JP2003324225A - 積層フェリ型磁性薄膜並びにそれを使用した磁気抵抗効果素子及び強磁性トンネル素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな反強磁性的交換結合エネルギー及び優
れた軟磁気特性を同時に実現し、かつ精密な非磁性中間
層膜厚制御の必要がない積層フェリ型磁性薄膜を提供す
る。 【解決手段】 積層フェリ型磁性薄膜は、２つの強磁性
層３０８，３０９と、それらに挟まれた非磁性中間層３
０４よりなり、各強磁性層が非磁性中間層を介して反強
磁性的に磁気結合する。各強磁性層は複数の層よりな
る。各強磁性層において、非磁性中間層と接する層はＣ
ｏ又はＣｏを含む合金とし、その膜厚を夫々０．１ｎｍ
以上とする。また、各強磁性層において、少なくとも１
層以上はＮｉ又はＮｉを含む合金とし、その膜厚を夫々
強磁性層の膜厚の少なくとも６０％以上とする。非磁性
中間層３０４はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕか、又はその合
金により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
又は強磁性トンネル接合素子のフリー磁性層に適した磁
化反転特性を持つ積層フェリ型磁性薄膜並びにそれを使
用した磁気抵抗効果素子及び強磁性トンネル素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果とは、外部磁場によって電
気抵抗が変化する現象である。磁気抵抗効果素子は、素
子に印加された外部磁場の大きさを素子抵抗値の変化と
して感知し、又はその状態を素子抵抗値の大きさとして
保持する機能を持つ素子である。特に、常温で低外部磁
場領域において大きな磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を持つ
スピンバルブ型ＧＭＲ素子及び強磁性トンネル接合素子
は、高記録密度対応再生用磁気ヘッド及び高密度固体磁
気メモリ（ＭＲＡＭ）への応用に多くの期待が寄せられ
ている。

【０００３】これらの磁気抵抗効果素子は、外部磁場に
対してその磁化方向を自由にできるフリー磁性層、外部
磁場に対してその磁化方向を固定する機構を備えたピン
ド磁性層、及びそれらの中間に配置され双方に接する非
磁性層よりなる。磁気抵抗効果は、非磁性層を挟んだ両
側の磁性層の相対磁化角度により素子の抵抗が変化する
ことによって生じる。フリー磁性層とピンド磁性層の間
の磁気的な結合をほとんど無くすことで外部磁場に対し
てフリー磁性層の磁化方向のみが変化するいわゆるスピ
ンバルブ型の素子動作を実現し、外部磁場に対して敏感
な磁気抵抗効果を得る。

【０００４】磁性材料（強磁性体）としては、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｆｅ及びそれらの合金等が広く知られ、特にＣｏ又
はＣｏを含む合金、特にＣｏＦｅ合金はその大きな飽和
磁化が、またＮｉ又はＮｉを含む合金、特にＮｉＦｅ合
金はその優れた軟磁気特性（低保磁力）が特長である。
磁気抵抗効果素子のフリー磁性層材料としては、小さな
外部磁場で俊敏に磁化反転させる必要性から、ＮｉＦｅ
のような磁気的にソフトな（軟磁気特性が優れた）磁性
材料が好適であり、広く使用されている。

【０００５】また、ピンド磁性層の磁化方向を外部磁場
に対して固定する機構としては、材料として磁気的にハ
ードな磁性材料を使用し、その反転保磁力をフリー磁性
層のそれよりも大きくする方法（保磁力差型）と、ピン
ド磁性層に反強磁性層を接触させることで、より積極的
にその磁化方向を一方向に固定する方法（交換バイアス
型）とが使用されている。

【０００６】非磁性層として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の非
磁性導電体を使用するものが米国特許第５１５９５１３
号に代表的に開示されているスピンバルブ型ＧＭＲ素子
であり、非磁性層として、Ａｌ酸化物、Ａｌ窒化物等の
非磁性絶縁体を使用するものが米国特許第５６５０９５
８号に代表的に開示されている強磁性トンネル接合素子
である。前者よりも後者では、より高いＭＲ比が得られ
る。また、両者は電流を流す方向にも相違がある。高密
度固体磁気メモリ（ＭＲＡＭ）への応用には素子の面内
高集積化が重要であるため、より高いＭＲ比を持ち、面
直方向に通電を行う強磁性トンネル接合素子がより好適
である。

【０００７】一方で、これらの磁気抵抗効果素子におけ
る強磁性層（フリー磁性層又はピンド磁性層）への応用
が可能な薄膜構造のひとつとして、積層フェリ型磁性薄
膜といわれる多層磁性膜がある。これは、米国特許第５
３４１１１８号にその基本構造が開示されているよう
に、少なくとも２層の強磁性層と、それらの間に配置さ
れ双方に接する非磁性中間層とからなる多層薄膜であ
る。非磁性中間層材料として好適な非磁性遷移金属を使
用すると、両強磁性層間には非磁性中間層を介した極め
て強力な反強磁性的相互作用（交換結合）が作用し、互
いの磁化方向は低磁場においては常に反平行となる。こ
のため、積層フェリ型磁性薄膜を構成する各強磁性層の
磁気モーメントは常に相殺され、各強磁性層の膜厚差分
に相当する小さな磁気モーメントを持つ人工的なフェリ
磁性状態を実現することができる。積層フェリ型磁性薄
膜においては、各強磁性層の膜厚を極薄化することなく
実効的に磁気的膜厚を大幅に低下することが可能であ
る。

【０００８】積層フェリ型磁性薄膜における強磁性層間
の反強磁性的交換結合の大きさは非磁性中間層の材料及
び膜厚に依存する。フィジカル・レビュー・レターズ第
６７巻３５９８頁（１９９１年）には、積層フェリ型磁
性薄膜における強磁性層間の反強磁性的交換結合強度が
非磁性中間層材料に依存し、その膜厚に対し周期的な振
動を見せること、また繰り返し回数＝１であるシンプル
サンドイッチ構造で各強磁性層膜厚が等しい積層フェリ
型磁性薄膜においては、飽和磁場をＨ_Ｓ、使用する強磁
性層の飽和磁化をＭ_Ｓ、強磁性層膜厚をｔとすると、そ
の結合強度（Ｊ：反強磁性的交換結合エネルギー）はＪ
＝Ｈ_Ｓ×Ｍ_Ｓ×ｔ／２により求まることが示されてい
る。同報告では、強磁性層としてＣｏを使用した場合に
おいて、反強磁性的交換結合強度と数多くの非磁性中間
層材料との関係が記載されており、非磁性中間層材料が
５ｄ族、４ｄ族、３ｄ族遷移金属である順に、また同一
周期においては、最外殻ｄ電子が多いほど反強磁性的交
換結合エネルギーの大きさは増加する傾向にあることが
述べられている。そのなかでも、特に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｃｕは、反強磁性的交換結合エネルギーが最大で１
０^−３Ｊ／ｍ^２（１ｅｒｇ／ｃｍ^２）以上と、他の元素
に比べて格段に大きな材料である。なお、ジャーナル・
オブ・マグネティズム・アンド・マグネティック・マテ
リアルズ第１６５巻５２４頁（１９９７）によると、各
強磁性層の膜厚が異なる場合の反強磁性的交換結合エネ
ルギーは、各強磁性層膜厚をｔ_１、ｔ_２とすると、Ｊ＝
Ｈ_ｓ×ＭＳ×ｔ_１×ｔ_２／（ｔ_１＋ｔ_２）で与えられ
る。

【０００９】積層フェリ型磁性層の交換結合強度は使用
する強磁性層の材料にも依存することが知られている。
フィジカル・レビュー・Ｂ第５６巻７８１９頁（１９９
７年）には、非磁性中間層としてＣｕを、強磁性層とし
てＮｉＦｅを使用した場合の反強磁性的交換結合エネル
ギーがＪ＝６×１０^−５Ｊ／ｍ^２（０．０６ｅｒｇ／ｃ
ｍ^２）以下であることが述べられているが、この値は強
磁性層としてＣｏを使用した場合に比べるとはるかに小
さい。また、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジク
ス第７３巻５９８６頁（１９９３年）には、非磁性中間
層がＲｕであるとき、強磁性層としてＣｏを使用した場
合よりも、ＮｉＦｅ（パーマロイ：Permalloy）を使用
した場合の方が交換結合強度が小さいことが述べられて
おり、これはＣｏと比較して飽和磁化が小さいことの影
響である可能性が指摘されている。特開２００１−１４
３２２３号には、積層フェリ型磁性薄膜における強磁性
層材料にＮｉＦｅ及びＣｏを使用した場合において、夫
々、得られる飽和磁場の大きさが好適となる非磁性中間
層（Ｒｕ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｒｈ）の膜厚範囲が開示されて
いる。ここに開示されている飽和磁場と非磁性中間層膜
厚との関係、各強磁性層材料の飽和磁化とその膜厚との
関係、及び前述の反強磁性的交換結合エネルギーＪと飽
和磁場Ｈ_ｓの関係式（Ｊ＝Ｈ_Ｓ×Ｍ_Ｓ×ｔ_１×ｔ_２／
（ｔ_１＋ｔ_２））を使用して、強磁性層材料がＮｉＦｅ
及びＣｏである場合について、夫々反強磁性的交換結合
強度の非磁性中間層膜厚依存性を求めることができる。

【００１０】図１及び図２は、夫々このようにして求め
たＮｉＦｅ及びＣｏの反強磁性的交換結合エネルギーと
非磁性中間層（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ）膜厚との関係を示す
グラフ図である。

【００１１】次に、積層フェリ型磁性薄膜の磁気抵抗効
果素子への応用に関する従来技術について述べる。先
ず、積層フェリ型ピンド磁性層を持つ磁気抵抗効果素子
について述べる。磁気抵抗効果素子においては、前述の
ように、外部磁場の変化に対応してフリー磁性層を磁化
反転させる（磁気抵抗効果素子をスピンバルブ的に動作
させる）ために、フリー磁性層とピンド磁性層間の磁気
的な作用をほとんど無くす必要があるが、ピンド磁性層
に積層フェリ型磁性薄膜を適用すると、フリー磁性層の
磁化反転に及ぼすピンド磁性層の影響を更に低減するこ
とができる。積層フェリ型ピンド磁性層を持つ磁気抵抗
効果素子の基本構造は米国特許第５４６５１８５号に開
示されている。通常、磁気抵抗効果素子においては、ピ
ンド磁性層端部の磁荷がつくる静磁界の影響により、フ
リー磁性層の反転磁場が一定量シフトする現象がみられ
るが、積層フェリ型ピンド磁性層を持つ磁気抵抗効果素
子では、ピンド磁性層の磁気的膜厚低下効果により、ピ
ンド磁性層が作る静磁界を極めて小さくすることがで
き、フリー磁性層の反転磁場シフトを小さくすることが
できる。この積層フェリ型ピンド磁性層を持つ磁気抵抗
効果素子においては、ピンド磁性層を更に好適とする
（フリー磁性層に及ぼすピンド磁性層の磁気的な作用を
更に低下させる）改良が進められている。例えば、特開
２００１−０５２３１７号公報には、積層フェリ型ピン
ド磁性層を構成する２つの強磁性層のうち、フリー磁性
層側の強磁性層を適切な材料及び膜厚の３層構造とする
ことで、バッファー効果により粒成長が抑制され、ピン
ド磁性層のフリー磁性層側上面を平滑化する方法が開示
されている。これにより、ピンド磁性層とフリー磁性層
との間に働くラフネス起因の直接的な強磁性結合（一般
にネールカップリングといわれる）を低減することがで
きる。これらの積層フェリ型ピンド磁性層においては、
上記の効果に加え、ピンド磁性層を磁気的によりハード
にする効果もあることが知られている。つまり、積層フ
ェリ型ピンド磁性層を持つ磁気抵抗効果素子において
は、外部磁場に対してピンド磁性層がより反転しにくく
なるため、その磁化方向を固定する必要があるピンド磁
性層としては、更に好適である。ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジクス第８５巻５２７６頁には、この効
果を利用した保磁力差型強磁性トンネル接合の報告があ
る。

【００１２】次に、積層フェリ型フリー磁性層を持つ磁
気抵抗効果素子について述べる。その基本構造は米国特
許第５４０８３７７号に開示されている。フリー磁性層
に積層フェリ型磁性薄膜を使用することによる効果は、
フリー磁性層の実効的な磁気的膜厚を小さくすること
で、これと比例関係にあるフリー磁性層自身のつくる反
磁場の大きさを低減できることにある。微細加工された
フリー磁性層の反転磁界は、反磁場の影響により素子サ
イズに反比例して大きくなるが、積層フェリ型フリー磁
性層を使用した磁気抵抗効果素子ではこれを低減するこ
とが可能となる。これにより、磁気ヘッドにおいては、
微細素子の磁場感度を向上させることが可能となり、ま
た固体磁気メモリにおいては、微細素子のスイッチング
磁界を低減でき、省電力化が可能となる。

【００１３】而して、再生用磁気ヘッドの高記録密度化
に対する要求と、固体磁気メモリの高集積化に対する要
求には、素子サイズの微細化が必須であり、上述の微細
化によるフリー磁性層反転磁界の増大を抑制することは
将来的に極めて重要になると予想されるが、ピンド磁性
層の場合と異なり、フリー磁性層に対して積層フェリ型
磁性薄膜を適用した磁気抵抗効果素子については、その
改良報告がほとんどない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
積層フェリ型磁性薄膜においては、強磁性層材料として
Ｃｏ又はＣｏＦｅを使用した場合には大きな反強磁性的
交換結合エネルギーが容易に得られるが、Ｎｉ又はＮｉ
Ｆｅを使用して大きな反強磁性的交換結合エネルギーを
生じさせることは困難である。図２によると、強磁性層
材料としてＣｏを使用した場合には、非磁性中間層がＲ
ｕ、Ｉｒ、Ｒｈであれば、いずれも０．６ｎｍ程度の広
い非磁性中間層膜厚範囲において大きな反強磁性的交換
結合エネルギーが得られるのに対し、図１によると、Ｎ
ｉＦｅを使用した場合では、例えば１０^−３Ｊ／ｍ
^２（１ｅｒｇ／ｃｍ^２）以上の大きな反強磁性的交換結
合エネルギーが得られる非磁性中間層膜厚範囲は、非磁
性中間層がＲｕ、Ｉｒの場合には存在せず、またＲｈに
おいても０．１ｎｍ以下と極めて狭い。つまり、強磁性
層材料として、Ｎｉ又はＮｉＦｅを使用した場合は、Ｃ
ｏ又はＣｏＦｅを使用した場合と比べ、極めて精密な非
磁性中間層膜厚の制御が必要となる。デバイスへの応用
に際しては、ロット間又はウェハ内の膜厚ばらつきを考
慮する必要があり、これは大きな問題となる。磁気抵抗
効果素子のフリー磁性層に適した積層フェリ型磁性薄膜
として、大きな反強磁性的交換結合エネルギー及びＮｉ
又はＮｉＦｅと同等の優れた軟磁気特性を同時に実現
し、かつ精密な非磁性中間層膜厚制御の必要がない積層
フェリ型磁性薄膜が必要である。

【００１５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、大きな反強磁性的交換結合エネルギー及び
優れた軟磁気特性を同時に実現し、かつ精密な非磁性中
間層膜厚制御の必要がない積層フェリ型磁性薄膜を提供
することを目的とする。

【００１６】また、本発明の他の目的は、フリー磁性層
の磁化反転が急峻かつ低保磁力であり、かつ作製が容易
な磁気抵抗効果素子及び強磁性トンネル接合素子を提供
することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る積層フェリ
型磁性薄膜は、第１強磁性層、第２強磁性層、及びそれ
らの中間に配置されて双方に接する非磁性中間層よりな
り、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層が前記非磁性
中間層を介して反強磁性的に磁気結合する積層フェリ型
磁性薄膜である。

【００１８】本願第１発明に係る積層フェリ型磁性薄膜
においては、前記第１強磁性層が少なくとも１層以上の
層よりなる第１主強磁性層と、前記第１主強磁性層と前
記非磁性中間層の中間に配置されて双方に接する第１界
面強磁性層とからなる。また、前記第２強磁性層が少な
くとも１層以上の層よりなる第２主強磁性層と、前記第
２主強磁性層と前記非磁性中間層の中間に配置されて双
方に接する第２界面強磁性層とからなる。前記第１界面
強磁性層及び前記第２界面強磁性層はＣｏ又はＣｏを含
む合金により形成されている。前記第１主強磁性層のう
ちの少なくとも１層及び前記第２主強磁性層のうちの少
なくとも１層が軟磁性膜により形成され、前記第１主強
磁性層のうちの軟磁性膜よりなる層の合計膜厚が前記第
１強磁性層の膜厚の６０％以上であり、前記第２主強磁
性層のうちの軟磁性膜よりなる層の合計膜厚が前記第２
強磁性層の膜厚の６０％以上である。

【００１９】本願第２発明に係る積層フェリ型磁性薄膜
においては、前記第１強磁性層が第１主強磁性層と、前
記第１主強磁性層と前記非磁性中間層の中間に配置され
て双方に接する第１界面強磁性層との２層からなる。前
記第２強磁性層は第２主強磁性層と、前記第２主強磁性
層と前記非磁性中間層の中間に配置されて双方に接する
第２界面強磁性層との２層からなる。前記第１界面強磁
性層及び前記第２界面強磁性層はＣｏ又はＣｏを含む合
金により形成されている。前記第１主強磁性層及び前記
第２主強磁性層は軟磁性膜により形成され、前記第１主
強磁性層の膜厚が前記第１強磁性層の膜厚の６０％以上
であり、前記第２主強磁性層の膜厚が前記第２強磁性層
の膜厚の６０％以上である。

【００２０】これらの積層フェリ型磁性薄膜において、
例えば、前記非磁性中間層がＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ及びＣｕ
からなる群から選択された１種の金属、又はＲｕ、Ｒ
ｈ、Ｉｒ及びＣｕからなる群から選択された１種を主成
分とする合金により形成されている。

【００２１】また、前記Ｃｏを含む合金が、例えば、Ｃ
ｏ−Ｆｅ合金又はＣｏ_ＸＦｅ_１−Ｘ（０．７５≦Ｘ＜
１）合金である。更に、前記軟磁性膜が、例えば、Ｎｉ
又はＮｉを含む合金である。この場合に、前記軟磁性膜
は、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金又はＮｉ_ＸＦｅ
_１−Ｘ（０．３５≦Ｘ＜１）合金である。

【００２２】一方、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、
外部磁場に対してその磁化方向を自由にできるフリー磁
性層と、外部磁場に対してその磁化方向を固定する機構
を備えたピンド磁性層と、前記フリー磁性層及び前記ピ
ンド磁性層の中間に配置されて双方に接する非磁性層と
を有し、外部磁場の印加により素子抵抗が変化する磁気
抵抗効果素子において、前記フリー磁性層は、前記積層
フェリ型磁性薄膜であることを特徴とする。

【００２３】また、本発明に係る強磁性トンネル接合素
子は、外部磁場に対してその磁化方向を自由にできるフ
リー磁性層と、外部磁場に対してその磁化方向を固定す
る機構を備えたピンド磁性層と、前記フリー磁性層及び
前記ピンド磁性層の中間に配置されて双方に接する非磁
性絶縁層とを有し、外部磁場の印加により素子抵抗が変
化する強磁性トンネル接合素子において、前記フリー磁
性層は、前記請求項１乃至８のいずれか１項に記載の積
層フェリ型磁性薄膜であることを特徴とする。

【００２４】本発明者は、磁気抵抗効果素子における積
層フェリ型フリー磁性層に適した磁化反転特性を持つ積
層フェリ型磁性薄膜についての種々の検討及び実験を通
し、磁気抵抗効果素子における積層フェリ型フリー磁性
層として好適な小さな反転保磁力を得るためには、積層
フェリ型フリー磁性層を構成する２つの強磁性層間の反
強磁性的交換結合エネルギーが大きいこと、及び強磁性
層全体がＮｉ又はＮｉを含む合金（ＮｉＦｅなど）と同
等に軟磁気特性に優れた材料であることを同時に実現す
る必要があることを究明した。

【００２５】即ち、本発明者は、積層フェリ型磁性薄膜
における強磁性層の構成、材料及びその膜厚に着目し、
種々の実験を重ねた結果、非磁性中間層の材料、及び強
磁性層の構成、材料、膜厚を特許請求の範囲に記載のも
のとすることによって、大きな反強磁性的交換結合エネ
ルギー及び優れた軟磁気特性の双方を同時に実現する積
層フェリ型磁性薄膜を容易に（精密な非磁性中間層膜厚
制御を行うことなく）得ることができることを初めて見
いだし、本発明を完成させたものである。

【００２６】本発明の積層フェリ型磁性薄膜は、Ｃｏ／
Ｒｕ／Ｃｏ系と同等の強固で非磁性中間層膜厚に対する
マージンの大きな強磁性層間の反強磁性的交換結合及び
Ｎｉ系磁性材料と同等の優れた軟磁気特性の双方を同時
に実現できる。

【００２７】このため、本発明によって、磁気抵抗効果
素子のフリー磁性層に好適な磁気特性（急峻かつ保磁力
の小さな磁化反転）を持つ積層フェリ型磁性薄膜を、容
易に（精密な非磁性中間層膜厚制御なしに）得ることが
できる。

【００２８】また、本発明の磁気抵抗効果素子及び強磁
性トンネル接合素子は、そのフリー磁性層に前記本発明
の積層フェリ型磁性薄膜を使用することを特徴とするた
め、好適な磁気特性（フリー磁性層の磁化反転が急峻か
つ低保磁力）を容易に得ることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施形態につ
いて、添付の図面を参照して具体的に説明する。

【００３０】「第１実施形態」図３は本発明の第１実施
形態の積層フェリ型磁性薄膜の層構成を示す断面図であ
る。基板３００上にバッファー層３０１が形成されてお
り、このバッファー層３０１上に、第１主強磁性層３０
２、第１界面強磁性層３０３、非磁性中間層３０４、第
２界面強磁性層３０５、第２主強磁性層３０６及びキャ
ップ層３０７がこの順で積層されている。

【００３１】非磁性中間層３０４を構成する材料は、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｉｒ又はＣｕのうちのいずれかの非磁性遷移
金属であり、又はこれらの元素のうちのいずれかを主成
分とする合金である。

【００３２】第１界面強磁性層３０３及び第２界面強磁
性層３０５の材料は、Ｃｏ又はＣｏを含む合金である。
Ｃｏを含む合金としては、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃ
ｏ−Ｃｕ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｍｎ等が好適であり、中
でもＣｏ−Ｆｅは最も好適である。更に、その組成をＣ
ｏ_ＸＦｅ_１−Ｘ（０．７５≦Ｘ＜１）とし、Ｃｏ組成Ｘ
を７５原子％以上とするとより好適となる。

【００３３】第１界面強磁性層３０３及び第２界面強磁
性層３０５の膜厚は少なくとも０．１ｎｍ以上である。

【００３４】第１主強磁性層３０２及び第２主強磁性層
３０６の材料は、Ｎｉ又はＮｉ合金の軟磁性膜である。
Ｎｉ合金の軟磁性膜として、具体的には、Ｎｉ−Ｆｅ、
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｆｅ−
Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ
−Ｃｏ等が挙げられる。そのなかでも、特に、Ｎｉ−Ｆ
ｅは軟磁性が優れており、最も好適である。更に、パー
マロイ（Ｎｉ_ＸＦｅ_{１− Ｘ}（０．３５≦Ｘ＜１））と
し、Ｎｉ組成Ｘを３５原子％以上とすれば、保磁力を７
９Ａ／ｍ（１(Oe)）以下にまで低減することが可能とな
る。この軟磁性膜は、第１及び第２界面強磁性層３０
３，３０５を構成するＣｏ又はＣｏ合金よりも保磁力が
小さく、優れた軟磁性特性を有したものである。

【００３５】本実施形態においては、第１主強磁性層３
０２及び第２主強磁性層３０６は単層であり、全厚が軟
磁性膜である。従って、第１主強磁性層３０２の膜厚は
第１強磁性層３０８の膜厚の６０％以上であり、第２主
強磁性層３０６の膜厚は第２強磁性層３０９の膜厚の６
０％以上である。但し、第１主強磁性層３０２及び第２
主強磁性層３０６の膜厚の上限値は、図３に示す構造に
おいては、夫々第１強磁性層３０８及び第２強磁性層３
０９から第１界面強磁性層３０３及び第２界面強磁性層
３０５の厚さを減じたものである。

【００３６】バッファー層３０１には、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔ
ｉ等を使用する。但し、第１主強磁性層３０２と基板３
００の間の密着性を高める等の機能を有するものであれ
ば、他の材料を使用することができる。また、場合によ
っては、バッファー層３０１は形成しなくてもよい。

【００３７】キャップ層３０７には、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、Ａｌ等を使用する。但し、第２主強磁性層３０６が
大気暴露により表面変質することを防止することができ
るものであれば、それ以外の材料を使用することができ
る。また、場合によっては、キャップ層３０７は形成し
なくてもよい。

【００３８】第１主強磁性層３０２及び第１界面強磁性
層３０３は第１強磁性層３０８を構成し、第２主強磁性
層３０６及び第２界面強磁性層３０５は第２強磁性層３
０９を構成する。第１強磁性層３０８と第２強磁性層３
０９の磁気モーメントの方向は、非磁性中間層３０４を
介した反強磁性的交換結合作用により、互いに反平行と
なるように磁気カップリングされる。

【００３９】次に、上述のごとく構成された磁気積層フ
ェリ型磁性薄膜の動作について説明する。本実施例の積
層フェリ型磁性薄膜を、例えば、磁気抵抗効果素子又は
強磁性トンネル素子のフリー磁性層として使用した場
合、非磁性中間層６０５を間に挟んでＣｏ又はＣｏ合金
からなる第１界面強磁性層６０４及び第２界面強磁性層
６０６が積層されているので、極めて優れたカップリン
グ特性が得られる。また、第１強磁性層３０８及び第２
強磁性層３０９はその膜厚の６０％以上が軟磁性膜であ
るＮｉ又はＮｉ合金からなる第１主強磁性層３０２及び
第２主強磁性層３０６で形成されているので、強磁性層
全体として、従来のＮｉＦｅ合金等の強磁性層を使用し
た場合と同等の軟磁気特性が得られる。

【００４０】第１界面強磁性層３０３及び第２界面強磁
性層３０５がＣｏ又はＣｏ合金で形成されているので、
図２に示すように、非磁性中間層３０４の膜厚が広大な
範囲において、反強磁性的交換結合エネルギが高くな
り、１０^−３Ｊ／ｍ^２（１ｅｒｇ／ｃｍ^２）以上の反強
磁性的交換結合エネルギが得られる非磁性中間層の厚さ
の選択範囲が広い。このため、非磁性中間層を形成する
際の厚さの精度は低くても足りる。なお、この強磁性層
がＮｉＦｅ合金である場合は、図１に示すように、反強
磁性的交換結合エネルギが低く、非磁性中間層としてＲ
ｈを使用した場合においても、１０^−３Ｊ／ｍ^２（１ｅ
ｒｇ／ｃｍ^２）という結合エネルギが得られる厚さの範
囲は０．４７乃至０．６ｎｍ程度であり、極めて狭い。
このため、この程度の結合エネルギを得るためにも、非
磁性中間層の厚さを前記範囲に高精度で形成する必要が
ある。よって、本実施形態の磁気積層フェリ型磁性薄膜
は、製造が容易であり、かつ容易に高性能の磁気積層フ
ェリ型磁性薄膜を製造することができる。また、本実施
形態においては、強磁性層が、夫々このＣｏ又はＣｏ合
金からなる界面強磁性層と、Ｃｏ又はＣｏ合金よりも保
磁力が小さく、軟磁気特性が優れた軟磁性膜であるＮｉ
又はＮｉ合金からなる主強磁性層３０２、３０６との２
層積層体であるので、軟磁気特性も優れており、フリー
磁性層としての磁気スピンのメモリ効果も優れている。

【００４１】なお、上述の磁気積層フェリ型磁性薄膜
は、後述するように、ピンド磁性層と組み合わせて、磁
気抵抗効果素子又は強磁性トンネル素子のフリー磁性層
として使用することができる。また、この磁気積層フェ
リ型磁性薄膜は、後述するように、図７に示す材料及び
膜厚で形成した場合には、図８に示す特性を有する。こ
のため、例えば、この磁気積層フェリ型磁性薄膜は、そ
れ単独で、磁気シールドとして使用することができる。

【００４２】「第２実施形態」次に、本発明の第２実施
形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態に
係る積層フェリ型磁性薄膜の層構成を示す断面図であ
る。この積層フェリ型磁性薄膜は、基本的には図３に示
す積層フェリ型磁性薄膜と同様の構造を有するものであ
るが、第２実施形態の積層フェリ型磁性薄膜は、図３に
示す第１実施形態の積層フェリ型磁性薄膜に対し、前記
第１主強磁性層、前記第２主強磁性層のうちいずれか一
方、又は双方を２層以上の複数の層により構成した点が
異なる。但し、図４の図示例は、第１主強磁性層及び第
２主強磁性層の双方が２層の磁性層よりなるものであ
る。以下、図４を例として、本第２実施形態の積層フェ
リ型磁性薄膜について説明する。

【００４３】図４に示すように、本実施形態の積層フェ
リ型磁性薄膜においては、基板６００上にバッファー層
６０１が形成されており、更にこのバッファー層６０１
の上に、第１強磁性層６０２、第２強磁性層６０３、第
１界面強磁性層６０４、非磁性中間層６０５、第２界面
強磁性層６０６、第３強磁性層６０７、第４強磁性層６
０８及びキャップ層６０９がこの順に積層されている。

【００４４】非磁性中間層６０５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、又はＣｕのいずれかの非磁性遷移金属、又はこの非
磁性遷移金属を主成分とする合金である。

【００４５】第１界面強磁性層６０４及び第２界面強磁
性層６０６の材料はＣｏ又はＣｏを含む合金とする。Ｃ
ｏを含む合金としては、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ
−Ｃｕ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｍｎ等が好適であり、中で
もＣｏ−Ｆｅ合金は最も好適である。更に、その組成を
Ｃｏ_ＸＦｅ_１−Ｘ（０．７５≦Ｘ＜１）とし、Ｃｏ組成
Ｘを７５原子％以上とすると、より好適となる。

【００４６】第１界面強磁性層６０４及び第２界面強磁
性層６０６の膜厚は少なくとも０．１ｎｍ以上とする。

【００４７】第１強磁性層６０２及び第２強磁性層６０
３のうちの少なくとも一方の材料はＮｉ又はＮｉを含む
合金とする。また、第３強磁性層６０７及び第４強磁性
層６０８のうちの少なくとも一方の材料は、Ｎｉ又はＮ
ｉを含む合金とする。Ｎｉ、又はＮｉを含む合金として
は、Ｎｉを成分として含む軟磁性膜が好適である。Ｎｉ
を成分として含む軟磁性膜として、具体的にはＮｉ−Ｆ
ｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｆｅ
−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎ
ｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ等の合金が挙げられる。そ
の中でも、特にＮｉ−Ｆｅ合金は軟磁性が優れており、
最も好適である。更に、パーマロイ（Ｎｉ_ＸＦｅ_１−Ｘ
（０．３５≦Ｘ＜１））とし、Ｎｉ組成Ｘを３５原子％
以上とすれば、保磁力を７９Ａ／ｍ（１(Oe)）以下にま
で低減することが可能となる。

【００４８】第１強磁性層６０２及び第２強磁性層６０
３のうちのＮｉ又はＮｉを含む合金により形成された層
の合計膜厚は第１強磁性層６１２の膜厚の６０％以上と
する。また、第３強磁性層６０７及び第４強磁性層６０
８のうちのＮｉ又はＮｉを含む合金により形成された層
の合計膜厚は第２強磁性層６１３の膜厚の６０％以上と
する。

【００４９】バッファー層６０１は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ
等により形成することができる。但し、第１強磁性層６
０２と基板６００の間の密着性を高めることができるも
のであれば、他の材料によりバッファー層６０１を形成
することができる。また、場合によってはバッファー層
６０１は形成しなくてもよい。

【００５０】キャップ層６０９は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、
Ａｌ等により形成することができる。但し、第４強磁性
層６０８が大気暴露により表面変質することを防止する
ことができれば、キャップ層６０９として、他の材料を
使用することも可能であり、場合によっては形成しなく
てもよい。

【００５１】第１強磁性層６０２及び第２強磁性層６０
３は、第１主強磁性層６１０を構成し、第３強磁性層６
０７及び第４強磁性層６０８は、第２主強磁性層６１１
を構成する。また、第１主強磁性層６１０及び第１界面
強磁性層６０４は第１強磁性層６１２を構成し、第２主
強磁性層６１１及び第２界面強磁性層６０６は第２強磁
性層６１３を構成する。第１強磁性層６１２と第２強磁
性層６１３の磁気モーメントの方向は、非磁性中間層６
０５を介した反強磁性的交換結合作用により、互いに反
平行となるように磁気カップリングされる。

【００５２】以上、前記第１主強磁性層及び前記第２主
強磁性層の双方が２層の磁性層よりなる場合の第２実施
形態の一例について説明したが、前記第１主強磁性層、
前記第２主強磁性層のうちの一方が第１実施形態と同様
の１層構造でもかまわない。また、前記第１主強磁性層
のうちの少なくとも１層以上をＮｉ又はＮｉを含む合金
により構成し、前記第１主強磁性層のうちのＮｉ又はＮ
ｉを含む合金によりなる層の合計膜厚を前記第１強磁性
層の膜厚の６０％以上とすれば、前記第１主強磁性層が
３層以上の磁性層よりなる構造でも良い。同様に、前記
第２主強磁性層のうちの少なくとも１層以上をＮｉ又は
Ｎｉを含む合金により構成し、前記第２主強磁性層のう
ちのＮｉ又はＮｉを含む合金によりなる層の合計膜厚を
前記第２強磁性層の膜厚の６０％以上とすれば、前記第
２主強磁性層が３層以上の磁性層よりなる構造でも良
い。また、前記第１主強磁性層又は前記第２主強磁性層
の層数の上限に特に制限はなく、また材料の成分濃度に
層厚方向の傾斜をつけた層が含まれていても良い。

【００５３】なお、前記第１主強磁性層又は前記第２主
強磁性層のうち、Ｎｉ又はＮｉを含む合金によりなる層
以外の層の材料は、磁性材料であれば特に制限は無い。
しかし、その層についても、何らかの他の効果を持つ材
料であることが望ましい。

【００５４】「第３実施形態」次に、本発明の第３実施
形態に係る磁気抵抗効果素子について、その構造及び製
造方法を説明する。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、
第１実施形態の積層フェリ型磁性薄膜をそのフリー磁性
層に使用した磁気抵抗効果素子である。

【００５５】本発明の第３実施形態に係る磁気抵抗効果
素子は、図５に示すように、基板４００上に第１バッフ
ァー層４０１が形成され、この第１バッファー層４０１
上に下地電極層４０２が形成され、更にこの上に、第２
バッファー層４０３、ピンド磁性層４０４、非磁性層４
０５、第１主強磁性層４０６、第１界面強磁性層４０
７、非磁性中間層４０８、第２界面強磁性層４０９、第
２主強磁性層４１０及びキャップ層４１１が順次形成さ
れている。

【００５６】非磁性中間層４０８の材料はＲｕ、Ｒｈ、
Ｉｒ、Ｃｕのうちのいずれか、又はいずれかを主成分と
する非磁性遷移金属とする。

【００５７】第１界面強磁性層４０７及び第２界面強磁
性層４０９の材料は、Ｃｏ又はＣｏ合金とする。Ｃｏ合
金としては、Ｃｏ−Ｆｅ 、Ｃｏ−Ｃｒ 、Ｃｏ−Ｃｕ
、Ｃｏ−Ｐｔ 、Ｃｏ−Ｍｎ等が好適であり、中でもＣ
ｏ−Ｆｅは最も好適である。更に、その組成をＣｏ_ＸＦ
ｅ_１−Ｘ（０．７５≦Ｘ＜１）とし、Ｃｏ組成Ｘを７５
原子％以上とすると、より好適となる。

【００５８】第１界面強磁性層４０７及び第２界面強磁
性層４０９の膜厚は少なくとも０．１ｎｍ以上とする。

【００５９】第１主強磁性層４０６及び第２主強磁性層
４１０は、Ｎｉ又はＮｉ合金により形成することができ
る。Ｎｉ合金としては、Ｎｉを成分として含む軟磁性膜
が好適である。Ｎｉを成分として含む軟磁性膜として、
具体的にはＮｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ、Ｎｉ−Ｆｅ
−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｕ、Ｎ
ｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ等が挙
げられる。その中でも、特にＮｉ−Ｆｅは軟磁性が優れ
ており、最も好適である。更に、パーマロイ（Ｎｉ_ＸＦ
ｅ_１−Ｘ（０．３５≦Ｘ＜１））とし、Ｎｉ組成Ｘを３
５原子％以上とすれば、保磁力を７９Ａ／ｍ（１(Oe)）
以下にまで低減することが可能となる。

【００６０】第１主強磁性層４０６の膜厚は第１フリー
磁性層４１２の膜厚の６０％以上とし、第２主強磁性層
４１０の膜厚は第２フリー磁性層４１３の膜厚の６０％
以上とする。

【００６１】第１バッファー層４０１及び第２バッファ
ー層４０３は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ等により形成すること
ができる。但し、下地電極層４０２と基板４００との
間、又はピンド磁性層４０４と下地電極層４０２との間
の密着性を高める等の機能を持つ材料であれば良く、場
合によってこれらのバッファー層４０１，４０３は形成
しなくてもよい。

【００６２】キャップ層４１１にはＴａ、Ｚｒ、Ｔｉ、
Ａｌなどを使用する。但し、第２主強磁性層４１０が大
気暴露により表面変質することを防止する等の機能を持
つ少なくとも１層以上の層であれば、さらに他の材料を
使用することも可能であり、場合によっては形成しなく
てもよい。

【００６３】下地電極層４０２はＡｌにより形成するこ
とができる。但し、比抵抗が小さいＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、
Ｐｔ等の他の金属材料により形成してもよく、場合によ
っては下地電極層４０２はその他の材料により形成して
も良く、又は形成しなくてもよい。

【００６４】ピンド磁性層４０４の材料はＣｏ又はＣｏ
Ｆｅなどが好適である。但し、外部磁場に対して反転し
にくい磁気特性を備えていれば、その他の材料を使用す
ることもできる。また、ピンド磁性層４０４を複数の層
により構成することも可能であり、特に積層フェリ型の
３層構造、又は強磁性層／反強磁性層の２層構造は、そ
の磁化方向をより積極的に固定できるため、より好適で
ある。

【００６５】非磁性層４０５には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇな
どの非磁性良導体、又はＡｌ酸化物、Ｔａ酸化物、又は
Ａｌ窒化物などの非磁性絶縁体を使用する。Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ａｇ等の非磁性良導体を使用したタイプはスピンバ
ルブ型ＧＭＲ素子、またＡｌ酸化物、Ｔａ酸化物又はＡ
ｌ窒化物等の非磁性絶縁体を使用したタイプは強磁性ト
ンネル接合素子と呼ばれる。強磁性トンネル接合素子の
場合、Ａｌなどの非磁性体金属層を成膜した後に、その
表面を酸素又は窒素等を含むガスにより酸化又は窒化し
て絶縁体の非磁性層４０５を形成する方法を使用するこ
ともできる。

【００６６】次に、上述のごとく構成された磁気抵抗効
果素子の動作について説明する。第１主強磁性層４０６
及び第１界面強磁性層４０７は第１フリー磁性層４１２
を構成し、第２主強磁性層４１０及び第２界面強磁性層
４０８は第２フリー磁性層４１３を構成する。第１フリ
ー磁性層４１２と第２フリー磁性層４１３の磁気モーメ
ントの方向は、非磁性中間層４０８を介した反強磁性的
交換結合作用により、互いに反平行となるように磁気カ
ップリングされ、フリー磁性層として機能する。第１フ
リー磁性層４１２、非磁性中間層４０８、第２フリー磁
性層４１３がフリー磁性層４１４を構成する。また、ピ
ンド磁性層４０４、非磁性層４０５、及びフリー磁性層
４１４が磁気抵抗効果部４１５を構成し、外部磁場の変
化により抵抗変化して、磁気抵抗効果を発現する。

【００６７】近時、薄膜デバイスの高集積化の要求によ
り、磁気抵抗効果素子においても高集積化及び小型化が
要求されている。この場合に、平面形状を小さくするた
めには、各層の膜厚も薄くする必要がある。しかし、膜
厚を薄くすることは、上下に隣接する層との間での原子
レベルのミキシングの問題があり、薄層化には限界があ
る。しかし、本実施形態の磁気抵抗効果素子は、フリー
磁性層４１４が、非磁性中間層４０８を間に挟んで、第
１フリー磁性層４１２と第２フリー磁性層４１３とが積
層されて構造を有しているので、第１フリー磁性層４１
２と第２フリー磁性層４１３に相互に反対方向を向く磁
気モーメントが形成されて磁場が打ち消しあい、実際の
膜厚はあつくても、磁気的な膜厚は極めて薄い。即ち、
実際の膜厚は薄くしなくても、磁気的には薄いフリー磁
性層として振る舞う。このため、本実施形態の磁気抵抗
効果素子は、高集積化に有利である。

【００６８】次に、本第３実施形態の磁気抵抗効果素子
の製造方法について説明する。先ず、基板４００上に第
１バッファー層４０１、下地電極層４０２、バッファー
層２４０３を成膜する。下地電極層４０２上部の凹凸が
激しい場合には、ここで膜表面にイオンビーム照射等の
表面平坦化処理を行うと良い。続いて、ピンド磁性層４
０４及び非磁性層４０５を成膜する。更に、その上に、
第１主強磁性層４０６、第１界面強磁性層４０７、非磁
性中間層４０８、第２界面強磁性層４０９、第２主強磁
性層４１０及びキャップ層４１１を成膜し、本第３実施
形態の磁気抵抗効果素子の多層薄膜構造が完成する。

【００６９】なお、本発明の効果は、ピンド磁性層４０
４とフリー磁性層４１４の絶対的な位置関係（成膜順
序）とは相関がなく、磁気抵抗効果部４１５に関して
は、全体的に上下逆転した構造（全体的に逆転させた成
膜順序）としてもかまわない。

【００７０】得られた多層薄膜に対して以下のように加
工プロセスを行い、本第３実施形態の磁気抵抗効果素子
を完成させる。

【００７１】先ず、光学露光又は電子線露光技術を使用
し、得られた多層薄膜上に、下地電極形状を規定するレ
ジストを作製し、イオンミリング又はケミカルエッチン
グ技術を使用して、得られた多層薄膜の全層を目的の下
地電極形状へと加工する。なお、磁気抵抗効果素子がス
ピンバルブ型ＧＭＲ素子の場合には、下地電極層４０２
は特に必要なく、この下地電極形状加工工程も特に必要
がない。

【００７２】続いて、光学露光又は電子線露光技術を使
用し、素子形状及び素子サイズを規定するレジストを作
製し、イオンミリング又はケミカルエッチング技術を使
用して、下地電極形状へ加工された多層膜の磁気抵抗効
果部４１５及びキャップ層４１１を目的の素子形状及び
素子サイズへと加工する。

【００７３】その後、電極間絶縁層による被覆を行った
後、上部電極を形成し、本発明の第３実施形態の磁気抵
抗効果素子を完成させる。

【００７４】「第４実施形態」次に、本発明の第４実施
形態の磁気抵抗効果素子について、その構造及び作製方
法を図面を使用して説明する。本実施形態の磁気抵抗効
果素子は、積層フェリ型磁性薄膜をそのフリー磁性層に
使用した磁気抵抗効果素子である。本第４実施形態の磁
気抵抗効果素子は、基本的には第３実施形態の磁気抵抗
効果素子と同様のものであるが、第３実施形態の磁気抵
抗効果素子に対し、前記第１主強磁性層及び前記第２主
強磁性層のうちいずれか一方、又は双方を２層以上の複
数の層により構成した点が異なる。

【００７５】図６は本発明の第４実施形態の一例とし
て、第１主強磁性層及び第２主強磁性層の双方が２層の
磁性層により構成されたものを示す断面図である。図６
に示すように、本実施形態の磁気抵抗効果素子において
は、基板８００上に、第１バッファー層８０１、下地電
極層８０２、第２バッファー層８０３、ピンド磁性層８
０４、非磁性層８０５、第１強磁性層８０６、第２強磁
性層８０７、第１界面強磁性層８０８、非磁性中間層８
０９、第２界面強磁性層８１０、第３強磁性層８１１、
第４強磁性層８１２、及びキャップ層８１３が順次形成
されている。

【００７６】非磁性中間層８０９は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ
及びＣｕのいずれかの非磁性遷移金属により形成する
か、又はこの非磁性遷移金属を主成分とする合金により
形成する。

【００７７】第１界面強磁性層８０８及び第２界面強磁
性層８１０の材料は、Ｃｏ又はＣｏを含む合金とする。
Ｃｏを含む合金としては、Ｃｏ−Ｆｅ 、Ｃｏ−Ｃｒ 、
Ｃｏ−Ｃｕ 、Ｃｏ−Ｐｔ 、Ｃｏ−Ｍｎ等が好適であ
り、中でもＣｏ−Ｆｅは最も好適である。更に、その組
成をＣｏ_ＸＦｅ_１−Ｘ（０．７５≦Ｘ＜１）とし、Ｃｏ
組成Ｘを７５原子％以上とすると、より好適となる。

【００７８】第１界面強磁性層８０８及び第２界面強磁
性層８１０の膜厚は少なくとも０．１ｎｍ以上とする。

【００７９】第１強磁性層８０６及び第２強磁性層８０
７のうちの少なくとも一方の材料は、Ｎｉ又はＮｉを含
む合金とする。また、第３強磁性層８１１及び第４強磁
性層８１２のうちの少なくとも一方の材料は、Ｎｉ又は
Ｎｉ合金とする。前記、Ｎｉ又はＮｉ合金としては、Ｎ
ｉを成分として含む軟磁性膜が好適である。Ｎｉを成分
として含む軟磁性膜として、具体的には、Ｎｉ−Ｆｅ、
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｆｅ−
Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ
−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ等が挙げられる。そのなかで
も、特にＮｉ−Ｆｅは軟磁性が優れており、最も好適で
ある。更に、パーマロイ（Ｎｉ_ＸＦｅ_{１− Ｘ}（０．３５
≦Ｘ＜１））とし、Ｎｉ組成Ｘを３５原子％以上とすれ
ば、保磁力を７９Ａ／ｍ（１(Oe)）以下にまで低減する
ことが可能となる。

【００８０】第１強磁性層８０６及び第２強磁性層８０
７のうちのＮｉ又はＮｉを含む合金よりなる層の合計膜
厚は第１フリー磁性層８１６の膜厚の６０％以上とす
る。また、第３強磁性層８１１及び第４強磁性層８１２
のうちのＮｉ又はＮｉを含む合金よりなる層の合計膜厚
は第２フリー磁性層８１７の膜厚の６０％以上とする。

【００８１】第１バッファー層８０１及び第２バッファ
ー層８０３は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ等により形成すること
ができる。但し、下地電極層８０２と基板８００又はピ
ンド磁性層８０４と下地電極層８０２との間の密着性を
高める等の機能を持つものであれば、他の材料でも良
く、場合によっては形成しなくてもよい。

【００８２】キャップ層８１３は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、
Ａｌ等により形成することができる。但し、第４強磁性
層８１２が大気暴露により表面変質することを防止する
などの機能を持つものであれば、他の材料を使用するこ
とも可能であり、場合によっては形成しなくてもよい。

【００８３】下地電極層８０２はＡｌにより形成するこ
とができる。但し、比抵抗が小さいＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、
Ｐｔ等の他の金属材料も好適であり、また場合によって
はその他の材料でも良く、又は形成しなくてもよい。

【００８４】ピンド磁性層８０４の材料は、Ｃｏ又はＣ
ｏＦｅ等が好適である。但し、外部磁場に対して反転し
にくい磁気特性を備えていれば、その他の材料を使用す
ることもできる。また、ピンド磁性層８０４を複数の層
により構成することも可能であり、特に積層フェリ型の
３層構造、又は強磁性層／反強磁性層の２層構造は、そ
の磁化方向をより積極的に固定できるため、より好適で
ある。

【００８５】非磁性層８０５は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等の
非磁性良導体、Ａｌ酸化物若しくはＴａ酸化物、又はＡ
ｌ窒化物などの非磁性絶縁体により形成することができ
る。Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等の非磁性良導体を使用したタイ
プは、スピンバルブ型ＧＭＲ素子といわれ、Ａｌ酸化
物、Ｔａ酸化物又はＡｌ窒化物等の非磁性絶縁体を使用
したタイプは、強磁性トンネル接合素子といわれる。強
磁性トンネル接合素子の場合、Ａｌ等の非磁性体金属層
を成膜した後に、その表面を酸素又は窒素等を含むガス
により酸化又は窒化することにより、絶縁性の非磁性層
８０５を形成することができる。

【００８６】第１強磁性層８０６及び第２強磁性層８０
７は第１主強磁性層８１４を構成し、第３強磁性層８１
１及び第４強磁性層８１２は第２主強磁性層８１５を構
成する。また、第１主強磁性層８１４及び第１界面強磁
性層８０８は第１フリー磁性層８１６を構成し、第２主
強磁性層８１５及び第２界面強磁性層８１０は第２フリ
ー磁性層８１７を構成する。第１フリー磁性層８１６と
第２フリー磁性層８１７の磁気モーメントの方向は、非
磁性中間層８０９を介した反強磁性的交換結合作用によ
り、互いに反平行となるように磁気カップリングされ、
フリー磁性層として機能する。第１フリー磁性層８１
６、非磁性中間層８０９、及び第２フリー磁性層８１７
がフリー磁性層８１８を構成する。ピンド磁性層８０
４、非磁性層８０５、及びフリー磁性層８１８が磁気抵
抗効果部８１９を構成し、外部磁場の変化により抵抗変
化して、磁気抵抗効果を発現する。

【００８７】次に、本第４実施形態の磁気抵抗効果素子
の作製方法について説明する。先ず、基板８００上に、
第１バッファー層８０１、下地電極層８０２、第２バッ
ファー層８０３を成膜する。下地電極層８０２上部の凹
凸が激しい場合には、ここで膜表面にイオンビーム照射
等の表面平坦化処理を行うと良い。続いて、ピンド磁性
層８０４、非磁性層８０５を成膜する。更にその上に、
第１強磁性層８０６、第２強磁性層８０７、第１界面強
磁性層８０８、非磁性中間層８０９、第２界面強磁性層
８１０、第３強磁性層８１１、第４強磁性層８１２及び
キャップ層８１３を成膜する。これにより、本第４実施
形態の磁気抵抗効果素子の多層薄膜構造が得られる。

【００８８】なお、本発明の効果は、ピンド磁性層８０
４とフリー磁性層８１８の絶対的な位置関係（成膜順
序）とは相関がなく、磁気抵抗効果部８１９に関して
は、全体的に上下逆転した構造（全体的に逆転させた成
膜順序）としてもかまわない。

【００８９】得られた多層薄膜に対して、以下に示す加
工方法により加工すると、本発明の第４実施形態の磁気
抵抗効果素子が得られる。

【００９０】先ず、光学露光又は電子線露光技術によ
り、得られた多層薄膜上に、下地電極形状を規定するレ
ジストを作製し、イオンミリング又はケミカルエッチン
グ技術を使用して、得られた多層薄膜の全層を目的の下
地電極形状へと加工する。なお、磁気抵抗効果素子がス
ピンバルブ型ＧＭＲ素子の場合には下地電極層８０２は
特には必要なく、この下地電極形状加工工程も特には必
要がない。

【００９１】続いて、光学露光又は電子線露光技術を用
い、素子形状及び素子サイズを規定するレジストを作製
し、イオンミリング又はケミカルエッチング技術を使用
して、下地電極形状へ加工された多層膜の磁気抵抗効果
部８１９及びキャップ層８１３を目的の素子形状及び素
子サイズへと加工する。

【００９２】その後、電極間絶縁層による被覆を行った
後、上部電極を形成することにより、第４実施形態の磁
気抵抗効果素子が完成する。

【００９３】以上は、前記第１主強磁性層及び前記第２
主強磁性層の双方が２層の磁性層よりなる場合の例であ
るが、前記第１主強磁性層、前記第２主強磁性層のうち
の一方が第３実施形態と同様の１層構造でもかまわな
い。また、前記第１主強磁性層のうちの少なくとも１層
以上をＮｉ又はＮｉ合金により構成し、前記第１主強磁
性層のうちのＮｉ又はＮｉ合金よりなる層の合計膜厚を
前記第１強磁性層の膜厚の６０％以上とすれば、前記第
１主強磁性層が３層以上の磁性層よりなる構造でも良
い。同様に、前記第２主強磁性層のうちの少なくとも１
層以上をＮｉ又はＮｉ合金により構成し、前記第２主強
磁性層のうちのＮｉ又はＮｉ合金よりなる層の合計膜厚
を前記第２強磁性層の膜厚の６０％以上とすれば、前記
第２主強磁性層が３層以上の磁性層よりなる構造でも良
い。

【００９４】なお、前記第１主強磁性層又は前記第２主
強磁性層のうちのＮｉ又はＮｉ合金によりなる層以外の
層の材料は、磁性材料であれば特に制限は無いが、何ら
かの他の効果を持つ層であればさらに良い。

【００９５】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る積層フェリ型磁
性薄膜を作製し、その磁気特性を評価した結果について
説明する。

【００９６】「第１実施例」第１実施例の積層フェリ型
磁性薄膜は、図７に示すように、熱酸化シリコン基板５
００／第１Ｔａ層５０１／第１ＮｉＦｅ層５０２／第１
ＣｏＦｅ層５０３／Ｒｕ層５０４／第２ＣｏＦｅ層５０
５／第２ＮｉＦｅ層５０６／第２Ｔａ層５０７の積層構
造を有する。ＮｉＦｅ層及びＣｏＦｅ層の組成は、夫々
Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２（Ｎｉ組成８０原子％）、Ｃｏ
_０．９Ｆｅ_０．１（Ｃｏ組成９０原子％）である。各層
の膜厚は、図中に示したとおり、第１Ｔａ層５０１が
１．５ｎｍ、第１ＮｉＦｅ層５０２が６ｎｍ、第１Ｃｏ
Ｆｅ層５０３が０．５ｎｍ、Ｒｕ層５０４が１ｎｍ、第
２ＣｏＦｅ層５０５が０．５ｎｍ、第２ＮｉＦｅ層５０
６が６ｎｍ、第２Ｔａ層５０７が３ｎｍである。第１実
施例は、第１実施形態の基板３００として、熱酸化シリ
コン基板５００を、バッファー層３０１及びキャップ層
３０７として夫々Ｔａ層５０１，５０７を、第１主強磁
性層３０２及び第２主強磁性層３０６として夫々ＮｉＦ
ｅ層５０２，５０６を、第１界面強磁性層３０３及び第
２界面強磁性層３０５として夫々ＣｏＦｅ層５０３，５
０５を、非磁性中間層３０４としてＲｕ層５０４を夫々
使用したものである。

【００９７】第１ＮｉＦｅ層５０２及び第１ＣｏＦｅ層
５０３は第１強磁性層５０８を構成し、第２ＮｉＦｅ層
５０６及び第２ＣｏＦｅ層５０５は第２強磁性層５０９
を構成する。第１強磁性層５０８と第２強磁性層５０９
の磁気モーメントの方向は、Ｒｕ層５０４を介した反強
磁性的交換結合作用により、互いに反平行となるように
磁気カップリングされる。実施例１の積層フェリ型磁性
薄膜は、第１強磁性層５０８と第２強磁性層５０９の各
膜厚（磁気モーメント）を同一としたタイプであり、第
１強磁性層５０８と第２強磁性層５０９との間に働く反
強磁性的交換結合の大きさを評価するのに最も適した構
造である。

【００９８】次に、この製造方法について説明する。先
ず、熱酸化シリコン基板５００上に、１．５ｎｍ厚の第
１Ｔａ層５０１を成膜した。続いて、６ｎｍ厚の第１Ｎ
ｉＦｅ層５０２、０．５ｎｍ厚の第１ＣｏＦｅ層５０
３、１ｎｍ厚のＲｕ層５０４、０．５ｎｍ厚の第２Ｃｏ
Ｆｅ層５０５、６ｎｍ厚の第２ＮｉＦｅ層５０６を成膜
した。更に、その上に３ｎｍ厚の第２Ｔａ層５０７を成
膜し、本発明の実施例１の積層フェリ型磁性薄膜を完成
させた。

【００９９】使用した薄膜形成装置は、直径２インチの
スパッタターゲットを８基備えるＤＣマグネトロンスパ
ッタ装置である。成膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒ
ｒ、スパッタ時のアルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとし
た。

【０１００】このようにして作製した積層フェリ型磁性
薄膜を、１ｃｍ×１ｃｍの大きさに切り出し、振動試料
型磁力計によりその磁気特性を評価した。

【０１０１】図８は、第１実施例の積層フェリ型磁性薄
膜の磁化曲線である。同図は外部磁場（横軸）の変化に
対する単位膜面積あたりの磁気モーメント（縦軸）の変
化を示している。外部磁場は−３９５０００Ａ／ｍ（−
５０００(Oe)）から３９５０００Ａ／ｍ（５０００(O
e)）までを往復走査させたものである。

【０１０２】この図８から、本発明の積層フェリ型磁性
薄膜においては、低磁場における磁気的膜厚の低減効果
を確認することができる。図８においては、外部磁場が
ゼロのとき、単位膜面積あたりの磁気モーメントは０
Ｔ・ｎｍである。これは、第１強磁性層５０８と第２強
磁性層５０９との間に働く反強磁性的交換結合により、
両者の磁気モーメントの方向が互いに反平行となり、本
実施例においては、第１強磁性層５０８と第２強磁性層
５０９との磁気モーメントが等しいために、その大きさ
が完全に相殺された状態を示している。

【０１０３】また、外部磁場が２４４９００Ａ／ｍ（３
１００(Oe)）（＝飽和磁場（Ｈ_Ｓ））以上においては、
単位膜面積あたりの磁気モーメントは一定値となる。こ
れは、第１強磁性層５０８と第２強磁性層５０９との間
に働く反強磁性的交換結合に打ち勝つ大きな外部磁場が
印加され、第１強磁性層５０８及び第２強磁性層５０９
の向きが完全に同一方向（磁場印加方向）に揃えられて
いる状態（磁気飽和状態）である。磁気飽和状態におけ
る単位膜面積あたりの磁気モーメントが１１．４ Ｔ・
ｎｍであることから、第１強磁性層５０８及び第２強磁
性層５０９の各単位膜面積あたりの飽和磁気モーメント
（Ｍ）は５．７ Ｔ・ｎｍであることがわかる。

【０１０４】前述の各強磁性層膜厚が等しい場合の反強
磁性的交換結合エネルギー（Ｊ）と飽和磁場（Ｈ_Ｓ）と
の関係式（Ｊ＝Ｈ_Ｓ×Ｍ_Ｓ×ｔ／２）において、Ｍ_Ｓ×
ｔは各強磁性層の単位膜面積あたりの飽和磁気モーメン
トを表す。従って、本実施例の積層フェリ型磁性薄膜の
反強磁性的交換結合エネルギー（Ｊ）は、飽和磁場（Ｈ
_Ｓ）、及び前記単位膜面積あたりの飽和磁気モーメント
（Ｍ）を使用して、Ｊ＝Ｈ_Ｓ×Ｍ／２ により算出でき
る。

【０１０５】この関係式より求めた第１実施例の積層フ
ェリ型磁性薄膜における強磁性層間の反強磁性的交換結
合エネルギーは７×１０^−４Ｊ／ｍ^２（０．７ｅｒｇ／
ｃｍ ^２）であった。

【０１０６】なお、第１界面強磁性層及び第２界面強磁
性層の材料としてＣｏ、Ｃｏ−Ｐｔ、及びＣｏ−Ｃｒを
使用した積層フェリ型磁性薄膜においても、同様の効果
が得られた。但し、その反強磁性的交換結合エネルギー
は、Ｒｕ膜厚が１ｎｍのとき、５×１０^−４〜６×１０
^−４Ｊ／ｍ^２（０．５〜０．６ｅｒｇ／ｃｍ^２）であ
り、ＣｏＦｅを使用した場合に比べるとやや小さかっ
た。

【０１０７】また、第１界面強磁性層及び第２界面強磁
性層の材料としてＣｏＦｅを使用した積層フェリ型磁性
薄膜においては、ＣｏＦｅの組成によらず、Ｒｕ膜厚１
ｎｍで４×１０^−４〜７×１０^−４Ｊ／ｍ^２（０．４〜
０．７ｅｒｇ／ｃｍ^２）の大きな反強磁性的交換結合エ
ネルギーが得られたが、Ｃｏ組成が７５原子％以上のと
き、特に大きな反強磁性的交換結合エネルギー（６×１
０^−４Ｊ／ｍ^２（０．６ｅｒｇ／ｃｍ^２）以上）が得ら
れた。

【０１０８】「第１比較例」第１実施例に対する第１比
較例として、ＣｏＦｅを使用した従来の積層フェリ型磁
性薄膜を作製し、その磁気特性を評価した。

【０１０９】第１比較例の積層フェリ型磁性薄膜は、図
９に示すように、熱酸化シリコン基板７００／第１Ｔａ
層７０１／第１ＣｏＦｅ層７０２／Ｒｕ層７０３／第２
ＣｏＦｅ層７０４／第２Ｔａ層７０５の積層構造を有す
る。使用したＮｉＦｅ層及びＣｏＦｅ層の組成は夫々Ｎ
ｉ_０．８Ｆｅ_０．２（Ｎｉ組成８０原子％）及びＣｏ
_０．９Ｆｅ_０．１（Ｃｏ組成９０原子％）である。各層
の膜厚は、図中にも示したとおり、第１Ｔａ層７０１が
１．５ｎｍ、第１ＣｏＦｅ層７０２が４ｎｍ、Ｒｕ層７
０３が１ｎｍ、第２ＣｏＦｅ層７０４が４ｎｍ、第２Ｔ
ａ層７０５が３ｎｍである。基板として熱酸化シリコン
基板を、バッファー層及びキャップ層としてＴａを、強
磁性層としてＣｏＦｅを、非磁性中間層としてＲｕを使
用したタイプの従来の積層フェリ型磁性薄膜である。

【０１１０】第１ＣｏＦｅ層７０２と第２ＣｏＦｅ層７
０４の磁気モーメントの方向は、Ｒｕ層７０３を介した
反強磁性的交換結合作用により、互いに反平行となるよ
うに磁気カップリングされる。第１比較例の積層フェリ
型磁性薄膜は、第１ＣｏＦｅ層７０２と第２ＣｏＦｅ層
７０４の膜厚（磁気モーメント）を同一としたタイプで
あり、第１ＣｏＦｅ層７０２と第２ＣｏＦｅ層７０４の
間に働く反強磁性的交換結合の大きさを評価するのに最
も適した構造である。

【０１１１】次に、この積層フェリ型磁性薄膜の成膜方
法について説明する。先ず、熱酸化シリコン基板７００
上に、１．５ｎｍ厚の第１Ｔａ層７０１を成膜した。続
いて、４ｎｍ厚の第１ＣｏＦｅ層７０２、１ｎｍ厚のＲ
ｕ層７０３、４ｎｍ厚の第２ＣｏＦｅ層７０４を成膜し
た。更に、その上に３ｎｍ厚の第２Ｔａ層７０５を成膜
し、比較例１の積層フェリ型磁性薄膜を完成させた。

【０１１２】使用した薄膜形成装置は、第１実施例に使
用したものと同一の直径２インチのスパッタターゲット
を８基備えるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。成
膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒｒ、スパッタ時のア
ルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとした。

【０１１３】このように作製した第１比較例の積層フェ
リ型磁性薄膜を、１ｃｍ×１ｃｍの大きさに切り出し、
振動試料型磁力計によりその磁気特性を評価した。

【０１１４】図１０は、第１比較例の積層フェリ型磁性
薄膜の磁化曲線である。同図は外部磁場（横軸）の変化
に対する単位膜面積あたりの磁気モーメント（縦軸）の
変化を示している。外部磁場は−３９５０００Ａ／ｍ
（−５０００(Oe)）から３９５０００Ａ／ｍ（５０００
(Oe)）までを往復走査させた。

【０１１５】同図から、第１実施例の場合と同様に、第
１比較例の積層フェリ型磁性薄膜の低磁場における磁気
的膜厚の低減効果を確認することができる。図１０にお
いては、外部磁場がゼロのとき、単位膜面積あたりの磁
気モーメントは０ Ｔ・ｎｍである。これは、第１Ｃｏ
Ｆｅ層７０２と第２ＣｏＦｅ層７０４との間に働く反強
磁性的交換結合により、両者の磁気モーメントの方向が
互いに反平行となり、本第１比較例においては、第１Ｃ
ｏＦｅ層７０２と第２ＣｏＦｅ層７０４の磁気モーメン
トが等しいために、その大きさが完全に相殺された状態
を示している。

【０１１６】また、外部磁場が２４４９００Ａ／ｍ（３
１００(Oe)）（＝飽和磁場（Ｈ_Ｓ））以上においては、
単位膜面積あたりの磁気モーメントは一定値となる。こ
れは、第１ＣｏＦｅ層７０２と第２ＣｏＦｅ層７０４の
間に働く反強磁性的交換結合に打ち勝つ大きな外部磁場
が印加され、第１ＣｏＦｅ層７０２及び第２ＣｏＦｅ層
７０４の向きが完全に同一方向（磁場印加方向）に揃え
られている状態（磁気飽和状態）である。磁気飽和状態
における単位膜面積あたりの磁気モーメントが１１．４
Ｔ・ｎｍであることから、第１ＣｏＦｅ層７０２及び第
２ＣｏＦｅ層７０４の各単位膜面積あたりの飽和磁気モ
ーメント（Ｍ）は５．７Ｔ・ｎｍであることがわかる。

【０１１７】第１実施例の場合と同様に、第１比較例の
積層フェリ型磁性薄膜の反強磁性的交換結合エネルギー
（Ｊ）は、飽和磁場（Ｈ_Ｓ）及び飽和時の各強磁性層の
単位膜面積あたりの磁気モーメント（Ｍ）を使用して、
Ｊ＝Ｈ_Ｓ×Ｍ／２により算出できる。この関係式より求
めた第１比較例の積層フェリ型磁性薄膜における強磁性
層間の反強磁性的交換結合エネルギーは７×１０^−４Ｊ
／ｍ^２（０．７ｅｒｇ／ｃｍ^２）であった。

【０１１８】第１実施例の積層フェリ型磁性薄膜の特性
を、第１比較例のそれと比較する。両者の反強磁性的交
換結合エネルギーは全く同一（７×１０^−４Ｊ／ｍ
^２（０．７ｅｒｇ／ｃｍ^２））である。第１実施例の積
層フェリ型磁性薄膜の反強磁性的交換結合強度は、Ｃｏ
Ｆｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ系と同等に強力なものであるとい
える。図１によると、ＮｉＦｅ／Ｒｕ／ＮｉＦｅ系の反
強磁性的交換結合エネルギーは、Ｒｕ膜厚が１ｎｍのと
き、約５×１０^−５Ｊ／ｍ^２（０．０５ｅｒｇ／ｃ
ｍ^２）であり、第１実施例の結合強度（７×１０^−４Ｊ
／ｍ^２（０．７ｅｒｇ／ｃｍ^２））は生じ得ない。第１
実施例の積層フェリ型磁性薄膜においては、Ｒｕ界面に
おける０．５ｎｍ厚のＣｏＦｅ（第１界面強磁性層及び
第２界面強磁性層）がその磁気結合を担っていると言え
る。また、第１実施例及び第１比較例の積層フェリ型磁
性薄膜においては、Ｒｕ膜厚が１ｎｍと厚めの膜厚にお
いても充分な磁気結合が得られている。これは、両者と
もに、精密なＲｕ膜厚の制御を必要としない（Ｒｕ膜厚
に対するマージンの大きい）Ｃｏ系磁気結合の長所を備
えていることを示している。

【０１１９】なお、第１実施例では非磁性中間層の材料
としてＲｕを使用したが、Ｒｕと同等の大きな反強磁性
的交換結合エネルギーを与えるＲｈ、Ｉｒ、又はＣｕを
非磁性中間層材料として使用しても、同様の効果が得ら
れることはいうまでもない。

【０１２０】「第２実施例」第１実施例と同様な構造を
持つ積層フェリ型磁性薄膜において、界面強磁性層（Ｃ
ｏＦｅ）の膜厚を変化させた複数のサンプルを作製し、
第１及び第２界面強磁性層にＣｏＦｅを使用した場合の
その膜厚と本発明の効果との関係を調べた。使用したＮ
ｉＦｅ及びＣｏＦｅの組成は夫々Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２
（Ｎｉ組成８０原子％）、Ｃｏ_０．９Ｆｅ_０．１（Ｃｏ
組成９０原子％）である。

【０１２１】第２実施例の積層フェリ型磁性薄膜の構造
は、第１実施例と同じく、第１実施形態に記載の基板３
００として熱酸化シリコン基板を、バッファー層３０１
及びキャップ層３０７としてＴａを、第１主強磁性層３
０２及び第２主強磁性層３０６としてＮｉＦｅを、第１
界面強磁性層３０３及び第２界面強磁性層３０５として
ＣｏＦｅを、非磁性中間層３０４としてＲｕを使用した
ものである。但し、第１主強磁性層３０２及び第２主強
磁性層３０６の膜厚、及び第１界面強磁性層３０３及び
第２界面強磁性層３０５の膜厚が第１実施例のそれとは
異なる。

【０１２２】本実施例の作製サンプルの膜構造は下記表
１のとおりである。括弧内の数字は各層の膜厚（ｎｍ）
を示す。

【０１２３】

【表１】

【０１２４】作製方法も実施例１とほぼ同様である。ま
ず、熱酸化シリコン基板上に１．５ｎｍ厚のＴａ層、目
的厚のＮｉＦｅ層、目的厚のＣｏＦｅ層を成膜し、続い
て１ｎｍ厚のＲｕ層、目的厚のＣｏＦｅ層、目的厚のＮ
ｉＦｅ層を成膜した。さらにその上に３ｎｍ厚のＴａ層
を成膜し、本発明の実施例２の積層フェリ型磁性薄膜の
基本構造を完成させた。

【０１２５】使用した薄膜形成装置は、実施例１に使用
したものと同一の、直径２インチのスパッタターゲット
を８基備えるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。成
膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒｒ、スパッタ時のア
ルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとした。

【０１２６】このようにして作製した第２実施例の積層
フェリ型磁性薄膜を、１ｃｍ×１ｃｍの大きさに切り出
し、振動試料型磁力計によりその磁気特性を評価し、実
施例１の場合と同様にその飽和磁場（Ｈ_Ｓ）及び第１強
磁性層３０８及び第２強磁性層３０９の単位膜面積あた
りの飽和磁気モーメント（Ｍ_Ｓ×ｔ）を求めた。更に、
第１実施例の場合と同様に、Ｊ＝Ｈ_Ｓ×（Ｍ_Ｓ×ｔ）／
２の関係式を使用して、各サンプルにおける反強磁性的
交換結合エネルギーの大きさを算出した。

【０１２７】図１１は、このようにして求めた第２実施
例の積層フェリ型磁性薄膜の界面強磁性層（ＣｏＦｅ）
膜厚と反強磁性的交換結合エネルギーとの関係を示す。
なお、図１１には、参考のため、ＣｏＦｅ膜厚＝０．５
ｎｍに相当する第１実施例の積層フェリ型磁性薄膜のプ
ロット点及びＣｏＦｅ膜厚＝０ｎｍに相当する基板／Ｔ
ａ（１．５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（７ｎｍ）／Ｒｕ（１ｎ
ｍ）／ＮｉＦｅ（７ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）のプロット
点を併記してある。

【０１２８】図１１より、本発明においてはその界面強
磁性層（ＣｏＦｅ）の膜厚が０．１ｎｍ以上のときにそ
の効果が現れ、強磁性層間の反強磁性的交換結合が強固
かつＲｕ膜厚に対するマージンが大きなものとなること
がわかる。なお、界面強磁性層（ＣｏＦｅ）膜厚が０．
３ｎｍ以上のとき反強磁性的交換結合エネルギーは７×
１０^−４Ｊ／ｍ^２（０．７ｅｒｇ／ｃｍ^２）であり、そ
の強度及びＲｕ膜厚に対するマージンはＣｏＦｅ／Ｒｕ
／ＣｏＦｅ系のそれとまったく同一となる。

【０１２９】また、同図より、本発明を用いない場合
（ＣｏＦｅ膜厚＝０ｎｍ）の結合強度は６×１０^−５Ｊ
／ｍ^２（０．０６ｅｒｇ／ｃｍ^２）と極めて小さく、Ｎ
ｉＦｅ／Ｒｕ／ＮｉＦｅ系カップリングは結合強度が小
さくＲｕ膜厚に対するマージンが狭いことがわかる。

【０１３０】なお、第１界面強磁性層及び第２界面強磁
性層の材料としてＣｏ、Ｃｏ−Ｐｔ及びＣｏ−Ｃｒを使
用した積層フェリ型磁性薄膜においても、本発明の効果
を得るためには、少なくとも０．１ｎｍ以上の第１界面
強磁性層及び第２界面強磁性層膜厚が必要であった。

【０１３１】「第３実施例」本発明の第１実施形態の一
実施例（第３実施例）として、積層フェリ型磁性薄膜を
作製し、その磁気特性を評価した。この第３実施例の積
層フェリ型磁性薄膜は、図１２に示すように、熱酸化シ
リコン基板１００／第１Ｔａ層１０１／第１ＮｉＦｅ層
１０２／第１ＣｏＦｅ層１０３／Ｒｕ層１０４／第２Ｃ
ｏＦｅ層１０５／第２ＮｉＦｅ層１０６／第２Ｔａ層１
０７の積層構造を有する。使用したＮｉＦｅ及びＣｏＦ
ｅの組成は夫々Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２（Ｎｉ組成８０原
子％）、Ｃｏ_０．９Ｆｅ_０．１（Ｃｏ組成９０原子％）
である。

【０１３２】各層の膜厚は、図中にも示したとおり、第
１Ｔａ層１０１が１．５ｎｍ、第１ＮｉＦｅ層１０２が
６ｎｍ、第１ＣｏＦｅ層１０３が０．５ｎｍ、Ｒｕ層１
０４が１ｎｍ、第２ＣｏＦｅ層１０５が０．５ｎｍ、第
２ＮｉＦｅ層１０６が４ｎｍ、第２Ｔａ層１０７が３ｎ
ｍである。第１実施形態に記載の基板３００として熱酸
化シリコン基板１００を、バッファー層３０１及びキャ
ップ層３０７としてＴａ１０１，１０７を、第１主強磁
性層３０２及び第２主強磁性層３０６としてＮｉＦｅ層
１０２、１０６を、第１界面強磁性層３０３及び第２界
面強磁性層３０５としてＣｏＦｅ層１０３、１０５を、
非磁性中間層３０４としてＲｕ層１０４を使用した。

【０１３３】第１ＮｉＦｅ層１０２及び第１ＣｏＦｅ層
１０３は第１強磁性層１０８を構成し、第２ＮｉＦｅ層
１０６及び第２ＣｏＦｅ層１０５は第２強磁性層１０９
を構成する。第１強磁性層１０８と第２強磁性層１０９
の磁気モーメントの方向は、Ｒｕ層１０４を介した反強
磁性的交換結合作用により、互いに反平行となるように
磁気カップリングされる。第１実施例又は第２実施例と
は異なり、第３実施例の積層フェリ型磁性薄膜は、第１
強磁性層１０８と第２強磁性層１０９の磁気モーメント
に差を設けてある。これは、低磁場において、第１強磁
性層１０８と第２強磁性層１０９が磁気カップリングし
たまま、積層フェリ型磁性薄膜全体が磁化反転する際の
磁気特性を評価するのに適した構造である。

【０１３４】先ず、熱酸化シリコン基板１００上に１．
５ｎｍ厚の第１Ｔａ層１０１を成膜した。続いて、６ｎ
ｍ厚の第１ＮｉＦｅ層１０２、０．５ｎｍ厚の第１Ｃｏ
Ｆｅ層１０３、１ｎｍ厚のＲｕ層１０４、０．５ｎｍ厚
の第２ＣｏＦｅ層１０５、４ｎｍ厚の第２ＮｉＦｅ層１
０６を成膜した。更に、その上に、３ｎｍ厚の第２Ｔａ
層１０７を成膜することにより、本第３実施例の積層フ
ェリ型磁性薄膜が完成された。

【０１３５】使用した薄膜形成装置は、第１実施例に使
用したものと同一の直径２インチのスパッタターゲット
を８基備えるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。成
膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒｒ、スパッタ時のア
ルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとした。

【０１３６】このようにして製造した本実施例の積層フ
ェリ型磁性薄膜を、１ｃｍ×１ｃｍの大きさに切り出
し、振動試料型磁力計によりその磁気特性を評価した。

【０１３７】図１３は、この第３実施例の積層フェリ型
磁性薄膜の磁化曲線である。同図は外部磁場（横軸）の
変化に対する単位膜面積あたりの磁気モーメント（縦
軸）の変化を示している。外部磁場は−１５８Ａ／ｍ
（−２(Oe)）から１５８Ａ／ｍ（２（Oe））までを往復
走査させた。この磁場走査範囲においては、積層フェリ
の反強磁性的カップリングは未飽和である。なお、別
途、本実施例の積層フェリ型磁性薄膜の飽和磁場が３１
６０００Ａ／ｍ（４０００(Oe)）であることを測定し
た。また、そのときの単位膜面積あたりの磁気モーメン
トは１０Ｔ・ｎｍであることも確認されている。

【０１３８】同図からも、本発明の積層フェリ型磁性薄
膜の低磁場における磁気的膜厚の低減効果を確認するこ
とができる。即ち、図１３においては、外部磁場がゼロ
のときの単位膜面積あたりの磁気モーメントは２Ｔ・ｎ
ｍである。これは、第１強磁性層１０８と第２強磁性層
１０９の間に働く反強磁性的交換結合により、両者の磁
気モーメントの方向が互いに反平行となり、その磁気モ
ーメントの大きさが部分的に相殺された状態を示してい
る。本実施例においては、第１強磁性層１０８と第２強
磁性層１０９の磁気的膜厚にＮｉＦｅで２ｎｍ分の差を
設けてある。ＮｉＦｅの飽和磁化（Ｍ_Ｓ）は約１Ｔであ
るので、外部磁場がゼロのときに観察される２Ｔ・ｎｍ
の単位膜面積あたりの磁気モーメントは、設計した磁気
的膜厚差と完全に一致する。同図中に見られるヒステリ
シスは、第１強磁性層１０８と第２強磁性層１０９が反
強磁性的に磁気カップリングしたまま積層フェリ型磁性
薄膜全体が磁化反転していることを示している。

【０１３９】また、その反転保磁力（本明細書では差分
磁化反転保磁力（Ｈ_Ｃ）という）及び反転終了磁界は、
約７９Ａ／ｍ（１(Oe)）と極めて小さく、本実施例の積
層フェリ型磁性薄膜は磁気抵抗効果素子のフリー磁性層
として充分に好適で、優れた軟磁気特性を持つことがわ
かる。

【０１４０】「第２比較例」第３実施例に対する比較例
として、ＣｏＦｅを使用した従来の積層フェリ型磁性薄
膜を作製し、その磁気特性を評価した。この第２比較例
の積層フェリ型磁性薄膜は、図１４に示すように、熱酸
化シリコン基板１２０／第１Ｔａ層１２１／第１ＣｏＦ
ｅ層１２２／Ｒｕ層１２３／第２ＣｏＦｅ層１２４／第
２Ｔａ層１２５の積層構造を有する。使用したＮｉＦｅ
及びＣｏＦｅの組成は夫々Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２（Ｎｉ
組成８０原子％）、Ｃｏ_０．９Ｆｅ_０．１（Ｃｏ組成９
０原子％）である。各層の膜厚は、図中にも示したとお
り、第１Ｔａ層１２１が１．５ｎｍ、第１ＣｏＦｅ層１
２２が４ｎｍ、Ｒｕ層１２３が１ｎｍ、第２ＣｏＦｅ層
１２４が３ｎｍ、第２Ｔａ層１２５が３ｎｍである。こ
の第２比較例の積層フェリ型磁性薄膜は、基板として熱
酸化シリコン基板を、バッファー層及びキャップ層とし
てＴａを、強磁性層としてＣｏＦｅを、非磁性中間層と
してＲｕを使用したものである。

【０１４１】第１ＣｏＦｅ層１２２と第２ＣｏＦｅ層１
２４の磁気モーメントの方向は、Ｒｕ層１２３を介した
反強磁性的交換結合作用により、互いに反平行となるよ
うに磁気カップリングされる。第１比較例とは異なり、
第２比較例の積層フェリ型磁性薄膜は、第１ＣｏＦｅ層
１２２と第２ＣｏＦｅ層１２４の磁気モーメントに差を
設けたタイプであり、低磁場において第１ＣｏＦｅ層１
２２と第２ＣｏＦｅ層１２４が磁気カップリングしたま
ま積層フェリ型磁性薄膜全体が磁化反転する際の磁気特
性を評価するのに適した構造である。

【０１４２】この積層フェリ型磁性薄膜の形成方法につ
いて説明する。先ず、熱酸化シリコン基板１２０上に
１．５ｎｍ厚の第１Ｔａ層１２１を成膜した。続いて、
４ｎｍ厚の第１ＣｏＦｅ層１２２、１ｎｍ厚のＲｕ層１
２３、３ｎｍ厚の第２ＣｏＦｅ層１２４を成膜した。更
に、その上に、３ｎｍ厚の第２Ｔａ層１２５を成膜し、
第２比較例の積層フェリ型磁性薄膜を完成させた。

【０１４３】使用した薄膜形成装置は、第１実施例に使
用したものと同一の直径２インチのスパッタターゲット
を８基備えるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。成
膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒｒ、スパッタ時のア
ルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとした。

【０１４４】このようにして作製した第２比較例の積層
フェリ型磁性薄膜を、１ｃｍ×１ｃｍの大きさに切り出
し、振動試料型磁力計によりその磁気特性を評価した。

【０１４５】図１５は、第２比較例の積層フェリ型磁性
薄膜の磁化曲線である。同図は外部磁場（横軸）の変化
に対する、単位膜面積あたりの磁気モーメント（縦軸）
の変化を示している。外部磁場は−７９０００Ａ／ｍ
（−１０００(Oe)）から７９０００Ａ／ｍ（１０００(O
e)）までを往復走査させた。この磁場走査範囲において
は積層フェリの反強磁性的カップリングは未飽和であ
る。別途の測定により、本第２比較例の積層フェリ型磁
性薄膜の飽和磁場は３１６０００Ａ／ｍ（４０００(O
e)）、またそのときの単位膜面積あたりの磁気モーメン
トは９．９ Ｔ・ｎｍであることを確認している。

【０１４６】同図からも、第３実施例と同様の低磁場に
おける磁気的膜厚の低減効果を確認することができる。
即ち、図１５においては、外部磁場がゼロの時の単位膜
面積あたりの磁気モーメントは約２Ｔ・ｎｍである。こ
れは、第１ＣｏＦｅ層１２２と第２ＣｏＦｅ層１２４と
の間に働く反強磁性的交換結合により、両者の磁気モー
メントの方向が互いに反平行となり、その磁気モーメン
トの大きさが部分的に相殺された状態を示している。本
第２比較例においては、第１ＣｏＦｅ層１２２と第２Ｃ
ｏＦｅ層１２４の磁気的膜厚にＣｏＦｅで１ｎｍ分の差
を設けてある。ＣｏＦｅの飽和磁化（Ｍ_Ｓ）は約２Ｔで
あるので、外部磁場がゼロのときに観察される２Ｔ・ｎ
ｍの単位膜面積あたりの磁気モーメントは設計した磁気
的膜厚差に一致する。同図中にみられるヒステリシス
は、第１ＣｏＦｅ層１２２と第２ＣｏＦｅ層１２４とが
反強磁性的に磁気カップリングしたまま、積層フェリ型
磁性薄膜全体が磁化反転していることを示している。

【０１４７】しかしながら、その反転保磁力は１９７５
０Ａ／ｍ（２５０(Oe)）、また反転終了磁界は約３９５
００Ａ／ｍ（５００(Oe)）と極めて大きい。磁化反転に
必要な磁場が大きすぎるため、本第２比較例の積層フェ
リ型磁性薄膜は磁気抵抗効果素子のフリー磁性層として
は全く適さない。

【０１４８】第１実施例と第１比較例の比較、及び第２
実施例と第２比較例との比較により、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／
ＣｏＦｅ系の積層フェリ型磁性薄膜は強固でＲｕ膜厚に
対するマージンが広い反強磁性的磁気結合を有するが、
差分磁化反転時の軟磁気特性に劣ること、そして、本発
明の積層フェリ型磁性薄膜は強固でＲｕ膜厚に対するマ
ージンの広い反強磁性的磁気結合及び差分磁化反転時の
軟磁気特性の双方を同時に実現できることがわかる。

【０１４９】「第４実施例」第３実施例と同様な構造を
持つ本発明の積層フェリ型磁性薄膜において、主強磁性
層（ＮｉＦｅ）と界面強磁性層（ＣｏＦｅ）との比を変
化させた複数のサンプルを作製し、ＮｉＦｅの占める割
合と発明効果（軟磁気特性）との関係を調べた。この第
４実施例の積層フェリ型磁性薄膜の構造は、第３実施例
と同じく、第１実施形態の基板３００として熱酸化シリ
コン基板を、バッファー層３０１及びキャップ層３０７
としてＴａを、第１主強磁性層３０２及び第２主強磁性
層３０６としてＮｉＦｅを、第１界面強磁性層３０３及
び第２界面強磁性層３０５としてＣｏＦｅを、非磁性中
間層３０４としてＲｕを使用したタイプのものである。
但し、第１主強磁性層３０２及び第２主強磁性層３０６
の膜厚、及び第１界面強磁性層３０３及び第２界面強磁
性層３０５の膜厚が第３実施例のそれとは異なる。

【０１５０】本第４実施例の作製サンプルの膜構造は下
記表２に示すとおりである。括弧内の数字は各層の膜厚
（ｎｍ）を示す。

【０１５１】

【表２】

【０１５２】第１主強磁性層３０２の膜厚を３ｎｍ、第
２主強磁性層３０６の膜厚を２ｎｍとすることで、第１
強磁性層３０８と第２強磁性層３０９の磁気モーメント
に差を設けた。また、第１界面強磁性層３０３及び第２
界面強磁性層３０５の膜厚を０．５ｎｍ〜６ｎｍの範囲
で変化させることにより、各強磁性層における主強磁性
層（ＮｉＦｅ）膜厚の割合を２５〜８６％の範囲で変化
させた。

【０１５３】作製方法も第３実施例とほぼ同様である。
先ず、熱酸化シリコン基板上に１．５ｎｍ厚のＴａ層、
目的厚のＮｉＦｅ層、目的厚のＣｏＦｅ層を成膜し、続
いて１ｎｍ厚のＲｕ層、目的厚のＣｏＦｅ層、目的厚の
ＮｉＦｅ層を成膜した。更に、その上に３ｎｍ厚のＴａ
層を成膜し、本発明の実施例４の積層フェリ型磁性薄膜
を完成させた。

【０１５４】使用した薄膜形成装置は、第１実施例に使
用したものと同一の直径２インチのスパッタターゲット
を８基備えるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。成
膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒｒ、スパッタリング
時のアルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとした。

【０１５５】上記により作製した第４実施例の積層フェ
リ型磁性薄膜を、１ｃｍ×１ｃｍの大きさに切り出し、
振動試料型磁力計によりその磁気特性を評価した。

【０１５６】いずれのサンプルもゼロ磁場近傍におい
て、設計した磁気的膜厚差（NiFe：１ｎｍ）に一致する
大きさ（１Ｔ・ｎｍ）の差分磁化反転が観察された。第
３実施例の場合と同様にして、各サンプルにおける差分
磁化反転保磁力（Ｈ_Ｃ）を評価した。

【０１５７】図１６は、このようにして求めた第４実施
例の積層フェリ型磁性薄膜の各強磁性層における主強磁
性層（ＮｉＦｅ）膜厚の割合と差分磁化反転保磁力（Ｈ
_Ｃ）の関係を示すグラフ図である。

【０１５８】ＮｉＦｅ（主強磁性層材料）の保磁力は７
９Ａ／ｍ（１(Oe)）である。図１６から、第１強磁性層
及び第２強磁性層における各主強磁性層（ＮｉＦｅ）膜
厚の割合が少なくとも６０％以上のとき、本発明の積層
フェリ型磁性薄膜の差分磁化反転保磁力はその主強磁性
層材料の保磁力と同等に小さくなることがわかる。

【０１５９】なお、第１主強磁性層及び第２主強磁性層
の材料として、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｆｅ−
Ｂ、及びＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏを使用した積層フェリ型磁性
薄膜においても、同様の効果が観察され、いずれの場合
も各強磁性層における主強磁性層膜厚の割合を少なくと
も６０％以上としたとき差分磁化反転保磁力は主強磁性
層材料の保磁力と一致した。

【０１６０】本発明の積層フェリ型磁性薄膜は、Ｃｏ系
積層フェリ型磁性薄膜と同等の強固でＲｕ膜厚に対する
マージンが大きな反強磁性的交換結合及びＮｉ系磁性材
料と同等の優れた軟磁気特性の双方を同時に実現するこ
とが可能である。

【０１６１】「第５実施例」本発明の第２実施形態の一
実施例（第５実施例）として、本発明の積層フェリ型磁
性薄膜を作製し、その磁気特性を評価した。この第５実
施例の積層フェリ型磁性薄膜は、図１７に示すように、
熱酸化シリコン基板２００／第１Ｔａ層２０１／第１Ｃ
ｏＦｅ層２０２／第１ＮｉＦｅ層２０３／第２ＣｏＦｅ
層２０４／Ｒｕ層２０５／第３ＣｏＦｅ層２０６／第２
ＮｉＦｅ層２０７／第４ＣｏＦｅ層２０８／第２Ｔａ層
２０９積層構造を有する。第１ＮｉＦｅ層２０３及び第
２ＮｉＦｅ層２０７の組成はＮｉ_０．８Ｆｅ_０．２（Ｎ
ｉ組成８０原子％）である。また、第１ＣｏＦｅ層２０
２及び第４ＣｏＦｅ層２０８の組成はＣｏ_０．３Ｆｅ_０
．７（Ｃｏ組成３０原子％）であり、第２ＣｏＦｅ層２
０４及び第３ＣｏＦｅ層２０６の組成はＣｏ_０．９Ｆｅ
_０．１（Ｃｏ組成９０原子％）である。各層の膜厚は、
図中にも示したとおり、第１Ｔａ層２０１が１．５ｎ
ｍ、第１ＣｏＦｅ層２０２が０．２ｎｍ、第１ＮｉＦｅ
層２０３が５．６ｎｍ、第２ＣｏＦｅ層２０４が０．５
ｎｍ、Ｒｕ層２０５が１ｎｍ、第３ＣｏＦｅ層２０６が
０．５ｎｍ、第２ＮｉＦｅ層２０７が３．６ｎｍ、第４
ＣｏＦｅ層２０８が０．２ｎｍ、第２Ｔａ層２０９が３
ｎｍである。この第５実施例は、第２実施形態の基板６
００として熱酸化シリコン基板を、バッファー層６０１
及びキャップ層６０９としてＴａを、第１強磁性層６０
２及び第４強磁性層６０８としてＣｏ_０．３Ｆｅ_０．７
を、第２強磁性層６０３及び第３強磁性層６０７として
ＮｉＦｅを、第１界面強磁性層６０４及び第２界面強磁
性層６０６としてＣｏ_０．９Ｆｅ_０．１を、非磁性中間
層６０５としてＲｕを使用したものである。

【０１６２】第１ＣｏＦｅ層２０２、第１ＮｉＦｅ層２
０３、第２ＣｏＦｅ層２０４は第１強磁性層２１０を構
成し、第３ＣｏＦｅ層２０６、第２ＮｉＦｅ層２０７、
第４ＣｏＦｅ層２０８は第２強磁性層２１１を構成す
る。第１強磁性層２１０と第２強磁性層２１１の磁気モ
ーメントの方向は、Ｒｕ層２０５を介した反強磁性的交
換結合作用により、互いに反平行となるように磁気カッ
プリングされる。第１強磁性層２１０と第２強磁性層２
１１の磁気モーメントには差を設けた。

【０１６３】先ず、熱酸化シリコン基板２００上に１．
５ｎｍ厚の第１Ｔａ層２０１を成膜した。続いて０．２
ｎｍ厚の第１ＣｏＦｅ層２０２、５．６ｎｍ厚の第１Ｎ
ｉＦｅ層２０３、０．５ｎｍ厚の第２ＣｏＦｅ層２０
４、１ｎｍ厚のＲｕ層２０５、０．５ｎｍ厚の第３Ｃｏ
Ｆｅ層２０６、３．６ｎｍ厚の第２ＮｉＦｅ層２０７、
０．２ｎｍ厚の第４ＣｏＦｅ層２０８を成膜した。更
に、その上に３ｎｍ厚の第２Ｔａ層２０９を成膜し、本
第５実施例の積層フェリ型磁性薄膜を完成させた。

【０１６４】使用した薄膜形成装置は、第１実施例に使
用したものと同一の直径２インチのスパッタターゲット
を８基備えるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。成
膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒｒ、スパッタ時のア
ルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとした。

【０１６５】このようにして作製した本発明の積層フェ
リ型磁性薄膜を、１ｃｍ×１ｃｍの大きさに切り出し、
振動試料型磁力計によりその磁気特性を評価した。

【０１６６】本第５実施例においても、第３実施例と同
様の２ Ｔ・ｎｍ、Ｈ_Ｃ＝７９Ａ／ｍ（１(Oe)）の差分
磁化反転が観察された。本実施例の積層フェリ型磁性薄
膜は磁気抵抗効果素子のフリー磁性層として充分に好適
な優れた軟磁気特性を持つ。更に、本第５実施例の積層
フェリ型磁性薄膜を強磁性トンネル接合素子のフリー磁
性層に使用すると、スピン分極率の高い材料がトンネル
バリアと接するため、素子ＭＲ比も向上する。

【０１６７】なお、本第５実施例においても、差分磁化
反転保磁力（Ｈ_Ｃ）が７９Ａ／ｍ（１(Oe)）となるの
は、第１及び第２強磁性層におけるＮｉＦｅ層膜厚の割
合が６０％以上のときであった。

【０１６８】「第６実施例」本発明の第３実施形態の一
実施例（第６実施例）として、磁気抵抗効果素子を作製
した。本第６実施例は、そのフリー磁性層として本発明
の第１実施形態の積層フェリ型磁性薄膜を使用した強磁
性トンネル接合素子である。第６実施例の強磁性トンネ
ル接合素子は、図１８に示すように、熱酸化シリコン基
板１５０／第１Ｔａ層１５１／Ａｌ層１５２／第２Ｔａ
層１５３／ＩｒＭｎ層１５４／第３ＣｏＦｅ層１５５／
トンネルバリア層１５６／第１ＮｉＦｅ層１５７／第１
ＣｏＦｅ層１５８／Ｒｕ層１５９／第２ＣｏＦｅ層１６
０／第２ＮｉＦｅ層１６１／Ｔａ層（３）１６２の積層
構造を有する。使用したＮｉＦｅ及びＣｏＦｅの組成は
夫々Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２（Ｎｉ組成８０原子％）、Ｃ
ｏ_０．９Ｆｅ_０．１（Ｃｏ組成９０原子％）である。各
層の膜厚は、図中にも示したとおり、第１Ｔａ層１５１
が１．５ｎｍ、Ａｌ層１５２が２０ｎｍ、第２Ｔａ層１
５３が３ｎｍ、ＩｒＭｎ層１５４が１０ｎｍ、第３Ｃｏ
Ｆｅ層１５５が３ｎｍ、第１ＮｉＦｅ層１５７が３．４
ｎｍ、第１ＣｏＦｅ層１５８が０．３ｎｍ、Ｒｕ層１５
９が１ｎｍ、第２ＣｏＦｅ層１６０が０．３ｎｍ、第２
ＮｉＦｅ層１６１が２．４ｎｍ、Ｔａ層（３）１６２が
３ｎｍである。第３実施形態の基板４００として熱酸化
シリコン基板を、下地電極層４０２としてＡｌを、また
第１バッファー層４０１、第２バッファー層４０３、キ
ャップ層４１１には全てＴａを、第１主強磁性層４０６
及び第２主強磁性層４１０としてＮｉＦｅを、第１界面
強磁性層４０７及び第２界面強磁性層４０９としてＣｏ
Ｆｅを、非磁性中間層４０８としてＲｕを使用したタイ
プの構造である。非磁性層４０５は絶縁体のトンネルバ
リア層１５６を使用した。また、ピンド磁性層４０４は
ＩｒＭｎ層１５４／第３ＣｏＦｅ層１５５の２層構造と
し、反強磁性体であるＩｒＭｎ層と組み合わせることで
第３ＣｏＦｅ層の磁化方向を固定するタイプ（交換バイ
アス型）とした。なお、トンネルバリア層１５６はＡｌ
の酸化物を使用した。

【０１６９】第１ＮｉＦｅ層１５７及び第１ＣｏＦｅ層
１５８は第１フリー磁性層１６４を構成し、第２ＮｉＦ
ｅ層１６１及び第２ＣｏＦｅ層１６０は第２フリー磁性
層１６５を構成する。第１フリー磁性層１６４と第２フ
リー磁性層１６５の磁気モーメントの方向は、Ｒｕ層１
５９を介した反強磁性的交換結合作用により、互いに反
平行となるように磁気カップリングされ、フリー磁性層
として機能する。第１フリー磁性層１６４、Ｒｕ層１５
９、第２フリー磁性層１６５の全体がフリー磁性層１６
６となる。第１フリー磁性層１６４と第２フリー磁性層
１６５の磁気モーメントには差を設けた。

【０１７０】先ず、熱酸化シリコン基板１５０上に１．
５ｎｍ厚の第１Ｔａ層１５１、２０ｎｍ厚のＡｌ層１５
２、３ｎｍ厚の第２Ｔａ層１５３、１０ｎｍ厚のＩｒＭ
ｎ層１５４、３ｎｍ厚の第３ＣｏＦｅ層１５５を成膜し
た。続いて、トンネルバリア層となる金属層として２．
２ｎｍ厚のＡｌを成膜した。真空下で０．０５ｍＴｏｒ
ｒの純酸素を導入し、プラズマガンを使用した酸化処理
（１００ワット、１０分間）により、トンネルバリア層
１５６を形成した。導入した純酸素を完全に排気し高真
空状態に戻した後、更にその上に３．４ｎｍ厚の第１Ｎ
ｉＦｅ層１５７、０．３ｎｍ厚の第１ＣｏＦｅ層１５
８、１ｎｍ厚のＲｕ層１５９、０．３ｎｍ厚の第２Ｃｏ
Ｆｅ層１６０、２．４ｎｍ厚の第２ＮｉＦｅ層１６１、
３ｎｍ厚の第３Ｔａ層１６２を成膜し、第６実施例の磁
気抵抗効果素子の多層薄膜構造を完成させた。

【０１７１】使用した薄膜形成装置は、第１実施例に使
用したものと同一の直径２インチのスパッタターゲット
を８基備えるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。成
膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒｒ、スパッタ時のア
ルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとした。

【０１７２】次に、完成した強磁性トンネル接合膜に対
して、光学露光及び電子線露光技術とイオンミリング技
術を使用して、接合素子形状への加工を行った。その工
程を図１９を使用して説明する。図１９（ａ）乃至
（ｇ）はこの第６実施例の強磁性トンネル接合膜の素子
形状加工プロセスを示す図である。図示の簡略化のた
め、図１８における第１Ｔａ層１５１／Ａｌ層１５２／
第２Ｔａ層１５３を下地電極層７１と表記し、ＩｒＭｎ
層１５４／第３ＣｏＦｅ層１５５をピンド磁性層７２と
表記する。また、第１ＮｉＦｅ層１５７／第１ＣｏＦｅ
層１５８／Ｒｕ層１５９／第２ＣｏＦｅ層１６０／第２
ＮｉＦｅ層１６１／第３Ｔａ層１６２をフリー磁性層７
４と表記する。なお、トンネルバリア層１５６はトンネ
ルバリア層７３に対応する。

【０１７３】先ず、図１９（ａ）に示すように、前述の
方法により成膜を完了した第６実施例の多層膜面上に、
光学露光技術を使用して下地電極形状のフォトレジスト
７５を形成し、図１９（ｂ）に示すように、イオンミリ
ングにより接合膜構成の全層を下地電極の配線パターン
形状に加工した。

【０１７４】次に、図１９（ｃ）に示すように、フォト
レジスト７５を除去した後、電子線露光技術を使用して
膜面上に接合寸法を規定する電子線レジスト７６を形成
し、図１９（ｄ）に示すように、ピンド磁性層７２の上
部までをイオンミリングした。

【０１７５】図１９（ｅ）に示すように、この電子線レ
ジスト７６を残したまま電極間絶縁層７７を蒸着形成
し、その後、図１９（ｆ）に示すように、電子線レジス
ト７６を除去した。電極間絶縁層７７にはアルミナを使
用した。更に、図１９（ｇ）に示すように、この上に、
光学露光技術を使用して、フォトレジスト形成、Ａｌ膜
の蒸着形成、フォトレジストのリフトオフ、の各工程を
順に行い、上部電極の配線パターンを持つ上部電極層７
８を形成した。以上により、強磁性トンネル接合膜の素
子形状加工を完了した。

【０１７６】完成した強磁性トンネル接合素子は、直流
四端子法により磁場中での抵抗変化を測定し、特性評価
を行った。この第６実施例の強磁性トンネル接合素子
（接合面積＝０．０５２μｍ^２）の特性は、規格化接合
抵抗が１ＭΩμｍ^２、ＭＲ比が３２％、磁化容易軸から
４５度方向へ磁場を印加した際のフリー磁性層の反転磁
界が３９５Ａ／ｍ（５(Oe)）と、高密度固体磁気メモリ
（ＭＲＡＭ）、又は高記録密度対応磁気ヘッドへの応用
に極めて好適なものであった。

【０１７７】なお、前述の方法により多層膜構造の成膜
までを完了した第６実施例のサンプルに対し、別途、振
動試料型磁力計による磁気特性評価を行ったところ、１
Ｔ・ｎｍの差分磁化反転が観察された。

【０１７８】「第７実施例」本発明の第４実施形態の一
実施例（第７実施例）として、本発明の磁気抵抗効果素
子を作製した。本第７実施例は、そのフリー磁性層とし
て本発明の第２実施形態の積層フェリ型磁性薄膜を使用
した強磁性トンネル接合素子である。

【０１７９】第７実施例の強磁性トンネル接合素子は、
図２０に示すように、熱酸化シリコン基板９００／第１
Ｔａ層９０１／Ａｌ層９０２／第２Ｔａ層９０３／Ｉｒ
Ｍｎ層９０４／第５ＣｏＦｅ層９０５／トンネルバリア
層９０６／第１ＣｏＦｅ層９０７／第１ＮｉＦｅ層９０
８／第２ＣｏＦｅ層９０９／Ｒｕ層９１０／第３ＣｏＦ
ｅ層９１１／第２ＮｉＦｅ層９１２／第４ＣｏＦｅ層９
１３／第３Ｔａ層９１４、の基本構造を有する。

【０１８０】第１ＮｉＦｅ層９０８及び第２ＮｉＦｅ層
９１２の組成はＮｉ_０．８Ｆｅ_{０． ２}（Ｎｉ組成８０原
子％）である。また、第１ＣｏＦｅ層９０７及び第４Ｃ
ｏＦｅ層９１３の組成はＣｏ_０．３Ｆｅ_０．７（Ｃｏ組
成３０原子％）であり、第２ＣｏＦｅ層９０９、第３Ｃ
ｏＦｅ層９１１、第５ＣｏＦｅ層９０５の組成はＣｏ
_０．９Ｆｅ_０．１（Ｃｏ組成９０原子％）である。各層
の膜厚は、図中にも示したとおり、第１Ｔａ層９０１が
１．５ｎｍ、Ａｌ層９０２が２０ｎｍ、第２Ｔａ層９０
３が３ｎｍ、ＩｒＭｎ層９０４が１０ｎｍ、第５ＣｏＦ
ｅ層９０５が３ｎｍ、第１ＣｏＦｅ層９０８が０．２ｎ
ｍ、第１ＮｉＦｅ層９０８が３．４ｎｍ、第２ＣｏＦｅ
層９０９が０．３ｎｍ、Ｒｕ層９１０が１ｎｍ、第３Ｃ
ｏＦｅ層９１１が０．３ｎｍ、第２ＮｉＦｅ層９１２が
２．４ｎｍ、第４ＣｏＦｅ層９１３が０．２ｎｍ、第３
Ｔａ層９１４が３ｎｍである。第４実施形態の基板８０
０として熱酸化シリコン基板を、下地電極層８０２とし
てＡｌを、また第１バッファー層８０１、第２バッファ
ー層８０３、キャップ層８１３には全てＴａを、第１強
磁性層８０６及び第４強磁性層８１２としてＣｏ_０．３
Ｆｅ_０．７を、第２強磁性層８０７及び第３強磁性層８
１１としてＮｉＦｅを、第１界面強磁性層８０８及び第
２界面強磁性層８１０としてＣｏ_０．９Ｆｅ_０．１を、
非磁性中間層８０９としてＲｕを使用したタイプの構造
である。非磁性層８０５は絶縁体のトンネルバリア層９
０６を使用した。また、ピンド磁性層８０４はＩｒＭｎ
層９０４／第５ＣｏＦｅ層９０５の２層構造とし、反強
磁性体であるＩｒＭｎ層と組み合わせることで第５Ｃｏ
Ｆｅ層の磁化方向を固定するタイプ（交換バイアス型）
とした。なお、トンネルバリア層９０６はＡｌの酸化物
を使用した。

【０１８１】第１ＣｏＦｅ層９０７、第１ＮｉＦｅ層９
０８、第２ＣｏＦｅ層９０９は第１フリー磁性層９１５
を構成し、第３ＣｏＦｅ層９１１、第２ＮｉＦｅ層９１
２、第４ＣｏＦｅ層９１３が第２フリー磁性層９１６を
構成する。第１フリー磁性層９１５と第２フリー磁性層
９１６の磁気モーメントの方向は、Ｒｕ層９１０を介し
た反強磁性的交換結合作用により、互いに反平行となる
ように磁気カップリングされ、フリー磁性層として機能
する。第１フリー磁性層９１５、Ｒｕ層９１０、第２フ
リー磁性層９１６の全体がフリー磁性層９１８となる。
第１フリー磁性層９１５と第２フリー磁性層９１６の磁
気モーメントには差を設けた。

【０１８２】先ず、熱酸化シリコン基板９００上に１．
５ｎｍ厚の第１Ｔａ層９０１、２０ｎｍ厚のＡｌ層９０
２、３ｎｍ厚の第２Ｔａ層９０３、１０ｎｍ厚のＩｒＭ
ｎ層９０４、３ｎｍ厚の第５ＣｏＦｅ層９０５を成膜し
た。続いて、トンネルバリア層となる金属層として２．
２ｎｍ厚のＡｌを成膜した。真空下で０．０５ｍＴｏｒ
ｒの純酸素を導入し、プラズマガンを使用した酸化処理
（１００ワット、１０分間）により、トンネルバリア層
９０６を形成した。導入した純酸素を完全に排気し高真
空状態に戻した後、更にその上に０．２ｎｍ厚の第１Ｃ
ｏＦｅ層９０７、３．４ｎｍ厚の第１ＮｉＦｅ層９０
８、０．３ｎｍ厚の第２ＣｏＦｅ層９０９、１ｎｍ厚の
Ｒｕ層９１０、０．３ｎｍ厚の第３ＣｏＦｅ層９１１、
２．４ｎｍ厚の第２ＮｉＦｅ層９１２、０．２ｎｍ厚の
第４ＣｏＦｅ層９１３、３ｎｍ厚の第３Ｔａ層９１４を
成膜し、第６実施例の磁気抵抗効果素子の多層薄膜構造
を完成させた。

【０１８３】使用した薄膜形成装置は、第１実施例に使
用したものと同一の直径２インチのスパッタターゲット
を８基備えるＤＣマグネトロンスパッタ装置である。成
膜室の真空度は５×１０^−９Ｔｏｒｒ、スパッタ時のア
ルゴンガス圧は３ｍＴｏｒｒとした。

【０１８４】完成した強磁性トンネル接合膜は、第６実
施例と同様の工程（図１９（ａ）乃至（ｇ））により、
接合素子形状への加工を行った。

【０１８５】完成した強磁性トンネル接合素子は、直流
四端子法により磁場中での抵抗変化を測定し、特性評価
を行った。

【０１８６】第７実施例の強磁性トンネル接合素子（接
合面積＝０．０５２μｍ^２）の特性は、規格化接合抵抗
が０．９ＭΩμｍ^２、ＭＲ比が３９％、磁化容易軸から
４５度方向へ磁場を印加した際のフリー磁性層の反転磁
界が３９５Ａ／ｍ（５(Oe)）と、高密度固体磁気メモリ
（ＭＲＡＭ）、又は高記録密度対応磁気ヘッドへの応用
に極めて好適なものであった。本実施例の強磁性トンネ
ル接合素子は実施例６の強磁性トンネル接合素子より
も、さらにＭＲ比が大きく、より好適なものであった。

【０１８７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
磁気抵抗効果素子における積層フェリ型フリー磁性層に
好適の大きな反強磁性的交換結合エネルギー及び磁性層
全体の優れた軟磁気特性を同時に実現することができる
積層フェリ型磁性薄膜を容易に作製することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】強磁性層としてＮｉＦｅを使用した従来の積層
フェリ型磁性薄膜の反強磁性的交換結合エネルギーと非
磁性中間層膜厚との関係を示す図である。

【図２】強磁性層としてＣｏを使用した従来の積層フェ
リ型磁性薄膜の反強磁性的交換結合エネルギーと非磁性
中間層膜厚との関係を示す図である。

【図３】第１実施形態の積層フェリ型磁性薄膜の基本膜
構造を示す断面図である。

【図４】第２実施形態の積層フェリ型磁性薄膜の基本膜
構造を示す断面図である。

【図５】第３実施形態の磁気抵抗効果素子の基本膜構造
を示す断面図である。

【図６】第４実施形態の磁気抵抗効果素子の基本膜構造
を示す断面図である。

【図７】第１実施例の積層フェリ型磁性薄膜の基本膜構
造を示す断面図である。

【図８】第１実施例の積層フェリ型磁性薄膜における外
部磁場と単位膜面積あたりの磁気モーメントの関係を示
す図である。

【図９】第１比較例の積層フェリ型磁性薄膜の基本膜構
造を示す断面図である。

【図１０】第１比較例の積層フェリ型磁性薄膜における
外部磁場と単位膜面積あたりの磁気モーメントの関係を
示す図である。

【図１１】第２実施例の積層フェリ型磁性薄膜における
反強磁性的交換結合エネルギーと界面強磁性層（ＣｏＦ
ｅ）膜厚との関係を示す図である。

【図１２】第３実施例の積層フェリ型磁性薄膜の基本膜
構造を示す断面図である。

【図１３】第３実施例の積層フェリ型磁性薄膜における
外部磁場と単位膜面積あたりの磁気モーメントの関係を
示す図である。

【図１４】第２比較例の積層フェリ型磁性薄膜の基本膜
構造を示す断面図である。

【図１５】第２比較例の積層フェリ型磁性薄膜におけ
る、外部磁場と単位膜面積あたりの磁気モーメントの関
係を示す図である。

【図１６】第４実施例の積層フェリ型磁性薄膜におけ
る、差分磁化反転保磁力（Ｈ_Ｃ）と各強磁性層における
主強磁性層（ＮｉＦｅ）膜厚の割合（％）との関係を示
す図である。

【図１７】第５実施例の積層フェリ型磁性薄膜の基本膜
構造を示す断面図である。

【図１８】第６実施例の強磁性トンネル接合素子の基本
膜構造を示す断面図である。

【図１９】第６実施例及び第７実施例の強磁性トンネル
接合素子の素子形状加工プロセスを示す図である。

【図２０】第７実施例の強磁性トンネル接合素子の基本
膜構造を示す断面図である。

【符号の説明】 ７１ ；下地電極層 ７５ ；フォトレジスト ７６ ；電子線レジスト ７７ ；電極間絶縁層 ７８ ；上部電極層 ７０、３００、４００、６００、８００；基板 ３０１、６０１；バッファー層 ３０２、４０６、６１０、８１４；第１主強磁性層 ３０３、４０７、６０４、８０８；第１界面強磁性層 ３０４、４０８、６０５、８０９；非磁性中間層 ３０５、４０９、６０６、８１０；第２界面強磁性層 ３０６、４１０、６１１、８１５；第２主強磁性層 ３０７、４１１、６０９、８１３；キャップ層 １０８、２１０、３０８、４１２、５０８、６１２；第
１強磁性層 １０９、２１１、３０９、４１３、５０９、６１３；第
２強磁性層 ６０２、８０６；第１強磁性層 ６０３、８０７；第２強磁性層 ６０７、８１１；第３強磁性層 ６０８、８１２；第４強磁性層 ４０１、８０１；第１バッファー層 ７１、４０２、８０２；下地電極層 ４０３、８０３；第２バッファー層 ７２、４０４、８０４、９１７；ピンド磁性層 ４０５、８０５；非磁性層 ４１４、９１８；フリー磁性層 １００、１２０、１５０、２００、５００、７００、９
００；熱酸化シリコン基板 １０１、１２１、１５１、２０１、５０１、７０１、９
０１；第１Ｔａ層 １０２、１５７、２０３、５０２、９０８；第１ＮｉＦ
ｅ層 １０３、１２２、１５８、２０２、５０３、７０２、９
０７；第１ＣｏＦｅ層 １０４、１２３、１５９、２０５、５０４、７０３、９
１０；Ｒｕ層 １０５、１２４、１６０、２０４、５０５、７０４、９
０９；第２ＣｏＦｅ層 １０６、１６１、２０７、５０６、９１２；第２ＮｉＦ
ｅ層 １０７、１２５、１５３、２０９、５０７、７０５、９
０３；第２Ｔａ層 ２０６、９１１；第３ＣｏＦｅ層 ２０８、９１３；第４ＣｏＦｅ層 ９０５；第５ＣｏＦｅ層 １５２、９０２；Ａｌ層 １５４、９０４；ＩｒＭｎ層 １５５；第３ＣｏＦｅ層 ７３、１５６、９０６；トンネルバリア層 １６２、９１４；第３Ｔａ層 １６４、４１２、８１６、９１５；第１フリー磁性層 １６５、４１３、８１７、９１６；第２フリー磁性層 ７４、１６６、４１４、８１８；フリー磁性層 ４１５、８１９；磁気抵抗効果部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/10 Ｈ０１Ｌ 43/10 Ｆターム(参考） 5D034 BA02 BA03 BA04 BA05 CA04 CA08 5E049 AA04 AA07 BA06 BA12 DB12

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１強磁性層、第２強磁性層、及びそれ
   らの中間に配置されて双方に接する非磁性中間層を有
   し、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層が前記非磁性
   中間層を介して反強磁性的に磁気結合する積層フェリ型
   磁性薄膜において、 前記第１強磁性層が、少なくとも１層以上の層よりなる
   第１主強磁性層と、前記第１主強磁性層と前記非磁性中
   間層の中間に配置されて双方に接する第１界面強磁性層
   とからなり、 前記第２強磁性層が、少なくとも１層以上の層よりなる
   第２主強磁性層と、前記第２主強磁性層と前記非磁性中
   間層の中間に配置されて双方に接する第２界面強磁性層
   とからなり、 前記第１界面強磁性層及び前記第２界面強磁性層がＣｏ
   又はＣｏ合金により形成され、 前記第１主強磁性層のうちの少なくとも１層及び前記第
   ２主強磁性層のうちの少なくとも１層が前記第１界面強
   磁性層及び前記第２界面強磁性層より保磁力が小さい軟
   磁性膜により形成され、 前記第１主強磁性層のうちの軟磁性膜よりなる層の合計
   膜厚が前記第１強磁性層の膜厚の６０％以上であり、 前記第２主強磁性層のうちの軟磁性膜よりなる層の合計
   膜厚が前記第２強磁性層の膜厚の６０％以上であること
   を特徴とする積層フェリ型磁性薄膜。
2. 【請求項２】 第１強磁性層、第２強磁性層、及びそれ
   らの中間に配置されて双方に接する非磁性中間層よりな
   り、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層が前記非磁性
   中間層を介して反強磁性的に磁気結合する積層フェリ型
   磁性薄膜において、 前記第１強磁性層が第１主強磁性層と、前記第１主強磁
   性層と前記非磁性中間層の中間に配置されて双方に接す
   る第１界面強磁性層との２層からなり、 前記第２強磁性層が第２主強磁性層と、前記第２主強磁
   性層と前記非磁性中間層の中間に配置されて双方に接す
   る第２界面強磁性層との２層からなり、 前記第１界面強磁性層及び前記第２界面強磁性層がＣｏ
   又はＣｏ合金により形成され、 前記第１主強磁性層及び前記第２主強磁性層が前記第１
   界面強磁性層及び前記第２界面強磁性層より保磁力が小
   さい軟磁性膜により形成され、 前記第１主強磁性層の膜厚が前記第１強磁性層の膜厚の
   ６０％以上であり、 前記第２主強磁性層の膜厚が前記第２強磁性層の膜厚の
   ６０％以上であることを特徴とする積層フェリ型磁性薄
   膜。
3. 【請求項３】 磁気抵抗効果素子又は強磁性トンネル素
   子のフリー層であることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の積層フェリ型磁性薄膜。
4. 【請求項４】 前記非磁性中間層がＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ及
   びＣｕからなる群から選択された１種の金属、又はＲ
   ｕ、Ｒｈ、Ｉｒ及びＣｕからなる群から選択された１種
   を主成分とする合金により形成されていることを特徴と
   する請求項１又は２に記載の積層フェリ型磁性薄膜。
5. 【請求項５】 前記Ｃｏ合金が、Ｃｏ−Ｆｅ合金である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載
   の積層フェリ型磁性薄膜。
6. 【請求項６】 前記Ｃｏ合金が、Ｃｏ_ＸＦｅ
   _１−Ｘ（０．７５≦Ｘ＜１）合金であることを特徴とす
   る請求項１乃至４のいずれか１項に記載の積層フェリ型
   磁性薄膜。
7. 【請求項７】 前記軟磁性膜がＮｉ又はＮｉ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１項に記載
   の積層フェリ型磁性薄膜。
8. 【請求項８】 前記軟磁性膜がＮｉ−Ｆｅ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１項に記載の
   積層フェリ型磁性薄膜。
9. 【請求項９】 前記軟磁性膜がＮｉ_ＸＦｅ_１−Ｘ（０．
   ３５≦Ｘ＜１）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１項に記載の積層フェリ型磁性薄膜。
10. 【請求項１０】 外部磁場に対してその磁化方向を自由
    にできるフリー磁性層と、外部磁場に対してその磁化方
    向を固定する機構を備えたピンド磁性層と、前記フリー
    磁性層及び前記ピンド磁性層の中間に配置されて双方に
    接する非磁性層とを有し、外部磁場の印加により素子抵
    抗が変化する磁気抵抗効果素子において、前記フリー磁
    性層は、前記請求項１乃至９のいずれか１項に記載の積
    層フェリ型磁性薄膜であることを特徴とする磁気抵抗効
    果素子。
11. 【請求項１１】 外部磁場に対してその磁化方向を自由
    にできるフリー磁性層と、外部磁場に対してその磁化方
    向を固定する機構を備えたピンド磁性層と、前記フリー
    磁性層及び前記ピンド磁性層の中間に配置されて双方に
    接する非磁性絶縁層とを有し、外部磁場の印加により素
    子抵抗が変化する強磁性トンネル接合素子において、前
    記フリー磁性層は、前記請求項１乃至９のいずれか１項
    に記載の積層フェリ型磁性薄膜であることを特徴とする
    強磁性トンネル接合素子。