磁存储装置的制作方法

磁存储装置
1.本技术享受以日本专利申请2021－147086号(申请日：2021年9月9日)和美国专利申请17/549248(申请日：2021年12月13日)为基础申请的优先权。本技术通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
技术领域
2.实施方式大体上涉及磁存储装置。


背景技术：

3.作为存储装置的一种，已知磁存储装置。磁存储装置使用存储单元来存储数据，该存储单元包括了实现磁阻效应的元件。为了提高磁存储装置的特性，希望存储单元具有高的磁特性。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术课题在于：提供包括了具有高性能的存储单元的磁存储装置。
5.一个实施方式涉及的磁存储装置具备：第1铁磁性层；包含铁或者钴的第1铁磁性氧化物层；金属层，其设置在上述第1铁磁性层与上述第1铁磁性氧化物层之间；第2铁磁性层，其设置在上述第1铁磁性氧化物层的面中的与上述金属层相反的面上；第2铁磁性氧化物层，其设置在上述第2铁磁性层的面中的与上述第1铁磁性氧化物层相反的面上；上述第2铁磁性氧化物层上的第3铁磁性层；上述第3铁磁性层上的绝缘层；以及上述绝缘层上的第4铁磁性层。
6.上述金属层使上述第1铁磁性层与上述第1铁磁性氧化物层进行反铁磁性耦合。上述第2铁磁性层包含铁和钴中的上述第1铁磁性氧化物层所含有的一种元素以及第1元素组中的一种元素，具有朝向与其和上述金属层的界面相交的方向的易磁化轴。上述第2铁磁性氧化物层包含合金的氧化物，该合金是铁和钴中的上述第2铁磁性层所含有的上述一种元素与第1元素的合金。上述第1元素具有：比铁或者钴的标准电极电位以及上述第1元素组中的上述第2铁磁性层所含有的上述一种元素的标准电极电位低的标准电极电位。
附图说明
7.图1表示第1实施方式的磁存储装置的功能块以及所关联的要素。
8.图2是第1实施方式的存储单元阵列的电路图。
9.图3表示第1实施方式的存储单元阵列的一部分截面的构造。
10.图4表示第1实施方式的存储单元阵列的一部分截面的构造。
11.图5表示第1实施方式的存储单元的构造的例子的截面。
12.图6表示基于第1实施方式中使用的层的特性。
13.图7表示第2实施方式的存储单元的构造的例子的截面。
14.标号说明
15.1磁存储装置、2存储控制器、11存储单元阵列、12输入输出电路、13控制电路、14行选择电路、15列选择电路、16写入电路、17读出电路、mc存储单元、wl字线、bl位线、mtj mtj元件、se开关元件、21导电体、22导电体、31铁磁性层、32间隔层、33铁磁性层、34绝缘层、35铁磁性层、331铁磁性氧化物层、332铁磁性层、333铁磁性氧化物层、334铁磁性层。
具体实施方式
16.以下，参照附图来记述实施方式。在以下的记述中，有时对具有大致相同的功能及结构的构成要素赋予同一参照标号，省略重复的说明。
17.附图是示意性的附图，厚度与平面尺寸的关系、各层的厚度的比率等会与现实的不同。在附图彼此之间也会包括相互的尺寸的关系、比率不同的部分。只要不全部明确地或者显而易见地排除掉，则关于某实施方式的记述作为其他实施方式的记述也是合适的。各实施方式是对用于将该实施方式的技术思想具体化的装置、方法进行例示的，实施方式的技术思想不将构成部件的材质、形状、构造、配置等限定于下述的材质、形状、构造、配置等。
18.在本说明书和权利要求书中，某第1构成要素与另一第2构成要素“连接”，包括第1构成要素直接地、一直或者选择性地经由成为导电性的构成要素而与第2构成要素连接。
19.以下，使用xyz正交坐标系来记述实施方式。在以下的记述中，“下”这一记述及其派生词和关联词，是指z轴上的较小的坐标的位置，“上”这一记述及其派生词和关联词，是指z轴上的较大的坐标的位置。
20.1.第1实施方式
21.1.1.构造(构成)
22.1.1.1.整体的构造
23.图1表示第1实施方式的磁存储装置的功能块。如图1所示，磁存储装置1由存储控制器2控制。磁存储装置1是使用铁磁性体来存储数据的存储装置。磁存储装置1包括存储单元阵列11、输入输出电路12、控制电路13、行选择电路14、列选择电路15、写入电路16以及读出电路17。
24.存储单元阵列11是所排列的多个存储单元mc的集合。存储单元mc能够以非易失的方式存储数据。多条字线wl和多条位线bl位于存储单元阵列11中。各存储单元mc与一条字线wl以及一条位线bl相连接。字线wl与行(row)相关联。位线bl与列(column)相关联。通过一个行的选择以及一个列的选择，确定一个存储单元mc。
25.输入输出电路12为进行数据和信号的输入输出的电路。输入输出电路12从存储控制器2接受控制信号cnt、命令cmd、地址信号add、数据(写入数据)dat。输入输出电路12向存储控制器2发送数据(读出数据)dat。
26.行选择电路14从输入输出电路12接受地址信号add，将与由所接受到的地址信号add确定的行相关联的一条字线wl设为被选择了的状态。
27.列选择电路15从输入输出电路12接受地址信号add，将与由所接受到的地址信号add确定的列相关联的一条或者多条位线bl设为被选择了的状态。
28.控制电路13从输入输出电路12接受控制信号cnt和命令cmd。控制电路13基于由控制信号cnt指示的控制和命令cmd，对写入电路16和读出电路17进行控制。具体而言，控制电
路13在向存储单元阵列11写入数据的期间，向写入电路16供给在数据写入中所使用的电压。另外，控制电路13在从存储单元阵列11读出数据的期间，向读出电路17供给在数据读出中所使用的电压。
29.写入电路16从输入输出电路12接受写入数据dat，基于控制电路13的控制和写入数据dat，向列选择电路15供给在数据写入中所使用的电压。
30.读出电路17基于控制电路13的控制，使用在数据读出中所使用的电压，得出保持于存储单元mc的数据。所得出的数据被作为读出数据dat来提供至输入输出电路12。读出电路17包括感测放大器。
31.1.1.2.存储单元阵列的电路结构
32.图2是第1实施方式的存储单元阵列11的电路图。如图2所示，在存储单元阵列11中设置有m+1(m为自然数)条字线wla(wla＜0＞、wla＜1＞、
……
、wla＜m＞)和m+1条字线wlb(wlb＜0＞、wlb＜1＞、
……
、wlb＜m＞)。另外，在存储单元阵列11设置有n+1(n为自然数)条位线bl(bl＜0＞、bl＜1＞、
……
、bl＜n＞)。
33.各存储单元mc(mca和mcb)具有第1节点和第2节点。各存储单元mc在第1节点与一条字线wl连接，在第2节点与一条位线bl连接。更具体而言，存储单元mca关于α为0以上且m以下的整数的全部情形和β为0以上且n以下的整数的全部情形的全部组合，包括存储单元mca＜α，β＞，存储单元mca＜α，β＞连接在字线wla＜α＞与位线bl＜β＞之间。同样地，存储单元mcb关于α为0以上且m以下的整数的全部情形和β为0以上且n以下的整数的全部情形的全部组合，包括存储单元mcb＜α，β＞，存储单元mcb＜α，β＞连接在字线wlb＜α＞与位线bl＜β＞之间。
34.各存储单元mc包括一个mtj元件mtj(mtja或者mtjb)以及一个开关元件se(sea或者seb)。更具体而言，关于α为0以上且m以下的整数的全部情形和β为0以上且n以下的整数的全部情形的全部组合，存储单元mca＜α，β＞包括mtj元件mtja＜α，β＞和开关元件sea＜α，β＞。进一步，关于α为0以上且m以下的全部情形和β为0以上且n以下的整数的全部情形的全部组合，存储单元mcb＜α，β＞包括mtj元件mtjb＜α，β＞和开关元件seb＜α，β＞。
35.在各存储单元mc中，mtj元件mtj和开关元件se串联连接。mtj元件mtj与一条字线wl连接，开关元件se与一条位线bl连接。
36.mtj元件mtj显现隧道磁阻效应，例如是包括磁隧道结(magnetic tunnel junction；mtj)的元件。mtj元件mtj能够在低电阻的状态和高电阻的状态之间进行切换。mtj元件mtj能够利用两个电阻状态的差异，存储1位(bit)数据。
37.开关元件se是用于对包括该开关元件se的存储单元mc进行选择的元件。开关元件se可以为如以下所记述那样的开关元件。开关元件具有两个端子，在对两端子间以某第1方向施加小于某第1阈值的电压的情况下，该开关元件处于高电阻状态、例如电非导通状态(截止(off)状态)。另一方面，在对两端子间以第1方向施加第1阈值以上的电压的情况下，该开关元件处于低电阻状态、例如电导通状态(导通(on)状态)。进一步，开关元件关于与第1方向相反的第2方向也具有与这样的基于以第1方向施加的电压的大小的高电阻状态和低电阻状态之间的切换功能相同的功能。即，开关元件为双向开关元件。通过开关元件的导通或者截止，向与该开关元件连接了的mtj元件mtj的电流供给的有无、即该mtj元件mtj的选择或者非选择，能够被进行控制。
38.1.1.3.存储单元阵列的构造
39.图3和图4表示第1实施方式的存储单元阵列11的一部分截面的构造。图3表示沿着xz面的截面，图4表示沿着yz面的截面。
40.如图3和图4所示，在半导体基板(未图示)的上方设置有多个导电体21。导电体21沿着y轴延伸，沿着x轴排列。各导电体21作为一条字线wl发挥功能。
41.各导电体21在上表面与多个存储单元mcb各自的下表面相连接。存储单元mcb在xy面中具有例如圆的形状。存储单元mcb在各导电体21上沿着y轴排列，通过这样的配置，存储单元mcb沿着xy面而排列为矩阵状。各存储单元mcb包括作为开关元件seb发挥功能的构造和作为mtj元件mtjb发挥功能的构造。作为开关元件seb发挥功能的构造和作为mtj元件mtjb发挥功能的构造各自如后述那样包括一个或者多个层。
42.在存储单元mcb的上方设置有多个导电体22。导电体22沿着x轴延伸，沿着y轴排列。各导电体22在下表面与沿着x轴排列的多个存储单元mcb各自的上表面接触。各导电体22作为一条位线bl发挥功能。
43.各导电体22在上表面与多个存储单元mca各自的下表面相连接。存储单元mca在xy面中具有例如圆的形状。存储单元mca在各导电体22上沿着x轴排列，通过这样的配置，存储单元mca沿着xy面排列为矩阵状。各存储单元mca包括作为开关元件sea发挥功能的构造和作为mtj元件mtja发挥功能的构造。作为开关元件sea发挥功能的构造和作为mtj元件mtja发挥功能的构造各自如后述那样包括一个或者多个层。
44.在沿着y轴排列的多个存储单元mca各自的上表面上设置有进一步的导电体21。
45.1.1.4.存储单元的构造
46.图5表示第1实施方式的存储单元mc的构造的例子的截面。如图5所示，存储单元mc包括开关元件se和mtj元件mtj。
47.开关元件se包含可变电阻材料。开关元件se可以还包括下部电极和上部电极。在该情况下，可变电阻材料位于下部电极的上表面上，上部电极位于可变电阻材料的上表面上。
48.可变电阻材料例如为两端子间开关元件，两端子中的第1端子为可变电阻材料的上表面和下表面中的一方，两端子中的第2端子为可变电阻材料的上表面和下表面中的另一方。在被施加于两端子间的电压为阈值以下的情况下，该开关元件为“高电阻”状态、例如电非导通状态。在被施加于两端子间的电压为阈值以上的情况下，开关元件为“低电阻”状态、例如电导通状态。可变电阻材料通过包含绝缘体的材料来形成，含有通过离子注入导入的掺杂剂。绝缘体例如包含氧化物，包含sio2或者实质上由sio2形成的材料。掺杂剂例如包含砷(as)、锗(ge)。在本说明书和权利要求书中，包括“实质上”的“实质上由
……
形成(构成)”这一记载以及同种的记载意味着，容许“实质上由
……
形成”的构成要素含有非意图的杂质。非意图的杂质的例子，包括在磁存储装置1的制造工序中所使用的气体所包含的元素以及其他的从“实质上由
……
形成”的构成要素的周围扩散到了“实质上由
……
形成”的构成要素的元素。
49.mtj元件mtj包括铁磁性层31、间隔层32、铁磁性层33、绝缘层34和铁磁性层35。铁磁性层31、间隔层32、铁磁性层33、绝缘层34、铁磁性层35按该顺序层叠在开关元件se的上表面上。
50.铁磁性层31、铁磁性层33以及铁磁性层35具有沿着将铁磁性层31、间隔层32、铁磁性层33、绝缘层34以及铁磁性层35的界面贯通的方向的易磁化轴。铁磁性层31、铁磁性层33以及铁磁性层35的易磁化轴例如相对于界面而具有45
°
以上且90
°
以下的角度，例如与界面正交。图5所示的构成要素的内部的箭头表示磁化方向。
51.进一步对铁磁性层31、间隔层32、铁磁性层33、绝缘层34、铁磁性层35进行记述。
52.铁磁性层31为铁磁性体的层。铁磁性层31包含呈现铁磁性的元素，或者实质上由呈现铁磁性的元素形成。铁磁性层31包含钴铂(copt)、钴镍(coni)或钴钯(copd)，或者实质上由copt、coni或copd形成。铁磁性层31例如包括：钴(co)的层和铂(pt)的层交替地反复了1次以上而得到的构造、钴的层和镍(ni)的层交替地反复了1次以上而得到的构造或者钴的层和钯(pd)的层交替地反复了1次以上而得到的构造。
53.铁磁性层31具有与铁磁性层33的磁化方向相反的方向的磁化。铁磁性层31对由铁磁性层33生成并且施加于铁磁性层35的磁场、即泄漏磁场进行抑制。铁磁性层31作为所谓的转变消除层(shift cancel layer；scl)发挥功能。
54.间隔层32为使夹着间隔层32的两个铁磁性体进行反铁磁性耦合的非磁性的金属层。间隔层32包含钌(ru)或铱(ir)，或者实质上由ru或ir形成。ru以及ir基于ru或者ir的厚度，使夹着ru或者ir的层的两个铁磁性体进行铁磁性耦合或者反铁磁性耦合。间隔层32具有使铁磁性层31与铁磁性层33(特别是铁磁性层33所包括的后述的铁磁性层332)进行反铁磁性耦合的厚度。
55.铁磁性层33在整体上为具有朝向将铁磁性层33、绝缘层34以及铁磁性层35的界面贯通的方向的磁化的层叠体。铁磁性层33的磁化方向被意图(被设置)为：无论是因为从存储单元mc读出数据、还是因为向存储单元mc写入数据，该磁化方向都不变。铁磁性层33作为所谓的参考层(reference layer；rl)发挥功能。
56.铁磁性层33包括铁磁性氧化物层(fmo)331、铁磁性层332、铁磁性氧化物层333(fmo)以及铁磁性层334。
57.铁磁性氧化物层331为呈现铁磁性的合金氧化物的层。合金氧化物包含以下合金的氧化物，或者实质上由那样的合金氧化物形成，该合金是铁(fe)以及(或者)co、和硼(b)、钪(sc)、铬(cr)、锰(mn)、ni、ru、pd、ir、pt、钇(y)、钕(nd)、钐(sm)、钆(gd)、铽(tb)以及镝(dy)中的一种以上的元素的合金。
58.铁磁性氧化物层331提高铁磁性层33的界面磁各向异性。即，对于铁磁性层332，通过在非晶质的状态下形成了之后经过退火来成为结晶质。在非晶质的状态下所形成的铁磁性层332含有杂质。通过退火，铁磁性层332中的杂质向铁磁性氧化物层331扩散。通过扩散，铁磁性层332的纯度提高，在高纯度的状态下进行结晶化。因此，结晶化后的铁磁性层332具有高结晶性。铁磁性层332具有高结晶性，关系到铁磁性层33在整体上具有高的界面磁各向异性。通过使用铁磁性氧化物层331来显现的铁磁性层33的界面磁各向异性，比在铁磁性层33的构造中代替铁磁性氧化物层331而设置有金属层的铁磁性层中的界面磁各向异性高。
59.磁性体的界面磁各向异性与该磁性体的各向异性能量相关。由此，铁磁性层33的界面磁各向异性高，关系到铁磁性层33的各向异性能量高。铁磁性层33的各向异性能量高，关系到mtj元件mtj的保持(retention)特性高。保持特性是指由来自mtj元件的外部的热扰动等导致的mtj元件的电阻状态反转的难度。铁磁性层33的磁化被意图为不反转，但由于来
自外部的影响，有可能非意图地反转。当铁磁性层33的磁化反转时，mtj元件mtj无法正确地存储数据。
60.铁磁性层332为铁磁性体的层。铁磁性层332通过间隔层32而与铁磁性层31进行反铁磁性耦合，通过反铁磁性耦合而具有磁化。铁磁性层33的整体的磁化方向与铁磁性层332的磁化方向一致。铁磁性层332的磁化作为产生由铁磁性层33的整体呈现的磁化的各向异性能量的供给源来发挥功能。铁磁性层332为产生由铁磁性层33的整体呈现的磁化的各向异性能量的主要供给源。铁磁性层332有时基于该功能而被称为主参考层(main reference layer；mrl)。
61.铁磁性层332与铁磁性氧化物层331具有高浸润性。在该目的下，铁磁性层332包含与铁磁性氧化物层331共同的元素。更具体而言，铁磁性层332包含fe和(或者)co，包含fe和co中的与铁磁性氧化物层331所含有的元素相同的一种以上的元素。进一步，铁磁性层332具有用于呈现各向异性能量的材料和构造。具体而言，铁磁性层332还包含硼(b)、铬(cr)、锰(mn)、ni、ru、铑(rh)、pd、ir以及pt中的一种以上的元素。铁磁性层332可以具有层叠了fe、co、b、cr、mn、ni、ru、rh、pd、ir以及pt中的两种以上的元素而得到的构造。
62.铁磁性氧化物层333为呈现铁磁性的合金氧化物的层。铁磁性氧化物层333与铁磁性层332具有高浸润性。在该目的下，铁磁性氧化物层333包含与铁磁性层332共同的元素。更具体而言，铁磁性层333包含fe和(或者)co，包含fe和co中的与铁磁性氧化物层332所含有的元素相同的一种元素或者双方。
63.进一步，铁磁性氧化物层333为：具有比铁磁性层332所含有的元素中的一种元素、多种元素或者全部元素的标准电极电位低的标准电极电位的元素的合金氧化物的层。
64.基于关于铁磁性氧化物层333的合金氧化物的条件，合金氧化物包含fe和co中的一种以上的元素与b、sc、y、nd、sm、gd、tb以及dy中的一种以上的元素的合金的氧化物，或实质上由那样的合金氧化物形成。
65.铁磁性氧化物层333通过与基于铁磁性氧化物层331的机理相同的机理，提高铁磁性层33的界面磁各向异性。即，通过在非晶质的状态下所形成的铁磁性层332的退火，铁磁性层332中的杂质向铁磁性氧化物层333扩散。通过扩散，铁磁性层332的纯度提高，结晶化后的铁磁性层332具有高结晶性。这关系到铁磁性层33在整体上具有高的界面磁各向异性。通过使用铁磁性氧化物层333来显现的铁磁性层33的界面磁各向异性，比具有在铁磁性层33的构造中代替铁磁性氧化物层333而设置金属层的构造的铁磁性层中的界面磁各向异性高。由此，通过铁磁性氧化物层333，也提高了mtj元件mtj的保持特性。
66.铁磁性氧化物层333为了抑制铁磁性层332的结晶构造对铁磁性层334的结晶构造产生影响而设置在铁磁性层332与铁磁性层334之间。即，铁磁性层334首先在非晶质的状态下形成，通过之后的退火来结晶化，形成结晶构造。结晶化将绝缘层34作为晶种(seed)来进展。此时，当非晶质的铁磁性层334与铁磁性层332接触时，铁磁性层334的结晶构造会被铁磁性层332的结晶构造影响。通过存在铁磁性氧化物层333，铁磁性层332的结晶构造对于铁磁性层334的结晶构造的影响被抑制。
67.铁磁性层334为铁磁性体的层。铁磁性层334包含铁(fe)和钴(co)中的一种以上的元素。铁磁性层334也可以还包含硼(b)。更具体而言，例如铁磁性层334包含钴铁硼(cofeb)或硼化铁(feb)，或者实质上由cofeb或者feb形成。
68.基于铁磁性层332的结晶构造对于铁磁性层334的结晶构造的影响的抑制、以及铁磁性层334将绝缘层34作为晶种来进行结晶化，铁磁性层334具有与绝缘层34的结晶构造相同的结晶构造。
69.铁磁性层334通过与使铁磁性层332为高结晶性的机理相同的机理，提高铁磁性层33的界面磁各向异性。即，铁磁性层334如上述那样在非晶质的状态下形成，经过退火而被设为结晶质。通过该退火，铁磁性层334中的杂质向铁磁性氧化物层333扩散。通过扩散，铁磁性层334具有高结晶性，这关系到铁磁性层33在整体上具有高的界面磁各向异性。由此，通过铁磁性层334的高结晶性，也提高了mtj元件mtj的保持特性。
70.一般而言，铁磁性体使夹着该铁磁性体的两个铁磁性体进行磁耦合。铁磁性氧化物层333具有铁磁性，因此，使夹着铁磁性氧化物层333的铁磁性层332和铁磁性层334进行磁耦合。铁磁性层334通过与铁磁性层332的磁化的铁磁性耦合而具有的磁化方向与铁磁性层332的磁化方向相同。铁磁性层334和铁磁性层332进行铁磁性耦合，因此，铁磁性层334和铁磁性层332作为具有实效高的磁各向异性能量的一个铁磁性层动作。通过由使用铁磁性耦合着的铁磁性层334和铁磁性层332产生的、铁磁性层33的实效高的磁各向异性能量，mtj元件mtj具有高保持特性。
71.1.2.优点(效果)
72.根据第1实施方式，如以下记述的那样，能够提供具有高磁特性的mtj元件mtj。
73.根据第1实施方式，铁磁性氧化物层333包含fe和co中的一种以上的元素与具有比铁磁性层332所包含的元素的标准电极电位低的标准电极电位的元素的合金氧化物，或者实质上由那样的合金氧化物形成。即，铁磁性氧化物层333实质上由具有比实质上构成铁磁性氧化物层333所接触的铁磁性层334和铁磁性层332的元素的标准电极电位低的标准电极电位的元素形成。这意味着铁磁性氧化物层333比铁磁性层332和334容易氧化。由此，铁磁性氧化物层333以比氧原子向铁磁性层332以及(或者)334扩散的力高的力将氧原子留在自身的内部。因此，氧原子向铁磁性层332和334的扩散得到抑制。在铁磁性层332和334中，氧原子为杂质。因此，通过抑制氧原子向铁磁性层332和334的扩散，由铁磁性层332和334中的氧原子引起的铁磁性层332和334的磁特性的劣化得到抑制。即，铁磁性层33的界面磁各向异性的劣化以及mtj元件mtj的mr比的劣化被抑制。这是由于：mtj元件mtj的mr比依赖于与绝缘层34接触的铁磁性层35和334的性质，氧原子这一杂质的存在关系到铁磁性层334的磁特性的劣化、进而关系到mr比的劣化。mr比为磁阻效应元件(mtj元件)的低电阻状态下的电阻与高电阻状态下的电阻之比。
74.根据第1实施方式，铁磁性氧化物层331和铁磁性层332包含同样的原子，铁磁性层332和铁磁性氧化物层333包含同样的原子。不同的材料的界面的紧贴性(浸润性)影响到这些材料的特性。这是由于：当紧贴性低时，在界面会产生孔以及(或者)原子的凝集。不同材料的界面的紧贴性能够通过形成界面的两种材料包含同样的元素来加以提高。由此，铁磁性氧化物层331和铁磁性层332通过包含同样的元素，在其界面具有高浸润性，铁磁性层332和铁磁性氧化物层333通过包含同样的元素，在其界面具有高浸润性。由此，提供具有高特性的铁磁性氧化物层331、铁磁性层332以及铁磁性氧化物层333，这有助于实现具有高的磁特性的mtj元件mtj。
75.根据第1实施方式，在间隔层32与铁磁性层332之间设置有铁磁性氧化物层331。在
不同的两种材料接触的情况下，在第1材料和第2材料的界面，一方的材料中的元素会扩散到另一方的材料中。进行了扩散的元素在第1材料和第2材料中为杂质，因此，会使第1材料和第2材料的特性劣化。有时为了抑制杂质向第1材料和第2材料的扩散而在第1材料与第2材料之间设置第3材料。由此，第1材料与第2材料之间的元素的相互扩散被抑制，与第1材料和第2材料接触的情况相比，能够抑制第1材料中的杂质的量和第2材料中的杂质的量。作为mtj元件的参考用的构造，可以在间隔层32与铁磁性层332之间设置金属层。然而，这样的mtj元件的保持特性依然不像所期望的那样高。
76.在第1实施方式中，铁磁性氧化物层331为氧化物，因此，在化学性上比许多单一的金属元素稳定，难以与周围的元素进行反应。具体而言，铁磁性氧化物层331难以与铁磁性氧化物层331所接触的间隔层32中的元素进行反应，难以与铁磁性氧化物层331所接触的铁磁性层332中的元素进行反应。另外，由于相同的理由，铁磁性氧化物层331中的元素难以扩散到间隔层32和铁磁性层332中。由此，杂质向间隔层32和铁磁性层332的扩散被抑制，由杂质的扩散导致的间隔层32和铁磁性层332的特性劣化被抑制。铁磁性层332的特性(特别是磁特性)的劣化的抑制，有益于铁磁性层332具有高的磁各向异性能量。间隔层32的特性的劣化的抑制，有益于抑制铁磁性层332与铁磁性层31的反铁磁性耦合的强度降低、进而有益于抑制mtj元件mtj的保持特性的劣化。由此，能够实现具有高的磁特性的mtj元件mtj。
77.图6表示第1实施方式的基于铁磁性氧化物层331的特性。更具体而言，图6关于包括间隔层32和能够与铁磁性层332同样地作为参考层的主要部分发挥功能的铁磁性层1332的mtj元件，示出设置有间隔层32与铁磁性层1332之间的不同材料的层的情况下的特性。图6的纵轴表示夹着间隔层32的两个铁磁性层31与铁磁性层332之间的交换相互作用的大小。交换相互作用的大小与铁磁性层31以及332的耦合强度相关，耦合强度会影响到维持参考层的磁化的力、进而影响到mtj元件的保持特性。
78.图6中，作为第1实施方式的例子，示出在间隔层32与铁磁性层332之间设置实质上由氧化钆形成的铁磁性氧化物层331的情形。另外，图6中，作为比较，示出在间隔层32与铁磁性层1332之间设置实质上由钆形成的层的情形。
79.如图6所示，遍及图6所示的厚度范围的整体，氧化钆的情形下的交换相互作用的大小比钆的情形下的交换相互作用的大小高。由此，与使用钆相比，使用氧化钆对mtj元件赋予较高的保持特性。
80.2.第2实施方式
81.第2实施方式与第1实施方式的不同点在于，mtj元件所包含的层。以下，主要记述与第1实施方式不同的点。关于第2实施方式的构成要素中的与第1实施方式的构成要素不同的构成要素，通过对第1实施方式中的构成要素的参照标号的末尾附加进一步的文字或者数字，从而与第1实施方式中的构成要素相区别。例如，第2实施方式中的mtj元件mtj可以被称为mtj元件mtjb，关于在第2实施方式中记述的点以外的点，应用在第1实施方式中所记述的点。
82.图7表示第2实施方式的存储单元mc的构造的例子的截面。如图7所示，存储单元mc包括mtj元件mtjb。mtj元件mtjb代替第1实施方式中的铁磁性氧化物层333而包括金属层337。金属层337为非磁性的金属层，实质上由钼(mo)、钨(w)以及钽(ta)中的一种以上的元素形成。
83.根据第2实施方式，能得到第1实施方式实现的优点中的、由铁磁性氧化物层333带来的优点以外的优点。另外，根据第2实施方式，铁磁性层332与金属层337接触。在金属和金属接触的情况下，这些金属的界面的浸润性高。因此，铁磁性层332和金属层337没有必要具有如下结构，该结构是如第1实施方式中那样用于使得与铁磁性层332接触的铁磁性氧化物层333与铁磁性层332具有高浸润性的结构。由此，能够在铁磁性层332与铁磁性层334之间设置能以不考虑紧贴性的方式选择的材料的层。
84.对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，并不是意在限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的方式来实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、宗旨内，同样地包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围内。