(57)【要約】【課題】煩雑な工程を追加することなく高精度かつ低コストで製造でき、所望の特性を容易に得ることができる磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】  磁化方向が固定されたピンド層４３と、非磁性のスペーサ層４４と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層４５とが、スペーサ層４４がピンド層４３とフリー層４５との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子４が、積層方向に直交する方向から見てスペーサ層４４にてくびれた形状を有している。フリー層４５の最も幅の広い部分は、スペーサ層４４の最も幅の狭い部分の１．３３倍以上の幅を有しており、１．７７倍以上の面積を有している。フリー層の最も幅の広い部分の幅は６０ｎｍ以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とが、前記スペーサ層が前記ピンド層と前記フリー層との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子において、
前記磁気抵抗効果素子は、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て前記スペーサ層の少なくとも一部にてくびれた形状を有している
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記スペーサ層が前記ピンド層および前記フリー層に対してくびれている、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記スペーサ層が、前記した方向から見て最も幅の狭い部分を中心としてくびれた形状に形成されている、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とが、前記スペーサ層が前記ピンド層と前記フリー層との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子において、
前記ピンド層および前記フリー層はいずれも、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て幅が変化しており、前記スペーサ層との界面の幅が最も狭い
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記スペーサ層は、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て最も幅の狭い部分が、前記ピンド層および前記フリー層の各々の、前記した方向から見て最も幅の狭い部分よりも狭い幅を有している、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記フリー層の、前記した方向から見て最も幅の広い部分が、前記スペーサ層の前記最も幅の狭い部分の１．３３倍以上の幅を有している、請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記フリー層の、前記した方向から見て最も幅の広い部分の幅が６０ｎｍ以下である、請求項５または６に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記スペーサ層は、積層方向から見て最も面積の小さい部分が、前記ピンド層および前記フリー層の各々の、前記積層方向から見て最も面積の小さい部分よりも小さい面積を有している、請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記フリー層の、前記積層方向から見て最も面積の大きい部分は、前記スペーサ層の前記最も面積の小さい部分の１．７７倍以上の面積を有している、請求項８に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記フリー層の、前記積層方向から見て最も面積の大きい部分の面積をＡ１とし、前記スペーサ層の前記最も面積の小さい部分の面積をＡ２とすると、面積Ａ１と面積Ａ２が、
Ａ１／Ａ２≧印加電圧／（７×１０7[A/cm2]×面積抵抗）
の関係を満たしている、請求項８に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記スペーサ層は孔部が設けられていない連続膜である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド。
【請求項１３】
請求項１２に記載の薄膜磁気ヘッドを有する基体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の基体の製造に用いられる、少なくとも１つの前記薄膜磁気ヘッドが設けられたウェハ。
【請求項１５】
請求項１３に記載の基体を含み、記録媒体に対向して配置されるスライダと、
前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
を有するヘッドジンバルアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１３に記載の基体を含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向して配置されるスライダと、
前記スライダを支持するとともに、前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
を有するハードディスク装置。
【請求項１７】
磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とが、前記スペーサ層が前記ピンド層と前記フリー層との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記ピンド層、前記スペーサ層、および前記フリー層からなる積層体を形成する工程と、
前記積層体の側面をミリングする第１のミリング工程と、
前記側面を、前記第１のミリング工程とは異なるミリング角度で再度ミリングして、前記スペーサ層の少なくとも一部にてくびれた形状に形成する第２のミリング工程と
を含むことを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２のミリング工程で、前記スペーサ層を前記ピンド層および前記フリー層に対してくびれさせる、請求項１７に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２のミリング工程で、前記スペーサ層を、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て最も幅の狭い部分を中心としてくびれた形状に形成する、請求項１７または１８に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２０】
磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とが、前記スペーサ層が前記ピンド層と前記フリー層との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記ピンド層、前記スペーサ層、および前記フリー層からなる積層体を形成する工程と、
前記積層体の側面をミリングする第１のミリング工程と、
前記側面を、前記第１のミリング工程とは異なるミリング角度で再度ミリングして、前記ピンド層および前記フリー層がいずれも、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て幅が変化し、前記スペーサ層との界面の幅が最も狭くなるように形成する第２のミリング工程と
を含むことを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１のミリング工程では積層方向に対して０度から１５度の角度で前記側面にミリングを行い、前記第２のミリング工程では前記積層方向に対して６０度以上の角度で前記側面にミリングを行う、請求項１７から２０のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第２のミリング工程で、前記スペーサ層の、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て最も幅の狭い部分が、前記ピンド層および前記フリー層の各々の、前記した方向から見て最も幅の狭い部分よりも狭い幅になるようにする、請求項１７から２１のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第２のミリング工程で、前記フリー層の、前記した方向から見て最も幅の広い部分が、前記スペーサ層の前記最も幅の狭い部分の１．３３倍以上の幅になるようにする、請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１のミリング工程および前記第２のミリング工程で、前記フリー層の、前記した方向から見て最も幅の広い部分の幅が６０ｎｍ以下になるようにする、請求項２２または２３に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第２のミリング工程で、前記スペーサ層の、積層方向から見て最も面積の小さい部分が、前記ピンド層および前記フリー層の各々の、前記積層方向から見て最も面積の小さい部分よりも面積が小さくなるようにする、請求項１７から２４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２６】
前記第２のミリング工程で、前記フリー層の、前記積層方向から見て最も面積の大きい部分が、前記スペーサ層の前記最も面積の小さい部分の１．７７倍以上の面積になるようにする、請求項２５に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２７】
前記第２のミリング工程で、
前記フリー層の、前記積層方向から見て最も面積の大きい部分の面積をＡ１とし、前記スペーサ層の前記最も面積の小さい部分の面積をＡ２としたときに、面積Ａ１と面積Ａ２が、
Ａ１／Ａ２≧１／（７×１０7[A/cm2]）×（印加電圧／面積抵抗）
の関係を満たすようにする、請求項２５に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２８】
前記スペーサ層を、孔部が設けられていない連続膜として形成する、請求項１７から２７のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスク装置に好適に用いられる磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッド等と、磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置には、磁気信号読み出し用の磁気抵抗効果素子（ＭＲ（Magneto-resistance）素子）を有する薄膜磁気ヘッドが用いられている。近年、ハードディスク装置の高記録密度化が進んできており、それに伴い、薄膜磁気ヘッドにおいても磁気抵抗効果素子に対する高感度化および高出力化の要求が特に高まっている。
【０００３】
従来、薄膜磁気ヘッドの再生素子として、強磁性層と強磁性層との中間に非磁性層を有し、膜面に対して平行にセンス電流を流す巨大磁気抵抗効果素子であるＣＩＰ−ＧＭＲ（Current in Plane - Giant Magneto-resistance）素子が開発されてきた。一方、さらなる高密度化に対応するため、中間に非磁性層ではなく絶縁層を有し、膜面に垂直にセンス電流を流すＴＭＲ（Tunnel Magneto-resistance）素子を用いた磁気ヘッドの開発も進められている。さらに、中間に非磁性層を有するＧＭＲ素子において、ＴＭＲ素子と同様に膜面に垂直にセンス電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ素子を用いた磁気ヘッドの開発も進められている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子と比較して低抵抗であり、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子と比較して狭いトラック幅において高出力が得られるという利点を有している。
【０００４】
従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の構造を図１０に示す。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子１０４は、それぞれ電極膜を兼ねる下部シールド層１１３と上部シールド層１１５に挟まれた構成であり、スピンバルブ膜（ＳＶ膜）とも呼ばれる。このＣＰＰ−ＧＭＲ素子１０４は所望のサイズの柱状の形状であり、磁化方向が固定された強磁性層であるピンド層１４３と、磁化方向が外部磁界に応じて変化する強磁性層であるフリー層１４５で、非磁性のスペーサ層１４４を挟んだ構造である。ピンド層１４５は、反強磁性層１４２上に設けられることによって磁化方向が固定されている。最近では、ピンド層１４５を、強磁性体の単層構造ではなく、強磁性層（インナー層１４３ｃ）／非磁性金属層（非磁性中間層１４３ｂ）／強磁性層（アウター層１４３ａ）の３層構造（シンセティックピンド層）とすることで、２つの強磁性層１４３ａ，１４３ｃの間に強い交換結合を与えて、反強磁性層１４２からの交換結合力を実効的に増大させるＣＰＰ−ＧＭＲ素子１０４が開発されている。なお、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子１０４の周囲には、Ａｌ2Ｏ3などの絶縁膜１４７を介して、ＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔからなる硬質磁性膜（ハードバイアス膜）１４８が設けられている。このハードバイアス膜１４８は、トラック幅方向においてＣＰＰ−ＧＭＲ素子１０４の側方に位置する、フリー層１４５の磁区制御膜である。なお、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子１０４の上下端部にはキャップ層１４６とバッファー層１４１がそれぞれ設けられており、上部シールド層１１５と下部シールド層１１３に挟まれた構成になっている。
【０００５】
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子が低抵抗であるという特性は、周波数特性の観点から非常に有利である反面、抵抗変化が小さいという欠点にもなる。一般に、抵抗の絶対値が小さいと、抵抗値の変化量も小さくなるからである。抵抗値の変化量が小さいと、薄膜磁気ヘッドの再生素子として用いる上で感度が悪い磁気抵抗効果素子となる。
【０００６】
そこで、電流狭窄によって抵抗値を高めるＣＣＰ（Confined Current Path）という技術を利用したＣＰＰ−ＧＭＲ素子が知られている。
【０００７】
特許文献１に記載の構成では、ピンド層、スペーサ層、およびフリー層の少なくともいずれかに抵抗調整層が設けられている。例えば、各層中に、ピンホールを有する半金属またはゼロギャップ半導体からなる抵抗調整層が挿入されている。この構成では、抵抗調整層が、膜面に垂直な方向の電流を遮断し、この抵抗調整層の内部に設けられたピンホールを介してのみ電流が流れる構成である。また、特許文献２に記載の構成では、スペーサ層の境界面に沿って磁性金属および絶縁性物質が分布している。磁性金属および絶縁性物質が、膜面に垂直な方向の電流を遮断し、磁性金属および絶縁性物質が存在しない隙間の部分を介してのみ電流が流れる構成である。このように、特許文献１，２の構成では、スペーサ層の内部の一部分（ピンホールまたは隙間の部分）のみを通って、膜面に垂直な方向に電流が流れる。すなわち、このスペーサ層は電流の通り道を狭める電流狭窄の作用を有し、その結果、抵抗値が大きくなる。
【０００８】
また、特許文献３に記載の構成では、スペーサ層の一部にＡｒイオンビームが照射され、その後に酸化処理されている。その結果、Ａｒイオンビームが前もって照射された領域が、膜面に垂直な方向に電流を通過させる電流制御領域になり、Ａｒイオンビームが前もって照射されていない領域が、膜面に垂直な方向の電流を遮断する絶縁体領域になる。特許文献４に記載の構成では、ピンド層、スペーサ層、およびフリー層の積層状態において、側方から部分的に酸化処理が行われている。その結果、各層の両側部に、膜面に垂直な方向の電流を遮断する酸化領域が存在し、各層の中央部に、膜面に垂直な方向に電流を通過させる非酸化領域が残る。このように、特許文献３，４の構成でも、スペーサ層の内部の一部分（電流制御領域または非酸化領域）のみを通って、膜面に垂直な方向に電流が流れる。すなわち、このスペーサ層は電流の通り道を狭める電流狭窄の作用を有し、その結果、抵抗値が大きくなる。
【０００９】
以上説明した通り、特許文献１〜４に記載の構成では、スペーサ層における電流狭窄作用によって抵抗値が大きくなり、それに応じて、抵抗変化量が大きくなる。
【特許文献１】特開２００２−２０８７４４号公報（図１９，２０，３０）
【特許文献２】特開２００３−２０４０９４号公報（図５）
【特許文献３】特開２００５−１３６３０９号公報（図５）
【特許文献４】特開２００２−１７６２１１号公報（図２）
【非特許文献１】「磁気記憶材料におけるスピン注入磁化反転とその機構」、中村志保、日本金属学会会報「まてりあ」第４３巻、第６号（２００４年）、第４９８〜５０３頁、
【非特許文献２】「Current-induced magnetization dynamics in current perpendicular to the plain spin valves」、M. Covington等、Physical Review B69, 184406 (2004)、American Physical Society
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲ素子においては、電流狭窄部分の大きさによって、膜面に垂直な方向の電流の大きさが変わる、すなわち抵抗値が変わるため、それに伴って抵抗変化量も変動し、ひいては磁気抵抗効果素子としての感度が決まる。従って、所望の感度を有する磁気抵抗効果素子を得るためには、電流狭窄部分を精度良く形成することが必要である。
【００１１】
前記した従来のＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のうち、特許文献１に記載の構成では、例えば、アルミニウム層を成膜した後に酸素雰囲気中にさらして自己酸化させることによって、ピンホールの開いた酸化アルミニウム層からなる抵抗調整層を形成している。他の方法としては、スペーサ層を構成する銅層に銅からなる柱を１本または複数本形成し、この柱の周囲を絶縁物（例えば酸化物）で埋めることにより抵抗調整層を形成することもできる。さらに他の方法としては、スペーサ層を構成する銅層上に、予めピンホールの開いた絶縁物層を形成することにより、抵抗調整層を形成することもできる。しかし、これらの方法では、適切な数および大きさのピンホールが均等に分布した抵抗調整層を形成することは非常に困難である。
【００１２】
また、特許文献２に記載の構成では、例えば、スペーサ層を構成する銅層の上にスパッタリングにより磁性金属膜を成膜してから酸素ガスを導入し、酸化された部分である絶縁性物質と、酸化されていない部分である磁性金属とが混在して分布した状態にしている。この方法では、磁性金属膜のうち酸化されて絶縁性物質となる部分と、酸化されずに磁性金属のままである部分とを、適切な割合で正確かつ均等な分布で混在させることは困難である。
【００１３】
特許文献３に記載の構成では、Ａｒイオンビームを精度良く照射し、このＡｒイオンビームが照射されていない部分を完全に酸化させなければならない。Ａｒイオンビームの照射精度が悪い場合や、Ａｒイオンビームが照射されていない部分に、十分に酸化せずに残った部分が存在する場合には、電流狭窄部分が精度良く形成できず、磁気抵抗効果素子として所望の感度が得られない。
【００１４】
特許文献４に記載の構成では、ＳＶ膜の側面から酸化（または窒化や酸窒化）処理を行う際に、その処理深さに誤差が生じると、電流狭窄部分が精度良く形成できず、磁気抵抗効果素子として所望の感度が得られない。
【００１５】
近年の磁気抵抗効果素子は一辺が数十ｎｍ程度の小ささであるため、その磁気抵抗効果素子のスペーサ層の内部に高精度の電流狭窄部分を形成することは、前記した特許文献１〜４の方法では困難である。すなわち、特許文献１において非常に微細なピンホールを精度良く形成することや、特許文献２において磁性金属膜を適切な割合で酸化させることや、特許文献３において正確にイオンビーム照射を行い、かつ非照射部分を完全に酸化させることや、特許文献４においてＳＶ膜の側面から所望の深さだけ正確に酸化（または窒化や酸窒化）の処理を行うことは、全て非常に困難な作業である。従って、ごく微小な磁気抵抗効果素子において、所望の電流狭窄効果を得て所望の感度を正確に達成することは、現実的には困難である。しかも、各特許文献１〜４に記載されている構成では、電流狭窄部分を形成するために、従来にはない特別かつ煩雑な工程が追加されるので、製造コストの上昇を招く。
【００１６】
そこで本発明の目的は、煩雑な工程を追加することなく高精度かつ低コストで製造でき、所望の特性を容易に得ることができる磁気抵抗効果素子およびその製造方法と、薄膜磁気ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とが、スペーサ層がピンド層とフリー層との間に位置するように積層されており、磁気抵抗効果素子は、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見てスペーサ層の少なくとも一部にてくびれた形状を有している。スペーサ層がピンド層およびフリー層に対してくびれていてもよい。スペーサ層が、前記した方向から見て最も幅の狭い部分を中心としてくびれた形状に形成されていてもよい。また、ピンド層およびフリー層はいずれも、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て幅が変化しており、スペーサ層との界面の幅が最も狭い。
【００１８】
このような構成の磁気抵抗効果素子は、小型化しつつ抵抗変化量を大きくすることができ、しかも容易に製造できる。
【００１９】
スペーサ層は、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て最も幅の狭い部分が、ピンド層およびフリー層の各々の、その方向から見て最も幅の狭い部分よりも狭い幅を有している。フリー層の最も幅の広い部分は、スペーサ層の最も幅の狭い部分の１．３３倍以上の幅を有していることが好ましい。また、フリー層の最も幅の広い部分の幅が６０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
スペーサ層は、積層方向から見て最も面積の小さい部分が、ピンド層およびフリー層の各々の、積層方向から見て最も面積の小さい部分よりも小さい面積を有している。フリー層の最も面積の大きい部分は、スペーサ層の最も面積の小さい部分の１．７７倍以上の面積を有していることが好ましい。
【００２１】
また、フリー層の、積層方向から見て最も面積の大きい部分の面積をＡ１とし、スペーサ層の最も面積の小さい部分の面積をＡ２とすると、面積Ａ１と面積Ａ２が、
Ａ１／Ａ２≧印加電圧／（７×１０7[A/cm2]×面積抵抗）
の関係を満たしていることが好ましい。
【００２２】
これらの構成によると、スピントルクによってフリー層に磁化の揺らぎまたは磁化反転が生じることを抑え、精度良く磁気抵抗効果素子を使用することができる。
【００２３】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、磁化方向が固定されたピンド層と、非磁性のスペーサ層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化するフリー層とが、スペーサ層が前記ピンド層と前記フリー層との間に位置するように積層された磁気抵抗効果素子の製造方法であって、ピンド層、スペーサ層、およびフリー層からなる積層体を形成する工程と、積層体の側面をミリングする第１のミリング工程と、側面を、第１のミリング工程とは異なる角度で再度ミリングして、スペーサ層の少なくとも一部にてくびれた形状に形成する、また、ピンド層およびフリー層がいずれも、積層方向に直交する少なくとも一つの方向から見て幅が変化し、スペーサ層との界面の幅が最も狭くなるように形成する、第２のミリング工程とを含む。
【００２４】
第１のミリング工程では垂直方向に対して０度から１５度の角度で側面にミリングを行い、第２のミリング工程では垂直方向に対して６０度以上の角度で側面にミリングを行うことが好ましい。
【００２５】
これらの製造方法によると、小型でも抵抗変化量の大きな磁気抵抗効果素子を容易に効率よく製造することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、小型化と大きな抵抗変化量とを達成することができ、しかも容易に製造できる磁気抵抗効果素子が得られる。さらに、スピントルクによる悪影響を抑えることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
［薄膜磁気ヘッドの構成］
図１に、本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図を概念的に示す。
【００２９】
本実施形態の薄膜磁気ヘッド１は、基板１１と、基板１１に形成された、記録媒体（不図示）に対する読み出しのための再生部２および書き込みのための記録部３とを有する。
【００３０】
基板１１は、耐摩耗性に優れたＡｌ2Ｏ3・ＴｉＣ（アルティック）からなる。基板１１の上面にはアルミナからなる下地層１２が形成され、この上に、再生部２および記録部３が積層されている。
【００３１】
下地層１２の上には、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）等の磁性材料からなる下部シールド層１３が形成されている。下部シールド層１３の上の、媒体対向面Ｓ側の端部には、磁気抵抗効果素子であるＣＰＰ−ＧＭＲ素子（以下、単に「ＭＲ素子」と言う）４が、その一端が媒体対向面Ｓに露出するように形成されている。ＭＲ素子４の上には、例えばパーマロイ等の磁性材料からなる第１上部シールド層１５が形成されている。これらの下部シールド層１３、ＭＲ素子４、および第１上部シールド層１５により、再生部２が構成されている。下部シールド層１３と第１上部シールド層１５との間にＭＲ素子４が存在しない部分には、主に絶縁層１６ａが形成されている。なお、このＭＲ素子４は、ＳＶ膜（スピンバルブ膜）とも言う。
【００３２】
第１上部シールド層１５の上には、絶縁層１６ｂを介して、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料からなる下部磁極層１７が形成されている。下部磁極層１７は、記録部３の下部磁極層としての機能の他に、ＭＲ素子４の第２上部シールド層としての機能も兼ねている。
【００３３】
第２上部シールド層としても機能する下部磁極層１７の上には、Ｒｕやアルミナなどの非磁性材料からなる記録ギャップ層１８を介して、上部磁極層１９が形成されている。記録ギャップ層１８は、媒体対向面Ｓ側の端部に、媒体対向面Ｓに一端が露出するように形成されている。上部磁極層１９の材料としては、パーマロイやＣｏＮｉＦｅなどの磁性材料が用いられる。下部磁極層（第２上部シールド層）１７と上部磁極層１９とは、接続部２１によって磁気的に接続され、全体で一つの磁気回路を形成する。
【００３４】
下部磁極層１７と上部磁極層１９との間において、媒体対向面Ｓと接続部２１との間には、銅などの導電性材料からなるコイル２０ａ，２０ｂが２層に形成されている。各コイル２０ａ，２０ｂは、下部磁極層１７と上部磁極層１９とに磁束を供給するものであり、それぞれ平面形状が接続部２１の周囲を周回する螺旋状になるように形成されている。コイル２０ａ，２０ｂは、絶縁層によって周囲と絶縁されている。本実施形態では２層のコイル２０ａ，２０ｂを示したが、これに限られるものではなく、１層であってもよいし３層以上であってもよい。
【００３５】
オーバーコート層２２は、上部磁極層１９を覆って設けられ、上述した構造を保護する。オーバーコート層２２の材料としては、例えばアルミナなどの絶縁材料が用いられる。
【００３６】
［ＭＲ素子の構成］
次に、ＭＲ素子（ＳＶ膜）４について、媒体対向面Ｓ側から見た図である図２を参照して詳細に説明する。
【００３７】
ＭＲ素子４は、前述したように下部シールド層１３と上部シールド層１５との間に挟まれて形成されており、バッファー層４１、反強磁性層４２、ピンド層４３、スペーサ層４４、フリー層４５、およびキャップ層４６が、下部シールド層１３側からこの順番で積層された構成を有している。図２に示す例では、ピンド層４３は、非磁性中間層４３ｂを、それぞれ強磁性体からなるアウター層４３ａとインナー層４３ｃとで挟んだ構成である。このようなピンド層４３は、シンセティックピンド層と呼ばれる。アウター層４３ａは反強磁性層４２に接して設けられ、インナー層４３ｃはスペーサ層４４に接して設けられている。なお、各層の材料と厚さの一例を表１に示している。表１中の「Ｃｏ９０Ｆｅ１０」等の記載は、各成分の原子分率を百分率で示しており、例えばＣｏを９０％、Ｆｅを１０％含む層という意味である。
【００３８】
【表１】
2007329157.tif 000003
下部シールド層１３および上部シールド層１５は、それぞれ電極を兼ねている。ＭＲ素子４には、下部シールド層１３および上部シールド層１５を通じて、膜面に直交する方向にセンス電流が流される。
【００３９】
バッファー層４１は、その材料として、反強磁性層４２とピンド層４３のアウター層４３ａとの交換結合が良好になる組み合わせが選ばれ、表１に示されているＴａ／ＮｉＦｅＣｒや、Ｔａ／ＮｉＣｒ、Ｔａ／Ｒｕ、Ｔａ／ＮｉＦｅ等の積層膜から構成される。反強磁性層４２は、ピンド層４３の磁化方向を固定する役割を果たすものであり、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＲｕＲｎＭｎ、ＮｉＭｎ等から構成される。なお、本明細書中で、多層膜構造を示す「／」は、「／」の左側の材料が右側の材料よりも下層であること、すなわち先に形成された層であることを意味する。
【００４０】
ピンド層４３は、磁性層として形成され、前述したように、アウター層４３ａと、非磁性中間層４３ｂと、インナー層４３ｃとがこの順番に積層された構成を有する。アウター層４３ａは、反強磁性層４２によって外部磁界に対して磁化方向が固定されており、表１に示すＣｏＦｅや、例えばＣｏＦｅ／ＦｅＣｏ／ＣｏＦｅの積層膜から構成されている。非磁性中間層４３ｂは、例えばＲｕから構成されている。インナー層４３ｃは、例えば、強磁性層として一般に用いられるＣｏＦｅからなる層である。このようなシンセティックピンド層では、アウター層４３ａとインナー層４３ｃとの磁気モーメントが互いに相殺され、全体としての漏れ磁界が抑制されるとともに、インナー層４３ｃの磁化方向が強固に固定される。
【００４１】
スペーサ層４４は、非磁性材料からなる。スペーサ層４４の材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどを用いることができる。
【００４２】
フリー層４５は、外部磁界に応じて磁化方向が変化する。フリー層４５は、例えばＣｏＦｅやＮｉＦｅといった磁性材料から形成されている。フリー層４５は多層構造であってもよく、その場合は、例えばＣｏＦｅからなる層をスペーサ層４４側に有していてもよい。
【００４３】
キャップ層４６は、ＭＲ素子４の劣化防止のために設けられ、例えばＲｕなどで構成されている。
【００４４】
ＭＲ素子４のトラック幅方向（媒体対向面Ｓ（図１参照）と平行な平面内での、ＭＲ素子４を構成する各層の面内方向）の両側（図２の左右両側）には、絶縁膜４７を介してハードバイアス膜４８が設けられている。ハードバイアス膜４８は、フリー層４５にトラック幅方向のバイアス磁界を印加することによってフリー層４５を単磁区化する。ハードバイアス膜４８には、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔなどの硬磁性材料が用いられる。絶縁膜４７は、センス電流がハードバイアス膜４８に漏洩するのを防止するためのものであり、例えばＡｌ2Ｏ3といった酸化膜で形成することができる。絶縁膜４７は絶縁層１６ａの一部であってもよい。
【００４５】
ここで、本実施形態において最も特徴的な構成を説明する。本実施形態において最も特徴的な構成は、ＭＲ素子４を媒体対向面Ｓ側（積層方向に直交する方向）から見ると、スペーサ層４４においてくびれた形状になっていることである。すなわち、ピンド層４３が概ね台形に形成され、フリー層４５が概ね逆台形に形成されており、ピンド層４３およびフリー層４５はいずれも、スペーサ層４４との界面において最も幅が狭くなっている。そして、スペーサ層４４は、ピンド層４３およびフリー層４５の最も幅の狭い部分と同じか、またはそれよりも狭い幅を有している。少なくとも、スペーサ層４４の最も幅の狭い部分は、ピンド層４３およびフリー層４５の各々の最も幅の狭い部分よりも狭い幅を有している。
【００４６】
［ＭＲ素子の形状に関する考察］
前記したようにＭＲ素子４がスペーサ層４４においてくびれた形状になっていることの技術的意義について説明する。
【００４７】
一般に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子の特性を示す指標として、ｄＲ／Ｒ値とＲＡ値が用いられている。ｄＲ／Ｒ値は抵抗変化量（ｄＲ）を抵抗（Resistance）で割った値であり、無単位である。一般に、ｄＲ／Ｒ値が大きいほど、効率よくＭＲ素子の感度を向上させることができる。ＲＡ値は面積抵抗、すなわち抵抗（Resistance）と面積（Area）の積であり、単位Ωμｍ2等で表される。
【００４８】
ＭＲ素子４全体の抵抗Ｒは、キャップ層４６からバッファー層４１までの全ての層の抵抗を総合したものであり、電流が通る部分のうち最も小面積の部分によって規定される。そして、ＭＲ素子４の各層のうちには、抵抗変化量ｄＲにほとんど影響しない層、すなわち、抵抗変化に寄与しない層も存在する。具体的には、キャップ層４６、反強磁性層４２、およびバッファー層４１は抵抗変化には寄与しない。抵抗変化を生じさせるのは、フリー層４５、スペーサ層４４、およびピンド層４３である。従って、これらのフリー層４５、スペーサ層４４、およびピンド層４３の抵抗値を大きくすることは、抵抗Ｒを大きくするとともに抵抗変化量を大きくすることになる。しかし、キャップ層４６、反強磁性層４２、およびバッファー層４１の抵抗を大きくすると、抵抗Ｒは大きくなるものの抵抗変化量ｄＲは変化せず、結果的にｄＲ／Ｒ値を小さくするという好ましくない結果になる。
【００４９】
ここで、抵抗値について考慮すると、一般に電流が通る部分の面積が小さいほど抵抗値が大きくなる。図１０に示す従来の構成において、ＭＲ素子１０４は台形であり、キャップ層１４６、フリー層１４５、スペーサ層１４４、ピンド層１４３（インナー層１４３ｃ、非磁性中間層１４３ｂ、アウター層１４３ａ）、反強磁性層１４２、およびバッファー層１４１の順に少しずつ面積が大きくなっている。このうち、反強磁性層１４２およびバッファー層１４１は面積が大きいためあまり抵抗が大きくないが、キャップ層１４６は面積が最も小さく抵抗が大きい。そして、前記した通りキャップ層１４６は抵抗変化に寄与しない。従って、キャップ層１４６がこのＭＲ素子１０４中で最も小面積に形成され、抵抗が大きくなっていると、ｄＲ／Ｒ値が小さくなるので好ましくない。
【００５０】
本実施形態では、図２に示すように、ＭＲ素子４のうち、くびれているスペーサ層４４が最も小面積である。スペーサ層４４の面積が小さいと、抵抗Ｒが大きくなるものの、抵抗変化量ｄＲも大きくなるため、ｄＲ／Ｒ値を小さくすることはなく、むしろ大きくする可能性がある。このように、スペーサ層４４にてくびれた形状であると、キャップ層１４６が最も小面積であった従来の構成に比べてｄＲ／Ｒ値が大きく、高感度のＭＲ素子４として機能する。
【００５１】
この点について、具体例を挙げて説明する。
【００５２】
ＭＲ素子４の特性を示すＲＡ値は、ＭＲ素子４の上面から（積層方向の上方から）観察した面積を用いて計算されることが多い。これは、ＭＲ素子の最上面には、通常、キャップ層が形成されており、ＭＲ素子の側面はある一定の角度で傾斜しているため、従来はキャップ層１４６がＭＲ素子１０４中で最も小面積の層（図１０参照）であり、前記した通り、抵抗Ｒは電流が通る部分のうち最も小面積の部分によって規定されるからである。ところが、本発明の場合には、ＭＲ素子４が、スペーサ層４４においてくびれた形状に形成されているため、スペーサ層４４がＭＲ素子４中で最も小面積の層である。従って、本発明の場合には、スペーサ層４４の面積を用いてＲＡ値の計算を行うのが妥当である。そこで、本発明のＭＲ素子４と、スペーサ層１４４においてくびれていない従来の一般的な構造のＭＲ素子１０４（図１０参照）とを対比する。
【００５３】
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のＲＡ値は、一般におよそ０．０８Ωμｍ2で、ほぼ一定である。従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子１０４の平面的に見た面積、すなわち最上位のキャップ層１４６の面積が５５ｎｍＸ５５ｎｍ（０．０５５μｍＸ０．０５５μｍ）＝約０．００３０μｍ2である場合には、抵抗Ｒは約２６．４Ωである。
【００５４】
これに対し、本実施形態において、キャップ層４６の面積は従来と同様に５５ｎｍＸ５５ｎｍ＝約０．００３０μｍ2であるが、スペーサ層４４のくびれた部分の面積が４０ｎｍＸ４０ｎｍ（０．０４μｍＸ０．０４μｍ）＝０．００１６μｍ2である場合、抵抗Ｒは、０．０８／０．００１６＝５０Ωである。
【００５５】
ここで、従来のＭＲ素子１０４と本実施形態のＭＲ素子４に対して定電圧を印加すると、本実施形態のＭＲ素子４は、前記した通り、抵抗Ｒが従来のＭＲ素子の約１．９倍であり、結果として電流は約１／１．９倍である。そして、本実施形態のＭＲ素子４のスペーサ層４４のくびれた部分の面積は、従来のＭＲ素子１０４のキャップ層１４６の面積の約１／１．９倍である。電流の比と面積の比が一致するため、両者の電流密度はほぼ等しくなる。
【００５６】
しかし、前記した通りキャップ層４６，１４６は抵抗変化に寄与する層ではなく、キャップ層４６，１４６の抵抗はいわゆる寄生抵抗である。従って、キャップ層４６，１４６の面積ではなく、抵抗変化に寄与するフリー層４５，１４５、スペーサ層４４，１４４、およびピンド層４３，１４３の面積を用いて計算すると、より的確にＭＲ素子４，１０４の特性を把握し得るものと思われる。前記したようにキャップ層１４６の面積が５５ｎｍＸ５５ｎｍ＝約０．００３０μｍ2であり側面が傾斜している従来のＭＲ素子１０４の場合、スペーサ層１４４の中間部の面積はおよそ６０ｎｍＸ６０ｎｍ（０．０６μｍＸ０．０６μｍ）＝約０．００３６μｍ2になっている。そうすると、スペーサ層１４４の面積はキャップ層１４６の１．２倍であり、電流密度も１．２倍程度になる。したがって、抵抗変化に寄与する層の電流密度は、スペーサ層４４がくびれて小面積になっている本実施形態のＭＲ素子４の方が大きいため、抵抗変化量ｄＲは、本実施形態のＭＲ素子４の方が、従来のスペーサ層１４４がくびれていないＭＲ素子１０４よりも大きくなる。
【００５７】
なお、実験的に作製した本実施形態のＭＲ素子４の場合、抵抗Ｒは従来のＭＲ素子１０４の約１．７倍であり、電流は約１／１．７倍であった。そして、定電圧でｄＲ／Ｒを測定すると、本実施形態のＭＲ素子４は従来のＭＲ素子１０４の約１．２倍であり、ｄＲに関しては、本実施形態のＭＲ素子４は従来のＭＲ素子１０４の約１．７倍であった。
【００５８】
［スピントルクに関する考察］
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、近年問題提起されているスピントルクについて以下に説明する。
【００５９】
スピン分極した電子が磁性層に注入されると、注入された電子は磁性層中のスピンに、自らと同じ方向へ向くように回転させようとする。このスピンを回転させようとする現象をスピントルクという（非特許文献１，２参照）。スピントルクの結果、磁性層の磁化状態が揺らぎ、場合によっては磁化反転することがある。このようなスピントルクは、ＭＲＡＭ等において磁化反転を積極的に起こしたい場合に有効に利用されることがあるが、薄膜磁気ヘッドの再生素子の場合、記録媒体以外の要因でフリー層の磁化方向が決まる可能性があるためスピントルクは好ましくない。
【００６０】
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子における具体的なスピントルクについて説明する。前記した通り、ピンド層４３とスペーサ層４４とフリー層４５が積層されたＭＲ素子４において、ピンド層４３からフリー層４５に電子が通過するように電流を流すと、スピンがピンド層４３の磁化方向と平行な状態の電子は容易にピンド層４３を通過するが、スピンがピンド層４３の磁化方向と反平行な状態の電子はピンド層４３を通過できずに反射される。すなわち、ピンド層４３はスピンフィルターとして作用する。その結果、スピンがピンド層４３の磁化方向と平行な状態の電子のみがスペーサ層４４に流入する。このようにして、スピン分極状態になっている電子がスペーサ層４４を通過してフリー層４５に注入されることになる。磁化方向が固定されていないフリー層４５に、スピン分極状態になっている電子が注入されると、フリー層４５の磁性層のスピンを、注入された電子のスピン方向に一致させるようにスピントルクが働く。このように注入されるスピン分極状態の電子の量が多いと、フリー層４５に磁化の揺らぎが生じ、場合によっては磁化反転を生じる。
【００６１】
ＭＲ素子４を薄膜磁気ヘッド１の再生素子として用いる場合には、外部磁界、すなわち磁気記録媒体に記録された磁気に従ってフリー層４５の磁化方向が決定され、その磁化方向を検知することによって、磁気記録媒体の記録を読み取ることができる。しかし、前記したように、スピン分極状態になっている電子がフリー層４５に注入されて磁化反転を生じると、外部の磁界（磁気記録媒体からの磁気）を検知することが困難になり、薄膜磁気ヘッド１の再生素子として感度が悪くなり、最悪の場合には使用不能になる。
【００６２】
そこで、ＭＲ素子４のフリー層４５に磁化反転が生じないようにする必要がある。そのためには、ピンド層４３においてスピン分極されスペーサ層４４を通過してフリー層４５に注入される電子が少なくなるように、すなわちフリー層４５の電流密度が低くなるようにすると、フリー層４５の磁化方向にあまり影響を及ぼさなくなり、磁化反転を防げる。ここで、非特許文献２の１８４４０６−６頁の「IV CONCLUSION」の欄を参照すると、磁化反転を生じない限界となる臨界電流密度はおよそ７×１０7Ａ／ｃｍ2である。従って、フリー層４５における電流密度を７×１０7Ａ／ｃｍ2以下にすることが望まれる。
【００６３】
ここで、従来のＭＲ素子１０４と本発明のＭＲ素子４について電流密度を計算し、その結果を、表２に示している。ここに例示する従来のＭＲ素子１０４は、前記した例と同様に、キャップ層１４６の面積Ａ１が５５ｎｍＸ５５ｎｍ＝約０．００３０μｍ2で、スペーサ層１４４の中間部の面積Ａ２が６０ｎｍＸ６０ｎｍ（０．０６μｍＸ０．０６μｍ）＝約０．００３６μｍ2である。一方、スペーサ層４４においてくびれた形状を有する本発明のＭＲ素子４として、１１の例を挙げている。いずれもフリー層４５の最上部の幅ａ１（これはキャップ層４６の幅にほぼ一致する）に比べてスペーサ層４４の中間部（くびれた部分）の幅ａ２が１５ｎｍ＝０．０１５μｍだけ狭くなっている。なお、いずれの層も幅と奥行きが一致する正方形状の平面形状を有し、内部に孔部が設けられていない連続膜である。
【００６４】
【表２】
2007329157.tif 000004
表２には、印加電圧が１００ｍＶで、面積抵抗（ＲＡ値）が０．０８Ωμｍ2の場合の、フリー層４５，１４５の最上部の幅ａ１、スペーサ層４４，１４４の中間部の幅ａ２、フリー層４５，１４５の最上部の面積Ａ１（＝ａ１2）、スペーサ層４４，１４４の中間部の面積Ａ２（＝ａ２2）、抵抗Ｒ、電流Ｉｓ、フリー層４５，１４５の電流密度Ｊ１、スペーサ層４４，１４４の電流密度Ｊ２を示している。なお、抵抗Ｒは、ＲＡ値０．０８を、面積Ａ１と面積Ａ２のうちの小さい方で割った値である。すなわち、ＲＡ値０．０８を、従来例ではＭＲ素子１０４のうち最も小面積であるフリー層１４５の最上部の面積Ａ１（これはキャップ層１４６の面積にほぼ一致する）で、本発明の場合にはＭＲ素子４のうち最も小面積であるスペーサ層４４の中間部の面積Ａ２で、それぞれ割ることによって抵抗Ｒが求められる。そして、電流Ｉｓは、印加電圧１００ｍＶを抵抗Ｒで割ることによって求められる。そして、フリー層４５，１４５の電流密度Ｊ１は電流Ｉｓをフリー層４５，１４５の最上部の面積Ａ１でわることによって、スペーサ層４４，１４４の電流密度Ｊ２は電流Ｉｓをスペーサ層４４，１４４の中間部の面積Ａ２で割ることによって、それぞれ求められる。さらに、表２には、フリー層４５，１４５とスペーサ層４４，１４４の幅の比ａ１／ａ２と、面積比Ａ１／Ａ２も示している。
【００６５】
この表２を見ると、本発明によると従来例に比べてフリー層４５の電流密度Ｊ１が大幅に低減していることが判る。すなわち、従来例では、フリー層１４５の電流密度Ｊ１が１．３Ｘ１０8Ａ／ｃｍ2であり、スピントルクの影響を受けやすく、磁化反転の可能性がある。これに対し、本発明によると、前記したスピントルクの影響を小さく抑えることができる。特に、表２に示すように、フリー層４５の幅が６０ｎｍ＝０．０６μｍ以下の場合に、非特許文献２に記載されている臨界電流密度７×１０7Ａ／ｃｍ2以下になるため、磁化反転を防止することができる。フリー層４５の幅がもっと小さいと、それに伴ってスペーサ層４４の幅も小さくなるため、磁化反転防止の信頼性がより高くなる。
【００６６】
一方、本発明の各例のスペーサ層４４の中間部の電流密度Ｊ２は約１．３Ｘ１０8Ａ／ｃｍ2であり、従来例のスペーサ層１４４の中間部の電流密度Ｊ２よりもむしろ大きい。このことは、ＭＲ素子の抵抗変化量ｄＲを大きくして感度を良好にするために効果的である。
【００６７】
表２においては、後述するように角度を変えて２回ミリングを行う本発明の製造方法に基づいて製造し、前記したように、フリー層４５の最上部の幅ａ１に比べてスペーサ層４４の中間部の幅ａ２が１５ｎｍ＝０．０１５μｍだけ狭くなっているＭＲ素子４について示している。これに対して、ミリングの条件を変更して、フリー層４５の最上部の幅ａ１に比べてスペーサ層４４の中間部の幅ａ２が１０ｎｍ＝０．０１０μｍだけ狭くなっているＭＲ素子４の例について表３に示している。さらに、フリー層４５の最上部の幅ａ１に比べてスペーサ層４４の中間部の幅ａ２が２０ｎｍ＝０．０２０μｍだけ狭くなっているＭＲ素子４の例について表４に示している。
【００６８】
【表３】
2007329157.tif 000005
【００６９】
【表４】
2007329157.tif 000006
表３を見ると、フリー層４５の幅が０．０４μｍ以下でスペーサ層４４の幅が０．０３μｍ以下の場合に、フリー層４５の電流密度Ｊ１が、非特許文献２に記載されている臨界電流密度７×１０7Ａ／ｃｍ2以下になり、磁化反転を防止できることが判る。一方、表４を見ると、フリー層４５の幅が０．０８μｍ以下でスペーサ層４４の幅が０．０６μｍ以下の場合に、スペーサ層の中間部の電流密度Ｊ２が臨界電流密度７×１０7Ａ／ｃｍ2以下になり、磁化反転を防止できることが判る。このように、スペーサ層４４のくびれが大きいほど、フリー層４５が大きくても磁化反転の防止が可能であり、スペーサ層４４のくびれが小さい場合には、フリー層４５がかなり小さくなければ磁化反転が防止できない。ここで、表１〜３を参照すると、様々な寸法のフリー層４５およびスペーサ層４４において、フリー層４５とスペーサ層４４の幅の比ａ１／ａ２が１．３３以上、すなわち、面積比Ａ１／Ａ２が１．７７以上の場合に、フリー層４５の電流密度Ｊ１が臨界電流密度７×１０7Ａ／ｃｍ2以下になり、磁化反転を防止できることが判る。なお、表１〜３では幅比および面積比は小数点以下３桁を四捨五入して示されていることを考慮して、ここでは、前記したようにフリー層４５とスペーサ層４４の幅比ａ１／ａ２を１．３３以上、面積比Ａ１／Ａ２を１．７７以上と規定した。
【００７０】
なお、Ａ１＞Ａ２である場合には、Ｊ１＝Ｉｓ／Ａ１＝（印加電圧／Ｒ）／Ａ１＝［印加電圧／（ＲＡ値／Ａ２）］／Ａ１＝（印加電圧／ＲＡ値）×（Ａ２／Ａ１）となる。したがって、印加電圧およびＲＡ値が変動することを考慮しつつ、Ｊ１≦７×１０7Ａ／ｃｍ2とするためには、Ａ２／Ａ１≦７×１０7×（ＲＡ値／印加電圧）、または、Ａ１／Ａ２≧印加電圧／（７×１０7×ＲＡ値）と規定することができる。なお、詳述しないが、この式に具体的な数値を代入する際には、単位を統一させる必要があることは言うまでもない。
【００７１】
一般に、定電圧を印加する場合、抵抗の増加によって電流が低減されるが、素子面積の減少に伴う抵抗増加であれば電流密度は変わらない。ただし、電流狭窄層（本実施形態の場合には、くびれた形状のスペーサ層４４）によって抵抗を増加させた場合には、電流狭窄層において抵抗値が決められるため、電流狭窄層以外の層（例えばフリー層４５）の電流密度は低減される。本実施形態では、このように電流密度を下げながら、むしろ大きな抵抗変化量を得られるので、スピントルクの影響を低減することができる。
【００７２】
［ＭＲ素子の製造方法］
次に、本発明のＭＲ素子４の製造方法について説明する。この製造方法は、ＭＲ素子４をスペーサ層４４にてくびれた形状に形成する点を特徴とするものである。
【００７３】
まず、下部シールド層１３上に、バッファー層４１、反強磁性層４２、アウター層４３ａ、非磁性中間層４３ｂ、インナー層４３ｃ、スペーサ層４４、フリー層４５、およびキャップ層４６を順次積層形成する。この積層形成工程は、従来のＭＲ素子の製造方法と同様に、スパッタ法などの成膜プロセスを利用して実施することができる。なお、各層の材料と厚さの一例は前記した表１に示されている。このようにして下部シールド層１３上にＭＲ素子４の各層４１〜４６を積層形成した後に、レジスト１０を形成してパターニングを行う（図３（ａ）参照）。そして、このレジスト１０をマスクとしてミリングを行うことにより、ＭＲ素子４を柱状の形状に形成する。本実施形態では、このミリングを２工程に分けて行う。第１のミリング工程では、垂直方向（積層方向）に対して０度から１５度の角度でミリングを行う。この時、所望のミリング深さに達する前に、すなわち、柱状のＭＲ素子４が所望の幅になる前にミリングを終了する。この第１のミリング工程ではほぼ垂直に近い角度でミリングを行うため、ＭＲ素子４の側面の傾斜は小さく、凹凸も生じていない（図３（ｂ）参照）。なお、後述する実施例のように、第１のミリング工程は、バッファー層４１と反強磁性層４２の界面の位置でミリングを停止させてもよい。
【００７４】
次に、レジスト１０によるマスキングをしたまま、積層方向に対して６０度以上の角度で再びミリングを行う（図３（ｃ）参照）。この第２のミリング工程によってスリミング、すなわち柱状のＭＲ素子４を細くする。この時、積層方向に対して大きな角度でミリングを行うことによって、ＭＲ素子４の側面の傾斜が大きくなるとともに、各層の材料のミリング速度の違いに応じてそれぞれの層のミリング量に差が生じる。具体的には、表５に示すように、スペーサ層４４を構成するＣｕのミリング速度を１とすると、フリー層４５とピンド層４３のアウター層４３ａおよびインナー層４３ｃを構成するＣｏＦｅのミリング速度は０．５３であり、キャップ層４６とピンド層４３の非磁性中間層４３ｂを構成するＲｕのミリング速度は０．５である。このように、ＣｏＦｅとＲｕのミリング速度は近いため、フリー層４５とピンド層４３のミリング量にはほとんど差が生じないが、ＣｕはＣｏＦｅおよびＲｕに比べて２倍程度の速いミリング速度を有しているため、結果的に、Ｃｕからなるスペーサ層４４がくびれた形状に形成される（図３（ｄ）参照）。第１および第２のミリング工程の後に、レジスト１０を除去する。こうして、図２に示すＭＲ素子４が完成する。
【００７５】
【表５】
2007329157.tif 000007
なお、Ｃｕに代えて、ＡｕまたはＡｇによってスペーサ層４４を構成した場合にも、表５に示すようにＡｕおよびＡｇのミリング速度が速いので、前記したのと同様に２回のミリング工程によってスペーサ層４４がくびれた形状を形成することができる。
【００７６】
ミリング工程について補足すると、第１のミリング工程において、積層方向に対してより大きい角度でミリングを実施すると、ＭＲ素子４の側面に大きな傾斜が生じるので、第２のミリング工程においてスペーサ層４４にくびれ形状を生じさせるのが難しくなる。くびれ形状を容易に形成するために、第１のミリング工程では、ＭＲ素子４の側壁がほぼ直立するように、なるべく垂直に近い角度にすることが好ましい。そして、第２のミリング工程では、積層方向に対してなるべく大きな角度でミリングを行って、ＭＲ素子４をスリミングすることが好ましい。
【００７７】
第１および第２のミリング工程の後に、ＭＲ素子４の両側壁に、絶縁性を確保するための絶縁膜４７を形成する。本実施形態のＭＲ素子４の側壁は、従来とは異なり、傾斜するとともにスペーサ層４４においてくびれた形状になっているので、絶縁膜４７は、成膜され易い、すなわちくびれた部分に入り込み易い材料および成膜条件にて形成することが好ましい。例えば、絶縁膜４７をイオンビームスパッタリングによって形成することによって、比較的大きい角度（例えば垂直方向に対して４０度）で側壁上に成膜することができる。なお、低温ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、絶縁層４７をくびれた部分に確実に入り込むように形成することもできる。ただし、その場合にはレジスト１０のリフトオフ性が悪化するので、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって側壁表面の平坦性を維持することが好ましい。このようにして絶縁膜４７を形成した後に、ハードバイアス膜４８を形成し、さらに、第１上部シールド層１５を形成する。
【００７８】
なお、以上の説明では、図１に示すＭＲ素子４の媒体対向面Ｓから見たときの形状について述べたが、図４に示すように、ＭＲ素子４の、媒体対向面Ｓの反対側の面（図１，４の右側の面）においても、前記したのと同様に２回のミリング工程でスペーサ層４４にてくびれた形状に形成してもよい。四角柱状のＭＲ素子４の直立方向（積層方向）に延びる４つの側壁のうち、媒体対向面Ｓを除く３つの側壁の少なくとも１つが、スペーサ層４４にてくびれた形状に形成されていればよい。ただし、薄膜磁気ヘッド１に用いられるため、媒体対向面Ｓは凹凸のない平坦な形状でなければならない。
【００７９】
［具体的な実施例］
前記したＭＲ素子４の製造方法の具体的な実施例について説明する。なお、ここでは、本発明の主な特徴である第１および第２のミリング工程についてのみ述べる。
【００８０】
本実施例では、表１に示す通りの構成で、バッファー層４１からキャップ層４６に至る積層体を形成し、第１のミリング工程において、図３（ａ）に示すようにバッファー層４１と反強磁性層４２の界面の位置でミリングを停止させた。この時のミリング角度は積層方向に対して５度であった。この段階で、ＭＲ素子４は、上端（キャップ層４６）が７５ｎｍ、下端（バッファー層４１）が８５ｎｍの柱状になった。この時、スペーサ層４４の幅は８０ｎｍ程度であった（図３（ｂ）参照）。
【００８１】
次に、第２のミリング工程において、図３（ｃ）に示すように、スペーサ層４４が片側２０ｎｍだけ細くなる（スリミングされる）ようにミリングを行った。この時のミリング角度は積層方向に対して６５度であった。その結果、スペーサ層４４が片側２０ｎｍ程度スリミングされるとともに、ＭＲ素子４の上端および下端が片側１０ｎｍ程度スリミングされた（図３（ｄ）参照）。この時、ＭＲ素子４のフリー層４５の上部の幅が約５５ｎｍ、ピンド層４３の下部の幅が約６０ｎｍになる一方、スペーサ層４４の幅が約４０ｎｍにまでなった。これらの幅は、表５に示すミリング速度に正確に比例する結果ではないが、隣接する層の影響を受けたためであると考えられる。
【００８２】
結果的に、スペーサ層４４の中央部が、フリー層の中央部の約７０％の幅を有する構成になっている。また、本実施例では、図４に示すように、ＭＲ素子４の、媒体対向面Ｓと反対側の面（図１，４の右側の面）においても、前記したのと同様に２回のミリング工程を行ってスペーサ層４４にてくびれた形状に形成した。ただし、媒体対向面Ｓは研磨して平坦な形状にする。本実施形態では、ＭＲ素子４の、媒体対向面Ｓに垂直な方向（図１，４の左右方向）においても、フリー層４５の上部の幅が約５５ｎｍ、スペーサ層４４の幅が約４０ｎｍになるように、媒体対向面Ｓと反対側の面（図１，４の右側の面）のミリング量を大きくした。そして、スペーサ層の中央部の面積の、フリー層の上部の面積に対する比をほぼ半分（正確には０．７Ｘ０．７＝０．４９）にした。もちろん、ミリング量を変えることにより、面積比を適宜に調整することが可能である。
【００８３】
［薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置］
本発明の薄膜磁気ヘッド１は、１枚のウェハに多数個並べて形成される。図１に示した薄膜磁気ヘッドを含む構造体（基体）が多数個形成されたウェハの模式的な平面図を図５に示す。
【００８４】
ウェハ１００は複数のヘッド要素集合体１０１に区画されている。ヘッド要素集合体１０１は、複数のヘッド要素１０２を含み、薄膜磁気ヘッド１（図１参照）の媒体対向面Ｓを研磨加工する際の作業単位となる。ヘッド要素集合体１０１同士の間およびヘッド要素１０２同士の間には切断のための切り代（図示せず）がそれぞれ設けられている。ヘッド要素１０２は、薄膜磁気ヘッド１の構成を含む構造体（基体）であり、媒体対向面Ｓを形成するための研摩加工など、必要な加工が施されて薄膜磁気ヘッド１になる。この研磨加工は、一般には複数のヘッド要素１０２を１列に切り出した状態で行う。
【００８５】
次に、本発明の薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図６を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。スライダ２１０は、ヘッド要素１０２（図５参照）から得られた薄膜磁気ヘッド１を有し、ハードディスクに対向する媒体対向面Ｓにエアベアリング面２００が形成されて、全体として略六面体形状をなしている。ハードディスクが図６におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、ｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図６におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端面２１１には、再生部２および記録部３（図１参照）への信号入出力用の電極パッドが形成されている。この面は、図１では上端面に相当する。
【００８６】
次に、図７を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、スライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２と、ロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、アーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【００８７】
ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【００８８】
図７は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。
【００８９】
次に、図８および図９を参照して、ヘッドスタックアセンブリおよびハードディスク装置の一例について説明する。図８はハードディスク装置の要部を示す説明図、図９はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２の反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク（磁気記録媒体）２６２を有している。ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。
【００９０】
スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。
【００９１】
ハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッド１は、記録部３によって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生部２によって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。
【００９２】
なお、薄膜磁気ヘッド１は、上述した形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上述した形態では、基板１１側に読み取り用のＭＲ素子４を形成し、その上に、書き込み用の誘導型電磁変換素子を積層した構造の薄膜磁気ヘッド１について説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、上述した実施形態ではＭＲ素子４および誘導型電磁変換素子の両方を有する場合を例に挙げたが、ＭＲ素子４のみを有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の一実施形態による薄膜磁気ヘッドの主要部の断面図である。
【図２】図１に示すＭＲ素子を媒体対向面側から見た図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は図２に示すＭＲ素子の製造方法を順番に示す説明図である。
【図４】図２に示すＭＲ素子を、媒体対向面に直交する方向から見た図である。
【図５】図１に示す薄膜磁気ヘッドが形成されたウェハの一例の平面図である。
【図６】図１に示す薄膜磁気ヘッドを含むスライダの一例の斜視図である。
【図７】図６に示すスライダを含むヘッドジンバルアセンブリの斜視図である。
【図８】図７に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の要部側面図である。
【図９】図７に示すヘッドジンバルアセンブリを含むハードディスク装置の平面図である。
【図１０】従来のＭＲ素子を媒体対向面側から見た図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    薄膜磁気ヘッド
２    再生部
３    記録部
４    ＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）
１３    下部シールド層
１５    上部シールド層
４１    バッファー層
４２    反強磁性層
４３    ピンド層
４３ａ    アウター層
４３ｂ    非磁性中間層
４３ｃ    インナー層
４４    スペーサ層
４５    フリー層
４６    キャップ層
４７    絶縁膜
４８    ハードバイアス膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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