JP3741981B2

JP3741981B2 - Magnetic sensing element and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3741981B2
Application number: JP2001245108A
Authority: JP
Inventors: 英治梅津
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-08-13
Also published as: JP2003060260A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハードディスク装置などの磁気再生装置やその他の磁気検出装置に搭載されるトンネル効果を利用した磁気検出素子に係り、特に再生出力や抵抗変化率の向上を適切に図ることが可能な磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来におけるトンネル効果を利用した磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０００３】
符号１は第１電極層であり、前記第１電極層１の上にＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁性層２、ＮｉＦｅ合金などで形成された固定磁性層３、Ａｌ₂Ｏ₃などで形成された絶縁障壁層４、ＮｉＦｅ合金などで形成されたフリー磁性層５からなる積層体９が形成されている。
【０００４】
図１１に示すように、前記積層体９のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側であって、前記第１電極層１の上には、Ａｌ₂Ｏ₃などで形成された絶縁層６が形成され、前記絶縁層６の上にＣｏＰｔなどで形成されたハードバイアス層７が形成されている。
【０００５】
そして前記ハードバイアス層７からフリー磁性層５上にかけて第２電極層８が形成されている。
【０００６】
前記固定磁性層３の磁化は前記反強磁性層２との間で発生する交換結合磁界によってハイト方向（図示Ｙ方向）に固定され、一方、フリー磁性層５の磁化は、前記ハードバイアス層６からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【０００７】
図１１に示す磁気検出素子は、トンネル型磁気抵抗効果型素子と呼ばれる構造で、構造上の特徴としては、固定磁性層３とフリー磁性層５間に介在する層が、絶縁層で形成された絶縁障壁層４である点、電極層１、８が積層体９の上下に形成されている点である。
【０００８】
図１１に示すトンネル型磁気抵抗効果型素子は、トンネル効果を利用して抵抗変化を生じさせるものであり、固定磁性層３とフリー磁性層５との磁化が反平行のとき、最も前記絶縁障壁層６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３とフリー磁性層５との磁化が平行のとき、最もトンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。
【０００９】
この原理を利用し、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層５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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図１１に示す構造の磁気検出素子では以下のような問題点が生じた。
【００１１】
今後の高記録密度化に伴い、前記フリー磁性層５の上面のトラック幅方向の幅寸法で規制されるトラック幅Ｔｗが小さくなっていくと、前記フリー磁性層５自体の大きさが小さくなっていくことで、前記フリー磁性層５にハードバイアス層７から縦バイアス磁界が供給されても、前記フリー磁性層５はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に適切に単磁区化しにくく、また前記フリー磁性層５の反磁界の影響も強くなり、再生特性の安定性が低下した。
【００１２】
これを解決するために、前記ハードバイアス層７の膜厚を厚くして強い縦バイアス磁界が前記フリー磁性層５に供給できるようにすることも考えられるが、これでは非常に小さい領域の前記フリー磁性層５の磁化が固着されやすく、外部磁界に対して感度良く磁化変動できなくなり再生出力が低下するといった問題が発生する。
【００１３】
次に、図１１に示すように前記積層体９のトラック幅方向の両側には絶縁層６が設けられている。前記絶縁層６は、前記電極層１、８から前記積層体９に流れる電流が、効果的に前記積層体９内を流れるようにするために設けられたものである。
【００１４】
ところが、前記絶縁層６の上にはハードバイアス層７が形成されているため、前記電極層１、８から前記積層体９内に流れるべき電流の一部は、ハードバイアス層７に分流してしまう。そしてこの分流した電流はフリー磁性層５を介さずに絶縁障壁層４や固定磁性層３などに流れ込む。
【００１５】
すなわち電流経路は電極層１、８から前記積層体９内に流れる正規ルートだけでなく、フリー磁性層５を介さずにハードバイアス層７に分流する電流ルートも生じ、これがシャントロスとなり、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下を招いた。
【００１６】
例えば上記課題を解決するために、図１２（図１１の一部を拡大した部分断面図）に示すように、前記絶縁層６を前記フリー磁性層５の両側端面５ａ上にも厚い膜厚で形成することで、前記積層体９の両側端面は適切に前記絶縁層６によって覆われ、前記電極層１、８から前記ハードバイアス層７に分流する電流量を低減させることができるが、前記フリー磁性層５とハードバイアス層７間に厚い膜厚の絶縁層６が介在すると、前記ハードバイアス層７から前記フリー磁性層５に供給されるべき縦バイアス磁界が小さくなり、その結果、前記フリー磁性層５を単磁区化できなくなり再生特性の低下を招いてしまう。
【００１７】
また上記したように今後の高記録密度化に伴い、トラック幅Ｔｗが狭くなると、前記積層体９の膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙで形成される面）における面の面積は小さくなり、直流抵抗（ＤＣＲ）が非常に高くなってしまい、再生出力の低下など再生特性の悪化を招いた。
【００１８】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、フリー磁性層の磁化を整えるためのバイアス方式及び構造を適切に改良することで、今後の高記録密度化においても、再生出力や抵抗変化率の上昇など再生特性の向上を適切に図ることが可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明における磁気検出素子は、第１反強磁性層と、この第１反強磁性層の上面に形成され、前記第１反強磁性層との間で発生する交換結合磁界によって磁化が所定方向にされる固定磁性層と、前記固定磁性層の上面に形成された少なくとも絶縁障壁層を含むスペーサ層とを有する積層体と、
この積層体のトラック幅方向の両側に形成された絶縁層と、
前記スペーサ層の上面から前記絶縁層の上面にかけて形成され、磁化が前記固定磁性層と交叉する方向に揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の上側に形成された第２反強磁性層とを有して成り、
前記積層体と膜厚方向に対向する位置での前記第２反強磁性層には、前記第２反強磁性層の上面から前記積層体方向に向けて凹部が形成され、
この凹部の下面のトラック幅方向における幅寸法が、前記積層体の上面のトラック幅方向における幅寸法より小さく形成され、
前記積層体の下側及び前記第２反強磁性層の上側に電極層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明は、従来のようにフリー磁性層のトラック幅方向における両側にハードバイアス層が設けられたハードバイアス方式を採用せず、前記フリー磁性層の上側に第２反強磁性層を設けたエクスチェンジバイアス方式を採用するものである。
【００２１】
前記エクスチェンジバイアス方式であると、前記フリー磁性層のトラック幅方向における幅寸法をトラック幅Ｔｗよりも長く形成することができる。
【００２２】
特に本発明では積層体上のみでなくその両側に形成された絶縁層上にもフリー磁性層を形成できる。
【００２３】
このため前記トラック幅Ｔｗが今後の高記録密度化に伴って小さくされても、前記トラック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく前記フリー磁性層の幅寸法を長く形成することができ、したがって前記フリー磁性層を適切に単磁区化することが可能になり、またフリー磁性層の反磁界の影響も弱くすることができ、今後のトラック幅Ｔｗの狭小化においても、感度に優れ、再生出力の向上を適切に図ることが可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【００２４】
次に本発明では、反強磁性層、固定磁性層及びスペーサ層とを有してなる積層体のトラック幅方向の両側は絶縁層によって埋められている。
【００２５】
従来では、前記フリー磁性層の両側にハードバイアス層があり、このハードバイアス層に分流した電流が、前記フリー磁性層を介さずに、絶縁障壁層や固定磁性層に流れたため、これがシャントロスとなり抵抗変化率の低下を招いたが、本発明では、ハードバイアス層自体がなく、また前記積層体の両側には絶縁層が埋められていることで、電極層から流れる電流は適切にフリー磁性層から前記積層体内を通り、したがって従来に比べて分流ロスが少なく抵抗変化率の向上を図ることが可能である。
【００２６】
次に、本発明では、前記積層体の上面のトラック幅方向の幅寸法は、前記第２反強磁性層に形成された凹部下面のトラック幅方向の幅寸法（＝トラック幅Ｔｗ）よりも大きく形成されている。
【００２７】
すなわち本発明では、この積層体部分での膜面と平行な方向における面の面積をトラック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく大きく形成することができ、したがって直流抵抗（ＤＣＲ）を従来に比べて適切に低減させることができ、したがって再生出力の向上など再生特性の向上を図ることが可能である。
【００２８】
本発明では、前記絶縁障壁層は、Ａｌ−ＯあるいはＳｉ−Ｏ、またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏで形成されることが好ましい。
【００２９】
また本発明では、前記スペーサ層は、前記絶縁障壁層上にＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上からなる保護層が積層された構成であることが好ましい。
【００３０】
また本発明では、前記フリー磁性層上に、非磁性中間層及び強磁性層がこの順に形成され、さらに前記強磁性層上に前記第２反強磁性層が形成されていることが好ましい。
【００３１】
この発明では、前記フリー磁性層、非磁性中間層及び強磁性層の３層で積層フェリ構造となっている。前記強磁性層は、凹部が形成されたそのトラック幅方向の両側における第２反強磁性層との間で発生する交換結合磁界によってトラック幅方向に磁化される。
【００３２】
一方、前記フリー磁性層は、前記強磁性層との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって、前記強磁性層の磁化方向とは反平行に磁化される。
【００３３】
この実施形態では、前記凹部が形成されたそのトラック幅方向の両側の第２の反強磁性層下に形成された強磁性層、およびフリー磁性層の磁化は固定され、実質的に磁気抵抗効果に関与しない領域である。
【００３４】
一方、前記凹部の下に形成されている強磁性層及びフリー磁性層の磁化は外部磁界によって反転することができる程度に弱く単磁区化された状態で、この領域が実質的に磁気抵抗効果に関与する領域となっている。
【００３５】
上記のように、前記フリー磁性層の上に非磁性中間層、および強磁性層を積層した積層フェリ構造であると、前記フリー磁性層の磁化を安定した単磁区化構造にでき、再生出力の向上を適切に図ることが可能になる。
【００３６】
なお本発明では、前記凹部は、前記強磁性層表面にまで達して形成され、前記凹部から前記強磁性層表面が露出していてもよいし、あるいは前記凹部は、前記非磁性中間層の表面にまで達して形成され、前記凹部から前記非磁性中間層表面が露出していてもよい。
【００３７】
また本発明における磁気検出素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
（ａ）第１電極層の上に、第１反強磁性層、固定磁性層及び絶縁障壁層の順に積層された積層体を形成する工程と、
（ｂ）前記積層体の上面にリフトオフ用のレジスト層を形成し、前記レジスト層に覆われていない前記積層体のトラック幅方向の両側端面を除去する工程と、
（ｃ）前記積層体のトラック幅方向の両側に絶縁層を形成し、前記レジスト層を除去する工程と、
（ｄ）前記絶縁層上から前記絶縁障壁層上にかけてフリー磁性層を形成し、さらに前記フリー磁性層上に第２反強磁性層を積層する工程と、
（ｆ）前記第２反強磁性層上に、前記積層体と膜厚方向に対向する位置に穴部を有するマスク層を形成した後、この穴部から露出する前記第２反強磁性層を堀り込み、前記第２反強磁性層に凹部を形成し、このとき前記凹部の下面のトラック幅方向における幅寸法を、前記積層体上面のトラック幅方向における幅寸法より小さく形成する工程と、
（ｇ）前記第２反強磁性層上に第２電極層を形成する工程。
【００３８】
上記の製造方法によれば、前記フリー磁性層の上側に第２反強磁性層を形成し、エクスチェンジバイアス方式によって前記フリー磁性層をトラック幅方向に単磁区化させることができる。
【００３９】
この方式によれば前記フリー磁性層を、ハードバイアス方式によって磁化させる場合に比べてトラック幅方向に長く延ばして形成することができ、前記フリー磁性層を前記第２反強磁性層との間で発生する交換結合磁界によって適切に単磁区化することができる。
【００４０】
また前記フリー磁性層の下に形成される、第１反強磁性層、固定磁性層及び絶縁障壁層からなる積層体のトラック幅方向における両側を適切に絶縁層で埋めることができ、シャントロスが生じ難く抵抗変化率を適切に向上させることが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００４１】
またトラック幅Ｔｗを、前記第２反強磁性層に形成される凹部の下面のトラック幅方向の間隔で規制でき、狭トラック化においても、前記積層体のトラック幅方向における幅寸法を、前記トラック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく大きく形成することができる。したがって前記積層体の直流抵抗値（ＤＣＲ）を適切に大きくすることができ、再生出力を従来に比べて大きくすることが可能な磁気検出素子を容易に形成することが可能である。
【００４２】
従って本発明における磁気検出素子の製造方法によれば、高記録密度化においても再生出力や抵抗変化率など再生特性を適切に向上させることが可能な磁気検出素子を容易に製造することができる。
【００４３】
また本発明では、前記（ａ）工程で、前記絶縁障壁層を、Ａｌ−ＯあるいはＳｉ−ＯまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｏからなる絶縁材料で形成することが好ましい。
【００４４】
また本発明では、前記（ａ）工程で、前記固定磁性層上に、ＡｌあるいはＳｉまたはＡｌ−Ｓｉからなる層を前記固定磁性層上に形成した後、前記層を酸化してＡｌ−ＯあるいはＳｉ−ＯまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｏからなる絶縁障壁層を形成することが好ましい。前記酸化には自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化、イオン酸化（ｉｏｎ−ａｓｉｓｔ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ＩＡＯ）や、ＣＶＤ法などを選択することができる。
【００４５】
また本発明では、前記（ａ）工程で、前記絶縁障壁層上に、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上からなる保護層を形成し、前記絶縁障壁層と前記保護層の２層でスペーサ層を構成することが好ましい。
【００４６】
前記Ａｌ−Ｏなどで形成された絶縁障壁層が大気に曝されると、コンタミネーション（Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）などによるダメージによってバリア特性が損なわれ、抵抗変化率などの再生特性の低下を招きやすくなる。
【００４７】
そこで本発明では、前記Ａｌ−Ｏなどで形成された絶縁障壁層を形成した後、連続してＲｕなどで形成された保護層をその上に形成し、前記絶縁障壁層が大気に曝されるのを適切に防いでいる。これによって前記絶縁障壁層上に保護層が形成された層構造を有する積層体が大気に曝されても、前記絶縁障壁層のバリア特性を適切に保つことが可能である。
【００４８】
また本発明では、前記（ｄ）工程で、前記フリー磁性層上に、非磁性中間層、強磁性層をこの順に積層した後、前記強磁性層上に前記第２反強磁性層を形成することが好ましい。
【００４９】
また本発明では、前記（ｆ）工程で、前記強磁性層表面が露出するまで前記第２反強磁性層を掘り込んでもよいし、あるいは前記第２反強磁性層の途中まで前記第２反強磁性層を掘り込んでもよい。ここで前記凹部下に一部残された前記第２反強磁性層の部分は、反強磁性としての機能が損なわれる程度に薄い膜厚であり、前記凹部下領域と前記フリー磁性層間（あるいは前記強磁性層間）で交換結合磁界が発生しないか、あるいは発生しても非常に弱い交換結合磁界であり、前記フリー磁性層（あるいは強磁性層）が強固に固定されることが無い。
【００５０】
従って前記第２反強磁性層に形成された前記凹部下のフリー磁性層（及び強磁性層）を、適切に磁気抵抗効果を発揮し得る部分として機能させることができる。
【００５１】
なお本発明では、前記マスク層を、無機材料で形成することが好ましい。
また本発明では、前記（ｄ）工程ないし（ｇ）工程に代えて以下の工程を有するものであってもよい。
（ｈ）前記絶縁層上から前記絶縁障壁層上にかけてフリー磁性層を形成した後、前記フリー磁性層上に非磁性中間層を形成する工程と、
（ｉ）前記積層体と膜厚方向に対向する位置での前記非磁性中間層上にリフトオフ用レジスト層を形成し、前記レジスト層に覆われていない前記非磁性中間層のトラック幅方向の両側に強磁性層及び第２反強磁性層を積層し、このとき、前記第２反強磁性層間から露出する前記非磁性中間層表面のトラック幅方向における幅寸法を、前記積層体上面のトラック幅方向における幅寸法より小さく形成する工程と、
（ｊ）前記レジスト層を除去する工程。
【００５２】
上記した（ｉ）及び（ｊ）工程を使用すると、上記した（ｆ）工程における第２反強磁性層を掘り込む工程が必要無くなる。そして前記（ｉ）及び（ｊ）工程によれば、前記第２反強磁性層間に形成された凹部からは、前記非磁性中間層の上面が露出する形態を形成することができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００５４】
図１に示す磁気検出素子の上下には、ギャップ層（図示しない）を介してシールド層（図示しない）が設けられており、前記磁気検出素子、ギャップ層及びシールド層を合わせてＭＲヘッドと呼んでいる。
【００５５】
前記ＭＲヘッドは、記録媒体に記録された外部信号を再生するためのものである。また本発明では、前記ＭＲヘッドの上に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。前記磁気検出素子の上側に形成されたシールド層（上部シールド層）は、前記インダクティブヘッドの下部コア層として兼用されていてもよい。
【００５６】
また前記ＭＲヘッドは、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。前記スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。
【００５７】
図１に示す符号２０は、第１電極層である。前記第１電極層２０が前記ギャップ層を兼ねていてもよいし、あるいは前記第１電極層２０が磁性材料で形成されるときは、前記シールド層を兼ねていてもよい。なお前記第１電極層２０は例えば、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【００５８】
図１に示すように、前記第１電極層２０上には、下地層２１が形成され、前記下地層２１の上にはシードレイヤ２２が形成される。
【００５９】
前記下地層２１は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素で形成されることが好ましい。また前記シードレイヤ２２は、ＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。前記シードレイヤ２２が形成されることで、その上に形成される各層の結晶粒径が大きくなり抵抗変化率の向上などを図ることが可能になる。
【００６０】
前記シードレイヤ２２の上には第１反強磁性層２３が形成されている。前記第１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。例えばＰｔＭｎ合金などで形成される。
【００６１】
あるいは本発明では、前記第１反強磁性層２３は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（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，Ｉｒ，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）で形成されてもよい。
【００６２】
なお前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下であることが好ましい。
【００６３】
前記第１反強磁性層２３の上には固定磁性層２７が形成されている。この実施形態では前記固定磁性層２７は積層フェリ構造で形成されている。
【００６４】
図１に示すように、前記固定磁性層２７は下から磁性層２４、非磁性中間層２５及び磁性層２６の順に積層形成されている。ここで前記磁性層２４、２６は、例えばＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成される。また前記非磁性中間層２５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成されることが好ましい。
【００６５】
図１に示す固定磁性層２７では、前記磁性層２４は前記第１反強磁性層２３との間で発生する交換結合磁界によって例えば図示Ｙ方向に固定される。一方、磁性層２６は前記磁性層２４との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界によって図示Ｙ方向とは逆の方向に磁化される。
【００６６】
すなわち積層フェリ構造では、前記磁性層２４と磁性層２６とが互いに反平行状態に磁化されるのである。なお前記積層フェリ構造を構成するためには、前記磁性層２４と磁性層２６の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）が異なるようにしなければならない。例えば前記磁性層２４と磁性層２６が同じ材質で形成されるときは、前記磁性層２４と磁性層２６の膜厚を異ならせて形成する。
【００６７】
図１に示すように、前記固定磁性層２７の上にはスペーサ層４８が形成される。この実施形態では前記スペーサ層４８は下から絶縁障壁層２８と保護層２９との積層構造である。前記絶縁障壁層２８は、Ａｌ−ＯあるいはＳｉ−Ｏ、またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏで形成された絶縁材料で形成されることが好ましい。前記絶縁障壁層２８の材質を化学量論的に示せば、例えばＡｌ−Ｏは、Ａｌ₂Ｏ₃で表され、Ｓｉ−ＯはＳｉＯ₂で表されることが好ましい。
【００６８】
なお前記絶縁障壁層２８の膜厚は５Å以上３０Å以下であることが好ましい。これによって前記絶縁障壁層２８内を適切にトンネル電流が流れ、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を発揮することができる。
【００６９】
次に本発明では、前記絶縁障壁層２８の上には、Ｒｕ、、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄのうち少なくとも一種以上で形成された保護層２９が形成されている。
【００７０】
この保護層２９は、後で製造工程で詳しく説明するように、前記絶縁障壁層２８を大気暴露によるコンタミなどや前記絶縁障壁層２８や固定磁性層２７などを酸化から保護するための層である。ただし前記保護層２９は厚すぎるとトンネル磁気抵抗効果を低下させる原因ともなるため本発明では、前記保護層２９は１０Å以下で形成されることが好ましい。この程度の薄い膜であれば前記保護層２９はトンネル磁気抵抗効果にほとんど影響を及ぼさず、高い抵抗変化率を得ることが可能である。
【００７１】
なお前記保護層２９の形成は本発明における必須の構成要件ではなく、前記保護層２９が形成されないときは、スペーサ層４８とは絶縁障壁層２８のことを指す。
【００７２】
図１に示すように、前記第１反強磁性層２３から保護層２９までの積層体３０は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面３０ａが連続面となり、前記両側端面３０ａは、前記第１反強磁性層２３側から前記保護層２９側にかけて（図示Ｚ方向）徐々に幅寸法が狭くなる傾斜面あるいは湾曲面として形成される。
【００７３】
なお図１に示す実施形態では前記第１反強磁性層２３の下側領域２３ａは、前記両側端面３０ａからさらにトラック幅方向（図示Ｘ方向）に延びて形成されているが、前記延出した下側領域２３ａの部分は除去されて、その除去された部分からシードレイヤ２２、下地層２１あるいは第１電極層２０が露出していてもかまわない。
【００７４】
なお前記第１反強磁性層２３の下側領域２３ａ上面から前記第１反強磁性層２３上面までの膜厚は概ね１００〜１５０Å程度である。
【００７５】
図１に示すように前記積層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側には、絶縁層３１、３１が形成されている。前記絶縁層３１はＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁材料で形成される。
【００７６】
なお前記絶縁層３１の内側先端部３１ｂ、３１ｂは、前記積層体３０上に延出して形成されることが好ましい。これによって前記積層体３０の両側領域を適切に絶縁状態にすることができる。なお前記絶縁層３１の膜厚は概ね１５０Å程度である。
【００７７】
本発明では図１に示すように、前記絶縁層３１上から前記積層体３０上にかけてフリー磁性層３２が形成されている。前記フリー磁性層３２は、例えばＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏなどで形成される。
【００７８】
また前記フリー磁性層３２は、磁性材料の積層構造で形成されてもよく、例えば下からＣｏＦｅ合金膜、ＮｉＦｅ合金膜の順に積層された構造を提示することができる。前記ＣｏＦｅ合金を前記積層体３０と接する側に形成することにより、前記スペーサ層４８との界面での金属元素等の拡散を防止し、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
【００７９】
図１に示すように前記フリー磁性層３２の上には、非磁性中間層３３が形成され、その上には強磁性層３４が積層される。前記非磁性中間層３３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成されることが好ましい。また前記強磁性層３４は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏなどの磁性材料で形成される。
【００８０】
さらに本発明では、図１に示すように前記強磁性層３４の上には第２反強磁性層３５が形成される。前記第２反強磁性層３５は第１反強磁性層２３と同様の反強磁性材料で形成されることが好ましい。具体的には前記第２反強磁性層３５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。例えばＰｔＭｎ合金などで形成される。
【００８１】
あるいは本発明では、前記第２反強磁性層３５は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（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，Ｉｒ，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）で形成されてもよい。
【００８２】
なお前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下であることが好ましい。
【００８３】
図１に示すように前記第２反強磁性層３５には、前記積層体３０と膜厚方向（図示Ｚ方向）にて対向する位置の上面から前記積層体方向に向けて凹部３５ａが形成されている。
【００８４】
図１に示す実施形態では、前記第２反強磁性層３５と前記強磁性層３４との間で発生する交換結合磁界によって前記強磁性層３４の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定されるが、前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａ下における強磁性層３４の中央部Ａは磁化が固定されておらず磁化変動できる程度に弱く磁化された状態になっている。
【００８５】
上記したように前記第２反強磁性層３５にはその中央部分に凹部３５ａが形成されており、この凹部３５ａが形成された部分での前記第２反強磁性層３５の膜厚は非常に薄くなっている。例えば前記凹部３５ａが形成された位置での前記第２反強磁性層３５の膜厚Ｈ１は１０〜５０Åである。このように前記凹部３５ａが形成された部分では前記第２反強磁性層３５の膜厚Ｈ１が非常に薄く形成されているから、膜厚Ｈ１で形成された第２反強磁性層３５と強磁性層３４間にはほとんど交換結合磁界が発生しない状態になっており、したがって前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａ下における強磁性層３４の中央部Ａの磁化は強固に固定された状態には無い。一方、前記中央部Ａの両側領域Ｂの強磁性層３４は、その上に形成された厚い膜厚の第２反強磁性層３５との間で十分な交換結合磁界が発生し、前記強磁性層３４の両側領域Ｂの磁化は図示Ｘ方向に強固に固定された状態になる。
【００８６】
一方、前記フリー磁性層３２の磁化は、前記強磁性層３４との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界によって前記強磁性層３４の磁化方向とは反平行に磁化される。
【００８７】
前記フリー磁性層３２の両側領域Ｃの磁化は、上記したＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって強固に固定されるが、前記フリー磁性層３２の中央部Ｄの磁化は外部磁界に対し変動できる程度に弱く磁化された状態になっており、外部磁界がこの磁気検出素子に流入してくると、前記フリー磁性層の中央部Ｄと強磁性層３４の中央部Ａの磁化が反平行状態を保ちながら変動し、固定磁性層２７の固定磁化との関係で電気抵抗が変化することで、外部信号が再生されるようになっている。
【００８８】
また図１に示すように、前記第２反強磁性層３５の上にはＴａなどで形成された保護層３６が形成されている。なお前記保護層３６は、前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａ内には形成されていない。
【００８９】
そして前記保護層３６上から前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａ内にかけて電極層（第２電極層）３７が形成されている。前記電極層３７は例えば、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【００９０】
以上、図１の磁気検出素子を構成する各層について説明したが、以下では本発明における磁気検出素子の特徴的構造について説明する。
【００９１】
（１）フリー磁性層３２が絶縁層３１上から積層体３０上にかけて形成されており、前記フリー磁性層３２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）への幅寸法は、トラック幅Ｔｗよりも長く延ばされて形成されている。
【００９２】
図１の実施形態において前記トラック幅Ｔｗは、前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａの下面のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法で決定される。
【００９３】
上記したように、前記凹部３５ａと膜厚方向で対向する位置にある前記フリー磁性層３２の中央部Ｄが、外部磁界に対し磁化変動できる領域であり、この中央部Ｄのトラック幅方向における幅寸法は前記トラック幅Ｔｗとほぼ一致する。
【００９４】
前記トラック幅Ｔｗは今後の高記録密度化に伴って益々小さくなる傾向にある。例えば前記トラック幅Ｔｗは０．１μｍ程度にまで狭小化される。
【００９５】
このため従来のように前記フリー磁性層３２のトラック幅方向における幅寸法がトラック幅Ｔｗで形成されると、前記フリー磁性層３２が非常に小さくなってしまい、前記フリー磁性層３２を適切に単磁区化することは非常に難しい。
【００９６】
一方、本発明では前記トラック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく前記フリー磁性層３２のトラック幅方向における幅寸法を長く延ばして形成できる。そして前記フリー磁性層３２のトラック幅Ｔｗ領域となる中央部Ｄ以外の両側領域Ｃ上側に厚い膜厚の第２反強磁性層３５を形成した、いわゆるエクスチェンジバイアス方式を採用することで、前記両側領域Ｃの磁化を適切にトラック幅方向に固定できると共に、前記中央部Ｄを外部磁界に対し磁化変動できる程度に弱く単磁区化でき、トラック幅Ｔｗの狭小化においても感度に優れた磁気検出素子を製造することができる。
【００９７】
特に本発明においては、前記フリー磁性層３２を、積層体３０の両側に形成された絶縁層３１上にまで延ばして形成することが可能であるため、トラック幅Ｔｗの寸法のみならず前記積層体３０の幅寸法にも左右されることなく前記フリー磁性層３２の幅寸法を決定できるから、上記した前記フリー磁性層３２の磁化制御をより適切に行うことが可能なのである。
【００９８】
（２）第１反強磁性層２３から保護層２９まで形成された積層体３０のトラック幅方向の両側には絶縁層３１が形成されており、前記絶縁層から保護層２９上にかけてフリー磁性層３２が形成されている。
【００９９】
このように前記積層体３０のトラック幅方向の両側に絶縁層３１が形成されていることで、電極層２０、３７から流れる電流は、フリー磁性層３２を介して前記積層体３０内部を適切に通過する。
【０１００】
すなわち必ずフリー磁性層３２から積層体３０内部へ、あるいは前記積層体３０内部からフリー磁性層３２に電流が流れ、電流の分流が起こり難い構造となっている。
【０１０１】
これは前記フリー磁性層３２の磁化制御を第２反強磁性層３５を用いたエクスチェンジバイアス方式としたからである。従来では前記フリー磁性層３２の磁化制御を、前記フリー磁性層３２の両側にハードバイアス層を用いて行うハードバイアス方式を採用していたが、これでは前記電流がハードバイアス層に分流しやすく、いわゆるシャントロスの増大を招いていた。
【０１０２】
一方、本発明では、前記積層体３０の両側を絶縁層３１で埋めてしまうと共に、フリー磁性層３２の磁化制御をエクスチェンジバイアス方式とすることで、上記の電流の分流は減り、シャントロスの低減によって抵抗変化率の向上を図ることが可能になる。
【０１０３】
（３）積層体３０上面３０ｂのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法Ｔ１は、トラック幅Ｔｗよりも大きい。
【０１０４】
図１に示すように前記積層体３０の上面３０ｂ（Ｒｕ層２９の上面）の幅寸法Ｔ１は、第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａの下面の幅寸法で規制される、トラック幅Ｔｗよりも大きいことがわかる。
【０１０５】
このような寸法の大小関係を規制できるのは、トラック幅の規制と積層体の形成とを別々の工程で行うことができるからであり、このように本発明では、前記積層体３０のトラック幅方向における幅寸法を前記トラック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく自由に設定することが可能である。例えば前記上面３０ｂのトラック幅方向における幅寸法Ｔ１は０．１５μｍ以上で０．２５μｍ以下であることが好ましい。またトラック幅Ｔｗは幅寸法Ｔ１より小さければよく、上記したように例えば０．１μｍ程度である。
【０１０６】
このように前記積層体３０のトラック幅方向における幅寸法をトラック幅Ｔｗよりも大きく形成できることで、前記積層体３０の膜面と平行な方向（図示Ｘ−Ｙ平面と平行な方向）における断面積を従来に比べて大きく形成することができる。
【０１０７】
従って本発明では前記トラック幅Ｔｗの狭小化によっても直流抵抗値（ＤＣＲ）を小さくすることができ、再生出力を従来に比べて大きくすることが可能である。
【０１０８】
以上のように本発明では、トラック幅Ｔｗの狭小化においても、感度に優れ、再生出力が高く、しかも抵抗変化率が大きい磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）を適切且つ容易に製造することが可能である。
【０１０９】
次に前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａの形状などについて以下に説明する。
【０１１０】
図１に示す実施形態では前記凹部３５ａの内側側面３５ｂ、３５ｂは、下面３５ｃから垂直方向（図示Ｚ方向）に立ち上がって形成されているが、前記内側側面３５ｂは、前記凹部３５ａの下面３５ｃから上面に向うにしたがって徐々に前記内側側面３５ｂ間の間隔が広くなるような傾斜面あるいは湾曲面として形成されていてもかまわない。
【０１１１】
次に図１に示す実施形態では、前記凹部３５ａの下には第２反強磁性層３５が一部残された状態になっており、前述したように、この凹部３５ａ下での前記第２反強磁性層３５の膜厚Ｈ１は非常に薄いために交換結合磁界が強磁性層３４との間でほとんど発生しない状態になっている。
【０１１２】
ところで前記凹部３５ａは、前記第２反強磁性層３５を例えばイオンミリングなどによって削ることで形成される。従ってイオンミリングでの削り量によって前記膜厚Ｈ１の寸法を適切に制御することができ、また前記削り量が多くなれば、前記凹部３５ａの部分での前記第２反強磁性層３５は全て除去され強磁性層３４表面が露出することもある。
【０１１３】
かかる場合、本発明では例えば点線で示すように前記強磁性層３４表面も若干削られて、前記凹部３５ａの下面３５ｃが、前記強磁性層３４の上面３４ａより低い位置となる。
【０１１４】
さらに前記凹部３５ａが形成される位置での前記強磁性層３４がすべて除去されて前記非磁性中間層３３の表面が前記凹部３５ａから露出した状態であってもかまわない。
【０１１５】
ただし前記凹部３５ａが形成される位置での前記非磁性中間層３３をも全て除去し、フリー磁性層３２表面を前記凹部３５ａから露出させる形態でないことが好ましい。前記フリー磁性層３２が露出することはすなわち凹部３５ａが形成される位置の非磁性中間層３３がすべて除去されるということであり、このとき前記非磁性中間層３３をすべて除去すると、フリー磁性層３２までも一部削られてしまう。前記フリー磁性層３２の中央部Ｄは実質的に磁気抵抗効果に関与する部分であるから、この部分での膜厚変動は、再生特性に大きく影響を及ぼすことになり、再生特性の劣化を招きやすくなる。また前記フリー磁性層３２が露出し、その部分が外気などによって汚染されると再生特性の低下を招く。
【０１１６】
従って前記フリー磁性層３２表面は露出しないように、少なくとも前記フリー磁性層３２上に非磁性中間層３３が残るようにイオンミリング時間などを調整して、前記凹部３５ａを形成する必要がある。
【０１１７】
図２は本発明における第２実施形態の磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を示している。
【０１１８】
図２に示す実施形態では、積層体３０構造、前記積層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に絶縁層３１が形成されている点、さらに前記絶縁層３１から積層体３０上にかけてフリー磁性層３２が形成され、前記フリー磁性層３２の上に非磁性中間層３３が形成されている点は、図１と同じである。
【０１１９】
図２において図１と異なるのは、図２では、第２反強磁性層４１及び強磁性層４０に形成された凹部４１ａが、非磁性中間層３３上まで形成され、前記凹部４１ａから前記非磁性中間層３３表面が露出している点である。
【０１２０】
上記のように図１の場合でも前記凹部３５ａから前記非磁性中間層３３表面を露出させることは可能であるが、図１に示す凹部３５ａの形成は、イオンミリングなどによって削り込むことで行なわれるため、前記凹部３５ａから露出した前記非磁性中間層３３表面も一部削られてその部分での膜厚は薄くなりやすい。
【０１２１】
図２の場合においては、非磁性中間層３３上に図２の形状の強磁性層４０及び第２反強磁性層４１をレジストを用いて形成することで前記第２反強磁性層４１間に前記凹部４１ａを形成しており、イオンミリングでの削り込みで前記凹部４１ａの形成が行なわれているわけではない。図２の製造方法については後で詳しく説明する。
【０１２２】
従って図２では、前記凹部４１ａから露出した非磁性中間層３３表面に削られた跡はなく平らであり、前記凹部４１ａ下での前記非磁性中間層３３の膜厚は、他の位置での前記非磁性中間層３３の膜厚とほぼ同じである。また前記非磁性中間層３３表面は、前記凹部４１ａから露出する部分も含めてほぼ平坦化面として形成されている。
【０１２３】
図２に示す実施形態では、前記非磁性中間層３３上に形成された強磁性層４０及び第２反強磁性層４１の内側端面４２は、下面から上面（図示Ｚ方向）に向うにしたがって、徐々に前記内側端面４２、４２間の間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成されている。
【０１２４】
図２に示す実施形態でも図１と同様に、フリー磁性層３２が絶縁層３１上から積層体３０上にかけて形成されており、前記フリー磁性層３２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）への幅寸法は、トラック幅Ｔｗよりも長く延ばされて形成されている。
【０１２５】
そして前記フリー磁性層３２のトラック幅Ｔｗ領域となる中央部Ｄ以外の両側領域Ｃの上側に厚い膜厚の第２反強磁性層４１を形成した、いわゆるエクスチェンジバイアス方式を採用することで、前記両側領域Ｃの磁化を適切にトラック幅方向に固定できると共に、前記中央部Ｄを外部磁界に対し変動できる程度に弱く単磁区化でき、トラック幅Ｔｗの狭小化においても感度に優れた磁気検出素子を製造することができる。
【０１２６】
また第１反強磁性層２３から保護層２９まで形成された積層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側には絶縁層３１が形成されており、前記絶縁層３１から保護層２９上にかけてフリー磁性層３２が形成されている。
【０１２７】
このように前記積層体３０のトラック幅方向の両側に絶縁層３１が形成されていることで、電極層２０、３７から流れる電流は、前記積層体３０内部を適切に通過する。
【０１２８】
すなわち本発明では、前記積層体３０の両側を絶縁層３１で埋めてしまうと共に、フリー磁性層３２の磁化制御を第２反強磁性層４１を用いたエクスチェンジバイアス方式とすることで、電流がフリー磁性層３２から積層体３０に流れる経路以外に分流することが減り、いわゆるシャントロスの低減によって抵抗変化率の向上を図ることが可能になる。
【０１２９】
また本発明では、前記積層体３０上面３０ｂのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法は、トラック幅Ｔｗよりも大きい。
【０１３０】
本発明では、前記積層体３０の上面の幅寸法によってトラック幅Ｔｗを規制しているのではなく、前記トラック幅Ｔｗは前記積層体３０の上面３０ｂの幅寸法とは無関係に決定される。
【０１３１】
従って本発明では、前記積層体３０のトラック幅方向における幅寸法を前記トラック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく自由に設定することが可能である。そして本発明のように前記積層体３０のトラック幅方向における幅寸法をトラック幅Ｔｗよりも大きく形成できることで、前記積層体３０の膜面と平行な方向（図示Ｘ−Ｙ平面と平行な方向）における断面積を従来に比べて大きく形成することができる。
【０１３２】
従って本発明では前記トラック幅Ｔｗの狭小化によっても直流抵抗値（ＤＣＲ）を小さくすることができ、再生出力を従来に比べて大きくすることが可能である。
【０１３３】
以上のように本発明では、トラック幅Ｔｗの狭小化においても、感度に優れ、再生出力が高く、しかも抵抗変化率が大きい磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）を適切且つ容易に製造することが可能である。
【０１３４】
なお図１及び図２に示す実施形態では、いずれもフリー磁性層３２の両側領域Ｃの部分が非磁性中間層３３と強磁性層３４との積層フェリ構造とされており、前記積層フェリ構造と第２反強磁性層とを組み合わせた、いわゆるシンセティック・フェリ・カップリング（synthetic ferri coupling）のエクスチェンジバイアス方式となっている。
【０１３５】
図３は本発明における第３実施形態の磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を示している。
【０１３６】
図３に示す実施形態では図１と異なり、フリー磁性層３２上と第２反強磁性層３５間に非磁性中間層３３及び強磁性層３４が形成されていない。
【０１３７】
すなわち図３では、前記フリー磁性層３２上に直接、第２反強磁性層３５が形成されている。そして前記第２反強磁性層３５とフリー磁性層３２間に発生する交換結合磁界によって前記フリー磁性層３２はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化される。
【０１３８】
ここで前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａの下面のトラック幅方向における幅寸法は、トラック幅Ｔｗとして規制され、前記凹部３５ａ下に残された第２反強磁性層３５の膜厚Ｈ１は非常に薄くなっている。そしてこの部分では前記第２反強磁性層３５とフリー磁性層３２間でほとんど交換結合磁界が発生せず、前記凹部３５ａ下に位置するフリー磁性層３２の中央部Ｄの磁化がトラック幅方向に強固に固定されることはない。
【０１３９】
一方、前記フリー磁性層３２の中央部Ｄのトラック幅方向の両側に位置する両側領域Ｃ、Ｃでは、その上に形成された厚い膜厚の第２反強磁性層３５との間で大きな交換結合磁界が発生するため前記両側領域Ｃ、Ｃの磁化はトラック幅方向に固定された状態にある。
【０１４０】
前記フリー磁性層３２の中央部Ｄのトラック幅方向における幅寸法は、前記凹部３５ａの下面の幅寸法で決定されるトラック幅Ｔｗとほぼ同じ幅寸法を有し、前記フリー磁性層３２の両側領域Ｃの磁化が図示Ｘ方向に固定されたことで、前記フリー磁性層３２の中央部Ｄの磁化が図示Ｘ方向に揃えられる。
【０１４１】
図３に示す実施形態でも図１と同様に、フリー磁性層３２が絶縁層３１上から積層体３０上にかけて形成されており、前記フリー磁性層３２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）への幅寸法は、トラック幅Ｔｗよりも長く延ばされて形成されている。
【０１４２】
そして前記フリー磁性層３２のトラック幅Ｔｗ領域となる中央部Ｄ以外の両側領域Ｃ上に第２反強磁性層３５を形成した、いわゆるエクスチェンジバイアス方式を採用することで、前記両側領域Ｃの磁化を適切にトラック幅方向に固定できると共に、前記中央部Ｄを外部磁界に対し変動できる程度に弱く単磁区化でき、トラック幅Ｔｗの狭小化においても感度に優れた磁気検出素子を製造することができる。
【０１４３】
また第１反強磁性層２３から保護層２９まで形成された積層体３０のトラック幅方向の両側には絶縁層３１が形成されており、前記絶縁層から保護層２９上にかけてフリー磁性層３２が形成されている。
【０１４４】
このように前記積層体３０のトラック幅方向の両側に絶縁層３１が形成されていることで、電極層２０、３７から流れる電流は、前記積層体３０内部を適切に通過する。
【０１４５】
すなわち本発明では、前記積層体３０の両側を絶縁層３１で埋めてしまうと共に、フリー磁性層３２の磁化制御を第２反強磁性層３５を用いたエクスチェンジバイアス方式とすることで、電流がフリー磁性層３２から積層体３０に流れる経路以外に分流することが減り、いわゆるシャントロスの低減によって抵抗変化率の向上を図ることが可能になる。
【０１４６】
また本発明では、前記積層体３０上面３０ｂのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法は、トラック幅Ｔｗよりも大きい。
【０１４７】
本発明では、前記積層体３０の上面の幅寸法によってトラック幅Ｔｗを規制しているのではなく、前記トラック幅Ｔｗは前記積層体３０の上面３０ｂの幅寸法とは無関係に決定される。
【０１４８】
従って本発明では、前記積層体３０のトラック幅方向における幅寸法を前記トラック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく自由に設定することが可能である。そして本発明のように前記積層体３０のトラック幅方向における幅寸法をトラック幅Ｔｗよりも大きく形成できることで、前記積層体３０の膜面と平行な方向（図示Ｘ−Ｙ平面と平行な方向）における断面積を従来に比べて大きく形成することができる。
【０１４９】
従って本発明では前記トラック幅Ｔｗの狭小化によっても直流抵抗値（ＤＣＲ）を小さくすることができ、再生出力を従来に比べて大きくすることが可能である。
【０１５０】
以上のように本発明では、トラック幅Ｔｗの狭小化においても、感度に優れ、再生出力が高く、しかも抵抗変化率が大きい磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）を適切且つ容易に製造することが可能である。
【０１５１】
図４ないし図８は、本発明における磁気検出素子の製造工程図である。各図は、磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１５２】
図４に示す工程では、下から第１電極層２０、下地層２１、シードレイヤ２２、第１反強磁性層２３、固定磁性層２７、絶縁障壁層２８と保護層２９からなるスペーサ層４１を連続成膜する。成膜工程にはスパッタや蒸着が使用される。
【０１５３】
本発明では前記第１電極層２０には、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）、下地層２１には、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素、シードレイヤ２２にはＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなど、第１反強磁性層２３には、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、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金（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，Ｉｒ，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）を用いて形成することが好ましい。
【０１５４】
なお図４に示す製造工程で用いている下地層２１及びシードレイヤ２２は設けてもよいし設けなくてもどちらでもよい。
【０１５５】
次に固定磁性層２７は積層フェリ構造と呼ばれる構造で、磁性層２４、２６間に非磁性中間層２５が介在した３層構造となっている。本発明では前記磁性層２４、２６をＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成することが好ましい。また前記非磁性中間層２５をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成することが好ましい。
【０１５６】
また適切な積層フェリ構造を得るには、前記磁性層２４と磁性層２６との単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）を異ならせる必要がある。例えば前記磁性層２４及び磁性層２６に同じ材質を使用した場合には、前記磁性層２４及び磁性層２６の膜厚を異なる膜厚で形成する。
【０１５７】
なお前記第１反強磁性層２３及び固定磁性層２７を成膜した後、熱処理を施して前記第１反強磁性層２３と固定磁性層２７間に交換結合磁界を発生させ、前記固定磁性層２７をハイト方向に磁化する。前記固定磁性層２７を構成する磁性層２４、２６の磁化は互いに反平行状態にされる。またこの熱処理をいつ行うかは任意であり、例えば保護層２９まで形成した後に行ってもよいし、固定磁性層までを成膜した段階で行ってもよい。
【０１５８】
また本発明では前記絶縁障壁層２８をＡｌ−ＯやＳｉ−ＯまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｏからなる絶縁材料で形成することが好ましい。化学量論的に示せば、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁材料で前記絶縁障壁層２８を形成する。
【０１５９】
例えば前記絶縁障壁層２８をＡｌ−Ｏで形成するには前記固定磁性層２７上にＡｌからなる層を形成し、次に前記Ａｌ層を酸化することが好ましい。酸化には、自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化、イオン酸化（ｉｏｎ−ａｓｉｓｔ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ＩＡＯ）や、ＣＶＤ法などを選択することができる。
【０１６０】
ところで本発明では前記絶縁障壁層２８の上に保護層２９が設けられている。前記保護層は、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種以上からなることが好ましい。前記保護層２９を設けることで、図４からなる膜構成の磁気検出素子を別の装置内に移動させるときに前記磁気検出素子が大気に曝されても前記絶縁障壁層２８の大気暴露によるダメージを抑制することができる。
【０１６１】
仮に前記Ｒｕ層２９が無いときは、絶縁障壁層２８には、大気暴露によってコンタミネーションなどが発生しバリア特性の低下を招く。また絶縁障壁層２８や固定磁性層２７などが酸化されやすくなり再生特性の劣化を招く。
【０１６２】
従って前記Ｒｕなどからなる保護層２９を前記絶縁障壁層２８上に設けることで、前記絶縁障壁層２８のバリア特性の低下などを防ぐことができる。
【０１６３】
なお図４に示す磁気検出素子が大気暴露されないときなどは、前記保護層２９を設ける必要はなく、図４に示す最上層が絶縁障壁層２８となる。
【０１６４】
また図４においては、前記絶縁障壁層２８と保護層２９とは明確な２層構造として表されているが、後工程での熱処理などによって前記絶縁障壁層２８と保護層２９とが熱拡散を起す可能性があり、かかる場合、前記絶縁障壁層２８と保護層２９との界面は不明確になるものと考えられる。ただし組成分析によってスペーサ層４１の中に、Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁材料とＲｕなどが入り交じっていれば、成膜当初は、図４のように２層構造として成膜されたものと推定することができる。
【０１６５】
次に図５に示す工程では図４に示す保護層２９上にリフトオフ用のレジスト層４５（図５を参照）を形成する。
【０１６６】
そして前記レジスト層４５に覆われていない、反強磁性層２３から保護層２９までの積層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側領域をイオンミリングなどで除去する。図５では、除去された部分が点線で示されている。
【０１６７】
また図５に示す工程で、前記レジスト層４５下に残された積層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面３０ａは、下方から上方（第１反強磁性層２３側から保護層２９側）に向うにしたがって前記積層体３０のトラック幅方向への幅寸法が徐々に小さくなる傾斜面あるいは湾曲面として形成される。
【０１６８】
なお前記レジスト層４５の大きさであるが、前記レジスト層４５の下に残される積層体３０上面３０ｂのトラック幅方向における幅寸法Ｔ１が０．１５μｍ以上で０．２５μｍ程度になるように前記レジスト層４５の大きさを調整する。
【０１６９】
また図５では、前記積層体３０の第１反強磁性層２３の下側領域２３ａ、２３ａは前記両側端面３０ａよりもさらに図示Ｘ方向に延びて形成されているが、この延出した下側領域２３ａも全て除去され、前記第１反強磁性層２３が略台形状で形成されていてもよい。かかる場合は、除去された前記積層体３０のトラック幅方向の両側からシードレイヤ２２、下地層２１あるいは第１電極層２０のいずれかの層表面が露出する。
【０１７０】
次に図６に示す工程では、図５に示す積層体３０のトラック幅方向における両側領域に絶縁層３１を成膜する（図６を参照のこと）。前記成膜にはスパッタ法や蒸着法などが使用される。
【０１７１】
本発明では前記絶縁層３１をＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁材料で形成することが好ましい。
【０１７２】
また図６に示す絶縁層３１の上面が前記積層体３０の上面と同程度の位置となるように前記絶縁層３１を成膜し、このとき前記積層体３０の両側端面３０ａの一部が露出しないようにする。前記積層体３０の両側端面３０ａの一部が露出すると分流ロスの原因となりやすいからである。
【０１７３】
前記積層体３０の両側端面３０ａを完全に前記絶縁層３１によって埋めるには、図６に示すように前記絶縁層３１の内側先端部３１ｂを、リフトオフ用のレジスト層４５の下面に形成された切欠部４５ａ下に入り込ませ、前記内側先端部３１ａが前記積層体３０の上面に乗るように形成する。
【０１７４】
このように前記レジスト層４５に形成された切欠部４５ａ下に絶縁層３１の内側先端部３１ｂを入り込ませるには、前記絶縁層３１のスパッタ成膜時に、スパッタ角度を第１電極層２０下の基板（図示しない）に対し垂直方向（図示Ｚ方向）からやや斜めに傾けてスパッタ成膜を行う。
【０１７５】
また前記絶縁層３１の成膜時に、前記絶縁層３１を構成する絶縁材料３１ａが前記レジスト層３５の周囲にも付着する。そして前記リフトオフ用レジスト層４５を除去する。
【０１７６】
次に図７に示す工程では、前記絶縁層３１上から前記積層体３０上にかけてフリー磁性層３２、非磁性中間層３３、強磁性層３４、第２反強磁性層３５及び保護層３６を連続成膜する。
【０１７７】
本発明では前記フリー磁性層３２をＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で、前記非磁性中間層３３を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で、前記強磁性層３４を、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏなどの磁性材料で、前記第２反強磁性層３５を、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あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金（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，Ｉｒ，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）などで、前記保護層３６をＴａなどで形成することが好ましい。
【０１７８】
次に熱処理を施して前記第２反強磁性層３５と強磁性層３４間に交換結合磁界を発生させ、前記強磁性層３４をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化させる。なおこの熱処理をいつ行うかは任意であり、例えば後で説明する図８工程での凹部形成後に行ってもかまわない。
【０１７９】
なお図７に示す実施形態では、前記強磁性層３４、非磁性中間層３３及びフリー磁性層３２の３層構造で積層フェリ構造を構成しているため、前記強磁性層３４とフリー磁性層３２間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界によって前記強磁性層３４とフリー磁性層３２の磁化を互いに反平行状態にすることができる。
【０１８０】
なお図３の実施形態に示すように、フリー磁性層３２上に直接、第２反強磁性層３５を設ける場合には、図７に示すフリー磁性層３２を成膜後、前記フリー磁性層３２上に第２反強磁性層３５を成膜する。
【０１８１】
次に図７に示すように、前記保護層３６上に穴部４６ａが形成されたマスク層４６を形成する。本発明では前記マスク層４６を無機材料で形成することが好ましい。
【０１８２】
無機材料の中でも無機絶縁材料であることがより好ましい。無機絶縁材料としてはＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ等の材質を提示できる。
【０１８３】
マスク層４６に無機絶縁材料を使用する理由は前記マスク層４６の膜厚を薄く形成でき且つ膜厚を薄く形成しても、例えば金属材料等に比べてイオンミリングに対するミリング率が小さくマスクとしての耐久性に優れるからである。前記マスク層４６としてレジストなどを使用してもよいが、レジストの場合、前記マスク層４６の膜厚は非常に厚くなるため、露光現像によって前記マスク層４６に微小な間隔の穴部４６ａを形成しづらくなる。またこのマスク層４６の穴部４６ａ内の両側端面にだれなどが発生し、前記穴部４６ａを所定形状で形成しにくい。
【０１８４】
前記マスク層４６に形成された穴部４６ａの間隔は、次の工程でトラック幅Ｔｗを規制するための間隔となるため、前記穴部４６ａは所定の寸法で、および所定の形状で適切に形成されていなければならない。
【０１８５】
ただし前記マスク層４６として使用される無機材料は、保護層３６や第２反強磁性層３５よりもエッチングレートの遅い硬質な材料でなければならない。そうでなければ次の工程で前記第２反強磁性層３５に適切な深さの凹部を形成できなくなるからである。前記無機材料には、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｌ−Ｏ、Ｓｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏなどを選択することが好ましい。
【０１８６】
このように、前記マスク層４６にはその中央部に穴部４６ａが形成されているが、この穴部４６ａは、例えば、前記保護層３６の中央部上にレジスト層（図示しない）を立てておきその両側を前記マスク層４６で埋めた後、前記レジスト層を除去して前記マスク層４６に前記穴部４６ａを形成する。あるいは前記保護層３６上の全体にマスク層４６を成膜した後、レジスト層（図示しない）を前記マスク層４６上に重ねて形成し、前記レジスト層の中央部に露光現像によって穴部を形成した後、この穴部から露出する前記マスク層４６を削って前記マスク層４６に穴部４６ａを形成する方法などが考えられる。
【０１８７】
なお本発明では、前記マスク層４６に形成された穴部４６ａのトラック幅方向における幅寸法Ｔ２を、前記積層体３０上面の幅寸法Ｔ１よりも小さく形成する。例えば前記マスク層４６に形成された穴部４６ａの幅寸法Ｔ２を０．１μｍ程度で形成することが好ましい。
【０１８８】
次に図８に示す工程では、図７工程でマスク層４６に形成された穴部４６ａ間から露出する保護層３６及び第２反強磁性層３５をイオンミリングなどで堀り込む（図８を参照のこと）。
【０１８９】
図８に示すように、前記イオンミリングで前記第２反強磁性層３５を途中まで掘り込む。これによって形成された凹部３５ａの下には、一部、前記第２反強磁性層３５が残されるが、残された第２反強磁性層３５の膜厚は非常に薄くなっており、このため、前記凹部３５ａ下の反強磁性層３５と強磁性層３４との間で交換結合磁界が非常に小さくなり、前記凹部３５ａ下に位置する強磁性層３４の中央部Ａ及びフリー磁性層３２の中央部Ｄの磁化は外部磁界に対し変動できる程度に弱く単磁区化された状態になる。
【０１９０】
また前記凹部３５ａをどの層まで掘り込んで形成するかであるが、図８のように、前記凹部３５ａ下に一部、第２反強磁性層３５が残されるように、あるいは前記凹部３５ａから強磁性層３４の表面または非磁性中間層３３の表面が露出するように、前記第２反強磁性層３５や強磁性層３４まで掘り込んで前記凹部３５ａを形成する。
【０１９１】
いずれにしても前記凹部３５ａの下面３５ｃのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法がトラック幅Ｔｗとして規制され、本発明では前記トラック幅Ｔｗを前記積層体３０の上面のトラック幅方向の幅寸法よりも小さく形成することが可能である。
【０１９２】
図８に示す前記凹部３５ａ形成のためのイオンミリング後、前記マスク層４６を除去し、さらに前記保護層３６上から前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａ内に第２電極層３７（図１を参照のこと）を成膜すると図１に示す磁気検出素子の構造が完成する。なお前記マスク層４６は、非常に薄い膜厚であるため除去しなくても前記第２電極層３７を成膜する上で邪魔になることはなく、例えば前記マスク層４６が金属材料で形成される場合には前記マスク層４６を電極層の一部として使用できるので、前記第２反強磁性層３５に凹部３５ａを形成した後、前記マスク層４６表面をクリーニングなどして前記マスク層４６を除去せずに、第２電極層３７を形成してもかまわない。
【０１９３】
図９及び図１０は図２に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図である。なお各図は記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１９４】
まず図９の工程の前に図４ないし図６と同じ工程を施す。
図９に示す工程では、積層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に形成された絶縁層３１上から積層体３０上にかけてフリー磁性層３２及び非磁性中間層３３を積層する。
【０１９５】
その後、前記非磁性中間層３３上にリフトオフ用のレジスト層４７を形成する。このリフトオフ用のレジスト層４７の下面のトラック幅方向における幅寸法Ｔ３はトラック幅Ｔｗを規制するための幅寸法であり、前記幅寸法Ｔ３を前記積層体３０の上面のトラック幅方向における幅寸法よりも小さい寸法で形成する。
【０１９６】
次に図１０に示す工程では、前記レジスト層４７のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に露出した非磁性中間層３３上に強磁性層４０及び第２反強磁性層４１を連続成膜する。前記成膜にはスパッタ法や蒸着法が使用される。
【０１９７】
前記強磁性層４０及び第２反強磁性層４１を成膜するときは、できるだけ前記レジスト層４７の下面に形成された切欠部４７ａ内に前記強磁性層４０及び第２反強磁性層４１の内側先端部を入り込ませるために、スパッタ角度を基板（図示しない）に対する垂直方向（図示Ｚ方向）から斜めに傾いた角度として、スパッタを行う。これにより前記強磁性層４０及び第２反強磁性層４１の内側先端部が、前記レジスト層４７の切欠部４７ａ内に入り込み、前記強磁性層４０間のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における間隔が、図９に示すレジスト層４７の下面の幅寸法Ｔ３とほぼ一致する。図１０では、前記強磁性層４０の間に露出する非磁性中間層の幅寸法でトラック幅Ｔｗが規制される。
【０１９８】
前記強磁性層４０及び第２反強磁性層４１を成膜した後、前記レジスト層４７を除去すると図２に示す磁気検出素子が完成する。
【０１９９】
以上説明した本発明における磁気検出素子の製造方法では、フリー磁性層３２の上に第２反強磁性層３５、４１を形成し、この間で発生する交換結合磁界によって、あるいは強磁性層３４、４０とのＲＫＫＹ相互作用における結合磁界によって前記フリー磁性層３２をトラック幅方向に磁化させることができる。
【０２００】
従って前記フリー磁性層３２を、従来のようにハードバイアス方式によって磁化させる場合に比べてトラック幅方向に長く延ばして形成することができ、前記フリー磁性層３２を適切に単磁区化することができる。
【０２０１】
また前記フリー磁性層３２の下に形成される、第１反強磁性層２３、固定磁性層２７、絶縁障壁層２８及び保護層２９からなる積層体３０のトラック幅方向における両側を適切に絶縁層３１で埋めることができ、シャントロスが生じ難く抵抗変化率を適切に向上させることが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【０２０２】
またトラック幅Ｔｗを、前記第２反強磁性層３５、４１に形成される凹部３５ａ、４１ａの下面のトラック幅方向の間隔で規制でき、狭トラック化においても、前記積層体３０のトラック幅方向における幅寸法を、前記トラック幅Ｔｗに左右されることなく大きく形成することができる。したがって前記積層体の直流抵抗値（ＤＣＲ）を適切に大きくすることができ、再生出力を従来に比べて大きくすることが可能な磁気検出素子を容易に形成することが可能である。
【０２０３】
従って本発明における磁気検出素子の製造方法によれば、高記録密度化においても再生出力や抵抗変化率など再生特性を適切に向上させることが可能な磁気検出素子を容易に製造することができる。
【０２０４】
また本発明ではＡｌ−Ｏなどで形成された絶縁障壁層２８が大気に曝されると、コンタミネーション（Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）などによるダメージによってバリア特性が損なわれ、抵抗変化率などの再生特性の低下を招きやすくなる。
【０２０５】
そこで本発明では、前記Ａｌ−Ｏなどで形成された層を形成した後、連続してＲｕなどの保護層２９をその上に形成し、これによって前記Ａｌ−Ｏ層などが大気に曝されるのを適切に防止することができ、前記絶縁障壁層２８のバリア特性を適切に保つことが可能である。
【０２０６】
また図９及び図１０に示した製造工程では、図４ないし図８に示す製造工程の場合のように、凹部３５ａ形成のためのイオンミリングなどによる掘り込み工程が必要ないため、より所定形状の磁気検出素子を製造しやすい。
【０２０７】
以上詳述した本発明におけるトンネル型磁気抵抗効果型素子は、ハードディスク装置内に搭載される再生用ヘッドとして使用できる他、ＭＲＡＭ等のメモリとして使用することができる。
【０２０８】
また前記トンネル型磁気抵抗効果型素子を使用した再生用ヘッドは、摺動型であってもよいし浮上型であってもどちらでもよい。
【０２０９】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、フリー磁性層が反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層を含むスペーサ層からなる積層体の両側に形成された絶縁層上から前記積層体上にかけて形成されており、前記フリー磁性層のトラック幅方向への幅寸法は、トラック幅Ｔｗよりも長く延ばされて形成されている。さらに前記フリー磁性層上には、第２反強磁性層が形成され、前記フリー磁性層はエクスチェンジバイアス方式によって磁化される。
【０２１０】
これによって前記フリー磁性層を適切に単磁区化構造にでき、トラック幅Ｔｗの狭小化においても感度に優れた磁気検出素子を製造することができる。
【０２１１】
また前記積層体の両側を絶縁層で埋めてしまうと共に、フリー磁性層の磁化制御を第２反強磁性層を用いたエクスチェンジバイアス方式とすることで、電流がフリー磁性層から積層体に流れる経路以外に分流することが減り、いわゆるシャントロスの低減によって抵抗変化率の向上を図ることが可能になる。
【０２１２】
また本発明では、前記積層体のトラック幅方向における幅寸法を前記トラック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく自由に設定することが可能であり、本発明では前記積層体のトラック幅方向における幅寸法をトラック幅Ｔｗよりも大きく形成できる。これによって前記積層体の膜面と平行な方向における断面積を従来に比べて大きく形成することができる。
【０２１３】
従って本発明では前記トラック幅Ｔｗの狭小化によっても直流抵抗値を小さくすることができ、再生出力を従来に比べて大きくすることが可能である。
【０２１４】
以上のように本発明では、トラック幅Ｔｗの狭小化においても、感度に優れ、再生出力が高く、しかも抵抗変化率が大きい磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）を適切且つ容易に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１実施形態の磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図２】本発明における第２実施形態の磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図３】本発明における第３実施形態の磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図４】本発明の図１に示す構造の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図５】図４の次に行なわれる一工程図、
【図６】図５の次に行なわれる一工程図、
【図７】図６の次に行なわれる一工程図、
【図８】図７の次に行なわれる一工程図、
【図９】本発明の図２に示す構造の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１０】図９の次に行なわれる一工程図、
【図１１】従来の磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【図１２】図１１の一部の部分拡大図、
【符号の説明】
２０第１電極層
２３第１反強磁性層
２７固定磁性層
２８絶縁障壁層
２９保護層
３０積層体
３１絶縁層
３２フリー磁性層
３３非磁性中間層
３４、４０強磁性層
３５、４１第２反強磁性層
３７第２電極層
４５、４７レジスト層
４６マスク層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic detection element using a tunnel effect mounted on a magnetic reproduction device such as a hard disk device or other magnetic detection device, and in particular, it is possible to appropriately improve reproduction output and resistance change rate. The present invention relates to a magnetic detection element and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a conventional magnetic sensing element (tunnel type magnetoresistive effect type element) utilizing the tunnel effect as seen from the side facing the recording medium.
[0003]
Reference numeral 1 denotes a first electrode layer, an antiferromagnetic layer 2 formed of a PtMn alloy or the like on the first electrode layer 1, a pinned magnetic layer 3 formed of a NiFe alloy or the like, Al ₂ O _Three A laminated body 9 is formed which includes an insulating barrier layer 4 formed of the above and a free magnetic layer 5 formed of a NiFe alloy or the like.
[0004]
As shown in FIG. 11, Al is formed on both sides of the laminate 9 in the track width direction (X direction in the drawing) and on the first electrode layer 1. ₂ O _Three An insulating layer 6 formed of, for example, is formed, and a hard bias layer 7 formed of CoPt or the like is formed on the insulating layer 6.
[0005]
A second electrode layer 8 is formed from the hard bias layer 7 to the free magnetic layer 5.
[0006]
The magnetization of the pinned magnetic layer 3 is pinned in the height direction (Y direction in the drawing) by an exchange coupling magnetic field generated between the pinned magnetic layer 3 and the magnetization of the free magnetic layer 5 while the hard bias layer 6 Are aligned in the track width direction (the X direction in the drawing) by the longitudinal bias magnetic field from.
[0007]
The magnetic sensing element shown in FIG. 11 has a structure called a tunnel-type magnetoresistive effect element. As a structural feature, the layer interposed between the fixed magnetic layer 3 and the free magnetic layer 5 is formed of an insulating layer. The insulating barrier layer 4 and the electrode layers 1 and 8 are formed above and below the stacked body 9.
[0008]
The tunnel-type magnetoresistive element shown in FIG. 11 uses the tunnel effect to cause a resistance change. When the magnetizations of the pinned magnetic layer 3 and the free magnetic layer 5 are antiparallel, the insulation barrier is the most. The tunnel current hardly flows through the layer 6 and the resistance value is maximized. On the other hand, when the magnetizations of the pinned magnetic layer 3 and the free magnetic layer 5 are parallel, the tunnel current flows most easily and the resistance value is Be minimized.
[0009]
Utilizing this principle, the magnetization of the free magnetic layer 5 fluctuates under the influence of an external magnetic field, whereby the changing electric resistance is regarded as a voltage change, and the leakage magnetic field from the recording medium is detected. .
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the magnetic sensing element having the structure shown in FIG. 11 has the following problems.
[0011]
As the recording density increases in the future, as the track width Tw regulated by the width dimension in the track width direction on the upper surface of the free magnetic layer 5 becomes smaller, the size of the free magnetic layer 5 itself becomes smaller. As a result, even when a longitudinal bias magnetic field is supplied from the hard bias layer 7 to the free magnetic layer 5, the free magnetic layer 5 is not easily formed into a single magnetic domain in the track width direction (X direction in the drawing), and the free magnetic layer 5 The influence of the demagnetizing field of the layer 5 was also increased, and the stability of the reproduction characteristics was lowered.
[0012]
In order to solve this problem, it is conceivable to increase the thickness of the hard bias layer 7 so that a strong longitudinal bias magnetic field can be supplied to the free magnetic layer 5. There is a problem that the magnetization of the magnetic layer 5 is easily fixed, and the magnetization cannot be changed with high sensitivity to an external magnetic field, resulting in a decrease in reproduction output.
[0013]
Next, as shown in FIG. 11, insulating layers 6 are provided on both sides of the laminate 9 in the track width direction. The insulating layer 6 is provided in order to allow the current flowing from the electrode layers 1 and 8 to the stacked body 9 to flow effectively in the stacked body 9.
[0014]
However, since the hard bias layer 7 is formed on the insulating layer 6, a part of the current that should flow from the electrode layers 1 and 8 into the stacked body 9 is shunted to the hard bias layer 7. End up. The divided current flows into the insulating barrier layer 4 and the fixed magnetic layer 3 without passing through the free magnetic layer 5.
[0015]
That is, the current path is not only a normal route that flows from the electrode layers 1 and 8 into the laminate 9 but also a current route that shunts to the hard bias layer 7 without passing through the free magnetic layer 5, which becomes a chantle and changes resistance. The rate (ΔR / R) decreased.
[0016]
For example, in order to solve the above-mentioned problem, as shown in FIG. 12 (a partial cross-sectional view in which a part of FIG. 11 is enlarged), the insulating layer 6 is also thick on both side end surfaces 5a of the free magnetic layer 5. By forming, both side end surfaces of the laminate 9 are appropriately covered with the insulating layer 6 and the amount of current diverted from the electrode layers 1 and 8 to the hard bias layer 7 can be reduced. When the thick insulating layer 6 is interposed between the magnetic layer 5 and the hard bias layer 7, the longitudinal bias magnetic field to be supplied from the hard bias layer 7 to the free magnetic layer 5 is reduced, and as a result, the free magnetic The layer 5 cannot be made into a single magnetic domain and the reproduction characteristics are deteriorated.
[0017]
In addition, as described above, when the track width Tw is reduced with the future increase in recording density, the area of the surface in the direction parallel to the film surface of the laminate 9 (surface formed by XY) is reduced. The direct current resistance (DCR) becomes very high, leading to deterioration in reproduction characteristics such as a decrease in reproduction output.
[0018]
Therefore, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and by appropriately improving the bias system and structure for adjusting the magnetization of the free magnetic layer, the reproduction output and It is an object of the present invention to provide a magnetic sensing element capable of appropriately improving the reproduction characteristics such as an increase in resistance change rate and a method for manufacturing the same.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The magnetic sensing element according to the present invention is formed on a first antiferromagnetic layer and an upper surface of the first antiferromagnetic layer, and magnetization is in a predetermined direction by an exchange coupling magnetic field generated between the first antiferromagnetic layer and the first antiferromagnetic layer. A laminated body having a pinned magnetic layer and a spacer layer including at least an insulating barrier layer formed on an upper surface of the pinned magnetic layer;
An insulating layer formed on both sides of the stack in the track width direction;
A free magnetic layer formed from an upper surface of the spacer layer to an upper surface of the insulating layer and having a magnetization aligned in a direction intersecting the pinned magnetic layer; and a second antiferromagnetic layer formed above the free magnetic layer And comprising
In the second antiferromagnetic layer at a position facing the laminate in the film thickness direction, a recess is formed from the upper surface of the second antiferromagnetic layer toward the laminate,
The width dimension in the track width direction of the lower surface of the recess is formed smaller than the width dimension in the track width direction of the upper surface of the laminate,
An electrode layer is formed on the lower side of the laminate and the upper side of the second antiferromagnetic layer.
[0020]
The present invention does not employ a hard bias system in which hard bias layers are provided on both sides in the track width direction of a free magnetic layer as in the prior art, and an exchange in which a second antiferromagnetic layer is provided on the free magnetic layer. A bias method is adopted.
[0021]
With the exchange bias method, the width dimension in the track width direction of the free magnetic layer can be formed longer than the track width Tw.
[0022]
In particular, in the present invention, the free magnetic layer can be formed not only on the laminate but also on the insulating layers formed on both sides thereof.
[0023]
For this reason, even if the track width Tw is reduced with the increase in recording density in the future, the width dimension of the free magnetic layer can be formed long regardless of the dimension of the track width Tw. The free magnetic layer can be appropriately made into a single magnetic domain, and the influence of the demagnetizing field of the free magnetic layer can be weakened. Even in the future narrowing of the track width Tw, the sensitivity is excellent and the reproduction output is improved. It is possible to manufacture a magnetic detection element that can be appropriately improved.
[0024]
Next, in the present invention, both sides in the track width direction of the laminate including the antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, and the spacer layer are filled with an insulating layer.
[0025]
Conventionally, there is a hard bias layer on both sides of the free magnetic layer, and the current shunted to the hard bias layer flows to the insulating barrier layer and the fixed magnetic layer without going through the free magnetic layer. Although the rate of change in resistance was reduced, in the present invention, the hard bias layer itself is not present, and the insulating layer is buried on both sides of the laminate, so that the current flowing from the electrode layer can be adequately applied to the free magnetic layer. Therefore, the resistance change rate can be improved with less shunt loss as compared with the conventional structure.
[0026]
Next, in the present invention, the width dimension in the track width direction of the upper surface of the stacked body is larger than the width dimension in the track width direction (= track width Tw) of the lower surface of the recess formed in the second antiferromagnetic layer. Is formed.
[0027]
That is, in the present invention, the area of the surface in the direction parallel to the film surface in the laminated body portion can be increased without being influenced by the dimension of the track width Tw, and therefore the direct current resistance (DCR) is higher than that of the conventional structure. Therefore, it is possible to appropriately reduce the reproduction characteristics, and thus it is possible to improve the reproduction characteristics such as improvement of reproduction output.
[0028]
In the present invention, the insulating barrier layer is preferably formed of Al—O, Si—O, or Al—Si—O.
[0029]
In the present invention, it is preferable that the spacer layer has a structure in which a protective layer made of at least one of Ru, Ir, Rh, Os, Re, Pt, and Pd is laminated on the insulating barrier layer.
[0030]
In the present invention, it is preferable that a nonmagnetic intermediate layer and a ferromagnetic layer are formed in this order on the free magnetic layer, and further, the second antiferromagnetic layer is formed on the ferromagnetic layer.
[0031]
In the present invention, the three layers of the free magnetic layer, the nonmagnetic intermediate layer, and the ferromagnetic layer form a laminated ferrimagnetic structure. The ferromagnetic layer is magnetized in the track width direction by an exchange coupling magnetic field generated between the second antiferromagnetic layer on both sides in the track width direction where the recesses are formed.
[0032]
On the other hand, the free magnetic layer is magnetized antiparallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer by a coupling magnetic field generated by the RKKY interaction generated between the free magnetic layer and the ferromagnetic layer.
[0033]
In this embodiment, the magnetization of the ferromagnetic layer formed under the second antiferromagnetic layer on both sides in the track width direction in which the concave portion is formed, and the free magnetic layer are fixed, and the magnetoresistive effect is substantially achieved. This is an area that is not involved in
[0034]
On the other hand, the magnetization of the ferromagnetic layer and the free magnetic layer formed under the recess is weak enough to be reversed by an external magnetic field and is made into a single magnetic domain. It is an area of involvement.
[0035]
As described above, the laminated ferrimagnetic structure in which the nonmagnetic intermediate layer and the ferromagnetic layer are laminated on the free magnetic layer allows the magnetization of the free magnetic layer to have a stable single-domain structure, and the reproduction output can be improved. It becomes possible to improve appropriately.
[0036]
In the present invention, the recess may be formed to reach the surface of the ferromagnetic layer, and the surface of the ferromagnetic layer may be exposed from the recess, or the recess may be a surface of the nonmagnetic intermediate layer. The surface of the nonmagnetic intermediate layer may be exposed from the recess.
[0037]
In addition, the method for manufacturing a magnetic detection element according to the present invention includes the following steps.
(A) forming a stacked body in which a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, and an insulating barrier layer are stacked in this order on the first electrode layer;
(B) forming a lift-off resist layer on the upper surface of the laminate, and removing both end faces in the track width direction of the laminate that are not covered with the resist layer;
(C) forming an insulating layer on both sides in the track width direction of the laminate, and removing the resist layer;
(D) forming a free magnetic layer from the insulating layer to the insulating barrier layer, and further laminating a second antiferromagnetic layer on the free magnetic layer;
(F) On the second antiferromagnetic layer, after forming a mask layer having a hole at a position facing the laminate in the film thickness direction, the second antiferromagnetic layer exposed from the hole is formed. Forming a recess in the second antiferromagnetic layer, and forming a width dimension in the track width direction of the lower surface of the recess smaller than a width dimension in the track width direction of the upper surface of the stacked body;
(G) forming a second electrode layer on the second antiferromagnetic layer;
[0038]
According to the above manufacturing method, the second antiferromagnetic layer can be formed above the free magnetic layer, and the free magnetic layer can be made into a single magnetic domain in the track width direction by the exchange bias method.
[0039]
According to this method, the free magnetic layer can be formed to extend longer in the track width direction than in the case of being magnetized by the hard bias method, and the free magnetic layer can be formed between the second antiferromagnetic layer and the second magnetic layer. A single magnetic domain can be appropriately formed by the generated exchange coupling magnetic field.
[0040]
Moreover, both sides in the track width direction of the laminate formed of the first antiferromagnetic layer, the pinned magnetic layer, and the insulating barrier layer formed under the free magnetic layer can be appropriately filled with an insulating layer, It is possible to manufacture a magnetic detection element that is unlikely to occur and can appropriately improve the resistance change rate.
[0041]
In addition, the track width Tw can be regulated by the spacing in the track width direction of the lower surface of the recess formed in the second antiferromagnetic layer, and the width dimension in the track width direction of the laminate can be set even in the narrow track. It can be formed large without being influenced by the dimension of the width Tw. Therefore, it is possible to appropriately increase the direct current resistance (DCR) of the laminated body, and to easily form a magnetic detecting element capable of increasing the reproduction output as compared with the conventional one.
[0042]
Therefore, according to the method for manufacturing a magnetic detection element of the present invention, it is possible to easily manufacture a magnetic detection element capable of appropriately improving the reproduction characteristics such as reproduction output and resistance change rate even when the recording density is increased.
[0043]
In the present invention, in the step (a), the insulating barrier layer is preferably formed of an insulating material made of Al—O, Si—O, or Al—Si—O.
[0044]
In the present invention, in the step (a), a layer made of Al, Si, or Al—Si is formed on the pinned magnetic layer on the pinned magnetic layer, and then the layer is oxidized to produce Al—O or It is preferable to form an insulating barrier layer made of Si—O or Al—Si—O. For the oxidation, natural oxidation, plasma oxidation, radical oxidation, ion-oxidation (IAO), a CVD method, or the like can be selected.
[0045]
In the present invention, in the step (a), a protective layer made of at least one of Ru, Ir, Rh, Os, Re, Pt, and Pd is formed on the insulating barrier layer, and the insulating barrier layer is formed. It is preferable that the spacer layer is composed of two layers of the protective layer.
[0046]
When the insulating barrier layer formed of Al—O or the like is exposed to the atmosphere, the barrier characteristics are impaired by damage due to contamination and the like, and the reproduction characteristics such as the resistance change rate are likely to be lowered.
[0047]
Therefore, in the present invention, after forming the insulating barrier layer made of Al-O or the like, a protective layer made of Ru or the like is continuously formed thereon, and the insulating barrier layer is exposed to the atmosphere. Is properly prevented. Accordingly, even when a laminated body having a layer structure in which a protective layer is formed on the insulating barrier layer is exposed to the atmosphere, the barrier characteristics of the insulating barrier layer can be appropriately maintained.
[0048]
In the present invention, in the step (d), after the nonmagnetic intermediate layer and the ferromagnetic layer are laminated in this order on the free magnetic layer, the second antiferromagnetic layer is formed on the ferromagnetic layer. It is preferable.
[0049]
In the present invention, in the step (f), the second antiferromagnetic layer may be dug until the surface of the ferromagnetic layer is exposed, or the second antiferromagnetic layer may be halfway through the second antiferromagnetic layer. A ferromagnetic layer may be dug. Here, the portion of the second antiferromagnetic layer that is partially left under the recess is thin enough to impair the function as antiferromagnetism, and the region below the recess and the free magnetic layer (or An exchange coupling magnetic field is not generated in the ferromagnetic layer) or is an extremely weak exchange coupling magnetic field even if it is generated, and the free magnetic layer (or ferromagnetic layer) is not firmly fixed.
[0050]
Therefore, the free magnetic layer (and the ferromagnetic layer) below the recess formed in the second antiferromagnetic layer can function as a portion that can appropriately exhibit the magnetoresistance effect.
[0051]
In the present invention, the mask layer is preferably formed of an inorganic material.
Moreover, in this invention, it may replace with the said (d) process thru | or the (g) process, and may have the following processes.
(H) forming a free magnetic layer on the insulating barrier layer from the insulating layer, and then forming a nonmagnetic intermediate layer on the free magnetic layer;
(I) A lift-off resist layer is formed on the nonmagnetic intermediate layer at a position facing the laminate in the film thickness direction, and both sides of the nonmagnetic intermediate layer not covered by the resist layer in the track width direction A ferromagnetic layer and a second antiferromagnetic layer are laminated to each other. At this time, the width dimension in the track width direction of the surface of the nonmagnetic intermediate layer exposed from the second antiferromagnetic layer is defined as the track width of the upper surface of the laminate. Forming smaller than the width dimension in the direction;
(J) A step of removing the resist layer.
[0052]
When the steps (i) and (j) described above are used, the step of digging the second antiferromagnetic layer in the step (f) described above is not necessary. According to the steps (i) and (j), a form in which the upper surface of the nonmagnetic intermediate layer is exposed from the recess formed between the second antiferromagnetic layers can be formed.
[0053]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a magnetic sensing element (tunnel type magnetoresistive effect element) according to the present invention as viewed from the side facing a recording medium.
[0054]
A shield layer (not shown) is provided above and below the magnetic detection element shown in FIG. 1 via a gap layer (not shown). The magnetic detection element, the gap layer, and the shield layer are collectively referred to as an MR head. It is out.
[0055]
The MR head is for reproducing an external signal recorded on a recording medium. In the present invention, a recording inductive head may be laminated on the MR head. The shield layer (upper shield layer) formed on the upper side of the magnetic detection element may also be used as the lower core layer of the inductive head.
[0056]
The MR head is made of, for example, alumina-titanium carbide (Al ₂ O _Three -TiC) formed on the trailing end face of the slider. The slider is bonded to an elastically deformable support member made of stainless steel or the like on the side opposite to the surface facing the recording medium to constitute a magnetic head device.
[0057]
Reference numeral 20 shown in FIG. 1 denotes a first electrode layer. The first electrode layer 20 may also serve as the gap layer, or when the first electrode layer 20 is formed of a magnetic material, the first electrode layer 20 may also serve as the shield layer. The first electrode layer 20 is made of, for example, α-Ta, Au, Cr, Cu (copper), Rh, Ir, Ru, W (tungsten), or the like.
[0058]
As shown in FIG. 1, a base layer 21 is formed on the first electrode layer 20, and a seed layer 22 is formed on the base layer 21.
[0059]
The underlayer 21 is preferably formed of at least one element selected from Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The seed layer 22 is made of a NiFeCr alloy, Cr, or the like. By forming the seed layer 22, the crystal grain size of each layer formed on the seed layer 22 is increased, and the resistance change rate can be improved.
[0060]
A first antiferromagnetic layer 23 is formed on the seed layer 22. The first antiferromagnetic layer 23 includes an element X (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn. It is preferable to form with a material. For example, it is made of a PtMn alloy or the like.
[0061]
Alternatively, in the present invention, the first antiferromagnetic layer 23 is made of an X—Mn—X ′ alloy (where the element X ′ is 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, Ir, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and It may be formed of one or more elements among rare earth elements).
[0062]
The composition ratio of the element X or the element X + X ′ is preferably 45 (at%) or more and 60 (at%) or less.
[0063]
A pinned magnetic layer 27 is formed on the first antiferromagnetic layer 23. In this embodiment, the pinned magnetic layer 27 has a laminated ferrimagnetic structure.
[0064]
As shown in FIG. 1, the pinned magnetic layer 27 is formed by laminating a magnetic layer 24, a nonmagnetic intermediate layer 25, and a magnetic layer 26 in this order from the bottom. Here, the magnetic layers 24 and 26 are formed of a magnetic material such as a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, Co, or a NiFe alloy. The nonmagnetic intermediate layer 25 is preferably formed of a nonmagnetic conductive material such as Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu.
[0065]
In the pinned magnetic layer 27 shown in FIG. 1, the magnetic layer 24 is pinned, for example, in the Y direction in the drawing by an exchange coupling magnetic field generated between the magnetic layer 24 and the first antiferromagnetic layer 23. On the other hand, the magnetic layer 26 is magnetized in a direction opposite to the Y direction in the figure by a coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the magnetic layer 24 and the magnetic layer 24.
[0066]
That is, in the laminated ferrimagnetic structure, the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26 are magnetized in an antiparallel state. In order to construct the laminated ferrimagnetic structure, the magnetic moments per unit area (saturation magnetization Ms × film thickness t) of the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26 must be different. For example, when the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26 are formed of the same material, the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26 are formed with different thicknesses.
[0067]
As shown in FIG. 1, a spacer layer 48 is formed on the pinned magnetic layer 27. In this embodiment, the spacer layer 48 has a laminated structure of an insulating barrier layer 28 and a protective layer 29 from the bottom. The insulating barrier layer 28 is preferably formed of an insulating material formed of Al—O, Si—O, or Al—Si—O. If the material of the insulating barrier layer 28 is stoichiometrically shown, for example, Al-O is Al. ₂ O _Three Si—O is SiO ₂ It is preferable to be represented by
[0068]
The film thickness of the insulating barrier layer 28 is preferably 5 to 30 mm. As a result, a tunnel current appropriately flows through the insulating barrier layer 28, and a tunnel magnetoresistance effect (TMR effect) can be exhibited.
[0069]
Next, in the present invention, a protective layer 29 made of at least one of Ru, Ir, Rh, Os, Re, Pt, and Pd is formed on the insulating barrier layer 28.
[0070]
The protective layer 29 is a layer for protecting the insulating barrier layer 28 from contamination due to atmospheric exposure, the insulating barrier layer 28, the fixed magnetic layer 27, and the like from oxidation, as will be described in detail later in the manufacturing process. . However, if the protective layer 29 is too thick, it may cause a decrease in the tunnel magnetoresistive effect. In the present invention, the protective layer 29 is preferably formed with a thickness of 10 mm or less. With such a thin film, the protective layer 29 hardly affects the tunnel magnetoresistance effect, and a high resistance change rate can be obtained.
[0071]
The formation of the protective layer 29 is not an essential constituent element in the present invention. When the protective layer 29 is not formed, the spacer layer 48 refers to the insulating barrier layer 28.
[0072]
As shown in FIG. 1, in the laminate 30 from the first antiferromagnetic layer 23 to the protective layer 29, both end faces 30a in the track width direction (X direction in the drawing) are continuous surfaces, and both end faces 30a are From the first antiferromagnetic layer 23 side to the protective layer 29 side (in the Z direction in the figure), it is formed as an inclined surface or a curved surface whose width dimension gradually decreases.
[0073]
In the embodiment shown in FIG. 1, the lower region 23a of the first antiferromagnetic layer 23 is formed so as to extend further in the track width direction (X direction in the drawing) from the both end surfaces 30a. The portion of the lower region 23a may be removed, and the seed layer 22, the base layer 21, or the first electrode layer 20 may be exposed from the removed portion.
[0074]
The film thickness from the upper surface of the lower region 23a of the first antiferromagnetic layer 23 to the upper surface of the first antiferromagnetic layer 23 is about 100 to 150 mm.
[0075]
As shown in FIG. 1, insulating layers 31 and 31 are formed on both sides of the laminate 30 in the track width direction (X direction in the drawing). The insulating layer 31 is made of Al. ₂ O _Three And SiO ₂ Formed of an insulating material.
[0076]
In addition, it is preferable that the inner front end portions 31 b and 31 b of the insulating layer 31 are formed to extend on the stacked body 30. As a result, both side regions of the laminate 30 can be appropriately insulated. The film thickness of the insulating layer 31 is about 150 mm.
[0077]
In the present invention, as shown in FIG. 1, a free magnetic layer 32 is formed from above the insulating layer 31 to the laminated body 30. The free magnetic layer 32 is formed of, for example, a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, Co, or the like.
[0078]
The free magnetic layer 32 may be formed of a laminated structure of magnetic materials. For example, a structure in which a CoFe alloy film and a NiFe alloy film are laminated in this order from the bottom can be presented. By forming the CoFe alloy on the side in contact with the stacked body 30, diffusion of a metal element or the like at the interface with the spacer layer 48 can be prevented, and the resistance change rate (ΔR / R) can be increased.
[0079]
As shown in FIG. 1, a nonmagnetic intermediate layer 33 is formed on the free magnetic layer 32, and a ferromagnetic layer 34 is laminated thereon. The nonmagnetic intermediate layer 33 is preferably formed of a nonmagnetic conductive material such as Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu. The ferromagnetic layer 34 is made of a magnetic material such as a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, or Co.
[0080]
Furthermore, in the present invention, a second antiferromagnetic layer 35 is formed on the ferromagnetic layer 34 as shown in FIG. The second antiferromagnetic layer 35 is preferably formed of the same antiferromagnetic material as the first antiferromagnetic layer 23. Specifically, the second antiferromagnetic layer 35 contains the element X (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn. The antiferromagnetic material is preferably formed. For example, it is made of a PtMn alloy or the like.
[0081]
Alternatively, in the present invention, the second antiferromagnetic layer 35 is made of an X—Mn—X ′ alloy (where the element X ′ is 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, Ir, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and It may be formed of one or more elements among rare earth elements).
[0082]
The composition ratio of the element X or the element X + X ′ is preferably 45 (at%) or more and 60 (at%) or less.
[0083]
As shown in FIG. 1, the second antiferromagnetic layer 35 is formed with a recess 35a from the upper surface at a position facing the stacked body 30 in the film thickness direction (Z direction in the drawing) toward the stacked body. ing.
[0084]
In the embodiment shown in FIG. 1, the magnetization of the ferromagnetic layer 34 is fixed in the track width direction (X direction in the drawing) by an exchange coupling magnetic field generated between the second antiferromagnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 34. However, the central portion A of the ferromagnetic layer 34 under the recess 35a formed in the second antiferromagnetic layer 35 is not fixed in magnetization and is weakly magnetized so that the magnetization can be varied. .
[0085]
As described above, the second antiferromagnetic layer 35 has a recess 35a in the central portion thereof, and the thickness of the second antiferromagnetic layer 35 in the portion where the recess 35a is formed is very high. It is getting thinner. For example, the film thickness H1 of the second antiferromagnetic layer 35 at the position where the concave portion 35a is formed is 10 to 50 mm. Thus, since the thickness H1 of the second antiferromagnetic layer 35 is very thin in the portion where the recess 35a is formed, the second antiferromagnetic layer 35 formed with the thickness H1 is stronger. An exchange coupling magnetic field is hardly generated between the magnetic layers 34, and therefore the magnetization of the central portion A of the ferromagnetic layer 34 under the recess 35a formed in the second antiferromagnetic layer 35 is firmly fixed. It is not in the state that was done. On the other hand, the ferromagnetic layer 34 in both side regions B of the central part A generates a sufficient exchange coupling magnetic field with the thick second antiferromagnetic layer 35 formed thereon, and the ferromagnetic layer 34 The magnetization of both side regions B of the layer 34 is firmly fixed in the X direction shown in the figure.
[0086]
On the other hand, the magnetization of the free magnetic layer 32 is magnetized antiparallel to the magnetization direction of the ferromagnetic layer 34 by a coupling magnetic field in the RKKY interaction generated with the ferromagnetic layer 34.
[0087]
The magnetization of both side regions C of the free magnetic layer 32 is firmly fixed by the coupling magnetic field due to the above-described RKKY interaction, but the magnetization of the central portion D of the free magnetic layer 32 is weak enough to fluctuate with respect to the external magnetic field. When the magnetic field is magnetized and an external magnetic field flows into the magnetic sensing element, the magnetization of the central portion D of the free magnetic layer and the central portion A of the ferromagnetic layer 34 fluctuates while maintaining an antiparallel state. In addition, an external signal is reproduced by changing the electric resistance in relation to the fixed magnetization of the fixed magnetic layer 27.
[0088]
As shown in FIG. 1, a protective layer 36 made of Ta or the like is formed on the second antiferromagnetic layer 35. The protective layer 36 is not formed in the recess 35a formed in the second antiferromagnetic layer 35.
[0089]
An electrode layer (second electrode layer) 37 is formed over the protective layer 36 and into the recess 35 a formed in the second antiferromagnetic layer 35. The electrode layer 37 is made of, for example, α-Ta, Au, Cr, Cu (copper), Rh, Ir, Ru, W (tungsten), or the like.
[0090]
Although the respective layers constituting the magnetic detection element of FIG. 1 have been described above, the characteristic structure of the magnetic detection element in the present invention will be described below.
[0091]
(1) The free magnetic layer 32 is formed from the insulating layer 31 to the stacked body 30, and the width of the free magnetic layer 32 in the track width direction (X direction in the drawing) extends longer than the track width Tw. It has been formed.
[0092]
In the embodiment of FIG. 1, the track width Tw is determined by the width dimension in the track width direction (X direction in the drawing) of the lower surface of the recess 35 a formed in the second antiferromagnetic layer 35.
[0093]
As described above, the central portion D of the free magnetic layer 32 located at a position facing the concave portion 35a in the film thickness direction is a region where magnetization can be varied with respect to an external magnetic field, and the width of the central portion D in the track width direction. The dimensions are substantially the same as the track width Tw.
[0094]
The track width Tw tends to become smaller as the recording density increases. For example, the track width Tw is reduced to about 0.1 μm.
[0095]
For this reason, when the width dimension in the track width direction of the free magnetic layer 32 is formed with the track width Tw as in the prior art, the free magnetic layer 32 becomes very small, and the free magnetic layer 32 can be appropriately separated. It is very difficult to make a magnetic domain.
[0096]
On the other hand, in the present invention, the free magnetic layer 32 can be formed by extending the width dimension in the track width direction without being influenced by the dimension of the track width Tw. Then, by adopting a so-called exchange bias system in which a thick second antiferromagnetic layer 35 is formed above both side regions C other than the central portion D that becomes the track width Tw region of the free magnetic layer 32, Magnetization of the region C can be appropriately fixed in the track width direction, the central portion D can be made into a single magnetic domain weak enough to change the magnetization with respect to an external magnetic field, and a magnetic detecting element excellent in sensitivity even when the track width Tw is narrowed Can be manufactured.
[0097]
In particular, in the present invention, since the free magnetic layer 32 can be formed to extend onto the insulating layers 31 formed on both sides of the stacked body 30, not only the size of the track width Tw but also the stacked body. Since the width dimension of the free magnetic layer 32 can be determined without being influenced by the width dimension of 30, the above-described magnetization control of the free magnetic layer 32 can be performed more appropriately.
[0098]
(2) An insulating layer 31 is formed on both sides of the laminated body 30 formed from the first antiferromagnetic layer 23 to the protective layer 29 in the track width direction, and the free magnetic layer extends from the insulating layer to the protective layer 29. 32 is formed.
[0099]
As described above, since the insulating layers 31 are formed on both sides of the stacked body 30 in the track width direction, the current flowing from the electrode layers 20 and 37 can appropriately flow through the free magnetic layer 32 in the stacked body 30. pass.
[0100]
That is, the current always flows from the free magnetic layer 32 to the inside of the laminated body 30 or from the inside of the laminated body 30 to the free magnetic layer 32, so that current shunting hardly occurs.
[0101]
This is because the magnetization control of the free magnetic layer 32 is an exchange bias method using the second antiferromagnetic layer 35. Conventionally, a hard bias method is employed in which the magnetization control of the free magnetic layer 32 is performed using a hard bias layer on both sides of the free magnetic layer 32. However, in this case, the current is easily divided into the hard bias layer, This led to an increase in the so-called Chantros.
[0102]
On the other hand, in the present invention, both sides of the laminated body 30 are filled with the insulating layer 31 and the exchange control is used for the magnetization control of the free magnetic layer 32, so that the current shunting is reduced and the chantle loss is reduced. As a result, the resistance change rate can be improved.
[0103]
(3) The width dimension T1 in the track width direction (X direction in the drawing) of the upper surface 30b of the stacked body 30 is larger than the track width Tw.
[0104]
As shown in FIG. 1, the width dimension T1 of the upper surface 30b (upper surface of the Ru layer 29) of the laminate 30 is regulated by the width dimension of the lower surface of the recess 35a formed in the second antiferromagnetic layer 35. It can be seen that it is larger than the width Tw.
[0105]
The reason why the size relationship can be regulated is that the regulation of the track width and the formation of the laminated body can be performed in separate steps, and in the present invention, the track width of the laminated body 30 is thus made. The width dimension in the direction can be freely set without being influenced by the dimension of the track width Tw. For example, the width T1 of the upper surface 30b in the track width direction is preferably 0.15 μm or more and 0.25 μm or less. The track width Tw only needs to be smaller than the width dimension T1, and is about 0.1 μm, for example, as described above.
[0106]
As described above, since the width dimension in the track width direction of the stacked body 30 can be formed larger than the track width Tw, the cross-sectional area in the direction parallel to the film surface of the stacked body 30 (the direction parallel to the XY plane in the drawing). Can be formed larger than in the prior art.
[0107]
Therefore, in the present invention, the direct current resistance value (DCR) can be reduced by reducing the track width Tw, and the reproduction output can be increased as compared with the conventional case.
[0108]
As described above, according to the present invention, even when the track width Tw is narrowed, a magnetic detection element (tunnel type magnetoresistive effect element) having excellent sensitivity, high reproduction output, and high resistance change rate can be manufactured appropriately and easily. Is possible.
[0109]
Next, the shape of the recess 35a formed in the second antiferromagnetic layer 35 will be described below.
[0110]
In the embodiment shown in FIG. 1, the inner side surfaces 35b and 35b of the recess 35a are formed so as to rise in the vertical direction (Z direction in the drawing) from the lower surface 35c. It may be formed as an inclined surface or a curved surface so that the space between the inner side surfaces 35b gradually increases toward the upper surface.
[0111]
Next, in the embodiment shown in FIG. 1, a part of the second antiferromagnetic layer 35 is left below the recess 35a. As described above, the second antiferromagnetic layer 35 is below the recess 35a. Since the film thickness H1 of the antiferromagnetic layer 35 is very thin, an exchange coupling magnetic field is hardly generated between the antiferromagnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 34.
[0112]
By the way, the recess 35a is formed by scraping the second antiferromagnetic layer 35 by, for example, ion milling. Therefore, the dimension of the film thickness H1 can be appropriately controlled by the amount of cutting by ion milling, and if the amount of cutting increases, all of the second antiferromagnetic layer 35 at the concave portion 35a is removed. Then, the surface of the ferromagnetic layer 34 may be exposed.
[0113]
In this case, in the present invention, for example, as shown by a dotted line, the surface of the ferromagnetic layer 34 is also slightly cut so that the lower surface 35c of the recess 35a is positioned lower than the upper surface 34a of the ferromagnetic layer 34.
[0114]
Further, all of the ferromagnetic layer 34 at the position where the concave portion 35a is formed may be removed and the surface of the nonmagnetic intermediate layer 33 may be exposed from the concave portion 35a.
[0115]
However, it is preferable that the nonmagnetic intermediate layer 33 at the position where the concave portion 35a is formed is completely removed, and the surface of the free magnetic layer 32 is not exposed from the concave portion 35a. The exposure of the free magnetic layer 32 means that all of the nonmagnetic intermediate layer 33 at the position where the recess 35a is formed is removed. At this time, if all of the nonmagnetic intermediate layer 33 is removed, the free magnetic layer Even part of 32 is cut off. Since the central portion D of the free magnetic layer 32 is a portion substantially related to the magnetoresistive effect, the film thickness fluctuation in this portion greatly affects the reproduction characteristics, leading to deterioration of the reproduction characteristics. It becomes easy. Further, when the free magnetic layer 32 is exposed and the portion is contaminated by outside air or the like, the reproduction characteristics are deteriorated.
[0116]
Accordingly, it is necessary to adjust the ion milling time or the like so that the nonmagnetic intermediate layer 33 remains at least on the free magnetic layer 32 so that the surface of the free magnetic layer 32 is not exposed to form the recess 35a.
[0117]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the structure of the magnetic sensing element (tunnel magnetoresistive element) according to the second embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. The layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same layers as those in FIG.
[0118]
In the embodiment shown in FIG. 2, the structure of the laminated body 30, the point that the insulating layers 31 are formed on both sides of the laminated body 30 in the track width direction (the X direction in the drawing), and further from the insulating layer 31 to the top of the laminated body 30. The free magnetic layer 32 is formed, and the nonmagnetic intermediate layer 33 is formed on the free magnetic layer 32 as in FIG.
[0119]
2 differs from FIG. 1 in FIG. 2. In FIG. 2, a recess 41a formed in the second antiferromagnetic layer 41 and the ferromagnetic layer 40 is formed up to the nonmagnetic intermediate layer 33, and the recess 41a extends from the recess 41a. This is that the surface of the magnetic intermediate layer 33 is exposed.
[0120]
As described above, the surface of the nonmagnetic intermediate layer 33 can be exposed from the concave portion 35a even in the case of FIG. 1, but the concave portion 35a shown in FIG. 1 is formed by cutting by ion milling or the like. Therefore, a part of the surface of the nonmagnetic intermediate layer 33 exposed from the recess 35a is also scraped, and the film thickness at that portion tends to be thin.
[0121]
In the case of FIG. 2, the ferromagnetic layer 40 and the second antiferromagnetic layer 41 having the shape shown in FIG. 2 are formed on the nonmagnetic intermediate layer 33 using a resist, thereby forming a gap between the second antiferromagnetic layers 41. The recess 41a is formed, and the recess 41a is not formed by cutting by ion milling. The manufacturing method of FIG. 2 will be described in detail later.
[0122]
Accordingly, in FIG. 2, the surface of the nonmagnetic intermediate layer 33 exposed from the concave portion 41a is flat without being scraped, and the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer 33 under the concave portion 41a is set at other positions. The thickness of the nonmagnetic intermediate layer 33 is substantially the same. The surface of the nonmagnetic intermediate layer 33 is formed as a substantially flattened surface including the portion exposed from the recess 41a.
[0123]
In the embodiment shown in FIG. 2, the inner end face 42 of the ferromagnetic layer 40 and the second antiferromagnetic layer 41 formed on the nonmagnetic intermediate layer 33 moves from the lower surface to the upper surface (Z direction in the drawing). It is formed as an inclined surface or a curved surface in which the interval between the inner end surfaces 42 and 42 gradually increases.
[0124]
In the embodiment shown in FIG. 2, as in FIG. 1, the free magnetic layer 32 is formed from the insulating layer 31 to the stacked body 30, and the width of the free magnetic layer 32 in the track width direction (X direction in the drawing). The dimension is extended longer than the track width Tw.
[0125]
Then, by adopting a so-called exchange bias method in which a thick second antiferromagnetic layer 41 is formed above both side regions C other than the central portion D that becomes the track width Tw region of the free magnetic layer 32, Magnetization of both sides C can be appropriately fixed in the track width direction, and the central portion D can be made single domain weak enough to fluctuate with respect to the external magnetic field, and has excellent sensitivity even when the track width Tw is narrowed. Can be manufactured.
[0126]
In addition, insulating layers 31 are formed on both sides of the stack 30 formed from the first antiferromagnetic layer 23 to the protective layer 29 in the track width direction (X direction in the drawing), and from the insulating layer 31 to the protective layer 29. A free magnetic layer 32 is formed.
[0127]
As described above, since the insulating layers 31 are formed on both sides of the stacked body 30 in the track width direction, the current flowing from the electrode layers 20 and 37 appropriately passes through the stacked body 30.
[0128]
In other words, in the present invention, both sides of the laminate 30 are filled with the insulating layer 31 and the current is free by controlling the magnetization of the free magnetic layer 32 by the exchange bias system using the second antiferromagnetic layer 41. It is possible to reduce the diversion of the magnetic layer 32 other than the path flowing from the laminated body 30 and to improve the rate of change in resistance by reducing the so-called Chantros.
[0129]
In the present invention, the width dimension in the track width direction (X direction in the drawing) of the upper surface 30b of the laminate 30 is larger than the track width Tw.
[0130]
In the present invention, the track width Tw is not regulated by the width dimension of the upper surface of the stacked body 30, but the track width Tw is determined regardless of the width dimension of the upper surface 30 b of the stacked body 30.
[0131]
Therefore, in the present invention, the width dimension in the track width direction of the stacked body 30 can be freely set without being influenced by the dimension of the track width Tw. And since the width dimension in the track width direction of the laminated body 30 can be formed larger than the track width Tw as in the present invention, the direction parallel to the film surface of the laminated body 30 (the direction parallel to the XY plane in the drawing). The cross-sectional area at can be made larger than the conventional one.
[0132]
Therefore, in the present invention, the direct current resistance value (DCR) can be reduced by reducing the track width Tw, and the reproduction output can be increased as compared with the conventional case.
[0133]
As described above, according to the present invention, even when the track width Tw is narrowed, a magnetic detection element (tunnel type magnetoresistive effect element) having excellent sensitivity, high reproduction output, and high resistance change rate can be manufactured appropriately and easily. Is possible.
[0134]
In both of the embodiments shown in FIG. 1 and FIG. 2, both side regions C of the free magnetic layer 32 have a laminated ferrimagnetic structure of a nonmagnetic intermediate layer 33 and a ferromagnetic layer 34. This is an exchange bias method of so-called synthetic ferri coupling in combination with a second antiferromagnetic layer.
[0135]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the structure of the magnetic sensing element (tunnel magnetoresistive element) according to the third embodiment of the present invention as viewed from the side facing the recording medium. The layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same layers as those in FIG.
[0136]
In the embodiment shown in FIG. 3, unlike FIG. 1, the nonmagnetic intermediate layer 33 and the ferromagnetic layer 34 are not formed on the free magnetic layer 32 and between the second antiferromagnetic layers 35.
[0137]
That is, in FIG. 3, the second antiferromagnetic layer 35 is formed directly on the free magnetic layer 32. The free magnetic layer 32 is magnetized in the track width direction (X direction in the drawing) by an exchange coupling magnetic field generated between the second antiferromagnetic layer 35 and the free magnetic layer 32.
[0138]
Here, the width dimension in the track width direction of the lower surface of the concave portion 35a formed in the second antiferromagnetic layer 35 is regulated as the track width Tw, and the second antiferromagnetic layer 35 left under the concave portion 35a. The film thickness H1 is very thin. In this portion, almost no exchange coupling magnetic field is generated between the second antiferromagnetic layer 35 and the free magnetic layer 32, and the magnetization of the central portion D of the free magnetic layer 32 located under the recess 35a is in the track width direction. It is not fixed firmly.
[0139]
On the other hand, in the both side regions C and C located on both sides in the track width direction of the central portion D of the free magnetic layer 32, a large exchange is performed with the thick second antiferromagnetic layer 35 formed thereon. Since a coupling magnetic field is generated, the magnetizations of the two side regions C and C are fixed in the track width direction.
[0140]
The width dimension of the central portion D of the free magnetic layer 32 in the track width direction is substantially the same as the track width Tw determined by the width dimension of the lower surface of the recess 35a. Since the magnetization of C is fixed in the illustrated X direction, the magnetization of the central portion D of the free magnetic layer 32 is aligned in the illustrated X direction.
[0141]
In the embodiment shown in FIG. 3, as in FIG. 1, the free magnetic layer 32 is formed from the insulating layer 31 to the laminated body 30, and the width of the free magnetic layer 32 in the track width direction (X direction in the drawing). The dimension is extended longer than the track width Tw.
[0142]
Then, by adopting a so-called exchange bias system in which the second antiferromagnetic layer 35 is formed on both side regions C other than the central portion D which becomes the track width Tw region of the free magnetic layer 32, the magnetization of the both side regions C is obtained. Can be appropriately fixed in the track width direction, and the central portion D can be weakened to a single domain enough to fluctuate with respect to the external magnetic field, and a magnetic sensing element excellent in sensitivity even when the track width Tw is narrowed can be manufactured. it can.
[0143]
In addition, insulating layers 31 are formed on both sides in the track width direction of the laminate 30 formed from the first antiferromagnetic layer 23 to the protective layer 29, and the free magnetic layer 32 extends from the insulating layer to the protective layer 29. Is formed.
[0144]
As described above, since the insulating layers 31 are formed on both sides of the stacked body 30 in the track width direction, the current flowing from the electrode layers 20 and 37 appropriately passes through the stacked body 30.
[0145]
In other words, in the present invention, both sides of the multilayer body 30 are filled with the insulating layer 31, and the magnetization control of the free magnetic layer 32 is performed by the exchange bias method using the second antiferromagnetic layer 35, so that the current is free. It is possible to reduce the diversion of the magnetic layer 32 other than the path flowing from the laminated body 30 and to improve the rate of change in resistance by reducing the so-called Chantros.
[0146]
In the present invention, the width dimension in the track width direction (X direction in the drawing) of the upper surface 30b of the laminate 30 is larger than the track width Tw.
[0147]
In the present invention, the track width Tw is not regulated by the width dimension of the upper surface of the stacked body 30, but the track width Tw is determined regardless of the width dimension of the upper surface 30 b of the stacked body 30.
[0148]
Therefore, in the present invention, the width dimension in the track width direction of the stacked body 30 can be freely set without being influenced by the dimension of the track width Tw. And since the width dimension in the track width direction of the laminated body 30 can be formed larger than the track width Tw as in the present invention, the direction parallel to the film surface of the laminated body 30 (the direction parallel to the XY plane in the drawing). The cross-sectional area at can be made larger than the conventional one.
[0149]
Therefore, in the present invention, the direct current resistance value (DCR) can be reduced by reducing the track width Tw, and the reproduction output can be increased as compared with the conventional case.
[0150]
As described above, according to the present invention, even when the track width Tw is narrowed, a magnetic detection element (tunnel type magnetoresistive effect element) having excellent sensitivity, high reproduction output, and high resistance change rate can be manufactured appropriately and easily. Is possible.
[0151]
4 to 8 are manufacturing process diagrams of the magnetic sensing element according to the present invention. Each figure is a partial cross-sectional view of the magnetic detection element as viewed from the side facing the recording medium.
[0152]
In the process shown in FIG. 4, the first electrode layer 20, the underlayer 21, the seed layer 22, the first antiferromagnetic layer 23, the pinned magnetic layer 27, the spacer layer 41 including the insulating barrier layer 28 and the protective layer 29 are formed from below. Continuous film formation. Sputtering or vapor deposition is used for the film forming process.
[0153]
In the present invention, the first electrode layer 20 has α-Ta, Au, Cr, Cu (copper), Rh, Ir, Ru, W (tungsten), and the underlayer 21 has Ta, Hf, Nb, Zr, At least one element of Ti, Mo, W, NiFeCr alloy or Cr for the seed layer 22, and the element X (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, etc.) for the first antiferromagnetic layer 23. An antiferromagnetic material containing Mn and one or more elements of Ru and Os, or an X-Mn-X 'alloy (where element X' is 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, Ir, Sn, One or two of Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and rare earth elements It is preferably formed using a an element above).
[0154]
Note that the base layer 21 and the seed layer 22 used in the manufacturing process shown in FIG. 4 may or may not be provided.
[0155]
Next, the pinned magnetic layer 27 has a structure called a laminated ferrimagnetic structure, and has a three-layer structure in which a nonmagnetic intermediate layer 25 is interposed between the magnetic layers 24 and 26. In the present invention, the magnetic layers 24 and 26 are preferably formed of a magnetic material such as a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, Co, or a NiFe alloy. The nonmagnetic intermediate layer 25 is preferably formed of a nonmagnetic conductive material such as Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu.
[0156]
In order to obtain an appropriate laminated ferrimagnetic structure, the magnetic moment per unit area (saturation magnetization Ms × film thickness t) needs to be different between the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26. For example, when the same material is used for the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26, the magnetic layer 24 and the magnetic layer 26 are formed with different film thicknesses.
[0157]
After the first antiferromagnetic layer 23 and the pinned magnetic layer 27 are formed, heat treatment is performed to generate an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer 23 and the pinned magnetic layer 27, and the pinned magnetic layer. 27 is magnetized in the height direction. The magnetizations of the magnetic layers 24 and 26 constituting the pinned magnetic layer 27 are antiparallel to each other. Further, when this heat treatment is performed is arbitrary. For example, the heat treatment may be performed after the protective layer 29 is formed, or may be performed at the stage where the fixed magnetic layer is formed.
[0158]
In the present invention, the insulating barrier layer 28 is preferably formed of an insulating material made of Al-O, Si-O, or Al-Si-O. Stoichiometrically, Al ₂ O _Three And SiO ₂ The insulating barrier layer 28 is formed of an insulating material such as.
[0159]
For example, in order to form the insulating barrier layer 28 with Al—O, it is preferable to form a layer made of Al on the pinned magnetic layer 27 and then oxidize the Al layer. For the oxidation, natural oxidation, plasma oxidation, radical oxidation, ion oxidation (IAO), a CVD method, or the like can be selected.
[0160]
In the present invention, a protective layer 29 is provided on the insulating barrier layer 28. The protective layer is preferably made of at least one of Ru, Ir, Rh, Os, Re, Pt, and Pd. By providing the protective layer 29, even when the magnetic detection element having the film configuration shown in FIG. 4 is moved into another apparatus, even if the magnetic detection element is exposed to the atmosphere, the insulation barrier layer 28 is damaged by the atmospheric exposure. Can be suppressed.
[0161]
If the Ru layer 29 is not present, the insulating barrier layer 28 is contaminated by exposure to the atmosphere, resulting in a decrease in barrier characteristics. In addition, the insulating barrier layer 28, the pinned magnetic layer 27, and the like are easily oxidized, leading to deterioration of reproduction characteristics.
[0162]
Therefore, by providing the protective layer 29 made of Ru or the like on the insulating barrier layer 28, it is possible to prevent the barrier characteristics of the insulating barrier layer 28 from being deteriorated.
[0163]
When the magnetic detection element shown in FIG. 4 is not exposed to the atmosphere, it is not necessary to provide the protective layer 29, and the uppermost layer shown in FIG.
[0164]
In FIG. 4, the insulating barrier layer 28 and the protective layer 29 are shown as a clear two-layer structure. However, the insulating barrier layer 28 and the protective layer 29 are thermally diffused by heat treatment or the like in a later process. In such a case, the interface between the insulating barrier layer 28 and the protective layer 29 is considered to be unclear. However, in the spacer layer 41 by composition analysis, Al ₂ O _Three If an insulating material such as Ru and the like are mixed, it can be estimated that the film was formed as a two-layer structure at the beginning of film formation as shown in FIG.
[0165]
Next, in a step shown in FIG. 5, a lift-off resist layer 45 (see FIG. 5) is formed on the protective layer 29 shown in FIG.
[0166]
Then, both side regions in the track width direction (X direction in the drawing) of the stacked body 30 from the antiferromagnetic layer 23 to the protective layer 29 that are not covered with the resist layer 45 are removed by ion milling or the like. In FIG. 5, the removed portion is indicated by a dotted line.
[0167]
Further, in the step shown in FIG. 5, both end surfaces 30a in the track width direction (X direction in the drawing) of the stacked body 30 left under the resist layer 45 are formed from below to above (from the first antiferromagnetic layer 23 side to the protective layer). 29 side), the laminated body 30 is formed as an inclined surface or a curved surface in which the width dimension in the track width direction gradually decreases.
[0168]
Although the size of the resist layer 45, the resist 30 is set so that the width dimension T1 in the track width direction of the upper surface 30b of the stacked body 30 remaining under the resist layer 45 is 0.15 μm or more and about 0.25 μm. The size of the layer 45 is adjusted.
[0169]
In FIG. 5, the lower regions 23 a and 23 a of the first antiferromagnetic layer 23 of the multilayer body 30 are formed so as to extend further in the X direction in the drawing than the both end surfaces 30 a. The region 23a may be completely removed, and the first antiferromagnetic layer 23 may be formed in a substantially trapezoidal shape. In such a case, the layer surface of any one of the seed layer 22, the base layer 21, and the first electrode layer 20 is exposed from both sides of the removed stacked body 30 in the track width direction.
[0170]
Next, in the process shown in FIG. 6, insulating layers 31 are formed in both side regions in the track width direction of the stacked body 30 shown in FIG. 5 (see FIG. 6). Sputtering or vapor deposition is used for the film formation.
[0171]
In the present invention, the insulating layer 31 is made of Al. ₂ O _Three And SiO ₂ It is preferable to form with an insulating material.
[0172]
Further, the insulating layer 31 is formed so that the upper surface of the insulating layer 31 shown in FIG. 6 is positioned at the same level as the upper surface of the stacked body 30, and at this time, a part of both side end surfaces 30a of the stacked body 30 is exposed. Do not. This is because if a part of both side end faces 30a of the laminate 30 is exposed, it may cause a loss of diversion.
[0173]
In order to completely fill the both end surfaces 30a of the laminate 30 with the insulating layer 31, the inner tip 31b of the insulating layer 31 is notched on the lower surface of the resist layer 45 for lift-off as shown in FIG. The inner end portion 31 a is formed so as to be on the upper surface of the stacked body 30.
[0174]
In order to allow the inner end portion 31b of the insulating layer 31 to enter under the notch 45a formed in the resist layer 45 in this way, the sputtering angle is set below the first electrode layer 20 when the insulating layer 31 is formed by sputtering. Sputter deposition is performed with a slight inclination with respect to a substrate (not shown) from a vertical direction (Z direction shown).
[0175]
In addition, when the insulating layer 31 is formed, the insulating material 31 a constituting the insulating layer 31 adheres to the periphery of the resist layer 35. Then, the lift-off resist layer 45 is removed.
[0176]
Next, in the step shown in FIG. 7, the free magnetic layer 32, the nonmagnetic intermediate layer 33, the ferromagnetic layer 34, the second antiferromagnetic layer 35 and the protective layer 36 are continuously formed on the insulating layer 31 to the stacked body 30. Form a film.
[0177]
In the present invention, the free magnetic layer 32 is made of a magnetic material such as CoFeNi alloy, CoFe alloy, Co, or NiFe alloy, and the nonmagnetic intermediate layer 33 is made of a nonmagnetic conductive material such as Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu. The ferromagnetic layer 34 is made of a magnetic material such as a NiFe alloy, a CoFe alloy, a CoFeNi alloy, or Co, and the second antiferromagnetic layer 35 is made of an element X (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, Antiferromagnetic material or X—Mn—X ′ alloy containing one or more elements of Ru and Os and Mn (where element X ′ is 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, Ir, Sn, Hf , Ta, W, Re, Au, Pb, and One kind of earth element or two or more elements) or the like, the protective layer 36 is preferably formed like in Ta.
[0178]
Next, heat treatment is performed to generate an exchange coupling magnetic field between the second antiferromagnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 34, and the ferromagnetic layer 34 is magnetized in the track width direction (X direction in the drawing). Note that when this heat treatment is performed is arbitrary. For example, the heat treatment may be performed after forming the recesses in the step of FIG. 8 described later.
[0179]
In the embodiment shown in FIG. 7, the ferromagnetic layer 34, the nonmagnetic intermediate layer 33, and the free magnetic layer 32 form a laminated ferrimagnetic structure. The magnetization of the ferromagnetic layer 34 and the free magnetic layer 32 can be made antiparallel to each other by a coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between them.
[0180]
As shown in the embodiment of FIG. 3, when the second antiferromagnetic layer 35 is provided directly on the free magnetic layer 32, the free magnetic layer 32 is formed after forming the free magnetic layer 32 shown in FIG. A second antiferromagnetic layer 35 is formed thereon.
[0181]
Next, as shown in FIG. 7, a mask layer 46 having a hole 46a formed on the protective layer 36 is formed. In the present invention, the mask layer 46 is preferably formed of an inorganic material.
[0182]
Among inorganic materials, an inorganic insulating material is more preferable. Al as an inorganic insulating material ₂ O _Three , SiO ₂ A material such as Al—Si—O can be presented.
[0183]
The reason why an inorganic insulating material is used for the mask layer 46 is that the mask layer 46 can be formed thin, and even if the film thickness is thin, the milling rate with respect to ion milling is small compared to, for example, a metal material, etc. It is because it is excellent in durability. A resist or the like may be used as the mask layer 46. However, in the case of a resist, since the film thickness of the mask layer 46 becomes very thick, holes 46a with minute intervals are formed in the mask layer 46 by exposure and development. It becomes difficult. Further, sagging or the like occurs on both side end surfaces in the hole 46a of the mask layer 46, and it is difficult to form the hole 46a in a predetermined shape.
[0184]
Since the interval between the hole portions 46a formed in the mask layer 46 is an interval for regulating the track width Tw in the next step, the hole portion 46a is appropriately formed with a predetermined size and a predetermined shape. Must have been.
[0185]
However, the inorganic material used as the mask layer 46 must be a hard material having a slower etching rate than the protective layer 36 and the second antiferromagnetic layer 35. Otherwise, it is impossible to form a recess having an appropriate depth in the second antiferromagnetic layer 35 in the next step. As the inorganic material, Ta, Mo, W, Ti, Si, Zr, Hf, Nb, Al—O, Si—O, Al—Si—O or the like is preferably selected.
[0186]
As described above, the hole 46a is formed in the central portion of the mask layer 46. For example, the hole 46a has a resist layer (not shown) standing on the central portion of the protective layer 36. After filling both sides with the mask layer 46, the resist layer is removed to form the hole 46 a in the mask layer 46. Alternatively, after the mask layer 46 is formed on the entire protective layer 36, a resist layer (not shown) is formed on the mask layer 46, and a hole is formed in the central portion of the resist layer by exposure and development. Then, the method of forming the hole 46a in the mask layer 46 by shaving the mask layer 46 exposed from the hole can be considered.
[0187]
In the present invention, the width dimension T2 in the track width direction of the hole 46a formed in the mask layer 46 is formed smaller than the width dimension T1 of the upper surface of the laminate 30. For example, it is preferable that the width dimension T2 of the hole 46a formed in the mask layer 46 is about 0.1 μm.
[0188]
Next, in the step shown in FIG. 8, the protective layer 36 and the second antiferromagnetic layer 35 exposed from between the holes 46a formed in the mask layer 46 in the step of FIG. 7 are dug by ion milling or the like (see FIG. 8). See
[0189]
As shown in FIG. 8, the second antiferromagnetic layer 35 is dug halfway by the ion milling. The second antiferromagnetic layer 35 is partially left under the recess 35a formed thereby, but the film thickness of the remaining second antiferromagnetic layer 35 is very thin. Therefore, the exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 34 under the recess 35a becomes very small, and the central portion A of the ferromagnetic layer 34 and the free magnetic layer 32 located under the recess 35a. The magnetization of the central portion D is weak enough to fluctuate with respect to the external magnetic field and is in a single domain state.
[0190]
In addition, to what layer the concave portion 35a is dug and formed, as shown in FIG. 8, the second antiferromagnetic layer 35 is partially left under the concave portion 35a, or from the concave portion 35a. The concave portion 35a is formed by digging into the second antiferromagnetic layer 35 and the ferromagnetic layer 34 so that the surface of the ferromagnetic layer 34 or the surface of the nonmagnetic intermediate layer 33 is exposed.
[0191]
In any case, the width dimension in the track width direction (X direction in the drawing) of the lower surface 35c of the concave portion 35a is regulated as the track width Tw. It is possible to form smaller than the dimension.
[0192]
After the ion milling for forming the recess 35a shown in FIG. 8, the mask layer 46 is removed, and the second electrode layer is formed in the recess 35a formed in the second antiferromagnetic layer 35 from above the protective layer 36. When 37 (see FIG. 1) is formed, the structure of the magnetic detection element shown in FIG. 1 is completed. Note that the mask layer 46 has a very thin film thickness, and therefore does not interfere with the formation of the second electrode layer 37 even if it is not removed. For example, the mask layer 46 is made of a metal material. In this case, the mask layer 46 can be used as a part of the electrode layer. Therefore, after forming the recess 35a in the second antiferromagnetic layer 35, the surface of the mask layer 46 is cleaned to remove the mask layer 46. The second electrode layer 37 may be formed without removing it.
[0193]
9 and 10 are process diagrams showing a method of manufacturing the magnetic sensing element shown in FIG. Each figure is a partial cross-sectional view as viewed from the side facing the recording medium.
[0194]
First, the same steps as in FIGS. 4 to 6 are performed before the step of FIG.
In the step shown in FIG. 9, the free magnetic layer 32 and the nonmagnetic intermediate layer 33 are stacked from the insulating layer 31 formed on both sides of the stacked body 30 in the track width direction (X direction in the drawing) to the stacked body 30.
[0195]
Thereafter, a lift-off resist layer 47 is formed on the nonmagnetic intermediate layer 33. The width dimension T3 in the track width direction on the lower surface of the lift-off resist layer 47 is a width dimension for regulating the track width Tw, and the width dimension T3 is greater than the width dimension in the track width direction on the upper surface of the laminate 30. Are also formed with small dimensions.
[0196]
Next, in the step shown in FIG. 10, the ferromagnetic layer 40 and the second antiferromagnetic layer 41 are continuously formed on the nonmagnetic intermediate layer 33 exposed on both sides of the resist layer 47 in the track width direction (X direction in the drawing). To do. A sputtering method or a vapor deposition method is used for the film formation.
[0197]
When the ferromagnetic layer 40 and the second antiferromagnetic layer 41 are formed, the ferromagnetic layer 40 and the second antiferromagnetic layer 41 are formed in the notch 47a formed on the lower surface of the resist layer 47 as much as possible. In order to allow the inner tip portion to enter, sputtering is performed with the sputtering angle inclined obliquely from the direction perpendicular to the substrate (not shown) (Z direction shown). As a result, the inner tips of the ferromagnetic layer 40 and the second antiferromagnetic layer 41 enter the notch 47a of the resist layer 47, and the distance between the ferromagnetic layers 40 in the track width direction (X direction in the drawing). Is substantially equal to the width dimension T3 of the lower surface of the resist layer 47 shown in FIG. In FIG. 10, the track width Tw is regulated by the width dimension of the nonmagnetic intermediate layer exposed between the ferromagnetic layers 40.
[0198]
After forming the ferromagnetic layer 40 and the second antiferromagnetic layer 41, the resist layer 47 is removed to complete the magnetic sensing element shown in FIG.
[0199]
In the method for manufacturing a magnetic sensing element according to the present invention described above, the second antiferromagnetic layers 35 and 41 are formed on the free magnetic layer 32, and the ferromagnetic layers 34 and 40 are generated by an exchange coupling magnetic field generated therebetween. The free magnetic layer 32 can be magnetized in the track width direction by a coupling magnetic field in the RKKY interaction.
[0200]
Therefore, the free magnetic layer 32 can be formed so as to extend longer in the track width direction as compared with the conventional case where it is magnetized by the hard bias method, and the free magnetic layer 32 can be appropriately made into a single magnetic domain. .
[0201]
Further, an insulating layer is appropriately formed on both sides in the track width direction of the laminate 30 formed of the first antiferromagnetic layer 23, the pinned magnetic layer 27, the insulating barrier layer 28, and the protective layer 29, which is formed under the free magnetic layer 32. Thus, it is possible to manufacture a magnetic sensing element that can be filled with 31 and that can hardly improve the resistance change rate because it does not easily cause chantroth.
[0202]
In addition, the track width Tw can be regulated by the distance in the track width direction of the lower surface of the recesses 35a and 41a formed in the second antiferromagnetic layers 35 and 41. Can be formed large without being influenced by the track width Tw. Therefore, it is possible to appropriately increase the direct current resistance (DCR) of the laminated body, and to easily form a magnetic detecting element capable of increasing the reproduction output as compared with the conventional one.
[0203]
Therefore, according to the method for manufacturing a magnetic detection element of the present invention, it is possible to easily manufacture a magnetic detection element capable of appropriately improving the reproduction characteristics such as reproduction output and resistance change rate even when the recording density is increased.
[0204]
Further, in the present invention, when the insulating barrier layer 28 formed of Al-O or the like is exposed to the atmosphere, the barrier characteristics are impaired due to damage due to contamination and the like, and the reproduction characteristics such as the resistance change rate are lowered. It becomes easy.
[0205]
Therefore, in the present invention, after the layer made of Al—O or the like is formed, a protective layer 29 such as Ru is continuously formed thereon, thereby exposing the Al—O layer or the like to the atmosphere. Therefore, the barrier characteristics of the insulating barrier layer 28 can be appropriately maintained.
[0206]
Further, in the manufacturing process shown in FIGS. 9 and 10, unlike the manufacturing process shown in FIGS. 4 to 8, there is no need for a digging process by ion milling or the like for forming the recess 35a. Easy to manufacture magnetic sensing element.
[0207]
The tunnel magnetoresistive element according to the present invention described in detail above can be used as a reproducing head mounted in a hard disk device, and can also be used as a memory such as an MRAM.
[0208]
The reproducing head using the tunnel magnetoresistive element may be either a sliding type or a floating type.
[0209]
【The invention's effect】
According to the present invention described in detail above, the free magnetic layer is formed on the stacked body from the insulating layer formed on both sides of the stacked body including the antiferromagnetic layer, the fixed magnetic layer, and the spacer layer including the insulating barrier layer. The width dimension of the free magnetic layer in the track width direction is longer than the track width Tw. Further, a second antiferromagnetic layer is formed on the free magnetic layer, and the free magnetic layer is magnetized by an exchange bias method.
[0210]
As a result, the free magnetic layer can be appropriately formed into a single magnetic domain structure, and a magnetic detecting element excellent in sensitivity can be manufactured even when the track width Tw is reduced.
[0211]
Further, the both sides of the laminate are filled with an insulating layer, and the exchange control method using the second antiferromagnetic layer is used for the magnetization control of the free magnetic layer, whereby a current flows from the free magnetic layer to the laminate. It is possible to improve the rate of resistance change by reducing so-called chantroth.
[0212]
In the present invention, it is possible to freely set the width dimension in the track width direction of the multilayer body without being influenced by the dimension of the track width Tw. In the present invention, the width in the track width direction of the multilayer body is possible. The dimension can be formed larger than the track width Tw. As a result, the cross-sectional area in the direction parallel to the film surface of the laminate can be formed larger than in the past.
[0213]
Therefore, in the present invention, the DC resistance value can be reduced even by reducing the track width Tw, and the reproduction output can be increased as compared with the conventional case.
[0214]
As described above, according to the present invention, even when the track width Tw is narrowed, a magnetic detection element (tunnel type magnetoresistive effect element) having excellent sensitivity, high reproduction output, and high resistance change rate can be manufactured appropriately and easily. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a magnetic sensing element (tunnel magnetoresistive element) according to a first embodiment of the present invention as viewed from a surface facing a recording medium;
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a magnetic sensing element (tunnel magnetoresistive element) according to a second embodiment of the present invention as viewed from the side facing a recording medium;
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a magnetic sensing element (tunnel magnetoresistive element) according to a third embodiment of the present invention as viewed from the side facing a recording medium;
FIG. 4 is a process diagram showing a manufacturing process of the magnetic sensing element having the structure shown in FIG. 1 according to the present invention;
FIG. 5 is a process diagram performed next to FIG.
FIG. 6 is a process diagram performed following FIG.
FIG. 7 is a process diagram performed next to FIG.
FIG. 8 is a process chart following FIG.
FIG. 9 is a process diagram showing a manufacturing process of the magnetic sensing element having the structure shown in FIG. 2 according to the present invention;
FIG. 10 is a process diagram performed subsequent to FIG.
FIG. 11 is a partial schematic view of the structure of a conventional magnetic sensing element (tunnel type magnetoresistive effect element) as seen from the side facing the recording medium;
12 is a partially enlarged view of a part of FIG.
[Explanation of symbols]
20 First electrode layer
23 First antiferromagnetic layer
27 Fixed magnetic layer
28 Insulating barrier layer
29 Protective layer
30 Laminate
31 Insulating layer
32 Free magnetic layer
33 Nonmagnetic intermediate layer
34, 40 Ferromagnetic layer
35, 41 Second antiferromagnetic layer
37 Second electrode layer
45, 47 Resist layer
46 Mask layer

Claims

A first antiferromagnetic layer, and a pinned magnetic layer formed on an upper surface of the first antiferromagnetic layer, the magnetization of which is made a predetermined direction by an exchange coupling magnetic field generated between the first antiferromagnetic layer, A laminated body having a spacer layer including at least an insulating barrier layer formed on the upper surface of the pinned magnetic layer;
An insulating layer formed on both sides of the stack in the track width direction;
A free magnetic layer formed from an upper surface of the spacer layer to an upper surface of the insulating layer and having a magnetization aligned in a direction intersecting the pinned magnetic layer; and a second antiferromagnetic layer formed above the free magnetic layer And comprising
In the second antiferromagnetic layer at a position facing the laminate in the film thickness direction, a recess is formed from the upper surface of the second antiferromagnetic layer toward the laminate,
The width dimension in the track width direction of the lower surface of the recess is formed smaller than the width dimension in the track width direction of the upper surface of the laminate,
An electrode layer is formed on the lower side of the multilayer body and on the upper side of the second antiferromagnetic layer.

The magnetic sensing element according to claim 1, wherein the insulating barrier layer is formed of Al—O, Si—O, or Al—Si—O.

3. The magnetic layer according to claim 1, wherein the spacer layer has a configuration in which a protective layer made of at least one of Ru, Ir, Rh, Os, Re, Pt, and Pd is stacked on the insulating barrier layer. Detection element.

The nonmagnetic intermediate layer and the ferromagnetic layer are formed in this order on the free magnetic layer, and the second antiferromagnetic layer is further formed on the ferromagnetic layer. Magnetic detection element.

The magnetic detection element according to claim 4, wherein the recess is formed to reach the surface of the ferromagnetic layer, and the surface of the ferromagnetic layer is exposed from the recess.

The magnetic detection element according to claim 4, wherein the recess is formed to reach the surface of the nonmagnetic intermediate layer, and the surface of the nonmagnetic intermediate layer is exposed from the recess.

The manufacturing method of the magnetic detection element characterized by having the following processes.
(A) forming a stacked body in which a first antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, and an insulating barrier layer are stacked in this order on the first electrode layer;
(B) forming a lift-off resist layer on the upper surface of the laminate, and removing both end faces in the track width direction of the laminate that are not covered with the resist layer;
(C) forming an insulating layer on both sides in the track width direction of the laminate, and removing the resist layer;
(D) forming a free magnetic layer from the insulating layer to the insulating barrier layer, and further laminating a second antiferromagnetic layer on the free magnetic layer;
(F) On the second antiferromagnetic layer, after forming a mask layer having a hole at a position facing the laminate in the film thickness direction, the second antiferromagnetic layer exposed from the hole is formed. Forming a recess in the second antiferromagnetic layer, and forming a width dimension in the track width direction of the lower surface of the recess smaller than a width dimension in the track width direction of the upper surface of the stacked body;
(G) forming a second electrode layer on the second antiferromagnetic layer;

The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 7, wherein in the step (a), the insulating barrier layer is formed of an insulating material made of Al—O, Si—O, or Al—Si—O.

In step (a), a layer made of Al, Si, or Al—Si is formed on the pinned magnetic layer on the pinned magnetic layer, and then the layer is oxidized to produce Al—O, Si—O, or Al. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 8, wherein an insulating barrier layer made of —Si—O is formed.

In the step (a), a protective layer made of at least one of Ru, Ir, Rh, Os, Re, Pt, and Pd is formed on the insulating barrier layer, and the insulating barrier layer and the protective layer The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 7, wherein the spacer layer is composed of two layers.

11. The step (d) includes forming a second antiferromagnetic layer on the ferromagnetic layer after laminating a nonmagnetic intermediate layer and a ferromagnetic layer in this order on the free magnetic layer. The manufacturing method of the magnetic detection element in any one of.

The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 11, wherein in the step (f), the second antiferromagnetic layer is dug until the surface of the ferromagnetic layer is exposed.

The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 7, wherein in the step (f), the second antiferromagnetic layer is dug halfway through the second antiferromagnetic layer.

The method for manufacturing a magnetic detection element according to claim 7, wherein the mask layer in the step (f) is formed of an inorganic material.

The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 7, comprising the following steps instead of the steps (d) to (g).
(H) forming a free magnetic layer on the insulating barrier layer from the insulating layer, and then forming a nonmagnetic intermediate layer on the free magnetic layer;
(I) A lift-off resist layer is formed on the nonmagnetic intermediate layer at a position facing the laminate in the film thickness direction, and both sides of the nonmagnetic intermediate layer not covered by the resist layer in the track width direction A ferromagnetic layer and a second antiferromagnetic layer are laminated to each other. At this time, the width dimension in the track width direction of the surface of the nonmagnetic intermediate layer exposed from the second antiferromagnetic layer is defined as the track width of the upper surface of the laminate. Forming smaller than the width dimension in the direction;
(J) A step of removing the resist layer.