(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有し、磁化の向きが可変な記録層と、
膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有し、磁化の向きが不変な参照層と、
前記記録層と前記参照層との間に設けられた非磁性層と、
前記記録層の前記非磁性層が設けられた側と反対側に設けられた第１の下地層と、
前記記録層と前記第１の下地層との間に設けられた第２の下地層と、
を具備し、
前記第２の下地層は、３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２以下の濃度を有するＰｄ膜であり、
前記記録層は、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢのうち少なくとも２つを含む第１の磁性層と、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ又はＷから選択される少なくとも１つの挿入膜とを有し、
前記第１の磁性層は、前記非磁性層側に配置され、前記挿入膜は、前記第２の下地層側に配置されている、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有し、磁化の向きが可変な記録層と、
膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有し、磁化の向きが不変な参照層と、
前記記録層と前記参照層との間に設けられた非磁性層と、
前記記録層の前記非磁性層が設けられた側と反対側に設けられた第１の下地層と、
前記記録層と前記第１の下地層との間に設けられた第２の下地層と、
を具備し、
前記第２の下地層は、３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２以下の濃度を有するＰｄ膜であり、
前記記録層は、ＣｏＦｅＢ膜からなる第１の磁性層と、ＣｏＦｅ膜からなる第２の磁性層とを有し、
前記第１の磁性層は前記非磁性層側に配置され、前記第２の磁性層は前記第２の下地層側に配置され、
前記第１の磁性層におけるＦｅの濃度は、前記第２の磁性層におけるＦｅの濃度より高い、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記記録層は、Ｃｏ及びＴｂのうち少なくとも１つを含む第２の磁性層を、さらに有し、
前記第２の磁性層は、前記挿入膜と前記第２の下地層との間に配置されている、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４】
前記記録層は、Ｃｏ及びＴｂのうち少なくとも１つを含む第２の磁性層と、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢのうち少なくとも２つを含む第３の磁性層とを、さらに有し、
前記第２の磁性層は、前記挿入膜と前記第２の下地層との間において前記第２の下地層側に配置され、前記第３の磁性層は、前記挿入膜と前記第２の下地層との間において前記挿入膜側に配置されている、
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５】
前記第２の磁性層がＣｏ膜である場合、
前記Ｃｏ膜は、膜面内方向において、１．３５Å以上、１．５５Å以下の面間隔を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記記録層は、前記非磁性層と前記第１の磁性層との間において、前記非磁性層側の第１の界面磁性膜と前記第２の下地層側の第２の界面磁性膜とを含み、
前記第１の界面磁性膜は、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｚＢｚ（ｘ≦７５ａｔｍｉｃ％、０≦ｚ≦３０ａｔｍｉｃ％）であり、
前記第２の界面磁性膜は、（ＣｏｗＦｅ１００−ｗ）１００−ｚＢｚ（０≦ｚ≦３０ａｔｍｉｃ％、ｘ＜Ｗ）であることを特徴とする請求項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】
前記挿入膜が、Ｔａ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜又はＷ膜の中から選択される場合、
前記Ｔａ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜又はＷ膜は、ｂｃｃ｛００１｝面に配向していることを特徴とする請求項１、３、４、５及び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の下地層は、原子稠密面を有することを特徴とする請求項１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】
前記第１の下地層は、Ｉｒ膜、Ｐｔ膜、Ｒｕ膜、ＡｌＮ膜及びＮｂＮ膜からなるグループから選択される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】
請求項１乃至９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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピン注入型ＭＲＡＭ（Spin transfer type MRAM）は、セルサイズの縮小と書き込み電流の低減を両立できるＭＲＡＭとして、期待されている。
【０００３】
これまで主に検討されてきた面内磁化型の磁気抵抗効果素子は、形状磁気異方性を利用するのが一般的である。この場合、磁気異方性エネルギーを増加させるために、磁気抵抗効果素子のアスペクト比を大きくする、記録層の膜厚を厚くする、記録層の飽和磁化を大きくするなどの対策が必要となる。しかし、これらの方策は、スピン注入方式の特徴を考えたとき、いずれも反転電流の増大を招くため、微細化に適さない。
【０００４】
また、面内磁化型の磁気抵抗効果素子は、形状により発現する磁気異方性を利用しているため、反転電流は形状のばらつきに敏感となる。その結果として、微細化に伴い形状のばらつきが増加すると、反転電流のばらつきも増加する。
【０００５】
これに対して、磁気抵抗効果素子を構成する強磁性材料に、膜面に対して垂直方向に磁気異方性を有する垂直磁化膜を用いることが考えられている。
【０００６】
垂直磁化型の磁気抵抗効果素子に、磁性層の結晶磁気異方性が利用される場合、素子（磁性層）の形状異方性を利用しないため、素子形状を面内磁化型に比べて小さくすることができる。また、垂直磁化型の磁気抵抗効果素子は、磁化容易方向の分散も小さくできる。そのため、垂直磁化型の磁気抵抗効果素子は、大きな結晶磁気異方性を有する材料を採用することにより、熱擾乱耐性を維持しつつ、微細化と低電流化の両立が実現できると期待される。
【０００７】
ＭＲＡＭの実用化に向けて、垂直磁化型の磁気抵抗効果素子は、デバイス特性の向上が求められている。また、垂直磁化型の磁気抵抗効果素子は、製造工程中の高温プロセスに耐えることも要求される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】M. Nakayama et al., “Spin transfer switching in TbCoFe/ CoFeB/MgO/CoFeB/TbCoFe magnetic tunnel junctions with perpendicular anisotropy”, Journal of Applied Physics, vol 103, 07A710 (2008）
【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素子特性の向上を図る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の磁気抵抗効果素子は、膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有し、磁化の向きが可変な記録層と、膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有し、磁化の向きが不変な参照層と、前記記録層と前記参照層との間に設けられた非磁性層と、前記記録層の前記非磁性層が設けられた側と反対側に設けられた第１の下地層と、前記記録層と前記第１の下地層との間に設けられた第２の下地層と、を具備し、前記第２の下地層は、３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２以下の濃度を有するＰｄ膜であり、前記記録層は、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢのうち少なくとも２つを含む第１の磁性層と、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ又はＷから選択される少なくとも１つの挿入膜とを有し、前記第１の磁性層は、前記非磁性層側に配置され、前記挿入膜は、前記第２の下地層側に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の磁気抵抗効果素子の基本構造を示す図。
【図２】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図。
【図３】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造の変形例を示す断面図。
【図４】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子のＭＲ比を示す図。
【図５】第１の実施形態の磁気抵抗効果素子の顕微鏡画像を示す図。
【図６】Ｃｏ膜の結晶構造を説明するための図。
【図７Ａ】Ｃｏ膜の結晶構造を説明するための図。
【図７Ｂ】Ｃｏ膜の結晶構造を説明するための図。
【図８】磁気抵抗効果素子のＥＥＬＳの測定結果を示す図。
【図９】磁気抵抗効果素子のＭＲ比とＰｄ膜の膜厚の関係を示す図。
【図１０Ａ】磁性層の磁気特性を示す図。
【図１０Ｂ】磁性層の磁気特性を示す図。
【図１０Ｃ】磁性層の磁気特性を示す図。
【図１０Ｄ】磁性層の磁気特性を示す図。
【図１０Ｅ】磁性層の磁気特性を示す図。
【図１１】第２の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図。
【図１２】第３の実施形態の磁気抵抗効果素子の構造を示す断面図。
【図１３】実施形態の適用例のＭＲＡＭを示す回路図。
【図１４】適用例のＭＲＡＭのメモリセルの構造を示す断面図。
【図１５】適用例のＭＲＡＭのメモリセルの製造方法の一工程を示す断面図。
【図１６】適用例のＭＲＡＭのメモリセルの製造方法の一工程を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、各実施形態に係る磁気抵抗効果素子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】
［実施形態］  
（１）  第１の実施形態  
図１乃至図１０Ｄを参照して、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子について説明する。
【００１４】
（ａ）  基本例  
図１は、本実施形態の磁気抵抗効果素子の基本構造を示す断面構造図である。
【００１５】
本実施形態の磁気抵抗効果素子は、２つの磁性層１０，２０と、２つの磁性層１０，２０間に設けられた非磁性層３０とを含む。
【００１６】
２つの磁性層１０，２０は、磁性層１０，２０の磁化が膜面に対して垂直方向を向いた垂直磁化膜である。
【００１７】
磁性層１０，２０は、１つの膜又は複数の膜を含んでいる。
【００１８】
２つの磁性層１０，２０のうち、一方の磁性層１０の磁化の向きは可変であり、他方の磁性層２０の磁化の向きは不変である。図１に示される例において、磁性層１０の磁化の向きは可変であり、磁性層２０の磁化の向きは不変である。本実施形態において、磁化の向きが可変な磁性層のことを、記録層（磁化自由層、自由層、記憶層ともよばれる）とよび、磁化の向きが不変な磁性層のことを、参照層（磁化不変層、固定層ともよばれる）とよぶ。
【００１９】
記録層１０の磁化の向きは、磁気抵抗効果素子１に流された書き込み電流Ｉｗに起因するスピン注入によって、変化される。すなわち、記録層１０の磁化の向きは、スピン偏極した電子が、記録層１０の磁化（スピン）に作用することによって、変化する。
【００２０】
ここで、「参照層２０の磁化方向が不変である」とは、記録層１１の磁化方向を反転させるために使用される磁化反転電流（反転しきい値）を、参照層２０に流した場合に、参照層２０の磁化の向きが変化しないことを意味する。したがって、ＭＴＪ素子１において、反転しきい値の大きな磁性層を参照層２０として用い、参照層２０よりも反転しきい値の小さい磁性層を記録層１０として用いることによって、磁化方向が可変の記録層１０と磁化方向が不変の参照層２０とを備えたＭＴＪ素子１が形成される。
【００２１】
記録層１０は、コバルト（Ｃｏ）膜、タンタル（Ｔａ）膜、ニオブ膜（Ｎｂ）膜、モリブデン膜（Ｍｏ）膜及びタングステン（Ｗ）膜からなるグループから選択される少なくとも１つの膜１２Ｂ，１２Ｃを含んでいる。以下では、タンタル（Ｔａ）膜、ニオブ膜（Ｎｂ）膜、モリブデン膜（Ｍｏ）膜及びタングステン（Ｗ）膜のことを、挿入膜（又は金属膜）とよぶ。
【００２２】
記録層１０において、非磁性層３０に隣接して設けられた部分（層、膜）は、界面層ともよばれる。
【００２３】
記録層１０が下地層上のＣｏ膜１２Ｂを含んでいる場合、そのＣｏ膜１２Ｂは、Ｃｏ膜１２Ｂの断面方向において１．３５Å以上、１．５５Å以下の面間隔を有している。Ｃｏ膜１２Ｂは、ｈｃｐ（hexagonal closed packed lattice）又はｂｃｃ（body centered cubic lattice）の結晶構造を有し、ｈｃｐ（１０２）面及びそれに等価な面、又は、ｂｃｃ（００１）面及びそれに等価な面に配向している。尚、Ｃｏ膜の代わりに、Ｔｂ膜が用いられてもよい。また、ＣｏとＴｂの両方を含む膜１２Ｂが記録層１０であってもよい。記録層１０内のＣｏ又Ｔｂの少なくとも１つを含む膜のことを、磁性層（第２の磁性層）、または、Ｔａ膜などと同様に、挿入膜ともよぶ場合もある。
【００２４】
挿入膜がＴａ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜又はＷ膜から選択された膜である場合、挿入膜としてのＴａ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜又はＷ膜１２Ｃは、ｂｃｃ構造を有する。そして、Ｔａ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜又はＷ膜は、ｂｃｃ（００１）面及びそれに等価な面（ｂｃｃ｛００１｝面）に対して配向している。
【００２５】
Ｔａ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜又はＷ膜が挿入膜１２Ｃとして用いられた場合、例えば、記録層１０は、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢのうち少なくとも２種類の元素を含む磁性膜を含み、この磁性膜が、Ｔａ膜（又はＷ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜）１２上に、設けられている。Ｔａ膜（又はＮｂ膜、Ｍｏ膜、Ｗ膜）１２Ｃ上の磁性膜（例えば、ＣｏＦｅＢ膜又はＦｅＢ膜）は、ｂｃｃ（００１）面及びそれに等価な面に対して配向している。
【００２６】
尚、本実施形態において、ある膜又は層が、ある結晶面に配向している場合、ある１つの配向面のみ示す場合があるが、膜又は層が示された結晶面と等価な結晶面に配向しているのはもちろんである。また、結晶面に限らずに結晶方位に関しても同様である。
【００２７】
下地層（第１の下地層）４０と記録層１０とが隣接する界面において、下地層４０は、原子稠密面を有する。例えば、記録層１０と下地層４０との界面に、Ｐｄ膜１１が設けられている。Ｐｄ膜１１は、Ｐｄ膜１１上の膜に対して実質的に下地層（第２の下地層）として機能する。また、第２の下地層としてのＰｄ膜１１の密度が、３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２以下に設定される。
【００２８】
以上のように、本実施形態の磁気抵抗効果素子において、挿入膜１２Ｂ，１２Ｃを含む記録層１０は、原子稠密面を有する下地層４０上及びＰｄ膜１１上に設けられる。そして、挿入膜１２を含む記録層１０は、膜面に対して垂直な方向に磁気異方性を有する。また、挿入膜１２は、下地層４０に起因する不純物が、非磁性層３０の内部、或いは、非磁性層３０と記録層１０との界面に拡散するのを抑制する。
【００２９】
これによって、本実施形態の磁気抵抗効果素子は、その素子特性、例えば、ＭＲ比を向上できる。
【００３０】
（ｂ）  構成例  
図２乃至図１０Ｄを用いて、本実施形態の構成例１の磁気抵抗効果素子について、説明する。  
図２及び図３に示されるように、本構成例１のＭＴＪ素子１Ａ，１Ｂは、下部電極５１、下地層４０、記録層１０、非磁性層３０、参照層２０及び上部電極５２とを含んでいる。
【００３１】
本構成例１の磁気抵抗効果素子１Ａ，１Ｂは、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素子とよぶ。
【００３２】
本構成例１のＭＴＪ素子１Ａ，１Ｂは、参照層２０が、非磁性層３０を挟んで、記録層１０上に積層された構造を有し、いわゆる、トップピン構造のＭＴＪ素子である。
【００３３】
本構成例１のＭＴＪ素子１Ａ，１Ｂにおいて、記録層１０及び参照層２０は、多層構造を有する。以下において、部材Ａ及び部材Ｂからなる多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（膜）“Ａ”が、“／”の右側の部材（膜）“Ｂ”上に積層されていることを示している。
【００３４】
図２に示されるように、下部電極５１は、基板（図示せず）上に設けられている。
【００３５】
下部電極５２は、例えば、複数の導電膜を含む多層構造を有している。下部電極５２は、例えば、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａの多層構造を有している。下層のＴａ膜は、１５０Å（15nm）の膜厚を有している。Ｔａ膜上のＣｕ膜は、３５０Å（35nm）の膜厚を有している。銅（Ｃｕ）膜上のＴａ膜は、２００Å（20nm）の膜厚を有している。
【００３６】
下地層（第１の下地層）４０は、下部電極５１上に設けられる。下地層４０は、Ｉｒ／Ｒｕの多層構造を有している。すなわち、イリジウム（Ｉｒ）膜４２が、ルテニウム（Ｒｕ）膜４１上に積層されている。Ｒｕ膜４１は５０Å（5nm）の膜厚を有し、Ｉｒ膜４２は３０Å（3nm）の膜厚を有している。
【００３７】
記録層１０は、原子稠密面を有する下地層４０上に設けられている。
【００３８】
非磁性層３０は、記録層１０上に設けられている。本実施形態において、非磁性層３０は、ＭｇＯ膜である。非磁性層３０にＭｇＯ膜のような絶縁体が用いられた場合、非磁性層３０はトンネルバリア層とよばれる。以下では、ＭｇＯ膜を用いた非磁性層３０のことを、トンネルバリア層とよぶ。トンネルバリア層３０としてのＭｇＯ膜は、１０Å（1nm）の膜厚を有する。
【００３９】
参照層２０は、トンネルバリア層３０上に設けられている。参照層２０は、多層構造を有する。多層構造の参照層２０は、ＴｂＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ層の構造を有する。多層構造の参照層２０において、最下層のコバルト−鉄−ボロン（ＣｏＦｅＢ）膜は、トンネルバリア層（ＭｇＯ膜）３０に接する。最下層のＣｏＦｅＢ膜は、１５Å（1.5nm）の膜厚を有する。ＣｏＦｅＢ膜上のＴａ膜は、３Å（0.3nm）の膜厚を有する。Ｔａ膜上のＣｏＦｅＢ膜は、最下層のＣｏＦｅＢ膜より薄く、例えば、４Å（0.4nm）の膜厚を有する。参照層２０の最上層のテルビウム−コバルト−鉄（ＴｂＣｏＦｅ）膜は、１２０Å（12nm）の膜厚を有する。ＴｂＣｏＦｅ膜は、例えば、上部電極５２に接触する。
【００４０】
上部電極５２は、参照層２０上に設けられる。上部電極５２は、Ｒｕ／Ｔａの積層構造を有する。Ｔａ膜は、参照層２０の上面（ここでは、ＴｂＦｅＢ膜）に接触する。Ｒｕ膜は、Ｔａ膜上に積層されている。Ｔａ膜は、５０Å（5nm）の膜厚を有する。Ｒｕ膜は、２００Å（20nm）の膜厚を有する。
【００４１】
本構成例において、記録層１０は、多層構造を有する。  
図２に示されるＭＴＪ素子１Ａにおいて、記録層１０は、ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄからなる多層構造を有する。
【００４２】
記録層１０の最下層のパラジウム（Ｐｄ）膜１１は、下地層４０に接触する。Ｐｄ膜１１の膜厚は、例えば、２Å（0.2nm）である。
【００４３】
Ｐｄ膜１１上に、Ｃｏ膜１２Ｂが設けられている。Ｃｏ膜１２Ｂは、５Å（0.5nm）程度の膜厚を有する。Ｃｏ膜１２Ｂは、垂直磁化膜であるとともに、記録層１０の挿入膜として用いられる。Ｃｏ膜１２Ｂの代わりに、Ｔｂ膜が用いられてもよい。また、ＣｏＴｂ膜が挿入膜１２Ｂとして用いられてもよい。
【００４４】
Ｃｏ膜１２Ｂ上に、ＣｏＦｅＢ膜１３が、設けられている。ＣｏＦｅＢ膜１３は、４Å（0.4nm）の膜厚を有する。ＣｏＦｅＢ膜１３上に、Ｔａ膜１２Ｃが設けられている。Ｔａ膜１２Ｃは、３Å(0.3nm)の膜厚を有する。Ｔａ膜１２Ｃ上に、ＦｅＢ膜１５が、設けられている。ＦｅＢ膜１５は、記録層１０の最上層の膜であり、ＦｅＢ膜１５は、トンネルバリア層（ＭｇＯ膜）２０に接触する。ＦｅＢ膜１５は、８Å（0.8nm）の膜厚を有する。
【００４５】
ここで、ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ層は、記録層（Ｃｏ膜）１０とトンネルバリア層（ＭｇＯ膜）３０との界面層としても、用いられている。
【００４６】
界面層のＦｅＢ膜１５及びＣｏＦｅＢ膜１３において、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＢのうち少なくとも２つの元素からなる合金膜であれば、膜内のＣｏ、Ｆｅ及びＢの組成比は、適宜変更可能である。例えば、ＦｅＢ膜１５は、ＣｏＦｅＢ膜でもよい。ＣｏＦｅＢ膜１３のように、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢからなる膜（合金膜）も、垂直磁気異方性を示す。
【００４７】
非磁性層に隣接する側の記録層１０の膜（第１の磁性層）１５において、ＦｅＢ膜の代わりにＣｏＦｅＢ膜が用いられてよい。この場合、そのＣｏＦｅＢ膜１５に含まれるＦｅの組成が、下地層側のＣｏＦｅＢ膜（第２の磁性層）１３に含まれるＦｅの組成より多くなるように、界面層の組成が設計されることが好ましい。また、この場合、非磁性層３０側のＣｏＦｅＢ膜１５のＣｏの組成が、下地層４０側のＣｏＦｅＢ膜１３のＣｏの組成より少なくなるように、界面層の組成が設計されることが好ましい。
【００４８】
例えば、非磁性層３０側の界面層内の磁性膜（第２の界面磁性膜）１５の組成が、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｚＢｚで示される場合、ｘ≦７５ａｔｏｍｉｃ％、０≦ｚ≦３０ａｔｍｉｃ％の関係であることが好ましい。一方、例えば、下地層４０側（Ｐｄ膜１１側）の界面層内の磁性膜（第１の界面磁性膜）１３の組成が、（ＣｏｗＦｅ１００−ｗ）１００−ｚＢｚで示される場合、０≦ｚ≦３０ａｔｍｉｃ％、ｘ＜Ｗの関係であることが好ましい。２つの磁性膜１３，１５は、Ｔａ膜などの挿入膜１２Ｃを挟んでいる。
【００４９】
非磁性層側のＣｏＦｅＢ膜１５は、主に、ＭＴＪ素子のＭＲ比を向上させるための機能層として用いられるため、トンネルバリア層としてのＭｇＯ膜に対して格子整合性が良質な材料をさせることが望ましい。ｈｃｐ−Ｃｏよりｂｃｃ−Ｆｅの方が、ＭｇＯに対して格子整合性が良好なため、ＣｏＦｅＢ膜１５は、Ｆｅの組成をＣｏの組成に対して多くすることが好ましい。
【００５０】
また、下地層側のＣｏＦｅＢ膜１３は、主に、記録層の垂直磁気異方性を向上させるための機能層として用いられる。結晶磁気異方性の大きさは、ＦｅよりＣｏが大きいため、ＣｏＦｅＢ膜１３はＣｏの組成をＦｅの組成に対して多くすることが好ましい。
【００５１】
ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ構造が界面層に用いられる代わりに、ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＢ構造、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＢ構造、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ構造のいずれかが、界面層に用いられてもよい。尚、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ構造の界面層において、トンネルバリア層側のＣｏＦｅＢ膜１５のＦｅの組成（濃度）が、下地層側のＣｏＦｅＢ膜１３のＦｅの組成（濃度）より多い。
【００５２】
また、Ｔａ膜（金属膜）１２Ｃは、界面層であるとともに、記録層１０の挿入膜として用いられる。尚、高融点金属であれば、Ｔａ膜１２Ｃの代わりに、Ｗ膜、Ｎｂ膜又はＭｏ膜が、挿入膜（金属膜）として、用いられてもよい。
【００５３】
図２のＭＴＪ素子１Ａにおいて、記憶層１０内のＰｄ膜１１は、下地層（第２の下地層）としても機能する。それゆえ、Ｐｄ膜１１を下地層４０に含める場合もある。Ｐｄ膜１１の結晶構造は、ｆｃｃ（face center cubic lattice）構造であり、（１１１）方向に配向した稠密面を有する。
【００５４】
図３は、図２のＭＴＪ素子の変形例を示している。  
図３に示される記録層１０は、ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄ／Ｃｏ層からなる多層構造を有する。
【００５５】
図３のＭＴＪ素子の記録層１０において、記録層１０の最下層のＣｏ膜１２Ａは、下地層４０に接触する。Ｐｄ膜１１は、膜の積層方向において、２つのＣｏ膜１２Ａ，１２Ｂに挟まれている。ここで、Ｐｄ膜１１と下地層４０との間のＣｏ膜１２Ａのことを、下部Ｃｏ膜１２Ａとよぶ。Ｐｄ膜１１上のＣｏ膜１２Ｂのことを、上部Ｃｏ膜１２Ｂとよぶ。
【００５６】
Ｐｄ膜１１を挟んでいるＣｏ膜１２Ａ，１２Ｂの膜厚において、下部Ｃｏ膜１２Ａの膜厚は、（５−ｘ）Åで示され、上部Ｃｏ膜１２Ｂの膜厚は、ｘÅで示される。これらのＣｏ膜１２Ａ，１２Ｂの膜厚の関係において、上部Ｃｏ膜１２Ｂの膜厚が厚くなれば、下部Ｃｏ膜１２Ｂの膜厚は薄くなる。例えば、上部Ｃｏ膜１２Ｂの膜厚が、３Åであれば、下部Ｃｏ膜１２Ａの膜厚は２Åである。
【００５７】
本構成例のＭＴＪ素子１Ａ，１Ｂの記録層１０において、上部Ｃｏ膜１２Ｂの膜厚を示す“ｘ”の値は、０より大きく、５以下の値を示す。ｘ＝５の場合、下部Ｃｏ膜１２Ａの膜厚が０Å、上部Ｃｏ膜１２Ｂの膜厚が５Åとなる。ｘ＝５である場合が、図２に示されるＭＴＪ素子１Ａの構造に相当する。  
尚、ＭＴＪ素子１Ａ，１Ｂ内の多層構造を有する構成部材は、膜の堆積時において上述の多層構造を有するが、堆積後の熱の印加によって、隣接する膜の界面における化合物の形成、或いは、合金化が生じる場合があるのは、もちろんである。
【００５８】
上述のように、記録層１０及び参照層２０は、その磁化の向きが膜面（積層方向）に対して垂直な垂直磁化膜である。
【００５９】
本実施形態のＭＴＪ素子は、例えば、スピン注入磁化反転方式によって、記録層１０と参照層２０との相対的な磁化の向きが反転される。
【００６０】
記録層１０の磁化の向きと参照層２０の磁化の向きとを平行状態にする場合、つまり、記録層１０の磁化の向きを参照層２０の磁化の向きと同じにする場合、記録層１０から参照層２０に向かって流れる電流Ｉｗ（図１参照）が、ＭＴＪ素子１Ａ，１Ｂに供給される。この場合、電子は、トンネルバリア層３０を経由して、参照層２０から記録層１０に向かって移動する。参照層２０及びトンネルバリア層３０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２０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、記録層１０の磁化に印加され、記録層１０の磁化の向きが反転する。この平行配列（平行状態）のとき、ＭＴＪ素子１の抵抗値は最も小さくなる。
【００６１】
記録層１０の磁化の向きと参照層２０の磁化の向きとを反平行状態にする場合、つまり、記録層１０の磁化の向きを参照層２０の磁化の向きに対して反対にする場合、参照層２０から記録層１０に向かって流れる電流が、ＭＴＪ素子１Ａに供給される。この場合、電子は、記録層１０から参照層２０に向かって移動する。参照層１１Ａ，１１Ｂの磁化の向きと反平行のスピンをもつ電子は、参照層２０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、記録層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、記録層１０の磁化に印加され、記録層１０の磁化の向きは、参照層２０の磁化の向きと反対（反平行配列）になる。この反平行配列（反平行状態）のとき、ＭＴＪ素子１の抵抗値は最も大きくなる。
【００６２】
図４は、図２及び図３に示されるＭＴＪ素子のＭＲ比（Magnetic Resistance Ratio）を示している。
【００６３】
図４の縦軸は、ＭＴＪ素子のＭＲ比（単位：［％］）を示している。ＭＲ比は、“（ＲＡＰ−ＲＰ）／ＲＰ”で示される。“ＲＰ”は、記録層１０と参照層２０との磁化の向きが平行状態の場合における抵抗値を示し、“ＲＡＰ”は、記録層１０と参照層２０との磁化の向きが反平行状態の場合における抵抗値を示す。
【００６４】
図４の横軸は、記録層１０内に含まれている上部／下部Ｃｏ膜１２Ａ，１２Ｂの膜厚（５−ｘ），ｘの“ｘ”の値（単位：膜厚［Å］）に対応している。
【００６５】
図２に示されるＭＴＪ素子１のＭＲ比は、ｘ＝５の場合に相当する。ここでは、図３に示されるＭＴＪ素子１Ａの上部Ｃｏ膜１２Ｂの膜厚ｘが０Åの場合、即ち、Ｃｏ膜がＭｇＯ膜３０とＰｄ膜１１との間に設けられていない場合における、ＭＴＪ素子１のＭＲ比も示されている。膜厚ｘが０Åの場合、Ｐｄ膜が界面層（ここでは、ＣｏＦｅＢ膜１３）に接触する。
【００６６】
ＭＲ比が測定された各ＭＴＪ素子において、ＭＴＪ素子の形成後に加熱処理が実行されている。ＭＴＪ素子に対する加熱処理は、真空中において、３２５℃の温度で、３０分間、実行されている。この加熱処理によって、Ｐｄ膜とＣｏ膜とが合金化する場合がある。加熱処理は、ＭＴＪ素子のＭＲ比の向上を目的として実行される。
【００６７】
図４に示されるように、膜厚ｘ＝０Åの場合、つまり、Ｃｏ膜がＭｇＯ膜３０とＰｄ膜１１との間に設けられていない場合、そのＭＴＪ素子のＭＲ比は、９０％程度である。そのＭＴＪ素子の抵抗値（面積抵抗）ＲＡは、２３Ωμｍ２程度である。
【００６８】
膜厚ｘ＝５Åの場合、つまり、Ｃｏ膜がＰｄ膜１１と下地層４０との間に設けられているＭＴＪ素子（図２の素子）の場合、そのＭＴＪ素子１ＢのＭＲ比は、１６２％程度である。そのＭＴＪ素子１Ａの面積抵抗ＲＡは、２５Ωμｍ２程度である。
【００６９】
ｘ＝１Å〜４Å（0.1nm〜0.4nm）の場合、つまり、図３に示されるＭＴＪ素子の場合、１００％〜１５０％の範囲内で、変化する。
【００７０】
図４に示されるように、トンネルバリア層３０とＰｄ膜１１との間に設けられた上部Ｃｏ膜１２Ｂの膜厚が厚くなり、且つ、下地層４０とＰｄ膜１１との間に設けられた下部Ｃｏ膜１２Ａの膜厚が薄くなる（０Åになる）にしたがって、ＭＴＪ素子１Ａ，１ＢのＭＲ比は向上する。
【００７１】
図５は、透過型電子顕微鏡によるＭＴＪ素子の観測結果を示している。図５には、図２（ｘ＝５Å）のＭＴＪ素子１Ａ及び上部Ｃｏ膜の膜厚ｘが０ÅであるＭＴＪ素子の透過型電子顕微鏡画像がそれぞれ示されている。
【００７２】
図５の（ａ）及び（ｂ）は、各ＭＴＪ素子のＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）の観測画像を示している。図５の（ａ）及び（ｂ）のＴＥＭ画像は、暗視野における観測結果が示されている。図５の（ｃ）は、各ＭＴＪ素子の断面の多波干渉像を示している。
【００７３】
図５の（ａ）のＴＥＭ画像は、膜面に対して垂直方向における結晶の面間隔ｄ＝２．０Å〜２．２Å（0.20〜0.22nm）に相当する回折スポットに、ＴＥＭの対物絞りが設定された場合におけるＭＴＪ素子の断面の観測画像を示している。この面間隔（２．０〜２．２Å）は、ＭｇＯ（００２）面、Ｒｕ（００２）面、或いはＣｏＦｅ（０１１）面の面間隔に相当する。
【００７４】
図５の（ｂ）のＴＥＭ画像は、膜面に対して垂直方向における結晶の面間隔ｄ＝１．３５Å〜１．５５Å（0.135〜0.155nm）に相当する回折スポットに、ＴＥＭの対物絞りが設定された場合におけるＭＴＪ素子の断面の観測画像を示している。この面間隔（１．３５〜１．５５Å）は、ＣｏＦｅ（００２）面の面間隔に相当する。
【００７５】
図５の（ａ）において、（ａ）の上段に上部Ｃｏ膜（ｘ＝５Å）を有するＭＴＪ素子１Ａ（図２の構造）が示され、（ａ）の下段に上部Ｃｏ膜（ｘ＝０Å）が無いＭＴＪ素子１Ａが示されている。図５の（ｂ）及び図５の（ｃ）においても、図５の（ａ）と同様に、（ｂ）及び（ｃ）の上段に上部Ｃｏ膜（ｘ＝５Å）を有するＭＴＪ素子１Ａ（図２の構造）が示され、（ｂ）及び（ｃ）の下段に上部Ｃｏ膜（ｘ＝０Å）が無いＭＴＪ素子１Ａが示されている。
【００７６】
図５の（ａ）に示されるように、図５の（ａ）の測定条件において、本実施形態の記録層１０としてのＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄ層は、ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｐｄ／Ｃｏ層に比較して、ＭｇＯ膜に相当する箇所において、白くなっている部分が多い。これは、本実施形態のＭＴＪ素子１Ａのトンネルバリア層としてのＭｇＯ膜は、膜断面方向（膜面内方向）においてＭｇＯ（００２）面及びそれに等価な面（｛００２｝面）の結晶量が多いことを示している。
【００７７】
ＭｇＯ膜の結晶量が多い、つまり、ＭｇＯ膜の結晶性が向上していることによって、トンネルバリア層としてのＭｇＯ膜のスピンフィルター効果を向上できる。その結果として、本実施形態のＭＴＪ素子１Ａは高いＭＲ比が得られる。
【００７８】
図５の（ｂ）に示される観測画像から、各回折スポット（面間隔）の設定条件とＣｏ膜の膜厚（Ｐｄ膜とＣｏ膜の積層構造）とを、それぞれ比較する。
【００７９】
膜面に対して直方向における結晶の面間隔ｄ＝１．３５Å〜１．５５Åに相当する回折スポットに、ＴＥＭの対物絞りが設定された観測条件下において、本実施形態の記録層１０としてのＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄ層は、他の回折スポットによる観測画像やＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｐｄ／Ｃｏ層１０’よりも、白くなっている部分が多い。これは、本実施形態のＭＴＪ素子１Ａの記録層１０は、膜断面方向（膜面内方向）においてＣｏＦｅ（００２）面及びそれに等価な面（｛００２｝面）、或いは、ｈｃｐ−Ｃｏ膜のｈｃｐ（１０２）面及びそれに等価な面の結晶量が多いことを示している。
【００８０】
Ｃｏ（Ｃｏ膜）は、一般的にｈｃｐ（hexagonal closed packed）構造を有し、稠密面が安定構造となる。
【００８１】
図６は、Ｃｏの面間隔と結晶構造との関係を示している。
【００８２】
図６に示されるように、Ｃｏの面間隔ｄが１．３５Å〜１．５５Åである場合、ｈｃｐ−Ｃｏ膜はｈｃｐ（１０２）面の結晶構造を有する。  
或いは、下地層４０上のＣｏ膜は、下地層の影響により、ｈｃｐ構造からｂｃｃ構造に変化（相転移）する。ｂｃｃ−Ｃｏ膜の面間隔ｄが１．３５Å〜１．５５Åである場合、ｂｃｃ−Ｃｏ膜はｂｃｃ（００１）面の結晶構造を有する。
【００８３】
このように、図５に示されるＴＥＭによる観測結果は、Ｃｏ膜が稠密面を有するＩｒ或いはＰｄ／Ｉｒ積層構造上に形成された場合、そのＣｏ膜は、膜の断面方向（膜面垂直方向）に対する面間隔ｄが１．３５Åから１．５５Å程度に相当する結晶構造を有することを、示している。  
つまり、図５に示されるＴＥＭによる観測結果は、Ｃｏ膜が稠密面を有するＩｒ膜又はＰｄ／Ｉｒ膜上に形成された場合、そのＣｏ膜はｈｃｐ（００１）構造とならない（ｈｃｐ（００１）面に優先配向しない）ことを示している。
【００８４】
本実施形態のように、Ｃｏ膜１２Ｂが稠密面を有する下地層（ここでは、Ｉｒ膜又はＰｄ／Ｉｒ積層構造）上に形成された場合、Ｃｏ膜１２Ｂは、ｈｃｐ（１０２）面或いはｂｃｃ（００１）面に配向している。尚、Ｃｏ膜１２Ｂはｈｃｐ（１０２）面に等価な面或いはｂｃｃ（００１）面に等価な面に対しても結晶配向しているのはもちろんである。
【００８５】
尚、ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｐｄ／Ｃｏ層は、Ｃｏ膜がＩｒ膜上に設けられているが、Ｃｏ膜とＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ膜との間のＰｄが拡散し、ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ膜の結晶化を阻害する。それゆえ、ＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｐｄ／Ｃｏ層は、本実施形態の記録層としてのＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄ層よりも、ｈｃｐ（１０２）面或いはｂｃｃ（００１）面に結晶配向した結晶の量が少なくなる。
【００８６】
図７Ａ及び図７Ｂは、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）の結晶構造を示す。図７Ａは、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）面を膜面に対して垂直方向（上方）から見た結晶構造を示し、図７Ｂは、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）面を膜の断面方向から見た結晶構造を示している。
【００８７】
ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）面の結晶構造は、膜の面内方向（膜水平方向）に対して長方形の構造を有している。長方形の結晶面のうち、一方の面間隔（短辺の格子定数）ｄ１は２．５Åであり、他方の面間隔（長辺の格子定数）ｄ２は６．５Åである。
【００８８】
２．５Åの面間隔ｄ１は、ｂｃｃ−ＣｏＦｅ（１００）面の膜面内方向の格子定数２．８Åに格子整合する。  
６．５Åの面間隔ｄ２は、ＭｇＯ（１００）面における膜の面内方向の格子定数４．２Åに対して、格子整合する。但し、この場合、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）面の面間隔ｄ２とＭｇＯ（１００）面の格子定数とが１対１で格子整合するのではなく、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）の面間隔ｄ２とＭｇＯ（１００）面の格子定数との公倍数に近似した値で、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）面とＭｇＯ（１００）面とが格子整合する。例えば、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）面における面間隔ｄ２の２つ分（６．５×２＝１３Å）に対して、ＭｇＯ（１００）面における格子定数の３つ分（４．２×３＝１２．６Å）が、実質的に格子整合する。
【００８９】
尚、ＭｇＯ（１００）面は、ＭｇＯ（００１）面又はＭｇＯ（００２）面に実質的に等価である。ｂｃｃ−ＣｏＦｅにおいても、ｂｃｃ−ＣｏＦｅ（１００）面は、ｂｃｃ−ＣｏＦｅ（００１）面に実質的に等価である。
【００９０】
Ｃｏ膜１２Ｂがｂｃｃ−Ｃｏ（００１）の構造を有する、つまり、ｂｃｃ−Ｃｏ（１００）面に配向している場合、ｂｃｃ−Ｃｏ（００１）面が、ＣｏＦｅ（１１０）面、或いは、ＭｇＯ（１００）面に格子整合する。
【００９１】
このように、稠密面を有するＩｒ膜４０或いはＰｄ／Ｉｒ膜１１，４０上に、Ｃｏ膜１２Ｂが形成された場合、原子稠密面上のＣｏ膜１２Ｂは、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）又はｂｃｃ−Ｃｏ（００１）の結晶構造を有し、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）面又はｂｃｃ−Ｃｏ（００１）面に優先配向している。これによって、Ｃｏ膜１２ＢとＣｏ膜１２Ｂ上のＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ層３０，１５との格子不整合が緩和される。
【００９２】
つまり、Ｃｏ膜１２Ｂが、ｈｃｐ−Ｃｏ（１０２）面又はｂｃｃ−Ｃｏ（００１）面に配向することによって、ＣｏＦｅＢ（１１０）膜及びＭｇＯ（１００）膜の結晶化が、促進される。それゆえ、トンネルバリア層３０としてのＭｇＯ膜のスピンフィルター効果が向上する。また、ＣｏＦｅＢ膜１５とＭｇＯ膜３０との界面の分極率が増加する。
【００９３】
その結果として、図４に示されるように、Ｐｄ膜１１と下地層４０との間のＣｏ膜１２Ａの膜厚が薄くなるにつれて、ＭＴＪ素子のＭＲ比が向上する。
【００９４】
また、図８は、ＭｇＯ／ＦｅＢ膜とＰｄ膜との間にＣｏ膜１２Ｂが設けられていない場合（ｘ＝０Å）のＭＴＪ素子に対する電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ：Electron Energy-Loss Spectroscopy）の測定結果を示している。図８において、グラフの横軸は、膜の積層方向における素子の上面から深さ（単位：ｎｍ）に対応し、各グラフの縦軸は検出された信号強度（任意単位）に対応している。
【００９５】
図８に、領域Ｄで示される領域が、ＭＴＪ素子のＭｇＯ膜の部分に相当する。図８に示されるように、ＭｇＯ膜とＰｄ膜との間にＣｏ膜（挿入膜）が設けられていない場合、領域Ｄにおいて、ＭｇＯ膜近傍又はＭｇＯ膜内部に、Ｐｄが拡散していることが測定される。
【００９６】
Ｐｄが、ＭｇＯ膜３０とＦｅＢ膜１５との界面、ＭｇＯ膜３０内、或いは、ＦｅＢ膜１５内に拡散した場合、ＭｇＯ膜３０とＦｅＢ膜１５との分極率の低下が生じ、ＭＴＪ素子のＭＲ比は減少する。
【００９７】
図２におけるＭＲ比の測定結果において、上部Ｃｏ膜の膜厚ｘの値が０Åの場合、つまり、ＭｇＯ膜３０とＰｄ膜１１との間にＣｏ膜１２Ｂが存在していない場合において、Ｐｄの拡散が、ＭＴＪ素子のＭＲ比が小さい原因の１つとして、挙げられる。
【００９８】
一方、ｘの値が０より大きい場合、Ｐｄ膜１１上にＣｏ膜１２Ｂが設けられ、Ｃｏ膜１２ＢがＰｄ膜１１とＭｇＯ膜／ＦｅＢ膜３０，１５との間に設けられている。このため、Ｐｄ膜１１とＭｇＯ膜／ＦｅＢ膜３０，１５との間隔が離れ、ＭｇＯ膜／ＦｅＢ膜３０，１５に対するＰｄの拡散が抑制される。または、Ｃｏ膜１２Ｂ中のＣｏが拡散したＰｄと結合し、ＣｏＰｄ合金が形成される。この合金化によって、拡散するＰｄの量が減少する。
【００９９】
本構成例１のＭＴＪ素子１Ａのように、Ｐｄ膜１１とＭｇＯ／ＦｅＢ膜３０／１５との間にＣｏ膜１２Ｂが設けられることによって、ＭｇＯ／ＦｅＢ膜３０／１５に対するＰｄの拡散が抑制されたものと考えられる。
【０１００】
以上のように、Ｐｄ膜と界面層（又は、ＭｇＯ膜）との間に、Ｃｏ膜が設けられることによって、ＭＴＪ素子のＭＲ比が向上する。
【０１０１】
したがって、本実施形態のＭＴＪ素子１Ａによれば、ＭＴＪ素子の特性を向上できる。
【０１０２】
ここで、図９を用いて、ＭＴＪ素子に対するＰｄ膜の膜厚の依存性について、説明する。
【０１０３】
図９は、ＭＴＪ素子内のＰｄ膜の膜厚と素子のＭＲ比との関係を示すグラフを示している。図９の横軸は、Ｐｄ膜の膜厚（単位：Å）を示し、図９の縦軸は、ＭＴＪ素子のＭＲ比（単位：％）を示している。
【０１０４】
測定に用いられたＭＴＪ素子の構造は、図２のＭＴＪ素子１Ａの構造と実質的に同じである。但し、測定されたＭＴＪ素子１Ａにおいて、Ｐｄ膜１１の膜厚は、０．７５Åから２Å程度まで、変化される。また、Ｐｄ膜１１上には、５Åの膜厚のＣｏ膜が設けられている。Ｃｏ膜上には、ＣｏＢ膜が設けられている。ＣｏＢ膜の膜厚は、４Å程度である。ＣｏＢ膜において、Ｃｏの組成は“８０”に設定され、Ｂの組成は“２０”に設定されている。ここでは、この組成のＣｏＢ膜を、Ｃｏ８０Ｂ２０膜と示す。Ｃｏ８０Ｂ２０膜上に、Ｔａ膜が設けられている。Ｔａ膜の膜厚は、３Å程度である。Ｔａ膜上に、ＣｏＦｅＢ膜が設けられている。ＣｏＦｅＢ膜の膜厚は、９Å程度である。ＣｏＦｅＢ膜において、ＣｏＦｅの組成は“８０”に設定され、Ｂの組成は“２０”に設定されている。さらに、ＣｏＦｅＢ膜において、ＣｏとＦｅとの組成比は、Ｃｏの組成が“１”に対してＦｅの組成は“９”に設定されている。以下では、この組成のＣｏＦｅＢ膜を、（Ｃｏ１Ｆｅ９）８０Ｂ２０膜と示す。
【０１０５】
図９において、上記のＭＴＪ素子の形成後に、その素子に対して３２５℃の加熱処理が３０分間施された場合及び素子に対して３００℃の加熱処理が３０分間施された場合が、それぞれ示されている。
【０１０６】
図９に示されるように、Ｐｄ膜１１の厚さが１．０Å程度である場合に、１６０％〜２００％程度のＭＲ比が得られる。Ｐｄ膜１１の厚さが１．０Åより大きくなると、ＭＲ比が減少し始める。これは、Ｐｄの拡散量が増加するためと考えられる。
【０１０７】
Ｃｏ膜１２Ａと下地層４０との間のＰｄ膜１１の厚さは、１原子層以下が望ましく、密度としては、３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２以下が望ましい。３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２とは、１ｃｍ２あたりに３×１０１５個の原子が存在することを意味する。Ｐｄ膜１１の厚さが１Å程度である場合、例えば、Ｐｄ膜の密度は１．３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２程度となる。本実施形態において、Ｐｄ膜の密度は、Ｐｄの物性値（原子量など）、Ｐｄ膜の膜厚及びＭＴＪ素子の寸法からの換算値から求められた値である。但し、例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）質量分析などの質量分析法から、Ｐｄ膜の密度を求めることも可能である。
【０１０８】
Ｐｄ膜１１の厚さが１Å程度である場合（Ｐｄ膜１１の密度が１．３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２程度である場合）において、３００℃〜３２５℃程度の熱が、ＭＴＪ素子に与えられても、記録層１０内の挿入膜（例えば、Ｃｏ膜又はＴａ膜など）が、トンネルバリア層／記録層の界面近傍に対するＰｄ膜が含むＰｄ原子の拡散を抑制する。
【０１０９】
したがって、本実施形態のＭＴＪ素子は、記録層又は下地層としてのＰｄ膜の膜厚を調整することによって、図９に示されるような高いＭＲ比を得ることができる。
【０１１０】
以上のように、本実施形態のＭＴＪ素子１Ａによれば、ＭＴＪ素子の特性を向上できる。
【０１１１】
（ｃ）  材料例  
図１０Ａ乃至図１０Ｄを用いて、本実施形態の磁気抵抗効果素子に用いられる材料例について説明する。
【０１１２】
（ｃ−１）  記録層  
図１０Ａ乃至図１０Ｄにおいて、磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）における垂直磁化の記録層１０の構造例及び材料例がそれぞれ示されているが、それに限定されない。
【０１１３】
垂直磁化の記録層の構造例及び材料例として、以下のｉ）〜ｖｉｉｉ）が上げられる。ここで、ｉ）〜ｖｉｉｉ）の構造は積層構造を示し、図２及び図３の積層構造と同様に、“部材Ａ／部材Ｂ”との表記は、“／”の左側の部材“Ａ”が、“／”の右側の部材“Ｂ”上に設けられていることを示している。
【０１１４】
ｉ）  ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄ  
ｉｉ）  ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ  
ｉｉｉ）  ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＢ／Ｐｄ  
ｉｖ）  ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＢ  
ｖ）  ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／Ｃｏ／Ｐｄ  
ｖｉ）  ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／Ｃｏ  
ｖｉｉ）  ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／Ｐｄ  
Ｖｉｉｉ）  ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄ
尚、ｉ）〜ｖｉｉ）の構造内のＴａ膜の代わりに、Ｗ膜、Ｎｂ膜或いはＭｏ膜が記録層の一部（挿入膜）として用いられてもよい。
【０１１５】
積層構造ｉ）〜ｖｉｉ）の磁性層がＭＴＪ素子の記録層に適用された場合、一番左側のＣｏＦｅＢは、トンネルバリア層としてのＭｇＯ膜に接触する。
【０１１６】
ＭｇＯ膜に接する側のＣｏＦｅＢ膜において、そのＣｏＦｅＢ膜におけるＦｅの組成がＣｏの組成より多いことが好ましい。これとは反対に、Ｔａ膜の直下（下地層側）にＣｏＦｅＢ膜が設けられている場合、Ｔａ膜下のＣｏＦｅＢ膜におけるＦｅの組成がＣｏの組成より少ないことが好ましい。
【０１１７】
ＭｇＯ膜に接する側のＣｏＦｅＢ膜において、Ｆｅの組成をＣｏの組成より多くすることによって、ＣｏＦｅＢ膜のｂｃｃ（１００）面配向への結晶化が促進する。  
Ｔａ膜下（下地層側）のＣｏＦｅＢ膜において、Ｃｏの組成をＦｅの組成より多くすることによって、ＭＴＪ素子内の各膜の結晶化のための過熱に対して、垂直磁気異方性の耐熱性を向上させるためである。  
これによって、ＭＴＪ素子のＭＲ比を向上させることができる。
【０１１８】
ＣｏＦｅＢ膜がＴａ膜の直下（下地層側）に設けられている場合、ＭｇＯ膜に接する側のＣｏＦｅＢ膜に含まれているＦｅの組成を、Ｔａ膜の直下（下地層側）に設けられているＣｏＦｅＢ膜に含まれているＦｅの組成より多くすることによって、上記と同様の効果を得ることができる。或いは、トンネルバリア層（ＭｇＯ膜）に接する側のＣｏＦｅＢ膜に含まれているＣｏの組成を、Ｔａ膜の直下（下地層側）のＣｏＦｅＢ膜に含まれているＣｏの組成より少なくすることによって、ＭＴＪ素子のＭＲ比を向上させることができる。
【０１１９】
尚、ここでは、ＣｏＦｅＢ膜及びＣｏＢ膜が、記録層の構成要素として例示されているが、それらに限定されず、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢのうち少なくとも２つを含む合金膜であればよい。例えば、ＣｏＦｅＢ膜及びＣｏＢ膜の代わりに、ＣｏＦｅ膜やＦｅＢ膜が用いられてもよいのは、もちろんである。
【０１２０】
また、ＣｏＦｅＢ膜の下方に設けられたＴａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜或いはＭｏ膜は、Ｃｏ膜と実質的に同様に、下層のＰｄがトンネルバリア層側へ拡散するのを抑制する。また、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜或いはＭｏ膜は、ｂｃｃ（００１）面及びそれに等価な面（ｂｃｃ｛００１｝面）に対して配向している。例えば、Ｔａ膜上、Ｗ膜上、Ｎｂ膜上或いはＭｏ膜上の膜（例えば、ＣｏＦｅＢ膜）は、ｂｃｃ（００１）面配向したＴａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜或いはＭｏ膜に対して格子整合し、結晶配向する。これによって、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜或いはＭｏ膜は、上層のＣｏＦｅＢ膜のｂｃｃ（１００）面配向への結晶化を促進する。さらに、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜或いはＭｏ膜は、上層のＣｏＦｅＢ膜に垂直磁気異方性を与える効果を有する。尚、記憶層（界面層）内において、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜或いはＭｏ膜に対して格子整合して、結晶配向した膜のことを、配向膜ともよぶ。
【０１２１】
このように、Ｃｏ膜がＣｏＦｅＢ膜の下方に設けられる構造と同様に、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜或いはＭｏ膜がトンネルバリア層と接する膜（ここでは、ＣｏＦｅＢ膜）の下方に設けられることによって、ＭＴＪ素子のＭＲ比を向上させることができる。
【０１２２】
以下、より具体的な記録層の構造を例示して、ｉ）〜ｖｉｉｉ）の構造が、垂直磁気異方性を有することを示す。
【０１２３】
図１０Ａ乃至図１０Ｄは、記録層としての磁性層の磁気特性（Ｍ−Ｈ特性）が示されている。
【０１２４】
図１０Ａの（ａ）は、磁気特性が測定された磁性層（記録層）の構造を示している。  
図１０Ａにおいて、記録層１０Ａは、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＢ／Ｃｏ層（又はＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＢ／Ｃｏ／Ｐｄ層）を有する。
【０１２５】
図１０Ａの（ｂ）〜（ｅ）に示される記憶層の磁気特性は、最下層のＣｏ膜及びＣｏ膜上のＣｏＢ膜の膜厚がそれぞれ変化された場合の特性が示されている。
【０１２６】
図１０Ａの記録層１０Ａにおいて、最下層のＣｏ膜１２Ｂの膜厚は、２．５Å（0.25nm）又は５Å（0.5nm）程度である。
【０１２７】
ＣｏＢ膜（第２の磁性層）１３は、Ｃｏ膜１２Ｂ上に積層されている。図１０Ａにおいて、ＣｏＢ膜１３の膜厚は、２Å（0.2nm）又は４Å（0.4nm）程度である。
【０１２８】
ＣｏＢ膜１３上には、Ｔａ膜１２Ｃが積層されている。Ｔａ膜１２Ｃは、３Å（0.3nm）の膜厚を有している。
【０１２９】
Ｔａ膜１２Ｃ上のＣｏＦｅＢ膜（第１の磁性層）１５は、８．５Å（0.85nm）の膜厚を有する。ここで、ＣｏＦｅＢ膜１５中のＣｏ及びＦｅの組成比は、Ｃｏの組成が“１”に対してＦｅの組成が“９”である。
【０１３０】
最下層のＣｏ膜１２Ｂは、Ｐｄ膜１１上に設けられている。下地層４０上のＰｄ膜１１は、上述のように、下地層としても機能する。それゆえ、Ｐｄ膜１１は、記録層１０Ａとして扱われてもよいし、下地層４０として扱われてもよい。図１０Ａの（ａ）の構造は、Ｐｄ膜１１を記録層とした場合、ｉ）の構造に相当し、Ｐｄ膜１１を下地層とした場合、ｉｉ）の構造に相当する。
【０１３１】
ここで、Ｐｄ膜１１の膜厚は、２Å（0.2nm）程度である。
【０１３２】
下地層４０は、基板１００上に設けられている。上述のように、下地層４０は、記録層１０Ａが積層される面において、原子稠密面を有している。下地層４０は、Ｉｒ／Ｒｕ／Ｔａの積層構造を有している。基板１００上のＴａ膜４５は、５０Å（5nm）の膜厚を有する。Ｒｕ膜４６は、Ｔａ膜４５上に積層されている。Ｒｕ膜４６の膜厚は、５０Å（5nm）程度である。最上層のＩｒ膜４７は、Ｒｕ膜４６上に積層される。Ｉｒ膜４７の膜厚は、３０Å（3nm）程度である。
【０１３３】
記録層１０Ａの最上層のＣｏＦｅＢ膜１５上には、ＭｇＯ膜３０が設けられている。ＭｇＯ膜３０上には、５０Å（5nm）程度のＴａ膜２５が積層されている。
【０１３４】
図１０Ａの記録層の積層構造は、図２に示されたＭＴＪ素子１Ａの記録層の積層構造と実質的に同じである。
【０１３５】
図１０Ａの（ａ）の記録層を含む積層体に対して、３２５℃の加熱処理が３０分間実行され、加熱処理後の記録層の磁気特性が、図１０Ａの（ｂ）〜（ｄ）に示されている。図１０Ａの（ｂ）〜（ｄ）において、グラフの横軸は膜面に対して垂直方向に印加された磁場Ｈｚ（単位：ｋＯｅ）が示され、グラフの縦軸は記録層１０Ａの磁化の垂直成分Ｍｚ（単位：ｅｍｕ）が示されている。尚、図１０Ｂ乃至図１０Ｄにおいても、磁気特性を示すグラフの縦軸及び横軸の関係は、図１０Ａと同じである。
【０１３６】
図１０Ａの（ｂ）は、記録層１０Ａ内のＣｏ膜１２Ｂの膜厚が５Å（0.5nm）、ＣｏＢ膜１３の膜厚が４Å（0.4nm）である場合が、示されている。図１０Ａの（ｃ）は、記録層１０Ａ内のＣｏ膜１２Ｂの膜厚が５Å（0.5nm）、ＣｏＢ膜１３の膜厚が２Å（0.2nm）である場合が、示されている。図１０Ａの（ｄ）は、記録層１０Ａ内のＣｏ膜１２Ｂの膜厚が２．５Å（0.25nm）、ＣｏＢ膜１３の膜厚が４Å（0.4nm）である場合が、示されている。
【０１３７】
図１０Ａの（ｅ）は、記録層１０Ａ内のＣｏ膜１２Ｂの膜厚が２．５Å（0.25nm）、ＣｏＢ膜１３の膜厚が２Å（0.2nm）である場合が、示されている。図１０Ａの（ｂ）〜（ｅ）に示される測定結果から、図１０Ａの（ａ）に示される積層構造の磁性層（記録層）は、垂直磁気異方性を有することが示される。
【０１３８】
図１０Ｂは、図１０Ａの（ａ）の構造とは異なる記録層１０Ｂの磁気特性を示している。
【０１３９】
図１０Ｂの（ａ）に示される記録層１０Ｂは、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＢ／Ｐｄ構造を有する。この場合、ＣｏＢ膜（第２の磁性層）１３とＰｄ膜１１との間に、Ｃｏ膜が存在せず、ＣｏＢ膜１３はＰｄ膜１１に接触する。図１０Ｂの（ａ）の構造は、Ｐｄ膜１１を記録層とした場合、ｉｉｉ）の構造に相当し、Ｐｄを下地層とした場合、ｉｖ）の構造に相当する。
【０１４０】
図１０Ａの記録層１０Ａと同様に、記録層１０Ｂには、加熱処理（３２５℃、３０分）が施されている。
【０１４１】
図１０Ｂの（ｂ）はＣｏＢ膜１３の膜厚が４Å（0.4nm）の場合を示し、図１０Ｂの（ｃ）はＣｏＢ膜１３の膜厚が２Å（0.2nm）の場合を示している。
【０１４２】
ＣｏＢ膜１３上には、Ｔａ膜１２Ｃが積層されている。Ｔａ膜１２Ｃは、３Å（0.3nm）の膜厚を有している。
【０１４３】
図１０Ｂの（ａ）に示される記録層１０Ｂにおいても、磁性層の垂直磁気異方性が示されている。
【０１４４】
図１０Ｃは、図１０Ａ及び図１０Ｂとは異なる構造の記録層の磁気特性を示している。
【０１４５】
図１０Ｃの（ａ）に示される記録層１０Ｃは、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／Ｃｏ／Ｐｄ構造を有する。この場合、Ｔａ膜１２ＣとＣｏ膜１２Ｂとの間に、ＣｏＢ膜が存在せず、Ｃｏ膜１２ＢはＴａ膜１２Ｃに接触する。図１０Ｃの（ａ）の構造は、Ｐｄ膜１１を記録層とした場合、ｖ）の構造に相当し、Ｐｄを下地層とした場合、ｖｉ）の構造に相当する。
【０１４６】
記録層１０Ｃに加熱処理（３２５℃、３０分）が施された後、記録層１０Ｃの磁気特性が測定されている。
【０１４７】
図１０Ｃの（ｂ）はＣｏ膜１２Ｂの膜厚が５Å（0.5nm）の場合を示し、図１０Ｃの（ｃ）はＣｏ膜１２Ｂの膜厚が２．５Å（0.25nm）の場合を示している。
【０１４８】
図１０Ｃの（ａ）に示される記録層１０Ｃも、図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるのと同様に、垂直磁気異方性を示している。
【０１４９】
図１０Ｄの（ａ）に示される記録層１０Ｄは、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／Ｐｄ構造を有する。この場合、Ｔａ膜１２ＣとＰｄ膜１１との間に、ＣｏＢ膜及びＣｏ膜が存在せず、Ｐｄ膜１１はＴａ膜１２Ｃに接触する。図１０Ｄの（ａ）の構造は、ｖｉｉ）の構造に相当する。
【０１５０】
図１０Ａ乃至図１０Ｃと同様に、記録層１０Ｄに加熱処理（３２５℃、３０分）が施された後、記録層１０Ｄの磁気特性が測定されている。
【０１５１】
図１０Ｄの（ａ）に示される記録層１０Ｄの構造のように、Ｐｄ膜１１とＴａ膜１２Ｃとの間にＣｏ膜とＣｏＢ膜が記録層１０Ｄ内に設けられていない場合においても、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢを含む膜（ここでは、Ｃｏ１Ｆｅ９Ｂ膜）が実質的な記録層として、垂直磁気異方性を示す。
【０１５２】
図１０Ｅは、図１０Ａ乃至図１０Ｄとは異なる構造の記録層の磁気特性を示している。
【０１５３】
図１０Ｅの（ａ）に示される記録層１０Ｅは、ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄ構造を有する。界面層１５はＣｏＦｅＢ膜（第１の磁性層）となり、挿入膜（第２の磁性層）１２ＥはＣｏ膜となる。挿入膜１２ＥとしてのＣｏ膜は、Ｐｄ膜１１上に設けられている。
【０１５４】
挿入膜（磁性膜）１２Ｅとして、Ｃｏ膜の代わりにＣｏＦｅ膜が用いられてもよい。ただし、挿入膜１２Ｅとして、ＣｏＦｅ膜が用いられた場合、挿入膜としてのＣｏＦｅ膜１２Ｅに含まれているＦｅの組成に対するＣｏの組成は、界面層１５としてのＣｏＦｅＢ膜１５に含まれているＦｅの組成に対するＣｏの組成より多くなるように、材料設計されることが好ましい。
【０１５５】
ＣｏＦｅＢ膜１５は、主に、ＭＲ比を向上させるための機能層として用いられる。そのため、トンネルバリア層３０としてのＭｇＯ膜に、格子整合性が良質な材料からなる膜が隣接していることが、好ましい。例えば、ｈｃｐ−Ｃｏに比較して、ｂｃｃ−ＦｅがＭｇＯに対して格子整合性が良好であるため、ＣｏＦｅＢ膜１５はそのＦｅの組成をＣｏの組成に対して多くなるように設計（組成の調整）されることが好ましい。
【０１５６】
また、挿入膜１２Ｅは、記録層（磁性層）の垂直磁気異方性を向上させるための機能層として用いられる。ＣｏＦｅ膜が挿入膜１２Ｅとして用いられた場合、垂直磁気異方性の大きさは、Ｆｅに比較してＣｏの方が大きい。そのため、挿入膜１２ＥとしてのＣｏＦｅ膜は、ＣｏＦｅ膜に含まれるＣｏの組成がＣｏＦｅ膜に含まれるＦｅの組成より多くなるように、設計されることが好ましい。
【０１５７】
図１０Ｅの記録層の構造において、ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅ以外に、ＦｅＢ／Ｃｏ、ＦｅＢ／ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ／Ｃｏのいずれかが、ＣｏＦｅＢ／Ｃｏの代わりに用いられてもよい。
【０１５８】
尚、図１０Ａ乃至図１０Ｅにおいて、下地層又は記録層にＰｄ膜が含まれる構造の磁性層が示されているが、下地層及び記録層のいずれもがＰｄ膜を含まずに、そのＰｄ膜を含まない記録層がＩｒ膜上に接するように形成された場合においても、その記録層が垂直磁気異方性を有する。
【０１５９】
図１０Ａ乃至図１０Ｅに示したように、ｉ）〜ｖｉｉｉ）のいずれの構造においても、垂直磁気異方性を有する垂直磁化膜を形成することができる。それゆえ、ｉ）〜ｖｉｉ）の構造の磁性層を、垂直磁化型のＭＴＪ素子の記録層として用いることができる。
【０１６０】
（ｃ−２）  下地層  
本実施形態の磁気抵抗効果素子に用いられる非磁性層について、述べる。
【０１６１】
本実施形態のＭＴＪ素子１に対する下地層４０として、垂直磁化膜を形成するために、原子稠密面を有する下地層を用いることが好ましい。それゆえ、下地層４０は、ｈｃｐ構造の（０００１）面（［０００１］方位）やｆｃｃ（face centered cubic）構造の（１１１）面（［１１１］方位）に配向していることが好ましい。
【０１６２】
例えば、耐熱性と格子整合の観点から、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、ＡｌＮ、又はＮｂＮのグループからから選択される少なくとも１つの材料が、上述の記録層に対する下地層として用いられることが好ましい。
【０１６３】
例えば、下地層としてのＩｒ膜は、記録層１０にスピン偏極した電子のスピントルクが印加される際のスピンポンピング（Spin Pumping）を向上させる。
【０１６４】
尚、下地層は、上記の材料の単層構造に限らず、複数の膜からなる多層構造でもよい。例えば、多層構造の下地層４０として、Ｐｄ／Ｉｒ構造、Ｉｒ／Ｒｕ構造、Ｐｄ／Ｉｒ／Ｒｕ構造が、用いられる。
【０１６５】
（ｃ−３）  非磁性層  
本実施形態の磁気抵抗効果素子に用いられる非磁性層について、述べる。
【０１６６】
本実施形態のＭＴＪ素子の非磁性層１０として、上述のＭｇＯのほかに、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）を用いてもよい。ＭｇＯを含むこれらの酸化物は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）構造を有する。
【０１６７】
これらのＮａＣｌ構造を有する酸化物が非磁性層（トンネルバリア層）として用いられる場合、非磁性層としてのそれらの膜が（１００）面に配向していることが好ましい。
【０１６８】
（ｃ−４）  参照層  
本実施形態の磁気抵抗効果素子に用いられる参照層について、述べる。
【０１６９】
本実施形態のＭＴＪ素子の参照層２０として、ＴｂＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ層が例示されている。ＴｂＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ層は、垂直磁化膜である。
【０１７０】
ＴｂＣｏＦｅ膜とＭｇＯ膜との間に、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢからなる多層膜が設けられている。ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ層は、参照層２０内の界面層として、用いられている。ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ膜は、ＭｇＯ膜と参照層２０との界面におけるスピン分極率を向上させ、ＭＴＪ素子が高いＭＲ比を得るのに寄与する。
【０１７１】
２つのＣｏＦｅＢ膜で挟まれたＴａ膜は、加熱処理によって、Ｔｂがトンネルバリア層（ＭｇＯ膜）側へ拡散するのを防止する。また、Ｔａ膜は、加熱処理によって、ＴｂＣｏＦｅ膜が（００１）面に結晶化するのを抑制する。このように、２つのＣｏＦｅＢ膜間のＴａ膜は、ＭＴＪ素子のＭＲ比を高くするために実行される成膜後の加熱処理によって、磁性層の垂直磁気異方性が劣化するのを抑制する。
【０１７２】
また、ＴｂＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ構造に限らず、垂直磁気異方性を示す膜（構造）であれば、他の材料又は構造の参照層が、本実施形態のＭＴＪ素子に用いられてもよい。
【０１７３】
例えば、ＭＴＪ素子の参照層として、ＴｂＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢの多層構造において、ＴｂＣｏＦｅ膜の代わりに、Ｐｔ／Ｃｏの人工格子膜、Ｌ１０構造のＦｅＰｔ膜、ｈｃｐ構造のコバルト−クロム−白金（ＣｏＣｒＰｔ）膜、ｈｃｐ構造の希土類−遷移金属系合金（例えば、ＳｍＣｏ５）或いはＭｎ系フェリ磁性体（例えば、ＭｎＢｉ）などが用いられてもよい。
【０１７４】
Ｐｔ／Ｃｏ人工格子膜が参照層２０に用いられた場合において、２つのＣｏＦｅＢ膜に挟まれたＴａ膜は、ＭｇＯ膜に接するＣｏＦｅＢ膜が（１００）面以外へ結晶配向するのを抑制する。
【０１７５】
参照層１０内の界面層において、ＣｏＦｅＢ膜が例示されているが、記録層１０の界面層と同様に、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢのうち少なくとも２つを含む合金膜であれば、膜中の組成比は適宜変更されてよい。
【０１７６】
尚、上述において、記録層として例示した材料及び構造が、参照層として用いられてもよい。
【０１７７】
（ｄ）  むすび  
上述のように、本実施形態の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）は、記録層は、原子稠密面を有する下地層上に設けられる。これによって、記録層はその膜面に対して垂直の磁気異方性を有する。
【０１７８】
記録層１０は、Ｃｏ膜、Ｔｂ膜、Ｔａ膜、Ｎｂ膜、Ｍｏ膜及びＷ膜から選択される挿入膜１２Ｂ，１２Ｃを有する。記録層１０内のＰｄ膜１１が、Ｐｄ膜１１上の膜に対して下地層として機能する。本実施形態において、下地層としてのＰｄ膜１１の密度は、３×１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ２以下に設定される。
【０１７９】
挿入膜１２Ｂ，１２Ｃは、下地層側から非磁性層（トンネルバリア層）側に向かって、不純物（例えば、Ｐｄ）が拡散するのを抑制する。また、挿入膜１２Ｂ，１２Ｃは、非磁性層、及び、非磁性層と挿入膜との間の膜（例えば、界面層）に対して格子整合し、それらの膜の結晶性を向上させる。これによって、磁気抵抗効果素子のＭＲ比が向上する。
【０１８０】
したがって、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子によれば、磁気抵抗効果素子の特性を向上できる。
【０１８１】
（２）  第２の実施形態  
図１１を用いて、第２の実施形態の磁気抵抗効果素子について、説明する。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実質的に同じ部材に関しては、詳細な説明は省略する。
【０１８２】
第１の実施形態の磁気抵抗効果素子はトップピン型のＭＴＪ素子が示され、参照層が、トンネルバリア層を介して、記録層の上方に、設けられている。
【０１８３】
一方、図１１に示されるように、第２の実施形態の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）１Ｃは、ボトムピン型のＭＴＪ素子である。すなわち、第１の実施形態とは反対に、本実施形態のＭＴＪ素子１Ｃは、参照層２０が、トンネルバリア層３０を介して記録層１０の下方に設けられている。
【０１８４】
この場合、記録層１０がトンネルバリア層３０上に設けられるため、本実施形態の記録層を構成する膜の積層順序ｉ’）〜ｖｉｉ’）は、上述のｉ）〜ｖｉｉ）の積層順序と反対となる。具体的には、以下のｉ’）〜ｖｉｉ’）とおりである。
【０１８５】
ｉ’）    Ｐｄ／Ｃｏ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ  
ｉｉ’）  Ｃｏ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ  
ｉｉｉ’）  Ｐｄ／ＣｏＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ  
ｉｖ’）  ＣｏＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ  
ｖ’）  Ｐｄ／Ｃｏ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ  
ｖｉ’）  Ｃｏ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ  
ｖｉｉ’）  Ｐｄ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ  
ｖｉｉｉ’）  Ｐｄ／Ｃｏ／ＣｏＦｅＢ
記録層１０の最下層のＣｏＦｅＢが、トンネルバリア層側に設けられ、記録層１０の最上層のＣｏ膜又はＰｄ膜が、上部電極側に設けられている。尚、Ｔａ膜の代わりに、Ｗ膜、Ｎｂ膜又はＭｏ膜が用いられてもよいし、Ｃｏ膜の代わりに、Ｔｂ膜が用いられてもよい。
【０１８６】
本実施形態のＭＴＪ素子１Ｃにおいて、第１の実施形態と同様に、記録層１０は、Ｃｏ膜、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜又はＭｏ膜又はＴｂ膜のグループから選択される材料からなる膜を含んでいる。
【０１８７】
Ｃｏ膜は、１．３５Å〜１．５５Åの面間隔に相当する結晶構造を有し、例えば、ｈｃｐ（１０２）又はｂｃｃ（００１）の結晶構造を有する。
【０１８８】
また、上部電極５２と記録層１０との間に、下地層４０が設けられてもよい。第２の実施形態のＭＴＪ素子１Ｃにおいて、第１の実施形態と同様に、下地層（キャップ層ともよぶ）４０は、原子稠密面を有する。本実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｃの製造工程の加熱処理時において、原子稠密面を有する下地層４０と記録層１０との間に歪みが生じ、垂直磁気異方性が記録層１０に付加される。これによって、熱擾乱耐性の高い記録層１０を形成できる。
【０１８９】
図１１に示される本実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｃのように、記録層１０がトンネルバリア層３０上に設けられたボトムピン型のＭＴＪ素子である場合においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１９０】
したがって、第２の実施形態の磁気抵抗効果素子は、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子と同様に、垂直磁化型の磁気抵抗効果素子の素子特性を向上できる。
【０１９１】
（３）  第３の実施形態  
図１２を用いて、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の実施形態の磁気抵抗効果素子と実質的に同じ部材に関しては、詳細な説明は省略する。
【０１９２】
本実施形態の磁気抵抗効果素子１Ｄは、バイアス層５９が、参照層２０に隣接して設けられていることが、第１及び第２の実施形態の磁気抵抗効果素子と異なる。バイアス層５９と参照層５８との間には、非磁性層５８が設けられている。参照層２０の底面（第１の面）はトンネルバリア層３０に接触し、参照層２０の上面（第２の面）は、非磁性層５８に接触する。
【０１９３】
バイアス層５８は、垂直磁化の磁性層である。例えば、バイアス層５８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。バイアス層５８は、参照層２０からの漏れ磁場の影響で、記録層１０の保磁力Ｈｃがシフトし、参照層と記録層の磁化の方向が平行状態と反平行状態とで、熱安定性が変化するのを防止する。バイアス層５８の材料として、参照層として例示した垂直磁化膜を用いることができる。
【０１９４】
参照層２０とバイアス層５９との間の非磁性層５８の材料は、参照層２０の磁化の向きとバイアス層５９の磁化の向き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５８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５８の材料は、Ｒｕ、銀（Ａｇ）及びＣｕから選択される。
【０１９５】
また、非磁性層５８を介した参照層２０とバイアス層５９との反平行結合を増加させるために、参照層２０及びバイアス層５９としての垂直磁化膜と非磁性層５８（例えば、Ｒｕ）との間に、ＣｏＦｅ、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＢ、ＦｅＢなどの磁性膜（界面層）が設けられてもよい。これによって、参照層２０とバイアス層５９との反平行結合を強化できる。
【０１９６】
本実施形態のＭＴＪ素子１Ｄにおいて、第１及び第２の実施形態と同様に、記録層１０は、Ｃｏ膜、Ｔｂ膜、Ｔａ膜、Ｗ膜、Ｎｂ膜及びＭｏ膜からなるグループから選択される挿入膜を含んでいる。
【０１９７】
また、第３の実施形態のＭＴＪ素子１Ｃにおいて、第１及び第２の実施形態と同様に、記録層１０は、原子稠密面を有する下地層４０上に形成される。
【０１９８】
したがって、第３の実施形態の磁気抵抗効果素子は、第１及び第２の実施形態の磁気抵抗効果素子と同様に、垂直磁化型の磁気抵抗効果素子の素子特性を向上できる。
【０１９９】
［適用例］  
図１３乃至図１６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の適用例について、説明する。
【０２００】
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。本適用例において、スピン注入型ＭＲＡＭ（Spin-torque transfer MRAM）が例示される。
【０２０１】
（ａ）  構成  
図１３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。
【０２０２】
図１３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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）が用いられている。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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
ＭＴＪ素子１の一端は、ビット線ＢＬに接続されて、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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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、書き込み電流Ｉｗを生成するための電流源や電圧源などのソース回路、書き込み電流Ｉｗを吸収するためのシンク回路を、それぞれ有する。
【０２１２】
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。
【０２１３】
書き込み回路５Ａ，５Ｂは、選択セルに書き込まれるデータに応じて、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。
【０２１４】
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、読み出し電流を発生する電圧源又は電流源や、読み出し信号の検知及び増幅を行うセンスアンプ、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録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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
尚、図１３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、一端にのみ設けられてもよい。
【０２１７】
図１４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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
ＭＴＪ素子１の上端は、上部電極５２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５１、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。
【０２２０】
ソース／ドレイン拡散層６４及びソース／ドレイン拡散層６３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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
図１４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。
【０２２３】
図１４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。
【０２２４】
第１乃至第３の実施形態で述べたように、各実施形態の磁気抵抗効果素子（ＭＴＪ素子）は、ＭＴＪ素子のＭＲ比を向上できる。  
即ち、低抵抗状態（平行状態）のＭＴＪ素子と高抵抗状態（反平行状態）のＭＴＪ素子との抵抗値の差が大きい。それゆえ、２つの定常状態における電位又は電流の変動量の差が大きくなり、メモリ素子としてのＭＴＪ素子が記憶するデータを、高い信頼性で読み出せる。したがって、本実施形態のＭＴＪ素子を用いたＭＲＡＭは、ＭＲＡＭにおけるデータ読み出しの信頼性を向上できる。
【０２２５】
（ｂ）  製造方法  
図１５及び図１６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。
【０２２６】
図１５及び図１６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。
【０２２７】
図１５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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
導電層は、例えば、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）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。  
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。  
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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ー技術及び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。
【０２３４】
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ＣＶＤ法によって、コンタクトプラグ７２Ｂが埋め込まれる。
【０２３５】
図１６に示されるように、層間絶縁膜７９Ｂ上及びコンタクトプラグ７２Ｂ上に、本実施形態の磁気抵抗効果素子の構成部材が、順次堆積される。例えば、第１の実施形態のＭＴＪ素子１Ａが、ＭＲＡＭに用いられる場合、以下の順序で、素子の構成部材が堆積される。
【０２３６】
層間絶縁膜７９Ｂ及びコンタクトプラグ７２Ｂ上に、ＭＴＪ素子の下部電極を形成するための電極材が、例えば、スパッタ法によって、堆積される。
【０２３７】
電極材上に、下地層４０が堆積される。下地層４０は原子稠密面を有する。下地層４０には、Ｐｄ膜、Ｉｒ／Ｒｕ層、又は、Ｐｄ／Ｉｒ／Ｒｕ層などが用いられる。
【０２３８】
下地層４０上に、記録層１０を形成するための磁性層が、例えば、スパッタ法によって、堆積される。記録層を形成するための磁性層は多層構造を有し、例えば、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄの構造を有する。尚、最下層のＰｄ膜は、下地層としても機能する。下地層４０にＰｄ膜が用いられている場合、記録層の最下層のＰｄ膜は、堆積しなくともよい。また、ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ層は、界面層として機能する。界面層のＣｏＦｅＢ膜１３，１５の代わりに、ＦｅＢ膜或いはＣｏＦｅ膜のいずれかが用いられてもよい。尚、界面層内において、Ｔａ膜を挟んでいる２つのＣｏＦｅＢ膜は、それぞれ異なる組成及び材料が用いられもよい。
【０２３９】
ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｏ／Ｐｄ層に限らず、図１０Ａ乃至図１０Ｅを用いて説明した磁性層（構造）が、記録層１０に用いられてもよい。
【０２４０】
磁性層１０上に、非磁性層（トンネルバリア層）３０が、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法によって、堆積される。非磁性層３０は、例えば、ＭｇＯ膜である。
【０２４１】
非磁性層３０上に、参照層２０を形成するための磁性層２０が、堆積される。参照層としての磁性層２０は多層構造を有し、例えば、ＴｂＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ層からなる。人工格子膜又はＬ１０構造の膜が、参照層に用いられてもよい。
【０２４２】
磁性層２０上に、ＭＴＪ素子の上部電極を形成するための電極材が、スパッタ法によって堆積される。
【０２４３】
ＭＴＪ素子がバイアス層を有する場合、上部電極のための電極材が堆積される前に、磁性層２０上に、非磁性層（金属膜）が堆積された後、バイアス層が堆積される。
【０２４４】
尚、ここでは、トップピン型のＭＴＪ素子の製造工程が示されているが、ＭＴＪ素子は、ボトムピン型のＭＴＪ素子が形成されてもよい。ボトムピン型のＭＴＪ素子の形成工程は、ＭＴＪ素子が含んでいる膜の堆積順序が、トップピン型のＭＴＪ素子の形成工程と反対になるのみで、実質的な形成工程は、トップピン型のＭＴＪ素子の形成工程と同じである。
【０２４５】
そして、フォトリソグラフィー技術及びＲＩＥ法を用いて、ＭＴＪ素子が所定の形状に加工される。また、ＭＴＪ素子の構成膜に対して、結晶性（素子特性）向上のための加熱処理が施される。この加熱処理は、ＭＴＪ素子の加工の前に実行されてもよいし、加工の後に実行されてもよい。
【０２４６】
第１乃至第３の実施形態で述べたように、記録層１０内のＣｏ膜が、原子稠密面を有する下地層（Ｐｄ膜又はＩｒ膜）上に形成された場合、そのＣｏ膜は、膜断面方向（膜面内方向）において１．３５Å〜１．５５Åの面間隔を有し、ｈｃｐ（１０２）面又はｂｃｃ（００１）面の結晶構造を有する。これによって、Ｃｏ膜上に積層されたＣｏＦｅＢ膜の（１１０）面やＭｇＯ膜の（１００）面（｛１００｝面）の配向性を向上できる。その結果として、ＭＴＪ素子１Ａの素子特性を向上できる。
【０２４７】
そして、ＭＴＪ素子が加工された後に、第３の層間絶縁膜（例えば、ＳｉＯ２）７９が、例えば、ＣＶＤ法を用いて形成される。層間絶縁膜７９Ｃの堆積中において、加工されたＭＴＪ素子１Ａは、例えば、３００℃以上の温度下に曝される。
【０２４８】
上述したように、Ｐｄ膜とトンネルバリア層３０（例えば、ＭｇＯ膜）との間に、Ｃｏ膜やＴａ膜などの挿入膜１２が設けられている。そのため、トンネルバリア層３０近傍に対するＰｄの拡散が抑制される。それゆえ、ＭＲＡＭの製造工程に高温プロセスを含んでいても、本実施形態のＭＴＪ素子１Ａの特性（例えば、ＭＲ比）の劣化は、抑制される。
【０２４９】
この後、層間絶縁膜７９上に、ビット線ＢＬが形成される。
【０２５０】
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。
【０２５１】
図１３乃至図１６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）は、ＭＲＡＭに適用できる。
【０２５２】
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。
【０２５３】
［その他］  
第１乃至第３の実施形態の磁気抵抗効果素子は、素子特性を向上できる。
【０２５４】
尚、本実施形態の適用例として、実施形態の磁気抵抗効果素子を、ＭＲＡＭに用いる例について述べたが、
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】
【０２５５】
１：磁気抵抗効果素子、１０：磁性層（記録層）、２０：磁性層（参照層）、３０：非磁性層（トンネルバリア層）、１２，１２Ｂ，１２Ｃ：挿入膜、４０：下地層、１１：Ｐｄ膜、５０Ａ，５０Ｂ，５１，５２：電極。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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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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