不安定性の原因となり、サーボエラー等の問題を引き起
こすおそれを有していた。
When the magnetization directions of both ends of the first free magnetic layer 177 are disturbed in this way, the magnetization direction is antiparallel to the magnetization direction of the first free magnetic layer 177 (X1 direction).
In the second free magnetic layer 178 which is aligned with the first free magnetic layer 177, the magnetization direction of the central portion is opposite to the magnetization direction of the first free magnetic layer 177 (X1 direction). It is disturbed and the first and second free magnetic layers 17 are disturbed.
As a result of the magnetization directions of both ends of Nos. 7 and 178 not aligning in antiparallel, the reproduction waveform becomes unstable at both ends of the track width Tw, which may cause a problem such as a servo error.

【0032】次に、上記スピンフロップ磁界について図
19を用いて説明する。図19は、フリー磁性層のM−
H曲線を示す図である。このM−H曲線とは、図19に
示す構成のスピンバルブ型薄膜素子MR3のフリー磁性
層175に対してトラック幅方向から外部磁界Hを印加
したときの、フリー磁性層175の磁化Mの変化を示し
たものである。図19では外部磁界Hがハードバイアス
層126、126からのバイアス磁界に相当する。
Next, the spin-flop magnetic field will be described with reference to FIG. FIG. 19 shows M− of the free magnetic layer.
It is a figure which shows a H curve. This MH curve is the change in the magnetization M of the free magnetic layer 175 when an external magnetic field H is applied to the free magnetic layer 175 of the spin-valve thin film element MR3 having the configuration shown in FIG. 19 from the track width direction. Is shown. In FIG. 19, the external magnetic field H corresponds to the bias magnetic field from the hard bias layers 126, 126.

【0033】また、図19において、F1で示す矢印
は、第1のフリー磁性層177の磁化方向を表し、F2
で示す矢印は、第2のフリー磁性層178の磁化方向を
表す。図19に示すように、外部磁界Hが小さいとき
は、第1のフリー磁性層177と第2のフリー磁性層1
78が反強磁性的に結合した状態、即ち、矢印F1と矢
印F2の方向が反平行になっているが、外部磁界Hの大
きさがある値を超えると、矢印F1と矢印F2の方向が反
平行に揃わなくなり、第1フリー磁性層177と第2フ
リー磁性層178の反強磁性的結合が壊され、フェリ磁
性状態を維持できなくなる。これがスピンフロップ転移
である。またこのスピンフロップ転移が起きたときの外
部磁界の大きさがスピンフロップ磁界であり、図19で
はHsfで示している。そして、更に外部磁界Hをスピン
フロップ磁界Hsfより大きくしていくと、矢印F1の方
向が更に回転して、矢印F2の方向の平行方向を向き、
即ち、矢印F1は元の方向と180゜異なる方向を向
き、フェリ磁性状態が完全に崩れてしまう。これが飽和
磁界であって、図19ではHSで示している。
Further, in FIG. 19, the arrow indicated by F 1 indicates the magnetization direction of the first free magnetic layer 177, and F 2
The arrow indicated by indicates the magnetization direction of the second free magnetic layer 178. As shown in FIG. 19, when the external magnetic field H is small, the first free magnetic layer 177 and the second free magnetic layer 1 are
78 is antiferromagnetically coupled, that is, the directions of the arrows F 1 and F 2 are antiparallel, but when the magnitude of the external magnetic field H exceeds a certain value, the arrows F 1 and F 2 The directions of 2 are not aligned antiparallel, the antiferromagnetic coupling between the first free magnetic layer 177 and the second free magnetic layer 178 is broken, and the ferrimagnetic state cannot be maintained. This is the spin-flop transition. The magnitude of the external magnetic field when this spin-flop transition occurs is the spin-flop magnetic field, which is indicated by H sf in FIG. Then, when the external magnetic field H is further made larger than the spin-flop magnetic field H sf , the direction of the arrow F 1 further rotates, and the direction parallel to the direction of the arrow F 2 is turned,
That is, the arrow F 1 points in a direction different from the original direction by 180 °, and the ferrimagnetic state is completely destroyed. This is the saturation magnetic field, which is indicated by H S in FIG.

【0034】従って、図19の第1、第2のフリー磁性
層177、178の両端部の磁化の方向は、例えば、図
20の矢印F1で示す第1のフリー磁性層177の領域
に存在する各種矢印のように第1フリー磁性層177の
両端部においてより大きく乱れることとなり、この第1
フリー磁性層177の磁化の方向に対してフェリ状態の
反平行状態になろうとする磁化が図20の矢印F2に示
す第2のフリー磁性層178の領域のような方向を向く
関係となってしまう。従って、図18に示す構造のスピ
ンバルブ型薄膜素子MR3においてもトラック幅Twの
両端のところで、再生波形不安定性の原因となり、サー
ボエラー等の問題を引き起こすおそれを有していた。図
20に示す磁化の状態を更に詳述すると、第1のフリー
磁性層177の左右両端側ではハードバイアス層からの
強い逆方向磁界がかかり、これにより第2のフリー磁性
層178の磁化分布も乱れてバルクハウゼンノイズ等の
発生が考えられ、磁気的安定性に不安を有することにな
る。
Therefore, the directions of magnetization at both ends of the first and second free magnetic layers 177 and 178 in FIG. 19 are present in the region of the first free magnetic layer 177 shown by the arrow F 1 in FIG. 20, for example. As shown by various arrows, the first free magnetic layer 177 is disturbed more greatly at both ends thereof.
The magnetization that tends to be in the anti-parallel state of the ferri state with respect to the direction of the magnetization of the free magnetic layer 177 has a relationship such that it is oriented in the direction of the region of the second free magnetic layer 178 shown by the arrow F 2 in FIG. I will end up. Therefore, also in the spin-valve type thin film element MR3 having the structure shown in FIG. 18, there is a possibility of causing instability in the reproduced waveform at both ends of the track width Tw and causing a problem such as a servo error. The magnetization state shown in FIG. 20 will be described in more detail. On the left and right ends of the first free magnetic layer 177, a strong reverse magnetic field from the hard bias layer is applied, so that the magnetization distribution of the second free magnetic layer 178 is also increased. Disturbance may occur and Barkhausen noise or the like may occur, which causes concern about magnetic stability.

【0035】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、バイアス層の材質を改良すること
により、耐熱性、耐食性に優れたスピンバルブ型薄膜磁
気素子を提供するとともに、フリー磁性層の磁化方向を
確実に揃えることができるバイアス構造を備えたスピン
バルブ型薄膜磁気素子を提供することを課題としてい
る。更に本発明は、フリー磁性層を2層に分離した構造
を採用し、フリー磁性層にバイアスが印加される構造を
採用しても、各フリー磁性層の端部側での磁化の乱れを
生じ難い構造としてバイアスを良好に作用できるように
構成し、バルクハイゼンノイズの発生を抑え、安定性を
高めたスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供することを課
題としている。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a spin valve thin film magnetic element excellent in heat resistance and corrosion resistance by improving the material of the bias layer. An object of the present invention is to provide a spin-valve thin film magnetic element having a bias structure capable of surely aligning the magnetization directions of the free magnetic layer. Further, according to the present invention, the structure in which the free magnetic layer is separated into two layers is adopted, and even if the structure in which the bias is applied to the free magnetic layer is adopted, the disturbance of the magnetization occurs on the end side of each free magnetic layer. An object of the present invention is to provide a spin-valve thin-film magnetic element that has a structure that allows a bias to act well and that suppresses the occurrence of Barkhausen noise and that has improved stability.

【0036】更にまた、前記スピンバルブ型薄膜磁気素
子を備え、耐久性および耐熱性に優れ、十分な交換異方
性磁界が得られる信頼性の高い薄膜磁気ヘッドを提供す
ることを課題としている。
Furthermore, it is another object of the present invention to provide a thin film magnetic head having the spin-valve type thin film magnetic element, which is excellent in durability and heat resistance and which can obtain a sufficient exchange anisotropic magnetic field and has high reliability.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明のスピン
バルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、前記反強磁性
層の上に形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界
により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁
性層の上に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性
層と、前記フリー磁性層に接してトラック幅に相当する
間隔を開けて配置された軟磁性層と、前記軟磁性層に接
して形成され、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定
磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃えるバイア
ス層と、前記フリー磁性層に検出電流を与える導電層と
を基板上に有するスピンバルブ型薄膜磁気素子であり、
前記反強磁性層、および前記バイアス層が、組成式Pt
mMn100-mで表される組成比の異なる合金からなり、前
記バイアス層を構成する合金の組成比を示すmが52原
子%≦m≦60原子%であり、前記反強磁性層を構成す
る合金の組成比を示すmが48原子%≦m≦58原子%
であることを特徴とするものである。前記バイアス層の
組成比を示すmは52原子%≦m≦54原子%であるこ
とがより好ましい。前記バイアス層の組成比を示すmは
56.8原子%≦m≦60原子%であることがより好ま
しい。
In order to achieve the above object, the present invention has the following constitutions. A spin-valve thin-film magnetic element of the present invention is an antiferromagnetic layer, and a pinned magnetic layer formed on the antiferromagnetic layer and having a magnetization direction fixed by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer. A free magnetic layer formed on the pinned magnetic layer via a non-magnetic conductive layer, a soft magnetic layer arranged in contact with the free magnetic layer with a gap corresponding to a track width, and the soft magnetic layer. A bias layer formed in contact with the magnetic layer, which aligns the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer, and a conductive layer which gives a detection current to the free magnetic layer are formed on the substrate. A spin-valve thin-film magnetic element having
The antiferromagnetic layer and the bias layer have a composition formula Pt.
m Mn 100-m , which is composed of alloys having different composition ratios, in which m representing the composition ratio of the alloy forming the bias layer is 52 atom% ≦ m ≦ 60 atom%, and forming the antiferromagnetic layer Indicating the composition ratio of the alloy to be used, m is 48 atomic% ≤ m ≤ 58 atomic%
It is characterized by being. It is more preferable that m representing the composition ratio of the bias layer is 52 at% ≦ m ≦ 54 at%. It is more preferable that m representing the composition ratio of the bias layer is 56.8 atom% ≦ m ≦ 60 atom%.

【0038】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、反強磁性層およびバイアス層が、上記の合金からな
るものであるので、交換異方性磁界の温度特性が良好と
なり、耐熱性、耐食性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気
素子を提供することが可能となる。また、装置内の温度
が高温となる薄膜磁気ヘッドなどの装置に備えられた場
合の耐久性が良好で、温度変化による交換異方性磁界
(交換結合磁界)の変動が少ない優れたスピンバルブ型
薄膜磁気素子を得ることができる。更にまた、反強磁性
層を上記の合金で形成することで、ブロッキング温度が
高いものとなり、反強磁性層に大きな交換異方性磁界を
発生させることができるため、固定磁性層の磁化方向を
強固に固定することができる。また、フリー磁性層とバ
イアス層の間に軟磁性層が形成されているため、フリー
磁性層の磁化方向を確実に揃えることができる。
In such a spin-valve thin-film magnetic element, since the antiferromagnetic layer and the bias layer are made of the above alloy, the temperature characteristic of the exchange anisotropic magnetic field becomes good, and the heat resistance and corrosion resistance are improved. It is possible to provide an excellent spin valve thin film magnetic element. Also, the spin valve type is excellent in durability when equipped in a device such as a thin film magnetic head whose temperature in the device becomes high, and has little fluctuation of exchange anisotropic magnetic field (exchange coupling magnetic field) due to temperature change. A thin film magnetic element can be obtained. Furthermore, by forming the antiferromagnetic layer with the above alloy, the blocking temperature becomes high, and a large exchange anisotropic magnetic field can be generated in the antiferromagnetic layer, so that the magnetization direction of the pinned magnetic layer is changed. Can be firmly fixed. Moreover, since the soft magnetic layer is formed between the free magnetic layer and the bias layer, the magnetization directions of the free magnetic layer can be reliably aligned.

【0039】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少な
くとも一方が、非磁性中間層を介して2つに分断され、
分断された層どうしで磁化の向きが反平行なるフェリ磁
性状態とされたことを特徴とするものとしてもよい。
Further, in the above spin-valve thin film magnetic element, at least one of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer,
The separated layers may be in a ferrimagnetic state in which the magnetization directions are antiparallel.

【0040】少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介
して2つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とし
た場合、2つに分断された固定磁性層のうち一方が他方
の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定
磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能と
なる。一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を
介して2つに分断されスピンバルブ型薄膜磁気素子とし
た場合、2つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交
換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界
に対して感度よく反転できるものとなる。
In the case of a spin valve thin film magnetic element in which at least the pinned magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, one of the two pinned magnetic layers is the other pinned magnetic layer. It plays a role of fixing in the proper direction, and it becomes possible to keep the state of the fixed magnetic layer in a very stable state. On the other hand, when at least the free magnetic layer is divided into two via the non-magnetic intermediate layer to form a spin-valve thin-film magnetic element, an exchange coupling magnetic field is generated between the two divided free magnetic layers, and the ferrimagnetic field is reduced. It is brought into a magnetic state and can be inverted with high sensitivity to an external magnetic field.

【0041】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記軟磁性層は、NiFe合金からなるこ
とが望ましい。
In the above spin-valve type thin film magnetic element, it is desirable that the soft magnetic layer is made of a NiFe alloy.

【0042】本発明において、前記フリー磁性層のトラ
ック幅に相当する部分の両側に凹部が形成され、これら
の凹部を埋め込むように軟磁性層が積層され、これら軟
磁性層が前記フリー磁性層に前記凹部底面でもって直接
接合されるとともに、これら軟磁性層上にバイアス層と
導電層が積層されてなることを特徴とする構造を採用し
ても良い。一般に、強磁性体と強磁性体の界面での交換
結合より、強磁性体と反強磁性体の界面での交換結合の
方が界面での汚染や結晶性の乱れの悪影響を受け易い。
従って、軟磁性層とバイアス層は同一成膜装置内で連続
的に成膜することが必要である。フリー磁性層に凹部を
設ける事なく軟磁性層を成膜した場合、トラック幅の両
側部分の合計の(強磁性膜厚×飽和磁化)がフリー磁性
層の(強磁性膜厚×飽和磁化)より大幅に厚くなる。フ
リー磁性層が受ける縦バイアスの強さはトラック両端部
分の(強磁性膜厚×飽和磁化)をフリー磁性層の(強磁
性膜厚×飽和磁化)で割った値に比例するために、凹部
を設けない場合は縦バイアスが必要以上に強くなり過ぎ
て、トラック両端部分に不感領域を生じたり、素子全体
の感度が低下するといった問題を生じる場合があった。
また、あまりに軟磁性層を厚くし過ぎるとバイアス層と
軟磁性層間の交換結合磁界が膜厚に反比例して小さくな
るために、わずかな外乱磁界で縦バイアス状態が変化し
て再生波形の不安定性に結び付くといった不具合を生じ
る場合も考えられる。軟磁性層の厚みを極力薄くするこ
とでこれらは改善は可能であるが、あまり軟磁性層を薄
くすると軟磁性層が充分な結晶性を保てなくなること等
により、軟磁性層とバイアス層間の交換結合磁界が逆に
劣化してくる問題がある。凹部を設けた場合は、凹部の
深さ分だけ継ぎ足した軟磁性層の分の一部の膜厚が相殺
されるために、必要以上に縦バイアスが強くなりにくい
とともに、軟磁性層間の交換結合磁界も低下しにくいた
め、再生感度とトラック幅の制御性と再生波形の安定性
が向上する効果がある。第2の効果として、凹部をイオ
ンミリング等で掘り込むことで、フリー磁性層表面の汚
染物質を効果的に除去することができ、軟磁性層とフリ
ー磁性層間の強磁性交換結合をより強固にしてフリー磁
性層に縦バイアスを有効に伝達する効果もある。また、
フリー磁性層の上にCu等のバックド層やTa等の酸化
防止層が積層されている場合であっても、凹部を掘り込
むことで確実にフリー磁性層を構成する強磁性体表面を
露出させることができる。
In the present invention, recesses are formed on both sides of a portion corresponding to the track width of the free magnetic layer, and soft magnetic layers are laminated so as to fill these recesses. These soft magnetic layers serve as the free magnetic layer. A structure may be adopted in which the soft magnetic layer is directly bonded to the bottom surface of the recess and a bias layer and a conductive layer are laminated on these soft magnetic layers. In general, the exchange coupling at the interface between the ferromagnetic material and the antiferromagnetic material is more likely to be adversely affected by contamination at the interface and disorder of crystallinity than the exchange coupling at the interface between the ferromagnetic material and the ferromagnetic material.
Therefore, it is necessary to continuously form the soft magnetic layer and the bias layer in the same film forming apparatus. When a soft magnetic layer is formed without forming a recess in the free magnetic layer, the total (ferromagnetic film thickness x saturation magnetization) of both sides of the track width is less than the (ferromagnetic film thickness x saturation magnetization) of the free magnetic layer. Significantly thicker. The strength of the longitudinal bias received by the free magnetic layer is proportional to the value obtained by dividing (ferromagnetic film thickness x saturation magnetization) at both ends of the track by (ferromagnetic film thickness x saturation magnetization) of the free magnetic layer. If it is not provided, the longitudinal bias may become excessively strong, resulting in problems such as dead zones at both ends of the track and a decrease in sensitivity of the entire device.
Also, if the soft magnetic layer is made too thick, the exchange coupling magnetic field between the bias layer and the soft magnetic layer decreases in inverse proportion to the film thickness, so the longitudinal bias state changes due to a slight disturbance magnetic field and the reproduction waveform becomes unstable. It is also possible that a problem such as being linked to These can be improved by making the thickness of the soft magnetic layer as thin as possible. However, if the soft magnetic layer is made too thin, the soft magnetic layer cannot maintain sufficient crystallinity, and so on. On the contrary, there is a problem that the exchange coupling magnetic field deteriorates. When the recess is provided, the thickness of the soft magnetic layer added by the depth of the recess is partially offset, so that the longitudinal bias is less likely to be stronger than necessary and the exchange coupling between the soft magnetic layers is not required. Since the magnetic field does not easily decrease, the read sensitivity, the controllability of the track width, and the stability of the read waveform are improved. As a second effect, by digging the concave portion by ion milling or the like, contaminants on the surface of the free magnetic layer can be effectively removed, and the ferromagnetic exchange coupling between the soft magnetic layer and the free magnetic layer is further strengthened. It also has an effect of effectively transmitting the longitudinal bias to the free magnetic layer. Also,
Even when a backed layer such as Cu or an anti-oxidation layer such as Ta is laminated on the free magnetic layer, the concave portion is dug to surely expose the surface of the ferromagnetic material forming the free magnetic layer. be able to.

【0043】更に本発明において、前記フリー磁性層が
非磁性中間層を介して2つに分断されてなり、前記固定
磁性層から遠い側のフリー磁性層が第1のフリー磁性
層、前記固定磁性層に近い側のフリー磁性層が第2のフ
リー磁性層とされた場合に、前記第1のフリー磁性層の
磁気的膜厚が前記第2のフリー磁性層の磁気的膜厚と異
なる値とされてなることを特徴とする構造を採用しても
良い。
Further, in the present invention, the free magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, and the free magnetic layer far from the pinned magnetic layer is the first free magnetic layer and the pinned magnetic layer. When the free magnetic layer close to the layer is the second free magnetic layer, the magnetic thickness of the first free magnetic layer is different from the magnetic thickness of the second free magnetic layer. A structure characterized by being formed may be adopted.

【0044】図21は、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁
気素子とトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子における
反強磁性層の熱処理温度と交換異方性磁界との関係を示
したグラフである。図21から明らかなように、反強磁
性層と基板との距離が近い(または、固定磁性層の下に
反強磁性層が配置された)ボトム型スピンバルブ型薄膜
磁気素子の反強磁性層(■印)の交換異方性磁界は、2
00℃で既に発現し、240℃付近で600(Oe)を
越えている。一方、反強磁性層と基板との距離がボトム
型スピンバルブ型薄膜磁気素子よりも遠い(または、固
定磁性層の上に反強磁性層が配置された)トップ型スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層(◆印)の交換異
方性磁界は、240℃付近で発現し、約260℃付近に
おいて600 Oe(48000A/m)を越えてい
る。
FIG. 21 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature of the antiferromagnetic layer and the exchange anisotropic magnetic field in the bottom spin valve thin film magnetic element and the top spin valve thin film magnetic element. As is clear from FIG. 21, the antiferromagnetic layer of the bottom spin-valve thin-film magnetic element in which the antiferromagnetic layer and the substrate are close (or the antiferromagnetic layer is arranged under the fixed magnetic layer). The exchange anisotropic magnetic field of (■) is 2
It has already developed at 00 ° C and exceeds 600 (Oe) at around 240 ° C. On the other hand, the distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is larger than that of the bottom spin valve thin film magnetic element (or the antiferromagnetic layer is arranged on the fixed magnetic layer) of the top spin valve thin film magnetic element. The exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer (marked with ♦) appears near 240 ° C., and exceeds 600 Oe (48000 A / m) at around 260 ° C.

【0045】このように、反強磁性層と基板との距離が
近い(または、固定磁性層の下に反強磁性層が配置され
た)ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層
は、反強磁性層と基板との距離がボトム型スピンバルブ
型薄膜磁気素子よりも遠い(または、固定磁性層の上に
反強磁性層が配置された)トップ型スピンバルブ型薄膜
磁気素子と比較して、比較的低い熱処理温度で高い交換
異方性磁界が得られることがわかる。
As described above, the antiferromagnetic layer of the bottom type spin-valve thin film magnetic element in which the distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is short (or the antiferromagnetic layer is arranged under the pinned magnetic layer) is , The distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is farther than the bottom spin valve thin film magnetic element (or the antiferromagnetic layer is arranged on the fixed magnetic layer) compared to the top spin valve thin film magnetic element Then, it can be seen that a high exchange anisotropic magnetic field can be obtained at a relatively low heat treatment temperature.

【0046】スピンバルブ型薄膜磁気素子において、反
強磁性層と基板との距離が近いボトム型スピンバルブ型
薄膜磁気素子の場合、前記反強磁性層に使用される材質
と同様の材質によって形成されたバイアス層が反強磁性
層よりも基板から遠い位置に配置されている。また、固
定磁性層と基板との距離が近いボトム型のスピンバルブ
型薄膜磁気素子は、固定磁性層の下に反強磁性層が配置
され、反強磁性層と基板との距離がボトム型スピンバル
ブ型薄膜磁気素子よりも遠いトップ型のスピンバルブ型
薄膜磁気素子は、固定磁性層の上に反強磁性層が配置さ
れている。
In the spin valve thin film magnetic element, in the case of the bottom type spin valve thin film magnetic element in which the distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is short, it is formed of the same material as that used for the antiferromagnetic layer. The bias layer is located farther from the substrate than the antiferromagnetic layer. Further, in a bottom-type spin-valve thin-film magnetic element in which the fixed magnetic layer and the substrate are close to each other, an antiferromagnetic layer is arranged below the fixed magnetic layer, and the distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is the bottom-type spin-valve. In a top spin valve thin film magnetic element farther than the valve thin film magnetic element, an antiferromagnetic layer is arranged on a pinned magnetic layer.

【0047】したがって、例えばスピンバルブ型薄膜磁
気素子の製造方法において、第1の磁界を印加しつつ、
第1の熱処理温度(220〜270℃)で前記第1の積
層体を熱処理すると、反強磁性層に交換異方性磁界が生
じ、固定磁性層の磁化方向が同一方向に固定される。ま
た、反強磁性層の交換異方性磁界は、600(Oe)以
上となる。次に、第1の磁界と直交する方向の第2の磁
界10〜600 Oe(800〜48000A/m)を
印加しつつ、第2の熱処理温度(250〜270℃)
で、前記第2の積層体を熱処理すると、バイアス層の交
換異方性磁界が生じ、フリー磁性層の磁化方向が第1の
磁界に対して交差する方向とされる。また、バイアス層
の交換異方性磁界は、600 Oe(48000A/
m)以上となる。
Therefore, for example, in a method of manufacturing a spin valve thin film magnetic element, while applying the first magnetic field,
When the first stacked body is heat-treated at the first heat treatment temperature (220 to 270 ° C.), an exchange anisotropic magnetic field is generated in the antiferromagnetic layer, and the magnetization directions of the pinned magnetic layers are fixed in the same direction. The exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer is 600 (Oe) or more. Next, the second heat treatment temperature (250 to 270 ° C.) is applied while applying the second magnetic field 10 to 600 Oe (800 to 48000 A / m) in the direction orthogonal to the first magnetic field.
Then, when the second laminated body is heat-treated, an exchange anisotropic magnetic field of the bias layer is generated, and the magnetization direction of the free magnetic layer intersects with the first magnetic field. The exchange anisotropic magnetic field of the bias layer is 600 Oe (48000 A /
m) or more.

【0048】このとき、第2の磁界を先の第1の熱処理
にて発生した反強磁性層の交換異方性磁界よりも小さく
しておけば、反強磁性層に第2の磁界が印加されても、
反強磁性層の交換異方性磁界が劣化することがなく、固
定磁性層の磁化方向を固定したままにすることが可能に
なる。このことにより、固定磁性層の磁化方向とフリー
磁性層の磁化方向とを交差する方向にすることができ
る。
At this time, if the second magnetic field is made smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer generated in the first heat treatment, the second magnetic field is applied to the antiferromagnetic layer. Even if
The exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer does not deteriorate, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer can be kept fixed. This allows the magnetization direction of the pinned magnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer to intersect each other.

【0049】したがって、上記のスピンバルブ型薄膜磁
気素子の製造方法においては、耐熱性に優れたPtMn
合金などの合金を反強磁性層だけでなくバイアス層にも
使用し、固定磁性層の磁化方向に悪影響を与えることな
く、バイアス層にフリー磁性層の磁化方向を固定磁性層
の磁化方向に対して交差する方向に揃える交換異方性磁
界を発生させることができ、フリー磁性層の磁化方向を
固定磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃えるこ
とができるため、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁
気素子を提供することが可能となる。
Therefore, in the above method for manufacturing the spin-valve type thin film magnetic element, PtMn excellent in heat resistance is used.
An alloy such as an alloy is used not only for the antiferromagnetic layer but also for the bias layer, and the magnetization direction of the free magnetic layer is set to the bias layer with respect to the magnetization direction of the pinned magnetic layer without adversely affecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer. It is possible to generate an exchange anisotropic magnetic field that aligns in the direction that intersects with the magnetic field, and the magnetization direction of the free magnetic layer can be aligned in the direction that intersects the magnetization direction of the pinned magnetic layer. It is possible to provide a valve type thin film magnetic element.

【0050】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法においては、第1の積層体の上に軟磁性層を
形成し、前記軟磁性層の上にバイアス層を形成する方法
であるので、軟磁性層を形成したのち、真空を破ること
なく前記バイアス層を形成することができ、前記バイア
ス層が形成される表面をイオンミリングや逆スパッタに
よりクリーニングする必要がないため、再付着物による
コンタミや、表面の結晶状態の乱れによる交換異方性磁
界の発生に対する悪影響など、クリーニングすることに
起因する不都合が生じない優れた製造方法とすることが
できる。また、前記バイアス層を形成する前に前記バイ
アス層が形成される面をクリーニングする必要がないた
め、容易に製造することができる。
In the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element, the soft magnetic layer is formed on the first laminated body, and the bias layer is formed on the soft magnetic layer. After the soft magnetic layer is formed, the bias layer can be formed without breaking the vacuum, and it is not necessary to clean the surface on which the bias layer is formed by ion milling or reverse sputtering. It is possible to provide an excellent manufacturing method that does not cause inconveniences caused by cleaning, such as contamination and adverse effects on the generation of an exchange anisotropic magnetic field due to disturbance of the crystal state of the surface. In addition, since it is not necessary to clean the surface on which the bias layer is formed before forming the bias layer, it can be easily manufactured.

【0051】また、本発明の薄膜磁気ヘッドは、スライ
ダに上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられてな
ることを特徴とする。このような薄膜磁気ヘッドとする
ことで、耐久性および耐熱性、耐食性に優れ、十分な交
換異方性磁界が得られる信頼性の高い薄膜磁気ヘッドと
することができる。
The thin-film magnetic head of the present invention is characterized in that the slider is provided with the above spin-valve thin-film magnetic element. By using such a thin film magnetic head, it is possible to obtain a highly reliable thin film magnetic head that has excellent durability, heat resistance, and corrosion resistance, and that can obtain a sufficient exchange anisotropic magnetic field.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】以下、本発明のスピンバルブ型薄
膜磁気素子の実施形態について、図面を参照して詳しく
説明する。 [第1の実施形態]図1は、本発明の第1の実施形態で
あるスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面
側から見た場合の構造を示した断面図、図5および図6
は、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜
磁気ヘッドを示した図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the spin valve thin film magnetic element of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a spin valve thin film magnetic element according to a first embodiment of the present invention when viewed from the side facing a recording medium, FIG. 5 and FIG. Figure 6
FIG. 3 is a diagram showing a thin film magnetic head including a spin valve thin film magnetic element of the present invention.

【0053】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の上
下には、ギャップ層を介してシールド層が形成され、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子、ギャップ層、及びシールド
層で、再生用のGMRヘッドh1が構成されている。な
お、前記再生用のGMRヘッドh1に、記録用のインダ
クティブヘッドh2を積層してもよい。
Shield layers are formed above and below the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention via a gap layer. The spin-valve thin-film magnetic element, the gap layer, and the shield layer constitute a reproducing GMR head h1. It is configured. The recording inductive head h2 may be laminated on the reproducing GMR head h1.

【0054】このスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備し
てなるGMRヘッドh1は、図5に示すように、インダ
クティブヘッドh2と共にスライダ151のトレーリン
グ側端部151dに設けられて薄膜磁気ヘッド150を
構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録磁界を
検出することが可能になっている。なお、図1におい
て、磁気記録媒体の移動方向は図示Z方向であり、磁気
記録媒体からの洩れ磁界の方向はY方向である。
As shown in FIG. 5, the GMR head h1 including this spin-valve type thin film magnetic element is provided at the trailing end 151d of the slider 151 together with the inductive head h2 to form the thin film magnetic head 150. However, it is possible to detect the recording magnetic field of a magnetic recording medium such as a hard disk. In FIG. 1, the moving direction of the magnetic recording medium is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

【0055】図5に示す薄膜磁気ヘッド150は、スラ
イダ151と、スライダ151の端面151dに備えら
れたGMRヘッドh1及びインダクティブヘッドh2を
主体として構成されている。符号155は、スライダ1
51の磁気記録媒体の移動方向の上流側であるリーディ
ング側を示し、符号156は、トレーリング側を示して
いる。このスライダ151の媒体対向面152には、レ
ール151a、151a、151bが形成され、各レー
ル同士間は、エアーグルーブ151c、151cとされ
ている。
The thin film magnetic head 150 shown in FIG. 5 is mainly composed of a slider 151, and a GMR head h1 and an inductive head h2 provided on the end surface 151d of the slider 151. Reference numeral 155 denotes the slider 1
Reference numeral 156 indicates a leading side which is an upstream side in the moving direction of the magnetic recording medium, and reference numeral 156 indicates a trailing side. Rails 151a, 151a, 151b are formed on the medium facing surface 152 of the slider 151, and air grooves 151c, 151c are formed between the rails.

【0056】図6に示すように、GMRヘッドh1は、
スライダ151の端面151d上に形成されたAl23
などからなる非磁性絶縁体の下地層200と、下地層2
00の上に形成された磁性合金からなる下部シールド層
163と、下部シールド層163に積層された下部ギャ
ップ層164と、媒体対向面152から露出するスピン
バルブ型薄膜磁気素子1と、スピンバルブ型薄膜磁気素
子1及び下部ギャップ層164を覆う上部ギャップ層1
66と、上部ギャップ層166を覆う上部シールド層1
67とから構成されている。上部シールド層167は、
インダクティブヘッドh2の下部コア層と兼用とされて
いる。
As shown in FIG. 6, the GMR head h1 is
Al 2 O 3 formed on the end surface 151d of the slider 151
A base layer 200 made of a non-magnetic insulator, and a base layer 2
00, a lower shield layer 163 made of a magnetic alloy, a lower gap layer 164 laminated on the lower shield layer 163, the spin valve thin film magnetic element 1 exposed from the medium facing surface 152, and a spin valve type. The upper gap layer 1 covering the thin film magnetic element 1 and the lower gap layer 164.
66 and the upper shield layer 1 covering the upper gap layer 166.
And 67. The upper shield layer 167 is
It is also used as the lower core layer of the inductive head h2.

【0057】インダクティブヘッドh2は、下部コア層
(上部シールド層)167と、下部コア層167に積層
されたギャップ層174と、コイル176と、コイル1
76を覆う上部絶縁層177と、ギャップ層174に接
合され、かつコイル176側にて下部コア層167に接
合される上部コア層178とから構成されている。コイ
ル176は、平面的に螺旋状となるようにパターン化さ
れている。また、コイル176のほぼ中央部分にて上部
コア層178の基端部178bが下部コア層167に磁
気的に接続されている。また、上部コア層178には、
アルミナなどからなる保護層179が積層されている。
The inductive head h2 has a lower core layer (upper shield layer) 167, a gap layer 174 laminated on the lower core layer 167, a coil 176, and a coil 1.
It is composed of an upper insulating layer 177 covering 76 and an upper core layer 178 bonded to the gap layer 174 and bonded to the lower core layer 167 on the coil 176 side. The coil 176 is patterned to have a spiral shape in a plane. Further, the base end portion 178b of the upper core layer 178 is magnetically connected to the lower core layer 167 at substantially the center of the coil 176. In addition, the upper core layer 178 includes
A protective layer 179 made of alumina or the like is laminated.

【0058】図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子1
は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁
性層が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシング
ルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。また、この例の
スピンバルブ型薄膜磁気素子1は、反強磁性材料をバイ
アス層として使用するエクスチェンジバイアス方式によ
り、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に
対して交差する方向に揃えるものである。前記エクスチ
ェンジバイアス方式は、不感領域があるため実効トラッ
ク幅の制御が困難であるハードバイアス方式と比較し
て、高密度記録に対応するトラック幅の狭いスピンバル
ブ型薄膜磁気素子に適した方式である。
Spin valve thin film magnetic element 1 shown in FIG.
Is a so-called bottom type single spin valve thin film magnetic element in which an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a free magnetic layer are formed one by one. In the spin-valve thin-film magnetic element 1 of this example, the magnetization direction of the free magnetic layer is aligned with the magnetization direction of the pinned magnetic layer by the exchange bias method using an antiferromagnetic material as the bias layer. It is a thing. The exchange bias method is suitable for a spin-valve thin film magnetic element with a narrow track width that is compatible with high density recording, as compared with a hard bias method in which it is difficult to control the effective track width due to a dead zone. .

【0059】図1において、符号Kは基板を示してい
る。この基板Kの上には、反強磁性層2が形成されてい
る。更に、前記反強磁性層2の上には、固定磁性層3が
形成され、この固定磁性層3の上には、非磁性導電層4
が形成され、更に、前記非磁性導電層4の上には、フリ
ー磁性層5が形成されている。また、前記フリー磁性層
5の上には、軟磁性層7、7がトラック幅Twに相当す
る間隔を開けて設けられている。前記軟磁性層7、7の
上にはバイアス層6、6が設けられ、前記バイアス層
6、6の上には導電層8、8が形成されている。
In FIG. 1, reference numeral K indicates a substrate. The antiferromagnetic layer 2 is formed on the substrate K. Further, a fixed magnetic layer 3 is formed on the antiferromagnetic layer 2, and a nonmagnetic conductive layer 4 is formed on the fixed magnetic layer 3.
And a free magnetic layer 5 is formed on the nonmagnetic conductive layer 4. Soft magnetic layers 7, 7 are provided on the free magnetic layer 5 with an interval corresponding to the track width Tw. Bias layers 6 and 6 are provided on the soft magnetic layers 7 and 7, and conductive layers 8 and 8 are formed on the bias layers 6 and 6.

【0060】前記基板Kは、Al23−TiC系セラミ
ックス151などの表面に、非磁性絶縁体のAl2
3(アルミナ)からなる下地層200が形成され、下地
層200の上に下部シールド層163と下部ギャップ層
164が順次形成されている。
The substrate K has a surface of Al 2 O 3 —TiC ceramics 151 or the like and a non-magnetic insulator Al 2 O.
A base layer 200 made of 3 (alumina) is formed, and a lower shield layer 163 and a lower gap layer 164 are sequentially formed on the base layer 200.

【0061】前記反強磁性層2は、Pt、Pd、Ir、
Rh、Ru、Os、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、A
r、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2種以上
の元素と、Mnとを含む合金からなるものである。これ
らの合金からなる反強磁性層2は、耐熱性、耐食性に優
れるという特徴を有している。特に前記反強磁性層2
は、下記の組成式からなる合金であることが好ましい。 XmMn100-m 但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのう
ちの少なくとも1種以上の元素であり、組成比を示すm
は、48原子%≦m≦60原子%である。
The antiferromagnetic layer 2 is made of Pt, Pd, Ir,
Rh, Ru, Os, Au, Ag, Cr, Ni, Ne, A
It is made of an alloy containing Mn and at least one or more elements of r, Xe, and Kr. The antiferromagnetic layer 2 made of these alloys is characterized by excellent heat resistance and corrosion resistance. In particular, the antiferromagnetic layer 2
Is preferably an alloy having the following composition formula. X m Mn 100-m where X is at least one element selected from Pt, Pd, Ir, Rh, Ru and Os, and represents a composition ratio m.
Is 48 atom% ≦ m ≦ 60 atom%.

【0062】更に、前記反強磁性層2は、下記の組成式
からなる合金であっても良い。 PtmMn100-m-nn 但し、Dは、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少
なくとも1種または2種以上の元素であり、組成比を示
すm、nは48原子%≦m+n≦60原子%、0.2原
子%≦n≦40原子%である。
Further, the antiferromagnetic layer 2 may be an alloy having the following composition formula. Pt m Mn 100-mn D n where D is at least one element or two or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru and Os, and m and n showing the composition ratio are 48 atomic% ≤ m + n ≦ 60 atomic%, 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%.

【0063】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記反強磁性層は、下記の組成式からなる
合金であることが望ましい。 PtqMn100-q-jj 但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、X
e、Krのうちの少なくとも1種または2種以上の元素
であり、組成比を示すq、jは、48原子%≦q+j≦
60原子%、0.2原子%≦j≦10原子%である。ま
た、組成比を示すq、jが、48原子%≦q+j≦58
原子%、0.2原子%≦j≦10原子%であることがよ
り好ましい。
In the above spin-valve type thin film magnetic element, it is desirable that the antiferromagnetic layer is an alloy having the following composition formula. Pt q Mn 100-qj L j where L is Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, X
e and Kr are at least one element or two or more elements, and q and j, which represent the composition ratio, are 48 atom% ≦ q + j ≦.
60 atomic%, 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%. Further, q and j indicating the composition ratio are 48 atomic% ≦ q + j ≦ 58.
It is more preferable that atomic% and 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%.

【0064】前記固定磁性層3は、例えば、Co膜、N
iFe合金、CoNiFe合金、CoFe合金、CoN
i合金などで形成されている。図1に示す固定磁性層3
は、反強磁性層2に接して形成され、磁場中熱処理を施
すことにより、前記固定磁性層3と前記反強磁性層2と
の界面にて発生する交換結合による交換異方性磁界によ
り磁化されている。前記固定磁性層3の磁化方向は、図
示Y方向、即ち記録媒体から離れる方向(ハイト方向)
に固定されている。
The pinned magnetic layer 3 is, for example, a Co film or N film.
iFe alloy, CoNiFe alloy, CoFe alloy, CoN
It is made of an i alloy or the like. Pinned magnetic layer 3 shown in FIG.
Is formed in contact with the antiferromagnetic layer 2 and subjected to heat treatment in a magnetic field to magnetize by an exchange anisotropic magnetic field due to exchange coupling generated at the interface between the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2. Has been done. The magnetization direction of the fixed magnetic layer 3 is the Y direction in the figure, that is, the direction away from the recording medium (height direction).
It is fixed to.

【0065】また、前記非磁性導電層4は、Cu、A
u、Agなどの非磁性導電膜により形成されることが好
ましい。
The nonmagnetic conductive layer 4 is made of Cu, A
It is preferably formed of a non-magnetic conductive film such as u or Ag.

【0066】また、前記フリー磁性層5は、前記固定磁
性層3と同様の材質などで形成されることが好ましい。
前記フリー磁性層5は、バイアス層6からのバイアス磁
界によって磁化され、図示X1方向と反対方向、即ち固
定磁性層3の磁化方向と交差する方向に磁化方向が揃え
られている。前記フリー磁性層5が前記バイアス層6に
より単磁区化されることによって、バルクハウゼンノイ
ズの発生が防止される。
The free magnetic layer 5 is preferably made of the same material as the pinned magnetic layer 3.
The free magnetic layer 5 is magnetized by the bias magnetic field from the bias layer 6, and the magnetization direction is aligned in the direction opposite to the X1 direction in the drawing, that is, in the direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3. Since the free magnetic layer 5 is formed into a single magnetic domain by the bias layer 6, Barkhausen noise is prevented from occurring.

【0067】前記軟磁性層7は、Co、Ni、Fe、C
oーFe合金、CoーNiーFe合金、CoNi合金、
NiFe合金などで形成され、中でも、フリー磁性層5
を構成する材料と同一の合金で形成されることが好まし
く、フリー磁性層5の表面がNiFe合金で形成されて
いる場合は、軟磁性層7をNiFe合金で形成すること
が好ましい。これは、軟磁性層7を、フリー磁性層5を
構成する材料と同一とした方が、軟磁性層7とフリー磁
性層5の界面での強磁性結合が確実となり、バイアス層
6と軟磁性層7との界面に発生させた一方向異方性の交
換結合磁界を軟磁性層7を介してフリー磁性層5へ伝搬
させることが可能となる。
The soft magnetic layer 7 is made of Co, Ni, Fe, C.
o-Fe alloy, Co-Ni-Fe alloy, CoNi alloy,
The free magnetic layer 5 is formed of a NiFe alloy or the like.
It is preferable that the soft magnetic layer 7 is formed of the same alloy as that of the above-mentioned material. If the surface of the free magnetic layer 5 is formed of a NiFe alloy, the soft magnetic layer 7 is preferably formed of a NiFe alloy. This is because when the soft magnetic layer 7 is made of the same material as that of the free magnetic layer 5, the ferromagnetic coupling at the interface between the soft magnetic layer 7 and the free magnetic layer 5 is ensured, and the bias layer 6 and the soft magnetic layer 5 are formed. The unidirectional anisotropic exchange coupling magnetic field generated at the interface with the layer 7 can be propagated to the free magnetic layer 5 via the soft magnetic layer 7.

【0068】前記バイアス層6は、前記反強磁性層2と
同様に、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Au、
Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少
なくとも1種または2種以上の元素と、Mnとを含む合
金からなるものであり、磁場中熱処理により、軟磁性層
7との界面にて交換異方性磁界が発現されて、交換異方
性磁界が軟磁性層7へ伝搬し、軟磁性層7とフリー磁性
層5との界面で発生する強磁性結合によりフリー磁性層
5を一定の方向に磁化するものである。そして、これら
の合金からなるバイアス層6は、耐熱性、耐食性に優れ
るという特徴を有している。
The bias layer 6 is similar to the antiferromagnetic layer 2 in that Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au,
It is composed of an alloy containing Mn and at least one element of Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr, and an interface with the soft magnetic layer 7 by heat treatment in a magnetic field. The exchange anisotropy magnetic field is developed at, the exchange anisotropy magnetic field propagates to the soft magnetic layer 7, and the free magnetic layer 5 is formed by the ferromagnetic coupling generated at the interface between the soft magnetic layer 7 and the free magnetic layer 5. It is magnetized in a fixed direction. The bias layer 6 made of these alloys is characterized by excellent heat resistance and corrosion resistance.

【0069】特に前記バイアス層6は、下記の組成式か
らなる合金であることが好ましい。 XmMn100-m 但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのう
ちの少なくとも1種以上の元素であり、組成比を示すm
は、52原子%≦m≦60原子%である。更に、バイア
ス層6は、下記の組成式からなる合金であっても良い。 PtmMn100-m-nn 但し、Dは、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少
なくとも1種または2種以上の元素であり、組成比を示
すm、nは52原子%≦m+n≦60原子%、0.2原
子%≦n≦40原子%である。
Particularly, the bias layer 6 is preferably an alloy having the following composition formula. X m Mn 100-m where X is at least one element selected from Pt, Pd, Ir, Rh, Ru and Os, and represents a composition ratio m.
Is 52 atomic% ≦ m ≦ 60 atomic%. Further, the bias layer 6 may be an alloy having the following composition formula. Pt m Mn 100-mn D n However, D is at least 1 type or 2 or more types of elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, and m and n which show a composition ratio are 52 atomic% <= m + n ≦ 60 atomic%, 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%.

【0070】更にまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気
素子においては、前記バイアス層は、下記の組成式から
なる合金であってもよい。 PtqMn100-q-jj 但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、X
e、Krのうちの少なくとも1種または2種以上の元素
であり、組成比を示すq、jは、52原子%≦q+j≦
60原子%、0.2原子%≦j≦10原子%である。ま
た、前記導電層8、8は、例えば、Au、W、Cr、T
aなどで形成されることが好ましい。
Furthermore, in the above spin-valve type thin film magnetic element, the bias layer may be an alloy having the following composition formula. Pt q Mn 100-qj L j where L is Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, X
e and Kr are at least one element or two or more elements, and q and j showing the composition ratio are 52 atomic% ≦ q + j ≦
60 atomic%, 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%. The conductive layers 8 and 8 are made of, for example, Au, W, Cr, T
It is preferably formed of a or the like.

【0071】このスピンバルブ型薄膜磁気素子1におい
ては、導電層8、8からフリー磁性層5、非磁性導電層
4、固定磁性層3に定常電流が与えられ、図示Z方向に
走行する磁気記録媒体からの漏れ磁界が図示Y方向に与
えられると、前記フリー磁性層5の磁化方向が図示X方
向と反対方向から図示Y方向に向けて変動する。このフ
リー磁性層5内での磁化方向の変動と固定磁性層3の磁
化方向との関係で電気抵抗が変化し、この抵抗変化に基
づく電圧変化により磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出
される。
In this spin-valve thin-film magnetic element 1, a steady current is applied from the conductive layers 8 to the free magnetic layer 5, the non-magnetic conductive layer 4, and the fixed magnetic layer 3 to cause magnetic recording traveling in the Z direction in the figure. When the leakage magnetic field from the medium is applied in the Y direction in the drawing, the magnetization direction of the free magnetic layer 5 changes from the direction opposite to the X direction in the drawing toward the Y direction in the drawing. The electric resistance changes due to the relationship between the fluctuation of the magnetization direction in the free magnetic layer 5 and the magnetization direction of the fixed magnetic layer 3, and the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is detected by the voltage change based on this resistance change.

【0072】次に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子1の製造方法を説明する。この製造方法は、スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子1における反強磁性層2およびバイ
アス層6、6の位置によって、熱処理により発生する反
強磁性層2およびバイアス層6、6の交換異方性磁界の
大きさが相違する性質を利用してなされたものであり、
1度目の熱処理で固定磁性層3の磁化方向を固定し、2
度目の熱処理でフリー磁性層5の磁化方向を前記固定磁
性層3の磁化方向と交差する方向に揃えるものである。
Next, a method of manufacturing the spin valve thin film magnetic element 1 of the present invention will be described. According to this manufacturing method, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 and the bias layers 6 and 6 generated by the heat treatment depends on the positions of the antiferromagnetic layer 2 and the bias layers 6 and 6 in the spin-valve thin film magnetic element 1. It was made by using the property that the sizes are different,
By the first heat treatment, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is fixed and 2
By the second heat treatment, the magnetization direction of the free magnetic layer 5 is aligned with the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3.

【0073】即ち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子1の製造方法では、基板K上に、反強磁性層2と、固
定磁性層3と、非磁性導電層4と、フリー磁性層5とを
順次積層して図2に示す第1の積層体a1を形成したの
ち、前記第1の積層体a1にトラック幅Tw方向と直交
する方向(図2の紙面垂直方向)である第1の磁界を印
加しつつ、第1の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性
層2に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層3
の磁化を固定する。
That is, in the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element 1 of the present invention, the antiferromagnetic layer 2, the pinned magnetic layer 3, the nonmagnetic conductive layer 4, and the free magnetic layer 5 are formed on the substrate K. 2 are sequentially laminated to form a first laminated body a1 shown in FIG. 2, and then a first magnetic field in a direction orthogonal to the track width Tw direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2) is formed on the first laminated body a1. Is applied and heat treatment is performed at a first heat treatment temperature to generate an exchange anisotropic magnetic field in the antiferromagnetic layer 2 to generate the pinned magnetic layer 3.
Fix the magnetization of.

【0074】次に、図3に示すように、前記第1の積層
体a1の上に、トラック幅Twに相当する幅の基端部を
有するリフトオフ用レジスト351を形成し、マスクと
なるリフトオフ用レジスト351で覆われていないフリ
ー磁性層5の表面をArなどの希ガスにより、イオンミ
リング法や逆スパッタ法によりクリーニングを行う。つ
いで、図4に示すように、トラック幅Twに相当する間
隔を開けて露出したフリー磁性層5の表面およびリフト
オフレジスト351上に、軟磁性層7、7を形成し、続
いて、前記軟磁性層7、7の上にバイアス層6、6を形
成し、更に、前記バイアス層6、6の上に導電層8、8
を形成したのち、リフトオフレジスト351をエッチン
グにより除去すると、図1に示すスピンバルブ型薄膜磁
気素子1と同じ形状の第2の積層体a2が得られる。
Next, as shown in FIG. 3, a lift-off resist 351 having a base end portion having a width corresponding to the track width Tw is formed on the first laminated body a1 to serve as a mask for lift-off. The surface of the free magnetic layer 5 not covered with the resist 351 is cleaned with a rare gas such as Ar by an ion milling method or a reverse sputtering method. Next, as shown in FIG. 4, soft magnetic layers 7 and 7 are formed on the surface of the free magnetic layer 5 exposed at intervals corresponding to the track width Tw and on the lift-off resist 351, and then the soft magnetic layers 7 and 7 are formed. Bias layers 6 and 6 are formed on the layers 7 and 7, and conductive layers 8 and 8 are further formed on the bias layers 6 and 6.
Then, the lift-off resist 351 is removed by etching to obtain a second stacked body a2 having the same shape as the spin-valve thin-film magnetic element 1 shown in FIG.

【0075】このようにして得られた第2の積層体a2
に対し、トラック幅Tw方向に前記反強磁性層2の交換
異方性磁界よりも小さい第2の磁界を印加しつつ、第2
の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層5に前記固
定磁性層3の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を
付与することによって、スピンバルブ型薄膜磁気素子1
が得られる。
The second laminated body a2 thus obtained
On the other hand, while applying the second magnetic field smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 in the track width Tw direction,
By applying a bias magnetic field to the free magnetic layer 5 in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3, the spin valve thin film magnetic element 1
Is obtained.

【0076】次に、反強磁性層の熱処理温度と交換異方
性磁界との関係について、図21、図22、図23を参
照して詳しく説明する。図21に示した■印は、基板と
フリー磁性層の間に反強磁性層を配置したボトム型シン
グルスピンバルブ薄膜磁気素子の交換異方性磁界の熱処
理温度依存性を示し、図21に示した◆印は、フリー磁
性層よりも基板から離れた位置に反強磁性層を配置した
トップ型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の交換異方
性磁界の熱処理温度依存性を示す。従って、◆印のトッ
プ型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性層
は、■印のボトム型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子
の反強磁性層よりも、基板から離れた位置に設けられて
いることになる。
Next, the relationship between the heat treatment temperature of the antiferromagnetic layer and the exchange anisotropic magnetic field will be described in detail with reference to FIGS. 21, 22 and 23. 21 indicates the heat treatment temperature dependence of the exchange anisotropy field of the bottom type single spin valve thin film magnetic element in which the antiferromagnetic layer is arranged between the substrate and the free magnetic layer, and is shown in FIG. The ♦ mark indicates the heat treatment temperature dependence of the exchange anisotropic magnetic field of the top-type single spin-valve thin film magnetic element in which the antiferromagnetic layer is arranged farther from the substrate than the free magnetic layer. Therefore, the antiferromagnetic layer of the top-type single-spin-valve thin-film magnetic element indicated by ◆ is located farther from the substrate than the antiferromagnetic layer of the bottom-type single-spin-valve thin-film magnetic element indicated by ■. become.

【0077】具体的には、図21に示した◆印で示した
トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、図24に示す
ようにSiの基板Kの上にAl23(厚さ1000Å)
からなる下地絶縁層200、Ta(厚さ50Å)からな
る下地層210、NiFe合金(厚さ70Å)、Co層
(厚さ10Å)の2層からなるフリー磁性層5、Cu
(厚さ30Å)からなる非磁性導電層4、Co(厚さ2
5Å)からなる固定磁性層3、Pt54.4Mn45.6(厚さ
300Å)からなる反強磁性層2、Ta(厚さ50Å)
からなる保護層220の順に形成された構成のものであ
る。
Specifically, as shown in FIG. 24, the top spin valve thin film magnetic element shown by the ♦ mark is made of Al 2 O 3 (thickness 1000Å) on the Si substrate K as shown in FIG.
A free magnetic layer 5 consisting of two layers: a base insulating layer 200 made of Ta, a base layer 210 made of Ta (thickness 50Å), a NiFe alloy (thickness 70Å), and a Co layer (thickness 10Å), Cu.
Nonmagnetic conductive layer 4 (thickness 30Å), Co (thickness 2
5 Å) pinned magnetic layer 3, Pt 54.4 Mn 45.6 (thickness 300 Å) antiferromagnetic layer 2, Ta (thickness 50 Å)
The protective layer 220 is formed in this order.

【0078】また、図21に示した■印で示したボトム
型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、図23に示すよう
に、Si基板Kの上にAl23(厚さ1000Å)から
なる下地絶縁層200、Ta(厚さ30Å)からなる下
地層210、Pt55.4Mn44.6(厚さ300Å)からな
る反強磁性層2、Co(厚さ25Å)からなる固定磁性
層3、Cu(厚さ26Å)からなる非磁性導電層4、C
o層(厚さ10Å)、NiFe合金(厚さ70Å)の2
層からなるフリー磁性層5、Ta(厚さ50Å)からな
る保護層220の順に形成された構成のものである。
The bottom spin-valve thin film magnetic element shown by the black square mark shown in FIG. 21 has an underlayer made of Al 2 O 3 (thickness 1000 Å) on the Si substrate K, as shown in FIG. Insulating layer 200, underlayer 210 made of Ta (thickness 30 Å), antiferromagnetic layer 2 made of Pt 55.4 Mn 44.6 (thickness 300 Å), fixed magnetic layer 3 made of Co (thickness 25 Å), Cu (thickness) 26Å) non-magnetic conductive layer 4, C
o layer (thickness 10Å), NiFe alloy (thickness 70Å) 2
The free magnetic layer 5 made of layers and the protective layer 220 made of Ta (thickness 50Å) are formed in this order.

【0079】即ち、◆印で示したトップ型スピンバルブ
型薄膜磁気素子は、反強磁性層2が固定磁性層3の上側
に配置され、Si基板Kと反強磁性層2との間には、フ
リー磁性層5、非磁性導電層4、固定磁性層3が挟まれ
て形成されている。即ち、■印で示したボトム型スピン
バルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層2が固定磁性層3
の下側に配置され、Si基板Kと反強磁性層2との間に
は、固定磁性層3、非磁性導電層4、フリー磁性層5が
形成されていない構造とされる。
That is, in the top-type spin-valve thin-film magnetic element indicated by ♦, the antiferromagnetic layer 2 is arranged above the pinned magnetic layer 3 and the Si substrate K and the antiferromagnetic layer 2 are provided between the antiferromagnetic layer 2 and the pinned magnetic layer 3. The free magnetic layer 5, the non-magnetic conductive layer 4, and the pinned magnetic layer 3 are sandwiched and formed. That is, in the bottom-type spin-valve thin-film magnetic element indicated by the black square mark, the antiferromagnetic layer 2 is the fixed magnetic layer 3
The pinned magnetic layer 3, the nonmagnetic conductive layer 4, and the free magnetic layer 5 are not formed between the Si substrate K and the antiferromagnetic layer 2 on the lower side.

【0080】図21に示すように、■印で示す反強磁性
層(Pt55.4Mn44.6)の交換異方性磁界は、220℃
を過ぎて上昇しはじめ、240℃を越えると700(O
e)程度になって一定となる。また、◆印で示す反強磁
性層(Pt54.4Mn45.6)の交換異方性磁界は、240
℃を過ぎて上昇し、260℃を超えると600(Oe)
を越えて一定となる。このように、基板に近い位置に配
置された反強磁性層(■印)は、基板より離れた位置に
配置された反強磁性層(◆印)と比較して、比較的低い
熱処理温度で高い交換異方性磁界が得られることがわか
る。
As shown in FIG. 21, the exchange anisotropy field of the antiferromagnetic layer (Pt 55.4 Mn 44.6 ) indicated by ▪ is 220 ° C.
Begins to rise after passing 700 ° C and rises above 700 (O
e) becomes constant and becomes constant. In addition, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer (Pt 54.4 Mn 45.6 ) indicated by ♦ is 240
Rises above ℃, 600 (Oe) above 260 ℃
Will be constant beyond. In this way, the antiferromagnetic layer (marked with ■) arranged close to the substrate has a relatively low heat treatment temperature as compared with the antiferromagnetic layer arranged with distance from the substrate (marked ◆). It can be seen that a high exchange anisotropic magnetic field can be obtained.

【0081】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子1の
製造方法は、上述した反強磁性層の性質を利用したもの
である。即ち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子1
は、反強磁性層2と基板Kとの距離が近い(または、固
定磁性層3の下に反強磁性層2が配置された)ボトム型
スピンバルブ型薄膜磁気素子1であり、前記反強磁性層
2に使用される合金と同様の材料によって形成されたバ
イアス層6が反強磁性層2よりも基板Kから遠い位置に
配置されている。
The method of manufacturing the spin-valve type thin film magnetic element 1 of the present invention utilizes the above-mentioned properties of the antiferromagnetic layer. That is, the spin valve thin film magnetic element 1 of the present invention
Is a bottom-type spin-valve thin-film magnetic element 1 in which the antiferromagnetic layer 2 and the substrate K are close in distance (or the antiferromagnetic layer 2 is arranged under the fixed magnetic layer 3), and A bias layer 6 made of a material similar to the alloy used for the magnetic layer 2 is arranged farther from the substrate K than the antiferromagnetic layer 2.

【0082】したがって、例えば、第1の磁界を印加し
つつ、第1の熱処理温度(220〜270℃)で前記第
1の積層体a1を熱処理すると、反強磁性層2に交換異
方性磁界が生じ、固定磁性層3の磁化方向が固定され
る。また、反強磁性層2の交換異方性磁界は、600
Oe(48000A/m)以上となる。次に、第1の磁
界と直交する方向の第2の磁界を印加しつつ、第2の熱
処理温度(250〜270℃)で前記第2の積層体a2
を熱処理すると、フリー磁性層5の磁化方向が第1の磁
界に対して交差する方向とされる。また、バイアス層6
の交換異方性磁界は、600 Oe(48000A/
m)以上となる。
Therefore, for example, when the first laminated body a1 is heat-treated at the first heat treatment temperature (220 to 270 ° C.) while applying the first magnetic field, the exchange anisotropic magnetic field is generated in the antiferromagnetic layer 2. Occurs, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is pinned. The exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is 600
Oe (48000 A / m) or more. Next, while applying a second magnetic field in a direction orthogonal to the first magnetic field, the second laminated body a2 is heated at the second heat treatment temperature (250 to 270 ° C.).
Is heat-treated, the magnetization direction of the free magnetic layer 5 is made to intersect with the first magnetic field. In addition, the bias layer 6
The exchange anisotropic magnetic field of 600 Oe (48000 A /
m) or more.

【0083】このとき、第2の磁界を先の熱処理にて発
生した反強磁性層2の交換異方性磁界よりも小さくして
おけば、反強磁性層2に第2の磁界が印加されても、反
強磁性層2の交換異方性磁界が劣化することがなく、固
定磁性層3の磁化方向を固定したままにすることが可能
になる。このことにより、固定磁性層3の磁化方向とフ
リー磁性層5の磁化方向とを交差する方向にすることが
できる。
At this time, if the second magnetic field is made smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 generated by the previous heat treatment, the second magnetic field is applied to the antiferromagnetic layer 2. However, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is not deteriorated, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 can be kept fixed. As a result, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 and the magnetization direction of the free magnetic layer 5 can be made to intersect each other.

【0084】第1の熱処理温度は、220℃〜270℃
の範囲とすることが好ましい。第1の熱処理温度が22
0℃未満であると、反強磁性層2の交換異方性磁界が2
00(Oe)以下となって、固定磁性層3の磁化が高く
ならず、固定磁性層3の磁化方向が2度目の熱処理によ
りフリー磁性層5の磁化方向と同一方向に磁化されてし
まうので好ましくない。一方、第1の熱処理温度が27
0℃を越えると、各層の界面、とくに、非磁性導電層4
であるCu層とフリー磁性層5またはCu層と固定磁性
層3との界面での原子の熱拡散などによる磁気抵抗効果
の劣化を引き起こすため好ましくない。また、第1の熱
処理温度を230℃〜270℃の範囲とすれば、反強磁
性層2の交換異方性磁界を400 Oe(32000A
/m)以上とすることができ、固定磁性層3の磁化を大
きくすることができるのでより好ましい。
The first heat treatment temperature is 220 ° C. to 270 ° C.
It is preferable to set it as the range. First heat treatment temperature is 22
If it is less than 0 ° C, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is 2
Since the magnetization of the pinned magnetic layer 3 does not become higher than 00 (Oe) and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is magnetized in the same direction as the magnetization direction of the free magnetic layer 5 by the second heat treatment, it is preferable. Absent. On the other hand, the first heat treatment temperature is 27
If the temperature exceeds 0 ° C, the interface between the layers, especially the non-magnetic conductive layer 4
Which causes deterioration of the magnetoresistive effect due to thermal diffusion of atoms at the interface between the Cu layer and the free magnetic layer 5 or the Cu layer and the pinned magnetic layer 3, which is not preferable. Further, when the first heat treatment temperature is in the range of 230 ° C. to 270 ° C., the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is 400 Oe (32000 A).
/ M) or more, and the magnetization of the pinned magnetic layer 3 can be increased, which is more preferable.

【0085】第2の熱処理温度は、250℃〜270℃
の範囲とすることが好ましい。第2の熱処理温度が25
0℃未満であると、バイアス層6の交換異方性磁界を4
00Oe(32000A/m)以上にすることができな
くなって、フリー磁性層5に印加する縦バイアス磁界を
大きくすることができなくなるので好ましくない。一
方、第2の熱処理温度が270℃を越えても、もはやバ
イアス層6の交換異方性磁界は一定となって増大せず、
層界面での原子熱拡散などによる磁気抵抗効果の劣化を
引き起こすので好ましくない。
The second heat treatment temperature is 250 ° C. to 270 ° C.
It is preferable to set it as the range. Second heat treatment temperature is 25
When the temperature is less than 0 ° C., the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 becomes 4
It is not preferable because the magnetic field cannot be made to be more than 00 Oe (32000 A / m) and the longitudinal bias magnetic field applied to the free magnetic layer 5 cannot be increased. On the other hand, even if the second heat treatment temperature exceeds 270 ° C., the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 becomes constant and no longer increases,
This is not preferable because it causes deterioration of the magnetoresistive effect due to atomic heat diffusion at the layer interface.

【0086】前記第1の磁界は、10 Oe(800A
/m)程度以上とすることが好ましい。第1の磁界が1
0 Oe(800A/m)未満であると、反強磁性層2
の交換異方性磁界が十分に得られないため好ましくな
い。また、前記第2の磁界は、1度目の熱処理で発生し
た反強磁性層2の交換結合磁界よりも小さい磁界とさ
れ、10〜600 Oe(800〜48000A/m)
程度の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、2
00 Oe(1600A/m)程度である。第2の磁界
が10 Oe(800A/m)未満であると、バイアス
層6の交換異方性磁界が十分に得られないため好ましく
ない。一方、第2の磁界が600 Oe(800〜48
000A/m)を越えると、1度目の熱処理で発生した
反強磁性層の交換結合磁界を劣化させるおそれがあるた
め好ましくない。
The first magnetic field is 10 Oe (800 A).
/ M) or more. The first magnetic field is 1
When it is less than 0 Oe (800 A / m), the antiferromagnetic layer 2
Is not preferable because a sufficient exchange anisotropic magnetic field can not be obtained. The second magnetic field is a magnetic field smaller than the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 generated by the first heat treatment, and is 10 to 600 Oe (800 to 48000 A / m).
It is preferably within the range of about. More preferably 2
It is about 00 Oe (1600 A / m). If the second magnetic field is less than 10 Oe (800 A / m), the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 cannot be sufficiently obtained, which is not preferable. On the other hand, the second magnetic field is 600 Oe (800-48
000 A / m) is not preferable because the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer generated by the first heat treatment may be deteriorated.

【0087】次に、熱処理温度が245℃または270
℃である場合における反強磁性層の組成と交換異方性磁
界との関係について図22を参照して詳しく説明する。
図示△印は、フリー磁性層よりも基板から離れた位置に
反強磁性層を配置した(または、固定磁性層の上に反強
磁性層が配置された)トップ型シングルスピンバルブ薄
膜磁気素子の反強磁性層の組成と交換異方性磁界との関
係を示すものであり、図示△印は270℃で熱処理した
ものである。図示○印及び●印は、基板とフリー磁性層
の間に反強磁性層を配置した(または、固定磁性層の下
に反強磁性層が配置された)ボトム型シングルスピンバ
ルブ薄膜磁気素子の反強磁性層の組成と交換異方性磁界
との関係を示すものであり、図示○印は270℃、図示
●印は245℃で熱処理したものである。
Next, the heat treatment temperature is 245 ° C. or 270.
The relationship between the composition of the antiferromagnetic layer and the exchange anisotropic magnetic field at the temperature of ° C will be described in detail with reference to FIG.
The symbol Δ in the figure indicates a top-type single spin-valve thin film magnetic element in which the antiferromagnetic layer is arranged at a position farther from the substrate than the free magnetic layer (or the antiferromagnetic layer is arranged on the fixed magnetic layer). It shows the relationship between the composition of the antiferromagnetic layer and the exchange anisotropic magnetic field, and the mark Δ in the figure shows that it was heat-treated at 270 ° C. The circles and circles in the figure indicate the bottom type single spin-valve thin film magnetic element in which an antiferromagnetic layer is arranged between the substrate and the free magnetic layer (or an antiferromagnetic layer is arranged under the pinned magnetic layer). The relationship between the composition of the antiferromagnetic layer and the exchange anisotropic magnetic field is shown. The mark ◯ in the figure is 270 ° C. and the mark  in the figure is heat treated at 245 ° C.

【0088】具体的には、△印で示したトップ型スピン
バルブ型薄膜磁気素子は、図24に示すように、Si基
板Kの上にAl23(厚さ1000Å)からなる下地絶
縁層200、Ta(厚さ50Å)からなる下地層21
0、NiFe合金(厚さ70Å)、Co(厚さ10Å)
からなる2層のフリー磁性層5、Cu(厚さ30Å)か
らなる非磁性導電層4、Co(厚さ25Å)からなる固
定磁性層3、PtmMnt(厚さ300Å)からなる反強
磁性層2、Ta(厚さ50Å)からなる保護層220か
らなる構成のものである。
Specifically, as shown in FIG. 24, the top type spin-valve type thin film magnetic element indicated by the triangle mark is an underlayer insulating layer made of Al 2 O 3 (thickness 1000 Å) on the Si substrate K, as shown in FIG. Underlayer 21 made of 200, Ta (thickness 50Å)
0, NiFe alloy (thickness 70Å), Co (thickness 10Å)
2 free magnetic layers 5 made of Cu, non-magnetic conductive layer 4 made of Cu (thickness 30 Å), pinned magnetic layer 3 made of Co (thickness 25 Å), and Pt m M n t (thickness 300 Å) The magnetic layer 2 is composed of a protective layer 220 made of Ta (thickness 50Å).

【0089】一方、○印及び●印で示したボトム型スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子は、図23に示すように、Si
基板Kの上にAl23(厚さ1000Å)からなる下地
絶縁層200、Ta(厚さ30Å)からなる下地層21
0、PtmMn100-m(厚さ300Å)からなる反強磁性
層2、Co(厚さ25Å)からなる固定磁性層3、Cu
(厚さ26Å)からなる非磁性導電層4、Co(厚さ1
0Å)、NiFe合金(厚さ70Å)の2層からなるフ
リー磁性層5、Ta(厚さ50Å)からなる保護層22
0からなる構成のものである。
On the other hand, the bottom type spin-valve type thin film magnetic element indicated by the circles and the circles is, as shown in FIG.
A base insulating layer 200 made of Al 2 O 3 (thickness 1000 Å) and a base layer 21 made of Ta (thickness 30 Å) on the substrate K.
0, Pt m Mn 100-m (thickness 300 Å) antiferromagnetic layer 2, Co (thickness 25 Å) fixed magnetic layer 3, Cu
Nonmagnetic conductive layer 4 made of (thickness 26Å), Co (thickness 1
0 Å), a NiFe alloy (thickness 70 Å) two free magnetic layers 5, Ta (thickness 50 Å) protective layer 22
It has a structure of zero.

【0090】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子1の
製造方法では、図22に示すボトム型スピンバルブ型薄
膜磁気素子およびトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子
の反強磁性層の性質を利用している。即ち、ボトム型ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子である本発明のスピンバルブ
型薄膜磁気素子1では、反強磁性層2に使用される合金
の組成範囲は、図23に示すボトム型スピンバルブ型薄
膜磁気素子の反強磁性層と同様とすることが好ましく、
前記バイアス層6に使用される合金の組成範囲は、図2
4に示すトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁
性層と同様とすることが好ましい。
In the method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element 1 of the present invention, the properties of the antiferromagnetic layer of the bottom spin-valve thin-film magnetic element and the top spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 22 are utilized. There is. That is, in the spin valve thin film magnetic element 1 of the present invention, which is a bottom type spin valve thin film magnetic element, the composition range of the alloy used for the antiferromagnetic layer 2 is the bottom type spin valve thin film magnetic element shown in FIG. The same as the antiferromagnetic layer of the element is preferable,
The composition range of the alloy used for the bias layer 6 is shown in FIG.
The antiferromagnetic layer of the top spin valve thin film magnetic element shown in FIG.

【0091】また、図22から明らかなように、ボトム
型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、ここでは
前記反強磁性層2をXmMn100-m(但しXは、Pt、P
d、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少なくとも1種以
上の元素)からなる合金としたときは、組成比を示すm
が、48原子%≦m≦60原子%であることが好まし
い。mが48原子%未満または60原子%を越えると、
熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っても、Xm
100-mの結晶格子がL10型の規則格子へと規則化し
にくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方
向性交換結合磁界(交換異方性磁界)を示さなくなるの
で好ましくない。
Further, as is clear from FIG. 22, the antiferromagnetic layer of the bottom type spin-valve thin film magnetic element, here the antiferromagnetic layer 2 is X m Mn 100-m (where X is Pt, P
When the alloy is composed of at least one element of d, Ir, Rh, Ru, and Os), the composition ratio m is shown.
Is preferably 48 atom% ≦ m ≦ 60 atom%. When m is less than 48 atom% or more than 60 atom%,
Even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, X m M
The n 100-m crystal lattice is less likely to be ordered into an L10 type regular lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, the unidirectional exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is not exhibited, which is not preferable.

【0092】また、組成比mのより好ましい範囲は、4
8原子%≦m≦58原子%である。48原子%未満また
は58原子%以上を越えると、熱処理温度245℃の第
1の熱処理を行っても、XmMn100-mの結晶格子がL1
0型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性
を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さな
くなるので好ましくない。mの更に好ましい範囲は、4
9.8原子%≦m≦58原子%であり、熱処理温度27
0℃の第2の熱処理を行った後に400 Oe(320
00A/m)以上の交換異方性磁界が得られる。
A more preferable range of the composition ratio m is 4
8 atomic% ≦ m ≦ 58 atomic%. If it is less than 48 atomic% or more than 58 atomic%, the crystal lattice of X m Mn 100-m will be L1 even if the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C. is performed.
It becomes difficult to order into a 0-type ordered lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. A more preferable range of m is 4
9.8 atom% ≤ m ≤ 58 atom% and the heat treatment temperature is 27
After the second heat treatment at 0 ° C., 400 Oe (320
An exchange anisotropic magnetic field of 00 A / m) or more is obtained.

【0093】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、即ち前記反強磁性層2をPtmMn
100-m-nn(但し、Dは、Pd、Ir、Rh、Ru、I
r、Osのうちの少なくとも1種または2種以上の元
素)としたとき、組成比を示すm、nは、48原子%≦
m+n≦60原子%、0.2原子%≦n≦40原子%で
あることが好ましい。組成比m+nが48原子%未満ま
たは60原子%を越えると、熱処理温度270℃の第2
の熱処理を行っても、PtmMn100-m-nnの結晶格子
がL10型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁
性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、組成比nが0.
2原子%未満であると、反強磁性層2の結晶格子の規則
化の促進の効果、即ち、交換異方性磁界を大きくする効
果が乏しくなるので好ましくなく、組成比nが40原子
%を越えると、逆に交換異方性磁界が減少するので好ま
しくない。
Further, the antiferromagnetic layer of the bottom type spin valve thin film magnetic element, that is, the antiferromagnetic layer 2 is formed of Pt m Mn.
100-mn D n (where D is Pd, Ir, Rh, Ru, I
At least one element or two or more elements out of r and Os), m and n showing a composition ratio are 48 atomic% ≦
It is preferable that m + n ≦ 60 atomic%, 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%. When the composition ratio m + n is less than 48 atom% or more than 60 atom%, the second heat treatment temperature of 270 ° C.
Even if the heat treatment is performed, the crystal lattice of Pt m Mn 100-mn D n becomes difficult to be ordered into the L10 type ordered lattice, and the antiferromagnetic property is not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, the composition ratio n is 0.
If it is less than 2 atomic%, the effect of promoting the ordering of the crystal lattice of the antiferromagnetic layer 2, that is, the effect of increasing the exchange anisotropic magnetic field becomes poor, which is not preferable, and the composition ratio n is 40 atomic%. On the contrary, if it exceeds, the exchange anisotropic magnetic field decreases, which is not preferable.

【0094】また、組成比m+nのより好ましい範囲
は、48原子%≦m+n≦58原子%である。組成比m
+nが48原子%未満または58原子%を越えると、熱
処理温度245℃の第1の熱処理を行っても、Ptm
100-m-nnの結晶格子がL10型の規則格子へと規則
化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、
一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくな
い。また、組成比m+nの更に好ましい範囲は、49.
8原子%≦m+n≦58原子%、0.2%≦n≦40で
あり、400 Oe(32000A/m)以上の交換異
方性磁界が得られる。
A more preferable range of the composition ratio m + n is 48 atom% ≦ m + n ≦ 58 atom%. Composition ratio m
When + n is less than 48 atomic% or more than 58 atomic%, Pt m M is obtained even if the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C. is performed.
The crystal lattice of n 100-mn D n becomes difficult to be ordered into an L10 type regular lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is,
It is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, a more preferable range of the composition ratio m + n is 49.
8 atomic% ≦ m + n ≦ 58 atomic%, 0.2% ≦ n ≦ 40, and an exchange anisotropic magnetic field of 400 Oe (32000 A / m) or more can be obtained.

【0095】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、即ち前記反強磁性層2をPtqMn
100-q-jj(但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、N
e、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2
種以上の元素)としたとき、組成比を示すq、jは、4
8原子%≦q+j≦60原子%、0.2原子%≦j≦1
0原子%であることが好ましい。組成比q+jが48原
子%未満または60原子%を越えると、熱処理温度27
0℃の第2の熱処理を行っても、PtqMn100-q-jj
の結晶格子がL10型の規則格子へと規則化しにくくな
り、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換
結合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、組成
比jが0.2原子%未満であると、元素Lの添加による
一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので
好ましくなく、jが10原子%を越えると、一方向性交
換異方性磁界が低下してしまうので好ましくない。
Further, the antiferromagnetic layer of the bottom type spin valve thin film magnetic element, that is, the antiferromagnetic layer 2 is formed of Pt q Mn.
100-qj L j (where L is Au, Ag, Cr, Ni, N
at least one of e, Ar, Xe, and Kr or 2
Q and j, which represent the composition ratio, are 4
8 atom% ≦ q + j ≦ 60 atom%, 0.2 atom% ≦ j ≦ 1
It is preferably 0 atomic%. When the composition ratio q + j is less than 48 atom% or more than 60 atom%, the heat treatment temperature 27
Even if the second heat treatment at 0 ° C. is performed, Pt q Mn 100-qj L j
It becomes difficult to regularize the crystal lattice of L to the L10 type regular lattice, and the antiferromagnetic property is not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, if the composition ratio j is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element L is not sufficiently exhibited, which is not preferable. It is not preferable because the sex exchange anisotropic magnetic field is lowered.

【0096】また、組成比を示すq+jのより好ましい
範囲は、48原子%≦q+j≦58原子%である。組成
比q+jが48原子%未満または58原子%を越える
と、熱処理温度245℃の第1の熱処理を行っても、P
qMn100-q-jjの結晶格子がL10型の規則格子へ
と規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。
即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好まし
くない。また、組成比を示すq+jの更に好ましい範囲
は、49.8原子%≦q+j≦58原子%、0.2原子%
≦j≦10原子%であり、400 Oe(32000A
/m)以上の交換異方性磁界が得られる。
A more preferable range of q + j showing the composition ratio is 48 atom% ≦ q + j ≦ 58 atom%. When the composition ratio q + j is less than 48 atomic% or exceeds 58 atomic%, even if the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C. is performed, P
t the crystal lattice of q Mn 100-qj L j is less likely to ordered to L10-type ordered lattice, not exhibit antiferromagnetic properties.
That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, the more preferable range of q + j showing the composition ratio is 49.8 atom% ≦ q + j ≦ 58 atom%, 0.2 atom%
≦ j ≦ 10 atomic% and 400 Oe (32000A
/ M) or more of the exchange anisotropic magnetic field is obtained.

【0097】図22から明らかなように、トップ型のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、ここでは前記
バイアス層6をXmMn100-m(但し、Xは、Pt、P
d、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少なくとも1種以
上の元素)からなる合金としたときは、組成比mが、5
2原子%≦m≦60原子%であることが好ましい。組成
比mが52原子%未満または60原子%以上を越える
と、熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っても、X
mMn100-mの結晶格子がL10型の規則格子へと規則化
しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一
方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
また、組成比mのより好ましい範囲は、52.8原子%
≦m≦59.2原子%であり、200 Oe(16000
A/m)以上の交換異方性磁界、即ち、バイアス磁界が
得られる。
As is clear from FIG. 22, the antiferromagnetic layer of the top-type spin-valve thin-film magnetic element, here, the bias layer 6 is formed by X m Mn 100-m (where X is Pt, P
When the alloy is composed of at least one element selected from d, Ir, Rh, Ru, and Os), the composition ratio m is 5
It is preferable that 2 atomic% ≦ m ≦ 60 atomic%. When the composition ratio m is less than 52 atom% or more than 60 atom%, X is not affected even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed.
The crystal lattice of m Mn 100-m becomes difficult to be ordered into an L10 type regular lattice, and the antiferromagnetic property is not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field.
Moreover, the more preferable range of the composition ratio m is 52.8 atomic%.
≦ m ≦ 59.2 atomic% and 200 Oe (16000
An exchange anisotropic magnetic field of A / m) or more, that is, a bias magnetic field is obtained.

【0098】また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、即ち前記バイアス層6をPtmMn
100-m-nn(但し、Dは、Pd、Rh、Ru、Ir、O
sのうちの少なくとも1種または2種以上の元素)とし
たとき、組成比を示すm、nは、52原子%≦m+n≦
60原子%、0.2原子%≦n≦40原子%であること
が好ましい。
Further, the antiferromagnetic layer of the top spin valve thin film magnetic element, that is, the bias layer 6 is formed of Pt m Mn.
100-mn D n (where D is Pd, Rh, Ru, Ir, O
When at least one element or two or more elements of s), m and n showing the composition ratio are 52 atom% ≦ m + n ≦
It is preferable that 60 atomic% and 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%.

【0099】組成比m+nが52原子%未満または60
原子%を越えると、熱処理温度270℃の第2の熱処理
を行っても、PtmMn100-m-nnの結晶格子がL10
型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を
示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなく
なるので好ましくない。また、組成比nが0.2原子%
未満であると、反強磁性層2の結晶格子の規則化の促進
の効果、即ち、交換異方性磁界を大きくする効果が乏し
くなるので好ましくなく、組成比nが40原子%を越え
ると、逆に交換異方性磁界が減少するので好ましくな
い。更に、組成比m+nのより好ましい範囲は、52.
8原子%≦m+n≦59.2原子%、0.2原子%≦n≦
40原子%であり、200 Oe(16000A/m)
以上の交換異方性磁界、即ち、バイアス磁界が得られ
る。
The composition ratio m + n is less than 52 atomic% or 60
If the atomic percentage is exceeded, even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, the crystal lattice of Pt m Mn 100-mn D n becomes L10.
It becomes difficult to form a regular lattice of the type, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, the composition ratio n is 0.2 atomic%
If it is less than the above range, the effect of promoting the ordering of the crystal lattice of the antiferromagnetic layer 2, that is, the effect of increasing the exchange anisotropic magnetic field becomes poor, which is not preferable, and if the composition ratio n exceeds 40 atom%, Conversely, the exchange anisotropic magnetic field decreases, which is not preferable. Furthermore, a more preferable range of the composition ratio m + n is 52.
8 atom% ≦ m + n ≦ 59.2 atom%, 0.2 atom% ≦ n ≦
40 atomic% and 200 Oe (16000 A / m)
The above exchange anisotropic magnetic field, that is, the bias magnetic field is obtained.

【0100】また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、即ち前記バイアス層6をPtqMn
100-q-jj(但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、N
e、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2
種以上の元素)としたとき、組成比を示すq、jは、5
2原子%≦q+j≦60原子%、0.2原子%≦j≦1
0原子%であることが好ましい。組成比q+jが52原
子%未満または60原子%を越えると、熱処理温度27
0℃の第2の熱処理を行っても、PtqMn100-q-jj
の結晶格子がL10型の規則格子へと規則化しにくくな
り、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換
結合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、jが
0.2原子%未満であると、元素Lの添加による一方向
性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好まし
くなく、jが10原子%を越えると、一方向性交換結合
磁界が低下してしまうので好ましくない。
The antiferromagnetic layer of the top spin valve thin film magnetic element, that is, the bias layer 6 is formed of Pt q Mn.
100-qj L j (where L is Au, Ag, Cr, Ni, N
at least one of e, Ar, Xe, and Kr or 2
Q and j, which represent the composition ratio, are 5
2 atom% ≦ q + j ≦ 60 atom%, 0.2 atom% ≦ j ≦ 1
It is preferably 0 atomic%. When the composition ratio q + j is less than 52 atomic% or exceeds 60 atomic%, the heat treatment temperature 27
Even if the second heat treatment at 0 ° C. is performed, Pt q Mn 100-qj L j
It becomes difficult to regularize the crystal lattice of L to the L10 type regular lattice, and the antiferromagnetic property is not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, if j is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element L is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and if j exceeds 10 atomic%, unidirectional exchange is performed. This is not preferable because the coupling magnetic field is reduced.

【0101】また、組成比m+nのより好ましい範囲
は、52.8原子%≦m+n≦59.2原子%、0.2原
子%≦n≦40原子%であり、200(Oe)以上の交
換異方性磁界、即ち、バイアス磁界が得られる。
Further, the more preferable range of the composition ratio m + n is 52.8 atomic% ≦ m + n ≦ 59.2 atomic%, 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%, and the exchange difference of 200 (Oe) or more. An anisotropic magnetic field, that is, a bias magnetic field is obtained.

【0102】また、図22から明らかなように、ボトム
型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層ここでは前
記反強磁性層2、およびトップ型スピンバルブ型薄膜磁
気素子の反強磁性層ここでは前記バイアス層6がXm
100-m(但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、R
u、Osのうちの少なくとも1種以上の元素)からなる
合金としたとき、前記反強磁性層2および前記バイアス
層6の組成比を示すmが、52原子%≦m≦58原子%
であることが好ましい。
Further, as is apparent from FIG. 22, the antiferromagnetic layer of the bottom type spin-valve type thin film magnetic element, here the antiferromagnetic layer 2 and the antiferromagnetic layer of the top type spin-valve type thin film magnetic element here. Then, the bias layer 6 is X mm
n 100-m (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, R
In the case of an alloy composed of at least one element of u and Os), m representing the composition ratio of the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 is 52 atom% ≦ m ≦ 58 atom%.
Is preferred.

【0103】組成比mが52原子%未満であると、熱処
理温度270℃の第2の熱処理を行っても、前記バイア
ス層6を構成するXm Mn100-mの結晶格子がL10型
の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示
さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくな
るので好ましくない。また、組成比mが58原子%を越
えると、熱処理温度245℃の第1の熱処理を行っても
前記反強磁性層2を構成するXmMn100-mの結晶格子が
L10型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性
特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示
さなくなり、熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っ
た際、固定磁性層3の磁化方向がバイアス層6の磁化方
向と同一に磁化されたり、固定磁性層3の磁化方向がバ
イアス層6の磁化方向と直交しなくなり、結果として、
再生出力波形の対称性が得られなくなるので好ましくな
い。
When the composition ratio m is less than 52 atomic%, the crystal lattice of X m Mn 100-m forming the bias layer 6 is L10 type even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed. It becomes difficult to regularize into a lattice and no antiferromagnetic property is exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. When the composition ratio m exceeds 58 atomic%, the crystal lattice of X m Mn 100-m forming the antiferromagnetic layer 2 is an L10 type regular lattice even if the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C. is performed. It becomes difficult to order, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, the unidirectional exchange coupling magnetic field is not exhibited, and when the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is magnetized to be the same as the magnetization direction of the bias layer 6, or the pinned magnetic layer is magnetized. The magnetization direction of 3 is no longer orthogonal to the magnetization direction of the bias layer 6, and as a result,
This is not preferable because the symmetry of the reproduction output waveform cannot be obtained.

【0104】また、前記反強磁性層2および前記バイア
ス層6が、XmMn100-mからなる合金としたとき、反強
磁性層2およびバイアス層6の組成比を示すmが、52
原子%≦m≦56.3原子%であることがより好まし
い。
When the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 are made of an alloy of X m Mn 100-m, m showing the composition ratio of the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 is 52.
More preferably, atomic% ≤ m ≤ 56.3 atomic%.

【0105】組成比mが52原子%未満であると熱処理
温度270℃の第2の熱処理を行っても、バイアス層6
を構成するXmMn100−mの結晶格子がL10型の
規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さ
なくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなる
ので好ましくない。また、組成比mが56.3原子%を
越えると、反強磁性層2による交換異方性磁界よりもバ
イアス層6による交換異方性磁界の方が大きくなり、熱
処理温度270℃の第2の熱処理を行う場合に、反強磁
性層2による交換異方性磁界よりも大きな外部磁界をバ
イアス層6に印加することとなり、熱処理温度270℃
の第2の熱処理の際に、固定磁性層3がフリー磁性層5
の磁化と同一の方向に磁化されたり、第2の熱処理の際
にフリー磁性層5の磁化方向と固定磁性層3の磁化方向
とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。
When the composition ratio m is less than 52 atomic%, the bias layer 6 is subjected to the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C.
The crystal lattice of XmMn100-m constituting the above is less likely to be ordered into an L10 type ordered lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, when the composition ratio m exceeds 56.3 atom%, the exchange anisotropic magnetic field by the bias layer 6 becomes larger than the exchange anisotropic magnetic field by the antiferromagnetic layer 2, and the second heat treatment temperature of 270 ° C. When the heat treatment is performed, an external magnetic field larger than the exchange anisotropic magnetic field generated by the antiferromagnetic layer 2 is applied to the bias layer 6, and the heat treatment temperature is 270 ° C.
During the second heat treatment of, the pinned magnetic layer 3 becomes the free magnetic layer 5.
Is not preferable because it is magnetized in the same direction as the magnetization of No. 2 or it becomes difficult to align the magnetization direction of the free magnetic layer 5 and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 in the orthogonal direction during the second heat treatment.

【0106】従って、反強磁性層2およびバイアス層6
の上記組成比が52原子%≦m≦56.3原子%の範囲
であれば、第1の熱処理時に反強磁性層2の交換異方性
磁界が発生し、第2の熱処理を行った後も反強磁性層2
の交換異方性磁界がバイアス層6の交換結合磁界よりも
大きくなるので、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に
対し、固定磁性層3の磁化方向は変化せずに固定され、
フリー磁性層5の磁化方向はスムーズに変化することが
できるため好ましい。
Therefore, the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6
If the above composition ratio is within the range of 52 atomic% ≤ m ≤ 56.3 atomic%, an exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is generated during the first heat treatment, and after the second heat treatment is performed. Antiferromagnetic layer 2
Since the exchange anisotropic magnetic field of is larger than the exchange coupling magnetic field of the bias layer 6, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is fixed without changing with respect to the application of the signal magnetic field from the magnetic recording medium,
The magnetization direction of the free magnetic layer 5 can change smoothly, which is preferable.

【0107】また、反強磁性層2およびバイアス層6が
PtmMn100-m-nn(但し、Dは、Pd、Ir、R
h、Ru、Osのうちの少なくとも1種または2種以上
の元素)としたとき、組成比を示すm、nは、52原子
%≦m+n≦58原子%、0.2原子%≦n≦40原子
%であることが好ましい。
Further, the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 are Pt m Mn 100-mn D n (where D is Pd, Ir, R).
h, Ru, Os, at least one kind or two or more kinds of elements), m and n showing a composition ratio are 52 atom% ≦ m + n ≦ 58 atom% and 0.2 atom% ≦ n ≦ 40. It is preferably atomic%.

【0108】組成比m+nが52原子%未満であると、
熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っても、前記バ
イアス層6を構成するPtmMn100-m-nnの結晶格子
がL10型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁
性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、m+nが58原
子%を越えると、熱処理温度245℃の第1の熱処理を
行っても、前記反強磁性層2を構成するPtmMn
100-m-nnの結晶格子がL10型の規則格子へと規則化
しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一
方向性交換結合磁界を示さなくなり、熱処理温度270
℃の第2の熱処理を行った際に、固定磁性層3の磁化方
向がバイアス層6の磁化方向と同一とされたり、固定磁
性層3の磁化方向がバイアス層6の磁化方向と直交しな
くなり、結果として、再生出力波形の対称性が得られな
くなるので好ましくない。
When the composition ratio m + n is less than 52 atomic%,
Even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, the crystal lattice of Pt m Mn 100-mn D n forming the bias layer 6 is less likely to be ordered into the L10 type ordered lattice, and the antiferromagnetic property is improved. No longer show. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. When m + n exceeds 58 atomic%, Pt m Mn forming the antiferromagnetic layer 2 is formed even if the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C. is performed.
The crystal lattice of 100-mn D n is less likely to be regularized into an L10 type regular lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, the unidirectional exchange coupling magnetic field is not exhibited, and the heat treatment temperature 270
When the second heat treatment at 0 ° C. is performed, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 becomes the same as the magnetization direction of the bias layer 6, or the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is no longer orthogonal to the magnetization direction of the bias layer 6. As a result, the symmetry of the reproduced output waveform cannot be obtained, which is not preferable.

【0109】また、組成比nが0.2原子%未満である
と、元素Dの添加による一方向性交換結合磁界の改善効
果が十分に現れないので好ましくなく、nが40原子%
を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうの
で好ましくない。
If the composition ratio n is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element D is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and n is 40 atomic%.
If it exceeds, the unidirectional exchange coupling magnetic field is reduced, which is not preferable.

【0110】また、前記反強磁性層2およびバイアス層
6が、PtmMn100-m-nnからなる合金としたとき、
組成比を示すm、nが、52原子%≦m+n≦56.3
原子%、0.2原子%≦n≦40原子%であることがよ
り好ましい。
When the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 are alloys made of Pt m Mn 100-mn D n ,
The composition ratio m and n are 52 atomic% ≤ m + n ≤ 56.3
Atom%, 0.2 atom% ≤ n ≤ 40 atom% is more preferable.

【0111】組成比m+nが52原子%未満であると、
熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っても、前記バ
イアス層6を構成するPtmMn100-m-nnの結晶格子
がL10型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁
性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、組成比m+nが
56.3原子%を越えると、反強磁性層2による交換異
方性磁界よりもバイアス層6による交換異方性磁界の方
が大きくなり、熱処理温度270℃の第2の熱処理を行
う場合に、反強磁性層2による交換異方性磁界よりも大
きな外部磁界がバイアス層6に印加されることとなり、
熱処理温度270℃の第2の熱処理の際に、固定磁性層
3がフリー磁性層5の磁化と同一の方向に磁化された
り、第2の熱処理の際に、フリー磁性層5の磁化方向と
固定磁性層3の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるの
で好ましくない。
When the composition ratio m + n is less than 52 atomic%,
Even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, the crystal lattice of Pt m Mn 100-mn D n forming the bias layer 6 is less likely to be ordered into the L10 type ordered lattice, and the antiferromagnetic property is improved. No longer show. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. When the composition ratio m + n exceeds 56.3 atom%, the exchange anisotropic magnetic field by the bias layer 6 becomes larger than the exchange anisotropic magnetic field by the antiferromagnetic layer 2 and the second heat treatment temperature of 270 ° C. When the heat treatment is performed, an external magnetic field larger than the exchange anisotropic magnetic field generated by the antiferromagnetic layer 2 is applied to the bias layer 6,
During the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C., the pinned magnetic layer 3 is magnetized in the same direction as the magnetization of the free magnetic layer 5, or during the second heat treatment, the magnetization direction of the free magnetic layer 5 is fixed. It is difficult to align the magnetization direction of the magnetic layer 3 in the direction perpendicular to the magnetization direction, which is not preferable.

【0112】また、組成比nが0.2原子%未満である
と、元素Dの添加による一方向性交換結合磁界の改善効
果が十分に現れないので好ましくなく、nが40原子%
を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうの
で好ましくない。
If the composition ratio n is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element D is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and n is 40 atomic%.
If it exceeds, the unidirectional exchange coupling magnetic field is reduced, which is not preferable.

【0113】従って、反強磁性層2およびバイアス層6
の上記組成比が52原子%≦m+n≦56.3原子%で
あり、0.2原子%≦n≦40原子%であれば、第1の
熱処理時に反強磁性層2の交換異方性磁界が発生し、第
2の熱処理を行った後、反強磁性層2の交換異方性磁界
がバイアス層6の交換結合磁界よりも大きくなるので、
磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層
3の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層5の
磁化方向はスムーズに変化することができるため好まし
い。
Therefore, the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6
If the above composition ratio is 52 atomic% ≤ m + n ≤ 56.3 atomic% and 0.2 atomic% ≤ n ≤ 40 atomic%, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 during the first heat treatment. Occurs, and after the second heat treatment, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 becomes larger than the exchange coupling magnetic field of the bias layer 6,
The magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is fixed without changing in response to the application of a signal magnetic field from the magnetic recording medium, and the magnetization direction of the free magnetic layer 5 can smoothly change, which is preferable.

【0114】また、反強磁性層2およびバイアス層6
が、PtqMn100-q-jj(但しLは、Au、Ag、C
r、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素)からなる組成の合金とした
とき、組成比を示すq、jは、52原子%≦q+j≦5
8原子%、0.2原子%≦j≦10原子%であることが
好ましい。
Further, the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6
Is Pt q Mn 100-qj L j (where L is Au, Ag, C
r, Ni, Ne, Ar, Xe, Kr) and an alloy having a composition of at least one element or two or more elements, q and j indicating the composition ratio are 52 atomic% ≤ q + j ≤ 5
It is preferable that 8 atomic% and 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%.

【0115】組成比q+jが52原子%未満であると、
熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っても、前記バ
イアス層6を構成するPtqMn100-q-jjの結晶格子
がL10型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁
性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、組成比q+jが
58原子%を越えると、熱処理温度245℃の第1の熱
処理を行っても、前記反強磁性層2を構成するPtq
100-q-jjの結晶格子がL10型の規則格子へと規則
化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、
一方向性交換結合磁界を示さなくなり、熱処理温度27
0℃の第2の熱処理を行った際に、固定磁性層3の磁化
方向がバイアス層6の磁化方向と同一とされたり、固定
磁性層3の磁化方向がバイアス層6の磁化方向と直交し
なくなり、結果として、再生出力波形の対称性が得られ
なくなるので好ましくない。
When the composition ratio q + j is less than 52 atomic%,
Even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, the crystal lattice of Pt q Mn 100-qj L j forming the bias layer 6 is less likely to be ordered into the L10 type ordered lattice, and the antiferromagnetic property is improved. No longer show. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. When the composition ratio q + j exceeds 58 atomic%, Pt q M forming the antiferromagnetic layer 2 is formed even if the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C. is performed.
The crystal lattice of n 100-qj L j is less likely to be regularized into an L10 type regular lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is,
The unidirectional exchange coupling magnetic field is no longer exhibited, and the heat treatment temperature 27
When the second heat treatment at 0 ° C. is performed, the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is made the same as the magnetization direction of the bias layer 6, or the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is orthogonal to the magnetization direction of the bias layer 6. This is not preferable because the symmetry of the reproduction output waveform cannot be obtained as a result.

【0116】また、組成比jが0.2原子%未満である
と、元素Lの添加による一方向性交換結合磁界の改善効
果が十分に現れないので好ましくなく、jが10原子%
を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうの
で好ましくない。
If the composition ratio j is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element L is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and j is 10 atomic%.
If it exceeds, the unidirectional exchange coupling magnetic field is reduced, which is not preferable.

【0117】また、前記反強磁性層2およびバイアス層
6が、PtqMn100-q-jjからなる合金としたとき、
組成比を示すq、jが、52原子%≦q+j≦56.3
原子%、0.2原子%≦j≦10原子%であることがよ
り好ましい。
When the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 are alloys made of Pt q Mn 100-qj L j ,
Q and j indicating the composition ratio are 52 atomic% ≦ q + j ≦ 56.3
It is more preferable that atomic% and 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%.

【0118】組成比q+jが52原子%未満であると、
熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っても、前記バ
イアス層6を構成するPtqMn100-q-jjの結晶格子
がL10型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁
性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、組成比q+jが
56.3原子%を越えると、反強磁性層2による交換異
方性磁界よりもバイアス層6による交換異方性磁界の方
が大きくなり、熱処理温度270℃の第2の熱処理を行
う場合に、反強磁性層2による交換異方性磁界よりも大
きな外部磁界がバイアス層6に印加されることとなり、
熱処理温度270℃の第2の熱処理の際に、固定磁性層
3がフリー磁性層5の磁化と同一の方向に磁化された
り、第2の熱処理の際に、フリー磁性層5の磁化方向と
固定磁性層3の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるの
で好ましくない。
When the composition ratio q + j is less than 52 atomic%,
Even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, the crystal lattice of Pt q Mn 100-qj L j forming the bias layer 6 is less likely to be ordered into the L10 type ordered lattice, and the antiferromagnetic property is improved. No longer show. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, when the composition ratio q + j exceeds 56.3 atom%, the exchange anisotropic magnetic field by the bias layer 6 becomes larger than the exchange anisotropic magnetic field by the antiferromagnetic layer 2, and the second heat treatment temperature of 270 ° C. When the heat treatment is performed, an external magnetic field larger than the exchange anisotropic magnetic field generated by the antiferromagnetic layer 2 is applied to the bias layer 6,
During the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C., the pinned magnetic layer 3 is magnetized in the same direction as the magnetization of the free magnetic layer 5, or during the second heat treatment, the magnetization direction of the free magnetic layer 5 is fixed. It is difficult to align the magnetization direction of the magnetic layer 3 in the direction perpendicular to the magnetization direction, which is not preferable.

【0119】また、組成比jが0.2原子%未満である
と、元素Lの添加による一方向性交換結合磁界の改善効
果が十分に現れないので好ましくなく、jが10原子%
を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうの
で好ましくない。
If the composition ratio j is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element L is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and j is 10 atomic%.
If it exceeds, the unidirectional exchange coupling magnetic field is reduced, which is not preferable.

【0120】従って、反強磁性層2およびバイアス層6
の上記組成比が52原子%≦q+j≦56.3原子%で
あり、0.2原子%≦j≦10原子%であれば、第1の
熱処理時に反強磁性層2の交換異方性磁界が発生し、第
2の熱処理を行った後、反強磁性層2の交換異方性磁界
がバイアス層6の交換結合磁界よりも大きくなるので、
磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対して、固定磁性
層3の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層5
の磁化方向はスムーズに変化することができるため好ま
しい。
Therefore, the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6
If the above composition ratio is 52 at% ≦ q + j ≦ 56.3 at%, and 0.2 at% ≦ j ≦ 10 at%, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 during the first heat treatment is Occurs, and after the second heat treatment, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 becomes larger than the exchange coupling magnetic field of the bias layer 6,
When the signal magnetic field is applied from the magnetic recording medium, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 3 is fixed without being changed, and the free magnetic layer 5 is fixed.
The magnetization direction of is preferable because it can change smoothly.

【0121】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、ここでは前記反強磁性層2の組成と、
トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層ここ
では前記バイアス層6の組成を異ならしめ、例えば反強
磁性層2のMn濃度をバイアス層6のMn濃度よりも多
くすることにより、第1の熱処理後の両者の交換結合磁
界の差をより顕著にでき、第2の熱処理後にフリー磁性
層5と固定磁性層3の磁化をより確実に直交状態とする
ことが可能となる。また、第2の熱処理後のMn濃度を
異ならしめた反強磁性層2とバイアス層6の両者の交換
異方性磁界の差を、更に顕著にすることができ、磁気記
録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層3の磁
化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層5の磁化方
向はスムーズに変化することが可能となる。
Further, the composition of the antiferromagnetic layer of the bottom type spin valve thin film magnetic element, here the antiferromagnetic layer 2,
Antiferromagnetic layer of top-type spin-valve thin-film magnetic element Here, the composition of the bias layer 6 is made different, and for example, the Mn concentration of the antiferromagnetic layer 2 is made higher than the Mn concentration of the bias layer 6. The difference between the exchange coupling magnetic fields of the two after the heat treatment can be made more remarkable, and the magnetizations of the free magnetic layer 5 and the pinned magnetic layer 3 can be more surely brought into the orthogonal state after the second heat treatment. Further, the difference in the exchange anisotropic magnetic fields of both the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 having different Mn concentrations after the second heat treatment can be made more remarkable, and the signal magnetic field from the magnetic recording medium can be increased. The magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 does not change and the magnetization direction of the free magnetic layer 5 can be smoothly changed in response to the application of.

【0122】即ち、バイアス層6を、XmMn100-m(X
が、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少な
くとも1種以上の元素、組成比を示すmが52原子%≦
m≦60原子%)からなる合金とし、反強磁性層2を、
mMn100-m(Xが、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、
Osのうちの少なくとも1種以上の元素、組成比を示す
mが、48原子%≦m≦58原子%)からなる合金とす
ることがより好ましい。
That is, the bias layer 6 is formed of X m Mn 100-m (X
Is at least one element selected from Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os, and m representing the composition ratio is 52 atomic% ≦
m ≦ 60 atomic%), and the antiferromagnetic layer 2 is
X m Mn 100-m (X is Pt, Pd, Ir, Rh, Ru,
It is more preferable to use an alloy in which at least one element of Os and m indicating the composition ratio are 48 atom% ≦ m ≦ 58 atom%).

【0123】バイアス層6の組成を示すmが、52原子
%未満若しくは60原子%を越えると、図22に示すよ
うに、熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っても、
バイアス層6を構成するXmMn100-mの結晶格子がL1
0型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性
を示さなくなる。即ち、一方向交換結合磁界を示さなく
なるので好ましくない。また、反強磁性層2の組成を示
すmが、48原子%未満若しくは58原子%を越える
と、熱処理温度245℃の第1の熱処理を行っても反強
磁性層2を構成するXmMn100-mの結晶格子がL10型
の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示
さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくな
るので好ましくない。
When the content m of the bias layer 6 is less than 52 atom% or more than 60 atom%, as shown in FIG. 22, even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed,
The crystal lattice of X m Mn 100-m forming the bias layer 6 is L1.
It becomes difficult to order into a 0-type ordered lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, when m representing the composition of the antiferromagnetic layer 2 is less than 48 atomic% or more than 58 atomic%, X m Mn forming the antiferromagnetic layer 2 even if the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C. is performed. The 100-m crystal lattice is less likely to be regularized into an L10 type regular lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field.

【0124】よって、第1の熱処理温度245℃の第1
の熱処理を行った後に、反強磁性層2の交換異方性磁界
を発生させ、かつ第2の熱処理温度が270℃の第2の
熱処理時に、反強磁性層2の交換異方性磁界よりも小さ
な外部磁界を印加して、第2の熱処理を行った後に、反
強磁性層2の交換異方性磁界がバイアス層6の交換異方
性磁界よりも大きくなるように、反強磁性層2の組成比
(48原子%≦m≦58原子%)とバイアス層6の組成
比(52原子%≦m≦60原子%)の範囲の中から各々
の組成比を異ならせて選択すればよい。
Therefore, the first heat treatment temperature of 245 ° C.
After the heat treatment is performed, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is generated, and during the second heat treatment at the second heat treatment temperature of 270 ° C. Is applied to the antiferromagnetic layer 2 so that the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 becomes larger than that of the bias layer 6 after the second heat treatment. The composition ratio may be selected from the range of the composition ratio of 2 (48 atom% ≤ m ≤ 58 atom%) and the composition ratio of the bias layer 6 (52 atom% ≤ m ≤ 60 atom%). .

【0125】このような条件を満たす組成比を各々選択
して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層2
とバイアス層6を同一組成で形成した場合よりも、第2
の熱処理時における反強磁性層2の交換結合磁界とバイ
アス層6の交換異方性磁界の差を顕著にできる組み合わ
せが可能になり、設計の自由度が向上する。また、第1
の熱処理の際に、反強磁性層2の交換異方性磁界を発生
させ、第2の熱処理の際に、反強磁性層2の交換異方性
磁界よりも小さな外部磁界を印加させることにより、反
強磁性層2の交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変
えることがなく、固定磁性層3の磁化方向を強固に固定
したまま、フリー磁性層5と固定磁性層3の磁化方向を
交差させることができる。
The antiferromagnetic layer 2 is formed by selecting composition ratios satisfying such conditions and making the composition ranges different.
And the bias layer 6 having the same composition as the second
It becomes possible to make a combination in which the difference between the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 and the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 at the time of the heat treatment is marked, and the degree of freedom in design is improved. Also, the first
By generating an exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 during the heat treatment of, and applying an external magnetic field smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 during the second heat treatment. , The magnetization directions of the free magnetic layer 5 and the pinned magnetic layer 3 are fixed while the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 is firmly fixed without deteriorating the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 or changing the magnetization direction. Can be crossed.

【0126】更に、第2の熱処理後に、反強磁性層2の
交換異方性磁界をバイアス層6の交換異方性磁界よりも
大きくすることができ、磁気記録媒体からの信号磁界の
印加に対して、固定磁性層3の磁化方向が変化せずに固
定され、フリー磁性層5の磁化方向はスムーズに変化す
ることが可能となる。
Furthermore, after the second heat treatment, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 can be made larger than that of the bias layer 6, and the signal magnetic field from the magnetic recording medium can be applied. On the other hand, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 3 is fixed without changing, and the magnetization direction of the free magnetic layer 5 can be changed smoothly.

【0127】反強磁性層2とバイアス層6の好ましい別
の組み合わせは、バイアス層6を、PtmMn100-m-n
n(Dが、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少な
くとも1種または2種以上の元素、組成比を示すm、n
が、52原子%≦m+n≦60原子%、0.2原子%≦
n≦40原子%)からなる合金とし、反強磁性層2を、
PtmMn100-m-nn(但し、Dは、Pd、Ir、R
h、Ru、Osのうちの少なくとも1種、または2種以
上の元素、組成比を示すm、nは、48原子%≦m+n
≦58原子%、0.2原子%≦n≦40原子%)からな
る合金とすることが好ましい。
Another preferable combination of the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 is that the bias layer 6 is Pt m Mn 100-mn D.
n (D is at least one element selected from the group consisting of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, and two or more elements;
, 52 atomic% ≤ m + n ≤ 60 atomic%, 0.2 atomic% ≤
n ≦ 40 atomic%), and the antiferromagnetic layer 2 is
Pt m Mn 100-mn D n (where D is Pd, Ir, R
At least one element selected from h, Ru, and Os, or two or more elements, and m and n indicating the composition ratio are 48 atom% ≦ m + n.
≦ 58 atomic%, 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%) is preferable.

【0128】バイアス層6の組成を示すm+nが52原
子%未満若しくは60原子%を越えると、熱処理温度2
70℃の第2の熱処理を行っても、バイアス層6を構成
するPtmMn100-m-nnの結晶格子がL10型の規則
格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなく
なる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので
好ましくない。また、バイアス層6の組成を示すnが
0.2原子%未満であると、元素Dの添加による一方向
性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好まし
くなく、nが40原子%を越えると、一方向性交換結合
磁界が低下してしまうので好ましくない。
When m + n indicating the composition of the bias layer 6 is less than 52 atomic% or more than 60 atomic%, the heat treatment temperature is 2
Even if the second heat treatment at 70 ° C. is performed, the crystal lattice of Pt m Mn 100-mn D n forming the bias layer 6 becomes difficult to be ordered into the L10 type ordered lattice, and the antiferromagnetic property is not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. If n, which represents the composition of the bias layer 6, is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element D is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and n is 40 atomic%. If it exceeds, the unidirectional exchange coupling magnetic field will decrease, which is not preferable.

【0129】また、反強磁性層2の組成を示すm+nが
48原子%未満若しくは58原子%を越えると、熱処理
温度245℃の第1の熱処理を行っても、反強磁性層2
を構成するPtmMn100-m-nnの結晶格子がL10型
の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示
さなくなる。即ち、一方向交換結合磁界を示さなくなる
ので好ましくない。また、第2反強磁性層の組成を示す
nが0.2原子%未満であると、元素Dの添加による一
方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好
ましくなく、nが40原子%を越えると、一方向性交換
結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
When m + n, which represents the composition of the antiferromagnetic layer 2, is less than 48 atomic% or more than 58 atomic%, the antiferromagnetic layer 2 is subjected to the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C.
The crystal lattice of Pt m Mn 100-mn D n that composes is difficult to be ordered into an L10 type ordered lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. If n, which indicates the composition of the second antiferromagnetic layer, is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element D is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and n is 40 or less. Exceeding atomic% is not preferable because the unidirectional exchange coupling magnetic field decreases.

【0130】よって、第1の熱処理温度245℃の第1
の熱処理を行った後に、反強磁性層2の交換異方性磁界
を発生させ、かつ第2の熱処理温度が270℃の第2の
熱処理時に、反強磁性層2の交換異方性磁界よりも小さ
な外部磁界を印加して、第2の熱処理を行った後に、反
強磁性層2の交換異方性磁界がバイアス層6の交換異方
性磁界よりも大きくなるように、反強磁性層2の組成比
(48原子%≦m+n≦58原子%)とバイアス層6の
組成比(52原子%≦m+n≦60原子%)の範囲の中
から各々の組成比を異ならせて選択すればよい。
Therefore, the first heat treatment temperature of 245 ° C.
After the heat treatment of 1., the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is generated, and during the second heat treatment at the second heat treatment temperature of 270.degree. Is applied so that the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 becomes larger than the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 after the second heat treatment. 2 may be selected from the range of the composition ratio of 2 (48 atom% ≦ m + n ≦ 58 atom%) and the composition ratio of the bias layer 6 (52 atom% ≦ m + n ≦ 60 atom%). .

【0131】このような条件を満たす組成比を各々選択
して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層2
とバイアス層6を同一組成で形成した場合よりも、第2
の熱処理時における各々の反強磁性層2の交換結合磁界
とバイアス層6の交換異方性磁界の差を顕著にできる組
み合わせが可能になり、設計の自由度が向上する。ま
た、第1の熱処理の際に、反強磁性層2の交換異方性磁
界を発生させ、第2の熱処理の際に、反強磁性層2の交
換異方性磁界よりも小さな外部磁界を印加させることに
より、反強磁性層2の交換異方性磁界を劣化または磁化
方向を変えることがなく、固定磁性層3の磁化方向を強
固に固定したまま、フリー磁性層5と固定磁性層3の磁
化方向を交差させることができる。
The antiferromagnetic layer 2 is formed by selecting the composition ratios satisfying such conditions and making the composition ranges different.
And the bias layer 6 having the same composition as the second
A combination that can make the difference between the exchange coupling magnetic field of each antiferromagnetic layer 2 and the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 at the time of the heat treatment of 2 becomes possible, and the degree of freedom in design is improved. Further, an exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is generated during the first heat treatment, and an external magnetic field smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is generated during the second heat treatment. By applying the magnetic field, the free magnetic layer 5 and the pinned magnetic layer 3 are firmly fixed in the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 without deteriorating the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 or changing the magnetization direction. The magnetization directions can be crossed.

【0132】更に、第2の熱処理後に、反強磁性層2の
交換異方性磁界をバイアス層6の交換異方性磁界よりも
大きくでき、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し
て、固定磁性層3の磁化方向が変化せずに固定され、フ
リー磁性層5の磁化方向はスムーズに変化することが可
能となる。
Furthermore, after the second heat treatment, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 can be made larger than the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6, and when the signal magnetic field from the magnetic recording medium is applied, The magnetization direction of the fixed magnetic layer 3 is fixed without changing, and the magnetization direction of the free magnetic layer 5 can be changed smoothly.

【0133】反強磁性層2とバイアス層6の好ましい別
の組み合わせは、バイアス層6をPtqMn100-q-jj
(但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、
Xe、Krのうちの少なくとも1種または2種以上の元
素、組成比を示すq、jが、52原子%≦q+j≦60
原子%、0.2原子%≦j≦10原子%)からなる合金
とし、反強磁性層2を、PtqMn100-q-jj(但し、
Lは、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、K
rのうちの少なくとも1種または2種以上の元素、組成
比を示すq、jが、48原子%≦q+j≦58原子%、
0.2原子%≦j≦10原子%)からなる合金とするこ
とが好ましい。
Another preferable combination of the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 is that the bias layer 6 is Pt q Mn 100-qj L j.
(However, L is Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar,
At least one element or two or more elements of Xe and Kr, q and j showing the composition ratio are 52 atomic% ≤ q + j ≤ 60
Atomic%, 0.2 at% ≦ j ≦ 10 at%), and the antiferromagnetic layer 2 is made of Pt q Mn 100-qj L j (however,
L is Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, K
at least one element or two or more elements out of r, q and j indicating the composition ratio are 48 atomic% ≦ q + j ≦ 58 atomic%,
The alloy is preferably made of 0.2 atomic% ≤ j ≤ 10 atomic%.

【0134】バイアス層6の組成を示すq+jが、52
原子%未満若しくは60原子%を越えると、熱処理温度
270℃の第2の熱処理を行っても、バイアス層6を構
成するPtqMn100-q-jjの結晶格子がL10型の規
則格子へと規則化されにくくなり、反強磁性特性を示さ
なくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなる
ので好ましくない。また、バイアス層6の組成を示すj
が、0.2原子%未満であると、元素Lの添加による一
方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好
ましくなく、組成比jが10原子%を越えると、一方向
性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
Q + j showing the composition of the bias layer 6 is 52.
If it is less than atomic% or more than 60 atomic%, the crystal lattice of Pt q Mn 100-qj L j forming the bias layer 6 becomes an L10 type regular lattice even if the second heat treatment at the heat treatment temperature of 270 ° C. is performed. It becomes difficult to be ordered and does not exhibit antiferromagnetic properties. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. In addition, j showing the composition of the bias layer 6
However, if it is less than 0.2 atom%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element L is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and if the composition ratio j exceeds 10 atom%, unidirectional exchange is performed. This is not preferable because the coupling magnetic field is reduced.

【0135】また、反強磁性層2の組成を示すq+j
が、48原子%未満若しくは58原子%を越えると、熱
処理温度245℃の第1の熱処理を行っても、反強磁性
層2を構成するPtqMn100-q-jjの結晶格子がL1
0型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性
を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さな
くなるので好ましくない。また、反強磁性層2の組成を
示すjが、0.2原子%未満であると、元素Lの添加に
よる一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れない
ので好ましくなく、jが10原子%を越えると、一方向
性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
Also, q + j showing the composition of the antiferromagnetic layer 2
However, if less than 48 atomic% or more than 58 atomic%, the crystal lattice of Pt q Mn 100-qj L j forming the antiferromagnetic layer 2 is L1 even if the first heat treatment at the heat treatment temperature of 245 ° C. is performed.
It becomes difficult to order into a 0-type ordered lattice, and antiferromagnetic properties are not exhibited. That is, it is not preferable because it does not show a unidirectional exchange coupling magnetic field. Further, if j representing the composition of the antiferromagnetic layer 2 is less than 0.2 atom%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by the addition of the element L is not sufficiently exhibited, which is not preferable, and j is 10 or less. Exceeding atomic% is not preferable because the unidirectional exchange coupling magnetic field decreases.

【0136】よって、第1の熱処理温度245℃の第1
の熱処理を行った後に、反強磁性層2の交換異方性磁界
を発生させ、かつ第2の熱処理温度が270℃の第2の
熱処理時に、反強磁性層2の交換異方性磁界よりも小さ
な外部磁界を印加して、第2の熱処理を行った後に、反
強磁性層2の交換異方性磁界がバイアス層6の交換異方
性磁界よりも大きくなるように、反強磁性層2の組成比
(48原子%≦q+j≦58原子%)とバイアス層6の
組成比(52原子%≦q+j≦60原子%)の範囲の中
から各々の組成比を異ならせて選択すればよい。
Therefore, the first heat treatment temperature of 245 ° C.
After the heat treatment of 1., the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is generated, and during the second heat treatment at the second heat treatment temperature of 270.degree. Is applied so that the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 becomes larger than the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 after the second heat treatment. The composition ratio may be selected from the range of the composition ratio of 2 (48 atom% ≦ q + j ≦ 58 atom%) and the composition ratio of the bias layer 6 (52 atom% ≦ q + j ≦ 60 atom%). .

【0137】このような条件を満たす組成比を各々選択
して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層2
とバイアス層6を同一組成で形成した場合よりも、第1
の熱処理時および第2の熱処理時における各々の反強磁
性層2の交換結合磁界とバイアス層6の交換異方性磁界
の差を顕著にできる組み合わせが可能になり、設計の自
由度が向上する。また、第1の熱処理の際に、反強磁性
層2の交換異方性磁界を発生させ、第2の熱処理の際
に、反強磁性層2の交換異方性磁界よりも小さな外部磁
界を印加させることにより、反強磁性層2の交換異方性
磁界を劣化または磁化方向を変えることがなく、固定磁
性層3の磁化方向を強固に固定したまま、フリー磁性層
5と固定磁性層3の磁化方向を交差させることができ
る。
The antiferromagnetic layer 2 is formed by selecting the composition ratios that satisfy such conditions and making the composition ranges different.
When compared with the case where the bias layer 6 and the bias layer 6 are formed with the same composition,
It becomes possible to make a combination in which the difference between the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 and the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 becomes remarkable during the heat treatment and the second heat treatment, and the degree of freedom in design is improved. . Further, an exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is generated during the first heat treatment, and an external magnetic field smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 is generated during the second heat treatment. By applying the magnetic field, the free magnetic layer 5 and the pinned magnetic layer 3 are firmly fixed in the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3 without deteriorating the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 or changing the magnetization direction. The magnetization directions can be crossed.

【0138】更に、第2の熱処理後に、反強磁性層2の
交換異方性磁界をバイアス層6の交換異方性磁界よりも
大きくでき、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対
し、固定磁性層3の磁化方向が変化せずに固定され、フ
リー磁性層5の磁化方向はスムーズに変化することが可
能となる。
Furthermore, after the second heat treatment, the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 2 can be made larger than the exchange anisotropic magnetic field of the bias layer 6 and fixed with respect to the application of the signal magnetic field from the magnetic recording medium. The magnetization direction of the magnetic layer 3 is fixed without changing, and the magnetization direction of the free magnetic layer 5 can be changed smoothly.

【0139】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子1
では、反強磁性層2およびバイアス層6が、Pt、P
d、Rh、Ru、Ir、Os、Au、Ag、Cr、N
i、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種ま
たは2種以上の元素とMnとを含む合金からなるもので
あるので、交換異方性磁界の温度特性が良好となり、耐
熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子1となる。
Such a spin valve thin film magnetic element 1
Then, the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 are Pt, P
d, Rh, Ru, Ir, Os, Au, Ag, Cr, N
Since it is made of an alloy containing at least one element selected from i, Ne, Ar, Xe, and Kr and Mn and Mn, the temperature characteristic of the exchange anisotropic magnetic field is good and the heat resistance is excellent. The spin valve thin film magnetic element 1 is obtained.

【0140】例えば、PtMn合金のブロッキング温度
は、380℃程度であり、従来のスピンバルブ型薄膜磁
気素子においてバイアス層に用いられていたFeMn合
金の150℃と比較して高い。したがって、装置内の温
度が高温となる薄膜磁気ヘッドなどの装置に備えられた
場合の耐久性が良好で、温度変化による交換異方性磁界
(交換結合磁界)の変動が少ない優れたスピンバルブ型
薄膜磁気素子1とすることができる。
For example, the blocking temperature of PtMn alloy is about 380 ° C., which is higher than that of FeMn alloy used for the bias layer in the conventional spin valve thin film magnetic element, which is 150 ° C. Therefore, the spin valve type is excellent in durability when provided in a device such as a thin film magnetic head whose temperature in the device is high, and has little fluctuation of the exchange anisotropic magnetic field (exchange coupling magnetic field) due to temperature change. The thin film magnetic element 1 can be used.

【0141】更にまた、反強磁性層2を上記の材料で形
成することで、ブロッキング温度が高いものとなり、反
強磁性層2に大きな交換異方性磁界を発生させることが
できるため、固定磁性層3の磁化方向を強固に固定する
ことができる。また、本発明のバイアス層6、反強磁性
層2の中でもPtMn合金のブロッキング温度は380
℃であり、IrMn合金の230℃と比較しても高く、
より好ましい。
Furthermore, by forming the antiferromagnetic layer 2 with the above-mentioned material, the blocking temperature becomes high, and a large exchange anisotropic magnetic field can be generated in the antiferromagnetic layer 2, so that the fixed magnetic The magnetization direction of the layer 3 can be firmly fixed. Among the bias layer 6 and the antiferromagnetic layer 2 of the present invention, the blocking temperature of PtMn alloy is 380.
Is higher than 230 ° C of IrMn alloy,
More preferable.

【0142】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子1
の製造方法では、反強磁性層2およびバイアス層6に、
Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、Au、Ag、C
r、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素と、Mnとを含む合金を用
い、前記合金の性質を利用して、1度目の熱処理で固定
磁性層3の磁化方向を固定し、2度目の熱処理でフリー
磁性層5の磁化方向を前記固定磁性層3の磁化方向と交
差する方向に揃えるので、固定磁性層3の磁化方向に悪
影響を与えることなく、フリー磁性層5の磁化方向を固
定磁性層3の磁化方向と交差する方向に揃えることがで
き、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子1を得
ることができる。
Such a spin valve thin film magnetic element 1
In the manufacturing method of, the antiferromagnetic layer 2 and the bias layer 6 are
Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Au, Ag, C
An alloy containing at least one element or two or more elements out of r, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr and Mn is used, and by utilizing the properties of the alloy, the fixed magnetic layer is formed by the first heat treatment. Since the magnetization direction of the fixed magnetic layer 3 is fixed and the magnetization direction of the free magnetic layer 5 is aligned in the direction intersecting the magnetization direction of the fixed magnetic layer 3 by the second heat treatment, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 3 is not adversely affected. The magnetization direction of the free magnetic layer 5 can be aligned with the direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer 3, and the spin valve thin film magnetic element 1 having excellent heat resistance can be obtained.

【0143】また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法は、第1の積層体a1の上に軟磁性層7、7を
形成し、前記軟磁性層7、7の上にバイアス層6、6を
形成する方法であるので、軟磁性層7、7を形成したの
ち、真空を破ることなく前記バイアス層6、6を形成す
ることができ、前記バイアス層6、6が形成される表面
をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングする
必要がないため、再付着物によるコンタミや、表面の結
晶状態の乱れによる交換異方性磁界の発生に対する悪影
響など、クリーニングすることに起因する不都合が生じ
ない優れた製造方法とすることができる。また、前記バ
イアス層6、6を形成する前に前記バイアス層6、6が
形成される面をクリーニングする必要がないため、容易
に製造することができる。
Further, in the method for manufacturing the spin-valve thin film magnetic element, the soft magnetic layers 7 and 7 are formed on the first laminated body a1, and the bias layers 6 and 7 are formed on the soft magnetic layers 7 and 7. Since it is a method of forming 6, the bias layers 6 and 6 can be formed without breaking the vacuum after forming the soft magnetic layers 7 and 7, and the surface on which the bias layers 6 and 6 are formed can be formed. Since there is no need to perform cleaning by ion milling or reverse sputtering, there is no inconvenience caused by cleaning such as contamination due to redeposits and adverse effects on the generation of exchange anisotropic magnetic field due to disorder of the crystal state of the surface. It can be a manufacturing method. Moreover, since it is not necessary to clean the surface on which the bias layers 6 and 6 are formed before forming the bias layers 6 and 6, it is possible to easily manufacture.

【0144】一方、フリー磁性層5と軟磁性層7の界面
での強磁性結合は、反強磁性層との界面での交換結合ほ
どコンタミなどに敏感でない。このため、一旦大気に出
してから軟磁性層7を成膜しても十分にフリー磁性層5
への縦バイアス磁界を確保することができるが、軟磁性
層7の成膜に先立って、イオンミリングや逆スパッタな
どによるクリーニングを真空を破ることなく行ってもよ
い。
On the other hand, the ferromagnetic coupling at the interface between the free magnetic layer 5 and the soft magnetic layer 7 is less sensitive to contamination than the exchange coupling at the interface with the antiferromagnetic layer. Therefore, even if the soft magnetic layer 7 is formed after being exposed to the atmosphere, the free magnetic layer 5 is sufficiently formed.
Although a vertical bias magnetic field can be secured to the soft magnetic layer 7, cleaning by ion milling, reverse sputtering, or the like may be performed before breaking the soft magnetic layer 7 without breaking the vacuum.

【0145】また、スライダ151に上記のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子1が備えられてなる薄膜磁気ヘッドと
することで、耐久性および耐熱性に優れ、十分な交換異
方性磁界が得られる信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとする
ことができる。
Further, by using the thin-film magnetic head in which the above spin-valve thin-film magnetic element 1 is provided on the slider 151, the durability and heat resistance are excellent, and the reliability that a sufficient exchange anisotropic magnetic field can be obtained. It is possible to obtain a thin film magnetic head having high efficiency.

【0146】本発明の第1の実施形態のスピンバルブ型
薄膜磁気素子1においては、上述したように、非磁性導
電層4の厚さ方向上下に、固定磁性層3とフリー磁性層
5をそれぞれ単層構造として設けたが、これらを複数構
造としてもよい。
In the spin valve thin film magnetic element 1 of the first embodiment of the present invention, as described above, the fixed magnetic layer 3 and the free magnetic layer 5 are provided above and below the nonmagnetic conductive layer 4 in the thickness direction, respectively. Although it is provided as a single layer structure, these may be provided as a plurality of structures.

【0147】巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非
磁性導電層4と固定磁性層3とフリー磁性層5との界面
で生じる伝導電子のスピン依存散乱によるものである。
Cuなどからなる前記非磁性導電層4に対し、スピン依
存散乱が大きな組み合わせとして、Co層が例示でき
る。このため、固定磁性層3をCo以外の材料で形成し
た場合、固定磁性層3の非磁性導電層4側の部分を図1
の2点鎖線で示すように薄いCo層3aで形成すること
が好ましい。また、フリー磁性層5をCo以外の材料で
形成した場合も固定磁性層3の場合と同様に、フリー磁
性層5の非磁性導電層4側の部分を図1の2点鎖線で示
すように薄いCo層5aで形成することが好ましい。
The mechanism showing the giant magnetoresistance change is due to the spin-dependent scattering of conduction electrons generated at the interface between the nonmagnetic conductive layer 4, the pinned magnetic layer 3 and the free magnetic layer 5.
A Co layer can be exemplified as a combination having a large spin-dependent scattering with respect to the nonmagnetic conductive layer 4 made of Cu or the like. Therefore, when the pinned magnetic layer 3 is formed of a material other than Co, the portion of the pinned magnetic layer 3 on the nonmagnetic conductive layer 4 side is formed as shown in FIG.
It is preferable to form the thin Co layer 3a as indicated by the two-dot chain line. Also, when the free magnetic layer 5 is formed of a material other than Co, as in the case of the fixed magnetic layer 3, the portion of the free magnetic layer 5 on the nonmagnetic conductive layer 4 side is indicated by the chain double-dashed line in FIG. It is preferable to form the thin Co layer 5a.

【0148】[第2の実施形態]図7は、本発明の第2
の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を模式図的に
示した横断面図であり、図8は、図7に示したスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場
合の構造を示した断面図である。このスピンバルブ型薄
膜磁気素子においても、図1に示すスピンバルブ型薄膜
磁気素子と同様に、ハードディスク装置に設けられた浮
上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、
ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。
なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向
は、図示Z方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の
方向は、Y方向である。
[Second Embodiment] FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a transverse cross-sectional view schematically showing the spin-valve thin-film magnetic element of the embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 7 when viewed from the side facing the recording medium. 3 is a cross-sectional view showing the structure of FIG. Also in this spin-valve thin-film magnetic element, like the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 1, the spin-valve thin-film magnetic element is provided at the trailing side end of the floating slider provided in the hard disk device.
The recording magnetic field of a hard disk or the like is detected.
The moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

【0149】図7および図8に示すスピンバルブ型薄膜
磁気素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、
及びフリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるボト
ム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の一種であ
る。また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子も、図
1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、反強磁
性材料からなるバイアス層を用いたエクスチェンジバイ
アス方式により、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層
の磁化方向に対して交差する方向に揃えるものである。
The spin-valve type thin film magnetic element shown in FIGS. 7 and 8 has an antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer,
It is a kind of so-called bottom type single spin valve thin film magnetic element in which a free magnetic layer is formed one by one. Also, the spin-valve thin-film magnetic element of this example, like the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 1, changes the magnetization direction of the free magnetic layer by an exchange bias method using a bias layer made of an antiferromagnetic material. It is aligned in a direction intersecting with the magnetization direction of the pinned magnetic layer.

【0150】図7および図8において、符号Kは基板を
示している。この基板Kの上には、Al2O3などの絶
縁下地層200、下部シールド層163、下部ギャップ
層164、反強磁性層11が形成され、更に、前記反強
磁性層11の上には、第1の固定磁性層12が形成され
ている。そして、前記第1の固定磁性層12の上には、
非磁性中間層13が形成され、前記非磁性中間層13の
上には、第2の固定磁性層14が形成されている。前記
第2の固定磁性層14の上には、非磁性導電層15が形
成され、更に前記非磁性導電層15の上には、フリー磁
性層16が形成されている。
In FIGS. 7 and 8, reference numeral K indicates a substrate. An insulating underlayer 200 of Al2O3 or the like, a lower shield layer 163, a lower gap layer 164, and an antiferromagnetic layer 11 are formed on the substrate K. The fixed magnetic layer 12 is formed. Then, on the first pinned magnetic layer 12,
A nonmagnetic intermediate layer 13 is formed, and a second pinned magnetic layer 14 is formed on the nonmagnetic intermediate layer 13. A nonmagnetic conductive layer 15 is formed on the second pinned magnetic layer 14, and a free magnetic layer 16 is further formed on the nonmagnetic conductive layer 15.

【0151】また、前記フリー磁性層16の上には、軟
磁性層19、19がトラック幅Twに相当する間隔を開
けて設けられている。前記軟磁性層19、19の上に
は、バイアス層130、130が設けられ、前記バイア
ス層130、130の上には、導電層131、131が
形成されている。
Soft magnetic layers 19 are provided on the free magnetic layer 16 with a space corresponding to the track width Tw. Bias layers 130 and 130 are provided on the soft magnetic layers 19 and 19, and conductive layers 131 and 131 are formed on the bias layers 130 and 130.

【0152】このスピンバルブ型薄膜磁気素子において
は、上述の第1の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素
子と同様に、反強磁性層11は、Pt、Pd、Ir、R
h、Ru、Ir、Os、Au、Ag、Cr、Ni、N
e、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2
種以上の元素と、Mnとを含む合金からなるものであ
り、磁場中熱処理により第1の固定磁性層12、第2の
固定磁性層14をそれぞれ一定の方向に磁化するもので
ある。
In this spin-valve thin-film magnetic element, the antiferromagnetic layer 11 is made of Pt, Pd, Ir, R, as in the spin-valve thin-film magnetic element of the first embodiment.
h, Ru, Ir, Os, Au, Ag, Cr, Ni, N
at least one of e, Ar, Xe, and Kr or 2
It is made of an alloy containing Mn and one or more elements, and is configured to magnetize the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 in a fixed direction by heat treatment in a magnetic field.

【0153】前記第1の固定磁性層12および第2の固
定磁性層14は、例えば、Co膜、NiFe合金、Co
NiFe合金、CoNi合金、CoFe合金などで形成
されている。また、第1の固定磁性層12と第2の固定
磁性層14との間に介在する非磁性中間層13は、R
u、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは
2種以上の合金で形成されていることが好ましい。
The first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 are, for example, Co film, NiFe alloy, Co.
It is formed of a NiFe alloy, a CoNi alloy, a CoFe alloy, or the like. The non-magnetic intermediate layer 13 interposed between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 is R
It is preferable to be formed of an alloy of one or more of u, Rh, Ir, Cr, Re and Cu.

【0154】ところで、図7に示す第1の固定磁性層1
2及び第2の固定磁性層14に示されている矢印は、そ
れぞれの磁気モーメントの大きさ、及びその方向を表し
ており、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化(M
s)と膜厚(t)とをかけた値で選定される。
By the way, the first pinned magnetic layer 1 shown in FIG.
The arrows shown on the second and second pinned magnetic layers 14 respectively indicate the magnitude of the magnetic moment and the direction thereof, and the magnitude of the magnetic moment indicates the saturation magnetization (M
s) and the film thickness (t).

【0155】図7および図8に示す第1の固定磁性層1
2と第2の固定磁性層14とは同じ材質で形成され、し
かも、第2の固定磁性層14の膜厚tP2が、第1の固
定磁性層12の膜厚tP1よりも大きく形成されている
ために、第2の固定磁性層14の方が第1の固定磁性層
12に比べ、磁気モーメントが大きくなっている。ま
た、第1の固定磁性層12および第2の固定磁性層14
が異なる磁気モーメントを有することが望ましい。した
がって、第1の固定磁性層12の膜厚tP1が第2の固
定磁性層14の膜厚tP2より厚く形成されていてもよ
い。
First pinned magnetic layer 1 shown in FIGS. 7 and 8.
2 and the second pinned magnetic layer 14 are formed of the same material, and the film thickness tP 2 of the second pinned magnetic layer 14 is larger than the film thickness tP 1 of the first pinned magnetic layer 12. Therefore, the second pinned magnetic layer 14 has a larger magnetic moment than the first pinned magnetic layer 12. In addition, the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14
Preferably have different magnetic moments. Therefore, the film thickness tP 1 of the first pinned magnetic layer 12 may be formed to be thicker than the film thickness tP 2 of the second pinned magnetic layer 14.

【0156】第1の固定磁性層12は、図7および図8
に示すように、図示Y方向、即ち記録媒体から離れる方
向(ハイト方向)に磁化されており、非磁性中間層13
を介して対向する第2の固定磁性層14の磁化は、前記
第1の固定磁性層12の磁化方向と反平行(フェリ状
態)に磁化されている。
The first pinned magnetic layer 12 is shown in FIGS.
, The non-magnetic intermediate layer 13 is magnetized in the Y direction in the drawing, that is, in the direction away from the recording medium (height direction).
The magnetization of the second pinned magnetic layer 14 opposed to each other via is magnetized antiparallel (ferry state) to the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 12.

【0157】第1の固定磁性層12は、反強磁性層11
に接して形成され、磁場中アニール(熱処理)を施すこ
とにより、前記第1の固定磁性層12と反強磁性層11
との界面にて交換結合磁界(交換異方性磁界)が発生
し、例えば、図7および図8に示すように、前記第1の
固定磁性層12の磁化が、図示Y方向に固定される。前
記第1の固定磁性層12の磁化が、図示Y方向に固定さ
れると、非磁性中間層13を介して対向する第2の固定
磁性層14の磁化は、第1の固定磁性層12の磁化と反
平行状態(フェリ状態)で固定される。
The first pinned magnetic layer 12 is the antiferromagnetic layer 11
The first pinned magnetic layer 12 and the antiferromagnetic layer 11 by being annealed (heat treatment) in a magnetic field.
An exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) is generated at the interface with and, for example, as shown in FIGS. 7 and 8, the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is pinned in the Y direction in the drawing. . When the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 is pinned in the Y direction in the drawing, the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 that faces the non-magnetic intermediate layer 13 is set to that of the first pinned magnetic layer 12. It is fixed in an antiparallel state (ferri state) with the magnetization.

【0158】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいては、交換結合磁界が大きいほど、第1の固定磁性
層12の磁化と第2の固定磁性層14の磁化を安定して
反平行状態に保つことが可能である。この例のスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層11として、ブロ
ッキング温度が高く、しかも第1の固定磁性層12との
界面で大きい交換結合磁界(交換異方性磁界)を発生さ
せる上記の合金を使用することで、前記第1の固定磁性
層12及び第2の固定磁性層14の磁化状態を熱的にも
安定して保つことができる。
In such a spin-valve thin film magnetic element, the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 are stably kept in an antiparallel state as the exchange coupling magnetic field is larger. It is possible. In the spin-valve thin-film magnetic element of this example, the antiferromagnetic layer 11 has a high blocking temperature and generates a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer 12. By using the above alloy, the magnetization states of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 can be maintained thermally stable.

【0159】以上のようにこのようなスピンバルブ型薄
膜磁気素子では、第1の固定磁性層12と第2の固定磁
性層14との膜厚比を適正な範囲内に収めることによっ
て、交換結合磁界(Hex)を大きくでき、第1の固定
磁性層12と第2の固定磁性層14の磁化を、熱的にも
安定した反平行状態(フェリ状態)に保つことができ、
しかも、良好な△MR(抵抗変化率)を得ることが可能
である。
As described above, in such a spin-valve type thin film magnetic element, exchange coupling is achieved by keeping the film thickness ratio between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 within an appropriate range. The magnetic field (Hex) can be increased, and the magnetizations of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 can be kept in a thermally stable antiparallel state (ferri state),
Moreover, it is possible to obtain a good ΔMR (rate of change in resistance).

【0160】図7および図8に示すように、第2の固定
磁性層14の上には、Cuなどで形成された非磁性導電
層15が形成され、更に前記非磁性導電層15の上に
は、フリー磁性層16が形成されている。前記フリー磁
性層16は、図7および図8に示すように、2層で形成
されており、前記非磁性導電層15に接する側に形成さ
れた符号17の層はCo膜で形成されている。また、も
う一方の層18は、NiFe合金や、CoFe合金、あ
るいはCoNiFe合金などで形成されている。なお、
非磁性導電層15に接する側にCo膜の層17を形成す
る理由は、Cuにより形成された前記非磁性導電層15
との界面での金属元素等の拡散を防止でき、また、△M
R(抵抗変化率)を大きくできるからである。前記軟磁
性層19、19は、NiFe合金などで形成されること
が好ましい。
As shown in FIGS. 7 and 8, a nonmagnetic conductive layer 15 made of Cu or the like is formed on the second pinned magnetic layer 14, and further on the nonmagnetic conductive layer 15. Has a free magnetic layer 16 formed thereon. As shown in FIGS. 7 and 8, the free magnetic layer 16 is formed of two layers, and the layer 17 formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 15 is formed of a Co film. . The other layer 18 is made of a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, or the like. In addition,
The reason why the Co film layer 17 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 15 is that the nonmagnetic conductive layer 15 made of Cu is formed.
Diffusion of metal elements etc. at the interface with can be prevented.
This is because R (rate of change in resistance) can be increased. The soft magnetic layers 19, 19 are preferably formed of a NiFe alloy or the like.

【0161】また、バイアス層130、130は、前記
反強磁性層11と同様に、Pt、Pd、Ir、Rh、R
u、Os、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、X
e、Krのうちの少なくとも1種または2種以上の元素
と、Mnとを含む合金からなるものとされる。前記バイ
アス層130のバイアス磁界の影響を受けて、前記フリ
ー磁性層16の磁化は、図示X1方向に磁化された状態
となっている。また、導電層131、131は、Au、
W、Cr、Taなどにより形成されることが好ましい。
The bias layers 130 and 130 are Pt, Pd, Ir, Rh and R, like the antiferromagnetic layer 11.
u, Os, Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, X
It is made of an alloy containing Mn and at least one or more elements of e and Kr. Under the influence of the bias magnetic field of the bias layer 130, the magnetization of the free magnetic layer 16 is magnetized in the X1 direction in the figure. The conductive layers 131 and 131 are made of Au,
It is preferably formed of W, Cr, Ta or the like.

【0162】図7および図8におけるスピンバルブ型薄
膜磁気素子では、前記導電層131、131からフリー
磁性層16、非磁性導電層15、及び第2の固定磁性層
14にセンス電流が与えられる。記録媒体から図7およ
び図8に示す図示Y方向に磁界が与えられると、フリー
磁性層16の磁化は、図示X1方向からY方向に変動
し、このときの非磁性導電層15とフリー磁性層16と
の界面、及び非磁性導電層15と第2の固定磁性層14
との界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が起こるこ
とにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界
が検出される。
In the spin-valve type thin film magnetic element shown in FIGS. 7 and 8, a sense current is applied from the conductive layers 131, 131 to the free magnetic layer 16, the non-magnetic conductive layer 15 and the second pinned magnetic layer 14. When a magnetic field is applied from the recording medium to the Y direction shown in FIGS. 7 and 8, the magnetization of the free magnetic layer 16 changes from the X1 direction to the Y direction, and the nonmagnetic conductive layer 15 and the free magnetic layer at this time change. 16, the non-magnetic conductive layer 15 and the second pinned magnetic layer 14
The scattering of conduction electrons depending on the spins at the interface between and changes the electrical resistance, and the leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0163】ところで前記センス電流は、実際には、第
1の固定磁性層12と非磁性中間層13の界面などにも
流れる。前記第1の固定磁性層12は△MRに直接関与
せず、前記第1の固定磁性層12は、△MRに関与する
第2の固定磁性層14を適正な方向に固定するための、
いわば補助的な役割を担った層となっている。このた
め、センス電流が、第1の固定磁性層12及び非磁性中
間層13に流れることは、シャントロス(電流ロス)に
なるが、このシャントロスの量は非常に少なく、第2の
実施形態では、従来とほぼ同程度の△MRを得ることが
可能となっている。
By the way, the sense current actually flows in the interface between the first pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic intermediate layer 13 and the like. The first pinned magnetic layer 12 is not directly involved in ΔMR, and the first pinned magnetic layer 12 is for fixing the second pinned magnetic layer 14 involved in ΔMR in an appropriate direction.
It is, so to speak, a layer that played an auxiliary role. Therefore, the sense current flowing into the first pinned magnetic layer 12 and the non-magnetic intermediate layer 13 causes a shunt loss (current loss), but the amount of this shunt loss is very small, and the second embodiment is used. In, it is possible to obtain ΔMR which is almost the same as the conventional one.

【0164】この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子とほぼ同様の製
造方法により製造することができる。即ち、本発明のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、基板K上
に、反強磁性層11、第1の固定磁性層12、非磁性中
間層13、第2の固定磁性層14、非磁性導電層15、
フリー磁性層16を順次積層して第1の積層体を形成し
たのち、前記第1の積層体にトラック幅Tw方向と直交
する方向である第1の磁界を印加しつつ、第1の熱処理
温度で熱処理し、前記反強磁性層11に交換異方性磁界
を発生させて、前記第1の固定磁性層12の磁化を固定
する。
The spin valve thin film magnetic element of this example is
The spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 1 can be manufactured by almost the same manufacturing method. That is, in the method of manufacturing a spin-valve thin film magnetic element of the present invention, the antiferromagnetic layer 11, the first pinned magnetic layer 12, the non-magnetic intermediate layer 13, the second pinned magnetic layer 14, and the non-ferromagnetic layer 14 are formed on the substrate K. Magnetic conductive layer 15,
After forming the first laminated body by sequentially laminating the free magnetic layers 16, a first heat treatment temperature is applied to the first laminated body while applying a first magnetic field in a direction orthogonal to the track width Tw direction. Then, an exchange anisotropic magnetic field is generated in the antiferromagnetic layer 11 to fix the magnetization of the first pinned magnetic layer 12.

【0165】次に、前記第1の積層体の上に、リフトオ
フ用レジストを使用する方法などにより、トラック幅T
wに相当する間隔を開けて軟磁性層19、19を形成
し、続いて、前記軟磁性層19、19の上にバイアス層
130、130を形成し、更に、前記バイアス層13
0、130の上に導電層131、131を形成し、図7
および図8に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子と同じ形
状の第2の積層体が得られる。
Next, a track width T is formed on the first laminate by a method using a lift-off resist.
The soft magnetic layers 19 and 19 are formed at an interval corresponding to w, the bias layers 130 and 130 are subsequently formed on the soft magnetic layers 19 and 19, and the bias layer 13 is further formed.
0 and 130, conductive layers 131 and 131 are formed, and
And a second laminated body having the same shape as the spin-valve type thin film magnetic element shown in FIG. 8 is obtained.

【0166】このようにして得られた第2の積層体に対
し、トラック幅Tw方向に前記反強磁性層11の交換異
方性磁界よりも小さい第2の磁界を印加しつつ、第2の
熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層16に前記第
1の固定磁性層12および第2の固定磁性層14の磁化
方向と交差する方向のバイアス磁界を付与することによ
って、図7および図8に示すスピンバルブ型薄膜磁気素
子が得られる。
A second magnetic field smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 11 is applied to the second laminated body thus obtained in the track width Tw direction while applying the second magnetic field. 7 and 8 by applying a bias magnetic field to the free magnetic layer 16 in a direction intersecting the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 by performing a heat treatment at a heat treatment temperature. The spin valve thin film magnetic element shown is obtained.

【0167】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいても、反強磁性層11およびバイアス層130が、
Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、Au、Ag、C
r、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素とMnとを含む合金からなる
ものであるので、交換異方性磁界の温度特性が良好とな
り、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とな
る。また、装置内の温度が高温となる薄膜磁気ヘッドな
どの装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度変化
による交換異方性磁界(交換結合磁界)の変動が少ない
優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができ
る。更にまた、反強磁性層11を上記の合金で形成する
ことで、ブロッキング温度が高いものとなり、反強磁性
層11に大きな交換異方性磁界を発生させることができ
るため、第1の固定磁性層12および第2の固定磁性層
14の磁化方向を強固に固定することができる。
Also in such a spin-valve type thin film magnetic element, the antiferromagnetic layer 11 and the bias layer 130 are
Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Au, Ag, C
Since it is made of an alloy containing Mn and at least one element or two or more elements out of r, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr, the temperature characteristic of the exchange anisotropic magnetic field becomes good and the heat resistance is high. It is a spin-valve thin-film magnetic element with excellent characteristics. Also, it has excellent durability when equipped in a device such as a thin-film magnetic head whose temperature inside the device becomes high, and is an excellent spin-valve type in which fluctuation of the exchange anisotropic magnetic field (exchange coupling magnetic field) due to temperature change is small. It can be a thin film magnetic element. Furthermore, by forming the antiferromagnetic layer 11 from the above alloy, the blocking temperature becomes high and a large exchange anisotropic magnetic field can be generated in the antiferromagnetic layer 11, so that the first fixed magnetic The magnetization directions of the layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 can be firmly pinned.

【0168】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法においては、反強磁性層11およびバイアス
層130に、Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、A
u、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうち
の少なくとも1種または2種以上の元素とMnとを含む
合金を用い、前記合金の性質を利用して、1度目の熱処
理で第1の固定磁性層12の磁化方向を固定し、2度目
の熱処理でフリー磁性層16の磁化方向を前記第1の固
定磁性層12および第2の固定磁性層14の磁化方向と
交差する方向に揃えるので、第1の固定磁性層12の磁
化方向に悪影響を与えることなく、フリー磁性層16の
磁化方向を第1の固定磁性層12および第2の固定磁性
層14の磁化方向と交差する方向に揃えることができ、
耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ること
ができる。
In the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element, the antiferromagnetic layer 11 and the bias layer 130 have Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, and A.
An alloy containing at least one element of u, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr and Mn and Mn is used, and the first heat treatment is performed by utilizing the properties of the alloy. A direction in which the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 12 is fixed and the magnetization direction of the free magnetic layer 16 intersects the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 by the second heat treatment. Therefore, the magnetization direction of the free magnetic layer 16 intersects the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 without adversely affecting the magnetization direction of the first pinned magnetic layer 12. Can be aligned in any direction,
It is possible to obtain a spin valve thin film magnetic element having excellent heat resistance.

【0169】また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法は、第1の積層体の上に軟磁性層19、19を
形成し、前記軟磁性層19、19の上にバイアス層13
0、130を形成する方法であるので、軟磁性層19、
19を形成したのち、真空を破ることなく前記バイアス
層130、130を形成することができ、前記バイアス
層130、130が形成される表面をイオンミリングや
逆スパッタによりクリーニングする必要がないため、再
付着物によるコンタミや、表面の結晶状態の乱れによる
交換異方性磁界の発生に対する悪影響など、クリーニン
グすることに起因する不都合が生じない優れた製造方法
とすることができる。また、前記バイアス層130、1
30を形成する前に前記バイアス層130、130が形
成される面をクリーニングする必要がないため、容易に
製造することができる。
Further, in the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element, the soft magnetic layers 19 and 19 are formed on the first laminated body, and the bias layer 13 is formed on the soft magnetic layers 19 and 19.
0 and 130 are formed, the soft magnetic layer 19,
After forming 19, the bias layers 130 and 130 can be formed without breaking the vacuum, and it is not necessary to clean the surface on which the bias layers 130 and 130 are formed by ion milling or reverse sputtering. It is possible to provide an excellent manufacturing method that does not cause inconveniences caused by cleaning, such as contamination due to deposits and adverse effects on the generation of an exchange anisotropic magnetic field due to disturbance of the crystal state of the surface. In addition, the bias layers 130, 1
Since it is not necessary to clean the surface on which the bias layers 130, 130 are formed before forming 30, it can be easily manufactured.

【0170】[第3の実施形態]図9は、本発明の第3
の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を模式図的に
示した横断面図であり、図10は、図9に示したスピン
バルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た
場合の構造を示した断面図である。この例のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子においても、上記のスピンバルブ型薄
膜磁気素子と同様に、ハードディスク装置に設けられた
浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられ
て、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものであ
る。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方
向は、図示Z方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界
の方向は、Y方向である。
[Third Embodiment] FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a transverse cross-sectional view schematically showing the spin-valve thin-film magnetic element of the embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 9 viewed from the side facing the recording medium. 3 is a cross-sectional view showing the structure of FIG. Also in the spin-valve thin-film magnetic element of this example, like the above-mentioned spin-valve thin-film magnetic element, it is provided at the trailing side end of the floating slider provided in the hard disk device, and the recording magnetic field of the hard disk etc. Is to detect. The moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

【0171】また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気素
子も、反強磁性材料からなるバイアス層を用いたエクス
チェンジバイアス方式により、フリー磁性層の磁化方向
を固定磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃える
ものである。このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、固定
磁性層のみならず、フリー磁性層も非磁性中間層を介し
て第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の2層に分
断されている。
Also, in the spin-valve type thin film magnetic element of this example, the magnetization direction of the free magnetic layer intersects with the magnetization direction of the pinned magnetic layer by the exchange bias method using the bias layer made of an antiferromagnetic material. It is aligned in the direction. In this spin-valve thin-film magnetic element, not only the fixed magnetic layer but also the free magnetic layer is divided into two layers of a first free magnetic layer and a second free magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer.

【0172】図9および図10において、符号Kは、基
板を示している。この基板Kの上には、Al23などの
絶縁下地層200、下部シールド層163、下部ギャッ
プ層164、反強磁性層51が形成され、更に、前記反
強磁性層51の上には、第1の固定磁性層52、非磁性
中間層53、第2の固定磁性層54、非磁性導電層5
5、第2のフリー磁性層56、非磁性中間層59、第1
のフリー磁性層60が順に積層されている。前記第1の
フリー磁性層60の上には、図10に示すように、軟磁
性層61、61がトラック幅Twに相当する間隔を開け
て設けられている。前記軟磁性層61、61の上には、
バイアス層62、62が設けられ、前記バイアス層6
2、62の上には、導電層63、63が形成されてい
る。
In FIGS. 9 and 10, the symbol K indicates a substrate. An insulating underlayer 200 of Al 2 O 3, etc., a lower shield layer 163, a lower gap layer 164, and an antiferromagnetic layer 51 are formed on the substrate K, and further on the antiferromagnetic layer 51. , First pinned magnetic layer 52, non-magnetic intermediate layer 53, second pinned magnetic layer 54, non-magnetic conductive layer 5
5, second free magnetic layer 56, non-magnetic intermediate layer 59, first
The free magnetic layer 60 is sequentially laminated. As shown in FIG. 10, soft magnetic layers 61, 61 are provided on the first free magnetic layer 60 with a space corresponding to the track width Tw. On the soft magnetic layers 61, 61,
Bias layers 62, 62 are provided, and the bias layer 6 is provided.
Conductive layers 63, 63 are formed on the layers 2, 62.

【0173】本発明の第3の実施形態のスピンバルブ型
薄膜磁気素子においても、前記反強磁性層51は、上記
のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様にPt、Pd、R
h、Ru、Ir、Os、Au、Ag、Cr、Ni、N
e、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2
種以上の元素と、Mnとを含む合金からなるものであ
り、磁場中熱処理により第1の固定磁性層52、第2の
固定磁性層54をそれぞれ一定の方向に磁化するもので
ある。
Also in the spin-valve thin-film magnetic element of the third embodiment of the present invention, the antiferromagnetic layer 51 includes Pt, Pd, R as in the spin-valve thin-film magnetic element.
h, Ru, Ir, Os, Au, Ag, Cr, Ni, N
at least one of e, Ar, Xe, and Kr or 2
The first fixed magnetic layer 52 and the second fixed magnetic layer 54 are magnetized in a fixed direction by heat treatment in a magnetic field.

【0174】第1の固定磁性層52及び第2の固定磁性
層54は、Co膜、NiFe合金、CoFe合金、ある
いはCoNiFe合金、CoNi合金などから形成され
ている。また、非磁性中間層53は、Ru、Rh、I
r、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合
金で形成されていることが好ましい。
The first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are formed of a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, a CoNi alloy, or the like. The nonmagnetic intermediate layer 53 is made of Ru, Rh, I.
It is preferably formed of an alloy of one or more of r, Cr, Re and Cu.

【0175】第1の固定磁性層52は、反強磁性層51
に接して形成され、磁場中アニール(熱処理)を施すこ
とにより、前記第1の固定磁性層52と反強磁性層51
との界面にて交換結合磁界(交換異方性磁界)が発生
し、例えば、図9および図10に示すように、前記第1
の固定磁性層22の磁化が、図示Y方向に固定される。
前記第1の固定磁性層52の磁化が、図示Y方向に固定
されると、非磁性中間層53を介して対向する第2の固
定磁性層54の磁化は、第1の固定磁性層52の磁化と
反平行状態(フェリ状態)で固定される。
The first pinned magnetic layer 52 is the antiferromagnetic layer 51.
And is annealed (heat-treated) in a magnetic field to form the first pinned magnetic layer 52 and the antiferromagnetic layer 51.
An exchange coupling magnetic field (exchange anisotropy magnetic field) is generated at the interface with, and, for example, as shown in FIG. 9 and FIG.
The magnetization of the pinned magnetic layer 22 is pinned in the Y direction in the figure.
When the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is pinned in the Y direction in the drawing, the magnetization of the second pinned magnetic layer 54 that faces the non-magnetic intermediate layer 53 is the same as that of the first pinned magnetic layer 52. It is fixed in an antiparallel state (ferri state) with the magnetization.

【0176】このフェリ状態の安定性を保つためには、
大きい交換結合磁界が必要である。この例のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層51として、ブロッ
キング温度が高く、しかも第1の固定磁性層52との界
面で大きい交換結合磁界(交換異方性磁界)を発生させ
る上記の合金を使用することで、前記第1の固定磁性層
52及び第2の固定磁性層54の磁化状態を熱的にも安
定して保つことができる。また、前記非磁性導電層55
は、Cuなどで形成されることが好ましい。
In order to maintain the stability of this ferri state,
A large exchange coupling field is needed. In the spin-valve thin-film magnetic element of this example, the antiferromagnetic layer 51 has a high blocking temperature and generates a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer 52. By using the above alloy, the magnetization states of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 can be maintained thermally stable. In addition, the non-magnetic conductive layer 55
Is preferably formed of Cu or the like.

【0177】また、前記第1のフリー磁性層56は、図
9および図10に示すように、2層から形成されてお
り、非磁性導電層55に接する側にCo膜57が形成さ
れている。非磁性導電層55に接する側にCo膜57を
形成するのは、第1に△MRを大きくできるためであ
り、第2に非磁性導電層55との拡散を防止するためで
ある。
The first free magnetic layer 56 is formed of two layers as shown in FIGS. 9 and 10, and the Co film 57 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 55. . The reason why the Co film 57 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 55 is to first increase ΔMR and secondly to prevent diffusion with the nonmagnetic conductive layer 55.

【0178】前記Co膜57の上には、NiFe合金膜
58が形成されている。更に、前記NiFe合金膜58
上には、非磁性中間層59が形成されている。そして、
前記非磁性中間層59の上には、第1のフリー磁性層6
0が形成されている。前記第1のフリー磁性層60は、
Co膜、NiFe合金、CoFe合金、あるいはCoN
iFe合金、CoNi合金などで形成されている。
A NiFe alloy film 58 is formed on the Co film 57. Further, the NiFe alloy film 58
A nonmagnetic intermediate layer 59 is formed on the top. And
The first free magnetic layer 6 is formed on the non-magnetic intermediate layer 59.
0 is formed. The first free magnetic layer 60 is
Co film, NiFe alloy, CoFe alloy, or CoN
It is formed of an iFe alloy, a CoNi alloy, or the like.

【0179】また、第2のフリー磁性層56と第1のフ
リー磁性層60との間に介在する非磁性中間層59は、
Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるい
は2種以上の合金で形成されていることが好ましい。
Further, the non-magnetic intermediate layer 59 interposed between the second free magnetic layer 56 and the first free magnetic layer 60 is
It is preferable to be formed of an alloy of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re and Cu.

【0180】前記第2のフリー磁性層56の磁化と第1
のフリー磁性層60の磁化とは、前記第2のフリー磁性
層56と第1のフリー磁性層60との間に発生する交換
結合磁界(RKKY相互作用)によって、図9および図
10に示すように、互いに反平行状態(フェリ状態)に
なっている。
The magnetization of the second free magnetic layer 56 and the first
The magnetization of the free magnetic layer 60 is as shown in FIGS. 9 and 10 by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the second free magnetic layer 56 and the first free magnetic layer 60. In addition, they are antiparallel to each other (ferry state).

【0181】図9および図10に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子では、例えば、第2のフリー磁性層56の膜
厚tF2は、第1のフリー磁性層60の膜厚tF1よりも
小さく形成されている。そして、前記第2のフリー磁性
層56のMs・tF2は、第1のフリー磁性層60のM
s・tF1よりも小さく設定されており、バイアス層6
2から図示X1方向と反対方向にバイアス磁界が与えら
れると、Ms・tF1の大きい第1のフリー磁性層60
の磁化が、前記バイアス磁界の影響を受けて、図示X1
方向と反対方向に揃えられ、前記第1のフリー磁性層6
0との交換結合磁界(RKKY相互作用)によって、M
s・tF2の小さい第2のフリー磁性層56の磁化は、
図示X1方向に揃えられる。
In the spin-valve thin film magnetic element shown in FIGS. 9 and 10, for example, the film thickness tF 2 of the second free magnetic layer 56 is formed smaller than the film thickness tF 1 of the first free magnetic layer 60. Has been done. The Ms · tF 2 of the second free magnetic layer 56 is M of the first free magnetic layer 60.
The bias layer 6 is set to be smaller than s · tF 1.
When a bias magnetic field is applied from 2 in the direction opposite to the X1 direction in the figure, the first free magnetic layer 60 having a large Ms · tF 1 is obtained.
The magnetization of the
The first free magnetic layer 6 aligned in a direction opposite to the direction.
By the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) with 0, M
The magnetization of the second free magnetic layer 56 having a small s · tF 2 is
They are aligned in the X1 direction shown.

【0182】図示Y方向から外部磁界が侵入してくる
と、前記第2のフリー磁性層56と第1のフリー磁性層
60の磁化は、フェリ状態を保ちながら、前記外部磁界
の影響を受けて回転する。そして、△MRに奇与する第
2のフリー磁性層56の変動磁化と、第2の固定磁性層
54の固定磁化(例えば図示Y方向と反対方向に磁化さ
れている)との関係によって、電気抵抗が変化し、外部
磁界が電気抵抗変化として検出される。
When an external magnetic field enters from the Y direction in the drawing, the magnetizations of the second free magnetic layer 56 and the first free magnetic layer 60 are affected by the external magnetic field while maintaining the ferrimagnetic state. Rotate. Then, depending on the relationship between the variable magnetization of the second free magnetic layer 56 that gives an adverse effect on ΔMR and the fixed magnetization of the second fixed magnetic layer 54 (eg, magnetized in the direction opposite to the Y direction in the drawing), the electric The resistance changes and the external magnetic field is detected as a change in electrical resistance.

【0183】前記軟磁性層61、61は、例えば、Ni
Fe合金などで形成されることが好ましい。また、バイ
アス層62、62は、前記反強磁性層51と同様に、P
t、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、Au、Ag、C
r、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素と、Mnとを含む合金からな
るものとされる。また、導電層62、63は、Au、
W、Cr、Taなどにより形成されることが好ましい。
The soft magnetic layers 61, 61 are made of, for example, Ni.
It is preferably formed of an Fe alloy or the like. In addition, the bias layers 62 and 62 have the same structure as the antiferromagnetic layer 51.
t, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Au, Ag, C
It is made of an alloy containing Mn and at least one element selected from r, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr. The conductive layers 62 and 63 are made of Au,
It is preferably formed of W, Cr, Ta or the like.

【0184】この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子も、
図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子とほぼ同様の製
造方法により製造することができる。即ち、本発明のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、基板K上
に、反強磁性層51、第1の固定磁性層52、非磁性中
間層53、第2の固定磁性層54、非磁性導電層55、
第2のフリー磁性層56、非磁性中間層59、第1のフ
リー磁性層60を順次積層して第1の積層体を形成した
のち、前記第1の積層体にトラック幅Tw方向と直交す
る方向である第1の磁界を印加しつつ、第1の熱処理温
度で熱処理し、前記反強磁性層51に交換異方性磁界を
発生させて、前記第1の固定磁性層52の磁化を固定す
る。
The spin valve thin film magnetic element of this example also
The spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 1 can be manufactured by almost the same manufacturing method. That is, in the method of manufacturing a spin-valve thin film magnetic element of the present invention, the antiferromagnetic layer 51, the first pinned magnetic layer 52, the non-magnetic intermediate layer 53, the second pinned magnetic layer 54, and the non-ferromagnetic layer 54 are formed on the substrate K. Magnetic conductive layer 55,
After the second free magnetic layer 56, the non-magnetic intermediate layer 59, and the first free magnetic layer 60 are sequentially stacked to form a first stacked body, the first stacked body is orthogonal to the track width Tw direction. Direction, a first magnetic field is applied and heat treatment is performed at a first heat treatment temperature to generate an exchange anisotropic magnetic field in the antiferromagnetic layer 51, and the magnetization of the first fixed magnetic layer 52 is fixed. To do.

【0185】次に、前記第1の積層体の上に、リフトオ
フ用レジストを使用する方法などにより、トラック幅T
wに相当する間隔を開けて軟磁性層61、61を形成
し、続いて、前記軟磁性層61、61の上にバイアス層
62、62を形成し、更に、前記バイアス層62、62
の上に導電層63、63を形成し、図9および図10に
示すスピンバルブ型薄膜磁気素子と同じ形状の第2の積
層体が得られる。
Next, a track width T is formed on the first laminate by a method using a lift-off resist.
The soft magnetic layers 61, 61 are formed at intervals corresponding to w, the bias layers 62, 62 are subsequently formed on the soft magnetic layers 61, 61, and the bias layers 62, 62 are further formed.
Conductive layers 63, 63 are formed on top of the above to obtain a second laminated body having the same shape as the spin-valve type thin film magnetic element shown in FIGS. 9 and 10.

【0186】このようにして得られた第2の積層体に対
し、トラック幅Tw方向に前記反強磁性層51の交換異
方性磁界よりも小さい第2の磁界を印加しつつ、第2の
熱処理温度で熱処理し、前記第1のフリー磁性層60に
前記第1の固定磁性層52および第2の固定磁性層54
の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与するこ
とによって図9および図10に示すスピンバルブ型薄膜
磁気素子が得られる。
A second magnetic field smaller than the exchange anisotropic magnetic field of the antiferromagnetic layer 51 is applied to the second laminate thus obtained in the track width Tw direction while applying the second magnetic field. The first free magnetic layer 60 is heat-treated at a heat treatment temperature to form the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54.
The spin valve thin film magnetic element shown in FIGS. 9 and 10 is obtained by applying a bias magnetic field in a direction intersecting with the magnetization direction of.

【0187】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいても、反強磁性層51およびバイアス層62が、P
t、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、Au、Ag、C
r、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素とMnとを含む合金からなる
ものであるので、交換異方性磁界の温度特性が良好とな
り、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とな
る。
Also in such a spin-valve type thin film magnetic element, the antiferromagnetic layer 51 and the bias layer 62 are P
t, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Au, Ag, C
Since it is made of an alloy containing Mn and at least one element or two or more elements out of r, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr, the temperature characteristic of the exchange anisotropic magnetic field becomes good and the heat resistance is high. It is a spin-valve thin-film magnetic element with excellent characteristics.

【0188】また、ハードディスク装置内の環境温度や
素子を流れるセンス電流によるジュール熱により素子が
高温となる薄膜磁気ヘッドなどの装置に備えられた場合
の耐久性が良好で、温度変化による交換異方性磁界(交
換結合磁界)の変動が少ない優れたスピンバルブ型薄膜
磁気素子とすることができる。更にまた、反強磁性層5
1を上記の合金で形成することで、ブロッキング温度が
高いものとなり、反強磁性層51に大きな交換異方性磁
界を発生させることができるため、第1の固定磁性層5
2および第2の固定磁性層54の磁化方向を強固に固定
することができる。
Further, the durability is good when the device is provided in a device such as a thin-film magnetic head in which the element becomes high temperature due to the Joule heat due to the sense current flowing through the element in the hard disk device, and the replacement anisotropy due to the temperature change is high. It is possible to provide an excellent spin-valve thin-film magnetic element in which the fluctuation of the magnetic field (exchange coupling magnetic field) is small. Furthermore, the antiferromagnetic layer 5
When 1 is formed of the above alloy, the blocking temperature becomes high, and a large exchange anisotropic magnetic field can be generated in the antiferromagnetic layer 51. Therefore, the first pinned magnetic layer 5
The magnetization directions of the second and second pinned magnetic layers 54 can be firmly pinned.

【0189】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法においては、反強磁性層51およびバイアス
層62に、Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、A
u、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうち
の少なくとも1種または2種以上の元素とMnとを含む
合金を用い、前記合金の性質を利用して、1度目の熱処
理で第1の固定磁性層52の磁化方向を固定し、2度目
の熱処理で第1のフリー磁性層60の磁化方向を前記第
1の固定磁性層52および第2の固定磁性層54の磁化
方向と交差する方向に揃えるので、第1の固定磁性層5
2の磁化方向に悪影響を与えることなく、第2のフリー
磁性層56および第1のフリー磁性層60の磁化方向を
第1の固定磁性層52および第2の固定磁性層54の磁
化方向と交差する方向に揃えることができ、耐熱性に優
れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。
In the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element, the antiferromagnetic layer 51 and the bias layer 62 have Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os and A.
An alloy containing at least one element of u, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr and Mn and Mn is used, and the first heat treatment is performed by utilizing the properties of the alloy. The magnetization direction of the first pinned magnetic layer 52 is fixed, and the magnetization direction of the first free magnetic layer 60 is set to the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 by the second heat treatment. Since they are aligned in the intersecting direction, the first pinned magnetic layer 5
The magnetization directions of the second free magnetic layer 56 and the first free magnetic layer 60 intersect the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 without adversely affecting the magnetization direction of No. 2. It is possible to obtain a spin-valve type thin film magnetic element having excellent heat resistance.

【0190】また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法は、第1の積層体の上に軟磁性層61、61を
形成し、前記軟磁性層61、61の上にバイアス層6
2、62を形成する方法であるので、軟磁性層61、6
1を形成した後、真空を破ることなく前記バイアス層6
2、62を形成することができ、前記バイアス層62、
62が形成される表面をイオンミリングや逆スパッタに
よりクリーニングする必要がないため、再付着物による
コンタミや、表面の結晶状態の乱れによる交換異方性磁
界の発生に対する悪影響など、クリーニングすることに
起因する不都合が生じない優れた製造方法とすることが
できる。また、前記バイアス層62、62を形成する前
に前記バイアス層62、62が形成される面をクリーニ
ングする必要がないため、容易に製造することができる
特徴を有する。
Further, in the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element, the soft magnetic layers 61, 61 are formed on the first laminated body, and the bias layer 6 is formed on the soft magnetic layers 61, 61.
2 and 62, the soft magnetic layers 61 and 6 are formed.
1, the bias layer 6 is formed without breaking the vacuum.
2, 62 can be formed, and the bias layer 62,
Since it is not necessary to clean the surface on which 62 is formed by ion milling or reverse sputtering, it is caused by cleaning such as contamination by redeposited substances and adverse effects on generation of exchange anisotropic magnetic field due to disorder of crystal state of the surface. It is possible to obtain an excellent manufacturing method that does not cause the inconvenience. Further, since it is not necessary to clean the surface on which the bias layers 62, 62 are formed before forming the bias layers 62, 62, there is a feature that they can be easily manufactured.

【0191】[センス電流磁界の作用]次に、図7〜図
10に示す第2の実施形態および第3の実施形態の構造
において、センス電流磁界の作用について説明する。図
7および図8に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、
非磁性導電層15の下側に第2の固定磁性層14が形成
されている。この場合にあっては、第1の固定磁性層1
2及び第2の固定磁性層14のうち、磁気モーメントの
大きい方の固定磁性層の磁化方向に、センス電流磁界の
方向を合わせる。
[Operation of Sense Current Magnetic Field] Next, the operation of the sense current magnetic field in the structures of the second and third embodiments shown in FIGS. 7 to 10 will be described. In the spin valve thin film magnetic element shown in FIGS. 7 and 8,
The second pinned magnetic layer 14 is formed below the nonmagnetic conductive layer 15. In this case, the first pinned magnetic layer 1
Of the second and second pinned magnetic layers 14, the direction of the sense current magnetic field is aligned with the magnetization direction of the pinned magnetic layer having the larger magnetic moment.

【0192】図7に示すように、前記第2の固定磁性層
14の磁気モーメントは、第1の固定磁性層12の磁気
モーメントに比べて大きく、前記第2の固定磁性層14
の磁気モーメントは、図示Y方向と反対方向(図示左方
向)に向いている。このため前記第1の固定磁性層12
の磁気モーメントと第2の固定磁性層14の磁気モーメ
ントとを足し合わせた合成磁気モーメントは、図示Y方
向と反対方向(図示左方向)に向いている。
As shown in FIG. 7, the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 14 is larger than that of the first pinned magnetic layer 12, and the second pinned magnetic layer 14 has a larger magnetic moment.
Has a magnetic moment in the direction opposite to the Y direction in the drawing (left direction in the drawing). Therefore, the first pinned magnetic layer 12
And the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 14 are added together, and the combined magnetic moment is directed in the direction opposite to the Y direction in the drawing (left direction in the drawing).

【0193】前述のように、非磁性導電層15は、第2
の固定磁性層14及び第1の固定磁性層12の上側に形
成されている。このため、主に前記非磁性導電層15を
中心にして流れるセンス電流112によって形成される
センス電流磁界は、前記非磁性導電層15よりも下側に
おいて、図示左方向に向くように、前記センス電流11
2の流す方向を制御すればよい。このようにすれば、第
1の固定磁性層12と第2の固定磁性層14との合成磁
気モーメントの方向と、前記センス電流磁界の方向とが
一致する。
As described above, the non-magnetic conductive layer 15 is the second magnetic layer.
Is formed above the pinned magnetic layer 14 and the first pinned magnetic layer 12. Therefore, the sense current magnetic field formed mainly by the sense current 112 flowing mainly around the non-magnetic conductive layer 15 is located below the non-magnetic conductive layer 15 so as to be directed to the left in the figure. Current 11
It suffices to control the flowing direction of 2. By doing so, the direction of the combined magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 and the direction of the sense current magnetic field coincide with each other.

【0194】図7に示すように、前記センス電流112
は、図示X1方向に流される。右ネジの法則により、セ
ンス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界
は、紙面に対して右回りに形成される。従って、非磁性
導電層15よりも下側の層には、図示方向(図示Y方向
と反対方向)のセンス電流磁界が印加されることにな
り、このセンス電流によって、第1の合成磁気モーメン
トを補強する方向に作用し、第1の固定磁性層12と第
2の固定磁性層14間に作用する交換結合磁界(RKK
Y相互作用)が増幅され、前記第1の固定磁性層12の
磁化と第2の固定磁性層14の磁化の反平行状態をより
熱的に安定させることが可能になる。
As shown in FIG. 7, the sense current 112
Are made to flow in the X1 direction in the figure. According to the right-handed screw law, the sense current magnetic field formed by passing the sense current is formed clockwise with respect to the paper surface. Therefore, a sense current magnetic field in the illustrated direction (opposite to the Y direction in the drawing) is applied to the layer below the nonmagnetic conductive layer 15, and the sense current causes the first combined magnetic moment to be generated. The exchange coupling magnetic field (RKK) that acts in the reinforcing direction and acts between the first pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14
(Y interaction) is amplified, and the antiparallel state of the magnetization of the first pinned magnetic layer 12 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 can be more thermally stabilized.

【0195】特に、センス電流を1mA流すと、約30
(Oe)程度のセンス電流磁界が発生し、また素子温度
が約10℃程度上昇することが判っている。更に、記録
媒体の回転数は、10000rpm程度まで速くなり、
この回転数の上昇により、装置内温度は、最高約100
℃まで上昇する。このため、例えば、センス電流を10
mA流した場合、スピンバルブ型薄膜磁気素子の素子温
度は、約200℃程度まで上昇し、更にセンス電流磁界
も300(Oe)と大きくなる。
Particularly, when a sense current of 1 mA is applied, about 30
It is known that a sense current magnetic field of about (Oe) is generated and the element temperature rises by about 10 ° C. Furthermore, the number of rotations of the recording medium increases to about 10,000 rpm,
Due to this increase in the number of rotations, the internal temperature of the equipment is about 100 at maximum.
Rises to ℃. Therefore, for example, the sense current is set to 10
When mA is applied, the element temperature of the spin-valve thin film magnetic element rises to about 200 ° C., and the sense current magnetic field also increases to 300 (Oe).

【0196】このような、非常に高い環境温度下で、し
かも、大きなセンス電流が流れる場合にあっては、第1
の固定磁性層12の磁気モーメントと第2の固定磁性層
14とを足し合わせて求めることができる合成磁気モー
メントの方向と、センス電流磁界の方向とが逆向きであ
ると、第1の固定磁性層12の磁化と第2の固定磁性層
14の磁化との反平行状態が壊れ易くなる。また、高い
環境温度下でも耐え得るようにするには、センス電流磁
界の方向の調節の他に、高いブロッキング温度を有する
反強磁性材料を反強磁性層11として使用する必要があ
る。そのため、本発明では、ブロッキング温度が高い上
記の合金を使用している。
In such an extremely high environmental temperature and when a large sense current flows, the first
If the direction of the combined magnetic moment that can be obtained by adding the magnetic moment of the pinned magnetic layer 12 and the second pinned magnetic layer 14 is opposite to the direction of the sense current magnetic field, the first pinned magnetic layer The antiparallel state between the magnetization of the layer 12 and the magnetization of the second pinned magnetic layer 14 is easily broken. Further, in order to withstand even a high environmental temperature, it is necessary to use an antiferromagnetic material having a high blocking temperature as the antiferromagnetic layer 11 in addition to adjusting the direction of the sense current magnetic field. Therefore, in the present invention, the above alloy having a high blocking temperature is used.

【0197】なお、図7に示す第1の固定磁性層12の
磁気モーメントと第2の固定磁性層14の磁気モーメン
トとで形成される合成磁気モーメントが、図示右方向
(図示Y方向)に向いている場合には、センス電流を図
示X1方向と反対方向に流し、センス電流磁界が紙面に
対し左回りに形成されるようにすればよい。
The composite magnetic moment formed by the magnetic moment of the first pinned magnetic layer 12 and the magnetic moment of the second pinned magnetic layer 14 shown in FIG. 7 is directed rightward in the drawing (Y direction in the drawing). In this case, the sense current may flow in the direction opposite to the X1 direction in the drawing so that the sense current magnetic field is formed counterclockwise with respect to the plane of the drawing.

【0198】図9及び図10は、フリー磁性層が非磁性
中間層を介して第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性
層の2層に分断されて形成されたスピンバルブ型薄膜磁
気素子の実施形態であるが、図9に示すスピンバルブ型
薄膜磁気素子のように、非磁性導電層55よりも下側に
第1の固定磁性層52及び第2の固定磁性層54が形成
された場合にあっては、図7に示すスピンバルブ型薄膜
磁気素子の場合と同様のセンス電流方向の制御を行えば
よい。
9 and 10 show a spin valve thin film magnetic element formed by dividing a free magnetic layer into two layers, a first free magnetic layer and a second free magnetic layer, with a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween. However, like the spin valve thin film magnetic element shown in FIG. 9, the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are formed below the non-magnetic conductive layer 55. In that case, the sense current direction may be controlled in the same manner as in the case of the spin valve thin film magnetic element shown in FIG.

【0199】以上のように、上述の各実施の形態によれ
ば、センス電流を流すことによって形成されるセンス電
流磁界の方向と、第1の固定磁性層の磁気モーメントと
第2の固定磁性層の磁気モーメントを足し合わせること
によって求めることができる合成磁気モーメントの方向
とを一致させることにより、前記第1の固定磁性層と第
2の固定磁性層間に作用する交換結合磁界(RKKY相
互作用)を増幅させ、前記第lの固定磁性層の磁化と第
2の固定磁性層の磁化の反平行状態(フェリ状態)を熱
的に安定した状態に保つことが可能である。
As described above, according to each of the above embodiments, the direction of the sense current magnetic field formed by flowing the sense current, the magnetic moment of the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer. By matching the directions of the synthetic magnetic moments that can be obtained by adding the magnetic moments of the above, the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) acting between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer can be obtained. It is possible to amplify and maintain the antiparallel state (ferri state) of the magnetization of the first pinned magnetic layer and the magnetization of the second pinned magnetic layer in a thermally stable state.

【0200】特に、本実施の形態では、より熱的安定性
を向上させるために、反強磁性層にブロッキング温度の
高い反強磁性材料を使用しており、これによって、環境
温度が、従来に比べて大幅に上昇しても、前記第1の固
定磁性層の磁化と第2の固定磁性層の磁化の反平行状態
(フェリ状態)を壊れ難くすることができる。
In particular, in this embodiment, an antiferromagnetic material having a high blocking temperature is used for the antiferromagnetic layer in order to further improve thermal stability. Even if the magnetization is significantly increased, the antiparallel state (ferri state) of the magnetization of the first pinned magnetic layer and the magnetization of the second pinned magnetic layer can be hardly broken.

【0201】また、高記録密度化に対応するためにセン
ス電流量を大きくして再生出力を大きくしようとする
と、それに従ってセンス電流磁界も大きくなるが、本発
明の実施の形態では、前記センス電流磁界が、第1の固
定磁性層と第2の固定磁性層の間に働く交換結合磁界を
増幅させる作用をもたらしているので、センス電流磁界
の増大により、第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の
磁化状態は、より安定したものとなる。
Further, if an attempt is made to increase the read current by increasing the sense current amount in order to cope with the higher recording density, the sense current magnetic field also increases accordingly. However, in the embodiment of the present invention, the sense current is increased. Since the magnetic field has the effect of amplifying the exchange coupling magnetic field that acts between the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer, the increase in the sense current magnetic field causes the first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer to move. The magnetization state of the pinned magnetic layer becomes more stable.

【0202】なお、このセンス電流方向の制御は、反強
磁性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であっ
ても適用でき、例えば、反強磁性層と固定磁性層(第1
の固定磁性層)との界面で交換結合磁界(交換異方性磁
界)を発生させるために、熱処理が必要であるか、ある
いは必要でないかを問わない。更に、図1に示す第1の
実施の形態のように、固定磁性層が単層で形成されてい
るシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の場合であって
も、前述したセンス電流を流すことによって形成される
センス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化方向とを一
致させることにより、前記固定磁性層の磁化を熱的に安
定化させることが可能である。
The control of the sense current direction can be applied regardless of what antiferromagnetic material is used for the antiferromagnetic layer. For example, the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer (first
It does not matter whether heat treatment is necessary or not in order to generate an exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the fixed magnetic layer). Further, as in the first embodiment shown in FIG. 1, even in the case of a single spin-valve thin film magnetic element in which the pinned magnetic layer is formed of a single layer, it is formed by flowing the above-mentioned sense current. The magnetization of the pinned magnetic layer can be thermally stabilized by matching the direction of the sense current magnetic field generated with the magnetization direction of the pinned magnetic layer.

【0203】[第4の実施形態]図11は、本発明の第4
の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体と
の対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、図1に示
すスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、ハードディス
ク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端
部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を
検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気
記録媒体の移動方向は、図示Z方向であり、磁気記録媒
体からの洩れ磁界の方向は、Y方向である。
[Fourth Embodiment] FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the spin-valve thin-film magnetic element of the embodiment as viewed from the side facing the recording medium.
Also in this spin-valve thin-film magnetic element, like the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 1, it is provided at the trailing side end of the floating slider provided in the hard disk drive, and the recording magnetic field of the hard disk or the like. Is to detect. The moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction in the figure, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

【0204】また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気素
子も、反強磁性材料からなるバイアス層を用いたエクス
チェンジバイアス方式により、フリー磁性層の磁化方向
を固定磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃える
ものである。このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、固定
磁性層のみならず、フリー磁性層も非磁性中間層を介し
て第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の2層に分
断されている。
Also, in the spin-valve type thin film magnetic element of this example, the magnetization direction of the free magnetic layer intersects with the magnetization direction of the pinned magnetic layer by the exchange bias method using the bias layer made of an antiferromagnetic material. It is aligned in the direction. In this spin-valve thin-film magnetic element, not only the fixed magnetic layer but also the free magnetic layer is divided into two layers of a first free magnetic layer and a second free magnetic layer via a non-magnetic intermediate layer.

【0205】図11において、符号Kは、基板を示して
いる。この基板Kの上には、先の図10に示す第3の実
施形態の場合と同様に、Al23などの絶縁下地層20
0、下部シールド層163、下部ギャップ層164、反
強磁性層51が形成され、更に、前記反強磁性層51の
上には、第1の固定磁性層52、非磁性中間層53、第
2の固定磁性層54、非磁性導電層55、第2のフリー
磁性層56、非磁性中間層59、第1のフリー磁性層6
0が順に積層されている。前記第2のフリー磁性層60
においてその中央部のトラック幅に相当する部分の両側
に、凹部60a、60aが形成され、これらの凹部60
aを埋め込むように軟磁性層61、61がトラック幅T
wに相当する間隔を開けるように設けられている。更
に、これらの軟磁性層61、61の上には、バイアス層
62、62が設けられ、前記バイアス層62、62の上
には、導電層63、63が形成されている。
In FIG. 11, reference numeral K indicates a substrate. On the substrate K, as in the case of the third embodiment shown in FIG. 10, the insulating underlayer 20 such as Al 2 O 3 is used.
0, a lower shield layer 163, a lower gap layer 164, and an antiferromagnetic layer 51 are formed, and further, on the antiferromagnetic layer 51, a first pinned magnetic layer 52, a nonmagnetic intermediate layer 53, and a second magnetic layer. Pinned magnetic layer 54, non-magnetic conductive layer 55, second free magnetic layer 56, non-magnetic intermediate layer 59, first free magnetic layer 6 of
0 is sequentially stacked. The second free magnetic layer 60
In this case, concave portions 60a, 60a are formed on both sides of a portion corresponding to the track width of the central portion thereof.
The soft magnetic layers 61 and 61 have track width T so as to embed a.
It is provided so as to open a space corresponding to w. Further, bias layers 62 and 62 are provided on the soft magnetic layers 61 and 61, and conductive layers 63 and 63 are formed on the bias layers 62 and 62.

【0206】本発明の第4の実施形態のスピンバルブ型
薄膜磁気素子においても、前記反強磁性層51は、上記
のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様にPt、Pd、R
h、Ru、Ir、Os、Au、Ag、Cr、Ni、N
e、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2
種以上の元素と、Mnを含む合金からなるものであり、
磁場中熱処理により第1の固定磁性層52、第2の固定
磁性層54をそれぞれ一定の方向に磁化するものであ
る。
Also in the spin-valve thin-film magnetic element of the fourth embodiment of the present invention, the antiferromagnetic layer 51 has Pt, Pd, R as in the spin-valve thin-film magnetic element.
h, Ru, Ir, Os, Au, Ag, Cr, Ni, N
at least one of e, Ar, Xe, and Kr or 2
It is composed of an alloy containing at least one element and Mn,
The first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are magnetized in a fixed direction by heat treatment in a magnetic field.

【0207】第1の固定磁性層52及び第2の固定磁性
層54は、Co膜、NiFe合金、CoFe合金、ある
いはCoNiFe合金、CoNi合金などから形成され
ている。また、非磁性中間層53は、Ru、Rh、I
r、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合
金で形成されていることが好ましい。
The first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 are formed of a Co film, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNiFe alloy, a CoNi alloy, or the like. The nonmagnetic intermediate layer 53 is made of Ru, Rh, I.
It is preferably formed of an alloy of one or more of r, Cr, Re and Cu.

【0208】第1の固定磁性層52は、反強磁性層51
に接して形成され、磁場中アニール(熱処理)を施すこ
とにより、前記第1の固定磁性層52と反強磁性層51
との界面にて交換結合磁界(交換異方性磁界)が発生
し、例えば、図11に示すように、前記第1の固定磁性
層52の磁化が、図示Y方向に固定される。前記第1の
固定磁性層52の磁化が、図示Y方向に固定されると、
非磁性中間層53を介して対向する第2の固定磁性層5
4の磁化は、第1の固定磁性層52の磁化と反平行状態
(フェリ状態)で固定される。
The first pinned magnetic layer 52 is the antiferromagnetic layer 51.
And is annealed (heat-treated) in a magnetic field to form the first pinned magnetic layer 52 and the antiferromagnetic layer 51.
An exchange coupling magnetic field (exchange anisotropy magnetic field) is generated at the interface with, and, for example, as shown in FIG. 11, the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is pinned in the Y direction in the drawing. When the magnetization of the first pinned magnetic layer 52 is pinned in the Y direction in the drawing,
The second pinned magnetic layer 5 that faces the non-magnetic intermediate layer 53.
The magnetization of No. 4 is pinned in an antiparallel state (ferri state) with the magnetization of the first pinned magnetic layer 52.

【0209】このフェリ状態の安定性を保つためには、
大きい交換結合磁界が必要である。この例のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層51として、ブロッ
キング温度が高く、しかも第1の固定磁性層52との界
面で大きい交換結合磁界(交換異方性磁界)を発生させ
る上記の合金を使用することで、前記第1の固定磁性層
52及び第2の固定磁性層54の磁化状態を熱的にも安
定して保つことができる。また、前記非磁性導電層55
は、Cuなどで形成されることが好ましい。
To maintain the stability of this ferri state,
A large exchange coupling field is needed. In the spin-valve thin-film magnetic element of this example, the antiferromagnetic layer 51 has a high blocking temperature and generates a large exchange coupling magnetic field (exchange anisotropic magnetic field) at the interface with the first pinned magnetic layer 52. By using the above alloy, the magnetization states of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 can be maintained thermally stable. In addition, the non-magnetic conductive layer 55
Is preferably formed of Cu or the like.

【0210】また、前記第2のフリー磁性層56は、図
11に示すように、2層から形成されており、非磁性導
電層55に接する側にCo膜57が形成されている。非
磁性導電層55に接する側にCo膜57を形成するの
は、第1に△MRを大きくできるためであり、第2に非
磁性導電層55との拡散を防止するためである。
As shown in FIG. 11, the second free magnetic layer 56 is composed of two layers, and the Co film 57 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 55. The reason why the Co film 57 is formed on the side in contact with the nonmagnetic conductive layer 55 is to first increase ΔMR and secondly to prevent diffusion with the nonmagnetic conductive layer 55.

【0211】前記Co膜57の上には、NiFe合金膜
58が形成されている。更に、前記NiFe合金膜58
上には、非磁性中間層59が形成されている。そして、
前記非磁性中間層59の上には、第1のフリー磁性層6
0が形成されている。前記第1のフリー磁性層60は、
Co膜、NiFe合金、CoFe合金、あるいはCoN
iFe合金、CoNi合金などで形成されている。
A NiFe alloy film 58 is formed on the Co film 57. Further, the NiFe alloy film 58
A nonmagnetic intermediate layer 59 is formed on the top. And
The first free magnetic layer 6 is formed on the non-magnetic intermediate layer 59.
0 is formed. The first free magnetic layer 60 is
Co film, NiFe alloy, CoFe alloy, or CoN
It is formed of an iFe alloy, a CoNi alloy, or the like.

【0212】また、第2のフリー磁性層56と第1のフ
リー磁性層60との間に介在する非磁性中間層59は、
Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるい
は2種以上の合金で形成されていることが好ましい。
Further, the non-magnetic intermediate layer 59 interposed between the second free magnetic layer 56 and the first free magnetic layer 60 is
It is preferable to be formed of an alloy of one or more of Ru, Rh, Ir, Cr, Re and Cu.

【0213】前記第2のフリー磁性層56の磁化と第1
のフリー磁性層60の磁化とは、前記第2のフリー磁性
層56と第1のフリー磁性層60との間に発生する交換
結合磁界(RKKY相互作用)によって、図11に示す
ように、互いに反平行状態(フェリ状態)になってい
る。
The magnetization of the second free magnetic layer 56 and the first
The magnetization of the free magnetic layer 60 of the second free magnetic layer 56 is caused by the exchange coupling magnetic field (RKKY interaction) generated between the second free magnetic layer 56 and the first free magnetic layer 60, as shown in FIG. It is in an anti-parallel state (ferry state).

【0214】図11に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
では、例えば、第2のフリー磁性層56の膜厚tF
2は、第1のフリー磁性層60の膜厚tF1よりも小さく
形成されているが、この逆の関係でも差し支えない。そ
して、前記第2のフリー磁性層56のMs・tF2は、
第1のフリー磁性層60のMs・tF1よりも小さく設
定されており、バイアス層62から図示X1方向と反対
方向にバイアス磁界が与えられると、Ms・tF1の大
きい第1のフリー磁性層60の磁化が、前記バイアス磁
界の影響を受けて、図示X1方向と反対方向に揃えら
れ、前記第1のフリー磁性層60との交換結合磁界(R
KKY相互作用)によって、Ms・tF2の小さい第2
のフリー磁性層56の磁化は、図示X1方向に揃えられ
る。
In the spin valve thin film magnetic element shown in FIG. 11, for example, the film thickness tF of the second free magnetic layer 56 is set.
2 is formed to be smaller than the film thickness tF 1 of the first free magnetic layer 60, but the opposite relationship may be acceptable. The Ms · tF 2 of the second free magnetic layer 56 is
It is set to be smaller than Ms · tF 1 of the first free magnetic layer 60, and when a bias magnetic field is applied from the bias layer 62 in the direction opposite to the X1 direction in the drawing, the first free magnetic layer having a large Ms · tF 1 is obtained. The magnetization of 60 is aligned in the direction opposite to the X1 direction in the figure under the influence of the bias magnetic field, and the exchange coupling magnetic field (R
(KKY interaction) causes a small second Ms · tF 2
The magnetization of the free magnetic layer 56 is aligned in the X1 direction in the figure.

【0215】図示Y方向から外部磁界が侵入してくる
と、前記第2のフリー磁性層56と第1のフリー磁性層
60の磁化は、フェリ状態を保ちながら、前記外部磁界
の影響を受けて回転する。そして、△MRに奇与する第
2のフリー磁性層56の変動磁化と、第2の固定磁性層
54の固定磁化(例えば図示Y方向と反対方向に磁化さ
れている)との関係によって、電気抵抗が変化し、外部
磁界が電気抵抗変化として検出される。
When an external magnetic field enters from the Y direction shown in the figure, the magnetizations of the second free magnetic layer 56 and the first free magnetic layer 60 are affected by the external magnetic field while maintaining the ferrimagnetic state. Rotate. Then, depending on the relationship between the variable magnetization of the second free magnetic layer 56 that gives an adverse effect on ΔMR and the fixed magnetization of the second fixed magnetic layer 54 (eg, magnetized in the direction opposite to the Y direction in the drawing), the electric The resistance changes and the external magnetic field is detected as a change in electrical resistance.

【0216】前記軟磁性層61、61は、例えば、Ni
Fe合金などで形成されることが好ましい。また、バイ
アス層62、62は、前記反強磁性層51と同様に、P
t、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、Au、Ag、C
r、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素と、Mnとを含む合金からな
るものとされる。また、導電層62、63は、Au、
W、Cr、Taなどにより形成されることが好ましい。
The soft magnetic layers 61, 61 are made of, for example, Ni.
It is preferably formed of an Fe alloy or the like. In addition, the bias layers 62 and 62 have the same structure as the antiferromagnetic layer 51.
t, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Au, Ag, C
It is made of an alloy containing Mn and at least one element selected from r, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr. The conductive layers 62 and 63 are made of Au,
It is preferably formed of W, Cr, Ta or the like.

【0217】この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子も、
図10に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子とほぼ同様の
製造方法により製造することができる。即ち、本発明の
スピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、基板K上
に、反強磁性層51、第1の固定磁性層52、非磁性中
間層53、第1の固定磁性層54、非磁性導電層55、
第2のフリー磁性層56、非磁性中間層59、第2のフ
リー磁性層60を順次積層して第1の積層体を形成した
のち、前記第1の積層体にトラック幅Tw方向と直交す
る方向である第1の磁界を印加しつつ、第1の熱処理温
度で熱処理し、前記反強磁性層51に交換異方性磁界を
発生させて、前記第1の固定磁性層52の磁化を固定す
る。
The spin-valve type thin film magnetic element of this example also
The spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 10 can be manufactured by almost the same manufacturing method. That is, in the method of manufacturing a spin-valve thin film magnetic element of the present invention, the antiferromagnetic layer 51, the first pinned magnetic layer 52, the non-magnetic intermediate layer 53, the first pinned magnetic layer 54, and the non-ferromagnetic layer 54 are formed on the substrate K. Magnetic conductive layer 55,
After the second free magnetic layer 56, the non-magnetic intermediate layer 59, and the second free magnetic layer 60 are sequentially stacked to form the first stacked body, the first stacked body is orthogonal to the track width Tw direction. Direction, a first magnetic field is applied and heat treatment is performed at a first heat treatment temperature to generate an exchange anisotropic magnetic field in the antiferromagnetic layer 51, and the magnetization of the first fixed magnetic layer 52 is fixed. To do.

【0218】次に、前記第1の積層体の上に、図12に
示すようにトラック幅に相当する幅のリフトオフレジス
ト350を使用し、第1のフリー磁性層の一部をイオン
ミリング等の方法で第1のフリー磁性層の数分の一程度
除去するなどにより、凹部60a、60aを形成し、次
いでトラック幅Twに相当する間隔を開けて凹部60a
を埋め込むように軟磁性層61、61を形成し、続い
て、前記軟磁性層61、61の上にバイアス層62、6
2を形成し、更に、前記バイアス層62、62の上に導
電層63、63を形成し、先の実施形態のスピンバルブ
型薄膜磁気素子と同じ形状の積層体が得られる。
Next, as shown in FIG. 12, a lift-off resist 350 having a width corresponding to the track width is used on the first laminate, and a part of the first free magnetic layer is subjected to ion milling or the like. The recesses 60a, 60a are formed by, for example, removing a fraction of the first free magnetic layer by a method, and then the recesses 60a are formed at intervals corresponding to the track width Tw.
Soft magnetic layers 61, 61 are formed so as to be embedded therein, and then bias layers 62, 6 are formed on the soft magnetic layers 61, 61.
2 is further formed, and conductive layers 63 and 63 are further formed on the bias layers 62 and 62 to obtain a laminated body having the same shape as the spin valve thin film magnetic element of the previous embodiment.

【0219】このようにして得られた積層体に対し、ト
ラック幅Tw方向に前記反強磁性層51の交換異方性磁
界よりも小さい第2の磁界を印加しつつ、第2の熱処理
温度で熱処理し、前記第1のフリー磁性層60に前記第
1の固定磁性層52および第2の固定磁性層54の磁化
方向と交差する方向のバイアス磁界を付与することによ
って図11に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子が得られ
る。
At the second heat treatment temperature, a second magnetic field smaller than the exchange anisotropy magnetic field of the antiferromagnetic layer 51 was applied to the laminate thus obtained in the track width Tw direction. The spin valve type shown in FIG. 11 is obtained by heat-treating and applying a bias magnetic field to the first free magnetic layer 60 in a direction intersecting the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54. A thin film magnetic element is obtained.

【0220】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいても、反強磁性層51およびバイアス層62が、P
t、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、Au、Ag、C
r、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素とMnとを含む合金からなる
ものであるので、交換異方性磁界の温度特性が良好とな
り、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とな
る。
Also in such a spin-valve thin film magnetic element, the antiferromagnetic layer 51 and the bias layer 62 are made of P.
t, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Au, Ag, C
Since it is made of an alloy containing Mn and at least one element or two or more elements out of r, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr, the temperature characteristic of the exchange anisotropic magnetic field becomes good and the heat resistance is high. It is a spin-valve thin-film magnetic element with excellent characteristics.

【0221】また、ハードディスク装置内の環境温度や
素子を流れるセンス電流によるジュール熱により素子が
高温となる薄膜磁気ヘッドなどの装置に備えられた場合
の耐久性が良好で、温度変化による交換異方性磁界(交
換結合磁界)の変動が少ない優れたスピンバルブ型薄膜
磁気素子とすることができる。更にまた、反強磁性層5
1を上記の合金で形成することで、ブロッキング温度が
高いものとなり、反強磁性層51に大きな交換異方性磁
界を発生させることができるため、第1の固定磁性層5
2および第2の固定磁性層54の磁化方向を強固に固定
することができる。
Also, the durability is good when the device is provided in a device such as a thin film magnetic head in which the element becomes high temperature due to the Joule heat due to the sense current flowing through the element in the hard disk device, and the replacement anisotropy due to the temperature change. It is possible to provide an excellent spin-valve thin-film magnetic element in which the fluctuation of the magnetic field (exchange coupling magnetic field) is small. Furthermore, the antiferromagnetic layer 5
When 1 is formed of the above alloy, the blocking temperature becomes high, and a large exchange anisotropic magnetic field can be generated in the antiferromagnetic layer 51. Therefore, the first pinned magnetic layer 5
The magnetization directions of the second and second pinned magnetic layers 54 can be firmly pinned.

【0222】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法においては、反強磁性層51およびバイアス
層62に、Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、A
u、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうち
の少なくとも1種または2種以上の元素とMnとを含む
合金を用い、前記合金の性質を利用して、1度目の熱処
理で第1の固定磁性層52の磁化方向を固定し、2度目
の熱処理で第1のフリー磁性層60の磁化方向を前記第
1の固定磁性層52および第2の固定磁性層54の磁化
方向と交差する方向に揃えるので、第1の固定磁性層5
2の磁化方向に悪影響を与えることなく、第2のフリー
磁性層56および第1のフリー磁性層60の磁化方向を
第1の固定磁性層52および第2の固定磁性層54の磁
化方向と交差する方向に揃えることができ、耐熱性に優
れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。
In the method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element, the antiferromagnetic layer 51 and the bias layer 62 have Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, and A.
An alloy containing at least one element of u, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr and Mn and Mn is used, and the first heat treatment is performed by utilizing the properties of the alloy. The magnetization direction of the first pinned magnetic layer 52 is fixed, and the magnetization direction of the first free magnetic layer 60 is set to the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 by the second heat treatment. Since they are aligned in the intersecting direction, the first pinned magnetic layer 5
The magnetization directions of the second free magnetic layer 56 and the first free magnetic layer 60 intersect the magnetization directions of the first pinned magnetic layer 52 and the second pinned magnetic layer 54 without adversely affecting the magnetization direction of No. 2. It is possible to obtain a spin-valve type thin film magnetic element having excellent heat resistance.

【0223】[0223]

【実施例】図1と図2に示す構造を採用したスピンバル
ブ型の薄膜磁気素子を下部シールド層(Co-Nb-Zr
系非晶質合金)と下部ギャップ層(Al23)とを成膜
したアルチック(Al23-TiC)基板上に形成し
た。この基板上にPt50Mn5 0からなる厚さ150Åの
反強磁性層とCoからなる厚さ15Åの第1の固定磁性
層とRuからなる厚さ8Åの非磁性中間層とCoからな
る厚さ25Åの第2の固定磁性層とCuからなる厚さ2
5Åの非磁性導電層と、を積層し、更にNi80Fe20
金からなる厚さ40Åの第2のフリー磁性層(飽和磁化
Ms×膜厚t=7.16×10-4T・nm)と、Ruから
なる厚さ8Åの非磁性中間層と、Ni80Fe20合金から
なる厚さ25Åの第1のフリー磁性層(飽和磁化Ms×
膜厚t=4.52×10-4T・nm)を積層した積層体
を得た。両フリー磁性層のトラック幅方向に沿う幅を
0.6μm、トラック幅方向に直交する素子高さ側の幅
を0.4μmとしてその両側に第1のフリー磁性層と接
するようにNi80Fe20合金からなる厚さ20Åの軟磁
性層と、Pt54Mn46合金からなる厚さ300Åの反強
磁性層と、Crからなる厚さ1000Åの導電層とを積
層した。ここで前述の積層構造において第1のフリー磁
性層と第2のフリー磁性層間の反平行結合磁界は58.
4kA/mであった。
EXAMPLE A spin-valve type thin film magnetic element having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was used as a lower shield layer (Co-Nb-Zr).
System amorphous alloy) and the lower gap layer (Al 2 O 3 ) were formed on the AlTiC (Al 2 O 3 —TiC) substrate. The thickness consisting Pt 50 Mn 5 first pinned magnetic layer having a thickness of 15 Å 0 of an antiferromagnetic layer and Co with a thickness of 150Å formed of a non-magnetic intermediate layer having a thickness of 8Å of Ru and Co on the substrate 25 Å second pinned magnetic layer and thickness 2 consisting of Cu
A non-magnetic conductive layer having a thickness of 5 Å is laminated, and a second free magnetic layer having a thickness of 40 Å made of a Ni 80 Fe 20 alloy (saturation magnetization Ms × thickness t = 7.16 × 10 −4 T · nm). And a non-magnetic intermediate layer made of Ru with a thickness of 8Å and a first free magnetic layer made of Ni 80 Fe 20 alloy with a thickness of 25Å (saturation magnetization Ms ×
Thus, a laminated body having a film thickness t = 4.52 × 10 −4 T · nm) was obtained. The width of both free magnetic layers along the track width direction is 0.6 μm, and the width on the element height side orthogonal to the track width direction is 0.4 μm. Ni 80 Fe 20 is provided on both sides of the free magnetic layer so as to be in contact with the first free magnetic layer. A soft magnetic layer made of an alloy having a thickness of 20 Å, an antiferromagnetic layer made of a Pt 54 Mn 46 alloy having a thickness of 300 Å, and a conductive layer made of Cr having a thickness of 1000 Å were laminated. Here, in the above-mentioned laminated structure, the antiparallel coupling magnetic field between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is 58.
It was 4 kA / m.

【0224】次に、比較例として、反強磁性層と第1の
固定磁性層と非磁性中間層と第2の固定磁性層と非磁性
導電層と第2のフリー磁性層と非磁性中間層と第1のフ
リー磁性層からなる積層体は前記と同等の構造とし、こ
の積層体の左右両面側に厚さ20ÅのCrの非磁性層を
介してCo85Pt15からなるハードバイアス層(飽和磁
化Ms×膜厚t=1.88×10-3T・nm)を形成し
た。以上の構成において、マグネチックシュミレーショ
ンにより求めた実施例の構造における第1のフリー磁性
層の磁化の方向と第2のフリー磁性層の磁化の方向を膜
面に沿う方向として図25に示し、比較例構造における
第1のフリー磁性層の磁化の方向と第2のフリー磁性層
の磁化の方向を膜面に沿う方向として図20に示した。
図25に示す矢印のように本発明の積層構造において
は、縦バイアスを第1のフリー磁性層のみに印加するこ
とができ、第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の
両方の周辺部分に磁化の向きが乱れた領域が生成されな
い。即ち本発明構造を採用することで図20に示す従来
構造の場合と異なり磁気的競合(フラストレーション)
が無くなり、第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層
ともに磁化分布が均一となることが明らかである。これ
に対して図20に示す磁化の向きを示す矢印では、第1
のフリー磁性層の左右両端のハードバイアス膜からの強
い逆方向磁界がかかり、第2のフリー磁性層が作用させ
ようとする交換結合磁界と競合するために、両端側にお
いて磁化の向きが乱れていることが明らかである。これ
により第2のフリー磁性層の磁化の向きも乱れて結果的
にバルクハウゼンノイズ等の問題を生じ、磁気的安定性
にかけるおそれがある。
Next, as a comparative example, an antiferromagnetic layer, a first pinned magnetic layer, a non-magnetic intermediate layer, a second pinned magnetic layer, a non-magnetic conductive layer, a second free magnetic layer and a non-magnetic intermediate layer. And the first free magnetic layer have the same structure as described above, and a hard bias layer (saturated with Co 85 Pt 15) (saturated) is formed on both right and left sides of this laminate through a non-magnetic layer of Cr having a thickness of 20Å. Magnetization Ms × film thickness t = 1.88 × 10 −3 T · nm) was formed. In the above configuration, the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the structure of the example obtained by magnetic simulation are shown in FIG. 25 as the directions along the film surface, and are compared. FIG. 20 shows the magnetization direction of the first free magnetic layer and the magnetization direction of the second free magnetic layer in the example structure as the directions along the film surface.
In the laminated structure of the present invention, as shown by the arrow in FIG. 25, the longitudinal bias can be applied only to the first free magnetic layer, and the periphery of both the first free magnetic layer and the second free magnetic layer can be applied. A region where the magnetization direction is disturbed is not generated in the part. That is, by adopting the structure of the present invention, unlike the conventional structure shown in FIG. 20, magnetic competition (frustration) occurs.
It is clear that the magnetization distribution is eliminated and the magnetization distribution is uniform in both the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. On the other hand, the arrow indicating the direction of magnetization shown in FIG.
A strong reverse magnetic field is applied from the hard bias films on both the left and right ends of the free magnetic layer and competes with the exchange coupling magnetic field that the second free magnetic layer tries to act, so that the magnetization direction is disturbed on both ends. It is clear that As a result, the magnetization direction of the second free magnetic layer is also disturbed, resulting in problems such as Barkhausen noise, which may impair magnetic stability.

【0225】これらの素子を備えた磁気ヘッドにおける
トラック幅方向のアシンメトリ(再生波形の非対称性)
のプロファイルを、記録媒体上に記録された0.1×1
-6m(μm)幅のマイクロトラックパターン上を磁気
ヘッドに走査させることにより測定した。この結果を図
26(従来例の磁気ヘッドのアシンメトリ)と図27
(本発明例の磁気ヘッドのアシンメトリ)に示す。従来
例の測定結果を示す図26では、トラックの両端近傍で
アシンメトリが異常に大きくなっているがわかり、これ
は、図20に示されるように第2のフリー磁性層の磁化
がトラック両端近傍で乱れていて、第2の固定磁性層の
磁化と直交に近い関係から大きく崩れていることに関係
している。これに対して本発明例を示す図27ではこの
ようなトラック両端での大幅なアシンメトリの変化はな
く、安定した波形が得られていることが明らかである。
Asymmetry in the track width direction (asymmetry of reproduced waveform) in the magnetic head equipped with these elements
The profile of 0.1 × 1 recorded on the recording medium
The measurement was performed by scanning a magnetic track on a micro track pattern having a width of 0 -6 m (μm). This result is shown in FIG. 26 (asymmetry of the conventional magnetic head) and FIG.
(Asymmetry of the magnetic head of the present invention). In FIG. 26 showing the measurement result of the conventional example, it is found that the asymmetry is abnormally large near both ends of the track. This is because the magnetization of the second free magnetic layer is near the both ends of the track as shown in FIG. It is related to the fact that it is disordered and largely collapsed from the relationship close to the magnetization of the second pinned magnetic layer, which is almost orthogonal. On the other hand, in FIG. 27 showing the example of the present invention, it is clear that a stable waveform is obtained without such a large change in asymmetry at both ends of the track.

【0226】[0226]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
スピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層およびバ
イアス層が、組成式PtmMn100-mで表される合金から
なり、前記バイアス層を構成する合金の組成比を示すm
が52原子%≦m≦60原子%であり、前記反強磁性層
を構成する合金の組成比を示すmが48原子%≦m≦5
8原子%であるので、交換異方性磁界の温度特性が良好
となり、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子と
することができる。また、装置内の温度が高温となる薄
膜磁気ヘッドなどの装置に備えられた場合の耐久性が良
好で、温度変化による交換異方性磁界(交換結合磁界)
の変動が少ない優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とす
ることができる。更にまた、反強磁性層を上記の合金で
形成することで、ブロッキング温度が高いものとなり、
反強磁性層に大きな交換異方性磁界を発生させることが
できるため、固定磁性層の磁化方向を強固に固定するこ
とが可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることがで
きる。
As described above in detail, in the spin valve thin film magnetic element of the present invention, the antiferromagnetic layer and the bias layer are made of an alloy represented by the composition formula Pt m Mn 100-m , M indicating the composition ratio of the alloy forming the bias layer
Is 52 at% ≦ m ≦ 60 at%, and m representing the composition ratio of the alloy forming the antiferromagnetic layer is 48 at% ≦ m ≦ 5.
Since the content is 8 atomic%, the temperature characteristic of the exchange anisotropic magnetic field becomes good, and the spin valve thin film magnetic element excellent in heat resistance can be obtained. Also, the durability is good when equipped in a device such as a thin-film magnetic head whose temperature inside the device becomes high, and the exchange anisotropic magnetic field (exchange coupling magnetic field) due to temperature change.
It is possible to obtain an excellent spin-valve thin-film magnetic element with a small fluctuation of Furthermore, by forming the antiferromagnetic layer with the above alloy, the blocking temperature becomes high,
Since a large exchange anisotropic magnetic field can be generated in the antiferromagnetic layer, the spin-valve thin-film magnetic element can firmly fix the magnetization direction of the pinned magnetic layer.

【0227】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少な
くとも一方が、非磁性中間層を介して2つに分断され、
分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ
磁性状態とされたことを特徴とするものとしてもよい。
少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介して2つに分
断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、2つ
に分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層
を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態
を非常に安定した状態に保つことが可能となる。一方、
少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介して2つに
分断されスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、2つ
に分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結合磁界が
発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対して感度
よく反転できるものとなる。
In the above spin-valve thin film magnetic element, at least one of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer is divided into two via the non-magnetic intermediate layer,
It may be characterized in that the separated layers are in a ferrimagnetic state in which the directions of magnetization are antiparallel.
In the case of a spin valve thin film magnetic element in which at least the pinned magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, one of the pinned magnetic layers divided into two has the other pinned magnetic layer in the proper direction. The pinned magnetic layer can be kept in a very stable state. on the other hand,
When at least the free magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer to form a spin-valve thin film magnetic element, an exchange coupling magnetic field is generated between the two divided free magnetic layers, and a ferrimagnetic state is generated. Therefore, the magnetic field can be inverted with high sensitivity to the external magnetic field.

【0228】また、本発明の薄膜磁気ヘッドは、スライ
ダに上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられてな
るものであるので、耐久性および耐熱性に優れ、十分な
交換異方性磁界が得られる信頼性の高い薄膜磁気ヘッド
とすることができる。
Since the thin-film magnetic head of the present invention comprises the above spin-valve thin-film magnetic element on the slider, it is excellent in durability and heat resistance, and a sufficient exchange anisotropic magnetic field can be obtained. It is possible to obtain a highly reliable thin film magnetic head.

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

【図1】 本発明の第1の実施形態であるスピンバルブ
型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の
構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a spin valve thin film magnetic element according to a first embodiment of the present invention when viewed from a side facing a recording medium.

【図2】 図1に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための図であって、基板上に第1の
積層体を形成した状態を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element shown in FIG. 1, showing a state in which a first stacked body is formed on a substrate.

【図3】 図1に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための図であって、リフトオフレジ
ストを形成した状態を示す断面図である。
FIG. 3 is a view for explaining the method of manufacturing the spin-valve thin film magnetic element shown in FIG. 1, and a cross-sectional view showing a state in which a lift-off resist is formed.

【図4】 図1に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法を説明するための図であって、バイアス層と導
電層を形成した状態を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 1, showing a state in which a bias layer and a conductive layer are formed.

【図5】 本発明の第1の実施形態であるスピンバルブ
型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを示す斜視図で
ある。
FIG. 5 is a perspective view showing a thin film magnetic head including a spin valve thin film magnetic element according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第1の実施形態であるスピンバルブ
型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部を示す断
面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a thin film magnetic head including a spin valve thin film magnetic element according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第2の実施形態であるスピンバルブ
型薄膜磁気素子を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a spin-valve thin film magnetic element according to a second embodiment of the present invention.

【図8】 図7に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子を
記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面
図である。
8 is a cross-sectional view showing the structure of the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 7 when viewed from the side facing a recording medium.

【図9】 本発明の第3の実施形態であるスピンバルブ
型薄膜磁気素子を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a spin-valve thin film magnetic element according to a third embodiment of the present invention.

【図10】 図9に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子
を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断
面図である。
10 is a cross-sectional view showing the structure of the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 9 when viewed from the side facing the recording medium.

【図11】 本発明の第4の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合
の構造を示した断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a spin valve thin film magnetic element according to a fourth embodiment of the present invention when viewed from the side facing a recording medium.

【図12】 図11に示す構造を製造するために第1の
フリー磁性層の上にリフトオフレジストを形成した状態
を示す断面図である。
12 is a cross-sectional view showing a state in which a lift-off resist is formed on the first free magnetic layer to manufacture the structure shown in FIG.

【図13】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の一例
を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面
図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of an example of a conventional spin-valve thin-film magnetic element when viewed from the side facing a recording medium.

【図14】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の他の
例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断
面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of another example of the conventional spin-valve thin-film magnetic element when viewed from the side facing the recording medium.

【図15】 図14に示した従来のスピンバルブ型薄膜
磁気素子の製造方法を説明するための図であって、基板
上に第1の積層体を形成した状態を示す断面図である。
FIG. 15 is a view for explaining the method of manufacturing the conventional spin-valve thin film magnetic element shown in FIG. 14, which is a cross-sectional view showing a state in which a first stacked body is formed on a substrate.

【図16】 図14に示した従来のスピンバルブ型薄膜
磁気素子の製造方法を説明するための図であって、第1
の積層体上にリフトオフレジストを形成した状態を示す
断面図である。
16 is a diagram for explaining a method of manufacturing the conventional spin-valve thin film magnetic element shown in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a lift-off resist is formed on the laminate.

【図17】 図14に示した従来のスピンバルブ型薄膜
磁気素子の製造方法を説明するための図であって、バイ
アス層および導電層を形成した状態を示す断面図であ
る。
FIG. 17 is a view for explaining the method of manufacturing the conventional spin valve thin film magnetic element shown in FIG. 14, which is a cross-sectional view showing a state in which a bias layer and a conductive layer are formed.

【図18】 従来のスピンバルブ型の薄膜磁気素子の他
の例を示す断面図。
FIG. 18 is a sectional view showing another example of a conventional spin-valve type thin film magnetic element.

【図19】 図18に示す構造のスピンバルブ型の薄膜
磁気素子においてフリー磁性層を2層に分断した構造の
場合、2層構造のフリー磁性層の各層の磁化の向きを外
部磁界の強さに応じて示す図である。
FIG. 19 shows a spin-valve type thin film magnetic element having the structure shown in FIG. 18, in which the free magnetic layer is divided into two layers, the magnetization direction of each layer of the two-layer free magnetic layer is determined by the strength of the external magnetic field. It is a figure shown according to.

【図20】 図18に示す構造のスピンバルブ型の薄膜
磁気素子において第1のフリー磁性層と第2のフリー磁
性層の磁化の向きを示す図である。
20 is a diagram showing the magnetization directions of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the spin-valve thin-film magnetic element having the structure shown in FIG.

【図21】 Pt55.4Mn44.6なる組成の合金及びPt
54.4Mn45.6なる組成の合金の交換異方性磁界の熱処理
温度依存性を示すグラフである。
FIG. 21: Pt 55.4 Mn 44.6 alloy and Pt
5 is a graph showing the heat treatment temperature dependence of the exchange anisotropy magnetic field of an alloy having a composition of 54.4 Mn 45.6 .

【図22】 PtmMn100-mなる組成の合金の交換異方
性磁界のPt濃度(組成比m)依存性を示すグラフであ
る。
FIG. 22 is a graph showing the Pt concentration (composition ratio m) dependence of the exchange anisotropy magnetic field of an alloy having a composition of Pt m Mn 100-m .

【図23】 図21および図22に示すグラフのデータ
の測定に用いられたスピンバルブ型薄膜磁気素子の一例
の構造を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示
す断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a structure of an example of a spin-valve thin film magnetic element used for measuring the data of the graphs shown in FIGS. 21 and 22, as viewed from the side facing a recording medium. .

【図24】 図21および図22に示すグラフのデータ
の測定に用いられたスピンバルブ型薄膜磁気素子の他の
例の構造を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を
示す断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing the structure of another example of the spin-valve thin-film magnetic element used for measuring the data of the graphs shown in FIGS. 21 and 22, as viewed from the side facing the recording medium. Is.

【図25】 本発明構造を採用したスピンバルブ型の薄
膜磁気素子における第1のフリー磁性層と第2のフリー
磁性層の磁化の向きを示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing the magnetization directions of a first free magnetic layer and a second free magnetic layer in a spin valve thin film magnetic element adopting the structure of the present invention.

【図26】 従来構造を採用した磁気ヘッドのアシンメ
トリを示す図。
FIG. 26 is a diagram showing asymmetry of a magnetic head having a conventional structure.

【図27】 本発明構造を採用した磁気ヘッドのアシン
メトリを示す図。
FIG. 27 is a view showing asymmetry of a magnetic head adopting the structure of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スピンバルブ型薄膜磁気素子 K 基板 2、11、22、51 反強磁性層 3、23 固定磁性層 4、15、24、55 非磁性導電層 5、16、25 フリー磁性層 6、26、62、130 バイアス層 8、28、63、131 導電層 7、19、61 軟磁性層 Tw トラック幅 a1 第1の積層体 a2 第2の積層体 12、52 第1の固定磁性層 14、54 第2の固定磁性層 13、53 非磁性中間層 56 第1のフリー磁性層 60 第2のフリー磁性層 150 薄膜磁気ヘッド 1 Spin valve thin film magnetic element K board 2, 11, 22, 51 Antiferromagnetic layer 3, 23 pinned magnetic layer 4, 15, 24, 55 Non-magnetic conductive layer 5, 16, 25 Free magnetic layer 6, 26, 62, 130 Bias layer 8, 28, 63, 131 conductive layer 7, 19, 61 Soft magnetic layer Tw track width a1 first laminated body a2 Second laminated body 12, 52 First pinned magnetic layer 14, 54 Second pinned magnetic layer 13, 53 Non-magnetic intermediate layer 56 First Free Magnetic Layer 60 Second free magnetic layer 150 thin film magnetic head

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反強磁性層と、前記反強磁性層に接して
形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁
化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層の上
に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前
記フリー磁性層の上にトラック幅に相当する間隔を開け
て配置された軟磁性層と、前記軟磁性層の上に形成さ
れ、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁
化方向に対して交差する方向に揃えるバイアス層と、前
記フリー磁性層に検出電流を与える導電層とを基板上に
有するスピンバルブ型薄膜磁気素子であり、 前記反強磁性層および前記バイアス層が、組成式Ptm
Mn100-mで表される異なる組成比の合金からなり、前
記バイアス層を構成する合金の組成比を示すmが52原
子%≦m≦60原子%であり、前記反強磁性層を構成す
る合金の組成比を示すmが48原子%≦m≦58原子%
であることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
1. An antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer and having a magnetization direction pinned by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer, and the pinned magnetic layer. A free magnetic layer formed over the non-magnetic conductive layer, a soft magnetic layer disposed on the free magnetic layer with a gap corresponding to the track width, and formed on the soft magnetic layer A spin valve thin film having a bias layer for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction intersecting the magnetization direction of the pinned magnetic layer and a conductive layer for applying a detection current to the free magnetic layer on a substrate. A magnetic element, wherein the antiferromagnetic layer and the bias layer have a composition formula Pt m
Mn consisting of alloys represented by Mn 100-m having different composition ratios, and m representing the composition ratio of the alloy forming the bias layer is 52 atomic% ≦ m ≦ 60 atomic%, forming the antiferromagnetic layer. The alloy composition ratio m is 48 atom% ≤ m ≤ 58 atom%
A spin-valve thin-film magnetic element characterized by:
【請求項2】 前記バイアス層の組成比を示すmが52
原子%≦m≦54原子%であることを特徴とする請求項
1に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
2. The composition ratio m of the bias layer is 52.
The spin valve thin film magnetic element according to claim 1, wherein atomic% ≤ m ≤ 54 atomic%.
【請求項3】 前記バイアス層の組成比を示すmが5
6.8原子%≦m≦60原子%であることを特徴とする
請求項1に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
3. The composition ratio m of the bias layer is 5
The spin valve thin film magnetic element according to claim 1, wherein 6.8 at% ≦ m ≦ 60 at%.
【請求項4】 前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少
なくとも一方が、非磁性中間層を介して2つに分断さ
れ、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフ
ェリ磁性状態とされたことを特徴とする請求項1ないし
4のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
4. A ferrimagnetic state in which at least one of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, and the directions of magnetization are antiparallel between the divided layers. The spin valve thin film magnetic element according to claim 1, wherein the spin valve thin film magnetic element is formed.
【請求項5】 前記固定磁性層が、非磁性中間層を介し
て2つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが
反平行となるフェリ磁性状態とされたことを特徴とする
請求項1ないし4のいずれかに記載のスピンバルブ型薄
膜磁気素子。
5. The pinned magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, and the divided layers are in a ferrimagnetic state in which the directions of magnetization are antiparallel. Item 5. A spin valve thin film magnetic element according to any one of items 1 to 4.
【請求項6】 前記フリー磁性層が、非磁性中間層を介
して2つに分断され、分断された層どうしで磁化の向き
が反平行となるフェリ磁性状態とされたことを特徴とす
る請求項1ないし4のいずれかに記載のスピンバルブ型
薄膜磁気素子。
6. The free magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, and the divided layers are in a ferrimagnetic state in which the directions of magnetization are antiparallel. Item 5. A spin valve thin film magnetic element according to any one of items 1 to 4.
【請求項7】 前記フリー磁性層のトラック幅に相当す
る部分の両側に凹部が形成され、これらの凹部を埋め込
むように軟磁性層が積層され、これら軟磁性層が前記フ
リー磁性層に前記凹部底面を介して直接接合されるとと
もに、これら軟磁性層上にバイアス層と導電層が積層さ
れてなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のい
ずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
7. A recess is formed on both sides of a portion corresponding to the track width of the free magnetic layer, and soft magnetic layers are stacked so as to fill these recesses, and the soft magnetic layer is recessed in the free magnetic layer. 7. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1, wherein the spin-valve thin-film magnetic element is directly bonded via the bottom surface, and a bias layer and a conductive layer are laminated on these soft magnetic layers. .
【請求項8】 前記軟磁性層は、NiFe合金からなる
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに
記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
8. The spin valve thin film magnetic element according to claim 1, wherein the soft magnetic layer is made of a NiFe alloy.
【請求項9】 前記フリー磁性層が非磁性中間層を介し
て2つに分断されてなり、前記固定磁性層から遠い側の
フリー磁性層が第1のフリー磁性層、前記固定磁性層に
近い側のフリー磁性層が第2のフリー磁性層とされた場
合に、磁性層の厚さと飽和磁化の値の積算値を磁気的膜
厚とすると、前記第1のフリー磁性層の磁気的膜厚が前
記第2のフリー磁性層の磁気的膜厚と異なる値とされて
なることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれ
かに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
9. The free magnetic layer is divided into two via a non-magnetic intermediate layer, and the free magnetic layer farther from the pinned magnetic layer is closer to the first free magnetic layer and the pinned magnetic layer. When the integrated free magnetic layer is the second free magnetic layer and the integrated value of the thickness of the magnetic layer and the value of the saturation magnetization is the magnetic film thickness, the magnetic film thickness of the first free magnetic layer. 9. The spin-valve thin-film magnetic element according to claim 1, wherein is a value different from the magnetic film thickness of the second free magnetic layer.
【請求項10】 スライダに請求項1ないし請求項9の
いずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えら
れてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
10. A thin film magnetic head comprising a slider equipped with the spin-valve thin film magnetic element according to claim 1. Description:
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