(57)【要約】【課題】高い耐熱特性を有する磁気抵抗素子を提供する。【解決手段】磁気抵抗素子１０は、第１面２０Ａ、及び、第１面２０Ａと対向した第２面２０Ｂを有する第１積層構造体２０、並びに、記憶層３３、中間層３２及び磁化固定層３１が積層されて成り、第１面３０Ａ、及び、第１面３０Ａと対向した第２面３０Ｂを有し、第１面３０Ａが第１積層構造体２０の第２面２０Ｂと対向して位置する第２積層構造体３０を備えており、第１積層構造体２０は、第１積層構造体２０の第１面２０Ａ側から、金属窒化物から成る第１層２１、及び、ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層２２の積層構造を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面、及び、第１面と対向した第２面を有する第１積層構造体、並びに、
記憶層、中間層及び磁化固定層が積層されて成り、第１面、及び、第１面と対向した第２面を有し、第１面が第１積層構造体の第２面と対向して位置する第２積層構造体、
を備えており、
第１積層構造体は、第１積層構造体の第１面側から、金属窒化物から成る第１層、及び、ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層の積層構造を有する磁気抵抗素子。
【請求項２】
磁化固定層は第２積層構造体の第１面側に位置する請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
第１積層構造体の第１面と接して金属層が形成されている請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
第１積層構造体を構成する第１層及び金属層は、同じ金属元素を含んでいる請求項３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
（第１層を構成する材料，金属層を構成する材料）の組合せは、（ＶＮ，Ｖ）、（ＣｒＮ，Ｃｒ）、（ＮｂＮ，Ｎｂ）、（ＭｏＮ，Ｍｏ）、（ＴａＮ，Ｔａ）、（ＷＮ，Ｗ）、（ＣｕＮ，Ｃｕ）、又は、（ＴｉＮ，Ｔｉ）である請求項４に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
ルテニウム化合物は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニッケル、銅、クロム、ニッケル−鉄、ニッケル−鉄−クロム、及び、ニッケル−クロムから成る群から選択された少なくとも１種の元素又は元素群を含む請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項７】
磁化固定層は、少なくとも２層の磁性材料層が積層された積層フェリ構造を有する請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項８】
積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層は、鉄、コバルト及びニッケルから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含みれ、又は、鉄、コバルト及びニッケルから成る群から選択された少なくとも１種の元素及びホウ素を含み、
積層フェリ構造を構成する他方の磁性材料層は、鉄、コバルト及びニッケルから成る群から選択された少なくとも１種の元素、並びに、白金、パラジウム、ニッケル及びロジウムから成る群から選択された少なくとも１種の元素を主成分とする材料から成る請求項７に記載の磁気抵抗素子。
【請求項９】
積層フェリ構造は、更に、積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層と第２積層構造体との間に、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、チタン及びルテニウムから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む非磁性材料層を有する請求項７に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１０】
記憶層は、コバルト、鉄及びニッケルから成る金属材料、又は、コバルト、鉄、ニッケル及びホウ素から成る金属材料から構成されている請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１１】
中間層はＭｇＯから成る請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１２】
第２積層構造体の第２面と接してキャップ層が形成されている請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１３】
キャップ層は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、クロム、マグネシウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及び白金から成る群から選択された少なくとも１種の材料から成る単層構造、又は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、クロム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及び白金から成る群から選択された少なくとも１種の材料層、並びに、ＭｇＴｉＯ、ＭｇＯ、ＡｌＯ、ＳｉＯから成る群から選択された少なくとも１種の酸化物層の積層構造から構成されている請求項１２に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１４】
記憶層の磁化方向は、記憶すべき情報に対応して変化し、
記憶層において、磁化容易軸は第２積層構造体の積層方向に対して平行である請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１５】
垂直磁化方式のスピン注入型磁気抵抗効果素子から成る請求項１４に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１６】
第１積層構造体の第１面は第１配線に接続され、第２積層構造体の第２面は第２配線に接続され、
第１配線と第２配線との間に電流が流されることで、記憶層に情報が記憶される請求項１４に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１７】
第１積層構造体を構成する第２層のＸ線回折法に基づき得られた（００２）面の回折ピーク強度の値をＡ、（０１２）面の回折ピークの強度の値をＢとしたとき、
Ｂ／Ａ≦０．０５
を満足する請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子を備えている電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、磁気抵抗素子、より具体的には、例えば記憶素子を構成する磁気抵抗素子、及び、係る磁気抵抗素子を備えた電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）は、磁性体の磁化方向に基づきデータ記憶を行うので、高速、且つ、ほぼ無限(１０15回以上)の書換えが可能であり、既に産業オートメーションや航空機等の分野で使用されている。そして、ＭＲＡＭは、その高速動作と高い信頼性から、今後、コードストレージやワーキングメモリへの展開が期待されているが、現実には、低消費電力化、大容量化に課題を有している。これは、ＭＲＡＭの記録原理、即ち、配線から発生する電流磁界により磁化を反転させるという方式に起因する本質的な課題である。この問題を解決するための１つの方法として、電流磁界によらない記録方式、即ち、磁化反転方式が検討されており、中でも、スピン注入による磁化反転を応用したスピン注入型磁気抵抗効果素子（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ，Spin Transfer Torque based Magnetic Random Access Memory）が注目されている（例えば、特開２０１４−０７２３９３号公報参照）。
【０００３】
スピン注入による磁化反転とは、磁性体を通過してスピン偏極した電子が、他の磁性体に注入されることにより、他の磁性体において磁化反転が生じる現象である。スピン注入型磁気抵抗効果素子にあっては、スピン注入による磁化反転を利用することにより、外部磁界に基づき磁化反転を行うＭＲＡＭと比較して、素子の微細化が進んでも書込み電流が増大しないという利点、書込み電流値が素子体積に比例して減少するためスケーリングが可能であるという利点、セル面積を縮小できるといった利点を有するし、ＭＲＡＭで必要とされる記録用電流磁界発生用のワード線が不要であるため、デバイス構造、セル構造が単純になるという利点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０７２３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような磁気抵抗素子の製造工程（特に、バック・エンド・オブ・ライン，ＢＥＯＬ）において、４００゜Ｃ程度の温度が磁気抵抗素子に加わる可能性がある。それ故、このような温度に晒された場合でも特性が劣化しない磁気抵抗素子が強く望まれている。
【０００６】
従って、本開示の目的は、高い耐熱性を有する磁気抵抗素子、及び、係る磁気抵抗素子を備えた電子デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本開示の磁気抵抗素子は、
第１面、及び、第１面と対向した第２面を有する第１積層構造体、並びに、
記憶層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）、中間層及び磁化固定層が積層されて成り、第１面、及び、第１面と対向した第２面を有し、第１面が第１積層構造体の第２面と対向して位置する第２積層構造体、
を備えており、
第１積層構造体は、第１積層構造体の第１面側から、金属窒化物から成る第１層、及び、ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層の積層構造を有する。
【０００８】
上記の目的を達成するための本開示の電子デバイスは、本開示の磁気抵抗素子を備えている。尚、本開示の電子デバイスにあっては、本開示の磁気抵抗素子が２次元マトリクス状に配列されて成る不揮発性記憶素子アレイを備えている形態とすることもでき、この場合、磁気抵抗素子は不揮発性メモリセルを構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の磁気抵抗素子、本開示の電子デバイスを構成する本開示の磁気抵抗素子（以下、これらの磁気抵抗素子を総称して、『本開示の磁気抵抗素子等』と呼ぶ場合がある）にあっては、金属窒化物から成る第１層、及び、ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層の積層構造を有する第２積層構造体が備えられているので、高い耐熱性を磁気抵抗素子に付与することができる。即ち、高い熱負荷に晒されても、磁化固定層は良好な磁気特性を保持することができる。そして、これによって、動作エラーが無くなり、高い動作マージンを有する磁気抵抗素子を提供することができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１及び比較例１の磁気抵抗素子の概念図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、選択用トランジスタを含む実施例１の磁気抵抗素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）の模式的な一部断面図、及び、等価回路図である。
【図３】図３は、選択用トランジスタを含む実施例１の磁気抵抗素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）の模式的な透視斜視図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、実施例１及び比較例１の評価用サンプルにおいて、磁気光学カー効果測定によって磁気特性を評価した結果を示すグラフである。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、実施例１の積層構造及び比較例１の積層構造の概念図であり、図５Ｃは、実施例１の積層構造及び比較例１の積層構造のＸ線回折測定結果を示すグラフである。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、実施例２及び比較例２の磁気抵抗素子の概念図である。
【図７】図７は、実施例１の磁気抵抗素子の変形例の概念図である。
【図８】図８は、実施例１の磁気抵抗素子の別の変形例の概念図である。
【図９】図９は、実施例１の磁気抵抗素子の更に別の変形例の概念図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ、実施例３の複合型磁気ヘッドの一部を切り欠いて示した模式的な斜視図、及び、実施例３の複合型磁気ヘッドの模式的断面図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ、スピン注入磁化反転を適用したスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図、及び、ダブル・スピンフィルター構造を有するスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の磁気抵抗素子及び本開示の電子デバイス、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の磁気抵抗素子及び本開示の電子デバイス）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．その他
【００１２】
〈本開示の磁気抵抗素子及び本開示の電子デバイス、全般に関する説明〉
本開示の磁気抵抗素子等において、磁化固定層は第２積層構造体の第１面側に位置する形態とすることができるが、このような形態に限定するものではなく、記憶層が第２積層構造体の第１面側に位置する形態とすることもできる。即ち、全体として、金属窒化物から成る第１層／ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層／磁化固定層／中間層／記憶層が積層された構造とすることができるし、あるいは又、金属窒化物から成る第１層／ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層／記憶層／中間層／磁化固定層が積層された構造とすることもできる。また、本開示の磁気抵抗素子等において、第１積層構造体の第２面と第２積層構造体の第１面とは対向しているが、具体的には、第１積層構造体の第２面と第２積層構造体の第１面とは接している形態とすることができる。
【００１３】
上記の好ましい形態を含む本開示の磁気抵抗素子等において、第１積層構造体の第１面と接して金属層が形成されている形態とすることができる。そして、この場合、第１積層構造体を構成する第１層及び金属層は、同じ金属元素を含んでいる形態とすることができる。具体的には、（第１層を構成する材料，金属層を構成する材料）の組合せとして、（ＶＮ，Ｖ）、（ＣｒＮ，Ｃｒ）、（ＮｂＮ，Ｎｂ）、（ＭｏＮ，Ｍｏ）、（ＴａＮ，Ｔａ）、（ＷＮ，Ｗ）、（ＣｕＮ，Ｃｕ）、又は、（ＴｉＮ，Ｔｉ）を挙げることができる。
【００１４】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の磁気抵抗素子等において、ルテニウム化合物（ルテニウム合金を包含する）は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニッケル、銅、クロム、ニッケル−鉄、ニッケル−鉄−クロム、及び、ニッケル−クロムから成る群から選択された少なくとも１種の元素又は元素群を含む形態とすることができる。
【００１５】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の磁気抵抗素子等において、磁化固定層は、少なくとも２層の磁性材料層が積層された積層フェリ構造（積層フェリピン構造とも呼ばれる）を有する形態とすることができる。積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層を、『参照層』と呼ぶ場合があるし、積層フェリ構造を構成する他方の磁性材料層を、『固定層』と呼ぶ場合がある。参照層の磁化方向は、記憶層に記憶すべき情報の基準となる磁化方向である。積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層（参照層）が記憶層側に位置する。そして、この場合、
積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層（例えば、参照層）は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）から成る群から選択された少なくとも１種の元素を含み、又は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）から成る群から選択された少なくとも１種の元素及びホウ素（Ｂ）を含み、
積層フェリ構造を構成する他方の磁性材料層（例えば、固定層）は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）及びマンガン（Ｍｎ）から成る群から選択された少なくとも１種の元素〈便宜上、『元素−Ａ』と呼ぶ〉、並びに、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、イリジウム（Ｉｒ）及びロジウム（Ｒｈ）から成る群から選択された少なくとも１種の元素（但し、前記の元素−Ａとは異なる元素）を主成分とする材料から成る形態とすることができる。磁化固定層を積層フェリ構造を採用することで、情報書き込み方向に対する熱安定性の非対称性を確実にキャンセルすることができ、スピントルクに対する安定性の向上を図ることができる。
【００１６】
積層フェリ構造は、反強磁性的結合を有する積層構造、即ち、２つの磁性材料層（参照層及び固定層）の層間交換結合が反強磁性的になる構造であり、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）とも呼ばれ、２つの磁性材料層（参照層及び固定層）の間に設けられた非磁性層の厚さによって、２つの磁性材料層の層間交換結合が、反強磁性的あるいは強磁性的になる構造を指し、例えば、 S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990) に報告されている。強磁性材料として、具体的には、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を挙げることができるし、Ｆｅ層／Ｐｔ層、Ｆｅ層／Ｐｄ層、Ｃｏ層／Ｐｔ層、Ｃｏ層／Ｐｄ層、Ｃｏ層／Ｎｉ層、Ｃｏ層／Ｒｈ層といった積層構造を挙げることもできる。あるいは又、これらの材料に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｕ、Ｒｈ等の非磁性元素を添加して磁気特性を調整したり、結晶構造や結晶性や物質の安定性等の各種物性を調整してもよい。非磁性層を構成する材料として、ルテニウム（Ｒｕ）やその合金、ルテニウム化合物を挙げることができるし、あるいは又、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｈや、これらの合金を挙げることができる。
【００１７】
また、磁化固定層は、強磁性層のみにより、あるいは又、反強磁性層と強磁性層の反強磁性結合を利用することにより、その磁化の向きが固定された構成とすることができる。反強磁性材料として、具体的には、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｐｔ−Ｍｎ合金、Ｐｔ−Ｃｒ−Ｍｎ合金、Ｉｒ−Ｍｎ合金、Ｒｈ−Ｍｎ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、鉄酸化物（Ｆｅ2Ｏ3）を挙げることができる。あるいは又、これらの材料に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｕ、Ｒｈ等の非磁性元素を添加して磁気特性を調整したり、結晶構造や結晶性や物質の安定性等の各種物性を調整してもよい。非磁性層を構成する材料として、ルテニウム（Ｒｕ）やその合金、ルテニウム化合物を挙げることができるし、あるいは又、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｈや、これらの合金を挙げることができる。
【００１８】
尚、積層フェリ構造は、更に、積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層と第２積層構造体との間に、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、チタン及びルテニウムから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む非磁性材料層を有する形態とすることができる。
【００１９】
但し、磁化固定層は積層フェリ構造を有する形態に限定するものではない。１層から成り、参照層として機能する磁化固定層とすることもできる。このような磁化固定層を構成する材料として、後述する記憶層を構成する材料（強磁性材料）を挙げることができるし、あるいは又、磁化固定層（参照層）は、Ｃｏ層とＰｔ層との積層体、Ｃｏ層とＰｄ層との積層体、Ｃｏ層とＮｉ層との積層体、Ｃｏ層とＴｂ層との積層体、Ｃｏ−Ｐｔ合金層、Ｃｏ−Ｐｄ合金層、Ｃｏ−Ｎｉ合金層、Ｃｏ−Ｆｅ合金層、Ｃｏ−Ｔｂ合金層、Ｃｏ層、Ｆｅ層、又は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金層から成る構成とすることができ、あるいは又、これらの材料に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｕ、Ｒｈ等の非磁性元素を添加して磁気特性を調整したり、結晶構造や結晶性や物質の安定性等の各種物性を調整してもよく、更には、好ましくは、磁化固定層（参照層）はＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金層から成る構成とすることができる。
【００２０】
磁化固定層の磁化方向は情報の基準であるので、情報の記録や読出しによって磁化方向が変化してはならないが、必ずしも特定の方向に固定されている必要はなく、記憶層よりも保磁力を大きくするか、膜厚を厚くするか、あるいは、磁気ダンピング定数を大きくして、記憶層よりも磁化方向が変化し難い構成、構造とすればよい。
【００２１】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の磁気抵抗素子等において、記憶層は、コバルト、鉄及びニッケルから成る金属材料（合金、化合物）、又は、コバルト、鉄、ニッケル及びホウ素から成る金属材料（合金、化合物）から構成されている形態とすることができる。
【００２２】
あるいは又、記憶層を構成する材料として、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）といった強磁性材料の合金（例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ−Ｂ等）、あるいは、これらの合金にガドリニウム（Ｇｄ）が添加された合金を例示することができる。更には、垂直磁化型において、垂直磁気異方性を一層増加させるために、係る合金にテルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）等の重希土類を添加してもよいし、これらを含む合金を積層してもよい。記憶層の結晶性は、本質的に任意であり、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、非晶質であってもよい。また、記憶層は、単層構成とすることもできるし、上述した複数の異なる強磁性材料層を積層した積層構成とすることもできるし、強磁性材料層と非磁性体層を積層した積層構成とすることもできる。
【００２３】
また、記憶層を構成する材料に非磁性元素を添加することも可能である。非磁性元素の添加により、拡散の防止による耐熱性の向上や磁気抵抗効果の増大、平坦化に伴う絶縁耐圧の増大等の効果が得られる。添加する非磁性元素として、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｏｓを挙げることができる。
【００２４】
更には、記憶層として、組成の異なる強磁性材料層を積層させることも可能である。あるいは又、強磁性材料層と軟磁性材料層とを積層させたり、複数層の強磁性材料層を軟磁性材料層や非磁性体層を介して積層することも可能である。特に、Ｆｅ層、Ｃｏ層、Ｆｅ−Ｎｉ合金層、Ｃｏ−Ｆｅ合金層、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金層、Ｆｅ−Ｂ合金層、Ｃｏ−Ｂ合金層といった強磁性材料層の複数を非磁性体層を介して積層させた構成とする場合、強磁性材料層相互の磁気的強さの関係を調整することが可能になるため、スピン注入型磁気抵抗効果素子における磁化反転電流（スピン偏極電流とも呼ばれる）が大きくならないように抑制することが可能となる。非磁性体層の材料として、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、又は、これらの合金を挙げることができる。
【００２５】
記憶層の厚さとして、０．５ｎｍ乃至３０ｎｍを例示することができるし、磁化固定層の厚さとして、０．５ｎｍ乃至３０ｎｍを例示することができる。
【００２６】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の磁気抵抗素子等において、中間層は非磁性体材料から成ることが好ましい。即ち、スピン注入型磁気抵抗効果素子において、ＴＭＲ（Tunnel Magnetoresistance）効果を有する第２積層構造体を構成する場合の中間層は、絶縁材料であって、しかも、非磁性体材料から成ることが好ましい。即ち、磁化固定層、中間層及び記憶層によって、ＴＭＲ効果を有する第２積層構造体が構成されるとは、磁性材料から成る磁化固定層と、磁性材料から成る記憶層との間に、トンネル絶縁膜として機能する非磁性体材料膜から成る中間層が挟まれた構造を指す。ここで、絶縁材料であって非磁性体材料である材料として、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、マグネシウムフッ化物、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯX）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、ＴｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯX、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3、ＣａＦ、ＳｒＴｉＯ2、ＡｌＬａＯ3、Ｍｇ−Ａｌ2−Ｏ、Ａｌ−Ｎ−Ｏ、ＢＮ、ＺｎＳ等の各種絶縁材料、誘電体材料、半導体材料を挙げることができる。絶縁材料から成る中間層の面積抵抗値は、数十Ω・μｍ2程度以下であることが好ましい。中間層をマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）から構成する場合、ＭｇＯ層は結晶化していることが望ましく、（００１）方向に結晶配向性を有することがより望ましい。また、中間層をマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）から構成する場合、その厚さは１．５ｎｍ以下とすることが望ましい。一方、ＧＭＲ（Giant Magnetoresistance，巨大磁気抵抗）効果を有する第２積層構造体を構成する非磁性体材料膜を構成する材料として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔａ等、あるいは、これらの合金といった導電材料を挙げることができるし、導電性が高ければ（抵抗率が数百μΩ・ｃｍ以下）、任意の非金属材料としてもよいが、記憶層や磁化固定層と界面反応を起こし難い材料を、適宜、選択することが望ましい。
【００２７】
絶縁材料であって、しかも、非磁性体材料から構成された中間層は、例えば、スパッタリング法にて形成された金属層を酸化若しくは窒化することにより得ることができる。より具体的には、中間層を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを大気中で酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムをプラズマ酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムをＩＰＣプラズマで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素中で自然酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素ラジカルで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素中で自然酸化させるときに紫外線を照射する方法、アルミニウムやマグネシウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）やマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）をスパッタリング法にて成膜する方法を例示することができる。
【００２８】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の磁気抵抗素子等にあっては、後述する配線（電極）や接続部を構成する原子と記憶層を構成する原子の相互拡散の防止、接触抵抗の低減、記憶層の酸化防止のために、第２積層構造体の第２面と接してキャップ層が形成されている形態とすることができる。そして、この場合、キャップ層は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、クロム、マグネシウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及び白金から成る群から選択された少なくとも１種の材料から成る単層構造；酸化マグネシウム層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層、酸化シリコン層、Ｂｉ2Ｏ3層、ＳｒＴｉＯ2層、ＡｌＬａＯ3層、Ａｌ−Ｎ−Ｏ層、Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏ層、ＭｇＡｌ2Ｏ4層といった酸化物から成る単層構造；又は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、クロム、マグネシウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及び白金から成る群から選択された少なくとも１種の材料層、並びに、ＭｇＴｉＯ、ＭｇＯ、ＡｌＯ、ＳｉＯから成る群から選択された少なくとも１種の酸化物層の積層構造（例えば、Ｒｕ層／Ｔａ層）から構成されている形態とすることができる。
【００２９】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の磁気抵抗素子等において、
記憶層の磁化方向は、記憶すべき情報に対応して変化し、
記憶層において、磁化容易軸は第２積層構造体の積層方向に対して平行である（即ち、垂直磁化型である）形態とすることができる。そして、この場合、垂直磁化方式のスピン注入型磁気抵抗効果素子から成る形態とすることができ、更には、これらの場合、
第１積層構造体の第１面は第１配線（第１電極の概念を包含する）に接続され、第２積層構造体の第２面は第２配線（第２電極の概念を包含する）に接続され、
第１配線と第２配線との間に電流（前述した磁化反転電流）が流されることで、記憶層に情報が記憶される形態とすることができる。即ち、第２積層構造体の積層方向に磁化反転電流を流すことにより、記憶層の磁化方向を変化させ、記憶層において情報の記録が行われる形態とすることができる。
【００３０】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の磁気抵抗素子等において、第１積層構造体を構成する第２層のＸ線回折法に基づき得られた（００２）面の回折ピーク強度の値をＡ、（０１２）面の回折ピークの強度の値をＢとしたとき、限定するものではないが、
Ｂ／Ａ≦０．０５
を満足する形態とすることができる。
【００３１】
以上に説明した種々の層は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法に代表される化学的気相成長法（ＣＶＤ法）にて形成することができる。また、これらの層のパターニングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）やイオンミリング法（イオンビームエッチング法）にて行うことができる。種々の層を真空装置内で連続的に形成することが好ましく、その後、パターニングを行うことが好ましい。
【００３２】
本開示の磁気抵抗素子にあっては、前述したとおり、記憶層、中間層及び磁化固定層から成る第２積層構造体によって、ＴＭＲ効果あるいはＧＭＲ効果を有する積層構造体が構成されている構造とすることができる。そして、図１１Ａに概念図を示すように、反平行配置の磁化状態で、磁化反転電流（スピン偏極電流、書込み電流）を記憶層から磁化固定層へ流すと、電子が磁化固定層から記憶層へ注入されることで作用するスピントルクにより記憶層の磁化が反転し、記憶層の磁化方向と磁化固定層（具体的には、参照層）の磁化方向と記憶層の磁化方向が平行配列となる。一方、平行配置の磁化状態で、磁化反転電流を磁化固定層から記憶層へ流すと、電子が記憶層から磁化固定層へ流れることで作用するスピントルクによって記憶層の磁化が反転し、記憶層の磁化方向と磁化固定層（具体的には、参照層）の磁化方向が反平行配列となる。あるいは又、図１１Ｂに概念図を示すように、磁化固定層、中間層、記憶層、中間層、磁化固定層によって、ＴＭＲ効果あるいはＧＭＲ効果を有する第２積層構造体が構成されている構造とすることもできる。このような構造にあっては、記憶層の上下に位置する２つの中間層の磁気抵抗の変化に差を付けておく必要がある。
【００３３】
第１積層構造体、第２積層構造体の立体形状は、円筒形、円柱形であることが、加工の容易性、記憶層における磁化容易軸の方向の均一性を確保するといった観点から望ましいが、これに限定するものではなく、三角柱、四角柱、六角柱、八角柱等（これらにあっては側辺あるいは側稜が丸みを帯びているものを含む）、楕円柱とすることもできる。第１積層構造体、第２積層構造体の面積は、低磁化反転電流で磁化の向きを容易に反転させるといった観点から、例えば、０．０１μｍ2以下であることが好ましい。第１配線から第２配線へと、あるいは又、第２配線から第１配線へと、磁化反転電流を第２積層構造体に流すことによって、記憶層における磁化の方向を第１の方向（磁化容易軸と平行な方向）あるいは第２の方向（第１の方向とは反対の方向）とすることで、記憶層に情報が書き込まれる。第２積層構造体と第２配線との間には、第２電極と接する第２積層構造体の部分を構成する磁性材料層の結晶性向上のために、Ｔａ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔｉ等から成る下地膜を形成してもよい。
【００３４】
第１配線や第２配線は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ等の単層構造から成り、あるいは又、ＣｒやＴｉ等から成る下地層と、その上に形成されたＣｕ層、Ａｕ層、Ｐｔ層等の積層構造を有していてもよい。更には、Ｔａ等の単層構造あるいはＣｕ、Ｔｉ等との積層構造から構成することもできる。これらの配線（電極）は、例えば、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法にて形成することができる。
【００３５】
本開示の磁気抵抗素子等において、第１積層構造体、第２積層構造体の下方に、電界効果トランジスタから成る選択用トランジスタが設けられており、第２配線（例えば、ビット線）の延びる方向の射影像は、電界効果トランジスタを構成するゲート電極（例えば、ワード線あるいはアドレス線としても機能する）の延びる方向の射影像と直交する形態とすることができるし、第２配線の延びる方向は、電界効果トランジスタを構成するゲート電極の延びる方向と平行である形態とすることもできる。また、場合によっては、選択用トランジスタは不要である。
【００３６】
磁気抵抗素子における好ましい構成にあっては、上述したとおり、積層構造体の下方に電界効果トランジスタから成る選択用トランジスタを更に有しているが、より具体的な構成として、例えば、限定するものではないが、
半導体基板に形成された選択用トランジスタ、及び、
選択用トランジスタを覆う第１層間絶縁層（下層・層間絶縁層）、
を備えており、
第１層間絶縁層上に第１配線が形成されており、
第１配線は、第１層間絶縁層に設けられた接続孔（あるいは接続孔とランディングパッド部や下層配線）を介して選択用トランジスタの一方のソース／ドレイン領域に電気的に接続されており、
第２層間絶縁層（上層・層間絶縁層）は、第１層間絶縁層及び第１配線を覆い、
第２層間絶縁層上に、第１積層構造体及び第２積層構造体を取り囲む絶縁材料層が形成されており、
第１積層構造体は、第１層間絶縁層及び第２層間絶縁層に設けられた接続孔（あるいは接続孔とランディングパッド部や下層配線）を介して選択用トランジスタの他方のソース／ドレイン領域に電気的に接続されており、
第２積層構造体と接する第２配線は絶縁材料層上に形成されている構成を例示することができる。
【００３７】
選択用トランジスタは、例えば、周知のＭＩＳ型ＦＥＴやＭＯＳ型ＦＥＴから構成することができる。第１配線と選択用トランジスタ、第１積層構造体と選択用トランジスタとを電気的に接続する接続孔は、不純物がドーピングされたポリシリコンや、タングステン、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＴｉＷ、ＴｉＮＷ、ＷＳｉ2、ＭｏＳｉ2等の高融点金属や金属シリサイドから構成することができ、ＣＶＤ法や、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法に基づき形成することができる。また、第１層間絶縁層、第２層間絶縁層、絶縁材料層を構成する材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ、ＮＳＧ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＬＴＯ、Ａｌ2Ｏ3を例示することができる。
【００３８】
本開示の電子デバイスとして、モバイル機器、ゲーム機器、音楽機器、ビデオ機器といった携帯可能な電子デバイスや、固定型の電子デバイスを挙げることができるし、磁気ヘッドを挙げることもできる。また、本開示の磁気抵抗素子（具体的には記憶素子、より具体的には不揮発性メモリセル）が２次元マトリクス状に配列されて成る不揮発性記憶素子アレイから構成された記憶装置を挙げることもできる。
【実施例１】
【００３９】
実施例１は、本開示の磁気抵抗素子、より具体的には、例えば記憶素子（不揮発性メモリセル）を構成する磁気抵抗素子に関し、また、本開示の電子デバイスに関する。
【００４０】
ところで、例えば、ＭｇＯから成る中間層（トンネル絶縁層）上に、Ｃｏ系材料あるいはＦｅ系材料から成る記憶層を積層させた構造にあっては、３５０゜Ｃ以上の熱負荷が加わると磁気特性が大きく劣化してしまう。通常の半導体メモリ作製プロセスでは、ＣＶＤ工程等で記憶素子に４００゜Ｃ程度の熱負荷が加わるため、４００゜Ｃ程度の熱負荷によっても十分良好な磁気特性を維持できる磁性材料層及び磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunnel Junction）構成を実現することは非常に重要な課題である。
【００４１】
実施例１の磁気抵抗素子１０の概念図を図１Ａに示す。図中、磁化方向を白抜きの矢印で示す。実施例１の磁気抵抗素子１０は、
第１面２０Ａ、及び、第１面２０Ａと対向した第２面２０Ｂを有する第１積層構造体２０、並びに、
記憶層（磁化反転層あるいは自由層とも呼ばれる）３３、中間層３２及び磁化固定層３１が積層されて成り、第１面３０Ａ、及び、第１面３０Ａと対向した第２面３０Ｂを有し、第１面３０Ａが第１積層構造体２０の第２面２０Ｂと対向して位置する（具体的には、接している）第２積層構造体３０、
を備えている。そして、第１積層構造体２０は、第１積層構造体２０の第１面２０Ａの側から、金属窒化物から成り、第１層２１、及び、ルテニウム（Ｒｕ）又はルテニウム化合物（具体的には、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）−コバルト（Ｃｏ）合金）から成る第２層２２の積層構造を有する。また、実施例１の磁気抵抗素子１０において、磁化固定層３１は第２積層構造体３０の第１面３０Ａの側に位置する。即ち、全体として、金属窒化物から成る第１層２１／ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層２２／磁化固定層３１／中間層３２／記憶層３３が積層された構造である。尚、第１積層構造体２０の第２面２０Ｂと第２積層構造体３０の第１面３０Ａとは対向しているが、具体的には、第１積層構造体２０の第２面２０Ｂと第２積層構造体３０の第１面３０Ａとは接している。
【００４２】
また、実施例１の電子デバイスは、実施例１の磁気抵抗素子を備えている。具体的には、実施例１の磁気抵抗素子が２次元マトリクス状に配列されて成る不揮発性記憶素子アレイを備えている。磁気抵抗素子は不揮発性メモリセルを構成する。
【００４３】
そして、実施例１の磁気抵抗素子１０にあっては、更に、第１積層構造体２０の第１面２０Ａと接して金属層２３が形成されており、第１積層構造体２０を構成する第１層２１及び金属層２３は、同じ金属元素を含んでいる。具体的には、第１層２１を構成する材料をＴａＮとし、金属層２３を構成する材料をＴａとした。金属層２３は、ＳｉＯ2から成る第２層間絶縁層６８上に形成されている。
【００４４】
磁化固定層３１は、少なくとも２層の磁性材料層が積層された積層フェリ構造（積層フェリピン構造とも呼ばれる）を有する。積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層（参照層）３１Ｃと積層フェリ構造を構成する他方の磁性材料層（固定層）３１Ａとの間には、ルテニウム（Ｒｕ）から成る非磁性層３１Ｂが形成されている。
【００４５】
記憶層３３は、磁化方向が第２積層構造体３０の積層方向に自由に変化する磁気モーメントを有する強磁性材料、より具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金［（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20］から構成されている。非磁性体材料から成る中間層３２は、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）として機能する絶縁層、具体的には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）層から成る。中間層３２をＭｇＯ層から構成することで、磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を大きくすることができ、これによって、スピン注入の効率を向上させることができ、記憶層３３の磁化方向を反転させるために必要とされる磁化反転電流密度を低減させることができる。更には、第２積層構造体３０の第２面と接してキャップ層３４が形成されている。
【００４６】
更には、実施例１の磁気抵抗素子において、記憶層３３の磁化方向は、記憶すべき情報に対応して変化する。そして、記憶層３３において、磁化容易軸は第２積層構造体３０の積層方向に対して平行である（即ち、垂直磁化型である）。即ち、実施例１の磁気抵抗素子は、垂直磁化方式のスピン注入型磁気抵抗効果素子から成る。云い換えれば、実施例１の磁気抵抗素子はＭＴＪ素子から構成されている。参照層３１Ｃの磁化方向は、記憶層３３に記憶すべき情報の基準となる磁化方向であり、記憶層３３の磁化方向と参照層３１Ｃの磁化方向の相対的な角度によって、情報「０」及び情報「１」が規定される。
【００４７】
第１積層構造体２０の第１面２０Ａは第１配線４１に接続され、第２積層構造体３０の第２面３０Ｂは第２配線４２に接続され（より具体的には、第２積層構造体３０の第２面３０Ｂは、キャップ層３４を介して第２配線４２に接続され）、第１配線４１と第２配線４２との間に電流（磁化反転電流）が流されることで、記憶層３３に情報が記憶される。即ち、第２積層構造体３０の積層方向に磁化反転電流を流すことにより、記憶層３３の磁化方向を変化させ、記憶層３３において情報の記録が行われる。このように、参照層３１Ｃにおける磁化容易軸は、第２積層構造体３０の積層方向と平行である。即ち、参照層３１Ｃは、磁化方向が第２積層構造体３０の積層方向と平行な方向に変化する磁気モーメントを有する強磁性材料、より具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金［（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20］から構成されている。更には、固定層３１Ａは、Ｃｏ−Ｐｔ合金層から構成され、ルテニウム（Ｒｕ）から構成された非磁性層３１Ｂを介して、参照層３１Ｃと磁気的に結合する積層フェリ構造を構成している。
【００４８】
第１積層構造体２０及び第２積層構造体３０の立体形状は、円筒形（円柱形）あるいは四角柱であるが、これに限定するものではない。
【００４９】
以上に説明した各種の層構成を、以下の表１に掲げた。
【００５０】
〈表１〉
キャップ層３４        ：膜厚１ｎｍのＴａ層と膜厚５ｎｍのＲｕ層の積層
第２積層構造体３０
記憶層３３        ：膜厚１．６ｎｍの（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20層
中間層３２        ：膜厚１．０ｎｍのＭｇＯ層
磁気固定層３１
参照層３１Ｃ  ：膜厚１．０ｎｍの（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20層
非磁性層３１Ｂ：膜厚０．８ｎｍのＲｕ層
固定層３１Ａ  ：膜厚２．５ｎｍのＣｏ−Ｐｔ合金層
第１積層構造体２０
第２層２２        ：膜厚５ｎｍのＲｕ層
第１層２１        ：膜厚５ｎｍのＴａＮ層
金属層２３            ：膜厚５ｎｍのＴａ層
【００５１】
選択用トランジスタを含む実施例１の磁気抵抗素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）の模式的な一部断面図を図２Ａに示し、等価回路図を図２Ｂに示し、模式的な透視斜視図を図３に示すように、第１積層構造体２０の下方に、電界効果トランジスタから成る選択用トランジスタＴＲが設けられている。具体的には、
半導体基板６０に形成された選択用トランジスタＴＲ、及び、
選択用トランジスタＴＲを覆う第１層間絶縁層６７、
を備えており、
第１層間絶縁層６７上に第１配線４１が形成されており、
第１配線４１は、第１層間絶縁層６７に設けられた接続孔（あるいは接続孔とランディングパッド部や下層配線）６６を介して選択用トランジスタＴＲの一方のソース／ドレイン領域６４Ａに電気的に接続されており、
第２層間絶縁層６８は、第１層間絶縁層６７及び第１配線４１を覆い、
第２層間絶縁層６８上に、第１積層構造体２０及び第２積層構造体３０を取り囲む絶縁材料層５１が形成されており、
第１積層構造体２０は、第１層間絶縁層６７及び第２層間絶縁層６８に設けられた接続孔６６を介して選択用トランジスタの他方のソース／ドレイン領域６４Ｂに電気的に接続されており、
第２積層構造体３０と接する第２配線４２は絶縁材料層５１上に形成されている。
【００５２】
選択用トランジスタＴＲは、ゲート電極６１、ゲート絶縁層６２、チャネル形成領域６３及びソース／ドレイン領域６４Ａ，６４Ｂを備えている。一方のソース／ドレイン領域６４Ａと第１配線４１とは、上述したとおり、タングステンプラグ６５を介して、第１層間絶縁層６７上に形成された第１配線（センス線）４１に接続されている。また、他方のソース／ドレイン領域６４Ｂは、接続孔６６を介して第１積層構造体２０に接続されている。ゲート電極６１は、所謂ワード線あるいはアドレス線としても機能する。そして、第２配線（ビット線）４２の延びる方向の射影像は、ゲート電極６１の延びる方向の射影像と直交しており、また、第１配線４１の延びる方向の射影像と平行である。但し、図２Ａでは、図面の簡素化のために、ゲート電極６１、第１配線４１、第２配線４２の延びる方向は、これらとは異なっている。
【００５３】
以下、実施例１の磁気抵抗素子の製造方法の概要を説明する。
【００５４】
［工程−１００］
先ず、周知の方法に基づき、シリコン半導体基板６０に素子分離領域６０Ａを形成し、素子分離領域６０Ａによって囲まれたシリコン半導体基板６０の部分に、ゲート酸化膜６２、ゲート電極６１、ソース／ドレイン領域６４Ａ，６４Ｂから成る選択用トランジスタＴＲを形成する。ソース／ドレイン領域６４Ａとソース／ドレイン領域６４Ｂの間に位置するシリコン半導体基板６０の部分がチャネル形成領域６３に相当する。次いで、第１層間絶縁層６７を形成し、一方のソース／ドレイン領域６４Ａの上方の第１層間絶縁層６７の部分にタングステンプラグ６５を形成し、更には、第１層間絶縁層６７上に第１配線４１を形成する。その後、全面に第２層間絶縁層６８を形成し、他方のソース／ドレイン領域６４Ｂの上方の第１層間絶縁層６７、第２層間絶縁層６８の部分にタングステンプラグから成る接続孔６６を形成する。こうして、第１層間絶縁層６７、第２層間絶縁層６８で覆われた選択用トランジスタＴＲを得ることができる。
【００５５】
［工程−１１０］
その後、全面に、金属層２３、第１積層構造体２０、第２積層構造体３０、キャップ層３４を連続成膜し、次いで、キャップ層３４、第２積層構造体３０、第１積層構造体２０、金属層２３を、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）に基づきエッチングする。金属層２３は接続孔６６と接している。尚、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から成る中間層３２は、ＲＦマグネトロンスパッタ法に基づきＭｇＯ層の成膜を行うことで形成した。また、その他の層はＤＣマグネトロンスパッタ法に基づき成膜を行った。
【００５６】
［工程−１２０］
次に、全面に絶縁材料層５１を形成し、絶縁材料層５１に平坦化処理を施すことで、絶縁材料層５１の頂面をキャップ層３４の頂面と同じレベルとする。その後、絶縁材料層５１上に、キャップ層３４と接する第２配線４２を形成する。こうして、図２Ａに示した構造の磁気抵抗素子（具体的には、スピン注入型磁気抵抗効果素子）を得ることができる。尚、ＲＩＥ法によって各層をパターニングする代わりに、イオンミリング法（イオンビームエッチング法）に基づき各層をパターニングすることもできる。
【００５７】
以上のとおり、実施例１の磁気抵抗素子の製造には一般のＭＯＳ製造プロセスを適用することができ、汎用メモリとして適用することが可能である。
【００５８】
ところで、情報は、一軸異方性を有する記憶層３３の磁化方向の向きによって規定される。情報の書込みは、第２積層構造体３０の積層方向に磁化反転電流（スピン偏極電流）を流し、スピントルク磁化反転を生じさせることによって行われる。以下、スピン注入磁化反転を適用したスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図である図１１Ａを参照して、スピントルク磁化反転について簡単に説明する。電子は２種類のスピン角運動量を有する。仮にこれを上向き、下向きと定義する。非磁性体内部では両者が同数であり、強磁性体内部では両者の数に差がある。
【００５９】
強磁性材料から成る記憶層３３と参照層３１Ｃとは、互いの磁気モーメントの向きが反平行状態にあると仮定する。この状態では、情報「１」が記憶層３３に記憶されている。記憶層３３に記憶されている情報「１」を「０」に書き換えるとする。この場合、記憶層３３から磁化固定層３１へと磁化反転電流（スピン偏極電流）を流す。即ち、磁化固定層３１から記憶層３３に向かって電子を流す。参照層３１Ｃを通過した電子には、スピン偏極、即ち、上向きと下向きの数に差が生じる。中間層３２の厚さが十分に薄く、このスピン偏極が緩和して通常の非磁性体における非偏極状態（上向きと下向きが同数の状態）になる前に、記憶層３３に達すると、スピン偏極度の符号が逆になっていることにより、系全体のエネルギーを下げるために、一部の電子は、反転、即ち、スピン角運動量の向きを変えさせられる。このとき、系の全角運動量は保存されなければならないため、向きを変えた電子による角運動量変化の合計と等価な反作用が、記憶層３３における磁気モーメントに与えられる。電流、即ち、単位時間に第２積層構造体３０を通過する電子の数が少ない場合には、向きを変える電子の総数も少ないために、記憶層３３における磁気モーメントに発生する角運動量変化も小さいが、電流が増えると、多くの角運動量変化を単位時間内に記憶層３３に与えることができる。角運動量の時間変化はトルクであり、トルクが或る閾値を超えると記憶層３３の磁気モーメントは反転を開始し、その一軸異方性により１８０度回転したところで安定となる。即ち、反平行状態から平行状態への反転が起こり、情報「０」が記憶層３３に記憶される（図１１Ａの左手側の概念図を参照）。
【００６０】
次に、記憶層３３に記憶されている情報「０」を「１」に書き換えるとする。この場合、磁化反転電流を逆に磁化固定層３１から記憶層３３へと流す。即ち、記憶層３３から磁化固定層３１に向かって電子を流す。参照層３１Ｃに達した下向きのスピンを有する電子は、磁化固定層３１を通過する。一方、上向きのスピンを有する電子は、参照層３１Ｃで反射される。そして、係る電子が記憶層３３に進入すると、記憶層３３にトルクを与え、記憶層３３は反平行状態へと反転する（図１１Ａの右手側の概念図を参照）。但し、この際、反転を生じさせるのに必要な電流量は、反平行状態から平行状態へと反転させる場合よりも多くなる。平行状態から反平行状態への反転は直感的な理解が困難であるが、参照層３１Ｃの磁化方向が固定されているために反転できず、系全体の角運動量を保存するために記憶層３３が反転すると考えてもよい。このように、０／１の情報の記憶は、磁化固定層３１から記憶層３３の方向又はその逆向きに、それぞれの極性に対応する或る閾値以上の磁化反転電流（スピン偏極電流）を流すことによって行われる。
【００６１】
実施例１の磁気抵抗素子の評価のために、以下の評価用サンプルを試作した。即ち、厚さ０．７２５ｍｍのシリコン半導体基板の表面に、厚さ０．１μｍの熱酸化膜を形成し、その上に、表１に示した仕様を有する金属層２３、第１積層構造体２０、第２積層構造体３０、キャップ層３４を形成した。
【００６２】
比較例１として、図１Ｂに概念図を示すように、表１に示した第２積層構造体３０の下に、膜厚５ｎｍのＲｕ層（第１積層構造体における第２層に相当する）及び膜厚１０ｎｍのＴａ層（金属層に相当する）が形成された評価用サンプルを試作した。即ち、比較例１にあっては、膜厚５ｎｍのＲｕ層と膜厚１０ｎｍのＴａ層との間に、ＴａＮ層は形成されていない。
【００６３】
そして、実施例１及び比較例１の評価用サンプルに対して、４００゜Ｃ、３時間の熱処理を行った。
【００６４】
図４Ａ及び図４Ｂに、実施例１及び比較例１の評価用サンプルにおいて、磁気光学カー効果の測定に基づき磁気特性を評価した結果を示す。比較例１にあっては、４００゜Ｃ、３時間の熱処理を施すと、ＭＯＫＥ（磁気光学カー効果）測定装置を用いてＭＯＫＥ波形を測定したところ、ＭＯＫＥ波形が示す磁化変化がなだらかになってしまっている。一方、実施例１にあっては、ＭＯＫＥ波形の角型性が、４００゜Ｃ、３時間の熱処理を施した後においても維持されている。
【００６５】
次に、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、表１に示した金属層２３及び第１積層構造体２０の積層構造（『実施例１の積層構造』と呼ぶ）、及び、膜厚５ｎｍのＴａ層及び膜厚１０ｎｍのＲｕ層の積層構造（『比較例１の積層構造』と呼ぶ）を試作し、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定を行った。ＸＲＤ測定結果を図５Ｃに示すが、実施例１の積層構造にあっては、Ｒｕ（００２）面のみの回折ピークが観測された。一方、比較例１の積層構造にあっては、Ｒｕ（００２）面だけでなく、Ｒｕ（０１２）面の回折ピークが存在していた。即ち、第１積層構造体２０を構成する第２層２１のＸ線回折法に基づき得られた（００２）面の回折ピーク強度の値をＡ、（０１２）面の回折ピークの強度の値をＢとしたとき、
Ｂ／Ａ≦０．０５
を満足する。具体的には、実施例１にあっては、Ｂ／Ａの値はトレースレベルであり、比較例１にあっては、Ｂ／Ａ＝０．１であった。この結果から、実施例１の積層構造の方が高配向Ｒｕ層となっており、即ち、実施例１の積層構造の方が、より優れた平坦性を有しており、その結果、実施例１の積層構造上に第２積層構造体３０を形成したとき、第２積層構造体３０は優れた特性を有する結果、より高温まで安定した磁気特性が得られるとの結論を得ることができた。
【００６６】
以上のとおり、実施例１の磁気抵抗素子にあっては、金属窒化物から成る第１層、及び、ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層の積層構造を有する第２積層構造体が備えられている。ここで、金属窒化物から成る第１層が存在することで、その上に形成される第２層が熱的に安定し、高い配向性を保持することができ、優れた平坦性を第２層に付与することができる。それ故、第２層上に形成される磁化固定層の磁気異方性が高められ、しかも、高い耐熱性を磁気抵抗素子に付与することができる。即ち、高い熱負荷に晒されても、磁化固定層は、良好な磁気特性を示し、しかも、良好な磁気特性を保持することができる。そして、これによって、動作エラーが無くなり、高い動作マージンを有する磁気抵抗素子を提供することができる。また、スピン注入効率を大きく維持することができる結果、磁化反転電流（スピン偏極電流）を低減させることができ、また、抵抗値の分離も大きく保てるため、動作速度の高速化を図ることもできる。
【００６７】
（第１層を構成する材料，金属層を構成する材料）の組合せとして、（ＴａＮ，Ｔａ）の他、（ＶＮ，Ｖ）、（ＣｒＮ，Ｃｒ）、（ＮｂＮ，Ｎｂ）、（ＭｏＮ，Ｍｏ）、（ＷＮ，Ｗ）、（ＣｕＮ，Ｃｕ）、（ＴｉＮ，Ｔｉ）においても、高い耐熱性を磁気抵抗素子に付与することができることが判った。
【実施例２】
【００６８】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２及び比較例２の磁気抵抗素子概念図を、それぞれ、図６Ａ及び図６Ｂに示す。尚、実施例２においても、磁気抵抗素子の評価のために、以下の評価用サンプルを試作した。即ち、厚さ０．７２５ｍｍのシリコン半導体基板の表面に、厚さ０．３μｍの熱酸化膜（図示せず）を形成し、その上に、以下の表２に示す仕様を有する金属層２３、第１積層構造体２０、第２積層構造体３０、キャップ層３４等を形成した。また、熱酸化膜の上に、下から、３ｎｍのＴａ層／１０ｎｍのＣｕＮ層／３ｎｍのＴａ層／１０ｎｍのＣｕＮ層／Ｔａ層から成る測定用電極を形成した。
【００６９】
〈表２〉
キャップ層３４        ：膜厚１ｎｍのＴａ層と膜厚５ｎｍのＲｕ層の積層
下地膜３５            ：膜厚３ｎｍのＴａ層
第２積層構造体３０
記憶層３３        ：膜厚１．６ｎｍの（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20層
中間層３２        ：膜厚１．０ｎｍのＭｇＯ層
磁気固定層３１
参照層３１Ｃ  ：膜厚１．０ｎｍの（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20層
非磁性層３１Ｂ：膜厚０．８ｎｍのＲｕ層
固定層３１Ａ  ：膜厚２．５ｎｍのＣｏ−Ｐｔ合金層
第１積層構造体２０
第２層２２        ：膜厚５ｎｍのＲｕ層
第１層２１        ：膜厚５ｎｍのＴａＮ層
金属層２３            ：膜厚５ｎｍのＴａ層
【００７０】
比較例２として、表２に示した第２積層構造体３０の下に、比較例１と同様に、膜厚５ｎｍのＲｕ層（第１積層構造体における第２層に相当する）及び膜厚１０ｎｍのＴａ層（金属層に相当する）が形成された評価用サンプルを試作した。即ち、比較例２にあっても、膜厚５ｎｍのＲｕ層と膜厚１０ｎｍのＴａ層との間に、ＴａＮ層は形成されていない。
【００７１】
そして、ＣＩＰＴ（Current In Plant Tunneling）装置を用いて、ＲＡ特性（第２積層構造体３０の積層方向と平行な方向における抵抗成分、即ち、抵抗値と面積の積であり、単位はΩ・μｍ2）、及び、ＴＭＲ特性（抵抗変化率であり、単位は％）を測定した。
【００７２】
実施例２及び比較例２の評価用サンプルのＲＡ特性及びＴＭＲ特性の測定結果を、以下の表３に示す。尚、熱処理を、３５０゜Ｃ、１時間、及び、４００゜Ｃ、３時間の２種類とした。
【００７３】
〈表３〉
ＲＡ特性
３５０゜Ｃ×１時間の熱処理    ４００゜Ｃ×３時間の熱処理
実施例２        ７                            ７
比較例２        ７                            ８．５
ＴＭＲ特性
３５０゜Ｃ×１時間の熱処理    ４００゜Ｃ×３時間の熱処理
実施例２        １２５                        １５５
比較例２        １２５                        １２０
【００７４】
測定の結果、３５０゜Ｃ、１時間の熱処理では、実施例２、比較例２共に、ＲＡ特性の値は７Ω・μｍ2であり、ＴＭＲ特性の値は１２５％であった。しかしながら、４００゜Ｃ、３時間の熱処理では、磁気特性劣化の有無に対応して、ＲＡ特性、ＴＭＲ特性に差が生じた。即ち、磁気特性が劣化する比較例２の評価用サンプルではＲＡ特性の値が増加し、ＴＭＲ特性の値が低下する結果となった。これに対して、実施例２では、ＲＡ特性の値に変化は見られず、ＴＭＲ特性の値が１５５％まで増加した。このようなＴＭＲ特性の値の増加は、熱処理温度の高温化によってＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金層やＭｇＯ層の結晶化が進行したことに起因すると考えられる。
【実施例３】
【００７５】
実施例３は、実施例１〜実施例２において説明した磁気抵抗素子を備えた電子デバイス、具体的には、磁気ヘッドに関する。磁気ヘッドは、例えば、ハードディスクドライブ、集積回路チップ、パーソナルコンピュータ、携帯端末、携帯電話、磁気センサ機器をはじめとする各種電子機器、電気機器等に適用することが可能である。
【００７６】
一例として図１０Ａ、図１０Ｂに、磁気抵抗素子１０１を複合型磁気ヘッド１００に適用した例を示す。尚、図１０Ａは、複合型磁気ヘッド１００について、その内部構造が分かるように一部を切り欠いて示した模式的な斜視図であり、図１０Ｂは複合型磁気ヘッド１００の模式的断面図である。
【００７７】
複合型磁気ヘッド１００は、ハードディスク装置等に用いられる磁気ヘッドであり、基板１２２上に、実施例１〜実施例２において説明した磁気抵抗素子を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドが形成されており、この磁気抵抗効果型磁気ヘッド上に、更に、インダクティブ型磁気ヘッドが積層形成されている。ここで、磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、再生用ヘッドとして動作し、インダクティブ型磁気ヘッドは、記録用ヘッドとして動作する。即ち、この複合型磁気ヘッド１００にあっては、再生用ヘッドと記録用ヘッドとが複合されている。
【００７８】
複合型磁気ヘッド１００に搭載されている磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、所謂シールド型ＭＲヘッドであり、基板１２２上に絶縁層１２３を介して形成された第１の磁気シールド層１２５と、第１の磁気シールド層１２５上に絶縁層１２３を介して形成された磁気抵抗素子１０１と、磁気抵抗素子１０１上に絶縁層１２３を介して形成された第２の磁気シールド層１２７とを備えている。絶縁層１２３は、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2等の絶縁材料から成る。第１の磁気シールド層１２５は、磁気抵抗素子１０１の下層側を磁気的にシールドするためのものであり、Ｎｉ−Ｆｅ等の軟磁性材料から成る。第１の磁気シールド層１２５上に、絶縁層１２３を介して磁気抵抗素子１０１が形成されている。磁気抵抗素子１０１は、磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、磁気記録媒体からの磁気信号を検出する感磁素子として機能する。磁気抵抗素子１０１の形状は略矩形状であり、一側面が磁気記録媒体への対向面として露呈している。そして、磁気抵抗素子１０１の両端にはバイアス層１２８，１２９が配されている。また、バイアス層１２８，１２９に接続された接続端子１３０，１３１が形成されている。接続端子１３０，１３１を介して磁気抵抗素子１０１にセンス電流が供給される。バイアス層１２８，１２９の上部には、絶縁層１２３を介して第２の磁気シールド層１２７が設けられている。
【００７９】
磁気抵抗効果型磁気ヘッドの上に積層形成されたインダクティブ型磁気ヘッドは、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２によって構成される磁気コアと、磁気コアを巻回するように形成された薄膜コイル１３３とを備えている。上層コア１３２は、第２の磁気シールド層１２７と共に閉磁路を形成しており、インダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアとなるものであり、Ｎｉ−Ｆｅ等の軟磁性材料から成る。ここで、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２は、これらの前端部が磁気記録媒体への対向面として露呈しており、且つ、これらの後端部において第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２が互いに接するように形成されている。ここで、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２の前端部は、磁気記録媒体の対向面において、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２が所定の間隙ｇをもって離間するように形成されている。即ち、複合型磁気ヘッド１００において、第２の磁気シールド層１２７は、磁気抵抗素子１０１の上層側を磁気的にシールドするだけでなく、インダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアも兼ねており、第２の磁気シールド層１２７と上層コア１３２によってインダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアが構成されている。そして間隙ｇが、インダクティブ型磁気ヘッドの記録用磁気ギャップとなる。
【００８０】
また、第２の磁気シールド層１２７上には、絶縁層１２３に埋設された薄膜コイル１３３が形成されている。薄膜コイル１３３は、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２から成る磁気コアを巻回するように形成されている。図示していないが、薄膜コイル１３３の両端部は、外部に露呈しており、薄膜コイル１３３の両端に形成された端子が、インダクティブ型磁気ヘッドの外部接続用端子となる。即ち、磁気記録媒体への磁気信号の記録時、これらの外部接続用端子から薄膜コイル１３３に記録電流が供給される。
【００８１】
以上のような複合型磁気ヘッド１００は、再生用ヘッドとして磁気抵抗効果型磁気ヘッドを搭載しているが、磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気記録媒体からの磁気信号を検出する感磁素子として、実施例１〜実施例２において説明した磁気抵抗素子１０１を備えている。そして、磁気抵抗素子１０１は、上述したように非常に優れた特性を示すので、この磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気記録の更なる高記録密度化に対応することができる。
【００８２】
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した各種の積層構造、使用した材料等は例示であり、適宜、変更することができる。
【００８３】
図７に実施例１の磁気抵抗素子の変形例の概念図を示すように、積層フェリ構造は、更に、積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層（参照層）３１Ｃと第２積層構造体３０との間に、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、チタン及びルテニウムから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む非磁性材料層３１Ｄを有していてもよい。
【００８４】
また、各実施例においては、記憶層３３が第２積層構造体３０の最上層に位置する構造を有するスピン注入型磁気抵抗効果素子を説明したが、図８に概念図を示すように、第２積層構造体３０における各層の積層順序を逆とし、第２積層構造体３０において記憶層３３が最下層に位置する構造を有するスピン注入型磁気抵抗効果素子とすることもできる。即ち、記憶層３３が第２積層構造体３０の第１面側に位置する形態、具体的には、金属窒化物から成る第１層２１／ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層２２／記憶層３３／中間層３２／磁化固定層３１が積層された構造とすることもできる。
【００８５】
あるいは又、図９に概念図を示すように、金属窒化物から成る第１層２１／ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層２２／第１磁化固定層３１ａ／第１中間層３２ａ／記憶層３３／第２中間層３２ｂ／第２磁化固定層３１ｂが積層された構造とすることもできる。このような構造にあっては、記憶層３３の上下に位置する２つの中間層３２ａ，３２ｂの磁気抵抗の変化に差を付けておけばよい。
【００８６】
また、絶縁材料層５１は磁性を有する形態とすることもでき、この場合、絶縁材料層５１を、例えば、酸化鉄（ＦｅＯX）から構成すればよい。
【００８７】
また、複数の磁気抵抗素子（記憶素子、不揮発性メモリセル）から構成された、所謂クロスポイント型のメモリセルユニットを構成することもできる。このクロスポイント型のメモリセルユニットは、
第１の方向に延びる複数の第１配線（ワード線）、
第１配線と上下方向に離間して配置され、第１配線と異なる第２の方向に延びる複数の第２配線（ビット線）、及び、
第１配線と第２配線とが重複する領域に配置され、第１配線及び第２配線に接続された磁気抵抗素子（記憶素子、不揮発性メモリセル）、
から構成されている。そして、第１配線と第２配線との間に印加する電圧の向き、あるいは、第１配線と第２配線との間に流す電流の向きによって、磁気抵抗素子における情報の書込み、消去が行われる。尚、このような構造にあっては、選択用トランジスタＴＲは不要である。
【００８８】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《磁気抵抗素子》
第１面、及び、第１面と対向した第２面を有する第１積層構造体、並びに、
記憶層、中間層及び磁化固定層が積層されて成り、第１面、及び、第１面と対向した第２面を有し、第１面が第１積層構造体の第２面と対向して位置する第２積層構造体、
を備えており、
第１積層構造体は、第１積層構造体の第１面側から、金属窒化物から成る第１層、及び、ルテニウム又はルテニウム化合物から成る第２層の積層構造を有する磁気抵抗素子。
［Ａ０２］磁化固定層は第２積層構造体の第１面側に位置する［Ａ０１］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０３］第１積層構造体の第１面と接して金属層が形成されている［Ａ０１］又は［Ａ０２］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０４］第１積層構造体を構成する第１層及び金属層は、同じ金属元素を含んでいる［Ａ０３］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０５］（第１層を構成する材料，金属層を構成する材料）の組合せは、（ＶＮ，Ｖ）、（ＣｒＮ，Ｃｒ）、（ＮｂＮ，Ｎｂ）、（ＭｏＮ，Ｍｏ）、（ＴａＮ，Ｔａ）、（ＷＮ，Ｗ）、（ＣｕＮ，Ｃｕ）、又は、（ＴｉＮ，Ｔｉ）である［Ａ０４］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０６］ルテニウム化合物は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニッケル、銅、クロム、ニッケル−鉄、ニッケル−鉄−クロム、及び、ニッケル−クロムから成る群から選択された少なくとも１種の元素又は元素群を含む［Ａ０１］乃至［Ａ０５］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０７］磁化固定層は、少なくとも２層の磁性材料層が積層された積層フェリ構造を有する［Ａ０１］乃至［Ａ０６］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０８］積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層は、鉄、コバルト及びニッケルから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含みれ、又は、鉄、コバルト及びニッケルから成る群から選択された少なくとも１種の元素及びホウ素を含み、
積層フェリ構造を構成する他方の磁性材料層は、鉄、コバルト及びニッケルから成る群から選択された少なくとも１種の元素、並びに、白金、パラジウム、ニッケル及びロジウムから成る群から選択された少なくとも１種の元素を主成分とする材料から成る［Ａ０７］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０９］積層フェリ構造は、更に、積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層と第２積層構造体との間に、バナジウム、クロム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、チタン及びルテニウムから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む非磁性材料層を有する［Ａ０７］又は［Ａ０８］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１０］記憶層は、コバルト、鉄及びニッケルから成る金属材料、又は、コバルト、鉄、ニッケル及びホウ素から成る金属材料から構成されている［Ａ０１］乃至［Ａ０９］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１１］中間層はＭｇＯから成る［Ａ０１］乃至［Ａ１０］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１２］第２積層構造体の第２面と接してキャップ層が形成されている［Ａ０１］乃至［Ａ１１］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１３］キャップ層は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、クロム、マグネシウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及び白金から成る群から選択された少なくとも１種の材料から成る単層構造、又は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、クロム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及び白金から成る群から選択された少なくとも１種の材料層、並びに、ＭｇＴｉＯ、ＭｇＯ、ＡｌＯ、ＳｉＯから成る群から選択された少なくとも１種の酸化物層の積層構造から構成されている［Ａ１２］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１４］記憶層の磁化方向は、記憶すべき情報に対応して変化し、
記憶層において、磁化容易軸は第２積層構造体の積層方向に対して平行である［Ａ０１］乃至［Ａ１３］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１５］垂直磁化方式のスピン注入型磁気抵抗効果素子から成る［Ａ１４］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１６］第１積層構造体の第１面は第１配線に接続され、第２積層構造体の第２面は第２配線に接続され、
第１配線と第２配線との間に電流が流されることで、記憶層に情報が記憶される［Ａ１４］又は［Ａ１５］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１７］第１積層構造体を構成する第２層のＸ線回折法に基づき得られた（００２）面の回折ピーク強度の値をＡ、（０１２）面の回折ピークの強度の値をＢとしたとき、
Ｂ／Ａ≦０．０５
を満足する［Ａ０１］乃至［Ａ１６］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ｂ０１］《電子デバイス》
［Ａ０１］乃至［Ａ１７］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子を備えている電子デバイス。
【符号の説明】
【００８９】
１０・・・磁気抵抗素子、２０・・・第１積層構造体、２０Ａ・・・第１積層構造体の第１面、２０Ｂ・・・第１積層構造体の第２面、２１・・・第１積層構造体を構成する第１層、２２・・・第１積層構造体を構成する第２層、２３・・・金属層、３０・・・第２積層構造体、３０Ａ・・・第２積層構造体の第１面、３０Ｂ・・・第２積層構造体の第２面、３１，３１ａ，３１ｂ・・・磁気固定層、３１Ａ・・・積層フェリ構造を構成する他方の磁性材料層（固定層）、３１Ｂ・・・非磁性層、３１Ｃ・・・積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層（参照層）、３１Ｄ・・・積層フェリ構造を構成する非磁性材料層、３２，３２ａ，３２ｂ・・・中間層、３３・・・記憶層、３４・・・キャップ層、３５・・・下地層、４１・・・第１配線、４２・・・第２配線、５１・・・絶縁材料層、６０・・・半導体基板、６０Ａ・・・素子分離領域、６１・・・ゲート電極、６２・・・ゲート絶縁層、６３・・・チャネル形成領域、６４Ａ，６４Ｂ・・・ソース／ドレイン領域、６５・・・タングステンプラグ、６６・・・接続孔、６７，６８・・・層間絶縁層、１００・・・複合型磁気ヘッド、１０１・・・磁気抵抗素子、１２２・・・基板、１２３・・・絶縁層、１２５・・・第１の磁気シールド層、１２７・・・第２の磁気シールド層、１２８，１２９・・・バイアス層、１３０，１３１・・・接続端子、１３２・・・上層コア、１３３・・・薄膜コイル、ＴＲ・・・選択用トランジスタ
【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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