WO2020095753A1 - 磁気抵抗素子 - Google Patents

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WO2020095753A1
WO2020095753A1 PCT/JP2019/042295 JP2019042295W WO2020095753A1 WO 2020095753 A1 WO2020095753 A1 WO 2020095753A1 JP 2019042295 W JP2019042295 W JP 2019042295W WO 2020095753 A1 WO2020095753 A1 WO 2020095753A1
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layer
magnetoresistive element
gib
laminated structure
metal
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植木　誠
末光　克巳
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
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    • H10B61/22—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors of the field-effect transistor [FET] type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
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    • G—PHYSICS
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    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials

Definitions

  • the present disclosure relates to a magnetoresistive element.
  • the MRAM Magnetic Random Access Memory
  • the MRAM is expected to be developed into a code storage and a working memory in the future because of its high-speed operation and high reliability, but in reality, it has problems in low power consumption and large capacity. ..
  • This is an essential problem due to the recording principle of the MRAM, that is, the method of reversing the magnetization by the current magnetic field generated from the wiring.
  • a recording method that does not rely on a current magnetic field that is, a magnetization reversal method has been studied.
  • Magnetization reversal by spin injection is a phenomenon in which electrons that are spin-polarized after passing through a magnetic substance are injected into another magnetic substance, causing magnetization reversal in the other magnetic substance.
  • a magnetoresistive element composed of a spin injection type magnetoresistive effect element by utilizing magnetization reversal by spin injection, as compared with MRAM which performs magnetization reversal based on an external magnetic field, writing is performed even if the element is miniaturized. It has the advantages that the current does not increase, that the write current value decreases in proportion to the element volume, and that scaling is possible, that the cell area can be reduced, and that the write current magnetic field required for the MRAM is generated.
  • a magnetoresistive element composed of a spin injection type magnetoresistive effect element has, for example, a laminated structure composed of a magnetization fixed layer, an intermediate layer and a memory layer.
  • the laminated structure of the magnetoresistive element in the process of manufacture is often exposed to an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere.
  • various layers constituting the laminated structure of the magnetoresistive element are oxidized or reduced.
  • various problems such as deterioration of the information holding characteristic of the magnetoresistive element, increase of the information writing voltage or the information rewriting voltage, and variation of the resistance value occur.
  • an object of the present disclosure is to provide a magnetoresistive element having stable characteristics.
  • a magnetoresistive element for achieving the above object, At least, it has a laminated structure consisting of a magnetization fixed layer, an intermediate layer and a storage layer, A metal layer is formed on or above the laminated structure, The orthographic image of the laminated structure with respect to the metal layer is included in the metal layer, At the temperature T (° C) between 0 ° C and 400 ° C, the Gibbs energy of oxides and formation of metal atoms forming the metal layer at the temperature T (° C) is E Gib-0 (T), and the magnetization fixed layer and the storage layer at the temperature T are When the minimum Gibbs energy among the constituent metal oxides and Gibbs energies of formation is E Gib-1 (T), E Gib-0 (T) ⁇ E Gib-1 (T) (1) To be satisfied.
  • a magnetoresistive element for achieving the above object is At least, it has a laminated structure consisting of a magnetization fixed layer, an intermediate layer and a storage layer, A metal layer is formed on or above the laminated structure, The orthographic image of the laminated structure with respect to the metal layer is included in the metal layer, Oxide of the metal atoms forming the metal layer at a temperature T (° C) of 0 ° C or more and 400 ° C or less, the Gibbs energy of formation is Gib-0 (T), and the metal atoms forming the intermediate layer at the temperature T are Of the Gibbs energies of the oxides and the Gibbs energies produced by E Gib-2 (T), E Gib-2 (T) ⁇ E Gib-0 (T) (2) To be satisfied.
  • FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of the magnetoresistive element of Example 1.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the magnetoresistive element according to the first embodiment.
  • 3A and 3B are conceptual diagrams of a spin injection type magnetoresistive effect element to which spin injection magnetization reversal is applied.
  • 4A and 4B are conceptual diagrams of a spin injection type magnetoresistive effect element to which spin injection magnetization reversal is applied.
  • 5A, 5B, and 5C are schematic partial end views of a laminated structure and the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the first embodiment.
  • FIG. 6A, 6B, and 6C are schematic partial end views of the laminated structure and the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the first embodiment, following FIG. 5C.
  • 7A and 7B are schematic partial end views of a laminated structure and the like for explaining a modified example of the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the first embodiment.
  • 8A and 8B are schematic partial end views of the laminated structure and the like for explaining the modified example of the method of manufacturing the magnetoresistive element of the first embodiment, following FIG. 7B.
  • FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view of the magnetoresistive element of Example 2.
  • FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view of the magnetoresistive element of Example 2.
  • FIG. 10 is a schematic partial end view of a laminated structure or the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic partial end view of the laminated structure and the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the second embodiment, following FIG. 10.
  • FIG. 12 is a schematic partial cross-sectional view of the magnetoresistive element of Example 3.
  • FIG. 13 is a schematic partial end view of a laminated structure or the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic partial end view of the laminated structure or the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the third embodiment, following FIG. 13.
  • FIG. 13 is a schematic partial end view of the laminated structure or the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the third embodiment, following FIG. 13.
  • FIG. 13 is a schematic partial end view of a laminated structure or the like for explaining the method of manufacturing
  • FIG. 15 is a schematic partial cross-sectional view of the magnetoresistive element of Example 4.
  • FIG. 16 is a schematic partial end view of a laminated structure or the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element of Example 4 shown in FIG.
  • FIG. 17 is a schematic partial end view of the laminated structure or the like for explaining the method of manufacturing the magnetoresistive element according to the fourth embodiment illustrated in FIG. 15, following FIG. 16.
  • 18A, 18B, and 18C are schematic partial cross-sectional views of a laminated structure and the like of a modified example of the magnetoresistive element according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19A, 19B, and 19C are schematic partial end views of a laminated structure and the like for explaining the manufacturing method of the modified example of the magnetoresistive element of Example 4 shown in FIG. 18C.
  • FIG. 20 is a schematic partial cross-sectional view of another modification of the magnetoresistive element of the fourth embodiment.
  • 21A and 21B are a schematic perspective view in which a part of the composite magnetic head of Example 5 is cut away, and a schematic cross-sectional view of the composite magnetic head of Example 5, respectively.
  • FIG. 22 is a schematic partial cross-sectional view of a modified example of the magnetoresistive element according to the first embodiment.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram of the magnetoresistive element of the present disclosure.
  • Example 1 magnetoresistive element according to first to second aspects of the present disclosure
  • Example 2 Modification of Example 1
  • Example 3 another modification of Example 1
  • Example 4 Modifications of Examples 1 to 3)
  • Example 5 application example of the magnetoresistive elements of Examples 1 to 4) 7.
  • the metal layer includes titanium (Ti) atoms and aluminum (Al).
  • the form may include at least one type of metal atom selected from the group consisting of atoms and magnesium (Mg) atoms.
  • the metal atoms forming the magnetization fixed layer and the storage layer are cobalt (Co) atoms, Alternatively, it may be in a form containing an iron (Fe) atom, or a cobalt atom and an iron atom (Co—Fe).
  • the metal atoms forming the magnetization fixed layer and the storage layer may be in a form containing at least cobalt (Co) atoms or iron (Fe) atoms. That is, the magnetization fixed layer and the storage layer can be configured to be composed of a metal material (alloy or compound) composed of at least cobalt (Co) or iron (Fe).
  • the cobalt (Co) atom, the iron (Fe) atom, or the cobalt atom and the iron atom (Co—Fe) constituting the magnetization fixed layer is 50 atom% or more, preferably 70 atoms in the magnetization fixed layer. % Or more can be included. Further, the content of cobalt (Co) atoms, iron (Fe) atoms, or cobalt atoms and iron atoms (Co—Fe) forming the memory layer is 50 atom% or more, preferably 70 atom% or more, It can be in the included form.
  • Ni nickel
  • platinum Pt
  • palladium Pd
  • rhodium Rh
  • terbium Tb
  • manganese Mn
  • iridium as metal atoms forming the magnetization fixed layer and / or the storage layer Ir
  • the storage layer has a metal material (alloy, alloy) made of cobalt, iron and nickel. Compound) or a metallic material (alloy, compound) composed of cobalt, iron, nickel and boron.
  • an alloy of a ferromagnetic material such as nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co) (for example, Co—Fe, Co—Fe—B, Co—Fe—Ni, Fe—Pt, Ni—Fe, Fe—B, Co—B, etc.), or an alloy obtained by adding gadolinium (Gd) to these alloys can be exemplified.
  • a ferromagnetic material such as nickel (Ni), iron (Fe), and cobalt (Co)
  • Gad gadolinium
  • heavy rare earths such as terbium (Tb), dysprosium (Dy) and holmium (Ho) may be added to the alloy. You may laminate the alloy containing.
  • the crystallinity of the storage layer is essentially arbitrary, and may be polycrystalline, single crystal, or amorphous.
  • the storage layer may have a single-layer structure, a stacked structure in which a plurality of different ferromagnetic material layers described above are stacked, or a stacked structure in which a ferromagnetic material layer and a nonmagnetic layer are stacked. It can also be configured. Note that the above gadolinium (Gd) and heavy rare earths do not need to satisfy the above formula (1) because the ratio of the atoms occupying the storage layer is small.
  • E Gib-1 (T) be the minimum Gibbs energy of oxides / Gibbs energies of metal atoms that compose 5 at% or more of the metal atoms constituting the magnetization fixed layer and the memory layer. ..
  • non-magnetic element it is also possible to add a non-magnetic element to the material forming the memory layer.
  • a non-magnetic element By adding the non-magnetic element, effects such as improvement of heat resistance due to prevention of diffusion, increase of magnetoresistive effect, and increase of withstand voltage due to flattening can be obtained.
  • the non-magnetic element to be added B, C, N, O, F, Li, Mg, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Ge, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, Ta. , Ir, Pt, Au, Zr, Hf, W, Mo, Re, Os.
  • E Gib-1 (T) be the minimum Gibbs energy of oxides / Gibbs energies of metal atoms that compose 5 at% or more of the metal atoms constituting the magnetization fixed layer and the memory layer. ..
  • ferromagnetic material layers having different compositions as the storage layer.
  • a plurality of ferromagnetic material layers such as an Fe layer, a Co layer, an Fe-Ni alloy layer, a Co-Fe alloy layer, a Co-Fe-B alloy layer, an Fe-B alloy layer, and a Co-B alloy layer are made of non-magnetic material.
  • the thickness of the storage layer can be 0.5 nm to 30 nm, and the thickness of the magnetization fixed layer can be 0.5 nm to 30 nm.
  • the magnetization fixed layer may have a form having a laminated ferri structure (also referred to as laminated ferri pin structure) in which at least two magnetic material layers are laminated.
  • the laminated ferri structure is a laminated structure having antiferromagnetic coupling, that is, a structure in which interlayer exchange coupling between two magnetic material layers (reference layer and fixed layer) becomes antiferromagnetic.
  • antiferromagnetic coupling SAF: Synthetic Antiferromagnet
  • two magnetic material layers one magnetic material layer may be referred to as a “reference layer”
  • the other magnetic material layer constituting the laminated ferri structure is referred to as “reference layer”.
  • the interlayer exchange coupling is antiferromagnetic or ferromagnetic.
  • the magnetization direction of the reference layer is a magnetization direction that serves as a reference for information to be stored in the storage layer.
  • One magnetic material layer (reference layer) forming the laminated ferri structure is located on the storage layer side.
  • One of the magnetic material layers (for example, the reference layer) forming the laminated ferri structure contains at least one element selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni), or At least one element selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni) and boron (B) are contained, and specifically, a Co—Fe alloy, a Co—Fe—Ni alloy , Ni—Fe alloys, Co—Fe—B alloys, Fe layers / Pt layers, Fe layers / Pd layers, Co layers / Pt layers, Co layers / Pd layers, Co layers / Ni layers, Co There may be mentioned a laminated structure such as a layer / Rh layer, and these materials may be Ag, Cu, Au, Al, Si, Bi, Ta, B, C, O, N, Pd, Pt, Zr, Ta, Hf.
  • the other magnetic material layer (for example, the fixed layer) forming the laminated ferri structure is at least one element selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) and manganese (Mn).
  • element-A at least one element selected from the group consisting of platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), iridium (Ir) and rhodium (Rh).
  • examples of the material forming the non-magnetic layer include ruthenium (Ru), its alloys, and ruthenium compounds, or Os, Re, Ir, Au, Ag, Cu, Al, Bi, Si, B. , C, Cr, Ta, Pd, Pt, Zr, Hf, W, Mo, Nb, V, Rh, and alloys thereof.
  • Ru ruthenium
  • the laminated ferri structure as the magnetization fixed layer, it is possible to reliably cancel the asymmetry of the thermal stability in the information writing direction, and it is possible to improve the stability to the spin torque.
  • E Gib-1 (T) be the minimum Gibbs energy of oxides / Gibbs energies of metal atoms that compose 5 at% or more of the metal atoms constituting the magnetization fixed layer and the memory layer. ..
  • the magnetization pinned layer can have a structure in which the magnetization direction is pinned by only the ferromagnetic layer or by utilizing the antiferromagnetic coupling between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer.
  • the antiferromagnetic material specifically, Fe—Mn alloy, Fe—Pt alloy, Ni—Mn alloy, Pt—Mn alloy, Pt—Cr—Mn alloy, Ir—Mn alloy, Rh—Mn alloy, Co— Pt alloy, cobalt oxide, nickel oxide (NiO), mention may be made of iron oxide (Fe 2 O 3).
  • these materials may be added to Ag, Cu, Au, Al, Si, Bi, Ta, B, C, O, N, Pd, Pt, Zr, Ta, Hf, Ir, W, Mo, Nb, V,
  • a magnetic property may be adjusted by adding a non-magnetic element such as Ru or Rh, or various physical properties such as crystal structure, crystallinity and stability of a substance may be adjusted. It is not necessary to satisfy the above formula (1) because the proportion of atoms corresponding to the above non-magnetic element is small as atoms occupying the magnetization fixed layer.
  • E Gib-1 (T) be the minimum Gibbs energy of oxides / Gibbs energies of metal atoms that compose 5 at% or more of the metal atoms constituting the magnetization fixed layer and the memory layer. ..
  • the magnetization fixed layer is not limited to the form having the laminated ferri structure. It may be a magnetization fixed layer which is composed of one layer and functions as a reference layer. As a material forming such a magnetization fixed layer, a material (ferromagnetic material) forming a storage layer, which will be described later, can be cited, or the magnetization fixed layer (reference layer) includes a Co layer and a Pt layer.
  • Laminated body, Co layer and Pd layer laminated body, Co layer and Ni layer laminated body, Co layer and Tb layer laminated body, Co—Pt alloy layer, Co—Pd alloy layer, Co—Ni alloy Layer, Co—Fe alloy layer, Co—Tb alloy layer, Co layer, Fe layer, or Co—Fe—B alloy layer, or these materials may be Ag, Cu, Magnetic properties by adding non-magnetic elements such as Au, Al, Si, Bi, Ta, B, C, O, N, Pd, Pt, Zr, Hf, Ir, W, Mo, Nb, V, Ru, Rh May be adjusted or various physical properties such as crystal structure, crystallinity and stability of substances may be adjusted.
  • the magnetization fixed layer (reference layer) can have a structure consisting of Co-Fe-B alloy layer. It is not necessary to satisfy the above formula (1) because the proportion of atoms corresponding to the above non-magnetic element is small as atoms occupying the magnetization fixed layer.
  • E Gib-1 (T) be the minimum Gibbs energy of oxides / Gibbs energies of metal atoms that compose 5 at% or more of the metal atoms constituting the magnetization fixed layer and the memory layer. ..
  • the magnetization direction of the magnetization pinned layer is the standard of information, the magnetization direction should not change due to recording or reading of information, but it does not necessarily have to be pinned in a specific direction, and the coercive force of the storage layer is higher than that of the storage layer.
  • the structure or structure may be such that the magnetization direction is harder to change than the storage layer by increasing the thickness, increasing the film thickness, or increasing the magnetic damping constant.
  • the metal atom forming the intermediate layer includes magnesium (Mg) atom or aluminum ( Al) atoms may be included.
  • the intermediate layer is preferably made of a nonmagnetic material. That is, in the spin injection type magnetoresistive effect element, it is preferable that the intermediate layer in the case of forming the laminated structure having the TMR (Tunnel Magnetoresistance) effect is an insulating material and is made of a non-magnetic material.
  • a laminated structure having a TMR effect is constituted by the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the storage layer means that the magnetization fixed layer made of a magnetic material and the storage layer made of a magnetic material function as a tunnel insulating film.
  • the material which is an insulating material and a non-magnetic material magnesium oxide (MgO), magnesium nitride, magnesium fluoride, aluminum oxide (AlO x ), aluminum nitride (AlN), silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN), TiO 2 , Cr 2 O 3 , Ge, NiO, CdO x , HfO 2 , Ta 2 O 5 , Bi 2 O 3 , CaF, SrTiO 2 , AlLaO 3 , Mg- Examples thereof include various insulating materials such as Al 2 —O, Al—N—O, BN and ZnS, dielectric materials, and semiconductor materials.
  • the sheet resistance value of the intermediate layer made of an insulating material is preferably about several tens ⁇ ⁇ ⁇ m 2 or less.
  • the MgO layer is preferably crystallized, and more preferably has crystal orientation in the (001) direction.
  • the intermediate layer is made of magnesium oxide (MgO)
  • its thickness is preferably 1.5 nm or less.
  • the intermediate layer made of an insulating material and a non-magnetic material can be obtained by, for example, oxidizing or nitriding a metal film formed by a sputtering method. More specifically, aluminum oxide as the insulating material constituting the intermediate layer (AlO X), when using magnesium oxide (MgO), for example, aluminum or magnesium formed by a sputtering method is oxidized in the air Method, plasma oxidation of aluminum or magnesium formed by sputtering, oxidation of aluminum or magnesium formed by sputtering with IPC plasma, aluminum or magnesium formed by sputtering in oxygen A method of naturally oxidizing, a method of oxidizing aluminum or magnesium formed by a sputtering method with oxygen radicals, a method of irradiating ultraviolet rays when naturally oxidizing the aluminum or magnesium formed by a sputtering method in oxygen, aluminum It can be exemplified a method of forming the magnesium by reactive sputtering, a method for forming
  • the metal atom constituting the metal layer is 60 atom% or more, preferably 80 atom% in the metal layer. It may be in a form containing at least atomic%. Examples of the remaining atoms that occupy the metal layer include nitrogen (N), carbon (C), oxygen (O), tungsten (W), and tantalum (Ta).
  • the thickness of the metal layer is 1 ⁇ 10 ⁇ 8 m or more, preferably 2 ⁇ .
  • the thickness may be 10 ⁇ 8 m or more, which allows a metal layer having a desired volume to be obtained.
  • the side surface of the laminated structure can be covered with the sidewall.
  • the Gibbs energy of oxides and formation of atoms forming the sidewall at temperature T is E Gib-SW (T), E Gib-2 (T) ⁇ E Gib-SW (T) ⁇ E Gib-1 (T) (3)
  • the atoms constituting the sidewall include at least one atom selected from the group consisting of titanium (Ti), aluminum (Al), magnesium (Mg) and silicon (Si). can do.
  • at least a part of the sidewall may be covered with the metal layer.
  • the sidewall is made of oxide.
  • the laminated structure is surrounded by an insulating layer, On or above the laminated structure, a connecting portion connected to the laminated structure is formed, The metal layer may be formed on the inner wall of the connection portion.
  • the connecting portion may be configured to include a metal layer and a contact hole portion, and further, the area of the facing surface of the stacked structure facing the metal layer is S 1 , When the area of the facing surface of the metal layer facing the structure is S 2 , S 2 / S 1 ⁇ 1 Desirably, S 2 / S 1 ⁇ 2 Is preferably satisfied.
  • the upper limit of S 2 / S 1 is not limited, but may be 30, for example.
  • connection portion may be configured to include a metal layer and a part of the wiring having a damascene structure, and further, the metal layer in a virtual plane orthogonal to the extending direction of the wiring.
  • L 1 the length of the portion of the laminated structure facing the laminated structure
  • L 2 / L 1 ⁇ 1 the length of the portion of the metal layer facing the laminated structure on the virtual plane.
  • L 2 / L 1 ⁇ 1 Desirably, L 2 / L 1 ⁇ 2 Is preferably satisfied.
  • the upper limit of L 2 / L 1 is not limited and may be 10, for example.
  • the laminated structure is surrounded by an insulating layer
  • the metal layer is formed on or above the laminated structure and is connected to the laminated structure
  • a wiring layer may be formed on the metal layer, and further, the length of the portion of the laminated structure facing the metal layer in the virtual plane orthogonal to the extending direction of the wiring layer is L 1 ,
  • L 2 / L 1 ⁇ 1 Desirably, L 2 / L 1 ⁇ 2 Is preferably satisfied.
  • the upper limit of L 2 / L 1 is not limited, but may be 100.
  • the magnetoresistive elements according to the first to second aspects of the present disclosure including the various preferable modes and configurations described above (hereinafter, these are collectively referred to as “the magnetoresistive element or the like of the present disclosure”).
  • the magnetization direction of the storage layer changes corresponding to the information to be stored, and the easy axis of magnetization in the storage layer is parallel to the stacking direction of the stacked structure (that is, Perpendicular magnetization type) can be used. Further, in this case, it is possible to adopt a form composed of a spin injection type magnetoresistive effect element of a perpendicular magnetization system.
  • the first surface of the laminated structure is in contact with the first electrode, and the laminated structure
  • the second surface of the body is in contact with the second electrode, and a current (also called a magnetization reversal current or a spin polarization current, which is a writing current) is passed between the first electrode and the second electrode,
  • Information can be stored in the storage layer. That is, it is possible to change the magnetization direction of the storage layer by flowing a magnetization reversal current in the stacking direction of the stacked structure to record information in the storage layer.
  • the magnetization fixed layer may form the first surface of the laminated structure, and the storage layer may form the first surface of the laminated structure.
  • the magnetoresistive element and the like of the present disclosure can have a structure in which a laminated structure having the TMR effect is configured by the laminated structure including the storage layer, the intermediate layer, and the magnetization fixed layer. .. Then, for example, as shown in a conceptual diagram in FIG. 3B, when a magnetization reversal current is caused to flow from the storage layer to the magnetization fixed layer in the antiparallel arrangement magnetization state, electrons are injected from the magnetization fixed layer to the storage layer.
  • the magnetization of the storage layer is inverted by the acting spin torque, and the magnetization direction of the storage layer and the magnetization direction of the magnetization fixed layer (specifically, the reference layer) are parallel to the magnetization direction of the storage layer.
  • the magnetization fixed layer, the intermediate layer, the storage layer, the intermediate layer, and the magnetization fixed layer may have a structure in which a laminated structure having a TMR effect is formed. In such a structure, it is necessary to make a difference in the change in magnetoresistance of the two intermediate layers located above and below the storage layer.
  • the three-dimensional shape of the laminated structure is a cylindrical shape or a cylindrical shape from the viewpoint of easy processing and ensuring the uniformity of the direction of the easy axis of magnetization in the storage layer, but the present invention is not limited to this. , Triangular prisms, quadrangular prisms, hexagonal prisms, octagonal prisms, etc. (including those with rounded sides or side edges), and elliptical columns.
  • the area of the laminated structure is preferably, for example, 0.01 ⁇ m 2 or less from the viewpoint of easily reversing the magnetization direction with a low magnetization reversal current.
  • a magnetization reversal current is passed through the laminated structure from the first electrode to the second electrode, or from the second electrode to the first electrode, so that the magnetization direction in the storage layer is changed to the first direction (the easy magnetization axis).
  • Information is written in the storage layer by setting the direction (parallel to the direction) or the second direction (direction opposite to the first direction).
  • the laminated structure may have a cap layer on the second surface side in order to reduce the temperature and prevent the storage layer from being oxidized.
  • the cap layer is made of at least one material selected from the group consisting of hafnium, tantalum, tungsten, zirconium, niobium, molybdenum, titanium, vanadium, chromium, magnesium, ruthenium, rhodium, palladium and platinum.
  • magnesium oxide layer aluminum oxide layer, titanium oxide layer, silicon oxide layer, Bi 2 O 3 layer, SrTiO 2 layer, AlLaO 3 layer, Al—N—O layer, Mg—Ti—O layer, MgAl 2
  • Types of material layers and MgT O, MgO, AlO, at least one of the stacked structure of the oxide layer is selected from the group consisting of SiO (e.g., Ru layer / Ta layer) may be in a form and a.
  • PVD method physical vapor deposition method
  • ion beam deposition method a vacuum evaporation method
  • CVD vapor phase growth method
  • RIE method reactive ion etching method
  • ion milling method ion beam etching method
  • the first electrode, the second electrode, the first wiring, the second wiring, the wiring layer, etc. are made of Ta or TaN, or Cu, Al, Au, Pt, Ti, etc., or a single layer structure of these compounds, or It may have a laminated structure of an underlayer made of Cr, Ti, etc., and a Cu layer, an Au layer, a Pt layer formed thereon. Alternatively, it may be composed of a single layer structure of Ta or its compound, or a laminated structure with Cu, Ti or the like or these compounds.
  • These electrodes and the like can be formed by, for example, the PVD method exemplified by the sputtering method.
  • a selection transistor including a field effect transistor is provided below the laminated structure, and for example, in a direction in which the second wiring (bit line) connected to the second electrode extends.
  • the projected image can be in a form orthogonal to the projected image in the extending direction of the gate electrode (for example, also functioning as a word line or an address line) forming the field effect transistor, and the projection image of the second wiring (bit line) can be formed.
  • the projected image in the extending direction may be parallel to the projected image in the extending direction of the gate electrode forming the field effect transistor.
  • the projected image of the first wiring (sense line) connected to the first electrode in the extending direction may be parallel to the projected image of the second wiring in the extending direction.
  • the selection transistor is unnecessary.
  • the preferable structure of the magnetoresistive element further includes a selection transistor formed of a field effect transistor below the laminated structure.
  • a selection transistor formed of a field effect transistor below the laminated structure.
  • a limiting transistor is not limited thereto. But not A selection transistor formed on a semiconductor substrate, and An interlayer insulating layer covering the selection transistor, Is equipped with A first electrode is formed on the interlayer insulating layer, The first electrode is electrically connected to one source / drain region of the selection transistor via a connection hole (or the connection hole and the landing pad portion or lower layer wiring) provided in the interlayer insulating layer, The laminated structure is in contact with the first electrode and the second electrode,
  • the insulating layer can be exemplified as a structure which covers the interlayer insulating layer and surrounds the first electrode, the laminated structure and the second electrode.
  • a sidewall is formed between the side surface of the laminated structure and the insulating layer.
  • the selection transistor can be composed of, for example, a well-known MIS type FET or MOS type FET.
  • the connection hole for electrically connecting the first electrode and the selection transistor has a high melting point of polysilicon doped with impurities, tungsten, Ti, Pt, Pd, Cu, TiW, TiNW, WSi 2 , MoSi 2 or the like. It can be made of a metal or a metal silicide, and can be formed based on the PVD method exemplified by the CVD method or the sputtering method.
  • silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), SiON, SiOC, SiOF, SiCN, SOG (spin on glass), NSG (non-doped silicate glass), BPSG (boron phosphorus silicate glass), PSG, BSG, PbSG, AsSG, SbSG, LTO, and Al 2 O 3 can be exemplified.
  • a low dielectric constant insulating material for example, fluorocarbon, cycloperfluorocarbon polymer, benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, amorphous tetrafluoroethylene, polyaryl ether, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, organic SOG, parylene, fullerene fluoride, amorphous carbon), polyimide resin, fluorine resin, Silk (trademark of The Dow Chemical Co., coating type low dielectric constant interlayer insulating film material), Flare (Honeywell Electronic Materials Co. , A polyallyl ether (PAE) -based material), which may be used alone or in combination as appropriate.
  • PEE polyallyl ether
  • polymethylmethacrylate PMMA
  • polyvinylphenol PVP
  • polyvinyl alcohol PVA
  • polyimide polycarbonate
  • PC polyethylene terephthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • silane coupling agents such as silane (AEAPTMS), 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), octadecyltrichlorosilane (OTS); novolac type phenol resin; fluorine resin; octadecanethiol, dodecyl isocyanate, etc.
  • organic insulating material exemplified by linear hydrocarbons having a functional group capable of binding to the control electrode at one end can be mentioned, and a combination of these may be used. Kill.
  • the insulating layer and the interlayer insulating layer may be formed based on known methods such as various CVD methods, coating methods, various PVD methods including sputtering methods and vacuum deposition methods, various printing methods such as screen printing methods, and sol-gel methods. it can.
  • a portable electronic device such as a mobile device, a game device, a music device, a video device, a fixed electronic device, or a magnetic head may be used. it can.
  • a storage device configured by a nonvolatile storage element array in which magnetoresistive elements (specifically, storage elements, more specifically, nonvolatile memory cells) of the present disclosure are arranged in a two-dimensional matrix is given. You can also
  • Example 1 relates to the magnetoresistive element of the present disclosure, and more specifically to the magnetoresistive element that constitutes, for example, a memory element (nonvolatile memory cell).
  • a memory element nonvolatile memory cell.
  • FIG. 1 A schematic partial sectional view of a magnetoresistive element (spin injection type magnetoresistive effect element) of Example 1 including a selection transistor is shown in FIG. 1, and an equivalent circuit diagram thereof is shown in FIG.
  • the nonvolatile memory cell is formed by arranging the magnetoresistive elements of Example 1 in a two-dimensional matrix.
  • the magnetoresistive element constitutes a non-volatile memory cell.
  • the magnetoresistive elements of Example 1 or Examples 2 to 4 described later are It has a laminated structure 50 including at least a magnetization fixed layer, an intermediate layer and a storage layer, A metal layer 61 is formed on or above the laminated structure 50 (specifically, above the laminated structure 50 in Example 1 or Examples 2 to 4 described later). And The orthogonal projection image of the laminated structure 50 on the metal layer 61 is included in the metal layer 61.
  • the oxide / formation Gibbs energy of the metal atoms forming the metal layer 61 at a temperature T (° C) of 0 ° C or higher and 400 ° C or lower is E Gib-0 (T), the magnetization fixed layer at the temperature T, and The following formula (1) is satisfied, where E Gib-1 (T) is the minimum Gibbs energy of the Gibbs energies of oxides and formation of the metal atoms forming the memory layer.
  • the oxide / formation Gibbs energy of the metal atoms constituting the metal layer 61 at a temperature T (° C) of 0 ° C or higher and 400 ° C or lower is E Gib-0 (T)
  • the intermediate layer at the temperature T is
  • E Gib-2 (T) the maximum Gibbs energy among the constituent metal oxides and Gibbs energies of formation
  • the expression (2) is satisfied.
  • the metal layer 61 is selected from the group consisting of titanium (Ti) atoms, aluminum (Al) atoms, and magnesium (Mg) atoms. And at least one metal atom.
  • the metal layer 61 is made of titanium (Ti).
  • titanium (Ti) also has a hydrogen storage effect.
  • the metal layer 61 is illustrated as a single layer, but in reality, the metal layer 61 has a laminated structure of Ti / TiN. Ti may be an upper layer or a lower layer. However, it goes without saying that the metal layer 61 can be composed of a Ti layer and a single layer.
  • the metal layer 61 contains 60 atomic% or more, preferably 80 atomic% or more of metal atoms in the metal layer 61.
  • the magnetoresistive element of Example 1 or Examples 2 to 4 described later will be described.
  • the metal atoms forming the metal layer 61 form all of the metal layer 61.
  • the thickness of the metal layer 61 is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 8 m or more, and more preferably 2 ⁇ 10 ⁇ 8 m or more.
  • the facing surface of the metal layer 61 facing the laminated structure 50. Has a thickness of 20 nm.
  • the metal atoms forming the magnetization fixed layer and the memory layer are cobalt (Co) atoms or iron (Fe) atoms. Alternatively, it contains a cobalt atom and an iron atom (Co—Fe).
  • the magnetization fixed layer and the storage layer are composed of a Co—Fe—B alloy layer [eg, (Co 20 Fe 80 ) 80 B 20 alloy layer].
  • the metal atoms forming the intermediate layer made of a non-magnetic material that functions as a tunnel insulating film include magnesium (Mg) atoms or aluminum (Al) atoms. Specifically, it is made of MgO.
  • the magnetoresistance change rate (MR ratio) can be increased, whereby the efficiency of spin injection can be improved and the magnetization direction of the storage layer can be reversed.
  • the required magnetization reversal current density can be reduced.
  • the laminated structure 50 is surrounded by the insulating layers 31 and 32, A connection portion 60 connected to the laminated structure 50 is formed on or above the laminated structure 50 (specifically, above the laminated structure 50).
  • the metal layer 61 is formed on the inner wall of the connecting portion 60.
  • the connecting portion 60 is composed of a metal layer 61 and a contact hole portion 62 made of tungsten (W).
  • W tungsten
  • S 1 the area of the facing surface of the stacked structure 50 facing the metal layer 61
  • S 2 the area of the facing surface of the metal layer 61 facing the stacked structure 50
  • S 2 / S 1 ⁇ 1 Desirably, S 2 / S 1 ⁇ 2 Is preferably satisfied.
  • S 2 / S 1 2
  • the three-dimensional shape of the laminated structure 50 is a cylindrical shape (cylindrical shape), but it is not limited to this and may be, for example, a quadrangular prism. Planar shapes of the facing surface of the stacked structure 50 facing the metal layer 61 and the facing surface of the metal layer 61 facing the stacked structure 50 were concentric circles in design.
  • the magnetization direction of the storage layer changes according to the information to be stored. Then, in the storage layer, the easy axis of magnetization is parallel to the stacking direction of the stacked structure 50 (that is, the perpendicular magnetization type). That is, the magnetoresistive element is composed of a spin injection type magnetoresistive effect element of the perpendicular magnetization system. In other words, the magnetoresistive element is composed of an MTJ element.
  • the magnetization direction of the magnetization fixed layer is a magnetization direction that serves as a reference for information to be stored in the storage layer, and information "0" and information " 1 ”is defined.
  • the first surface of the laminated structure 50 is in contact with the first electrode 41
  • the second surface of the laminated structure 50 is in contact with the second electrode 42
  • a current flows between the first electrode 41 and the second electrode 42.
  • Information is stored in the storage layer by flowing the (magnetization reversal current).
  • the magnetization fixed layer may form the first surface of the laminated structure 50
  • the storage layer may form the first surface of the laminated structure 50.
  • Laminated structure Storage layer (Co 20 Fe 80 ) 80 B 20 layer having a film thickness of 1.6 nm Intermediate layer: MgO layer having a film thickness of 1.0 nm Magnetic pinned layer: (Co 20 Fe 80 ) 80 having a film thickness of 1.0 nm B 20 layer first electrode: TaN with a thickness of 10 nm Second electrode: Ta with a thickness of 30 nm Metal layer: Ti layer with a film thickness of 20 nm
  • a selection transistor TR including a field effect transistor is provided below the laminated structure 50, and for example, the second electrode.
  • the projection image in the extending direction of the second wiring (bit line) 63 connected to 42 is the projection image in the extending direction of the gate electrode 12 (for example, also functioning as a word line or an address line) forming the selection transistor TR.
  • the projection image in the extending direction of the second wiring 63 may be parallel to the projection image in the extending direction of the gate electrode 12 forming the selection transistor TR.
  • the projected image in the extending direction of the second wiring 63 is orthogonal to the projected image in the extending direction of the gate electrode 12, and the projected image in the extending direction of the first wiring (sense line) 66. Parallel to.
  • the extending direction of the second wirings 63, 73, 83 and the first wirings 66, 76, 86 is different from the above description.
  • the second wirings 63, 73, 83 and the first wirings 66, 76, 86 extend in a direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • the selection transistor TR formed on the semiconductor substrate 10 made of a silicon semiconductor substrate has a gate insulating region facing the channel forming region 14 and the source / drain regions 15A and 15B and the channel forming region 14 formed on the semiconductor substrate 10.
  • the gate electrode 12 is provided via the layer 13.
  • a gate sidewall 16 made of SiO 2 is formed on the sidewall of the gate electrode 12.
  • the selection transistor TR is covered with the interlayer insulating layers 21 and 22.
  • the interlayer insulating layer 21 is made of SiN
  • the interlayer insulating layer 22 is made of SiO 2 .
  • Reference numeral 11 is an element isolation region.
  • a first electrode 41 is formed on the interlayer insulating layer 22, The first electrode 41 is electrically connected to one source / drain region 15A of the selection transistor TR through a connection hole 23 provided in the interlayer insulating layers 22 and 21,
  • the laminated structure 50 is in contact with the first electrode 41 and the second electrode 42,
  • the insulating layers 31 and 32 cover the interlayer insulating layer 22 and surround the first electrode 41, the laminated structure 50, and the second electrode 42.
  • the insulating layer 31 is made of SiN
  • the insulating layer 32 is made of SiO 2 .
  • the other source / drain region 15B of the selection transistor TR has a first wiring (sense line) through a connection hole 24 provided in the interlayer insulating layers 22 and 21 and a connection hole 65 formed in the insulating layers 31 and 32. It is connected to 66.
  • the selection transistor TR is omitted in FIGS. 5B, 5C, 6A, 6B, 6C, 7A, 7B, 8A, and 8B.
  • an element isolation region 11 is formed on a semiconductor substrate 10 made of a silicon semiconductor substrate based on a well-known method, and a gate insulating layer 13, a gate electrode 12, and a gate are formed on a portion of the semiconductor substrate 10 surrounded by the element isolation region 11.
  • a selection transistor TR including the sidewall 16 and the source / drain regions 15A and 15B is formed.
  • the portion of the semiconductor substrate 10 located between the source / drain region 15A and the source / drain region 15B corresponds to the channel forming region 14.
  • the interlayer insulating layers 21 and 22 are formed.
  • connection hole 23 made of a tungsten plug is formed in a portion of the interlayer insulating layers 21 and 22 above the one source / drain region 15A, and a portion of the interlayer insulating layers 21 and 22 above the other source / drain region 15B. Then, a connection hole 24 made of a tungsten plug is formed.
  • the selection transistor TR covered with the interlayer insulating layers 22 and 21 can be obtained (see FIG. 5A).
  • the first electrode 41, the laminated structure 50, and the second electrode 42 are formed on the interlayer insulating layer 22, and then the second electrode 42, the laminated structure 50, and the first electrode 41 are formed using reactive ions. Etching is performed based on the etching method (RIE method) (see FIG. 5B). The first electrode 41 is in contact with the connection hole 23.
  • the intermediate layer made of magnesium oxide (MgO) was formed by forming a MgO layer based on the RF magnetron sputtering method. The other layers were formed by the DC magnetron sputtering method. Instead of patterning each layer by the RIE method, each layer can be patterned by the ion milling method (ion beam etching method).
  • Step-120 Next, insulating layers 31 and 32 are formed on the entire surface (see FIGS. 5C and 6A). Then, the opening 67A is formed in the insulating layers 31 and 32 above the laminated structure 50. The laminated structure 50 is exposed at the bottom of the opening 67A. Further, the opening 67B is formed in the insulating layers 31 and 32 above the connection hole 24. The connection hole 24 is exposed at the bottom of the opening 67B. In this way, the structure shown in FIG. 6B can be obtained.
  • the metal layers 61 and 64 are formed on the entire surface by the sputtering method, a tungsten layer is formed on the entire surface by the CVD method, and the tungsten layer and the metal layer 61, 61 on the insulating layer 32 are formed by the CMP method. Remove 64. In this way, the structure shown in FIG. 6C can be obtained.
  • the second wiring (bit line) 63 and the first wiring (sense line) 66 are formed on the insulating layer 32 by a known method.
  • the second wiring 63 is in contact with the connection portion 60 including the metal layer 61 and the contact hole portion 62.
  • the first wiring 66 is in contact with the metal layer 64 and the connection hole 65. In this way, the magnetoresistive element of Example 1 shown in FIG. 1 can be obtained.
  • a general MOS manufacturing process can be applied to the manufacture of the magnetoresistive element of Example 1, and it can be applied as a general-purpose memory.
  • the write current (magnetization reversal current) I 1 is passed from the magnetization fixed layer to the selection transistor TR via the storage layer.
  • the write current (magnetization reversal current) I 1 is passed from the magnetization fixed layer to the selection transistor TR via the storage layer.
  • electrons flow from the storage layer to the fixed magnetization layer.
  • V dd is applied to the second wiring (bit line) 63, and the other source / drain region 15B of the selection transistor TR is grounded.
  • the electrons having the spin in one direction reaching the magnetization fixed layer pass through the magnetization fixed layer.
  • the electrons having the spin in the other direction are reflected by the magnetization fixed layer.
  • the write current I 2 flows from the selection transistor TR to the magnetization fixed layer via the storage layer.
  • electrons flow from the magnetization fixed layer toward the storage layer.
  • V dd is applied to the other source / drain region 15B of the selection transistor TR, and the second wiring (bit line) 63 is grounded.
  • the electrons that have passed through the magnetization fixed layer are spin-polarized, that is, there is a difference in the number between upward and downward.
  • the spin polarization becomes By reversing the sign of, some electrons are inverted, that is, the direction of spin angular momentum is changed, in order to reduce the energy of the whole system.
  • the total angular momentum of the system must be preserved, a reaction equivalent to the sum of the angular momentum changes due to the redirected electrons is given to the magnetic moment in the storage layer.
  • the current that is, the number of electrons passing through the magnetization fixed layer per unit time
  • the total number of electrons that change the direction is small, so that the angular momentum change generated in the magnetic moment in the storage layer is small, but the current is
  • many angular momentum changes can be given to the storage layer within a unit time.
  • the change over time of the angular momentum is torque, and when the torque exceeds a certain threshold value, the magnetic moment of the storage layer starts reversing and becomes stable when rotated 180 degrees due to its uniaxial anisotropy. That is, the reversal from the antiparallel magnetization state to the parallel magnetization state occurs, and the information “0” is stored in the storage layer.
  • the selection transistor TR in the magnetoresistive element from which the information should be read is turned on. Then, a current is caused to flow between the second wiring (bit line) 63 and the first wiring (sense line) 66, and the potential appearing on the second wiring 63 is converted into a comparator circuit (not shown) which constitutes a comparison circuit (not shown). Input to the other input section (not shown). On the other hand, the potential from a circuit (not shown) for obtaining the reference resistance value is input to one input section of the comparator circuit that constitutes the comparison circuit.
  • the comparison circuit whether the potential appearing on the second wiring 63 is high or low is compared with the potential from the circuit for obtaining the reference resistance value as a reference, and the comparison result (information 0/1) indicates the comparison circuit. It is output from the output part of the constituent comparator circuit.
  • the magnetoresistive element of Example 1 satisfies the formula (1) [E Gib-0 ⁇ E Gib-1 ], the magneto-resistive layer and the storage layer are not affected in the oxidizing atmosphere in the manufacturing process of the magneto-resistive element. Also, the metal layer is easily oxidized. Further, since the formula (2) [E Gib-2 ⁇ E Gib-0 ] is satisfied, the metal layer is more easily reduced than the intermediate layer in the reducing atmosphere in the manufacturing process of the magnetoresistive element. As a result of the above, the magnetization fixed layer and the storage layer are less likely to be oxidized in the oxidizing atmosphere, the intermediate layer is less likely to be reduced in the reducing atmosphere, and have high stability against heat and atmosphere. A magnetoresistive element can be obtained.
  • the depth of the opening 67A and the depth of the opening 67B are significantly different, and it may be difficult to form the contact hole 62 and the connection hole 65 at the same time. ..
  • the metal layer 64 and the connection hole 65 may be formed.
  • the order of forming the contact hole portion 62 and the like and the connection hole 65 and the like may be reversed. That is, the metal layer 64 and the contact hole 65 may be formed after forming the opening 67B, and then the metal layer 61 and the contact hole portion 62 may be formed after forming the opening 67A.
  • Example 2 is a modification of Example 1.
  • a schematic partial cross-sectional view of the magnetoresistive element of Example 2 is shown in FIG.
  • connection portion 70 is composed of the metal layer 61 and a part of the wiring (which is the second wiring and also the bit line) 73 having the damascene structure.
  • the damascene structure itself is a well-known structure.
  • the groove portions were formed in the insulating layers 31 and 32 above the laminated structure 50.
  • 68A is formed.
  • the laminated structure 50 is exposed at the bottom of the groove 68A.
  • the groove 68B is formed in the insulating layers 31 and 32 above the connection hole 24.
  • the connection hole 24 is exposed at the bottom of the groove 68B.
  • metal layers 61 and 64 made of titanium are formed on the entire surface by a sputtering method (see FIG.
  • the magnetoresistive element of the second embodiment shown in FIG. 9 having the second wiring (bit line) 73 and the first wiring (sense line) 76 having the damascene structure can be obtained.
  • the second wiring (bit line) 73 and the first wiring (sense line) 76 extend in the direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • the configuration and structure of the magnetoresistive element according to the second embodiment can be the same as the configuration and structure of the magnetoresistive element according to the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • Example 3 is also a modification of Example 1.
  • a schematic partial sectional view of the magnetoresistive element of Example 3 is shown in FIG.
  • the laminated structure 50 is surrounded by the insulating layers 31 and 32,
  • the metal layer 61 is formed on or above the stacked structure 50 (specifically, formed above the stacked structure 50) and is connected to the stacked structure 50.
  • a wiring layer 83 is formed on the metal layer 61. Further, the length of the portion of the laminated structure 50 facing the metal layer 61 in a virtual plane (virtual plane parallel to the plane of the drawing) orthogonal to the extending direction of the wiring layer 83 (direction perpendicular to the plane of the drawing).
  • the insulating layers 31 and 32 were formed on the entire surface in the same step as in [Step-120] of Example 1, and then the insulating layers 31 and 32 were flattened to obtain the second step. After exposing the top surface of the electrode 42, an opening 67B is formed in the insulating layers 31 and 32 above the connection hole 24. The connection hole 24 is exposed at the bottom of the opening 67B. In this way, the structure shown in FIG. 13 can be obtained. Then, in the same step as in [Step-130] of Example 1, a metal layer 61 'made of titanium is formed on the entire surface by a sputtering method (see FIG.
  • the magnetoresistive element of the third embodiment shown in FIG. 12 having the second wiring (bit line) 83 and the first wiring (sense line) 86 can be obtained.
  • the second wiring (bit line) 83 and the first wiring (sense line) 86 extend in the direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • the configuration and structure of the magnetoresistive element according to the third embodiment can be the same as the configuration and structure of the magnetoresistive element according to the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • a connection hole made of, for example, a tungsten plug may be formed between the metal layer 61 and the second electrode 42. Even if the metal layer 61 is not located adjacent to the laminated structure 50, the metal layer 61 can exert the effect of suppressing the oxidation of the magnetization fixed layer and the storage layer and the reduction of the intermediate layer. Further, the width of the metal layer 61 and the wiring layer 83 located above the laminated structure 50 may be wider than the width of other portions. Alternatively, the width of the metal layer 61 may be wider than the width of the wiring layer 83. That is, the metal layer 61 may be formed in a large area as long as it does not short-circuit with the adjacent second wiring (bit line) 83 and first wiring (sense line) 86.
  • Example 4 is a modification of Examples 1 to 3. A schematic partial sectional view of the magnetoresistive element of Example 4 is shown in FIG.
  • the side surface of the laminated structure 50 is covered with the sidewall 33.
  • the oxide / formation Gibbs energy of atoms forming the sidewall 33 at the temperature T is E Gib-SW (T), E Gib-2 (T) ⁇ E Gib-SW (T) ⁇ E Gib-1 (T) (3)
  • the atoms forming the sidewall 33 include at least one kind of atom selected from the group consisting of titanium (Ti), aluminum (Al), magnesium (Mg), and silicon (Si).
  • the atoms forming the sidewall 33 are silicon (Si).
  • the sidewall 33 is made of SiO 2 .
  • the SiO 2 layer was etched.
  • the sidewalls 33 made of SiO 2 can be formed on the side surfaces of the laminated structure 50 (see FIG. 16, which is a schematic partial end view of the laminated structure). Then, subsequently, the same process as the [process-120] of the first embodiment may be executed (see FIG. 17).
  • 18A, 18B, and 18C are schematic partial cross-sectional views of a laminated structure and the like of a modified example of the magnetoresistive element of the fourth embodiment.
  • the sidewalls are composed of first sidewalls 33A made of SiN and second sidewalls 33B made of SiO 2 .
  • the first sidewall 33A is in contact with the side surface of the laminated structure 50, and the second sidewall 33B is in contact with the insulating layer 31 made of SiN.
  • the sidewalls are composed of first sidewalls 33A made of SiN and second sidewalls 33B made of SiO 2 .
  • the bottom portion of the first sidewall 33A extends above the interlayer insulating layer 22.
  • the sidewalls are composed of first sidewalls 33A made of SiN and second sidewalls 33B made of SiO 2 .
  • the upper portion of the first sidewall 33A is covered with the second sidewall 33B.
  • the bottom portion of the first sidewall 33A may extend above the interlayer insulating layer 22.
  • an opening 67A is formed in the insulating layer 32 and the insulating layer 31, as shown in FIG. 19C.
  • the insulating layer 31 made of SiN is etched, since the upper portion of the first sidewall 33A made of SiN is covered with the second sidewall 33B made of SiO 2 , the first sidewall 33A is etched. None.
  • FIG. 20 shows a schematic partial cross-sectional view of another modification of the magnetoresistive element of the fourth embodiment.
  • the modification of the fourth embodiment for example, at least a part of the sidewall 33 made of SiO 2 or SiN (in the illustrated example, the entire sidewall 33) is covered with the metal layer 61. ..
  • the structural change in the logic region for example, the wiring structure
  • the influence on the characteristics of the logic circuit such as the increase of the resistance value or the capacitance value can be reduced.
  • the mixed mounting of the magnetoresistive element becomes easy.
  • the configuration and structure of the magnetoresistive element of the fourth embodiment can be the same as the configuration and structure of the magnetoresistive elements of the first to third embodiments, so detailed description will be omitted.
  • Example 5 relates to an electronic device provided with the magnetoresistive element described in Examples 1 to 4, specifically, a magnetic head.
  • the magnetic head can be applied to, for example, hard disk drives, integrated circuit chips, personal computers, mobile terminals, mobile phones, various electronic devices including magnetic sensor devices, electric devices, and the like.
  • FIGS. 21A and 21B show an example in which the magnetoresistive element 101 is applied to the composite magnetic head 100.
  • 21A is a schematic perspective view of the composite magnetic head 100 with a part cut away so that the internal structure thereof can be seen
  • FIG. 21B is a schematic cross-sectional view of the composite magnetic head 100. is there.
  • the composite magnetic head 100 is a magnetic head used in a hard disk device or the like, and a magnetoresistive effect magnetic head including the magnetoresistive element described in Embodiments 1 to 4 is formed on a substrate 122.
  • An inductive magnetic head is further stacked and formed on the magnetoresistive magnetic head.
  • the magnetoresistive effect magnetic head operates as a reproducing head
  • the inductive magnetic head operates as a recording head. That is, in the composite magnetic head 100, the reproducing head and the recording head are combined.
  • the magnetoresistive effect magnetic head mounted on the composite magnetic head 100 is a so-called shield type MR head, and includes a first magnetic shield layer 125 formed on a substrate 122 via an insulating layer 123, and a first magnetic shield layer 125.
  • the magnetic resistance element 101 is formed on the magnetic shield layer 125 via the insulating layer 123
  • the second magnetic shield layer 127 is formed on the magnetic resistance element 101 via the insulating layer 123.
  • the insulating layer 123 is made of an insulating material such as Al 2 O 3 or SiO 2 .
  • the first magnetic shield layer 125 is for magnetically shielding the lower layer side of the magnetoresistive element 101, and is made of a soft magnetic material such as Ni—Fe.
  • the magnetoresistive element 101 is formed on the first magnetic shield layer 125 via the insulating layer 123.
  • the magnetoresistive element 101 functions as a magnetic sensitive element that detects a magnetic signal from a magnetic recording medium in a magnetoresistive effect magnetic head.
  • the magnetoresistive element 101 has a substantially rectangular shape, and one side surface is exposed as a surface facing the magnetic recording medium.
  • Bias layers 128 and 129 are arranged on both ends of the magnetoresistive element 101. Further, connection terminals 130 and 131 connected to the bias layers 128 and 129 are formed.
  • a sense current is supplied to the magnetoresistive element 101 via the connection terminals 130 and 131.
  • a second magnetic shield layer 127 is provided on the bias layers 128 and 129 with the insulating layer 123 interposed therebetween.
  • the inductive magnetic head laminated / formed on the magnetoresistive effect magnetic head is formed so as to wind the magnetic core composed of the second magnetic shield layer 127 and the upper core 132 and the magnetic core. And a thin film coil 133.
  • the upper core 132 forms a closed magnetic circuit together with the second magnetic shield layer 127 and serves as a magnetic core of the inductive magnetic head, and is made of a soft magnetic material such as Ni—Fe.
  • the front ends of the second magnetic shield layer 127 and the upper core 132 are exposed as a surface facing the magnetic recording medium, and the second magnetic shield layer 127 and the second magnetic shield layer 127 are formed at the rear ends thereof.
  • the upper cores 132 are formed so as to be in contact with each other.
  • the front end portions of the second magnetic shield layer 127 and the upper core 132 are formed so that the second magnetic shield layer 127 and the upper core 132 are separated by a predetermined gap g on the facing surface of the magnetic recording medium. ing. That is, in the composite magnetic head 100, the second magnetic shield layer 127 not only magnetically shields the upper layer side of the magnetoresistive element 101 but also serves as the magnetic core of the inductive magnetic head. The magnetic shield layer 127 and the upper core 132 form a magnetic core of the inductive magnetic head. The gap g serves as a recording magnetic gap of the inductive magnetic head.
  • the thin film coil 133 embedded in the insulating layer 123 is formed on the second magnetic shield layer 127.
  • the thin film coil 133 is formed so as to wind a magnetic core including the second magnetic shield layer 127 and the upper core 132.
  • both ends of the thin film coil 133 are exposed to the outside, and the terminals formed on both ends of the thin film coil 133 serve as external connection terminals of the inductive magnetic head. That is, when a magnetic signal is recorded on the magnetic recording medium, a recording current is supplied to the thin-film coil 133 from these external connection terminals.
  • the composite magnetic head 100 as described above is equipped with a magnetoresistive effect type magnetic head as a reproducing head.
  • the magnetoresistive effect type magnetic head is used as a magnetic sensing element for detecting a magnetic signal from a magnetic recording medium.
  • the magnetoresistive element 101 described in the first to fourth embodiments is provided. Since the magnetoresistive element 101 exhibits extremely excellent characteristics as described above, this magnetoresistive effect magnetic head can cope with a higher recording density of magnetic recording.
  • the magnetization fixed layer may have a laminated ferri structure (laminated ferri pin structure) including a reference layer and a fixed layer.
  • a Si layer may be formed instead of the metal layer. It is also possible to bond a substrate on which a logic region including a nonvolatile memory element array including a plurality of magnetoresistive elements of the present disclosure is formed and a substrate including an image sensor array including a plurality of image sensors, for example. it can.
  • a Ti layer 61 ′ that functions as a metal layer may be formed below the second wiring 63. Then, the width of the portion of the second wiring 63 located above the laminated structure 50 may be wider than the width of other portions. That is, it is desirable to form the metal layer 61 in a large area unless short-circuiting with the adjacent second wiring (bit line) 63 and first wiring (sense line) 66.
  • This cross point type memory cell unit including a plurality of magnetoresistive elements (storage elements, nonvolatile memory cells).
  • This cross point type memory cell unit A plurality of third wirings (word lines) extending in the first direction, A plurality of second wirings (bit lines) which are arranged apart from the third wiring in the vertical direction and extend in a second direction different from the third wiring;
  • a magnetoresistive element memory element, non-volatile memory cell
  • writing or erasing of information in the magnetoresistive element is performed depending on the direction of the voltage applied between the third wiring and the second wiring or the direction of the current flowing between the third wiring and the second wiring. ..
  • the selection transistor TR is unnecessary.
  • Magnetoresistive Element First Mode
  • it has a laminated structure consisting of a magnetization fixed layer, an intermediate layer and a storage layer, A metal layer is formed on or above the laminated structure, The orthographic image of the laminated structure with respect to the metal layer is included in the metal layer,
  • T temperature between 0 ° C and 400 ° C
  • the Gibbs energy of oxides and formation of metal atoms forming the metal layer at the temperature T (° C) is E Gib-0 (T)
  • the magnetization fixed layer and the storage layer at the temperature T are When the minimum Gibbs energy among the constituent metal oxides and Gibbs energies of formation is E Gib-1 (T), E Gib-0 (T) ⁇ E Gib-1 (T) (1)
  • [A04] The magnetoresistive element according to any one of [A01] to [A03], in which the metal layer contains at least one kind of metal atom selected from the group consisting of titanium atom, aluminum atom, and magnesium atom.
  • the metal atom constituting the magnetization fixed layer and the storage layer contains a cobalt atom, an iron atom, or a cobalt atom and an iron atom, [A01] to [A04].
  • Magnetoresistive element [A06] The magnetoresistive element according to any one of [A01] to [A05], in which the metal atom forming the intermediate layer includes a magnesium atom or an aluminum atom.
  • [A07] The magnetoresistive element according to any one of [A01] to [A06], wherein the metal layer contains 60 atomic% or more of metal atoms.
  • [A08] The magnetoresistive element according to any one of [A01] to [A07], wherein the metal layer has a thickness of 1 ⁇ 10 ⁇ 8 m or more.
  • [A09] The magnetoresistive element according to any one of [A01] to [A08], in which a side surface of the laminated structure is covered with a sidewall.
  • the laminated structure is surrounded by an insulating layer, On or above the laminated structure, a connecting portion connected to the laminated structure is formed, The magnetoresistive element according to any one of [A01] to [A12], in which the metal layer is formed on the inner wall of the connection portion.
  • the connecting portion includes a metal layer and a part of the wiring having a damascene structure.
  • the laminated structure is surrounded by an insulating layer,
  • the metal layer is formed on or above the laminated structure and is connected to the laminated structure,
  • the magnetoresistive element according to any one of [A01] to [A12], in which a wiring layer is formed on the metal layer.

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Abstract

本開示の磁気抵抗素子は、少なくとも、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体５０を有しており、積層構造体５０の上又は上方には金属層６１が形成されており、金属層６１に対する積層構造体５０の正射影像は金属層６１に含まれており、０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層６１を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）、中間層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最大のギブスエネルギーをＥGib-2（Ｔ）としたとき、ＥGib-0（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）、及び／又は、ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-0（Ｔ）を満足する。

Description

磁気抵抗素子
　本開示は、磁気抵抗素子に関する。
　ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）は、磁性体の磁化方向に基づきデータ記憶を行うので、高速、且つ、ほぼ無限（１０15回以上）の書換えが可能であり、既に産業オートメーションや航空機等の分野で使用されている。そして、ＭＲＡＭは、その高速動作と高い信頼性から、今後、コードストレージやワーキングメモリへの展開が期待されているが、現実には、低消費電力化、大容量化に課題を有している。これは、ＭＲＡＭの記録原理、即ち、配線から発生する電流磁界により磁化を反転させるという方式に起因する本質的な課題である。この問題を解決するための１つの方法として、電流磁界によらない記録方式、即ち、磁化反転方式が検討されており、中でも、スピン注入による磁化反転を応用したスピン注入型磁気抵抗効果素子（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ，Spin Transfer Torque based Magnetic Random Access Memory）から成る磁気抵抗素子が注目されている（例えば、特開２０１３－００８８６８号公報参照）。
　スピン注入による磁化反転とは、磁性体を通過してスピン偏極した電子が、他の磁性体に注入されることにより、他の磁性体において磁化反転が生じる現象である。スピン注入型磁気抵抗効果素子から成る磁気抵抗素子にあっては、スピン注入による磁化反転を利用することにより、外部磁界に基づき磁化反転を行うＭＲＡＭと比較して、素子の微細化が進んでも書込み電流が増大しないという利点、書込み電流値が素子体積に比例して減少するためスケーリングが可能であるという利点、セル面積を縮小できるといった利点を有するし、ＭＲＡＭで必要とされる記録用電流磁界発生用のワード線が不要であるため、デバイス構造、セル構造が単純になるという利点もある。スピン注入型磁気抵抗効果素子から成る磁気抵抗素子は、例えば、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体を有している。
特開２０１３－００８８６８号公報
　ところで、このようなスピン注入型磁気抵抗効果素子から成る磁気抵抗素子の製造工程においては、製造途中の磁気抵抗素子の積層構造体が、酸化雰囲気あるいは還元雰囲気に屡々晒される。その結果、磁気抵抗素子の積層構造体を構成する各種の層が酸化され、あるいは又、還元される。そして、このような現象が積層構造体に生じると、磁気抵抗素子の情報保持特性の劣化、情報書込み電圧や情報書換え電圧の上昇、抵抗値のバラツキ発生といった種々の問題が発生する。
　従って、本開示の目的は、安定した特性を有する磁気抵抗素子を提供することにある。
　上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る磁気抵抗素子は、
　少なくとも、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体を有しており、
　積層構造体の上又は上方には、金属層が形成されており、
　金属層に対する積層構造体の正射影像は、金属層に含まれており、
　０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）としたとき、
ＥGib-0（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）　　　（１）
を満足する。
　上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る磁気抵抗素子は、
　少なくとも、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体を有しており、
　積層構造体の上又は上方には、金属層が形成されており、
　金属層に対する積層構造体の正射影像は、金属層に含まれており、
　０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける中間層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最大のギブスエネルギーをＥGib-2（Ｔ）としたとき、
ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-0（Ｔ）　　　（２）
を満足する。
図１は、実施例１の磁気抵抗素子の模式的な一部断面図である。 図２は、実施例１の磁気抵抗素子の等価回路図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、スピン注入磁化反転を適用したスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、スピン注入磁化反転を適用したスピン注入型磁気抵抗効果素子の概念図である。 図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、実施例１の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、図５Ｃに引き続き、実施例１の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、実施例１の磁気抵抗素子の製造方法の変形例を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、図７Ｂに引き続き、実施例１の磁気抵抗素子の製造方法の変形例を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図９は、実施例２の磁気抵抗素子の模式的な一部断面図である。 図１０は、実施例２の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１１は、図１０に引き続き、実施例２の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１２は、実施例３の磁気抵抗素子の模式的な一部断面図である。 図１３は、実施例３の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１４は、図１３に引き続き、実施例３の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１５は、実施例４の磁気抵抗素子の模式的な一部断面図である。 図１６は、図１５に示した実施例４の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１７は、図１６に引き続き、図１５に示した実施例４の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１８Ａ、図１８Ｂ及び図１８Ｃは、実施例４の磁気抵抗素子の変形例の積層構造体等の模式的な一部断面図である。 図１９Ａ、図１９Ｂ及び図１９Ｃは、図１８Ｃに示した実施例４の磁気抵抗素子の変形例の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図２０は、実施例４の磁気抵抗素子の別の変形例の模式的な一部断面図である。 図２１Ａ及び図２１Ｂは、それぞれ、実施例５の複合型磁気ヘッドの一部を切り欠いて示した模式的な斜視図、及び、実施例５の複合型磁気ヘッドの模式的断面図である。 図２２は、実施例１の磁気抵抗素子の変形例の模式的な一部断面図である。 図２３は、本開示の磁気抵抗素子の概念図である。
　以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（実施例１～実施例３の変形）
６．実施例５（実施例１～実施例４の磁気抵抗素子の応用例）
７．その他
〈本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子、全般に関する説明〉
　本開示の第１の態様に係る磁気抵抗素子において、温度Ｔにおける中間層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最大のギブスエネルギーをＥGib-2（Ｔ）としたとき、
ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-0（Ｔ）　　　（２）
を満足する形態とすることができる。
　上記の好ましい形態を含む本開示の第１の態様に係る磁気抵抗素子、あるいは又、本開示の第２の態様に係る磁気抵抗素子において、金属層は、チタン（Ｔｉ）原子、アルミニウム（Ａｌ）原子及びマグネシウム（Ｍｇ）原子から成る群から選択された少なくとも１種類の金属原子を含む形態とすることができる。
　更には、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子において、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子には、コバルト（Ｃｏ）原子、又は、鉄（Ｆｅ）原子、又は、コバルト原子及び鉄原子（Ｃｏ－Ｆｅ）が含まれる形態とすることができる。云い換えれば、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子には、少なくともコバルト（Ｃｏ）原子又は鉄（Ｆｅ）原子が含まれる形態とすることができる。即ち、磁化固定層及び記憶層は、少なくともコバルト（Ｃｏ）又は鉄（Ｆｅ）から成る金属材料（合金、化合物）から構成されている形態とすることができる。ここで、磁化固定層を構成するコバルト（Ｃｏ）原子、又は、鉄（Ｆｅ）原子、又は、コバルト原子及び鉄原子（Ｃｏ－Ｆｅ）は、磁化固定層に５０原子％以上、好ましくは７０原子％以上、含まれている形態とすることができる。また、記憶層を構成するコバルト（Ｃｏ）原子、又は、鉄（Ｆｅ）原子、又は、コバルト原子及び鉄原子（Ｃｏ－Ｆｅ）は、記憶層に５０原子％以上、好ましくは７０原子％以上、含まれている形態とすることができる。あるいは又、磁化固定層及び／又は記憶層を構成する金属原子として、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、テルビウム（Ｔｂ）、マンガン（Ｍｎ）、イリジウム（Ｉｒ）を挙げることができる。
　あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子において、記憶層は、コバルト、鉄及びニッケルから成る金属材料（合金、化合物）、又は、コバルト、鉄、ニッケル及びホウ素から成る金属材料（合金、化合物）から構成されている形態とすることができる。あるいは又、記憶層を構成する材料として、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）といった強磁性材料の合金（例えば、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｎｉ、Ｆｅ－Ｐｔ、Ｎｉ－Ｆｅ、Ｆｅ－Ｂ、Ｃｏ－Ｂ等）、あるいは、これらの合金にガドリニウム（Ｇｄ）が添加された合金を例示することができる。更には、垂直磁化型において、垂直磁気異方性を一層増加させるために、係る合金にテルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）等の重希土類を添加してもよいし、これらを含む合金を積層してもよい。記憶層の結晶性は、本質的に任意であり、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよいし、非晶質であってもよい。また、記憶層は、単層構成とすることもできるし、上述した複数の異なる強磁性材料層を積層した積層構成とすることもできるし、強磁性材料層と非磁性体層を積層した積層構成とすることもできる。尚、上記のガドリニウム（Ｇｄ）や重希土類は、記憶層を占める原子としての割合が少ないので、上記の式（１）を満足する必要はない。あるいは又、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子であって、５原子％以上を占める金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）とする。
　また、記憶層を構成する材料に非磁性元素を添加することも可能である。非磁性元素の添加により、拡散の防止による耐熱性の向上や磁気抵抗効果の増大、平坦化に伴う絶縁耐圧の増大等の効果が得られる。添加する非磁性元素として、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｏｓを挙げることができる。尚、上記の非磁性元素に相当する原子は、記憶層を占める原子としての割合が少ないので、上記の式（１）を満足する必要はない。あるいは又、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子であって、５原子％以上を占める金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）とする。
　更には、記憶層として、組成の異なる強磁性材料層を積層させることも可能である。あるいは又、強磁性材料層と軟磁性材料層とを積層させたり、複数層の強磁性材料層を軟磁性材料層や非磁性体層を介して積層することも可能である。特に、Ｆｅ層、Ｃｏ層、Ｆｅ－Ｎｉ合金層、Ｃｏ－Ｆｅ合金層、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ合金層、Ｆｅ－Ｂ合金層、Ｃｏ－Ｂ合金層といった強磁性材料層の複数を非磁性体層を介して積層させた構成とする場合、強磁性材料層相互の磁気的強さの関係を調整することが可能になるため、スピン注入型磁気抵抗効果素子における磁化反転電流が大きくならないように抑制することが可能となる。非磁性体層の材料として、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、又は、これらの合金を挙げることができる。尚、上記の非磁性体層を構成する原子は、記憶層を占める原子としての割合が少ないので、上記の式（１）を満足する必要はない。あるいは又、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子であって、５原子％以上を占める金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）とする。
　記憶層の厚さとして、０．５ｎｍ乃至３０ｎｍを例示することができるし、磁化固定層の厚さとして、０．５ｎｍ乃至３０ｎｍを例示することができる。
　磁化固定層は、少なくとも２層の磁性材料層が積層された積層フェリ構造（積層フェリピン構造とも呼ばれる）を有する形態とすることができる。具体的には、積層フェリ構造は、反強磁性的結合を有する積層構造、即ち、２つの磁性材料層（参照層及び固定層）の層間交換結合が反強磁性的になる構造であり、合成反強磁性結合（ＳＡＦ：Synthetic Antiferromagnet）とも呼ばれ、２つの磁性材料層（一方の磁性材料層を、『参照層』と呼ぶ場合があるし、積層フェリ構造を構成する他方の磁性材料層を、『固定層』と呼ぶ場合がある）の間に設けられた非磁性層の厚さによって、２つの磁性材料層の層間交換結合が、反強磁性的あるいは強磁性的になる構造を指し、例えば、 S. S. Parkin et. al, Physical Review Letters, 7 May, pp 2304-2307 (1990) に報告されている。ここで、参照層の磁化方向は、記憶層に記憶すべき情報の基準となる磁化方向である。積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層（参照層）が記憶層側に位置する。そして、この場合、
　積層フェリ構造を構成する一方の磁性材料層（例えば、参照層）は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）から成る群から選択された少なくとも１種類の元素を含み、又は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）から成る群から選択された少なくとも１種類の元素及びホウ素（Ｂ）を含み、具体的には、Ｃｏ－Ｆｅ合金、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｎｉ－Ｆｅ合金、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ合金を挙げることができるし、Ｆｅ層／Ｐｔ層、Ｆｅ層／Ｐｄ層、Ｃｏ層／Ｐｔ層、Ｃｏ層／Ｐｄ層、Ｃｏ層／Ｎｉ層、Ｃｏ層／Ｒｈ層といった積層構造を挙げることもできるし、これらの材料に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｕ、Ｒｈ等の非磁性元素を添加して磁気特性を調整したり、結晶構造や結晶性や物質の安定性等の各種物性を調整してもよく、
　積層フェリ構造を構成する他方の磁性材料層（例えば、固定層）は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）及びマンガン（Ｍｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の元素（便宜上、『元素－Ａ』と呼ぶ）、並びに、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、イリジウム（Ｉｒ）及びロジウム（Ｒｈ）から成る群から選択された少なくとも１種類の元素（但し、前記の元素－Ａとは異なる元素であり、便宜上、『元素－Ｂ』と呼ぶ）を主成分とする材料から成る形態とすることができる。また、非磁性層を構成する材料として、ルテニウム（Ｒｕ）やその合金、ルテニウム化合物を挙げることができるし、あるいは又、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｈや、これらの合金を挙げることができる。磁化固定層を積層フェリ構造を採用することで、情報書き込み方向に対する熱安定性の非対称性を確実にキャンセルすることができ、スピントルクに対する安定性の向上を図ることができる。尚、上記の非磁性元素に相当する原子は、あるいは又、上記の非磁性層を構成する原子は、磁化固定層を占める原子としての割合が少ないので、上記の式（１）を満足する必要はない。あるいは又、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子であって、５原子％以上を占める金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）とする。
　また、磁化固定層は、強磁性層のみにより、あるいは又、反強磁性層と強磁性層の反強磁性結合を利用することにより、その磁化の向きが固定された構成とすることができる。反強磁性材料として、具体的には、Ｆｅ－Ｍｎ合金、Ｆｅ－Ｐｔ合金、Ｎｉ－Ｍｎ合金、Ｐｔ－Ｍｎ合金、Ｐｔ－Ｃｒ－Ｍｎ合金、Ｉｒ－Ｍｎ合金、Ｒｈ－Ｍｎ合金、Ｃｏ－Ｐｔ合金、コバルト酸化物、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、鉄酸化物（Ｆｅ2Ｏ3）を挙げることができる。あるいは又、これらの材料に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｕ、Ｒｈ等の非磁性元素を添加して磁気特性を調整したり、結晶構造や結晶性や物質の安定性等の各種物性を調整してもよい。尚、上記の非磁性元素に相当する原子は、磁化固定層を占める原子としての割合が少ないので、上記の式（１）を満足する必要はない。あるいは又、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子であって、５原子％以上を占める金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）とする。
　但し、磁化固定層は積層フェリ構造を有する形態に限定するものではない。１層から成り、参照層として機能する磁化固定層とすることもできる。このような磁化固定層を構成する材料として、後述する記憶層を構成する材料（強磁性材料）を挙げることができるし、あるいは又、磁化固定層（参照層）は、Ｃｏ層とＰｔ層との積層体、Ｃｏ層とＰｄ層との積層体、Ｃｏ層とＮｉ層との積層体、Ｃｏ層とＴｂ層との積層体、Ｃｏ－Ｐｔ合金層、Ｃｏ－Ｐｄ合金層、Ｃｏ－Ｎｉ合金層、Ｃｏ－Ｆｅ合金層、Ｃｏ－Ｔｂ合金層、Ｃｏ層、Ｆｅ層、又は、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂ合金層から成る構成とすることができ、あるいは又、これらの材料に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｒｕ、Ｒｈ等の非磁性元素を添加して磁気特性を調整したり、結晶構造や結晶性や物質の安定性等の各種物性を調整してもよく、更には、好ましくは、磁化固定層（参照層）はＣｏ－Ｆｅ－Ｂ合金層から成る構成とすることができる。尚、上記の非磁性元素に相当する原子は、磁化固定層を占める原子としての割合が少ないので、上記の式（１）を満足する必要はない。あるいは又、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子であって、５原子％以上を占める金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）とする。
　磁化固定層の磁化方向は情報の基準であるので、情報の記録や読出しによって磁化方向が変化してはならないが、必ずしも特定の方向に固定されている必要はなく、記憶層よりも保磁力を大きくするか、膜厚を厚くするか、あるいは、磁気ダンピング定数を大きくして、記憶層よりも磁化方向が変化し難い構成、構造とすればよい。
　更には、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子において、中間層を構成する金属原子には、マグネシウム（Ｍｇ）原子、又は、アルミニウム（Ａｌ）原子が含まれる形態とすることができる。
　あるいは又、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子において、中間層は非磁性体材料から成ることが好ましい。即ち、スピン注入型磁気抵抗効果素子において、ＴＭＲ（Tunnel Magnetoresistance）効果を有する積層構造体を構成する場合の中間層は、絶縁材料であって、しかも、非磁性体材料から成ることが好ましい。磁化固定層、中間層及び記憶層によって、ＴＭＲ効果を有する積層構造体が構成されるとは、磁性材料から成る磁化固定層と、磁性材料から成る記憶層との間に、トンネル絶縁膜として機能する非磁性体材料膜から成る中間層が挟まれた構造を指す。ここで、絶縁材料であって非磁性体材料である材料として、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウム窒化物、マグネシウムフッ化物、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯX）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、ＴｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇｅ、ＮｉＯ、ＣｄＯX、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3、ＣａＦ、ＳｒＴｉＯ2、ＡｌＬａＯ3、Ｍｇ－Ａｌ2－Ｏ、Ａｌ－Ｎ－Ｏ、ＢＮ、ＺｎＳ等の各種絶縁材料、誘電体材料、半導体材料を挙げることができる。絶縁材料から成る中間層の面積抵抗値は、数十Ω・μｍ2程度以下であることが好ましい。中間層をマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）から構成する場合、ＭｇＯ層は結晶化していることが望ましく、（００１）方向に結晶配向性を有することがより望ましい。また、中間層をマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）から構成する場合、その厚さは１．５ｎｍ以下とすることが望ましい。
　絶縁材料であって、しかも、非磁性体材料から構成された中間層は、例えば、スパッタリング法にて形成された金属膜を酸化若しくは窒化することにより得ることができる。より具体的には、中間層を構成する絶縁材料としてアルミニウム酸化物（ＡｌＯX）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）を用いる場合、例えば、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを大気中で酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムをプラズマ酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムをＩＰＣプラズマで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素中で自然酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素ラジカルで酸化する方法、スパッタリング法にて形成されたアルミニウムやマグネシウムを酸素中で自然酸化させるときに紫外線を照射する方法、アルミニウムやマグネシウムを反応性スパッタリング法にて成膜する方法、アルミニウム酸化物（ＡｌＯX）やマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）をスパッタリング法にて成膜する方法を例示することができる。
　更には、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子において、金属層を構成する金属原子は、金属層に６０原子％以上、好ましくは８０原子％以上含まれている形態とすることができる。尚、金属層を占める残りの原子として、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）を例示することができる。
　更には、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子において、金属層の厚さは、１×１０-8ｍ以上、好ましくは、２×１０-8ｍ以上である形態とすることができ、これによって、所望の体積を有する金属層を得ることができる。
　更には、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子において、積層構造体の側面はサイドウォールで覆われている形態とすることができる。そして、この場合、温度Ｔにおけるサイドウォールを構成する原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-SW（Ｔ）としたとき、
ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-SW（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）　　（３）
を満足する形態とすることができる。更には、これらの場合、サイドウォールを構成する原子は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）及びシリコン（Ｓｉ）から成る群から選択された少なくとも１種類の原子を含む形態とすることができる。更には、これらの場合、サイドウォールの少なくとも一部は金属層で覆われている形態とすることができる。サイドウォールは酸化物から成る。
　更には、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子において、
　積層構造体は絶縁層によって囲まれており、
　積層構造体の上又は上方には、積層構造体と接続された接続部が形成されており、
　金属層は、接続部の内壁に形成されている構成とすることができる。
　そして、この場合、接続部は、金属層、及び、コンタクトホール部から構成されている構成とすることができ、更には、金属層と対向する積層構造体の対向面の面積をＳ1、積層構造体と対向する金属層の対向面の面積をＳ2としたとき、
Ｓ2／Ｓ1≧１
望ましくは、
Ｓ2／Ｓ1≧２
を満足することが好ましい。Ｓ2／Ｓ1の上限として、限定するものではないが、３０を例示することができる。
　あるいは又、この場合、接続部は、金属層、及び、ダマシン構造を有する配線の一部から構成されている構成とすることができ、更には、配線の延びる方向に直交する仮想平面における金属層と対向する積層構造体の部分の長さをＬ1、仮想平面における積層構造体と対向する金属層の部分の長さをＬ2としたとき、
Ｌ2／Ｌ1≧１
望ましくは、
Ｌ2／Ｌ1≧２
を満足することが好ましい。Ｌ2／Ｌ1の上限として、限定するものではないが、１０を例示することができる。
　あるいは又、この場合、
　積層構造体は絶縁層によって囲まれており、
　金属層は、積層構造体の上又は上方に形成され、積層構造体と接続されており、
　金属層上には配線層が形成されている構成とすることができ、更には、配線層の延びる方向に直交する仮想平面における金属層と対向する積層構造体の部分の長さをＬ1、仮想平面における積層構造体と対向する金属層の部分の長さをＬ2としたとき、
Ｌ2／Ｌ1≧１
望ましくは、
Ｌ2／Ｌ1≧２
を満足することが好ましい。Ｌ2／Ｌ1の上限として、限定するものではないが、１００を例示することができる。
　以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様～第２の態様に係る磁気抵抗素子（以下、これらを総称して、『本開示の磁気抵抗素子等』と呼ぶ場合がある）において、前述したとおり、記憶層の磁化方向は、記憶すべき情報に対応して変化し、記憶層において、磁化容易軸は積層構造体の積層方向に対して平行である（即ち、垂直磁化型である）形態とすることができる。そして、この場合、垂直磁化方式のスピン注入型磁気抵抗効果素子から成る形態とすることができ、更には、これらの場合、積層構造体の第１面は第１電極と接しており、積層構造体の第２面は第２電極と接しており、第１電極と第２電極との間に電流（磁化反転電流、スピン偏極電流とも呼ばれ、書込み電流である）が流されることで、記憶層に情報が記憶される形態とすることができる。即ち、積層構造体の積層方向に磁化反転電流を流すことにより、記憶層の磁化方向を変化させ、記憶層において情報の記録が行われる形態とすることができる。
　磁化固定層が積層構造体の第１面を構成してもよいし、記憶層が積層構造体の第１面を構成してもよい。
　本開示の磁気抵抗素子等にあっては、上述したとおり、記憶層、中間層及び磁化固定層から成る積層構造体によって、ＴＭＲ効果を有する積層構造体が構成されている構造とすることができる。そして、例えば、図３Ｂに概念図を示すように、反平行配置の磁化状態で、磁化反転電流を記憶層から磁化固定層へ流すと、電子が磁化固定層から記憶層へ注入されることで作用するスピントルクにより記憶層の磁化が反転し、記憶層の磁化方向と磁化固定層（具体的には、参照層）の磁化方向と記憶層の磁化方向が平行配列となる。一方、例えば、図３Ａに概念図を示すように、平行配置の磁化状態で、磁化反転電流を磁化固定層から記憶層へ流すと、電子が記憶層から磁化固定層へ流れることで作用するスピントルクによって記憶層の磁化が反転し、記憶層の磁化方向と磁化固定層（具体的には、参照層）の磁化方向が反平行配列となる。あるいは又、図２３に概念図を示すように、磁化固定層、中間層、記憶層、中間層、磁化固定層によって、ＴＭＲ効果を有する積層構造体が構成されている構造とすることもできる。このような構造にあっては、記憶層の上下に位置する２つの中間層の磁気抵抗の変化に差を付けておく必要がある。
　積層構造体の立体形状は、円筒形、円柱形であることが、加工の容易性、記憶層における磁化容易軸の方向の均一性を確保するといった観点から望ましいが、これに限定するものではなく、三角柱、四角柱、六角柱、八角柱等（これらにあっては側辺あるいは側稜が丸みを帯びているものを含む）、楕円柱とすることもできる。積層構造体の面積は、低磁化反転電流で磁化の向きを容易に反転させるといった観点から、例えば、０．０１μｍ2以下であることが好ましい。第１電極から第２電極へと、あるいは又、第２電極から第１電極へと、磁化反転電流を積層構造体に流すことによって、記憶層における磁化の方向を第１の方向（磁化容易軸と平行な方向）あるいは第２の方向（第１の方向とは反対の方向）とすることで、記憶層に情報が書き込まれる。
　更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の磁気抵抗素子等にあっては、電極や接続部を構成する原子と記憶層を構成する原子の相互拡散の防止、接触抵抗の低減、記憶層の酸化防止のために、積層構造体は、第２面側にキャップ層を有する形態とすることができる。そして、この場合、キャップ層は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、クロム、マグネシウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及び白金から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から成る単層構造；酸化マグネシウム層、酸化アルミニウム層、酸化チタン層、酸化シリコン層、Ｂｉ2Ｏ3層、ＳｒＴｉＯ2層、ＡｌＬａＯ3層、Ａｌ－Ｎ－Ｏ層、Ｍｇ－Ｔｉ－Ｏ層、ＭｇＡｌ2Ｏ4層といった酸化物から成る単層構造；又は、ハフニウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、チタン、バナジウム、クロム、マグネシウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及び白金から成る群から選択された少なくとも１種類の材料層、並びに、ＭｇＴｉＯ、ＭｇＯ、ＡｌＯ、ＳｉＯから成る群から選択された少なくとも１種類の酸化物層の積層構造（例えば、Ｒｕ層／Ｔａ層）から構成されている形態とすることができる。
　以上に説明した種々の層は、例えば、スパッタリング法、イオンビーム堆積法、真空蒸着法に例示される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法に代表される化学的気相成長法（ＣＶＤ法）にて形成することができる。また、これらの層のパターニングは、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）やイオンミリング法（イオンビームエッチング法）にて行うことができる。種々の層を真空装置内で連続的に形成することが好ましく、その後、パターニングを行うことが好ましい。
　第１電極や第２電極、第１配線、第２配線、配線層等は、Ｔａ若しくはＴａＮ、又は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ等若しくはこれらの化合物の単層構造から成り、あるいは又、ＣｒやＴｉ等から成る下地層と、その上に形成されたＣｕ層、Ａｕ層、Ｐｔ層等の積層構造を有していてもよい。あるいは又、Ｔａあるいはその化合物の単層構造、あるいは、Ｃｕ、Ｔｉ等あるいはこれらの化合物との積層構造から構成することもできる。これらの電極等は、例えば、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法にて形成することができる。
　本開示の磁気抵抗素子等において、積層構造体の下方に、電界効果トランジスタから成る選択用トランジスタが設けられており、例えば、第２電極に接続された第２配線（ビット線）の延びる方向の射影像は、電界効果トランジスタを構成するゲート電極（例えば、ワード線あるいはアドレス線としても機能する）の延びる方向の射影像と直交する形態とすることができるし、第２配線（ビット線）の延びる方向の射影像は、電界効果トランジスタを構成するゲート電極の延びる方向の射影像と平行である形態とすることもできる。また、第１電極に接続された第１配線（センス線）の延びる方向の射影像は、第２配線の延びる方向の射影像と平行である形態とすることができる。場合によっては、選択用トランジスタは不要である。
　磁気抵抗素子における好ましい構成にあっては、上述したとおり、積層構造体の下方に電界効果トランジスタから成る選択用トランジスタを更に有しているが、より具体的な構成として、例えば、限定するものではないが、
　半導体基板に形成された選択用トランジスタ、及び、
　選択用トランジスタを覆う層間絶縁層、
を備えており、
　層間絶縁層上には、第１電極が形成されており、
　第１電極は、層間絶縁層に設けられた接続孔（あるいは接続孔とランディングパッド部や下層配線）を介して選択用トランジスタの一方のソース／ドレイン領域に電気的に接続されており、
　積層構造体は、第１電極及び第２電極と接しており、
　絶縁層は、層間絶縁層を覆い、且つ、第１電極、積層構造体及び第２電極を取り囲んでいる構成を例示することができる。
　場合によっては、積層構造体の側面と絶縁層との間に、サイドウォールが形成されている。
　選択用トランジスタは、例えば、周知のＭＩＳ型ＦＥＴやＭＯＳ型ＦＥＴから構成することができる。第１電極と選択用トランジスタとを電気的に接続する接続孔は、不純物がドーピングされたポリシリコンや、タングステン、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＴｉＷ、ＴｉＮＷ、ＷＳｉ2、ＭｏＳｉ2等の高融点金属や金属シリサイドから構成することができ、ＣＶＤ法や、スパッタリング法に例示されるＰＶＤ法に基づき形成することができる。また、絶縁層、層間絶縁層を構成する材料として、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ＳｉＣＮ、ＳＯＧ（スピンオングラス）、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）、ＢＰＳＧ（ホウ素・リン・シリケート・ガラス）、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＰｂＳＧ、ＡｓＳＧ、ＳｂＳＧ、ＬＴＯ、Ａｌ2Ｏ3を例示することができる。あるいは又、低誘電率絶縁材料（例えば、フルオロカーボン、シクロパーフルオロカーボンポリマー、ベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファステトラフルオロエチレン、ポリアリールエーテル、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、有機ＳＯＧ、パリレン、フッ化フラーレン、アモルファスカーボン）、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、Ｓｉｌｋ（The Dow Chemical Co. の商標であり、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料）、Ｆｌａｒｅ（Honeywell Electronic Materials Co. の商標であり、ポリアリルエーテル（ＰＡＥ)系材料）を挙げることができ、単独、あるいは、適宜、組み合わせて使用することができる。あるいは又、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）；ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）；ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）；ポリイミド；ポリカーボネート（ＰＣ）；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）；ポリスチレン；Ｎ－２（アミノエチル）３－アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＥＡＰＴＭＳ）、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン（ＭＰＴＭＳ）、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）等のシラノール誘導体（シランカップリング剤）；ノボラック型フェノール樹脂；フッ素系樹脂；オクタデカンチオール、ドデシルイソシアネイト等の一端に制御電極と結合可能な官能基を有する直鎖炭化水素類にて例示される有機系絶縁材料（有機ポリマー）を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。絶縁層、層間絶縁層は、各種ＣＶＤ法、塗布法、スパッタリング法や真空蒸着法を含む各種ＰＶＤ法、スクリーン印刷法といった各種印刷法、ゾル－ゲル法等の公知の方法に基づき形成することができる。
　本開示の磁気抵抗素子を組み込んだ電子デバイスとして、モバイル機器、ゲーム機器、音楽機器、ビデオ機器といった携帯可能な電子デバイスや、固定型の電子デバイスを挙げることができるし、磁気ヘッドを挙げることもできる。また、本開示の磁気抵抗素子（具体的には記憶素子、より具体的には不揮発性メモリセル）が２次元マトリクス状に配列されて成る不揮発性記憶素子アレイから構成された記憶装置を挙げることもできる。
　実施例１は、本開示の磁気抵抗素子、より具体的には、例えば記憶素子（不揮発性メモリセル）を構成する磁気抵抗素子に関する。選択用トランジスタを含む実施例１の磁気抵抗素子（スピン注入型磁気抵抗効果素子）の模式的な一部断面図を図１に示し、等価回路図を図２に示す。不揮発性メモリセルは、実施例１の磁気抵抗素子が２次元マトリクス状に配列されて成る。磁気抵抗素子は不揮発性メモリセルを構成する。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例４の磁気抵抗素子は、
　少なくとも、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体５０を有しており、
　積層構造体５０の上又は上方には（具体的には、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例４にあっては、積層構造体５０の上方には）、金属層６１が形成されており、
　金属層６１に対する積層構造体５０の正射影像は、金属層６１に含まれている。
　そして、０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層６１を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）としたとき、以下の式（１）を満足する。あるいは又、０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層６１を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける中間層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最大のギブスエネルギーをＥGib-2（Ｔ）としたとき、以下の式（２）を満足する。尚、磁気抵抗素子の構成に依っては式（１）、式（２）のいずれか一方を満足すればよいが、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例４の磁気抵抗素子にあっては、温度Ｔにおいて、式（１）及び式（２）を同時に満足している。
ＥGib-0（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）　　　（１）
ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-0（Ｔ）　　　（２）
　ここで、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例４の磁気抵抗素子において、金属層６１は、チタン（Ｔｉ）原子、アルミニウム（Ａｌ）原子及びマグネシウム（Ｍｇ）原子から成る群から選択された少なくとも１種類の金属原子を含む。具体的には、金属層６１は、チタン（Ｔｉ）から成る。尚、チタン（Ｔｉ）は水素吸蔵効果も有する。より具体的には、金属層６１を１層で図示しているが、実際には、金属層６１はＴｉ／ＴｉＮの積層構造を有する。Ｔｉが上層であってもよいし、下層であってもよい。但し、金属層６１を、Ｔｉ層、１層から構成することができることは云うまでもない。また、金属層６１を構成する金属原子は、金属層６１に６０原子％以上、好ましくは８０原子％以上含まれているが、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例４の磁気抵抗素子において、具体的には、金属層６１を構成する金属原子は、金属層６１の全てを構成している。金属層６１の厚さは、１×１０-8ｍ以上、好ましくは、２×１０-8ｍ以上であることが望ましく、具体的には、積層構造体５０と対向する金属層６１の対向面の厚さを２０ｎｍとした。
　更には、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例４の磁気抵抗素子において、磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子には、コバルト（Ｃｏ）原子、又は、鉄（Ｆｅ）原子、又は、コバルト原子及び鉄原子（Ｃｏ－Ｆｅ）が含まれる。具体的には、磁化固定層及び記憶層はＣｏ－Ｆｅ－Ｂ合金層［例えば、（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20合金層］から成る。また、トンネル絶縁膜として機能する非磁性体材料から成る中間層を構成する金属原子には、マグネシウム（Ｍｇ）原子、又は、アルミニウム（Ａｌ）原子が含まれる。具体的には、ＭｇＯから成る。中間層をＭｇＯ層から構成することで、磁気抵抗変化率（ＭＲ比）を大きくすることができ、これによって、スピン注入の効率を向上させることができ、記憶層の磁化方向を反転させるために必要とされる磁化反転電流密度を低減させることができる。Ｔｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｉの酸化物・生成ギブスエネルギー（Ｔ＝４００゜Ｃ）を、以下の表１に示す。
〈表１〉
　　　　酸化物・生成ギブスエネルギー（６７３゜Ｋにおける値）
Ｔｉ　　　－８００ｋＪ／ｍｏｌ－Ｏ2
Ａｌ　　　－９９０ｋＪ／ｍｏｌ－Ｏ2
Ｍｇ　　－１１２０ｋＪ／ｍｏｌ－Ｏ2
Ｃｏ　　　－３８０ｋＪ／ｍｏｌ－Ｏ2
Ｆｅ　　　－４３３ｋＪ／ｍｏｌ－Ｏ2
Ｓｉ　　　－７６３ｋＪ／ｍｏｌ－Ｏ2
　そして、実施例１の磁気抵抗素子において、
　積層構造体５０は絶縁層３１，３２によって囲まれており、
　積層構造体５０の上又は上方には（具体的には、積層構造体５０の上方には）、積層構造体５０と接続された接続部６０が形成されており、
　金属層６１は、接続部６０の内壁に形成されている。
　具体的には、接続部６０は、金属層６１、及び、タングステン（Ｗ）から成るコンタクトホール部６２から構成されている。金属層６１と対向する積層構造体５０の対向面の面積をＳ1、積層構造体５０と対向する金属層６１の対向面の面積をＳ2としたとき、
Ｓ2／Ｓ1≧１
望ましくは、
Ｓ2／Ｓ1≧２
を満足することが好ましい。具体的には、例えば、
Ｓ2／Ｓ1＝２
とした。尚、積層構造体５０の立体形状は、円筒形（円柱形）であるが、これに限定するものではなく、例えば、四角柱とすることもできる。金属層６１と対向する積層構造体５０の対向面、及び、積層構造体５０と対向する金属層６１の対向面の平面形状を、設計上、同心の円形とした。
　実施例１あるいは後述する実施例２～実施例４の磁気抵抗素子において、記憶層の磁化方向は、記憶すべき情報に対応して変化する。そして、記憶層において、磁化容易軸は積層構造体５０の積層方向に対して平行である（即ち、垂直磁化型である）。即ち、磁気抵抗素子は、垂直磁化方式のスピン注入型磁気抵抗効果素子から成る。云い換えれば、磁気抵抗素子はＭＴＪ素子から構成されている。磁化固定層の磁化方向は、記憶層に記憶すべき情報の基準となる磁化方向であり、記憶層の磁化方向と磁化固定層の磁化方向の相対的な角度によって、情報「０」及び情報「１」が規定される。積層構造体５０の第１面は第１電極４１と接しており、積層構造体５０の第２面は第２電極４２と接しており、第１電極４１と第２電極４２との間に電流（磁化反転電流）が流されることで、記憶層に情報が記憶される。尚、磁化固定層が積層構造体５０の第１面を構成してもよいし、記憶層が積層構造体５０の第１面を構成してもよい。
　以上に説明した各種の層構成を、以下の表２に掲げた。
〈表２〉
積層構造体
　　記憶層　　　　：膜厚１．６ｎｍの（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20層
　　中間層　　　　：膜厚１．０ｎｍのＭｇＯ層
　　磁気固定層　　：膜厚１．０ｎｍの（Ｃｏ20Ｆｅ80）80Ｂ20層
第１電極　　　　　：厚さ１０ｎｍのＴａＮ
第２電極　　　　　：厚さ３０ｎｍのＴａ
金属層　　　　　　：膜厚２０ｎｍのＴｉ層
　また、実施例１あるいは後述する実施例２～実施例４の磁気抵抗素子において、積層構造体５０の下方には、電界効果トランジスタから成る選択用トランジスタＴＲが設けられており、例えば、第２電極４２に接続された第２配線（ビット線）６３の延びる方向の射影像は、選択用トランジスタＴＲを構成するゲート電極１２（例えば、ワード線あるいはアドレス線としても機能する）の延びる方向の射影像と直交する形態とすることができるし、第２配線６３の延びる方向の射影像は、選択用トランジスタＴＲを構成するゲート電極１２の延びる方向の射影像と平行である形態とすることもできる。より具体的な構成として、第２配線６３の延びる方向の射影像は、ゲート電極１２の延びる方向の射影像と直交しており、また、第１配線（センス線）６６の延びる方向の射影像と平行である。但し、図１あるいは後述する図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７及び図２０では、図面の簡素化のために、ゲート電極１２、第２配線６３，７３，８３及び第１配線６６，７６，８６の延びる方向は、以上の説明とは異なっている。第２配線６３，７３，８３及び第１配線６６，７６，８６は図面の紙面と垂直な方向に延びている。
　例えば、シリコン半導体基板から成る半導体基板１０に形成された選択用トランジスタＴＲは、半導体基板１０に形成されたチャネル形成領域１４及びソース／ドレイン領域１５Ａ，１５Ｂ、チャネル形成領域１４に対向してゲート絶縁層１３を介して設けられたゲート電極１２から構成されている。ゲート電極１２の側壁にはＳｉＯ2から成るゲートサイドウォール１６が形成されている。選択用トランジスタＴＲは、層間絶縁層２１，２２によって覆われている。層間絶縁層２１はＳｉＮから成り、層間絶縁層２２はＳｉＯ2から成る。参照番号１１は素子分離領域である。
　層間絶縁層２２上には、第１電極４１が形成されており、
　第１電極４１は、層間絶縁層２２、２１に設けられた接続孔２３を介して選択用トランジスタＴＲの一方のソース／ドレイン領域１５Ａに電気的に接続されており、
　積層構造体５０は、第１電極４１及び第２電極４２と接しており、
　絶縁層３１，３２は、層間絶縁層２２を覆い、且つ、第１電極４１、積層構造体５０及び第２電極４２を取り囲んでいる。絶縁層３１はＳｉＮから成り、絶縁層３２はＳｉＯ2から成る。
　選択用トランジスタＴＲの他方のソース／ドレイン領域１５Ｂは、層間絶縁層２２、２１に設けられた接続孔２４、絶縁層３１，３２に形成された接続孔６５を介して第１配線（センス線）６６に接続されている。
　以下、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照して、実施例１の磁気抵抗素子の製造方法の概要を説明する。尚、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、選択用トランジスタＴＲの図示を省略している。
　　［工程－１００］
　先ず、周知の方法に基づき、シリコン半導体基板から成る半導体基板１０に素子分離領域１１を形成し、素子分離領域１１によって囲まれた半導体基板１０の部分に、ゲート絶縁層１３、ゲート電極１２、ゲートサイドウォール１６、ソース／ドレイン領域１５Ａ，１５Ｂから成る選択用トランジスタＴＲを形成する。ソース／ドレイン領域１５Ａとソース／ドレイン領域１５Ｂの間に位置する半導体基板１０の部分がチャネル形成領域１４に相当する。次いで、層間絶縁層２１，２２を形成する。そして、一方のソース／ドレイン領域１５Ａの上方の層間絶縁層２１，２２の部分にタングステンプラグから成る接続孔２３を形成し、他方のソース／ドレイン領域１５Ｂの上方の層間絶縁層２１，２２の部分にタングステンプラグから成る接続孔２４を形成する。こうして、層間絶縁層２２，２１で覆われた選択用トランジスタＴＲを得ることができる（図５Ａ参照）。
　　［工程－１１０］
　その後、層間絶縁層２２の上に、第１電極４１、積層構造体５０及び第２電極４２を成膜し、次いで、第２電極４２、積層構造体５０、第１電極４１を、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）に基づきエッチングする（図５Ｂ参照）。第１電極４１は接続孔２３と接している。尚、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から成る中間層は、ＲＦマグネトロンスパッタ法に基づきＭｇＯ層の成膜を行うことで形成した。また、その他の層はＤＣマグネトロンスパッタ法に基づき成膜を行った。ＲＩＥ法によって各層をパターニングする代わりに、イオンミリング法（イオンビームエッチング法）に基づき各層をパターニングすることもできる。
　　［工程－１２０］
　次に、全面に絶縁層３１，３２を形成する（図５Ｃ、図６Ａ参照）。そして、積層構造体５０の上方の絶縁層３１，３２に開口部６７Ａを形成する。開口部６７Ａの底部には、積層構造体５０が露出する。また、接続孔２４の上方の絶縁層３１，３２に開口部６７Ｂを形成する。開口部６７Ｂの底部には、接続孔２４が露出する。こうして、図６Ｂに示す構造を得ることができる。
　　［工程－１３０］
　その後、スパッタリング法に基づき全面に金属層６１，６４を形成し、更に、ＣＶＤ法に基づき、全面にタングステン層を成膜し、ＣＭＰ法にて、絶縁層３２上のタングステン層及び金属層６１，６４を除去する。こうして、図６Ｃに示す構造を得ることができる。
　　［工程－１４０］
　次いで、周知の方法に基づき、絶縁層３２上に、第２配線（ビット線）６３及び第１配線（センス線）６６を形成する。第２配線６３は、金属層６１及びコンタクトホール部６２から成る接続部６０と接している。また、第１配線６６は、金属層６４及び接続孔６５と接している。こうして、図１に示す実施例１の磁気抵抗素子を得ることができる。
　以上のとおり、実施例１の磁気抵抗素子の製造には一般のＭＯＳ製造プロセスを適用することができ、汎用メモリとして適用することが可能である。
　図３Ａ及び図４Ａに概念図を示すように、記憶層に記憶されている情報「０」を「１」に書き換えるとする。即ち、平行磁化状態で、書込み電流（磁化反転電流）Ｉ1を、磁化固定層から記憶層を経由して選択用トランジスタＴＲへと流す。云い換えれば、記憶層から磁化固定層に向かって電子を流す。具体的には、例えば、第２配線（ビット線）６３にＶddを印加し、選択用トランジスタＴＲの他方のソース／ドレイン領域１５Ｂを接地する。磁化固定層に達した一方の向きのスピンを有する電子は、磁化固定層を通過する。一方、他方の向きのスピンを有する電子は、磁化固定層で反射される。そして、係る電子が記憶層に進入すると、記憶層にトルクを与え、記憶層は反平行磁化状態へと反転する。ここで、磁化固定層の磁化方向は固定されているために反転できず、系全体の角運動量を保存するために記憶層が反転すると考えてもよい。
　図３Ｂ及び図４Ｂに概念図を示すように、記憶層に記憶されている情報「１」を「０」に書き換えるとする。即ち、反平行磁化状態で、書込み電流Ｉ2を、選択用トランジスタＴＲから記憶層を経由して磁化固定層へ流す。云い換えれば、磁化固定層から記憶層に向かって電子を流す。具体的には、例えば、選択用トランジスタＴＲの他方のソース／ドレイン領域１５ＢにＶddを印加し、第２配線（ビット線）６３を接地する。磁化固定層を通過した電子には、スピン偏極、即ち、上向きと下向きの数に差が生じる。中間層の厚さが十分に薄く、このスピン偏極が緩和して通常の非磁性体における非偏極状態（上向きと下向きが同数の状態）になる前に記憶層に達すると、スピン偏極度の符号が逆になっていることにより、系全体のエネルギーを下げるために、一部の電子は、反転、即ち、スピン角運動量の向きを変えさせられる。このとき、系の全角運動量は保存されなければならないため、向きを変えた電子による角運動量変化の合計と等価な反作用が、記憶層における磁気モーメントに与えられる。電流、即ち、単位時間に磁化固定層を通過する電子の数が少ない場合には、向きを変える電子の総数も少ないために、記憶層における磁気モーメントに発生する角運動量変化も小さいが、電流が増えると、多くの角運動量変化を単位時間内に記憶層に与えることができる。角運動量の時間変化はトルクであり、トルクが或る閾値を超えると記憶層の磁気モーメントは反転を開始し、その一軸異方性により１８０度回転したところで安定となる。即ち、反平行磁化状態から平行磁化状態への反転が起こり、情報「０」が記憶層に記憶される。
　記憶層に書き込まれた情報を読み出すときには、情報を読み出すべき磁気抵抗素子における選択用トランジスタＴＲを導通状態とする。そして、第２配線（ビット線）６３と第１配線（センス線）６６との間に電流を流し、第２配線６３に現れる電位を、比較回路（図示せず）を構成するコンパレータ回路（図示せず）の他方の入力部に入力する。一方、リファレンス抵抗値を求める回路（図示せず）からの電位を、比較回路を構成するコンパレータ回路の一方の入力部に入力する。そして、比較回路にあっては、リファレンス抵抗値を求める回路からの電位を基準として、第２配線６３に現れる電位が高いか低いかが比較され、比較結果（情報０／１）が、比較回路を構成するコンパレータ回路の出力部から出力される。
　実施例１の磁気抵抗素子にあっては、式（１）［ＥGib-0＜ＥGib-1］を満足するので、磁気抵抗素子の製造工程における酸化雰囲気において、磁化固定層及び記憶層よりも金属層が酸化され易い。また、式（２）［ＥGib-2≦ＥGib-0］を満足するので、磁気抵抗素子の製造工程における還元雰囲気において、中間層よりも金属層が還元され易い。そして、以上の結果として、酸化雰囲気において磁化固定層及び記憶層が酸化され難くなり、還元雰囲気において中間層が還元され難くなり、熱に対して、また、雰囲気に対して、高い安定性を有する磁気抵抗素子を得ることができる。
　例えば、積層構造体５０の高さが高い場合、開口部６７Ａの深さと開口部６７Ｂの深さが大きく相違し、コンタクトホール部６２と接続孔６５を同時に形成することが困難になる場合がある。このような場合、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、開口部６７Ａを形成した後、金属層６１及びコンタクトホール部６２を形成し、次いで、開口部６７Ｂを形成した後、金属層６４及び接続孔６５を形成すればよい。尚、コンタクトホール部６２等及び接続孔６５等の形成順序を逆にしてもよい。即ち、開口部６７Ｂを形成した後、金属層６４及び接続孔６５を形成し、次いで、開口部６７Ａを形成した後、金属層６１及びコンタクトホール部６２を形成してもよい。
　実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の磁気抵抗素子の模式的な一部断面図を図９に示す。
　実施例２の磁気抵抗素子において、接続部７０は、金属層６１、及び、ダマシン構造を有する配線（第２配線であり、ビット線でもある）７３の一部から構成されている。そして、更には、配線７３の延びる方向（図面の紙面に垂直な方向）に直交する仮想平面（図面の紙面に平行な仮想平面）における金属層６１と対向する積層構造体５０の部分の長さをＬ1、仮想平面における積層構造体５０と対向する金属層６１の部分の長さをＬ2としたとき、
Ｌ2／Ｌ1≧１
望ましくは、
Ｌ2／Ｌ1≧２
を満足する。具体的には、
Ｌ2／Ｌ1＝３
とした。ダマシン構造自体は周知の構造である。
　実施例２の磁気抵抗素子は、実施例１の［工程－１２０］と同様の工程において、全面に絶縁層３１，３２を形成した後、積層構造体５０の上方の絶縁層３１，３２に溝部６８Ａを形成する。溝部６８Ａの底部には、積層構造体５０が露出する。また、接続孔２４の上方の絶縁層３１，３２に溝部６８Ｂを形成する。溝部６８Ｂの底部には、接続孔２４が露出する。こうして、図１０に示す構造を得ることができる。次いで、実施例１の［工程－１３０］と同様の工程において、スパッタリング法に基づき全面にチタンから成る金属層６１，６４を形成し（図１１参照）、更に、ＣＶＤ法に基づき全面に銅層を成膜し、ＣＭＰ法にて絶縁層３２上の銅層及び金属層６１，６４を除去する。こうして、ダマシン構造の第２配線（ビット線）７３及び第１配線（センス線）７６を有する、図９に示した実施例２の磁気抵抗素子を得ることができる。尚、第２配線（ビット線）７３及び第１配線（センス線）７６は、図面の紙面垂直方向に延びている。
　以上の点を除き、実施例２の磁気抵抗素子の構成、構造は、実施例１の磁気抵抗素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
　実施例３も、実施例１の変形である。実施例３の磁気抵抗素子の模式的な一部断面図を図１２に示す。
　実施例３の磁気抵抗素子において、
　積層構造体５０は絶縁層３１，３２によって囲まれており、
　金属層６１は、積層構造体５０の上又は上方に形成され（具体的には、積層構造体５０の上方に形成され）、積層構造体５０と接続されており、
　金属層６１上には配線層８３が形成されている。そして、更には、配線層８３の延びる方向（図面の紙面に垂直な方向）に直交する仮想平面（図面の紙面に平行な仮想平面）における金属層６１と対向する積層構造体５０の部分の長さをＬ1、仮想平面における積層構造体５０と対向する金属層６１の部分の長さをＬ2としたとき、
Ｌ2／Ｌ1≧１
望ましくは、
Ｌ2／Ｌ1≧２
を満足する。具体的には、
Ｌ2／Ｌ1＝５
とした。
　実施例３の磁気抵抗素子は、実施例１の［工程－１２０］と同様の工程において、全面に絶縁層３１，３２を形成した後、絶縁層３１，３２に平坦化処理を施し、第２電極４２の頂面を露出させた後、接続孔２４の上方の絶縁層３１，３２に開口部６７Ｂを形成する。開口部６７Ｂの底部には接続孔２４が露出する。こうして、図１３に示す構造を得ることができる。次いで、実施例１の［工程－１３０］と同様の工程において、スパッタリング法に基づき全面にチタンから成る金属層６１’を形成し（図１４参照）、更に、スパッタリング法に基づき全面にアルミニウム層を成膜し、エッチング法に基づき絶縁層３２上のアルミニウム層及び金属層６１’をパターニング、除去する。こうして、第２配線（ビット線）８３及び第１配線（センス線）８６を有する、図１２に示した実施例３の磁気抵抗素子を得ることができる。尚、第２配線（ビット線）８３及び第１配線（センス線）８６は、図面の紙面垂直方向に延びている。
　以上の点を除き、実施例３の磁気抵抗素子の構成、構造は、実施例１の磁気抵抗素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
　場合によっては、金属層６１と第２電極４２との間に、例えば、タングステンプラグから成る接続孔を形成してもよい。金属層６１を積層構造体５０に隣接して位置させなくとも、金属層６１は、磁化固定層及び記憶層の酸化抑制、中間層の還元抑制の効果を発揮し得る。また、積層構造体５０の上方に位置する金属層６１及び配線層８３の幅を、他の部分の幅よりも広げてもよい。あるいは又、金属層６１の幅を配線層８３の幅よりも広げてもよい。即ち、隣接する第２配線（ビット線）８３及び第１配線（センス線）８６と短絡しない限り、金属層６１を広い面積において形成してもよい。
　実施例４は、実施例１～実施例３の変形である。実施例４の磁気抵抗素子の模式的な一部断面図を図１５に示す。
　実施例４の磁気抵抗素子において、積層構造体５０の側面はサイドウォール３３で覆われている。そして、この場合、温度Ｔにおけるサイドウォール３３を構成する原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-SW（Ｔ）としたとき、
ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-SW（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）　　（３）
を満足する。更には、サイドウォール３３を構成する原子は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）及びシリコン（Ｓｉ）から成る群から選択された少なくとも１種類の原子を含む。具体的には、サイドウォール３３を構成する原子をシリコン（Ｓｉ）とした。サイドウォール３３はＳｉＯ2から成る。
　実施例４の磁気抵抗素子の製造にあっては、例えば、実施例１の［工程－１１０］と［工程－１２０］の間において、全面にＳｉＯ2層を形成した後、ＳｉＯ2層をエッチバックすることで、積層構造体５０の側面にＳｉＯ2から成るサイドウォール３３を形成することができる（積層構造体等の模式的な一部端面図である図１６を参照）。そして、引き続き、実施例１の［工程－１２０］と同様の工程を実行すればよい（図１７を参照）。
　実施例４の磁気抵抗素子の変形例の積層構造体等の模式的な一部断面図を図１８Ａ、図１８Ｂ及び図１８Ｃに示す。
　図１８Ａに示す構造において、サイドウォールは、ＳｉＮから成る第１サイドウォール３３Ａ及びＳｉＯ2から成る第２サイドウォール３３Ｂから構成されている。第１サイドウォール３３Ａが積層構造体５０の側面と接しており、第２サイドウォール３３ＢがＳｉＮから成る絶縁層３１と接している。
　図１８Ｂに示す構造にあっては、図１８Ａに示したと同様に、サイドウォールは、ＳｉＮから成る第１サイドウォール３３Ａ及びＳｉＯ2から成る第２サイドウォール３３Ｂから構成されている。但し、第１サイドウォール３３Ａの底部が層間絶縁層２２の上を延びている。
　図１８Ｃに示す構造にあっては、図１８Ａに示したと同様に、サイドウォールは、ＳｉＮから成る第１サイドウォール３３Ａ及びＳｉＯ2から成る第２サイドウォール３３Ｂから構成されている。但し、第１サイドウォール３３Ａの上部は、第２サイドウォール３３Ｂによって覆われている。尚、図１８Ｂに示したと同様に、第１サイドウォール３３Ａの底部は層間絶縁層２２の上を延びていてもよい。このようなサイドウォール構造を形成した場合、図１９Ａに示すように、全面にＳｉＮから成る絶縁層３１を形成し、次いで、図１９Ｂに示すように、全面にＳｉＯ2から成る絶縁層３２を形成する。そして、例えば、接続部を形成するために、図１９Ｃに示すように、絶縁層３２及び絶縁層３１に開口部６７Ａを形成する。ここで、ＳｉＮから成る絶縁層３１をエッチングするとき、ＳｉＮから成る第１サイドウォール３３Ａの上部は、ＳｉＯ2から成る第２サイドウォール３３Ｂによって覆われているので、第１サイドウォール３３Ａがエッチングされることがない。
　実施例４の磁気抵抗素子の別の変形例の模式的な一部断面図を図２０に示す。この実施例４の変形例にあっては、例えば、ＳｉＯ2あるいはＳｉＮから成るサイドウォール３３の少なくとも一部は（図示した例では、サイドウォール３３の全体は）、金属層６１で覆われている。このような構造とすることで、ロジック領域の構造変化（例えば、配線構造）を最小とすることができるため、抵抗値や容量値の増加といったロジック回路の特性への影響を小さくすることができ、磁気抵抗素子の混載が容易となる。
　以上の点を除き、実施例４の磁気抵抗素子の構成、構造は、実施例１～実施例３の磁気抵抗素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
　実施例５は、実施例１～実施例４において説明した磁気抵抗素子を備えた電子デバイス、具体的には、磁気ヘッドに関する。磁気ヘッドは、例えば、ハードディスクドライブ、集積回路チップ、パーソナルコンピュータ、携帯端末、携帯電話、磁気センサ機器をはじめとする各種電子機器、電気機器等に適用することが可能である。
　一例として図２１Ａ、図２１Ｂに、磁気抵抗素子１０１を複合型磁気ヘッド１００に適用した例を示す。尚、図２１Ａは、複合型磁気ヘッド１００について、その内部構造が分かるように一部を切り欠いて示した模式的な斜視図であり、図２１Ｂは複合型磁気ヘッド１００の模式的断面図である。
　複合型磁気ヘッド１００は、ハードディスク装置等に用いられる磁気ヘッドであり、基板１２２上に、実施例１～実施例４において説明した磁気抵抗素子を備えた磁気抵抗効果型磁気ヘッドが形成されており、この磁気抵抗効果型磁気ヘッド上に、更に、インダクティブ型磁気ヘッドが積層・形成されている。ここで、磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、再生用ヘッドとして動作し、インダクティブ型磁気ヘッドは、記録用ヘッドとして動作する。即ち、この複合型磁気ヘッド１００にあっては、再生用ヘッドと記録用ヘッドとが複合されている。
　複合型磁気ヘッド１００に搭載されている磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、所謂シールド型ＭＲヘッドであり、基板１２２上に絶縁層１２３を介して形成された第１の磁気シールド層１２５と、第１の磁気シールド層１２５上に絶縁層１２３を介して形成された磁気抵抗素子１０１と、磁気抵抗素子１０１上に絶縁層１２３を介して形成された第２の磁気シールド層１２７とを備えている。絶縁層１２３は、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2等の絶縁材料から成る。第１の磁気シールド層１２５は、磁気抵抗素子１０１の下層側を磁気的にシールドするためのものであり、Ｎｉ－Ｆｅ等の軟磁性材料から成る。第１の磁気シールド層１２５上に、絶縁層１２３を介して磁気抵抗素子１０１が形成されている。磁気抵抗素子１０１は、磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、磁気記録媒体からの磁気信号を検出する感磁素子として機能する。磁気抵抗素子１０１の形状は略矩形状であり、一側面が磁気記録媒体への対向面として露呈している。そして、磁気抵抗素子１０１の両端にはバイアス層１２８，１２９が配されている。また、バイアス層１２８，１２９に接続された接続端子１３０，１３１が形成されている。接続端子１３０，１３１を介して磁気抵抗素子１０１にセンス電流が供給される。バイアス層１２８，１２９の上部には、絶縁層１２３を介して第２の磁気シールド層１２７が設けられている。
　磁気抵抗効果型磁気ヘッドの上に積層・形成されたインダクティブ型磁気ヘッドは、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２によって構成される磁気コアと、磁気コアを巻回するように形成された薄膜コイル１３３とを備えている。上層コア１３２は、第２の磁気シールド層１２７と共に閉磁路を形成しており、インダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアとなるものであり、Ｎｉ－Ｆｅ等の軟磁性材料から成る。ここで、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２は、これらの前端部が磁気記録媒体への対向面として露呈しており、且つ、これらの後端部において第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２が互いに接するように形成されている。ここで、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２の前端部は、磁気記録媒体の対向面において、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２が所定の間隙ｇをもって離間するように形成されている。即ち、複合型磁気ヘッド１００において、第２の磁気シールド層１２７は、磁気抵抗素子１０１の上層側を磁気的にシールドするだけでなく、インダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアも兼ねており、第２の磁気シールド層１２７と上層コア１３２によってインダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアが構成されている。そして間隙ｇが、インダクティブ型磁気ヘッドの記録用磁気ギャップとなる。
　また、第２の磁気シールド層１２７上には、絶縁層１２３に埋設された薄膜コイル１３３が形成されている。薄膜コイル１３３は、第２の磁気シールド層１２７及び上層コア１３２から成る磁気コアを巻回するように形成されている。図示していないが、薄膜コイル１３３の両端部は、外部に露呈しており、薄膜コイル１３３の両端に形成された端子が、インダクティブ型磁気ヘッドの外部接続用端子となる。即ち、磁気記録媒体への磁気信号の記録時、これらの外部接続用端子から薄膜コイル１３３に記録電流が供給される。
　以上のような複合型磁気ヘッド１００は、再生用ヘッドとして磁気抵抗効果型磁気ヘッドを搭載しているが、磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気記録媒体からの磁気信号を検出する感磁素子として、実施例１～実施例４において説明した磁気抵抗素子１０１を備えている。そして、磁気抵抗素子１０１は、上述したように非常に優れた特性を示すので、この磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気記録の更なる高記録密度化に対応することができる。
　以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した各種の積層構造、使用した材料等は例示であり、適宜、変更することができる。磁化固定層を、参照層及び固定層から成る積層フェリ構造（積層フェリピン構造）とすることもできる。場合によっては、金属層の代わりにＳｉ層を形成してもよい。本開示の磁気抵抗素子の複数から構成された不揮発性記憶素子アレイを含むロジック領域が形成された基板と、例えば、撮像素子の複数が形成された撮像素子アレイを含む基板とを貼り合わせることもできる。
　図２２に示すように、実施例１において説明した磁気抵抗素子において、第２配線６３の下に、金属層として機能するＴｉ層６１’を形成してもよい。そして、積層構造体５０の上方に位置する第２配線６３の部分の幅、他の部分の幅よりも広げてもよい。即ち、隣接する第２配線（ビット線）６３及び第１配線（センス線）６６と短絡しない限り、金属層６１を広い面積において形成することが望ましい。
　また、複数の磁気抵抗素子（記憶素子、不揮発性メモリセル）から構成された、所謂クロスポイント型のメモリセルユニットを構成することもできる。このクロスポイント型のメモリセルユニットは、
　第１の方向に延びる複数の第３配線（ワード線）、
　第３配線と上下方向に離間して配置され、第３配線と異なる第２の方向に延びる複数の第２配線（ビット線）、及び、
　第３配線と第２配線とが重複する領域に配置され、第３配線及び第２配線に接続された磁気抵抗素子（記憶素子、不揮発性メモリセル）、
から構成されている。そして、第３配線と第２配線との間に印加する電圧の向き、あるいは、第３配線と第２配線との間に流す電流の向きによって、磁気抵抗素子における情報の書込み、消去が行われる。尚、このような構造にあっては、選択用トランジスタＴＲは不要である。
　尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《磁気抵抗素子：第１の態様》
　少なくとも、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体を有しており、
　積層構造体の上又は上方には、金属層が形成されており、
　金属層に対する積層構造体の正射影像は、金属層に含まれており、
　０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）としたとき、
ＥGib-0（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）　　　（１）
を満足する磁気抵抗素子。
［Ａ０２］温度Ｔにおける中間層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最大のギブスエネルギーをＥGib-2（Ｔ）としたとき、
ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-0（Ｔ）
を満足する［Ａ０１］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０３］《磁気抵抗素子：第２の態様》
　少なくとも、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体を有しており、
　積層構造体の上又は上方には、金属層が形成されており、
　金属層に対する積層構造体の正射影像は、金属層に含まれており、
　０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける中間層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最大のギブスエネルギーをＥGib-2（Ｔ）としたとき、
ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-0（Ｔ）　　　（２）
を満足する磁気抵抗素子。
［Ａ０４］金属層は、チタン原子、アルミニウム原子及びマグネシウム原子から成る群から選択された少なくとも１種類の金属原子を含む［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０５］磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子には、コバルト原子、又は、鉄原子、又は、コバルト原子及び鉄原子が含まれる［Ａ０１］乃至［Ａ０４］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０６］中間層を構成する金属原子には、マグネシウム原子、又は、アルミニウム原子が含まれる［Ａ０１］乃至［Ａ０５］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０７］金属層を構成する金属原子は、金属層に６０原子％以上含まれている［Ａ０１］乃至［Ａ０６］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０８］金属層の厚さは１×１０-8ｍ以上である［Ａ０１］乃至［Ａ０７］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ０９］積層構造体の側面はサイドウォールで覆われている［Ａ０１］乃至［Ａ０８］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１０］温度Ｔにおけるサイドウォールを構成する原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-SW（Ｔ）としたとき、
ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-SW（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）
を満足する［Ａ０９］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１１］サイドウォールを構成する原子は、チタン、アルミニウム、マグネシウム及びシリコンから成る群から選択された少なくとも１種類の原子を含む［Ａ０９］又は［Ａ１０］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１２］サイドウォールの少なくとも一部は金属層で覆われている［Ａ０９］乃至［Ａ１１］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１３］積層構造体は絶縁層によって囲まれており、
　積層構造体の上又は上方には、積層構造体と接続された接続部が形成されており、
　金属層は、接続部の内壁に形成されている［Ａ０１］乃至［Ａ１２］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１４］接続部は、金属層、及び、コンタクトホール部から構成されている［Ａ１３］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１５］接続部は、金属層、及び、ダマシン構造を有する配線の一部から構成されている［Ａ１３］に記載の磁気抵抗素子。
［Ａ１６］積層構造体は絶縁層によって囲まれており、
　金属層は、積層構造体の上又は上方に形成され、積層構造体と接続されており、
　金属層上には配線層が形成されている［Ａ０１］乃至［Ａ１２］のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
１０・・・半導体基板、１１・・・素子分離領域、１２・・・ゲート電極（ワード線あるいはアドレス線）、１３・・・ゲート絶縁層、１４・・・チャネル形成領域、１５Ａ，１５Ｂ・・・ソース／ドレイン領域、１６・・・ゲートサイドウォール、２１，２２・・・層間絶縁層、２３，２４・・・接続孔、３１，３２・・・絶縁層、３３，３３Ａ，３３Ｂ・・・サイドウォール、４１・・・第１電極、４２・・・第２電極、５０・・・積層構造体、６０，７０・・・接続部、６１・・・金属層、６１’・・・Ｔｉ層、６２・・・コンタクトホール部、６３，７３，８３・・・第２配線（ビット線）、６４・・・金属層、６５・・・接続孔、６６，７６，８６・・・第１配線（センス線）、６７Ａ，６７Ｂ・・・開口部、６８Ａ，６８Ｂ・・・溝部、１００・・・複合型磁気ヘッド、１０１・・・磁気抵抗素子、１２２・・・基板、１２３・・・絶縁層、１２５・・・第１の磁気シールド層、１２７・・・第２の磁気シールド層、１２８，１２９・・・バイアス層、１３０，１３１・・・接続端子、１３２・・・上層コア、１３３・・・薄膜コイル、ＴＲ・・・選択用トランジスタ

Claims (16)

  1. 　少なくとも、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体を有しており、
    　積層構造体の上又は上方には、金属層が形成されており、
    　金属層に対する積層構造体の正射影像は、金属層に含まれており、
    　０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最小のギブスエネルギーをＥGib-1（Ｔ）としたとき、
    ＥGib-0（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）　　　（１）
    を満足する磁気抵抗素子。
  2. 　温度Ｔにおける中間層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最大のギブスエネルギーをＥGib-2（Ｔ）としたとき、
    ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-0（Ｔ）
    を満足する請求項１に記載の磁気抵抗素子。
  3. 　少なくとも、磁化固定層、中間層及び記憶層から成る積層構造体を有しており、
    　積層構造体の上又は上方には、金属層が形成されており、
    　金属層に対する積層構造体の正射影像は、金属層に含まれており、
    　０゜Ｃ以上、４００゜Ｃ以下の温度Ｔ（゜Ｃ）における金属層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-0（Ｔ）、温度Ｔにおける中間層を構成する金属原子の酸化物・生成ギブスエネルギーの内、最大のギブスエネルギーをＥGib-2（Ｔ）としたとき、
    ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-0（Ｔ）　　　（２）
    を満足する磁気抵抗素子。
  4. 　金属層は、チタン原子、アルミニウム原子及びマグネシウム原子から成る群から選択された少なくとも１種類の金属原子を含む請求項１又は請求項３に記載の磁気抵抗素子。
  5. 　磁化固定層及び記憶層を構成する金属原子には、コバルト原子、又は、鉄原子、又は、コバルト原子及び鉄原子が含まれる請求項１又は請求項３に記載の磁気抵抗素子。
  6. 　中間層を構成する金属原子には、マグネシウム原子、又は、アルミニウム原子が含まれる請求項１又は請求項３に記載の磁気抵抗素子。
  7. 　金属層を構成する金属原子は、金属層に６０原子％以上含まれている請求項１又は請求項３に記載の磁気抵抗素子。
  8. 　金属層の厚さは１×１０-8ｍ以上である請求項１又は請求項３に記載の磁気抵抗素子。
  9. 　積層構造体の側面はサイドウォールで覆われている請求項１又は請求項３に記載の磁気抵抗素子。
  10. 　温度Ｔにおけるサイドウォールを構成する原子の酸化物・生成ギブスエネルギーをＥGib-SW（Ｔ）としたとき、
    ＥGib-2（Ｔ）≦ＥGib-SW（Ｔ）＜ＥGib-1（Ｔ）
    を満足する請求項９に記載の磁気抵抗素子。
  11. 　サイドウォールを構成する原子は、チタン、アルミニウム、マグネシウム及びシリコンから成る群から選択された少なくとも１種類の原子を含む請求項９に記載の磁気抵抗素子。
  12. 　サイドウォールの少なくとも一部は金属層で覆われている請求項９に記載の磁気抵抗素子。
  13. 　積層構造体は絶縁層によって囲まれており、
    　積層構造体の上又は上方には、積層構造体と接続された接続部が形成されており、
    　金属層は、接続部の内壁に形成されている請求項１又は請求項３に記載の磁気抵抗素子。
  14. 　接続部は、金属層、及び、コンタクトホール部から構成されている請求項１３に記載の磁気抵抗素子。
  15. 　接続部は、金属層、及び、ダマシン構造を有する配線の一部から構成されている請求項１３に記載の磁気抵抗素子。
  16. 　積層構造体は絶縁層によって囲まれており、
    　金属層は、積層構造体の上又は上方に形成され、積層構造体と接続されており、
    　金属層上には配線層が形成されている請求項１又は請求項３に記載の磁気抵抗素子。
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