CN101399313A - 磁阻元件以及磁存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁阻元件(10)包括：具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向被固定的参照层(15)；由磁性层与非磁性层交互地经过层叠的层状结构组成，且具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向可以变化的记录层(17)；以及被设置在上述参照层(15)与上述记录层(17)之间，且由非磁性材料组成的中间层(16)。其中，构成上述记录层(17)的磁性层之中与上述中间层(16)相接的磁性层(17A－1)，由包含钴(Co)及铁(Fe)的合金组成，且其膜厚大于与上述中间层(16)不相接的磁性层的膜厚。

Description

磁阻元件以及磁存储器
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2007年9月26日提出的在前日本专利申请No.2007-250287的优先权，这里通过参考来合并其全部内容。
技术领域
本发明涉及磁阻元件(magnetoresistive element)以及磁存储器(magnetic memry)，例如涉及可以通过在双方向上供给电流来记录信息的磁阻元件以及对其进行利用的磁存储器。
背景技术
磁阻(Magnetoresistive)效应被应用于作为磁存储装置的硬盘驱动器(HDD：Hard Disk Drive)，现在正在实用化。HDD所搭载的磁头应用GMR(Giant Magnetoresistive)效应、或者TMR(TunnelingMagnetoresistive)效应，它们都是利用通过使2个磁性层的磁化方向相互成角度而引起的电阻变化来检测来自磁介质的磁场。
近年来，为了利用GMR元件或者TMR元件实现磁随机存取存储器(MRAM：Magnetic Random Access Memory)，而提出了各种各样的技术。作为其中一例，可列举根据MTJ(Magnetic Tunnel Junction)元件的磁化状态来记录“1”、“0”信息，并通过利用TMR效应的电阻变化来读出此信息的形。在这一形式的MRAM中也针对实用化而提出了许多技术。进而，利用自旋偏极电流的磁化反转在理论上被预想，在实验上也得以确认，利用了自旋偏极电流的MRAM得以提案。根据这一方式，仅仅在磁性层流过自旋偏极电流就能够实现磁性层的磁化反转，如果磁性层的体积较小则注入的自旋偏极电子即便少也可以，所以被人们期待能够兼顾细微化、低电流化。但是，热干扰的问题伴随着细微化而显现化。
为了确保热干扰耐性，就需要使磁各向异性能量密度增加。在迄今主要所研究的面内磁化型的结构中，一般是利用形状磁各向异性。在此情况下，由于利用形状来确保磁各向异性，所以反转电流就变得形状敏感，伴随细微化反转电流波动增加就成为问题。为利用形状磁各向异性以使磁各向异性能量密度增加，考虑加大MTJ元件的纵横尺寸比、增加磁性层的膜厚、增加磁性层的饱和磁化。
MTJ元件的纵横尺寸比的增大将使单元面积增大，不适合于大容量化。磁性体的膜厚、饱和磁化的增加会使利用自旋偏极电流的磁化反转所需要的电流值增加，其结果不理想。在面内磁化型的构成中利用结晶磁各向异性而不是形状磁各向异性的情况下，在采用了具有较大的结晶磁各向异性能量密度的材料(例如，硬盘介质中所用的Co-Cr合金材料)时，由于结晶轴在面内较大地分散，所以MR(Magnetoresistance)低下，或者引起非相干的岁差运动，结果反转电流将会增加。
相对于此，在垂直磁化型的结构中利用结晶磁各向异性的情况下，能够抑制在面内磁化型中作为课题的结晶轴的分散。例如，前述的Co-Cr合金材料的结晶构造是六方晶构造，具有c轴作为容易轴的一轴的结晶磁各向异性，所以对结晶方位进行控制以使c轴与膜面的垂直方向平行即可。在面内磁化型的情况下，需要使c轴在膜面内与一轴一致，各结晶粒的膜面内的旋转为结晶轴的旋转而使一轴方向分散。在垂直磁化型的情况下，c轴处于与膜面垂直方向，所以即便各结晶粒在膜面内旋转，c轴也保持垂直方向而不会分散。
同样，即便是正方晶构造通过将c轴控制成垂直方向，也可以实现垂直磁化型的MTJ构成。正方晶构造的磁性材料例如可列举具有L10型的结晶构造的Fe-Pt有序晶格结构合金、Fe-Pd有序晶格结构合金、Co-Pt有序晶格结构合金、Fe-Co-Pt有序晶格结构合金、Fe-Ni-Pt有序晶格结构合金、或者Fe-Ni-Pd有序晶格结构合金等。然而，为将L10构造设为垂直磁化膜，就需要使其结晶取向性在(001)面上进行取向，所以需要将用于控制结晶取向性的基底层及用于使之规则化的热工序结合利用自旋偏极电流的磁化反转方式来进行开发。
另一方面，还考虑利用界面的磁各向异性来实现垂直磁各向异性。在利用了界面的磁各向异性的垂直磁化膜上存在例如磁性层与非磁性层经过反复层叠的、所谓的人工晶格。在这一情况下也能够抑制在面内磁化型中作为课题的结晶轴的分散。在由人工晶格所构成的磁性材料的情况下，垂直磁各向异性不是如Fe-Pt有序晶格结构合金等以结晶磁各向异性为主，所以在结晶取向性上比较难以受到制约。人工晶格的垂直磁各向异性材料众所周知设磁性层为Co、设非磁性层为Pt，它们交互进行了层叠的系列。
在考虑到利用自旋偏极电流的磁化反转方式的情况下，作为记录层材料，阻尼常数较小方较为理想。然而，若在磁性层的界面作为非磁性层存在Pt，则由于自旋泵效应，就有阻尼常数增大之类的问题。另外，人工晶格使磁性层薄膜化到0.3至1.0nm左右，虽然从磁各向异性能量密度的观点来看较为理想，但若使磁性层薄膜化，则自旋泵效应更为显著地生效，而有阻尼常数变大之类的问题。
为了MRAM的大容量化从读出的观点来看需要高的磁阻比。近年来，作为显示出高的磁阻比的壁垒材料，采用了MgO的MTJ的报告有许多，为了实现高的磁阻比，MgO的(100)面进行取向被认为很重要。已知在作为磁性层将具有微结晶构造或者非结晶构造的CoFeB形成在MgO的两界面侧的情况下，在(100)面上进行取向。没有在人工晶格中将CoFeB作为磁性层的报告例，可以预想不持有明确的结晶构造的CoFeB与具有结晶构造的Co相比，垂直磁各向异性将显著减少。
在通过自旋注入方式而使具有垂直磁各向异性的记录层的磁化进行反转的情况下，自旋注入元件的纵横尺寸比可以为1，所以还适合于细微化。从而，只有能够用垂直磁化型的自旋注入元件来实现利用自旋偏极电流的磁化反转，就可以同时满足写入电流的降低和位信息的热干扰耐性的确保、单元面积的缩小。然而，为了将人工晶格用于记录层材料来形成自旋注入元件，如上述那样源于自旋泵效应的阻尼常数的增大和高TMR化就成为问题。将人工晶格用于记录层材料，实现了低阻尼常数且高磁阻比的自旋注入元件的报告例及具体的方法迄今没有得到提案。
发明内容
本发明的技术方案之一提供一种磁阻元件，其特征在于包括：具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向被固定的第1参照层；由磁性层与非磁性层交互地经过层叠的层状结构组成，且具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向可以变化的记录层；以及被设置在上述第1参照层与上述记录层之间，且由非磁性材料组成的第1中间层，构成上述记录层的磁性层包含：与上述第1中间层相接的第1磁性层；以及与上述第1中间层不相接的第2磁性层，上述第1磁性层由包含钴(Co)以及铁(Fe)的合金组成，且其膜厚大于上述第2磁性层的膜厚。
本发明的技术方案之二提供一种磁阻元件，其特征在于包括：具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向被固定的参照层；由磁性层与非磁性层交互地经过层叠的层状结构组成，且具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向可以变化的记录层；以及被设置在上述参照层与上述记录层之间，且由非磁性材料组成的中间层，构成上述记录层的磁性层包含：与上述中间层相接的第1磁性层；以及与上述中间层不相接的第2磁性层，上述第1磁性层含有其组成为Co2XY的合金，且其膜厚大于上述第2磁性层的膜厚，其中，X是钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)及铜(Cu)之中的一个以上的元素，Y是铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)及锑(Sb)之中的一个以上的元素。
本发明的技术方案之三提供一种磁存储器，具备：与上述技术方案有关的磁阻元件；包含被设置成夹着上述磁阻元件，且对于上述磁阻元件进行通电的第1及第2电极的存储器单元。
附图说明
图1是表示阻尼常数与Co-Fe合金的组成之关系的图。
图2是表示阻尼常数与Pd-Au合金的组成之关系的图。
图3是表示磁各向异性能量密度与Pd-Au合金的组成之关系的图。
图4是表示与第1实施方式有关的GMR元件之结构的截面图。
图5是表示图4所示的GMR元件的MR-H曲线的图。
图6是与第1实施方式有关的MTJ构造的截面图。
图7是与第1实施方式有关的单管脚构造的MTJ元件10的概略图。
图8是表示与具体例1-1有关的MTJ元件10之结构的截面图。
图9是与第1实施方式有关的双管脚构造的MTJ元件10的概略图。
图10是表示与具体例2-1有关的MTJ元件10之结构的截面图。
图11是表示与具体例2-2有关的MTJ元件10之结构的截面图。
图12是表示与具体例2-3有关的MTJ元件10之结构的截面图。
图13是表示具体例2-4的MTJ元件10之结构的截面图。
图14是表示具体例2-5的MTJ元件10之结构的截面图。
图15是说明参照层22的其他结构例的图。
图16是说明参照层22的其他结构例的图。
图17是说明参照层22的其他结构例的图。
图18是说明参照层22的其他结构例的图。
图19是表示与本发明第2实施方式有关的MRAM之结构的电路图。
图20是表示以存储器单元MC为中心所示的MRAM之结构的截面图。
图21是表示与MRAM的应用例1有关的数字加入者线(DSL)用调制解调器的DSL数据通过部的框图。
图22是表示与MRAM的应用例2有关的便携式电话终端300的框图。
图23是表示与MRAM的应用例3有关的MRAM卡400的俯视图。
图24是表示用于对MRAM卡转写数据的转写装置500的平面图。
图25是表示用于对MRAM卡转写数据的转写装置500的截面图。
图26是表示用于对MRAM卡转写数据的，嵌入型的转写装置500的截面图。
图27是表示用于对MRAM卡转写数据的，滑板型的转写装置500的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图就本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的说明中，对于具有同一功能以及结构的要素附加同一标记，重复说明仅仅在必要的情况下进行。
[第1实施方式]
[1]作为记录层材料的人工晶格
在作为构成自旋注入型的磁阻元件的记录层采用人工晶格的情况下，必须同时兼顾确保垂直磁各向异性、降低阻尼常数、高磁阻比(MR比)。作为将人工晶格用作记录层的公知例，可列举专利文献1：US2005/0185455A1、专利文献2：US2005/0104101A1。在专利文献1中作为构成人工晶格的非磁性层公开了Pt，这将预想到阻尼常数会变大。在专利文献2中作为人工晶格，对于Co/Pt、Co/Au、Ni/Cu进行了公开，但能够全部满足确保垂直磁各向异性、降低阻尼常数、高MR比的具体手段却没有公开。后面将进行叙述，仅仅层叠Co/Au无法满足上述条件。
发明者等人，在将磁性层与非磁性层交互地进行了层叠的人工晶格的形态下，为了实现低阻尼常数，首先，对非磁性层的材料进行了考察。实现具有垂直磁各向异性的人工晶格的非磁性材料，通常知道铂(Pt)以及钯(Pd)。然而，因自旋泵效应产生的阻尼常数的增加的程度，Pt显著地大，并通过使构成人工晶格的磁性层薄膜化而进一步变大。从而，在考虑到因自旋注入产生的磁化反转的情况下，从阻尼常数的观点来看采用Pt不理想。Pd较之Pt未使阻尼常数增加，但如后面叙述那样必须适当地选择构成人工晶格的磁性材料。
作为Pd以外的非磁性材料的候补，发明者等人着眼于自旋散射效应较少的铜(Cu)、银(Ag)、以及金(Au)。当采用这些非磁性材料并将磁性层设为Co而形成了人工晶格，Cu、Ag为面内磁化膜，Au为垂直磁化膜，能够确认显示垂直磁各向异性。从而，从阻尼常数降低和垂直磁各向异性确保的观点来看，在非磁性材料上选择以钯(Pd)或者金(Au)为主体的材料较为理想。
其次，对于构成人工晶格的磁性材料进行了研究。当将非磁性材料设为Pd而形成人工晶格，并对垂直磁各向异性能量密度和Co-Fe合金的组成依赖性进行了测定，可知随着铁(Fe)变多，垂直磁各向异性降低。另一方面，若从阻尼常数的观点来考察Co-Fe合金，可知Fe的浓度越多则阻尼常数越小。
发明者等人重新对设想形成人工晶格的非磁性材料即钯(Pd)以及金(Au)，并分别形成Au/Co-Fe/Au以及Pd/Co-Fe/Pd的叠层膜，阻尼常数对于Co-Fe合金组成的依赖性以及阻尼常数的膜厚依赖性进行了研究。此外，在叠层膜的记载中，“/”的左侧表示上层、右侧表示下层(衬底侧)。
其结果发现了Co-Fe合金的组成依赖性，根据Co-Fe合金的膜厚其依赖性很大地不同(参照图1)。在Co-Fe合金的膜厚为3nm左右的情况下，可知在非磁性材料为Pd及Au双方中，Fe的浓度为20at％附近阻尼常数最小。此外，“at％”表示原子(数)百分比。若Co-Fe合金的膜厚减薄到1nm左右，在非磁性材料为Pd的情况下，Co的浓度为80at％(即，Fe的浓度为20at％)附近阻尼常数为最小，但与Fe的浓度为50at％时相比没有太大的差异。
在非磁性材料为Au的情况下，Fe的浓度为50at％一方较之20at％阻尼常数变小。也就是说，Co的浓度为80at％(即，Fe的浓度为20at％)附近阻尼常数较小，但若使Co-Fe合金薄膜化，则Fe的浓度为50at％一方阻尼常数的膜厚依赖性较为缓和，所以看到在某一膜厚下Fe的浓度为20at％和50at％的阻尼常数为同一程度，若进一步薄膜化则Fe50at％一方阻尼常数变小的倾向。
在Fe为0at％、即Co为100at％下阻尼常数的膜厚依赖性显著，所以从阻尼常数降低的观点来看，将磁性材料设成钴(Co)的人工晶格用作基于自旋注入方式的记录层材料不太理想。从而，为了一边维持垂直磁各向异性一边降低阻尼常数，将包含20at％以上Fe(即包含80％以下Co)的Co-Fe合金用在磁性材料上而形成人工晶格较为理想。另外，如根据图1可知那样，如果是同一膜厚，则作为非磁性材料从阻尼常数的观点来看Au较Pd理想。
于是，作为形成人工晶格的非磁性材料对Pd-Au合金进行了研究。在图2中表示Pd-Au/Co80Fe20/Pd-Au的层状构成中的阻尼常数相对于Pd-Au合金的组成的依赖性。其中，Co80Fe20的膜厚为3nm左右。如图2所述那样，可知若相对于Pd增加Au浓度，则阻尼常数能够降低。从而，在作为形成人工晶格的非磁性材料采用Pd-Au合金的情况下，仅仅从阻尼常数的观点来看希望包含50at％以上Au。
其次，在作为非磁性材料采用了Pd-Au合金的人工晶格中，对垂直磁各向异性的大小进行了研究。采用在热氧化衬底上将膜厚5nm左右的Ta、膜厚10nm左右的Ru、膜厚1nm左右的Pd、膜厚4nm左右的Au、“Co80Fe200.5nm左右/Pd-Au1nm左右”2周期，膜厚0.5nm左右的Co80Fe20、膜厚3nm左右的Au顺次进行了形成的层状结构，并在图3中表示对磁各向异性能量密度相对于Pd-Au合金的组成的依赖性进行了测定的结果。
如图3所述那样，可知Pd为50at％左右各向异性能量密度有饱和倾向。根据这一结果，从阻尼常数及垂直磁各向异性的观点来看，在将Pd-Au合金用作非磁性材料的情况下，Au的组成为50at％左右最为理想。此外，在Au的组成为45at％以上55at％以下的范围中能够获得特别出色的效果。若将此非磁性材料应用于记录层的非磁性层，就可以一边保持垂直磁各向异性一边使阻尼常数显著降低。
另外，在作为记录层形成人工晶格的磁性层之中、希望与第1中间层相接的第1磁性层的阻尼常数尤其地小。由于第1磁性层与第1中间层相接，所以经过自旋偏极的电子最先流入，易于受到自旋转矩。在第1磁性层由Co-Fe或者Co-Fe-B组成的情况下，Co-Fe组成如上述那样，但若鉴于自旋泵效应，则第1磁性层的膜厚在能够维持垂直磁化的范围内较厚一方能够减小阻尼常数所以较为理想。
进而，作为阻尼常数较小的磁性材料，还能够将组成为Co2XY构成的磁性材料用作第1磁性层。在这里，X是钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、及铜(Cu)之中1个以上的元素，Y是铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、及锑(Sb)之中1个以上的元素。这些组成的合金若形成有序晶格结构合金则表示L21构造。另外，X和Y不规则地进行了置换的构造为B2构造，分极率比L21构造要小。若Co、X、Y不规则地进行置换则成为A2构造(体心立方晶构造)。从阻尼常数及分极率的观点来看，作为第1磁性层L21构造或B2构造较为理想。
通常，在GMR(Giant Magnetoresistive)膜中，经常使用铜(Cu)作为间隔材料(中间层)。但是，根据图3的结果，可知在形成垂直磁化型的GMR元件的情况下，作为间隔材料，较之铜(Cu)采用了金(Au)要易于确保垂直磁各向异性。这如前述那样，在将钴(Co)用作磁性材料，作为非磁性材料采用铜(Cu)、银(Ag)、及金(Au)并分别形成了人工晶格的情况进行比较时，根据Au表示出垂直磁各向异性也可知道。
于是，以图4那样的层构成形成了自旋注入型的GMR元件。图4的层构成是在带热氧化膜Si衬底11上将Ta/Cu/Ta作为低电阻层12、将膜厚5nm左右的Ta作为与低电阻层12的粘合层13、在粘合层13上将膜厚10nm左右的Ru作为基底层14、作为参照层15对膜厚1nm左右的Pd和膜厚0.3nm左右的Co经过8周期层叠，将第9周期的磁性层Co设为膜厚2nm左右的人工晶格Co2nm/Pd1nm/[Co0.3nm/Pd1nm]8、将膜厚4nm左右的Au作为间隔层16、作为记录层17将从对膜厚0.5nm左右的Co和膜厚1nm左右的Pd经过2周期层叠的人工晶格，相接于与间隔层16最远离的磁性层的(最上层的)非磁性层设成Au1nm的Au1nm/Co0.5nm/Pd1nm/Co0.5nm、作为保护层18将膜厚5nm左右的Ru顺次进行了形成的结构。在元件加工之际所需要的硬膜19上顺次形成了膜厚35nm左右的Ru和膜厚60nm左右的Ta。
在图5中表示加工成元件直径80nm的GMR元件的MR-H曲线。在图5中，纵轴是MR比(％)，横轴是磁场H(Oe)。如图5所述那样，GMR元件显示出明确的顽磁力差型的环。相对于此，当创建I-H相图并对反转电流进行了评价，参照层15与记录层17的磁化排列从反平行(Anti-Parallel)到平行(Parallel)的反转电流密度为120MA/cm2、从平行到反平行的反转电流密度为120MA/cm2。其中，根据I-H相图不施加电流时的顽磁力是2.4kOe。
相对于此，当采用将记录层17的非磁性层从Pd1nm改变成Au1nm的Au1nm/Co0.5nm/Au1nm/Co0.5nm的构成，磁化排列从反平行到平行的反转电流密度为4.8MA/cm2，从平行到反平行的反转电流密度是4.4MA/cm2。其中，根据I-H相图不施加电流时的顽磁力是130Oe。如源于阻尼常数的预想那样，因为将非磁性层全部采用Au一方用顽磁力经过标准化的电流密度下降，所以可以说低电流化实现。
另外，当采用将记录层17的非磁性层从Co改变成Co80Fe20的Au1nm/Co80Fe200.5nm/Pd1nm/Co80Fe200.5nm的构成，磁化排列从反平行到平行的反转电流密度为2.7MA/cm2，从平行到反平行的反转电流密度是6.1MA/cm2。其中，根据I-H相图不施加电流时的顽磁力是1.8kOe。如源于阻尼常数的预想那样，因为将磁性层从Co设成Co80Fe20一方用顽磁力经过标准化的电流密度下降，所以可以说低电流化实现。
根据以上说明，通过作为非磁性材料利用Au、作为磁性材料利用CoFe而形成人工晶格，并将此人工晶格用于记录层，就能够实现可以低电流密度的自旋注入反转的GMR元件。
其次，发明者等人为了实现高的磁阻比，而用图6那样的MTJ构造进行了锐意研究。图6的层状结构是在带热氧化膜Si衬底11上顺次形成了膜厚5nm左右的Ta作为与基底层14的粘合层13，膜厚3nm左右的Co40Fe40B20作为基底层14、膜厚0.5nm左右的MgO、膜厚20nm左右的TiN、以及膜厚3nm左右的Pd。在基底层14上顺次形成了膜厚10nm左右的FePtB作为参照层15、膜厚2nm左右的Co40Fe40B20。FePtB以400℃进行了加热成膜。在参照层15上顺次形成了膜厚1nm左右的MgO作为隧道壁垒层16，后述的人工晶格组成的记录层17、膜厚5nm左右的Ru作为保护层18。元件加工之际所需要的硬膜19上形成了膜厚100nm左右的Ta。
记录层17由膜厚1nm左右的CoFeB与膜厚1nm左右的Pd、进而将膜厚0.3nm左右的Co与膜厚1nm左右的Pd经过2周期层叠的人工晶格[Pd1nm/Co0.3nm]2/Pd1nm/CoFeB1nm所构成。具体而言，记录层17是将膜厚1nm左右的CoFeB作为第1磁性层17A-1，将膜厚1nm左右的Pd作为第1非磁性层17B-1，将膜厚0.3nm左右的Co作为第2磁性层17A-2、将膜厚1nm左右的Pd作为第2非磁性层17B-2、将膜厚0.3nm左右的Co作为第3磁性层17A-3、将膜厚1nm左右的Pd作为第3非磁性层17B-3按顺序经过层叠的人工晶格。
作为隧道壁垒层16采用具有NaCl构造，且在(100)面上取向的绝缘体。为了实现高的磁阻比，作为隧道壁垒层16的MgO在(100)面上取向被认为是重要的。MgO具有NaCl构造。作为记录层17的形成工序，在参照层15、隧道壁垒层16形成后，形成作为记录层17最初的磁性层17A-1的CoFeB1nm，并进行300℃、2小时的真空中退火、以使CoFeB(100)/MgO(100)/CoFeB(100)的结晶方位的关系形成而实现高MR比。然后，在此退火处理后由构成人工晶格的非磁性材料再次进行形成。在这样所构成的MTJ构造中能够实现MR比100％。虽然希望CoFeB(100)/MgO(100)/CoFeB(100)的结晶取向性遍及膜全体而实现，但也可以在加大MR比不使之劣化的范围包含有例如取向面不同的结晶粒或层叠欠缺等取向性相异的部位。
另外，同样地记录层17由膜厚1nm左右的CoFeB与膜厚1nm左右的Pd、进而将膜厚0.3nm左右的Co80Fe20与膜厚1nm左右的Pd-Au合金经过2周期层叠的人工晶格[Pd-Au1nm/CoFe0.3nm]2/Pd1nm/CoFeB1nm所构成。具体而言，记录层17是由将膜厚1nm左右的CoFeB作为第1磁性层17A-1、将膜厚1nm左右的Pd作为第1非磁性层17B-1、将膜厚0.3nm左右的Co80Fe20作为第2磁性层17A-2、将膜厚1nm左右的Pd-Au合金作为第2非磁性层17B-2、将膜厚0.3nm左右的Co80Fe20作为第3磁性层17A-3、将膜厚1nm左右的Pd-Au合金作为第3非磁性层17B-3按顺序经过层叠的人工晶格所构成。在这样所构成的MTJ构造中能够实现MR比90％。
上述的记录层17作为相接于隧道壁垒层16的磁性层而形成CoFeB1nm以实现高MR比，所以在采用Au作为非磁性层的情况下，很难实现垂直磁各向异性。为此，在CoFeB上的非磁性层中采用Pd。另外，其上的非磁性层为了阻尼常数的进一步降低，而采用添加了50at％Pd的Au-Pd合金。即，单单用Co/Au来实现高MR比很难，必须适当地设定构成人工晶格的各磁性材料与膜厚、以及非磁性材料与膜厚。
此外，作为在与中间层(隧道壁垒层)相接的磁性层(在上述例中为CoFeB)上相接的非磁性层，并不限于Pd还可以使用Pd-Au合金。在此情况下，使相接于该磁性层的非磁性层中的Pd-Au合金的Pd组成大于不相接的非磁性层中的Pd-Au合金的Pd组成即可。例如，能够将相接于上述磁性层的非磁性层的Pd组成设为20at％以上90at％以下的范围，将不相接的非磁性层的Pd组成设为10at％以上55at％以下的范围。在这种范围中也可以一边保持垂直磁各向异性一边实现所希望的MR比。
为了实现较高的磁阻比，希望相接于隧道壁垒层16的第1磁性层17A-1具有立方晶构造或正方晶构造，且在(100)面上取向。为此，第1磁性层17A-1在CoFe合金中添加硼(B)而构成。若硼(B)的浓度过多则垂直磁各向异性就会劣化，所以最好是30at％以下。具体而言，若考虑上述的铁(Fe)的浓度，则第1磁性层17A-1由包含钴(Co)、铁(Fe)、及硼(B)的合金(Co100-x-Fex)100-yBy组成，并设定成x≧20at％、0<y≦30at％。
为了兼顾垂直磁各向异性的确保和高MR比，相接于隧道壁垒层16的第1磁性层17A-1被设定得大于不相接于隧道壁垒层16的磁性层(17A-2、17A-3)的膜厚。具体而言，最好是一边满足上述关系，一边根据垂直磁各向异性和高MR比的观点使相接于隧道壁垒层16的第1磁性层17A-1的膜厚为0.5至1.5nm左右。不相接于隧道壁垒层16的磁性层(17A-2、17A-3)的膜厚根据垂直磁各向异性及阻尼常数的平衡而进行适宜调整即可，但最好是处于0.2至1nm的范围。若非磁性层(17B-1、17B-2、及17B-3)的膜厚过厚为2nm以上则磁性材料彼此的交换结合就会变弱而不理想，最好是0.5至1.5nm左右。
[2]磁阻元件(MTJ元件)
能够采用由前述的人工晶格所构成的记录层17，而构成在存储器等中所使用的MTJ(Magnetic Tunnel Junction)元件10。以下就将由人工晶格所构成的记录层17应用于MTJ元件的实施方式进行说明。
[2-1]单管脚构造
图7是与第1实施方式有关的单管脚构造的MTJ元件10的概略图。图7中的箭头表示磁化方向。此外，单管脚构造是指记录层与参照层隔着中间层而层叠的构造。
如图7所述那样，MTJ元件10是具有磁性体所组成的参照层(也称之为卡定层)15、磁性体所组成的记录层(也称之为自由层)17、和夹在参照层15与记录层17之间的中间层(非磁性层)16的层状结构。而且，参照层15及记录层17具有垂直磁各向异性，是参照层15及记录层17的磁化方向相对于膜面朝向垂直方向的、所谓的垂直磁化型的MTJ元件10。另外，参照层15其磁化(或者自旋)的方向被固定。记录层17其磁化方向可以变化(反转)。
MTJ元件10其非磁性层16是绝缘体，具有TMR(TunnelingMagnetoresistive)效应。在这里，在非磁性层16为绝缘体的情况下采用氧化镁(MgO)、氧化铝(AlOx)等。在非磁性层16为金属的情况下是GMR元件，具有GMR(Giant Magnetoresistive)效应。在非磁性层16为金属的情况下采用金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)等。在本实施方式中，在非磁性层16为金属的情况下，如前述那样Au最为理想。通过在非磁性层16中采用Au，就能够降低阻尼常数，而且可以降低反转电流密度。
(动作)
MTJ元件10是自旋注入型的磁阻元件。从而，在对MTJ元件10写入数据，或者从MTJ元件10读出数据的情况下，MTJ元件10在垂直于膜面(或者层叠面)的方向上，双方向进行电流通电。另外，MTJ5元件10其2个磁性层(记录层17以及参照层15)的磁化排列采用平行(Parallel)排列、或者反平行(Anti-Parallel)排列。通过使根据这些磁化排列而变化的MTJ元件10的阻值对应于“0”、“1”的信息，就能够将MTJ元件10用作存储元件。
具体而言，在从参照层15侧供给了电子(即从参照层15朝向记录层17的电子)的情况下，在与参照层15的磁化方向相同的方向上经过自旋偏极的电子被注入记录层17。在此情况下，记录层17的磁化方向一致于与参照层15的磁化方向相同的方向。由此，参照层15与记录层17的磁化方向成为平行排列。在此平行排列时MTJ元件10的阻值变得最小，将这一情况例如规定为数据“0”。
另一方面，在从记录层17侧供给了电子(即从记录层17朝向参照层15的电子)的情况下，通过由参照层15进行反射而在与参照层15的磁化方向相反的方向上经过自旋偏极的电子被注入记录层17。在此情况下，记录层17的磁化方向一致于与参照层15的磁化方向相反的方向。由此，参照层15与记录层17的磁化方向成为反平行排列。在此反平行排列时MTJ元件10的阻值变得最大，将这一情况例如规定为数据“1”。
(磁性材料)
在MTJ元件10中，通过使用磁化反转电流较大的磁性层作为参照层15，使用磁化反转电流比参照层15小的磁性层作为记录层17，就能够实现高性能的MTJ元件10。在通过自旋偏极电流而引充磁化反转的情况下，由于该反转电流与饱和磁化、各向异性磁场、以及体积成比例，所以能够对它们适当地进行调整，在记录层17与参照层15的反转电流上赋予差。
在本实施方式中，虽然记录层17用人工晶格而构成，但参照层15能够从下述所示的材料适宜选择。作为构成用来实现垂直磁化的参照层15的磁性材料，例如希望是具有5×105erg/cc以上的结晶磁各向异性能量密度的材料，下面列举具体例子。
(1)无序晶格结构合金
无序晶格结构合金由以钴(Co)为主成分，包含铬(Cr)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(v)、钨(W)、铪(Hf)、钛(Ti)、锆(Zr)、铂(Pt)、钯(Pd)、铁(Fe)、以及镍(Ni)之中一个以上的元素的合金所构成。例如，可列举CoCr、CoPt、CoCrTa、CoCrPt、CoCrPtTa、CoCrNb等。这些合金能够使非磁性元素的比例增加以对磁各向异性能量密度、饱和磁化进行调整。
(2)有序晶格结构合金
有序晶格结构合金由铁(Fe)、钴(Co)、以及镍(Ni)之中一个以上的元素和钯(Pd)、以及铂(Pt)之中一个以上的元素所构成，且结晶构造为L10构造的强磁性合金(有序晶格结构合金)。例如可列举Fe50Pt50、Fe50Pd50、Co50Pt50、Fe30Ni20Pt50、Co30Fe20Pt50、Co30Ni20Pt50。此外，这些有序晶格结构合金并不限定于上述组成比。在这些有序晶格结构合金中能够添加Cu(铜)、铬(Cr)、银(Ag)等杂质元素或者其合金、绝缘物以对磁各向异性能量密度、饱和磁化较低地进行调整。
(3)人工晶格
人工晶格还能够对磁各向异性能量密度、饱和磁化适当地进行调整而用作参照层。能够采用铁(Fe)、钴(Co)、以及镍(Ni)之中一个以上的元素或者包含一个元素的合金，和铬(Cr)、铂(Pt)、钯(Pd)、铱(Ir)、铹(Rh)、钌(Ru)、锇(Os)、铼(Re)、金(Au)、以及铜(Cu)之中一个元素或者包含一个元素的合金交互地经过层叠的构造。例如可列举Co/Pt、Co/Pd、CoCr/pt、Co/Ru、Co/Os、Co/Au、Ni/Cu等人工晶格。这些人工晶格能够通过调整元素向磁性层的添加、或者磁性层与非磁性层的膜厚比，对磁各向异性能量密度、饱和磁化进行调整。
(4)亚铁磁性体
作为亚铁磁性体采用稀土族金属与过渡性金属的合金。具体而言采用铽(Tb)、镝(Dy)、或者钆(Gd)、和过渡性金属之中一个以上的元素组成的非晶态合金。作为这种亚铁磁性体，例如可列举TbFe、TbCo、TbFeCo、DyTbFeCo、GdTbCo等。这些合金能够通过调整组成以对磁各向异性能量密度、饱和磁化进行调整。
此外，磁性层还可以采取通过非磁性体部进行偏析而使磁性体部与非磁性体部分离的构造。例如还可以将氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氮化硅(SiN)、碳化硅(Sic)等氧化物、氮化物、碳化物作为非磁性体部，也可以是例如Cr浓度较大为25at％以上的非磁性CoCr合金那样的合金。
另外，还可以采取在MTJ元件10的非磁性层16上相接的磁性层(记录层17、参照层15)的界面，作为高分极率材料配置铁(Fe)、钴(Co)、及镍(Ni)之中一个以上的元素或者包含一个元素的合金组成的磁性金属层，以使磁阻比上升的构成。其中，由于通常此磁性金属层在单层为面内磁化，所以为了无损垂直磁化的稳定性，就有必要调整与磁性金属层上层叠的垂直磁各向异性材料的磁性膜厚比。
除此以外，还可以是记录层17及参照层15分别由层叠了磁性层的构造所组成，其一方的磁性层是磁性体分散的、所谓的颗粒构造。
以下，就单管脚构造的MTJ元件10的具体例进行说明。
(a)具体例1-1
具体例1-1的MTJF元件10其参照层15及记录层17分别由人工晶格所构成。图8是表示与具体例1-1有关的MTJ元件10构成的截面图。
如图8所述那样，MTJ元件10在带热氧化膜Si衬底11上顺次形成了膜厚5nm左右的Ta作为与基底层14的粘合层13，膜厚10nm左右的Ru作为基底层14，在基底层14上作为参照层15将膜厚1nm左右的Pt与膜厚0.3nm左右的Co经过8周期层叠，将第9周期的磁性层设为膜厚1.5nm左右的CoFeB的人工晶格CoFeB1.5nm/Pt1nm/[Co0.3nm/Pt1nm]8、膜厚1nm左右的MgO作为隧道壁垒层16、作为记录层17将膜厚0.5nm左右的Co50Fe50与膜厚1nm左右的Pd、进一步将膜厚0.3nm左右的Co80Fe20与膜厚1nm左右的Pd经过2周期层叠的人工晶格[Pd1nm/CoFe0.3nm]2/pd1nm/CoFe0.5nm、膜厚5nm左右的Ru作为保护层18。在元件加工之际所需要的硬膜19上形成了膜厚100nm左右的Ta。此外，粘合层13还作为下部电极发挥功能，硬膜19还作为上部电极发挥功能。
作为记录层17的形成工序，在参照层15、隧道壁垒层16形成后，形成记录层17最初的磁性层CoFe0.5nm，并进行300℃、2小时的真空中退火，使CoFe(100)/MgO(100)/CoFeB(100)的结晶方位的关系形成以实现高MR比。然后，在此退火处理后，由构成人工晶格的非磁性材料再次开始形成。在这样所构成的具体例1-1的MTJ元件10中能够实现MR比50％。
上述的具体例1-1的构成是相对于隧道壁垒层16，参照层15被配置在下侧(衬底侧)、记录层17被配置在上侧的、所谓的底管脚(bottom pin)构造。还可以把与具体例1-1同样的构成作为相对于隧道壁垒层16，参照层15被配置在上侧、记录层17被配置在下侧(衬底侧)的、所谓的顶管脚(top pin)构造。
底管脚构造、顶管脚构造都可以为了在一方向上固定参照层15，而邻接设置反强磁性层。作为此反强磁性层，能够采用锰(Mn)、与铁(Fe)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、锇(Os)或者铱(Ir)的合金即FeMn、NiMn、PtMn、PtPdMn、RuMn、OsMn、IrMn等。
(b)具体例1-2
具体例1-2的MTJ元件10，除具体例1-1的参照层15为L10构造的FePt有序晶格结构合金以外，是与具体例1-1大致同样的构成。
MTJ元件10是在带热氧化膜Si衬底11上作为与基底层14的粘合层13将膜厚10nm左右的Ta、在基底层14上作为参照层15将膜厚10nm左右的FePtB和为了使磁阻比增加而将膜厚2nm左右的Co40Fe40B20层叠起来的构成。参照层15的FePtB一边进行400℃的衬底加热一边形成。在参照层15上作为隧道壁垒层16将膜厚1nm左右的MgO、作为记录层17将膜厚1nm左右的Co40Fe40B20与膜厚1nm左右的Pd、进而将膜厚0.3nm左右的Co80Fe20与膜厚1nm左右的Pd经过2周期层叠的人工晶格[Pd1nm/CoFe0.3nm]2/pd1nm/CoFeB1nm、作为保护层18将膜厚5nm左右的Ru顺次进行了形成。在元件加工之际所需要的硬膜19上形成了膜厚100nm的Ta。
作为记录层17的形成工序，在参照层15、隧道壁垒层16形成后，形成记录层17最初的磁性层CoFe1nm，并进行300℃、2小时的真空中退火，使CoFeB(100)/MgO(100)/CoFeB(100)的结晶方位的关系形成以实现高MR比。然后，在此退火处理后，由构成人工晶格的非磁性材料再次开始形成。
在这样所构成的具体例1-2的MTJ元件10中能够实现MR比90％。另外，通过在参照层15上采用具有L10构造的有序晶格结构合金，就可以构成具有良好的垂直磁各向异性的参照层15。
[2-2]双管脚构造
图9是与第1实施方式有关的双管脚构造的MTJ元件10的概略图。此外，双管脚构造是指在记录层的两侧分别隔着中间层配置了2个参照层的构造。
如图9所述那样，MTJ元件10是具有磁性体所组成的记录层17；磁性体所组成的第1及第2参照层15、22；被夹在记录层17及第1参照层15间的中间层(非磁性层)16、被夹在记录层17及第2参照层22间的中间层(非磁性层)21的层状结构。而且，是参照层15、22及记录层17的磁化方向相对于膜面朝向垂直方向的、所谓的垂直磁化型的MTJ元件10。在这里，第1以及第2参照层15、22是磁化朝向相反方向的反平行排列。
作为非磁性层16、21采用氧化镁(MgO)、氧化铝(AlOX)等绝缘体、及金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)等金属或者它们的合金。在本实施方式中，在非磁性层为金属的情况下，Au最为理想。通过在非磁性层上采用Au就可以降低反转电流密度。
在这里，在双管脚构造的MTJ元件10中，夹着非磁性层16的2个磁性层(记录层17及参照层15)、以及夹着非磁性层21的2个磁性层(记录层17及参照层22)采取平行或者反平行排列。但是，在作为MTJ元件10全体来看的情况下，由于平行排列与反平行排列同时存在，所以需要在经由非磁性层16、21的MR比上设置差。
从而，在将非磁性层16作为隧道壁垒层，将非磁性层21作为金属(间隔层)的情况下，隧道壁垒层16上产生的MR比一方就会比非磁性层21上产生的MR比变大。从而，使夹着隧道壁垒层16的2个磁性层(记录层17及参照层15)的磁化排列对应于“0”、“1”的信息。
此外，作为记录层17及参照层15、22的材料能够采用与上述单管脚构造同样的材料。
(动作)
就双管脚构造的MTJ元件10的动作进行说明。在对MTJ元件10写入数据、或者从MTJ元件10读出数据的情况下，MTJ元件10在垂直于膜面(或者层叠面)的方向上，双方向进行电流通电。
在从参照层15侧供给了电子(即从参照层15朝向记录层17的电子)的情况下，在与参照层15的磁化方向相同的方向上经过自旋偏极的电子、和通过由参照层22进行反射而在与参照层22的磁化方向相反的方向上经过自旋偏极的电子被注入记录层17。在此情况下，记录层17的磁化方向一致于与参照层15的磁化方向相同的方向。由此，参照层15与记录层17的磁化方向成为平行排列。在此平行排列时MTJ元件10的阻值变得最小，将这一情况例如规定为数据“0”。
另一方面，在从参照层22侧供给了电子(即从参照层22朝向记录层17的电子)的情况下，在与参照层22的磁化方向相同的方向上经过自旋偏极的电子、和通过由参照层15进行反射而在与参照层15的磁化方向相反的方向上经过自旋偏极的电子被注入记录层17。在此情况下，记录层17的磁化方向一致于与参照层15的磁化方向相反的。在此反平行排列时MTJ元件10的阻值变得最大，将这一情况例如规定为数据“1”。
这样，通过将MTJ元件10设成在记录层17的两侧配置了参照层15、22的双管脚构造，就能够更加利用自旋偏极电子的反射效应，能够比单管脚构造还进一步降低磁化反转电流。
以下，就双管脚构造的MTJ元件10的具体例进行说明。
(a)具体例2-1
具体例2-1的MTJ元件10是参照层15、22、以及记录层17分别由人工晶格所构成。图10是表示与具体例2-1有关的MTJ元件10的构成的截面图。
MTJ元件10在带热氧化膜Si衬底11上依次形成了作为与基底层14的粘合层13将膜厚5nm左右的Ta、作为基底层14将膜厚10nm左右的Ru、在基底层14上作为参照层15将膜厚1nm左右的Pd与膜厚0.3nm左右的Co经过8周期层叠，将第9周期的磁性层设为膜厚1.5nm左右的CoFeB的人工晶格CoFeB1.5nm/Pd1nm/[Co0.3nm/Pd1nm]8、作为隧道壁垒层16将膜厚1nm左右的MgO、作为记录层17将膜厚1nm左右的Co40Fe40B20与膜厚1nm左右的Pd、进而将膜厚0.3nm左右的Co80Fe20与膜厚1nm左右的Pd经过2周期层叠的人工晶格[Pd1nm/CoFe0.3nm]2/Pd1nm/CoFeB1nm。
作为记录层17的形成工序，在参照层15、隧道壁垒层16形成后，形成记录层17最初的磁性层CoFeB1nm，并进行300℃、2小时的真空中退火，使CoFeB(100)/MgO(100)/CoFeB(100)的结晶方位的关系形成以实现高MR比。在此退火处理后，将构成人工晶格的膜厚1nm左右的Pd、[Pd1nm/CoFe0.3nm]2顺次形成。
在记录层17上依次形成了膜厚4nm左右的Au作为间隔层21，作为参照层22将膜厚0.5nm左右的CoFe与膜厚1nm左右的Pt经过7周期层叠的人工晶格[CoFe0.5nm/Pt1nm]7、作为保护层18将膜厚5nm左右的Ru。在元件加工之际所需要的硬膜19上形成了膜厚100nm左右的Ta。
参照层22的顽磁力大于参照层15的顽磁力，可以利用此顽磁力之差反平行地设定参照层15与参照层22的磁化排列。即，进行2次充磁即可。首先，通过第1次的磁场施加，参照层15的磁化和记录层17及参照层22的磁化在同一方向上排列。之后，第2次的磁场施加与第1次反向进行。第2次的施加磁场设定得大于参照层15的顽磁力，小于参照层22的顽磁力。由此，相对于参照层22的磁化方向，记录层17及参照层15的磁化为逆方向。这样，就能够实现图10所示那样的磁化排列。
在具体例2-1的构成中，经由隧道壁垒层16的MgO的磁阻的变化一方大于经由间隔层21的Au的磁阻的变化，MTJ元件10通过记录层17与参照层15的磁化排列、以及记录层17与参照层22的磁化排列来存储信息。此外，还可以在记录层17与隧道壁垒层16的界面、以及记录层17与间隔层21的界面，将分极率较大的磁性材料作为界面层来设置。另外，还可以将间隔层21用例如氧化镁(MgO)或氧化铝(AlOX)那样的绝缘体来构成。在此情况下，只要使间隔层21的电阻及MR比小于隧道壁垒层16，在动作上就没有问题。
同样，在上述的MTJ元件10之中，还可以将参照层22用膜厚30nm左右的Tb30(Co80Fe20)70与膜厚2nm左右的Fe两层来构成。在这里，Tb24(Co80Fe20)76为补偿组成。在此情况下，参照层22是稀土族金属(RE)的磁矩较大、即便与所层叠的Fe合起来作为全体RE的磁矩也较大。在此情况下，通过在一方向上仅充磁一次，就能够实现与图10的参照层15、22的磁化排列同等的磁场排列。即，参照层22的过渡性金属(TM)的磁矩小于RE的磁矩，过渡性金属(TM)的磁矩与RE的磁矩朝向相反，所以参照层22的磁化朝向所充磁的方向的反向。
除此以外，参照层15、22能够如具体例1-1及1-2所述那样，从有序晶格结构合金、无序晶格结构合金、人工晶格、亚铁磁性体等进行适宜选择。
此外，为了将参照层15、22的磁化固定于一方向，还可以邻接设置反强磁性层。作为该反强磁性层能够使用锰(Mn)和铁(Fe)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、锇(Os)、或者铱(Ir)的合金即FeMn、NiMn、PtMn、PtPdMn、RuMn、OsMn、IrMn等。
(b)具体例2-2
具体例2-2的MTJ元件10由具有参照层15为L10构造的FePt有序晶格结构合金所构成，另外，在下侧(衬底侧)具有TMR构造，在上侧具有GMR构造。图11是表示与具体例2-2有关的MTJ元件10的构成的截面图。
MTJ元件10在带热氧化膜Si衬底11上依次形成了膜厚10nm左右的Ta作为与基底层14的粘合层13；膜厚10nm左右的Ru作为基底层14；在基底层14上将膜厚10nm左右的FePtB作为参照层15；膜厚2nm左右的Co40Fe40B20作为使磁阻比增加的界面层15A；膜厚2nm左右的MgO作为隧道壁垒层16；作为记录层17膜厚1nm左右的CoFeB与膜厚1nm左右的Pd、进而将膜厚0.3nm左右的Co80Fe20与膜厚1nm左右的Pd经过2周期层叠的人工晶格[Pd1nm/CoFe0.3nm]2/Pd1nm/CoFeB1nm。
此外，由于参照层15与界面层15A交换结合，所以它们作为1个磁性层(参照层)来动作。为了实现高的磁阻比，希望与隧道壁垒层16相接的界面层15A具有立方晶构造或者正方晶构造，且在(100)面上取向。为此，界面层15A在CoFe合金中添加硼(B)而构成。若硼(B)的浓度过多则垂直磁各向异性就会劣化，所以最好是30at％以下。具体而言，界面层15A由包含钴(Co)、铁(Fe)、及硼(B)的合金(Co100-x一Fex)100-yBy组成，并设定成x≧20at％、0<y≦30at％。
作为记录层17的形成工序，在参照层15、界面层15A、隧道壁垒层16形成后，形成记录层17最初的磁性层CoFeB1nm，进行300℃、2小时的真空中退火，使CoFeB(100)/MgO(100)/CoFeB(100)的结晶方位的关系形成以实现高MR比。在此退火处理后，顺次形成膜厚1nm左右的Pd、[Pd1nm/CoFe0.3nm]2。
在记录层17上顺次形成了膜厚4nm左右的Au作为间隔层21，将膜厚1nm左右的Pt与膜厚0.3nm左右的Co经过7周期层叠的人工晶格[Co0.3nm/Pt1nm]7作为参照层22、膜厚5nm左右的Ru作为保护层18。在元件加工之际所需要的硬膜19上顺次形成了膜厚35nm左右的Ru与膜厚60nm左右的Ta。
这样，通过使用具有L10构造的强磁性合金(有序晶格结构合金)作为参照层15，就可以构成具有良好的垂直磁各向异性的参照层15。另外，还可以将参照层22用具有L10构造的有序晶格结构合金来构成。进而，为了将参照层15、22的磁化固定于一方向上，还可以邻接设置反强磁性层。
(c)具体例2-3
具体例2-3的MTJ元件10是具有隧道壁垒层的TMR构造被配置在上侧、具有间隔层的GMR构造被配置在下侧(衬底侧)的构成。图12是表示与具体例2-3有关的MTJ元件10的构成的截面图。
与具体例2-1同样地直到参照层15形成后，依次形成了膜厚4nm左右的Au作为间隔层16；膜厚0.5nm左右的CoFe与膜厚1nm左右的Au-Pd和膜厚1nm左右的Co40Fe40B20作为记录层17。在记录层17上形成膜厚1nm左右的MgO作为隧道壁垒层21，隧道壁垒层21以后的构成是顺次形成了与具体例2-1同样的构成。
参照层15、22如具体例1-1及1-2所述那样，能够从有序晶格结构合金、无序晶格结构合金、人工晶格、亚铁磁性体等适宜选择。此外，为了将参照层15、22的磁化固定于一方向，还可以与它们邻接而设置反强磁性层。
(d)具体例2-4
具体例2-4的MTJ元件10是中间层(非磁性层)16及21由绝缘体组成，下侧(衬底侧)与上侧均为TMR构造。图13是表示具体例2-4的MTJ元件10的构成的截面图。具体例2-4的MTJ元件10除非磁性层21为绝缘体、以及将参照层22采取CoFeB与TbCoFe的层状构成以外，与具体例2-2相同。
与具体例2-2相同地直到记录层17形成后，在记录层17上依次形成了膜厚1nm左右的MgO作为隧道壁垒层21；膜厚2nm左右的Co40Fe40B20与膜厚30nm左右的Tb30(Co80Fe20)70的层状构成作为参照层22。在这里，Tb24(Co80Fe20)76是补偿组成。
在参照层22上顺次形成了膜厚5nm左右的Ru作为保护层18；膜厚35nm左右的Ru与膜厚60nm左右的Ta作为在元件加工之际所需要的硬膜19。另外，为了将参照层15、22的磁化固定于一方向，还可以与它们邻接而设置反强磁性层。
在具体例2-4的MTJ元件10中，隧道壁垒层16为膜厚2nm左右的MgO，另一方面，隧道壁垒层21的MgO，膜厚为1nm，电阻差较大、磁阻比是隧道壁垒层16为支配性的。
(e)具体例2-5
图14是表示具体例2-5的MTJ元件10的构成的截面图。具体例2-5的MTJ元件10，除参照层22为SAF(SyntheticAnti-Ferromagnet)构造以外是与具体例2-1同样的构成，TMR构造被配置在下侧(衬底侧)、GMR构造被配置在上侧。SAF构造是2个磁性层以反强磁性的方式进行了交换结合的构造。参照层22是由第1磁性层22-1、第2磁性层22-3、被夹在第1及第2磁性层22-1、22-3间的非磁性层22-2组成，第1及第2磁性层22-1、22-3以反强磁性的方式进行了交换结合的SAF构造。
在此情况下，由于第1及第2磁性层22-1、22-3的磁化排列为反平行，所以来自第1及第2磁性层22-1、22-3的泄漏磁场抵消，结果就具有降低参照层22的泄漏磁场的效应。另外，经过交换结合的磁性层，作为体积增加的效应，而使热干扰耐性提高。作为非磁性层22-2的材料，可列举钌(Ru)、锇(Os)、铼(Re)、及铹(Rh)之中一个元素或者包含一个以上的元素的合金。
以下，就具体例2-5的MTJ元件10的层构成进行说明。从衬底11至记录层17是与具体例1-1同样的构成。
在记录层17上作为间隔层21形成膜厚4nm左右的Au后，参照层22形成了将膜厚1nm左右的Pt与膜厚0.3nm左右的Co经过4周期层叠的人工晶格[Pt/Co]4作为第1磁性层22-1后，为了实现反强磁性的交换结合，形成膜厚0.9nm左右的Ru作为非磁性层22-2，并形成了将膜厚0.3nm左右的Co与膜厚1nm左右的Pt经过5周期层叠的人工晶格[Co/Pt]5作为第2磁性层22-3。
此外，即便在第1及第2磁性层22-1、22-3由RE-TM合金的亚铁磁性体组成的情况下，也能够实现反强磁性结合。在此情况下，还可以未必使用非磁性层22-2。利用图15及图16来说明其一例。
RE-TM合金处于稀土族金属(RE)的磁矩与过渡性金属(TM)的磁矩以反强磁性的方式进行了结合的状态。可知在层叠了RE-TM合金的情况下，RE彼此、TM彼此强磁性地进行结合。在此情况下，由于RE及TM的磁矩相互抵消，所以作为RE-TM合金的磁矩能够通过组成来进行调整。
例如，如图15所述那样，在RE的磁矩41大于TM的磁矩42的RE-TM合金层22-1的情况下，残余的磁矩43成为与RE的磁矩41相同的方向。若在此RE-TM合金层22-1上层叠RE的磁矩44大于TM的磁矩45的RE-TM合金层22-3，则RE的磁矩41、44彼此、TM的磁矩42、45彼此分别为同一朝向，2个RE-TM合金层22-1、22～3的磁矩43、46朝向同一方向，成为平行的状态。
相对于此，如图16所述那样，在将RE的磁矩44小于TM的磁矩45的RE-TM合金层22-3层叠于RE-TM合金层22-1上的情况下，2个RE-TM合金层22-1、22-3的磁矩43、46成为反平行的状态。
例如，Tb-Co合金其Tb为22at％，Tb的磁矩与Co的磁矩的大小相同，是磁矩大致为零的所谓的补偿组成。在层叠了膜厚10nm左右的Tb25Co75与膜厚10nm左右的Tb20Co80的情况下，它们的磁矩为反平行。
利用这种形态，就能够制作2个磁性层22-1、22-3反平行地进行了结合的参照层22。例如，构成参照层22的第1磁性层22-1由膜厚15nm左右的Tb26(Fe71Co29)74组成，第2磁性层22-3由膜厚20nm左右的Tb22(Fe71Co29)78组成。在这里，Tb24(Fe71Co29)76为补偿组成。
在这种构成的MTJ元件10中，通过在一方向上仅充磁一次，就能够实现与图9所示的参照层15、22的磁化排列相同的磁场排列。即，参照层22的TM的磁矩小于RE的磁矩，TM的磁矩朝向与RE的磁矩相反的方向，所以参照层22的磁化成为与所充磁的方向相反的朝向。
另外，在第1及第2磁性层22-1、22-3由RE-TM合金组成的情况下，还可以在第1及第2磁性层22-1、22-3间设置非磁性层22-2以实现反强磁性结合。利用图17及图18来说明其一例。
图17所示的第1及第2磁性层22-1、22-3的TM的磁矩42、45被认为经由非磁性层22-2进行交换结合。同样，图18所示的第1及第2磁性层22-1、22-3的TM的磁矩42、45被认为经由非磁性层22-2进行交换结合。
例如，如图17所述那样，在采用使Co反强磁性地进行结合的金属作为非磁性层22-2的情况下，使RE-TM合金层22-1的RE的磁矩41大于TM的磁矩42，另一方面，使RE-TM合金层22-3的RE的磁矩44大于TM的磁矩45。即，在非磁性层22-2有助于反强磁性结合的情况下，只要相同地设定TM的磁矩42及RE的磁矩41的大小关系、和TM的磁矩45及RE的磁矩44的大小关系，TM与RE的磁矩就相互抵消，磁矩43、46成为反平行。此外，作为使Co反强磁性地进行结合的非磁性层22-2的材料，可列举钌(Ru)、锇(Os)、铼(Re)、以及铹(Rh)之中一个元素或者包含一个以上的元素的合金。
另外，如图18所述那样，在采用使Co强磁性地结合的金属作为非磁性层22-2的情况下，使RE-TM合金层22-1的RE的磁矩41大于TM的磁矩42，使RE-TM合金层22-3的RE的磁矩44小于TM的磁矩45。即，在非磁性层22-2有助于强磁性结合的情况下，只要相反地设定TM的磁矩42及RE的磁矩41的大小关系、和TM的磁矩45及RE的磁矩44的大小关系，TM与RE的磁矩就相互抵消，磁矩43、46成为反平行。此外，作为使Co强磁性地结合的非磁性层22-2的材料，可列举铂(Pt)、及钯(Pd)之中一个以上的元素或者包含一个以上的元素的合金。
除此以外，还可以将RE的磁矩大于TM的磁矩的RE-TM合金、和以过渡性金属为主成分的金属或者合金进行层叠而构成参照层22。
如以上详述那样在第1实施方式中，将记录层17用磁性层与非磁性层交互经过层叠的人工晶格而形成。而且，将构成记录层17的磁性层用包含钴(Co)及铁(Fe)的合金而形成，将构成记录层17的非磁性层的至少一层用包含钯(Pd)及金(Au)的合金而构成。另外，将构成记录层17的磁性层之中与隧道壁垒层16相接的磁性层17A-1用包含钴(Co)、铁(Fe)及硼(B)的合金而构成，将与隧道壁垒层16相接的磁性层的膜厚设定得大于与隧道壁垒层16不相接的磁性层的膜厚。由此，就可以构成能够实现垂直磁各向异性的确保、阻尼常数的降低(即写入电流的降低)、高磁阻比的记录层17。
另外，将MgO所代表的具有NaCl构造的绝缘体作为隧道壁垒层16来使用，在隧道壁垒层16与参照层15之间配置有用包含钴(Co)、铁(Fe)及硼(B)的合金所构成的界面层15A。由此，就能够形成CoFeB(100)/MgO(100)/CoFeB(100)的结晶方位的关系，所以可以实现高的磁阻比。
另外，作为构成记录层17的磁性层，使用包含20at％以上铁(Fe)的浓度的Co-Fe合金。由此，就可以一边维持记录层17的垂直磁各向异性一边降低阻尼常数。
另外，通过在参照层15上使用具有L10构造的有序晶格结构合金，就可以构成具有良好的垂直磁各向异性的参照层15。
另外，在作为记录层使用了上述人工晶格的情况下，在记录层与参照层之间所设置的间隔层上使用金(Au)。由此，就能够实现可以低电流密度的自旋注入反转的GMR构造。
[第2实施方式]
第2实施方式就使用第1实施方式所示的MTJ元件10来构成MRAM时的例子进行表示。
图19是表示与本发明的第2实施方式有关的MRAM的构成的电路图。MRAM具备具有呈矩阵状排列的多个存储器单元MC的存储器单元阵列50。在存储器单元阵列50中配设多个位线对BL，/BL，使其分别在列(纵列：column)方向上延伸。另外，在存储器单元阵列50中配设多个字线WL使其分别在行(横行：row)方向上延伸。
在位线BL与字线WL的交叉部分配置着存储器单元MC。各存储器单元MC具备由MTJ元件10、及N沟道MOS晶体管组成的选择晶体管51。MTJ元件10的一端被连接到位线BL。
MTJ元件10的另一端被连接到选择晶体管51的漏极端子。选择晶体管51的栅极端子被连接到字线WL。选择晶体管51的源极端子被连接到位线/BL。
在字线WL上连接着横行解码器52。在位线对BL，/BL上连接着写入电路54及读出电路55。在写入电路54及读出电路55上连接着纵列解码器53。各存储器单元MC通过横行解码器52及纵列解码器53来进行选择。
数据向存储器单元MC的写入如以下那样进行。首先，为了选择进行数据写入的存储器单元MC，使此存储器单元MC上所连接的字线WL活化。由此，选择晶体管51导通。
在这里，依照写入数据对MTJ元件10供给双方向的写入电流Iw。具体而言，在从左向右对MTJ元件10供给写入电流Iw的情况下，写入电路54对位线BL施加正的电压，对位线/BL施加接地电压。另外，在从右向左对MTJ元件10供给写入电流Iw的情况下，写入电路54对位线/BL施加正的电压，对位线BL施加接地电压。这样，就能够在存储器单元MC上写入数据“0”、或者数据“1”。
其次，来自存储器单元MC的数据读出如以下那样进行。首先，被选择的存储器单元MC的选择晶体管51导通。读出电路55对MTJ元件10供给例如从右向左流动的读出电流Ir。然后，读出电路55基于此读出电流Ir来检测MTJ元件10的阻值。这样，就能够读出MTJ元件10上所存储的数据。
其次，就MRAM的构造进行说明。图20是表示以存储器单元MC为中心所示的MRAM的构成的截面图。
在P型半导体衬底61的表面区域设置元件分离绝缘层，没有设置此元件分离绝缘层的半导体衬底61的表面区域为形成元件的元件区域(active area)。元件分离绝缘层例如由STI(Shallow TrenchIsolation)所构成。作为STI例如使用氧化硅。
在半导体衬底61的元件区域上设置着分离开的源极区域S及漏极区域D。此源极区域S及漏极区域D分别由在半导体衬底61内导入高浓度的N+型杂质而形成的N+型扩散区域所构成。在源极区域S及漏极区域D间在半导体衬底61上经由栅极绝缘膜51A设置着栅极电极51B。栅极电极51B作为字线WL而发挥功能。这样，在半导体衬底61上设置着选择晶体管51。
在源极区域S上经由触点62而设置着配线层63。配线层63作为位线/BL而发挥功能。
在漏极区域D上经由触点64而设置着引出线65。在引出线65上设置着被下部电极13及上部电极19所夹的MTJ元件10。在上部电极19上设置着配线层66。配线层66作为位线BL而发挥功能。另外，半导体衬底61与配线层66之间用例如由氧化硅组成的层间绝缘层67填满。
如以上详述那样，能够使用第1实施方式所示的MTJ元件10来构成MRAM。此外，MTJ元件10除自旋注入型的磁存储器以外，还可以使用于磁壁移动型的磁存储器。
另外，第2实施方式所示的MRAM可以应用于各种各样的装置。以下就MRAM的若干应用例进行说明。
(应用例1)
图21将数字加入者线(DSL)用调制解调器的DSL数据通过部抽取出来进行表示。此调制解调器包含可编程数字信号处理器(DSP：Digital Signal Processor)100、模拟-数字(A/D)转换器110、数字一模拟(D/A)转换器120、发送驱动器130、以及接收机放大器140等而构成。
在图21中省略了带通滤波器，取而代之表示本实施方式的MRAM170和EEPROM180作为用于保持线路代码程序(DSP所执行的、依照经过编码的加入者线路信息、传送条件等(线路代码：QAM、CAP、RSK、FM、AM、PAM、DWMT等)来选择调制解调器，并使之动作用的程序)的各种类型的可选存储器。
此外，虽然在本应用例中，作为用于保持线路代码程序的存储器使用MRAM170与EEPROM180两种存储器，但也可以将EEPROM180置换成MRAM。即，构成为不使用两种存储器而仅使用MRAM。
(应用例2)
图22作为别的应用例，表示便携式电话终端300。实现通信功能的通信部200具备收发天线201、天线共用器202、接收部203、基带处理部204、被用作声音编码译码器的DSP205、扩音器(听筒)206、麦克风(话筒)207、发送部208、以及频率合成器209等。
另外，在此便携式电话终端300中设置有控制该便携式电话终端的各部的控制部220。控制部220是CPU221、ROM222、本实施方式的MRAM223、以及闪速存储器224经由总线225连接起来而形成的微型计算机。在上述ROM222中预先存储着CPU221中所执行的程序及显示用的字体等必要的数据。
MRAM223主要被用作工作区域，被用于CPU221在程序的执行中根据需要存储计算途中的数据等、暂时存储控制部220与各部之间进行交换的数据等场合。另外，闪速存储器224是即使便携式电话终端300的电源被断开也存储好例如以前的设定条件等，在下一次电源接通时进行采用相同设定的使用方法的情况下，将这些设定参数存储好。由此，即使便携式电话终端300的电源被断开，所存储的设定参数也不会消失。
进而，在此便携式电话终端300中设置着音频再生处理部211、外部输出端子212、LCD控制器213、显示用的LCD(液晶显示器)214、以及发生呼叫音的振铃215等。上述音频再生处理部211再生被输入到便携式电话终端300的音频信息(或者、被存储在后述的外部存储器240中的音频信息)。经过再生的音频信息通过经由外部输出端子212被传给头戴式听筒或便携式扩音器等，就可以取出到外部。这样，通过设置音频再生处理部211就可以进行音频信息的再生。上述LCD控制器213经由总线225接受例如来自上述CPU221的显示信息，并变换成用于控制LCD214的LCD控制信息，驱动LCD214进行显示。
在便携式电话终端300中设置着接口电路(I/F)231，233，235、外部存储器240、外部存储器插槽232、键操作部234、以及外部输入输出端子236等。在上述外部存储器插槽232中插入存储器卡等外部存储器240。此外部存储器插槽232经由接口电路(I/F)231被连接到总线225。这样，通过在便携式电话终端300中设置插槽232，就可以将便携式电话终端300内部的信息写入到外部存储器240中，或者将外部存储器240中所存储的信息(例如音频信息)输入到便携式电话终端300。
上述键操作部234经由接口电路(I/F)233连接到总线225。从键操作部234所输入的键输入信息被传给例如CPU221。上述外部输入输出端子236经由接口电路(I/F)233连接到总线225，作为从外部将各种信息输入到便携式电话终端300，或者从便携式电话终端300向外部输出信息时的端子而发挥功能。
此外，虽然在本应用例中，使用ROM222、MRAM223、以及闪速存储器224，但也可以将闪速存储器224置换成MRAM，进而还可以将ROM222也置换成MRAM。
(应用例3)
图23至图27分别表示将MRAM应用于袖珍媒介等收纳媒介内容的卡(MRAM卡)的例子。
如图23所述那样，在MRAM卡本体400中内置有MRAM芯片401。在此卡本体400中与MRAM芯片401对应的位置形成开口部402，MRAM芯片401被露出来。在此开口部402中设有闸门403，在该MRAM卡携带时MRAM芯片401用闸门403保护起来。此闸门403由具有遮挡外部磁场的效果的材料、例如陶瓷组成。在转写数据的情况下，将闸门403开放使MRAM芯片401露出来进行。外部端子404用于将MRAM卡上所存储的内容数据取出到外部。
图24及图25表示用于对上述MRAM卡转写数据的、卡插入型的转写装置500的俯视图及截面图。
数据转写装置500具有收纳部500a。在此收纳部500a中收纳着第1MRAM卡550。在收纳部500a中设置着被电连接到第1MRAM卡550的外部端子530，使用此外部端子530来改写第1MRAM卡550的数据。
将最终用户使用的第2MRAM卡450如箭头所示那样由转写装置500的插入部510进行插入，并押入直到用锁挡520止动。此锁挡520还作为用于将第1MRAM550与第2MRAM卡450进行对位的部件起作用。若第2MRAM卡450被配置在规定位置，就从第1MRAM数据改写控制部对外部端子530供给控制信号，第1MRAM550中所存储的数据就被转写到第2MRAM卡450中。
在图26中，表示嵌入型的转写装置。该转写装置是如箭头所示那样，以锁挡520为目标，在第1MRAM550上嵌入第2MRAM卡450这样进行载置的类型。关于转写方法由于与卡插入型相同，所以省略说明。
在图27中，表示滑板型的转写装置。该转写装置与CD-ROM驱动器和DVD驱动器同样地，在转写装置500上设置托盘滑板560，此托盘滑板560如箭头所示那样移动。在托盘滑板560移动到虚线的位置时将第2MRAM卡450载置在托盘滑板560上，将第2MRAM卡450向转写装置500的内部进行搬送。关于以第2MRAM卡450的前端部抵接锁挡520的方式进行搬送这一点、以及转写方法，由于与卡插入型相同所以省略说明。
本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其要旨的范围内，能够将构成要素进行变形而具体化。另外，能够通过实施方式所公开的多个构成要素的适宜组合来构成各种发明。例如，既可以从实施方式所公开的全构成要素删除若干构成要素，也可以将不同实施方式的构成要素进行适宜组合。

Claims (24)

1.一种磁阻元件，其特征在于包括：
具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向被固定的第1参照层；
由磁性层与非磁性层交互地经过层叠的层状结构组成，且具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向可以变化的记录层；以及
被设置在上述第1参照层与上述记录层之间，且由非磁性材料组成的第1中间层，
构成上述记录层的磁性层包含：
与上述第1中间层相接的第1磁性层；以及
与上述第1中间层不相接的第2磁性层，
上述第1磁性层由包含钴(Co)以及铁(Fe)的合金组成，且其膜厚大于上述第2磁性层的膜厚。
2.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
构成上述第1磁性层以及上述第2磁性层之中至少一层含有包含钴(Co)及铁(Fe)的合金Co100-x-Fex，其中x≧20at％。
3.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1磁性层含有包含钴(Co)、铁(Fe)及硼(B)的合金(Co100-x-Fex)100-yBy，其中x≧20at％、0<y≦30at％。
4.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
构成上述记录层的非磁性层之中至少一层含有包含钯(Pd)及金(Au)的合金。
5.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
构成上述记录层的非磁性层之中离上述第1中间层最远的非磁性层包含金(Au)。
6.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1中间层具有NaCl构造，且在(100)面上取向。
7.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1中间层包含氧化镁。
8.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1磁性层具有立方晶构造或者正方晶构造，且在(100)面上进行取向。
9.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1参照层包含具有L10构造的强磁性合金。
10.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1参照层包含铁(Fe)、钴(C0)以及镍(Ni)之中的一个以上的元素、和钯(Pd)以及铂(Pt)之中的一个以上的元素。
11.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于还包括：
被设置在上述第1参照层与上述第1中间层之间的界面层，
上述界面层含有包含钴(Co)、铁(Fe)及硼(B)的合金(Co100-x-Fex)100-yBy，其中x≧20at％、0<y≦30at％。
12.按照权利要求11所述的磁阻元件，其特征在于：
上述界面层具有立方晶构造或者正方晶构造，且在(100)面上进行取向。
13.按照权利要求1所述的磁阻元件，其特征在于还包括：
具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向被固定的第2参照层；以及
被设置在上述第2参照层与上述记录层之间，且由非磁性材料组成的第2中间层。
14.按照权利要求13所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第2中间层包含金(Au)。
15.按照权利要求13所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1参照层以及上述第2参照层之中至少一层包含第3磁性层、第4的磁性层、和在上述第3磁性层与上述第4的磁性层之间所设置的第1非磁性层，
上述第3磁性层与上述第4磁性层相互反强磁性地进行结合。
16.按照权利要求15所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1非磁性层含有钌(Ru)、锇(Os)、铼(Re)及铹(Rh)之中的一个元素组成的金属、或者包含它们之中至少一个以上的元素的合金。
17.一种磁阻元件，其特征在于包括：
具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向被固定的参照层；
由磁性层与非磁性层交互地经过层叠的层状结构组成，且具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向可以变化的记录层；以及
被设置在上述参照层与上述记录层之间，且由非磁性材料组成的中间层，
构成上述记录层的磁性层包含：
与上述中间层相接的第1磁性层；以及
与上述中间层不相接的第2磁性层，
上述第1磁性层含有其组成为Co2XY的合金，且其膜厚大于上述第2磁性层的膜厚，
其中，X是钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)及铜(Cu)之中的一个以上的元素，
Y是铝(A1)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)及锑(Sb)之中的一个以上的元素。
18.按照权利要求17所述的磁阻元件，其特征在于：
构成上述第1磁性层以及上述第2磁性层之中至少一层含有包含钴(Co)及铁(Fe)的合金Co100-x-Fex，其中x≧20at％。
19.按照权利要求17所述的磁阻元件，其特征在于：
构成上述记录层的非磁性层之中至少一层含有包含钯(Pd)及金(Au)的合金。
20.按照权利要求17所述的磁阻元件，其特征在于：
构成上述记录层的非磁性层之中离上述中间层最远的非磁性层包含金(Au)。
21.按照权利要求17所述的磁阻元件，其特征在于：
上述第1磁性层具有立方晶构造或者正方晶构造，且在(100)面上进行取向。
22.一种磁存储器，其特征在于包括：
磁阻元件；
包含被设置成夹着上述磁阻元件，且对于上述磁阻元件进行通电的第1及第2电极的存储器单元，
其中，上述磁阻元件具备：
具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向被固定的第1参照层；
由磁性层与非磁性层交互地经过层叠的层状结构组成，且具有与膜面垂直方向的磁各向异性，且磁化方向可以变化的记录层；以及
被设置在上述第1参照层与上述记录层之间，且由非磁性材料组成的第1中间层，
构成上述记录层的磁性层之中的与上述第1中间层相接的第1磁性层，由包含钴(Co)以及铁(Fe)的合金组成，且其膜厚大于与上述第1中间层不相接的磁性层的膜厚。
23.按照权利要求22所述的磁存储器，其特征在于还包括：
被电连接到上述第1电极上的第1配线；
被电连接到上述第2电极上的第2配线；
被电连接到上述第1配线及上述第2配线上，且对上述磁阻元件双方向地供给电流的写入电路。
24.按照权利要求23所述的磁存储器，其特征在于：
上述存储器单元包含被电连接到上述第2电极与上述第2配线之间的选择晶体管。
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