(57)【要約】【課題】ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子の熱耐性を向上する。ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子のＮｅｅｌ効果を抑制する。【解決手段】本発明による磁気抵抗素子は，強磁性体で形成された第１強磁性層（６）と，第１強磁性層（６）に接合された，非磁性，且つ絶縁性のトンネルバリア層（５）と，強磁性体で形成され，トンネルバリア層（５）に接合された第２強磁性層（４，１３）と，反強磁性体で形成された反強磁性層（３）とを備えている。第２強磁性層（４，１３）は，トンネルバリア層（５）と反強磁性層（３）との間に位置している。第２強磁性層（４，１３）の表面の任意の位置から前記表面に垂直な方向に引かれた垂線は，第２強磁性層（４，１３）を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過する。【選択図】　図１
2004119903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体で形成された第１強磁性層と，
前記第１強磁性層に接合された，非磁性，且つ絶縁性のトンネルバリア層と，
強磁性体で形成され，前記トンネルバリア層に接合された第２強磁性層と，
反強磁性体で形成された反強磁性層
とを備え，
前記第２強磁性層は，前記トンネルバリア層と前記反強磁性層との間に位置し，
前記第２強磁性層のうちの少なくとも一部は，前記第２強磁性層の前記反強磁性層の側の表面に垂直な方向に引かれた垂線が，前記第２強磁性層を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過するように形成されている
磁気抵抗素子。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気抵抗素子において，
更に，
基板を備え，
前記第１強磁性層，前記トンネルバリア層，前記第２強磁性層，及び前記反強磁性層は，前記基板の上面側に形成され，
前記トンネルバリア層は，前記第２強磁性層に対して前記基板の反対側にある
磁気抵抗素子。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気抵抗素子において，
更に，
非磁性層と，
強磁性体で形成された第３強磁性層
とを備え，
前記第３強磁性層は，前記反強磁性層の上に形成され，
前記非磁性層は，前記第３強磁性層の上に形成され，
前記第２強磁性層は，前記非磁性層の上に形成され，
前記非磁性層は，前記第２強磁性層の形成のとき，前記第２強磁性層の結晶粒を微細化する作用を有する
磁気抵抗素子。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気抵抗素子において，
前記非磁性層と前記第２強磁性層とは，互いに異なる点群に属する材料で形成されている
磁気抵抗素子。
【請求項５】
請求項１に記載の磁気抵抗素子において，
更に，
前記第２強磁性層に接合された非磁性層と，
強磁性体で形成され，且つ，前記非磁性層に接合された第３強磁性層
とを備え，
前記第２強磁性層と前記非磁性層と前記第３強磁性層とは，前記トンネルバリア層と前記反強磁性層との間に位置し，
前記非磁性層は，Ｔａ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｏ，及びＷからなる群から選ばれた一の元素で形成された金属膜，又は，前記群から選ばれた複数の元素の合金で形成されている
磁気抵抗素子。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気抵抗素子において，
前記第３強磁性層は，前記反強磁性層の上に形成され，
前記非磁性層は，前記第３強磁性層の上に形成され，
前記第２強磁性層は，前記非磁性層の上に形成された
磁気抵抗素子。
【請求項７】
請求項１に記載の磁気抵抗素子において，
前記第２強磁性層の平均粒径は，前記第２強磁性層の膜厚の３分の２以下である
磁気抵抗素子。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気抵抗素子において，
前記第２強磁性層の平均粒径は，前記第２強磁性層の膜厚の２分の１以下である
磁気抵抗素子。
【請求項９】
請求項１に記載の磁気抵抗素子において，
前記反強磁性層は，Ｍｎを含有する
磁気抵抗素子。
【請求項１０】
強磁性体で形成された第１強磁性層と，
前記第１強磁性層に接合された，非磁性，且つ絶縁性のトンネルバリア層と，
強磁性体で形成され，前記トンネルバリア層に接合された第２強磁性層と，
Ｍｎを含む反強磁性体で形成された反強磁性層
とを備え，
前記第２強磁性層は，前記トンネルバリア層と前記反強磁性層との間に位置し，
前記第２強磁性層の結晶粒は，前記反強磁性層から前記トンネルバリア層への前記Ｍｎの拡散を防止可能に配置された
磁気抵抗素子。
【請求項１１】
（Ａ）真空容器の中で，反強磁性層を基板の上面側に形成する工程と，
（Ｂ）前記反強磁性層の形成の後，前記真空容器に酸化性ガスを導入する工程と，
（Ｃ）前記真空容器から前記酸化性ガスを排気する工程と，
（Ｄ）前記酸化性ガスの排気の後，前記反強磁性層の上に，固定強磁性層を形成する工程と，
（Ｅ）前記第１強磁性層の上に，トンネルバリア層を形成する工程と，
（Ｆ）前記トンネルバリア層の上に，第２強磁性層を形成する工程
とを含む
磁気抵抗素子製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の磁気抵抗素子製造方法において，
前記酸化性ガスは，酸素ガスであり，
前記（Ｂ）工程において前記酸化性ガスが導入されたときの前記酸化性ガスの分圧は，０より大きく，１×１０−４Ｐａより小さい
磁気抵抗素子製造方法。
【請求項１３】
（Ｇ）反強磁性層を基板の上面側に形成する工程と，
（Ｈ）酸化性ガスを含む雰囲気で，前記反強磁性層の上に固定強磁性層を形成する工程と，
（Ｉ）前記固定強磁性層の上に，トンネルバリア層を形成する工程と，
（Ｊ）前記トンネルバリア層の上に，自由強磁性層を形成する工程
とを含み，
前記（Ｈ）工程の間の前記酸化性ガスの分圧は，形成された前記第１強磁性層が導電性を有するように定められた
磁気抵抗素子製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の磁気抵抗素子製造方法において，
前記酸化性ガスは，酸素ガスであり，
前記（Ｈ）工程の間の前記酸化性ガスの分圧は，０より大きく，５×１０−５Ｐａよりも小さい
磁気抵抗素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，磁気抵抗素子に関する。本発明は，磁気抵抗素子の耐熱性の向上のための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を示す磁気抵抗素子を，磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）及び高密度磁気記録装置の再生用磁気ヘッドに応用するための研究が進められている。ＴＭＲ効果は，磁気抵抗効果の一種である。磁気抵抗効果としては，ＴＭＲ効果の他に，巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）が知られている。しかし，巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）よりも大きな磁気抵抗効果を示すＴＭＲ効果は，ＭＲＡＭ及び再生用磁気ヘッドへの応用に好適である。
【０００３】
ＴＭＲ効果を示す磁気抵抗素子は，典型的には，図１０に示されているように，反強磁性層１０１，固定強磁性層１０２，トンネルバリア層１０３，及び自由強磁性層１０４を備えている。反強磁性層１０１は，例えばＦｅ−Ｍｎ，Ｉｒ−Ｍｎのような反強磁性体で形成される。固定強磁性体１０２，及び自由強磁性層１０４は，例えばパーマロイのような強磁性体で形成され，それぞれに自発磁化を有している。固定強磁性体１０２が有する自発磁化は，反強磁性層１０１から受ける交換結合作用によって固定される。自由強磁性層１０４の自発磁化は，固定強磁性体１０２の自発磁化と平行に，又は反平行（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ）に反転可能であるように形成される。トンネルバリア層１０３は，アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のような絶縁性の非磁性体で形成される。トンネルバリア層１０３の厚さは，その表面に垂直な方向にトンネル電流が流れる程度に薄く，典型的には，１ｎｍ〜３ｎｍである。このような構造を有する磁気抵抗素子は，磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｔｕｎｎｅｌ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＪ）と呼ばれることがある。かかる磁気抵抗素子の構造は，特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００４】
ＴＭＲ効果により，磁気抵抗素子の抵抗は，固定強磁性層１０２及び自由強磁性層１０４の自発磁化の相対方向に応じて変化する。磁気抵抗素子を含むＭＲＡＭは，磁気抵抗素子の抵抗の変化を，不揮発的に記憶されたデータの検出に利用する。磁気抵抗素子を含む磁気ヘッドは，磁気抵抗素子の抵抗の変化を外部磁場の検出に利用する。
【０００５】
特許文献３には，ＴＭＲ効果を示す磁気抵抗素子の特性を向上するための技術が開示されている。ＴＭＲ効果を示す磁気抵抗素子は，強磁性層の間の静磁的な相互作用を減少させることが重要である。特許文献３は，固定強磁性層及び自由強磁性層のそれぞれを，２層の強磁性層と該強磁性層の間に介設された非磁性層とで構成する技術を開示している。このような構造は，強磁性層の間の静磁的な相互作用を有効に減少させる。特許文献３には，非磁性層として，Ｒｕ層を使用することが開示されている。
【０００６】
ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子の一の課題は，熱耐性である。ＭＲＡＭ及び磁気ヘッドの製造工程は，熱処理工程を含む。例えば，ＭＲＡＭの製造工程は，層間絶縁膜を形成する工程，トランジスタの水素シンター処理，及びパッケージング工程のように，磁気抵抗素子が３００℃から４００℃に加熱される工程を含む。磁気抵抗素子に高い温度が加わると，反強磁性層１０１を構成する材料が，固定強磁性層１０２を介してトンネルバリア層１０３および自由強磁性層１０４に拡散し，磁気抵抗素子の特性を劣化させる。特に反強磁性層１０１がＩｒ−Ｍｎ，及びＰｔ−Ｍｎのようなマンガンを含む反強磁性体で形成されている場合には，磁気抵抗素子の劣化の問題はより重大である。拡散しやすい性質を有するマンガンは，反強磁性層１０１からトンネルバリア層１０３および自由強磁性層１０４に短時間で到達することが，組成分析や断面観察によって確認されている。
【０００７】
反強磁性層に含まれるＭｎの拡散を有効に抑制する磁気抵抗素子の構造が，特許文献４に開示されている。公知のその磁気抵抗素子は，Ｍｎを含有する反強磁性層と，該反強磁性層上に形成された磁化固着層と，該磁化固着層の上に形成されたトンネルバリア層と，該トンネルバリア層の上に形成された磁化自由層とを有している。磁化固着層は，第１及び第２強磁性層の間に，絶縁層又はアモルファス磁性層を挟んだ構造を有している。
【０００８】
ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子の他の課題は，Ｎｅｅｌ効果（オレンジピール効果）により，自由強磁性層１０４の自発磁化を反転させるのに必要な反転磁場が，反転させようとする方向に対して非対称的になることである。Ｎｅｅｌ効果は，２つの強磁性層と該強磁性層に介設された非磁性層とからなる構造において発生する効果であり，該２つの強磁性層の非平坦性に起因する。Ｎｅｅｌ効果は，該２つの強磁性層を強磁性的に結合させ，２つの強磁性層の自発磁化を同一方向に（平行に）しようとする。Ｎｅｅｌ効果は，２つの強磁性層の自発磁化を反平行（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ）にするために必要な磁場を，該２つの強磁性層の自発磁化を平行にするために必要な磁場よりも大きくする。このＮｅｅｌ効果により，自由強磁性層１０４の自発磁化を反転させるのに必要な反転磁場が非対称的になる。固定強磁性層１０２と自由強磁性層１０４との間に介設されるトンネルバリア層１０３の厚さが極めて薄いため，ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子は，Ｎｅｅｌ効果による影響が大きい。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−１０３０１４号公報
【特許文献２】
米国特許公報第５，６５０，９５８号
【特許文献３】
米国特許公報第５，９６６，０１２号公報
【特許文献４】
特開２００２−１５８３８１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子の熱耐性を向上することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は，ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子のＮｅｅｌ効果を抑制し，反転可能に設けられる自発磁化を反転させるのに必要な反転磁場を対称的にすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下に，［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて，上記目的をを達成するための手段を説明する。これらの番号・符号は，［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し，付加された番号・符号は，［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明による磁気抵抗素子は，強磁性体で形成された第１強磁性層（６）と，第１強磁性層（６）に接合された，非磁性，且つ絶縁性のトンネルバリア層（５）と，強磁性体で形成され，トンネルバリア層（５）に接合された第２強磁性層（４，１３）と，反強磁性体で形成された反強磁性層（３）とを備えている。第２強磁性層（４，１３）は，トンネルバリア層（５）と反強磁性層（３）との間に位置している。第２強磁性層（４，１３）のうちの少なくとも一部は，第２強磁性層（４，１３）の反強磁性層（３）の側の表面に垂直な方向に引かれた垂線が，第２強磁性層（４，１３）を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過するように形成されている。このような構造により，第２強磁性層（４，１３）の粒界が直線的に第２強磁性層（４，１３）を貫通することが回避され，反強磁性層（３）を構成する材料のトンネルバリア層（５）への拡散が抑制される。
【００１４】
反強磁性層（３）を構成する材料のトンネルバリア層（５）への拡散を一層に抑制するためには，第２強磁性層（４，１３）の反強磁性層（３）の側の表面の任意の位置から該表面に垂直な方向に引かれた垂線が，第２強磁性層（４，１３）を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過することが好適である。
【００１５】
トンネルバリア層（５）が第２強磁性層（４，１３）に対して，第１強磁性層（６），前記トンネルバリア層（５），前記第２強磁性層（４，１３），及び反強磁性層（３）が形成される基板（１）の反対側にある，即ち，トンネルバリア層（５）が第２強磁性層（４，１３）の上に形成される場合，上記の構造は，第１強磁性層（６），トンネルバリア層（５）及び第２強磁性層（４，１３）を平坦化し，Ｎｅｅｌ効果が抑制される点でも好適である。
【００１６】
当該磁気抵抗素子が，更に，非磁性層（１２）と，強磁性体で形成された第３強磁性層（１１）とを備え，第３強磁性層（１１）が反強磁性層（３）の上に形成され，非磁性層（１２）が第３強磁性層（１１）の上に形成され，第２強磁性層（１３）は非磁性層（１２）の上に形成されている場合，非磁性層（１２）は，第２強磁性層の形成のとき，第２強磁性層（１３）の結晶粒を微細化する作用を有するように形成されていることが好適である。
【００１７】
第２強磁性層（１３）の結晶粒の微細化は，非磁性層（１２）と第２強磁性層（１１）とを，互いに異なる点群に属する材料で形成することによって達成可能である。
【００１８】
当該磁気抵抗素子が，第２強磁性層（１３）に接合された非磁性層（１２）と，強磁性体で形成され，且つ，非磁性層（１２）に接合された第３強磁性層（１１）とを備え，第２強磁性層（１３）と非磁性層（１２）と第３強磁性層（１１）とは，トンネルバリア層（５）と反強磁性層（３）との間に位置する場合，非磁性層（１２）は，Ｔａ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｏ，及びＷからなる群から選ばれた一の元素で形成された金属膜，又は，前記群から選ばれた複数の元素の合金で形成されていることが好適である。Ｔａ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｏ，及びＷからなる群から選ばれた一の元素で形成された金属膜，又は，前記群から選ばれた複数の元素の合金で形成されている非磁性層（１２）は，反強磁性層（３）を構成する材料，特に，Ｍｎのトンネルバリア層（５）への拡散を効果的に抑制する。
【００１９】
この場合，第３強磁性層（１１）が反強磁性層（３）の上に形成され，非磁性層（１２）が第３強磁性層（１１）の上に形成され，第２強磁性層（１３）が非磁性層（１２）の上に形成されていることが好適である。第２強磁性層（１３）が上述の材料で形成された非磁性層（１２）の上に形成することは，第２強磁性層（１３）の結晶粒を微細化し，第２強磁性層（１３）の表面の任意の位置から表面に垂直な方向に引かれた垂線が第２強磁性層（１３）を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過する構造を実現する。
【００２０】
第２強磁性層（４，１３）の平均粒径は，第２強磁性層（４，１３）の膜厚の３分の２以下であることが好ましく，第２強磁性層（４，１３）の平均粒径は，第２強磁性層（４，１３）の膜厚の２分の１以下であることが一層に好ましい。
【００２１】
上述の磁気抵抗素子の構造は，反強磁性層（３）が，Ｍｎを含有する場合に特に好適である。
【００２２】
本発明の他の観点から，本発明による磁気抵抗素子は，強磁性体で形成された第１強磁性層（６）と，第１強磁性層（６）に接合された，非磁性，且つ絶縁性のトンネルバリア層（５）と，強磁性体で形成され，トンネルバリア層（５）に接合された第２強磁性層（４，１３）と，Ｍｎを含む反強磁性体で形成された反強磁性層（３）とを備えている。第２強磁性層（４，１３）は，トンネルバリア層（５）と反強磁性層（３）との間に位置している。第２強磁性層（４，１３）の結晶粒は，反強磁性層（３）からトンネルバリア層（５）へのＭｎの拡散を防止可能に配置されている。
【００２３】
本発明による磁気抵抗素子製造方法は，
（Ａ）真空容器の中で，反強磁性層（３）を基板（１）の上面側に形成する工程と，
（Ｂ）反強磁性層（３）の形成の後，前記真空容器に酸化性ガスを導入する工程と，
（Ｃ）前記真空容器から前記酸化性ガスを排気する工程と，
（Ｄ）前記酸化性ガスの排気の後，前記反強磁性層（３）の上に固定強磁性層（４）を形成する工程と，
（Ｅ）前記固定強磁性層（４）の上に，トンネルバリア層（５）を形成する工程と，
（Ｆ）トンネルバリア層（５）の上に，自由強磁性層（６）を形成する工程
とを備えている。反強磁性層（３）の形成の後，真空容器に酸化性ガスを導入することは，反強磁性層（３）の表面に酸素を吸着させる。吸着された酸素は，固定強磁性層（４）の結晶粒の成長を阻害し，固定強磁性層（４）の結晶粒を微細化する。固定強磁性層（４）の結晶粒の微細化により，固定強磁性層（４）の粒界が直線的に固定強磁性層（４）を貫通することが回避され，反強磁性層（３）を構成する材料のトンネルバリア層（５）への拡散が抑制される。
【００２４】
前記酸化性ガスが，酸素ガスである場合，（Ｂ）工程において前記酸化性ガスが導入されたときの前記酸化性ガスの分圧は，０より大きく，１×１０−４Ｐａより小さいことが好適である。
【００２５】
本発明による磁気抵抗素子製造方法は，
（Ｇ）反強磁性層（３）を基板（１）の上面側に形成する工程と，
（Ｈ）酸化性ガスを含む雰囲気で，反強磁性層（３）の上に固定強磁性層（４）を形成する工程と，
（Ｉ）固定強磁性層（４）の上に，トンネルバリア層（５）を形成する工程と，
（Ｊ）トンネルバリア層（５）の上に，自由強磁性層（６）を形成する工程
とを備えている。（Ｈ）工程の間の前記酸化性ガスの分圧は，形成された前記固定強磁性層が導電性を有するように定められている。酸化性ガスを含む雰囲気で，反強磁性層（３）の上に固定強磁性層（４）を形成することにより，固定強磁性層（４）の結晶粒の成長が阻害され，固定強磁性層（４）の結晶粒が微細化される。固定強磁性層（４）の結晶粒の微細化により，固定強磁性層（４）の粒界が直線的に固定強磁性層（４）を貫通することが回避され，反強磁性層（３）を構成する材料のトンネルバリア層（５）への拡散が抑制される。
【００２６】
前記酸化性ガスが，酸素ガスである場合，（Ｈ）工程の間の前記酸化性ガスの分圧は，０より大きく，５×１０−５Ｐａよりも小さいことが好適である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照しながら，本発明による磁気抵抗素子の実施の形態を説明する。
【００２８】
（実施の第１形態）
図１は，本発明による磁気抵抗素子の実施の第１形態を示す。実施の第１形態では，ＴＭＲ効果を示す磁気抵抗素子を用いたＭＲＡＭのメモリセルが提供される。該メモリセルは，基板１と下地層２とを備えている。下地層２は，基板１の上に形成されている。下地層２は，基板１の上に形成されたシード層２ａと，シード層２ａの上に形成された初期強磁性層２ｂとを含む。シード層２ａは，典型的にはタンタルで形成され，初期強磁性層２ｂは，典型的には，Ｎｉ−Ｆｅで形成される。
【００２９】
下地層２の上には，反強磁性層３が形成されている。反強磁性層３は，例えばＩｒ−Ｍｎ，Ｐｔ−Ｍｎのような反強磁性体で形成される。反強磁性層３の上には，固定強磁性層４が形成されている。固定強磁性層４は，例えばＮｉ−Ｆｅ，及びＣｏ−Ｆｅのような強磁性体で形成されている。強磁性体で形成されている固定強磁性層４は，自発磁化を有している。固定強磁性層４の自発磁化は，反強磁性層３から受ける相互作用によって固定される。
【００３０】
固定強磁性層４の上には，トンネルバリア層５が形成されている。トンネルバリア層５は，例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のような絶縁性の非磁性材料で形成される。トンネルバリア層５は，厚さ方向にトンネル電流が流れる程度に薄く，トンネルバリア層５の膜厚は，典型的には，１−３ｎｍである。
【００３１】
トンネルバリア層５の上には，自由強磁性層６が形成されている。自由強磁性層６は，例えばＮｉ−Ｆｅ，及びＣｏ−Ｆｅのような強磁性体で形成され，自発磁化を有している。自由強磁性層６の自発磁化は，固定強磁性層４の自発磁化に平行に，又は，反平行に反転可能である。図１のメモリセルは，１ビットのデータを自由強磁性層６の自発磁化の方向として記憶する。固定強磁性層４と自由強磁性層６との間の抵抗（即ち，該メモリセルの抵抗）は，ＴＭＲ効果に起因して，自由強磁性層６の自発磁化の方向に応じて変化する。該抵抗の変化により，該メモリセルに記憶されているデータが判別可能である。
【００３２】
自由強磁性層６の上には，表面保護層７が形成されている。表面保護層７は，典型的には，タンタルで形成される。表面保護層７は，該メモリセルの外部に接続される電極として使用される。
【００３３】
反強磁性層３に含まれる材料がトンネルバリア層５に拡散することを防止するために，固定強磁性層４を構成する結晶粒は微細化されている。図２に示されているように，固定強磁性層４の結晶粒の微細化により，固定強磁性層４の少なくとも一部は，固定強磁性層４の表面４ａから表面４ａに垂直な方向に引かれた垂線が，固定強磁性層４を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過するように形成されている。これにより，固定強磁性層４の粒界が直線的に固定強磁性層４を貫通することが回避されている。薄膜中の物質の拡散は，しばしば，該薄膜の粒界を介する粒界拡散による。固定強磁性層４の粒界が直線的に固定強磁性層４を貫通しない構造は，物質が拡散する拡散経路を長くし，粒界拡散を効果的に抑制する。反強磁性層３に含まれる材料のトンネルバリア層５への拡散をより効果的に抑制するためには，固定強磁性層４の表面４ａの任意の位置から表面４ａに垂直な方向に引かれた垂線が，固定強磁性層４を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過するように固定強磁性層４が形成されていることが好適である。
【００３４】
反強磁性層３に含まれる材料のトンネルバリア層５への拡散を一層に抑制するためには，固定強磁性層４は，固定強磁性層４を構成する結晶粒の平均粒径が固定強磁性層４の膜厚の３分の２以下であるように形成されることが好適であり，該平均粒径が固定強磁性層４の膜厚の２分の１以下であることは，より一層に好適である。
【００３５】
固定強磁性層４を構成する結晶粒の微細化は，更に，Ｎｅｅｌ効果（オレンジピール効果）の抑制の点でも有効である。固定強磁性層４を構成する結晶粒の微細化されることにより，固定強磁性層４が平坦化され，従って，トンネルバリア層５及び自由強磁性層６が平坦化される。固定強磁性層４及び自由強磁性層６の平坦化は，これらの強磁性層とトンネルバリア層５との界面に磁極が発生することを防止し，固定強磁性層４と自由強磁性層６との間に働くＮｅｅｌ効果を効果的に抑制する。Ｎｅｅｌ効果の抑制により，自由強磁性層６の自発磁化を反転させるのに必要な磁場のオフセットが抑制される。
【００３６】
固定強磁性層４の結晶粒の粒径の微細化は，下記２つの製造方法のいずれかによって磁気抵抗素子を製造することによって実現可能である。第１の磁気抵抗素子製造方法は，基板１の上に，シード層２ａ，初期強磁性層２ｂ，及び反強磁性層３を順次に成膜する工程で開始される。シード層２ａ，初期強磁性層２ｂ，及び反強磁性層３の成膜は，スパッタ法，又は，蒸着法を用いて，真空容器内において行われる。反強磁性層３の形成の後，反強磁性層３の成膜が行われた真空容器内に，微量の酸化性ガスが導入され，反強磁性層３が酸化雰囲気に曝される。酸化性ガスとしては，典型的には，酸素ガスが使用される。反強磁性層３が酸化雰囲気にさらされることにより，該酸化性ガスに含まれている酸素が，反強磁性層３の表面に吸着される。続いて，該真空容器が高真空に排気された後，反強磁性層３の上に固定強磁性層４が形成される。反強磁性層３の表面に吸着された酸素は，固定強磁性層４の結晶粒の成長を抑制し，結晶粒を微細化する。続いて，固定強磁性層４の上にトンネルバリア層５，自由強磁性層６，および表面保護層７が当業者にとって周知の方法によって形成され，磁気抵抗素子の形成が完了する。上述の酸化性ガスとして酸素ガスが使用される場合，真空容器内に導入される酸素ガスの分圧は，１×１０−４Ｐａ以下であることが好適である。導入される酸素ガスの分圧が過剰に大きいことは，固定強磁性層４を酸化させ，磁気抵抗素子のＭＲ比を劣化させる。
【００３７】
固定強磁性層４の結晶粒の粒径を微細化する第２の磁気抵抗素子製造方法では，固定強磁性層４の形成が，微少に酸化性ガスを含む雰囲気で行われる。より詳細には，第２の磁気抵抗素子製造方法は，第１の磁気抵抗素子製造方法と同様に，基板１の上にシード層２ａ，初期強磁性層２ｂ，及び反強磁性層３を順次に成膜する工程で開始される。続いて，微少に酸化性ガスを含む雰囲気中で，固定強磁性層４がスパッタ法又は蒸着法によって形成される。該酸化性ガスに含まれる微少な酸素は，固定強磁性層４に取り込まれる。固定強磁性層４に取り込まれた微少な酸素は，固定強磁性層４の結晶粒の成長を抑制し，結晶粒を微細化する。固定強磁性層４の形成の後，固定強磁性層４の上にトンネルバリア層５，自由強磁性層６，および表面保護層７が当業者にとって周知の方法によって形成され，磁気抵抗素子の形成が完了する。上述の酸化性ガスとして酸素ガスが使用される場合，固定強磁性層４の成膜時の酸素ガスの分圧は，５×１０−５Ｐａ以下であることが好適である。導入される酸素ガスの分圧が過剰に大きいことは，固定強磁性層４を酸化させ，磁気抵抗素子のＭＲ比を劣化させる。酸素ガスの分圧は，形成された固定強磁性層４が導電性を有するように定められる。
【００３８】
これらの方法による固定強磁性層４を構成する結晶粒の微細化は，反強磁性層３を構成する材料の拡散の防止のために，固定強磁性層４の多層化を必要としない点で好適である。上述の特開２００２−１５８３８１に開示された技術では，固定強磁性層として作用する２つの強磁性層の間に絶縁層又はアモルファス磁性層が形成されている。固定強磁性層の多層化は，固定強磁性層全体の膜厚を厚くする。強磁性体は，一般に，加工が困難なものが少なくなく，固定強磁性層全体の膜厚が厚いことは好ましくない。また，ＭＴＪは，膜面に対して垂直に電流が流れるため，絶縁層が固定強磁性層内に存在することは好ましくない。
【００３９】
上述の磁気抵抗素子の構造及び磁気抵抗素子製造方法は，反強磁性層３がＩｒ−Ｍｎ，及びＰｔ−Ｍｎのようにマンガンを含む材料であるときに特に好適である。マンガンは，熱処理により拡散しやすい。マンガンを含む反強磁性層３の上に形成される固定強磁性層４の結晶粒の粒径を微細化することにより，マンガンのトンネルバリア層５への拡散が効果的に防止される。
【００４０】
本実施の形態において，反強磁性層３及び固定強磁性層４の位置は，自由強磁性層６の位置と交換可能である。即ち，初期強磁性層２ｂの上に自由強磁性層６が形成され，自由強磁性層６の上にトンネルバリア層５が形成され，トンネルバリア層６の上に固定強磁性層４が形成され，固定強磁性層４の上に反強磁性層３が形成されることが可能である。この場合には，固定強磁性層４，トンネルバリア層５，及び自由強磁性層６は平坦化されないため，Ｎｅｅｌ効果の抑制の効果は得られない。しかし，かかる構造でも，反強磁性層３を構成する材料の拡散は，有効に抑制可能である。
【００４１】
（実施例）
本発明による磁気抵抗素子の実施例１と実施例２とが，比較例１と対比された。実施例１，実施例２，及び比較例１の全てについて，シード層２ａは，３ｎｍのの厚さを有するタンタル層で形成された。初期強磁性層２ｂは，３ｎｍの厚さを有するＮｉＦｅ層で形成された。反強磁性層３は，１０ｎｍの厚さを有するＩｒＭｎ層で形成された。固定強磁性層４は，１０ｎｍの厚さを有するＣｏＦｅ層で形成された。トンネルバリア層５は，１．５ｎｍの厚さを有するＡｌＯｘ層で形成された。自由強磁性層６は，５ｎｍの厚さを有するＮｉＦｅ層で形成された。表面保護層７は，５ｎｍの厚さを有するＴａ層で形成された。
【００４２】
実施例１の磁気抵抗素子は，上述の第１の磁気抵抗素子製造方法で形成された。下地層２，及び反強磁性層３がスパッタ法によって順次に形成された後，反強磁性層３の成膜が行われた真空容器内に，酸化性ガスである酸素ガスが微量に導入された。酸素ガスの分圧は，５×１０−５Ｐａであった。酸素ガスの導入の後，該真空容器が高真空に排気され，スパッタ法によって固定強磁性層４となるＣｏＦｅ層が反強磁性層３の上に形成された。続いて，１．５ｎｍのＡｌ膜がスパッタ法によって形成された後に，酸素プラズマで該Ａｌ膜が酸化され，トンネルバリア層５となるＡｌＯｘ層が形成された。続いて，自由強磁性層６及び表面保護層７がスパッタ法によって順次に形成された。
【００４３】
実施例２の磁気抵抗素子は，上述の第２の磁気抵抗素子製造方法で形成された。Ｔａ層，ＮｉＦｅ層，及びＩｒＭｎ層をスパッタ法によって順次に形成した後，固定強磁性層４に相当するＣｏＦｅ層の形成が，酸素ガスを微少に含む雰囲気でスパッタ法によって行われた。ＣｏＦｅ層の形成の間の酸素ガスの分圧は，１×１０−５Ｐａであった。続いて，実施例１の磁気抵抗素子と同一の工程により，ＡｌＯｘ層，ＮｉＦｅ層，及びＴａ層の形成が順次に行われた。
【００４４】
比較例１の磁気抵抗素子は，固定強磁性層４の積極的な微細化を行わずに形成された。Ｔａ層，ＮｉＦｅ層，及びＩｒＭｎ層を順次にスパッタ法によって形成した後，酸素ガスを含む雰囲気に暴露することなく，且つ，成膜の間に酸素ガスを導入することなくＣｏＦｅ層が形成された。実施例１の磁気抵抗素子と同一の工程により，ＡｌＯｘ層，ＮｉＦｅ層，及びＴａ層の形成が順次に行われた。
【００４５】
図３は，実施例１及び比較例１について，θ−２θ法によって測定されたＣｏＦｅ層のＸ線回折強度を示すグラフである。実施例１の磁気抵抗素子のＣｏＦｅ層は，比較例１の磁気抵抗素子のＣｏＦｅ層よりも回折ピーク強度が低く，回折ピークの半値幅が広い。これは，実施例１の磁気抵抗素子のＣｏＦｅ層は，比較例１よりも結晶粒の粒径が小さいことを意味している。
【００４６】
磁気抵抗素子のＣｏＦｅ層の平均粒径は，回折ピークの半値幅Ｂを用いて，下記式：
ｔ＝０．９λ／Ｂｃｏｓθ　　　　　　…（１）
によって算出可能である。ここでλは，測定に使用されたＸ線の波長（０．１５４１ｎｍ）であり，θは，Ｘ線の入射角である。
【００４７】
上記式（１）により算出された実施例１，実施例２，及び比較例１の磁気抵抗素子のＣｏＦｅ層の平均粒径は，それぞれ，５．０ｎｍ，５．０ｎｍ，及び９．１ｎｍであった。この結果は，実施例１，及び実施例２の磁気抵抗素子のＣｏＦｅ層には，膜厚方向に複数の結晶粒が存在するのに対し，比較例１の磁気抵抗素子のＣｏＦｅ層には，膜厚方向に一の結晶粒しか存在しないことを示している。
【００４８】
実施例１，実施例２，及び比較例１の磁気抵抗素子に対して，４００℃，１時間のアニールが行われた。該アニールの後，ＣｏＦｅ層とＡｌＯｘ層との界面におけるＭｎの濃度が，オージェ電子分光分析法（ＡＥＳ）を用いて比較された。Ｍｎ濃度の比較では，Ｍｎのピーク強度が，Ａｌ及びＣｏのピークを利用して補正された。比較例１のＭｎ濃度を１として正規化すると，実施例１及び実施例２のＭｎ濃度は，０．２であった。この結果は，実施例１及び実施例２の磁気抵抗素子は，Ｍｎの拡散を効果的に抑制することを示している。
【００４９】
Ｍｎの拡散の抑制に起因して，実施例１及び実施例２の磁気抵抗素子では，アニールによるＭＲ比の低下が抑制された。アニールがされていない状態での実施例１，実施例２，及び比較例１の磁気抵抗素子のＭＲ比は，それぞれ，３５％，３４．５％，及び３４．８％であり，実質的に同一であった。４００℃，１時間のアニールの後における実施例１，実施例２，及び比較例１のＭＲ比は，それぞれ，２１％，１９％，及び３％であり，実施例１，及び実施例２の磁気抵抗素子は，ＭＲ比の減少が少なかった。
【００５０】
ＣｏＦｅ層の結晶粒の微細化の効果は，自由強磁性層６の自発磁化を反転させるに必要な磁場のオフセットの抑制としても現れた。実施例１及び実施例２の磁気抵抗素子は，オフセット磁場がそれぞれ４．４（Ｏｅ）であったのに対し，比較例１の磁気抵抗素子は，オフセット磁場が１１．３０（Ｏｅ）であった。これは，実施例１及び実施例２では，ＣｏＦｅ層の結晶粒の微細化により，その上に形成されたＡｌＯｘ層が平坦化され，Ｎｅｅｌ効果が抑制されたことに起因すると考えられる。
【００５１】
（実施の第２形態）
図４は，本発明による磁気抵抗素子の実施の第２形態を示す。実施の第２形態では，実施の第１形態と異なる方法により，反強磁性層３を構成する材料のトンネルバリア層５への拡散が防止されている。
【００５２】
実施の第２形態では，反強磁性層３の上に，第１固定強磁性層１１，非磁性層１２，及び第２固定強磁性層１３が順次に形成されている。トンネルバリア層５は，第２固定強磁性層１３の上に形成されている。第１固定強磁性層１１は，例えばＮｉ−Ｆｅ，及びＣｏ−Ｆｅのような強磁性体で形成されている。強磁性体で形成されている第１固定強磁性層１１は，自発磁化を有している。第１固定強磁性層１１の自発磁化は，反強磁性層３から受ける相互作用によって固定される。
【００５３】
非磁性層１２は，Ａｌ，Ｔａ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｏ，及びＷのうちから選択された一の金属，又は，これらの合金で形成される。このような材料で形成される非磁性層１２は，非磁性の導電体である。
【００５４】
第２固定強磁性層１３は，第１固定強磁性層１１と同様に，例えばＮｉ−Ｆｅ，及びＣｏ−Ｆｅのような強磁性体で形成されている。強磁性体で形成されている第２固定強磁性層１３は，自発磁化を有している。第２固定強磁性層１３の自発磁化は，第１固定強磁性層１１から受ける相互作用によって固定される。非磁性層１２がＡｌ，Ｔａ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｏ，及びＷのうちから選択された一の金属，又は，これらの合金で形成されているため，第１固定強磁性層１１と第２固定強磁性層１３との間の交換結合は，強磁性的である。従って，第１固定強磁性層１１と第２固定強磁性層１３とがそれぞれに有する自発磁化は，同一の方向を向いている。第１固定強磁性層１１と第２固定強磁性層１３との自発磁化の向きを所望の向きに向ける工程は，外部磁化の印加によって行われるが，第１固定強磁性層１１と第２固定強磁性層１３との自発磁化の向きが同一であることは，自発磁化の向きを所望の向きに向ける工程において強磁場を必要としない点で好適である。
【００５５】
自由強磁性層６と第２固定強磁性層１３との間の抵抗（即ち，メモリセルの抵抗）は，ＴＭＲ効果により，自由強磁性層６の自発磁化の方向に応じて変化する。該抵抗の変化により，メモリセルに記憶されているデータが判別可能である。
【００５６】
Ａｌ，Ｔａ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｏ，及びＷのうちから選択された一の金属，又は，これらの合金で形成される非磁性層１２は，その上に形成される第２固定強磁性層１３の結晶粒を微細化する。実施の第１形態の固定強磁性層４と同様に，第２固定強磁性層１３の結晶粒の微細化により，第２固定強磁性層１３の少なくとも一部は，第２固定強磁性層１３の表面から該表面に垂直な方向に引かれた垂線が，第２固定強磁性層１３を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過するように形成される。これにより，第２固定強磁性層１３の粒界が直線的に固定強磁性層４を貫通することが回避され，反強磁性層３に含まれる材料，特にＭｎのトンネルバリア層５への拡散が抑制される。反強磁性層３に含まれる材料のトンネルバリア層５への拡散をより効果的に抑制するためには，第２固定強磁性層１３の表面の任意の位置から該表面に垂直な方向に引かれた垂線が，第２固定強磁性層１３を構成する結晶粒の少なくとも２つを通過するように，第２固定強磁性層１３が形成されていることが好適である。
【００５７】
非磁性層１２による第２固定強磁性層１３の結晶粒の微細化のメカニズムは，必ずしも明確でない。発明者は，上述の材料で形成された非磁性層１２と，強磁性体で形成された第２固定強磁性層１３とが異なる点群に属すること，及び／又は，それらの格子定数が異なるために，大きな結晶粒の成長が妨げられることに関連していると推定している。
【００５８】
第２固定強磁性層１３の結晶粒の微細化は，実施の第１形態と同様に，第２固定強磁性層１３，トンネルバリア層５及び自由強磁性層６を平坦化し，Ｎｅｅｌ効果を効果的に抑制する。既述のとおり，Ｎｅｅｌ効果の抑制は，自由強磁性層６の反転磁場のオフセットを低減する点で有効である。
【００５９】
非磁性層１２がＡｌ，Ｔａ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｍｏ，及びＷのうちから選択された一の金属，又は，これらの合金で形成されることは，非磁性層１２自体に，Ｍｎの拡散を防止する機能を与える点でも好適である。
【００６０】
反強磁性層３に含まれる材料のトンネルバリア層５への拡散を一層に抑制するためには，第２固定強磁性層１３は，固定強磁性層１３を構成する結晶粒の平均粒径が固定強磁性層１３の膜厚の３分の２以下であるように形成されることが好適であり，該平均粒径が第２固定強磁性層１３の膜厚の２分の１以下であることは，より一層に好適である。
【００６１】
（実施例）
本発明による磁気抵抗素子の実施例３乃至実施例１２が，比較例１及び比較例２と対比された。実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子と，比較例１及び比較例２の磁気抵抗素子との構造は，下記の通りである。
【００６２】
実施例３乃至実施例１２では，２ｎｍの厚さを有するＣｏＦｅ層が第１固定強磁性層１１として使用され，１０ｎｍの厚さを有するＣｏＦｅ層が第２固定強磁性層１３として使用された。
【００６３】
実施例３乃至実施例１２は，互いに，非磁性層１２の材料及び／又は厚さが異なる。図５に示されているように，実施例３乃至実施例７の磁気抵抗素子の非磁性層１２は，Ａｌ層で形成された。実施例３乃至実施例７の非磁性層１２の厚さは，それぞれ，０．３，０．５，０．７，１．０，及び１．５ｎｍであった。実施例８乃至実施例１２の磁気抵抗素子の非磁性層１２は，Ｔａ層で形成された。実施例８乃至実施例１２の非磁性層１２の厚さは，それぞれ，０．３，０．５，０．７，１．０，及び１．５ｎｍであった。
【００６４】
比較例１の磁気抵抗素子の構造は，実施の第１形態で説明された通りである。比較例１の磁気抵抗素子では，第１固定強磁性層１１，非磁性層１２，及び第２固定強磁性層１３の代わりに，１０ｎｍの厚さを有するＣｏＦｅ層が固定強磁性層として使用された。
【００６５】
比較例２の磁気抵抗素子は，非磁性層１２の材料が実施例３乃至実施例１２と異なる。実施例３乃至実施例１２では，非磁性層１２は，Ａｌ層又はＴａ層で形成されているが，比較例２では，非磁性層１２は，１．０ｎｍのＲｕ層で形成された。
【００６６】
実施例３乃至実施例１２並びに比較例１及び比較例２の磁気抵抗素子の他の部分の構造は，同一であった。実施例３乃至実施例１２並びに比較例１及び比較例２の全てについて，シード層２ａは，３ｎｍの厚さを有するタンタル層で形成された。初期強磁性層２ｂは，３ｎｍの厚さを有するＮｉＦｅ層で形成された。反強磁性層３は，１０ｎｍの厚さを有するＩｒＭｎ層で形成された。トンネルバリア層５は，１．５ｎｍの厚さを有するＡｌＯｘ層で形成された。自由強磁性層６は，５ｎｍの厚さを有するＮｉＦｅ層で形成された。表面保護層７は，５ｎｍの厚さを有するＴａ層で形成された。
【００６７】
図６は，実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子の第２固定強磁性層１３の結晶粒の平均粒径を示す。平均粒径は，実施の第１形態と同様に，Ｘ線回折ピークの半値幅から算出されている。実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子の平均粒径は，４．５ｎｍ〜６．０ｎｍであり，これは，実施例３乃至実施例１２の第２固定強磁性層１３には，厚さ方向に複数の結晶粒が存在することを意味している。
【００６８】
図７は，磁気抵抗素子に４００℃，１時間のアニールを行った後の，第２固定強磁性層１３とトンネルバリア層５との間の界面におけるＭｎ濃度を示す。該Ｍｎ濃度は，比較例１の固定強磁性層とトンネルバリア層との間の界面のＭｎ濃度によって正規化されている。Ｍｎ濃度は，実施の第１形態と同様に，ＡＥＳによって測定されている。
【００６９】
図７に示されているように，非磁性層１２がＡｌ層又はＴａ層で形成されている実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子では，Ｍｎのトンネルバリア層５への拡散が抑制されている。実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子では，０．３ｎｍという薄い膜厚を有する非磁性層１２でも，Ｍｎのトンネルバリア層５への拡散が抑制されている。
【００７０】
非磁性層１２がＲｕ層で形成されている比較例２でも，微少に，Ｍｎのトンネルバリア層５への拡散を抑制する効果がみられた。しかし，拡散を抑制する観点では，非磁性層１２がＡｌ層又はＴａ層で形成されている実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子の方がより効果的であった。これは，非磁性層１２がＲｕ層で形成されている比較例２の磁気抵抗素子は，第２固定強磁性層１３の結晶粒の微細化の効果が充分でないのに対し，非磁性層１２がＡｌ層又はＴａ層で形成されている実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子は，Ｍｎの拡散を充分に抑制できる程度に第２固定強磁性層１３の結晶粒が微細化されることに起因すると考えられる。
【００７１】
トンネルバリア層５の界面に拡散されたＭｎ濃度の，非磁性層１２の膜厚に対する依存性は小さい。非磁性層１２が拡散バリアとして作用することよりも，第２固定強磁性層１３の結晶粒が微細化し，第２固定強磁性層１３中の拡散が抑制されることの方が，よりＭｎの拡散の防止に寄与していることを示唆している。
【００７２】
実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子では，Ｍｎのトンネルバリア層５への拡散が抑制されることに起因して，アニールによるＭＲ比の劣化も低減された。図８に示されているように，４００℃，１時間のアニールの後における実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子のＭＲ比は，１７〜２３％であり，比較例１の磁気抵抗素子のＭＲ比の３％よりも顕著に大きかった。
【００７３】
非磁性層１２の挿入は，反強磁性体３と第２固定強磁性層１３とを離間させ，反強磁性体３と第２固定強磁性層１３との交換結合による交換バイアス磁場Ｈｅｘを弱くする可能性がある。交換バイアス磁場Ｈｅｘが弱くなると，第２固定強磁性体１３が反転しやすくなり，従って，自由強磁性層６と第２固定強磁性層１３との自発磁化が反平行である状態が実現される磁場の範囲が狭くなる。交換バイアス磁場Ｈｅｘは，定性的には，大きい方が好適である。
【００７４】
図９は，実施例３乃至実施例１２のそれぞれについて，第２固定強磁性層１３に印加される交換バイアス磁場Ｈｅｘを示す。反強磁性層の上に直接，固定強磁性層が接合されている比較例１では，該固定強磁性層に印加される交換バイアス磁場Ｈｅｘは，約９８０（Ｏｅ）であった。非磁性層１２がＡｌ層で形成されている実施例３乃至実施例７では，比較例１の磁気抵抗素子とほぼ同じ交換バイアス磁場Ｈｅｘが第２固定強磁性層１３に印加され，第２固定強磁性層１３の自発磁化の固定力の劣化は発生しなかった。一方，非磁性層１２がＴａ層で形成されている実施例８乃至実施例１２の磁気抵抗素子では，交換バイアス磁場Ｈｅｘが弱められた。しかし，非磁性層１２がＴａ層で形成されている場合でも，交換バイアス磁場Ｈｅｘの大きさは，実用上充分な大きさに保たれている。交換バイアス磁場Ｈｅｘの確保の観点からは，非磁性層１２はＡｌ層で形成されることが好適である。
【００７５】
実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子では，実施の第１形態と同様に，自由強磁性層６の自発磁化の反転磁場のオフセットが抑制された。実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子のオフセット磁場は，最大でも５．４（Ｏｅ）であり，比較例１のオフセット磁場（１１．３０（Ｏｅ））よりも小さかった。
【００７６】
非磁性層１２として，０．７ｎｍの厚さを有するＭｇ層，Ｔｉ層，Ｍｏ層，及びＷ層が使用された場合にも，第２固定強磁性層１３とトンネルバリア層５との間の界面におけるＭｎ濃度は，比較例１のＭｎ濃度に対して半分以下に減少し，Ｍｎの拡散の抑制の効果が得られた。非磁性層１２としてＭｇ層，Ｔｉ層，Ｍｏ層，及びＷ層が使用可能であることが，明らかにされた。
【００７７】
【発明の効果】
本発明により，ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子の熱耐性が向上する。
【００７８】
また，本発明により，ＴＭＲ効果を利用する磁気抵抗素子のＮｅｅｌ効果が抑制され，反転可能に設けられる自発磁化を反転させるのに必要な反転磁場が対称的になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明による磁気抵抗素子の実施の第１形態を示す。
【図２】図２は，固定強磁性層４の拡大図である。
【図３】図３は，本発明の実施例１と比較例１とについて，固定強磁性層４のＸ線回折強度を示す図である。
【図４】図４は，本発明による磁気抵抗素子の実施の第２形態を示す。
【図５】図５は，本発明の実施例３乃至実施例１２の非磁性層１２の材料及び厚さを示す表である。
【図６】図６は，実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子の第２固定強磁性層１３の平均粒径を示す。
【図７】図７は，実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子について，第２固定強磁性層１３とトンネルバリア層５との界面に存在するＭｎ量を示す。
【図８】図８は，実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子の，熱処理（アニール）後のＭＲ比を示す図である。
【図９】図９は，実施例３乃至実施例１２の磁気抵抗素子について，第２固定強磁性層１３に印加される交換バイアス磁場を示す。
【図１０】図１０は，従来の磁気抵抗素子を示す。
【符号の説明】
１：基板
２：下地層
２ａ：シード層
２ｂ：初期強磁性層
３：反強磁性層
４：固定強磁性層
４ａ：表面
５：トンネルバリア層
６：自由強磁性層
７：表面保護層
１１：第１固定強磁性層
１２：非磁性層
１３：第２固定強磁性層
１０１：反強磁性層
１０２：固定強磁性層
１０３：トンネルバリア層
１０４：自由強磁性層
【図１】
2004119903.tif 000003
【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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