(57)【要約】【課題】２つのトンネルバリア層を有する二重トンネル磁気抵抗効果膜について、ＭＲ比を向上させた二重トンネル磁気抵抗効果膜及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】第１磁化固定層をアモルファス構造となるように成膜を行い、その上に第１トンネルバリア層、磁化自由層、第２トンネルバリア層を結晶粒を含んだ多結晶構造を有した状態で成膜を行う。さらにその上に第２磁化固定層を成膜し、その後に加熱処理を行うことで全てに連続して繋がった結晶格子を有する二重トンネル磁気抵抗効果膜が製造される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁化固定層、第１トンネルバリア層、磁化自由層、第２トンネルバリア層及び第２磁化固定層が順次成膜された二重トンネル磁気抵抗効果膜であって、
前記各層の全てに連続して繋がった結晶格子を有することを特徴とする二重トンネル磁気抵抗効果膜。
【請求項２】
前記第１磁化固定層、前記第１トンネルバリア層、前記磁化自由層、前記第２トンネルバリア層及び前記第２磁化固定層は複数の結晶粒を含む多結晶構造を有することを特徴とする請求項１に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜。
【請求項３】
前記第１磁化固定層、前記磁化自由層及び前記第２磁化固定層がＦｅおよびＣｏを含んだ体心立方構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜。
【請求項４】
前記第１トンネルバリア層および前記第２トンネルバリア層がＮａＣｌ構造を有するＭｇＯであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜。
【請求項５】
前記第１磁化固定層、前記磁化自由層、前記第２磁化固定層がＦｅおよびＣｏを含んだ体心立方構造を有し、
前記第１トンネルバリア層および前記第２トンネルバリア層がＮａＣｌ構造を有するＭｇＯであり、
第１磁化固定層、第１トンネルバリア層、磁化自由層、第２トンネルバリア層及び第２磁化固定層の積層界面において、前記強磁性層に含まれる体心立方構造の｛１００｝面と前記トンネルバリア層に含まれるＮａＣｌ構造の｛１００｝面が、積層界面に垂直な軸の周りに相対的に４５°回転した状態で繋がっていることを特徴とする請求項１または２に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜。
【請求項６】
第１磁化固定層、第１トンネルバリア層、磁化自由層、第２トンネルバリア層及び第２磁化固定層が順次成膜された二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法であって、
アモルファス構造を有する前記第１磁化固定層を成膜し、
前記第１磁化固定層上に前記第１トンネルバリア層、前記磁化自由層及び前記第２トンネルバリア層を複数の結晶粒を含んだ多結晶構造を有する状態で順次成膜し、
前記第２トンネルバリア層上に前記第２磁化固定層を成膜し、
前記第１磁化固定層、前記第１トンネルバリア層、前記磁化自由層、前記第２トンネルバリア層及び前記第２磁化固定層に対して熱処理を行うことを特徴とする二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法。
【請求項７】
前記第１磁化固定層がＢを１０ａｔｏｍｉｃ％以上含んだＣｏＦｅＢからなる強磁性層を含み、
前記磁化自由層がＣｏＦｅもしくはＢを１０ａｔｏｍｉｃ％未満含んだＣｏＦｅＢからなる強磁性層を含み、
前記第２磁化固定層がＣｏＦｅもしくはＣｏＦｅＢの少なくとも１つからなる強磁性層を含むことを特徴とする請求項６に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法。
【請求項８】
前記第１磁化固定層がＢを１０ａｔｏｍｉｃ％以上含んだＣｏＦｅＢからなる複数の強磁性層、及びＲｕまたはＲｈを含んだ非磁性層を有することを特徴とする請求項６に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法。
【請求項９】
前記磁化自由層がＣｏＦｅもしくはＢを１０ａｔｏｍｉｃ％未満含んだＣｏＦｅＢからなる強磁性層、及びＲｕまたはＲｈを含んだ非磁性層を有することを特徴とする請求項６または８に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法。
【請求項１０】
前記第２磁化固定層がＣｏＦｅもしくはＣｏＦｅＢからなる強磁性層、及びＲｕまたはＲｈを含んだ非磁性層を有することを特徴とする請求項６、８及び９のいずれか１項に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法。
【請求項１１】
前記第１トンネルバリア層及び前記第２トンネルバリア層はＮａＣｌ構造を有するＭｇＯであることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク駆動装置の磁気再生ヘッド、磁気ランダムアクセスメモリの記憶素子および磁気センサーに用いられる磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル磁気抵抗効果膜は、トンネルバリア層の両側の強磁性層の間に所要電圧を印加して電流を流した状態において外部磁場を印加し、２つの強磁性層の磁化の向きが互いに平行で同じであるとき（「平行状態」という）、トンネル磁気抵抗効果膜の電気抵抗は最小になる。また、２つの強磁性層の磁化の向きが互いに平行で反対であるとき（「反平行状態」という）、トンネル磁気抵抗効果膜の電気抵抗は最大になるという特性を有する。この現象をトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）と言い、式（反平行状態の抵抗値−平行状態の抵抗値）／（平行状態の抵抗値）で定義される磁気抵抗変化率（ＭＲ比）で特徴づけられる。
トンネル磁気抵抗効果膜は強磁性層、絶縁体から成るトンネルバリア層、強磁性層がこの順に積層された３層構造を基本構成としている。絶縁体の材料としては非結晶のＡｌ２Ｏ３が主に使用されていた（特許文献１）。
ＭＲ比はトンネルバリア層の両側の強磁性層に印加する電圧を大きくするほど低下するというＭＲ比のバイアス依存性問題が知られており（非特許文献１）、その効果を抑制するためにトンネルバリア層を２層設けた、二重トンネル磁気抵抗効果膜が提案されている（特許文献２）。
ＭＲ比自体を上げる方法としては、トンネルバリア層の材料を非結晶のＡｌ２Ｏ３を結晶性のＭｇＯに置き換えてコヒーレントトンネリング効果（非特許文献２、３）を利用する方法が提案され、強磁性層にアモルファス構造のＣｏＦｅＢを用いたトンネル磁気抵抗効果膜において巨大なＭＲ比が得られている（非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，８３５，３１４号
【特許文献２】特開２００１−８４５３２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｉｎｏｍａｔａら「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」，８７，６０６４（２０００）
【非特許文献２】Ｂｕｔｌｅｒら「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ」６３，０５４４１６（２００１）
【非特許文献３】Ｍａｔｈｏｎら「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ」６３，２２０４０３Ｒ（２００１）
【非特許文献４】Ｄ．Ｄ．Ｄｊａｙａｐｒａｗｉｒａら「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ」，８６，０９２５０２（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように二重トンネル磁気抵抗効果膜を用いることで、ＭＲ比のバイアス依存性を低減することが可能となる。しかしながら二重トンネル磁気抵抗効果膜は、単層のトンネル磁気抵抗効果膜に比べＭＲ比が小さいという問題を有する。
その原因の一つとして、二重トンネル磁気抵抗効果膜の作製に、従来用いられている単層のトンネル磁気抵抗効果膜の作製方法を適用していることがあると本発明者は推考した。即ち、従来の二重トンネル磁気抵抗効果膜の作製方法とはアモルファス構造の強磁性層と結晶性のトンネルバリア層を順次成膜し、成膜後に熱処理を施すことによって、強磁性層を結晶化させ磁気抵抗効果膜を作製していた。しかしこの方法によれば、結晶化が結晶性のトンネルバリア層から開始されるため、２つのトンネルバリア層に挟まれた中間の強磁性層では結晶格子のずれが生じてしまう。この強磁性層中の結晶格子のずれは磁気特性の劣化を招き、ＭＲ比を低下させる原因となる。
本発明は、上述した問題に鑑み、より結晶格子の整合性を向上させ、ＭＲ比を向上させた二重トンネル磁気抵抗効果膜及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は第１磁化固定層、第１トンネルバリア層、磁化自由層、第２トンネルバリア層及び第２磁化固定層が順次成膜された二重トンネル磁気抵抗効果膜であって、前記各層の全てに連続して繋がった結晶格子を有することを特徴とする。
さらに本発明は第１磁化固定層、第１トンネルバリア層、磁化自由層、第２トンネルバリア層及び第２磁化固定層が順次積層された二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法であって、アモルファス構造を有する前記第１磁化固定層を成膜し、前記第１磁化固定層上に前記第１トンネルバリア層、前記磁化自由層及び前記第２トンネルバリア層を複数の結晶粒を含んだ多結晶構造を有する状態で順次成膜し、前記第２トンネルバリア層上に前記第２磁化固定層を成膜し、成膜後に熱処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明を用いることで、従来の二重トンネル磁気抵抗効果膜に比べＭＲ比が向上した二重トンネル磁気抵抗効果膜の提供及び製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜において、下部磁化固定層を３層から構成した例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜において、下部磁化固定層を５層から構成した例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜において、下部磁化固定層を７層から構成した例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜において、上部磁化固定層を３層から構成した例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜において、上部磁化固定層を５層から構成した例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜において、上部磁化固定層を７層から構成した例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜において、磁化自由層とトンネルバリア層との積層界面における結晶格子が繋がっている状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜の製造方法を説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また図面は、本発明に係る二重トンネル磁気抵抗効果膜の構成を模式的に示した図であり、各膜に付してあるパターンは各膜の特性等を示唆したものではなく、また膜厚についても各々の膜厚の比率等を示唆したものではない。
【００１０】
図１は本発明の二重トンネル磁気抵抗効果膜の構成を示している。
１が基板、２が緩衝層、３が下地層、４が第１反強磁性層、５が第１磁化固定層、６が第１トンネルバリア層、７が磁化自由層、８が第２トンネルバリア層、９が第２磁化固定層、１０が第２反強磁性層、１１が保護層を示している。
【００１１】
本発明の二重トンネル磁気抵抗効果膜においては、第１磁化固定層５及び第２磁化固定層９が各々隣接した第１反強磁性層４及び第２反強磁性層１０により磁化方向が固定され、磁化固定層として機能する。磁化自由層７は外部磁場により磁化方向が変動する磁化自由層として機能する。
【００１２】
ここで用いられる基板１の材料としては、Ｓｉやガラス、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＣを主成分とするセラミックなどが挙げられる。また基板１には二重トンネル磁気抵抗効果膜を成膜する前までに金属や半導体、絶縁体、磁性体から成る薄膜や素子、配線、回路等が形成されている場合もある。
【００１３】
緩衝層２は基板１と二重トンネル磁気抵抗効果膜との拡散を防止するための役割を果たす。本発明では厚さ２０ｎｍのＴａを用いる。膜厚は５ｎｍ以上あれば良い。また、ＴａをＴａＮやＴｉＮなどの窒化物に置き換えても同等の効果が期待できる。
【００１４】
下地層３は第１反強磁性層４の結晶成長を促進するために用いられ、ＴａやＮｉＦｅＣｒなどを用いる。緩衝層２がＴａである場合には下地層３を無くしても機能する。
【００１５】
第１反強磁性層４には厚さ１５ｎｍのＰｔＭｎを用いる。ＰｔＭｎ膜の組成はおよそ４９：５１（ａｔｏｍｉｃ％）である。ＰｔＭｎをＩｒＭｎに置き換えても良いが、その場合のＩｒＭｎ膜の組成はおよそ２５：７５（ａｔｏｍｉｃ％）である。
【００１６】
第１磁化固定層５には室温での成膜直後にアモルファス構造となるＣｏＦｅＢ（６０：２０：２０  ａｔｏｍｉｃ％）を用いる。ホウ素（Ｂ）が１０ａｔｏｍｉｃ％以上含まれていればＣｏＦｅＢはアモルファス構造となる。ＣｏとＦｅの比率は、８０：２０〜２０：８０（ａｔｏｍｉｃ％）の間が好ましい。
【００１７】
第１磁化固定層５のより好ましい形態として、第１磁化固定層５を、２つの強磁性層で非磁性層を挟んだいわゆる積層フェリ構造がある。その場合は、第１反強磁性層４と接する側の強磁性層をＣｏＦｅ単層、またはＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの２層構造、またはＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの３構造としても良い。
また、第１トンネルバリア層６と接する側の強磁性層はＣｏＦｅＢ単層、ＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢの２層構造、またはＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの３構造としても良い。
非磁性層としてはＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ等が用いられる。好適にはＲｕまたはＲｈが用いられる。
【００１８】
第１磁化固定層５を積層フェリ構造とした場合の例を図２〜４に示す。
図２は図１に示した第１磁化固定層を、２つの強磁性層で非磁性層を挟んだ積層フェリ構造としたものである。２５ａ及び２５ｃはＣｏＦｅＢ層、２５ｂがＲｕ層で構成され、３つの層で磁化固定層として機能する。
図３は図２に示した積層フェリ構造の強磁性層を各々さらに２層の強磁性層から構成した例である。３５ａはＣｏＦｅＢ層、３５ｂはＣｏＦｅ層、３５ｃはＲｕ層、３５ｄはＣｏＦｅ層、３５ｅはＣｏＦｅＢ層で構成され、５つの層で磁化固定層として機能する。
図４は図２に示した積層フェリ構造の強磁性層を各々さらに３層の強磁性層から構成した例である。４５ａ、４５ｃ、４５ｅ及び４５ｇがＣｏＦｅ層、４５ｂ及び４５ｆがＣｏＦｅＢ層、４５ｄがＲｕ層で構成され、７つの層で磁化固定層として機能する。
【００１９】
第１磁化固定層の構成は図２〜４に示した層構成に限られない。例えば、図２の積層フェリ構造において、第１反強磁性層４側の強磁性層だけを３層から構成しても良いし、逆に第１トンネルバリア層６側だけを３層から構成しても良い。
【００２０】
第１磁化固定層５が積層フェリ構造である場合の最良の形態の例としては、第１反強磁性層に接する側から、ＣｏＦｅＢ（６０：２０：２０  ａｔｏｍｉｃ％）／ＣｏＦｅ（７０：３０  ａｔｏｍｉｃ％）／Ｒｕ／ＣｏＦｅ（７０：３０  ａｔｏｍｉｃ％）／ＣｏＦｅＢ（６０：２０：２０  ａｔｏｍｉｃ％）／ＣｏＦｅ（７０：３０  ａｔｏｍｉｃ％）の６層構造とする。この場合の各層の膜厚は、ＣｏＦｅＢ（１．２５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．２５ｎｍ）／Ｒｕ（０．８５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１．０ｎｍ）である。
【００２１】
第１トンネルバリア層６は複数の結晶粒を含んだ多結晶構造となるものを成膜する。例えばＮａＣｌ構造を成した結晶性酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であって、｛１００｝面が第１磁化固定層５および磁化自由層７との積層界面に平行及び垂直になるように形成する。ＭｇＯトンネルバリア層の形成方法としては、ＭｇＯの焼結体ターゲットをＲＦスパッタすることによって直接的に第１磁化固定層５の上に厚さ１ｎｍ前後のＭｇＯ層を成膜しても良いし、厚さ１ｎｍ程度の金属ＭｇをＤＣスパッタで第１磁化固定層５の上に成膜した後、自然酸化やラジカル酸化などで酸化処理し、さらに厚さ０．３〜０．４ｎｍ程度の金属Ｍｇ層でキャップしても良い。ＭｇＯ層の成膜については公知の方法を用いて行うことができ、詳細な成膜方法については例えば特開２００６−８０１１６号公報に記載されている。いずれの場合においてもトンネルバリア層を成膜した後に、３００〜４００℃で一旦加熱処理を行いまた室温付近まで冷却するとより高品質なトンネルバリア層が得られる。
【００２２】
磁化自由層７は室温での成膜直後に体心立方構造の結晶粒を複数含んだ多結晶構造を有し、その体心立方構造の｛１００｝面が第１トンネルバリア層および第２トンネルバリア層との積層界面に平行及び垂直になるように形成する。また、磁化自由層７はＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの２層構造（順不同）、またはＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの３層構造であっても良い。最良の形態の例として、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅＢ（２４：７４：２  ａｔｏｍｉｃ％）の単層構造を用いる。多結晶構造を有する強磁性層の成膜については、公知の方法を用いて行うことができ、詳細な成膜方法については例えば特開２００６−８０１１６号公報に記載されている。なお本発明においては、成膜直後に磁化自由層７が複数の結晶粒が含まれた多結晶構造を有していることが必要であり、ＣｏとＦｅから成るターゲット、若しくはそれらにＢが１０ａｔｏｍｉｃ％未満含まれたターゲットを用いることが肝要である。磁化自由層７の下地層として、第１トンネルバリア層５に含まれる結晶粒の結晶格子の｛１００｝面が積層界面と平行及び垂直となるように成膜されているため、ＣｏＦｅもしくはＢを１０ａｔｏｍｉｃ％未満含んだＣｏＦｅＢもこの結晶格子と整合するように成膜されていく。
【００２３】
第２トンネルバリア層８はＮａＣｌ構造を成した結晶性酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であって、｛１００｝面が磁化自由層７および第２磁化固定層９との積層界面に平行及び垂直になるように形成する。第２トンネルバリア層８の形成方法としては、第１トンネルバリア層６と同様である。
【００２４】
第２磁化固定層９の成膜直後の構造は特に問わない。即ち、室温での成膜直後に体心立方構造の結晶粒を複数含んだ多結晶構造を有し、その体心立方構造の｛１００｝面が第１トンネルバリア層および第２トンネルバリア層との積層界面に平行及び垂直になるように形成するか、アモルファス構造を有していても良い。成膜直後に結晶粒を複数含んだ多結晶構造を有するように成膜した場合は、磁化自由層７と同様の成膜方法を用いる。アモルファス構造として成膜する場合は第１磁化固定層４と同様の成膜方法を用いる。
【００２５】
第２磁化固定層９の好ましい形態として、第２磁化固定層９を、２つの強磁性層で非磁性層を挟んだいわゆる積層フェリ構造がある。その場合は、第２反強磁性層１０と接する側の強磁性層をＣｏＦｅ単層、またはＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの２層構造、またはＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの３構造としても良い。
また、第２トンネルバリア層８と接する側の強磁性層はＣｏＦｅＢ単層、ＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢの２層構造、またはＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅの３構造としても良い。
非磁性層としてはＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ等が用いられる。好適にはＲｕまたはＲｈが用いられる。
【００２６】
第２磁化固定層９を積層フェリ構造とした場合の例を図５〜７に示す。
なお、磁化固定層として機能する積層フェリ構造部分以外の層構成については全て図１に示したものと同様である。
図５は図１に示した第２磁化固定層９を、２つの強磁性層で非磁性層を挟んだ積層フェリ構造としたものである。５９ａ及び５９ｃはＣｏＦｅＢ層、５９ｂがＲｕ層で構成され、３つの層で磁化固定層として機能する。
図６は図５に示した積層フェリ構造の強磁性層を各々さらに２層の強磁性層から構成した例である。６９ａはＣｏＦｅＢ層、６９ｂはＣｏＦｅ層、６９ｃはＲｕ層、６９ｄはＣｏＦｅ層、６９ｅはＣｏＦｅＢ層で構成され、５つの層で磁化固定層として機能する。
図７は図５に示した積層フェリ構造の強磁性層を各々さらに３層の強磁性層から構成した例である。７９ａ、７９ｃ、７９ｅ及び７９ｇがＣｏＦｅ層、７９ｂ及び７９ｆがＣｏＦｅＢ層、７９ｄがＲｕ層で構成され、７つの層で磁化固定層として機能する。
【００２７】
第２磁化固定層９の構成は図５〜７に示した層構成に限らない。例えば、図５の積層フェリ構造において、第２反強磁性層１０側の強磁性層だけを３層から構成しても良いし、逆に第２トンネルバリア層８側だけを３層から構成しても良い。
【００２８】
第２磁化固定層９が積層フェリ構造である場合の最良の形態の例としては、第２トンネルバリア層に接する側から、ＣｏＦｅ（７０：３０  ａｔｏｍｉｃ％）／ＣｏＦｅＢ（６０：２０：２０  ａｔｏｍｉｃ％）／ＣｏＦｅ（７０：３０  ａｔｏｍｉｃ％）／Ｒｕ／ＣｏＦｅ（７０：３０  ａｔｏｍｉｃ％）の５層構造とする。この場合の各層の膜厚は、ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１ｎｍ）／ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／Ｒｕ（０．８５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）である。
【００２９】
第２反強磁性層１０には厚さ１５ｎｍのＰｔＭｎを用いる。ＰｔＭｎ膜の組成はおよそ４９：５１（ａｔｏｍｉｃ％）である。ＰｔＭｎをＩｒＭｎに置き換えても良いが、その場合のＩｒＭｎ膜の組成はおよそ２５：７５（ａｔｏｍｉｃ％）である。
【００３０】
保護層１１にはＴａやＲｕなどを用いる。膜厚は特に問わない。
【００３１】
このようにして形成した二重トンネル磁気抵抗効果膜を、さらに１Ｔ（テスラ）以上の強磁場中で３００〜４５０℃の範囲で熱処理を行うことによって、アモルファス構造を有する強磁性層とＭｇＯトンネルバリア層の積層界面で結晶格子が繋がる。より具体的には、図８の拡大図に示すようにＣｏＦｅ結晶粒もしくはＣｏＦｅＢ層から晶出した体心立方構造のＣｏＦｅ結晶粒は、その｛１００｝面がＭｇＯトンネルバリア層中の結晶粒の｛１００｝面と、積層界面に垂直な軸の周りに相対的に４５°回転した状態で整合する。
即ち、本明細書において、各層に存在する結晶格子が繋がっているとは、その積層界面において結晶格子が整合された状態となっていることを意味する。
【００３２】
上述したように磁化自由層７を複数の結晶粒を含んだ多結晶構造として成膜することで、第１トンネルバリア層６、磁化自由層７及び第２トンネルバリア層８において結晶格子が繋がった結晶粒を有する積層膜を作製することができる。そして全ての膜を成膜後に熱処理することにより、さらに結晶格子が第１磁化固定層５及び第２磁化固定層９における結晶格子と繋がることで、全ての強磁性層及びトンネルバリア層において連続して結晶格子が繋がった結晶粒を有する積層膜を作製することができる。
【００３３】
また、第２磁化固定層９を多結晶構造となるように成膜した場合は、第１トンネルバリア層６、磁化自由層７、第２トンネルバリア層８および第２磁化固定層９の全ての層において結晶格子が繋がった積層膜を作製することができる。そして全ての膜を成膜後に、熱処理することにより、第１磁化固定層５から第２磁化固定層９まで全ての層において連続して結晶格子が繋がった積層膜を作製することができる。
【００３４】
なお、上述した実施形態において、第１磁化固定層５をアモルファス構造として成膜を行ったが、仮に基板１としてＭｇＯ単結晶等の結晶性基板を用いて、緩衝層２、下地層３及び第１反強磁性層４を結晶成長させた場合、第１磁化固定層５を複数の結晶粒を含んだ多結晶構造として成膜しても良い。この場合の第１磁化固定層５及び第２磁化固定層９の成膜には上述した実施形態において記した、磁化自由層７の成膜条件を用いる。第１磁化固定層５の成膜後、第１トンネルバリア層６、磁化自由層７、第２トンネルバリア層８及び第２磁化固定層９が次積層界面で連続して結晶格子が繋がった状態で成膜されていく。
【００３５】
このような結晶粒を作製することで、従来の二重トンネル磁気抵抗効果膜に比べ、磁化自由層７の磁気特性を向上させ、二重トンネル磁気抵抗効果膜のＭＲ比を向上させることが可能となる。
【００３６】
また、上記実施形態では複数の結晶粒の結晶格子が第１磁化固定層乃至第２磁化固定層の全ての層で繋がった例を示してきたが、仮に結晶格子が全ての層で繋がっている単一の結晶粒が存在しなかったとしても、従来の二重トンネル磁気抵抗効果膜に比べＭＲ比は向上するものと考えられる。
【００３７】
ここで、本明細書において｛１００｝面とは、立方晶の６つの等価な面（１００）、（０１０）、（００１）、（−１００）、（０−１０）及び（００−１）の全ての面を示すものである。同様に＜１００＞方向とは、立方晶の６つの等価な面の方向を示す[１００]、[０１０]、[００１]、[−１００]、[０−１０]及び[００−１]の全ての方向を示すものである。
図８の拡大図では膜面に平行な面を（００１）面、膜面に垂直方向を[００１]とした。
【符号の説明】
【００３８】
１  基板
２  緩衝層
３  下地層
４，１０  反強磁性層
５，９  磁化固定層
６，８  トンネルバリア層
７  磁化自由層
１１  保護層
【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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