"膜面垂直方向に磁化容易軸を有し、磁化の向きが一方向に固定された第1磁性層と、膜面垂直方向に磁化容易軸を有し、磁化の向きが可変である第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた非磁性層とを備え、前記第1磁性層は、前記非磁性層に接するように設けられた第1磁性材料膜と、前記第1磁性材料膜に接するように設けられた非磁性材料膜と、前記非磁性材料膜に接するように設けられた第2磁性材料膜と、前記第2磁性材料膜に接するように設けられた第3磁性材料膜とが積層された構造を有し、前記第2磁性材料膜は前記第1磁性材料膜よりも高いCo濃度を有し、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に前記非磁性層を介して電流を流すことにより、前記第2磁性層の磁化の向きが可変となることを特徴する磁気抵抗素子。前記第2磁性材料膜と前記第3磁性材料膜とが接する前記第2磁性材料膜の表面は、前記非磁性層と前記第1磁性材料膜とが接する前記第1磁性材料膜の表面より、Co濃度が高いことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗素子。前記第2磁性材料膜は、膜厚が4Åより厚く20Å以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気抵抗素子。前記第2磁性層は、材料の異なる2つの膜を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気抵抗素子。前記第1磁性層の、前記非磁性層が配置された面と反対の面側に配置された第3磁性層をさらに具備し、前記第3磁性層は前記第1磁性層が有する磁化の向きと反平行な磁化の向きを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気抵抗素子。前記第2磁性層の、前記非磁性層が配置された面と反対の面側に配置された第4磁性層をさらに具備し、前記第4磁性層は前記第1磁性層が有する磁化の向きと反平行な磁化の向きを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の磁気抵抗素子。前記第3磁性材料膜は、Fe、Co、Niから選ばれる少なくとも1つの元素と、Cr、Pt、Pd、Ag、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Cu、Gd、Tb、Dyから選ばれる少なくとも1つの元素とを有する人工格子構造あるいは合金であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の磁気抵抗素子。前記第1磁性材料膜は、Co、Fe、Niから選ばれる少なくとも2つの元素を含む材料、あるいは前記材料にB、Al、Siから選ばれる少なくとも1つの元素を添加した合金であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の磁気抵抗素子。前記非磁性材料膜は、Ta、Zr、Nb、Mo、Ru、Ti、V、Cr、W、Hfから選ばれる少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の磁気抵抗素子。請求項1乃至9のいずれかに記載の磁気抵抗素子を有するメモリセルと、前記磁気抵抗素子の一端が電気的に接続される第1配線と、前記磁気抵抗素子の他端が電気的に接続される第2配線と、を具備することを特徴とする磁気メモリ。前記メモリセルは、前記磁気抵抗素子の一端と前記第1配線との間に設けられる選択トランジスタをさらに具備することを特徴とする請求項10に記載の磁気メモリ。熱的に安定であると共に、磁気抵抗比の低下が抑制できるスピン注入書き込み方式の磁気抵抗素子及びそれを用いた磁気メモリを提供する。一実施態様の磁気抵抗素子は、膜面垂直方向に磁化容易軸を有し、磁化の向きが一方向に固定された第1磁性層と、膜面垂直方向に磁化容易軸を有し、磁化の向きが可変である第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた非磁性層とを備え、前記第1磁性層は、前記非磁性層に接するように設けられた第1磁性材料膜と、前記第1磁性材料膜に接するように設けられた非磁性材料膜と、前記非磁性材料膜に接するように設けられた第2磁性材料膜と、前記第2磁性材料膜に接するように設けられた第3磁性材料膜とが積層された構造を有し、前記第2磁性材料膜は前記第1磁性材料膜よりも高いCo濃度を有し、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に前記非磁性層を介して電流を流すことにより、前記第2磁性層の磁化の向きが可変となることを特徴とする。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは云うまでもない。[第1実施形態]図1は、第1実施形態の磁気抵抗素子の断面図である。図1以降の断面図において、矢印は磁化方向を示している。本明細書及び特許請求の範囲でいう磁気抵抗素子とは、半導体或いは絶縁体をトンネルバリア層に用いるTMRトンネル磁気抵抗効果素子を指す。また、図1以降の断面図では、磁気抵抗素子の主要部を示しているが、図示の構成を含んでいれば、さらなる層を含んでいても構わない。磁気抵抗素子1は、スピン注入磁化反転方式によって書き込みを行う。即ち、各層に対し膜面垂直方向に流すスピン偏極電流の方向に応じて、記憶層と固定層の磁化の相対角を平行、反平行状態即ち、抵抗の極小、極大に変化させ、二進情報の0又は1に対応づけることにより、情報を記憶する。図1に示すように、磁気抵抗素子1は、少なくとも、2つの磁性層2、3と、磁性層2と磁性層3との間に設けられた非磁性層4とを有する。磁性層3は、下地層5上に設けられ、膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有し、磁性層3の磁化方向は可変となる。ここで、磁化方向が可変とは、書き込みの前後で磁化方向が変化することを意味する。また、本明細書では、膜面とは、対象となる層の上面を意味する。以下、磁性層3を記憶層自由層、磁化自由層、磁化可変層、または記録層と称する。記憶層3の詳細な性質については後述する。また、膜面に垂直方向の磁化を垂直磁化と称する。磁性層2は、膜面に垂直な方向に磁化容易軸を有し、記憶層3に対し磁化方向が固定されている。ここで、磁化方向が固定されるとは、書き込みの前後で磁化方向が変化しないことを意味する。以下、磁性層2を固定層磁化固定層、参照層、ピン層、または基準層、磁化基準層と称する。本実施形態の固定層2は、非磁性層4に接する側から第1磁性材料膜2a、非磁性材料膜2b、第2磁性材料膜2c、及び第3磁性材料膜2dの順に積層された構造を有している。なお、本実施形態の構造と本質的に同等とみなせる場合には、各名称はこの限りではない。固定層2の詳細な性質については後述する。また、図1では、固定層2の磁化方向は、典型例として、下地層5の下方に設けられた図示しない基板に対し反対方向上を向いているが、基板の方向下を向いていても構わない。非磁性層4はトンネルバリア層とも呼ばれ、酸化物などの絶縁膜から構成される。非磁性層4のより詳細な性質については、後述する。本実施形態の磁気抵抗素子1は、スピン注入書込み方式に用いる磁気抵抗素子である。即ち、書き込みの際は、固定層2から記憶層3へ、又は記憶層3から固定層2へ、膜面垂直方向に電流を流すことによって、スピン情報を有する電子が固定層2から記憶層3へ注入される。この注入される電子のスピン角運動量が、スピン角運動量の保存則に従って記憶層3の電子に移動されることによって、記憶層3の磁化が反転することになる。例えば、記憶層3の磁化方向と、固定層2の磁化方向が反平行な場合には、記憶層3から固定層2に向かって電流を流す。この場合、電子は固定層2から記憶層3に流れる。このとき、固定層2によってスピン偏極された電子は非磁性層4を通って記憶層3に流れ、記憶層3にスピン角運動量が移動されて記憶層3の磁化方向が反転し、固定層2の磁化方向に平行になる。これに対して、記憶層3の磁化方向と、固定層2の磁化方向が平行な場合には、固定層2から記憶層3に向かって電流を流す。この場合、電子は記憶層3から固定層2に流れる。このとき、記憶層3によってスピン偏極された電子は非磁性層4を通って固定層2に流れ、固定層2の磁化方向と同じスピンを有する電子は固定層2を通過するが、固定層2の磁化方向と逆のスピンを有する電子は非磁性層4と固定層2との界面で反射され、非磁性層4を通って記憶層3に流れる。すると、記憶層3にスピン角運動量が移動されて記憶層3の磁化方向が反転し、固定層2の磁化方向に反平行になる。なお、磁気抵抗素子1から情報を読み出す場合は、記憶層3と固定層2との間に非磁性層4を通して記憶層3の磁化が反転しない読み出し電流を流す。これにより、磁気抵抗素子1から情報を読み出すことができる。図1に示す第1実施形態の磁気抵抗素子1は、下地層5の上に記憶層3が形成され、非磁性層4の上に固定層2が形成される、いわゆるトップピン構造を示している。下地層5は、記憶層3より上の層の結晶配向性及び結晶粒径などの結晶性を制御するために用いられるが、詳細な性質については後述する。固定層2上にはキャップ層6がさらに形成されていてもよい。キャップ層6は、磁性層の酸化防止等、主として保護層として機能する。[第2実施形態]図2は、第2実施形態の磁気抵抗素子の断面図である。第2実施形態の磁気抵抗素子1Aは、図1に示した第1実施形態の磁気抵抗素子1において、記憶層3が、磁性膜3aと、非磁性層4に接する界面磁性膜3bとが積層された構造を有するように構成したものである。磁性膜3aと界面磁性膜3bは、異なる材料から形成されている。界面磁性膜3bは非磁性層4と接しているため、界面での格子不整合を緩和する効果を有する。さらに、界面磁性膜3bに高いスピン分極率を有する材料を用いることにより、高いトンネル磁気抵抗比TMR比と高いスピン注入効率を実現することができる。磁性膜3aと界面磁性膜3bの詳細な性質については後述する。[第3実施形態]図3は、第3実施形態の磁気抵抗素子の断面図である。第3実施形態の磁気抵抗素子1Bは、図1に示した第1実施形態の磁気抵抗素子1において、固定層2とキャップ層6の間に、非磁性層21とバイアス層シフト調整層22とが挿入された構成となっている。バイアス層22は、強磁性体からなり、膜面垂直方向に磁化容易軸を有する垂直磁化膜であり、かつ磁化方向が固定層2の磁化方向と反対方向逆方向、または反平行に固定されている。バイアス層22は、磁気抵抗素子が微細になった場合に問題となる、固定層2からの漏れ磁場による記憶層反転特性のオフセットを、逆方向へ調整する効果を有する、すなわち固定層2からの漏れ磁場による記憶層3の反転電流のシフトを緩和及び調整する効果を有する。非磁性層21及びバイアス層22の詳細な性質については後述する。[第4実施形態]図4は、第4実施形態の磁気抵抗素子の断面図である。第4実施形態の磁気抵抗素子1Cは、図2に示した第2実施形態の磁気抵抗素子1Aにおいて、固定層2とキャップ層6の間に、非磁性層21とバイアス層22とが挿入された構成となっている。このような構成を有する磁気抵抗素子1Cは、第2実施形態と同様に、界面磁性膜3bが非磁性層4と接しているため、界面での格子不整合を緩和する効果を有する。さらに、界面磁性膜3bに高いスピン分極率を有する材料を用いることにより、高いTMR比と高いスピン注入効率を実現することができる。さらに、第3実施形態と同様に、バイアス層22は、強磁性体からなり、膜面垂直方向に磁化容易軸を有する垂直磁化膜であり、かつ磁化方向が固定層2の磁化方向と反対方向に固定されている。バイアス層22は、素子加工時に問題となる、固定層2からの漏れ磁場による記憶層3の反転電流のシフトを緩和及び調整する効果を有する。[第5実施形態]図5は、第5実施形態の磁気抵抗素子の断面図である。第5実施形態の磁気抵抗素子1Dは、図3に示した第3実施形態の磁気抵抗素子1Bにおいて、固定層2が含む第3磁性材料膜2dを削除した構成となっている。本実施形態では、非磁性層21を介して固定層2とバイアス層22の磁化が磁気結合しており、それぞれの磁化が反対方向に固定されている。また、バイアス層22は、素子加工時に問題となる、固定層2からの漏れ磁場による記憶層3の反転電流のシフトを緩和及び調整する効果を有する。[第6実施形態]図6は、第6実施形態の磁気抵抗素子の断面図である。第6実施形態の磁気抵抗素子1Eは、図4に示した第4実施形態の磁気抵抗素子1Cにおいて、固定層2が含む第3磁性材料膜2dを削除した構成となっている。本実施形態では、非磁性層21を介して固定層2とバイアス層22の磁化が磁気結合しており、それぞれの磁化が反対方向に固定されている。その他の構成及び効果は、第4実施形態と同様である。なお、前記第1乃至第6実施形態においては、下地層5の上に記憶層3が形成され、非磁性層4の上に固定層2が形成された、いわゆるトップピン構造を示したが、下地層5の上に固定層2が形成され、非磁性層4の上に記憶層3が形成された、いわゆるボトムピン構造であってもよい。[第1乃至第6実施形態における各層について]次に、第1乃至第6実施形態において用いられた各層について以下に説明する。[1]記憶層まず、第1乃至第6実施形態における記憶層について説明する。記憶層3として垂直磁化膜を用いる場合、前述の通り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して小さくでき、大きな垂直磁気異方性を示す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可能となる。以下に、記憶層3として具備すべき性質、及び材料選択の具体例について詳細に説明する。1記憶層が具備すべき性質記憶層3として垂直磁化材料を用いる場合、その熱擾乱指数Δは、実効的な異方性エネルギーKueffVと熱エネルギーkBTとの比をとって、下記の式1のように表される。Δ=KueffV/kBT=Ku-2πNMS2Va/kBT1ここで、Kueff:実効的な垂直磁気異方性V:垂直磁化材料の体積T:垂直磁化材料の温度kB:ボルツマン定数Ku:垂直磁気異方性MS:飽和磁化N:反磁場係数Va:磁化反転単位体積である。熱エネルギーにより磁化が揺らぐ問題熱擾乱を回避するには、熱擾乱指数Δが60より大きな値が望ましいが、大容量化を念頭に素子サイズが小さくなる、若しくは膜厚が薄くなると、磁化反転単位体積Vaが小さくなり、記憶が維持できなくなり=熱擾乱、不安定となることが懸念される。そのため、記憶層3としては、垂直磁気異方性Kuが大きい、かつ/或いは、飽和磁化MSが小さい材料を選択することが望ましい。一方、垂直磁化方式のスピン注入書き込みによる磁化反転に必要な臨界電流ICは、一般的に、α/ηΔに比例する。ここで、α:磁気緩和定数η:スピン注入効率係数である。2記憶層の材料上述したように、記憶層3が垂直磁化膜であり、かつ高い熱擾乱耐性と低電流での磁化反転とを両立するためには、飽和磁化MSが小さく、熱擾乱指数Δを維持するに足る高い磁気異方性Kuを持ち、また、高分極率を示す材料であることが好ましい。以下により具体的に説明する。記憶層3は、コバルトCoおよびパラジウムPd、白金Ptを含む合金、あるいはCo、Fe、Niのうち1つ以上の元素にボロンBが0から30at添加された合金、あるいはその積層構造から構成される。図1乃至図6に示した下地層5として、稠密面が配向した下地層を適切に選択することにより、記憶層3の結晶配向性を制御し、記憶層3を垂直磁化膜とする。下地層5の詳細及び具体的な作製方法については後述する。図7は、記憶層3として用いられるCoPd膜の実効的な垂直磁気異方性KueffのPd濃度依存性を示している。横軸はPd濃度を示し、縦軸は実効的な磁気異方性Kueffを示している。図7からわかるように、Pd濃度が30at以上であれば、1×107erg/cm3以上の高い垂直磁気異方性が可能となる。この高い垂直磁気異方性により、微細化しても、高い熱安定性を示す磁気抵抗素子を提供することが可能となる。なお、記憶層3は、鉄Fe、ニッケルNi、ボロンB、バナジウムVなどの添加元素を含んでいてもよい。[2]固定層次に、第1乃至第6実施形態における固定層2について説明する。固定層2としては、記憶層3に対し、容易に磁化方向が変化しない材料および多層膜構造を選択することが好ましい。即ち、実効的な磁気異方性Kueff及び飽和磁化Msが大きく、また磁気緩和定数αが大きい材料および多層膜構造を選択することが好ましい。1固定層の第3磁性材料膜2d第1乃至第4実施形態において固定層2を構成する第3磁性材料膜2dには以下の材料が用いられる。a人工格子系人工格子系としては、Fe、Co、Niのうちの少なくとも1つの元素を含む合金磁性層と、Cr、Pt、Pd、Ag、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Cu、Gd、Tb、Dyのうちの少なくとも1つの元素を含む合金非磁性層とが交互に積層される構造である。例えば、Co/Pt人工格子、Co/Pd人工格子、CoCr/Pt人工格子、Co/Ru人工格子、Co/Os、Co/Au、Ni/Cu人工格子等が挙げられる。また、2つの磁性層を用いた人工格子系構造の例として、Co/Ni人工格子、Fe/Ni人工格子が挙げられる。これらの人工格子は、磁性層への元素の添加、磁性層と非磁性層の膜厚比及び積層周期を調整することで、実効的な磁気異方性及び飽和磁化を調整することができる。b規則合金系規則合金系としては、Fe、Co、Niのうち1つ以上の元素と、Pt、Pdのうち1つ以上の元素とを含む合金であり、この合金の結晶構造がL10型の規則合金である。このL10型の規則合金としては、例えば、Fe50Pt50、Fe50Pd50、Co50Pt50、Fe30Ni20Pt50、Co30Fe20Pt50、Co30Ni20Pt50等が挙げられる。これらの規則合金は上記組成比に限定されない。これらの規則合金に、Cu、Cr、Ag、B等の不純物元素、或いはその合金、絶縁物を加えて実効的な磁気異方性及び飽和磁化を調整することができる。c不規則合金系不規則合金系としては、コバルトCoを主成分とし、クロムCr、タンタルTa、ニオブNb、バナジウムV、タングステンW、ハフニウムHf、チタンTi、ジルコニウムZr、白金Pt、パラジウムPd、ボロンB、鉄Fe、及びニッケルNiのうち1つ以上の元素を含む金属である。例えば、CoCr合金、CoPt合金、CoCrPt合金、CoCrPtTa合金、CoCrNb合金等が挙げられる。これらの合金は、非磁性元素の割合を変化させて実効的な磁気異方性及び飽和磁化を調整することができる。dRE希土類金属-TM遷移金属合金系希土類金属と遷移金属との合金は、希土類金属の材料によりフェリ磁性体、フェロ磁性体の両方を実現することができる。フェリ磁性体の具体例として、テルビウムTb、ジスプロシウムDy、或いはガドリニウムGdと、Fe、Co、Niのうち少なくとも1つの元素とを含む合金が挙げられる。このようなフェリ磁性体としては、例えば、TbFe、TbCo、TbFeCo、DyTbFeCo、GdTbCo等が挙げられる。フェロ磁性体の具体例として、サマリウムSm、ネオジウムNd、ホルミウムHoと、Fe、Co、Niのうち少なくとも1つの元素とを含む合金が挙げられる。このようなフェロ磁性体としては、例えば、SmCo5、NdFeB等が挙げられる。これらの合金は、組成を調整することで磁気異方性及び飽和磁化を調整することができる。2固定層の積層構造第1乃至第4実施形態における固定層2は、非磁性層4に接する側から第1磁性材料膜2a、非磁性材料膜2b、第2磁性材料膜2c、第3磁性材料膜2dの順に積層された構造を有する。第1磁性材料膜2aは、Co、Fe、Niの少なくとも1つの元素を含む材料、あるいはその材料にB、Al、Siの少なくとも1つの元素を0-30at添加した合金、あるいはそれらの多層膜構造である。非磁性材料膜2bは、Ta、Zr、Nb、Mo、Ru、Ti、V、Cr、W、Hf、Pt、Pd、Rh、Irから選ばれる少なくとも1つの元素を含む材料である。第2磁性材料膜2cは、Coを主成分とする材料であり、Fe、Ni、B、Al、Si、Ta、Zr、Nb、Mo、Ru、Ti、V、Cr、W、Hfが添加元素として含まれていてもよい。高いTMR比および高い熱処理耐性を得るためには、第2磁性材料膜2cのCo濃度が第1磁性材料膜2aのCo濃度よりも大きいことが望ましい。例えば、第2磁性材料膜2cと第3磁性材料膜2dとが接する第2磁性材料膜2cの表面は、非磁性層4と第1磁性材料膜2aとが接する第1磁性材料膜2aの表面より、Co濃度が高い。図8aに、磁気抵抗素子におけるTMR比の、第2磁性材料膜2cの膜厚依存性を示す。サンプルAは第2磁性材料膜2cのCo濃度が第1磁性材料膜2aよりも大きい磁気抵抗素子であり、サンプルBは第2磁性材料膜2cと第1磁性材料膜2aのCo濃度が同一の磁気抵抗素子である。図8aから、いずれの膜厚においてもサンプルAがサンプルBに対して大きなTMR比を示すことが分かる。すなわち、サンプルAは膜厚が5Å~30Åの範囲でTMR比が120となり、良好な特性を示した。一方、サンプルBにおいては、第2磁性材料膜2cの膜厚が13Åのとき、固定層2の磁化容易軸が面内方向となるため、磁化の反平行状態が実現できず、TMR比は全く得られなかった。なお、サンプルAのすべての膜厚領域において、固定層2は外部磁場を印加しなくても膜面垂直方向に磁化していることを磁化曲線から確認している。また、図8bに熱処理温度に対するTMR比の変化を示す。縦軸は熱処理前のTMR比を1とした時の熱処理後のTMR比、横軸は熱処理温度である。また、サンプルa、bおよびcは、第2磁性材料膜2cを、それぞれ13Å、10Åおよび4Åの膜厚で作製したサンプルAである。サンプルdは、第2磁性材料膜2cを4Åの膜厚で作製したサンプルBである。図8bから、サンプルa、bおよびcは、サンプルdよりも熱処理に対するTMR比の劣化が小さいことが分かる。また、サンプルa、bおよびcは、膜厚の増加に伴い、TMR比の劣化が小さくなっており、熱処理耐性が改善していることが分かる。しかし、サンプルcは、サンプルa、bに比べて300°C以上でのTMR比の劣化が大きいことがわかった。さらに、第2磁性材料膜2cの膜厚を厚くすると記憶層への漏れ磁場が増加するため、第2磁性材料膜2cの膜厚を20Åより厚くすることができない。したがって、第2磁性材料膜2cの膜厚は4Åより厚く20Å以下であることが望ましい。なお、ここでは実験例として、非磁性層4側から第1磁性材料膜2a、非磁性材料膜2b、第2磁性材料膜2cの順序で積層された積層構造を示しているが、非磁性層4側から第1磁性材料膜2a、非磁性材料膜2b、第1磁性材料膜2a、非磁性材料膜2b、第2磁性材料膜2c、または非磁性層4側から第1磁性材料膜2a、非磁性材料膜2b、第2磁性材料膜2c、非磁性材料膜2b、第2磁性材料膜2cのような、磁性材料膜と非磁性材料膜とが2層以上の積層構造になっても同様の効果が期待できる。第2磁性材料膜2cとして第1磁性材料膜2aよりも高いCo濃度を有する材料を用い、かつ第2磁性材料膜2cの膜厚を5Åから20Åの範囲内にした場合には、透過型電子顕微鏡の電子エネルギー損失分光法TEM-EELS、あるいは二次イオン質量分析法SIMSを用いた解析により、Coを含む第1磁性材料膜2a及び第2磁性材料膜2cの濃度分布および膜厚は同定可能である。さらに、エネルギー分散型X線分光法TEMEDXを用いることで、磁気抵抗素子においてもこれらを同定することが可能である。第5、第6実施形態の固定層2において、第3磁性材料膜2d以外の構成膜は上記の材料および特性を有しており、同様の効果が期待できる。3記憶層および固定層の界面磁性膜ここで、前記界面磁性膜は、第1乃至第6実施形態において固定層2を構成する第1磁性材料膜2aであり、さらに第2、第4および第6実施形態において記憶層3を構成する界面磁性膜3bである。これら界面磁性膜は、磁性材料層と非磁性材料層とが1周期あるいはそれ以上繰り返し積層された構成を有している。界面磁性膜は、Co、Fe、Niのうちの少なくとも1つの元素を含む合金である。非磁性層4にNaCl構造の酸化物を用いた場合、これらのNaCl構造の酸化物は、iFe、Co、Niの1つ以上を含む、例えば、アモルファスCoFeNiB合金上、或いは、ii体心立方BCC構造で100優先配向面を有し、Fe、Co、Niの1つ以上を含む合金上で、結晶成長させると、100面を優先配向面として成長し易い。特に、B、C、Nなどを添加したCoFeXXは、B、C、Nの少なくとも1つの元素を表すのアモルファス合金上では、非常に容易に100面を優先配向させることが可能である。このため、非磁性層4に接する磁性材料層は、Co、Fe、Bを含む合金Co100-xFex100-yBy0≦y≦30atであることが好ましい。界面磁性膜に含まれる非磁性材料層には、融点が高い、Ta、W、Hf、Zr、Nb、Mo、Ti、V、Crのいずれかの元素か、あるいはそれらの合金が好ましい。なお、非磁性材料層にTaを用い、磁性材料層にCoFeBを用いた場合には、磁性材料層のCoFeB中のBは熱処理後にTaに吸い寄せられるため、Ta層に近づくにつれてBの濃度が高くなる分布を有することになる。界面磁性膜は、磁性材料層と非磁性材料層とが1周期あるいはそれ以上繰り返して積層された構成であるが、磁性材料層は非磁性材料層を介して磁気的な交換結合を有していることが望ましく、非磁性材料層は10Å以下であることが好ましく、5Å以下であることがより好ましい。これにより、界面磁性膜は、磁性膜3aおよび磁性膜2aとそれぞれ磁化方向を揃えることができる。[3]下地層上述の記憶層の説明に示す通り、膜面に対して垂直方向を磁化容易軸とする垂直磁化膜を形成するには、原子稠密面が配向しやすい構造を取る必要がある。即ち、結晶配向性を面心立方FCC構造の111面、六方最密充填HCP構造の001面が配向するように制御する必要があり、そのため下地層材料及び積層構成の選択が重要となる。1下地層の積層構成図9は、実施形態の磁気抵抗素子における下地層5及び記憶層3を含む積層構造の断面図である。この積層構造は、下部電極7と下地層5との間に、密着層8として、例えば、膜厚5nm程度のTaを設けた構造である。そして、下地層5は下地膜5a、5b、5cがこの順序で積層された積層構造を有する。また、下地層5上には、記憶層3として、例えば、膜厚2nm程度のCoPd層を設ける。記憶層3よりも上の構成は、図1乃至図6に示す通りである。第1乃至第6実施形態の磁気抵抗素子において、下地層5が含む下地膜5cは記憶層3と格子整合性する金属材料が好ましい。下地膜5aは、下地膜5b、5cが平滑かつ結晶配向性が向上するような材料および構成が好ましい。下地膜5b、5cは、膜厚3nm程度のRu層、膜厚3nm程度のPt層などからそれぞれ構成するのが好ましい。2下地層の材料次に、下地層5を構成する下地膜5a、5b、5cの具体的な材料について説明する。下地膜5cとしては、稠密構造を有する金属が用いられる。記憶層3、例えばCoPd合金、CoPt合金と格子整合し、稠密構造を有する金属としては、Pt、Pd、Ir、Ru等が挙げられる。また、例えば、金属が1元素ではなく、Pt-Pd、Pt-Irのように、上述の金属が2元素、或いは3元素以上で構成される合金を用いてもよい。また、上述の金属と、Cu、Au、Al等のfcc金属との合金であるPt-Cu、Pd-Cu、Ir-Cu、Pt-Au、Ru-Au、Pt-Al、Ir-Al等や、Re、Ti、Zr、Hf等のhcp金属との合金であるPt-Re、Pt-Ti、Ru-Re、Ru-Ti、Ru-Zr、Ru-Hf等であってもよい。下地層5の膜厚が厚すぎると平滑性が悪くなるため、膜厚範囲としては、30nm以下の範囲にあることが好ましい。下地膜5b、5cの積層構成とするのは、格子定数の異なる材料を積層することにより、CoPd合金、CoPt合金を形成前に格子定数を調整するためである。例えば、下地膜5bにRu、下地膜5cにPtを形成した場合、下地膜5cのPtは下地膜5bのRuの影響を受けて、バルクの格子定数とは異なる格子定数となる。但し、上述したように、合金を用いても格子定数を調整できるため、下地膜5b、5cはいずれかを省くこともできる。下地層5のうち、下地膜5aは、平滑性、及び下地膜5b,5cの稠密構造を有する金属の結晶配向性を向上させる目的で用いられる。具体的には、下地膜5aにはTa等が用いられる。さらに、下地膜5aは、その膜厚が厚すぎると成膜に時間がかかり、生産性が低下する要因となり、また、薄すぎると上述の配向制御の効果を失う。このため、下地膜5aの膜厚は、1nm乃至10nmの範囲にあることが好ましい。[4]非磁性層第1乃至第6実施形態における非磁性層4の材料としては、NaCl構造を有する酸化物が好ましい。具体的には、MgO、CaO、SrO、TiO、VO、NbOなどが挙げられる。これらのNaCl構造の酸化物は、iFe、Co、Niのいずれか、或いは2種以上を主成分として含む、例えば、アモルファスCoFeNiB合金上、或いはii体心立方BCC構造で100優先配向面を有するFeCoNiのいずれか、或いは2種以上を主成分として含む合金上で、結晶成長させると、100面を優先配向面として成長し易い。特に、B、C、Nなどを添加したCoFeXXは、B、C、Nの少なくとも1つを表すのアモルファス合金上では、非常に容易に100面を優先配向させることが可能である。また、記憶層3の磁化方向と固定層2の磁化方向とが反平行の場合、スピン分極したΔ1バンドがトンネル伝導の担い手となるため、マジョリティースピン電子のみが伝導に寄与することとなる。この結果、磁気抵抗素子の伝導率が低下し、抵抗値が大きくなる。反対に、記憶層3の磁化方向と固定層2の磁化方向とが平行であると、スピン偏極していないΔ5バンドが伝導を支配するために、磁気抵抗素子の伝導率が上昇し、抵抗値が小さくなる。従って、Δ1バンドの形成が高いTMR比を発現させるためのポイントとなる。Δ1バンドを形成するためには、NaCl構造の酸化物からなる非磁性層4の100面と、記憶層3及び固定層2との界面の整合性が良くなければならない。NaCl構造の酸化物層からなる非磁性層4の100面での格子整合性をさらに良くするために、上述したように記憶層および固定層を積層構造とすることが好ましい。Δ1バンドを形成するという観点からは、記憶層3を形成する界面磁性膜3bおよび固定層2を形成する界面磁性膜2aとして、非磁性層4の100面での格子不整合が5以下となるような材料を選択することがより好ましい。[5]バイアス層図3乃至図6に示すように固定層2とキャップ層6の間に、非磁性層21と、バイアス層シフト調整層22を配置してもよい。これにより、固定層2からの漏れ磁場による記憶層3の反転電流のシフトを緩和及び調整することが可能となる。非磁性層21は、固定層2とバイアス層22とが熱工程によって混ざらない耐熱性、及びバイアス層22を形成する際の結晶配向を制御する機能を具備することが望ましい。さらに、非磁性層21の膜厚が厚くなるとバイアス層22と記憶層3との距離が離れるため、バイアス層22から記憶層3に印加されるシフト調整磁界が小さくなってしまう。このため、非磁性層21の膜厚は、5nm以下であることが望ましい。バイアス層22は、膜面垂直方向に磁化容易軸を有する、強磁性材料から構成される。具体的には、固定層2で挙げた材料を用いることができる。但し、バイアス層22は、固定層2に比べて記憶層3から離れているため、記憶層3に印加される漏れ磁場をバイアス層22によって調整するためには、バイアス層22の膜厚、或いは飽和磁化Msの大きさを固定層2より大きく設定する必要がある。即ち、固定層2の膜厚及び飽和磁化をそれぞれt2、MS2、バイアス層22の膜厚及び飽和磁化をそれぞれt22、MS22とすると、以下の関係式2を満たす必要がある。MS2×t2<MS22×t222例えば、素子サイズ50nmの加工を想定した場合、反転電流のシフトを相殺するためには、固定層2に飽和磁化Msが1000emu/cm3、膜厚が5nmの磁性材料を用いたとすると、非磁性層21の膜厚は3nm、バイアス層22には飽和磁化Msが1000emu/cm3、膜厚が15nm程度のバイアス層特性が要求される。また、上述した反転電流のシフトをキャンセルする効果を得るには、固定層2とバイアス層22との磁化方向は反平行に設定される必要がある。この関係を満たすためには、固定層2の保磁力Hc2とバイアス層22の保磁力Hc22との間には、Hc2>Hc22、或いはHc2<Hc22の関係を満たす材料を選択すればよい。この場合、予めマイナーループMinorLoop着磁により保磁力の小さい層の磁化方向を反転させることにより、固定層2とバイアス層22との磁化方向は反平行に設定することが可能となる。また、非磁性層21を介して固定層2及びバイアス層22を反強磁性結合SAFSyntheticAntiFerromagnetic結合させることによっても、同様に固定層2とバイアス層22との磁化方向は反平行に設定することが可能となる。具体的には、非磁性層21の材料として、例えば、ルテニウムRuを用い、固定層2とバイアス層22との磁化方向を反平行に結合させることができる。これにより、バイアス層22によって固定層2から出る漏れ磁界を低減することができ、結果的に、記憶層3の反転電流のシフトを低減することができる。この結果、素子間での記憶層3の反転電流のばらつきを低減することも可能となる。上述では、固定層2とキャップ層6の間に、非磁性層21とバイアス層22を配置した例を説明したが、記憶層3と下地層5の間に、非磁性層とバイアス層シフト調整層を配置してもよい。この場合も、固定層2からの漏れ磁場による記憶層3の反転電流のシフトを緩和及び調整することが可能である。さらに、固定層2とキャップ層6の間、及び記憶層3と下地層5の間の両方に、非磁性層とバイアス層シフト調整層を配置してもよい。以上説明したように、第1乃至第6実施形態によれば、固定層2が含む第2磁性材料膜2cのCo濃度が第1磁性材料膜2aのCo濃度よりも大きく、さらに、その第2磁性材料膜2cの膜厚を厚くすることにより、膜形成後の熱処理による電気特性の変化が少ない、耐熱性の高い磁気抵抗素子を得ることができる。すなわち、熱的に安定であると共に、磁気抵抗比の低下が抑制できるスピン注入書き込み方式のための磁気抵抗素子を得ることができる。[第7実施形態]第7実施形態による磁気ランダムアクセスメモリMRAMについて図10および図11を参照して説明する。第7実施形態のMRAMは、第1乃至第6実施形態のいずれかの磁気抵抗素子を記憶素子として用いた構成となっている。以下の実施形態では、磁気抵抗素子として、第1実施形態の磁気抵抗素子1を用いた場合を述べる。図10は、第7実施形態のMRAMの構成を示す回路図である。第7実施形態のMRAMは、マトリクス状に配列された複数のメモリセルMCを有するメモリセルアレイ40を備えている。メモリセルアレイ40には、複数のビット線対BL,/BLがそれぞれ列カラム方向に延在するように、配設されている。また、メモリセルアレイ40には、複数のワード線WLがそれぞれ行ロウ方向に延在するように、配設されている。ビット線BLとワード線WLとの交差部分には、メモリセルMCが配置されている。各メモリセルMCは、磁気抵抗素子1、及び選択トランジスタ例えば、nチャネルMOSトランジスタ41を備えている。磁気抵抗素子1の一端は、ビット線BLに接続されている。磁気抵抗素子1の他端は、選択トランジスタ41のドレイン端子に接続されている。選択トランジスタ41のソース端子は、ビット線/BLに接続されている。さらに、選択トランジスタ41のゲート端子は、ワード線WLに接続されている。ワード線WLには、ロウデコーダ42が接続されている。ビット線対BL,/BLには、書き込み回路44及び読み出し回路45が接続されている。書き込み回路44及び読み出し回路45には、カラムデコーダ43が接続されている。そして、各メモリセルMCは、ロウデコーダ42及びカラムデコーダ43により選択される。メモリセルMCへのデータの書き込みは、以下のように行われる。まず、データ書き込みを行うメモリセルMCを選択するために、このメモリセルMCに接続されるワード線WLが活性化される。これにより、選択トランジスタ41がターンオンする。ここで、磁気抵抗素子1には、書き込みデータに応じて、双方向の書き込み電流Iwが供給される。具体的には、磁気抵抗素子1に左から右へ書き込み電流Iwを供給する場合、書き込み回路44は、ビット線BLに正の電圧を印加し、ビット線/BLに接地電圧を印加する。また、磁気抵抗素子1に右から左へ書き込み電流Iwを供給する場合、書き込み回路44は、ビット線/BLに正の電圧を印加し、ビット線BLに接地電圧を印加する。このようにして、メモリセルMCにデータ0、或いはデータ1を書き込むことができる。次に、メモリセルMCからのデータ読み出しは、以下のように行われる。まず、選択されるメモリセルMCの選択トランジスタ41がターンオンする。読み出し回路45は、磁気抵抗素子1に、例えば右から左へ流れる読み出し電流Irを供給する、すなわちビット線/BLからビット線BLへ読み出し電流Irを供給する。読み出し回路45は、この読み出し電流Irに基づいて磁気抵抗素子1の抵抗値を検出する。さらに、読み出し回路45は、検出した抵抗値から磁気抵抗素子1に記憶されたデータを読み出す。次に、実施形態のMRAMの構造について図11を参照して説明する。図11は、1個のメモリセルMCの構造を示す断面図である。図示するように、メモリセルMCは、磁気抵抗素子MTJ1と選択トランジスタ41を有している。p型半導体基板51の表面領域には、素子分離絶縁層46が設けられている。この素子分離絶縁層46が設けられていない半導体基板51の表面領域は、素子が形成される素子領域activeareaとなる。素子分離絶縁層46は、例えばSTIShallowTrenchIsolationにより構成される。STIとしては、例えば酸化シリコンが用いられる。半導体基板51の素子領域には、互いに離隔したソース領域S及びドレイン領域Dが形成されている。このソース領域S及びドレイン領域Dは、それぞれ半導体基板51内に高濃度の不純物、例えばn型不純物を導入して形成されたn型拡散領域から構成される。ソース領域Sとドレイン領域D間の半導体基板51上には、ゲート絶縁膜41Aが形成されている。このゲート絶縁膜41A上には、ゲート電極41Bが形成されている。このゲート電極41Bは、ワード線WLとして機能する。このように、半導体基板51には、選択トランジスタ41が設けられている。ソース領域S上には、コンタクト52を介して配線層53が形成されている。配線層53は、ビット線/BLとして機能する。ドレイン領域D上には、コンタクト54を介して引き出し線55が形成されている。引き出し線55上には、下部電極7及び上部電極9に挟まれた磁気抵抗素子1が設けられている。上部電極9上には、配線層56が形成されている。配線層56は、ビット線BLとして機能する。また、半導体基板51と配線層56との間は、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁層57で満たされている。以上、詳述したように、第7実施形態によれば、磁気抵抗素子1を用いてMRAMを構成することができる。尚、磁気抵抗素子1は、スピン注入型の磁気メモリの他、磁壁移動型の磁気メモリとして使用することも可能である。第7実施形態で示したMRAMは、様々な装置に適用することが可能である。以下に、MRAMのいくつかの適用例について説明する。[1]適用例1図12は、デジタル加入者線DSL用モデムのDSLデータパス部を抽出して示している。このモデムは、プログラマブルデジタルシグナルプロセッサDSP:DigitalSignalProcessor100、アナログ-デジタルA/Dコンバータ110、デジタル-アナログD/Aコンバータ120、送信ドライバ130、及び受信機増幅器140等を備えている。図12では、バンドパスフィルタを省略しており、その代わりに回線コードプログラムDSPで実行される、コード化される加入者回線情報、伝送条件等回線コード:QAM、CAP、RSK、FM、AM、PAM、DWMT等に応じてモデムを選択、動作させるためのプログラムを保持するための種々のタイプのオプションのメモリとして、第7実施形態のMRAM170と、EEPROMelectricallyerasableandprogrammableROM180とを示している。なお、本適用例では、回線コードプログラムを保持するためのメモリとしてMRAM170とEEPROM180との2種類のメモリを用いているが、EEPROM180をMRAMに置き換えてもよい。即ち、2種類のメモリを用いず、MRAMのみを用いるように構成してもよい。[2]適用例2図13は、別の適用例であり、携帯電話端末300を示している。通信機能を実現する通信部200は、送受信アンテナ201、アンテナ共用器202、受信部203、ベースバンド処理部204、音声コーデックとして用いられるDSPデジタル信号処理回路205、スピーカ受話器206、マイクロホン送話器207、送信部208、及び周波数シンセサイザ209等を備えている。また、この携帯電話端末300には、当該携帯電話端末300の各部を制御する制御部220が設けられている。制御部220は、CPU221、ROM222、第7実施形態のMRAM223、及びフラッシュメモリ224がバス225を介して接続されて形成されるマイクロコンピュータである。上記ROM222には、CPU221において実行されるプログラムや表示用のフォント等の必要となるデータが予め記憶されている。MRAM223は、主に作業領域として用いられるものであり、CPU221がプログラムの実行中において計算途中のデータ等を必要に応じて記憶したり、制御部220と各部との間でやり取りするデータを一時的に記憶したりする場合等に用いられる。また、フラッシュメモリ224は、携帯電話端末300の電源がオフされても、例えば、直前の設定条件等を記憶しておき、次の電源オン時に同じ設定にするような使用方法をする場合に、それらの設定パラメータを記憶しておくものである。これによって、携帯電話端末300の電源がオフにされても、記憶されている設定パラメータを消失してしまうことがない。また、この携帯電話端末300には、音声データ再生処理部211、外部出力端子212、LCDコントローラ213、表示用のLCD液晶ディスプレイ214、及び呼び出し音を発生するリンガ215等が設けられている。音声データ再生処理部211は、携帯電話端末300に入力される音声データ或いは、後述する外部メモリ240に記憶されるオーディオ情報音声データを再生する。再生される音声データオーディオ情報は、外部出力端子212を介してヘッドフォンや携帯型スピーカ等に伝えることにより、外部に取り出すことが可能である。このように、音声データ再生処理部211を設けることにより、オーディオ情報の再生が可能となる。LCDコントローラ213は、例えばCPU221からの表示情報を、バス225を介して受け取り、LCD214を制御するためのLCD制御情報に変換し、LCD214を駆動して表示させる。さらに、携帯電話端末300には、インターフェース回路I/F231,233,235、外部メモリ240、外部メモリスロット232、キー操作部234、及び外部入出力端子236等が設けられている。上記外部メモリスロット232にはメモリカード等の外部メモリ240が挿入される。この外部メモリスロット232は、インターフェース回路I/F231を介してバス225に接続される。このように、携帯電話端末300にスロット232を設けることにより、携帯電話端末300の内部の情報を外部メモリ240に書き込んだり、或いは外部メモリ240に記憶された情報例えば、オーディオ情報を携帯電話端末300に入力したりすることが可能となる。キー操作部234は、インターフェース回路I/F233を介してバス225に接続される。キー操作部234から入力されるキー入力情報は、例えば、CPU221に伝えられる。外部入出力端子236は、インターフェース回路I/F235を介してバス225に接続される。この外部入出力端子236は、携帯電話端末300に外部から種々の情報を入力したり、或いは携帯電話端末300から外部へ情報を出力したりする際の端子として機能する。なお、本適用例では、ROM222、MRAM223、及びフラッシュメモリ224を用いているが、フラッシュメモリ224をMRAMに置き換えてもよいし、さらにROM222もMRAMに置き換えることが可能である。[3]適用例3図14乃至図18は、MRAMをスマートメディア等のメディアコンテンツを収納するカードMRAMカードに適用した例をそれぞれ示している。図14に示すように、MRAMカード本体400には、MRAMチップ401が内蔵されている。このカード本体400には、MRAMチップ401に対応する位置に開口部402が形成され、MRAMチップ401が露出されている。この開口部402にはシャッター403が設けられており、当該MRAMカードの携帯時にMRAMチップ401がシャッター403で保護されるようになっている。このシャッター403は、外部磁場を遮蔽する効果のある材料、例えばセラミックからなっている。データを転写する場合には、シャッター403を開放してMRAMチップ401を露出させて行う。外部端子404は、MRAMカードに記憶されたコンテンツデータを外部に取り出すためのものである。図15及び図16は、MRAMカードにデータを転写するための、カード挿入型の転写装置を示している。データ転写装置500は、収納部500aを有している。この収納部500aには、第1MRAMカード550が収納されている。収納部500aには、第1MRAMカード550に電気的に接続される外部端子530が設けられており、この外部端子530を用いて第1MRAMカード550のデータが書き換えられる。エンドユーザの使用する第2MRAMカード450を、矢印で示すように転写装置500の挿入部510より挿入し、ストッパ520で止まるまで押し込む。このストッパ520は、第1MRAMカード550と第2MRAMカード450を位置合わせするための部材としても働く。第2MRAMカード450が所定位置に配置されると、第1MRAMデータ書き換え制御部から外部端子530に制御信号が供給され、第1MRAMカード550に記憶されるデータが第2MRAMカード450に転写される。図17は、MRAMカードにデータを転写するための、はめ込み型の転写装置を示す断面図である。この転写装置600は、矢印で示すように、ストッパ520を目標に、第1MRAMカード550上に第2MRAMカード450をはめ込むように載置するタイプである。転写方法についてはカード挿入型と同一であるので、説明を省略する。図18は、MRAMカードにデータを転写するための、スライド型の転写装置を示す断面図である。この転写装置700は、CD-ROMドライブやDVDドライブと同様に、転写装置700に受け皿スライド560が設けられており、この受け皿スライド560が矢印で示すように移動する。受け皿スライド560が破線の位置に移動したときに第2MRAMカード450を受け皿スライド560に載置し、続いて受け皿スライド560が移動して第2MRAMカード450を転写装置700の内部へ搬送する。ストッパ520に第2MRAMカード450の先端部が当接するように搬送される点、及び転写方法についてはカード挿入型と同一であるので、説明を省略する。第7実施形態で説明したMRAMは、高速ランダム書き込み可能なファイルメモリ、高速ダウンロード可能な携帯端末、高速ダウンロード可能な携帯プレーヤー、放送機器用半導体メモリ、ドライブレコーダ、ホームビデオ、通信用大容量バッファメモリ、及び防犯カメラ用半導体メモリなどに対して用いることができ、産業上のメリットは多大である。以上説明したように実施形態によれば、熱的に安定であると共に、磁気抵抗比の低下が抑制できるスピン注入書き込み方式の磁気抵抗素子及びそれを用いた磁気メモリを提供することができる。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。"