JP2009152333A - 強磁性トンネル接合素子、磁気ヘッド、及び磁気記憶装置 - Google Patents

強磁性トンネル接合素子、磁気ヘッド、及び磁気記憶装置 Download PDF

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Abstract

【課題】磁気抵抗変化率が高く、絶縁破壊電圧が高い強磁性トンネル接合構造を有する強磁性トンネル接合素子を提供する。
【解決手段】磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化部よりも小さい第２固定磁化部と、前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部とを有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子である強磁性トンネル接合素子に関する。
強磁性金属／絶縁層／強磁性金属の構造を有し、且つ絶縁層がトンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有するものは強磁性トンネル接合と呼ばれる。尚、「／」は、その両側の材料又は層が積層されていることを表すものとし、以下同様とする。強磁性トンネル接合においては、トンネル確率（トンネル抵抗）が、両側の磁性層の磁化状態に依存することが知られている。つまり磁場によって強磁性金属の磁化状態をコントロールすることにより、トンネル抵抗をコントロールできる。強磁性トンネル接合の構造として、一般に、外部磁場の影響を受けにくい固定磁化層と、外部磁場の影響を受けることにより磁化が容易に反転可能である自由磁化層とにより上記絶縁層を挟んだ、固定磁化層／絶縁層／自由磁化層の構造が挙げられる。
強磁性トンネル接合のトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果は、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果や巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果よりも大きい。このため、強磁性トンネル接合素子を用いた磁気ヘッドは、高分解能な磁気記録再生に有効であると期待されている。例えば、絶縁層に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用い、強磁性層に単結晶の鉄（Ｆｅ）を用いたＦｅ（００１）／ＭｇＯ（００１）／Ｆｅ（００１）積層体を有する強磁性トンネル接合素子が提案されている。この強磁性トンネル接合素子が、室温において、２００％以上の磁気抵抗変化率（ＭＲ ｒａｔｉｏ：ＭＲ比）を示すことが報告されている。ＭｇＯを用いた強磁性トンネル接合は、特に大きな出力を得ることができるために、磁気ヘッド等の有望な材料として期待されている。ＭｇＯを絶縁層の材料とした強磁性トンネル接合においては、自由磁化層としてＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢを界面に用いることが一般的である。磁気抵抗変化率の観点からはＣｏＦｅＢの方がより一定の外部磁場に対してより大きな抵抗変化が得られる（例えば、特許文献１参照）。
しかし、固定磁化層の絶縁層側、及び自由磁化層の絶縁層側にホウ素原子を含む強磁性トンネル接合は絶縁破壊電圧が低いという問題がある。また、ＭＲ比の更なる向上が求められている。
特開２００６−３１９２５９号公報
上記問題点に鑑み、本発明は磁気抵抗変化率が高く、絶縁破壊電圧が高い強磁性トンネル接合構造を有する強磁性トンネル接合素子を提供する。
本発明の一側面によると、
磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化部よりも小さい第２固定磁化部と、
前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子が提供される。
好ましくは更に前記第１固定磁化部が前記ホウ素原子を含有する前記強磁性材料からなる層を前記第２固定磁化部側に備える。
好ましくは更に前記第２自由磁化部が前記ホウ素原子の含有する前記強磁性材料からなる層を前記第１自由磁化部側に備える。
好ましくは更に前記第２固定磁化部及び前記第１自由磁化部の膜厚が、それぞれ０．２〜０．６ｎｍである。
好ましくは更に前記絶縁層におけるホウ素原子の含有比が、前記第２固定磁化部及び前記第１自由磁化部におけるホウ素原子の含有比よりも小さい。
本発明の別の側面によると、
磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化層よりも小さい第２固定磁化部と、
前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子
を備えることを特徴とする磁気ヘッドが提供される。
本発明の更に別の側面によると、
磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化部よりも小さい第２固定磁化部と、
前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子
を備えることを特徴とする磁気記憶装置が提供される。
好ましくは更に、前記強磁性トンネル接合素子に磁界を印加して、前記第1自由磁化部及び第2自由磁化部の各々磁化を所定の方向に向ける書き込み手段と、
前記強磁性トンネル接合素子にセンス電流を供給してトンネル抵抗値を検出する読出手段とを備える。
好ましくは更に、情報の記録及び再生を行うための磁気記憶媒体と、該磁気記憶媒体へ情報を記録する又は該磁気記憶媒体の情報を再生するために該磁気記憶媒体に対向するように配置された磁気ヘッドとを備え、
前記磁気ヘッドが、前記強磁性トンネル接合素子を備える。
本発明の強磁性トンネル接合素子において、第１固定磁化部及び第２自由磁化部に含まれるホウ素原子の含有比は、それぞれ第２固定磁化部及び第１自由磁化部におけるホウ素原子の含有比よりも少ない。このため、第１固定磁化部及び第２自由磁化部に含まれるホウ素原子は絶縁層に拡散しにくい。ホウ素が絶縁層に拡散しにくい構造を有する本発明の強磁性トンネル接合素子は磁気抵抗変化率が高く、絶縁破壊電圧が高い。
強磁性トンネル接合の構造として、一般に、固定磁化部と自由磁化部とにより上記絶縁層を挟んだ、固定磁化部／絶縁層／自由磁化部の構造が挙げられる。尚、「／」は、その両側の材料又は層が積層されていることを表すものとする。固定磁化部は、反強磁性層と絶縁層の間に位置して、絶縁層に接した部分の磁化状態が外部磁場により容易に変化しない層である。絶縁層は、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁性を有する層である。自由磁化部は、絶縁層に接しており、磁化方向が磁場により自由に変化する層のことをいう。この場合の磁場（磁界）とは、自由磁化層が磁化状態を変えるのに充分な磁場であり、概ね数十Oe以上をいう。
強磁性トンネル接合においては、トンネル確率（トンネル抵抗）が、両側の磁性層の磁化状態に依存することが知られている。つまり磁場によってトンネル抵抗をコントロールできる。磁化の相対角度をθとすると、トンネル抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｒｓ＋０．５ΔＲ（１−ｃｏｓθ） （１）
で表される。すなわち、両磁性層の磁化の角度がそろっているとき（θ＝０）にはトンネル抵抗が小さく（Ｒ＝Ｒｓ）、両磁性層の磁化が反対向き（θ＝１８０°）のときにはトンネル抵抗が大きくなる（Ｒ＝Ｒｓ＋ΔＲ）。
これは、強磁性体内部の電子が分極していることに起因する。電子は通常、上向きのスピン状態のもの（ｕｐ電子）と下向きのスピン状態のもの（ｄｏｗｎ電子）が存在するが、通常の非磁性金属内部の電子は、両電子は同数だけ存在するため、全体として磁性を持たない。一方、強磁性体内部の電子は、ｕｐ電子数（Ｎｕｐ）とｄｏｗｎ電子数（Ｎｄｏｗｎ）が異なるために、全体としてｕｐもしくはｄｏｗｎの磁性を持つ。
電子がトンネルする場合、これらの電子は、それぞれのスピン状態を保ったままトンネルすることが知られている。
したがって、トンネル先の電子状態に空きがあれば、トンネルが可能であるが、トンネル先の電子状態に空きがなければ、電子はトンネル出来ない。
トンネル抵抗の変化率は、下記式（２）のように電子源の分極率と、トンネル先の分極率の積で表される。
ΔＲ／Ｒｓ＝２×Ｐ１×Ｐ２／（１−Ｐ１×Ｐ２） （２）
ここで、Ｒｓは両側の磁性層の磁化が互いに平行になったときのトンネル抵抗値である。ΔＲは両側の磁性層が互いに平行になったときと反平行になったときのトンネル抵抗値の差であり、磁性層の材料に依存する。ΔＲ／Ｒｓは磁気抵抗変化率（トンネル抵抗変化率、ＭＲ比）である。また、Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ電子源の分極率、トンネル先の分極率である。分極率は下記式（３）で表される。
Ｐ＝２（Ｎｕｐ−Ｎｄｏｗｎ）／（Ｎｕｐ＋Ｎｄｏｗｎ） （３）
分極率Ｐについては、強磁性金属の種類に依存する。例えば、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅの分極率はそれぞれ０．３、０．３４、０．４６であり、その場合理論的には、それぞれ約２０％、２６％、５４％の磁気抵抗変化率が期待できる。
図１に、それぞれ本発明の強磁性トンネル接合素子の第１の実施形態による強磁性トンネル接合素子４０の断面図を示す。
本実施形態における強磁性トンネル接合素子４０は、任意の基板上に、第１下地層１３、第２下地層１４、ピニング層１８、第１固定磁化層２０、非磁性結合層２１、第２固定磁化層２２、第１拡散抑制層２４、絶縁層（バリア層）２５、第２拡散抑制層３０、第１自由磁化層３２、拡散抑制層３３、第２自由磁化層３４、第１キャップ層３５、及び第２キャップ層３６がこの順番に積層されて構成される。
本実施形態における第１固定磁化層２０、非磁性結合層２１、第２固定磁化層２２、第１拡散抑制層２４が固定磁化部に対応する。本実施形態における絶縁層２５が絶縁層に対応する。本実施形態における第２拡散抑制層３０、第１自由磁化層３２、拡散抑制層３３、第２自由磁化層３４が自由磁化部に対応する。
第１下地層１３はＴａで形成されており、その厚さは約３ｎｍである。第１下地層１３を、ＣｕまたはＡｕで形成してもよいし、これらの材料からなる層の積層体としてもよい。第２下地層１４は、Ｒｕで形成されており、その厚さは約２ｎｍである。
ピニング層１８は、ＩｒＭｎで形成されており、その厚さは約７ｎｍである。なお、ピニング層１８は、ＩｒＭｎ以外の反強磁性材料、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、及びＲｈからなる群より選択された少なくとも１つの元素とＭｎとの合金で形成してもよい。ピニング層１８の厚さは、５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内にすることが好ましく、１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内にすることがより好ましい。ピニング層１８は、成膜後に磁場中で熱処理を行うことにより、規則化されており、反強磁性が出現している。
第１固定磁化層２０は、原子量比が６５％のＣｏ及び原子量比が３５％のＦｅ（Ｃｏ６５Ｆｅ３５）で形成されており、その厚さは、例えば２ｎｍである。なお、本明細書において、元素記号の右側に記載された数字はその元素の原子量比を意味するものとする。例えば、原子量比が６５％のＣｏと原子量比が３５％のＦｅから形成される化合物をＣｏ６５Ｆｅ３５と表現する。第１固定磁化層２０の磁化方向は、ピニング層１８との交換相互作用により、所定の方向に固定される。すなわち、第１固定磁化層２０は、外部磁場が印加されても、その磁場強度が交換相互作用よりも弱い範囲であれば、磁化方向が変化しない。第１固定磁化層２０は、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＦｅのうちいずれか１つを含む強磁性材料で形成してもよい。
非磁性結合層２１は、Ｒｕで形成されており、その厚さは、例えば０．８ｎｍである。非磁性結合層２１の厚さは、第１固定磁化層２０と第２固定磁化層２２とが反強磁性的に交換結合する範囲に設定される。その範囲は、０．４ｎｍ〜１．５ｎｍであり、好ましくは０．４ｎｍ〜０．９ｎｍである。非磁性結合層２１は、Ｒｕ以外に、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ系合金、Ｒｈ系合金、Ｉｒ系合金等の非磁性材料で形成してもよい。Ｒｕ系合金の例として、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、及びＭｎからなる群より選択された少なくとも１つの元素とＲｕとの合金が挙げられる。
第２固定磁化層２２は、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０で形成されており、その厚さは、例えば２ｎｍである。第１固定磁化層２０と第２固定磁化層２２とは、非磁性結合層２１を介して反強磁性的に交換結合する。第２固定磁化層２２は、第１固定磁化層と同様に、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＦｅのうちいずれか１つを含む強磁性材料で形成してもよい。
第２固定磁化層２２は非晶質であることが、絶縁層の結晶性に悪影響を及ぼしにくいため、得られる素子の磁気抵抗変化率が大きい点において好ましい。第２固定磁化層が非晶質であるために、ホウ素原子の含有量は１０原子％以上であることが好ましい。一方、ホウ素原子の含有量が多すぎると、ホウ素原子が不純物として働くことにより分極率の低下を引き起こし、ＭＲ比が低下するおそれがあるため、ホウ素原子の含有量は２５原子％以下であることが好ましい。
結晶質と非晶質の判断は、以下のようにして行うことができる。例えば、トンネル接合素子の断面の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を観察して、観察対象の層に明瞭な結晶格子像が観察できる場合、その層は結晶質であるといえる。観察対象の層に明瞭な結晶格子像が観察できない場合には、その層は非晶質であるといえる。また、例えば、観察対象の層をＸ線回折（ＸＲＤ）法、例えばＸ線ディフラクトメータ（θ−２θ）法により解析した結果、得られる回折パターンに結晶質に固有の回折線が現れない場合には、その層は非晶質であるといえる。尚、非晶質には、微結晶質も含まれる。第２固定磁化層２２が微結晶質である素子は、同層が結晶質である素子に比べて高いＭＲ比が得られる。一般的に、非晶質と微結晶質とを明確に区別することは困難である。尚、上記結晶質と非晶質の判断方法は、他の層における結晶質と非晶質の判断にも適用することができる。
第１固定磁化層２０の磁化方向と、第２固定磁化層２２の磁化方向とは反平行になる。このため、第１及び第２固定磁化層２０、２２からの正味の漏洩磁場の強度が低下する。その結果、漏洩磁場が、第１及び第２自由磁化層３２、３４の磁化方向を変化させてしまうという悪影響が抑制される。ゆえに、第１及び第２自由磁化層３２、３４の磁化が、磁気記録媒体からの漏洩磁場に正確に反応でき、磁気記録媒体に記録されている磁化の検出精度が向上する。尚、上記第１固定磁化層、非磁性結合層、及び第２固定磁化層の部分が、本発明の強磁性トンネル接合素子における「第１固定磁化部」に対応する。
第１拡散抑制層２４は、例えば、Ｃｏ５０Ｆｅ５０で形成されており、その厚さは０．５ｎｍである。第１拡散抑制層２４の磁化方向は、第２固定磁化層２２との交換相互作用により第２固定磁化層２２の磁化と同じ方向を向く。また、第１拡散抑制層２４は、第２固定磁化層２２以下の層に含有されるホウ素原子の絶縁層２５への拡散を抑制する働きを有する。第１拡散抑制層２４において、Ｃｏの配合量は５０〜９０原子％の範囲内であることが、スピン分極率の点から好ましい。第１拡散抑制層の詳細については後述する。
尚、上記第１拡散抑制層２４が、本発明の強磁性トンネル接合素子における「第２固定磁化部」に対応する。
絶縁層２５は、ＭｇＯで形成されており、その厚さは、例えば１．０ｎｍである。絶縁層２５を形成するＭｇＯは結晶質であることが好ましく、特に、ＭｇＯの（００１）面が、基板面にほぼ平行になるように配向していることが好ましい。ここで、「（００１）」は、単結晶の（００１）面が基板面に平行に配向していることを意味する。また、絶縁層２５の厚さは、その膜質が良好な観点から、０．７ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲内とすることが好ましい。なお、絶縁層２５を、ＭｇＯ以外に、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮ等で形成してもよい。絶縁層２５をＭｇＯ以外の材料で形成する場合には、その厚さを０．５ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲内とすることが好ましく、０．７ｎｍ〜１．２ｎｍの範囲内とすることがより好ましい。
第２拡散抑制層３０は、Ｃｏ５０Ｆｅ５０で形成されており、その厚さは例えば０．５ｎｍである。第２拡散抑制層３０の磁化方向は、第１自由磁化層３２との交換相互作用により第１自由磁化層３２の磁化と同じ方向を向く。第２拡散抑制層３０は、第１自由磁化層２２以上の層に含有されるホウ素原子の絶縁層２５への拡散を抑制する働きを有する。第２拡散抑制層３０において、Ｃｏの配合量は５０〜９０原子％の範囲内であることが好ましい。Ｃｏの配合量が９０原子％を超えると、スピン分極率が低いためＭＲ比が低下するおそれがある。Ｃｏの配合量が５０原子％未満の場合、磁歪が大きくなり、得られる素子をヘッドのリード素子として用いる場合ノイズの原因になるおそれがある。第２拡散抑制層の詳細については後述する。
尚、上記第２拡散抑制層３０が、本発明の強磁性トンネル接合素子における「第１自由磁化部」に対応する。
第１自由磁化層３２は、強磁性材料であるＣｏ６０Ｆｅ２０Ｂ２０で形成され、その厚さは約１．５ｎｍである。第１自由磁化層３０は非晶質であることが、絶縁層の結晶性に悪影響を及ぼしにくいため、得られる素子の磁気抵抗変化率が大きい点において好ましい。第１自由磁化層３０が非晶質であるために、ホウ素原子の含有量は１０原子％以上であることが好ましい。一方、ホウ素原子の含有量が多すぎると、ホウ素原子が不純物として働くことにより分極率の低下を引き起こし、ＭＲ比が低下するおそれがある点から、ホウ素原子の含有量は２５原子％以下であることが好ましい。なお、第１自由磁化層３０を、ＣｏＦｅＢの他に、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、及びＺｒからなる群より選択された少なくとも１つの元素が添加された軟磁性材料で形成してもよい。
また、第１自由磁化層のＢ以外のＣｏＦｅの組成は、外部磁化により結晶構造がゆがみにくい性質である、すなわち磁歪が小さい組成であることが好ましい。磁歪が大きいと、ひずみにより磁化が動きにくくなり、軟磁気特性が悪くなるおそれがあるからである。よって、鉄原子に対するコバルト原子の配合比は、７５原子％を以上であることが好ましい。但し、鉄原子とコバルト原子が同量程度配合された場合でも、第２自由磁化層を厚くすることにより軟磁気特性を調整することができるため、第１自由磁化層のＣｏＦｅの組成は特に限定されるものではない。
第３拡散抑制層３３はＴａから形成され、例えば厚さは０．２５ｎｍである。第３拡散抑制層３３は、製造工程における様々な熱処理において、第１自由磁化層３２のホウ素原子等の添加元素が第２自由磁化層へと拡散するのを抑制する。熱処理としては例えばピニング層１８の規則化のための熱処理や、絶縁膜２５の膜質向上のための熱処理が挙げられる。また、第１自由磁化層３２のＣｏの拡散や、第２自由磁化層３４のＮｉの拡散も抑制できる。更に、第３拡散抑制層３３は、第１自由磁化層３２と第２自由磁化層３４とを強磁性的に交換結合させて、第１自由磁化層３２および第２自由磁化層３４の磁化を互いに平行にする働きも有する。第３拡散抑制層３３の厚さは、０．１ｎｍ〜０．５ｎｍであることが好ましい。第３拡散抑制層３３の厚さが０．１ｎｍ未満の場合、第１自由磁化層３２に含まれるホウ素原子が第２自由磁化層３４へ拡散するおそれがある。また、上記範囲外の場合、第１自由磁化層３２および第２自由磁化層３４の磁化が互いに平行になりにくい。なお、第３拡散抑制層３３は、Ｔａの他に、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｈｆからなる群のうち、いずれか１種から選択されてもよい。
第２自由磁化層３４は、Ｎｉ９０Ｆｅ１０で形成され、その厚さは、例えば３ｎｍである。第２自由磁化層３２の材料の例として、ＮｉＦｅの他に、ＣｏＮｉＦｅが挙げられる。なお、第２自由磁化層３４を、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅのほかに、B、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、及びＺｒからなる群より選択された少なくとも１つの元素が添加された軟磁性材料で形成してもよい。第２自由磁化層３４は、第１自由磁化層３２よりも保磁力の小さな軟磁性材料で形成される。第１自由磁化層３２と、それよりも保磁力の小さな第２自由磁化層３４とが強磁性的に結合することにより、外部磁場の変化に対する感度（自由磁化層の磁化方向の変化のしやすさ）を向上させることができる。一般に、強磁性膜は、その保磁力が小さいほど、外部磁場の方向の変化に反応しやすくなる。第２自由磁化層３４の保磁力が第１自由磁化層３２の保磁力よりも小さいため、外部磁場の方向が変化すると、第１自由磁化層３２の磁化方向の変化よりも先に、第２自由磁化層３４の磁化方向が変化する。第１自由磁化層３２は、第２自由磁化層３４と強磁性的に交換結合しているため、第１自由磁化層３２の磁化方向が、第２自由磁化層３４磁化方向の変化に追随して変化する。このため、第１自由磁化層３２の磁化方向が、外部磁場の方向の変化の影響を受けやすくなる。更に、第１自由磁化層３２は、第２拡散抑制層３０と強磁性的に交換結合しているため、第２拡散抑制層の磁化は第１自由磁化層３２の磁化方向の変化に追随して変化する。第２拡散抑制層３０の磁化方向が磁気抵抗変化率に寄与するため、第２自由磁化層３４を配置することにより、強磁性トンネル接合素子の外部磁場に対する素子の応答を早くすることができる。
尚、上記第１自由磁化層３２、拡散抑制層３３、第２自由磁化層３４の部分が、本発明の強磁性トンネル接合素子における「第２自由磁化部」に対応する。
第１のキャップ層３５及び第２のキャップ層３６は、熱処理の際及び素子の使用の際に、その下の強磁性層等が酸化されるのを防止するための層である。第１のキャップ層３５はＴａで形成されており、その厚さは、例えば５ｎｍである。第２のキャップ層３６はＲｕで形成されており、その厚さは、例えば１０ｎｍである。なお、第１のキャップ層３５をＲｕで形成し、第２のキャップ層３６をＴａで形成してもよい。また、より一般的に、キャップ層を、Ａｕ、Ｔａ、Ａｌ、Ｗ、Ｒｕ等の非磁性金属で形成してもよいし、これらの金属層の積層構造としてもよい。キャップ層の厚さは、合計で５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内とすることが好ましい。
本実施形態の強磁性トンネル接合素子は、ホウ素原子を含有する第２固定磁化層２２の上方（絶縁層２５側）に、ホウ素原子を含有しない第１拡散抑制層２４が配置され、また、ホウ素原子を含有する第1自由磁化層３２の下方（絶縁層２５側）に、ホウ素原子を含有しない第２拡散抑制層３０が配置されている。
第１拡散抑制層２４及び第２拡散抑制層３０は、それぞれ、第２固定磁化層２２以下及び第１自由磁化層以上に含まれるホウ素原子を吸着し、絶縁層２５へと拡散するのを抑制する効果を有する。この拡散抑制効果により、絶縁層はトンネル効果を生じうる配向（例えばＭｇＯの場合における（００１）配向）を維持でき、素子の絶縁破壊電圧が高くなる。この拡散抑制効果を備え、且つ第２固定磁化層２２及び第１自由磁化層３２とそれぞれ交換結合することができる強磁性材料として、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、などが挙げられる。拡散抑制効果を向上させる観点から、第１拡散抑制層及び第２拡散抑制層の膜厚は厚いほど好ましく、それぞれ０．２ｎｍ以上であることが特に好ましく、０．３ｎｍ以上であることが更に好ましい。
また、本実施形態の強磁性トンネル接合素子は、ＭＲ比の向上も認められる。ＭＲ比が向上するメカニズムは明らかではないが、以下のように予想される。
絶縁層に隣接する強磁性層が結晶性を有する強磁性トンネル接合素子は、ＭＲ比が低いということが知られている。例えば、絶縁層としてＭｇＯ（００１）配向の薄膜をＣｏＦｅからなる強磁性層で挟んだ積層構造を備える素子を形成すると、素子を構成する各層を形成した後に行われる熱処理工程においてＭｇＯの配向がＣｏＦｅの結晶構造にならって変化するおそれがある。ＭｇＯの配向が変化することにより、素子のＭＲ比は低下する。
一方、絶縁層に隣接する強磁性層がＣｏＦｅＢのように非晶質の場合、素子形成後の熱処理工程においてＭｇＯ（００１）配向は保持される。ＭｇＯの配向性が保持された素子のＭＲ比は高い。
第２固定磁化層２２及び第１自由磁化層３２（第１固定磁化部及び第２自由磁化部において、それぞれ第２固定磁化部及び第１自由磁化部に隣接する部分）は非晶質である。第１拡散抑制層２４及び第２拡散抑制層３０は、素子形成熱処理工程の際、第２固定磁化層２２及び第１自由磁化層３２の非晶質の構造にならってそれぞれ非晶質を形成するものと予想される。非晶質の第１拡散抑制層２４及び第２拡散抑制層３０は絶縁層に対して悪影響を及ぼしにくいと考えられる。第１拡散抑制層（第２固定磁化部）及び第２拡散抑制層（第１自由磁化部）が非晶質構造を形成するため、その膜厚は薄いほど好ましく、０．８ｎｍ以下であることが特に好ましく、０．６ｎｍ以下であることが更に好ましい。
以上のように、第１拡散抑制層２４及び第２拡散抑制層３０の厚さは、０．２〜０．８ｎｍであることが好ましく、０．３〜０．６ｎｍであることが特に好ましい。上記範囲内のとき、特に絶縁破壊電圧及びＭＲ比が高い。尚、第１拡散抑制層と第２拡散抑制層の厚さは同じであっても異なっていてもよい。
第１拡散抑制層（第２固定磁化部）及び第２拡散抑制層（第１自由磁化部）は、製造時にホウ素原子を含有しない材料を使用することがＭＲ比及び絶縁破壊電圧の向上の点から好ましい。しかし、本発明の強磁性トンネル接合素子においては、第１拡散抑制層及び第２拡散抑制層のホウ素原子含有比率が、それぞれ第２固定磁化層、第１自由磁化層のホウ素原子含有比率よりも小さければよい。これらの拡散抑制層は第２固定磁化層および第１自由磁化層から絶縁層へのホウ素原子が拡散するのを抑制することができるからである。
次に、本実施形態の強磁性トンネル接合素子の製造方法について図６を用いて説明する。図６は、強磁性トンネル接合素子の一実施形態を示す断面図である。まず、支持基板１０を準備する。支持基板１０として、例えば、Ｓｉ、表面にＳｉＯ２膜が形成されたＳｉ、ＡｌＴｉＣ等のセラミック材料、石英ガラス等を用いることが可能である。更に、支持基板１０上に、必要に応じて導電層（図示せず）が形成されていてもよい。導電層としては例えばＮｉＦｅが用いられる。導電層の表面は、化学機械研磨（ＣＭＰ）により平坦化されていてもよい。次いで、第１下地層１３から第２キャップ層３６までをマグネトロンスパッタリング装置を用いて順に成膜する。その後、基板を真空中に配置し、磁場を印加した状態で熱処理を行う。この熱処理によって、第１固定磁化層２０及び第２固定磁化層２２の磁化が固定され、また、絶縁膜２５を構成するＭｇＯ（００１）面の配向性が向上し、さらに、第１自由磁化層の絶縁層側の部分が再結晶化する。熱処理温度は、例えば２８０℃とし、熱処理時間は例えば４時間とする。なお、熱処理温度は２５０℃〜３５０℃の範囲内とすることが好ましい。
尚、上記強磁性トンネル接合素子の製造方法では、支持基板１０上に下地層１３から第２キャップ層３６までを順に成膜しているが、支持基板１０上に第２キャップ層３６から下地層１３までを順に、すなわち逆順に成膜してもよい。
図２は、上記実施形態による強磁性トンネル接合素子を適用した磁気ヘッドを備えるヘッドスライダが磁気記録媒体上を浮上する様子を示す断面図である。
ヘッドスライダ１４０は、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ等からなるヘッドスライダの基体５１と、磁気記憶媒体１４６へ情報を記録する又は該磁気記憶媒体の情報を再生するための磁気ヘッド５０とを含んでなる。ヘッドスライダ１４０は、磁気記録媒体１４６に対向する面（媒体対向面）１４０ａの空気流出端１４０−１側に配置された磁気ヘッド５０に、図３で説明する再生素子および誘導型記録素子を有する素子部１４３が設けられている。
ヘッドスライダ１４０は、板状のサスペンション１４１と、その先端部に設けられたジンバル１４２に固着されている。サスペンション１４１とジンバル１４２とは、ばね材により接続されている。
ヘッドスライダ１４０は、矢印Ｘ方向に移動する磁気記録媒体１４６上を流れる空気流（矢印ＡＩＲの方向）により、媒体対向面１４０ａが浮上力（上向きの力）を得て浮上する。一方、ヘッドスライダ１４０を支持するサスペンション１４１から下向きの力が印加される。これらの上向きおよび下向きの力の均衡により、スライダ１４０が所定の浮上量（素子部１４３の表面と磁気記録媒体１４６の表面との距離）を維持して浮上する。そして素子部１４３は、磁気記録媒体の記録層（図示せず）からの漏洩磁界を検出する。
図３は、図２のヘッドスライダの要部を示す図である。磁気ヘッド５０は、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ等からなるヘッドスライダの基体５１の上に形成された再生素子６０を含んでなり、必要に応じて、更に再生素子６０の上に形成された誘導型記録素子５３、再生素子６０、及びアルミナ膜、水素化カーボン膜等を含む。
誘導型記録素子５３は、媒体対向面に磁気記録媒体のトラック幅に相当する幅を有する上部磁極５４と、非磁性材料からなる記録ギャップ層５５を挟んで上部磁極５４に対向する下部磁極５６と、上部磁極５４と下部磁極５６とを磁気的に接続するヨーク（図示されず）と、ヨークを巻回し、記録電流により記録磁界をする誘起するコイル（図示されず）等からなる。上部磁極５４、下部磁極５６、およびヨークは、軟磁性材料より構成され、記録磁界を確保するために飽和磁束密度の大なる材料、例えば、Ｎｉ８０Ｆｅ２０、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ合金等からなる。なお、誘導型記録素子５３はこれに限定されるものではなく、公知の構造の誘導型記録素子を用いることができ、さらに、誘導型記録素子５３は、主磁極と補助磁極を備えた垂直磁気記録用の記録素子でもよい。また、磁気ヘッド５０は、誘導型記録素子５３が含まれていなくてもよい。
再生素子６０は、セラミックからなる基体５１の表面に形成されたアルミナからなる絶縁膜５２上に、下部電極６１、強磁性トンネル接合素子４０、アルミナからなる絶縁膜６５、上部電極６２が積層され、上部電極６２が強磁性トンネル接合素子４０の表面に電気的に接続された構成となっている。強磁性トンネル接合素子４０の両側には、絶縁膜６３を介して磁区制御膜６４が設けられている。磁区制御膜６４は、例えば、下部電極６１側からＣｒ膜および強磁性のＣｏＣｒＰｔ膜を積層した積層体からなる。磁区制御膜６４は、強磁性トンネル接合素子４０を構成する図１の固定磁化層１３、第１自由磁化層１５、および第２自由磁化層１８の単磁区化を図り、バルクハウゼンノイズの発生を防止する。
下部電極６１および上部電極６２はセンス電流Ｉsの流路としての機能に加え、磁気シールドとしての機能も兼ねるため、軟磁性合金、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等から構成される。さらに下部電極６１と強磁性トンネル接合素子４０との界面に導電膜、例えば、Ｃｕ膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜等を設けてもよい。
強磁性トンネル接合素子４０は、第１実施の形態に係る強磁性トンネル接合素子である。強磁性トンネル接合素子４０の説明は第１実施の形態での説明と重複するので省略する。センス電流Ｉｓは、例えば上部電極６２から、強磁性トンネル接合素子４０をその膜面に略垂直に流れ下部電極６１に達する。強磁性トンネル接合素子４０は、磁気記録媒体からの漏洩磁界の強度および方向に対応してトンネル抵抗値が変化する。再生素子６０は、例えば、強磁性トンネル接合素子４０のトンネル抵抗値の変化を電圧変化として検出する。このようにして、再生素子６０は磁気記録媒体に記録された情報を再生する。なお、センス電流Ｉｓの流れる方向は図１に示す方向に限定されず、逆向きでもよい。また、磁気記録媒体の移動方向も逆向きでもよい。
再生素子６０及び誘導型記録素子５３は、腐食等を防止するために、アルミナ膜やダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等で覆われている。
磁気ヘッド５０は、トンネル抵抗変化率が高い強磁性トンネル接合素子４０を備えた再生素子６０を有するので、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が高い。したがって、磁気ヘッド５０は、高記録密度化により磁気記録媒体からの漏洩磁界の強度が低下しても検知した信号のＳ／Ｎ比が高い。また、絶縁破壊電圧が高い強磁性トンネル接合素子４０を備えた磁気ヘッド５０は耐久性に優れている。
図４は、上記実施形態の強磁性トンネル接合素子を備える磁気ヘッド適用した磁気記憶装置の要部を示す模式図である。磁気記憶装置７０は、ハウジング７１と、ハウジング７１内に格納された、ディスク状の磁気記録媒体７２、ヘッドスライダ１４０、アクチュエータユニット７３等から構成される。磁気記録媒体７２は、ハブ７４に固定され、図示されないスピンドルモータにより駆動される。また、ヘッドスライダ１４０は、上述した磁気ヘッド１４５（図示せず）を有する。ヘッドスライダ１４０はサスペンション１４１の端部に固定され、サスペンション１４１の他方の端部はアーム７５に固定され、アーム７５を介してアクチュエータユニット７４に取り付けられている。ヘッドスライダ１４０は、アクチュエータユニット７４により、磁気記録媒体６２の径方向に回動される。また、ハウジング７１の裏側には、記録再生制御、磁気ヘッド位置制御、およびスピンドルモータ制御等を行う電子基板（図示せず）が設けられている。
磁気記録媒体７２は、例えば、記録層の磁化容易軸方向が記録層の膜面に平行な面内磁気記録媒体である。面内磁気記録媒体は、例えば、基板上に、ＣｒあるいはＣｒ合金からなる下地層、ＣｏＣｒＰｔ合金からなる記録層、保護膜、および潤滑層がこの順に積層されて構成される。記録層は下地層の作用により記録層の磁化容易軸方向が膜面に平行になる。
また、磁気記録媒体７２は、記録層の磁化容易軸方向が記録層の膜面に垂直な垂直磁気記録媒体でもよい。垂直磁気記録媒体は、例えば、基板上に軟磁性裏打ち層、中間層、垂直磁化膜からなる記録層、保護膜、および潤滑層がこの順に積層されて構成される。記録層は、例えばＣｏＣｒＰｔ合金からなる強磁性多結晶構造や、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2等からなる柱状グラニュラ構造を有する。記録層は、中間層の作用、あるいは自己組織的に記録層の磁化容易軸方向が膜面に略垂直になる。垂直磁気記録媒体は、面内磁気記録媒体よりも記録された磁化の熱安定性に優れるため、面内磁気記録媒体に比べてより高い記録密度が達成できる。
また、磁気記録媒体７２は、記録層の磁化容易軸方向が記録層の膜面に対して傾斜した斜め配向磁気記録媒体でもよい。斜め配向磁気記録媒体は、例えば、基板上に、ＣｒあるいはＣｒ合金からなる下地層、ＣｏＣｒＰｔ合金からなる記録層、保護膜、および潤滑層がこの順に積層されて構成される。記録層は、下地層を構成する結晶粒子の堆積方向が膜面に対して傾いており、そのため下地層の結晶配向方向が膜面に対して傾いている。記録層は、その下地層の影響で記録層の磁化容易軸が膜面に対して傾いている。このような記録層は、磁気ヘッドからの記録磁界に対して、より小さい記録磁界強度で記録層の磁化方向が反転するため、記録され易い性質、いわゆる記録性能が優れている。斜め配向磁気記録媒体は、記録性能が優れている点で、面内磁気記録媒体および垂直磁気記録媒体に比べてより高い記録密度が達成できる。
ヘッドスライダ１４０は、上述した磁気ヘッド１４５（図示せず）を有する。磁気ヘッド１４５に含まれる再生素子６０は、Ｓ／Ｎ比が高い。したがって、磁気記憶装置７０は、高記録密度化により磁気記録媒体７２からの漏洩磁界の強度が低下しても検知でき、検知した信号のＳ／Ｎ比が高いので、高記録密度化に対応できる。
なお、磁気記憶装置７０の基本構成は、図４に示すものに限定されるものではない。磁気記録媒体７２はディスク状の形状に限定されない。例えば磁気記憶装置７０は、ヘリカルスキャン型あるいはラテラル型の磁気テープ装置でもよく、その場合、磁気ヘッド４０は、ヘリカルスキャン型の場合シリンダヘッドに実装され、ラテラル型の場合、磁気テープが長手方向に走行する際に磁気テープが接触するヘッドブロックに実装される。
図５（Ａ）に、上記実施形態の強磁性トンネル接合素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の断面図を示し、図５（Ｂ）にその等価回路図を示す。なお、図５（Ａ）には方向を示すために直交座標軸を合わせて示している。このうち、Ｙ1およびＹ2方向は紙面に垂直な方向であり、Ｙ1方向は紙面の奥に向かう方向、Ｙ2方向は紙面の手前に向かう方向である。なお、以下の説明において例えば単にＸ方向という場合は、Ｘ1方向およびＸ2方向のいずれでもよく、Ｙ方向およびＺ方向についても同様である。
磁気メモリ装置８０は、大略して強磁性トンネル接合素子４０とＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）８２からなる複数のメモリセル８１から構成される。なお、ＭＯＳ型ＦＥＴは、ｐチャネルＭＯＳ型ＦＥＴあるいはｎチャネルＭＯＳ型ＦＥＴを用いることができるが、ここでは、一例として、電子がキャリアとなるｎチャネルＭＯＳ型ＦＥＴを用いた磁気メモリ装置８０について説明する。
ＭＯＳ型ＦＥＴ８２は、シリコン基板８３中に形成されたｐ型不純物を含むｐウェル領域８４と、ｐウェル領域８４中のシリコン基板８３の表面の近傍に互いに離隔してｎ型不純物が導入された不純物拡散領域８５ａ、８５ｂからなる。ここで、一方の不純物拡散領域８５ａをソースＳ、他方の不純物拡散領域８５ｂをドレインＤとする。２つの不純物拡散領域８５ａ、８５ｂの間のシリコン基板８３の表面にはゲート絶縁膜８６を介してゲート電極８７が設けられる。
ＭＯＳ型ＦＥＴ８２のソースＳには、強磁性トンネル接合素子４０の一方、例えば図１に示す下地層が電気的に接続される。また、ドレインＤにはプレート線８８が電気的に接続される。ゲート電極８７には読出用ワード線８９に電気的に接続される。なお、ゲート電極８７が読出用ワード線８９を兼ねてもよい。
強磁性トンネル接合素子４０は、詳細な図示を省略するが、先に図１に示した強磁性トンネル接合素子４０と同様の構成を有する。強磁性トンネル接合素子４０は、図１の第１自由磁化層３０および第２自由磁化層３２の磁化容易軸の方向を図５（Ａ）に示すＸ軸方向に沿って設定し、磁化困難軸の方向をＹ方向に沿って設定する。磁化容易軸の方向は、熱処理により形成してもよく、形状異方性により形成してもよい。形状異方性によりＸ軸方向に磁化容易軸を形成する場合は、強磁性トンネル接合素子４０の膜面に平行な断面形状（Ｘ−Ｙ平面に平行な断面形状）をＸ方向の辺が長い矩形とする。
強磁性トンネル接合素子４０の一方の側、例えば図１に示す第２キャップ層３６にはビット線９０が電気的に接続されている。また、強磁性トンネル接合素子４０の他方の側は上述したようにＭＯＳ型ＦＥＴ８２のソースＳに電気的に接続されている。強磁性トンネル接合素子４０の下側には離隔して書込用ワード線９１が設けられている。
なお、磁気メモリ装置８０は、シリコン基板８３の表面やゲート電極８７がシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の層間絶縁膜９３に覆われている。また、強磁性トンネル接合素子４０、プレート線８８、読出用ワード線８９、ビット線９０、書込用ワード線９１、垂直配線９４、および層内配線９５は、上記で説明した電気的な接続以外は層間絶縁膜９３により互いに電気的に絶縁されている。
次に、磁気メモリ装置の書込みおよび読出し動作を説明する。磁気メモリ装置８０の強磁性トンネル接合素子４０への情報の書込み動作は、強磁性トンネル接合素子４０の上下に配置されたビット線９０と書込用ワード線９１により行われる。ビット線９０は強磁性トンネル接合素子１０の上方をＸ方向に延在しており、ビット線９０に電流を流すことにより、強磁性トンネル接合素子４０にＹ方向に印加される。また、書込用ワード線９１は強磁性トンネル接合素子４０の下方をＹ方向に延在しており、書込用ワード線９１に電流を流すことにより、強磁性トンネル接合素子４０にＸ方向に磁界が印加される。
強磁性トンネル接合素子４０の第１自由磁化層および第２自由磁化層の磁化は、実質的に磁界が印加されない場合はＸ方向（例えばＸ2方向とする。）を向いており、その磁化方向は安定である。なお、第１自由磁化層および第２自由磁化層の磁化は互いに強磁性的に交換結合しているので平行である。以下説明の便宜のため、「第１自由磁化層および第２自由磁化層の磁化」を特に断らない限り、単に「自由磁化積層体の磁化」と称する。
情報を強磁性トンネル接合素子４０に書込む際、ビット線９０と書込用ワード線９１に同時に電流が流される。例えば、自由磁化積層体の磁化をＸ1方向に向ける場合は、書込用ワード線９１に流す電流をＹ1方向に流す。これにより、強磁性トンネル接合素子４０において磁界がＸ1方向となる。この際、ビット線９０に流す電流の方向は、Ｘ1方向およびＸ2方向のいずれでもよい。ビット線９０に流す電流による生じる磁界は、強磁性トンネル接合素子４０においてＹ1方向またはＹ2方向になり、自由磁化積層体の磁化が磁化困難軸の障壁を越えるための磁界の一部として機能する。すなわち、自由磁化積層体の磁化にＸ1方向の磁界と、Ｙ1方向またはＹ2方向とが同時に印加されることで、Ｘ2方向を向いていた自由磁化積層体の磁化は、Ｘ1方向に反転する。そして磁界を取り去った後も自由磁化積層体の磁化はＸ1方向を向いており、次の書込み動作の磁界あるいは消去用の磁界が印加されない限りは安定である。なお、自由磁化積層体の磁化を反転させる場合に印加する磁界の大きさは、次のように表される。
このようにして、強磁性トンネル接合素子４０には自由磁化積層体の磁化の方向に応じて、“１”あるいは“０”を記録できる。例えば、固定磁化層の磁化方向がＸ1方向の場合に、“１”は自由磁化積層体の磁化方向がＸ1方向（トンネル抵抗値が低い状態）、“０”は自由磁化積層体の磁化方向がＸ2方向（トンネル抵抗値が高い状態）に設定すればよい。
なお、書込み動作の際にビット線９０あるいは書込用ワード線９１のいずれか一方のみに電流が流れても自由磁化積層体の磁化の反転が生じない大きさの電流が供給される。これにより、電流を供給したビット線９０と電流を供給した書込用ワード線９１との交点にある強磁性トンネル接合素子４０の自由磁化積層体の磁化のみに記録が行われる。
なお、書込み動作の際にビット線９０に電流を流した際に、強磁性トンネル接合素子１０には電流が流れないように、ソースＳ側がハイピーダンスに設定される。
次に、磁気メモリ装置８０の強磁性トンネル接合素子４０への情報の読出し動作は、ビット線９０にソースＳに対して負電圧を印加し、読出用ワード線８９、すなわちゲート電極８７にＭＯＳ型ＦＥＴ８２の閾値電圧よりも大きな電圧（正電圧）を印加して行う。これによりＭＯＳ型ＦＥＴはオンとなり、電子がビット線９０から、強磁性トンネル接合素子４０、ソースＳ、およびドレインＤを介してプレート線８８に流れる。この電子の流れる単位時間当たりの量、言い換えれば電流値により、自由磁化積層体の磁化方向に対応する強磁性トンネル効果によるトンネル抵抗値を検出する。これにより、強磁性トンネル接合素子４０が保持する“１”あるいは“０”の情報を読出すことができる。
強磁性トンネル接合素子４０は、第１実施の形態で説明したようにトンネル抵抗変化率が高い。したがって、磁気メモリ装置８０は、情報の読出しの際に、保持された“０”および“１”に対応するトンネル抵抗値の差が大きいので、正確な読出しができる。また、強磁性トンネル接合素子４０は、絶縁破壊電圧が高いため、その素子を備えた磁気メモリ装置の信頼性も高い。
なお、強磁性トンネル接合素子４０の保護膜側をビット線９０に接続し、下地層側をソースＳに接続したがその逆でもよい。また、磁気メモリ装置８０の構成は上記構成に限定されず、公知の磁気メモリ装置に強磁性トンネル接合素子に図１に示す強磁性トンネル接合素子を適用できる。
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
（実施例１）
後述のＭＲ比の測定のため、実施例１のトンネル接合素子を以下の方法により作成した。Ｓｉ基板１０の上に、後述するＣＩＰＴ法でＭＲ比を測定するための導電層１２としてＴａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（３０ｎｍ）をマグネトロンスパッタ装置を用いて形成した。次いで、導電層１２の上に、第１下地層１３としてＴａ（３ｎｍ）を、第２下地層１４としてＲｕ（２ｎｍ）を、ピニング層１８としてＩｒ２１Ｍｎ７９（７ｎｍ）を、第１固定磁化層２０としてＣｏ６５Ｆｅ３５（２ｎｍ）を、非磁性結合層２１としてＲｕ（０．８ｎｍ）を、第２固定磁化層２２としてＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）を、第１拡散抑制層２４としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．５ｎｍ）を、絶縁層２５としてＭｇＯ（１．０ｎｍ）を、第２拡散抑制層３０としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．６ｎｍ）を、第１自由磁化層３２としてＣｏ７０Ｆｅ１０Ｂ２０（２ｎｍ）を、第３拡散抑制層３３としてＴａ（０．２５ｎｍ）を、第２自由磁化層３４としてＮｉ９０Ｆｅ１０（３ｎｍ）を、第１キャップ層３５としてＴａ（５ｎｍ）を、後述のＣＩＰＴ法でＭＲ比を測定するために必要な導電層（図示せず）としてＣｕ（５ｎｍ）、及び第２キャップ層３６としてＲｕ（１０ｎｍ）を、マグネトロンスパッタ装置を用いて順に形成し、図６に示すような積層構造を有するトンネル接合素子を得た。なお、カッコ内はそれぞれの層の膜厚を示す（以下の実施例及び比較例においても同様である。）。次いで、磁場中、２７０℃環境下において、４時間真空熱処理を行った。
（実施例２）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．６ｎｍ）の代わりに、Ｃｏ５０Ｆｅ５０（０．４ｎｍ）を形成したことを除き、実施例１と同様の手順で実施例２の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（実施例３）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．６ｎｍ）の代わりに、Ｃｏ５０Ｆｅ５０（０．２ｎｍ）を形成したことを除き、実施例１と同様の手順で実施例３の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（実施例４）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．６ｎｍ）の代わりに、Ｃｏ５０Ｆｅ５０（０．３ｎｍ）を形成したことを除き、実施例１と同様の手順で実施例３の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（実施例５）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．６ｎｍ）の代わりにＣｏ６５Ｆｅ３５（０．８ｎｍ）を、また、第１自由磁化層３２としてＣｏ７０Ｆｅ１０Ｂ２０（１．５ｎｍ）の代わりにＣｏ７０Ｆｅ１０Ｂ２０（１．０ｎｍ）を形成したことを除き、実施例１と同様の手順で実施例５の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（実施例６）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ６５Ｆｅ３５（０．８ｎｍ）の代わりにＣｏ６５Ｆｅ３５（０．７ｎｍ）を形成したことを除き、実施例５と同様の手順で実施例６の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（実施例７）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ６５Ｆｅ３５（０．８ｎｍ）の代わりにＣｏ６５Ｆｅ３５（０．５ｎｍ）を形成したことを除き、実施例５と同様の手順で実施例６の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（実施例８）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ６５Ｆｅ３５（０．８ｎｍ）の代わりにＣｏ６５Ｆｅ３５（０．３ｎｍ）を形成したことを除き、実施例５と同様の手順で実施例６の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（実施例９）
後述の絶縁破壊電圧の測定のため、実施例９の強磁性トンネル接合素子を以下の方法により作成した。まず、Ｓｉ基板１０の上に、導電層１２としてＮｉＦｅ（１μｍ）をめっき法により形成した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行った。ついで、導電層１２の上に、第１下地層１３としてＴａ（３ｎｍ）を、第２下地層１４としてＲｕ（２ｎｍ）を、ピニング層１８としてＩｒ２１Ｍｎ７９（７ｎｍ）を、第１固定磁化層２０としてＣｏ６５Ｆｅ３５（２ｎｍ）を、非磁性結合層２１としてＲｕ（０．８ｎｍ）を、第２固定磁化層２２としてＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（２ｎｍ）を、第１拡散抑制層２４としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．５ｎｍ）を、絶縁層２５としてＭｇＯ（１．０ｎｍ）を、第２拡散抑制層３０としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．６ｎｍ）を、第１自由磁化層３２としてＣｏ７０Ｆｅ１０Ｂ２０（２ｎｍ）を、第３拡散抑制層３３としてＴａ（０．２５ｎｍ）を、第２自由磁化層３４としてＮｉ９０Ｆｅ１０（３ｎｍ）を、第１キャップ層３５としてＴａ（５ｎｍ）を、及び第２キャップ層３６としてＲｕ（１０ｎｍ）を、マグネトロンスパッタ装置を用いて順に形成し、図７に示すような積層体を得た。なお、カッコ内はそれぞれの層の膜厚を示す（以下の実施例及び比較例においても同様である。）。次いで、磁場中、２７０℃環境下において、４時間真空熱処理を行った。
次いで、ＲＦスパッタ装置を用いてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる絶縁膜４８を形成する。次いで、絶縁膜４８の一部をリフトオフプロセスにより除去し、導電層１２まで達するビアホールが形成された。次いで、第２キャップ層３６上及び絶縁膜が除去された部分に、スパッタ法を用いて銅からなる第１電極４５、第２電極４６がそれぞれ形成されることにより、図８に示すような積層体を得た。
また、導電層１２においてＮｉＦｅ（１μｍ）を形成する代わりにＴａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（３０ｎｍ）をマグネトロンスパッタ装置を用いて形成したこと、及び第１キャップ層３５と第２キャップ層３６との間に、後述のＣＩＰＴ法でＭＲ比を測定するために必要な導電層（図示せず）としてＣｕ（５ｎｍ）をマグネトロンスパッタ装置を用いて形成したことを除いて上記と同様の作成条件で、図６に示すような積層構造を有するＭＲ比測定用の素子を作成した。
（実施例１０）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．６ｎｍ）の代わりに、Ｃｏ５０Ｆｅ５０（０．３ｎｍ）を形成したことを除き、実施例９と同様の手順で実施例１０の強磁性トンネル接合素子を形成した。また、ＭＲ比測定用の素子も作成した。
（実施例１１）
第２拡散抑制層３０としてＣｏ５０Ｆｅ５０（０．６ｎｍ）の代わりに、Ｃｏ６５Ｆｅ３５（０．３ｎｍ）を形成したことを除き、実施例９と同様の手順で実施例１０の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（比較例１）
第１拡散抑制層２４及び第２拡散抑制層３０を形成しないことを除き、実施例１と同様の手順で比較例１の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（比較例２）
第１拡散抑制層２４及び第２拡散抑制層３０を形成しないことを除き、実施例９と同様の手順で比較例２の強磁性トンネル接合素子を形成した。
（評価）
１．磁気抵抗変化率（ＭＲ比）
実施例１〜３及び比較例１で形成した強磁性トンネル接合素子について、磁気抵抗変化率、及びトンネル抵抗率（素子の膜厚方向の抵抗と素子の面積との積）の測定を行った。測定にはＣＩＰＴ法（Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）を用いた。ＣＩＰＴ法の詳細については、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ， ｖｏｌ． ８３， Ｎｏ． １，ｐ８４−８６ （２００３年）に記載されている。磁気抵抗変化率の値は、走査型伝導度顕微鏡（Ｃａｐｒｅｓ製、商品名「ＳＰＭ−ＣＩＰＴｅｃｈ」）を使用して６点測定した値の平均値である。
図９は、実施例１〜３及び比較例１で得られた素子に関する、第２拡散抑制層の膜厚に対するＭＲ比のプロットである。第１拡散抑制層及び第２拡散抑制層を備える実施例１〜３の強磁性トンネル接合素子は、それらを備えていない比較例１の素子に比べてＭＲ値が高くなる傾向にある。尚、測定サンプルのトンネル抵抗値ＲＡは２．１〜２．２（Ω・μｍ２）だった。
図１０は、実施例５〜８及び比較例１で得られた素子に関する、第２拡散抑制層の膜厚に対するＭＲ比のプロットである。第１拡散抑制層及び第２拡散抑制層を備える実施例５〜８の強磁性トンネル接合素子は、それらを備えていない比較例１の素子に比べてＭＲ値が高くなる傾向にある。尚、測定サンプルのトンネル抵抗値ＲＡは２．１〜２．３（Ω・μｍ２）だった。
図１１は、実施例４及び比較例１で得られた素子に関する、トンネル抵抗値ＲＡに対するＭＲ比のプロットである。ＲＡの値にかかわらず、比較例１の素子のＭＲ比に比べ実施例４の素子は高かった。図１２は、実施例４と比較例１のＭＲ比の違いを比較するための、トンネル抵抗値ＲＡに対する実施例４のＭＲ比／比較例１のＭＲ比のプロットである。低いＲＡの領域において、特にＭＲ比が向上していることがわかった。
図１３は、実施例８及び比較例１で得られた素子に関する、トンネル抵抗値ＲＡに対するＭＲ比のプロットである。ＲＡの値にかかわらず、比較例１の素子のＭＲ比に比べ実施例４の素子は高かった。図１４は、実施例４と比較例１のＭＲ比の違いを比較するための、トンネル抵抗値ＲＡに対する実施例４のＭＲ比／比較例１のＭＲ比のプロットである。低いＲＡの領域において、特にＭＲ比が向上していることがわかった。
２．絶縁破壊電圧
実施例９、１０、１１及び比較例２で得られた強磁性トンネル接合素子のうち、ＲＡが２．２Ωμｍ２（ＣＩＰＴ法による）であるものについて、絶縁破壊電圧（Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＢＤＶ）の測定を行った。
第１電極４５及び第２電極４６に、パルス電圧を絶縁破壊が認められる、すなわち電気抵抗が０になるまで電圧を印加した。開始時の印加電圧は３５０ｍＶ、パルス幅は２００ｍｓとした。また、１パルス毎に１０ｍＶ昇圧させた。尚、電気抵抗が０になったときの印加電圧が絶縁破壊電圧である。
表１は絶縁破壊電圧の測定結果である。第１拡散抑制層及び第２拡散抑制層を備える実施例９、１０、１１の強磁性トンネル接合素子は、それらを備えていない比較例２の素子に比べて絶縁破壊電圧が高かった。
ここで再び、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
（付記１）
磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化層よりも小さい第２固定磁化部と、
前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子。
（付記２）
前記第１固定磁化部が前記ホウ素原子を含有する前記強磁性材料からなる層を前記第２固定磁化部側に備えることを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記３）
前記第２自由磁化部が前記ホウ素原子の含有する前記強磁性材料からなる層を前記第１自由磁化部側に備えることを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記４）
前記第２固定磁化部がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種類の元素を含有することを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記５）
前記第１自由磁化部がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち少なくとも１種類の元素を含有することを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記６）
前記絶縁層が、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌのうち少なくとも１種類の元素を含有する酸化物からなることを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記７）
前記第２固定磁化部及び前記第１自由磁化部の膜厚が、それぞれ０．２〜０．６ｎｍであることを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記８）
前記絶縁層におけるホウ素原子の含有比が、前記第２固定磁化部及び前記第１自由磁化部におけるホウ素原子の含有比よりも小さいことを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記９）
磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化層よりも小さい第２固定磁化部と、
前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子
を備えることを特徴とする磁気ヘッド。
（付記１０）
磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化部よりも小さい第２固定磁化部と、
前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子
を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
（付記１１）
更に、前記強磁性トンネル接合素子に磁界を印加して、前記第1自由磁化部及び第2自由磁化部の各々磁化を所定の方向に向ける書き込み手段と、
前記強磁性トンネル接合素子にセンス電流を供給してトンネル抵抗値を検出する読出手段と
を備えることを特徴とする付記１０に記載の磁気記憶装置。
（付記１２）
更に、情報の記録及び再生を行うための磁気記憶媒体と、該磁気記憶媒体へ情報を記録する又は該磁気記憶媒体の情報を再生するために該磁気記憶媒体に対向するように配置された磁気ヘッドとを備え、
前記磁気ヘッドが、前記強磁性トンネル接合素子を備えることを特徴とする付記１０に記載の磁気記憶装置。
（付記１３）
前記第２固定磁化部がＣｏＦｅを主成分とすることを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記１４）
前記第３固定磁化部がＣｏＦｅを主成分とすることを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記１５）
前記第２自由磁化部が、ＣｏＦｅＢを主成分とする第１自由磁化層と、該第１自由磁化層の上方に配置され、ＮｉＦｅを主成分とする第２自由磁化層とを含んでなることを特徴とする付記１に記載の強磁性トンネル接合素子。
（付記１６）
前記第１自由磁化層と前記第２自由磁化層との間に、前記第１自由磁化層に含まれるホウ素原子が第２自由磁化層へ拡散することを抑制可能な金属層を備えることを特徴とする付記１５に記載の強磁性トンネル接合素子。
本発明の強磁性トンネル接合素子の第１の実施形態による強磁性トンネル接合素子の断面図である。 第１の実施形態による強磁性トンネル接合素子を適用した磁気ヘッドを備えるヘッドスライダが磁気記録媒体上を浮上する様子を示す断面図である。 図２のヘッドスライダの要部を示す図である。 第１の実施形態の強磁性トンネル接合素子を備える磁気ヘッド適用した磁気記憶装置の要部を示す模式図である。 図５（Ａ）に上記実施形態の強磁性トンネル接合素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の断面図を示す。図５（Ｂ）にその等価回路図を示す。 強磁性トンネル接合素子の一実施形態を示す断面図である。 絶縁破壊電圧測定用の強磁性トンネル接合素子の製造方法を説明するための断面図である。 絶縁破壊電圧測定用の強磁性トンネル接合素子の断面図である。 実施例１〜３及び比較例１で得られた素子に関する、第２拡散抑制層の膜厚に対するＭＲ比のプロットである。 実施例５〜８及び比較例１で得られた素子に関する、第２拡散抑制層の膜厚に対するＭＲ比のプロットである。 実施例４及び比較例１で得られた素子に関する、トンネル抵抗値ＲＡに対するＭＲ比のプロットである。 実施例４と比較例１のＭＲ比の違いを比較するための、トンネル抵抗値ＲＡに対する実施例４のＭＲ比／比較例１のＭＲ比のプロットである。 実施例８及び比較例１で得られた素子に関する、トンネル抵抗値ＲＡに対するＭＲ比のプロットである。 実施例４と比較例１のＭＲ比の違いを比較するための、トンネル抵抗値ＲＡに対する実施例４のＭＲ比／比較例１のＭＲ比のプロットである。
符号の説明
１０ 支持基板
１２ 導電層
１３ 第１下地層
１４ 第２下地層
１８ ピニング層
２０ 第１固定磁化層（ピン層）
２１ 非磁性結合層
２２ 第２固定磁化層（ピン層）
２４ 第１拡散抑制層（ピン層）
２５ 絶縁層（バリア層）
３０ 第２拡散抑制層（フリー層）
３２ 第１自由磁化層（フリー層）
３３ 第３拡散抑制層
３４ 第２自由磁化層（フリー層）
３５ 第１キャップ層
３６ 第２キャップ層
４０ 強磁性トンネル接合素子
４５ 第１電極
４６ 第２電極
４８ 絶縁膜
５０ 磁気ヘッド
５１ 基体
５２ 絶縁膜
５３ 誘導型記録素子
５４ 上部磁極
５５ 記録ギャップ層
５６ 下部磁極
６０ 再生素子
６１ 下部電極
６２ 上部電極
６３ 絶縁膜
６４ 磁区制御膜
６５ 絶縁膜
７０ 磁気記憶装置
７１ ハウジング
７２ 磁気記録媒体
７３ アクチュエータユニット
７４ ハブ
７５ アーム
８０ 磁気メモリ装置
８１ メモリセル
８２ ＭＯＳ型ＦＥＴ
８３ シリコン基板
８４ ｐウェル領域
８５ａ 不純物拡散領域
８５ｂ 不純物拡散領域
８６ ゲート絶縁膜
８７ ゲート電極
８８ プレート線
８９ 読出用ワード線
９０ ビット線
９１ 書込用ワード線
９３ 層間絶縁膜
９４ 垂直配線
９５ 層内配線
１２５Ａ 下部電極
１２５Ｂ 上部電極
１２６ 直流電流源
１２７ デジタルボルトメータ
１４０ ヘッドスライダ
１４０ａ 媒体対向面
１４０−１ 空気流出端
１４１ サスペンション
１４２ ジンバル
１４３ 素子部
１４６ 磁気記録媒体

Claims (9)

  1. 磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
    前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化部よりも小さい第２固定磁化部と、
    前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
    前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
    前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
    を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子。
  2. 前記第１固定磁化部が前記ホウ素原子を含有する前記強磁性材料からなる層を前記第２固定磁化部側に備えることを特徴とする請求項１に記載の強磁性トンネル接合素子。
  3. 前記第２自由磁化部が前記ホウ素原子の含有する前記強磁性材料からなる層を前記第１自由磁化部側に備えることを特徴とする請求項１に記載の強磁性トンネル接合素子。
  4. 前記第２固定磁化部及び前記第１自由磁化部の膜厚が、それぞれ０．２〜０．６ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の強磁性トンネル接合素子。
  5. 前記絶縁層におけるホウ素原子の含有比が、前記第２固定磁化部及び前記第１自由磁化部におけるホウ素原子の含有比よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の強磁性トンネル接合素子。
  6. 磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
    前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化部よりも小さい第２固定磁化部と、
    前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
    前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
    前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
    を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子
    を備えることを特徴とする磁気ヘッド。
  7. 磁化方向が固定可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備える第１固定磁化部と、
    前記第１固定磁化部の上に配置され、磁化方向が固定可能であり、強磁性材料からなり、該強磁性材料のホウ素原子の含有比が第１固定磁化部よりも小さい第２固定磁化部と、
    前記第２固定磁化部の上に配置され、トンネル現象により電子が透過可能なエネルギー障壁を有する絶縁層と、
    前記絶縁層の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、強磁性材料からなる第１自由磁化部と、
    前記第１自由磁化部の上に配置され、磁化方向が変化可能であり、ホウ素原子を含有する強磁性材料を備え、該ホウ素原子の含有比が前記第１自由磁化部よりも大きい、第２自由磁化部と
    を有することを特徴とする強磁性トンネル接合素子
    を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
  8. 更に、前記強磁性トンネル接合素子に磁界を印加して、前記第1自由磁化部及び第2自由磁化部の各々磁化を所定の方向に向ける書き込み手段と、
    前記強磁性トンネル接合素子にセンス電流を供給してトンネル抵抗値を検出する読出手段と
    を備えることを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置。
  9. 更に、情報の記録及び再生を行うための磁気記憶媒体と、該磁気記憶媒体へ情報を記録する又は該磁気記憶媒体の情報を再生するために該磁気記憶媒体に対向するように配置された磁気ヘッドとを備え、
    前記磁気ヘッドが、前記強磁性トンネル接合素子を備えることを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置。
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