(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンニング層の上に設けられたピンド層と、このピンド層の上に設けられた遷移層と、この遷移層の上に設けられたフリー層とを有する磁気メモリセルを形成するステップを含み、
前記フリー層を形成するステップは、
前記遷移層の上にコバルト鉄含有強磁性層を形成するステップと、
前記コバルト鉄含有強磁性層の上に、アルゴン混合酸素、クリプトン混合酸素、キセノン混合酸素、およびネオン混合酸素からなるグループから選択したものを用いて、酸素からなる界面活性層を形成するステップと、
前記界面活性層を形成したのち、直ちに前記界面活性層の上にニッケル鉄含有強磁性層を形成するステップと
を含むことを特徴とする磁気メモリセルの磁気抵抗効果増加方法。
【請求項２】
前記磁気メモリセルを、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果素子）またはＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果素子）として構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリセルの磁気抵抗効果増加方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果を利用して構成した磁気メモリセルに係わり、特に複数層からなるフリー層を備えた磁気メモリセルの磁気抵抗効果を増加させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリー層にコバルト鉄（ＦｅＣｏ）のみを用いたＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）やＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）を利用するセンサは、大きな抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）を有するが、そのようなＦｅＣｏからなるフリー層の磁気的性質（例えば、保磁力Ｈｃ、異方性磁界Ｈｋおよび磁歪等）は、使用可能な範囲を逸脱している場合が多い。代表的なＴＭＲプロセスでは、より良い軟磁性特性のフリー層を得るために、通常は、フリー層にニッケル鉄（ＮｉＦｅ）を追加成膜することが行われる。ところが、ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅという構成のフリー層では、ＦｅＣｏのみからなるフリー層に比べると、ｄＲ／Ｒが劇的に低下してしまう。
【０００３】
図３は、従来の一般的なＭＲメモリセルの断面構造を表すものである。このＭＲメモリセルは、下層側から順に、ピンニング層１１と、ピンド層１２と、遷移層１３と、フリー層３０と、キャップ層１６とを備えている。ピンニング層１１は、通常、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）や白金マンガン（ＭｎＰｔ）等の材料からなる反強磁性層として形成される。ピンド層１２は、強磁性層、または３層構造のシンセティック反強磁性層として形成される。遷移層１３は、ＧＭＲ素子で銅層が用いられ、ＴＭＲ素子では薄い絶縁層が用いられる。フリー層３０は、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）層１４およびニッケル鉄（ＮｉＦｅ）層１５からなる２層構造を有する。
【０００４】
このような磁気ヘッドに関連する従来技術を検索したところ、以下のものが見つかった。
【０００５】
Gillによる特許文献１には、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅという構造のフリー層が開示されている。Janderらによる特許文献２は、ＦｅＣｏ／ＦｅＮｉＣｏ／ＦｅＣｏという構造のフリー層について言及している。Hongらによる特許文献３は、ＣｏＦｅまたはＮｉＦｅからなるピンド層の上に酸素の界面活性層を設けることについて言及している。
【０００６】
Horng らによる特許文献４および特許文献５には、酸素の界面活性層の上にＣｏＦｅ／ＮｉＦｅという構造のフリー層を形成することが開示されている。但し、この界面活性層は、フリー層の内部ではなく、フリー層の外部に設けられている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，１１６，５３０号
【特許文献２】米国特許第７，０５４，１１４号
【特許文献３】米国特許第７，０４５，８４１号
【特許文献４】米国特許第７，０４２，６８４号
【特許文献５】米国特許第６，９９３，８２７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の構造では、他の磁気的特性を損なうことなく、高い抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子において、他の磁気的特性が許容範囲を超えて悪化することを回避しつつ、高い抵抗変化率を得ることを可能とする、磁気メモリセルの磁気抵抗効果増加方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、上記の目的に合致する構造の磁気メモリセル、およびその形成方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、ＣＩＰ（current in-plane；面内電流型）、ＣＰＰ（current perpendicular to plane；面直交電流型）およびＣＣＰ（current confined path ；電流狭窄路型）の各タイプのメモリ素子に適応可能な磁気メモリセルおよびその形成方法、ならびに磁気メモリセルの磁気抵抗効果増加方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、現行のメモリ素子の製造方法におけるプロセスにわずかな変更を加えるだけで上記の目的を達成することができる磁気メモリセルの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的は、適切な界面活性層をフリー層内部に挿入することで達成可能である。界面活性層の形成に用いる好ましい材料としては、酸素が挙げられるが、これと同様の作用を有するものであれば、他の材料で代用することも可能である。このアイデアは、ＣＩＰ、ＣＰＰおよびＣＣＰの各タイプのＧＭＲセンサに適応可能である。酸素からなる界面活性層をどのようにして適用するかについては、本発明によるデバイスと従来のデバイスとの間で抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）を比較したデータと共に後述することにする。
【００１４】
より具体的には、以下の各手段により、上記目的が達成可能である。
【００１５】
本発明に係る磁気メモリセルの磁気抵抗効果増加方法は、ピンニング層の上に設けられたピンド層と、このピンド層の上に設けられた遷移層と、この遷移層の上に設けられたフリー層とを有する磁気メモリセルを形成するステップを含み、フリー層を形成するステップは、遷移層の上にコバルト鉄含有強磁性層を形成するステップと、コバルト鉄含有強磁性層の上に、アルゴン混合酸素、クリプトン混合酸素、キセノン混合酸素、およびネオン混合酸素からなるグループから選択したものを用いて、酸素からなる界面活性層を形成するステップと、界面活性層を形成したのち、直ちに界面活性層の上にニッケル鉄含有強磁性層を形成するステップとを含むものである。そのような磁気メモリセルは、ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子として構成可能である。
【００１６】
本発明に係る磁気メモリセルの形成方法は、基板上にピンニング層を形成するステップと、ピンニング層の上にピンド層を形成するステップと、ピンド層の上に遷移層を形成するステップと、遷移層の上に第１の強磁性層を形成するステップと、第１の強磁性層の上に酸素からなる界面活性層を形成するステップと、界面活性層の上に第２の強磁性層を形成するステップとを含み、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層とにより挟まれた界面活性層を有するフリー層を形成するようにしたものである。界面活性層は、５秒ないし６０秒の期間にわたって酸素の圧力レベルを６．６５×１０-5［Ｐａ］（＝５×１０-7［Ｔｏｒｒ］）に保持する工程によって形成可能である。このプロセスで得られる磁気メモリセルの面積抵抗値（ＲＡ値）は、上記の圧力保持期間の長さに応じた大きさとなる。
【００１７】
本発明に係る磁気メモリセルは、基板上に形成されたピンニング層と、ピンニング層の上に形成されたピンド層と、ピンド層の上に形成された遷移層と、遷移層の上に形成された第１の強磁性層と、第１の強磁性層の上に形成された酸素からなる界面活性層と、界面活性層の上に形成された第２の強磁性層とを含み、第１の強磁性層、第２の強磁性層、およびこれらの強磁性層により挟まれた界面活性層によりフリー層を構成するようにしたものである。
【００１８】
本発明に係る磁気メモリセルおよびその形成方法では、第１の強磁性層を単一のコバルト鉄含有層として成膜可能である。あるいは、コバルト鉄含有層およびニッケル鉄含有層の２層をこの順に形成して第１の強磁性層を構成してもよい。この場合、第２の強磁性層は、単一のニッケル鉄含有層を成膜して構成することが可能である。
【００１９】
また、本発明に係る磁気メモリセルおよびその形成方法では、第２の強磁性層を単一のニッケル鉄含有層として成膜可能である。あるいは、ニッケル鉄を含有する鉄リッチ層とニッケル鉄を含有するニッケルリッチ層の２層をこの順に形成して第２の強磁性層を構成してもよい。
【００２０】
また、本発明に係る磁気メモリセルおよびその形成方法では、第１の強磁性層を、鉄、コバルトおよび必要に応じてニッケルを含有するコバルト鉄含有層と、コバルト、鉄および第３の元素を含有する層の２層をこの順に成膜して構成することが可能である。第３の元素は、ボロン（Ｂ）およびニッケルからなる群から選ばれる元素であることが好ましい。この場合、第２の強磁性層は、界面活性層の上に単一のニッケル鉄含有層として成膜することが可能である。
【００２１】
また、本発明に係る磁気メモリセルおよびその形成方法では、遷移層を絶縁トンネルバリア層として構成することにより、２０％以上の抵抗変化率を有するＴＭＲ素子を製造することが可能である。あるいは、遷移層を銅層として構成することにより、１０％以上の抵抗変化率を有するＧＭＲ素子を製造することが可能である。このようなＧＭＲ素子を構成する場合には、ＣＩＰ型、ＣＰＰ型およびＣＣＰ型のいずれの素子としても構成可能である。
【００２２】
本発明に係る他の磁気メモリセルは、基板上に形成されたピンニング層と、ピンニング層の上に形成されたピンド層と、ピンド層の上に形成された遷移層と、遷移層の上に設けられた、コバルト鉄含有層および少なくとも１層のニッケル鉄含有層を含むフリー層とを備え、コバルト鉄含有層の内部に界面活性層を挿入形成したものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る磁気メモリセルの磁気抵抗効果増加方法によれば、遷移層の上に、コバルト鉄含有強磁性層と界面活性層とニッケル鉄含有強磁性層とを順に含むフリー層を設けるようにしたので、格子歪みが低減され、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子において、他の磁気的特性が許容範囲を超えて悪化することを回避しつつ、高い抵抗変化率を得ることができる。
【００２４】
本発明に係る磁気メモリセルおよびその形成方法によれば、遷移層の上に第１の強磁性層を形成したのち、その上に酸素からなる界面活性層を形成し、さらにその上に第２の強磁性層を形成することにより、第１の強磁性層と第２の強磁性層とにより挟まれた界面活性層を有するフリー層を形成するようにしたので、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子において、他の磁気的特性が許容範囲を超えて悪化することを回避しつつ、高い抵抗変化率を得ることができる。
【００２５】
本発明に係る他の磁気メモリセルによれば、遷移層の上に、コバルト鉄含有層および少なくとも１層のニッケル鉄含有層を含むフリー層を設け、コバルト鉄含有層の内部に界面活性層を挿入形成するようにしたので、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子において、他の磁気的特性が許容範囲を超えて悪化することを回避しつつ高い抵抗変化率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
背景技術の項で説明した課題は、適切な界面活性層(surfactant layer)をフリー層内部に挿入することで解決することができる。ＦｅＣｏ層の表面を横切るように酸素を流すことにより、フリー層を構成するＦｅＣｏ層とＮｉＦｅ層との間に薄い界面活性層（以下、適宜ＳＬとも表記する。）が形成される。このようにするのは、主として、ｆｃｃ（面心立方格子）構造を有するＦｅＣｏ層とｂｃｃ（体心立方格子）構造を有するＮｉＦｅ層との間の格子不整合の影響を低減するためである。
【００２８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る磁気メモリセルの要部断面構造を表すものである。この磁気メモリセルは、下層側から順に、ピンニング層１１と、ピンド層１２と、遷移層１３と、フリー層１３０と、キャップ層１６とを備えている。ピンニング層１１は、例えば、ＩｒＭｎやＭｎＰｔ等の材料からなる反強磁性層として形成される。ピンド層１２は、強磁性層、または３層構造のシンセティック反強磁性層として形成される。遷移層１３は、ＧＭＲ素子では銅層が用いられ、ＴＭＲ素子では薄い絶縁層が用いられる。フリー層１３０は、ＦｅＣｏ層２１とＮｉＦｅ層２３の間に界面活性層２２を挟み込んで構成したＦｅＣｏ／ＳＬ／ＮｉＦｅという３層構造を有する。（なお、ここでの表記では、「／」の左側が下層側、右側が上層側を意味する。以下同様である。）界面活性層２２は、既に知られている界面活性材料で構成可能である。そのような材料としては酸素があげられるが、そのほか、アルゴン混合酸素、クリプトン混合酸素、キセノン混合酸素、およびネオン混合酸素等が好適に用いられる。
【００２９】
フリー層１３０の内部に界面活性層２２を挿入することにより、結晶構造が改善される（格子歪みが低減される）。これに加えて、界面活性層２２は、ＮｉＦｅ層２３からＦｅＣｏ層２２へのＮｉの分散を低減するように機能する。その結果、ＭＲセンサの抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）が、界面活性層がない場合に比べて２０〜３０％程度向上する。
【００３０】
このような構造の磁気メモリセルは、次のように形成される。まず、図示しない基板上に、ピンニング層１１を形成したのち、このピンニング層１１の上にピンド層１２を形成する。次に、ピンド層１２の上に遷移層１３を形成したのち、フリー層１３０を形成し、さらにその上にキャップ層１６を形成する。フリー層１３０の形成は次のように行う。まず、遷移層１３の上に、第１の強磁性層としてのＦｅＣｏ層２１を形成する。次に、ＦｅＣｏ層２１の表面を横切るように酸素等を流すことにより、ＦｅＣｏ層２１の表面に薄い界面活性層２２を形成する。続いて、界面活性層２２の上に、第２の強磁性層としてのＮｉＦｅ層２３を形成する。これにより、ＦｅＣｏ層２１とＮｉＦｅ層２３の間に挟まれた界面活性層２２を有するフリー層１３０が形成される。
【００３１】
図２は、本発明の他の実施の形態に係る磁気メモリセルの要部断面構造を表すものである。この磁気メモリセルは、ＦｅＣｏ／ＳＬ／ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅという構造のフリー層２３０を有する。すなわち、ＦｅＣｏ層２１とＮｉＦｅ層２３との間ではなくて、ＦｅＣｏ層の内部（ＦｅＣｏ層３１とＦｅＣｏ層３２との間）に界面活性層２２を挿入するようにしている点が図１と異なる。そして、上側のＦｅＣｏ層３２の上にＮｉＦｅ層２３が積層されている。その他の構成は図１の場合と同様である。
【００３２】
このような構造の磁気メモリセルは、次のように形成される。まず、図示しない基板上に、ピンニング層１１を形成したのち、このピンニング層１１の上にピンド層１２を形成する。次に、ピンド層１２の上に遷移層１３を形成したのち、フリー層２３０を形成し、さらにその上にキャップ層１６を形成する。フリー層２３０の形成は次のように行う。まず、遷移層１３の上に、第１の強磁性層の一部をなすＦｅＣｏ層３１を形成する。次に、ＦｅＣｏ層３１の表面を横切るように酸素等を流すことにより、ＦｅＣｏ層３１の表面に薄い界面活性層２２を形成する。続いて、界面活性層２２の上に、第２の強磁性層の残余部分をなすＦｅＣｏ層３２を形成する。さらに、ＦｅＣｏ層３２の上に、第２の強磁性層としてのＮｉＦｅ層３３を形成する。これにより、ＦｅＣｏ層３１とＦｅＣｏ層３２との間に挟まれた界面活性層２２、およびＮｉＦｅ層３３を有するフリー層２３０が形成される。
【００３３】
ここで、まず初めに答えておかなければならない重要な問題がある。それは、界面活性層（ＳＬ）をフリー層に挿入することによって、フリー層の主要な磁気的特性である保磁力Ｈｃ、異方性磁界Ｈｋおよび磁歪λがどのような影響を受けるかという点である。この問題に答えるために、次の（Ａ）に示す構造のＴＭＲ素子サンプルを作成し、磁気的特性を測定した。
【００３４】
シード層／ＡＦＭ／外側ピンド層／Ｒｕ／内側ピンド層／ＭｇＯｘ／フリー層／キャップ層  …（Ａ）
【００３５】
ここで、ＡＦＭは反強磁性としてのピンニング層である。外側ピンド層／Ｒｕ／内側ピンド層は、ルテニウム（Ｒｕ）を２つのピンニング層で挟んでなるシンセティックピンド層である。ＭｇＯｘは絶縁バリア層としての酸化マグネシウムである。フリー層としては、ＦｅＣｏ／ＳＬ／ＮｉＦｅという３層構造の場合（サンプル２）と、ＦｅＣｏ／ＳＬ／ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅという４層構造の場合（サンプル１）についてそれぞれ磁気的特性（保磁力Ｈｃ、異方性磁界Ｈｋ、および磁歪λ）の測定を行なった。また、比較例として、界面活性層ＳＬを有しない従来のフリー層構造ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅを有するＴＭＲ素子についての測定も行なった。その結果を表１に示す。なお、表１において、保磁力Ｈｃ、異方性磁界Ｈｋの単位はエルステッド（［Ｏｅ］＝１０3 ／４π［Ａ／ｍ］）である。
【００３６】
【表１】
0005618463.tif 000002
【００３７】
表１から明らかなように、界面活性層ＳＬを挿入してもフリー層の磁気的特性がさほど変化しないことがわかった。
【００３８】
表２は、６インチウェハ上に作製された、ＭｇＯｘバリア層および界面活性層ＳＬを有するＴＭＲ素子のＲＡ値（面積抵抗値；単位はΩ・ｍｍ2 ）および抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）の測定データを表すものである。この表２において、サンプル１，２は上記の表１の場合と同じものである。なお、比較例として、界面活性層ＳＬを有しない従来のフリー層構造ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅを有するＴＭＲ素子についての測定データも並記した。磁気メモリセルの構造は上記の（Ａ）と同様である。
【００３９】
【表２】
0005618463.tif 000003
【００４０】
表２から明らかなように、ＦｅＣｏ／ＮｉＦｅという２層構造において、ＦｅＣｏ層の内部、またはＦｅＣｏ層とＮｉＦｅ層との間、のいずれかに界面活性層ＳＬを挿入することにより、高い抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）と低いＲＡ値とが得られることがわかった。
【００４１】
さらに、同様のコンセプトがＦｅＣｏ／ＦｅＮｉ／ＮｉＦｅという３層構造のフリー層にも適用可能である。ここでは、ＦｅＣｏ層と下側のＦｅＮｉ層との間に界面活性層ＳＬを挿入した場合のサンプル１（ＦｅＣｏ／ＳＬ／ＦｅＮｉ／ＮｉＦｅ）と、下側のＦｅＮｉ層と上側のＮｉＦｅ層との間に界面活性層ＳＬを挿入した場合のサンプル２（ＦｅＣｏ／ＦｅＮｉ／ＳＬ／ＮｉＦｅ）の２つの例について、抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）およびＲＡ値の測定を行なった。なお、「ＦｅＮｉ」という表記は鉄リッチな（鉄をより多く含有する）ＦｅＮｉ層を示し、「ＮｉＦｅ」はニッケルリッチな（ニッケルをより多く含有する）ＮｉＦｅ層を示す。その結果を表３に示す。
【００４２】
【表３】
0005618463.tif 000004
【００４３】
表３から明らかなように、ＦｅＣｏ／ＦｅＮｉ／ＮｉＦｅという３層構造において、ＦｅＣｏ層とＦｅＮｉ層との間、またはＦｅＮｉ層とＮｉＦｅ層との間、のいずれかに界面活性層ＳＬを挿入することによっても、表２の場合と同様の高い抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）と低いＲＡ値とが得られることがわかった。
【００４４】
なお、表３のサンプル１では、界面活性層ＳＬの上に第２の磁性層を形成するに際し、ＦｅＮｉ／ＮｉＦｅというように  鉄リッチなＦｅＮｉの上にニッケルリッチなＮｉＦｅを積層するようにしたが、これは、鉄リッチなＦｅＮｉでは、ニッケルリッチなＮｉＦｅよりも高い抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）が得られる一方、ニッケルリッチなＮｉＦｅよりも磁歪λが大きくなってしまうからである。すなわち、磁歪の点で有利なニッケルリッチなＮｉＦｅを主層とすると共に、その下側（ピンド層側）に、抵抗変化率の点で有利な薄い（例えば０．３ｎｍ〜０．８ｎｍ程度）鉄リッチなＦｅＮｉを形成することにより、磁歪λの増大を抑制しつつ比較的大きな抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）を得ることができるのである。但し、これとは逆に、ニッケルリッチなＮｉＦｅの上に鉄リッチなＦｅＮｉを積層するようにしてもよい。
【００４５】
適切な界面活性層ＳＬを挿入することが可能なフリー層の構造として、上記以外にも多くの構造がある。これらのフリー層は、磁気抵抗効果を利用した磁気メモリ素子を形成するのに必要な他の様々な層（ピンド層、ピンニング層、遷移層（ＴＭＲ素子においてはトンネルバリア層、ＧＭＲ素子においては銅スペーサ層））と共に、すべて、以下に述べるいくつかの実施例において列挙する層を連続成膜することにより形成される。これらの実施例は、あくまで実例として提示したものであって、磁気メモリセルの形成に本発明を適用するに際して、フリー層の性能向上のために用いられ得る強磁性層の可能な組み合わせをすべて網羅してリストアップしたものではない。
【００４６】
界面活性層の挿入は、フリー層構造中の適切な層を成膜したのち直ちにその上に界面活性材料を堆積させ、さらにその上に、成膜シーケンスにおけるその次の層を積層することによって実現可能である。
【００４７】
以下、酸素からなる界面活性層の成膜プロセスについて説明する。但し、本発明の精神および意図から外れることがない限り、酸素の代わりに、これと同様に作用する他の界面活性材料（アルゴン混合酸素、クリプトン混合酸素、キセノン混合酸素、およびネオン混合酸素等）を用いるようにしてもよい。酸素からなる界面活性層の成膜プロセスは、以下の通りである。
【００４８】
フリー層の一部を形成したのち、好ましくは１０分以内に、酸素（必要に応じて、アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオン等の希ガスで希釈した酸素）を真空チャンバ内に導入し、５秒ないし６０秒の期間にわたって酸素の圧力レベルを６．６５×１０-5［Ｐａ］（＝５×１０-7［Ｔｏｒｒ］）に保持する。これにより、フリー層の一部の最表面に上記の界面活性層を直接形成する。こののち、直ちに、フリー層を構成する残りの層を形成する。こうして出来上がった素子のＲＡ値は、フリー層が酸素（純酸素または希釈酸素）に曝されていた時間の関数となる。具体的には、この曝露時間が長いほど、ＲＡ値は大きくなる。
【００４９】
［実施例１］
界面活性層ＳＬをＦｅＣｏx 層とＮｉＦｅy 層との間に挿入し、これにより、ＦｅＣｏx ／ＳＬ／ＮｉＦｅy という構造のフリー層を作製した。ここで、ｘ＝０〜１００原子％、ｙ＝０〜１００原子％である。
【００５０】
［実施例２］
界面活性層ＳＬをＦｅＣｏx 層の内部に挿入し、これにより、ＦｅＣｏx ／ＳＬ／ＦｅＣｏx ／ＮｉＦｅy という構造のフリー層を作製した。ここで、ｘ＝０〜１００原子％、ｙ＝０〜１００原子％である。なお、ＦｅＣｏ層に第３の元素を添加して、例えばＦｅＣｏＮｉ層とし、これに界面活性層ＳＬを挿入することにより、ＦｅＣｏx Ｎｉ／ＳＬ／ＦｅＣｏx Ｎｉ／ＮｉＦｅy という構造にしてもよい。あるいは、ニッケルリッチなＮｉＦｅy の直下に鉄リッチなＦｅz Ｎｉ層を形成することにより、ＦｅＣｏx ／ＳＬ／ＦｅＣｏx ／Ｆｅz Ｎｉ／ＮｉＦｅy という構造にしてもよい。
【００５１】
［実施例３］
ＦｅＣｏx 層の上に鉄リッチなＦｅＮｉy 層とニッケルリッチなＮｉＦｅz 層とをこの順で形成してフリー層とすると共に、この鉄リッチなＦｅＮｉy 層とニッケルリッチなＮｉＦｅz 層との間に界面活性層ＳＬを挿入する。これにより、ＦｅＣｏx ／ＦｅＮｉy ／ＳＬ／ＮｉＦｅz   という構造のフリー層を作製した。ここで、ｘ，ｙ，ｚは、それぞれ、０〜１００原子％である。なお、本実施例では、鉄リッチなＦｅＮｉの上にニッケルリッチなＮｉＦｅを積層するようにしたが、これとは逆に、ニッケルリッチなＮｉＦｅの上に鉄リッチなＦｅＮｉを積層するようにしてもよい。
【００５２】
［実施例４］
ＦｅＣｏx （Ｎｉ）層の上にＣｏＦｅＱ層とＮｉＦｅ層とをこの順で配置してフリー層とすると共に、このＣｏＦｅＱ層とＮｉＦｅ層との間に界面活性層ＳＬを挿入する。これにより、ＦｅＣｏx （Ｎｉ）／ＣｏＦｅＱ／ＳＬ／ＮｉＦｅz   という構造のフリー層を作製した。ここで、ｘ，ｚは、それぞれ、０〜１００原子％であり、Ｑは第３の元素（ボロンまたはニッケル等）である。なお、ＦｅＣｏx （Ｎｉ）という表記は、必要に応じてＦｅＣｏx にＮｉを添加してもよいことを示す。Ｎｉをわずかに添加することにより、フリー層の保磁力Ｈｃをより小さくすることができる。ＣｏＦｅ層に第３の元素Ｑを添加するのも同様の理由からである。
【００５３】
上記したように、以上のすべてのフリー層構造は、ＴＭＲ素子やＧＭＲ素子の一部として適用可能である。ＴＭＲ素子に適用した場合には、５５％を越えるｄＲ／Ｒをもつ素子が得られた。一方、ＧＭＲ素子に適用した場合には、２５％を越えるｄＲ／Ｒをもつ素子が得られた。なお、抵抗変化率（ｄＲ／Ｒ）は、各層の形成条件によって変動することがあるが、本実施の形態によれば、ＴＭＲ素子であれば少なくとも２０％、ＧＭＲ素子であれば少なくとも１０％というｄＲ／Ｒを得ることが可能である。また、ＧＭＲ素子においては、ＣＩＰ、ＣＰＰおよびＣＣＰ等の各種のタイプのＧＭＲ素子への適応が可能である。
【００５４】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、磁気メモリセルへの応用を前提として説明したが、本発明のフリー層構造は、そのほかに、例えば磁気再生ヘッドや各種の磁気センサ（例えば、電流センサ、磁気カプラ、地磁気センサ等）にも広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る磁気メモリセルの断面構造を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る磁気メモリセルの断面構造を示す断面図である。
【図３】従来の代表的な磁気メモリセルの断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１１…ピンニング層、１２…ピンド層、１３…遷移層、１６…キャップ層、２１，３１，３２…ＦｅＣｏ層、２２…界面活性層、２３，３３…ＮｉＦｅ層、１３０，２３０…フリー層。
【図１】
0005618463.tif 000005
【図２】
0005618463.tif 000006
【図３】
0005618463.tif 000007