(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直磁気異方性を有し、不変な磁化方向を有する第１の磁性層と、
垂直磁気異方性を有し、可変な磁化方向を有する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間の非磁性層とを、具備し、
前記第１及び第２の磁性層のうち少なくとも一方の層は、第１の非磁性元素としてのボロン（Ｂ）、希土類金属、及び遷移金属を含み、
前記希土類金属の含有量は、２０ａｔ．％以上であり、前記遷移金属の含有量は、３０ａｔ．％以上であり、前記第１の非磁性元素としてのボロンの含有量が、１ａｔ．％以上、５０ａｔ．％以下である磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記希土類金属は、Ｔｂ、Ｇｄ及びＤｙを含むグループの中から選択される少なくとも１種類の元素を含み、
前記遷移金属は、Ｃｏ及びＦｅを含むグループの中から選択される少なくとも１種類の元素を含む請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記少なくとも一方の層は、第２の非磁性元素を含み、
前記第２の非磁性元素が局在している部分が、前記少なくとも一方の層内に設けられている請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記少なくとも一方の層内における前記第２の非磁性元素の最大濃度は、２０ａｔ．％より大きい請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第２の非磁性元素は、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｓｉ及びＧｅを含むグループから選択される少なくとも１つの元素である請求項３又は４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記少なくとも一方の層の膜面に対して垂直方向において、ボロンの濃度が異なっている請求項１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】
前記少なくとも一方の層内における前記非磁性層側の第１の領域中のボロンの濃度は、前記少なくとも一方の層内における前記非磁性層側とは反対側の第２の領域中のボロンの濃度よりも低い請求項６に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記少なくとも一方の層の膜面に対して水平方向において、前記ボロンの濃度が異なり、前記少なくとも一方の層の外周部側におけるボロンの濃度が、前記少なくとも一方の層の中心部におけるボロンの濃度より高い請求項１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９】
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を含むメモリセルを具備する磁気メモリ。
【請求項１０】
基板上に、希土類金属、遷移金属及びボロン（Ｂ）を含む第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間の第１の非磁性層と、を含む積層構造を形成する工程と、
前記積層構造を加工する工程と、
非磁性元素の濃度が５０ａｔ．％を越える第２の非磁性層を、加工された前記第１の磁性層上に形成する工程と、
前記第２の非磁性層及び加工された前記第１の磁性層に加熱処理を施して、前記第１の磁性層中のボロンを、前記第２の非磁性層側の前記第１の磁性層の面に、析出させる工程と、
を具備する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の磁性層を形成する際に、前記第１の磁性層の内部を非連続にする層を、挿入する工程を、さらに具備する請求項１０に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１２】
基板上に、希土類金属及び遷移金属を含む第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間の非磁性層と、を含む積層構造を形成する工程と、
前記第１の磁性層を加工する工程と、
ボロンの濃度が５０ａｔ．％より大きいボロン含有膜を、加工された前記第１の磁性層上に、形成する工程と、
加熱処理及びイオン照射のうち少なくとも一方を前記ボロン含有膜に施して、加工された前記第１の磁性層の外周部におけるボロンの濃度を、加工された前記第１の磁性層の中央部におけるボロンの濃度より高くする工程と、
を具備する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】
本発明の実施形態は、磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）及び磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetoresistive RAM）のように、磁気を利用したメモリデバイスが、開発されている。
【０００３】
メモリの記憶密度を増大させるため、メモリデバイスに用いられる磁性体の微細化が推進されている。磁性体の微細化に伴って、メモリの動作に用いられる磁場を、微細な磁性体に印加する必要がある。しかし、磁場は空間に広がる性質を有するため、磁場を局所的に発生させることは難しい。局所的な磁場を形成するために磁場の発生源が小さくされると、磁性体の磁化の方向を制御するために十分な大きさの磁場が、形成できない可能性がある。
【０００４】
ＭＲＡＭにおけるこの問題を解決する技術の１つとして、磁性体に電流を流すことによって磁性体の磁化の向きを反転させる「スピン注入磁化反転方式（Spin transfer Switching）」が、ＭＲＡＭのデータ書き込み方式の１つとして、研究されている。このスピン注入磁化反転方式は、磁気抵抗効果素子内に書き込み電流を流し、そこで発生するスピン偏極された電子を用いて、磁気抵抗効果素子内の磁性体（磁性層）の磁化の向きを反転させる技術である。
【０００５】
このようなスピン注入磁化反転方式が用いられることによって、ナノスケールの磁性体内の磁化状態を局所的な磁場によって制御しやすくなり、さらに、磁性体の微細化に応じて磁化を反転させるための電流の値も小さくすることができる。
【０００６】
近年では、磁化の方向が膜面に対して垂直方向を向く垂直磁化膜を、ＭＲＡＭの磁気抵抗効果素子の参照層及び記憶層に用いることが、検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２０５９３１号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／００８０２３９号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】応用磁気学会誌，ｖｏｌ．９, Ｎｏ．２， ９６， （１９８５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施形態の磁気抵抗効果素子は、垂直磁気異方性を有し、不変な磁化方向を有する第１の磁性層と、垂直磁気異方性を有し、可変な磁化方向を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間の非磁性層とを、具備し、前記第１及び第２の磁性層のうち少なくとも一方の層は、第１の非磁性元素としてのボロン（Ｂ）、希土類金属、及び遷移金属を含み、前記希土類金属の含有量は、２０ａｔ．％以上であり、前記遷移金属の含有量は、３０ａｔ．％以上であり、前記第１の非磁性元素としてのボロンの含有量が、１ａｔ．％以上、５０ａｔ．％以下である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】基本形態の磁気抵抗効果素子の構造を説明するための断面図。
【図２】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図３】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図４】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図５】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図６】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図７】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図８】磁性層内の組成比と磁気特性との関係を示す図。
【図９】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図１０】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図１１】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図１２】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図１３】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図１４】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図１５】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図１６】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図１７】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子を説明するための図。
【図１８】第３の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図１９】第３の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す平面図。
【図２０】第３の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図２１】第３の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図２２】第３の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図。
【図２３】第３の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を示す断面工程図。
【図２４】第３の実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法例を説明するための図。
【図２５】実施形態の磁気抵抗効果素子の適用例を示す図。
【図２６】実施形態の磁気抵抗効果素子の適用例を示す図。
【図２７】実施形態の磁気抵抗効果素子の適用例を示す図。
【図２８】実施形態の磁気抵抗効果素子の適用例を示す図。
【図２９】実施形態の磁気抵抗効果素子の適用例を示す図。
【図３０】実施形態の磁気抵抗効果素子の適用例を示す図。
【図３１】実施形態の磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図３２】実施形態の磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態］  
以下、図面を参照しながら、本実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複する説明は必要に応じて行う。
【００１３】
［０］  基本形態  
図１を参照して、実施形態に係る磁気抵抗効果素子について、説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の磁気抵抗効果素子の基本的な構造を説明するための断面模式図である。
【００１５】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、下部電極を含む下地層４０と、第１及び第２の磁性層１０，３０と、非磁性層２０と、上部電極４５とを含む積層構造を有する。
【００１６】
図１に示されるように、本実施形態の磁気抵抗効果素子１において、基板（図示せず）上に、下地層４０が設けられる。第１の磁性層１０は、下地層４０上に、積層される。非磁性層２０は、第１の磁性層１０上に積層される。第２の磁性層３０は、非磁性層２０上に積層される。上部電極４５は、第２の磁性層３０上に積層される。
【００１７】
本実施形態（基本形態）の磁気抵抗効果素子１において、第１及び第２の磁性層１０，３０のうち、一方の磁性層の磁化の向きは、可変に設定され、他方の磁性層の磁化の向きは、不変に設定される。本実施形態において、第１の磁性層１０は、磁化の向きが可変である。第２の磁性層３０は、磁化の向きが不変である。本実施形態において、磁化の向きが可変な磁性層（磁性体）のことを、記憶層（磁化自由層、自由層又は記録層）とよび、磁化の向きが不変な磁性層（磁性体）のことを、参照層（磁化不変層又は固定層）とよぶ。
【００１８】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、例えば、スピン注入磁化反転方式によって、記憶層１０と参照層３０との相対的な磁化の向きを反転させる。スピン注入磁化反転方式において、磁気抵抗効果素子１の記憶層１０と参照層３０との磁化配列状態は、磁気抵抗効果素子１内に電流Ｉｗを流すことによって、変化される。
【００１９】
磁気抵抗効果素子１の磁性層の膜面に対して垂直方向（膜の積層方向）に電流Ｉｗを流した際に発生するスピン偏極電子の角運動量が記憶層１０内の電子に伝達されることによって、記憶層１０の磁化（スピン）の向きは、反転する。磁気抵抗効果素子１に流す電流Ｉｗの向きに応じて、記憶層１０の磁化の向きは、変化する。
【００２０】
これに対して、参照層３０は磁化の向きは、電流Ｉｗが供給されても、不変である。  
ここで、「参照層３０の磁化の向きが不変である」或いは「参照層３０の磁化の向きが固定されている」とは、記憶層１０の磁化方向を反転させるための磁化反転しきい値以上の電流（反転しきい値電流）Ｉｗを、参照層３０に流した場合に、参照層３０の磁化の向きが変化しないことを意味する。したがって、磁気抵抗効果素子１において、反転しきい値の大きな磁性層を参照層３０として用い、参照層３０よりも反転しきい値の小さい磁性層を記憶層１０として用いることによって、磁化の向きが可変な記憶層１０と磁化の向きが不変な参照層３０とを含む磁気抵抗効果素子１が形成される。
【００２１】
磁性層（記憶層）１０の磁化反転がスピン偏極された電子によって引き起こされる場合、磁性層の磁化反転電流（反転しきい値電流）Ｉｗは、磁性層の減衰定数、異方性磁界及び体積に比例する。そのため、磁性層の物性値を適切に調整して、記憶層１０の磁化反転しきい値と参照層３０の磁化反転しきい値との間に差を設けることができる。
【００２２】
スピン注入磁化反転方式において、記憶層１０の磁化の向きと参照層３０の磁化の向きとを平行状態にする場合、つまり、記憶層１０の磁化の向きを参照層３０の磁化の向きと同じにする場合、記憶層１０から参照層３０に向かって流れる電流が、磁気抵抗効果素子１に供給される。この場合において、電子は、非磁性層２０を経由して、参照層３０から記憶層１０に向かって移動する。参照層３０及び非磁性層２０を通過した電子のうち、マジョリティーな電子（スピン偏極した電子）は、参照層３０の磁化（スピン）の向きと同じ向きを有している。このスピン偏極した電子のスピン角運動量（スピントルク）が、記憶層１０の磁化に印加され、記憶層１０の磁化の向きが、参照層３０の磁化の向きと同じ向きに反転する。この平行配列のとき、磁気抵抗効果素子１の抵抗値は最も小さくなる。
【００２３】
スピン注入磁化反転方式において、記憶層１０の磁化の向きと参照層３０の磁化の向きとを反平行状態にする場合、つまり、記憶層１０の磁化の向きを参照層３０の磁化の向きに対して反対にする場合、参照層３０から記憶層１０に向かって流れる電流が、磁気抵抗効果素子１に供給される。この場合において、電子は、記憶層１０から参照層３０に向かって移動する。参照層３０の磁化の向きと反平行のスピンをもつ電子は、参照層３０によって反射される。反射された電子は、スピン偏極した電子として、記憶層１０に注入される。このスピン偏極した電子（反射された電子）のスピン角運動量が、記憶層１０の磁化に印加され、記憶層１０の磁化の向きは、参照層３０の磁化の向きと反対になる。反平行配列のとき、磁気抵抗効果素子１の抵抗値は最も大きくなる。
【００２４】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１は、スピン偏極トンネル効果による磁気抵抗の変化を利用したＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子である。以下では、磁気抵抗効果素子のことを、ＭＴＪ素子１とよぶ。
【００２５】
記憶層１０及び参照層３０は、それぞれ膜面に垂直方向の磁気異方性を有している。
【００２６】
記憶層１０及び参照層３０の容易磁化方向は、膜面（或いは積層面）に対して垂直である。すなわち、本実施形態のＭＴＪ素子１は、記憶層１０及び参照層３０の磁化がそれぞれ膜面に対して垂直方向を向いている垂直磁化型の磁気抵抗効果素子である。以下では、膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有する磁性体のことを、垂直磁化膜ともよぶ。
【００２７】
尚、容易磁化方向とは、あるマクロなサイズの強磁性体を想定した場合、外部磁界の無い状態において、磁性体の自発磁化が、その方向を向くと最も内部エネルギーが低くなる磁化の方向である。これに対して、困難磁化方向とは、あるマクロなサイズの強磁性体を想定した場合、外部磁界のない状態において、磁性体の自発磁化がその方向を向くと最も内部エネルギーが大きくなる方向である。
【００２８】
以下において、部材Ａと部材Ｂとの多層構造（又は積層構造）を示す場合に、“Ａ／Ｂ”と表記する。これは、“／”の左側の部材“Ａ”が、“／”の右側の部材“Ｂ”上に積層されていることを示している。
【００２９】
上述した下地層４０は、下部電極としての厚い金属層４０１と、垂直磁化の磁性層（垂直磁化膜）を平坦に成長させるためのバッファ層としての金属層４０２とを含む。下地層４０として、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属層の少なくとも１つを含む積層構造が例示される。
【００３０】
例えば、下地層４０内の下部電極４０１は、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａを含む多層構造を有する。下地層４０内のバッファ層４０２の上面（磁性層１０との接触面）は、磁性層１０に用いられる材料に応じて、原子稠密面を有することが好ましい。これによって、大きな垂直磁気異方性の磁性層（ここでは記憶層）１０が、下地層４０上に形成される。例えば、バッファ層４０２は、Ｐｄ／Ｉｒ／Ｒｕを含む多層構造を有する。Ｒｕ膜は、Ｉｒ膜及びＰｄ膜の結晶配向を制御するために、例えば、ｈｃｐ（０００１）面（ｃ軸方向）に結晶配向している。Ｉｒ膜及びＰｄ膜は、記憶層１０に対して、記憶層１０の垂直磁気異方性を向上させる効果を有する。Ｉｒ膜及びＰｄ膜の膜厚を調整することによって、記憶層１０の垂直磁気異方性の大きさを変化させることができる。尚、下地層４０のＰｄ膜は、記憶層１０の一部とみなされる場合もある。また、バッファ層４０２はＰｄ膜を含まなくともよい。
【００３１】
結晶配向用の下地層４０において、下地層４０は、下部電極４０１と引き出し線とを兼ねた１つの導電層を含む場合がある。下地層（バッファ層）４０２と下部電極４０１とが別々の層で形成されてもよい。バッファ層４０２と下部電極４０１とが１つの層から形成され、引き出し線が別途に設けてもよい。
【００３２】
記憶層１０は、下地層４０上に設けられている。下地層４０上の記憶層１０において、記憶層１０の材料として、強磁性材料、軟磁性材料又は人工格子などが用いられる。強磁性材料として、Ｌ１０構造又はＬ１１構造の磁性材料が用いられ、より具体的な例としては、鉄−パラジウム（ＦｅＰｄ）、鉄−白金（ＦｅＰｔ）、コバルト−パラジウム（ＣｏＰｔ）、コバルト−白金（ＣｏＰｔ）等が用いられる。軟磁性材料としては、コバルト−鉄−ボロン（ＣｏＦｅＢ）等が用いられる。人工格子として、ＮｉＦｅ、Ｆｅ又はＣｏ等の磁性材料とＣｕ、Ｐｄ又はＰｔ等の非磁性材料との積層構造が例示される。また、フェリ磁性材料が、記憶層１０に用いられてもよい。
【００３３】
非磁性層２０は、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜である。ＭｇＯ膜のような絶縁膜が用いられた非磁性層２０は、トンネルバリア層とよばれる。以下では、非磁性層のことを、トンネルバリア層２０とよぶ。トンネルバリア層２０としてのＭｇＯ膜は、例えば、１０Å（１ｎｍ）の膜厚を有する。
【００３４】
例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、酸化バナジウム（ＶＯ）、酸化ニオブ（ＮｂＯ）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が、非磁性層に用いられてもよい。Ｍｇ窒化物やＡｌ窒化物が、非磁性層に用いられてもよい。また、これらの酸化物及び窒化物の単層膜に限らず、これらの絶縁体の積層膜が、非磁性層２０に用いられてもよい。
【００３５】
ＭｇＯは、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）構造の結晶構造を有する。ＭｇＯのようにＮａＣｌ構造を有する材料が、非磁性層（トンネルバリア層）２０として用いられる場合、非磁性層２０としてのＭｇＯ膜は、結晶配向している、例えば、ｂｃｃ（００１）面（又は方位）及びそれに等価な面（又は方位）に優先配向している、ことが好ましい。
【００３６】
トンネルバリア層２０上に、参照層３０が設けられている。トンネルバリア層２０は、記憶層１０と参照層３０との間に設けられている。
【００３７】
上部電極４５は、参照層３０上に設けられている。上部電極４５は、例えば、ＭＴＪ素子１の電極としての機能とともに、ＭＴＪ素子１を加工する際のハードマスクとしての機能を有する。上部電極（ハードマスク層）４５の材料として、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）等の金属、或いは窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化チタンシリコン（ＴｉＳｉＮ）、窒化タンタルシリコン（ＴａＳｉＮ）等の導電性化合物が、用いられる。
【００３８】
例えば、本実施形態のＭＴＪ素子１において、参照層３０の保磁力Ｈｃを大きくするために、参照層３０は、記憶層１０の膜厚よりも大きい膜厚を有する。そのため、参照層３０から発生する磁場分布が大きくなり、参照層３０からの漏れ磁場（漏洩磁界）が、記憶層１０に不均一に印加される。記憶層１０に印加される参照層からの漏れ磁場は、記憶層の磁化の向きを参照層の磁化の向きと平行にする向きに作用する。記憶層１０に印加される参照層３０からの漏れ磁場は、記憶層１０の磁化反転磁場を変化させ、記憶層１０の熱擾乱耐性を劣化させる。参照層３０からの漏れ磁場の影響で、記憶層１０の保磁力Ｈｃがシフトし、参照層３０と記憶層１０との磁化の向きの関係が平行状態である場合と反平行状態である場合とで、それら磁化配列状態の熱安定性が変化する可能性がある。このように、参照層３０の漏れ磁場に起因してＭＴＪ素子１の動作が不安になる可能性があるため、参照層３０の飽和磁化Ｍｓは小さいことが好ましい。
【００３９】
希土類金属−遷移金属を用いた磁性層（以下、希土類金属−遷移金属磁性層又はフェリ磁性層とよぶ）は、希土類金属の磁化の向きと遷移金属の磁化の向きとが互いに反対である。そのため、希土類金属−遷移金属磁性層は、飽和磁化Ｍｓが小さく、且つ、異方性磁界が大きい。例えば、希土類金属−遷移金属磁性層は、基板表面に対して水平方向における直径が４０ｎｍ以下の極微細サイズの磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の磁性層、特に、参照層３０に用いられることが好ましい。
【００４０】
例えば、本実施形態のＭＴＪ素子１の参照層３０において、希土類金属−遷移金属磁性層（フェリ磁性層）には、テルビウム（Ｔｂ）を含む磁性層（以下、Ｔｂ系磁性層とよぶ）が用いられる。但し、Ｔｂの代わりに、ガドリニウム（Ｇｄ）又はジスプロシウム（Ｄｙ）が、用いられてもよい。磁性層３０内のＴｂの一部が、Ｇｄ又はＤｙに置換されてもよい。  
以下では、本実施形態のＭＴＪ素子１におけるＴｂ系磁性層を用いた参照層３０について、説明する。
【００４１】
希土類金属−遷移金属磁性層において、Ｔｂ系磁性層は、遷移金属として、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）の両方又は少なくとも一方を含む。Ｔｂ系磁性層が、Ｃｏ及びＦｅの両方を含む場合、ＴｂＣｏＦｅ層と表記する。
【００４２】
本実施形態のＭＴＪ素子１において、ＭＴＪ素子１の参照層３０内の希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅ層）３０１は、ボロン（Ｂ）を含んでいる。
【００４３】
Ｂを含むＴｂＣｏＦｅ層（以下、ＴｂＣｏＦｅＢ層とも表記する）３０１は、膜面に対して垂直な磁気異方性を有する垂直磁化膜である。
【００４４】
希土類金属を含む磁性層において、磁性層中の希土類元素が磁性層外部の酸素に触れた場合、希土類金属の酸化物が、磁性層の表面に形成されやすい。そのため、希土類金属を含む磁性層は、耐蝕性（耐酸化性）に問題がある。
【００４５】
例えば、ＭＴＪ素子が所定の形状に加工（パターニング）された後において、保護膜や層間絶縁膜などの絶縁層がＭＴＪ素子を覆うように真空中で形成される前に、酸素を含む雰囲気中（例えば、大気中）に、ＭＴＪ素子がさらされる場合がある。
【００４６】
この場合において、希土類金属を含む磁性層の酸化が進行し、磁性層の磁気特性、例えば、保磁力Ｈｃが低下する可能性がある。この結果として、ＭＴＪ素子の特性が劣化する可能性がある。
【００４７】
希土類金属（例えば、Ｔｂ）−遷移金属磁性層を大気中に曝露した後、その磁性層の表面をＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy：Ｘ線光電子分光法）によって計測すると、Ｔｂ酸化物が磁性層表面に優先的に形成されていることが示される。そのＴｂ酸化物の形成が原因で、ＭＴＪ素子が含む磁性層（例えば、参照層）の磁気特性の劣化及び飽和磁化Ｍｓの増大が引き起こされる可能性がある。
【００４８】
実際に形成されたＭＴＪ素子に対して、イオンミリングによる素子の表面（加工面）の再付着層が除去された後、ＭＴＪ素子が大気中に曝露されると、そのＭＴＪ素子が含む希土類金属−遷移金属磁性層の保磁力Ｈｃの低下が観測された。
【００４９】
そのため、素子の加工後に、酸素を含む雰囲気中（例えば、大気中）に素子がさらされないように、素子の加工から絶縁層（保護膜、層間絶縁膜）の成膜まで真空中で一貫して実行するなどの製法上の工夫が必要となる。ただし、これらの工夫は、ＭＴＪ素子及びＭＴＪ素子を含むデバイス（例えば、ＭＲＡＭ）の製造コストを上昇させる可能性がある。
【００５０】
また、上述の酸素を含む雰囲気中に曝露された希土類金属−遷移金属磁性層（ＴｂＦｅＣｏ層）のＸＰＳ測定において、磁性層におけるＴｂ酸化物の深さ分布をＸＰＳデプスプロファイルによって測定すると、５ｎｍ程度の厚さのＴｂ酸化物が、極めて短い期間（例えば、数秒）の曝露でも形成されることが観測された。
【００５１】
それゆえ、スピン注入磁化反転方式のＭＲＡＭのように、均一に電流を流すことが好ましい素子において、例えば、加工時に直径５０ｎｍのサイズの素子に、大気中への曝露に起因して５ｎｍの厚さのＴｂ酸化物が形成された場合、素子の実効的な直径は、４０ｎｍとなる。すなわち、Ｔｂ酸化物が形成された素子の実効的な面積は、Ｔｂ酸化物が形成されない場合の面積の約６０％になってしまう。
【００５２】
そのため、微細化の推進により直径が５０ｎｍ以下のサイズになったＭＴＪ素子において、Ｔｂ系磁性層（希土類金属−遷移金属磁性層）におけるＴｂ酸化物の形成の抑制は、重要である。
【００５３】
本実施形態のＭＴＪ素子１の希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅ層）３０１は、ボロン（Ｂ）を含む。Ｂは、酸化しやすい（酸化されやすい）傾向を示す元素であり、ＭＴＪ素子１の磁性層（例えば、参照層）３０としてのＢが添加されたＴｂ系磁性層３０１において、ＴｂとともにＢも酸化される。これによって、ＢドープされたＴｂ系磁性層３０１において、磁性層の表層付近でＢが酸素と結合し、下層（内部側、中央部側）に存在するＴｂ成分（Ｔｂ元素）はほとんど酸化されずに磁性層３０内に存在し、Ｔｂによる磁性層の磁化が、維持される。ＢドープされたＴｂ系磁性層３０１内のＢ成分が酸化されることで、酸素が取り込まれる。そして、Ｂによって磁性層の酸化の進行が食い止められ、さらに内側のＴｂ成分の酸化が低減される。これによって、その磁性層３０１の耐蝕性が向上され、酸化による磁性層３０１の磁気特性の劣化は、抑制される。また、Ｂの添加は、希土類金属−遷移金属磁性層の磁気特性を劣化させない。
【００５４】
本実施形態のように、Ｂドープされた希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層）によって、耐蝕性が向上され、飽和磁化Ｍｓが小さく、且つ、保磁力Ｈｃが大きい磁性層を形成できる。
【００５５】
尚、本実施形態において、ボロン（Ｂ）ドープされた希土類金属−遷移金属磁性層３０１が、ＭＴＪ素子１の参照層３０に用いられた例が示されているが、Ｂドープされた希土類金属−遷移金属磁性層３０１は、ＭＴＪ素子１の記憶層１０に用いられてもよい。
【００５６】
以上のように、本実施形態の磁気抵抗効果素子は、素子特性の劣化を抑制できる。
【００５７】
［１］  第１の実施形態  
（１）  構成例１  
図２乃至図６を参照して、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の構成例１について、説明する。
【００５８】
（ａ）  構造  
図２を用いて、第１の実施形態における構成例１の磁気抵抗効果素子（例えば、ＭＴＪ素子）の構造について、説明する。
【００５９】
図２は、第１の実施形態の構成例１のＭＴＪ素子１Ａの断面構造を示している。尚、図２において、ＭＴＪ素子１Ａを覆う絶縁膜の図示は省略する。
【００６０】
図２において、トップピン構造のＭＴＪ素子１Ａが、示されている。トップピン型の磁気抵抗効果素子は、記憶層１０が、磁気抵抗効果素子を形成するための基板１００側に設けられ、その記憶層１０上に、非磁性層（トンネルバリア層）２０及び参照層３０Ａが積層される構造を有する。これとは反対に、ボトムピン構造のＭＴＪ素子は、参照層が、ＭＴＪ素子を形成するための基板１００側に、設けられ、その参照層上に、非磁性層及び記憶層が積層される構造を有する。
【００６１】
図２に示されるＭＴＪ素子１Ａにおいて、下部電極／バッファ層としての下地層４０Ａのすくなくとも最上層は、例えば、Ｔａ膜である。ここでは、下地層４０ＡをＴａ膜４０Ａと表記する。尚、Ｔａ膜と基板１００との間に、上述の下部電極／バッファ層の材料として例示された材料が、設けられてもよい。また、Ｔａ膜と記憶層１０との間に他の層が設けられてもよい。
【００６２】
記憶層１０は、Ｔａ膜４０Ａ上に設けられている。記憶層１０は、人工格子１０１を含む。例えば、人工格子１０１は、コバルト（Ｃｏ）と白金（Ｐｔ）との積層構造（周期構造）を有する。人工格子１０１において、ＣｏとＰｔとから、１つの積層膜（格子）が、形成される。６周期分の積層膜（Ｐｔ／Ｃｏ膜）が、人工格子（［Ｐｔ／Ｃｏ］６膜）を形成している。人工格子１０１において、例えば、Ｃｏ膜が、Ｔａ膜に接触する。尚、記憶層１０は、人工格子に限定されず、垂直磁気異方性を有する磁性層であれば、他の材料／構造の磁性層でもよい。
【００６３】
ＭＴＪ素子１Ａにおいて、磁性層（記憶層及び参照層）１０，３０Ａにおけるトンネルバリア層２０の近傍の部分（層）は、界面層とよばれる。本構成例１のＭＴＪ素子１Ａの記憶層１０内において、人工格子１０１とトンネルバリア層２０との間に、界面層１０２が設けられている。記憶層１０側の界面層１０２は、ＣｏＦｅＢ膜である。尚、記憶層１０側の界面層１０２は、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢのうち少なくとも２つの元素（成分）を含んでいれば、ＣｏＦｅＢ膜に限定されない。
【００６４】
人工格子１０１及び界面層１０２は、垂直磁気異方性を有し、人工格子１０１及び界面層１０２の磁化の向きは、膜面に対して垂直になっている。
【００６５】
トンネルバリア層２０は、例えば、ＭｇＯ膜である。例えば、トンネルバリア層２０としてのＭｇＯ膜２０は、ＭＴＪ素子１Ａの特性（例えば、ＭＲ比）の向上のために、（１００）面（又はそれに等価な面）に優先配向していることが好ましい。
【００６６】
参照層３０Ａは、希土類金属−遷移金属磁性層として、ＴｂＣｏＦｅ層３０１を含む。ＴｂＣｏＦｅ層には、Ｂ（ボロン）がドープされ、ＴｂＣｏＦｅＢ層が、形成されている。
【００６７】
本構成例１において、例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａは、合金層である。ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａは、微結晶層（マイクロスケール又はナノスケールの結晶を含む層）でもよいし、アモルファス層でもよいし、微結晶とアモルファスとの両方を含む層でもよい。
【００６８】
参照層３０Ａ内において、トンネルバリア層２０の近傍の部分に、界面層３０２が設けられている。界面層３０２は、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａとトンネルバリア層２０との間に、挟まれている。参照層３０Ａ内の界面層３０２は、例えば、多層膜である。多層膜の界面層３０２は、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ構造を有する。界面層３０２のことを
ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１及び界面層３０２は、垂直磁気異方性を有し、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１及び界面層３０２の磁化の向きは、膜面に対して垂直になっている。
【００６９】
界面層１０２，３０２が、記憶層１０内及び参照層３０Ａ内に設けられることによって、記憶層１０及び参照層３０Ａの垂直磁気異方性の大きさが、向上される。但し、記憶層１０内の界面層１０２の膜厚を厚くすると、記憶層１０に対するスピン注入による磁化反転電流（磁化反転しきい値）が大きくなる。そのため、記憶層１０内の界面層１０２の膜厚は、１．０ｎｍ（１０Å）以下であることが好ましい。
【００７０】
記憶層１０内の界面層１０２は、トンネルバリア層２０と格子整合する材料が用いられることが好ましい。これによって、トンネルバリア層２０の結晶性が改善され、ＭＴＪ素子１ＡのＭＲ比が向上する。例えば、トンネルバリア層がＭｇＯ膜である場合、ＭｇＯ膜は、ｂｃｃ（００１）面又はｂｃｃ（００１）面と等価な面に格子整合する材料が、界面層１０２，３０２に用いられることが好ましい。また、参照層３０Ａ内の界面層３０２も、結晶性の向上のため、トンネルバリア層２０と格子整合する材料であることが好ましい。
【００７１】
参照層３０Ａ内の界面層３０２において、Ｔａ膜３２２が、２つのＣｏＦｅＢ膜３２１，３２３間に挟まれている。Ｔａ膜３２２は、ＴｂＣｏＦｅ膜３０１のＴｂ成分が、ＭＴＪ素子１Ａの製造工程時の熱によって、トンネルバリア層２０の近傍又はトンネルバリア層２０の内部に拡散するのを、抑制する。これによって、Ｔｂ成分の拡散に起因したトンネルバリア層２０の結晶性の劣化が低減され、ＭＴＪ素子１Ａの特性（例えば、ＭＲ比）の劣化が抑制される。
【００７２】
また、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０２がアモルファス層であることが好ましい場合、界面層３０２内のＴａ膜３２２は、ＭｇＯ膜の結晶情報がアモルファスのＴｂＣｏＦｅＢ層に伝播するのを、防止する。これによって、アモルファスのＴｂＣｏＦｅＢ層が、結晶配向したＭｇＯ膜に起因して結晶化するのを抑制できる。
【００７３】
界面層内のＴａ膜３２２の代わりに、タングステン（Ｗ）膜、ニオブ（Ｎｂ）膜又はモリブデン（Ｍｏ）膜のいずれかの１つの膜が、ＣｏＦｅＢ膜３２１，３２３間に挿入されてもよい。記憶層１０内の界面層１０１内に、Ｔａ膜が挿入されてもよい。
【００７４】
また、参照層３０Ａ内の界面層３０２において、ＴｂＣｏＦｅＢ層側のＣｏＦｅＢ膜３２３の組成比及び膜厚は、トンネルバリア層側のＣｏＦｅＢ層３２１の組成比及び膜厚と、互いに異なってもよい。
【００７５】
参照層３０Ａ内の界面層３０２の膜厚は、例えば、１ｎｍ〜３ｎｍ（１０Å〜３０Å）程度の膜厚に設定される。
【００７６】
参照層３０Ａ内のＢドープＴｂＣｏＦｅ層３０１Ａ上に、上部電極４５Ａが設けられている。上部電極４５Ａは、Ｒｕ膜４５１とＴａ膜４５２との積層膜である。上部電極４５のＲｕ膜４５１は、ＢドープＴｂＣｏＦｅ層の上面に接触する。Ｔａ膜４５２は、Ｒｕ膜４５１上に積層されている。
【００７７】
本構成例１のＭＴＪ素子１Ａにおいて、参照層３０Ａは、ＢドープされたＴｂＣｏＦｅ層３０１Ａを含む。
【００７８】
例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａにおいて、Ｔｂの組成比（平均含有量、濃度）は、２０ａｔ．％（原子量％）以上に設定され、Ｃｏ及びＦｅの組成比（平均含有量、濃度）の和は、３０ａｔ．％以上に設定される。尚、Ｃｏのみが希土類金属−遷移金属磁性層内に添加される場合（Ｆｅを含まない場合）、Ｃｏの組成比が３０ａｔ．％以上であればよい。これとは反対に、Ｆｅのみが希土類金属−遷移金属磁性層内に添加される場合（Ｃｏを含まない場合）、Ｆｅの組成比が３０．ａｔ％以上であればよい。また、このＴｂＣｏＦｅＢ層３０１において、Ｔｂ、Ｃｏ及びＦｅの組成比が上記の値に設定された場合、Ｂの組成比（平均含有量、濃度）は、１ａｔ．％以上、５０ａｔ．％以下に設定される。
【００７９】
これによって、ＴｂＣｏＦｅＢ膜３０１は、垂直磁気異方性を有し、小さい飽和磁化Ｍｓ及び大きい保磁力Ｈｃを実現できる。尚、ＴｂＣｏＦｅＢ層における各成分の組成比に関しては、後述する。
【００８０】
ここで、本実施形態において、平均含有量とは、各成分が磁性層内に均一に分布しているとみなした場合の濃度／組成比を示す。また、ＴｂＣｏＦｒＢ層が界面層３０２と組み合わせて用いられた場合、ＭｇＯ等の絶縁体のトンネルバリア層に接するＣｏＦｅＢ膜等で構成される界面層を含めないで、含有量の計算が行われる。磁性層内の組成は、電子ビーム径が約１ｎｍに設定された状態で、断面透過型電子顕微鏡（ＸＴＥＭ）によりトンネルバリア層及び界面層の位置を求め、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）を用いた組成分析を行うことによって、定義する。その際、Ｔｂなど希土類材料が検知される領域を参照層３０１ｎ（但し、ｎ＝Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）とする。磁性層の膜厚方向に５点、磁性層の半径方向（水平方向）に５点で測定し、それらの平均値を、磁性層（ＴｂＣｏＦｅＢ層）内の平均含有量とする。本実施形態で述べるＴｂＣｏＦｅＢ層が、記憶層として用いられる場合に関しても、界面層を含めないで、記憶層としてのＴｂＣｏＦｅＢ層の組成比を定義する。この場合は、ＸＴＥＭから界面層の体積の割合を求め、得られたＥＥＬＳの信号に対して、界面層からの信号量を差し引く計算を行う。
【００８１】
本構成例１のＭＴＪ素子１ＡのＢドープＴｂＣｏＦｅ層（ＴｂＣｏＦｅＢ層）３０１Ａの各成分の具体的な組成比は、以下のとおりである。
【００８２】
本構成例１のＭＴＪ素子１ＡのＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａにおいて、Ｔｂの組成は３５ａｔ．％、Ｃｏの組成は１５ａｔ．％、Ｆｅの組成は４０ａｔ．％、及び、Ｂの組成は１０ａｔ．％に設定されている。ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａの膜厚は、１２ｎｍ（１２０Å）に設定されている。
【００８３】
この組成比のＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａを含むＭＴＪ素子１Ａの形成時において、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａを含む積層構造を所定の素子形状に加工した後、加工された積層体を、酸素を含む雰囲気中（例えば、大気中）にさらしてから、加工された積層体を覆うように、絶縁膜が形成される。
【００８４】
このように形成されたＭＴＪ素子１Ａにおいて、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａを含む参照層３０Ａの保磁力Ｈｃは、約８ｋＯｅを示す。これに対して、ＴｂＣｏＦｅ層にＢが添加されない場合、参照層の保磁力Ｈｃは、約４ｋＯｅである。
【００８５】
このように、ＴｂＣｏＦｅ層３０１Ａ内にボロン（Ｂ）が添加されることによって、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａの保磁力Ｈｃが、Ｂが添加されないＴｂＣｏＦｅＢ層の保磁力Ｈｃの２倍程度に、増加する。
【００８６】
このように、希土類金属−遷移金属磁性層としてのＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａが高い保磁力Ｈｃを維持できるのは、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａ内のＢ成分が優先的に酸化し、Ｂ成分がＴｂ成分の酸化を抑制させる結果として、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａの耐酸化性が向上するためである。
【００８７】
スピン注入型ＭＲＡＭにおいて、１０１１Ａ／ｍ２レベルの電流密度の電流が、メモリ素子としてのＭＴＪ素子に対するデータの書き込みのために、用いられる。ＭＴＪ素子の直径が３０ｎｍである場合、ＭＴＪ素子は１０ｋΩより大きい電気抵抗を有すると想定される。それゆえ、上記の電流密度の電流がＭＴＪ素子を流れる場合、１０〜２０μＷ程度の発熱がＭＴＪ素子に生じると考えられる。電界に加え、熱が印加された状態におけるＭＴＪ素子の構成部材のエレクトロマイグレーションの抑制は、ＭＲＡＭ及びＭＴＪ素子の信頼性の向上の観点の１つとして、重要である。
【００８８】
エレクトロマイグレーションの抑制の一手法として、高融点材料の適用が有効である。ボロン（Ｂ）の融点は、約２２００℃である。一方、テルビウム（Ｔｂ）の融点は、約１３５０℃、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆｅ）の融点は、約１５００℃である。それゆえ、ＴｂＣｏＦｅ層に対する高融点材料としてのＢの添加は、Ｂが添加されないＴｂＣｏＦｅ層よりも、耐熱性を向上できる。  
そのため、ＴｂＣｏＦｅ膜（希土類金属−遷移金属磁性層）に対するＢの添加は、耐蝕性の向上に加え、ＭＴＪ素子１Ａに生じるエレクトロマイグレーションの対策としても、望ましい。
【００８９】
上述のように、参照層３０Ａは体積が大きく、その磁界強度が高い。そのため、参照層の磁化の分布に対する酸化の影響は、参照層から記憶層に印加される磁界分布にも現れる。それに伴って、ＭＴＪ素子の特性及び動作に対する信頼性にも、影響が及ぼされる。それゆえ、素子の微細化が進行し、直径が３０ｎｍ以下のＭＴＪ素子に含まれる磁性層（たとえば、参照層）において、本実施形態のＭＴＪ素子のように、Ｂをフェリ磁性層（希土類金属−遷移金属磁性層）内に添加することによって、磁性層の酸化を抑制し、磁性層の磁化を均一化することは、有効である。
【００９０】
尚、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ａにおいて、Ｔｂの一部また全体が、Ｄｙ又はＧｄ又はその両方に置換された場合であっても、同様の効果が得られる。
【００９１】
以上のように、第１の実施形態の構成例１の磁気抵抗効果素子１Ａによれば、磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制できる。
【００９２】
（ｂ）  製造方法  
図３乃至図６を用いて、第１の実施形態における構成例１の磁気抵抗効果素子（例えば、ＭＴＪ素子）の製造方法について、説明する。
【００９３】
図３乃至図６は、本実施形態の磁気抵抗効果素子（例えば、ＭＴＪ素子）１Ａの製造工程の一工程をそれぞれ示す断面工程図である。
【００９４】
図３に示されるように、下部電極を含む下地層４０、記憶層を形成するための磁性層１０Ｘ、トンネルバリア層を形成するための非磁性層２０Ｘ、参照層を形成するための磁性層３０Ｘ、上部電極及びハードマスクを形成するための導電層４５Ｘが、例えば、スパッタ法によって、基板１００上に、順次積層される。
【００９５】
下地層４０Ｘは、平坦な垂直磁化膜を成長させるためのバッファ層としての機能を有する。下地層４０Ｘは、上述した材料（例えば、Ｔａ）を用いて形成される。
【００９６】
記憶層を形成するための第１の磁性層（磁性体）１０Ｘの材料として、例えば、６周期のＣｏ／Ｐｔ膜（［Ｐｔ／Ｃｏ］６膜）１０１Ｘが堆積される。但し、ＦｅＰｄ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｄ又はＣｏＰｔ等のＬ１０構造或いはＬ１１構造を持つ強磁性材料、ＴｂＣｏＦｅ等の希土類金属−遷移金属磁性材料（フェリ磁性材料）、ＮｉＦｅ等の磁性材料とＣｕ、Ｐｄ等の非磁性材料との積層構造からなる人工格子が、ＭＴＪ素子の記憶層を形成する磁性層１０１Ｘとして、堆積されてもよい。
【００９７】
また、記憶層１０Ｘ内に界面層１０２Ｘが形成される場合、人工格子１０１Ｘ上に、例えば、ＣｏＦｅＢ膜１０２Ｘが、堆積される。
【００９８】
ＭｇＯ膜２０Ｘが、トンネルバリア層を形成するための非磁性層として、磁性層１０Ｘ上に、堆積される。
【００９９】
参照層を形成するための第２の磁性層３０Ｘは、ＭｇＯ膜２０Ｘ上に、堆積される。参照層３０Ｘ内に界面層が形成される場合、ＭｇＯ膜２０Ｘ上に、例えば、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ膜３０２Ｘが、堆積される。尚、界面層が形成されない場合、第２の磁性層３０Ｘが、ＭｇＯ膜２０Ｘ上に直接堆積される。
【０１００】
本実施形態において、第２の磁性層３０Ｘが含んでいる垂直磁化膜３０１Ｘとして、ボロン（Ｂ）が添加された希土類金属−遷移金属磁性層（磁性体）３０１Ｘが、用いられている。例えば、Ｂが添加されたＴｂＣｏＦｅ層（ＴｂＣｏＦｅＢ層）３０１Ｘが、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ膜３０１２Ｘ上に、堆積される。
【０１０１】
ＴｂＣｏＦｅＢ膜３０１Ｘは、例えば、Ｔｂターゲット、Ｃｏターゲット、ＦｅＢターゲット及びＦｅターゲットを同時にスパッタすることによって、形成される。これによって、合金状のＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｘが、界面層３０２Ｘ上（又は、ＭｇＯ膜２０Ｘ上）に堆積される。尚、ＴｂＣｏＦｅＢ合金ターゲットをスパッタすることによって、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｘを形成してもよい。
【０１０２】
ここで、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｘの各成分の組成比において、Ｔｂの組成比（平均含有量、濃度）は、２０ａｔ．％以上に設定され、Ｃｏ及びＦｅの組成比（平均含有量、濃度）の和は、３０ａｔ．％以上に設定される。また、このＴｂＣｏＦｅＢ層３０１において、Ｔｂ、Ｃｏ及びＦｅの組成比が上記の値に設定された場合、Ｂの組成比（平均含有量、濃度）は、１ａｔ．％以上、５０ａｔ．％以下に設定される。尚、Ｃｏのみが希土類金属−遷移金属磁性層内に添加される場合（Ｆｅを含まない場合）、Ｃｏの組成比が３０ａｔ．％以上であればよい。これとは反対に、Ｆｅのみが希土類金属−遷移金属磁性層内に添加される場合（Ｃｏを含まない場合）、Ｆｅの組成比が３０．ａｔ％以上であればよい。
【０１０３】
ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｘ上に、ハードマスクとしての導電層４５Ｘが、堆積される。導電層４５Ｘには、例えば、Ｔａ／Ｒｕ積層膜が用いられる。
【０１０４】
このように、ＭＴＪ素子を形成するための積層構造１Ｘが、基板１００上に形成される。
【０１０５】
尚、導電層４５ＸとＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｘとの間に、参照層からの漏れ磁場（漏洩磁界）を打ち消す（相殺する）ためのバイアス層（シフト調整層）が、形成されてもよい。バイアス層は、磁性層からなる。また、下地層４０Ｘ内にバイアス層が形成されてもよい。さらに、バイアス層とＴｂＣｏＦｅＢ層との間に、交換バイアスを増強するための非磁性層（例えば、金属層）が、形成されてもよい。
【０１０６】
図４に示されるように、所定の形状（例えば、円形状の平面形状）のレジストマスク９０が、ハードマスクとしての導電層４５Ａ上に、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、形成される。パターニングされたレジストマスク９０に基づいて、基板１００上の積層構造を形成する各層が、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）やイオンミリングなどの異方性エッチングによって、マスク側から順次加工（パターニング）される。尚、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ：Gas Cluster Ion Beam）を用いて、ＭＴＪ素子（積層構造）の構成部材が加工されてもよい。
【０１０７】
これによって、所定の形状の積層構造（ＭＴＪ素子）１Ａが、基板１００上に形成される。加工された積層構造１Ａは、下地層（下部電極）４０Ａ、記憶層１０、トンネルバリア層２０、参照層３０Ａ及びハードマスク（上部電極）４５Ａを含む。
【０１０８】
図５に示されるように、ハードマスク４５Ａ上のレジストマスクが除去された後、加工された積層構造１Ａの表面を覆うように、薄い絶縁膜（以下、側壁絶縁膜とよぶ）４７が、積層構造１Ａ上に堆積される。
【０１０９】
側壁絶縁膜４７が形成された後、例えば、層間絶縁膜７９が、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や塗布法を用いて、基板１００上に、堆積される。層間絶縁膜７９は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）又はＳｉＮからなる。
【０１１０】
例えば、側壁絶縁膜４７は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によってコンフォーマルに形成された密な窒化シリコン（ＳｉＮ）であることが好ましい。このようにコンフォーマルなＳｉＮ膜４７が形成されることによって、積層構造１Ａと絶縁膜７９との間に隙間が形成されなくなる。
【０１１１】
ここで、側壁絶縁膜４７の膜質に起因して、酸化物からなる層間絶縁層７９が含む酸素が、絶縁膜４７を貫通して、参照層３０Ａ側に浸透する場合がある。
【０１１２】
本実施形態のように、Ｔｂなどの希土類金属から形成される磁性層３０Ａに、Ｂが添加されることによって、磁性層３０Ａ中のＢ成分（元素）が浸透した酸素と反応する。この結果として、Ｂによって磁性層の内部のＴｂの酸化の進行が抑制され、磁性層３０Ａの磁化に寄与するＴｂの酸化はごく表面に限られ、Ｔｂはほとんど酸化されずに、磁性層３０Ａ内に残留する。例えば、磁性層３０Ａ，３０１ＡのＢは、磁性層３０Ａ，３０１Ａの表面（加工面）側へ拡散（マイグレート）する。
【０１１３】
このように、ＭＴＪ素子の製造プロセス中の酸素が、希土類金属−遷移金属磁性層３０Ａの近傍に存在した場合において、本実施形態のように、その磁性層３０Ａにボロン（Ｂ）が添加されることによって、ボロン酸化物が磁性層３０Ａ，３０１Ａの表面（加工面）上に形成され、磁性層３０Ａの磁化に寄与する希土類金属（例えば、Ｔｂ）の酸化物は、磁性層３０Ａ内にほとんど形成されない。
【０１１４】
それゆえ、真空中で膜の堆積及び加工が実行される製造工程においても、ＭＴＪ素子の希土類金属−遷移金属磁性層に対してボロンを添加し、磁性層の耐蝕性をあらかじめ向上させることによって、酸素による磁性層（素子）表面の侵食を抑制できる。
【０１１５】
図６に示すように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により、層間絶縁層７９の上面の平坦化が実行され、層間絶縁膜７９、絶縁膜４７が研削される。ＭＴＪ素子１Ａのハードマスク層（上部電極）４５Ａの上面が、露出する。露出した上部電極４５Ａ上に、例えば、ＣｕやＡｌからなる配線が、周知の技術を用いて、形成される。
【０１１６】
以上の工程によって、本実施形態の構成例１のＭＴＪ素子１Ａが形成される。
【０１１７】
本実施形態のＭＴＪ素子の製造方法において、ＭＴＪ素子を形成するための磁性層（ここでは、参照層）として、Ｂが添加された希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層）３０１Ａが、形成される。
【０１１８】
ボロン（Ｂ）がＴｂＣｏＦｅ層に添加されることによって、その磁性層が含むＴｂの酸化が抑制される。その結果として、耐蝕性（例えば、耐酸化性）を有し、飽和磁化Ｍｓが小さく、且つ、保磁力Ｈｃが大きい垂直磁化膜を、Ｂがドープされた希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層）を用いて、形成できる。
【０１１９】
それゆえ、酸化による希土類金属−遷移金属磁性層の磁気特性の劣化を抑制でき、ＭＴＪ素子の素子特性の劣化を抑制できる。
【０１２０】
したがって、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造方法によれば、素子特性の劣化を抑制した磁気抵抗効果素子を提供できる。
【０１２１】
（２）  構成例２  
図７を用いて、第１の実施形態における構成例２の磁気抵抗効果素子（例えば、ＭＴＪ素子）の構造について、説明する。
【０１２２】
図７は、第１の実施形態の構成例１のＭＴＪ素子１Ｂの断面構造を示している。尚、図７において、ＭＴＪ素子１Ｂを覆う絶縁膜の図示は省略する。
【０１２３】
構成例１のＭＴＪ素子１Ａにおいて、参照層内のＴｂＣｏＦｅＢ層は、合金であった。ただし、本構成例２のＭＴＪ素子１Ｂのように、参照層３０Ｂ内のＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｂは、人工格子であってもよい。
【０１２４】
以下では、説明の明確化のため、人工格子のＴｂＣｏＦｅＢ層のことを、ＴｂＣＯＦｅＢ人工格子とよび、合金状のＴｂＣｏＦｅＢ層のことを、ＴｂＣｏＦｅＢ合金とよぶ。
【０１２５】
参照層３０Ｂ内のＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂは、ＴｂＣｏ膜３１１とＦｅＢ膜３１２との積層構造から形成される。１層のＴｂＣｏ膜と１層のＦｅＢ膜とが人工格子３０１Ｂの１周期を形成する。人工格子３０１Ｂにおける１周期の積層構造を、ＦｅＢ／ＴｂＣｏ層（又は、ＴｂＣｏ／ＦｅＢ層）と表記する。ＦｅＢ／ＴｂＣｏ層がｎ周期の人工格子は、［ＦｅＢ／ＴｂＣｏ］ｎと表記する。本構成例２において、参照層３０Ｂ内の人工格子３０１Ｂの周期は、１５周期である。
【０１２６】
人工格子３０１Ｂの各ＴｂＣｏ膜３１１において、Ｔｂの組成比（平均含有量、濃度）は約７０ａｔ．％に設定され、Ｃｏの組成比は約３０ａｔ．％に設定されている。このＴｂＣｏ膜（Ｔｂ７０Ｃｏ３０膜）は、０．５ｎｍ（５Å）程度の膜厚を有する。
【０１２７】
人工格子３０１Ｂの各ＦｅＢ膜３１２において、Ｆｅの組成比は、約８０ａｔ．％に設定され、Ｂの組成比は、約２０ａｔ．％に設定されている。このＦｅＢ膜（Ｆｅ８０Ｂ２０膜）は、０．３ｎｍ（５Å）程度の膜厚を有する。
【０１２８】
尚、以下では、各膜の組成比に言及する必要がない場合には、単に、ＴｂＣｏ膜及びＦｅＢ膜と表記する。
【０１２９】
本構成例２のＭＴＪ素子１Ｂの参照層３０Ｂにおいて、［Ｆｅ８０Ｂ２０／Ｔｂ７０Ｃｏ３０］１５構造の人工格子３０１Ｂが界面層３０２上に設けられる。
【０１３０】
尚、ＴｂＣｏＦｅＢ合金が参照層に用いられている場合と同様に、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１全体における各成分の組成比は、Ｔｂの組成比（平均含有量、濃度）は、２０ａｔ．％以上に設定され、Ｃｏ及びＦｅの組成比（平均含有量、濃度）の和は、３０ａｔ．％以上に設定される。また、このＴｂＣｏＦｅＢ層３０１において、Ｔｂ、Ｃｏ及びＦｅの組成比が上記の値に設定された場合、Ｂの組成比は、１ａｔ．％以上、５０ａｔ．％以下に設定される。
【０１３１】
尚、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂにおいて、人工格子の構成及び組成比は、上記の例に限定されず、希土類金属、遷移金属及びボロンを含んでいれば、上記の積層構造、周期及び組成比に限定されない。例えば、ＴｂＦｅ膜とＣｏＢ膜とを用いた人工格子でもよい。例えば、０．５ｎｍの膜厚を有するＴｂ７０Ｃｏ３０膜と０．２４ｎｍの膜厚のＦｅ膜と０．６ｎｍの膜厚のＢ膜とを１５周期、積層させた人工格子でもよい。
【０１３２】
ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂを含むＭＴＪ素子１Ｂの製造方法は、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｂを形成する際のスパッタリング工程が、ＴｂＣｏＦｅＢ合金３０１Ａを含むＭＴＪ素子１Ａと異なるのみで、他の製造工程は、実質的に同じである。
【０１３３】
本構成例２において、参照層３０Ｂ内のＴｂＣｏＦｅＢ人工格子が形成される場合、ＴｂターゲットとＣｏターゲットとが同時にスパッタされ、人工格子のＴｂＣｏ膜が堆積される。ＦｅＢターゲットとＦｅターゲットとが同時にスパッタされ、人工格子のＦｅＢ膜が、形成されたＴｂＣｏ層上に堆積される。このように、ＴｂＣｏ膜とＦｅＢ膜とが所定の積層数（周期）に達するまで交互に堆積され、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂが形成される。
【０１３４】
例えば、構成例１と同様に、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂを含む積層構造は、所定の素子形状に加工された後、加工された積層体を、酸素を含む雰囲気中（例えば、大気中）に曝露する。大気中に曝露されたＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂを含む参照層３０Ｂの保磁力Ｈｃは、構成例１のＭＴＪ素子１ＡのＴｂＣｏＦｅＢ合金３０１の保磁力Ｈｃとほぼ同様に、約８ｋＯｅを示す。
【０１３５】
このように、多層構造の人工格子状のＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｂであっても、Ｂ（ボロン）をＴｂＣｏＦｅ人工格子中に添加することよって、単層構造の合金状のＴｂＣｏＦｅＢ層３０１と同様に、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂ中のＴｂ成分の酸化を抑制できる。
【０１３６】
尚、本構成例２のＭＴＪ素子１Ｂの参照層３０ＢのＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂにおいて、Ｆｅ膜にＢが添加される例が示されているが、これに限定されない。例えば、ＢがドープされたＴｂ膜が、人工格子の１つの膜を形成する場合、又は、ＢがドープされたＣｏ膜が、人工格子の１つの膜を形成する場合のように、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子の各膜（格子）の組成の組み合わせが適宜変更された場合においても、上述のように、酸化によるＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｂの磁気特性の劣化を抑制できる。
【０１３７】
以上のように、第１の実施形態の構成例２の磁気抵抗効果素子１Ｂによれば、磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制できる。
【０１３８】
（３）  希土類金属−遷移金属磁性層の組成比と磁気特性の関係  
図８を用いて、本実施形態の磁気抵抗効果素子に用いられる希土類金属−遷移金属磁性層の組成比と磁気特性との関係について、説明する。
【０１３９】
上述のように、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子は、ボロン（Ｂ）がドープされた希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層）を、含む。ＴｂＣｏＦｅＢ層は、ＭＴＪ素子の参照層内に設けられる。
【０１４０】
ＴｂＣｏＦｅ層内に、Ｂが添加されることによって、ＴｂＣｏＦｅ層を含む磁性層の耐蝕（耐酸化）特性が向上し、ＴｂＣｏＦｅ層を含む磁性層の磁気特性を向上できる。
【０１４１】
ここで、ボロンがドープされた希土類金属−遷移金属磁性層の組成比とその磁性層の磁気特性の関係について、説明する。
【０１４２】
図８は、ボロンドープ希土類金属−遷移金属磁性層としてのＴｂＣｏＦｅＢ層における各元素の組成比と保磁力との関係を示している。図８に示される磁性層（ＴｂＣｏＦｅＢ層）の保磁力Ｈｃ（単位：ｋＯｅ）は、磁性層が酸素を含む雰囲気中に曝露された後の磁性層の保磁力が示されている。尚、図８のＴｂＣｏＦｅＢ層は、人工格子である。
【０１４３】
図８に示されるサンプル１において、ＴｂＣｏＦｅＢ層におけるＴｂの組成比は４４ａｔ．％、Ｃｏの組成比は１８ａｔ．％、Ｆｅの組成比は３８ａｔ．％、及び、Ｂの組成比は０ａｔ．％にそれぞれ設定されている。すなわち、サンプル１の希土類金属−遷移金属磁性層は、ＢがドープされないＴｂＣｏＦｅ層である。酸素雰囲気中への曝露後におけるこのＴｂＣｏＦｅ層の保磁力Ｈｃは、４ｋＯｅ程度である。
【０１４４】
図８に示されるサンプル２において、Ｂの組成比は、０．５ａｔ．％に設定され、Ｃｏの組成比は、１８．５ａｔ．％に設定され、Ｆｅの組成比は、３７ａｔ．％に設定さている。図８のサンプル１〜８おいて、ＴｂＣｏＦｅＢ層中のＴｂの組成比は、４４ａｔ．％に固定されている。サンプル２のＴｂＣｏＦｅＢ層に示されるように、Ｂの添加量が微量（０．５ａｔ．％）であっても、酸素雰囲気中へ曝露されたＴｂＣｏＦｅＢ層の保磁力は、Ｂが添加されないＴｂＣｏＦｅ層よりも向上する。
【０１４５】
図８に示されるサンプル３のＴｂＣｏＦｅＢ層において、Ｔｂの組成比は４４ａｔ．％、Ｃｏの組成比は１８．５ａｔ．％、Ｆｅの組成比は３６．５ａｔ．％、及び、Ｂの組成比は１ａｔ．％に設定されている。この場合、サンプル３のＴｂＣｏＦｅＢ層（Ｂ：１ａｔ．％）の保磁力Ｈｃは、５．５ｋＯｅとなり、サンプル１及び２に比較して、サンプル３の保磁力Ｈｃが改善される。さらに、図８に示されるサンプル４及び５に示されるように、ＴｂＣｏＦｅＢ層中のＢの組成比が、２．５ａｔ．％、５ａｔ．％と増加させるとともに、ＴｂＣｏＦｅＢ層の保磁力Ｈｃは６〜７ｋＯｅ程度に向上する。
【０１４６】
図８のサンプル６及び７に示されるように、ＴｂＣｏＦｅＢ層におけるＢの組成比が１０〜２０ａｔ．％になると、磁性層の保磁力Ｈｃは、８ｋＯｅ程度に飽和し、サンプル８に示されるように、Ｂの組成比が、２５ａｔ．％になると、保磁力Ｈｃは急激に低下する。サンプル８のＴｂＣｏＦｅＢ層の保磁力Ｈｃは、約３ｋＯ程度になる。
【０１４７】
図８のサンプル９、１０、１１及び１２は、ＴｂＣｏＦｅＢ層内のＢの組成比が、１０ａｔ．％に固定され、そのＴｂＣｏＦｅＢ層内のＴｂ、Ｃｏ及びＦｅの組成比が、変化されている。
【０１４８】
サンプル９のＴｂＣｏＦｅＢ層において、Ｔｂの組成比は４０．５ａｔ．％に設定され、サンプル１０の磁性層において、Ｔｂの組成比は３７．５ａｔ．％に設定されている。この場合において、サンプル９の磁性層の保磁力Ｈｃは、約７ｋＯｅを示し、サンプル１２の磁性層の保磁力Ｈｃは、約６ｋＯｅを示す。このように、サンプル９及び１０のＴｂＣｏＦｅＢ層の保磁力Ｈｃは、例えば、サンプル６のＴｂＣｏＦｅＢ層（Ｔｂ：４４ａｔ．％）の保磁力やサンプル７の磁性層に比較して、低下する。
【０１４９】
サンプル１１及びサンプル１２のＴｂＣｏＦｅＢ層におけるＴｂの組成比は、サンプル１〜８のＴｂＣｏＦｅＢ層のＴｂの組成比（４４ａｔ．％）より高くされている。
【０１５０】
サンプル１１のＴｂＣｏＦｅＢ層は、Ｔｂの組成比が５０ａｔ．％に設定されている。この場合、サンプル１１のＴｂＣｏＦｅＢ層の保磁力Ｈｃは、８ｋＯｅを示す。この値は、サンプル６及び７のＴｂＣｏＦｅＢ層と同程度である。
【０１５１】
サンプル１２のＴｂＣｏＦｅＢ層において、Ｔｂの組成比は５４ａｔ．％に設定されている。この場合、サンプル１２のＴｂＣｏＦｅＢ層の保磁力Ｈｃは、約６ｋＯｅを示し、サンプル５、６、７、９及び１１のＴｂＣｏＦｅＢ層の保磁力Ｈｃより低下する。
【０１５２】
このように、Ｂが添加された希土類金属−遷移金属磁性層（ここでは、ＴｂＣｏＦｅＢ層）が含む各元素の組成比を変化することによって、Ｂが添加された希土類金属−遷移金属磁性層の磁気特性（例えば、保磁力）を調整できる。
【０１５３】
例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層におけるＢの組成比は、０より大きく、２５ａｔ．％未満であることが好ましい。例えば、Ｂの組成比が１０ａｔ．％程度に設定される場合、ＴｂＣｏＦｅＢ層におけるＴｂの組成比は、４０ａｔ．％から５０ａｔ．％程度の範囲であることが好ましい。
【０１５４】
［２］  第２の実施形態  
図９乃至図１７を参照して、第２の実施形態の磁気抵抗効果素子について、説明する。
【０１５５】
尚、第２の実施形態の磁気抵抗効果素子において、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子と同じ構成／同じ機能を有する部材に関する説明は、必要に応じて行う。
【０１５６】
本実施形態の磁気抵抗効果素子は、ボロン（Ｂ）が添加された希土類金属−遷移金属磁性層内に、界面が設けられる。希土類金属−遷移金属磁性層内の界面によって、Ｂの拡散及び偏析が抑制される。
【０１５７】
（１）  構成例１
図９及び図１０を用いて、第２の実施形態の構成例１のＭＴＪ素子の構造について、説明する。
【０１５８】
図９は、本構成例１におけるＭＴＪ素子１Ｃの断面構造を示している。  
図９のＭＴＪ素子１Ｃにおいて、参照層３０Ｃの希土類金属−遷移金属磁性層３０１Ｃは、例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子から形成される。例えば、図７に示される例と同様に、人工格子を形成するための２種類の膜は、０．５ｎｍの膜厚のＴｂ７０Ｃｏ３０膜と０．３ｎｍの膜厚のＦｅ８０Ｂ２０膜とである。
【０１５９】
１つのＴｂＣｏ膜と１つのＦｅＢ膜との積層膜（ＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜）３１５が、人工格子３０１Ｃ内の１つの層（格子、周期）を形成している。
【０１６０】
本構成例１のＭＴＪ素子１Ｃにおいて、３周期のＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜（つまり、３×［ＦｅＢ／ＴｂＣｏ］）ごとにＴａ膜が挿入される。この３周期のＦｅＢ／ＴｂＣｏ（［ＦｅＢ／ＴｂＣｏ］３）積層構造（格子構造）３３１毎に、０．１ｎｍ（１Å）程度のＴａ膜が設けられる構造が、５回繰り返される。Ｔａ膜３１６は、２つの［ＦｅＢ／ＴｂＣｏ］３構造に挟まれている。
【０１６１】
ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃ内に挿入されたＴａ膜は、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃ内の各成分に対して、Ｔｂ、Ｃｏ及びＦｅよりも、Ｂと結合しやすい性質を有する。
【０１６２】
第２の実施形態の構成例１のＭＴＪ素子１Ｃにおいて、参照層３０Ｃ内の垂直磁化膜としてのＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃは、５×（Ｔａ／［ＦｅＢ／ＴｂＣｏ］３）の積層構造を有する。
【０１６３】
尚、積層構造３３１が含むＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜３１５の数（周期）又はＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃ中の積層構造３３１の数は、上記の数に限定されない。
【０１６４】
例えば、Ｔａ膜３１６は、スパッタリングによって、人工格子の形成中に、所定の積層数（例えば、３層のＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜）毎に、挿入される。
【０１６５】
Ｔａ膜３１６がＴｂＣｏＦｅＢ人工格子内に挿入されることによって、人工格子３０１Ｃを形成するＴｂＣｏ膜及びＦｅＢ膜は、Ｔａ膜３１６が挿入された位置で非連続になる。すなわち、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３０１内の所定の周期のＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜３３１は、挿入されたＴａ膜３１６によって、人工格子３０１内で物理的に分断されている。
【０１６６】
本構成例１のＭＴＪ素子１Ｃにおいて、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃは、Ｔａ膜３１６に起因する界面をその内部に有する。以下では、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃ内部の界面としてのＴａ膜３１６のことを、挿入膜ともよぶ。
【０１６７】
Ｔａ膜３１６からなる界面を有するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃを含む磁性層３０Ｃに対して、２８０℃のアニール処理が３０分間施された場合、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃの保磁力Ｈｃは、約１７ｋＯｅとなる。
【０１６８】
アニール処理後、界面としてのＴａ膜３１６を有するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃを含む積層構造が所定の素子形状に加工された場合、加工されたＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃの保磁力Ｈｃは、約１０ｋＯｅとなる。
【０１６９】
このように、界面としてのＴａ膜３１６を有するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃを含む参照層３０Ｃの保磁力Ｈｃは、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の参照層のように界面を含まないＴｂＣｏＦｅＢ層（合金又は人工格子）の保磁力Ｈｃ（８ｋＯｅ程度）に比較して、大きい値を示す。
【０１７０】
界面としてのＴａ膜３１６を有するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃに対して、アニール処理及び加工が施されない場合、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃは、約２０ｋＯｅの保磁力を有する。
【０１７１】
挿入されたＴａ膜３１６の膜厚は、０．５ｎｍ（５Å）まで大きくしても、Ｔａ膜３１６が挿入されたＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃ及び参照層３０Ａ全体で、スピン注入磁化反転（磁化反転しきい値電流の供給）によって、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃの磁化が一体として反転する。すなわち、複数のＴｂＣｏ／ＦｅＢ積層膜３３１が、Ｔａ膜３１６によって分断されていても、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃ内の各膜３３１の磁化の向きは、同じになっており、連動して（共動して）反転する。界面としてのＴａ膜３１６が挿入されたＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃの磁化が、一体とした磁化反転を実現するために、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃ内のＴａ膜３１６の膜厚は、１．０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１７２】
第２の実施形態の構成例１の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１Ｃにおいて、希土類金属−遷移金属磁性層３０１Ｃ内に、ボロン（Ｂ）が添加される場合において、その磁性層３０１Ｃ内に界面を形成（挿入）しながら、ボロンが磁性層３０１Ｃ内に添加される。本構成例１のＭＴＪ素子１Ｃにおいて、Ｔａ膜のような挿入膜３１６が、ボロンが添加された希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子）３０１Ｃ内に、界面として形成される。
【０１７３】
一般に、半導体デバイスの製造工程において、ウェハ工程では、２５０℃から３００℃程度のアニール処理が、実行される。
【０１７４】
ボロン（Ｂ）は、アニール（熱）によって、ボロンを含む層（ここでは、ＦｅＢ膜）とは別の層に拡散する傾向や、互いに隣接する層の界面に偏析する傾向を、有する。
【０１７５】
アニール処理によるＴｂＣｏＦｅ層の保磁力Ｈｃの劣化は、ＸＰＳデプスプロファイルによる測定結果により、Ｂの移動が主要因であることが、観測された。
【０１７６】
Ｂが添加されたＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃ内において、Ｔａ膜３１６によって、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃ内におけるボロンの移動が妨げられる。これによって、熱に起因するＴｂＣｏＦｅＢ層３０１内またはその外部へのＢの拡散及び偏析を抑制できる。
【０１７７】
この結果として、Ｂの拡散及び偏析によるＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃの磁気特性（例えば、保磁力）の劣化を抑制できる。
【０１７８】
したがって、本構成例１において、Ｔａ膜のようにＢと結合しやすい材料からなる極薄膜を、ＴｂＣｏＦｅＢ層内に挿入することによって、Ｂの移動による磁性層中の組成の不均一性の発生を抑制し、磁性層及びその磁性層を含むＭＴＪ素子１Ｃの耐熱性を向上できる。
【０１７９】
また、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃ内のＴａ膜によるＢの拡散及び偏析の抑制によって、プロセスマージンを拡大でき、ＭＴＪ素子１Ｃを含むデバイス（例えば、ＭＲＡＭ）の製造コストを低減できる。
【０１８０】
挿入膜（Ｔａ膜）が設けられることによって、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃにおいて、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子内における挿入膜に起因する元素（非磁性元素）の濃度が局在している層が、形成される。ＭＴＪ素子の形成プロセスにおいて、加熱処理が加えられた場合には、Ｔａ自身またＢやほかの元素の拡散により、Ｔａの局在性は低くなる。ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃにおいて局在している非磁性元素（例えば、Ｔａ）の濃度（組成比）は、例えば、２０ａｔ．％を超える。人工格子中３０１ＣのＴａの組成比が、２０ａｔ．％を超えることで、その非磁性元素（ここでは、Ｔａ）は、磁性層間におけるＢの拡散に対して、抑制効果を持つ。
【０１８１】
例えば、Ｔａ膜に挟まれたＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜３１５において、ＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜３１５のＴａ膜側のＢの濃度が、ＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜３１５の中心部のＢの濃度より高い場合がある。それゆえ、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃ中のＴａ膜に挟まれた層は、膜面に対して垂直方向（積層方向）において、Ｂの濃度が異なっている場合がある。
【０１８２】
尚、Ｔａ膜の代わりに、Ｗ、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｎｂ、Ｍｏ、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びこれらの窒化物の少なくとも１つの膜が、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃ内に挿入された場合においても、加熱プロセス後のＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃを含む参照層３０Ｃの磁気特性が向上する。Ｗ及びＭｏのような金属膜やＳｉなど半導体膜又はそれらの窒化物が、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｃ内の挿入膜（界面）に用いられた場合においても、Ｔａ膜が挿入された場合と同様の効果が得られる。
【０１８３】
ＴｂＣｏＦｅＢ合金内に界面としてのＴａ膜が設けられた場合であっても、この人工格子３０１Ｃと実質的に同じ効果が得られる。
【０１８４】
また、図１０は、図９に示されるＭＴＪ素子１Ｃの変形例を示している。  
図１０に示されるＭＴＪ素子１Ｃ’のＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃ’は、挿入膜３１６を挟む膜３３１，３３３において、各層３３１，３３３に含まれるボロンの組成比（濃度）が、互いに異なっている。
【０１８５】
例えば、Ｔａ膜３１６を挟む２つの膜（ボロンドープ膜ともよぶ）３３１，３３３のうち、一方の膜（ＴｂＣｏＦｅＢ積層構造）３３１内におけるＢの組成比は３．８ａｔ．％程度に設定され、他方の膜（ＴｂＣｏＦｅＢ積層構造）３３３内におけるＢの組成比は７．５ａｔ．％程度に設定されている。
【０１８６】
図１０に示される変形例のＭＴＪ素子１Ｃ’において、挿入膜３１６によるＴｂＣｏＦｅＢ層内部の界面以外に、層内部の組成濃度の違いに起因した微結晶粒界が、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃ内に発生する。この微結晶粒界が、熱に起因したＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｃ内におけるＢの拡散／偏析の抑制に、さらに寄与し、ＭＴＪ素子１Ｃの耐アニール性が向上する．
以上のように、第２の実施形態における構成例１の磁気抵抗効果素子によれば、磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制する。
【０１８７】
（２）  構成例２  
図１１乃至図１５を参照して、第２の実施形態の構成例２のＭＴＪ素子の構造及び製造方法について、説明する。
【０１８８】
図１１を用いて、第２の実施形態の構成例２のＭＴＪ素子の構造について説明する。
【０１８９】
図１１は、本構成例２におけるＭＴＪ素子１Ｄの断面構造を示している。
【０１９０】
図１１に示されるように、挿入膜（例えば、Ｔａ膜）の代わりに、エッチングによる非連続面（以下では、スパッタエッチング層又は非連続層ともよぶ）が、参照層３０ＤのＴｂＣｏＦｅｂ膜３０１Ｄ内に設けられる。
【０１９１】
本構成例２において、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄは、図９のＭＴＪ素子１と同様に、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子である。
【０１９２】
例えば、５周期のＦｅＢ／ＴｂＣｏ積層膜３１５からなる積層構造（格子構造）３３１毎に、エッチングによる非連続層３１９が界面としてＴｂＣｏＦｅＢ層（人工格子又は合金）３０１Ｄ内に設けられている。尚、積層構造３３１が含むＦｅＢ／ＴｂＣｏ膜３１５の数（周期）は、５つに限定されない。例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄは、３つの積層構造３３１を含むが、この個数に限定されない。
【０１９３】
尚、図１２に示されるＭＴＪ素子１Ｄ’ように、図１０に示されるＭＴＪ素子１Ｃ’と同様に、参照層３０Ｄ’のＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄ’において、界面としての非連続層３１９を挟む膜（積層構造）３３１，３３３のＢの組成比が、異なってもよい。
【０１９４】
図１１及び図１２に示されるＭＴＪ素子１Ｄのように、界面としての非連続層を含むＴｂＣｏＦｅＢ層は、以下のように、形成される。
【０１９５】
図１３乃至図１５は、第２の実施形態の構成例２におけるＭＴＪ素子の製造工程の一工程を示している。
【０１９６】
図１２に示されるように、例えば、８周期のＴｂＣｏ／ＦｅＢ積層膜３１５からなる積層構造３３１’が、非磁性層２０Ｘ上の界面層上に形成される。
【０１９７】
そして、図１３に示されるように、３周期のＦｅＢ／ＴｂＣｏ積層膜３１５’が、スパッタリングによって、エッチングされる。これによって、５周期のＴｂＣｏ／ＦｅＢ積層膜３１５からなる積層構造３３１が、形成される。スパッタエッチングされた積層構造３３１の上面には、例えば、スパッタリングに起因する荒れが生じる。
【０１９８】
そして、図１５に示されるように、残存した５周期の積層構造３３１上に、８周期の積層構造３３１’が、堆積される。これによって、５周期の積層構造３３１と８周期の積層構造３３１’は原子層レベルで連続しない層となり、５周期の積層構造３３１と８周期の積層構造３３１’との間に、スパッタリングによる非連続面（非連続層）３１９が界面として形成される。そして、８周期の積層構造３３１’のうち、３周期分の層が、スパッタエッチングにより除去される。
【０１９９】
ＦｅＢ／ＴｂＣｏ積層構造３３１の周期が、所定の積層数（例えば、３つ）に達するまで、ＦｅＢ／ＴｂＣｏ積層構造３３１の形成及びその積層膜の一部に対するスパッタエッチングが、繰り返される。そして、スパッタエッチングによって、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｄ内に、界面としての非連続面３１９が形成される。
【０２００】
尚、ここでは、８周期のＴｂＣｏ／ＦｅＢ積層膜を形成し、そのうちの３周期のＴｂＣｏ／ＦｅＢ積層膜をスパッタエッチングによって除去し、界面層としての非連続層３１９を形成する例が示されている。但し、積層膜の周期は、この数に限定されない。例えば、１０周期のＴｂＣｏ／ＦｅＢ積層膜を形成し、そのうちの５周期のＴｂＣｏ／ＦｅＢ積層膜をスパッタエッチングによって除去してもよい。この場合においても、界面としての非連続層３１９が、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子の積層構造３３１間に形成される。
【０２０１】
本構成例２のＭＴＪ素子１Ｄの参照層３０Ｄにおいて、界面としての非連続面３１９を有するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｄに対して、加工なしで２８０℃のアニール処理が３０分間施された場合、アニール処理された後の非連続面３１９を有するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｄの保磁力Ｈｃは、約１５ｋＯｅになる。そして、アニール処理後の非連続面を有するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｄが、所定の素子形状に加工された場合、加工及びアニール処理されたＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｄは、約９ｋＯｅの保磁力を示す。上述のように、ＴｂＣｏＦｅ層に界面が形成されないＴｂＣｏＦｅＢ人工格子は、アニール処理及び加工によって、約８ｋＯｅの保磁力を示す。
【０２０２】
このように、スパッタエッチングによる非連続層３１９を界面として含むＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄは、アニール処理後において、界面が形成されないＴｂＣｏＦｅＢ層に比較して、界面としての非連続層（スパッタエッチング層）３１９によってＢの拡散／偏析が抑制され、保磁力Ｈｃが向上する。
【０２０３】
尚、界面としての非連続層（非連続面）３１９を有するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｄに対して、加工及びアニール処理が施されない場合、その人工格子は、約２０ｋＯｅの保磁力を有する。
【０２０４】
ＴｂＣｏＦｅＢ層（ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子）３０１Ｄ内に、スパッタエッチングによる界面が形成され、非連続な層となった場合であっても、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄの磁化は、スピン注入磁化反転によって、一体として磁化反転する。
【０２０５】
以上のように、エッチングによる非連続面３１９がＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄ内に形成され、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄ内に界面としての非連続層３１９が設けられた場合においても、挿入膜がＴｂＣｏＦｅＢ層内に設けられる場合と同様に、エッチングによる非連続面が界面となって、Ｂの拡散及び偏析が抑制される。
【０２０６】
このように、Ｔａ膜のような挿入膜によって、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子内の積層膜を物理的に分断するのとは異なって、エッチングなどの製造工程によって、ＴｂＣＯＦｅＢ層３０１Ｄの内部に、その層３０１Ｄを非連続にする界面を形成できる。
【０２０７】
本構成例２のＭＴＪ素子１Ｄの参照層３０Ｄにおいても、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄ内のＢの拡散及び偏析を、スパッタエッチングによる界面によって抑制でき、Ｂの拡散及び偏析によるＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｄの磁気特性の劣化を抑制できる。
【０２０８】
以上のように、第２の実施形態における構成例２の磁気抵抗効果素子によれば、本構成例２においても、図９及び図１１に示されるＭＴＪ素子１Ｃと同様に、磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制できる。
【０２０９】
（３）  構成例３  
図１６を参照して、第２の実施形態の構成例３のＭＴＪ素子の構造及び製造方法について、説明する。
【０２１０】
図１６は、本構成例３のＭＴＪ素子１Ｅの断面構造を示している。
【０２１１】
参照層３０Ｅ内のＴｂＣｏＦｅＢ層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子）３０１Ｅにおいて、Ｂの組成比（濃度）が異なる膜が、積層されている。Ｂの組成比が異なる膜３３４，３３６間において、界面が形成される。
【０２１２】
ここで、０．５ｎｍのＴｂ７０Ｃｏ３０膜と０．３ｎｍのＦｅ８０Ｂ２０膜との積層膜３１７Ａを、“Ａ−ＭＬ層３１７Ａ”と表記する。また、０．５ｎｍのＴｂ７０Ｃｏ３０膜と０．３ｎｍのＦｅ６０Ｂ４０膜との積層膜３１７Ｂを、“Ｂ−ＭＬ層３１７Ｂ”と表記する。
【０２１３】
この場合、Ｂ−ＭＬ層３１７Ｂ内におけるＢの濃度は、Ａ−ＭＬ層３１７Ａ内におけるＢの濃度より高くなる。例えば、Ｂ−ＭＬ層３１７Ｂ内の全体におけるＢの濃度は、１５ａｔ．％程度になり、Ａ−ＭＬ層３１７Ａ層内の全体におけるＢの濃度は、３．８ａｔ．％程度になる。
【０２１４】
例えば、３周期のＡ−ＭＬ膜３１７Ａと２周期のＢ−ＭＬ膜３１７Ｂとが積層されて、積層構造（［３×Ａ−ＭＬ＋２×Ｂ−ＢＬ］構造）３３４を形成し、さらにその積層構造３３４が、３回繰り返される。この構造のＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｅは、［３×Ａ−ＭＬ＋２×Ｂ−ＢＬ］３と表記される。
【０２１５】
このように、本構成例３のＭＴＪ素子１Ｅの参照層３０Ｅ内に含まれているＴｂＣｏＦｅＢ層（人工格子）３０１Ｅにおいて、あるボロンの組成比（濃度）のＡ−ＭＬ層３１７ＡとＡ−ＭＬ層３１７Ａとボロンの組成比（濃度）が異なるＢ−ＭＬ層３１７Ｂとが、積層される。これによって、ボロンの組成比が異なる層３１７Ａ，３１７Ｂ間において、組成濃度の差による微結晶粒界に起因する界面が形成される。
【０２１６】
尚、本構成例３のＭＴＪ素子１Ｅが含むＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｅにおいて、ボロンの濃度が異なる複数の層の積層構造であれば、各膜／層の組成比及び積層数は、上記の値に限定されない。また、本構成例３のＭＴＪ素子１Ｅが含むＴｂＣｏＦｅＢ層３０１は、人工格子に限定されず、合金でもよい。
【０２１７】
本構成例３において、Ｂの組成比が異なる複数の層からなるＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｅに対して、加工なしで２８０℃のアニール処理が３０分間施された場合、アニール処理された後のＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｅの保磁力Ｈｃは、約１５ｋＯｅになる。そして、アニール処理後のＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｅが、所定の素子形状に加工された場合、加工及びアニール処理されたＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｅは、約９ｋＯｅの保磁力を示す。尚、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｅに対して、加工及びアニール処理が施されない場合、その人工格子は、約２０ｋＯｅの保磁力を有する。
【０２１８】
上述のように、ＴｂＣｏＦｅ層に界面が形成されないＴｂＣｏＦｅＢ人工格子は、アニール処理及び加工によって、約８ｋＯｅの保磁力を示す。
【０２１９】
このように、Ｂの組成比の違いによって形成された界面を含むＴｂＣｏＦｅＢ人工格子は、界面を含まないＴｂＣｏＦｅＢ人工格子によりも、保磁力が向上する。
【０２２０】
本構成例３におけるＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｅ内の組成（濃度）の分析は、透過電子顕微鏡(ＴＥＭ：Transmission Electron Microscopy)に電子エネルギー損失分光法(ＥＥＬＳ：Electron Energy-Loss Spectroscopy)とを組み合わせたＴＥＭ−ＥＥＬＳにおいて、スポット径を１ｎｍ程度に絞り込むことによって、測定できる．
以上のように、第２の実施形態における構成例３の磁気抵抗効果素子によれば、本構成例３においても、第２の実施形態の構成例１及び２と同様に、磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制できる。
【０２２１】
（４）  構成例４  
図１７を用いて、第２の実施形態の構成例４のＭＴＪ素子について、説明する。
【０２２２】
例えば、上述の各例のＭＴＪ素子のように、参照層３０Ｅ内において、トンネルバリア層２０とＴｏＣｏＦｅＢ層３０１Ｅとの間に、界面層３０２が設けられている。界面層３０２は、例えば、ＣｏＦｅＢ膜を用いて、形成される。
【０２２３】
界面層としてのＣｏＦｅＢ膜において、製造工程中のアニール処理によって、界面層３０２が含むボロン（Ｂ）が、ＴｂＣｏＦｅ層３０１Ｅ側に拡散する場合がある。
【０２２４】
ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｅと界面層３０２との界面近傍に、多量のＢが存在していると、界面層３０２に由来するボロンが拡散せずに、界面層３０２内に残存したボロンが、ＭＴＪ素子のＭＲ比の低下を、引き起こす可能性がある。
【０２２５】
図１７は、磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）のＭＲ比と界面層近傍のボロンの濃度との関係を示すグラフである。図１７の縦軸は、ＭＴＪ素子のＭＲ比（単位：％）を示している。図１７の横軸は、界面層近傍の２ｎｍの領域におけるボロンの濃度（単位：ａｔ．％）を示している。
【０２２６】
図１７において、ボロンの濃度が界面層近傍で高くなると、ＭＴＪ素子のＭＲ比は低下する傾向が示されている。
【０２２７】
したがって、高いＭＲ比のＭＴＪ素子を実現するために、参照層内の界面層が含むボロンの濃度（組成比）又は界面層近傍の領域（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層と界面層との界面近傍、または、界面層とトンネルバリア層との界面近傍）内のボロンの濃度は、低下させておくことが好ましい。
【０２２８】
具体的には、界面層としてのＣｏＦｅＢ膜とＴｂＣｏＦｅＢ層との界面から２ｎｍまでの領域におけるＢの濃度が、参照層内における界面層以外の層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層）におけるＢの濃度よりも低くされることが好ましい。
【０２２９】
これによって、界面層とＴｂＣｏＦｅＢ層との界面近傍における高濃度のボロン（Ｂ）に起因して、ＭＴＪ素子のＭＲ比が低下するのを抑制できる。それゆえ、第２の実施形態の構成例４のＭＴＪ素子によれば、高いＭＲ比のＭＴＪ素子を実現できる。
【０２３０】
本構成例４におけるＴｂＣｏＦｅＢ層と界面層との界面近傍の元素濃度の分析は、構成例３と同様に、透過電子顕微鏡(ＴＥＭ：Transmission Electron Microscopy)に電子エネルギー損失分光法(ＥＥＬＳ：Electron Energy-Loss Spectroscopy)とを組み合わせたＴＥＭ−ＥＥＬＳにおいて、スポット径を１ｎｍ程度に絞り込むことによって、測定できる．
以上のように、第２の実施形態における構成例４の磁気抵抗効果素子によれば、本構成例４においても、第２の実施形態の構成例１乃至３と同様に、磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制できる。
【０２３１】
[３]  第３の実施形態  
図１８乃至図２４を参照して、第３の実施形態の磁気抵抗効果素子について、説明する。尚、第３の実施形態の磁気抵抗効果素子において、第１及び第２の実施形態の磁気抵抗効果素子と同じ構成／同じ機能を有する部材に関する説明は、必要に応じて行う。
【０２３２】
第１及び第２の実施形態において、磁気抵抗効果素子の参照層としての磁性体を、堆積中に、ボロン（Ｂ）を添加する例が、説明されている。但し、参照層としての希土類金属−遷移金属磁性層が堆積された後に、Ｂが希土類金属−遷移金属磁性層に添加されてもよい。
【０２３３】
以下では、ＭＴＪ素子を形成するための希土類金属−遷移金属磁性層が堆積された後に、Ｂをその磁性層内に添加する製造方法及びそれによって形成されるＭＴＪ素子の構造について説明する。
【０２３４】
（１）  構成例１  
図１８乃至図２１を参照して、第３の実施形態の構成例１の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の構造及び製造方法について、説明する。
【０２３５】
図１８は、第３の実施形態における構成例１のＭＴＪ素子１Ｆの断面構造を示している。図１９は、図１８のＡ−Ａ’線に沿う断面を、膜の積層方向から見た場合の平面構造を示している。
【０２３６】
図１８及び図１９に示されるＭＴＪ素子１Ｆにおいて、参照層３０Ｆ内の垂直磁化膜３０１Ｆは、例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層を含む人工格子を用いて形成されている。
【０２３７】
本実施形態のＭＴＪ素子１Ｆにおいて、垂直磁化膜３０１Ｆの外周部は、Ｂを含む希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層）３４２となっている。そして、垂直磁化膜３０１ＦにおけるＴｂＣｏＦｅＢ層３４２より内側の領域３４１は、Ｂをほとんど含まない希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅ人工格子）３４１となっている。
【０２３８】
すなわち、図１８及び図１９に示されるように、本構成例１のＭＴＪ素子の参照層（垂直磁化膜３０１Ｆ）において、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１の側面上に、ＴｂＣｏＦｅＢ層３４２が設けられている。ＴｂＣｏＦｅＢ層３４２は、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１の側面を囲んでいる。
【０２３９】
ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１は、０．５ｎｍの膜厚を有するＴｂ７０Ｃｏ３０膜と０．３ｎｍの膜厚を有するＦｅ膜とが１５周期積層された構造を有している。  
ＴｂＣｏＦｅＢ層３４２は、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１の周期構造に基づいた人工格子（例えば、ＴｂＣｏＢ／ＦｅＢ積層構造）である場合もあるし、合金層である場合もある。
【０２４０】
ＴｂＣｏＦｅ層を含む垂直磁化膜３０１Ｆにおけるボロン（Ｂ）の濃度プロファイルにおいて、Ｂを含むＴｂＣｏＦｅ層３０１Ｆの表面側（露出面側又は加工面側）のＢの濃度が、ＴｂＣｏＦｅＢ層の内部のＢの濃度よりも、高くなる。ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１は、Ｂをほとんど含まない、又は、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１のＢの濃度は、その側面上のＴｂＣｏＦｅＢ層のＢの濃度より低い。
【０２４１】
すなわち、磁性層の膜面に対して水平方向において、ＢとＴｂＣｏＦｅ層とを含む垂直磁化膜３０１Ｆにおいて、Ｂの濃度分布に違いが生じ、磁性層の外周部側に、Ｂの濃度の最大値が存在する。例えば、磁性層の膜面に対して水平方向において、垂直磁化膜３０１Ｆ中のＢの濃度は、外周部側から中央部側へ向かって、徐々に低下する。
【０２４２】
図２０及び図２１を用いて、本実施形態の構成例１のＭＴＪ素子の製造方法を説明する。図２０及び図２１は、本実施形態の構成例１のＭＴＪ素子１Ｆの製造方法を説明するための断面工程図である。
【０２４３】
図２０に示されるように、参照層の垂直磁化膜として、０．５ｎｍの膜厚を有するＴｂ７０Ｃｏ３０膜と０．３ｎｍの膜厚を有するＦｅ膜とが、界面層としての磁性層３０２Ｘ上に、１５周期、交互に積層される。これによって、１５周期のＴｂＣｏＦｅ人工格子３４０Ｘが形成される。
【０２４４】
そして、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４０Ｘ上に形成されたハードマスク４５Ｘ上に、素子の形状に対応したパターンを有するレジストマスク（図示せず）が、形成される。本構成例１の製造方法において、そのレジストマスクに基づいて、ハードマスク４５Ｘ及び垂直磁化膜（ＴｂＣｏＦｅ人工格子）３４０Ｘが、例えば、イオンミリングによって、エッチングされる。この時、ＴｂＣｏＦｅ人工格子より下層の界面層３０２Ｘ、非磁性層（トンネルバリア層）２０Ｘ、記憶層を形成するための磁性層１０Ｘは、エッチングされない。それゆえ、参照層の垂直磁化膜（ＴｂＣｏＦｅ人工格子）が選択的に加工された積層構造１Ｙは、上向きに凸型の断面形状を有している。
【０２４５】
図２１に示されるように、積層構造１Ｙが大気中に曝露される前に、積層構造１Ｙはエッチングチャンバから成膜チャンバへ真空中（又は不活性ガス雰囲気中）を移動され、例えば、２ｎｍ程度の膜厚のボロン膜９５が、垂直磁化膜としてのＴｂＣｏＦｅ人工格子上に形成される。ボロン膜９５は、界面層としての磁性層３０２Ｘの上面に接触してもよい。また、磁性層３０２Ｘの上面とボロン膜９５との間に、ＴｂＣｏＦｅ人工格子が介在していてもよい。尚、ボロン膜９５の代わりに、ボロン化合物膜が、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４０Ｘ上に堆積されてもよい。ボロンをＴｂＣｏＦｅ層内に効率よく拡散させるために、ボロン化合物膜内におけるボロンの濃度（組成比、含有量）は、５０ａｔ．％より大きいことが好ましい。ボロン膜９５の膜厚は、ボロン膜が除去される場合を考慮すると、２ｎｍ以下であることが好ましい。
【０２４６】
ボロン膜９５がＴｂＣｏＦｅ人工格子３４０Ｘを覆っている状態で、積層構造１Ｙがアニールチャンバへ搬送され、２５０℃から３００℃程度のアニール処理が、積層構造１Ｙに対して３０分間実行される。
【０２４７】
このアニール処理によって、ボロン膜９５内のＢ成分が、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１Ｘの表面（加工面、露出面）近傍に、熱拡散する。これによって、ＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１Ｘの露出面上に、Ｂを含むＴｂＣｏＦｅ層（ＴｂＣｏＦｅＢ層）３４２Ｘが形成される。Ｂの拡散により形成されたＴｂＣｏＦｅＢ層３４２Ｘは、人工格子を維持している場合もあるし、合金層となっている場合もある。
【０２４８】
この場合、垂直磁化膜３０１Ｘ内におけるＢの濃度プロファイルにおいて、垂直磁化膜３０１Ｘ内の表面側（ＴｂＣｏＦｅＢ層３４２Ｘ）のＢの濃度が、垂直磁化膜３０１Ｘ内の内部側（ＴｂＣｏＦｅ層３４１Ｘ）の濃度よりも、高くなる。
【０２４９】
アニール処理の後、ＴｂＣｏＦｅＢ層３４２ＸがＴｂＣｏＦｅ人工格子３４１Ｘの表面近傍に形成された積層構造１Ｙが、エッチングチャンバへ移動される。そして、ボロン膜９５が除去された後、加工されたハードマスク及び参照層をマスクに用いて、トンネルバリア層２０Ｘ、記憶層１０Ｘ及び下地層４０Ｘが、順次エッチングされる。
【０２５０】
これによって、図１８及び図１９に示される本構成例１のＭＴＪ素子が形成される。
【０２５１】
本構成例１において、ＴｂＣｃＦｅ人工格子３４１側面上のＴｂＣｏＦｅＢ層３４２内のボロン（Ｂ）は、垂直磁化膜３０１Ｆ（３４０Ｘ，３４１Ｘ）の表面近傍、及び、モフォロジカルな粒界に優先的に拡散する。  
そのため、加工された積層構造が、大気中に曝露されたとき、Ｂが、垂直磁化膜３０１Ｆ（３４０Ｘ，３４１Ｘ）の表面近くで、磁性層３０１Ｆ内の他の元素（例えば、Ｔｂ）よりも優先的に酸素と結合する。それゆえ、Ｂを含む希土類金属−遷移金属磁性体からなる垂直磁化膜３４１Ｘにおいて、希土類酸化物（ここでは、Ｔｂ酸化物）の生成が低減される。また、上述のように、垂直磁化膜３０１Ｆ（３４０Ｘ，３４１Ｘ）に対する酸素の粒界拡散も、Ｂが粒界に偏析することによって、低減される。
【０２５２】
本構成例１のＭＴＪ素子において、素子形状に加工された場合、ＴｂＣｏＦｅＢ層を含むＭＴＪ素子のＨｃの低減が抑制され、Ｂが添加されたＴｂ系磁性層は、耐酸化性が向上する。Ｂが添加されないＴｂ系磁性層が約４ｋＯｅの保磁力Ｈｃを示すのに対して、Ｂが添加されたＴｂ系磁性層は、８ｋＯｅの保磁力Ｈｃを示す。このように、Ｂの添加の有無に応じて、Ｔｂ系磁性層の保磁力Ｈｃは、２倍程度異なる。
【０２５３】
本実施形態において、ＭＴＪ素子が含む磁性層のうち、酸素を含む雰囲気中に曝露された場合に、酸素の悪影響を受けやすい領域に、選択的に高濃度のボロンを含む層を形成する。このように、磁性層の外周部近傍などの磁性層の局所的な領域に制限して、高濃度のボロンを含む層をその領域に集中して形成することによって、ボロンの添加によって磁性層の磁気特性（例えば、保磁力）や素子の特性（例えば、ＭＲ比）の劣化が引き起こされる可能性を、低減できる。これによって、素子特性が向上したＭＴＪ素子を形成できる。
【０２５４】
尚、上述の製造方法では、熱拡散を用いて、ＴｂＣｏＦｅ層（ＴｂＣｏＦｅ人工格子）中に、ボロンが拡散されている。イオンビームを照射することによって、ボロンをＴｂＣｏＦｅ層中に添加できる。
【０２５５】
例えば、図２１に示される工程において、アニール処理を行わずに、基板表面に垂直方向に対して４５℃傾いた角度にイオン照射角を設定して、Ｋｒを用いたイオンビームによって、ボロン膜が側面上に形成されたＴｂＣｏＦｅ層より下層の界面層３０２Ｘ、非磁性層２０Ｘ、記憶層１０Ｘ及び下地層２０Ｘに対する加工処理（エッチング）を実行する。
【０２５６】
これによって、トンネルバリア層及び記憶層の形成（パターニング）とともに、ボロン膜９５内のＢ元素が、イオンビームによって、ＴｂＣｏＦｅＢ層３４１Ｘ内に、移動する。これによって、ＴｂＣｏＦｅＢ層３４１Ｘの加工面上に、ＴｂＣｏＦｅＢ層が形成される。
【０２５７】
アニール処理とイオンビーム照射の両方を用いて、ＴｂＣｏＦｅ層中にＢを添加してもよい。また、イオン注入によって、ＢをＴｂＣｏＦｅ層中に添加してもよい。尚、イオン照射角度は、上述の値に限定されない。また、Ｋｒ以外のイオンビームでもよい。
【０２５８】
以上のように、第３の実施形態のＭＴＪ素子１Ｆの構成例１においても、上述の実施形態のＭＴＪ素子と同様に、磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制できる。
【０２５９】
（２）  構成例２  
図２２乃至図２４を参照して、第３の実施形態の構成例２の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の構造及び製造方法について、説明する。
【０２６０】
第３の実施形態の構成例１において、希土類金属−遷移金属磁性体の垂直磁化膜の外部からその磁化膜内部へボロン（Ｂ）を拡散させている。これに対して、本構成例２は、Ｂを垂直磁化膜（磁性層）の内部から垂直磁化膜の加工面側に析出させる。
【０２６１】
図２２は、第３の実施形態の構成例２のＭＴＪ素子１Ｇの断面構造を示している。
【０２６２】
図２２に示される本構成例２のＭＴＪ素子１Ｇにおいて、参照層３０Ｇの垂直磁化膜３０１Ｇは、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇである。
【０２６３】
ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇは、例えば、膜の堆積時に、０．５ｎｍの膜厚を有するＴｂ７０Ｃｏ３０膜と０．３ｎｍの膜厚を有するＦｅ８０Ｂ２０膜とが１５周期積層された構造を用いて、形成されている。
【０２６４】
ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇは、基板表面に対して水平方向（膜面に対して水平方向）において、Ｂの濃度が異なる領域３４５，３４６を含んでいる。ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇの外周部（露出面、加工面）側の領域３４６のＢの濃度は、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇの内部（中央部）側の領域３４６のＢの濃度よりも高い。ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇは、膜面に対して水平方向において、Ｂの濃度が変化する濃度プロファイルを有する。
【０２６５】
尚、図２２において、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇ内のＢ濃度が２つの異なる領域３４５，３４６が設けられている例が示されている。これは、Ｂの濃度が高い領域３４６とＢの濃度が低い領域３４５とを模式的に示しているのであって、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇ内におけるＢの濃度プロファイル（濃度分布）は、後述の製造方法に応じて、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子の内部側（中央部）から外周部（露出面、加工面）側へ、段階的に（徐々に）変化する場合もあるし、急峻に変化する場合もある。
【０２６６】
さらに、膜面に対して水平方向の濃度変化に加えて、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３０１Ｇは、基板表面に対して垂直方向（膜の積層方向）において、Ｂの濃度が異なる領域を含む場合もある。
【０２６７】
図２３及び図２４を用いて、本実施形態の構成例２のＭＴＪ素子の製造方法を説明する。図２３は、本実施形態の構成例２のＭＴＪ素子１Ｆの製造方法を説明するための断面工程図である。図２４は、図２３の製造工程に対応する基板表面に対して水平方向におけるＴｂＣｏＦｅＢ層の断面図を示している。
【０２６８】
図２３に示されるように、界面層３０２Ｘ上に、Ｂを含むＴｂＣｏＦｅ層からなる垂直磁化膜３４４Ｘが形成される。例えば、垂直磁化膜３４４Ｘにおいて、０．５ｎｍの膜厚を有するＴｂ７０Ｃｏ３０膜と０．３ｎｍの膜厚を有するＦｅ８０Ｂ２０膜とが、１５周期、積層されている。このように、垂直磁化膜３４４Ｘは、人工格子として形成される。
【０２６９】
そして、図２０に示される工程と同様に、ハードマスク４５Ａ及びＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘが、エッチングされる。ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘの側面が露出した積層構造１Ｙ’が、形成される。
【０２７０】
そして、２ｎｍ程度の膜厚のＴａ膜９６が、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘの露出面を覆うように、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘ上に、例えば、スパッタ法によって形成される。尚、Ｔａ膜９６の代わりに、膜内におけるＴａの濃度（組成比、含有量）が５０ａｔ．％より大きければ、Ｔａ化合物膜が用いられてもよい。また、Ｔａ膜９６の膜厚は、２ｎｍ以下であることが好ましい。
【０２７１】
その後、図２１に示される工程と同様に、加工された積層構造１Ｙ’はアニールチャンバへ移動され、Ｔａ膜９６に接触するＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘを含む積層構造１Ｙ’に対して、２５０〜３００℃のアニール処理が、３０分程度実行される。
【０２７２】
ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘ中のＢは、人工格子３４４Ｘ中の他の構成元素（例えば、Ｔｂ）に比較して、拡散しやすく、且つ、ＢはＴａと反応（結合）しやすい。それゆえ、図２４に示されるように、Ｔａ膜９６がＢを含むＴｂＣｏＦｅ層３４４Ｘに接触している状態におけるアニール処理によって、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘ内のボロン（Ｂ）が、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４ＸとＴａ膜９６との界面近傍に偏析する。
【０２７３】
これによって、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘ内において、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘの外周部側（Ｔａ膜９６側）において、Ｂ濃度の高い領域（Ｂ高濃度領域）３４６が形成され、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘの内部側（中心部側）において、領域３４６よりもＢ濃度の低い領域（Ｂ低濃度領域）３４５が、形成される。
【０２７４】
そして、界面層３０２Ｘ、トンネルバリア層２０Ｘ、記憶層１０Ｘ及び下部電極４０Ｘが、イオンミリングによって、順次加工される。
【０２７５】
ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘの側面上に堆積されたＴａ膜９６は、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘより下層の部材の加工のためのエッチングングによって、大部分が除去される。また、エッチングによって除去されなかったＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘ側面上のＴａ膜９６は、層間絶縁膜の堆積時又はチャンバの大気開放時に、十分に酸化されて導電性を失う。そのため、ＴｂＣｏＦｅＢ人工格子３４４Ｘ側面上のＴａ膜９６に起因して、ＭＴＪ素子の参照層と記憶層とがトンネルバリア層を挟んで、ショートすることは無い。
【０２７６】
以上の工程によって、図２２に示される本構成例２のＭＴＪ素子が形成される。
【０２７７】
第３の実施形態において、本構成例２のＭＴＪ素子のＴｂＣｏＦｅＢ層を含む参照層は、素子形状に加工された場合、構成例１のＭＴＪ素子と実質的に同様に、８ｋＯｅ程度の保磁力Ｈｃを示す。
【０２７８】
それゆえ、本構成例２のＭＴＪ素子１Ｇは、希土類金属−遷移金属磁性層内に添加されたボロンによって耐蝕性が向上し、希土類金属−遷移金属磁性層の磁気特性（例えば、保磁力）が、低減するのを抑制できる。
【０２７９】
尚、膜内におけるＴａの濃度（組成比、含有量）が５０ａｔ．％より大きい膜であれば、ＴｂＣｏＦｅＢ層３４４Ｘ中のＢをＴａ膜（加工面、接触面）側に比較的容易に引き寄せることができるため、Ｔａ膜９６の代わりに、Ｔａ化合物膜が用いられてもよい。また、Ｔａ膜９６の膜厚は、Ｔａ膜の除去及び絶縁体化を考慮すると、２ｎｍ以下であることが好ましい。
【０２８０】
また、Ｂを偏析させるためにＴｂＣｏＦｅＢ層３４４Ｘの側面上に形成する膜９６は、Ｔａ膜に限定されない。例えば、Ｗ膜、Ｈｆ膜、Ｚｒ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜、Ｖ膜及びＣｒ幕を含むグループから選択される少なくとも１つ膜が用いられてもよい。例えば、保護膜としての窒化物からなる側壁絶縁膜がＴｂＣｏＦｅＢ層３０１Ｇ側面上に形成されることを考慮すると、Ｓｉ膜やＧｅ膜がＴａ膜の代わりに用いられることが好ましい。これらの膜に関しても、化合物膜が用いられてもよい。
【０２８１】
以上のように、第３の実施形態のＭＴＪ素子１Ｆの構成例２においても、上述の実施形態のＭＴＪ素子と同様に、磁気抵抗効果素子の特性劣化を抑制できる。
【０２８２】
［適用例］  
図２５乃至図３０を参照して、第１乃至第３の実施形態の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の適用例について、説明する。
【０２８３】
（１）  適用例１  
上述の実施形態の磁気抵抗効果素子は、磁気メモリ、例えば、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）のメモリ素子として、用いられる。本適用例のＭＲＡＭとして、スピン注入型ＭＲＡＭ（Spin-torque transfer MRAM）を例示する。
【０２８４】
（ａ）  構成  
図２５は、ＭＲＡＭのメモリセルアレイ及びその近傍の回路構成を示す図である。
【０２８５】
図２５に示されるように、メモリセルアレイ９は、複数のメモリセルＭＣを含む。
【０２８６】
複数のメモリセルＭＣは、メモリセルアレイ９内にアレイ状に配置される。メモリセルアレイ９内には、複数のビット線ＢＬ，ｂＢＬ及び複数のワード線ＷＬが設けられている。ビット線ＢＬ，ｂＢＬはカラム方向に延在し、ワード線ＷＬはロウ方向に延在する。２本のビット線ＢＬ，ｂＢＬは、１組のビット線対を形成している。
【０２８７】
メモリセルＭＣは、ビット線ＢＬ，ｂＢＬ及びワード線ＷＬに接続されている。
【０２８８】
カラム方向に配列されている複数のメモリセルＭＣは、共通のビット線対ＢＬ，ｂＢＬに接続されている。ロウ方向に配列されている複数のメモリセルＭＣは、共通のワード線ＷＬに接続されている。
【０２８９】
メモリセルＭＣは、例えば、１つの磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１と、１つの選択スイッチ２とを含む。メモリセルＭＣ内のＭＴＪ素子１には、第１乃至第３の実施形態で述べられたＭＴＪ素子が用いられる。以下では、第１の実施形態のＭＴＪ素子がＭＲＡＭに用いられた場合について説明するが、第２及び第３の実施形態のＭＴＪ素子がＭＲＡＭに用いられてもよいのは、もちろんである。
【０２９０】
選択スイッチ２は、例えば、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor）である。以下では、選択スイッチ２としての電界効果トランジスタのことを、選択トランジスタ２とよぶ。
【０２９１】
ＭＴＪ素子１の一端は、ビット線ＢＬに接続され、ＭＴＪ素子１の他端は、選択トランジスタ２の電流経路の一端（ソース／ドレイン）に接続されている。選択トランジスタ２の電流経路の他端（ドレイン／ソース）は、ビット線ｂＢＬに接続されている。選択トランジスタ２の制御端子（ゲート）は、ワード線ＷＬに接続されている。
【０２９２】
ワード線ＷＬの一端は、ロウ制御回路４に接続される。ロウ制御回路４は、外部からのアドレス信号に基づいて、ワード線の活性化／非活性化を制御する。
【０２９３】
ビット線ＢＬ，ｂＢＬの一端及び他端には、カラム制御回路３Ａ，３Ｂが接続される。カラム制御回路３Ａ，３Ｂは、外部からのアドレス信号に基づいて、ビット線の活性化／非活性化を制御する。
【０２９４】
書き込み回路５Ａ，５Ｂは、カラム制御回路３Ａ，３Ｂを介して、ビット線の一端及び他端に接続される。書き込み回路５Ａ，５Ｂは、ソース回路及びシンク回路を有する。ソース回路は、書き込み電流を生成するための電流源または電圧源などを含み、書き込み電流（磁化反転電流）Ｉｗを出力する。シンク回路は、書き込み電流Ｉｗを吸収する。
【０２９５】
スピン注入型ＭＲＡＭにおいて、書き込み回路５Ａ，５Ｂは、データの書き込み時、外部から選択されたメモリセル（以下、選択セル）に対して、書き込み電流Ｉｗを供給する。書き込み回路５Ａ，５Ｂは、選択セルに書き込むデータに応じて、書き込み電流ＩｗをメモリセルＭＣ内のＭＴＪ素子１に双方向に流す。即ち、書き込むデータに応じて、ビット線ＢＬからビット線ｂＢＬに向かう書き込み電流Ｉｗ、或いは、ビット線ｂＢＬからビット線ＢＬに向かう書き込み電流Ｉｗが、書き込み回路５Ａ，５Ｂから出力される。
【０２９６】
読み出し回路６Ａ，６Ｂは、カラム制御回路３Ａ，３Ｂを介して、ビット線ＢＬ，ｂＢＬの一端及び他端に接続される。読み出し回路６Ａ，６Ｂは、読み出し電流を生成する電圧源又は電流源や、読み出し信号の検知及び増幅のためにセンスアンプ、データを一時的に保持するラッチ回路などを含んでいる。読み出し回路６Ａ，６Ｂは、データの読み出し時、選択セルに対して、読み出し電流を供給する。読み出し電流の電流値は、読み出し電流によって記憶層の磁化が反転しないように、書き込み電流Ｉｗの電流値（反転しきい値）より小さい。
【０２９７】
読み出し電流が供給されたＭＴＪ素子１の抵抗値の大きさに応じて、読み出しノードにおける電流値又は電位が異なる。この抵抗値の大きさに応じた変動量に基づいて、ＭＴＪ素子１が記憶するデータが判別される。
【０２９８】
尚、図２５に示される例において、読み出し回路６Ａ，６Ｂは、カラム方向の両端に設けられているが、１つの読み出し回路が、カラム方向の一端にのみ設けられてもよい。
【０２９９】
図２６は、メモリセルアレイ９内に設けられるメモリセルＭＣの構造の一例を示す断面図である。
【０３００】
メモリセルＭＣは、半導体基板７０のアクティブ領域ＡＡ内に形成される。アクティブ領域ＡＡは、半導体基板７０の素子分離領域に埋め込まれた絶縁膜７１によって、区画されている。
【０３０１】
ＭＴＪ素子１の上端は、上部電極４５を介してビット線７６（ＢＬ）に接続される。また、ＭＴＪ素子１の下端は、下部電極（下地層）４０、コンタクトプラグ７２Ｂを介して、選択トランジスタ２のソース／ドレイン拡散層６４に接続される。選択トランジスタ２のソース／ドレイン拡散層６３は、コンタクトプラグ７２Ａを介してビット線７５（ｂＢＬ）に接続される。
【０３０２】
２つのソース／ドレイン拡散層６３，６４間のアクティブ領域ＡＡ表面上には、ゲート絶縁膜６１を介して、ゲート電極６２が形成される。ゲート電極６２は、ロウ方向に延在し、ワード線ＷＬとして用いられる。
【０３０３】
尚、ＭＴＪ素子１は、プラグ７２Ｂ直上に設けられているが、中間配線層を用いて、コンタクトプラグ直上からずれた位置（例えば、選択トランジスタのゲート電極上方）に配置されてもよい。
【０３０４】
図２６において、１つのアクティブ領域ＡＡ内に１つのメモリセルが設けられた例が示されている。しかし、２つのメモリセルが１つのビット線ｂＢＬ及びソース／ドレイン拡散層２３を共有するように、２つのメモリセルがカラム方向に隣接して１つのアクティブ領域ＡＡ内に設けられてもよい。これによって、メモリセルＭＣのセルサイズが縮小される。
【０３０５】
図２６において、選択トランジスタ２は、プレーナ構造の電界効果トランジスタが示されているが、電界効果トランジスタの構造は、これに限定されない。例えば、ＲＣＡＴ（Recess Channel Array Transistor）やＦｉｎＦＥＴなどのように、３次元構造の電界効果トランジスタが、選択トランジスタとして用いられてもよい。ＲＣＡＴは、ゲート電極が、半導体領域内の溝（リセス）内にゲート絶縁膜を介して埋め込まれた構造を有する。ＦｉｎＦＥＴは、ゲート電極が、短冊状の半導体領域（フィン）にゲート絶縁膜を介して立体交差した構造を有する。
【０３０６】
上述のように、各実施形態及び各構成例の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１は、希土類を含む磁性層に対するボロン（Ｂ）の添加により耐蝕性（耐酸化性）及び耐熱性が向上され、ＭＴＪ素子の素子特性の劣化を抑制できる。その結果として、酸素を含むプロセス又は高温プロセスを経ても、安定した動作（例えば、データの書き込み）を実現できる。
【０３０７】
したがって、本実施形態のＭＴＪ素子を用いたＭＲＡＭは、ＭＲＡＭにおける動作の信頼性を向上できる。
【０３０８】
（ｂ）  製造方法  
図２６乃至図２８を用いて、本適用例のＭＲＡＭ内のメモリセルの製造方法について説明する。  
図２７及び図２８は、ＭＲＡＭの各製造工程における、メモリセルＭＣのカラム方向に沿う断面をそれぞれ示している。
【０３０９】
図２７に示されているように、半導体基板７０内に、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造の素子分離絶縁膜７１が埋め込まれ、素子分離領域が形成される。この素子分離領域の形成によって、アクティブ領域ＡＡが、半導体基板７０内に区画される。
【０３１０】
そして、半導体基板７０のアクティブ領域ＡＡ上に、メモリセルＭＣの選択トランジスタ２が形成される。選択トランジスタの形成工程について、以下のとおりである。
【０３１１】
アクティブ領域ＡＡ表面上に、ゲート絶縁膜６１が形成される。ゲート絶縁膜６１は、例えば、熱酸化法によって形成されたシリコン酸化膜である。次に、導電層（例えば、ポリシリコン層）が、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、ゲート絶縁膜２１上に形成される。
【０３１２】
導電層は、例えば、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ法を用いて、所定のパターンに加工される。これによって、ゲート電極６２がゲート絶縁膜６１上に形成される。ゲート電極６２をワード線として用いるために、ゲート電極６２はロウ方向に延在するように形成される。それゆえ、ゲート電極６２は、ロウ方向に沿って配列する複数の選択トランジスタで共有される。
【０３１３】
ソース／ドレイン拡散層６３，６４が、半導体基板７０内に形成される。拡散層６３，６４は、ゲート電極６２をマスクに用いて、例えば、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）などの不純物をイオン注入法によって、半導体基板７０内に注入することによって、形成される。
【０３１４】
以上の工程によって、半導体基板７０上に、選択トランジスタ２が形成される。尚、ゲート電極６２及び拡散層６３，６４上面にシリサイド層を形成する工程が、さらに追加されてもよい。
【０３１５】
そして、第１の層間絶縁膜７９Ａが、例えば、ＣＶＤ法を用いて、選択トランジスタ２を覆うように、半導体基板７０上に堆積される。層間絶縁膜３３の上面は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、平坦化される。
【０３１６】
層間絶縁膜７９Ａ内に、ソース／ドレイン拡散層６３の上面が露出するように、コンタクトホールが形成される。形成されたコンタクトホール内に、例えば、タングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）が充填され、コンタクトプラグ７２Ａが形成される。
【０３１７】
金属膜が、層間絶縁膜７９Ａ及びコンタクトプラグ７２上に堆積される。堆積された金属膜は、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ法を用いて、所定の形状に加工される。これによって、選択トランジスタ２の電流経路に接続されるビット線７５（ｂＢＬ）が形成される。
【０３１８】
この後、第２の層間絶縁膜７９Ｂが、例えば、ＣＶＤ法によって、層間絶縁膜７９Ａ及びビット線７５Ｂ上に、堆積される。そして、ソース／ドレイン拡散層６４の表面が露出するように、層間絶縁膜７９Ａ，７９Ｂ内に、コンタクトホールが形成される。そのコンタクトホール内に、スパッタ法又はＶＤ法によって、コンタクトプラグ７２Ｂが埋め込まれる。
【０３１９】
層間絶縁膜７９Ｂ上及びコンタクトプラグ７２Ｂ上に、上述の各実施形態で述べた製造方法のいずれか１つ又は適宜組み合わせることによって、磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１の構成部材が、順次堆積される。層間絶縁膜７９Ｂ及びコンタクトプラグ７２Ｂが、ＭＴＪ素子１を形成するための基板として用いられる。形成されたＭＴＪ素子１は、ボロンが添加された希土類金属−遷移金属磁性層（ＴｂＣｏＦｅＢ合金又はＴｂＣｏＦｅＢ人工格子）を、参照層及び記憶層のうち少なくとも一方に含む。
【０３２０】
そして、図２８に示されるように、ＭＴＪ素子１が加工された後に、側壁絶縁膜（例えば、ＳｉＮ）が、例えば、ＡＬＤ法によって形成され、さらに、層間絶縁膜（例えば、ＳｉＯ２）７９Ｃが、例えば、ＣＶＤ法を用いて形成される。
【０３２１】
上述のように、酸化物からなる層間絶縁膜７９Ｃの堆積中に、層間絶縁膜７９Ｃに起因する酸素が、側壁絶縁膜を貫通して、ＴｂＣｏＦｅＢ層側に浸透する場合がある。本実施形態のＭＴＪ素子１の磁性層のように、ＴｂＣｏＦｅ層のような希土類金属−遷移金属磁性層４０内に、Ｂ（ボロン）がドープされていることによって、ＢがＴｂよりも優先的に酸化する。又は、Ｂが磁性層内の粒界に偏析する。それゆえ、ＴｂＣｏＦｅＢ層４０において、Ｔｂ酸化物の形成が抑制され、酸化によるＴｂＣｏＦｅＢ層４０の磁気特性（例えば、保磁力）の劣化が抑制される。
【０３２２】
この後、上部電極４５の上面が、例えば、ＣＭＰ法によって露出され、図２６に示されるように、層間絶縁膜７９Ｃ上に、周知の技術によって、ビット線ＢＬが形成される。
【０３２３】
以上の製造工程によって、適用例としてＭＲＡＭのメモリセルが形成される。
【０３２４】
図２５乃至図２８を用いて説明したように、本実施形態の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１は、ＭＲＡＭに適用できる。上述のように、本実施形態の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１によれば、素子特性の劣化が抑制されたＭＴＪ素子を提供できる。
【０３２５】
したがって、本適用例のＭＲＡＭは、本実施形態の磁気抵抗効果素子を用いることによって、メモリの動作特性及び信頼性を向上できる。
【０３２６】
（２）  適用例２  
上述の各実施形態の磁気抵抗効果素子は、磁気ディスク装置（例えば、ＨＤＤ）の磁気ヘッド（ＴＭＲヘッド）に適用できる。
【０３２７】
図２９は、ＨＤＤの構造を示す概略図である。図３０は、ＴＭＲヘッドを搭載した磁気ヘッドアセンブリ部の構造を示す概略図である。
【０３２８】
図２９及び図３０に示されるように、アクチュエータアーム８１は、装置内の固定軸８０に固定されるための孔を有しアクチュエータアーム８１の一端に、サスペンション８２が接続されている。サスペンション８２の先端に、ＴＭＲヘッドが搭載されたヘッドスライダ８３が、取り付けられている。サスペンション８２に、データの書き込み及び読み出しのためのリード線８４が、形成されている。このリード線８４の一端は、ヘッドスライダ８３内のＴＭＲヘッドの電極に、電気的に接続される。ＴＭＲヘッドは、本実施形態のＭＴＪ素子１を含む。リード線８４の他端は、電極パッド４５に接続される。
【０３２９】
磁気ディスク８６は、スピンドル８７に装着され、駆動制御部からの制御信号によって、モータ駆動される。ヘッドスライダ８３は、磁気ディスク８６の回転により所定量だけ浮上する。この状態において、本実施形態のＭＴＪ素子を含むＴＭＲヘッドを用いて、データの記録／再生が行われる。
【０３３０】
アクチュエータアーム８１は、駆動コイルを保持するボビン部を有する。アクチュエータ８１には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ８８が接続される。ボイスコイルモータ８８は、磁気回路を有する。磁気回路は、アクチュエータアーム８１のボビン部に巻き上げられた駆動コイルと、この駆動コイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークとを、有する。アクチュエータアーム８１は、固定軸８０の上下２箇所に設けられるボールベアリングによって、保持される。アクチュエータアーム８１は、ボイスコイルモータ８８によって駆動される。
【０３３１】
磁気抵抗効果素子が磁気ヘッドに用いられた場合においても、特性劣化が抑制される磁気抵抗効果素子を用いたられることによって、磁気ディスク装置の性能を、向上できる。
【０３３２】
［変形例］
図３１及び図３２を用いて、本実施形態の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の変形例について説明する。
【０３３３】
上述の各実施形態及び適用例において、ＭＴＪ素子の参照層に、ボロン（Ｂ）が添加された希土類金属−遷移金属磁性層が用いられた例が示されている。但し、ＭＴＪ素子の記憶層１０に、Ｂが添加された希土類金属−遷移金属磁性層が用いられてもよい。上述の各実施形態で示されたＢが添加された希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層）を、記憶層１０に用いることができる。ＭＴＪ素子の記憶層１０が、Ｂを含む希土類金属−遷移金属磁性層であっても、上述の効果が得られる。
【０３３４】
尚、上述の各例では、ボトムピン型のＭＴＪ素子が示されているが、トップピン型のＭＴＪ素子でも、上述の効果が得られる。
【０３３５】
図３１は、実施形態の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）の変形例の断面構造を示している。例えば、図３１に示されるように、参照層３０からの漏れ磁場（漏洩磁界）を緩和させるために、バイアス層（シフト調整層ともよばれる）４２が、ＭＴＪ素子１に設けられる場合がある。
【０３３６】
参照層３０から記憶層１０に印加される漏れ磁場は、上部電極４５と参照層３０との間に、参照層３０の磁化の向きに対して反平行に磁化が向いている垂直磁化膜（バイアス層）４２が挿入されることによって、ゼロにできる。
【０３３７】
バイアス層４２と参照層３０との間には、非磁性層４１が設けられている。参照層３０の底面（第１の面）はトンネルバリア層２０に接触し、参照層３０の上面（第２の面）は非磁性層４１に接触する。
【０３３８】
バイアス層４２は、垂直磁化膜３０１’を含む。例えば、バイアス層４２の磁化の向きは、参照層の磁化の向きと反対になっている。
【０３３９】
バイアス層４２の材料として、参照層３０と同じ材料が用いられてもよい。例えば、バイアス層４２は、例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層のように、ボロンが添加された希土類金属−遷移金属磁性層が用いられる。
【０３４０】
参照層３０とバイアス層４２との間の非磁性層４１の材料は、参照層３０の磁化の向きとバイアス層４２の磁化の向きとが反平行である場合に安定な交換バイアスが形成されるような材料から、選択されることが好ましい。非磁性層４１の材料は、非磁性の金属であることが好ましく、例えば、非磁性層４１の材料は、Ｒｕ、銀（Ａｇ）及びＣｕから選択される。
【０３４１】
参照層３０と非磁性層４１（例えば、Ｒｕ）との間に、又は、バイアス層４２と非磁性層４１との間に、界面層が設けられてもよい。これによって、参照層３０とバイアス層４２との反平行結合を強化できる。例えば、ＣｏＦｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢなどのうちいずれ１つ膜又はこれらの積層膜が、非磁性層４１近傍の界面層として用いられる。
【０３４２】
尚、下地層４０Ａ内に、又は、下地層４０内のバッファ層と下部電極との間に、バイアス層が設けられてもよい。
【０３４３】
図３２は、図３１とは異なる変形例のＭＴＪ素子の断面構造を示している。
【０３４４】
上述のように、Ｂドープされた希土類金属−遷移金属磁性層３０１において、磁性層３０１内のＢが、酸素と反応する場合がある。それゆえ、図３２に示されるように、Ｂドープされた希土類金属−遷移金属磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅＢ層）３０１の表面上に、ボロン酸化膜３９が形成される場合がある。
【０３４５】
このように、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１の表面上にボロン酸化膜３９が形成されることによって、形成されたボロン酸化膜３９が、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１に対する保護膜となって、ＴｂＣｏＦｅＢ層３０１内のＴｂ成分が酸化するのを抑制する場合がある。これによって、希土類を含む磁性層（例えば、ＴｂＣｏＦｅ層）の酸化に起因して、ＭＴＪ素子の特性が劣化するのを抑制できる。
【０３４６】
図３１及び図３２に示される変形例のＭＴｊ素子に対して、上述の各実施形態で述べた構成が適用できる。
【０３４７】
図３１及び図３２に示される変形例の磁気抵抗効果素子においても、各実施形態及び適用例で述べた効果と同じ効果を得ることができる。
【０３４８】
［その他］  
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。
【符号の説明】
【０３４９】
１：磁気抵抗効果素子、１０：記憶層、２０：非磁性層、３０：参照層、３０１：Ｂドープ希土類金属−遷移金属非磁性層、２：選択トランジスタ、ＭＣ：メモリセル。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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