Magnetoresistive effect element, magnetic head, magnetic head assembly, magnetic recording and reproducing device, and manufacturing method of magnetoresistive effect element

本発明の実施形態は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。

ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ）の信号再生には、例えば、ＴＭＲヘッド（Tunneling MagnetoResistive Head）が使用されている。 ＴＭＲヘッドに設けられる磁気抵抗効果素子は、磁性積層膜と、磁性積層膜を挟むシールドと、を含む。 ＨＤＤの記録密度を向上するために、磁気抵抗効果素子の微細化が望まれる。

本発明の実施形態は、微細化が可能な磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法を提供する。

実施形態によれば、第１シールドと、第２シールドと、第３シールドと、第１磁性層と、第２磁性層と、中間層と、を含む磁気抵抗効果素子が提供される。 前記第３シールドは、前記第１シールドと前記第２シールドとの間に設けられ、前記第２シールドに接する。 前記第３シールドの、前記第１シールドから前記第２シールドへ向かう積層方向と交差する第１方向に沿う長さは、前記第２シールドの前記第１方向に沿う長さよりも短い。 前記第１磁性層は、前記第１シールドと前記第３シールドとの間に設けられる。 前記第２磁性層は、前記第１磁性層と前記第３シールドとの間に設けられ、前記第３シールドと交換結合する。 前記中間層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子が搭載される磁気ヘッドを例す模式的斜視図である。

第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子が搭載されるヘッドスライダを示す模式的斜視図である。

図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

図５（ａ）〜図５（ｅ）は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を示す工程順模式的断面図である。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の特性を示すグラフ図である。

第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の特性を示すグラフ図である。

図８（ａ）〜図８（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の特性を示すグラフ図である。

図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子を示す模式図である。

第３の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す模式的斜視図である。

図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、第３の実施形態に係る磁気記録装置の一部を示す模式的斜視図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。 また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図１（ａ）は、分解斜視図である。 図１（ｂ）は、平面図である。 図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。 図１（ｄ）は、図１（ｃ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。 図１（ａ）においては、図を見易くするために、一部の層の図示を省略している。

図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１０は、第１シールド１１、第２シールド１２、第３シールド１３、第１磁性層２１、第２磁性層２２及び中間層２５を含む。

第３シールド１３は、第１シールド１１と第２シールド１２との間に設けられる。 第３シールド１３は、第２シールド１２に接する。

第１シールド１１から第２シールド１２に向かう方向（積層方向）をＸ軸方向とする。 Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＹ軸方向とする。 Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。

第１シールド１１から第２シールド１２へ向かう積層方向（Ｘ軸方向）に対して交差する方向を第１方向とする。 以下では、第１方向が、積層方向に対して直交する場合として説明する。 そして、第１方向がＹ軸方向であるとする。

第３シールド１３の第１方向（この例ではＹ軸方向）に沿う長さ（長さＬ３１）は、第２シールド１２の第１方向に沿う長さ（長さＬ２１）よりも短い。

この例では、第３シールド１３の第１方向に沿う長さＬ３１は、第１シールド１１の第１方向に沿う長さ（長さＬ１１）よりも短い。

第２シールド１２の第１方向に沿う長さＬ２１は、第２シールド１２のうちで第３シールド１３に対向する部分における第２シールド１２の第１方向に沿う長さである。
第１シールド１１の第１方向に沿う長さＬ１１は、第１シールド１１のうちで第３シールド１３に対向する部分における第１シールド１１の第１方向に沿う長さである。

第３シールド１３の第１方向に沿う長さが、例えばＺ軸方向に沿って変化している場合は、長さＬ３１は、第３シールド１３のＺ軸方向の中心における、第３シールド１３の第１方向に沿う長さとする。

この例では、積層方向（Ｘ軸方向）及び第１方向（この例ではＹ軸方向）に対して交差する方向に沿う第３シールド１３の長さＬ３２は、第２シールド１２のその交差する方向に沿う長さＬ２２よりも短い。 この例では、積層方向（Ｘ軸方向）及び第１方向（この例ではＹ軸方向）に対して交差する方向が、積層方向（Ｘ軸方向）及び第１方向（この例ではＹ軸方向）に対して直交する方向（すなわちＺ軸方向）である場合とする。

この例では、積層方向（Ｘ軸方向）及び第１方向（この例ではＹ軸方向）に対して交差する方向に沿う第３シールド１３の長さＬ３２は、第１シールド１１のその交差する方向に沿う長さＬ１２よりも短い。

すなわち、Ｙ軸方向及びＺ軸方向において、第３シールド１３の長さは、第２シールド１２の長さよりも短い。 Ｙ軸方向及びＺ軸方向において、第３シールド１３の長さは、第１シールド１１の長さよりも短い。

第１磁性層２１は、第１シールド１１と第３シールド１３との間に設けられる。 第２磁性層２２は、第１磁性層２１と第３シールド１３との間に設けられる。 第２磁性層２２は、第３シールド１３と交換結合する。 換言すれば、第３シールド１３は、第２磁性層２２と交換結合する。 中間層２５は、第１磁性層２１と第２磁性層２２との間に設けられる。

第１磁性層２１、第２磁性層２２及び中間層２５は、積層体２０に含まれる。 第３シールド１３も便宜的に積層体２０に含まれるとする。 この例では、積層体２０は、下地層２６と、非磁性層２７と、をさらに含む。

下地層２６は、第１シールド１１と第２シールド１２との間に配置される。 下地層２６と第２シールド１２との間に第１磁性層２１が配置される。 第１磁性層２１と第２シールド１２との間に中間層２５が配置される。 中間層２５と第２シールド１２との間に第２磁性層２２が配置される。 第２磁性層２２と第２シールド１２との間に非磁性層２７が配置される。 非磁性層２７と第２シールド１２との間に第３シールド１３が配置される。 積層体２０の構成の例については、後述する。

本実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、例えば、磁気ヘッドに搭載される。

図２は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子が搭載される磁気ヘッドの構成を例示する模式的斜視図である。
図２に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１０は、磁気ヘッド１１０に搭載される。 磁気ヘッド１１０は、書き込み部６０と、再生部７０と、を含む。 書き込み部６０は、再生部７０と離間する。 例えば、再生部７０から書き込み部６０に向かう方向がＸ軸方向とされる。 書き込み部６０から再生部７０に向かう方向がＸ軸方向でも良い。

書き込み部６０は、例えば、主磁極６１と、書き込み部リターンパス６２と、を含む。 磁気ヘッド１１０において、書き込み部６０は、書き込み動作に関してアシストする部分をさらに含むことができる。 この例では、アシストする部分として、スピントルク発振子６３（ＳＴＯ：spin torque oscillator）が設けられている。 磁気ヘッド１１０において、書き込み部６０は、任意の構成を有することができる。

再生部７０は、磁気抵抗効果素子２１０を含む。 再生部７０及び書き込み部６０の各要素は、例えばアルミナなどの絶縁体（図示しない）により分離される。

磁気記録媒体８０は、例えば媒体基板８２と、媒体基板８２の上に設けられた磁気記録層８１と、を有する。 書き込み部６０から印加される磁界により、磁気記録層８１の磁化８３が制御され、これにより書き込み動作が実施される。 磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５に沿って、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動する。

再生部７０は、磁気記録媒体８０に対向する。 再生部７０（磁気抵抗効果素子２１０）は、磁気記録媒体８０に対向する媒体対向面（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）３０を有する。 磁気記録媒体８０は、媒体移動方向８５に沿って、磁気ヘッド１１０に対して相対的に移動する。 再生部７０は、磁気記録層８１の磁化８３の方向を検出する。 これにより、再生動作が実施される。 再生部７０は、磁気記録媒体８０に記録された記録信号を検出する。

Ｘ軸方向は、例えば、磁気記録媒体８０の記録トラック進行方向（トラック方向）に対応する。 Ｙ軸方向は、例えば、磁気記録媒体８０の記録トラック幅方向（トラック幅方向）に対応する。 トラック幅方向は、ビット幅を規定する。

例えば、再生部７０に含まれる磁気抵抗効果素子２１０において、第１磁性層２１の磁化の方向及び第２磁性層２２の磁化の方向の少なくともいずれかが、媒体磁界に応じて変化する。 積層体２０の積層方向に沿って積層体２０に電流を通電して、磁気記録媒体８０から記録信号を検出する。 これにより、再生部７０は、再生動作を行う。 本実施形態においては、この電流は、第１シールド１１及び第２シールド１２を介して、積層体２０に供給される。 第１シールド１１及び第２シールド１２は、電極として機能する。

図３は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子が搭載されるヘッドスライダの構成を例示する模式的斜視図である。
図３に表したように、磁気抵抗効果素子２１０を含む磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３に搭載される。 ヘッドスライダ３には、例えばＡｌ _２ Ｏ _３ ／ＴｉＣなどが用いられる。 ヘッドスライダ３は、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を、浮上または接触しながら、磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。

ヘッドスライダ３は、例えば、空気流入側３Ａと空気流出側３Ｂとを有する。 磁気ヘッド１１０は、ヘッドスライダ３の空気流出側３Ｂの側面上などに設けられる。 これにより、ヘッドスライダ３に搭載された磁気ヘッド１１０は、磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら磁気記録媒体８０に対して相対的に運動する。

以下に説明する実施形態に係る任意の磁気抵抗効果素子も、図２及び図３に例示した磁気抵抗効果素子２１０と同様に、磁気ヘッド１１０に搭載される。

図１（ａ）〜図１（ｄ）に表したように、積層体２０は、第１の側面２０ａと、第２の側面２０ｂと、を有する。 第２の側面２０ｂは、第１の側面２０ａとは反対側の側面である。 第１の側面２０ａは、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して平行である。 この例では、第２の側面２０ｂも、Ｘ−Ｙ平面に対して平行である。 第１の側面２０ａは、媒体対向面３０の一部となる。
図１（ｂ）は、磁気抵抗効果素子２１０を媒体対向面３０から見た平面図に相当する。

この例では、磁気抵抗効果素子２１０は、第１シールド１１、第２シールド１２及び積層体２０に加えて、サイドシールド３１、絶縁膜３２及びハードバイアス３３を含む。

ハードバイアス３３は、積層体２０の第２の側面２０ｂに対向する。 すなわち、ハードバイアス３３は、積層体２０の側面２０ａ（媒体対向面３０）とは反対側に設けられる。 ハードバイアス３３は、第１シールド１１と第２シールド１２との間に設けられる。 ハードバイアス３３として、例えば、硬質磁性体が用いられる。 ハードバイアス３３は、積層体２０に磁場を印加して、第１磁性層２１及び第２磁性層２２の磁化を所定の方向に設定する。

サイドシールド３１は、例えば、第１サイドシールド部３１ａ及び第２サイドシールド部３１ｂを含む。 第２サイドシールド部３１ｂは、第１サイドシールド部３１ａと、Ｙ軸方向において離間する。 第１サイドシールド部３１ａと第２サイドシールド部３１ｂは、第１シールド１１と第２シールド１２との間に設けられる。 第１サイドシールド部３１ａと第２サイドシールド部３１ｂとの間に、積層体２０及びハードバイアス３３が配置される。 サイドシールド３１として、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＴａよりなる群から選択された少なくとも１つの材料が用いられる。

絶縁膜３２は、積層体２０とハードバイアス３３との間、及び、積層体２０とサイドシールド３１との間に設けられる。 絶縁膜３２は、サイドシールド３１と第１シールド１１との間、及び、ハードバイアス３３と第１シールド１１との間に、さらに設けられる。 絶縁膜３２として、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ _２ ）が用いられる。

第１シールド１１、第２シールド１２及び第３シールド１３として、磁性体が用いられる。 第１シールド１１、第２シールド１２及び第３シールド１３は、例えば、強磁性体を含む。 第１シールド１１、第２シールド１２及び第３シールド１３の少なくともいずれかは、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂＴａ、ＣｏＺｒＴａＣｒ及びＣｏＺｒＦｅＣｒよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む。 第１シールド１１、第２シールド１２及び第３シールド１３の少なくともいずれかとして、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む複数の積層された層を含む積層膜を用いることができる。 第１シールド１１、第２シールド１２及び第３シールド１３の少なくともいずれかとして、例えば、ＮｉＦｅが用いられる。

第１シールド１１の材料及び構成は、第２シールド１２と同じでも異なっても良い。 第１シールド１１の材料及び構成は、第３シールド１３と同じでも異なっても良い。 第２シールド１２の材料及び構成は、第３シールド１３と同じでも異なっても良い。

例えば、第１シールド１１及び第２シールド１２として、ＮｉＦｅを用い、第３シールド１３としてＣｏＺｒＮｂを用いても良い。

第１シールド１１は、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な１つの面１１ａを有する。 第２シールド１２は、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な１つの面１２ａを有する。 面１１ａ及び面１２ａは、媒体対向面３０の一部となる。

下地層２６として、例えば、Ｔａ、Ｃｕ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを用いることができる。 また、下地層２６として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む複数の積層された層を含む積層膜を用いても良い。 下地層２６の厚さ（積層方向の長さ）は、例えば、５ナノメートル（ｎｍ）以下である。 下地層２６として積層膜を用いる場合には、積層膜に含まれる各層の厚さは、３ｎｍ以下が好ましい。 下地層２６としては、例えば、２ｎｍの厚さのタンタル（Ｔａ）を含む層と、２ｎｍの厚さの銅（Ｃｕ）を含む層と、を積層させた積層膜（Ｔａ／Ｃｕ）を用いることができる。

第１磁性層２１及び第２磁性層２２には、例えば、強磁性材料が用いられる。 第１磁性層２１及び第２磁性層２２には、例えば、ＣｏＦｅＧｅが用いられる。 第１磁性層２１は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＦｅＧｅ、ＣｏＦｅＳｉＧｅ、Ｃｏ _２ ＭｎＳｉ、Ｃｏ _２ ＭｎＧｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＭｎＧｅ及びＦｅ酸化物(ＦｅＯ _ｘ )よりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む。 第１磁性層２１として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む複数の積層された層を含む積層膜を用いても良い。 第２磁性層２２の材料及び構成は、第１磁性層２１と同じでも異なっても良い。

中間層２５は、例えば、非磁性層である。 中間層２５には、例えば、Ｃｕが用いられる。 中間層２５は、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｇａ、ＴｉＯ _Ｘ 、ＺｎＯ、Ａｌ _２ Ｏ _３ 、ＭｇＯ、ＩｎＯ、ＳｎＯ、ＧａＮ及びスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide)よりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む。 また、中間層２５として、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む複数の積層された層を含む積層膜を用いても良い。 中間層２５の厚さは、３ｎｍ以下であり、例えば、約３ｎｍである。

第１磁性層２１は、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な側面２１ａを有している。 第２磁性層２２は、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な側面２２ａを有している。 側面２１ａ及び側面２２ａは、積層体２０の側面２０ａにおいて露出している。 側面２１ａ及び側面２２ａは、媒体対向面３０の一部となる。

例えば、第１磁性層２１のＸ軸方向及びＹ軸方向に対して直交するＺ軸方向の一端（側面２１ａ）のＺ軸方向における位置は、第２磁性層２２のＺ軸方向の一端（側面２２ａ）のＺ軸方向における位置と、同じである。

第１磁性層２１の厚さは、９ｎｍ以下であり、例えば、約５ｎｍである。 第２磁性層２２の厚さは、９ｎｍ以下であり、例えば、約５ｎｍである。 第２磁性層２２の厚さは、第１磁性層２１の厚さと同じでも異なっても良い。 第１磁性層２１及び第２磁性層２２の厚さを９ｎｍ以下と薄くすることで、積層体２０の厚さが薄くできる。 積層体２０の厚さを薄くすることで、第１シールド１１と第２シールド１２と間の距離が小さくでき、ＨＤＤの記録密度を高めることができる。

非磁性層２７は、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む。 非磁性層２７には、例えばＲｕが用いられる。 非磁性層２７の厚さは、２ｎｍ以下であり、例えば、１．５ｎｍである。

既に説明したように、第３シールド１３のＹ軸方向（第１方向）に沿う長さＬ３１は、第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さＬ２１よりも短い。 長さＬ３１は、例えば、２０ｎｍ（例えば３ｎｍ以上５０ｎｍ以下）である。 長さ２１は、例えば、１マイクロメートル（μｍ）以上３μｍ以下である。

既に説明したように、第３シールド１３のＺ軸方向に沿う長さＬ３２は、第２シールド１２のその方向に沿う長さＬ２２よりも短い。 長さＬ３２は、例えば、２０ｎｍ（例えば３ｎｍ以上５０ｎｍ以下）である。 第２シールド１２のＺ軸方向に沿う長さＬ２２は、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下である。

第３シールド１３は、第２シールド１２に接している。

第３シールド１３が第２シールド１２に接している状態は、第３シールド１３がシールドとして機能している範囲で、第３シールド１３が第２シールド１２に物理的に近づいている状態を含む。 第３シールド１３が第２シールド１２に接している状態は、例えば、第３シールド１３が第２シールド１２に物理的に接している状態を含む。 第３シールド１３が第２シールド１２に接している状態は、第３シールド１３がシールドとしての機能を有する範囲で、例えば、製造工程上の汚染や形成される他の層が、第２シールド１２と第３シールド１３の間に挿入されている状態を含む。

第３シールド１３が第２シールド１２と接している状態は、例えば、磁気抵抗効果素子２１０を媒体対向面３０に垂直なＺ軸方向や、Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向から、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy：透過型電子顕微鏡）等を用いて断面を物理的に観察することにより確認できる。 また、第３シールド１３が第２シールド１２と接している状態は、例えば、第３シールド１３がシールドとして機能していることから確認することができる。

第３シールド１３がシールドとして機能していることは、ＨＤＤまたはスピンスタンドにおいて、磁気抵抗効果型素子２１０の分解能を調査することで確認できる。 分解能が第１シールド１１と第２シールド１２との間の距離との相関で規定されているか、または、第１シールド１１と第３シールド１３との間の距離との相関で規定されているかを調べる。 第３シールド１３がシールドとして機能しているときは、分解能が第１シールド１１と第３シールド１３との間の距離との相関で規定される。 この場合には、第３シールド１３は、第２シールド１２に接していると判断できる。

第３シールド１３は、第２シールド１２と連続していても良い。 第３シールド１３は、第２シールド１２と一体的でもよい。 すなわち、一体形成されている。 一体的である状態は、例えば、第２シールド１２と第３シールド１３との間の界面において、原子サイズの段差がない状態を含む。 一体的である状態は、例えば、第３シールド１３と第２シールド１２との間の界面において、連続的である場合を含む。 一体的である状態は、例えば、第３シールド１３が、第２シールド１２に含まれる材料と同じ材料を含む状態を含む。

既に説明したように、第３シールド１３は、第２磁性層２２と交換結合している。 例えば、第３シールドは、第２磁性層２２と反強磁性結合をしている。 非磁性層２７が、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含むとき、ＲＫＫＹ相互作用に基づいて、第３シールド１３と第２磁性層２２との交換結合が確保される。

交換結合は、例えば、磁性層と磁性層との直接接合を含む。 交換結合は、例えば、複数の磁性層において、複数の磁性層の間に設けられる所定の極薄非磁性層を介して作用する複数の磁性層間の磁気結合を含む。 交換結合は、磁性層と磁性層との間の界面または磁性層と非磁性層との間の界面を介する効果である。 磁性層と非磁性層との間の界面を介する場合は、その非磁性層の膜厚に依存し、非磁性層の厚さが２ｎｍ以下で作用する。 交換結合は、磁性層端部からの漏れ磁界による静磁界結合とは異なるものである。

交換結合エネルギーは、磁性層間に強磁性結合バイアス磁界または反強磁性結合バイアス磁界が作用しているものとして、考えることができる。 例えば、外部からの印加磁界バイアス等が無い場合、この交換結合作用により、磁性層間の磁化の向きを同じ向きに揃えたり(強磁性結合状態)、反対向きに揃えたり(反強磁性結合状態)することができる。 外部からの印加磁界バイアス等がある場合は、外部からの印加磁界バイアス磁界と交換結合によるバイアス磁界の合成で決まる向きに磁化が向く。 このため、交換結合によるバイアス磁界の向きと磁性層間の磁化の向きとが必ずしも一致しているわけではないが、交換結合による強磁性結合バイアス磁界成分または反強磁性結合磁界成分は作用している。 本実施形態の磁気抵抗効果素子２１０の場合は、交換結合によるバイアス磁界の他に、ハードバイアス３３によるバイアス磁界もある。

第３シールド１３の厚さは、例えば、１ｎｍ以上９ｎｍ以下である。 第３シールド１３の厚さは、例えば、ＴＥＭを用いた媒体対向面３０の観察から求めることができる。

第３シールド１３が第２磁性層２２と対向する面の面積は、９平方ナノメートル（ｎｍ ^２ ）以上２５００ｎｍ ^２であることが好ましい。 後述するように、この面積は、２５ｎｍ ^２以上９００ｎｍ ^２であることがさらに好ましい。 第３シールド１３が第２磁性層２２と対向する面の面積は、例えば、ＴＥＭを用いた媒体対向面３０及びＹ軸方向に直交する断面の観察から求めることができる。

図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図４（ａ）は、分解斜視図である。 図４（ｂ）は、平面図（媒体対向面から見た平面図）である。 図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。 図４（ｄ）は、図４（ｃ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。 図４（ａ）においては、図を見易くするために、一部の層の図示を省略している。

図４（ａ）〜図４（ｄ）に表したように、本実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子２１１においては、第４シールド１４が設けられている。 第４シールド１４は、便宜的に、積層体２０に含まれる。 以下、磁気抵抗効果素子２１１について、磁気抵抗効果素子２１０とは異なる部分について説明する。

磁気抵抗効果素子２１１は、第４シールド１４をさらに含む。 第４シールド１４は、第１シールド１１と第１磁性層２１との間に設けられる。 第４シールド１４は、第１磁性層２１と交換結合している。 換言すれば、第１磁性層２１は、第４シールド１４と交換結合している。 例えば、第４シールド１４は、第１磁性層２１と反強磁性結合をしている。

第４シールド１４は、第１方向（この例ではＹ軸方向）に沿う長さＬ４１を有する。 第４シールド１４は、積層方向（Ｘ軸方向）及び第１方向（Ｙ軸方向）に対して交差する第２方向に沿う長さＬ４２を有する。 この例では、第２方向をＺ軸方向とする。 長さＬ４１は、第１シールド１１の第１方向に沿う長さＬ１１よりも短い。 長さＬ４２は、第２方向（Ｚ軸方向）に沿う第１シールドの長さＬ１２よりも短い。

第４シールド１４は、第１シールド１１の第１方向に沿う長さＬ１１よりも短い第１方向に沿う長さＬ４１、及び、第２方向に沿う第１シールド１１の長さＬ１２よりも短い第２方向に沿う長さＬ４２、の少なくとも有する。

第４シールド１４のＹ軸方向に沿う長さＬ４１は、例えば、２０ｎｍ（例えば３ｎｍ以上５０ｎｍ以下）である。 第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さＬ１１は、例えば、１μｍ以上３μｍ以下である。

第４シールド１４のＺ軸方向に沿う長さＬ４２は、例えば、２０ｎｍ（例えば３ｎｍ以上５０ｎｍ以下）である。 第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さＬ１２は、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下である。

第４シールド１４には、磁性体が用いられる。 第４シールド１４には、例えば、強磁性体が用いられる。 第４シールド１４は、例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＮｂＴａ、ＣｏＺｒＴａＣｒ及びＣｏＺｒＦｅＣｒよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む。 また、第４シールド１４には、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む複数の積層された層を含む積層膜を用いることができる。 第４シールド１４の材料及び構成は、第１シールド１１、第２シールド１２及び第３シールド１３と同じでも良く異なっても良い。

上記のように、第４シールド１４は、第１シールド１１に接する。
第４シールド１４が第１シールド１１に接している状態は、第１シールド１１がシールドとして機能している範囲で、第４シールド１４が第１シールド１１に物理的に近づいている状態を含む。 第４シールド１４が第１シールド１１に接している状態は、例えば、第４シールド１４が第１シールド１１に物理的に接している状態を含む。 第４シールド１４が第１シールド１１に接している状態は、第４シールド１４がシールドとしての機能を有する範囲で、例えば、製造工程上の汚染や形成される他の層が、第１シールド１１と第４シールド１４の間に挿入されている状態を含む。

第４シールド１４が第１シールド１１と接している状態は、例えば、磁気抵抗効果素子２１１を媒体対向面３０に垂直なＺ軸方向や、Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向から、ＴＥＭ等を用いて断面を物理的に観察することにより確認できる。 また、第４シールド１４が第１シールド１１と接している状態は、例えば、第４シールド１４がシールドとして機能していることから確認することができる。

第４シールド１４がシールドとして機能していることは、ＨＤＤまたはスピンスタンドにおいて、磁気抵抗効果型素子２１１の分解能を調査することで確認できる。 分解能が第１シールド１１と第２シールド１２との間の距離との相関で規定されているか、または、第３シールド１３と第４シールド１４との間の距離との相関で規定されているかを調べる。 第４シールド１４がシールドとして機能しているときは、分解能が第３シールド１３と第４シールド１４との間の距離との相関で規定される。 この場合には、第４シールド１４は、第１シールド１１に接していると判断できる。

第４シールド１４は、第１シールド１１と連続していても良い。 第４シールド１４は、第１シールド１１と一体的でもよい。 すなわち、一体形成されている。 一体的である状態は、例えば、第１シールド１１と第４シールド１４との間の界面において、原子サイズの段差がない状態を含む。 一体的である状態は、例えば、第４シールド１４と第１シールド１１との間の界面において、連続的である場合を含む。 一体的である状態は、例えば、第４シールド１４が、第１シールド１１に含まれる材料と同じ材料を含む状態を含む。

第４シールド１４の材料は、例えば、第１シールド１１の材料とは、異なっても良い。

第４シールド１４の厚さは、例えば、１ｎｍ以上９ｎｍ以下である。 後述するように、第４シールド１４が第１磁性層２１と対向する面の面積は、２５ｎｍ ^２以上９００ｎｍ ^２であることが好ましい。

図５（ａ）〜図５（ｅ）は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
これらの図は、磁気抵抗効果素子２１１の製造方法の例を示している。
図５（ａ）に表したように、例えば、チャンバー内（図示しない）に基板３４を配置する。 基板３４上に、第１シールド１１となる第１シールド膜１１ｆを形成する。 第１シールド膜１１ｆは、例えば、電気メッキによって形成する。 例えば、基板３４上に第１シールド膜１１ｆとなる材料の堆積物を形成した後に、堆積物の表面を研磨する。

例えば、フォトレジスト技術を用いて第１シールド膜１１ｆ上に形成されたマスクパターン３５をマスクとして、第１シールド膜１１ｆをエッチングする。 これにより、基板３４上に第１シールド１１が形成される。 エッチングには、例えば、イオンビームエッチングを用いる。 その後、マスクパターン３５を除去する。

チャンバー内を減圧し（例えば、真空にし）、第１シールド１１の上面をイオンビームによりエッチングする。 これにより、第１シールド１１の上面に形成された酸化層及び汚染層が除去される。 酸化層は、例えば、電気メッキ及び研磨後に大気に曝露したことにより形成されたものである。 汚染層は、例えば、製造工程中に付着したものである。 図５（ｂ）〜図５（ｅ）では、基板３４の図示を省略する。

図５（ｂ）に表したように、チャンバー内を減圧したまま、第１シールド１１の上に、第１シールド１１と接するように、第４シールド１４となる第４シールド膜１４ｆを形成する。 次に、第４シールド膜１４ｆの上に、下地層２６となる下地膜２６ｆを形成する。 下地膜２６ｆの上に、第１磁性層２１となる第１磁性膜２１ｆを形成する。 第１磁性膜２１ｆの上に、中間層２５となる中間膜２５ｆを形成する。 中間膜２５ｆ上に、第２磁性層２２となる第２磁性膜２２ｆを形成する。 第２磁性膜２２ｆの上に、非磁性層２７となる非磁性膜２７ｆを形成する。 非磁性膜２７ｆの上に、第３シールド１３となる第３シールド膜１３ｆを形成する。

図５（ｃ）に表したように、第３シールド膜１３ｆ上に、マスクパターン３６を形成する。 マスクパターン３６として、例えば、レジストマスク、または、Ｔａを含むメタルマスクが用いられる。 例えば、光学リソグラフィー技術を用いることにより、マスクパターン３６を形成する。

マスクパターン３６の上面の形状は、積層体２０の積層方向に直交する方向の幅を規定する。 マスクパターン３６のスリミングにより、マスクパターン３６における上面の形状を所定の形状にする。 例えば、マスクパターン３６の上面の面積を９ｎｍ ^２以上２５００ｎｍ ^２以下とする。 例えば、積層体２０の積層方向に直交する方向の各幅を２０ｎｍとする。 これにより、例えば、１平方インチ面積あたり２テラビット（２Ｔｂ／ｉｎｃｈ ^２ ）の面記録密度が得られる。

図５（ｄ）に表したように、マスクパターン３６をマスクとして、第３シールド膜１３ｆ、非磁性膜２７ｆ、第２磁性膜２２ｆ、中間膜２５ｆ、第１磁性膜２１ｆ、下地膜２６ｆ及び第４シールド膜１４ｆをパターニングする。 これにより、第１シールド１１上に、第４シールド１４、下地層２６、第１磁性層２１、中間層２５、第２磁性層２２、非磁性層２７及び第３シールド１３を含む積層体２０が形成される。

例えば、第４シールド膜１４ｆの厚さ方向の一部を除去した場合は、第４シールド膜１４ｆのうちで厚さが厚い部分が第４シールド１４となる。 そして、第４シールド膜１４ｆのうちで厚さが薄い部分は第１シールド１１の一部とみなす。

第４シールド膜１４ｆのうちでマスクパターン３６に覆われていない部分を全て除去する場合は、マスクパターン３６に覆われ残存する第４シールド膜１４ｆが第４シールド１４となる。 そして、第１シールド膜１１ｆが第１シールドとなる。

一方、オーバーエッチングを行い、第１シールド膜１１ｆのうちでマスクパターン３６に覆われていない部分の一部の厚さを減少させても良い。 この場合は、第１シールド膜１１ｆのうちで厚さが厚い部分と、第４シールド膜１４ｆの残存部分と、が、第４シールド４となる。

次に、積層体２０の側面を覆う絶縁膜３２を形成する。 次に、絶縁膜３２を介して、積層体２０の側面を覆うように、サイドシールド３１となるサイドシールド膜３１ｆを、例えば、スパッタ法により形成する。 積層体２０の上に、ハードバイアス３３となるハードバイアス膜（この図では図示しない）を形成する。 その後、絶縁膜３２、サイドシールド膜３１ｆ及びハードバイアス膜を上方から平坦化する。

次に、第３シールド１３の上面をイオンビームによりエッチングする。 これにより、第３シールドの上面に残存したマスクパターン３６、第３シールドの上面に形成された酸化層及び汚染層を除去する。 このようにして、第３シールド１３の洗浄表面を露出させる。

次に、図５（ｅ）に表したように、第３シールド１３上に、第２シールド１２となる第２シールド膜１２ｆを形成する。 第２シールド膜１２ｆの形成は、第３シールド１３の上面のイオンビームエッチング後に、大気に曝さずに行う。 そして、第２シールド膜１２ｆをパターニングして第２シールド１２を形成する。 第２シールド１２は、第３シールド１３に接している。

イオンビームエッチング後に、大気に曝さずに第２シールド膜１２ｆを形成し、第２シールド１２が第３シールド１３に接するように形成できれば、図５（ｄ）に例示した工程と、図５（ｅ）に例示した工程との間に別な工程があってもよい。

このようにして、磁気抵抗効果素子２１１が作製される。
上記の工程において、第４シールド膜１４ｆの形成を省略することで、磁気抵抗効果素子２１０が作製される。

以下の条件の磁気抵抗効果素子２１０及び２１１の特性の例について説明する。 第１シールド１１及び、第２シールドとしてＮｉＦｅが用いられる。 第３シールド１３として、ＣｏＺｒＮｂ(厚さは５ｎｍ)が用いられる。 第４シールド１４として、ＣｏＺｒＮｂ（厚さは５ｎｍ）が用いられる。 下地層２６として、Ｔａ(厚さは２ｎｍ)/Ｃｕ(厚さは２ｎｍ)の積層膜が用いられる。 非磁性層２６及び非磁性層２７には、Ｒｕ(厚さは１．５ｎｍ)が用いられる。 第１強磁性層２１及び第２強磁性層２２には、ＣｏＦｅＧｅ(厚さは５ｎｍ)が用いられる。 中間層２５には、Ｃｕ(厚さは３ｎｍ)が用いられる。 第３シールド１３のＹ軸方向に沿う長さＬ３１、及び、第３シールド１３のＺ軸方向に沿う長さＬ３２は、２０ｎｍである。 第４シールド１４のＹ軸方向に沿う長さＬ４１、及び、第４シールド１４のＺ軸方向に沿う長さＬ４２は、２５ｎｍである。

磁気抵抗効果素子２１０及び２１１における第３シールド１３と第２磁性層２２との対向面積は、４００ｎｍ ^２である。 第３シールド１３の第２磁性層２２と対向する面の面積を変えたときの特性もシミュレーションした。 第４シールド１４の第１磁性層２１と対向する面の面積は、６２５ｎｍ ^２である。 第４シールド１４の第１磁性層２１と対向する面の面積を変えたときの特性もシミュレーションした。

図６（ａ）〜図６（ｄ）は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の特性を例示するグラフ図である。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、磁気抵抗効果素子２１０に対応する。 図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、磁気抵抗効果素子２１１に対応する。

図６（ａ）及び図６（ｃ）は、外部印加磁界を０（エルステッド：Ｏｅ）とし、第１シールド１１と第２シールド１２との間に電流を流した場合の出力電圧の測定結果の例である。 図６（ａ）及び図６（ｃ）の横軸は、積層体２０（第１磁性層２１）を流れる電流の電流密度Ｊ（Ａ／ｃｍ ^２ ）である。 縦軸は、規格化した出力電圧Ｏｐ（任意単位）である。

図６（ｂ）及び図６（ｄ）の横軸は、第３シールド１３の第２磁性層２２と対向する面の面積Ｓ３（ｎｍ ^２ ）である。 縦軸は、臨界電流密度Ｊｃ（Ａ／ｃｍ ^２ ）である。

図６（ａ）に表したように、磁気抵抗効果型素子２１０において、電流密度Ｊが５．０×１０ ^６ Ａ／ｃｍ ^２以上１．０×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２以下の範囲においては、出力電圧Ｏｐはほぼ一定値を示す。 電流密度Ｊが１．５×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２を超えると、出力電圧Ｏｐは減少する。 出力電圧Ｏｐが最大値から５％低下するときの電流密度Ｊを臨界電流密度Ｊｃとする。 磁気抵抗効果素子２１０における臨界電流密度Ｊｃは、１．５×１０ ^８ （Ａ／ｃｍ ^２ ）である。

第３シールド１３を設けない第１参考例の磁気抵抗効果素子も作製された。 第１参考例の磁気抵抗効果素子は、第３シールド１３を設けない他は、磁気抵抗効果素子２１０と同じ構成を有する。 第１参考例の磁気抵抗効果素子は、一般的な３層構造（Trilayer head）の磁気抵抗効果素子である。 第１参考例においては、臨界電流密度Ｊｃは、１．８×１０ ^７ Ａ／ｃｍ ^２である。

なお、上記の製造方法において、第３シールド膜１３ｆを形成する前に、マスクパターン３６を用いて、非磁性膜２７ｆ、第２磁性膜２２ｆ、中間膜２５ｆ、第１磁性膜２１ｆ、下地膜２６ｆ及び第４シールド膜１４ｆをパターニングし、その後、第３シールド膜１３ｆ及び第２シールド膜１３ｆを形成し、第３シールド１３を第２シールド１２と同じ形状にした第２参考例の磁気抵抗効果素子も作製された。 第２参考例の磁気抵抗効果素子においては、臨界電流密度Ｊｃは、２．０×１０ ^７ Ａ／ｃｍ ^２であった。

このように、第３シールド１３を設けた実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１０においては、臨界電流密度Ｊｃは、第１、第２参考例の臨界電流密度Ｊｃよりも非常に大きい。

このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１０においては、臨界電流密度Ｊｃを大きくすることができる。 すなわち、スピントルクノイズを抑制できる。

本実施形態においては、第３シールド１３のＹ軸方向に沿う長さＬ３１を、第２シールド１２のＹ軸方向の長さＬ２１よりも短くして、長さＬ３１は、第２磁性層２２のＹ軸方向に沿う長さに同じ、または、近い。 これにより、第３シールド１３の有効磁界の大きさを、第２磁性層２２の有効磁界の大きさに近づけている。 これにより、第３シールド１３の強磁性共鳴周波数を、スピントルクノイズの主要周波数成分である第１磁性層２１及び第２磁性層２２の強磁性共鳴周波数に近づけることができる。 これにより、第３シールド１３と第１磁性層２１との相互作用効果、及び、第３シールド１３と第２磁性層２２との相互作用効果が強くなりスピントルクノイズを抑制することができる。

本実施形態によれば、磁気抵抗効果素子の臨界電流密度Ｊｃを上昇することができる。 このことは、磁気抵抗効果素子に高電流密度で通電することができることを意味する。 磁気抵抗効果素子を微細化してもスピントルクノイズの影響を低減させて臨界電流密度Ｊｃを大きくし、高出力電圧を得ることができる。 本実施形態によれば、磁気抵抗効果素子を微細化することができる。 そして、記録密度を向上できる。

図６（ｂ）に表したように、磁気抵抗効果素子２１０の構成において、第３シールド１３の第２磁性層２２に対向する面の面積Ｓ３が、９ｎｍ ^２以上２５００ｎｍ ^２以下において、臨界電流密度Ｊｃは、１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２以上となる。 面積Ｓ３が２５ｎｍ ^２以上９００ｎｍ ^２において、臨界電流密度Ｊｃはさらに高い。 面積Ｓ３は、２５ｎｍ ^２以上９００ｎｍ ^２であることが、より好ましい。

図６（ｃ）に表したように、磁気抵抗効果素子２１１において、電流密度Ｊが５．０×１０ ^６ Ａ／ｃｍ ^２以上１．０×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２以下の範囲では、出力電圧Ｏｐは、ほぼ一定値を示す。 電流密度が２．０×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２以上になると、出力電圧Ｏｐは減少する。 磁気抵抗効果型素子２１１においては、臨界電流密度Ｊｃは、２．０×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２で向である。

以下の構成を有する第３参考例の磁気抵抗効果素子も作製した。 第３参考例においては、第３シールド１３及び第４シールド１４が設けられない。 第３参考例においては、第３シールド１３のＹ軸方向に沿う長さ及びＺ軸方向に沿う長さが、第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さ及びＺ軸方向に沿う長さと同じであり、第４シールド１４のＹ軸方向に沿う長さ及びＺ軸方向に沿う長さが、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さ及びＺ軸方向に沿う長さと同じである、とみなしても良い。 第３参考例においては、第３シールド膜１３ｆの成膜を、第２シールド膜１２ｆの成膜と同じ工程で行う。 そして、パターニング時に、エンドポイントモニター制御を用いることで第２磁性層２２のエッチングが終了した時点でパターニングをストップし、第４シールド膜１４ｆはエッチングされない。 第３比較例の磁気抵抗効果素子の臨界電流密度Ｊｃは、２．１×１０ ^７ Ａ／ｃｍ ^２である。

このように、第３シールド１３及び第４シールド１４を設けた磁気抵抗効果素子２１１においては、臨界電流密度Ｊｃは、第１〜第３参考例の臨界電流密度Ｊｃよりも非常に大きい。

本実施形態においては、第３シールド１３に加えて、第４シールド１４が設けられている。 第４シールド１４のＹ軸方向に沿う長さＬ４１は、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さＬ１１よりも短い。 長さＬ４１は、第１磁性層２１のＹ軸方向に沿う長さと同じ、または近い。 これにより、第４シールド１４の有効磁界の大きさを、第１磁性層２１の有効磁界の大きさに近づけている。 これにより、第４シールド１４の強磁性共鳴周波数を、スピントルクノイズの主要周波数成分である第１磁性層２１及び第２磁性層２２の強磁性共鳴周波数に近づけることができる。 よって、第３シールド１３と第１磁性層２１との相互作用効果、及び、第３シールド１３と第２磁性層２２との相互作用効果に加えて、第４シールド１４と第１磁性層２１との相互作用効果、及び、第４シールド１４と第２磁性層２２との相互作用効果が加わることで、さらにスピントルクノイズを抑制することができる。

これにより、磁気抵抗効果素子２１１における臨界電流密度Ｊｃは、磁気抵抗効果素子２１０における臨界電流密度Ｊｃよりもさらに増大することができる。 磁気抵抗効果素子２１１においては、さらに微細化してもスピントルクノイズの影響を低減させて臨界電流密度Ｊｃを大きくし、高出力電圧を得ることができる。 磁気抵抗効果素子２１１によれば、磁気抵抗効果素子をさらに微細化して、記録密度をさらに向上できる。

図６（ｄ）は、磁気抵抗効果素子２１１の構成において、第４シールド１４の第１磁性層２１に対向する面の面積Ｓ４を第３シールド１３の第２磁性層２２に対向する面の面積Ｓ３と同じとして、面積Ｓ３及び面積Ｓ４を変えたときの特性を例示している。

図６（ｄ）に表したように、面積Ｓ３及び面積Ｓ４が、２５ｎｍ ^２以上９００ｎｍ ^２以下において、２．０×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２以上の、大きい臨界電流密度Ｊｃが得られる。

図７は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の特性を例示するグラフ図である。
図７は、磁気抵抗効果素子２１０の構成において、第３シールド１３の厚さｔ３を変えたときの、臨界電流密度Ｊｃをシミュレーションにより求めた結果を例示している。 図７の横軸は厚さｔ３（ｎｍ）であり、縦軸は、臨界電流密度Ｊｃである。

図７に表したように、磁気抵抗効果型素子２１０において、第３シールド１３の厚さｔ３が１ｎｍ以上９ｎｍ以下のときに、臨界電流密度Ｊｃは大きくなる。 この条件において、１．０×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２以上の、大きい臨界電流密度Ｊｃが得られる。 第３シールド１３の厚さｔ３は１ｎｍ以上９ｎｍ以下であることが好ましい。

磁気抵抗効果素子２１０及び２１１において、下地層２６として、Ｔａ、Ｃｕ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む複数の積層された層を含む積層膜を用いる場合、積層体２０において、良好な結晶配向性を確保することできる。 これにより、磁気抵抗効果素子２１０及び２１１において、高感度再生特性を実現することができる。

図８（ａ）〜図８（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図８（ａ）は、磁気抵抗効果素子２１２を媒体対向面から見た平面図である。 図８（ｂ）は、磁気抵抗効果素子２１３を媒体対向面から見た平面図である。 図８（ｃ）は、磁気抵抗効果素子２１４を媒体対向面から見た平面図である。 図８（ｄ）は、図８（ｃ）のＡ１−Ａ２線断面図である。

図８（ａ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１２においては、積層体２０のＹ軸方向に沿う長さがＸ軸方向に沿って変化している。 積層体２０のうちの第１シールド１１側の部分のＹ軸方向に沿う長さは、積層体２０のうちの第２シールド１２側の部分のＹ軸方向に沿う長さよりも長い。 積層体２０の側面にはテーパ状である。 磁気抵抗効果素子２１２においても、第３シールド１３の第１方向に沿う長さは、第２シールド１２の第１方向に沿う長さよりも短い。

図８（ｂ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１３においては、積層体２０は、第１シールド１１側から第２シールド１２側に向かって、第４シールド１４、非磁性層２７、第１磁性層２１、中間層２５、第２磁性層２２及び下地層２６が積層されている。 すなわち、第３シールド１３は形成されていないが、第４シールド１４は形成されている。 上記の説明において、第１シールド１１と第２シールド１２とを互いに入れ替え、第１磁性層２１と第２磁性とを互いに入れ替えることで、第４シールド１４を第３シールド１３とみなすことができる。 第３シールド１３とみなした第４シールド１４の第１方向に沿う長さは、第１シールド１１とみなした第２シールド１２の第１方向に沿う長さよりも短い。

図８（ｃ）及び図８（ｄ）に表したように、磁気抵抗効果素子２１４においては、第３シールド１３におけるＹ軸方向の長さは、第２シールド１２におけるＹ軸方向の長さよりも短い。 そして、第３シールド１３におけるＺ軸方向の長さは、第２シールド１２におけるＺ軸方向の長さよりも短くなく、例えば、同じである。

図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図９（ａ）は、磁気抵抗効果素子２１５を媒体対向面から見た平面図である。 図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。 図９（ｃ）は、磁気抵抗効果素子２１６を媒体対向面から見た平面図である。 図９（ｄ）は、図９（ｃ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１５においては、第２磁性層２２と第３シールド１３の間に、第３磁性層２３及び非磁性層２８が設けられている。 この例では、非磁性層２７が設けられており、第３磁性層２３及び非磁性層２８は、第２磁性層２２と非磁性層２７との間に設けられている。 第２磁性層２２と第３磁性層２３との間に、非磁性層２８が設けられる。

第３磁性層２３には、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ及びＣｏＦｅＧｅよりなる群から選択された少なくとも１つの材料が用いられる。 第３磁性層２３の厚さは、例えば、２ｎｍ以下である。

非磁性層２８には、例えば、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を用いることができる。

磁気抵抗効果素子２１５において、第３磁性層２３は、第３シールド１３と第２磁性層２２との間の交換結合の強度を調整する。 第３磁性層２３は、例えば、交換結合調整層である。

第３磁性層２３の厚さ及び非磁性層２８の厚さが２ｎｍ以上となると、第３シールド１３と第２磁性層２２との間の相互作用効果が弱くなり、スピントルクノイズの抑制効果が減少することがある。

磁気抵抗効果素子２１５においても、第３シールド１３の第１方向に沿う長さは、第２シールド１２の第１方向に沿う長さよりも短い。

図９（ｃ）及び図９（ｄ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１６においては、第４シールド１４が設けられ、さらに、第４磁性層２４及び非磁性層２９が設けられている。 第４磁性層２４は、第４シールド１４と第１磁性層２１との間に配置されている。 非磁性層２９は、第４磁性層２４と第１磁性層２１との間に配置される。

第４磁性層２４には、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＳｉ及びＣｏＦｅＧｅよりなる群から選択された少なくとも１つの材料を用いることができる。 第４磁性層２４の厚さは、例えば、２ｎｍ以下である。

磁気抵抗効果素子２１６において、例えば、第４磁性層２４は、第４シールド１４と第１磁性層２１との間の交換結合の強度を調整する。 第４磁性層２４は、例えば、交換結合調整層である。

第４磁性層２４の厚さ及び非磁性層２８の厚さが２ｎｍ以上となると、第４シールド１４と第１磁性層２１との間の相互作用効果が弱くなり、スピントルクノイズの抑制効果が減少することがある。

図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図１０（ａ）は、磁気抵抗効果素子２１７を媒体対向面から見た平面図である。 図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。 図１０（ｃ）は、磁気抵抗効果素子２１８を媒体対向面から見た平面図である。 図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１７においては、第３シールド１３のＹ軸方向に沿う長さ及び第４シールド１４のＹ軸方向に沿う長さは、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さ及び第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さよりも短くない。 一方、第３シールド１３のＺ軸方向に沿う長さ及び第４シールドのＺ軸方向に沿う長さは、第１シールド１１のＺ軸方向に沿う長さ及び第２シールド１２のＺ軸方向に沿う長さよりも短い。 例えば、第１方向と第２方向とは互いに入れ替えても良い。

磁気抵抗効果素子２１６においても、第３シールド１３の第１方向（この場合はＺ軸方向）に沿う長さは、第２シールド１２の第１方向（Ｚ軸方向）に沿う長さよりも短い。 そして、第４シールド１４の第１方向に沿う長さは、第１シールド１１の第１方向に沿う長さよりも短い。

図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１８においては、第３シールド１３のＹ軸方向に沿う長さは、第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さよりも短くない。 一方、第３シールド１３のＺ軸方向に沿う長さは、第２シールド１２のＺ軸方向に沿う長さよりも短い。

図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図１１（ａ）は、磁気抵抗効果素子２１９を媒体対向面から見た平面図である。 図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。 図１１（ｃ）は、磁気抵抗効果素子２２０を媒体対向面から見た平面図である。 図１１（ｄ）は、図１１（ｃ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１９においては、第４シールド１４のＹ軸方向に沿う長さは、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さよりも短くない。 一方、第４シールド１４のＺ軸方向に沿う長さは、第１シールド１１のＺ軸方向に沿う長さよりも短い。

図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２２０においては、第４シールド１４のＹ軸方向に沿う長さは、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さよりも短い。 一方、第４シールド１４のＺ軸方向に沿う長さは、第１シールド１１のＺ軸方向に沿う長さよりも短くなく、例えば、同じである。

磁気抵抗効果素子２１２〜２２０においても、スピントルクノイズの影響を低減させて臨界電流密度Ｊｃを大きくでき、微細化が可能で、記録密度をさらに向上できる。

（第２の実施形態）
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図１２（ａ）は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子３１０を媒体対向面から見た平面図である。 図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２３１０は、第１シールド１１、第２シールド１２、積層体９０を含む。

第２シールド１２は、第１シールド１１と、Ｘ軸方向において離間する。 第２シールド１２は、例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な面１２ａを有する。 面１２ａは、媒体対向面３０の一部となる。 第１シールド１１も、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な面１１ａを有する。 面１１ａも、媒体対向面３０の一部となる。

積層体９０は、第１シールド１１と第２シールド１２の間に設けられる。 積層体９０における積層方向は、Ｘ軸方向（第１シールド１１から第２シールド１２に向かう方向）である。

積層体９０は、第１積層部分９１、第２積層部分９２及び第３積層部分９３を含む。 第１積層部分９１と第２シールド１２との間に、第２積層部分９２及び第３積層部分９３が配置される。

第１積層部分９１の１つの側面９１ａ（例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な側面９１ａ）は、媒体対向面３０の一部となる。 第１積層部分９１のＹ軸方向に沿う長さｌ１１は、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さＬ１１及び第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さＬ２１よりも短い。

第３積層部分９３は、第１積層部分９１と第２シールド１２との間において、第２積層部分９２と、Ｚ軸方向において離間する。 第３積層部分９３は、媒体対向面３０から離間している。

第２積層部分９２のＹ軸方向に沿う長さｌ２１は、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さＬ１１及び第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さＬ２１よりも短い。 第３積層部分９３のＹ軸方向に沿う長さｌ３１は、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さＬ１１及び第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さＬ２１よりも短い。 第２積層部分９２の１つの側面９２ａ（例えば、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な側面９２ａ）は、媒体対向面３０の一部となる。

第１積層部分９１は、例えば、絶縁層９４、下地層９５及び非磁性層９６を含む。 絶縁層９４と第２シールド１２との間に下地層９５が配置され、下地層９５と第２シールド１２との間に非磁性層９６が配置される。

絶縁層９４には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ _２ ）が用いられる。 絶縁層９４の厚さは、３ｎｍ以下である、例えば、３ｎｍである。

下地層９５には、例えば、タンタル（Ｔａ）が用いられる。 下地層９５の厚さは、２ｎｍ以下であり、例えば、２ｎｍである。

非磁性層９６には、例えば、銅（Ｃｕ）が用いられる。 非磁性層９６の厚さは、５ｎｍ以下であり、例えば、５ｎｍである。

第２積層部分９２は、例えば、中間層９７、第１磁性層９８、非磁性層９９及び第３シールド１０１を含む。 中間層９７と第２シールド１２との間に第１磁性層９８が配置され、第１磁性層９８と第２シールド１２との間に非磁性層９９が配置され、非磁性層９９と第２シールド１２との間に第３シールド１０１が配置される。

中間層９７には、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が用いられる。 中間層９７の厚さは、１ｎｍ以下である、例えば、１ｎｍである。

第１磁性層９８には、例えば、強磁性体が用いられる。 第１磁性層９８には、例えば、ＣｏＦｅＧｅが用いられる。 第１磁性層の厚さは、５ｎｍ以下であり、例えば、５ｎｍである。

非磁性層９９には、例えば、Ｒｕが用いられる。 非磁性層９９の厚さは、２ｎｍ以下であり、例えば、１．５ｎｍである。

第３シールド１０１には、例えば、ＣｏＺｒＮｂが用いられる。 第３シールド１０１の厚さは、５ｎｍ以下であり、例えば、５ｎｍである。 第３シールド１０１は、第２シールド１２と接している。 第３シールド１０１が第１磁性層９８と対向する面の面積は、例えば、約４００ｎｍ ^２ （２５ｎｍ ^２以上９００ｎｍ ^２以下）である。 第３シールド１０１が第１磁性層９８と対向する面の２つの辺の幅は、例えば、それぞれ２０ｎｍである。

第３シールド１０１の、積層方向に対して交差する（例えば直交する）第１方向に沿う長さは、第２シールドの第１方向に沿う長さよりも短い。 第１方向は、例えばＹ軸方向である。 第３シールド１０１のＹ軸方向に沿う長さｌ５１（この例では長さｌ２１と同じ）は、第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さＬ２１よりも短い。 この例では、第３シールド１０１のＺ軸方向に沿う長さｌ５２は、第２シールド１２のＺ軸方向に沿う長さＬ２２よりも短い。

第３積層部分９３は、例えば、中間層１０２、第２磁性層１０３、第１電極部１０４及び絶縁層１０５を含む。 中間層１０２と第２シールド１２との間に第２磁性層１０３が配置され、第２磁性層１０３と第２シールド１２との間に第１電極部１０４が配置され、第１電極部１０４と第２シールド１２との間に絶縁層１０５が配置される。

中間層９７には、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が用いられる。 中間層９７の厚さは、１ｎｍ以下であり、例えば、１ｎｍである。

第２磁性層１０３には、例えば、ＣｏＦｅＧｅを含む層と、ＩｒＭｎを含む層と、の積層膜が用いられる。 ＣｏＦｅＧｅを含む層の厚さは、５ｎｍ以下であり、例えば、５ｎｍである。 ＩｒＭｎを含む層の厚さは、５ｎｍ以下であり、例えば、５ｎｍである。

第１電極部１０４には、例えば、銅（Ｃｕ）が用いられる。 第１電極部１０４の厚さは、３ｎｍ以下であり、例えば、３ｎｍである。

絶縁層１０５には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ _２ ）が用いられる。 絶縁層１０５の厚さは、３ｎｍ以下であり、例えば、３ｎｍである。

本実施形態に係る磁気抵抗効果素子３１０は、第１電極部１０４及び第２シールド１２を電極とする２端子電極構造を有する。 磁気抵抗効果素子３１０においては、例えば、第１電極部１０４、第２磁性層１０３、中間層１０２、非磁性層９６、中間層９７、第１磁性層９８、非磁性層９９、第３シールド１０１及び第２シールド１２の順の電流経路が設けられる。

例えば、第２シールド１２から第１電極部１０４へ電流を流す場合には、電流によって、磁化の向きが固定された第２磁性層１０３にスピンが注入される。 注入されたスピンは、第２磁性層１０３によって磁気モーメントの向きが揃った偏極状態となる。 これにより、偏極状態となったスピンの向きと、フリー層である第１磁性層９８の磁化の向きとの相対角度による抵抗変化により、再生出力信号を取得することができる。 ２端子電極構造によるこのような再生素子駆動は、スピン注入の電流経路と再生出力信号検出が分離されていない。 この駆動は、例えば、ローカル型の駆動である。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の特性を例示するグラフ図である。
図１３（ａ）は、外部印加磁界を０（Ｏｅ）とし、第１電極部１０４と第２シールド１２との間に電流を流した場合の出力電圧の測定結果の例である。 図１３（ａ）の横軸は、積層体２０（第１磁性層２１）を流れる電流の電流密度Ｊである。 縦軸は、規格化した出力電圧Ｏｐである。 図１３（ｂ）の横軸は、第３シールド１０１の第１磁性層９８と対向する面の面積Ｓ５（ｎｍ ^２ ）である。 縦軸は、臨界電流密度Ｊｃである。

図１３（ａ）に表したように、電流密度Ｊが、５．０×１０ ^６ Ａ／ｃｍ ^２以上１．６×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２以下の範囲において、出力電圧Ｏｐは、ほぼ一定値を示す。 電流密度Ｊが１．６×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２を超えると、出力電圧Ｏｐは減少する。 磁気抵抗効果素子３１０においては、臨界電流密度Ｊｃは、１．６×１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２である。

第４参考例の磁気抵抗効果素子においては、磁気抵抗効果素子３１０において、非磁性層９９及び第３シールド１０１の代わりに、積層構造の非磁性層が設けられる。 この非磁性層は、１．５ｎｍの厚さのタンタル（Ｔａ）を含む層と、５ｎｍの厚さのＲｕを含む層と、の積層構造を有する。 第４参考例の磁気抵抗効果素子においては、臨界電流密度Ｊｃは、３．０×１０ ^７ Ａ／ｃｍ ^２である。

第５参考例の磁気抵抗効果素子においては、磁気抵抗効果素子３１０において、第３シールド１０１の成膜を第２シールド１２の成膜と同じ工程で行う。 すなわち、第５シールド１０１はエッチングされていないため、第３シールド１０１のＹ軸方向及びＺ軸方向の長さは、第２シールド１２のＹ軸方向及びＺ軸方向の長さと同じである。 第５参考例の磁気抵抗効果素子においては、臨界電流密度Ｊｃは、３．５×１０ ^７ Ａ／ｃｍ ^２である。

このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子３１０においては、第４及び第５参考例よりも、臨界電流密度Ｊｃを大きくすることができる。 本実施形態においては、第３シールド１０１のＹ軸方向に沿う長さを、第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さよりも短くしている。 これにより、スピントルクノイズを抑制することができる。

本実施形態によれば、スピントルクノイズの影響を低減させて臨界電流密度Ｊｃを大きくでき、微細化が可能で、記録密度をさらに向上できる。

図１３（ｂ）に表したように、磁気抵抗効果素子３１０において、第３シールド１０１の第１磁性層９８と対向する面積Ｓ５が、９ｎｍ ^２以上２５００ｎｍ ^２以下の場合に、臨界電流密度Ｊｃは大きい。 面積Ｓ５が、２５ｎｍ ^２以上９００ｎｍ ^２以下のときに、１０ ^８ Ａ／ｃｍ ^２以上の、大きい臨界電流密度Ｊｃを得ることができる。

図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図１４（ａ）は、磁気抵抗効果素子３１１を媒体対向面から見た平面図である。 図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。 図１４（ｃ）は、磁気抵抗効果素子３１２を媒体対向面から見た平面図である。 図１４（ｄ）は、図１４（ｃ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子３１１においては、第１積層部分９１のＹ軸方向に沿う長さは、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さより短くない。 そして、非磁性層９６における媒体対向面３０と反対側の端部に第２電極部１０６が設けられている。 非磁性層９６における媒体対向面３０側の端部に第３電極部１０７が設けられている。 磁気抵抗効果素子３１１においては、４端子電極構造が適用されている。

例えば、第１電極部１０４と第２電極部１０６とに第１の電流源を接続する。 電流を流して、磁化の向きが固定された第２磁性層１０３にスピンを注入する。 これにより、第２磁性層１０３の磁化の向きに偏極された拡散スピンを、非磁性層９６における中間層９７の下部周辺に蓄積させる。

第２シールド１２と第３電極部１０６とに第２の電圧源を接続する。 これにより、非磁性層９６における中間層９７の下部周辺に蓄積された偏極された拡散スピンと、フリー層である第１磁性層９８の磁化方向の相対角度で生じる磁気抵抗変化を検出する。 この磁気抵抗変化が、再生出力信号に対応する。

本実施形態の４端子電極構造においては、スピン注入用の電流経路が再生出力信号検出と分離されている。 磁気抵抗効果素子３１１においては、ノンローカル構造が適用されている。

図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）に示すように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子３１２においては、第１積層部分９１のＹ軸方向に沿う長さは、第１シールド１１のＹ軸方向に沿う長さより短い。 非磁性層９６における媒体対向面３０と反対側の端部に第２電極部１０６が設けられている。 そして第３電極部１０７は、設けられていない。 磁気抵抗効果素子３１２においては、３端子電極構造が適用されている。

磁気抵抗効果素子３１２においては、上記の磁気抵抗効果素子３１１において、第３電極部１０７の電位を第２電極部１０６の電位と同じにした場合に相当する。 磁気抵抗効果素子３１２において、第１電極部１０４と第２電極部１０７とに第１の電流源を接続し、第２シールド１２と第２電極部１０６とに第２の電圧源を接続する。 これにより、磁気抵抗変化を検出する。

図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、第２の実施形態に係る別の磁気抵抗効果素子の構成を例示する模式図である。
図１５（ａ）は、磁気抵抗効果素子３１３を媒体対向面から見た平面図である。 図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。 図１５（ｃ）は、磁気抵抗効果素子３１４を媒体対向面から見た平面図である。 図１５（ｄ）は、図１５（ｃ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子３１３においては、第３シールド１０１のＹ軸方向に沿う長さは、第２シールド１２のＹ軸方向に沿う長さよりも短くない。 第３シールド１０１のＺ軸方向に沿う長さは、第２シールド１２のＺ軸方向に沿う長さよりも短い。 この場合でも、スピントルクノイズを抑制することができる。

図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）に示すように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子３１４においては、第３シールド１０１のＺ軸方向に沿う長さは、第２シールド１２のＺ軸方向に沿う長さよりも短くない。 第３シールド１０１は、第３積層部分９３と第２シールド１２との間まで延びている。

磁気抵抗効果素子３１１〜３１４においても、スピントルクノイズの影響を低減させて臨界電流密度Ｊｃを大きくでき、微細化が可能で、記録密度をさらに向上できる。

（第３の実施形態）
上記で説明した実施形態に係る磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。 なお、実施形態に係る磁気記録再生装置は、再生機能のみを有することもできるし、記録機能と再生機能の両方を有することもできる。

図１６は、第３の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、第３の実施形態に係る磁気記録装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
図１６に表したように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。 記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ１７０に装着される。 記録用媒体ディスク１８０は、図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。 このモータは、例えば図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する。 本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えても良い。 また、記憶用媒体ディスク１８０の片面のみ用いてもよい。

記録用媒体ディスク１８０に格納される情報の記録再生が、ヘッドスライダ３により行われる。 ヘッドスライダ３は、既に例示した構成を有する。 ヘッドスライダ３は、サスペンション１５４の先端に取り付けられている。 サスペンション１５４は、薄膜状である。 ヘッドスライダ３の先端付近に、例えば、既に説明した実施形態に係る磁気ヘッド１１０が搭載される。 磁気ヘッド１１０には、第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２１０〜２２０及び３１０〜３１４、並びに、それらの変形の磁気抵抗効果素子が設けられる。

記録用媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダ３は、記録用媒体ディスク１８０の表面の上方に保持される。 すなわち、サスペンション１５４による押し付け圧力と、ヘッドスライダ３の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力と、がつりあう。 これにより、ヘッドスライダ３の媒体対向面と、記録用媒体ディスク１８０の表面と、の距離は、所定の値に保持される。 実施形態において、ヘッドスライダ３が記録用媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」を用いても良い。

サスペンション１５４は、アクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。 アクチュエータアーム１５５は、例えば、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有する。 アクチュエータアーム１５５の他端には、ボイスコイルモータ１５６が設けられている。 ボイスコイルモータ１５６は、例えば、リニアモータの一種である。 ボイスコイルモータ１５６は、例えば、図示しない駆動コイル及び磁気回路を含むことができる。 駆動コイルは、例えば、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻かれる。 磁気回路は、例えば、図示しない永久磁石及び対向ヨークを含むことができる。 永久磁石及び対向ヨークは、互いに対向し、これらの間に駆動コイルが配置される。

アクチュエータアーム１５５は、例えば、図示しないボールベアリングによって保持される。 ボールベアリングは、例えば、軸受部１５７の上下の２箇所に設けられる。 アクチュエータアーム１５５は、ボイスコイルモータ１５６により、回転摺動が自在にできる。 その結果、磁気ヘッドは、記録用媒体ディスク１８０の任意の位置に移動できる。 また、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０が設けられる。

信号処理部１９０は、例えば、磁気記録再生装置１５０の図面中の背面側に設けられる。 信号処理部１９０の入出力線は、磁気ヘッドアセンブリ１５８の電極パッドに接続され、磁気ヘッドと電気的に結合される。

すなわち、信号処理部１９０は、磁気ヘッドに電気的に接続される。

磁気記録媒体８０に記録された媒体磁界に応じた、磁気抵抗効果素子の抵抗の変化は、例えば、信号処理部１９０により検出される。

このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、上記の実施形態に係る磁気ヘッドと、磁気記録媒体と磁気ヘッドとを離間させ、または、接触させた状態で相対的に移動可能とした可動部と、磁気ヘッドを磁気記録媒体の所定の記録位置に位置合わせする位置制御部と、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。

すなわち、上記の磁気記録媒体８０として、記録用媒体ディスク１８０が用いられる。 上記の可動部は、ヘッドスライダ３を含むことができる。 また、上記の位置制御部は、磁気ヘッドアセンブリ１５８を含むことができる。

このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、磁気記録媒体と、実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリと、磁気ヘッドアセンブリに搭載された磁気ヘッドを用いて情報が再生される磁気記憶媒体と、を備える。 本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０によれば、上記の実施形態に係る磁気ヘッドを用いることで、高感度の再生が可能になる。

図１７（ａ）は、磁気記録再生装置の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ１６０の拡大斜視図である。
図１７（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部となる磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ：ＨＧＡ）１５８を例示する斜視図である。

図１７（ａ）に表したように、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、磁気ヘッドアセンブリ１５８と、支持フレーム１６１と、を含む。 磁気ヘッドアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延びる。 支持フレーム１６１は、軸受部１５７から磁気ヘッドアセンブリ１５８とは反対方向に延びる。 支持フレーム１６１は、ボイスコイルモータのコイル１６２を支持する。

図１７（ｂ）に示したように、磁気ヘッドアセンブリ１５８は、アクチュエータアーム１５５とサスペンション１５４とを含む。 アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７から延びる。 サスペンション１５４は、アクチュエータアーム１５５から延びる。

サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダ３が取り付けられている。 そして、ヘッドスライダ３には、磁気ヘッド１１０が搭載される。

すなわち、実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ１５８は、実施形態に係る磁気ヘッド１１０と、磁気ヘッド１１０が搭載されたヘッドスライダ３と、磁気ヘッド１１０を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。

サスペンション１５４は、信号の書き込み及び読み取り用、及び、浮上量調整のためのヒーター用などのためのリード線（図示しない）を有する。 これらのリード線と、ヘッドスライダ３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極と、が電気的に接続される。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、磁気抵抗効果素子の製造方法に係る。 本実施形態においては、例えば、図５（ａ）〜図５（ｅ）に関して説明した処理が実施される。
本実施形態に係る製造方法においては、第１のシールド（第１シールド１１）の上に第１磁性膜２１ｆを形成し、第１磁性膜２１ｆの上に中間膜２５ｆを形成し、中間膜２５ｆの上に第２磁性膜２２ｆを形成し、第２磁性膜２２の上にシールド膜（第３シールド膜１３ｆ）を形成する。 すなわち、積層工程を実施する。

さらに、第１磁性膜２１ｆ、中間膜２５ｆ、第２磁性膜２２ｆ及び第３シールド膜１３ｆをパターニングして、第１磁性層２１、中間層２５、第２磁性層２２及び第２のシールド（第３シールド１３）を形成する。

さらに、第２のシールド（第３シールド１３）の上に、第１シールド１１から第２のシールド（第３シールド１３）に向かう積層方向に交差する第１方向の長さが第２のシールド（第３シールド１３）の第１方向における長さよりも長い第３のシールド（第２シールド１２）を、第２のシールド（第３シールド１３）と接するように形成する。 すなわち、第２のシールド（第３シールド１３）の上に直接、第３のシールド（第２シールド１２）を形成する。

上記の積層工程は、第１シールド１１の上に第１シールド１１と接するように第２のシールド膜（第４シールド膜１４ｆ）を形成することを含む。 すなわち、第１シールド１１の上に直接、第２のシールド膜（第４シールド膜１４ｆ）を形成する。 そして、上記の積層工程は、第２のシールド膜（第４シールド膜１４）の上に第１磁性膜１１ｆを形成することをさらに含む。

上記のパターニング工程は、第２のシールド膜（第４シールド膜１４ｆ）の少なくとも一部をパターニングして、第４シールド１４を形成することを含む。 上記のパターニング工程は、第４シールド１４の第１方向における長さを、第１のシールド（第１シールド１１）の第１方向における長さよりも小さく形成することを含む。
本実施形態によれば、微細化が可能な磁気抵抗効果素子の製造方法を提供できる。

実施形態によれば、微細化が可能な磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することができる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。 「積層される」状態は、互いに接して重ねられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて重ねられる状態も含む。 「対向する」状態は、直接的に面する状態の他に、間に別の要素が挿入されて面する状態も含む。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。 しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。 例えば、磁気抵抗効果素子に含まれるシールド、磁性層、非磁性層、中間層及び電極部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。 これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３…ヘッドスライダ、 ３Ａ…空気流入側、 ３Ｂ…空気流出側、 １１…第１シールド、 １１ａ…面、 １１ｆ…第１シールド膜、 １２…第２シールド、 １２ａ…面、 １２ｆ…第２シールド膜、 １３…第３シールド、 １３ｆ…第３シールド膜、 １４…第４シールド、 １４ｆ…第４シールド膜、 ２０…積層体、 ２０ａ…第１の側面、 ２０ｂ…第２の側面、 ２１…第１磁性層、 ２１ａ…側面、 ２１ｆ…第１磁性膜、 ２２…第２磁性層、 ２２ａ…側面、 ２２ｆ…第２磁性膜、 ２３…第３磁性層、 ２４…第４磁性層、 ２５…中間層、 ２５ｆ…中間膜、 ２６…下地層、 ２６…下地膜、 ２７…非磁性層、 ２７ｆ…非磁性膜、 ２８…非磁性層、 ２９…非磁性層、 ３０…媒体対向面、 ３１…サイドシールド、 ３１ａ、３１ｂ…第１、第２サイドシールド部、 ３１ｆ…サイドシールド膜、 ３２…絶縁膜、 ３３…ハードバイアス、 ３４…基板、 ３５、３６…マスクパターン、 ６０…書き込み部、 ６１…主磁極、 ６２…書き込み部リターンパス、 ６３…スピントルク発振子、 ７０…再生部、 ８０…磁気記録媒体、 ８１…磁気記録層、 ８２…媒体基板、 ８３…磁化、 ８５…媒体移動方向、 ９０…積層体、 ９１、９２、９３…第１〜第３積層部分、 ９１ａ、９２ａ…側面、 ９４…絶縁層、 ９５…下地層、 ９６…非磁性層、 ９７…中間層、 ９８…第１磁性層、 ９９…非磁性層、 １０１…第３シールド、 １０２…中間層、 １０３…第２磁性層、 １０４…第１電極部、 １０５…絶縁層、 １０６…第２電極部、 １０７…第３電極部、 １１０…磁気ヘッド、 １５０…磁気記録再生装置、 １５４…サスペンション、 １５５…アクチュエータアーム、 １５６…ボイスコイルモータ、 １５７…軸受部、 １５８…ヘッドジンバルアセンブリ、 １６０…ヘッドスタックアセンブリ、 １６１…支持フレーム、 １６２…コイル、 １７０…スピンドルモータ、 １８０…記録用媒体ディスク、 １９０…信号処理部、 ２１０〜２２０、３１０〜３１４…磁気抵抗効果素子、 Ａ…矢印、 Ｊ…電流密度、 Ｊｃ…臨界電流密度、 Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ４１、Ｌ４２…長さ、 Ｏｐ…出力電圧、 Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５…面積、 ｌ１１、ｌ２１、ｌ３１、ｌ５１、ｌ５２…長さ、 ｔ３…厚さ