JP2018163921A - 磁気記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 最適化された記憶層を有する磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置を提供する。【解決手段】 実施形態に係る磁気記憶装置は、可変の磁化方向を有する第１の磁性層２０と、固定された磁化方向を有する第２の磁性層４０と、第１の磁性層と第２の磁性層との間に設けられた非磁性層３０とを含む磁気抵抗効果素子１００を備え、第１の磁性層は、それぞれが少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１及び第２のサブ磁性層２１及び２２を含み、第１のサブ磁性層に含有されているボロン（Ｂ）の濃度は、第２のサブ磁性層に含有されているボロン（Ｂ）の濃度とは異なる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気記憶装置（magnetic memory device）に関する。

半導体基板上にトランジスタ及び磁気抵抗効果素子（magnetoresistive element）を集積化した磁気記憶装置（半導体集積回路装置）が提案されている。

上述した磁気抵抗効果素子は、可変の磁化方向（variable magnetization direction）を有する記憶層（storage layer）と、固定された磁化方向（fixed magnetization direction）を有する参照層（reference layer）と、記憶層と参照層との間に設けられたトンネルバリア層とを含んでいる。

磁気抵抗効果素子では、記憶層の磁化方向に応じて２値データ（binary data）が記憶される。したがって、優れた磁気記憶装置を得るためには、最適化された記憶層を有する磁気抵抗効果素子を実現することが重要である。

特開２０１０−１２３９６７号公報 特開２０１２−１４２４８０号公報 特表２０１０−６７５２０号公報

最適化された記憶層を有する磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置を提供する。

実施形態に係る磁気記憶装置は、可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、を含む磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置であって、前記第１の磁性層は、それぞれが少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１及び第２のサブ磁性層を含み、前記第１のサブ磁性層に含有されているボロン（Ｂ）の濃度は、前記第２のサブ磁性層に含有されているボロン（Ｂ）の濃度とは異なる。

第１、第２及び第３の実施形態に係る磁気記憶装置に含まれる磁気抵抗効果素子の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の記憶層の第１の構成例を模式的に示した説明図である。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の記憶層の第２の構成例を模式的に示した説明図である。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の記憶層の第３の構成例を模式的に示した説明図である。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の記憶層の第４の構成例を模式的に示した説明図である。 第１、第２及び第３の実施形態で示した磁気抵抗効果素子が適用される半導体集積回路装置の一般的な構成の一例を模式的に示した断面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る磁気記憶装置に含まれる磁気抵抗効果素子（magnetoresistive element）の構成を模式的に示した断面図である。なお、磁気抵抗効果素子は、ＭＴＪ（magnetic tunnel junction）素子とも呼ばれる。

図１に示した磁気抵抗効果素子１００は、図示しない下地構造（underlying structure）上に設けられている。下地構造には、半導体基板、ＭＯＳトランジスタ及び層間絶縁膜等が含まれる。磁気抵抗効果素子１００の下面には下部電極（bottom electrode）（図示せず）が接続され、下部電極を介して磁気抵抗効果素子１００とＭＯＳトランジスタとが電気的に接続されている。磁気抵抗効果素子１００の上面には上部電極（top electrode）（図示せず）が接続され、上部電極を介して磁気抵抗効果素子１００とビット線（図示せず）とが電気的に接続されている。

図１に示すように、磁気抵抗効果素子１００は、バッファ層１０、記憶層（storage layer）（第１の磁性層）２０、トンネルバリア層（非磁性層（nonmagnetic layer））３０、参照層（reference layer）（第２の磁性層）４０、反強磁性層（antiferromagnetic layer）５０及びキャップ層６０を含んでいる。なお、記憶層２０はフリー層（free layer）とも呼ばれ、参照層４０はピン層（pinned layer）とも呼ばれる。

バッファ層１０は、記憶層の結晶性や粒径等を制御するための層であり、Ｔａ／Ｒｕ層或いはＴａ層等で形成されている。

記憶層（第１の磁性層）２０は、可変の磁化方向（variable magnetization direction）を有する強磁性層（ferromagnetic layer）であり、その主面に対して垂直（perpendicular）な磁化方向を有している。記憶層２０は、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２を含んでおり、第１のサブ磁性層２１と第２のサブ磁性層２２とは互いに接している。第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２はいずれも、結晶性を有しており、少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有している。鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えてさらにコバルト（Ｃｏ）を含有していてもよい。具体的には、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２はいずれも、ＦｅＣｏＢで形成されている。第１のサブ磁性層２１に含有されているボロン（Ｂ）の濃度は、第２のサブ磁性層２２に含有されているボロン（Ｂ）の濃度とは異なっている。

トンネルバリア層（非磁性層）３０は、記憶層２０と参照層４０との間に設けられ、記憶層２０及び参照層４０に接している。トンネルバリア層３０は、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有する絶縁材料で形成されている。具体的には、トンネルバリア層３０は、ＭｇＯで形成されている。このＭｇＯ層は、体心立法格子（body-centered cubic lattice）構造を有し、（００１）配向（(001) orientation）を有している。

参照層（第２の磁性層）４０は、固定された磁化方向（fixed magnetization direction）を有する強磁性層であり、その主面に対して垂直な磁化方向を有している。参照層４０は、結晶性を有しており、少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有している。鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えてさらにコバルト（Ｃｏ）を含有していてもよい。具体的には、参照層４０は、ＦｅＣｏＢで形成されている。

反強磁性層（antiferromagnetic layer）５０は、参照層４０上に設けられ、参照層４０の磁化方向を固定するように機能する。反強磁性層５０には、ＩｒＭｎが好適に用いられるが、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＯｓＭｎ、ＲｕＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｄＭｎ、等を用いてもよい。なお、通常は、参照層４０と反強磁性層５０との間にルテニウム（Ｒｕ）等の非磁性元素で形成された層が設けられており、参照層４０の磁化方向と反強磁性層５０の磁化方向とが反平行（antiparallel）となるように構成されている。

キャップ層６０は、反強磁性層５０に設けられ、Ｒｕ層、Ｔａ層、Ｒｕ／Ｔａ／Ｒｕ層等が用いられる。

上述した磁気抵抗効果素子１００において、記憶層２０の磁化方向と参照層４０の磁化方向とが平行である場合には、磁気抵抗効果素子１００は低抵抗状態を示す。記憶層２０の磁化方向と参照層４０の磁化方向とが反平行である場合には、磁気抵抗効果素子１００は高抵抗状態を示す。したがって、磁気抵抗効果素子１００は、その抵抗状態に基づいて２値（binary）データを記憶することができる。また、磁気抵抗効果素子１００に流れる電流の方向に応じて抵抗状態を設定することができる、すなわち２値データを書き込むことができる。

以上のように、本実施形態の磁気抵抗効果素子１００では、記憶層２０が第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２を含んでいる。第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２はいずれも、少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有しており（本実施形態では、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えてさらにコバルト（Ｃｏ）を含有している）、第１のサブ磁性層２１に含有されているボロン（Ｂ）の濃度は、第２のサブ磁性層に含有されているボロン（Ｂ）の濃度２２とは異なっている。

このように、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度と第２のサブ磁性層２２のＢ濃度とが異なっているため、第１のサブ磁性層２１の飽和磁化（saturation magnetization）Ｍｓと第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓとを異ならせることができる。その結果、以下に述べるように、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることができる。

磁気抵抗効果素子の性能を向上させるためには、ライトエラーレート（ＷＥＲ）の改善が重要である。ＷＥＲの改善をはかるためには、飽和磁化（Ｍｓ）を低減させることが効果的である。例えば、Ｍｓを低減させるために、記憶層に非磁性元素（nonmagnetic element）を添加する方法が知られている。しかしながら、Ｍｓを低減させるための非磁性元素の添加は、垂直磁気異方性Ｋ（perpendicular magnetic anisotropy K）（異方性磁界Ｈｋ（anisotropic magnetic field Hk））の低下を招く。また、飽和磁化（Ｍｓ）が低下すると、磁気抵抗比（magnetoresistive ratio）（ＭＲ）も低下する。したがって、Ｍｓの低下にともなうＭＲ及びＫの低下を抑制し、低Ｍｓ条件であっても適切なＭＲ及びＫを維持することが可能な磁気抵抗効果素子の構成を実現することが要求されている。

本実施形態では、記憶層２０を第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２で構成し、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度と第２のサブ磁性層２２のＢ濃度とを異ならせることで、第１のサブ磁性層２１の飽和磁化Ｍｓと第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓとを異ならせている。このように、第１のサブ磁性層２１の飽和磁化Ｍｓと第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓとを異ならせることで、記憶層２０の全体的な飽和磁化が低く、しかもＭＲ及びＨｋの低下を抑制することが可能な磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。以下、説明を加える。

図２〜図５はそれぞれ、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の記憶層２０（第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２）の第１〜第４の構成例を模式的に示した説明図である。第１〜第４の構成例いずれも、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２は、ＦｅＣｏＢで形成されている。

図２に示した第１の構成例では、第１のサブ磁性層２１の厚さと第２のサブ磁性層２２の厚さが同じであり、且つ、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度（B concentration）が第２のサブ磁性層２２のＢ濃度よりも低い。

図３に示した第２の構成例では、第１のサブ磁性層２１の厚さと第２のサブ磁性層２２の厚さが同じであり、且つ、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度が第２のサブ磁性層２２のＢ濃度よりも高い。

図４に示した第３の構成例では、第１のサブ磁性層２１の厚さが第２のサブ磁性層２２の厚さよりも薄く、且つ、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度が第２のサブ磁性層２２のＢ濃度よりも低い。

図５に示した第４の構成例では、第１のサブ磁性層２１の厚さが第２のサブ磁性層２２の厚さよりも厚く、且つ、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度が第２のサブ磁性層２２のＢ濃度よりも高い。

記憶層２０を第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２で構成し、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度と第２のサブ磁性層２２のＢ濃度とを異ならせることで、第１〜第４の構成例いずれの場合にも、記憶層２０を単一の磁性層で形成した場合に比べて、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることができる。例えば、記憶層全体の総膜厚が同じで、記憶層全体の平均Ｂ濃度が同じで、且つ記憶層全体の飽和磁化Ｍｓが同じであっても、第１〜第４の構成例の方が記憶層２０を単一の磁性層で構成した場合に比べて、異方性磁界Ｈｋ及びトンネル磁気抵抗比ＴＭＲいずれも大きくなっていることが、実際の測定結果から確認されている。したがって、本実施形態の構成を採用することで、記憶層２０の全体的な飽和磁化Ｍｓが低い条件でも、磁気抵抗比ＭＲの低下を抑制しながら、異方性磁界Ｈｋを向上させることが可能な磁気抵抗効果素子を得ることができる。

また、上述したように、第１〜第４の構成例いずれの場合も、記憶層２０を単一の磁性層で構成した場合に比べて、異方性磁界Ｈｋ及び磁気抵抗比ＭＲが大きくなっている。したがって、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度と第２のサブ磁性層２２のＢ濃度とが異なっていれば、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度が第２のサブ磁性層２２のＢ濃度よりも高くてもよいし低くてもよい。同様に、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度と第２のサブ磁性層２２のＢ濃度とが異なっていれば、第１のサブ磁性層２１の厚さが第２のサブ磁性層２２の厚さと同じでもよいし、厚くても薄くてもよい。

以上のように、第１のサブ磁性層２１のＢ濃度と第２のサブ磁性層２２のＢ濃度とを異ならせる、すなわち第１のサブ磁性層２１の飽和磁化Ｍｓと第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓとを異ならせることで、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることができる。以下、この理由について考察する。

まず、第２のサブ磁性層２２の方が第１のサブ磁性層２１よりもＢ濃度が高い場合、すなわち第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓの方が第１のサブ磁性層２１の飽和磁化Ｍｓよりも低い場合について考察する。磁気抵抗比（ＭＲ）特性は、記憶層２０とトンネルバリア層３０との界面（interface）の状態の影響を強く受ける。第２のサブ磁性層２２の方が第１のサブ磁性層２１よりもＢ濃度が高い場合には、第２のサブ磁性層２２中のボロン（Ｂ）の添加量が多いため、第２のサブ磁性層２２のアモルファス性が相対的に高くなる。そのため、記憶層２０（第２のサブ磁性層２２）とトンネルバリア層３０との界面の平坦性が向上し、記憶層２０とトンネルバリア層３０との界面が明瞭化される。その結果、結晶成長（crystal growth）の連続性が促進され、記憶層２０とトンネルバリア層３０との間の界面特性が向上し、磁気抵抗比（ＭＲ）が向上する。また、第２のサブ磁性層２２の方が第１のサブ磁性層２１よりもＢ濃度が高い場合には、第１のサブ磁性層２１中のボロン（Ｂ）の添加量が少ないため、第１のサブ磁性層２１の結晶性が相対的に高くなる。そのため、良好な結晶成長を行うことができ、異方性磁界Ｈｋ（垂直磁気異方性）を向上させることができる。したがって、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。

次に、第２のサブ磁性層２２の方が第１のサブ磁性層２１よりもＢ濃度が低い場合、すなわち第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓの方が第１のサブ磁性層２１の飽和磁化Ｍｓよりも高い場合について考察する。一般的に、飽和磁化Ｍｓが大きくなるにしたがってＴＭＲも大きくなる。そのため、トンネルバリア層３０側の第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓが大きい場合には、記憶層２０全体のＴＭＲも大きくなり、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。

以上のように、第１のサブ磁性層２１の（ボロン濃度）Ｂ濃度と第２のサブ磁性層２２の（ボロン濃度）Ｂ濃度とを異ならせる、すなわち第１のサブ磁性層２１の飽和磁化Ｍｓと第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓとを異ならせることで、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。

（実施形態２）
次に、第２の実施形態に係る磁気記憶装置ついて説明する。なお、磁気記憶装置の基本的な構成及び磁気抵抗効果素子の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。

以下、図１を参照して、本実施形態の磁気記憶装置に含まれる磁気抵抗効果素子について説明する。

本実施形態の磁気抵抗効果素子も、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子と同様に、記憶層（第１の磁性層）２０は、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２を含んでおり、第１のサブ磁性層２１と第２のサブ磁性層２２とは互いに接している。第１の実施形態と同様に、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２はいずれも、結晶性を有しており、少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有している。鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えてさらにコバルト（Ｃｏ）を含有していてもよい。具体的には、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２はいずれも、ＦｅＣｏＢで形成されている。

本実施形態では、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２はいずれも、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えて、同一の非磁性元素（nonmagnetic element）（所定の非磁性元素）をさらに含有している。第１のサブ磁性層２１に含有されている所定の非磁性元素の濃度は、前記第２のサブ磁性層に含有されている所定の非磁性元素の濃度とは異なっている。所定の非磁性元素は、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）及び銅（Ｃｕ）から選択される。

一般に、上述した非磁性元素を記憶層に添加することで、飽和磁化（Ｍｓ）を低減させることが可能である。しかしながら、第１の実施形態で述べたように、飽和磁化（Ｍｓ）が低下すると磁気抵抗比（ＭＲ）が低下し、飽和磁化（Ｍｓ）の低減のための非磁性元素の添加は垂直磁気異方性Ｋ（異方性磁界Ｈｋ）の低下をまねく。

そこで、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の観点から、記憶層２０を第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２で構成し、第１のサブ磁性層２１の所定の非磁性元素濃度と第２のサブ磁性層２２の所定の非磁性元素濃度とを異ならせることで、第１のサブ磁性層２１の飽和磁化Ｍｓと第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓとを異ならせるようにしている。これにより、第１の実施形態で述べた理由と同様の理由により、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。すなわち、記憶層２０の全体的な飽和磁化Ｍｓが低く、しかもＭＲ及びＨｋの低下を抑制することが可能な磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。

また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１のサブ磁性層２１の所定の非磁性元素濃度と第２のサブ磁性層２２の所定の非磁性元素濃度とが異なっていれば、第１のサブ磁性層２１の所定の非磁性元素濃度が第２のサブ磁性層２２の所定の非磁性元素濃度よりも高くてもよいし低くてもよい。同様に、第１のサブ磁性層２１の所定の非磁性元素濃度と第２のサブ磁性層２２の所定の非磁性元素濃度とが異なっていれば、第１のサブ磁性層２１の厚さが第２のサブ磁性層２２の厚さと同じでもよいし、厚くても薄くてもよい。

（実施形態３）
次に、第３の実施形態に係る磁気記憶装置ついて説明する。なお、磁気記憶装置の基本的な構成及び磁気抵抗効果素子の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。

以下、図１を参照して、本実施形態の磁気記憶装置に含まれる磁気抵抗効果素子について説明する。

本実施形態の磁気抵抗効果素子も、第１の実施形態の磁気抵抗効果素子と同様に、記憶層（第１の磁性層）２０は、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２を含んでおり、第１のサブ磁性層２１と第２のサブ磁性層２２とは互いに接している。第１の実施形態と同様に、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２はいずれも、結晶性を有しており、少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有している。鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えてさらにコバルト（Ｃｏ）を含有していてもよい。具体的には、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２はいずれも、ＦｅＣｏＢで形成されている。

本実施形態では、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２の一方が、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）に加えて、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２の他方に含有されていない非磁性元素（所定の非磁性元素）をさらに含有している。所定の非磁性元素は、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）及び銅（Ｃｕ）から選択される。具体的には、以下の２つの構成例が考えられる。

第１の構成例は、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２の一方には上記所定の非磁性元素のいずれかが含有され、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２の他方には上記所定の非磁性元素のいずれも含有されていない場合である。

第２の構成例は、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２の一方には上記所定の非磁性元素の中の第１の非磁性元素が含有され、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２の他方には上記所定の非磁性元素の中の第２の非磁性元素が含有され、第１の非磁性元素と第２の非磁性元素が異なる場合である。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、第１のサブ磁性層２１の飽和磁化Ｍｓと第２のサブ磁性層２２の飽和磁化Ｍｓとを異ならせることができる。したがって、第１の実施形態で述べた理由と同様の理由により、優れた特性を有する磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。すなわち、記憶層２０の全体的な飽和磁化Ｍｓが低く、しかもＭＲの低下を抑制することが可能な磁気抵抗効果素子を得ることが可能となる。

また、本実施形態においても、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２の一方が、第１のサブ磁性層２１及び第２のサブ磁性層２２の他方に含有されていない所定の非磁性元素を含有していれば、第１のサブ磁性層２１の厚さが第２のサブ磁性層２２の厚さと同じでもよいし、厚くても薄くてもよい。

なお、上述した第１、第２及び第３の実施形態では、図１に示すように、磁気抵抗効果素子１００は、記憶層２０、トンネルバリア層３０、参照層４０及び反強磁性層５０の順序で積層（stack）されていたが、反強磁性層５０、参照層４０、トンネルバリア層３０及び記憶層２０の順序で積層されていてもよい。

図７は、上述した第１、第２及び第３の実施形態で示した磁気抵抗効果素子が適用される半導体集積回路装置の一般的な構成の一例を模式的に示した断面図である。

半導体基板ＳＵＢ内に、埋め込みゲート（buried gate）型のＭＯＳトランジスタＴＲが形成されている。ＭＯＳトランジスタＴＲのゲート電極は、ワード線ＷＬとして用いられる。ＭＯＳトランジスタＴＲのソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄの一方には下部電極（bottom electrode）ＢＥＣが接続され、ソース／ドレイン領域Ｓ／Ｄの他方にはソース線コンタクトＳＣが接続されている。

下部電極ＢＥＣ上には磁気抵抗効果素子ＭＴＪが形成され、磁気抵抗効果素子ＭＴＪ上には上部電極（top electrode）ＴＥＣが形成されている。上部電極ＴＥＣにはビット線ＢＬが接続されている。ソース線コンタクトＳＣにはソース線ＳＬが接続されている。

上述した第１、第２及び第３の実施形態で説明したような磁気抵抗効果素子を図７に示したような半導体集積回路装置に適用することで、優れた半導体集積回路装置を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…バッファ層 ２０…記憶層（第１の磁性層）
２１…第１のサブ磁性層 ２２…第２のサブ磁性層
３０…トンネルバリア層（非磁性層） ４０…参照層（第２の磁性層）
５０…反強磁性層 ６０…キャップ層
１００…磁気抵抗効果素子

Claims (20)

1. 可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、を含む磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置であって、
   前記第１の磁性層は、それぞれが少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１及び第２のサブ磁性層を含み、
   前記第１のサブ磁性層に含有されているボロン（Ｂ）の濃度は、前記第２のサブ磁性層に含有されているボロン（Ｂ）の濃度とは異なる
   ことを特徴とする磁気記憶装置。
2. 前記第１及び第２のサブ磁性層は、さらにコバルト（Ｃｏ）を含有している
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
3. 前記第１のサブ磁性層の飽和磁化は、前記第２のサブ磁性層の飽和磁化とは異なる
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
4. 前記第１及び第２のサブ磁性層はいずれも結晶性を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
5. 前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層とは互いに接している
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
6. 前記非磁性層は、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記憶装置。
7. 可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、を含む磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置であって、
   前記第１の磁性層は、それぞれが少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１及び第２のサブ磁性層を含み、
   前記第１及び第２のサブ磁性層は同一の非磁性元素をさらに含有し、前記第１のサブ磁性層に含有されている前記非磁性元素の濃度は前記第２のサブ磁性層に含有されている前記非磁性元素の濃度とは異なる
   ことを特徴とする磁気記憶装置。
8. 前記第１及び第２のサブ磁性層は、さらにコバルト（Ｃｏ）を含有している
   ことを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置。
9. 前記非磁性元素は、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）及び銅（Ｃｕ）から選択される
   ことを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置。
10. 前記第１のサブ磁性層の飽和磁化は、前記第２のサブ磁性層の飽和磁化とは異なる
    ことを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置。
11. 前記第１及び第２のサブ磁性層はいずれも結晶性を有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置。
12. 前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層とは互いに接している
    ことを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置。
13. 前記非磁性層は、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の磁気記憶装置。
14. 可変の磁化方向を有する第１の磁性層と、固定された磁化方向を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられた非磁性層と、を含む磁気抵抗効果素子を備えた磁気記憶装置であって、
    前記第１の磁性層は、それぞれが少なくとも鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を含有する第１及び第２のサブ磁性層を含み、
    前記第１及び第２のサブ磁性層の一方は、前記第１及び第２のサブ磁性層の他方に含有されていない非磁性元素を含有する
    ことを特徴とする磁気記憶装置。
15. 前記第１及び第２のサブ磁性層は、さらにコバルト（Ｃｏ）を含有している
    ことを特徴とする請求項１４に記載の磁気記憶装置。
16. 前記非磁性元素は、シリコン（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）及び銅（Ｃｕ）から選択される
    ことを特徴とする請求項１４に記載の磁気記憶装置。
17. 前記第１のサブ磁性層の飽和磁化は、前記第２のサブ磁性層の飽和磁化とは異なる
    ことを特徴とする請求項１４に記載の磁気記憶装置。
18. 前記第１及び第２のサブ磁性層はいずれも結晶性を有する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の磁気記憶装置。
19. 前記第１のサブ磁性層と前記第２のサブ磁性層とは互いに接している
    ことを特徴とする請求項１４に記載の磁気記憶装置。
20. 前記非磁性層は、マグネシウム（Ｍｇ）及び酸素（Ｏ）を含有する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の磁気記憶装置。

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