(57)【要約】【課題】耐熱性を向上でき、出力特性の劣化を防止できる磁気抵抗効果素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子は、強磁性材料からなる磁化自由層１７と、強磁性材料からなり結晶粒界を有する磁化固着層１５と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性層１６と、前記磁化固着層における前記第１の非磁性層側の面に対して反対側の面に設けられた反強磁性層１４とを具備し、前記磁化固着層は、その前記結晶粒界に偏析し前記反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素を有する。【選択図】      図１
2006147947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性材料からなる磁化自由層と、
強磁性材料からなり結晶粒界を有する磁化固着層と、
前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性層と、
前記磁化固着層における前記第１の非磁性層側の面に対して反対側の面に設けられた反強磁性層とを具備し、
前記磁化固着層は、その前記結晶粒界に偏析し前記反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記元素は、前記磁化固着層の主成分の原子よりもその原子半径が大きいことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
強磁性材料からなる磁化自由層と、
シンセティックピン層と、
前記磁化自由層と前記シンセティックピン層との間に設けられた第１の非磁性層と、
前記シンセティックピン層における前記第１の非磁性層側の面に対して反対側の面に設けられた反強磁性層とを具備し、
前記シンセティックピン層は、結晶粒界を有しかつ当該結晶粒界に偏析し前記反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素を有する第１ＮｉＦｅ層を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記シンセティックピン層は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に設けられた第２の非磁性層とを備え、前記第１ＮｉＦｅ層は、前記第１及び第２の強磁性層のうち前記反強磁性層側に設けられた強磁性層と当該反強磁性層との間に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記反強磁性層と前記第１ＮｉＦｅ層との間に設けられた第３強磁性層を更に具備することを特徴とする請求項３または４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記シンセティックピン層と前記第１の非磁性層との間に設けられ、結晶粒界を有しかつ当該結晶粒界に偏析し前記反強磁性層の構成材料の拡散を防止するように働く元素を有する第２ＮｉＦｅ層と、前記第２ＮｉＦｅ層と前記第１の非磁性層との間に設けられた第４強磁性層とを更に具備することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記元素は、前記第１、第２ＮｉＦｅ層の主成分の原子よりもその原子半径が大きいことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記第１、第２ＮｉＦｅ層の膜厚ｔは、０．３≦ｔ≦２［ｎｍ］であることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記元素は、Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
強磁性材料からなる磁化自由層と、
強磁性材料からなり結晶粒界を有し当該結晶粒界にはＣａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａのうちの少なくとも１つの元素が偏析してなる磁化固着層と、
前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性層と、
前記磁化固着層における前記第１の非磁性層側の面に対して反対側の面に設けられた反強磁性層とを具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記元素は、濃度ａで偏析され、
前記濃度ａは、１≦ａ≦３０［ａｔ．％］であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
前記第１の非磁性層は前記トンネルバリア層であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子をメモリセルに備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１４】
反強磁性層上に当該反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素が添加された磁化固着層を形成する工程と、
前記反強磁性層および磁化固着層に熱処理を行い、前記磁化固着層における結晶粒界中に前記元素を偏析させる工程と、
前記磁化固着層上に第１の非磁性層を形成する工程と、
前記第１の非磁性層上に磁化自由層を形成する工程とを具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１５】
磁化自由層上に第１の非磁性層を形成する工程と、
前記第１の非磁性層上に磁化固着層を形成する工程と、
前記磁化固着層上に反強磁性層を形成する工程と、
前記磁化自由層、第１の非磁性層、磁化固着層、および反強磁性層に熱処理を行う工程とを具備し、
前記磁化固着層には前記反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素が添加されており、前記熱処理を行う工程において前記磁化固着層における結晶粒界中に前記元素を偏析させることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１６】
前記元素は、Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４または１５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】
この発明は、磁気抵抗効果素子およびその製造方法に関し、例えば、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）等に適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速読み書き、大容量、低消費電力動作も可能な次世代の固体不揮発メモリとして、強磁性体の磁気抵抗効果を利用した磁気ランダムアクセスメモリ（Magnetic Random Access Memory：以下、ＭＲＡＭと記す）への関心が高まっている。特に、強磁性トンネル接合を有する磁気抵抗効果素子が、大きな磁気抵抗変化率を示すことが見いだされて以来、ますます注目されている。
【０００３】
強磁性トンネル接合は、外部磁場によって磁化方向が容易に変化するフリー層（磁化自由層）と、上記フリー層と対向し外部磁場が加わっても所定の磁化方向を維持するピン層（磁化固着層）と、上記フリー層とピン層に挟まれたトンネルバリア層（絶縁体層）との三層積層構造を基本構成とする。ピン層は、ピン層となる強磁性層に接するように反強磁性層が積層されて磁化方向が固定される。一方、フリー層には一般的に保磁力の小さな軟磁性材料が用いられている。強磁性トンネル接合では、トンネルバリア層をトンネルして電流が流れる。このとき、接合部の抵抗は、ピン層とフリー層との磁化方向の相対角により変化し、磁化方向が平行のとき極小値を、反平行のとき極大値をとる。この抵抗変化はトンネル磁気抵抗効果（Tunneling Magneto-Resistance effect：以下ＴＭＲ効果と記す）と呼ばれ、実際にＭＲＡＭの一つの記憶セルとして強磁性トンネル接合を有する磁気素子を用いる場合には、ピン層とフリー層との磁化の平行、反平行状態（すなわち抵抗の極小、極大）を二進情報の“０”または“１”に対応づけることにより、情報を記憶する。
【０００４】
磁気情報の書き込みは、記憶セル近傍に書き込み配線を配置し、電流を流した際に発生する電流磁場によって、フリー層の磁化方向のみを反転させることによって行う。また、磁気情報の読み出しは、記憶セルにセンス電流を流し、ＴＭＲ効果による抵抗変化を検出することにより行う。以上に説明したようなＴＭＲ効果を利用した磁気抵抗効果素子を以下、ＭＴＪ素子（Magnetic Tunnel Junction 素子 ）という。
【０００５】
ここで、上記ＭＴＪ素子を備えたＭＲＡＭをデバイスとして実用化するためには、反強磁性層、ピン層等を結晶成長させ、かつ半導体プロセス上で必要な３５０℃程度の熱処理工程を経ても出力特性（トンネル接合の抵抗変化率；ＭＲ比）が劣化しない耐熱性が必要となる。
【０００６】
しかしながら、いわゆるスピンバルブ型のＭＴＪ素子において熱安定性の観点から一般的に用いられる反強磁性体に、例えば、３５０℃程度の熱処理工程を行うと、反強磁性層の構成材料が、反強磁性層上に設けられたピン層とトンネルバリア層の界面まで拡散し、ピン層に用いる強磁性体のスピン分極率を低下させる。そのため、出力特性（ＭＲ比）が劣化するという問題がある。
【０００７】
また、いわゆるシンセティックピン（synthetic pin ）型のピン層を備えたＭＴＪ素子において同様の熱処理工程を行った場合でも、反強磁性層の構成材料の拡散により上記ピン層における強磁性層と非磁性層の界面構造が破壊され、反強磁性結合が弱まり、ピン層の磁化方向が不安定となる。そのため、出力特性（ＭＲ比）が劣化するという問題がある。
【０００８】
さらに、この反強磁性層の構成材料の拡散は、界面間で行われるだけでなく、結晶粒界に沿うようにも行われ、一般には、界面間の拡散よりも結晶粒界に沿った拡散の方が起こりやすいといえる（例えば、特許文献１の図７等を参照）。
【０００９】
上記のように、従来の磁気抵抗効果素子およびその製造方法では、耐熱性が低いために高温熱処理工程を行った後では、出力特性が劣化するという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−４７５８３号公報  明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は上記のような事情に鑑みて、耐熱性を向上でき、出力特性の劣化を防止できる磁気抵抗効果素子およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一態様によれば、強磁性材料からなる磁化自由層と、強磁性材料からなり結晶粒界を有する磁化固着層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性層と、前記磁化固着層における前記第１の非磁性層側の面に対して反対側の面に設けられた反強磁性層とを具備し、前記磁化固着層は、その前記結晶粒界に偏析し前記反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素を有する磁気抵抗効果素子を提供できる。
【００１２】
この発明の一態様によれば、強磁性材料からなる磁化自由層と、シンセティックピン層と、前記磁化自由層と前記シンセティックピン層との間に設けられた第１の非磁性層と、前記シンセティックピン層における前記第１の非磁性層側の面に対して反対側の面に設けられた反強磁性層とを具備し、前記シンセティックピン層は、結晶粒界を有しかつ当該結晶粒界に偏析し前記反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素を有する第１ＮｉＦｅ層を備える磁気抵抗効果素子を提供できる。
【００１３】
この発明の一態様によれば、強磁性材料からなる磁化自由層と、強磁性材料からなり結晶粒界を有し当該結晶粒界にはＣａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａのうちの少なくとも１つの元素が偏析してなる磁化固着層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた第１の非磁性層と、前記磁化固着層における前記第１の非磁性層側の面に対して反対側の面に設けられた反強磁性層とを具備する磁気抵抗効果素子を提供できる。
【００１４】
この発明の一態様によれば、反強磁性層上に当該反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素が添加された磁化固着層を形成する工程と、前記反強磁性層および磁化固着層に熱処理を行い、前記磁化固着層における結晶粒界中に前記元素を偏析させる工程と、前記磁化固着層上に第１の非磁性層を形成する工程と、前記第１の非磁性層上に磁化自由層を形成する工程とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法を提供できる。
【００１５】
この発明の一態様によれば、磁化自由層上に第１の非磁性層を形成する工程と、前記第１の非磁性層上に磁化固着層を形成する工程と、前記磁化固着層上に反強磁性層を形成する工程と、前記磁化自由層、第１の非磁性層、磁化固着層、および反強磁性層に熱処理を行う工程とを具備し、前記磁化固着層には前記反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素が添加されており、前記熱処理を行う工程において前記磁化固着層における結晶粒界中に前記元素を偏析させる磁気抵抗効果素子の製造方法を提供できる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、耐熱性を向上でき、出力特性の劣化を防止できる磁気抵抗効果素子およびその製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。尚、この説明においては、全図にわたり共通の部分には共通の参照符号を付す。
【００１８】
［第１の実施形態］
まず、この発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子およびその製造方法について、図１乃至図８を用いて説明する。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）は、この実施形態に係る磁気抵抗効果素子におけるＭＴＪ素子を抽出して示す断面図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、ＭＴＪ素子は、半導体基板１１上に順次積層された電極層１２、下地導電層１３、反強磁性層１４、ピン層１５、トンネルバリア層１６、フリー層１７、キャップ層１８、および電極層１９を備えている。
【００２１】
図１（ｂ）は、フリー層１７と（ピン層１５、反強磁性層１４）とをトンネルバリア層１６を介して上下反対にして設けた例である。
【００２２】
上記反強磁性層１４には、結晶粒界２２−１が形成されている。反強磁性層１４は、例えば、プラチナマンガン（ＰｔＭｎ）、ニッケルマンガン（ＮｉＭｎ）、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）等により形成されている。
【００２３】
上記ピン層１５には、上記結晶粒界２２−１から連続する結晶粒界２２−２が形成され、この結晶粒界２２−２に反強磁性層１４中の構成材料の拡散を防止するように働く元素Ｘが偏析されている。ピン層１５は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等を主成分とした強磁性材料により形成され、例えば、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）等により形成されている。
【００２４】
この結晶粒界２２−１、２２−２は、上部の層まで連続して形成され、ピン層１５とトンネルバリア層１６との界面まで達している。
【００２５】
反強磁性層１４に接する側の強磁性材料からなるピン層１５は、反強磁性層１４との交換結合により磁化の向きが一方向に固着される。これは、一般的にはスピンバルブ型ＭＴＪ素子と呼ばれ、小さな磁界でフリー層１７の磁化方向のみを容易に反転することが可能である。
【００２６】
反強磁性層１４は、熱安定性に優れるという観点から、構成材料として例えばＭｎ等が用いられる。この反強磁性層１４に含まれる一部のＭｎ等の元素は、結晶粒界２２−１、２２−２に沿って拡散するが、元素Ｘが結晶粒界２２−２に偏析しているため結晶の連続性が途切れ、拡散パスを遮断して、トンネルバリア層１６まで拡散するのを防止できる。
【００２７】
図１（ｂ）に示すＭＴＪ素子においても同様に、後述する熱処理工程の際に、反強磁性層１４に含まれる一部のＭｎ等の元素は、上方から結晶粒界２２−１、２２−２に沿って拡散するが、元素Ｘが結晶粒界２２−２に偏析しているため、結晶の連続性が途切れ、拡散パスを遮断して、トンネルバリア層１６まで拡散するのを防止できる。
【００２８】
その結果、図１（ａ）、（ｂ）に示すＭＴＪ素子のいずれの構成であっても、反強磁性層１４の構成材料がトンネルバリア層１６との界面まで達して、ピン層１５に用いる強磁性体のスピン分極率の低下することを防止でき、出力特性（ＭＲ比）の劣化を防止することができる。また、必要に応じて図１（ａ）、（ｂ）に示すＭＴＪ素子の構成をとることができる。
【００２９】
ここで、この元素Ｘが結晶粒界２２−２中に偏析されるためには、元素Ｘがピン層１５を構成する強磁性材料の主成分であるコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等の原子よりも原子半径が大きく、上記コバルト（Ｃｏ）等の主成分の原子に対し固溶し難いことが望ましい。
【００３０】
具体的には、元素Ｘの原子半径が、ピン層１５を構成する上記コバルト（Ｃｏ）等の主成分の原子の原子半径よりも、１５％以上大きいことが望ましい。即ち、相図によると、元素Ｘの原子半径が、ピン層１５を構成する上記コバルト（Ｃｏ）等の主成分の原子の原子半径よりも、１５％以上大きな原子は主成分に対し固溶度が小さい傾向にあるからである。上記固溶度は、主成分に対して１０％以下であることが望ましく、さらに主成分に対して５％以下であることがより望ましい。
【００３１】
また、偏析されたこの元素Ｘは、ピン層１５を構成する強磁性材料とは上記の材料であって、より具体的には、カルシウム（Ｃａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、バリウム（Ｂａ）、ランタン（Ｌａ）、ハフ二ウム（Ｈｆ）、タリウム（Ｔａ）のうちの少なくとも１つを用いる。
【００３２】
図２は、図１（ａ）、（ｂ）中のピン層１５の一例として、二ッケル鉄（ＮｉＦｅ）へジルコニウム（Ｚｒ）を添加した場合における、ＸＲＤ（Ｘ線ディフラクトメーター）により測定した、Fcc(111)回折ピーク位置（ブラッグ角２θ）とジルコニウム濃度（Ｚｒ  ｃｏｎｔｅｎｔｓ[at.%] ：atomic percent）の関係性を示した図である。
【００３３】
図２中の実線で示すように、ＮｉＦｅＺｒのFcc(111)回折ピーク位置が、３５０℃程度の熱処理を加えることにより、ＮｉＦｅ本来のFcc(111)回折ピーク位置に近づくことが分かる。これは、ＮｉＦｅＺｒ中のＮｉＦｅとＺｒが相分離した、即ちＮｉＦｅの結晶粒界へ偏析した状態になったことを示す。同じように、上記の強磁性材料及び元素Ｘを選択し、３００℃以上の熱処理を加えることにより、強磁性材料中に元素Ｘを容易に偏析させることができる。
【００３４】
ピン層１５は、例えば、スパッタ装置にピン層１５を構成するＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等からなる磁性ターゲットと、上記元素Ｘとなる単体ターゲットを導入し、これらを同時にスパッタ成膜することによりピン層１５を形成する。この工程において、元素Ｘの添加濃度を３０［ａｔ．％］以下に選択することが望ましい。
【００３５】
さらに、図３は、ピン層１５の一例として、二ッケル鉄（ＮｉＦｅ）へジルコニウム（Ｚｒ）を添加した場合における、磁化（Ｍｓ [emu/cc]）のジルコニウム濃度（Ｚｒ  ｃｏｎｔｅｎｔｓ[at.%] ：atomic percent）を示す図である。
【００３６】
図示するように、ジルコニウム（Ｚｒ）を３０［ａｔ．％］以上添加すると、磁性を失い、ピン層１５として用いるのには適さないことが分かる。上記の中から選ばれる添加材料Ｘを用いた場合も、同様にほぼ添加濃度３０［ａｔ．％］程度で強磁性体の磁性が消失し、ピン層１５として用いるのには適さない。さらに、後述する平滑性の観点から、添加濃度を５〜２０［ａｔ．％］の範囲内に選択することがより望ましい。
【００３７】
尚、上記ピン層１５を形成する工程においては、上記添加濃度の範囲内の添加元素Ｘを予め磁性材料に添加した多元合金ターゲットを導入し、これをスパッタ成膜してピン層１５を形成することも可能である。また、スパッタ装置に限らず、いわゆるＩＢＤ（Ion Beam Deposition）装置内にこの多元合金ターゲットを導入し、ピン層１５を形成することも可能である。
【００３８】
次に、図４を用いて本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る磁気メモリ装置の記憶セル（１Ｔ１ＭＴＪ型）を示す断面図である。
【００３９】
図示するように、シリコン基板１０１上にはゲート電極１０２が形成され、ゲート電極１０２の両側のシリコン基板１０１表面にはソース／ドレイン領域１０３、１０４が形成されている。これらの部材により選択トランジスタが形成されている。ゲート電極１０２は紙面に直交する方向に延びており、ワードライン（ＷＬ１）として用いられる。シリコン基板１０１の全面には絶縁層１０５が形成され、この絶縁膜１０５中に、選択トランジスタＴＲのドレイン領域１０４に接続された接続プラグ１０６、紙面に直交する方向に延びるワードライン（ＷＬ２）１０７、接続プラグ１０６に接続された下地電極１０８、ワードライン（ＷＬ２）１０７の上方に配置され、下地電極１０８に接続されたＴＭＲ素子１０９が埋め込まれている。ＭＴＪ素子１０９の上面にはワードライン（ＷＬ２）１０７の方向とほぼ直交する方向に延びるビットライン（ＢＬ）１１０が接続されている。
【００４０】
上記のＭＴＪ素子１０９は、既述したように、図１乃至後述する図１０、図１８、図２１に示した膜であり、上記のように、この実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、ピン層１５中の結晶粒界２２−１と連続する結晶粒界２２−２中に反強磁性層１４中の構成材料の拡散を防止するように働く元素Ｘを偏析させている。
【００４１】
そのため、トンネルバリア膜１６までの拡散パスである結晶粒界２２−２を途切れさせて、反強磁性層１４の構成材料（Ｍｎ等）がトンネルバリア層１６まで拡散することを防止できる。その結果、反強磁性層１４の構成材料がピン層１５のトンネルバリア層１６との界面まで達して、ピン層１５に用いる強磁性体のスピン分極率の低下することを防止でき、出力特性（ＭＲ比）の劣化を防止することができる。
【００４２】
また、選択トランジスタＴＲのドレイン領域１０４とＭＴＪ素子とが電気的に接続されているため、いわゆる回り込み電流を防止して、信頼性を向上できる点で有利である。
【００４３】
図４に示すように、この磁気メモリ装置は、紙面に直交する方向に延びるワードライン（ＷＬ２）１０７と、ワードライン（ＷＬ２）１０７上方においてこれにほぼ直交する方向に延びるビットライン１１０と、ワードライン（ＷＬ２）１０７とビットライン１１０との間に設けられたＴＭＲ素子１０９とを有する。ＴＭＲ素子１０９への書き込み動作は、ワードライン（ＷＬ２）１０７とビットライン１１０に書き込み電流を流して電流磁界を発生させ、両者の合成磁界によりＴＭＲ素子１０９の磁化自由層の磁化を反転させることにより行われる。読み出し動作は、選択トランジスタをオンし、下地電極１０８とビットライン１１０との間のＴＭＲ素子１０９にセンス電流を流して磁気抵抗変化を測定することにより行われる。
【００４４】
次に、この実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法として、図４に示した磁気抵抗効果素子を例に挙げて説明する。
【００４５】
まず、周知の工程を用いて、選択トランジスタＴＲ、接続プラグ、ワードラインＷＬ１、ＷＬ２等の周辺回路を半導体（シリコン）基板１０１上に形成する。
【００４６】
続いて、図５に示すように、絶縁層１０５上に、例えば、スパッタ法を用いて、プラグと接続する下部電極１０８となる下地導電層１３を形成し、下地導電層１３上に構成材料として反強磁性材料（Ｍｎ等）を堆積形成して反強磁性層１４を形成する。
【００４７】
続いて、反強磁性層１４上に、上述の手法によりピン層１５を形成する。この工程においては、上述した通り、ピン層１５に添加する元素Ｘの添加濃度を３０［ａｔ．％］以下、好ましくは平滑性の観点から、添加濃度を５〜２０［ａｔ．％］の範囲内に選択することがより望ましい。３０［ａｔ．％］以上添加すると、磁性を失い、ピン層１５として用いるのには適さない。
【００４８】
続いて、図６に示すように、反強磁性層１４を形成した際に、反強磁性層１４及びピン層１５を３００℃以上で基板加熱成膜することにより、ピン層１５中に添加された偏析を促進することができる。
【００４９】
また、すべてのＴＭＲ膜（ＭＴＪ素子）成膜後に３００℃以上の加熱を加えることによっても同様にピン層１５中に添加された元素Ｘの結晶粒界２２−２中への偏析を促進することができる。
【００５０】
その後、ピン層１５上に、トンネルバリア膜１６、フリー層１７を上記の工程により形成する。
【００５１】
続いて、図７に示すように、ＲＩＥ、もしくはイオンミリングなどの手法を用いて、この積層を分離して、下部電極１３（１０８）、ＭＴＪ素子を形成する。
【００５２】
続いて、図８に示すように、周知の工程を用いて、ビット線１１０を形成し、図４に示す磁気抵抗効果素子を製造する。
【００５３】
尚、図１（ｂ）に示すＭＴＪ素子の製造方法については、この実施形態と実質的に同様の製造工程を用いることができるため詳細な説明を省略する。
【００５４】
上記のように、この実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、高温熱処理によって反強磁性層１４およびピン層１５を十分に結晶成長でき、反強磁性層１４およびピン層１５の磁気特性を向上できる。ピン層１５中に添加された元素Ｘを偏析させることにより、拡散パスを遮断して反強磁性層１４の構成材料がトンネルバリア層１６まで拡散することを防止できるので、出力特性の劣化を防止できる。
【００５５】
［変形例１（シンセティックピン構造）］
次に、変形例１に係る磁気抵抗効果素子について図９を用いて説明する。この変形例に係る磁気抵抗効果素子は、いわゆるシンセティックピン（synthetic pin ）層に関するものである。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００５６】
図示するように、反強磁性層１４上に、強磁性層３１／非磁性層３２／強磁性層３３の積層構造からなるシンセティックピン層３０が設けられている。このシンセティックピン層３０は、非磁性層３２を介して強磁性層３１、３３を反強磁性結合されている。
【００５７】
強磁性層３１は、結晶粒界２２−１と連続して設けられた結晶粒界２２−２を有し、この結晶粒界２２−２に偏析され反強磁性層１４中の構成材料（例えば、Ｍｎ等）の拡散を防止するように働く元素Ｘを有している。強磁性層３１は、例えば、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）等により形成されている。
【００５８】
非磁性層３２は、結晶粒界２２−２と連続して設けられた結晶粒界２２−３を有している。非磁性層３２は、例えばルテニウム（Ｒｕ）等により形成されている。
【００５９】
強磁性層３３は、結晶粒界２２−３と連続して設けられた結晶粒界２２−４を有している。強磁性層３３は、例えば、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）等により形成されている。
【００６０】
上記のように、この変形例に係る磁気抵抗効果素子によれば、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、強磁性層３１は、結晶粒界２２−１から連続する結晶粒界２２−２に元素Ｘを偏析させて、拡散パスを遮断している。
【００６１】
そのため、反強磁性層１４の構成材料が非磁性層３２まで達して、強磁性層３１との界面構造が破壊され強磁性層３１、３３の反強磁性結合が弱くなることを防止できる。その結果、シンセティックピン層３０の磁化方向を安定化でき、出力特性の劣化を防止できる。
【００６２】
さらに、この変形例に係る磁気抵抗効果素子は、上記シンセティックピン層３０により、非磁性層３２を挟んだ２つの強磁性層３１、３３で磁力線がループ状に閉じるので、フリー層１７への漏れ磁場を低減でき、信頼性を向上できる点で有利である。
【００６３】
尚、製造方法は上記第１の実施形態と実質的に同様の製造工程を用いることができるため詳細な説明を省略する。
【００６４】
［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子について、図１０乃至図１４を用いて説明する。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６５】
図１０に示すように、シンセティックピン層（積層フェリピン層）３０を構成する強磁性層３５−１と強磁性層３５−２の間に、反強磁性層１４の構成材料の拡散を防止するように働き、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）全体中に濃度ａで偏析された元素Ｘを有するＮｉＦｅ層（以下、拡散防止層、ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層と記す）４０を設けている。ここで、濃度ａは、ＮｉＦｅ層４０全体中での濃度である。
【００６６】
元素Ｘは、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）を構成する主成分の、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）等の原子よりも原子半径が大きく、上記主成分の原子へ固溶し難いことが望ましい。
【００６７】
より具体的には、元素Ｘの原子半径が、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）を構成する上記主成分の原子の原子半径よりも、１５％程度以上大きいことが望ましい。元素Ｘは、例えば、カルシウム（Ｃａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、バリウム（Ｂａ）、ランタン（Ｌａ）、ハフ二ウム（Ｈｆ）、タリウム（Ｔａ）のうちの少なくとも１つ含む。
【００６８】
このＺｒがＮｉＦｅ結晶粒界中に偏析したＮｉＦｅＺr層を含むＮｉＦｅ層４０を設けたことによって、反強磁性層１４の構成材料（例えば、Ｍｎ等）が非磁性層３６まで達する拡散パスを遮断し、界面構造の破壊を防止して強磁性層３７、３５−１、３５−２の反強磁性結合の低下を防止できる。
【００６９】
尚、ＮｉＦｅ層（ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層）４０の膜厚tは、０．３≦ｔ≦２［ｎｍ］であることが好ましい。これはｔ＜０．３では拡散抑制効果が見られず、２＜ｔでは交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* が小さくなり、フリー層１７の磁化反転に影響を及ぼすためである。
【００７０】
次に、ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層４０の一例として、濃度ａ＝１０、元素Ｘをジルコニウム（Ｚｒ）とした場合、即ち、ＮｉＦｅ90−Ｚｒ10とした場合における、ＭＨ曲線を図１１、図１２、図２４、図２５を用いて説明する。
【００７１】
図１１は、この実施形態に係る磁気抵抗効果素子であって、ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層４０としてＮｉＦｅ90−Ｚｒ10を挿入した場合におけるＭＨ曲線を示す図である。図１２は、図１１中の破線４５で囲った近傍のマイナーループであり、実際に使用される磁場領域（１００［Ｏｅ］程度）程度に磁場を変化させた時の磁化の変化を示す図である。
【００７２】
図２４は、ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層４０が挿入されていない場合のＭＨ曲線を示す図である。図２５は、図２４中の破線１４５で囲った近傍のマイナーループであり、実際に使用される磁場領域（１００［Ｏｅ］程度）程度に磁場を変化させた時の磁化の変化を示す図である。
【００７３】
図中の破線４１、１４１は２７５℃程度の熱処理後におけるＭＨ曲線であり、実線４２、１４２は３５０℃程度の熱処理後におけるＭＨ曲線である。
【００７４】
破線１５１、１５２で囲った部分の実線１４２において図示するように、シンセティックピン層のみの磁気抵抗効果素子では、平らな部分が崩れて、シンセティックピン構造が壊れていることが分かる。
【００７５】
さらに、図２５中の実線１４２に明らかなように、３５０℃程度の熱処理後においては、初期の磁化構造が崩れてしまっている。
【００７６】
一方、実線４２および実線４２Ａに図示するように、この実施形態に係る磁気抵抗効果素子では、３５０℃程度の熱処理後も磁気特性に大きな変化は見られずに磁気特性を保持しており、耐熱性が向上していることが分かる。
【００７７】
次に、図１３を用いて、ジルコニウム（Ｚｒ）の組成と交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* のと関係性について説明する。図中の実線５２−１、５２−２は２７５℃程度の熱処理後におけるＺｒの組成と交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* の関係性を示し、実線５３−１、破線５３−２は３５０℃程度の熱処理後におけるＺｒの組成と交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* の関係性を示している。
【００７８】
ここで、交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* は、シンセティックピン層３０における強磁性層３７と強磁性層３５−１、３５−２との交換結合（カップリング）の強さを示す一指標である。
【００７９】
また、図中ＲＥＦにおける破線１４６で囲った部分は、ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層４０が挿入されていない場合の磁気抵抗効果素子の例であり、０［ａｔ．％］における破線４６で囲った部分はジルコニウム（Ｚｒ）が添加されていないＮｉＦｅ層を挿入した例である。
【００８０】
破線１４６に図示するように、３５０℃程度の熱処理後に、交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* が幅Ｌ１、Ｌ２程度まで減少（４割程度の減少）している。そのため、ピン層の着磁方向が乱れ、フリー層の磁化反転過程も変化し、出力特性の低下を招く。
【００８１】
これに対し、破線４６に示すように、ジルコニウム（Ｚｒ）が添加されていないＮｉＦｅ層を挿入した場合であっても、交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* の減少が、上記幅Ｌ１、Ｌ２よりも小さい幅Ｌ３、Ｌ４程度となっている（Ｌ１＞Ｌ３、Ｌ２＞Ｌ４）。
【００８２】
さらに、破線４７−１に示すように、ジルコニウム（Ｚｒ）を５％程度添加したＮｉＦｅ層４０を挿入した場合では、交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* の減少がほとんど見られない。即ち、交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* の減少が、上記幅Ｌ３、Ｌ４よりもさらに小さい幅Ｌ５、Ｌ６程度となっている（Ｌ１＞Ｌ３＞Ｌ５、Ｌ２＞Ｌ４＞Ｌ６）。
【００８３】
同様にして、破線４７−２に示すように、ジルコニウム（Ｚｒ）を１０％程度添加したＮｉＦｅ層４０を挿入した場合では、交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* の減少がほとんど見られない。交換結合磁場Ｈｕａ，Ｈｕａ* の減少が、上記幅Ｌ３、Ｌ４よりもさらに小さい幅Ｌ７、Ｌ８程度となっている（Ｌ１＞Ｌ３＞Ｌ７、Ｌ２＞Ｌ４＞Ｌ８）。
【００８４】
図１３に示したように、３５０℃の熱処理後も磁気特性に大きな変化は見られず、耐熱性が向上している。このように、耐熱性の観点では、ジルコニウム（Ｚｒ）の濃度ａは、５≦ａ≦１５［ａｔ．％］であることが望ましい。
【００８５】
次に、図１４及び図１５を用いて、表面の粗さＲａ［ｎｍ］及びＮｉＦｅＺｒの結晶粒径Ｄ［ｎｍ］とジルコニウム（Ｚｒ）濃度a [at.%]との関係性について説明する。ここで、表面の粗さＲａ［ｎｍ］は、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）や断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope；透過型電子顕微鏡）観察等の構造解析により、結晶粒径Ｄ［ｎｍ］はＸＲＤ（x-ray diffract meter）により求めたものである。
【００８６】
図示するように、ａ＜５［ａｔ．％］の範囲では、ＮｉＦｅ−Ｚｒ層４０の表面の粗さは大きいことが分かる。この範囲では、ＮｉＦｅ−Ｚｒ層４０中のＮｉＦｅ結晶体の結晶粒が大きいためである。
【００８７】
一方、５≦ａ≦３０［ａｔ．％］の範囲では、ＮｉＦｅ−Ｚｒ層４０の表面の粗さは大幅に低減されている。この範囲では、ＮｉＦｅ−Ｚｒ層４０中のＮｉＦｅ結晶体の結晶粒を小さくできるためである。尚、このＮｉＦｅ結晶粒の微細粒化は、粒界の微細化も意味し、反強磁性層１４の構成材料（例えば、Ｍｎ等）が非磁性層３６まで達する拡散パスとなる結晶粒界を不連続にし、且つＺｒが粒界に偏析していることにより、拡散をさらに抑止する効果も併せ持つ。
【００８８】
ここで、平滑性は、ＭＲＡＭとして用いるＭＴＪ素子間の磁気特性ばらつき及び抵抗ばらつき低減の観点から、非常に重要である。これらのばらつきは、平滑性が十分でないと、バリア層を介したピン層とフリー層の静磁結合や、歪みによる応力及びバリア層厚がＭＴＪ素子ごとに不均一となるため、などの原因により生じる。
【００８９】
このように、ジルコニウム（Ｚｒ）の濃度ａを、５≦ａ≦３０［ａｔ．％］に選択することにより、平滑性を向上でき、信頼性を向上できる。
【００９０】
以上に示したように、耐熱性（図１４）および平滑性（図１６）を向上できるジルコニウム（Ｚｒ）の濃度ａは、５≦ａ≦１２［ａｔ．％］であることが望ましい。
【００９１】
尚、製造方法は上記第１の実施形態と実質的に同様の製造工程を用いることができるため詳細な説明を省略する。
【００９２】
上記のように、この実施形態に係る磁気抵抗効果素子によれば、シンセティックピン層３０を構成する強磁性層３５−１と強磁性層３５−２との間に、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）中に濃度ａで偏析された元素Ｘを有する拡散防止層（ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層）４０を設けたので、反強磁性層１４の構成材料（Ｍｎ等）が非磁性層３６まで達する拡散パスを遮断できる。よって、界面構造を破壊するＭｎ等を遮断して、界面構造を保持し、強磁性層３７、３５−１、３５−２の反強磁性結合の低下を防止できる。さらに、反強磁性結合の低下に伴う出力特性の劣化を防止できる。
【００９３】
さらに、元素Ｘ（例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）等）の濃度ａを、５≦ａ≦１５［ａｔ．％］に選択することにより、耐熱性を向上できる（図１３）。
【００９４】
また、元素Ｘ（例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）等）の濃度ａを、５≦ａ≦３０［ａｔ．％］に選択することにより、拡散防止層４０の平滑性を向上できる（図１４）。
【００９５】
即ち、元素Ｘ（例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）等）の濃度ａを、５≦ａ≦１５［ａｔ．％］に選択することにより、耐熱性および平滑性を向上できる。
【００９６】
また、拡散防止層（ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層）４０の膜厚tを、０．３≦ｔ≦２［ｎｍ］
に選択することにより、拡散抑制効果および磁気反転の影響を防止できる。
【００９７】
次に、より具体的に図１０に示したＭＴＪ素子を構成する積層膜、即ち強磁性層３５−１／ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層４０／強磁性層３５−２／非磁性層３６／強磁性層３７として、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ90−Ｚｒ10／ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅを用い、実際に0.24×0.6μmの素子サイズに加工し、出力特性と熱処理温度との関係性を調べた結果について、図１６、図１７を用いて説明する。図１６は、上記の場合の出力（ＭＲ）の磁場Ｈの関係を示す図である。図１７は、上記の場合の出力（ＭＲ）のアニ−リング温度の関係を示す図である。
【００９８】
図示するように、ＮｉＦｅ90−Ｚｒ10を入れない、即ち反強磁性層の構成元素であるＭｎ等の拡散防止層がない場合（図中ＲＥＦ）は、３５０℃においてピン特性（Ｈｕａ*）が弱く、出力特性（ＭＲ特性）が劣化する。
【００９９】
一方、図中の実線４２Ｂ、４２Ｃに示すように、ＮｉＦｅ90−Ｚｒ10を挿入した場合は、図に示すとおり、ピン特性が劣化せず、高温熱処理を経ても出力（ＭＲ）はほとんど劣化しないことが確かめられた。
【０１００】
［変形例２］
次に、この発明の変形例２に係る磁気抵抗効果素子について、図１８乃至図２０を用いて説明する。この説明において、上記第２の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【０１０１】
図１８は、この変形例２に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図である。図１９は、この変形例２に係る磁気抵抗効果素子のＭＨ曲線を示す図である。図２０は、図１９中の破線５１で囲った近傍のマイナーループであり、実際に使用される磁場領域（１００［Ｏｅ］程度）程度に磁場を変化させた時の磁化の変化を示す図である。図中の破線５２は２７５℃程度の熱処理後のＭＨ曲線であり、実線５３は３５０℃程度の熱処理後のＭＨ曲線である。
【０１０２】
図示するように、シンセティックピン層３０を構成する強磁性層５１−１、５１−２の間に、反強磁性層１４の構成材料の拡散防止として働き、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）中に濃度ａで偏析された元素Ｘを有する拡散防止層（ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層）４０−１が設けられている。
【０１０３】
さらに、強磁性層５３−１、５３−２の間に、反強磁性層１４の構成材料の拡散防止として働き、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）中に濃度ａで偏析された元素Ｘを有する拡散防止層（ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層）４０−２が設けられている。
【０１０４】
換言すれば、反強磁性層１４側から、強磁性層５１−１／ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層４０−１／強磁性層５１−２／非磁性層５２／強磁性層５３−１／ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層４０−２／強磁性層５３−２の積層構造が設けられ、この積層構造がピン層（磁化固着層）として働いている。
【０１０５】
さらに、実線５３に示すように、この変形例に係る磁気抵抗効果素子では、３５０℃程度の熱処理後も磁気特性に大きな変化は見られずに磁気特性を保持しており、耐熱性が向上していることが分かる。
【０１０６】
尚、製造方法は上記第１の実施形態と実施的に同様の製造工程を用いることができるため詳細な説明を省略する。
【０１０７】
上記のような構成によれば、上記第２の実施形態と同様な効果が得られる。さらに、強磁性層５３−１、５３−２の間に、拡散防止層（ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層）４０−２を更に設けたので、反強磁性層１４の構成材料の拡散パスを遮断し、上記構成材料がトンネルバリア層１６まで拡散することを防止できる。そのため、トンネルバリア層１６の界面構造が破壊されることを防止して、信頼性を向上できる点で有利である。
【０１０８】
［変形例３］
次に、この発明の変形例３に係る磁気抵抗効果素子について、図２１乃至図２３を用いて説明する。この説明において、上記第２の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【０１０９】
図２１は、この変形例３に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図である。図２２は、この変形例３に係る磁気抵抗効果素子のＭＨ曲線を示す図である。図２３は、図２２中の破線５５で囲った近傍のマイナーループであり、実際に使用される磁場領域（１００［Ｏｅ］程度）程度に磁場を変化させた時の磁化の変化を示す図である。図中の破線５６は２７５℃程度の熱処理後のＭＨ曲線であり、実線５７は３５０℃程度の熱処理後のＭＨ曲線である。
【０１１０】
図２１に示すように、反強磁性層１４とシンセティックピン層３０を構成する強磁性層３１との間に、反強磁性層１４の構成材料の拡散防止として働き、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）中に濃度ａで偏析された元素Ｘを有する拡散防止層（ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層）４０を設けている。
【０１１１】
換言すれば、反強磁性層１４側から、ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層４０／強磁性層３１／非磁性層３２／強磁性層３３の積層構造が設けられ、この積層構造がピン層として働いている。
【０１１２】
さらに、図２３中の実線５７に示すように、この変形例に係る磁気抵抗効果素子では、３５０℃程度の熱処理後も磁気特性に大きな変化は見られずに磁気特性を保持しており、耐熱性が向上していることが分かる。
【０１１３】
製造方法は上記第１の実施形態と実質的に同様の製造工程を用いることができるため詳細な説明を省略する。
【０１１４】
上記のような構成によれば、上記第２の実施形態と同様な効果が得られる。さらに、反強磁性層１４と強磁性層３１との間に、拡散防止層（ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層）４０の一層のみが設けられている。そのため、微細化に対して有利である。
【０１１５】
以上詳述したように、この発明の一実施形態、一変形例によれば、３５０℃程度以上の高温熱処理過程を経ても磁気特性及び出力特性が劣化しない、耐熱性に優れた磁気抵抗効果素子およびその製造方法を提供できる。また、平滑性と耐熱性の両立も可能となり、信頼性を向上できる。
【０１１６】
尚、上記実施形態、変形例においては１Ｔ１ＭＴＪ型を一例にとって示したが、例えば、その他クロスポイト型等であってもよい。さらに、ＭＴＪ素子の電極層１２、１９の一方は、例えば、ダイオードの一端、バイポーラトランジスタの電流経路の一端、および他の配線層等に接続する場合であってもかまわない。
【０１１７】
さらに、上記第１、第２の実施形態および変形例１乃至３においては、磁気抵抗効果素子の一例としてＭＴＪ素子を用いて説明をした。しかし、この発明はＭＴＪ素子に限定されず、例えば、ＧＭＲ（Giant Magneto-resistance）素子、ＣＭＲ（Colossal Magneto-resistance）素子等、その他の磁気抵抗効果素子（magneto-resistance effect element）を備えた磁気抵抗効果素子に適用することが可能である。この場合も、非磁性層（トンネルバリア層の他、非磁性金属等）に対して反強磁性層中の構成材料が拡散することを防止することができ、耐熱性の向上や出力特性の劣化防止を図ることが可能である。
【０１１８】
また、反強磁性層および磁化固着層に熱処理を行い、この磁化固着層における結晶粒界中に当該反強磁性層中の構成材料の拡散を防止するように働く元素を偏析させる工程を行うタイミングとしては、磁化固着層を形成した後トンネルバリア層を形成する前でも良いし、トンネルバリア層を形成した後磁化自由層を形成する前、或いは磁化自由層を形成した後であっても良い。
【０１１９】
以上、第１、第２の実施形態および変形例１乃至３を用いてこの発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施形態および各変形例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施形態および各変形例には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、各実施形態および各変形例に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、この発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２】ジルコニウム（Ｚｒ）濃度とFcc(111)回折ピーク位置（ブラッグ角２θ）の関係性を示す図。
【図３】二ッケル鉄（ＮｉＦｅ）へジルコニウム（Ｚｒ）を添加した場合における、磁化（Ｍｓ）のジルコニウム濃度を示す図。
【図４】この発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図５】この発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の一製造工程を示す断面図。
【図６】この発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の一製造工程を示す断面図。
【図７】この発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の一製造工程を示す断面図。
【図８】この発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の一製造工程を示す断面図。
【図９】変形例１に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図１０】この発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図１１】この発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子のＭＨ曲線を示す図。
【図１２】図１１中の書き込み動作に使用される磁場領域近傍のＭＨ曲線を示す図。
【図１３】ジルコニウム（Ｚｒ）濃度と交換結合磁場の関係性を示す図。
【図１４】ジルコニウム（Ｚｒ）濃度と表面の粗さの関係性を示す図。
【図１５】ジルコニウム（Ｚｒ）濃度と結晶粒径の関係性を示す図。
【図１６】この発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の磁場Ｈと出力の関係を示す図。
【図１７】この発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子のアニ−リング温度−出力の関係を示す図。
【図１８】変形例２に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図１９】変形例２に係る磁気抵抗効果素子のＭＨ曲線を示す図。
【図２０】図１９中の書き込み動作に使用される磁場領域近傍のＭＨ曲線を示す図。
【図２１】変形例３に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２２】変形例３に係る磁気抵抗効果素子のＭＨ曲線を示す図。
【図２３】図２２中の書き込み動作に使用される磁場領域近傍のＭＨ曲線を示す図。
【図２４】ＮｉＦｅ1-a−元素Ｘa層が挿入されていない場合のＭＨ曲線を示す図。
【図２５】図２４中の書き込み動作に使用される磁場領域近傍のＭＨ曲線を示す図。
【符号の説明】
【０１２１】
１１…半導体基板、１２、１９…電極層、１３…下地導電層、１４…反強磁性層、１５…ピン層、１６…トンネルバリア層、１７…フリー層、１８…キャップ層、２０…絶縁層、２２−１、２２−２…結晶粒界、元素Ｘ…結晶粒界２２−２中に偏析された元素。
【図１】
2006147947.tif 000003
【図２】
2006147947.tif 000004
【図３】
2006147947.tif 000005
【図４】
2006147947.tif 000006
【図５】
2006147947.tif 000007
【図６】
2006147947.tif 000008
【図７】
2006147947.tif 000009
【図８】
2006147947.tif 000010
【図９】
2006147947.tif 000011
【図１０】
2006147947.tif 000012
【図１１】
2006147947.tif 000013
【図１２】
2006147947.tif 000014
【図１３】
2006147947.tif 000015
【図１４】
2006147947.tif 000016
【図１５】
2006147947.tif 000017
【図１６】
2006147947.tif 000018
【図１７】
2006147947.tif 000019
【図１８】
2006147947.tif 000020
【図１９】
2006147947.tif 000021
【図２０】
2006147947.tif 000022
【図２１】
2006147947.tif 000023
【図２２】
2006147947.tif 000024
【図２３】
2006147947.tif 000025
【図２４】
2006147947.tif 000026
【図２５】
2006147947.tif 000027