"膜面に垂直な磁化を有し、情報に対応して磁化の向きが変化される記憶層と、上記記憶層に記憶された情報の基準となる膜面に垂直な磁化を有する磁化固定層と、上記記憶層と上記磁化固定層の間に設けられる非磁性体による絶縁層と、を有し、上記磁化固定層は、非磁性層を上下に強磁性層で挟み込む構造となっており、該上下の強磁性層は磁気的に反平行に結合される積層フェリピン構造であり、上記記憶層、上記絶縁層、上記磁化固定層を有する層構造の積層方向にスピン偏極した電子を注入することにより、上記記憶層の磁化の向きが変化して、上記記憶層に対して情報の記録が行われるとともに、上記記憶層が受ける、実効的な反磁界の大きさが、上記記憶層の飽和磁化量よりも小さい記憶素子。上記非磁性層を上下に強磁性層で挟み込む構造が複数形成されている請求項1に記載の記憶素子。上記記憶層と上記絶縁層の界面を構成する強磁性材料がCo-Fe-Bである請求項2に記載の記憶素子。上記Co-Fe-Bの組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、0<Bz≦30において、100z-Bzである請求項3に記載の記憶素子。上記Co-Fe-Bの組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40において、100z-Bzである請求項3に記載の記憶素子。上記固定層を構成する上記強磁性層の材料がCo-Fe-Bであり、該組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、0<Bz≦30において、100z-Bzである請求項4に記載の記憶素子。上記固定層を構成する上記強磁性層の材料がCo-Fe-Bであり、該組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40において、100z-Bzである請求項5に記載の記憶素子。上記複数の、上記非磁性層を上下に上記強磁性層で挟み込む構造のうち、上記絶縁層側の上記挟み込む構造を構成する上記非磁性層がTaである請求項6に記載の記憶素子。上記複数の、上記非磁性層を上下に上記強磁性層で挟み込む構造のうち、上記絶縁層側の上記挟み込む構造を構成する上記非磁性層がTaである請求項7に記載の記憶素子。情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶素子と、互いに交差する2種類の配線とを備え、上記記憶素子は、膜面に垂直な磁化を有し、情報に対応して磁化の向きが変化される記憶層と、上記記憶層に記憶された情報の基準となる膜面に垂直な磁化を有する磁化固定層と、上記記憶層と上記磁化固定層の間に設けられる非磁性体による絶縁層とを有し、上記磁化固定層は、非磁性層を上下に強磁性層で挟み込む構造となっており、該上下の強磁性層は磁気的に反平行に結合される積層フェリピン構造であり、上記記憶層、上記絶縁層、上記磁化固定層を有する層構造の積層方向にスピン偏極した電子を注入することにより、上記記憶層の磁化の向きが変化して、上記記憶層に対して情報の記録が行われるとともに、上記記憶層が受ける、実効的な反磁界の大きさが、上記記憶層の飽和磁化量よりも小さい構成とされ、上記2種類の配線の間に上記記憶素子が配置され、上記2種類の配線を通じて、上記記憶素子に上記積層方向の電流が流れ、スピン偏極した電子が注入されるメモリ装置。ところで、MRAMの場合は、記憶素子とは別に書き込み配線ワード線やビット線を設けて、書き込み配線に電流を流して発生する電流磁界により、情報の書き込み記録を行っている。そのため、書き込み配線に、書き込みに必要となる電流量を充分に流すことができる。一方、スピン注入による磁化反転を利用する構成のメモリ装置においては、記憶素子に流す電流によりスピン注入を行って、記憶層の磁化の向きを反転させる必要がある。そして、このように記憶素子に直接電流を流して情報の書き込み記録を行うことから、書き込みを行うメモリセルを選択するために、記憶素子を選択トランジスタと接続してメモリセルを構成する。この場合、記憶素子に流れる電流は、選択トランジスタに流すことが可能な電流選択トランジスタの飽和電流の大きさに制限される。このため、選択トランジスタの飽和電流以下の電流で書き込みを行う必要があり、スピン注入の効率を改善して、記憶素子に流す電流を低減する必要がある。また、読み出し信号を大きくするためには、大きな磁気抵抗変化率を確保する必要があり、そのためには記憶層の両側に接している中間層をトンネル絶縁層トンネルバリア層とした記憶素子の構成にすることが効果的である。このように中間層としてトンネル絶縁層を用いた場合には、トンネル絶縁層が絶縁破壊することを防ぐために、記憶素子に流す電流量に制限が生じる。この観点からも、スピン注入時の電流を抑制する必要がある。この電流値を下げるためには、この電流値が記憶層の膜厚に比例し、記憶層の飽和磁化の2乗に比例するので、これら膜厚や飽和磁化を調節すれば良いことがわかる例えば、非特許文献3参照。そして、例えば特許文献3には、記録材料の磁化量を低減すれば、電流値を低減できることが示されている。しかしながら、一方で、電流によって書き込まれた情報を記憶しなければ不揮発性メモリとはなり得ない。つまり、記憶層の熱揺らぎに対する安定性熱安定性の確保が必要である。スピン注入による磁化反転を利用する記憶素子の場合、従来のMRAMと比較して、記憶層の体積が小さくなるので、単純に考えると熱安定性は低下する方向にある。記憶層の熱安定性が確保されていないと、反転した磁化の向きが、熱により再反転してしまい、書き込みエラーとなってしまう。そして、スピン注入による磁化反転を利用する記憶素子の大容量化を進めた場合、記録素子の体積は一層小さくなるので、熱安定性の確保は重要な課題となる。そのため、スピン注入による磁化反転を利用する記憶素子において、熱安定性は非常に重要な特性である。従って、スピン注入により記憶層の磁化の向きを反転させる構成の記憶素子がメモリとして存在し得るためには、スピン注入による磁化反転に必要な電流をトランジスタの飽和電流以下に減らし、また、書き込まれた情報をしっかり保持する熱安定性を確保する必要がある。以上のように、スピン注入による磁化反転に必要な電流を低減するには、記憶層の飽和磁化量Msを低減することや、記憶層を薄くすることが考えられる。例えば、上述の特許文献3のように、記憶層の材料に、飽和磁化量Msの低い材料を使用することが有効である。しかしながら、このように、単純に飽和磁化量Msの低い材料を用いた場合、情報をしっかりと保持する熱安定性を確保することができない。そこで本発明においては、書き込み電流を増大させることなく、熱安定性を改善することができる記憶素子、並びにこの記憶素子を有するメモリ装置を提供することを目的とする。さらに本発明では、記憶層を構成する磁性材料が350°C以上の熱処理された場合でも優れた特性になる記憶素子を提供することも目的とする。本発明の記憶素子は、膜面に垂直な磁化を有し、情報に対応して磁化の向きが変化される記憶層と、上記記憶層に記憶された情報の基準となる膜面に垂直な磁化を有する磁化固定層と、上記記憶層と上記磁化固定層の間に設けられる非磁性体による絶縁層とを有する。そして上記磁化固定層は、非磁性層を上下に強磁性層で挟み込む構造となっており、該上下の強磁性層は磁気的に反平行に結合される積層フェリピン構造であり、上記記憶層、上記絶縁層、上記磁化固定層を有する層構造の積層方向にスピン偏極した電子を注入することにより、上記記憶層の磁化の向きが変化して、上記記憶層に対して情報の記録が行われるとともに、上記記憶層が受ける、実効的な反磁界の大きさが、上記記憶層の飽和磁化量よりも小さい記憶素子である。また上記非磁性層を上下に強磁性層で挟み込む構造が複数形成されている記憶素子である。さらに、上記記憶層と上記絶縁層の界面を構成する強磁性材料がCo-Fe-Bである記憶素子である。その場合、上記Co-Fe-Bの組成が、0≦CoX≦40、60≦FeY≦100、0<BZ≦30において、100Z-BZである。或いは、上記Co-Fe-Bの組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40において、100z-Bzであるようにする。また、上記磁化固定層を構成する強磁性層の材料がCo-Fe-Bであり、該組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、0<Bz≦30において、100z-Bzである。或いは、上記Co-Fe-Bの組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40において、100z-Bzであるようにする。また、上記磁化固定層の上記絶縁層側の非磁性層がTaである。本発明のメモリ装置は、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶素子と、互いに交差する2種類の配線とを備え、記憶素子は上記本発明の記憶素子の構成であり、2種類の配線の間に記憶素子が配置され、これら2種類の配線を通じて、記憶素子に積層方向の電流が流れ、スピン偏極した電子が注入されるものである。上述の本発明の記憶素子の構成によれば、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層を有し、この記憶層に対して中間層を介して磁化固定層が設けられ、中間層が絶縁体から成り、積層方向にスピン偏極した電子を注入することにより、記憶層の磁化の向きが変化して、記憶層に対して情報の記録が行われるので、積層方向に電流を流してスピン偏極した電子を注入することによって情報の記録を行うことができる。そして、記憶層が受ける、実効的な反磁界の大きさが、記憶層の飽和磁化量よりも小さいことにより、記憶層が受ける反磁界が低くなっており、記憶層の磁化の向きを反転させるために必要となる、書き込み電流量を低減することができる。一方、記憶層の飽和磁化量を低減しなくても書き込み電流量を低減することができるため、記憶層の飽和磁化量を充分な量として、記憶層の熱安定性を充分に確保することが可能になる。特に本発明の記憶素子は、記憶層及び磁化固定層は膜面に垂直な磁化を有する。面内磁気異方性を有するものよりも垂直磁気異方性を有するものの方が低電力化、大容量化に好適である。理由は垂直磁化の方がスピントルク磁化反転の際に超えるべきエネルギバリアが低く、また垂直磁化膜の有する高い磁気異方性によって記憶層の情報保持の熱安定性が有利になるためである。また上述の本発明のメモリ装置の構成によれば、2種類の配線の間に記憶素子が配置され、これら2種類の配線を通じて記憶素子に積層方向の電流が流れ、スピン偏極した電子が注入されるものであることにより、2種類の配線を通じて記憶素子の積層方向に電流を流してスピン注入による情報の記録を行うことができる。また、記憶層の飽和磁化量を低減しなくても、記憶素子の書き込み電流量を低減することが可能になるため、記憶素子に記録された情報を安定して保持すると共に、メモリ装置の消費電力を低減することが可能になる。本発明によれば、記憶層の飽和磁化量を低減しなくても、記憶素子の書き込み電流量を低減することが可能になるため、情報保持能力である熱安定性を充分に確保して、特性バランスに優れた記憶素子を構成することができる。これにより、動作エラーをなくして、記憶素子の動作マージンを充分に得ることができる。また特に、記憶層を構成する強磁性材料をCo-Fe-Bとし、Co-Fe-Bの組成が、0≦CoX≦40、60≦FeY≦100、0<BZ≦30において、100Z-BZであると垂直磁化の記憶層の形成に好適である。さらに、熱処理温度が350°C~450°C程度の比較的高温となる場合を考えると、Co-Fe-Bの組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40において、100z-Bzであるようにすると、記憶層を構成する強磁性層材料が高温熱処理でも高いトンネル磁気抵抗効果を示すことになり、好適である。さらに、磁化固定層を積層フェリピン構造とすることにより、磁化固定層の垂直磁気異方性の強化を図ることができ記憶素子の熱安定性高めることができる。また、磁化固定層の強磁性層の材料を記憶層と同じ材料であるCo-Fe-Bとし、Co-Fe-Bの組成が、0≦CoX≦40、60≦FeY≦100、0<BZ≦30において、100Z-BZであると垂直磁化の磁化固定層の形成に好適である。さらに、熱処理温度が350°C~450°C程度の比較的高温となる場合を考えると、Co-Fe-Bの組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40において、100z-Bzであるようにすると、垂直磁化の磁化固定層の形成に好適である。これらにより、安定して動作する、信頼性の高いメモリ装置を実現することができる。また、書き込み電流を低減して、記憶素子に書き込みを行う際の消費電力を低減することが可能になる。従って、メモリ装置全体の消費電力を低減することが可能になる。以下、本発明の実施の形態を次の順序で説明する。<1.実施の形態の記憶素子の概要><2.実施の形態の記憶層と磁化固定層の具体的構成1><3.実施の形態の記憶層と磁化固定層の具体的構成2><4.実施の形態の磁化固定層の積層フェリピン構造><5.実施の形態に関する実験><6.変形例><1.実施の形態の記憶素子の概要>まず、発明の実施の形態となる記憶素子の概要について説明する。本発明の実施の形態は、前述したスピン注入により、記憶素子の記憶層の磁化の向きを反転させて、情報の記録を行うものである。記憶層は、強磁性層等の磁性体により構成され、情報を磁性体の磁化状態磁化の向きにより保持するものである。詳しくは後述するが、記憶素子は、例えば図2に一例を示す層構造とされ、少なくとも2つの磁性層としての記憶層17、磁化固定層15を備え、またその2つの磁性層の間の中間層としての絶縁層16トンネル絶縁層を備える。記憶層17は、膜面に垂直な磁化を有し、情報に対応して磁化の向きが変化される。磁化固定層15は、記憶層17に記憶された情報の基準となる膜面に垂直な磁化を有する。絶縁層16は、非磁性体であって、記憶層17と磁化固定層15の間に設けられる。そして記憶層17、絶縁層16、磁化固定層15を有する層構造の積層方向にスピン偏極した電子を注入することにより、記憶層17の磁化の向きが変化して、記憶層17に対して情報の記録が行われる。スピン注入により磁性層記憶層17の磁化の向きを反転させる基本的な動作は、巨大磁気抵抗効果素子GMR素子もしくはトンネル磁気抵抗効果素子MTJ素子から成る記憶素子に対して、その膜面に垂直な方向に、ある閾値以上の電流を流すものである。このとき、電流の極性向きは、反転させる磁化の向きに依存する。この閾値よりも絶対値が小さい電流を流した場合には、磁化反転を生じない。スピン注入によって、磁性層の磁化の向きを反転させるときに、必要となる電流の閾値Icは一般的には、Ic=AαMsVHd/2ηにより表される。ここで、A:定数、α:スピン制動定数、η:スピン注入効率、Ms:飽和磁化量、V:記憶層の体積、Hd:実効的な反磁界である。この式で表されるように、電流の閾値は、磁性層の体積V、磁性層の飽和磁化Ms、スピン注入効率η、スピン制動定数αを制御することにより、任意に設定することが可能である。なお厳密には、スピントルク磁化反転によって、磁性層の磁化の向きを反転させるときに、必要となる電流の閾値Icは、磁性層の磁化容易軸が面内方向であるか、垂直方向であるかによって異なる。本実施の形態の記憶素子は垂直磁化型であるが、従前の面内磁化型の記憶素子の場合における磁性層の磁化の向きを反転させる反転電流をIc_paraとすると、同方向から逆方向なお、同方向、逆方向とは、磁化固定層の磁化方向を基準としてみた記憶層の磁化方向であり、同方向は平行と、逆方向は反平行とも表現するに反転させる場合、Ic_para=AαMsV/g0/PHk2πMsとなり、逆方向から同方向に反転させる場合、Ic_para=-AαMsV/gπ/PHk2πMsとなる。一方、本例のような垂直磁化型の記憶素子の反転電流をIc_perpとすると、同方向から逆方向に反転させる場合、Ic_perp=AαMsV/g0/PHk-4πMsとなり、逆方向から同方向に反転させる場合、Ic_perp=-AαMsV/gπ/PHk-4πMsとなる。ただし、Aは定数、αはダンピング定数、Msは飽和磁化、Vは素子体積、Pはスピン分極率、g0、gπはそれぞれ同方向時、逆方向時にスピントルクが相手の磁性層に伝達される効率に対応する係数、Hkは磁気異方性である非特許文献4参照。上記各式において、垂直磁化型の場合のHk-4πMsと面内磁化型の場合のHk2πMsとを比較すると、垂直磁化型が低記録電流化により適していることが理解できる。本例の記憶素子は、トンネル磁気抵抗効果による抵抗の差で情報の読み出しを行う。つまり、トンネル磁気抵抗効果が大きい場合に出力も大きくなる。トンネル磁気抵抗効果TMRは、スピン分極率:Pを用いて式1により表される。ここで、P1は固定層のスピン分極率、P2は記録層のスピン分極率である。式1において、スピン分極率が大きいときに、TMRが大きくなることが理解できる。そして、反転電流の式との比較により、低電流化と高出力化=高TMR化が両立する関係であることも分かる。本実施の形態では、磁化状態により情報を保持することができる磁性層記憶層17と、磁化の向きが固定された磁化固定層15とを有する記憶素子を構成する。メモリとして存在し得るためには、書き込まれた情報を保持することができなければならない。情報を保持する能力の指標として、熱安定性の指標Δ=KV/kBTの値で判断される。このΔは、下記式2により表される。ここで、Hk:実効的な異方性磁界、kB:ボルツマン定数、T:温度、Ms:飽和磁化量、V:記憶層の体積である。実効的な異方性磁界Hkには、形状磁気異方性、誘導磁気異方性、結晶磁気異方性等の影響が取り込まれており、単磁区のコヒーレントローテンションモデルを仮定した場合、保磁力と同等である。熱安定性の指標Δと電流の閾値Icとは、トレードオフの関係になることが多い。そのため、メモリ特性を維持するには、これらの両立が課題となることが多い。記憶層17の磁化状態を変化させる電流の閾値は、実際には、例えば記憶層17の厚さが2nmであり、平面パターンが100nm×150nmの略楕円形のTMR素子において、側の閾値Ic=0.5mAであり、-側の閾値-Ic=-0.3mAであり、その際の電流密度は約3.5×106A/cm2である。これらは、上記のIcの式にほぼ一致する。これに対して、電流磁場により磁化反転を行う通常のMRAMでは、書き込み電流が数mA以上必要となる。従って、スピン注入によって磁化反転を行う場合には、上述のように書き込み電流の閾値が充分に小さくなるため、集積回路の消費電力を低減させるために有効であることが分かる。また、通常のMRAMで必要とされる、電流磁界発生用の配線図13の配線105が不要となるため、集積度においても通常のMRAMに比較して有利である。そして、スピン注入により磁化反転を行う場合には、記憶素子に直接電流を流して情報の書き込み記録を行うことから、書き込みを行うメモリセルを選択するために、記憶素子を選択トランジスタと接続してメモリセルを構成する。この場合、記憶素子に流れる電流は、選択トランジスタで流すことが可能な電流選択トランジスタの飽和電流の大きさによって制限される。選択トランジスタの飽和電流よりも、スピン注入による磁化反転の電流の閾値Icを小さくするためには、上記Icの式より、記憶層17の飽和磁化量Msを減らせば良いことがわかる。しかし、単純に飽和磁化量Msを減らした場合例えば、特許文献3には、記憶層17の熱安定性が著しく損なわれ、メモリとしての機能を果せなくなる。メモリを構成するためには、熱安定性の指標Δがある程度以上の大きさである必要がある。そこで、本願の発明者等が種々の検討を行った結果、記憶層17を構成する強磁性層として、例えばCo-Fe-Bの組成を選定することにより、記憶層17が受ける実効的な反磁界Meffectiveの大きさが、記憶層17の飽和磁化量Msよりも小さくなることを見出した。上述の強磁性材料を用いることにより、記憶層17が受ける実効的な反磁界の大きさが、記憶層17の飽和磁化量Msよりも小さい構成となる。これにより、記憶層17が受ける反磁界を小さくすることができるので、式2により表される熱安定性Δを損ねることなく、上記Icの式により表される電流の閾値Icを低減する効果が得られる。さらに、発明者らは、上記の選定されたCo-Fe-B組成の内、限られた組成範囲において、Co-Fe-Bが膜面垂直方向に磁化し、それにより、Gbitクラスの容量を実現可能な極微小記録素子においても十分な熱安定性が確保可能であることを見出した。従って、Gbitクラスのスピン注入型磁化反転メモリにおいて熱安定性を保った状態で、低電流で情報の書き込みができる、という安定したメモリの形成を可能にする。本実施の形態では、記憶層17が受ける実効的な反磁界の大きさが、記憶層17の飽和磁化量Msよりも小さい構成、即ち、記憶層17の飽和磁化量Msに対する実効的な反磁界の大きさの比の値を1より小さくする。さらに、選択トランジスタの飽和電流値を考慮して、記憶層17と磁化固定層15との間の非磁性の中間層として、絶縁体から成るトンネル絶縁層絶縁層16を用いて磁気トンネル接合MTJ素子を構成する。トンネル絶縁層を用いて磁気トンネル接合MTJ素子を構成することにより、非磁性導電層を用いて巨大磁気抵抗効果GMR素子を構成した場合と比較して、磁気抵抗変化率MR比を大きくすることができ、読み出し信号強度を大きくすることができるためである。そして、特に、このトンネル絶縁層16の材料として、酸化マグネシウムMgOを用いることにより、これまで一般的に用いられてきた酸化アルミニウムを用いた場合よりも、磁気抵抗変化率MR比を大きくすることができる。また、一般に、スピン注入効率はMR比に依存し、MR比が大きいほど、スピン注入効率が向上し、磁化反転電流密度を低減することができる。従って、中間層であるトンネル絶縁層16の材料として酸化マグネシウムを用い、同時に上記の記憶層17を用いることにより、スピン注入による書き込み閾値電流を低減することができ、少ない電流で情報の書き込み記録を行うことができる。また、読み出し信号強度を大きくすることができる。これにより、MR比TMR比を確保して、スピン注入による書き込み閾値電流を低減することができ、少ない電流で情報の書き込み記録を行うことができる。また、読み出し信号強度を大きくすることができる。このようにトンネル絶縁層16を酸化マグネシウムMgO膜により形成する場合には、MgO膜が結晶化していて、001方向に結晶配向性を維持していることがより望ましい。なお、本実施の形態において、記憶層17と磁化固定層15との間の中間層トンネル絶縁層16は、酸化マグネシウムから成る構成とする他にも、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、SiO2、Bi2O3、MgF2、CaF、SrTiO2、AlLaO3、Al-N-O等の各種の絶縁体、誘電体、半導体を用いて構成することもできる。トンネル絶縁層16の面積抵抗値は、スピン注入により記憶層17の磁化の向きを反転させるために必要な電流密度を得る観点から、数十Ωμm2程度以下に制御する必要がある。そして、MgO膜から成るトンネル絶縁層16では、面積抵抗値を上述の範囲とするために、MgO膜の膜厚を1.5nm以下に設定する必要がある。また、記憶層17の磁化の向きを、小さい電流で容易に反転できるように、記憶素子を小さくすることが望ましい。従って、好ましくは、記憶素子の面積を0.01μm2以下とする。なお、本実施の形態における記憶層17は組成の異なる他の強磁性層を直接積層させることも可能である。また、強磁性層と軟磁性層とを積層させたり、複数層の強磁性層を軟磁性層や非磁性層を介して積層させたりすることも可能である。このように積層させた場合でも、本発明でいう効果が得られる。特に複数層の強磁性層を非磁性層に介して積層させた構成としたときには、強磁性層の層間の相互作用の強さを調整することが可能になるため、記憶素子の寸法がサブミクロン以下になっても、磁化反転電流が大きくならないように抑制することが可能になるという効果が得られる。この場合の非磁性層の材料としては、Ru,Os,Re,Ir,Au,Ag,Cu,Al,Bi,Si,B,C,Cr,Ta,Pd,Pt,Zr,Hf,W,Mo,Nbまたはそれらの合金を用いることができる。磁化固定層15及び記憶層17は、一方向の異方性を有していることが望ましい。また、磁化固定層15及び記憶層17のそれぞれの膜厚は、0.5nm~30nmであることが好ましい。記憶素子のその他の構成は、スピン注入により情報を記録する記憶素子の従来公知の構成と同様とすることができる。磁化固定層15は、強磁性層のみにより、或いは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出来る。また、磁化固定層15は、単層の強磁性層から成る構成、或いは複数層の強磁性層を非磁性層を介して積層した積層フェリピン構造とすることが出来る。積層フェリピン構造の磁化固定層15を構成する強磁性層の材料としては、Co,CoFe,CoFeB等を用いることができる。また、非磁性層の材料としては、Ru,Re,Ir,Os等を用いることができる。反強磁性層の材料としては、FeMn合金、PtMn合金、PtCrMn合金、NiMn合金、IrMn合金、NiO、Fe2O3等の磁性体を挙げることができる。また、これらの磁性体に、Ag,Cu,Au,Al,Si,Bi,Ta,B,C,O,N,Pd,Pt,Zr,Hf,Ir,W,Mo,Nb等の非磁性元素を添加して、磁気特性を調整したり、その他の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たりすることができる。また、記憶素子の膜構成は、記憶層17が磁化固定層15の下側に配置される構成でも、下側に配置される構成でも全く問題はない。さらには、磁化固定層15が記憶層17の上下に存在する、いわゆるデュアル構造でも全く問題ない。なお、記憶素子の記憶層17に記録された情報を読み出す方法としては、記憶素子の記憶層17に薄い絶縁膜を介して、情報の基準となる磁性層を設けて、絶縁層16を介して流れる強磁性トンネル電流によって読み出してもよいし、磁気抵抗効果により読み出してもよい。<2.実施の形態の記憶層と磁化固定層の具体的構成1>続いて、本発明の実施の形態の1つの具体的構成について説明する。1つの具体的構成としてのメモリ装置の概略構成図斜視図を図1に示す。このメモリ装置は、互いに直交する2種類のアドレス配線例えばワード線とビット線の交点付近に、磁化状態で情報を保持することができる記憶素子3が配置されて成る。即ち、シリコン基板等の半導体基体10の素子分離層2により分離された部分に、各メモリセルを選択するための選択用トランジスタを構成する、ドレイン領域8、ソース領域7、並びにゲート電極1が、それぞれ形成されている。このうち、ゲート電極1は、図中前後方向に延びる一方のアドレス配線例えばワード線を兼ねている。ドレイン領域8は、図中左右の選択用トランジスタに共通して形成されており、このドレイン領域8には、配線9が接続されている。そして、ソース領域7と、上方に配置された、図中左右方向に延びる他方のアドレス配線例えばビット線6との間に、記憶素子3が配置されている。この記憶素子3は、スピン注入により磁化の向きが反転する強磁性層から成る記憶層を有する。また、この記憶素子3は、2種類のアドレス配線1,6の交点付近に配置されている。この記憶素子3は、ビット線6と、ソース領域7とに、それぞれ上下のコンタクト層4を介して接続されている。これにより、2種類のアドレス配線1,6を通じて、記憶素子3に上下方向の電流を流して、スピン注入により記憶層の磁化の向きを反転させることができる。また、本実施の形態のメモリ装置の記憶素子3の断面図を図2に示す。図2に示すように、この記憶素子3は、下層側から順に、下地層14、磁化固定層15、絶縁層16、記憶層17、キャップ層18が積層されている。この場合、スピン注入により磁化M17の向きが反転する記憶層17に対して、下層に磁化固定層15を設けている。スピン注入型磁化反転メモリにおいては、記憶層17の磁化M17と磁化固定層15の磁化M15の相対的な角度によって情報の01を規定している。記憶層17と磁化固定層15との間には、トンネルバリア層トンネル絶縁層となる絶縁層16が設けられ、記憶層17と磁化固定層15とにより、MTJ素子が構成されている。また、磁化固定層15の下には下地層14が形成され、記憶層17の上にはキャップ層18が形成されている。記憶層17は、磁化M17の方向が層面垂直方向に自由に変化する磁気モーメントを有する強磁性体から構成されている。磁化固定層15は、磁化M15が膜面垂直方向に固定された磁気モーメントを有する強磁性体から構成されている。情報の記憶は一軸異方性を有する記憶層17の磁化の向きにより行う。書込みは、膜面垂直方向に電流を印加し、スピントルク磁化反転を起こすことにより行う。このように、スピン注入により磁化の向きが反転する記憶層17に対して、下層に磁化固定層15が設けられ、記憶層14の記憶情報磁化方向の基準とされる。本実施の形態では、記憶層17、磁化固定層15としてはCo-Fe-Bを用いる。特に、そのCo-Fe-Bの組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、0<Bz≦30において、100z-Bzとする。磁化固定層15は情報の基準であるので、記録や読み出しによって磁化の方向が変化してはいけないが、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17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17よりも動きにくくすればよい。磁化を固定する場合にはPtMn、IrMnなどの反強磁性体を磁化固定層15に接触させるか、あるいはそれらの反強磁性体に接触した磁性体をRu等の非磁性体を介して磁気的に結合させ、磁化固定層15を間接的に固定しても良い。本実施の形態においては、特に、記憶層17が受ける実効的な反磁界の大きさが記憶層17の飽和磁化量Msよりも小さくなるように、記憶素子3の記憶層17の組成が調整されていることを特徴とする。即ち、前述したように、記憶層17の強磁性材料Co-Fe-B組成を選定し、記憶層17が受ける実効的な反磁界の大きさを低くして、記憶層17の飽和磁化量Msよりも小さくなるようにする。さらに、本実施の形態において、中間層である絶縁層16を、酸化マグネシウム層とした場合には、磁気抵抗変化率MR比を高くすることができる。このようにMR比を高くすることによって、スピン注入の効率を向上して、記憶層17の磁化M1の向きを反転させるために必要な電流密度を低減することができる。本実施の形態の記憶素子3は、下地層14からキャップ層18までを真空装置内で連続的に形成して、その後エッチング等の加工により記憶素子3のパターンを形成することにより、製造することができる。上述の本実施の形態によれば、記憶素子3の記憶層17が、記憶層17が受ける実効的な反磁界の大きさが記憶層17の飽和磁化量Msよりも小さくなるように構成されているので、記憶層17が受ける反磁界が低くなっており、記憶層17の磁化M17の向きを反転させるために必要となる、書き込み電流量を低減することができる。一方、記憶層17の飽和磁化量Msを低減しなくても書き込み電流量を低減することができるため、記憶層17の飽和磁化量Msを充分な量として、記憶層17の熱安定性を充分に確保することが可能になる。このように、情報保持能力である熱安定性を充分に確保することができるため、特性バランスに優れた記憶素子3を構成することができる。これにより、動作エラーをなくして、記憶素子3の動作マージンを充分に得ることができ、記憶素子3を安定して動作させることができる。従って、安定して動作する、信頼性の高いメモリ装置を実現することができる。また、書き込み電流を低減して、記憶素子3に書き込みを行う際の消費電力を低減することが可能になる。従って、本実施の形態の記憶素子3によりメモリセルを構成した、メモリ装置全体の消費電力を低減することが可能になる。従って、情報保持特性が優れた、安定して動作する信頼性の高いメモリ装置を実現することができ、記憶素子3を備えたメモリ装置において、消費電力を低減することができる。また、図2に示した記憶素子3を備える、図1に示した構成のメモリ装置は、メモリ装置を製造する際に、一般の半導体MOS形成プロセスを適用できるという利点を有している。従って、本実施の形態のメモリ装置を、汎用メモリとして適用することが可能になる。<3.実施の形態の記憶層と磁化固定層の具体的構成2>実施の記憶層と磁化固定層の別の具体的構成について説明する。なお本実施の形態のメモリ装置及び記憶素子3の構成例は図1,図2と同様であるため、その重複説明は避ける。この実施の形態は、上記具体的構成1の形態と同じく、記憶層17、磁化固定層15としてCo-Fe-Bを用いるが、そのCo-Fe-Bの組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40において、100z-Bzとするものである。半導体デバイスであるスピン注入型磁化反転メモリの製造を考えた場合、記憶素子3を構成する磁性材料は半導体プロセスが許容する温度範囲で優れた特性を発揮することが望まれる。例えば、Si基板からすべての工程を経て、チップになるまでの間に行われる半導体プロセスで加わる熱負荷は、350度以上になることがあるため、それを考慮すると、記憶素子3を構成する磁性材料は350度以上の熱処理をしたときでも優れた特性になる必要がある。また、他方、メモリ装置の動作に必要なトランジスタは通常、例えば450度以上の高温にさらされると特性が劣化してしまう。このため450度、500度などの高温で加熱した状態で優れた特性を示す磁性材料も好適ではない。したがって、スピン注入型磁化反転メモリの製造を考えた場合、記憶素子3を構成する磁性材料は概ね350度以上から450度未満程度の温度範囲で良好な特性を示すことが必要である。半導体プロセスとの熱的な親和性の観点から考えると、一般的な垂直磁化材料は250度以上の高温で磁気およびTMR特性を劣化させる、もしくは500度以上の高温において磁気特性が出現することが多いため、垂直磁化膜は取り扱いが難しい。しかしながら、上述のように垂直磁化膜は大容量、低消費電力化に適している。従って、半導体プロセスと親和性の高い熱処理条件で低反転電流かつ高出力な特性を示すスピン注入型磁化反転メモリ用の垂直磁化膜を開発することは重要である。そこで第2の実施の形態は、上述のように大容量、低消費電力化に適した垂直磁気異方性を有する記録素子3を用いたメモリ装置において、熱処理温度が350度以上、450度未満の範囲で大きな磁気抵抗変化率を確保する必要がある、という認識に基づくものである。上述のように記録電流を低減させるためには、垂直磁化型を採用することが望ましい。また垂直磁化膜は一般に面内磁化膜よりも高い磁気異方性を持たせることが可能であるため、上述の熱安定性Δを大きく保つ点でも好ましい。垂直異方性を有する磁性材料には希土類-遷移金属合金TbCoFeなど、金属多層膜Co/Pd多層膜など、規則合金FePtなど、酸化物と磁性金属の間の界面異方性の利用Co/MgOなど等いくつかの種類があるが。しかし、希土類-遷移金属合金は加熱により拡散、結晶化すると垂直磁気異方性を失うため、スピン注入型磁化反転メモリ用材料としては好ましくない。また金属多層膜も加熱により拡散し、垂直磁気異方性が劣化することが知られており、さらに垂直磁気異方性が発現するのは面心立方の111配向となっている場合であるため、MgOやそれに隣接して配置するFe、CoFe、CoFeBなどの高分極率層に要求される001配向を実現させることが困難となる。L10規則合金は高温でも安定であり、かつ001配向時に垂直磁気異方性を示すことから、上述のような問題は起こらないものの、製造時に500°C以上の十分に高い温度で加熱する、あるいは製造後に500°C以上の高温で熱処理を行うことで原子を規則配列させる必要があり、半導体プロセスとの親和性が低い。かつ、トンネルバリア等積層膜の他の部分における好ましくない拡散や界面粗さの増大を引き起こす可能性がある。これに対し、界面磁気異方性を利用した材料、すなわちトンネルバリアであるMgO上にCo系あるいはFe系材料を積層させたものは上記いずれの問題も起こり難く、このためスピン注入型磁化反転メモリの記憶層材料として有望視されている。そこで、本願の発明者等が種々の検討を行った結果、Co-Fe-Bで構成される磁性材料であり、組成が0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40、[100z-Bz]の範囲にある場合、熱処理温度を350度以上にした状態でも、上記の反転電流を表す式中のスピン分極率Pを高く保つことが出来ることを見出した。高出力素子はスピン分極率Pが高いことから、本実施の形態によれば低反転電流化も可能である。さらに、高い磁気異方性を有する垂直磁化材料を用いることで、熱安定性を犠牲にすることなく、高出力かつ低消費電力なスピン注入型の磁化反転素子記憶素子3が提供可能になる。第2の実施の形態のメモリ装置及び記憶素子3の構成は、上記図1,図2と同様であるが、記憶素子3の記憶層17が上記組成のものとなる。つまり第2の実施の形態の記録素子によれば、情報を磁性体の磁化状態により保持する記憶層17を有し、記憶層17に対して、中間層である絶縁層16を介して磁化固定層15が設けられる。そして積層方向にスピン偏極した電子を注入することにより、膜面垂直方向に磁化した記憶層17の磁化の向きが変化して、記憶層17に対して情報の記録が行われる。ここで記憶層17を構成する強磁性層材料として例えば上記組成のCo-Fe-Bを用いることにより、高温熱処理でも高いトンネル磁気抵抗効果かつ低反転電流の特性を得ることができる。これにより高温熱処理でも高出力、かつ低電流での磁化反転を可能とする。またこの記憶素子3を用いたメモリ装置は、2種類の配線図1の配線1,6を通じて、記憶素子3に積層方向の電流が流れ、スピントランスファが起こることにより、2種類の配線を通じて記憶素子3の積層方向に電流を流してスピントルク磁化反転による情報の記録を行うことができる。このような第2の実施の形態では、高温熱処理でも高出力かつ低電流動作といった特性が得られるため、特性バランスに優れた記憶素子3を構成することができる。また、高い磁気異方性を有する垂直磁化膜を用いているため、情報の熱安定性が低下することも無い。これにより、動作エラーをなくして、記憶素子3の動作マージンを充分に得ることができ、記憶素子3を安定して動作させることができる。また、350度以上450度未満の高温熱処理ですぐれた特性を示す材料であるため、半導体プロセスとの親和性が高い。また、記録素子3に対する書き込み電流が低減されることにより、記録素子の消費電力を低減することが可能となる従って、本実施の形態の記憶素子3によりメモリセルを構成した、メモリ全体の消費電力を低減することが可能になる。従って、安定して動作する、信頼性の高いメモリを実現することができる。また、図2に示した記憶素子3を備え、図1に示した構成のメモリは、メモリを製造する際に、一般の半導体MOS形成プロセスを適用できるという利点を有している。従って、本実施の形態のメモリを、汎用メモリとして適用することが可能になる。なお磁化固定層15についても、上記組成のCo-Fe-Bとしてもよい。またこの具体例2の実施の形態においても、中間層である絶縁層16を、酸化マグネシウム層とした場合には、磁気抵抗変化率MR比を高くすることができる。MR比を高くすることによって、スピン注入の効率を向上して、記憶層17の磁化M17の向きを反転させるために必要な電流密度をさらに低減することができる。また記憶素子3は、下地層14からキャップ層18までを真空装置内で連続的に形成して、その後エッチング等の加工により記憶素子3のパターンを形成することにより、製造することができる。<4.実施の形態の磁化固定層の積層フェリピン構造>実施の形態の磁化固定層の積層フェリピン構造について説明する。なお本実施の形態のメモリ装置及び記憶素子3の構成例は図1,図2と同様であるため、その重複説明は避ける。磁化固定層15は、記憶層17による記憶情報の記憶の基準とされる。したがって、磁化固定層15は記憶層17への記録又は記憶層17からの読み出しによって磁化の方向が変化しなければよく、必ずしも特定の方向に磁化の方向が固定されている必要はない。磁化固定層15の磁気的特性は、その保持力を記憶層17より大きくするか、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その磁化特性が記憶層17の磁化特性より動きにくくすればよい。磁化固定層15の磁化を安定的に固定するために磁化固定層15の構造を積層フェリピン構造とすることが考えられる。すなわち、非磁性層を上下に強磁性層で挟み込む構造とし、上下の強磁性層は磁気的に反平行に結合されるものとする。磁気的に反平行に結合された、非磁性層を上下に強磁性層で挟み込んだものを複数重ねた構造でもよい。これにより、磁化固定層15に起因する漏洩磁界を遮断するとともに磁化固定層15の垂直磁気異方性の強化を図ることができる。非磁性層の材料としては、すでに述べたとおりRu,Re,Ir,Os等を用いることができる。強磁性層の材料としてCo-Fe-Bを用いることができる。Co-Fe-Bの組成が、0≦CoX≦40、60≦FeY≦100、0<BZ≦30において、100Z-BZであると垂直磁化の磁化固定層の形成に好適である。また、熱処理温度が350°C~450°C程度の比較的高温となる場合を考えると、強磁性層の材料としてCo-Fe-Bとし、Co-Fe-Bの組成が、0≦CoX≦40、60≦FeY≦100、0<BZ≦30において、100Z-BZであると垂直磁化の磁化固定層の形成に好適である。複数の、非磁性層を上下に強磁性層で挟み込んだ構造のうち、絶縁層側の挟み込む構造を構成している非磁性層の材料をTaとすることは好適である。また、Taに限定せず、Ru、Os、Re、Ir、Au、Ag、Cu、Al、Bi、Si、B、C、Cr、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nbまたはこれらの合金を用いることができる。これらを用いて磁気特性を調整することができる。<5.実施の形態に関する実験>ここで、本実施の形態の記憶素子の構成において、具体的に記憶層17を構成する強磁性層の材料を選定することにより、記憶層が受ける実効的な反磁界の大きさを調整して、記憶素子の試料を作製し、その特性を調べた。実際のメモリ装置には、図1に示したように、記憶素子3以外にもスイッチング用の半導体回路等が存在するが、ここでは、記憶層17の磁化反転特性を調べる目的で、記憶素子のみを形成したウェハにより検討を行った。[実験1]厚さ0.725mmのシリコン基板上に、厚さ300nmの熱酸化膜を形成し、その上に図2に示した構成の記憶素子3を形成した。具体的には、図2に示した構成の記憶素子3において、各層の材料及び膜厚を図3に示すように選定した。下地層14:膜厚10nmのTa膜と膜厚25nmのRu膜の積層膜磁化固定層15:膜厚2.5nmのCoFeB膜トンネル絶縁層16:膜厚0.9nmの酸化マグネシウム膜記憶層17:磁化固定層と同じ組成のCoFeB膜キャップ層18:膜厚3nmのTa膜、膜厚3nmのRu膜、膜厚3nmのTa膜の積層膜このように各層を選定し、また下地層14とシリコン基板との間に図示しない膜厚100nmのCu膜後述するワード線となるものを設けた。上記膜構成で、記憶層17の強磁性層は、材質をCo-Fe-Bの3元系合金とし、強磁性層の膜厚を2.0nmに固定した。酸化マグネシウム膜から成る絶縁層16以外の各層は、DCマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。酸化マグネシウムMgO膜から成る絶縁層16は、RFマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。さらに、記憶素子3の各層を成膜した後に、磁場中熱処理炉で加熱処理を行った。次に、ワード線部分をフォトリソグラフィによってマスクした後に、ワード線以外の部分の積層膜に対してArプラズマにより選択エッチングを行うことにより、ワード線下部電極を形成した。この際に、ワード線部分以外は、基板の深さ5nmまでエッチングされた。その後、電子ビーム描画装置により記憶素子3のパターンのマスクを形成し、積層膜に対して選択エッチングを行い、記憶素子3を形成した。記憶素子3部分以外は、ワード線のCu層直上までエッチングした。なお、特性評価用の記憶素子には、磁化反転に必要なスピントルクを発生させるために、記憶素子に充分な電流を流す必要があるため、トンネル絶縁層の抵抗値を抑える必要がある。そこで、記憶素子3のパターンを、短軸0.09μm×長軸0.18μmの楕円形状として、記憶素子3の面積抵抗値Ωμm2が20Ωμm2となるようにした。次に、記憶素子3部分以外を、厚さ100nm程度のAl2O3のスパッタリングによって絶縁した。その後、フォトリソグラフィを用いて、上部電極となるビット線及び測定用のパッドを形成した。このようにして、記憶素子3の試料を作製した。そして、上述の製造方法により、それぞれ記憶層17の強磁性層のCo-Fe-B合金の組成を変えた、記憶素子3の各試料を作製した。Co-Fe-B合金の組成は、CoFeとBとの組成比原子を80:20に固定して、CoFe中のCoの組成比x原子を、90、80、70、60、50、40、30、20、10、0と変化させた。以上、作製した記憶素子3の各試料に対して、それぞれ以下のようにして、特性の評価を行った。測定に先立ち、反転電流のプラス方向とマイナス方向の値を対称になるように制御することを可能にするため、記憶素子3に対して、外部から磁界を与えることができるように構成した。また、記憶素子3に印加される電圧が、絶縁層16が破壊しない範囲内の1Vまでとなるように設定した。飽和磁化量の測定飽和磁化量Msを、試料振動型磁力計VibratingSampleMagnetometerを使用した、VSM測定によって、測定した。実効的な反磁界の測定実効的な反磁界の測定用の試料として、上述した記憶素子3の試料とは別に、記憶素子3を構成する各層を形成し、これを20mm×20mm角の平面パターンに形成した試料を作製した。そして、FMRFerromagneticResonance測定によって、実効的な反磁界の大きさMeffectiveを求めた。このFMR測定によって求められる、任意の外部磁場Hexに対する共鳴周波数fFMRは、下記の式3で与えられる。ここで、式3中のMeffectiveは、4πMeffective=4πMs-H⊥H⊥:膜面に垂直な方向の異方性磁界で表すことができる。反転電流値及び熱安定性の測定本実施の形態による記憶素子3の書き込み特性を評価する目的で、反転電流値の測定を行った。記憶素子3に10μsから100msのパルス幅の電流を流して、その後の記憶素子3の抵抗値を測定した。さらに、記憶素子3に流す電流量を変化させて、この記憶素子3の記憶層17の磁化M17の向きが反転する電流値を求めた。この電流値のパルス幅依存性をパルス幅1nsに外挿した値を、反転電流値とした。また、反転電流値のパルス幅依存性の傾きは、記憶素子3の前述した熱安定性の指標Δに対応する。反転電流値がパルス幅によって変化しない傾きが小さいほど、熱の擾乱に強いことを意味する。そして、記憶素子3間のばらつきを考慮するために、同一構成の記憶素子3を20個程度作製して、上述の測定を行い、反転電流値及び熱安定性の指標Δの平均値を求めた。さらに、測定により得られた反転電流値の平均値と、記憶素子3の平面パターンの面積とから、反転電流密度Jc0を算出した。記憶素子3の各試料について、記憶層17のCo-Fe-B合金の組成と、飽和磁化量Ms及び実効的な反磁界の大きさMeffectiveの測定結果、さらに飽和磁化量と実効的な反磁界の大きさとの比Meffective/Msを表1に示す。ここで、表1に記載の記憶層17のCo-Fe-B合金のCo量は原子で示している。表1から、CoxFe100x80B20のCo量xが70以下の場合においては、実効的な反磁界の大きさMeffectiveは飽和磁化量Msよりも小さく、つまり、Co量xが70以下のときの比Meffective/はMs、1.0より小さな値になっている。さらに、Co量xが小さくなるほど、MeffectiveとMsの差が大きくなっていることが確認できる。反転電流値の測定結果を図4に示し、熱安定性の指標の測定結果を図5に示す。図4は、記憶層17のCo-Fe-B合金のCo量xCoFe中の含有量;原子と、反転電流値から求めた反転電流密度Jc0との関係を示している。図5は、記憶層17のCo-Fe-B合金のCo量CoFe中の含有量;原子と、熱安定性の指標ΔKV/kBTとの関係を示している。図4より、Co量xが小さくになるにつれて、反転電流密度Jc0が小さくなっていくことがわかる。これは、Co量xが小さくなった場合、飽和磁化量Msは増加するが実効的な反磁界Meffectiveが小さくなるために、両者の積Ms×Meffectiveとしては小さくなることに起因する。図5より、Co量xが小さくなるにつれて、熱安定性の指標Δ=KV/kBTが大きくなっていき、Co量xがある程度以上小さくなると熱安定性の指標Δが大きい値で安定することが分かる。これは、図5に示した飽和磁化量Msの測定結果と、式2より熱安定性の指標Δが飽和磁化量Msに比例することとから予想される変化とよく一致している。表1、図4、図5の結果より、実効的な反磁界Meffectiveが飽和磁化量Msよりも小さくなる、Co量xが70以下の組成において、Msを下げるといった熱安定性を犠牲にする手法を用いずに、高い熱安定性を有したまま、反転電流値Jc0を低減できることが明らかになった。[実験2]上記の[実験1]により、CoxFe100x80B20の場合、Co量xが70以下の組成で高い熱安定性を有したまま、反転電流値Jc0を低減できることがわかった。そこで、[実験2]においてCo70Fe3080Bz、およびCo80Fe2080Bz組成の記憶層17を用いて、B量zがCoとFeの比とMeffective/Msにどのような影響を与えるかを調べた。試料の詳細は[実験1と同様である。表2にCo70Fe30100zBzで、B量z原子を5~40としたCoFeB合金の組成と、飽和磁化量Ms及び実効的な反磁界の大きさMeffectiveの測定結果、さらに飽和磁化量と実効的な反磁界の大きさとの比Meffective/Msを示す。また表3には、Co80Fe20100zBzの場合で、同様に、B量z原子を5~40としたCoFeB合金の組成と、飽和磁化量Ms、実効的な反磁界の大きさMeffective、比Meffective/Msを示している。表2の結果より、Co70Fe30100zBzのようにCoとFeの比を70/30で固定した場合、B量z=40原子以外の組成では実効的な反磁界Meffectiveが飽和磁化量Msより小さくなっていることが確認できる。表3の結果より、Co80Fe20100zBzのようにCoとFeの比を80/20で固定した場合、いずれの組成においても実効的な反磁界Meffectiveが飽和磁化量Msより大きくなっていることが確認できる。上述の表1~3の結果より、B量zが30原子以下の範囲であれば、飽和磁化量Msと実効的な反磁界Meffectiveの大小関係はCoとFeの比で決定されることが明らかになった。従って、記憶層17の実効的な反磁界Meffectiveが飽和磁化量Msより小さくなるCo-Fe-B合金の組成は、0≦Cox≦70、30≦Fey≦100、0<Bz≦30において、100z-Bzである。[実験3]Gbitクラスのスピン注入型磁化反転メモリでは、記録素子のサイズが100nmφ以下になることが想定される。そこで、[実験3]において、50nmφのサイズの記録素子を用いて、熱安定性を評価した。Co-Fe-B合金の組成は、CoFeとBとの組成比原子を80:20に固定して、CoFe中のCoの組成比x原子を、90、80、70、60、50、40、30、20、10、0と変化させた。素子サイズ以外の試料の詳細は[実験1]と同様である。記録素子3のサイズが50nmφの場合のCo-Fe-B合金のCo量CoFe中の含有量;原子と熱安定性の指標ΔKV/kBTの関係を図6に示す。図6より、素子サイズが50nmφになったことにより、熱安定性指数ΔのCo-Fe-B合金組成依存性が、図4に示した短軸0.09μm×長軸0.18μmの楕円形状記録素子で得られたΔのCo-Fe-B合金組成依存性から大きく変化したことが分かる。図6によると、Feが60原子以上存在するCo-Fe-B合金組成の場合にのみ、高い熱安定性が保持されている。種々の検討を行った結果、Feが60原子以上存在するCo-Fe-B合金が極微小な記録素子において高い熱安定性Δを示す理由は、Co-Fe-B合金の磁化が膜面面直方向を向いていることに起因していることが明らかになった。Co-Fe-B合金の磁化が膜面面直方向になっている理由は、実効的な反磁界Meffectiveが飽和磁化量Msより著しく小さい組成であることに起因していると思われる。また、垂直磁化膜になると極微小素子においても熱安定性が保たれる理由は、式2中のHk実効的な異方性磁界に関係しており、垂直磁化膜のHkは一般的に面内磁化膜よりも遥かに大きな値になる。つまり、垂直磁化膜では、大きなHkの効果により、面内磁化膜では十分な熱安定性Δを確保できない極微小な素子においても高い熱安定性Δを保つことが出来る。上記の実験結果から、CoxFe100x80B20という組成のCo-Fe-B合金では、Fe100xが60以上になる場合、Gbitクラスのスピン注入を利用したメモリ装置に好適となるといえる。[実験4]上記[実験3]において、CoxFe100x80B20という組成のCo-Fe-B合金では、Fe量が60以上になる場合、Gbitクラスのスピン注入を利用したメモリ装置に好適となることを示した。[実験4]では、さらに、B量を5~30原子の範囲のCo-Fe-B合金で50nmφのサイズの記録素子を作製し、熱安定性を評価した。素子サイズ以外の試料の詳細は[実験1]と同様である。Co量x=50、40、30、20、10、0およびB量z=5、10、20、30という範囲におけるCoxFe100x100zBzという組成のCo-Fe-B合金と熱安定性の指標ΔKV/kBTの関係を表4に示す。表4より、Co量x=50かつB量z=5~30の場合を除いたすべての組成において熱安定性Δが大きく保たれていることが分かる。つまり、[実験4]の結果と同様に、Co量x=50と60がGbitクラスのスピン注入型磁化反転メモリに対応した極微小素子で高い熱安定性を確保する際の境界線になることが明らかになった。従って、上記の結果より、記憶層17のCo-Fe-B合金の組成が、0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、0<Bz≦30において、100z-Bzである場合、Gbitクラスのスピン注入型磁化反転メモリを作製するのに好適であることが判明した。なおCo-Fe-B合金は、CoとFe比のFeが大きい組成において、実効的な反磁界Meffectiveと飽和磁化量Msの乖離が大きくなり、垂直磁化し易くなるため、熱安定性が確保し易くなる。そのため、磁気メモリの容量が増加し、記憶素子3のサイズが小さくなったときはFeを多く含むCo-Fe-B合金の方が熱安定性を確保し易くなる。そこで、例えば、Feyが60、70nmφの記憶層17でGbitクラスのスピン注入型磁気メモリが実現できている状況を考えると、記憶素子3の直径が5nmφ小さくなる毎にCo-Fe-B合金のFe量yは5ずつ増えた状態になっていることが望ましい。例えばFe量yは、上記の100z-Bzの場合において、CoFe中の含有量としての原子が65、70、75、80という組成とするCo量xでいえば、35,30,25,20とすることが、記憶素子サイズの縮小に応じてより好適な例となる。[実験5]実施の形態の記憶素子3の構成において、具体的に記憶層17を構成する強磁性層の材料を選定し、記憶素子3の特性を調べた。上述の[実験1]~[実験4]と同様、記憶層17の磁化反転特性を調べる目的で、記憶素子3のみを形成したウェハにより検討を行った。厚さ0.725mmのシリコン基板上に、厚さ300nmの熱酸化膜を形成し、その上に図2に示した構成の記憶素子3を図7に示すように形成した。下地層14:膜厚10nmのTa膜と膜厚10nmのRu膜と膜厚10nmのTa膜の積層膜磁化固定層15:膜厚1.2nmのCoFeB膜トンネル絶縁層16:膜厚0.9nmの酸化マグネシウム膜記憶層17:磁化固定層と同じ組成のCoFeB膜キャップ層18:膜厚3nmのTa膜、膜厚3nmのRu膜、膜厚3nmのTa膜の積層膜このように各層を選定し、また下地膜14とシリコン基板との間に図示しない膜厚100nmのCu膜後述するワード線となるものを設けて、各層を形成した。上記膜構成で、記憶層17の強磁性層は、材質をCo-Fe-Bの3元系合金とし、強磁性層の膜厚を1.5nmに固定した。酸化マグネシウム膜から成る絶縁層16以外の各層は、DCマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。酸化マグネシウムMgO膜から成る絶縁層16は、RFマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。さらに、記憶素子3の各層を成膜した後に、磁場中熱処理炉で、各種温度1時間の熱処理を行った。次に、ワード線部分をフォトリソグラフィによってマスクした後に、ワード線以外の部分の積層膜に対してArプラズマにより選択エッチングを行うことにより、ワード線下部電極を形成した。この際に、ワード線部分以外は、基板の深さ5nmまでエッチングされた。その後、電子ビーム描画装置により記憶素子3のパターンのマスクを形成し、積層膜に対して選択エッチングを行い、記憶素子3を形成した。記憶素子3部分以外は、ワード線のCu層直上までエッチングした。なお、特性評価用の記憶素子には、磁化反転に必要なスピントルクを発生させるために、記憶素子に充分な電流を流す必要があるため、トンネル絶縁層の抵抗値を抑える必要がある。そこで、記憶素子3のパターンを、短軸0.09μm×長軸0.09μmの楕円形状として、記憶素子3の面積抵抗値Ωμm2が20Ωμm2となるようにした。次に、記憶素子3部分以外を、厚さ100nm程度のAl2O3のスパッタリングによって絶縁した。その後、フォトリソグラフィを用いて、上部電極となるビット線及び測定用のパッドを形成した。このようにして、記憶素子3の試料を作製した。そして、上述の製造方法により、それぞれ記憶層17の強磁性層のCo-Fe-B合金の組成を変えた、記憶素子3の各試料を作製した。Co-Fe-B合金の組成は、CoとFeの組成比原子を20:80に固定して、Bの組成比z原子を、10、20、30、35、40、50と変化させた。以上、作製した記憶素子3の各試料に対して、それぞれ以下のようにして、特性の評価を行った。TMRの測定本発明による記憶素子の出力特性を評価する目的で、TMRの測定を行った。記憶素子3に磁場を3kOeの範囲で掃印しながら100mVの電圧を印加し、記憶素子3の抵抗値を測定した。そして、記憶素子3間のばらつきを考慮するために、同一構成の記憶素子3を20個程度作製して、上述の測定を行い、特性の平均値を求めた。記憶素子3の各試料について、図8に記憶層17のCo-Fe-B合金の組成毎にTMRの熱処理温度依存性を示す。図8より、B濃度が10の場合[図中の10B]、TMRは熱処理温度:300度付近でピークを取っていることが分かる。これに対して、B濃度が20~40の組成範囲の場合[図中の20B~40B]、TMRのピークが熱処理温度350~400度付近へとシフトしている。また、B濃度が50の場合[図中の50B]、200度以上の熱処理になると、TMRが観測されるようになるものの、TMRの絶対値が他の組成のCo-Fe-B合金と比較して極端に小さくなっていることが分かる。B濃度が40の場合、B濃度が10~35の試料の最大TMR110程度と比較して、若干小さなTMRにとどまっているが、熱処理温度350~400度付近で約80程度のTMRは確保されており、スピン注入型磁化反転メモリに適応可能な出力に達している。またB濃度が20~30の試料では450度付近でも十分なTMRが確保されている。結論として、B濃度が20~40の組成範囲の場合、半導体プロセスと最も適合する熱処理範囲において、最も良好なTMR特性が得られることが確認できる。一般に、Co-Fe-B合金を用いてトンネル磁気接合を作る場合、熱処理によりBがMgOバリア絶縁層16もしくはキャップ層18側に拡散することが知られている。熱処理温度350度~400度の範囲でB濃度が20~40が好適となる理由は、このBの拡散と関係しており、初期のCo-Fe-B合金組成としてある一定量のBを合金膜中に存在させることにより、所望の熱処理温度範囲で優れた垂直磁気特性ならびにTMR特性が得られるBの分布が実現し、それに伴いMgOバリアとCo-Fe-B合金の界面磁気異方性を強化したためと予想される。この予想によると、450度以上の高温熱処理でも優れたTMR特性が得られるB濃度が存在することになるが、本実験で用いた試料の場合、450度を越える熱処理では下地層14のラフネスが増大し、さらに過度な下地層14、キャップ層18の拡散が生じたため、すべてのB濃度のCo-Fe-BでTMR特性が劣化したものと考えられる。B濃度が10の場合、350度以上の高温でTMR特性が劣化した原因は、高温で熱処理した場合にはB濃度が少なすぎるため、MgOバリアとCo-Fe-B合金の界面磁気異方性を強化することが出来ないことに起因すると考えられる。また、B濃度が50の場合に良好なTMR特性が得られない原因は、B濃度が高すぎで飽和磁化が極端に低下したためと推察される。以上の結果より、CoとFeの組成比原子を20:80に固定したCo-Fe-B合金の場合、B濃度が20~40で熱処理温度350度~450度の範囲で高出力な記録素子3を作成できることが実証された。[実験6]上記の[実験5]では、特定のCo/Fe比でB濃度を変えた場合の詳細な実験結果を示した。次に、[実験6]ではCo/Fe比を40/60、30/70、10/90として、B濃度をそれぞれ20、30、40と変化させた記録素子17を作成し、TMR特性の評価を行った。図9abcに、各Co/Fe比でB濃度および熱処理温度を変えた場合のTMR特性を示す。この結果からわかるように、いずれの組成においても[実験5]で示したB濃度[20~40]、熱処理範囲[350度~400度]において、高出力[=高TMR]となる特性が得られている。また450度付近でも高出力[=高TMR]となる組成も見られる。例えばB濃度が20~30の組成である。また、TMRの値に、Co/Fe比に対する大きな依存性は観測されない。以上の[実験5]および[実験6]の結果により、組成が0≦Cox≦40、60≦Fey≦100、20<Bz≦40において、100z-Bzとなる垂直磁化強磁性材料Co-Fe-Bを用いることにより、半導体プロセスと親和性の高い熱処理温度範囲:350度~400度で高出力な記録素子が提供可能であることが示される。また、高出力を実現したことにより、高いスピン分極率Pも同時に実現することによって、低消費電力化も可能となる。このように垂直磁化の高い磁気異方性を活用することによって熱安定性を犠牲にする手法を用いることなく、高出力かつ低反転電流のスピン注入磁化反転素子が提供可能になった。なお、上記第1の実施の形態では、B濃度については、0<Bz≦30の範囲で実効的な反磁界Meffectiveが飽和磁化量Msより小さくなり、垂直磁化に好適であると述べた。例えば上記表2参照。これに対し、第2の実施の形態ではB濃度について20<Bz≦40とするものであるが、すると30~40の範囲は、適切でないように見える。しかしながら、比較的高温の熱処理を行う場合、B濃度が30~40の範囲も、実効的な反磁界Meffectiveが飽和磁化量Msより小さくなり、垂直磁化に好適であることがわかった。以下の[表5]は、記憶層17のCo-Fe-B組成が、65-B35と、60-B40の場合について、熱処理温度を400°Cとした場合の飽和磁化量Msと実効的な反磁界Meffectiveについて調べたものである。B濃度が35、40のいずれの場合も、実効的な反磁界Meffectiveが飽和磁化量Msより小さくMeffective/Ms<1なっている。つまり、熱処理温度が高い場合、B濃度が30~40の範囲でも、記憶層17が受ける、実効的な反磁界の大きさが、記憶層17の飽和磁化量よりも小さいということを満たしているものとなる。[実験7]本実験は、図2の記憶素子3の磁化固定層15を積層フェリピン構造とし、記憶素子3について300°C1時間の熱処理を行った場合と350°C1時間の熱処理を行った場合の磁化曲線を求めたものである。図10は実験で用いた記憶素子3の試料の層構造を表す図である。本実験では試料1と試料2の2種類を用いた。各試料の磁化固定層15の層構造は図10のとおりである。すなわち、試料1は非磁性層のRuを強磁性層のCo-Fe-BとCo-Ptで挟み込んだ構造となっている。試料2は試料1に対して非磁性層のTaを強磁性層のCo-Fe-Bで挟み込む形で積層したものである。磁化固定層15以外の各層は図10に示されているとおりである。各試料は厚さ0.725mmのシリコン基板上に、厚さ300nmの熱酸化膜を形成し、その上に図10の記憶素子3を形成した。また、下地層とシリコン基板との間には図示しない膜厚100nmのCu膜を設けている後述のワード線となる。絶縁層16以外は、DCマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。絶縁層はMgOから成るのでRFマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。更に記憶素子3の各層を成膜した後、磁場中熱加熱炉で300°C1時間の熱処理又は350°C1時間の熱処理を行った。記憶素子3は微細加工後の素子ではなく、ウェハ上に磁化曲線評価用に設けた8mm×8mm程度のバルクフィルム部分を用いた。図11は試料1と試料2について磁化曲線を求めたものである。この磁化曲線は磁界を各試料の膜面垂直方向に印加しカー効果を測定するものである。図において、横軸は磁界の大きさ、縦軸は測定されたカー効果の大きさである。図11aは300°C熱処理後の実験結果である。図11bは350°C熱処理後の実験結果である。aでは磁化曲線の形状は、試料1と試料2とで差はない。これはTaの有無により積層フェリピン構造の示す磁化曲線に差はないことを表している。bでは試料1において面内成分が強くなることにより積層フェリピン構造が劣化し、垂直磁気異方性が消失している。これに対して、試料2は垂直磁気異方性は維持され積層フェリピン構造の劣化はみられない。これは非磁性層を上下に強磁性層を挟み込んだものを複数重ねた積層フェリピン構造とすると熱処理温度を高くしても垂直磁気異方性は維持されることを示している。また、非磁性層を上下に強磁性層を挟み込んだものを複数重ねた積層フェリピン構造とすることは強磁性層の材料であるCo-Fe-Bの膜厚を厚くできMR比を向上させることができる。さらに、Ta等の非磁性層がCo-Fe-Bに添加されることにより熱処理温度を高くしても、垂直磁化を妨げる反磁界として働き、Co-Fe-Bの飽和磁化Msを抑制することができる。上記実験ではCo-Fe-BのB組成は20としたが、熱処理温度との関係でB組成を20以上としてもよい。非磁性層の材料として、Taに限定されない。非磁性層の材料として、Ru、Os、Re、Ir、Au、Ag、Cu、Al、Bi、Si、B、C、Cr、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nbまたはこれらの合金を用いることができる。これらを用いて磁気特性を調整することができる。[実験8]本実験は、図2の記憶素子3の磁化固定層15を積層フェリピン構造とし、強磁性層の膜厚はそのままにして非磁性層の膜厚を変化させた場合の磁化曲線の変化を調べたものである。図10に実験で用いた記憶素子3の試料の層構造を示す。本実験では図10に示される試料3、試料4、試料5の3種類を用いた。試料4は試料2と同じ組成構造である。各試料は厚さ0.725mmのシリコン基板上に、厚さ300nmの熱酸化膜を形成し、その上に図10の記憶素子3を形成した。また、下地層とシリコン基板との間には図示しない膜厚100nmのCu膜を設けている後述のワード線となる。絶縁層16以外は、DCマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。絶縁層はMgOから成るのでRFマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。更に記憶素子3の各層を成膜した後、磁場中熱加熱炉で350°C1時間の熱処理を行った。記憶素子3は微細加工後の素子ではなく、ウェハ上に磁化曲線評価用に設けた8mm×8mm程度のバルクフィルム部分を用いた。図12abcはそれぞれ試料3、試料4、試料5の磁化曲線を求めたものである。この磁化曲線は磁界を各試料の膜面垂直方向に印加しカー効果を測定することにより求めることができる。図において、横軸は磁界の大きさ、縦軸は測定されたカー効果の大きさである。図12に示されるように、非磁性層であるTaの膜厚を0.1nmまで増加させても、積層フェリピン構造の劣化はみられない。このため非磁性層の膜厚は、例えば0.1nmと強磁性層であるCo-Fe-Bの磁化が消失しない範囲で増やすことができる。[実験9]本実験は、図2の記憶素子3の磁化固定層15を積層フェリピン構造とし、磁気抵抗曲線、反転電流値からの熱安定性の測定を行ったものである。図10に実験で用いた記憶素子3の試料の層構造を示す。本実験では試料6と試料7の2種類を用いた。各試料の磁化固定層15の層構造は図10のとおりである。試料6は試料1と同じ組成構造となっている。試料7は試料2と同じ組成構造となっている。磁化固定層15以外の各層は図10に示されているとおりである。各試料は厚さ0.725mmのシリコン基板上に、厚さ300nmの熱酸化膜を形成し、その上に図10の記憶素子3を形成した。また、下地層とシリコン基板との間には図示しない膜厚100nmのCu膜後述するワード線となるを形成した。絶縁層16以外は、DCマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。絶縁層はMgOから成るのでRFマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。更に記憶素子3の各層を成膜した後、磁場中熱加熱炉で300°C1時間又は350°C1時間の熱処理を行った。次に、ワード線部分をフォトリソグラフィによってマスクした後に、ワード線以外の部分の積層膜に対してArプラズマにより選択エッチングを行うことにより、ワード線下部電極を形成した。この際に、ワード線部分以外は、基板の深さ5nmまでエッチングされた。その後、電子ビーム描画装置により記憶素子3のパターンのマスクを形成し、積層膜に対して選択エッチングを行い、記憶素子3を形成した。記憶素子3部分以外は、ワード線のCu層直上までエッチングした。なお、特性評価用の記憶素子には、磁化反転に必要なスピントルクを発生させるために、記憶素子に充分な電流を流す必要があるため、トンネル絶縁層の抵抗値を抑える必要がある。そこで、記憶素子3のパターンを、短軸0.07μm×長軸0.07μmの円形状として、記憶素子3の面積抵抗値Ωμm2が20Ωμm2となるようにした。次に、記憶素子3部分以外を、厚さ100nm程度のAl2O3のスパッタリングによって絶縁した。その後、フォトリソグラフィを用いて、上部電極となるビット線及び測定用のパッドを形成した。このようにして、記憶素子3の試料を作製した。測定に先立ち、反転電流のプラス方向とマイナス方向の値を対称になるように制御することを可能にするため、記憶素子3に対して、外部から磁界を与えることができるように構成した。また、記憶素子3に印加される電圧が、絶縁層16が破壊しない範囲内の1Vまでとなるように設定した。磁気抵抗曲線の測定記憶素子3の磁気抵抗曲線を磁界を印加しながら素子抵抗を測定することで評価した。反転電流値及び熱安定性測定本実施の形態による記憶素子3の書き込み特性を評価する目的で、反転電流値の測定を行った。記憶素子3に10μsから100msのパルス幅の電流を流して、その後の記憶素子3の抵抗値を測定した。さらに、記憶素子3に流す電流量を変化させて、この記憶素子3の記憶層17の磁化M17の向きが反転する電流値を求めた。この電流値のパルス幅依存性をパルス幅1nsに外挿した値を、反転電流値とした。また、反転電流値のパルス幅依存性の傾きは、記憶素子3の前述した熱安定性の指標Δに対応する。反転電流値がパルス幅によって変化しない傾きが小さいほど、熱の擾乱に強いことを意味する。そして、記憶素子3間のばらつきを考慮するために、同一構成の記憶素子3を20個程度作製して、上述の測定を行い、反転電流値及び熱安定性の指標Δの平均値を求めた。表6には、350°C熱処理温度での試料6、試料7の磁気抵抗曲線および電流による書込での熱安定性評価をまとめた。試料6では、MR比、熱安定性ともに熱処理温度を350°Cに上昇させることにより顕著な劣化が見られる。それに対し、試料7では350°Cまで熱処理温度を上げてもMR比、熱安定性とも劣化は見られない。300°Cの熱処理であれば、熱安定性は350°C熱処理の場合と同程度の値であり、試料6、試料7とも向上している。これは磁化固定層15を積層フェリピン構造としたことによるものと考えられる。<6.変形例>以上実施の形態について説明してきたが、本発明では、上述の実施の形態で示した記憶素子3の膜構成に限らず、様々な層構成を採用することが可能である。例えば実施の形態では、記憶層17と磁化固定層15のCo-Fe-Bの組成を同一のものとしたが、上述の実施の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でその他様々な構成が取り得る。また、実施の形態では、単一の下地層14や、キャップ材料、記憶素子形状しか示していないが、それら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でその他様々な構成が取り得る。また、記憶素子の膜構成は、記憶層17が磁化固定層15の上側に配置される構成でも、下側に配置される構成でも全く問題はない。さらには、磁化固定層15が記憶層17の上下に存在する、いわゆるデュアル構造でも全く問題ない。"