JP5070883B2

JP5070883B2 - Tunnel-type magnetoresistive element and manufacturing method thereof

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Publication number: JP5070883B2
Application number: JP2007054463A
Authority: JP
Inventors: 善明清水
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-03-05
Also published as: JP2008217906A

Description

本発明は、従来に比べて低抵抗で、且つ、狭トラック化を図ることができ、さらに特性のばらつき等が小さく信頼性に優れたトンネル型磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a tunnel type magnetoresistive effect element having a lower resistance than that of the prior art and capable of narrowing the track, having a small variation in characteristics, etc. and excellent in reliability, and a method for manufacturing the same.

下記特許文献に示すように、トンネル型磁気抵抗効果素子は、例えば下から固定磁性層、絶縁障壁層及びフリー磁性層の順に積層される。前記固定磁性層は、磁化方向が固定され、前記フリー磁性層は外部磁界に対して磁化変動する。 As shown in the following patent document, the tunnel magnetoresistive element is laminated in the order of, for example, a pinned magnetic layer, an insulating barrier layer, and a free magnetic layer from the bottom. The magnetization direction of the pinned magnetic layer is fixed, and the magnetization of the free magnetic layer varies with an external magnetic field.

トンネル型磁気抵抗効果素子は、トンネル効果を利用して抵抗変化するものであり、固定磁性層の磁化と、フリー磁性層の磁化とが反平行のとき、前記固定磁性層とフリー磁性層との間に設けられた絶縁障壁層を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、前記固定磁性層の磁化とフリー磁性層の磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。 The tunnel magnetoresistive element changes its resistance by utilizing the tunnel effect. When the magnetization of the pinned magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer are antiparallel, the pinned magnetic layer and the free magnetic layer The tunnel current hardly flows through the insulating barrier layer provided therebetween, and the resistance value is maximized.On the other hand, when the magnetization of the pinned magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer are parallel, the tunnel current is most It becomes easy to flow and the resistance value is minimized.

この原理を利用して、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層の磁化が変動することにより変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになっている。
特開平１０−１６２３２６号公報特開２００１−６１２７号公報特開２００４−３１９０６０号公報 Using this principle, the electric resistance that changes due to the fluctuation of the magnetization of the free magnetic layer under the influence of an external magnetic field is detected as a voltage change, and the leakage magnetic field from the recording medium is detected.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-162326 JP 2001-6127 A JP 2004-31060 A

トンネル型磁気抵抗効果素子の電気抵抗値は、絶縁障壁層を有することで高抵抗となりやすいが、高周波特性の向上を図る上で、低抵抗にすることが望ましい。 The electrical resistance value of the tunnel type magnetoresistive element tends to be high resistance by having an insulating barrier layer, but it is desirable to make the resistance low in order to improve high frequency characteristics.

そのためには、例えば、絶縁障壁層の膜厚を薄くする形態が考えられるが、前記絶縁障壁層の膜厚を薄くすると、前記絶縁障壁層にピンホール等の欠陥が生じやすく特性にばらつきが生じやすくなる等、信頼性が低下する。 For this purpose, for example, a form in which the thickness of the insulating barrier layer is reduced is conceivable. However, if the thickness of the insulating barrier layer is reduced, defects such as pinholes are likely to occur in the insulating barrier layer, resulting in variations in characteristics. Reliability is reduced, such as easier.

一方、前記絶縁障壁層のトラック幅方向の幅寸法を広くすることで電気抵抗値を低減できるが、前記フリー磁性層のトラック幅方向の幅寸法で規定されるトラック幅Ｔｗも広がる結果、高記録密度化に適切に対応できないといった問題があった。 On the other hand, although the electric resistance value can be reduced by increasing the width dimension of the insulating barrier layer in the track width direction, the track width Tw defined by the width dimension of the free magnetic layer in the track width direction is also increased. There was a problem that the density could not be properly handled.

そこで本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、従来に比べて低抵抗で、且つ、狭トラック化を図ることができ、さらに特性のばらつき等が小さく信頼性に優れたトンネル型磁気抵抗効果素子及びその製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to achieve a narrower track with a lower resistance than that of the conventional tunnel, and further has a small variation in characteristics and excellent reliability. An object of the present invention is to provide a magnetoresistive element and a method for manufacturing the same.

本発明におけるトンネル型磁気抵抗効果素子は、
下から反強磁性層、磁化方向が固定される固定磁性層、絶縁障壁層、及び、第１の磁性層の順に積層された部分を有し、
前記絶縁障壁層のトラック幅方向への最大幅寸法は、前記第１の磁性層のトラック幅方向への最大幅寸法以上であり、
前記第１の磁性層は、トラック幅方向の両側に位置する両側端部と、前記両側端部から段差を介して、前記両側端部よりも厚い膜厚で形成されたトラック幅方向の中央に位置する中央部とを有して構成され、
前記第１の磁性層は、前記絶縁障壁層上に形成される下部磁性層と、前記下部磁性層上のトラック幅方向の中央に位置する上部磁性層とで構成され、前記上部磁性層は前記下部磁性層よりも厚い膜厚で形成されており、
少なくとも前記下部磁性層と前記上部磁性層間には、前記上部磁性層の形状を画定する際のエッチング速度が前記上部磁性層及び前記下部磁性層のエッチング速度より遅いストッパ層が設けられ、
前記上部磁性層と、前記上部磁性層と対向した位置にある下部磁性層とで前記中央部が構成され、前記上部磁性層のトラック幅方向の両側に位置する前記下部磁性層により前記両側端部が構成されており、
前記中央部の前記上部磁性層と前記下部磁性層とは磁気的に結合されて、外部磁界に対して磁化方向が変動するフリー磁性層として機能しており、トラック幅Ｔｗは、前記中央部の上面の幅寸法で規制されており、
前記両側端部は常磁性であり前記フリー磁性層として機能しない不感領域であることを特徴とするものである。
The tunnel magnetoresistive effect element in the present invention is
From the bottom, it has an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed, an insulating barrier layer, and a portion laminated in order of a first magnetic layer,
The maximum width dimension in the track width direction of the insulating barrier layer is not less than the maximum width dimension in the track width direction of the first magnetic layer,
The first magnetic layer has both end portions located on both sides in the track width direction, and a central portion in the track width direction formed with a film thickness thicker than the both end portions through a step from the both end portions. And a central portion located,
The first magnetic layer includes a lower magnetic layer formed on the insulating barrier layer, and an upper magnetic layer located in the center of the lower magnetic layer in the track width direction. It is formed with a film thickness thicker than the lower magnetic layer,
At least the lower magnetic layer and the upper magnetic layer are provided with a stopper layer whose etching rate when defining the shape of the upper magnetic layer is slower than the etching rate of the upper magnetic layer and the lower magnetic layer,
The central portion is constituted by the upper magnetic layer and the lower magnetic layer located opposite to the upper magnetic layer, and the both end portions are formed by the lower magnetic layer located on both sides in the track width direction of the upper magnetic layer. Is configured,
The upper magnetic layer and the lower magnetic layer in the central portion are magnetically coupled to function as a free magnetic layer whose magnetization direction varies with respect to an external magnetic field, and the track width Tw is It is regulated by the width dimension of the upper surface,
The both side ends are paramagnetic and are insensitive areas that do not function as the free magnetic layer .

上記のトンネル型磁気抵抗効果素子によれば、絶縁障壁層のトラック幅方向の幅寸法を広く形成し、且つ、フリー磁性層のトラック幅方向の幅寸法（＝トラック幅Ｔｗ）を効果的に小さく形成出来るから、従来に比べて低抵抗で且つ狭トラック化を図ることが可能である。また、前記第１の磁性層の両側端部は、フリー磁性層として実質的に機能しない不感領域であるが、前記両側端部を設けることで、より低抵抗化を図ることができるとともに、前記絶縁障壁層の両側端部を適切に保護することができ、従来に比べて、特性のばらつき等が小さく信頼性の高いトンネル型磁気抵抗効果素子を実現できる。 According to the tunnel magnetoresistive element, the width of the insulating barrier layer in the track width direction is increased, and the width of the free magnetic layer in the track width direction (= track width Tw) is effectively reduced. Since it can be formed, it is possible to achieve a narrower track with lower resistance than in the prior art. Further, both end portions of the first magnetic layer are insensitive regions that do not substantially function as a free magnetic layer, but by providing the both end portions, resistance can be further reduced, and Both end portions of the insulating barrier layer can be appropriately protected, and a tunnel type magnetoresistive effect element with less variation in characteristics and the like and higher reliability than the conventional one can be realized.

また、前記第１の磁性層の両側端部を薄い膜厚で確実に残すことができ、前記絶縁障壁層の両側端部を適切に保護でき、より効果的に、低抵抗で且つ信頼性の高いトンネル型磁気抵抗効果素子を実現できる。
In addition, both end portions of the first magnetic layer can be reliably left in a thin film thickness, both end portions of the insulating barrier layer can be appropriately protected, and more effectively, low resistance and reliable. A high tunneling magnetoresistive element can be realized.

本発明では、前記ストッパ層の平均膜厚は、１．０〜３．０Åの範囲内であることが好ましい。これにより、効果的に、前記中央部における前記下部磁性層と前記上部磁性層とを磁気的に結合でき、前記下部磁性層及び上部磁性層を見かけ上、一体のフリー磁性層として機能させることが出来る。 In this invention, it is preferable that the average film thickness of the said stopper layer exists in the range of 1.0-3.0 mm. Thereby, the lower magnetic layer and the upper magnetic layer in the central portion can be effectively magnetically coupled, and the lower magnetic layer and the upper magnetic layer can be apparently functioned as an integrated free magnetic layer. I can do it.

また本発明では、前記ストッパ層は非磁性金属材料で形成されることがエッチング速度の調整を容易にでき、また、再生特性を良好に維持することができ好適である。
前記ストッパ層は、前記両側端部上にまで延出して形成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the stopper layer is formed of a nonmagnetic metal material because the etching rate can be easily adjusted and the reproduction characteristics can be maintained well.
It is preferable that the stopper layer is formed so as to extend onto both side end portions.

また本発明では、前記上部磁性層の形状の画定はイオンミリングにより行われ、前記ストッパ層はＴａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the shape of the upper magnetic layer is defined by ion milling, and the stopper layer is formed of at least one of Ta, Mo, W, and Ti.

本発明におけるトンネル型磁気抵抗効果素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。 The manufacturing method of the tunnel type magnetoresistive effect element according to the present invention is characterized by having the following steps.

（ａ）下から反強磁性層、磁化方向が固定される固定磁性層、絶縁障壁層及び第１の磁性層の順に積層し、このとき、前記絶縁障壁層上に、下から下部磁性層、ストッパ層及び前記下部磁性層よりも膜厚の厚い上部磁性層の順に積層し、前記下部磁性層と、前記上部磁性層とで前記第１の磁性層を構成し、前記ストッパ層を、次の（ｂ）工程でのエッチングに対する前記上部磁性層及び下部磁性層のエッチング速度より遅いエッチング速度の材質で形成する工程、
（ｂ）前記上部磁性層のトラック幅方向の両側端部をエッチングで除去して、前記ストッパ層の露出後、少なくとも前記下部磁性層の両側端部の一部を残して前記エッチングを停止し、これにより、前記上部磁性層と、前記上部磁性層と対向した位置にある下部磁性層とで中央部を構成し、前記中央部から段差を介して前記上部磁性層のトラック幅方向の両側に位置し前記下部磁性層にて形成された前記中央部よりも膜厚の薄い前記両側端部を構成する工程、
（ｃ）前記第１の磁性層の前記両側端部から前記中央部にかけて前記段差が残るように、前記固定磁性層、前記絶縁障壁層及び、前記第１の磁性層の両側端部の各両側端面をパターン加工し、このとき、前記絶縁障壁層のトラック幅方向への最大幅寸法を、前記第１の磁性層のトラック幅方向への最大幅寸法以上に形成する工程、
（ｄ）前記第１の磁性層に対しバイアス磁界を印加して、前記中央部に位置する磁気的に結合された前記上部磁性層及び前記下部磁性層を単磁区化して、外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層として機能させる工程、
（ｅ）磁場中熱処理を施して、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間で交換結合磁界を生じさせて前記固定磁性層の磁化を固定し、このとき、前記磁場中熱処理の熱処理温度を前記第１の磁性層の前記両側端部のキュリー点を越える温度として、前記両側端部を常磁性の、前記フリー磁性層として機能しない不感領域とし、前記中央部を上面の幅寸法がトラック幅Ｔｗで規制された前記フリー磁性層として機能させる工程。 (A) Laminate an antiferromagnetic layer from the bottom , a pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed, an insulating barrier layer, and a first magnetic layer in this order, and at this time, on the insulating barrier layer, a lower magnetic layer from the bottom, A stopper layer and an upper magnetic layer thicker than the lower magnetic layer are stacked in this order, and the lower magnetic layer and the upper magnetic layer constitute the first magnetic layer, and the stopper layer is (B) forming with a material having an etching rate slower than the etching rate of the upper magnetic layer and the lower magnetic layer with respect to the etching in the step;
(B) removing both end portions of the upper magnetic layer in the track width direction by etching, and after the stopper layer is exposed, the etching is stopped leaving at least a part of both end portions of the lower magnetic layer; As a result, the upper magnetic layer and the lower magnetic layer located opposite to the upper magnetic layer constitute a central portion, and the upper magnetic layer is positioned on both sides in the track width direction of the upper magnetic layer via a step. And forming the both side end portions having a thickness smaller than that of the central portion formed by the lower magnetic layer,
(C) said first to the said two side portions of the magnetic layer the step remains toward the central portion, the fixed magnetic layer, the insulating barrier layer and each on both sides of both end portions of said first magnetic layer Patterning the end face, and at this time, forming the maximum width dimension in the track width direction of the insulating barrier layer to be equal to or larger than the maximum width dimension in the track width direction of the first magnetic layer;
(D) A bias magnetic field is applied to the first magnetic layer , and the magnetically coupled upper magnetic layer and the lower magnetic layer located in the central portion are made into a single magnetic domain, so that an external magnetic field is applied. A function of functioning as a free magnetic layer whose magnetization varies ;
(E) A heat treatment in a magnetic field is performed to generate an exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer to fix the magnetization of the pinned magnetic layer. The temperature is set to a temperature exceeding the Curie point of the both end portions of the first magnetic layer, the both end portions are made insensitive regions that are paramagnetic and do not function as the free magnetic layer, and the central portion has a width dimension of the upper surface. The step of functioning as the free magnetic layer regulated by the track width Tw.

上記により、従来に比べて低抵抗で且つ狭トラック化を図ることができ、さらに特性のばらつきが小さく信頼性に優れたトンネル型磁気抵抗効果素子を容易に且つ適切に製造できる。 As described above, the tunnel type magnetoresistive effect element can be easily and appropriately manufactured with a low resistance and a narrower track than in the prior art and with a small variation in characteristics and excellent reliability.

また本発明では、前記下部磁性層の両側端部を薄い膜厚で前記絶縁障壁層上に残すことができ、前記絶縁障壁層を例えばエッチング工程から適切に保護でき、より効果的に低抵抗で且つ信頼性の高いトンネル型磁気抵抗効果素子を製造できる。 In the present invention also pre SL can with a small thickness of both side portions of the lower magnetic layer to leave on the insulating barrier layer, can adequately protect the insulating barrier layer, for example, from the etching process, more effectively low resistance And a highly reliable tunnel magnetoresistive element can be manufactured.

本発明では、前記ストッパ層を、１．０〜３．０Åの平均膜厚で形成することが、適切に、前記中央部での前記上部磁性層と下部磁性層とを磁気的に結合でき、見かけ上、一体のフリー磁性層として機能させることができ好適である。 In the present invention, forming the stopper layer with an average film thickness of 1.0 to 3.0 mm can appropriately magnetically couple the upper magnetic layer and the lower magnetic layer at the center, Apparently, it can function as an integrated free magnetic layer, which is preferable.

また本発明では、前記ストッパ層を非磁性金属で形成することが、エッチング速度の調整を容易にでき、好適である。 In the present invention, it is preferable that the stopper layer is made of a nonmagnetic metal because the etching rate can be easily adjusted.

また本発明では、前記（ｂ）工程で、前記下部磁性層の両側端部上に前記ストッパ層の少なくとも一部が残るように、エッチングを停止することがより好ましい。これにより、前記下部磁性層の両側端部を確実に残すことができ、前記絶縁障壁層を適切に保護できる。しかも前記下部磁性層の両側端部上に残されたストッパ層を構成する元素は、例えば熱処理によって前記下部磁性層へ拡散し、前記下部磁性層の両側端部での磁気的性質をより効果的に弱めることができ、適切に前記両側端部を実質的にフリー磁性層として機能しない不感領域にでき、高精度に狭トラック化を図ることが可能である。 In the present invention, it is more preferable to stop the etching so that at least a part of the stopper layer remains on both end portions of the lower magnetic layer in the step (b). Accordingly, both end portions of the lower magnetic layer can be reliably left, and the insulating barrier layer can be appropriately protected. In addition, the elements constituting the stopper layer left on both side edges of the lower magnetic layer diffuse into the lower magnetic layer by, for example, heat treatment, and the magnetic properties at both side edges of the lower magnetic layer are more effective. Therefore, it is possible to appropriately make the both end portions into a dead region that does not substantially function as a free magnetic layer, and to narrow the track with high accuracy.

また本発明では、前記（ａ）工程で、前記ストッパ層をＴａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉのうち少なくともいずれか１種で形成し、 In the present invention, in the step (a), the stopper layer is formed of at least one of Ta, Mo, W, and Ti.
前記（ｂ）工程で、前記上部磁性層の形状の画定をイオンミリングにより行うことが好ましい。 In the step (b), it is preferable that the shape of the upper magnetic layer is defined by ion milling.

本発明によれば、従来に比べて低抵抗で且つ狭トラック化を図ることができ、さらに、特性のばらつき等が小さく信頼性の高いトンネル型磁気抵抗効果素子を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a tunnel type magnetoresistive effect element having a low resistance and a narrower track than in the prior art, and having a small characteristic variation and a high reliability.

図１は、本実施形態のトンネル型磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、である。 FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a thin film magnetic head having a tunnel type magnetoresistive effect element according to this embodiment, cut from a plane parallel to a surface facing a recording medium.

図中においてＸ方向は、トラック幅方向、Ｙ方向は、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向（ハイト方向）、Ｚ方向は、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向及び前記トンネル型磁気抵抗効果素子の各層の積層方向である。 In the figure, the X direction is the track width direction, the Y direction is the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium (height direction), the Z direction is the moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk, and the tunnel magnetoresistive element. It is the lamination direction of each layer.

符号２０は下部シールド層であり、前記下部シールド層２０は例えばＮｉ−Ｆｅで形成される。 Reference numeral 20 denotes a lower shield layer, and the lower shield layer 20 is made of, for example, Ni-Fe.

前記下部シールド層２０上には、トンネル型磁気抵抗効果素子３０が形成されている。前記トンネル型磁気抵抗効果素子３０は、下から下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、絶縁障壁層２５、下部磁性層２６、ストッパ層２７、上部磁性層２８及び保護層２９の順に積層形成されている。 A tunnel type magnetoresistive element 30 is formed on the lower shield layer 20. The tunnel magnetoresistive effect element 30 includes, from below, an underlayer 21, a seed layer 22, an antiferromagnetic layer 23, a fixed magnetic layer 24, an insulating barrier layer 25, a lower magnetic layer 26, a stopper layer 27, an upper magnetic layer 28, and The protective layers 29 are stacked in this order.

前記下地層２１は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素の非磁性元素で形成される。前記シード層２２は、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ、Ｃｒ、あるいはＲｕによって形成される。 The underlayer 21 is formed of a nonmagnetic element of one or more elements selected from Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The seed layer 22 is formed of, for example, Ni—Fe—Cr, Cr, or Ru.

前記反強磁性層２３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。 The antiferromagnetic layer 23 is an antiferromagnetic material containing the element X (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn. Preferably it is formed.

また前記反強磁性層２３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。 The antiferromagnetic layer 23 includes an element X and an element X ′ (where the element X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, One or two of Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and rare earth elements It may be formed of an antiferromagnetic material containing the above elements) and Mn.

前記反強磁性層２３は例えばＩｒ−Ｍｎで形成される。
前記固定磁性層２４はＣｏ−Ｆｅ等の強磁性材料で形成される。図１では前記固定磁性層２４は単層構造であるが、前記固定磁性層２４は、下から第１固定磁性層、非磁性中間層、及び、第２固定磁性層の順で積層された積層フェリ構造で形成されることが好適である。前記第１固定磁性層及び第２固定磁性層は例えばＣｏ−Ｆｅで形成される。前記非磁性中間層は例えばＲｕで形成される。 The antiferromagnetic layer 23 is made of, for example, Ir—Mn.
The pinned magnetic layer 24 is made of a ferromagnetic material such as Co—Fe. In FIG. 1, the pinned magnetic layer 24 has a single layer structure. However, the pinned magnetic layer 24 is formed by laminating a first pinned magnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a second pinned magnetic layer in this order from the bottom. It is preferable to form with a ferri structure. The first pinned magnetic layer and the second pinned magnetic layer are made of, for example, Co—Fe. The nonmagnetic intermediate layer is made of, for example, Ru.

絶縁障壁層２５は、例えば、Ｍｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）、Ａｌ−Ｏ（酸化アルミニウム）、Ｔｉ−Ｏ（酸化チタン）のいずれかで形成される。 The insulating barrier layer 25 is formed of, for example, any of Mg—O (magnesium oxide), Al—O (aluminum oxide), and Ti—O (titanium oxide).

前記下部磁性層２６は、Ｃｏ−ＦｅやＮｉ−Ｆｅで形成される。前記ストッパ層２７は、Ｔａ等の非磁性金属材料で形成されることが好ましい。前記上部磁性層２８は例えばＮｉ−Ｆｅで形成される。前記保護層２９は例えばＴａで形成される。前記下部磁性層２６及び上部磁性層２８は同じ磁性材料で形成されても異なる磁性材料で形成されてもよい。例えば前記下部磁性層２６と上部磁性層２８を異なる磁性材料で形成する場合、前記下部磁性層２６をスピン分極率が高いＣｏ−Ｆｅ等のエンハンス層として形成し、上部磁性層２８を軟磁気特性に優れたＮｉ−Ｆｅで形成すると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ好適である。 The lower magnetic layer 26 is made of Co—Fe or Ni—Fe. The stopper layer 27 is preferably formed of a nonmagnetic metal material such as Ta. The upper magnetic layer 28 is made of, for example, Ni—Fe. The protective layer 29 is made of Ta, for example. The lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 may be formed of the same magnetic material or different magnetic materials. For example, when the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 are formed of different magnetic materials, the lower magnetic layer 26 is formed as an enhancement layer such as Co—Fe having a high spin polarizability, and the upper magnetic layer 28 is formed of soft magnetic properties. It is preferable to form Ni—Fe having excellent resistance because the resistance change rate (ΔR / R) can be improved.

図１に示すように前記上部磁性層２８は前記下部磁性層２６のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における中央にのみ形成されている。前記上部磁性層２８と、前記上部磁性層２８のトラック幅方向の両側に広がる下部磁性層２６との間には段差Ａが形成されている。 As shown in FIG. 1, the upper magnetic layer 28 is formed only at the center of the lower magnetic layer 26 in the track width direction (X direction in the drawing). A step A is formed between the upper magnetic layer 28 and the lower magnetic layer 26 spreading on both sides of the upper magnetic layer 28 in the track width direction.

本実施形態では、前記下部磁性層２６と上部磁性層２８により「第１の磁性層３１」が構成される。 In the present embodiment, the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 constitute a “first magnetic layer 31”.

図１に示すように前記第１の磁性層３１の中央部３１ａは、上部磁性層２８と、前記上部磁性層２８と対向した位置にある下部磁性層２６とで構成され、前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂは、前記中央部３１ａから段差Ａを介して、前記上部磁性層２８のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に位置する前記下部磁性層２６により構成される。 As shown in FIG. 1, the central portion 31 a of the first magnetic layer 31 includes an upper magnetic layer 28 and a lower magnetic layer 26 located at a position facing the upper magnetic layer 28. Both end portions 31b of the layer 31 are constituted by the lower magnetic layer 26 located on both sides in the track width direction (X direction in the drawing) of the upper magnetic layer 28 through the step A from the central portion 31a.

図１に示すように前記上部磁性層２８と保護層２９のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面３３，３３は、下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなるように傾斜面で形成されている。 As shown in FIG. 1, both end surfaces 33, 33 in the track width direction (X direction in the drawing) of the upper magnetic layer 28 and the protective layer 29 gradually decrease in width in the track width direction from the lower side to the upper side. It is formed with an inclined surface.

また、図１に示すように、下地層２１から下部磁性層２６のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面３２，３２は、前記両側端面３３，３３間の幅より広がって形成され、さらに、下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなるように傾斜面で形成されている。 Further, as shown in FIG. 1, both end surfaces 32, 32 in the track width direction (X direction in the drawing) from the underlayer 21 to the lower magnetic layer 26 are formed wider than the width between the both end surfaces 33, 33. The inclined surface is formed so that the width dimension in the track width direction gradually decreases from the lower side toward the upper side.

図１に示す実施形態では、前記第１の磁性層３１の中央部３１ａでは、前記下部磁性層２６と前記上部磁性層２８とが磁気的に結合されている（強磁性結合）。前記下部磁性層２６と前記上部磁性層２８との間に介在するストッパ層２７は非常に薄い膜厚で形成されている。前記ストッパ層２７は具体的には１．０Å〜３．０Åの範囲内の平均膜厚で形成されることが好適である。このように前記ストッパ層２７は薄い膜厚で形成されているので、例えば前記ストッパ層２７にはピンホールが形成され、前記ピンホールを介して前記下部磁性層２６と前記上部磁性層２８とが直接接触して磁気的に強く結合されている。また、前記ピンホールが形成されていなくても、ストッパ層２７を上記膜厚範囲内に設定することで、前記下部磁性層２６と上部磁性層２８とがストッパ層２７を介して静磁気的に強く結合している。 In the embodiment shown in FIG. 1, at the central portion 31a of the first magnetic layer 31, the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 are magnetically coupled (ferromagnetic coupling). The stopper layer 27 interposed between the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 is formed with a very thin film thickness. Specifically, the stopper layer 27 is preferably formed with an average film thickness in the range of 1.0 to 3.0 mm. Thus, since the stopper layer 27 is formed with a thin film thickness, for example, a pinhole is formed in the stopper layer 27, and the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 are connected via the pinhole. It is in direct contact and strongly magnetically coupled. Even if the pinhole is not formed, the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 can be magnetostatically interposed via the stopper layer 27 by setting the stopper layer 27 within the above thickness range. Strongly coupled.

図１に示す実施形態では、前記第１の磁性層３１の中央部３１ａが外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層として機能する。一方、前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂは前記フリー磁性層として実質的に機能していない。例えば、マイクロトラック法により測定し、再生波形のうち最大出力の５０％以上の出力が得られる部分を感磁領域（フリー磁性層）と規定すると、前記両側端部３１ｂでの出力は５０％より小さく（両側端部３１ｂのうち中央部３１ａとの近傍で出力が最大出力に対して５０％以上となる部分がある形態を除外しない）、不感領域であり、フリー磁性層として実質的に機能していない。 In the embodiment shown in FIG. 1, the central portion 31a of the first magnetic layer 31 functions as a free magnetic layer whose magnetization varies with an external magnetic field. On the other hand, both end portions 31b of the first magnetic layer 31 do not substantially function as the free magnetic layer. For example, when a portion measured by the microtrack method and obtaining an output of 50% or more of the maximum output of the reproduced waveform is defined as a magnetosensitive region (free magnetic layer), the output at the both end portions 31b is more than 50%. Small (does not exclude the form in which there is a portion where the output is 50% or more of the maximum output in the vicinity of the central portion 31a in both side end portions 31b), is a dead region, and substantially functions as a free magnetic layer Not.

前記両側端部３１ｂの膜厚は薄く、前記両側端部３１ｂの上下に位置する絶縁障壁層２５及びストッパ層２７を構成する元素が前記両側端部３１ｂの全域にわたって拡散を起こし、前記両側端部３１ｂでの磁気的性質は弱くなっていると思われる。例えば前記両側端部３１ｂでのキュリー点が中央部３１ａに比べて低くなっており、固定磁性層２４と反強磁性層２３間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせる熱処理等により前記両側端部３１ｂは常磁性になっているものと推測される。これにより前記両側端部３１ｂはフリー磁性層として実質的に機能していない。ここで「実質的に機能しない」とは、上記したように例えば再生出力が最大出力に対して５０％を下回ることを指している。 The film thickness of the both side end portions 31b is thin, and the elements constituting the insulating barrier layer 25 and the stopper layer 27 located above and below the both side end portions 31b are diffused over the entire area of the both side end portions 31b, and the both side end portions are formed. The magnetic properties at 31b appear to be weak. For example, the Curie point at the both end portions 31b is lower than that at the central portion 31a, and the both end portions are subjected to heat treatment that generates an exchange coupling magnetic field (Hex) between the pinned magnetic layer 24 and the antiferromagnetic layer 23. It is presumed that 31b is paramagnetic. Thus, the side end portions 31b do not substantially function as a free magnetic layer. Here, “substantially does not function” means that, for example, the reproduction output is less than 50% of the maximum output as described above.

図１に示すように、前記トンネル型磁気抵抗効果素子３０の両側端面３２，３３上及び段差Ａ上には絶縁層４０が形成され、前記絶縁層４０上にはハードバイアス層４１が形成されている。前記絶縁層４０は例えばＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２で形成される。また前記ハードバイアス層４１は、例えば、Ｃｏ−ＰｔやＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔで形成される。前記ハードバイアス層４１と前記絶縁層４０との間には、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉで形成されるバイアス下地層が形成されていてもよい。 As shown in FIG. 1, an insulating layer 40 is formed on both side end faces 32 and 33 and the step A of the tunnel magnetoresistive element 30, and a hard bias layer 41 is formed on the insulating layer 40. Yes. The insulating layer 40 is made of, for example, Al ₂ O ₃ or SiO ₂ . The hard bias layer 41 is made of, for example, Co—Pt or Co—Cr—Pt. A bias underlayer made of Cr, W, or Ti may be formed between the hard bias layer 41 and the insulating layer 40.

図１に示す実施形態では、前記ハードバイアス層４１の上面、保護層２９及び絶縁層４０の上面は同一の平坦面で形成されている。 In the embodiment shown in FIG. 1, the upper surface of the hard bias layer 41, the upper surface of the protective layer 29, and the insulating layer 40 are formed as the same flat surface.

図１に示すように、前記ハードバイアス層４１上、保護層２９上及び絶縁層４０上に非磁性金属層４２が形成され、前記非磁性金属層４２上に上部シールド層４３が形成されている。前記非磁性金属層４２はシールド間隔の調整用に用いられる。前記非磁性金属層４２は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕで形成される。前記上部シールド層４３は、例えばＮｉ−Ｆｅで形成される。 As shown in FIG. 1, a nonmagnetic metal layer 42 is formed on the hard bias layer 41, the protective layer 29, and the insulating layer 40, and an upper shield layer 43 is formed on the nonmagnetic metal layer 42. . The nonmagnetic metal layer 42 is used for adjusting the shield interval. The nonmagnetic metal layer 42 is made of Ta, Ti, or Ru, for example. The upper shield layer 43 is made of, for example, Ni—Fe.

図１に示す実施形態では、前記下部シールド層２０及び上部シールド層４３が前記トンネル型磁気抵抗効果素子３０に対する電極層として機能し、前記トンネル型磁気抵抗効果素子３０の各層の膜面に対し垂直方向に電流が流される。 In the embodiment shown in FIG. 1, the lower shield layer 20 and the upper shield layer 43 function as electrode layers for the tunnel type magnetoresistive effect element 30, and are perpendicular to the film surfaces of the layers of the tunnel type magnetoresistive effect element 30. Current flows in the direction.

フリー磁性層として機能する第１の磁性層３１の中央部３１ａは、前記ハードバイアス層４１からのバイアス磁界を受けてトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に磁化されている。前記中央部３１ａでの磁化は、単磁区化されている。一方、固定磁性層２４は、ハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層２４の磁化は固定されている（外部磁界によって磁化変動しない）が、前記第１の磁性層３１の中央部３１ａの磁化は外部磁界により変動する。 The central portion 31a of the first magnetic layer 31 functioning as a free magnetic layer is magnetized in a direction parallel to the track width direction (X direction in the drawing) by receiving a bias magnetic field from the hard bias layer 41. Magnetization at the central portion 31a is made into a single magnetic domain. On the other hand, the pinned magnetic layer 24 is magnetized in a direction parallel to the height direction (Y direction in the drawing). The magnetization of the pinned magnetic layer 24 is fixed (magnetization does not fluctuate due to an external magnetic field), but the magnetization of the central portion 31a of the first magnetic layer 31 fluctuates due to an external magnetic field.

前記第１の磁性層３１の中央部（フリー磁性層）３１ａが、外部磁界により磁化変動すると、前記固定磁性層２４と第１の磁性層３１の中央部（フリー磁性層）３１ａとの磁化が反平行のとき、前記固定磁性層２４と第１の磁性層３１の中央部（フリー磁性層）３１ａとの間に設けられた絶縁障壁層２５を介してトンネル電流が流れにくくなって、電気抵抗値は最大になる。一方、前記固定磁性層２４と第１の磁性層３１の中央部（フリー磁性層）３１ａとの磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり電気抵抗値は最小になる。 When the central portion (free magnetic layer) 31a of the first magnetic layer 31 fluctuates due to an external magnetic field, the magnetization of the pinned magnetic layer 24 and the central portion (free magnetic layer) 31a of the first magnetic layer 31 changes. When antiparallel, the tunnel current is less likely to flow through the insulating barrier layer 25 provided between the pinned magnetic layer 24 and the central portion (free magnetic layer) 31a of the first magnetic layer 31, and the electrical resistance The value is maximum. On the other hand, when the magnetizations of the pinned magnetic layer 24 and the central portion (free magnetic layer) 31a of the first magnetic layer 31 are parallel, the tunnel current flows most easily and the electric resistance value is minimized.

この原理を利用して、外部磁界の影響を受けて第１の磁性層（フリー磁性層）３１ａの磁化が変動することにより変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、磁気記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになっている。 Using this principle, the electric resistance that changes due to the change in the magnetization of the first magnetic layer (free magnetic layer) 31a due to the influence of the external magnetic field is regarded as a voltage change, and the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is detected. It is to be detected.

本実施形態におけるトンネル型磁気抵抗効果素子の特徴的部分について以下に説明する。図２は、図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子３０のうち、絶縁障壁層２５、下部磁性層２６、ストッパ層２７、及び、上部磁性層２８の部分を拡大した部分拡大断面図である。 The characteristic part of the tunnel type magnetoresistive effect element in this embodiment will be described below. FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view in which the portions of the insulating barrier layer 25, the lower magnetic layer 26, the stopper layer 27, and the upper magnetic layer 28 in the tunnel type magnetoresistive effect element 30 shown in FIG. 1 are enlarged.

図１に示す実施形態に示すように前記絶縁障壁層２５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）への最大幅寸法Ｔ１は、前記第１の磁性層３１（下部磁性層２６）のトラック幅方向（図示Ｘ方向）への最大幅寸法Ｔ２以上で形成されている。 As shown in the embodiment shown in FIG. 1, the maximum width dimension T1 in the track width direction (X direction in the drawing) of the insulating barrier layer 25 is the track width direction (the lower magnetic layer 26) of the first magnetic layer 31 (lower magnetic layer 26). It is formed with a maximum width dimension T2 or more in the X direction in the figure.

また、図１，図２に示すように、前記第１の磁性層３１は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に位置する両側端部３１ｂと、前記両側端部３１ｂから段差Ａを介して前記両側端部３１ｂよりも厚い膜厚で形成されたトラック幅方向の中央に位置する中央部３１ａとを有して構成される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the first magnetic layer 31 includes both side end portions 31b located on both sides in the track width direction (X direction in the drawing) and a step A from the both side end portions 31b. And a central portion 31a located at the center in the track width direction, which is formed with a film thickness thicker than the both side end portions 31b.

前記中央部３１ａは、前記上部磁性層２８と前記上部磁性層２８と対向した位置にある下部磁性層２６とで構成され、前記中央部３１ａでの前記上部磁性層２８と前記下部磁性層２６は磁気的に結合されている。 The central portion 31a is composed of the upper magnetic layer 28 and the lower magnetic layer 26 located opposite to the upper magnetic layer 28. The upper magnetic layer 28 and the lower magnetic layer 26 in the central portion 31a are Magnetically coupled.

前記第１の磁性層３１の中央部３１ａは外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層として機能するが、前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂはフリー磁性層として実質的に機能せず不感領域となっている。図２に示すように、トラック幅Ｔｗは、前記中央部３１ａの上面の幅寸法で規制される。 The central portion 31a of the first magnetic layer 31 functions as a free magnetic layer whose magnetization varies with respect to an external magnetic field, but both side end portions 31b of the first magnetic layer 31 substantially function as a free magnetic layer. It is a dead zone. As shown in FIG. 2, the track width Tw is regulated by the width of the upper surface of the central portion 31a.

トンネル型磁気抵抗効果素子３０を構成する積層体は絶縁障壁層２５を除いて金属材料で形成されているので絶縁材料で形成された絶縁障壁層２５が電気抵抗値に大きく寄与している。よって、図１，図２に示す実施形態であると、絶縁障壁層２５の幅寸法Ｔ１を広く形成できトンネル型磁気抵抗効果素子３０の電気抵抗値を低抵抗に調整できる。図１，図２に示す実施形態では低抵抗を実現すべく、前記絶縁障壁層２５の膜厚を薄く形成しなくてもよいので信頼性に優れたトンネル型磁気抵抗効果素子３０を実現できる。前記絶縁障壁層２５の最大幅寸法Ｔ１は１００〜１５０ｎｍ程度、前記絶縁障壁層２５の平均膜厚は、５〜１０Å程度である。 Since the stacked body constituting the tunnel type magnetoresistive effect element 30 is formed of a metal material except for the insulating barrier layer 25, the insulating barrier layer 25 formed of the insulating material greatly contributes to the electric resistance value. Therefore, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the width T1 of the insulating barrier layer 25 can be formed wide, and the electrical resistance value of the tunnel magnetoresistive element 30 can be adjusted to a low resistance. In the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2, the tunneling magnetoresistive element 30 having excellent reliability can be realized because the insulating barrier layer 25 does not have to be thin in order to realize low resistance. The maximum width dimension T1 of the insulating barrier layer 25 is about 100 to 150 nm, and the average film thickness of the insulating barrier layer 25 is about 5 to 10 mm.

しかも図１に示す実施形態では、前記第１の磁性層３１に、両側端部３１ｂから段差Ａを介して膜厚が厚い中央部３１ａを形成し、前記中央部３１ａをフリー磁性層として機能させているので、トラック幅Ｔｗを小さく形成でき狭トラック化を実現できる。よって高記録密度化に優れたトンネル型磁気抵抗効果素子３０を実現できる。 In addition, in the embodiment shown in FIG. 1, a thick central portion 31a is formed in the first magnetic layer 31 through the step A from both side end portions 31b, and the central portion 31a functions as a free magnetic layer. As a result, the track width Tw can be reduced and a narrow track can be realized. Therefore, the tunnel type magnetoresistive effect element 30 excellent in increasing the recording density can be realized.

本実施形態では、前記トラック幅Ｔｗを４０〜８０ｎｍ程度に調整できる。また、図２に示す第１の磁性層３１（下部磁性層２６）の最大幅寸法Ｔ２は、１００〜１５０ｎｍであり、前記第１の磁性層３１の各両側端部３１ｂの最大幅寸法Ｔ３は、１０〜５５ｎｍである。また前記第１の磁性層３１の最大幅寸法Ｔ２に対する各両側端部３１ｂの最大幅寸法Ｔ３の比率{（Ｔ３／Ｔ２）×１００（％）}は、１０〜４０％の範囲内であることが好適である。 In the present embodiment, the track width Tw can be adjusted to about 40 to 80 nm. The maximum width dimension T2 of the first magnetic layer 31 (lower magnetic layer 26) shown in FIG. 2 is 100 to 150 nm, and the maximum width dimension T3 of each side end portion 31b of the first magnetic layer 31 is 10 to 55 nm. Further, the ratio {(T3 / T2) × 100 (%)} of the maximum width dimension T3 of each side end portion 31b to the maximum width dimension T2 of the first magnetic layer 31 is in the range of 10 to 40%. Is preferred.

本実施形態では、前記上部磁性層２８の平均膜厚を前記下部磁性層２６の平均膜厚よりも厚い膜厚で形成することが中央部３１ａ及び両側端部３１ｂでの膜厚調整を行いやすく好適である。前記上部磁性層２８の平均膜厚を４０〜７０Å程度で形成することが好ましい。また、前記第１の磁性層３１の中央部３１ａの平均膜厚を、４５〜８０Å程度で形成することで前記中央部３１ａを適切にフリー磁性層として機能させることが可能である。 In the present embodiment, forming the upper magnetic layer 28 with an average film thickness larger than the average film thickness of the lower magnetic layer 26 makes it easy to adjust the film thickness at the central portion 31a and both end portions 31b. Is preferred. The upper magnetic layer 28 is preferably formed with an average film thickness of about 40 to 70 mm. In addition, by forming the average thickness of the central portion 31a of the first magnetic layer 31 at about 45 to 80 mm, the central portion 31a can appropriately function as a free magnetic layer.

図１，図２に示す実施形態では、前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂは実質的にフリー磁性層として機能せず不感領域となっている。前記両側端部３１ｂを不感領域にするには、前記両側端部３１ｂの平均膜厚を５Å以上で１０Å以下で形成することが好適である。前記両側端部３１ｂの上下に位置する絶縁障壁層２５及びストッパ層２７を構成する元素の拡散長は概ね１０Å程度なので、前記両側端部３１ｂのほぼ全域に、前記絶縁障壁層２５及びストッパ層２７を構成する元素が拡散し、前記両側端部３１ｂの磁気的性質は急激に弱まっていると推測される。前記両側端部３１ｂは例えば常磁性となっており、フリー磁性層として機能しない。 In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, both end portions 31b of the first magnetic layer 31 do not substantially function as a free magnetic layer and are insensitive areas. In order to make the both side end portions 31b insensitive areas, it is preferable to form an average film thickness of the both side end portions 31b with a thickness of 5 to 10 mm. Since the diffusion length of the elements constituting the insulating barrier layer 25 and the stopper layer 27 positioned above and below the both side end portions 31b is about 10 mm, the insulating barrier layer 25 and the stopper layer 27 are almost all over the both side end portions 31b. It is presumed that the elements constituting the element diffuse and the magnetic properties of the side end portions 31b are rapidly weakened. The both end portions 31b are, for example, paramagnetic and do not function as a free magnetic layer.

前記第１の磁性層３１に薄い膜厚の両側端部３１ｂが形成されていることで、前記絶縁障壁層２５の両側端部上は前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂにより適切に保護される。前記両側端部３１ｂの平均膜厚は上記のように５Å以上であることが好ましく、これにより前記絶縁障壁層２５を適切に保護できる。また前記両側端部３１ｂを設けたことでトンネル型磁気抵抗効果素子３０の低抵抗化をより促進できる。例えば、前記両側端部３１ｂを形成しない形態の場合、後述する製造方法では、各層のエッチング速度差があまりないので、エッチング制御が難しく、前記絶縁障壁層２５の両側端部やさらにはその下の層までもエッチングで削れてしまい、抵抗値が上昇したり、あるいは抵抗値や特性にばらつきが生じ信頼性が低下しやすい。それに比べて本実施形態のトンネル型磁気抵抗効果素子では、抵抗値や特性にばらつきが小さく信頼性の高いトンネル型磁気抵抗効果素子を実現できる。 Since both side end portions 31b having a thin film thickness are formed on the first magnetic layer 31, the both side end portions of the insulating barrier layer 25 are more appropriately arranged on both side end portions 31b of the first magnetic layer 31. Protected. As described above, the average film thickness of the both side end portions 31b is preferably 5 mm or more, whereby the insulating barrier layer 25 can be appropriately protected. Further, by providing the both side end portions 31b, the resistance reduction of the tunnel type magnetoresistive effect element 30 can be further promoted. For example, in the case where the both side end portions 31b are not formed, in the manufacturing method described later, since there is not much difference in the etching rate of each layer, the etching control is difficult, and both side end portions of the insulating barrier layer 25 and further below it. Even the layer is etched away, and the resistance value increases, or the resistance value and characteristics vary, and the reliability tends to decrease. On the other hand, the tunnel magnetoresistive effect element of this embodiment can realize a highly reliable tunnel type magnetoresistive effect element with less variation in resistance value and characteristics.

以上により本実施形態のトンネル型磁気抵抗効果素子によれば、従来に比べて、低抵抗で且つ狭トラック化を適切に図ることが可能である。よって高周波特性を向上できるとともに高記録密度化に適切に対応することが可能になる。また特性のばらつきが小さく信頼性が高いトンネル型磁気抵抗効果素子３０を実現できる。 As described above, according to the tunnel magnetoresistive effect element of the present embodiment, it is possible to appropriately achieve a narrow track with a low resistance as compared with the prior art. Therefore, it is possible to improve the high frequency characteristics and appropriately cope with the higher recording density. In addition, the tunnel magnetoresistive element 30 with small variations in characteristics and high reliability can be realized.

図１，図２に示す実施形態では、前記下部磁性層２６と前記上部磁性層２８との間にストッパ層２７が設けられている。例えば図３に示すように前記ストッパ層２７が設けられておらず前記下部磁性層２６と上部磁性層２８とが完全に一体化した単層構造の第１の磁性層３４で形成しても上記した効果を得ることが可能であるが、図１，図２に示すように、前記ストッパ層２７を設けることで、適切に前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂを残すことができ、前記絶縁障壁層２５の両側端部を適切に保護でき、より効果的に、低抵抗で且つ信頼性の高いトンネル型磁気抵抗効果素子３０を実現できる。 In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a stopper layer 27 is provided between the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28. For example, as shown in FIG. 3, even if the stopper layer 27 is not provided and the first magnetic layer 34 having a single layer structure in which the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 are completely integrated is described above. 1 and FIG. 2, by providing the stopper layer 27, both end portions 31b of the first magnetic layer 31 can be appropriately left, Both end portions of the insulating barrier layer 25 can be appropriately protected, and the tunnel magnetoresistive element 30 having low resistance and high reliability can be realized more effectively.

また、前記ストッパ層２７の平均膜厚は１．０〜３．０Åの範囲内であることが好ましい。これにより、前記下部磁性層２６と前記上部磁性層２８間の磁気的結合を強くでき、且つストッパとして適切に機能させることが可能である。 The average film thickness of the stopper layer 27 is preferably in the range of 1.0 to 3.0 mm. Thereby, the magnetic coupling between the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 can be strengthened, and it can function properly as a stopper.

前記ストッパ層２７は非磁性金属材料で形成されることが好適である。磁性材料で前記ストッパ層２７を形成すると、前記ストッパ層２７のエッチング速度は、上部磁性層２８のエッチング速度とあまり差がつかなくなるので好ましくない。また絶縁材料でストッパ層２７を形成すると、前記下部磁性層２６と上部磁性層２８との間でもトンネル効果が発生する可能性があり、トンネル型磁気抵抗効果素子３０としての特性が低下するので好ましくない。 The stopper layer 27 is preferably formed of a nonmagnetic metal material. If the stopper layer 27 is formed of a magnetic material, the etching rate of the stopper layer 27 is not preferable because the difference in etching rate between the upper magnetic layer 28 and the etching rate is not so great. Further, when the stopper layer 27 is formed of an insulating material, a tunnel effect may occur between the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28, and the characteristics as the tunnel magnetoresistive effect element 30 are deteriorated. Absent.

前記ストッパ層２７として用いられる非磁性金属材料は、前記上部磁性層２８の両側端面３３，３３をパターン形成（画定）する際に使用されるエッチングにおいて、前記ストッパ層２７のエッチング速度が、前記上部磁性層２８のエッチング速度より遅くなる材質である。 The nonmagnetic metal material used as the stopper layer 27 is such that the etching rate of the stopper layer 27 in the etching used when patterning (defining) the both end faces 33, 33 of the upper magnetic layer 28 is such that This material is slower than the etching rate of the magnetic layer 28.

例えば、前記上部磁性層２８の両側端面３３，３３をパターン形成する際に使用されるエッチングが反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）である場合、前記ストッパ層２７は、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好適である。また前記上部磁性層２８の両側端面３３，３３を画定する際に使用されるエッチングがイオンミリングである場合、前記ストッパ層２７は、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好適である。 For example, when the etching used for patterning the both end faces 33, 33 of the upper magnetic layer 28 is reactive ion etching (RIE), the stopper layer 27 is made of Cr, Ir, Ru, Rh, Pd. It is preferable that it is formed of at least one of Ag. In addition, when the etching used for defining the side end surfaces 33, 33 of the upper magnetic layer 28 is ion milling, the stopper layer 27 is formed of at least one of Ta, Mo, W, and Ti. It is preferred that

図１，図２に示す実施形態のように、前記ストッパ層２７は、中央部３１ａにおける下部磁性層２６と上部磁性層２８との間のみならず、両側端部３１ｂにおける下部磁性層２６上にまで延出して形成されることが好適である。これにより、確実に前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂを残すことができる。また、前記両側端部３１ｂ上に例えばＴａから成るストッパ層２７を設けることで、Ｔａが前記両側端部３１ｂ内に効果的に拡散し、前記両側端部３１ｂの磁気的性質を十分に弱めることが可能である。 1 and 2, the stopper layer 27 is not only between the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 in the central portion 31a but also on the lower magnetic layer 26 at the side end portions 31b. It is preferable to extend and form. Thereby, both end portions 31b of the first magnetic layer 31 can be reliably left. Further, by providing the stopper layer 27 made of Ta, for example, on the both side end portions 31b, Ta is effectively diffused into the both side end portions 31b, and the magnetic properties of the both side end portions 31b are sufficiently weakened. Is possible.

上記したように図３のように、第１の磁性層３４が単層で形成された形態であってもよい。図３の実施形態では、図１のようにストッパ層２７は設けられていない。図３の実施形態でも第１の磁性層３４の両側端部３４ｂから段差Ａを介して前記両側端部３４ｂよりも膜厚が厚い中央部３４ａが形成され、前記中央部３４ａがフリー磁性層として機能している。前記両側端部３４ｂの平均膜厚は１０Å以下であり、前記両側端部３４ｂはフリー磁性層として実質的に機能せず、不感領域となっている。図４の実施形態でも従来に比べて低抵抗で、且つ、狭トラック化を図ることが可能であり、さらに信頼性に優れたトンネル型磁気抵抗効果素子を実現できる。 As described above, the first magnetic layer 34 may be a single layer as shown in FIG. In the embodiment of FIG. 3, the stopper layer 27 is not provided as in FIG. In the embodiment of FIG. 3 as well, a central portion 34a having a thickness greater than that of both side end portions 34b is formed from both side end portions 34b of the first magnetic layer 34 via a step A, and the central portion 34a serves as a free magnetic layer. It is functioning. The average film thickness of the both end portions 34b is 10 mm or less, and the both end portions 34b do not substantially function as a free magnetic layer and are insensitive areas. In the embodiment of FIG. 4 as well, it is possible to realize a tunnel type magnetoresistive effect element that has a lower resistance than that of the prior art, can be narrowed in track, and is excellent in reliability.

図４ないし図８は、図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子３０を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法を示す一工程図であり、各図は、記録媒体との対向面と平行な面から切断した部分断面図である。 4 to 8 are process diagrams showing a method of manufacturing a thin film magnetic head provided with the tunnel type magnetoresistive effect element 30 shown in FIG. 1, and each drawing is from a plane parallel to the surface facing the recording medium. It is the fragmentary sectional view cut | disconnected.

図４に示す工程では、下部シールド層２０上に、下から下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、絶縁障壁層２５、下部磁性層２６、ストッパ層２７、上部磁性層２８及び保護層２９の順に例えばスパッタ法で成膜する。各層の材質は図１で説明したのでそちらを参照されたい。各層を成膜装置内で同一真空中で連続成膜する。 In the process shown in FIG. 4, on the lower shield layer 20, the underlayer 21, the seed layer 22, the antiferromagnetic layer 23, the pinned magnetic layer 24, the insulating barrier layer 25, the lower magnetic layer 26, the stopper layer 27, and the upper portion from below. The magnetic layer 28 and the protective layer 29 are formed in this order by sputtering, for example. Since the material of each layer has been described with reference to FIG. 1, refer to that. Each layer is continuously formed in the same vacuum in a film forming apparatus.

図４に示す工程では、前記下部磁性層２６を５以上で１０Å以下の平均膜厚で形成することが好ましい。また、前記ストッパ層２７を１．０〜３．０Åの範囲内の平均膜厚で形成することが好ましい。また前記ストッパ層２７を非磁性金属材料で形成することが好ましい。例えば、図４の次工程で、前記上部磁性層２８の両側端面３３，３３をパターン形成する際に使用されるエッチングを、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）とした場合、前記ストッパ層２７を、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇのうち少なくともいずれか１種で形成することが好適である。また前記上部磁性層２８の両側端面３３，３３をパターン形成する際に使用されるエッチングをイオンミリングとした場合、前記ストッパ層２７を、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉのうち少なくともいずれか１種で形成することが好適である。
例えば前記ストッパ層２７をＣｒで形成する。 In the step shown in FIG. 4, the lower magnetic layer 26 is preferably formed with an average film thickness of 5 or more and 10 mm or less. The stopper layer 27 is preferably formed with an average film thickness in the range of 1.0 to 3.0 mm. The stopper layer 27 is preferably formed of a nonmagnetic metal material. For example, in the next step of FIG. 4, when the etching used for patterning the both end faces 33, 33 of the upper magnetic layer 28 is reactive ion etching (RIE), the stopper layer 27 is made of Cr. , Ir, Ru, Rh, Pd, and Ag are preferable. Further, when the etching used for patterning the both end faces 33, 33 of the upper magnetic layer 28 is ion milling, the stopper layer 27 is made of at least one of Ta, Mo, W, and Ti. It is preferable to form.
For example, the stopper layer 27 is made of Cr.

図５の工程では、前記保護層２９の上に前記上部磁性層２８の両側端面３３，３３をパターン形成するためのレジスト層５０を形成する。まず前記保護層２９上の全面にレジスト層を塗布した後、露光現像により図５に示す形状のレジスト層５０を前記保護層２９上に残す。 In the process of FIG. 5, a resist layer 50 is formed on the protective layer 29 for patterning the both end faces 33, 33 of the upper magnetic layer 28. First, after a resist layer is applied to the entire surface of the protective layer 29, the resist layer 50 having the shape shown in FIG. 5 is left on the protective layer 29 by exposure and development.

そして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、前記レジスト層５０に覆われていない前記保護層２９及び上部磁性層２８を除去する。このときＣｒで形成されたストッパ層２７のエッチング速度は、前記上部磁性層２８や下部磁性層２６のエッチング速度に比べて遅い。よって前記ストッパ層２７が前記上部磁性層２８のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に露出した直後に、ＲＩＥを終了することで、前記上部磁性層２８の両側に少なくとも一部、前記下部磁性層２６を残した状態で、適切且つ容易にＲＩＥを終了することができる。 Then, the protective layer 29 and the upper magnetic layer 28 not covered with the resist layer 50 are removed by reactive ion etching (RIE). At this time, the etching rate of the stopper layer 27 made of Cr is slower than the etching rate of the upper magnetic layer 28 and the lower magnetic layer 26. Therefore, RIE is terminated immediately after the stopper layer 27 is exposed on both sides of the upper magnetic layer 28 in the track width direction (X direction in the drawing), so that at least a part of the lower magnetic layer is formed on both sides of the upper magnetic layer 28. The RIE can be completed appropriately and easily with the layer 26 left.

図５に示すように、前記上部磁性層２８及び保護層２９の両側端面３３，３３は下側から上方に向うにしたがって徐々にトラック幅方向への幅寸法が広がる傾斜面で形成される。前記上部磁性層２８の上面での幅寸法がトラック幅Ｔｗであり、本実施形態では、前記トラック幅Ｔｗを４０〜８０ｎｍ程度の狭トラックで形成できる。 As shown in FIG. 5, both end surfaces 33, 33 of the upper magnetic layer 28 and the protective layer 29 are formed as inclined surfaces whose width dimension gradually increases in the track width direction from the lower side to the upper side. The width dimension on the upper surface of the upper magnetic layer 28 is the track width Tw, and in this embodiment, the track width Tw can be formed with a narrow track of about 40 to 80 nm.

図５に示すように、前記上部磁性層２８のトラック幅方向の両側にストッパ層２７を少なくとも一部残すことが好ましい。
図５の工程終了後、前記レジスト層５０を除去する。 As shown in FIG. 5, it is preferable to leave at least a part of the stopper layer 27 on both sides of the upper magnetic layer 28 in the track width direction.
After the process of FIG. 5 is completed, the resist layer 50 is removed.

次に、図６に示す工程では、前記ストッパ層２７上から前記上部磁性層２８及び保護層２９の両側端面３３上、さらに前記保護層２９の上面にかけてレジスト層５１を形成する。前記レジスト層５１は、露光現像により図６に示す形状にパターン形成されている。前記レジスト層５１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における下面の幅寸法Ｔ４は、図５に示すレジスト層５０の下面の幅寸法Ｔ５より大きい。 Next, in the step shown in FIG. 6, a resist layer 51 is formed on the stopper layer 27, on both end surfaces 33 of the upper magnetic layer 28 and the protective layer 29, and on the upper surface of the protective layer 29. The resist layer 51 is patterned in the shape shown in FIG. 6 by exposure and development. The width dimension T4 of the lower surface of the resist layer 51 in the track width direction (X direction in the drawing) is larger than the width dimension T5 of the lower surface of the resist layer 50 shown in FIG.

そして前記レジスト層５１に覆われていない下地層２１からストッパ層２７までの積層部分の両側端部を、例えばイオンミリングで除去する（図６に示す点線部分が除去される）。ＲＩＥで除去してもよいが、この実施形態では、ストッパ層２７にＲＩＥでのエッチング速度が遅いＣｒを使用しているので、エッチング作業を効果的に迅速に行うためにイオンミリングを使用している。 Then, both end portions of the laminated portion from the base layer 21 to the stopper layer 27 not covered with the resist layer 51 are removed by, for example, ion milling (the dotted line portion shown in FIG. 6 is removed). Although it may be removed by RIE, in this embodiment, Cr, which has a low etching rate by RIE, is used for the stopper layer 27. Therefore, ion milling is used to effectively perform the etching operation. Yes.

また図６に示す工程では、イオンミリングによって、下部シールド層２０の一部も除去している。 In the step shown in FIG. 6, a part of the lower shield layer 20 is also removed by ion milling.

図６に示すように、前記下地層２１からストッパ層２７のトラック幅方向の両側端面３２は、下方から上方に向かうにしたがって徐々にトラック幅方向への幅寸法が小さくなる傾斜面で形成される。 As shown in FIG. 6, both end surfaces 32 in the track width direction of the base layer 21 to the stopper layer 27 are formed with inclined surfaces whose width dimension gradually decreases in the track width direction from the bottom to the top. .

上部磁性層２８及び保護層２９の幅の狭い両側端面３３をパターン形成する図５の工程と、前記下地層２１からストッパ層２７までの前記両側端面３３より幅の広い両側端面３２をパターン形成する図６の工程により、前記下部磁性層２６と上部磁性層２８からなる第１の磁性層３１には、膜厚が薄い両側端部３１ｂと、前記両側端部３１ｂから段差Ａを介して、前記両側端部３１ｂよりも膜厚が厚い中央部３１ａとが形成される。 The step of FIG. 5 for patterning the narrow side end faces 33 of the upper magnetic layer 28 and the protective layer 29 and the side end faces 32 wider than the side end faces 33 from the base layer 21 to the stopper layer 27 are patterned. 6, the first magnetic layer 31 composed of the lower magnetic layer 26 and the upper magnetic layer 28 has both side end portions 31b having a small thickness and the step A from the both end portions 31b. A central portion 31a having a thicker film than the side end portions 31b is formed.

次に図７工程では、前記下部シールド層２０上から両側端面３２上、段差Ａ上、両側端面３３上及び保護層２９上にかけて絶縁層４０をスパッタ法等で形成し、さらに前記絶縁層４０上にハードバイアス層４１をスパッタ法等で形成する。また図７に示す工程では前記ハードバイアス層４１上にストッパ層５３をスパッタ法等で形成している。例えば、前記ストッパ層５３は、前記ハードバイアス層４１よりミリング速度が遅いＴａ等材質で形成される。前記ハードバイアス層４１を着磁することで前記第１の磁性層３１にバイアス磁界が印加され、前記第１の磁性層３１の中央部３１ａはトラック幅方向に単磁区化される。前記中央部３１ａは、外部磁界に対して磁化変動して所定以上の再生出力、具体的には最大再生出力の５０％の出力を得るためのフリー磁性層として機能する。 Next, in the step of FIG. 7, an insulating layer 40 is formed by sputtering or the like from the lower shield layer 20 to both side end faces 32, step A, both side end faces 33, and protective layer 29, and further on the insulating layer 40. Then, the hard bias layer 41 is formed by sputtering or the like. In the step shown in FIG. 7, a stopper layer 53 is formed on the hard bias layer 41 by sputtering or the like. For example, the stopper layer 53 is made of a material such as Ta, which has a milling speed slower than that of the hard bias layer 41. By magnetizing the hard bias layer 41, a bias magnetic field is applied to the first magnetic layer 31, and the central portion 31a of the first magnetic layer 31 is made into a single magnetic domain in the track width direction. The central portion 31a functions as a free magnetic layer for obtaining a reproduction output of a predetermined value or more, specifically, 50% of the maximum reproduction output by changing the magnetization with respect to an external magnetic field.

本実施形態では、磁場中熱処理を施す。磁場中熱処理は、図４工程以降であればどの工程でも行うことが可能であるが、特に、図５工程の上部磁性層２８の両側端面３３をパターン形成した後が好ましい。前記磁場中熱処理を施すことで、前記反強磁性層２３と固定磁性層２４との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）が生じ、前記固定磁性層２４の磁化が例えばハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。また、前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂでは、絶縁障壁層２５やストッパ層２７の元素が前記両側端部３１ｂ内のほぼ全域にわたって拡散し、前記両側端部３１ｂの磁気的性質は弱まっていると考えられる。例えば、前記両側端部３１ｂでのキュリー点は中央部３１ａに比べて低下している。そして、前記磁場中熱処理での熱処理温度が前記両側端部３１ｂのキュリー点を超えると、前記両側端部３１ｂは常磁性となり、前記両側端部３１ｂは実質的にフリー磁性層として機能せず不感領域となる。 In this embodiment, heat treatment in a magnetic field is performed. The heat treatment in the magnetic field can be performed in any step after the step in FIG. 4, but is particularly preferable after patterning the both end surfaces 33 of the upper magnetic layer 28 in the step in FIG. By performing the heat treatment in the magnetic field, an exchange coupling magnetic field (Hex) is generated between the antiferromagnetic layer 23 and the pinned magnetic layer 24, and the magnetization of the pinned magnetic layer 24 is, for example, in the height direction (Y direction in the drawing). Fixed. Further, at both side end portions 31b of the first magnetic layer 31, the elements of the insulating barrier layer 25 and the stopper layer 27 are diffused over almost the whole area in the both side end portions 31b, and the magnetic properties of the both side end portions 31b are as follows. It is considered weakened. For example, the Curie point at both end portions 31b is lower than that at the central portion 31a. When the heat treatment temperature in the heat treatment in the magnetic field exceeds the Curie point of the both end portions 31b, the both end portions 31b become paramagnetic, and the both end portions 31b do not substantially function as a free magnetic layer and are insensitive. It becomes an area.

そして図８に示す工程では、Ｂ−Ｂ線の位置まで、例えばＣＭＰで削りこむ。この実施形態では、例えば、前記ＣＭＰによる削り込みの終了時点を、前記ストッパ層５３の残り膜厚を基準にして制御することが可能である。 Then, in the step shown in FIG. 8, for example, CMP is performed to the position of the BB line. In this embodiment, for example, it is possible to control the end point of the etching by CMP based on the remaining film thickness of the stopper layer 53.

これによりハードバイアス層４１の上面、保護層２９の上面、及び前記ハードバイアス層４１と前記保護層２９との間に位置する絶縁層４０の上面とが同一平面で露出する。このとき前記ストッパ層５３が一部残されて、前記ストッパ層５３の上面も同一平面で露出してもよい。 Thereby, the upper surface of the hard bias layer 41, the upper surface of the protective layer 29, and the upper surface of the insulating layer 40 positioned between the hard bias layer 41 and the protective layer 29 are exposed in the same plane. At this time, a part of the stopper layer 53 may be left, and the upper surface of the stopper layer 53 may be exposed on the same plane.

そして、前記ハードバイアス層４１上、保護層２９上、及び絶縁層４０上に、非磁性金属層４２上を形成し、さらに前記非磁性金属層４２上に上部シールド層４３を形成する。 Then, a nonmagnetic metal layer 42 is formed on the hard bias layer 41, the protective layer 29, and the insulating layer 40, and an upper shield layer 43 is formed on the nonmagnetic metal layer 42.

図３に示すトンネル型磁気抵抗効果素子を製造する場合は、まず図４に示す工程で、単層の第１の磁性層３４を前記絶縁障壁層２５上の全面に形成する。 In the case of manufacturing the tunnel type magnetoresistive effect element shown in FIG. 3, first, a single first magnetic layer 34 is formed on the entire surface of the insulating barrier layer 25 in the step shown in FIG.

続いて、図５に示す工程と同様に前記保護層２９上にレジスト層５０を形成し、図９に示すように、前記レジスト層５０に覆われていない前記保護層２９の両側端部と、前記第１の磁性層３４の両側端部３４ｂの一部をエッチングする。 Subsequently, a resist layer 50 is formed on the protective layer 29 as in the step shown in FIG. 5, and as shown in FIG. 9, both side ends of the protective layer 29 not covered with the resist layer 50, A part of both end portions 34b of the first magnetic layer 34 is etched.

このとき、例えばＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）を用いて、削り深さを測定しながらエッチングすることで、前記第１の磁性層３４の両側端部３４ｂを全て除去せず適切且つ容易に一部残すことが可能である。
その後、図６ないし図８と同じ工程を行う。 At this time, for example, by using a SIMS (secondary ion mass spectrometer) to perform etching while measuring the cutting depth, it is possible to appropriately and easily remove all the side end portions 34b of the first magnetic layer 34. It is possible to leave a part.
Thereafter, the same steps as those in FIGS. 6 to 8 are performed.

上記した製造方法によれば、絶縁障壁層２５のトラック幅方向への最大幅寸法Ｔ１を、第１の磁性層のトラック幅方向への最大幅寸法Ｔ２以上に形成でき、且つ、第１の磁性層３１を薄い膜厚の両側端部３１ｂと、前記両側端部３１ｂから段差Ａを介して前記両側端部３１ｂより厚い膜厚でフリー磁性層として機能して機能する中央部３１ａとで構成することが出来る。よって、従来に比べて、低抵抗で且つ狭トラックのトンネル型磁気抵抗効果素子３０を適切且つ容易に製造できる。 According to the manufacturing method described above, the maximum width dimension T1 in the track width direction of the insulating barrier layer 25 can be formed to be equal to or larger than the maximum width dimension T2 in the track width direction of the first magnetic layer, and the first magnetic layer The layer 31 is composed of both side end portions 31b having a thin film thickness and a central portion 31a functioning as a free magnetic layer with a film thickness thicker than the both side end portions 31b through the step A from the both side end portions 31b. I can do it. Therefore, the tunnel magnetoresistive element 30 having a low resistance and a narrow track can be appropriately and easily manufactured as compared with the prior art.

図５の工程で、上部磁性層２８及び保護層２９の幅の狭い両側端面３３をパターン形成し、次に、図６の工程で、前記下地層２１からストッパ層２７までの前記両側端面３３より幅の広い両側端面３２をパターン形成することで、第１の磁性層３１には、膜厚が薄い両側端部３１ｂと、前記両側端部３１ｂから段差Ａを介して、前記両側端部３１ｂよりも膜厚が厚い中央部３１ａを簡単且つ適切に形成できる。 In the step of FIG. 5, the narrow side end surfaces 33 of the upper magnetic layer 28 and the protective layer 29 are patterned, and then in the step of FIG. 6, from the side end surfaces 33 from the base layer 21 to the stopper layer 27. By patterning the wide side end surfaces 32, the first magnetic layer 31 has a thin side end 31b and a step A from the both side end 31b than the side end 31b. In addition, the thick central portion 31a can be formed easily and appropriately.

図４ないし図８に示すトンネル型磁気抵抗効果素子３０の製造方法では、ストッパ層２７を設けることで、適切且つ容易に第１の磁性層３１の両側端部３１ｂを絶縁障壁層２５上に薄い膜厚で残すことが出来る。 In the method of manufacturing the tunnel type magnetoresistive effect element 30 shown in FIGS. 4 to 8, the stopper layer 27 is provided so that both end portions 31b of the first magnetic layer 31 are thinly formed on the insulating barrier layer 25 appropriately and easily. It can be left with a film thickness.

前記ストッパ層２７の平均膜厚を１．０〜３．０Åとすることが好ましく、これにより、前記上部磁性層２８と下部磁性層２６との磁気的接合を強くでき、且つ、ストッパとして適切に機能させることが可能となる。 The average thickness of the stopper layer 27 is preferably set to 1.0 to 3.0 mm, which can strengthen the magnetic bonding between the upper magnetic layer 28 and the lower magnetic layer 26 and is suitable as a stopper. It becomes possible to make it function.

またストッパ層２７をＴａやＣｒ等の非磁性金属材料で形成することが上部磁性層２８とのエッチング速度差を調整しやすく好適である。 In addition, it is preferable that the stopper layer 27 is formed of a nonmagnetic metal material such as Ta or Cr because the etching rate difference with the upper magnetic layer 28 can be easily adjusted.

また、図５及び図６に示すように、前記第１の磁性層３１の両側端部３１ｂ上に前記ストッパ層２７を残すことが好ましい。これにより前記両側端部３１ｂを確実に残すことが出来、その下の各層をエッチングから保護できる。また本実施形態では、下部磁性層２６を５Å以上で１０Å以下の膜厚で形成することが好ましい。これにより前記両側端部３１ｂ上にストッパ層２７を残し、前記両側端部３１ｂを全く削らなくても、前記両側端部３１ｂを構成する下部磁性層２６の膜厚は１０Å以下なので、前記両側端部３１ｂはフリー磁性層として実質的に機能しない。 Further, as shown in FIGS. 5 and 6, it is preferable to leave the stopper layer 27 on both side end portions 31 b of the first magnetic layer 31. As a result, the side end portions 31b can be reliably left, and the underlying layers can be protected from etching. In the present embodiment, the lower magnetic layer 26 is preferably formed with a thickness of 5 to 10 mm. Thus, even if the stopper layer 27 is left on the both end portions 31b and the both end portions 31b are not cut at all, the film thickness of the lower magnetic layer 26 constituting the both end portions 31b is 10 mm or less. The part 31b does not substantially function as a free magnetic layer.

また図９に示す工程では、前記両側端部３１ｂを、５Å以上で１０Å以下の平均膜厚になるまでエッチングする。これにより第１の磁性層３１の中央部３１ａはフリー磁性層として機能し、前記両側端部３１ｂは実質的にフリー磁性層として機能しないトンネル型磁気抵抗効果素子を適切且つ容易に製造することが可能である。 In the step shown in FIG. 9, the side end portions 31b are etched until the average film thickness is 5 to 10 mm. As a result, the center portion 31a of the first magnetic layer 31 functions as a free magnetic layer, and the side end portions 31b can appropriately and easily manufacture a tunnel magnetoresistive element that does not substantially function as a free magnetic layer. Is possible.

また固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層２４の磁化が固定される、いわゆる自己固定式を用いる場合、反強磁性層２３が無くてもよいが、確実に前記固定磁性層２４の磁化固定を行うには前記反強磁性層２３を用い、磁場中熱処理を施して、前記反強磁性層２３と固定磁性層２４との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせることが好ましい。 When the so-called self-fixed type in which the magnetization of the pinned magnetic layer 24 is pinned by the uniaxial anisotropy of the pinned magnetic layer itself is used, the antiferromagnetic layer 23 may be omitted. In order to perform magnetization pinning, it is preferable to use the antiferromagnetic layer 23 and perform heat treatment in a magnetic field to generate an exchange coupling magnetic field (Hex) between the antiferromagnetic layer 23 and the pinned magnetic layer 24.

第１実施形態のトンネル型磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドを記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a thin film magnetic head including the tunnel type magnetoresistive effect element according to the first embodiment cut from a plane parallel to a surface facing a recording medium; 図１の一部分を拡大した部分拡大断面図、The partial expanded sectional view which expanded a part of FIG. 1, 第２実施形態のトンネル型磁気抵抗効果素子の構造を記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a structure of a tunnel type magnetoresistive effect element according to a second embodiment, cut from a plane parallel to a surface facing a recording medium; 図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法を示す工程図であり、記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、FIG. 2 is a process diagram showing a method of manufacturing a thin film magnetic head provided with the tunnel type magnetoresistive effect element shown in FIG. 1, and is a partial cross-sectional view cut away from a plane parallel to a surface facing a recording medium; 図４の次に行なわれる工程図であり、記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、FIG. 5 is a process diagram performed subsequent to FIG. 4, and is a partial cross-sectional view cut away from a plane parallel to the surface facing the recording medium; 図５の次に行なわれる工程図であり、記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、FIG. 6 is a process diagram performed subsequent to FIG. 5, and is a partial cross-sectional view cut away from a plane parallel to the surface facing the recording medium; 図６の次に行なわれる工程図であり、記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、FIG. 7 is a process diagram performed subsequent to FIG. 6, and is a partial cross-sectional view cut away from a plane parallel to the surface facing the recording medium; 図７の次に行なわれる工程図であり、記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、FIG. 8 is a process diagram performed subsequent to FIG. 図３に示すトンネル型磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法を示す工程図であり、記録媒体との対向面と平行な面から切断して示す部分断面図、FIG. 4 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a thin film magnetic head including the tunnel magnetoresistive effect element illustrated in FIG. 3, and is a partial cross-sectional view cut away from a plane parallel to a surface facing a recording medium;

Explanation of symbols

２０下部シールド層
２３反強磁性層
２４固定磁性層
２５絶縁障壁層
２６下部磁性層
２７ストッパ層
２８上部磁性層
２９保護層
３０トンネル型磁気抵抗効果素子
３１、３４第１の磁性層
３１ａ、３４ａ（第１の磁性層の）中央部
３１ｂ、３４ｂ（第１の磁性層の）両側端部
３２、３３両側端面
４０絶縁層
４１ハードバイアス層
４２非磁性金属層
４３上部シールド層
５０、５１レジスト層
Ａ段差 20 Lower shield layer 23 Antiferromagnetic layer 24 Fixed magnetic layer 25 Insulating barrier layer 26 Lower magnetic layer 27 Stopper layer 28 Upper magnetic layer 29 Protective layer 30 Tunnel type magnetoresistive effect elements 31 and 34 First magnetic layers 31a and 34a ( Central portions 31b, 34b (of the first magnetic layer) Both end portions 32, 33 (of the first magnetic layer) Both end surfaces 40 Insulating layer 41 Hard bias layer 42 Nonmagnetic metal layer 43 Upper shield layers 50, 51 Resist layer A Step

Claims

From the bottom, it has an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed, an insulating barrier layer, and a portion laminated in order of a first magnetic layer,
The maximum width dimension in the track width direction of the insulating barrier layer is not less than the maximum width dimension in the track width direction of the first magnetic layer,
The first magnetic layer has both end portions located on both sides in the track width direction, and a central portion in the track width direction formed with a film thickness thicker than the both end portions through a step from the both end portions. And a central portion located,
The first magnetic layer includes a lower magnetic layer formed on the insulating barrier layer, and an upper magnetic layer located in the center of the lower magnetic layer in the track width direction. It is formed with a film thickness thicker than the lower magnetic layer,
At least the lower magnetic layer and the upper magnetic layer are provided with a stopper layer whose etching rate when defining the shape of the upper magnetic layer is slower than the etching rate of the upper magnetic layer and the lower magnetic layer,
The central portion is constituted by the upper magnetic layer and the lower magnetic layer located opposite to the upper magnetic layer, and the both end portions are formed by the lower magnetic layer located on both sides in the track width direction of the upper magnetic layer. Is configured,
The upper magnetic layer and the lower magnetic layer in the central portion are magnetically coupled to function as a free magnetic layer whose magnetization direction varies with respect to an external magnetic field, and the track width Tw is It is regulated by the width dimension of the upper surface,
The tunnel type magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein both end portions are paramagnetic and are insensitive regions that do not function as the free magnetic layer .

The average thickness of the stopper layer, the tunneling magnetoresistive element according to claim 1, wherein in the range of 1.0～3.0A.

Tunneling magnetoresistive element according to claim 1 or 2, wherein the stopper layer is formed of a nonmagnetic metal material.

The stopper layer, a tunnel magnetoresistance effect element according to any one of 3 claims 1 are formed to extend up over the two side portions.

The shape of the upper magnetic layer is defined by ion milling, and the stopper layer is formed of at least one of Ta, Mo, W, and Ti. Tunnel type magnetoresistive effect element.

A method of manufacturing a tunnel type magnetoresistive effect element comprising the following steps.
(A) Laminate an antiferromagnetic layer from the bottom , a pinned magnetic layer whose magnetization direction is fixed, an insulating barrier layer, and a first magnetic layer in this order, and at this time, on the insulating barrier layer, a lower magnetic layer from the bottom, A stopper layer and an upper magnetic layer thicker than the lower magnetic layer are stacked in this order, and the lower magnetic layer and the upper magnetic layer constitute the first magnetic layer, and the stopper layer is (B) forming with a material having an etching rate slower than the etching rate of the upper magnetic layer and the lower magnetic layer with respect to the etching in the step;
(B) removing both end portions of the upper magnetic layer in the track width direction by etching, and after the stopper layer is exposed, the etching is stopped leaving at least a part of both end portions of the lower magnetic layer; As a result, the upper magnetic layer and the lower magnetic layer located opposite to the upper magnetic layer constitute a central portion, and the upper magnetic layer is positioned on both sides in the track width direction of the upper magnetic layer via a step. And forming the both side end portions having a thickness smaller than that of the central portion formed by the lower magnetic layer,
(C) said first to the said two side portions of the magnetic layer the step remains toward the central portion, the fixed magnetic layer, the insulating barrier layer and each on both sides of both end portions of said first magnetic layer Patterning the end face, and at this time, forming the maximum width dimension in the track width direction of the insulating barrier layer to be equal to or larger than the maximum width dimension in the track width direction of the first magnetic layer;
(D) A bias magnetic field is applied to the first magnetic layer , and the magnetically coupled upper magnetic layer and the lower magnetic layer located in the central portion are made into a single magnetic domain, so that an external magnetic field is applied. A function of functioning as a free magnetic layer whose magnetization varies ;
(E) A heat treatment in a magnetic field is performed to generate an exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer to fix the magnetization of the pinned magnetic layer. The temperature is set to a temperature exceeding the Curie point of the both end portions of the first magnetic layer, the both end portions are made insensitive regions that are paramagnetic and do not function as the free magnetic layer, and the central portion has a width dimension of the upper surface. The step of functioning as the free magnetic layer regulated by the track width Tw.

The tunnel magnetoresistive element manufacturing method according to claim 6 , wherein the stopper layer is formed with an average film thickness of 1.0 to 3.0 mm.

The method for manufacturing a tunnel type magnetoresistive effect element according to claim 6 or 7 , wherein the stopper layer is formed of a nonmagnetic metal material.

Wherein in step (b), the as the stopper layer on the both side portions of the lower magnetic layer remains, the production method of the tunneling magnetoresistive element according to any one of claims 6 to 8 stops etching.

In the step (a), the stopper layer is formed of at least one of Ta, Mo, W, Ti,
The tunnel magnetoresistive element manufacturing method according to claim 6, wherein in the step (b), the shape of the upper magnetic layer is defined by ion milling.