WO2020158323A1 - 磁気抵抗効果素子、記憶素子、及び電子機器 - Google Patents

磁気抵抗効果素子、記憶素子、及び電子機器 Download PDF

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magnetic
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magnetoresistive effect
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苅屋田　英嗣
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    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Materials of the active region

Definitions

  • the present disclosure relates to a magnetoresistive effect element, a memory element, and an electronic device.
  • CMOS Complementary MOS
  • SRAM Static Random Access Memory
  • MRAM Magnetoresistive Random Access Memory
  • Magnetoresistive memory is a memory element that uses a magnetoresistive effect element in which an insulating thin film is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers.
  • the magnitude of the tunnel resistance changes depending on the relative magnetization directions of the pair of ferromagnetic layers.
  • the MRAM can store information by controlling the magnetization of the ferromagnetic layer of the magnetoresistive element to be parallel or antiparallel and controlling the magnitude of the tunnel resistance.
  • Patent Document 1 in a perpendicular magnetization type magnetoresistive effect element having magnetic anisotropy in the direction perpendicular to the film surface, below a specific concentration under a recording layer whose magnetization direction is variable. It is disclosed to provide an underlayer containing Pd (palladium). Patent Document 1 discloses that a higher MR ratio can be realized by alloying Co (cobalt), which is a ferromagnetic metal contained in the storage layer, with Pd.
  • Co cobalt
  • Patent Document 1 did not sufficiently examine the crystal orientation of the ferromagnetic layer.
  • the crystal orientation of the ferromagnetic layer is low, it becomes difficult to further increase the perpendicular magnetic anisotropy of the ferromagnetic layer. Therefore, by paying attention to the crystal orientation of the ferromagnetic layer, it is possible to realize a magnetoresistive effect element in which the perpendicular magnetic anisotropy of the ferromagnetic layer is further enhanced.
  • the magnetization fixed layer includes a first magnetic body provided on the first electrode, and a second magnetic body provided on the first magnetic body via a non-magnetic metal layer. At least one of the first magnetic body and the second magnetic body is configured by providing a magnetic layer directly on the non-magnetic layer, and either the non-magnetic layer or the magnetic layer is different.
  • a magnetoresistive effect element formed of a multilayer structure in which the above materials are alternately laminated.
  • An electrode, and the magnetization fixed layer includes a first magnetic body provided on the first electrode, and a second magnetic body provided on the first magnetic body via a non-magnetic metal layer.
  • At least one of the first magnetic body and the second magnetic body is configured by providing a magnetic layer directly above the non-magnetic layer, and either the non-magnetic layer or the magnetic layer is Provided is a memory element having a multi-layer structure in which different kinds of materials are alternately stacked.
  • the magnetoresistive effect element includes a first electrode, a magnetization fixed layer provided on the first electrode and having a fixed magnetization direction, and the magnetization A first insulating layer provided on the fixed layer; a magnetic free layer provided on the first insulating layer and having a variable magnetization direction; and a second insulating layer provided on the magnetic free layer.
  • a second magnetic body provided via a non-magnetic metal layer, and at least one of the first magnetic body and the second magnetic body is formed by providing a magnetic layer directly above the non-magnetic layer.
  • An electronic device is provided in which either the nonmagnetic layer or the magnetic layer is formed in a multilayer structure in which different kinds of materials are alternately laminated.
  • FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating the laminated structure of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating a specific configuration of the magnetoresistive effect element according to the same embodiment. It is a typical longitudinal cross-sectional view showing a laminated structure of a magnetoresistive effect element according to an example of the same embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of changes in the exchange coupling magnetic field Hex when the film thickness of the first nonmagnetic layer formed of Mo is changed in the magnetoresistive effect element according to the example.
  • FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating the laminated structure of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating a specific configuration of the magnetoresistive effect element according to the same embodiment. It is a typical longitudinal cross-sectional view showing a laminated structure of a
  • FIG. 9 is a graph showing an example of changes in the exchange coupling magnetic field Hex when the film thickness of the first nonmagnetic layer formed of W is changed in the magnetoresistive effect element according to the example.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of changes in the exchange coupling magnetic field Hex when the film thickness of the first nonmagnetic layer formed of Ir is changed in the magnetoresistive effect element according to the same example.
  • It is a typical longitudinal cross-sectional view explaining the concrete structure of the magnetoresistive effect element which concerns on 2nd Embodiment of this indication.
  • It is a typical longitudinal cross-sectional view showing a laminated structure of a magnetoresistive effect element according to an example of the same embodiment.
  • FIG. 7B is a graph diagram in which the film thickness ratio of Mo and CoFeB that realizes the favorable exchange coupling magnetic field Hex and MR ratio shown in FIG. 7A is plotted for each film thickness of CoFeB.
  • 7B is a graph diagram in which the film thickness of Mo that satisfies the favorable exchange coupling magnetic field and MR ratio shown in FIG.
  • FIG. 7A is plotted for each film thickness of CoFeB by converting the result of FIG. 7B.
  • FIG. 8 is a graph showing the result of converting the combination of the film thicknesses of Mo and CoFeB plotted in FIG. 7C into at% in the entire second nonmagnetic layer. It is a typical longitudinal cross-sectional view explaining the concrete composition of the magnetoresistive effect element concerning a 3rd embodiment of this indication. It is a typical longitudinal cross-sectional view showing a laminated structure of a magnetoresistive effect element according to an example of the same embodiment.
  • FIG. 15 is an external view illustrating an example of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 16 is an external view of another example of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure as viewed from the front.
  • FIG. 16 is an external view of another example of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure as viewed from the rear.
  • FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating the laminated structure of the magnetoresistive effect element 1 according to the present embodiment.
  • the magnetoresistive effect element 1 includes a substrate 100, a first electrode 110, a magnetization fixed layer 120, a first insulating layer 130, a magnetization free layer 140, a second insulating layer 150, And a second electrode 160.
  • the magnetization fixed layer 120 includes a nonmagnetic metal layer 122, and a first magnetic body 121 and a second magnetic body 123 that sandwich the nonmagnetic metal layer 122 in the stacking direction.
  • the magnetoresistive effect element 1 controls the magnetization direction of the magnetization free layer 140 by the spin torque of electrons by flowing a current between the first electrode 110 and the second electrode 160, for example, so-called STT. -MRAM (Spin Transfer Torque-Magnetoresistive Random Access Memory: STT-MRAM).
  • the substrate 100 is a member that supports each layer of the magnetoresistive effect element 1.
  • the substrate 100 may be formed of any of semiconductor, quartz, glass or organic resin.
  • the substrate 100 may be formed of a semiconductor such as silicon (Si) or germanium (Ge), or a compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), or silicon carbide (SiC).
  • the substrate 100 may be an SOI (Silicon On Insulator) substrate in which an insulating film such as SiO 2 is sandwiched between silicon substrates.
  • the first electrode 110 functions as a connection point between the magnetoresistive effect element 1 and various wirings by being provided on the substrate 100 with various metal materials or alloy materials.
  • the first electrode 110 may be formed of a known material and a laminated structure, for example, a single layer film or a laminated film of a plurality of films.
  • the magnetization fixed layer 120 is provided on the first electrode 110 in a laminated ferri structure in which a first magnetic body 121, a nonmagnetic metal layer 122, and a second magnetic body 123 are laminated, for example.
  • the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123 are laminated structures each having an easy axis of magnetization in the direction perpendicular to the film surface and including at least one layer formed of a ferromagnetic material.
  • the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123 can fix the direction of magnetization by magnetically coupling via the nonmagnetic metal layer 122.
  • the magnetoresistive effect element 1 does not change the magnetization directions of the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123 when a current is applied between the first electrode 110 and the second electrode 160, Only the magnetization direction of the magnetization free layer 140 can be changed.
  • the second magnetic body 123 functions as a reference layer serving as a reference for the magnetization direction of the magnetization free layer 140, and the first magnetic body 121 is magnetically coupled to form a first reference layer.
  • 2 Functions as a pinned layer that fixes the magnetization direction of the magnetic body 123.
  • At least one of the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123 is configured by providing a magnetic layer directly above the non-magnetic layer, and either the non-magnetic layer or the magnetic layer. It is configured to have a multilayer structure in which different kinds of materials are alternately laminated. According to this, the magnetoresistive effect element 1 can improve the crystal orientation of the magnetic layer by the non-magnetic layer and can enhance the perpendicular magnetic anisotropy of the magnetic layer. Therefore, the magnetoresistive effect element 1 can enhance the magnetic coupling force between the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123. Further, since the magnetic characteristics of the magnetization fixed layer 120 are improved, the magnetoresistive effect element 1 can improve the magnetoresistive change rate (MagnetoResistance ratio: MR ratio) when used as an MRAM.
  • MRAM Magnetoresistive change rate
  • the first magnetic body 121 is configured by providing a magnetic layer directly above the nonmagnetic layer.
  • FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating a specific configuration of the magnetoresistive effect element 1 according to the first embodiment.
  • the first magnetic body 121 includes a first nonmagnetic layer 121A formed of a nonmagnetic metal material and a first nonmagnetic layer 121A in which different kinds of metal materials are alternately stacked. It is configured by providing one magnetic layer 121B. Further, a first magnetic metal layer 121C made of a magnetic metal material may be further provided on the first magnetic layer 121B.
  • the first nonmagnetic layer 121A is formed on the first electrode 110 with a nonmagnetic metal material containing any of molybdenum (Mo), tungsten (W), or iridium (Ir). Since the first non-magnetic layer 121A can eliminate the crystal orientation mismatch between the first electrode 110 and the first magnetic layer 121B, the crystal orientation of the first magnetic layer 121B and the perpendicular magnetic anisotropy. Can be increased. According to this, since the magnetic coupling force between the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123 is increased, it is possible to further suppress the change of the magnetization direction of the second magnetic body 123 (that is, erroneous writing). it can. Therefore, the magnetoresistive effect element 1 can reduce the error rate when used as an MRAM.
  • Mo molybdenum
  • W tungsten
  • Ir iridium
  • the first magnetic layer 121B is formed immediately above the first non-magnetic layer 121A by alternately laminating different kinds of metal materials.
  • the first magnetic layer 121B may be formed by alternately stacking cobalt (Co) and platinum (Pt) a plurality of times, for example.
  • the first magnetic layer 121B is formed as a laminated film of cobalt (Co) and platinum (Pt)
  • the first magnetic layer 121B is formed with the crystal orientation of the (111) plane of fcc.
  • the crystal orientation of the metal material eg, tantalum (Ta), ruthenium (Ru), etc.
  • the crystal orientation mismatch between these layers is eliminated. can do.
  • the first magnetic metal layer 121C may be formed of a magnetic metal material on the first magnetic layer 121B.
  • the first magnetic metal layer 121C may be formed of a magnetic metal material containing cobalt (Co), for example.
  • the first magnetic metal layer 121C may be provided to control the magnetic characteristics of the first magnetic body 121 to be more suitable for the magnetoresistive effect element 1.
  • the non-magnetic metal layer 122 is provided on the first magnetic body 121 and between the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123, so that the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123 are magnetically coupled to each other. To combine.
  • the non-magnetic metal layer 122 is made of, for example, a non-magnetic metal material such as iridium (Ir), molybdenum (Mo), tungsten (W), niobium (Nb), hafnium (Hf), or titanium (Ti). It may be formed as a thin film layer having a thickness of about 1 nm.
  • the second magnetic body 123 is provided on the non-magnetic metal layer 122 with a magnetic metal material.
  • the second magnetic body 123 may be formed of, for example, a magnetic metal material containing cobalt (Co) or a magnetic material containing 3d transition metal and boron (B).
  • the second magnetic body 123 may be formed of a single layer film or a laminated film of a plurality of films.
  • the second magnetic body 123 may be formed by sequentially stacking Co, Mo, and CoFeB.
  • the first insulating layer 130 is provided on the magnetization fixed layer 120 with an insulating material.
  • the first insulating layer 130 which is provided between the magnetization fixed layer 120 and the magnetization free layer 140, functions as a tunnel insulating film of a magnetic tunnel junction (MTJ) element.
  • MTJ magnetic tunnel junction
  • the first insulating layer 130 may be formed as a thin film layer having a film thickness of about 1 nm from an inorganic oxide such as magnesium oxide (MgO) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). More specifically, the first insulating layer 130 may be formed of magnesium oxide (MgO) with a film thickness of about 1 nm.
  • the first insulating layer 130 becomes a layer having good crystallinity at a lower temperature, and thus a tunnel between the magnetization fixed layer 120 and the magnetization free layer 140. It is possible to further enhance the magnetoresistive effect (Tunnel Magneto Resistance Effect: TMR effect).
  • the magnetization free layer 140 is provided on the first insulating layer 130 with a magnetic material.
  • the magnetization free layer 140 is a magnetic layer having an easy axis of magnetization in the direction perpendicular to the film surface due to the interface perpendicular magnetic anisotropy generated at the interface with the first insulating layer 130, and the direction of magnetization can be controlled.
  • the magnetization free layer 140 may be formed of a magnetic material containing a 3d transition metal and boron (B). More specifically, the magnetization free layer 140 may be formed of CoFeB with a film thickness of approximately 1 nm to 2 nm. According to this, the magnetization free layer 140 can further enhance the perpendicular magnetic anisotropy.
  • the magnetization free layer 140 is a stack of CoFeB and a nonmagnetic metal material such as iridium (Ir), molybdenum (Mo), tungsten (W), niobium (Nb), hafnium (Hf), or titanium (Ti). It may be formed of a structure.
  • a nonmagnetic metal material such as iridium (Ir), molybdenum (Mo), tungsten (W), niobium (Nb), hafnium (Hf), or titanium (Ti). It may be formed of a structure.
  • the MTJ element is configured by sandwiching the first insulating layer 130 between the magnetization fixed layer 120 and the magnetization free layer 140, which are ferromagnetic materials.
  • a voltage is applied perpendicularly to the junction surface between the magnetization fixed layer 120 and the magnetization free layer 140 and the first insulating layer 130, so that the TMR effect tunnels through the first insulating layer 130 to cause a current flow. Flows.
  • the magnitude of the TMR effect at this time changes depending on whether the magnetization directions of the magnetization fixed layer 120 and the magnetization free layer 140 are parallel or antiparallel. Therefore, the magnetoresistive effect element 1 can control the resistance value between the first electrode 110 and the second electrode 160 by controlling the magnetization direction of the magnetization free layer 140.
  • the second insulating layer 150 is provided on the magnetization free layer 140 with an insulating material.
  • the second insulating layer 150 may be formed as a thin film layer having a film thickness of about 1 nm from an inorganic oxide such as magnesium oxide (MgO) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). More specifically, the second insulating layer 150 may be formed of magnesium oxide (MgO) with a film thickness of about 1 nm. Since the second insulating layer 150 can control the easy axis of magnetization of the magnetization free layer 140 in the direction perpendicular to the film surface by the interface perpendicular magnetic anisotropy, the perpendicular magnetic anisotropy of the magnetization free layer 140 can be further improved. Can be increased.
  • the second electrode 160 functions as a connection point between the magnetoresistive effect element 1 and various wirings by being provided on the second insulating layer 150 with various metal materials or alloy materials.
  • the second electrode 160 may be formed of a known material and a laminated structure, for example, a single layer film or a laminated film of a plurality of films.
  • the magnetoresistive effect element 1 described above can be manufactured by using a known film forming means such as a sputtering method.
  • FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view showing the laminated structure of the magnetoresistive effect element 10 according to the example. Note that the notation [A/B] in FIG. 3 indicates that the layer formed of A is provided on the layer formed of B.
  • the magnetoresistive effect element 10 has a first electrode 110 in which Pt and Ru are sequentially laminated from the substrate 100 side on a substrate 100 made of silicon (Si) or the like, and Mo.
  • the first nonmagnetic layer 121A may be formed of any of Mo, W, and Ir.
  • An example is shown in FIGS. 4A-4C.
  • FIG. 4A is a graph showing an example of changes in the exchange coupling magnetic field Hex when the film thickness of the first nonmagnetic layer 121A made of Mo is changed, and FIG. 4B is made of W.
  • FIG. 4C is a graph showing an example of changes in the exchange coupling magnetic field Hex when the film thickness of the first nonmagnetic layer 121A is changed, and FIG. 4C shows the film thickness of the first nonmagnetic layer 121A formed of Ir. It is a graph which shows an example of a change of exchange coupling magnetic field Hex when changing.
  • the film thickness of the first nonmagnetic layer 121A is plotted on the horizontal axis
  • the exchange coupling magnetic fields of the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123 are plotted on the vertical axis.
  • the thickness of the first nonmagnetic layer 121A is 0.4 nm or more and 2.2 nm or less. It can be seen that in the range, the exchange coupling magnetic field is 5000 Oe (397885 A/m) or more. Therefore, it is understood that the magnetoresistive effect element 10 can realize a good magnetic coupling force when the film thickness of the first nonmagnetic layer 121A falls within the above range.
  • the exchange coupling magnetic field is in the range of 0.6 nm to 2.0 nm in thickness of the first nonmagnetic layer 121A. It turns out that it will be higher. Therefore, it is understood that the magnetoresistive effect element 10 can realize a better magnetic coupling force in such a film thickness range of the first nonmagnetic layer 121A.
  • the first nonmagnetic layer 121A is formed of Ir as compared with the case where the first nonmagnetic layer 121A is formed of Mo or W. In this case, it can be seen that a higher exchange coupling magnetic field can be realized. Therefore, it can be seen that when the first nonmagnetic layer 121A is formed of Ir, the magnetoresistive effect element 10 can realize a better magnetic coupling force.
  • FIG. 5 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating a specific configuration of the magnetoresistive effect element 2 according to this embodiment.
  • the magnetoresistive effect element 2 includes a substrate 100, a first electrode 110, a magnetization fixed layer 120, a first insulating layer 130, a magnetization free layer 140, a second insulating layer 150, And a second electrode 160.
  • the magnetization fixed layer 120 includes a nonmagnetic metal layer 122, and a first magnetic body 121 and a second magnetic body 123 that sandwich the nonmagnetic metal layer 122 in the stacking direction.
  • the magnetoresistive effect element 1 according to the first embodiment and the magnetoresistive effect element 2 according to the second embodiment are substantially the same. Since it is the same, the description here is omitted.
  • the first magnetic body 121 is made of a magnetic metal material and is provided on the first electrode 110.
  • the first magnetic body 121 may be formed of, for example, a magnetic metal material containing cobalt (Co) or a magnetic material containing 3d transition metal and boron (B).
  • the first magnetic body 121 may be formed of a single layer film or a laminated film of a plurality of films.
  • the first magnetic body 121 may be formed by repeatedly stacking Co and Pt three times and then stacking Co.
  • the second magnetic body 123 is configured by providing a magnetic layer directly above the nonmagnetic layer. Specifically, as shown in FIG. 5, the second magnetic body 123 is directly above the second non-magnetic layer 123B in which a magnetic material containing a 3d transition metal and boron (B) and a non-magnetic metal material are alternately laminated. Is provided with a second magnetic layer 123C formed of a magnetic material containing a 3d transition metal and boron (B). Further, a second magnetic metal layer 123A made of a magnetic metal material may be further provided under the second non-magnetic layer 123B.
  • the second magnetic metal layer 123A may be formed of a magnetic metal material on the non-magnetic metal layer 122.
  • the second magnetic metal layer 123A may be formed of a magnetic metal material containing cobalt (Co).
  • the second magnetic metal layer 123A may be provided to control the magnetic characteristics of the first magnetic body 121 to be more suitable for the magnetoresistive effect element 2.
  • the second nonmagnetic layer 123B is formed on the second magnetic metal layer 123A by alternately laminating a magnetic material containing a 3d transition metal and boron (B) and a nonmagnetic metal material.
  • the second non-magnetic layer 123B is formed by alternately stacking a magnetic material containing CoFeB and a non-magnetic metal material containing any of molybdenum (Mo), tungsten (W), and iridium (Ir) a plurality of times. May be formed of.
  • the second non-magnetic layer 123B is a layer that is made non-magnetic as a whole even though it includes a layer formed of a magnetic material in the laminated structure.
  • the second non-magnetic layer 123B can improve the crystal orientation of the second magnetic layer 123C by including a layer formed of the same magnetic material as the second magnetic layer 123C in the laminated structure. According to this, since the second non-magnetic layer 123B can enhance the perpendicular magnetic anisotropy of the second magnetic layer 123C, the MR ratio of the magnetoresistive effect element 2 can be further enhanced.
  • the second nonmagnetic layer 123B may be provided in a laminated structure in which at least one of the uppermost layer and the lowermost layer is a layer formed of a nonmagnetic metal material. Since the second non-magnetic layer 123B is provided on the second magnetic metal layer 123A and below the second magnetic layer 123C, both sides in the stacking direction are sandwiched by layers made of a magnetic material. Therefore, in the second nonmagnetic layer 123B, at least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated structure is a layer formed of a nonmagnetic metal material, so that the second magnetic metal layer 123A and the second magnetic layer 123C are formed.
  • a repeating structure of a magnetic layer and a non-magnetic layer (that is, a laminated ferri structure) can be formed.
  • the second nonmagnetic layer 123B can further increase the MR ratio of the magnetoresistive effect element 2.
  • Both the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated structure of the second nonmagnetic layer 123B may be formed of a nonmagnetic metal material.
  • the second magnetic layer 123C is made of a magnetic material containing 3d transition metal and boron (B) and is formed directly on the second non-magnetic layer 123B.
  • the second magnetic layer 123C may be formed of CoFeB with a film thickness of approximately 1 nm to 2 nm.
  • the crystal orientation of the second magnetic layer 123C can be improved by the second non-magnetic layer 123B immediately below, so that the MR ratio of the magnetoresistive effect element 2 can be further increased.
  • the magnetoresistive effect element 2 described above can be manufactured by using a known film forming means such as a sputtering method.
  • FIG. 6 is a schematic vertical cross-sectional view showing the laminated structure of the magnetoresistive effect element 20 according to the example. Note that the notation [A/B] in FIG. 6 indicates that the layer formed of A is provided on the layer formed of B.
  • the magnetoresistive effect element 20 includes a first electrode 110 in which Pt and Ru are laminated in this order from the substrate 100 side on a substrate 100 made of silicon (Si) or the like, Co A first magnetic body 121 in which Co and Pt are repeatedly laminated three times, a non-magnetic metal layer 122 formed of Ir, and a second in which Co is laminated after Co and Pt are repeatedly laminated three times.
  • the second nonmagnetic layer 123B may be formed in a laminated structure of a magnetic material containing CoFeB and a nonmagnetic metal material containing any of Mo, W, and Ir. ..
  • a magnetic material containing CoFeB containing any of Mo, W, and Ir. ..
  • FIG. 7A an example of changes in the exchange coupling magnetic field Hex and the MR ratio of the first magnetic body 121 and the second magnetic body 123 when the film thickness of the layer formed of a nonmagnetic metal material containing CoFeB is changed is shown. 7A.
  • FIG. 7A shows an exchange coupling magnetic field Hex in the case where the ratio of the CoFeB film thickness and the Mo film thickness in the second nonmagnetic layer 123B is set to 1:1 and the film thickness of the layer formed of CoFeB is changed.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of changes in MR ratio.
  • the magnetoresistive effect element 20 can realize good characteristics when the film thickness of the layer formed of CoFeB is in the above range.
  • FIG. 7A is a graph diagram in which the film thickness ratio of Mo and CoFeB that realizes the favorable exchange coupling magnetic field Hex and MR ratio described above is plotted for each film thickness of CoFeB.
  • FIG. 7C is a graph diagram obtained by converting the result of FIG. 7B and plotting the film thickness of Mo satisfying the favorable exchange coupling magnetic field and MR ratio described above for each film thickness of CoFeB.
  • the range surrounded by the upper limit and the lower limit shows the combination of the film thicknesses of Mo and CoFeB that realizes the favorable exchange coupling magnetic field Hex and MR ratio described above. Furthermore, when the second non-magnetic layer 123B has a laminated structure of Mo, CoFeB, Mo, CoFeB, and Mo, the combination of the film thicknesses of Mo and CoFeB plotted in FIG. 7C is used for the entire second non-magnetic layer 123B. The result converted into at% is shown in FIG. 7D.
  • FIG. 8 is a schematic vertical cross-sectional view illustrating a specific configuration of the magnetoresistive effect element 3 according to this embodiment.
  • the notation [A/B] means that the layer formed of A is provided on the layer formed of B.
  • the magnetoresistive effect element 3 includes a substrate 100, a first electrode 110, a magnetization fixed layer 120, a first insulating layer 130, a magnetization free layer 140, a second insulating layer 150, and And a second electrode 160.
  • the magnetization fixed layer 120 includes a nonmagnetic metal layer 122, and a first magnetic body 121 and a second magnetic body 123 that sandwich the nonmagnetic metal layer 122 in the stacking direction.
  • the first magnetic body 121 is configured by providing a magnetic layer directly above the non-magnetic layer, and the second magnetic body 123 is directly above the non-magnetic layer. It is configured by providing. That is, the magnetoresistive effect element 3 according to the third embodiment corresponds to a combination of the magnetoresistive effect element 1 according to the first embodiment and the magnetoresistive effect element 2 according to the second embodiment.
  • the magnetoresistive effect element according to the first or second embodiment and the magnetoresistive effect element 3 according to the third embodiment are substantially the same. Since they are the same, the description thereof is omitted here.
  • the first magnetic body 121 has a first magnetic material obtained by alternately laminating different kinds of metal materials directly on the first non-magnetic layer 121A made of a non-magnetic metal material. It is constituted by providing the layer 121B.
  • the second magnetic body 123 has a 3d transition metal and boron (B) immediately above the second non-magnetic layer 123B in which a magnetic material containing a 3d transition metal and boron (B) and a non-magnetic metal material are alternately laminated.
  • the first magnetic metal layer 121C and the second magnetic metal layer 123A made of a magnetic metal material may be further provided on the first magnetic layer 121B and below the second non-magnetic layer 123B, respectively. Good.
  • the first nonmagnetic layer 121A is formed on the first electrode 110 with a nonmagnetic metal material containing any of molybdenum (Mo), tungsten (W), or iridium (Ir). Since the first non-magnetic layer 121A can eliminate the crystal orientation mismatch between the first electrode 110 and the first magnetic layer 121B, the crystal orientation of the first magnetic layer 121B and the perpendicular magnetic anisotropy. Can be increased.
  • Mo molybdenum
  • W tungsten
  • Ir iridium
  • the first magnetic layer 121B is formed immediately above the first non-magnetic layer 121A by alternately laminating different kinds of metal materials.
  • the first magnetic layer 121B may be formed by alternately stacking cobalt (Co) and platinum (Pt) a plurality of times, for example.
  • the first magnetic metal layer 121C may be formed of a magnetic metal material on the first magnetic layer 121B.
  • the first magnetic metal layer 121C may be formed of a magnetic metal material containing cobalt (Co), for example.
  • the second magnetic metal layer 123A may be formed of a magnetic metal material on the non-magnetic metal layer 122.
  • the second magnetic metal layer 123A may be formed of a magnetic metal material containing cobalt (Co).
  • the second nonmagnetic layer 123B is formed on the second magnetic metal layer 123A by alternately laminating a magnetic material containing a 3d transition metal and boron (B) and a nonmagnetic metal material.
  • the second non-magnetic layer 123B is formed by alternately stacking a magnetic material containing CoFeB and a non-magnetic metal material containing any of molybdenum (Mo), tungsten (W), and iridium (Ir) a plurality of times. May be formed of.
  • the second nonmagnetic layer 123B is a layer that is made amorphous and non-magnetic as a whole, although it includes a layer formed of a magnetic material in the laminated structure.
  • the second non-magnetic layer 123B can improve the crystal orientation of the second magnetic layer 123C by including a layer formed of the same magnetic material as the second magnetic layer 123C in the laminated structure.
  • the second magnetic layer 123C is made of a magnetic material containing 3d transition metal and boron (B) and is formed directly on the second non-magnetic layer 123B.
  • the second magnetic layer 123C may be formed of CoFeB with a film thickness of approximately 1 nm to 2 nm.
  • the crystal orientation of the second magnetic layer 123C can be improved by the second non-magnetic layer 123B immediately below, so that the MR ratio of the magnetoresistive effect element 2 can be further increased.
  • the magnetoresistive effect element 3 described above can be manufactured by using a known film forming means such as a sputtering method.
  • FIG. 9 is a schematic vertical cross-sectional view showing the laminated structure of the magnetoresistive effect element 30 according to the example.
  • the notation [A/B] means that the layer formed of A is provided on the layer formed of B.
  • the magnetoresistive effect element 30 includes a first electrode 110 in which Pt and Ru are sequentially stacked from the substrate 100 side on a substrate 100 made of silicon (Si) or the like, and Mo.
  • the magnetoresistive effect element 3 according to the third embodiment of the present disclosure may be formed with such a laminated structure.
  • Electronic devices according to an embodiment of the present disclosure are various electronic devices including a circuit including the above-described magnetoresistive effect element. Examples of such electronic devices according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10A to 10C. 10A to 10C are external views showing an example of the electronic device according to the present embodiment.
  • the electronic device may be an electronic device such as a smartphone.
  • the smartphone 900 includes a display unit 901 that displays various types of information, and an operation unit 903 that includes buttons and the like for receiving an operation input by the user.
  • the circuit mounted on the smartphone 900 may be provided with the magnetoresistive effect element described above as an MRAM or the like, for example.
  • the electronic device may be an electronic device such as a digital camera.
  • a digital camera 910 includes a main body (camera body) 911, an interchangeable lens unit 913, a grip portion 915 held by a user at the time of shooting, and various types.
  • a monitor unit 917 for displaying information and an EVF (Electronic View Finder) 919 for displaying a through image observed by the user at the time of shooting are provided.
  • 10B is an external view of the digital camera 910 viewed from the front (that is, the subject side)
  • FIG. 10C is an external view of the digital camera 910 viewed from the rear (that is, the photographer side).
  • the circuit mounted on the digital camera 910 may be provided with the magnetoresistive effect element described above as an MRAM or the like, for example.
  • the electronic device according to the present embodiment is not limited to the above example.
  • the electronic device according to the present embodiment may be electronic devices in all fields. Examples of such electronic devices include eyeglass-type wearable devices, HMDs (Head Mounted Displays), television devices, electronic books, PDAs (Personal Digital Assistants), notebook personal computers, video cameras or game devices. be able to.
  • the effects described in the present specification are merely explanatory or exemplifying ones, and are not limiting. That is, the technique according to the present disclosure may have other effects that are apparent to those skilled in the art from the description of the present specification, in addition to or instead of the above effects.
  • the first magnetic body is configured by providing first magnetic layers in which different kinds of metal materials are alternately laminated, directly above the first non-magnetic layer formed of a non-magnetic metal material.
  • the second magnetic body is formed of a magnetic material containing 3d transition metal and B directly on a second non-magnetic layer in which a magnetic material containing 3d transition metal and B and a non-magnetic metal material are alternately laminated.
  • the magnetoresistive element according to (1) above which is configured by providing a second magnetic layer.
  • the film thickness of a layer formed of the non-magnetic metal material of the second non-magnetic layer is 0.07 nm or more and 0.15 nm or less, according to any one of (5) to (7) above.
  • Magnetoresistive element The volume ratio of the non-magnetic metal material to the magnetic material containing the 3d transition metal and B in the entire second non-magnetic layer is 48.3%:51.7% to 75.9%:24.1. %, The magnetoresistive effect element according to any one of (5) to (8) above.
  • the magnetoresistive effect element includes a first electrode, a magnetization fixed layer provided on the first electrode and having a fixed magnetization direction, a first insulating layer provided on the magnetization fixed layer, A magnetization free layer provided on the first insulating layer and having a variable magnetization direction, a second insulating layer provided on the magnetization free layer, and a second electrode provided on the second insulating layer.
  • the magnetization fixed layer has a first magnetic body provided on the first electrode, and a second magnetic body provided on the first magnetic body via a non-magnetic metal layer, At least one of the first magnetic body and the second magnetic body is configured by providing a magnetic layer directly on a non-magnetic layer, An electronic device in which either the non-magnetic layer or the magnetic layer is formed in a multilayer structure in which different kinds of materials are alternately laminated.

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Abstract

第１電極（10）、磁化方向が固定された磁化固定層（120）、第１絶縁層（130）、磁化方向が可変な磁化自由層（140）、第２絶縁層（150）、及び第２電極（160）が順に積層されることで構成され、前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体（121）と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層（122）を介して設けられた第２磁性体（123）と、を有し、前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層（121A, 123B）の直上に磁性層（121B, 123C）を設けることで構成され、前記非磁性層（123B）又は前記磁性層（121B）のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、磁気抵抗効果素子を提供する。

Description

磁気抵抗効果素子、記憶素子、及び電子機器
　本開示は、磁気抵抗効果素子、記憶素子、及び電子機器に関する。
　近年、半導体装置では、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ＭＯＳ）を用いたロジック回路に大容量の不揮発メモリを混載させることが一般的になっている。
　例えば、ロジック回路にＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を混載させることが行われている。一方で、半導体装置のコスト及び消費電力を低減するために、ＳＲＡＭを磁気抵抗メモリ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ：ＭＲＡＭ）で置換することが検討されている。
　磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）は、絶縁性薄膜を一対の強磁性層で挟持した磁気抵抗効果素子を利用した記憶素子である。磁気抵抗効果素子では、一対の強磁性層の相対的な磁化の向きによってトンネル抵抗の大きさが変化する。これにより、ＭＲＡＭは、磁気抵抗効果素子の強磁性層の磁化を平行又は反平行のいずれかに制御し、トンネル抵抗の大きさを制御することで、情報を記憶することができる。
　ここで、膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有する垂直磁化型の磁気抵抗効果素子では、強磁性層の垂直磁気異方性を高めるために様々な積層構造が検討されている。
　例えば、下記の特許文献１には、膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有する垂直磁化型の磁気抵抗効果素子において、磁化の向きが可変な記録層の下に、特定の濃度以下のＰｄ（パラジウム）を含む下地層を設けることが開示されている。特許文献１には、記憶層に含まれる強磁性金属であるＣｏ（コバルト）とＰｄとが合金化することで、より高いＭＲ比を実現することができることが開示されている。
特許第５１４８６７３号公報
　しかし、特許文献１では、強磁性層の結晶配向性については十分な検討がされていなかった。強磁性層の結晶配向性が低い場合、強磁性層の垂直磁気異方性をさらに高めることが困難となる。そのため、強磁性層の結晶配向性に着目することで、強磁性層の垂直磁気異方性をより高めた磁気抵抗効果素子を実現することができる可能性がある。
　本開示によれば、第１電極と、前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、を備え、前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、磁気抵抗効果素子が提供される。
　また、本開示によれば、第１電極と、前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、を備え、前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、記憶素子が提供される。
　また、本開示によれば、磁気抵抗効果素子を含み、前記磁気抵抗効果素子は、第１電極と、前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、を備え、前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、電子機器が提供される。
本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の積層構成を説明する模式的な縦断面図である。 同実施形態に係る磁気抵抗効果素子の具体的な構成を説明する模式的な縦断面図である。 同実施形態の実施例に係る磁気抵抗効果素子の積層構造を示す模式的な縦断面図である。 同実施例に係る磁気抵抗効果素子において、Ｍｏにて形成された第１非磁性層の膜厚を変化させた場合の交換結合磁界Ｈｅｘの変化の一例を示すグラフ図である。 同実施例に係る磁気抵抗効果素子において、Ｗにて形成された第１非磁性層の膜厚を変化させた場合の交換結合磁界Ｈｅｘの変化の一例を示すグラフ図である。 同実施例に係る磁気抵抗効果素子において、Ｉｒにて形成された第１非磁性層の膜厚を変化させた場合の交換結合磁界Ｈｅｘの変化の一例を示すグラフ図である。 本開示の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の具体的な構成を説明する模式的な縦断面図である。 同実施形態の実施例に係る磁気抵抗効果素子の積層構造を示す模式的な縦断面図である。 同実施例に係る磁気抵抗効果素子の第２非磁性層において、ＣｏＦｅＢ膜厚及びＭｏ膜厚の割合を１：１とした上で、ＣｏＦｅＢで形成された層の膜厚を変化させた場合の交換結合磁界Ｈｅｘ、及びＭＲ比の変化の一例を示すグラフ図である。 図７Ａで示した良好な交換結合磁界Ｈｅｘ及びＭＲ比を実現するＭｏとＣｏＦｅＢとの膜厚比率をＣｏＦｅＢの膜厚ごとにプロットしたグラフ図である。 図７Ｂの結果を変換することで、図７Ａで示した良好な交換結合磁界及びＭＲ比を満たすＭｏの膜厚をＣｏＦｅＢの膜厚ごとにプロットしたグラフ図である。 図７ＣでプロットされたＭｏ及びＣｏＦｅＢの膜厚の組み合わせを第２非磁性層全体におけるａｔ％に変換した結果を示すグラフ図である。 本開示の第３の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の具体的な構成を説明する模式的な縦断面図である。 同実施形態の実施例に係る磁気抵抗効果素子の積層構造を示す模式的な縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る電子機器の一例を示す外観図である。 本開示の一実施形態に係る電子機器の他の例を前方から眺めた外観図である。 本開示の一実施形態に係る電子機器の他の例を後方から眺めた外観図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　以下の説明にて参照する各図面では、説明の便宜上、一部の構成部材の大きさを誇張して表現している場合がある。したがって、各図面において図示される構成部材同士の相対的な大きさは、必ずしも実際の構成部材同士の大小関係を正確に表現するものではない。また、以下の説明では、基板及び層の積層方向を上下方向と表現し、基板等に層が積層される方向を上方向と表現する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．第１の実施形態
　　１．１．構成例
　　１．２．実施例
　２．第２の実施形態
　　２．１．構成例
　　２．２．実施例
　３．第３の実施形態
　　３．１．構成例
　　３．２．実施例
　４．適用例
　＜１．第１の実施形態＞
　（１．１．構成例）
　まず、図１を参照して、本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の積層構成を説明する模式的な縦断面図である。
　図１に示すように、磁気抵抗効果素子１は、基板１００と、第１電極１１０と、磁化固定層１２０と、第１絶縁層１３０と、磁化自由層１４０と、第２絶縁層１５０と、第２電極１６０と、を備える。また、磁化固定層１２０は、非磁性金属層１２２と、非磁性金属層１２２を積層方向に挟持する第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３と、によって構成される。
　本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１は、例えば、第１電極１１０及び第２電極１６０の間に電流を流すことで、電子のスピントルクによって磁化自由層１４０の磁化の向きを制御するいわゆるＳＴＴ－ＭＲＡＭ（Ｓｐｉｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｔｏｒｑｕｅ－Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ：ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）である。
　基板１００は、磁気抵抗効果素子１の各層を支持する部材である。基板１００は、半導体、石英、ガラス又は有機樹脂のいずれで形成されてもよい。例えば、基板１００は、シリコン（Ｓｉ）若しくはゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体、又はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）若しくはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の化合物半導体で形成されてもよい。または、基板１００は、シリコン基板の中にＳｉＯ２等の絶縁膜を挟み込んだＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であってもよい。
　第１電極１１０は、各種金属材料又は合金材料にて基板１００の上に設けられることで、磁気抵抗効果素子１と各種配線との接続点として機能する。第１電極１１０は、公知の材料及び積層構造で形成されてもよく、例えば、単層膜で形成されてもよく、複数の膜の積層膜で形成されてもよい。
　磁化固定層１２０は、例えば、第１磁性体１２１と、非磁性金属層１２２と、第２磁性体１２３とを積層した積層フェリ構造にて第１電極１１０の上に設けられる。
　第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３は、それぞれ膜面に対して垂直方向に磁化容易軸を有し、強磁性体材料で形成される層を少なくとも１つ以上含む積層構造体である。第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３は、非磁性金属層１２２を介して磁気結合することによって、磁化の向きを固定することができる。これにより、磁気抵抗効果素子１は、第１電極１１０及び第２電極１６０の間に電流を流した際に、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の磁化の向きを変更させずに、磁化自由層１４０の磁化の向きだけを変更することができる。
　例えば、磁気抵抗効果素子１がＭＲＡＭとして用いられる場合、第２磁性体１２３は、磁化自由層１４０の磁化の向きに対する基準となる参照層として機能し、第１磁性体１２１は、磁気結合によって第２磁性体１２３の磁化方向を固定するピン層として機能する。
　本開示に係る技術では、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、かつ非磁性層又は磁性層のいずれかが異種の材料を交互に積層した多層構造となるように構成される。これによれば、磁気抵抗効果素子１は、非磁性層によって磁性層の結晶配向性を向上させ、磁性層の垂直磁気異方性を高めることができる。したがって、磁気抵抗効果素子１は、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の磁気結合力を高めることができる。また、磁化固定層１２０の磁気特性が向上するため、磁気抵抗効果素子１は、ＭＲＡＭとして用いられた場合の磁気抵抗変化率（ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ：ＭＲ比）を向上させることができる。
　ここで、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１では、第１磁性体１２１が非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成される。このような第１の実施形態における第１磁性体１２１の具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の具体的な構成を説明する模式的な縦断面図である。
　図２に示すように、第１の実施形態では、第１磁性体１２１は、非磁性金属材料にて形成された第１非磁性層１２１Ａの直上に、異種の金属材料を交互に積層した第１磁性層１２１Ｂを設けることで構成される。また、第１磁性層１２１Ｂの上には、磁性金属材料で形成された第１磁性金属層１２１Ｃがさらに設けられてもよい。
　第１非磁性層１２１Ａは、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又はイリジウム（Ｉｒ）のいずれかを含む非磁性金属材料にて、第１電極１１０の上に形成される。第１非磁性層１２１Ａは、第１電極１１０及び第１磁性層１２１Ｂの間の結晶配向性のミスマッチを解消することができるため、第１磁性層１２１Ｂの結晶配向性、及び垂直磁気異方性を高めることができる。これによれば、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の磁気結合力が高まるため、第２磁性体１２３の磁化の向きが変更されること（すなわち、誤書き込み）をさらに抑制することができる。したがって、磁気抵抗効果素子１は、ＭＲＡＭとして用いられた場合にエラーレートを低下させることができる。
　第１磁性層１２１Ｂは、異種の金属材料を交互に積層することで、第１非磁性層１２１Ａの直上に形成される。第１磁性層１２１Ｂは、例えば、コバルト（Ｃｏ）及び白金（Ｐｔ）を交互に複数回積層することで形成されてもよい。第１磁性層１２１Ｂがコバルト（Ｃｏ）及び白金（Ｐｔ）の積層膜として形成される場合、第１磁性層１２１Ｂは、ｆｃｃの（１１１）面の結晶配向性にて成膜される。しかしながら、第１磁性体１２１の下に設けられる第１電極１１０を構成する金属材料（例えば、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）など）の結晶配向性は、ｆｃｃの（１１１）面とは異なる場合がある。第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１では、第１電極１１０及び第１磁性層１２１Ｂの間に第１非磁性層１２１Ａを設けることにより、これらの層間での結晶配向性のミスマッチを解消することができる。
　第１磁性金属層１２１Ｃは、磁性金属材料にて第１磁性層１２１Ｂの上に形成され得る。第１磁性金属層１２１Ｃは、例えば、コバルト（Ｃｏ）を含む磁性金属材料で形成されてもよい。第１磁性金属層１２１Ｃは、第１磁性体１２１の磁気特性を磁気抵抗効果素子１により適するように制御するために設けられてもよい。
　非磁性金属層１２２は、第１磁性体１２１の上、かつ第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の間に設けられることで、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３を磁気的に結合させる。非磁性金属層１２２は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、又はチタン（Ｔｉ）などの非磁性金属材料にて、膜厚１ｎｍ程度の薄膜層として形成されてもよい。
　第２磁性体１２３は、磁性金属材料にて非磁性金属層１２２の上に設けられる。第２磁性体１２３は、例えば、コバルト（Ｃｏ）を含む磁性金属材料、又は３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料にて形成されてもよい。第２磁性体１２３は、単層膜で形成されてもよく、複数の膜の積層膜で形成されてもよい。例えば、第２磁性体１２３は、Ｃｏ、Ｍｏ及びＣｏＦｅＢを順に積層することで形成されてもよい。
　第１絶縁層１３０は、絶縁材料にて磁化固定層１２０の上に設けられる。第１絶縁層１３０は、磁化固定層１２０及び磁化自由層１４０の間に設けられることで、磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＪ）素子のトンネル絶縁膜として機能する。
　第１絶縁層１３０は、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの無機酸化物にて、膜厚１ｎｍ程度の薄膜層として形成されてもよい。より詳細には、第１絶縁層１３０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）にて膜厚１ｎｍ程度で形成されてもよい。第１絶縁層１３０が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）で形成される場合、第１絶縁層１３０は、より低温で結晶性が良好な層となるため、磁化固定層１２０及び磁化自由層１４０の間のトンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌ　Ｍａｇｎｅｔｏ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｅｆｆｅｃｔ：ＴＭＲ効果）をより高めることができる。
　磁化自由層１４０は、磁性体材料にて第１絶縁層１３０の上に設けられる。磁化自由層１４０は、第１絶縁層１３０との界面に生じる界面垂直磁気異方性によって膜面に対して垂直方向に磁化容易軸を有し、磁化の向きが制御可能な磁性層である。具体的には、磁化自由層１４０は、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料にて形成されてもよい。より詳細には、磁化自由層１４０は、ＣｏＦｅＢにて膜厚１ｎｍ～２ｎｍ程度で形成されてもよい。これによれば、磁化自由層１４０は、垂直磁気異方性をより強めることができる。また、磁化自由層１４０は、ＣｏＦｅＢと、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、又はチタン（Ｔｉ）などの非磁性金属材料との積層構造にて形成されてもよい。
　本実施形態では、強磁性体である磁化固定層１２０及び磁化自由層１４０によって第１絶縁層１３０が挟持されることで、ＭＴＪ素子が構成される。ＭＴＪ素子では、磁化固定層１２０及び磁化自由層１４０と、第１絶縁層１３０との接合面に対して垂直に電圧が印加されることで、ＴＭＲ効果によって第１絶縁層１３０をトンネルして電流が流れる。このときのＴＭＲ効果の大きさは、磁化固定層１２０及び磁化自由層１４０の磁化の向きが平行であるのか、又は反平行であるのかによって変化する。したがって、磁気抵抗効果素子１は、磁化自由層１４０の磁化の向きを制御することで、第１電極１１０及び第２電極１６０の間の抵抗値を制御することができる。
　第２絶縁層１５０は、絶縁材料にて磁化自由層１４０の上に設けられる。第２絶縁層１５０は、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの無機酸化物にて膜厚１ｎｍ程度の薄膜層として形成されてもよい。より詳細には、第２絶縁層１５０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）にて膜厚１ｎｍ程度で形成されてもよい。第２絶縁層１５０は、界面垂直磁気異方性によって、磁化自由層１４０の磁化容易軸を膜面に垂直な方向に制御することができるため、磁化自由層１４０の垂直磁気異方性をより高めることができる。
　第２電極１６０は、各種金属材料又は合金材料にて第２絶縁層１５０の上に設けられることで、磁気抵抗効果素子１と各種配線との接続点として機能する。第２電極１６０は、公知の材料及び積層構造で形成されてもよく、例えば、単層膜で形成されてもよく、複数の膜の積層膜で形成されてもよい。
　なお、上述した磁気抵抗効果素子１は、スパッタ法等の公知の成膜手段を用いることで、製造することが可能である。
　（１．２．実施例）
　続いて、図３を参照して、本開示の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の実施例について説明する。図３は、実施例に係る磁気抵抗効果素子１０の積層構造を示す模式的な縦断面図である。なお、図３において［Ａ／Ｂ］という表記は、Ｂで形成された層の上に、Ａで形成された層が設けられていることを表す。
　図３に示すように、実施例に係る磁気抵抗効果素子１０は、シリコン（Ｓｉ）等からなる基板１００の上に、基板１００側からＰｔ、及びＲｕを順に積層した第１電極１１０と、Ｍｏにて形成される第１非磁性層１２１Ａと、Ｃｏ及びＰｔを３回繰り返し積層した第１磁性層１２１Ｂと、Ｃｏにて形成された第１磁性金属層１２１Ｃと、Ｉｒで形成された非磁性金属層１２２と、Ｃｏ及びＰｔを３回繰り返し積層した上にＣｏ、Ｍｏ及びＣｏＦｅＢを順に積層した第２磁性体１２３と、ＭｇＯで形成された第１絶縁層１３０と、ＣｏＦｅＢ、及びＭｏを順に積層した磁化自由層１４０と、ＭｇＯで形成された第２絶縁層１５０と、Ｔａ又はＲｕで形成された第２電極１６０と、を順に積層することで形成され得る。
　実施例に係る磁気抵抗効果素子１０では、第１非磁性層１２１Ａは、Ｍｏ、Ｗ、又はＩｒのいずれかにて形成され得る。ここで、Ｍｏ、Ｗ、又はＩｒの各々にて形成された第１非磁性層１２１Ａの膜厚を変化させた場合の第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の交換結合磁界Ｈｅｘの変化の一例を図４Ａ～図４Ｃにて示す。
　図４Ａは、Ｍｏにて形成された第１非磁性層１２１Ａの膜厚を変化させた場合の交換結合磁界Ｈｅｘの変化の一例を示すグラフ図であり、図４Ｂは、Ｗにて形成された第１非磁性層１２１Ａの膜厚を変化させた場合の交換結合磁界Ｈｅｘの変化の一例を示すグラフ図であり、図４Ｃは、Ｉｒにて形成された第１非磁性層１２１Ａの膜厚を変化させた場合の交換結合磁界Ｈｅｘの変化の一例を示すグラフ図である。図４Ａ～図４Ｃに示すグラフでは、第１非磁性層１２１Ａの膜厚を横軸に採り、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の交換結合磁界を縦軸に採っている。
　図４Ａ～図４Ｃを参照すると、第１非磁性層１２１ＡがＭｏ、Ｗ、又はＩｒのいずれで形成される場合でも、第１非磁性層１２１Ａの膜厚が０．４ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の範囲で、交換結合磁界が５０００Ｏｅ（３９７８８５Ａ／ｍ）以上となることがわかる。したがって、第１非磁性層１２１Ａの膜厚が上記範囲となる場合に、磁気抵抗効果素子１０は、良好な磁気結合力を実現できることがわかる。
　また、第１非磁性層１２１ＡがＭｏ、Ｗ、又はＩｒのいずれで形成される場合でも、第１非磁性層１２１Ａの膜厚が０．６ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の範囲で、交換結合磁界がより高くなることがわかる。したがって、このような第１非磁性層１２１Ａの膜厚範囲において、磁気抵抗効果素子１０は、より良好な磁気結合力を実現できることがわかる。
　さらに、図４Ａ～図４Ｃを参照すると、磁気抵抗効果素子１０は、第１非磁性層１２１ＡがＭｏ又はＷで形成される場合と比較して、第１非磁性層１２１ＡがＩｒで形成される場合に、より高い交換結合磁界を実現できることがわかる。したがって、第１非磁性層１２１ＡがＩｒで形成される場合、磁気抵抗効果素子１０は、より良好な磁気結合力を実現できることがわかる。
　＜２．第２の実施形態＞
　（２．１．構成例）
　次に、図５を参照して、本開示の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の具体的な構成について説明する。図５は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２の具体的な構成を説明する模式的な縦断面図である。
　図５に示すように、磁気抵抗効果素子２は、基板１００と、第１電極１１０と、磁化固定層１２０と、第１絶縁層１３０と、磁化自由層１４０と、第２絶縁層１５０と、第２電極１６０と、を備える。また、磁化固定層１２０は、非磁性金属層１２２と、非磁性金属層１２２を積層方向に挟持する第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３と、によって構成される。
　なお、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３以外の構成については、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１と、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２とで実質的に同様であるため、ここでの説明は省略する。
　第１磁性体１２１は、磁性金属材料にて第１電極１１０の上に設けられる。第１磁性体１２１は、例えば、例えば、コバルト（Ｃｏ）を含む磁性金属材料、又は３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料にて形成されてもよい。第１磁性体１２１は、単層膜で形成されてもよく、複数の膜の積層膜で形成されてもよい。例えば、第１磁性体１２１は、Ｃｏ及びＰｔを３回繰り返し積層した上に、Ｃｏを積層することで形成されてもよい。
　第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２では、第２磁性体１２３が非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成される。具体的には、図５に示すように、第２磁性体１２３は、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料と非磁性金属材料とを交互に積層した第２非磁性層１２３Ｂの直上に、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料にて形成された第２磁性層１２３Ｃを設けることで構成される。また、第２非磁性層１２３Ｂの下には、磁性金属材料で形成された第２磁性金属層１２３Ａがさらに設けられてもよい。
　第２磁性金属層１２３Ａは、磁性金属材料にて非磁性金属層１２２の上に形成され得る。例えば、第２磁性金属層１２３Ａは、コバルト（Ｃｏ）を含む磁性金属材料で形成されてもよい。第２磁性金属層１２３Ａは、第１磁性体１２１の磁気特性を磁気抵抗効果素子２により適するように制御するために設けられてもよい。
　第２非磁性層１２３Ｂは、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料と非磁性金属材料とを交互に積層することで、第２磁性金属層１２３Ａの上に形成される。第２非磁性層１２３Ｂは、例えば、ＣｏＦｅＢを含む磁性材料と、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又はイリジウム（Ｉｒ）のいずれかを含む非磁性金属材料とを交互に複数回積層することで形成されてもよい。
　第２非磁性層１２３Ｂは、積層構造中に磁性材料で形成された層を含むものの、全体としてアモルファス化し、非磁性となっている層である。第２非磁性層１２３Ｂは、積層構造中に第２磁性層１２３Ｃと共通の磁性材料で形成される層を含むことにより、第２磁性層１２３Ｃの結晶配向性を向上させることができる。これによれば、第２非磁性層１２３Ｂは、第２磁性層１２３Ｃの垂直磁気異方性を高めることができるため、磁気抵抗効果素子２のＭＲ比をより高めることができる。
　ここで、第２非磁性層１２３Ｂは、最上層又は最下層の少なくともいずれか一方が非磁性金属材料で形成された層となる積層構造にて設けられてもよい。第２非磁性層１２３Ｂは、第２磁性金属層１２３Ａの上、かつ第２磁性層１２３Ｃの下に設けられるため、積層方向の両側を磁性材料で形成された層に挟まれることになる。そのため、第２非磁性層１２３Ｂは、積層構造の最上層又は最下層の少なくともいずれか一方を非磁性金属材料で形成された層とすることで、第２磁性金属層１２３Ａ及び第２磁性層１２３Ｃの間で、磁性層及び非磁性層の繰り返し構造（すなわち、積層フェリ構造）を形成することができる。これによれば、第２非磁性層１２３Ｂは、磁気抵抗効果素子２のＭＲ比をより高めることができる。なお、第２非磁性層１２３Ｂは、積層構造の最上層及び最下層の両方が非磁性金属材料で形成されていてもよい。
　第２磁性層１２３Ｃは、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料にて、第２非磁性層１２３Ｂの直上に形成される。例えば、第２磁性層１２３Ｃは、ＣｏＦｅＢにて膜厚１ｎｍ～２ｎｍ程度で形成されてもよい。第２磁性層１２３Ｃは、直下の第２非磁性層１２３Ｂによって結晶配向性を向上させることができるため、磁気抵抗効果素子２のＭＲ比をより高めることができる。
　なお、上述した磁気抵抗効果素子２は、スパッタ法等の公知の成膜手段を用いることで、製造することが可能である。
　（２．２．実施例）
　続いて、図６を参照して、本開示の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２の実施例について説明する。図６は、実施例に係る磁気抵抗効果素子２０の積層構造を示す模式的な縦断面図である。なお、図６において［Ａ／Ｂ］という表記は、Ｂで形成された層の上に、Ａで形成された層が設けられていることを表す。
　図６に示すように、実施例に係る磁気抵抗効果素子２０は、シリコン（Ｓｉ）等からなる基板１００の上に、基板１００側からＰｔ、及びＲｕを順に積層した第１電極１１０と、Ｃｏ及びＰｔを３回繰り返し積層した上にＣｏを積層した第１磁性体１２１と、Ｉｒで形成された非磁性金属層１２２と、Ｃｏ及びＰｔを３回繰り返し積層した上にＣｏを積層した第２磁性金属層１２３Ａと、ＭｏとＣｏＦｅＢとを交互に積層した第２非磁性層１２３Ｂと、ＣｏＦｅＢにて形成された第２磁性層１２３Ｃと、ＭｇＯで形成された第１絶縁層１３０と、ＣｏＦｅＢ、及びＭｏを順に積層した磁化自由層１４０と、ＭｇＯで形成された第２絶縁層１５０と、Ｔａ又はＲｕで形成された第２電極１６０と、を順に積層することで形成され得る。
　実施例に係る磁気抵抗効果素子２０では、第２非磁性層１２３Ｂは、ＣｏＦｅＢを含む磁性材料と、Ｍｏ、Ｗ、又はＩｒのいずれかを含む非磁性金属材料との積層構造にて形成され得る。ここで、ＣｏＦｅＢを含む非磁性金属材料で形成された層の膜厚を変化させた場合の第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の交換結合磁界Ｈｅｘ、及びＭＲ比の変化の一例を図７Ａにて示す。
　図７Ａは、第２非磁性層１２３Ｂにおいて、ＣｏＦｅＢ膜厚及びＭｏ膜厚の割合を１：１とした上で、ＣｏＦｅＢで形成された層の膜厚を変化させた場合の交換結合磁界Ｈｅｘ、及びＭＲ比の変化の一例を示すグラフ図である。
　図７Ａを参照すると、ＣｏＦｅＢで形成された層の膜厚が薄すぎる場合、ＭＲ比が低下し、ＣｏＦｅＢで形成された層の膜厚が厚すぎる場合、交換結合磁界Ｈｅｘが低下することがわかる。具体的には、ＣｏＦｅＢで形成された層の膜厚が０．０７ｎｍ以上０．１５ｎｍ以下の場合に、交換結合磁界Ｈｅｘが５０００Ｏｅ（３９７８８５Ａ／ｍ）以上、かつＭＲ比が１５０％以上となることがわかる。したがって、ＣｏＦｅＢで形成された層の膜厚が上記範囲となる場合に、磁気抵抗効果素子２０は、良好な特性を実現できることがわかる。
　また、図７Ａに示す結果からＭｏで形成された層の膜厚と、ＣｏＦｅＢで形成された層の膜厚との適切な範囲を算出した。その結果を図７Ｂ及び図７Ｃに示す。図７Ｂは、上述した良好な交換結合磁界Ｈｅｘ及びＭＲ比を実現するＭｏとＣｏＦｅＢとの膜厚比率をＣｏＦｅＢの膜厚ごとにプロットしたグラフ図である。また、図７Ｃは、図７Ｂの結果を変換して、上述した良好な交換結合磁界及びＭＲ比を満たすＭｏの膜厚をＣｏＦｅＢの膜厚ごとにプロットしたグラフ図である。
　図７Ｂ及び図７Ｃでは、上限及び下限で囲まれた範囲が、上述した良好な交換結合磁界Ｈｅｘ及びＭＲ比を実現するＭｏ及びＣｏＦｅＢの膜厚の組み合わせを示している。さらに、第２非磁性層１２３ＢがＭｏ、ＣｏＦｅＢ、Ｍｏ、ＣｏＦｅＢ、及びＭｏの積層構造である場合に、図７ＣでプロットされたＭｏ及びＣｏＦｅＢの膜厚の組み合わせを第２非磁性層１２３Ｂ全体におけるａｔ％に変換した結果を図７Ｄに示す。
　図７Ｄによれば、第２非磁性層１２３Ｂ全体のＣｏＦｅＢ（磁性材料）と、Ｍｏ（非磁性金属材料）との原子割合が、ＣｏＦｅＢ：Ｍｏ＝２４．１ａｔ％：７５．９ａｔ％～５１．７ａｔ％：４８．３ａｔ％の範囲である場合、磁気抵抗効果素子２０は、上述した良好な交換結合磁界Ｈｅｘ及びＭＲ比を実現することができることがわかる。
　＜３．第３の実施形態＞
　（３．１．構成例）
　次に、図８を参照して、本開示の第３の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の具体的な構成について説明する。図８は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子３の具体的な構成を説明する模式的な縦断面図である。なお、図８において［Ａ／Ｂ］という表記は、Ｂで形成された層の上に、Ａで形成された層が設けられていることを表す。
　図８に示すように、磁気抵抗効果素子３は、基板１００と、第１電極１１０と、磁化固定層１２０と、第１絶縁層１３０と、磁化自由層１４０と、第２絶縁層１５０と、第２電極１６０と、を備える。また、磁化固定層１２０は、非磁性金属層１２２と、非磁性金属層１２２を積層方向に挟持する第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３と、によって構成される。
　第３の実施形態に係る磁気抵抗効果素子３では、第１磁性体１２１が非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、かつ第２磁性体１２３が非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成される。すなわち、第３の実施形態に係る磁気抵抗効果素子３は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１と、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２との組み合わせに相当する。
　なお、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３以外の構成については、第１又は第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子と、第３の実施形態に係る磁気抵抗効果素子３とで実質的に同様であるため、ここでの説明は省略する。
　具体的には、図８に示すように、第１磁性体１２１は、非磁性金属材料にて形成された第１非磁性層１２１Ａの直上に、異種の金属材料を交互に積層した第１磁性層１２１Ｂを設けることで構成される。また、第２磁性体１２３は、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料と非磁性金属材料とを交互に積層した第２非磁性層１２３Ｂの直上に、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料にて形成された第２磁性層１２３Ｃを設けることで構成される。なお、第１磁性層１２１Ｂの上、及び第２非磁性層１２３Ｂの下には、磁性金属材料で形成された第１磁性金属層１２１Ｃ、及び第２磁性金属層１２３Ａがそれぞれさらに設けられてもよい。
　例えば、第１非磁性層１２１Ａは、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又はイリジウム（Ｉｒ）のいずれかを含む非磁性金属材料にて、第１電極１１０の上に形成される。第１非磁性層１２１Ａは、第１電極１１０及び第１磁性層１２１Ｂの間の結晶配向性のミスマッチを解消することができるため、第１磁性層１２１Ｂの結晶配向性、及び垂直磁気異方性を高めることができる。
　第１磁性層１２１Ｂは、異種の金属材料を交互に積層することで、第１非磁性層１２１Ａの直上に形成される。第１磁性層１２１Ｂは、例えば、コバルト（Ｃｏ）及び白金（Ｐｔ）を交互に複数回積層することで形成されてもよい。
　第１磁性金属層１２１Ｃは、磁性金属材料にて第１磁性層１２１Ｂの上に形成され得る。第１磁性金属層１２１Ｃは、例えば、コバルト（Ｃｏ）を含む磁性金属材料で形成されてもよい。
　第２磁性金属層１２３Ａは、磁性金属材料にて非磁性金属層１２２の上に形成され得る。例えば、第２磁性金属層１２３Ａは、コバルト（Ｃｏ）を含む磁性金属材料で形成されてもよい。
　第２非磁性層１２３Ｂは、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料と非磁性金属材料とを交互に積層することで、第２磁性金属層１２３Ａの上に形成される。第２非磁性層１２３Ｂは、例えば、ＣｏＦｅＢを含む磁性材料と、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又はイリジウム（Ｉｒ）のいずれかを含む非磁性金属材料とを交互に複数回積層することで形成されてもよい。第２非磁性層１２３Ｂは、積層構造中に磁性材料で形成された層を含むものの、全体としてアモルファス化し、非磁性となっている層である。第２非磁性層１２３Ｂは、積層構造中に第２磁性層１２３Ｃと共通の磁性材料で形成される層を含むことにより、第２磁性層１２３Ｃの結晶配向性を向上させることができる。
　第２磁性層１２３Ｃは、３ｄ遷移金属及びホウ素（Ｂ）を含む磁性材料にて、第２非磁性層１２３Ｂの直上に形成される。例えば、第２磁性層１２３Ｃは、ＣｏＦｅＢにて膜厚１ｎｍ～２ｎｍ程度で形成されてもよい。第２磁性層１２３Ｃは、直下の第２非磁性層１２３Ｂによって結晶配向性を向上させることができるため、磁気抵抗効果素子２のＭＲ比をより高めることができる。
　第３の実施形態によれば、第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１、２に対して、第１磁性体１２１及び第２磁性体１２３の交換結合磁界Ｈｅｘ、及び磁気抵抗効果素子３のＭＲ比をさらに向上させることが可能である。
　なお、上述した磁気抵抗効果素子３は、それぞれスパッタ法等の公知の成膜手段を用いることで、製造することが可能である。
　（３．２．実施例）
　続いて、図９を参照して、本開示の第３の実施形態に係る磁気抵抗効果素子３の実施例について説明する。図９は、実施例に係る磁気抵抗効果素子３０の積層構造を示す模式的な縦断面図である。なお、図９において［Ａ／Ｂ］という表記は、Ｂで形成された層の上に、Ａで形成された層が設けられていることを表す。
　図９に示すように、実施例に係る磁気抵抗効果素子３０は、シリコン（Ｓｉ）等からなる基板１００の上に、基板１００側からＰｔ、及びＲｕを順に積層した第１電極１１０と、Ｍｏにて形成される第１非磁性層１２１Ａと、Ｃｏ及びＰｔを３回繰り返し積層した第１磁性層１２１Ｂと、Ｃｏにて形成された第１磁性金属層１２１Ｃと、Ｉｒで形成された非磁性金属層１２２と、Ｃｏにて形成された第２磁性金属層１２３Ａと、ＭｏとＣｏＦｅＢとを交互に積層した第２非磁性層１２３Ｂと、Ｃｏにて形成された第２磁性層１２３Ｃと、ＭｇＯで形成された第１絶縁層１３０と、ＣｏＦｅＢ、及びＭｏを順に積層した磁化自由層１４０と、ＭｇＯで形成された第２絶縁層１５０と、Ｔａ又はＲｕで形成された第２電極１６０と、を順に積層することで形成され得る。本開示の第３の実施形態に係る磁気抵抗効果素子３は、このような積層構造にて形成されてもよい。
　＜４．適用例＞
　続いて、本開示の一実施形態に係る電子機器について説明する。本開示の一実施形態に係る電子機器は、上述した磁気抵抗効果素子を含む回路が搭載された種々の電子機器である。図１０Ａ～図１０Ｃを参照して、このような本実施形態に係る電子機器の例について説明する。図１０Ａ～図１０Ｃは、本実施形態に係る電子機器の一例を示す外観図である。
　例えば、本実施形態に係る電子機器は、スマートフォンなどの電子機器であってもよい。具体的には、図１０Ａに示すように、スマートフォン９００は、各種情報を表示する表示部９０１と、ユーザによる操作入力を受け付けるボタン等から構成される操作部９０３と、を備える。ここで、スマートフォン９００に搭載される回路には、例えば、ＭＲＡＭ等として上述した磁気抵抗効果素子が設けられてもよい。
　例えば、本実施形態に係る電子機器は、デジタルカメラなどの電子機器であってもよい。具体的には、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、デジタルカメラ９１０は、本体部（カメラボディ）９１１と、交換式のレンズユニット９１３と、撮影時にユーザによって把持されるグリップ部９１５と、各種情報を表示するモニタ部９１７と、撮影時にユーザによって観察されるスルー画を表示するＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｖｉｅｗ　Ｆｉｎｄｅｒ）９１９と、を備える。なお、図１０Ｂは、デジタルカメラ９１０を前方（すなわち、被写体側）から眺めた外観図であり、図１０Ｃは、デジタルカメラ９１０を後方（すなわち、撮影者側）から眺めた外観図である。ここで、デジタルカメラ９１０に搭載される回路には、例えば、ＭＲＡＭ等として上述した磁気抵抗効果素子が設けられてもよい。
　ただし、本実施形態に係る電子機器は、上記例示に限定されない。本実施形態に係る電子機器は、あらゆる分野の電子機器であってもよい。このような電子機器としては、例えば、眼鏡型ウェアラブルデバイス、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ　Ｍｏｕｎｔｅｄ　Ｄｉｓｐｌａｙ）、テレビジョン装置、電子ブック、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ又はゲーム機器等を例示することができる。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
　第１電極と、
　前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、
　前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、
　前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、
　前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、
　前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、
を備え、
　前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、
　前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、
　前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、磁気抵抗効果素子。
（２）
　前記第１磁性体は、非磁性金属材料にて形成された第１非磁性層の直上に、異種の金属材料を交互に積層した第１磁性層を設けることで構成される、前記（１）に記載の磁気抵抗効果素子。
（３）
　前記第１非磁性層を形成する非磁性金属材料は、Ｍｏ、Ｗ、又はＩｒのいずれかを含む、前記（２）に記載の磁気抵抗効果素子。
（４）
　前記第１非磁性層の膜厚は、０．４ｎｍ以上２．２ｎｍ以下である、前記（２）又は（３）に記載の磁気抵抗効果素子。
（５）
　前記第２磁性体は、３ｄ遷移金属及びＢを含む磁性材料と非磁性金属材料とを交互に積層した第２非磁性層の直上に、３ｄ遷移金属及びＢを含む磁性材料にて形成された第２磁性層を設けることで構成される、前記（１）に記載の磁気抵抗効果素子。
（６）
　前記第２非磁性層の一層を形成する非磁性金属材料は、Ｍｏ、Ｗ、又はＩｒのいずれかを含む、前記（５）に記載の磁気抵抗効果素子。
（７）
　前記第２非磁性層は、最上層又は最下層の少なくともいずれか一方が非磁性金属材料で形成された層となる積層構造にて設けられる、前記（５）又は（６）に記載の磁気抵抗効果素子。
（８）
　前記第２非磁性層のうち前記非磁性金属材料で形成された層の膜厚は、０．０７ｎｍ以上０．１５ｎｍ以下である、前記（５）～（７）のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（９）
　前記第２非磁性層の全体における前記非磁性金属材料と、前記３ｄ遷移金属及びＢを含む磁性材料との体積比は、４８．３％：５１．７％～７５．９％：２４．１％である、前記（５）～（８）のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（１０）
　前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、絶縁性の酸化物材料で形成される、前記（１）～（９）のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（１１）
　前記磁化自由層は、３ｄ遷移金属及びＢを含む磁性材料で形成された磁性層を含む、前記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（１２）
　前記第１磁性体及び前記第２磁性体の各々は、磁性金属材料で形成された磁性層をさらに含む、前記（１）～（１１）のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（１３）
　第１電極と、
　前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、
　前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、
　前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、
　前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、
　前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、
を備え、
　前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、
　前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、
　前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、記憶素子。
（１４）
　磁気抵抗効果素子を含み、
　前記磁気抵抗効果素子は、第１電極と、前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、
を備え、
　前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、
　前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、
　前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、電子機器。
　１、２、３、１０、２０、３０　　磁気抵抗効果素子
　１００　　　基板
　１１０　　　第１電極
　１２０　　　磁化固定層
　１２１　　　第１磁性体
　１２１Ａ　　第１非磁性層
　１２１Ｂ　　第１磁性層
　１２１Ｃ　　第１磁性金属層
　１２２　　　非磁性金属層
　１２３　　　第２磁性体
　１２３Ａ　　第２磁性金属層
　１２３Ｂ　　第２非磁性層
　１２３Ｃ　　第２磁性層
　１３０　　　第１絶縁層
　１４０　　　磁化自由層
　１５０　　　第２絶縁層
　１６０　　　第２電極

Claims (14)

  1. 　第１電極と、
    　前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、
    　前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、
    　前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、
    　前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、
    　前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、
    を備え、
    　前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、
    　前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、
    　前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、磁気抵抗効果素子。
  2. 　前記第１磁性体は、非磁性金属材料にて形成された第１非磁性層の直上に、異種の金属材料を交互に積層した第１磁性層を設けることで構成される、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 　前記第１非磁性層を形成する非磁性金属材料は、Ｍｏ、Ｗ、又はＩｒのいずれかを含む、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 　前記第１非磁性層の膜厚は、０．４ｎｍ以上２．２ｎｍ以下である、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
  5. 　前記第２磁性体は、３ｄ遷移金属及びＢを含む磁性材料と非磁性金属材料とを交互に積層した第２非磁性層の直上に、３ｄ遷移金属及びＢを含む磁性材料にて形成された第２磁性層を設けることで構成される、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 　前記第２非磁性層の一層を形成する非磁性金属材料は、Ｍｏ、Ｗ、又はＩｒのいずれかを含む、請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
  7. 　前記第２非磁性層は、最上層又は最下層の少なくともいずれか一方が非磁性金属材料で形成された層となる積層構造にて設けられる、請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
  8. 　前記第２非磁性層のうち前記非磁性金属材料で形成された層の膜厚は、０．０７ｎｍ以上０．１５ｎｍ以下である、請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
  9. 　前記第２非磁性層の全体における前記非磁性金属材料と、前記３ｄ遷移金属及びＢを含む磁性材料との体積比は、４８．３％：５１．７％～７５．９％：２４．１％である、請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
  10. 　前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、絶縁性の酸化物材料で形成される、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  11. 　前記磁化自由層は、３ｄ遷移金属及びＢを含む磁性材料で形成された磁性層を含む、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  12. 　前記第１磁性体及び前記第２磁性体の各々は、磁性金属材料で形成された磁性層をさらに含む、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  13. 　第１電極と、
    　前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、
    　前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、
    　前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、
    　前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、
    　前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、
    を備え、
    　前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、
    　前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、
    　前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、記憶素子。
  14. 　磁気抵抗効果素子を含み、
    　前記磁気抵抗効果素子は、第１電極と、前記第１電極の上に設けられ、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化固定層の上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上に設けられ、磁化方向が可変な磁化自由層と、前記磁化自由層の上に設けられた第２絶縁層と、前記第２絶縁層の上に設けられた第２電極と、
    を備え、
    　前記磁化固定層は、前記第１電極の上に設けられた第１磁性体と、前記第１磁性体の上に非磁性金属層を介して設けられた第２磁性体と、を有し、
    　前記第１磁性体又は前記第２磁性体の少なくともいずれかは、非磁性層の直上に磁性層を設けることで構成され、
    　前記非磁性層又は前記磁性層のいずれかは、異種の材料を交互に積層した多層構造にて形成される、電子機器。
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