(57)【要約】【課題】製造歩留まりを向上させることができる磁気メモリ素子の製造方法及び検査方法を提供する。【解決手段】磁気メモリ素子１０を製造する際に、記憶層１、トンネル絶縁膜２、磁化固定層３を含む各層を形成し、その後、磁気メモリ素子１０の酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を行う。また、少なくとも記憶層１と、トンネル絶縁膜２と、磁化固定層３とを有して成る磁気メモリ素子１０に対して、電子エネルギー損失分光法により、酸素元素又は窒素元素の分布を検査する。【選択図】      図１
2004349574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも記憶層と、トンネル絶縁膜と、磁化固定層とを有して成る磁気メモリ素子を製造する方法であって、
前記記憶層、前記トンネル絶縁膜、前記磁化固定層を含む各層を形成し、
その後、前記磁気メモリ素子の酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を行う
ことを特徴とする磁気メモリ素子の製造方法。
【請求項２】
前記酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を、電子エネルギー損失分光法により行うことを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ素子の製造方法。
【請求項３】
少なくとも記憶層と、トンネル絶縁膜と、磁化固定層とを有して成る磁気メモリ素子に対して、電子エネルギー損失分光法により、酸素元素又は窒素元素の分布を検査する
ことを特徴とする磁気メモリ素子の検査方法。
【請求項４】
前記電子エネルギー損失分光法により、前記磁気メモリ素子を透過する電子線のうち、酸素元素又は窒素元素の内核電子の励起により発生した、固有のエネルギー損失量を有する非弾性散乱電子を検出して、前記非弾性散乱電子の空間分布を計測することにより、前記酸素元素又は前記窒素元素の分布を得ることを特徴とする請求項３に記載の磁気メモリ素子の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記憶装置に用いて好適な磁気メモリ素子の製造方法及び磁気メモリ素子の検査方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信機器、特に携帯端末等の個人用小型情報機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成するメモリやロジック等の素子には、高集積化、高速化、低消費電力化等、さらなる高性能化が求められている。特に、不揮発性メモリの高密度化・大容量化は、可動部分の存在等の原因により本質的に小型化・高速化・低消費電力化が困難な磁気ハードディスク等と相補的な技術として、ますます重要になってきている。
【０００３】
不揮発性メモリとしては、半導体フラッシュメモリやＦｅＲＡＭ（強誘電体不揮発メモリ）等が実用化されており、さらなる高性能化に向けての活発な研究開発が行われている。
【０００４】
最近、磁性体を利用した新しい不揮発メモリとして、トンネル磁気抵抗効果を利用したＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ  ）が試作され、注目を集めている（例えば、非特許文献１参照）。
このＭＲＡＭは、特にランダムアクセスがしやすいこと、書き換え可能回数が大きいこと、高速に動作させることが可能であること、の３点においてフラッシュメモリよりも優れており、また書き換え可能回数が大きい点でＦｅＲＡＭ（強誘電体メモリ）よりも優れている。さらに、ＤＲＡＭ並みの高集積度とＳＲＡＭ並みのスピードの両立が期待されるため、システムＬＳＩ用混載メモリをすべて置き換える可能性も有している。
【０００５】
ＭＲＡＭは、情報の記録を行う微小な磁気メモリ素子を規則的に配置し、その各々にアクセスできるように、配線例えばワード線及びビット線を設けた構造を有している。
それぞれの磁気メモリ素子は、情報を強磁性体の磁化の向きとして記録させる記憶層を有して構成される。
【０００６】
そして、磁気メモリ素子の構成としては、上述の記憶層と、トンネル絶縁膜（非磁性スペーサ膜）と、磁化の向きが固定された磁化固定層とから成る、いわゆる磁気トンネル接合（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＪ）を用いた構造が採用されている。磁化固定層の磁化の向きは、例えば反強磁性層を設けることにより固定することができる。
【０００７】
このような構造においては、記憶層の磁化の向きと磁化固定層の磁化の向きとのなす角度に応じて、トンネル絶縁膜を流れるトンネル電流に対する抵抗値が変化する、いわゆるトンネル磁気抵抗効果を生じるため、このトンネル磁気抵抗効果を利用して、情報の書き込み（記録）を行うことができる。この抵抗値の大きさは、記憶層の磁化の向きと磁化固定層の磁化の向きとが反平行であるときに最大値をとり、平行であるときに最小値をとる。
【０００８】
このように構成した磁気メモリ素子において、磁気メモリ素子への情報の書き込み（記録）は、ワード線及びビット線の両方に電流を流すことにより発生する合成電流磁界により、磁気メモリ素子の記憶層の磁化の向きを制御することにより行うことができる。一般的には、このときの磁化の向き（磁化状態）の違いを、「０」情報と「１」情報とにそれぞれ対応させて記憶させる。
一方、記録された情報の読み出しは、トランジスタ等の素子を用いてメモリセルの選択を行い、磁気メモリ素子のトンネル磁気抵抗効果を利用して、記憶層の磁化の向きの違いを電圧信号の差として検出することにより、記録された情報を検知することができる。
【０００９】
そして、ＭＲＡＭにおいて、集積回路を安定に駆動させるためには、メモリセル毎の磁気メモリ素子の特性、例えば抵抗値Ｒ、磁気抵抗変化量ΔＲ、スイッチング磁界等のバラツキを抑えることが重要である。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．３３，（１９９７），ｐ４４９８
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＭＲＡＭの製造の際に、メモリセル毎の磁気メモリ素子の特性にバラツキを生じて、歩留まりが大きく低下してしまうことがあった。
【００１２】
このＭＲＡＭの製造において歩留まりを大きく低下させる要因を鋭意解析した結果、磁性層とトンネル絶縁膜との界面において不均一に発生する元素拡散及び界面の乱れに起因して、磁気メモリ素子の抵抗値Ｒ及び磁気抵抗値ΔＲのバラツキが生じており、これにより、集積回路を安定に駆動させることを阻害し、歩留まりを低下させていることを見出した。
特に、トンネル絶縁膜がＡｌ−ＯやＡｌ−Ｎ等の酸化物や窒化物から形成されているので、軽元素、特に酸素Ｏや窒素Ｎがトンネル絶縁膜から磁性層内へ拡散することがある。
【００１３】
このような酸素Ｏや窒素Ｎの磁性層内への拡散は、（１）ＭＴＪを構成する積層膜を成膜する工程、（２）メモリセルを形成する工程（パターニング工程等）、（３）熱処理工程、等の各工程において、条件の変動が許容値（製造マージン）を超えることで、予期せずに発生することが多い。
そして、酸素Ｏや窒素Ｎが磁性層内に拡散すると、抵抗値Ｒの設計値からのズレを生じさせ、かつ磁気抵抗値ΔＲを劣化させてしまう。
【００１４】
このように、磁気抵抗値ΔＲが劣化するため、磁気メモリ素子を有するＭＲＡＭ等の最終的な製品の製造歩留まりを大きく低下させる原因となっていた。
【００１５】
上述した問題の解決のために、本発明においては、製造歩留まりを向上させることができる磁気メモリ素子の製造方法及び検査方法を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気メモリの製造方法は、少なくとも記憶層と、トンネル絶縁膜と、磁化固定層とを有して成る磁気メモリ素子を製造する方法であって、記憶層、トンネル絶縁膜、磁化固定層を含む各層を形成し、その後、磁気メモリ素子の酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を行うものである。
【００１７】
本発明の磁気メモリの検査方法は、少なくとも記憶層と、トンネル絶縁膜と、磁化固定層とを有して成る磁気メモリ素子に対して、電子エネルギー損失分光法により、酸素元素又は窒素元素の分布を検査するものである。
【００１８】
上述の本発明の磁気メモリの製造方法によれば、記憶層、トンネル絶縁膜、磁化固定層を含む各層を形成し、その後、磁気メモリ素子の酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を行うことにより、酸素元素又は窒素元素の拡散や界面の乱れ等に起因した構造上の不良を見出すことが可能になる。
これにより、製造途中で、不良ウエハーを発見することが可能になる。
【００１９】
上述の本発明に磁気メモリの検査方法によれば、少なくとも記憶層と、トンネル絶縁膜と、磁化固定層とを有して成る磁気メモリ素子に対して、電子エネルギー損失分光法により酸素元素又は窒素元素の分布を検査することにより、酸素元素又は窒素元素の拡散や界面の乱れ等に起因した構造上の不良を見出すことが可能になる。これにより、不良品を発見することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、少なくとも記憶層と、トンネル絶縁膜と、磁化固定層とを有して成る磁気メモリ素子を製造する方法であって、記憶層、トンネル絶縁膜、磁化固定層を含む各層を形成し、その後、磁気メモリ素子の酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を行う磁気メモリ素子の製造方法である。
【００２１】
また本発明は、上記磁気メモリ素子の製造方法において、酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を、電子エネルギー損失分光法により行う。
【００２２】
本発明は、少なくとも記憶層と、トンネル絶縁膜と、磁化固定層とを有して成る磁気メモリ素子に対して、電子エネルギー損失分光法により、酸素元素又は窒素元素の分布を検査する磁気メモリ素子の検査方法である。
【００２３】
また本発明は、上記磁気メモリ素子の検査方法において、電子エネルギー損失分光法により、磁気メモリ素子を透過する電子線のうち、酸素元素又は窒素元素の内核電子の励起により発生した、固有のエネルギー損失量を有する非弾性散乱電子を検出して、この非弾性散乱電子の空間分布を計測することにより、酸素元素又は窒素元素の分布を得る。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明を適用する磁気メモリ素子の一形態の概略構成図（模式的斜視図）を図１に示す。
この磁気メモリ素子１０は、ＭＲＡＭ等磁気記憶装置の１つのメモリセルに相当する部分を示しており、上層側から、記憶層１と、トンネル絶縁膜２と、磁化固定層３とを積層して成る磁気トンネル接合ＭＴＪを有して構成されている。
【００２５】
記憶層１は、磁性層から成り、磁化状態、即ち磁化の向きを情報として記録することができるものである。
トンネル絶縁膜２は、酸化膜や窒化膜、或いは酸窒化膜から成り、トンネル電流を流すために薄く形成されているものである。
磁化固定層３は、磁性層から成り、磁化の向きが固定されているものである。例えば、磁化固定層３に対して図示しない反強磁性層を設けることにより、磁化固定層３の磁化の向きを固定することができる。
【００２６】
そして、この磁気トンネル接合ＭＴＪと、ビット線（ＢＬ）１１と、書き込み用ワード線（ＷＷＬ）１２と、読み出し用ワード線（ＲＷＬ）１３と、メモリセルの選択を行うＭＯＳトランジスタＴｒとを有して構成されている。
また、磁気トンネル接合ＭＴＪの上にビット線（ＢＬ）１１が接続され、磁気トンネル接合ＭＴＪの下方に書き込み用ワード線（ＷＷＬ）１２が配置されている。
読み出し用ワード線（ＲＷＬ）１３は、ＭＯＳトランジスタＴｒのゲートＧを兼ねている。
また、ＭＯＳトランジスタＴｒのソース（Ｓ）１６及びドレイン（Ｄ）１７は、半導体層２１内に形成されている。
さらに、ＭＯＳトランジスタＴｒとＭＴＪとを接続するために、バッファ配線１４が設けられている。このバッファ配線１４は、一端側が磁気トンネル接合ＭＴＪに接続され、他端側がコンタクト層１５を介してＭＯＳトランジスタＴｒのソース１６に接続されている。
なお、書き込み用ワード線（ＷＷＬ）１２は、ＭＴＪや読み出し用ワード線（ＲＷＬ）１３やＭＯＳトランジスタＴｒのドレイン１７に対して、図示しない絶縁層により絶縁されている。
【００２７】
この磁気メモリ素子１０に対する、情報の書き込み（記録）は、ビット線（ＢＬ）１１及び書き込み用ワード線（ＷＷＬ）１２の両方に対してそれぞれ電流を流すことにより、発生する合成電流磁界によって、記憶層１の磁化の向きを制御することによって、行うことができる。
【００２８】
一方、記録された情報の読み出しは、ＭＯＳトランジスタＴｒを用いてメモリセルの選択を行い、磁気メモリ素子１０のトンネル絶縁膜２におけるトンネル磁気抵抗効果を利用して、記憶層１の磁化の向きの違いを電圧信号の差として検出することによって、行うことができる。
【００２９】
また、図１の磁気メモリ素子１０を規則的に配置して構成したＭＲＡＭの集積回路の模式図を図２に示す。図２において、破線で囲った部分が、図１に示した磁気メモリ素子１０に相当する。
図中上下方向に延びるビット線（ＢＬ）１１と、図中左右方向に延びる書き込み用ワード線（ＷＷＬ）１２及び読み出し用ワード線（ＲＷＬ）１３とが、それぞれ多数平行して配置され、これらの配線１１，１２，１３の交差点付近にメモリセル、即ち図１に示した磁気メモリ素子１０が設けられている。
【００３０】
この図２に示す構成の集積回路１００において、情報を書き込む（記録）する際には、情報を書き込む対象のメモリセルに対応する、書き込み用ワード線（ＷＷＬ）１２及びビット線（ＢＬ）１１の両方に電流を流して発生する合成電流磁界により、これらの配線１１，１２の交差する目的のメモリセルの記憶層１の磁化の向きを制御する。
【００３１】
一方、メモリセルの記憶層１に記録された情報を読み出す際には、ＭＯＳトランジスタＴｒを用いて対象とするメモリセルを選択する。即ち、目的のメモリセルに接続された読み出し用ワード線（ＲＷＬ）１３をＨｉｇｈ（ＯＮ状態）にする。
さらに、ビット線（ＢＬ）１１の電位変化を検出することにより、ビット線（ＢＬ）１１と読み出し用ワード線（ＲＷＬ）１３とが交差する目的のメモリセルに記録された情報を読み出す。このとき、ビット線（ＢＬ）１１の電位は、磁気メモリ素子１０の記憶層１の磁化の向きによって決まる磁気抵抗（ΔＲ）に比例した値を示す。
このようにして、目的のメモリセルに対して、情報の書き込みや記録された情報の読み出しを行うことができる。
【００３２】
ここで、図２の集積回路１００等に用いられる、磁気トンネル接合ＭＴＪを有する磁気メモリ素子１０の代表的な膜構成を示す。
【００３３】
図３Ａは、磁化固定層を記憶層に対して下層に配置したボトムタイプの膜構成を示す。即ち図１と同様に、上層側から、記憶層１、トンネル絶縁膜２、磁化固定層３が配置されて磁気トンネル接合ＭＴＪが構成され、磁化固定層３の下に磁化固定層３の磁化の向きを固定するための反強磁性層４が配置されている。なお、図中３１は下地層や電極やバイパス用のバッファ配線等であり、図中３２は保護層やビット線（ＢＬ）等である。
【００３４】
図３Ｂは、磁化固定層を記憶層に対して上層に配置したトップタイプの膜構成を示す。即ち図３Ａとは逆に、下層側から、記憶層１、トンネル絶縁膜２、磁化固定層３、反強磁性層４が配置されている。
【００３５】
また、図３Ｃは、磁化固定層を記憶層に対して上層と下層とに配置したデュアルタイプの膜構成を示す。即ち、中央に記憶層１があり、その上下にそれぞれトンネル絶縁膜２、磁化固定層３、反強磁性層４が配置されている。
【００３６】
なお、この他の膜構成も可能である。例えば、磁性層（記憶層１又は磁化固定層３）を、非磁性層を挟んだ２層の磁性層から成る積層フェリ構造とすることも可能である。
上述したような膜構成により、磁気トンネル接合ＭＴＪを有する磁気メモリ素子１０を構成することができる。そして、この磁気メモリ素子１０を用いて図２に示した集積回路１００を構成することができる。
【００３７】
ところで、図２に示す集積回路１００を安定に駆動させるためには、前述したように、メモリセル毎の磁気メモリ素子１０の特性（抵抗値Ｒ、磁気抵抗値（ΔＲ）、スイッチング磁界等）のバラツキを抑えることが重要である。
【００３８】
本実施の形態においては、メモリセル毎の磁気メモリ素子１０の特性のバラツキを抑えるために、磁気メモリ素子１０を製造する際に、磁気メモリ素子１０の酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を行う。
より詳しくは、磁性層即ち記憶層１及び磁化固定層３と、トンネル絶縁膜２との界面付近における、酸素元素又は窒素元素の分布を検査する。
【００３９】
以下に、酸素元素又は窒素元素の分布を検査する方法を説明する。
本実施の形態では、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）という手法を原理として用いて、元素の分布を観察する。
【００４０】
上述の電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）を用いた元素分布観察装置の原理図を、図４に示す。
この元素分布観察装置５０は、基本的に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）５１と、電子線のエネルギー分光を行う電磁プリズム６１とから構成され、エネルギーフィルターＴＥＭとも呼ばれるものである。
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）５１は、図中上方から電子銃５２、２段の収束レンズ５３、２段の対物レンズ５４、中間レンズ５５、投影レンズ５６が配置されてなる。
電磁プリズム６１は、電磁分光器６２、エネルギースリット６３、像形成レンズ６４、並びに撮像部として例えばスロースキャンＣＣＤ６５が配置されてなる。
そして、観察する対象のサンプル６０は、透過型電子顕微鏡５１の対物レンズ５４内のサンプル室に設置される。
【００４１】
サンプル６０を透過・散乱した電子線は、電子顕微鏡内の対物レンズ５４、中間レンズ５５、投影レンズ５６を経た後、電磁プリズム６１に導入されエネルギー分光される。
なお、図中、電子線の進行方向に直交する方向の矢印は、各部分における像を示している。
また、電磁分光器６２からエネルギースリット６３までの電子線の経路は、ゼロロスエネルギーＥ０である場合（破線）と、損失エネルギーΔＥがある場合（実線）とで違いを示している。
【００４２】
ここで、磁気メモリ素子１０のトンネル絶縁膜２として、Ａｌ−Ｏ膜（アルミニウム酸化膜）を用いている場合に、磁気メモリ素子をサンプル６０として、図４に示した元素分布観察装置５０により、トンネル絶縁膜付近に電子線を照射して、電磁プリズム６１により分光されて得られるＥＥＬＳスペクトルを図５に示す。なお、図５の横軸には電子線のエネルギーをプロットするが、損失エネルギーがゼロの電子線のエネルギー値を基準（ゼロ）にとっているので、横軸の値は、電子線の損失エネルギー値に相当する。縦軸は、各エネルギーを持つ電子線の強度Ｉを示す。電子線の強度Ｉは、損失エネルギーに対して指数関数的に減少するので、図５では、３００ｅＶ以上の損失エネルギーに対しては、縦軸のスケールを１／１０００倍にしてプロットしている。
【００４３】
図５中に観察される損失エネルギーがゼロの非常に強いピーク（ゼロロスピーク）Ｐ０は、弾性散乱された電子のピークであり、通常のＴＥＭ観察像は、この弾性散乱電子により結像される。
一方、ゼロロスピークＰ０以外の非弾性散乱電子は、その大部分を固体内の電子励起に負っており、通常のＴＥＭ観察像ではバックグラウンドノイズとして表れる。
そして、図５中の損失エネルギーが５３０ｅＶ付近に見られるピークＰ１は、酸素ＯのＫ殻電子を真空準位に励起することによって、エネルギー損失した電子線のピークを示している。
また、７８０ｅＶ付近に見られるピークＰ２は、磁性層（記憶層１や磁化固定層３）に含まれるコバルトＣｏのＬ殻電子を真空準位に励起することによって、エネルギー損失した電子線のピークを示す。
通常、内殻電子準位は、元素に固有の値を持つために、各元素から非弾性散乱された電子の損失エネルギーは、元素固有の値を示す。
【００４４】
なお、窒素Ｎの場合、同様にＥＥＬＳスペクトルをとると、４００ｅＶ付近にピークが観察される。
従って、トンネル絶縁膜２として、窒化膜（例えばＡｌ−Ｎ膜等）を用いている場合には、ＥＥＬＳスペクトルを観察すると、４００ｅＶ付近に窒素のピークが現れる。
また、トンネル絶縁膜２として、酸窒化膜を用いている場合には、ＥＥＬＳスペクトルを観察すると、５３０ｅＶ付近の酸素のピークと４００ｅＶ付近の窒素のピークとが共に現れる。
【００４５】
そして、元素分布を観察するためには、元素固有のエネルギー損失量を持つ非弾性散乱電子を用いる。
具体的には、図４中のエネルギースリット６３を観察する対象の元素のＥＥＬＳピーク位置（酸素の場合は５３０ｅＶ付近、窒素の場合は４００ｅＶ付近）に設定して、その元素固有のエネルギー損失量をもつ非弾性散乱電子のみを通過させる。
その後、この電子線を像形成レンズ６４により結像・拡大し、スロースキャンＣＣＤ６５で電子線強度の空間分布を読み込むことにより、設定したＥＥＬＳピークに対応した元素分布像が得られる。このとき、元素分布を精度よく得るためには、図５中斜線を付して示すように、目的のＥＥＬＳピークＰ１からバックグラウンドの電子線強度を差し引いてピーク強度Ｉ１とすることが行われる。バックグラウンドの電子線強度は、図５中破線で示すように、ピークＰ１の位置よりも低エネルギー側のスペクトル曲線を外挿して得られる。
【００４６】
一方、図４の元素分布観察装置５０で図５に示すようなＥＥＬＳスペクトルを直接得る場合には、図４中のエネルギースリット６３を抜き、結像レンズ６４をＯＦＦにして、分光された電子線スペクトルを直接スロースキャンＣＣＤ６５で読み込めばよい。
【００４７】
以上に説明した解析方法は、エネルギーフィルター電顕法もしくは、イメージングＥＥＬＳ法等と呼ばれており、古くは、渡辺らの研究（Ｈ．Ｗａｔａｎａｂｅ  ａｎｄ  Ｒ．Ｕｅｄａ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．１７，（１９６２），ｐ５６９  ）に起源を持つ。
最近では、この方法を採用した装置が、エネルギーフィルターＴＥＭとして市販化されており、普及しつつある。
【００４８】
なお、図４に示した元素分布観察装置５０では、電磁分光器６２が透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）５１の下部に取り付けられているが（ポストコラム型）、エネルギーフィルターＴＥＭのバリエーションとして、電磁分光器をＴＥＭの鏡体内にある中間レンズと投影レンズの間に装入したタイプ（インカラム型）も存在する。基本的な原理は同じで、どちらの型のエネルギーフィルターＴＥＭを用いても、同様な結果が得られる。
【００４９】
続いて、図４に示した元素分布観察装置５０等により元素分布を観察するためのサンプル６０を作製する方法を、図６を参照して説明する。
【００５０】
まず、図６Ａに示すように、ＭＲＡＭを製造したウエハー４１から、観察場所、即ち検査する対象のメモリセル（磁気メモリ素子）を含む領域を、図６Ｂに示す短冊状の切片４２にトリミングする。即ち、この短冊状の切片４２の中に、検査する対象のメモリセル（磁気メモリ素子）が含まれている。図中４２Ｓは、ウエハー４１の表面と一致する。
このトリミングには、例えばダイシングソー（ホイールソー）を用いることができる。
なお、図６Ｂには、切断した切片４２の寸法（切片の長さ１．５ｍｍ、幅１００μｍ、高さ０．５〜２ｍｍ）を記載しているが、元素分布観察装置５０に導入できる大きさであれば、特に寸法の制限はない。
【００５１】
次に、図６Ｃに示すように、ＦＩＢ（集束イオンビーム）法等を用いて、短冊状の切片４２に対して、観察場所４６の両側から、例えば加工溝４３及び４４を形成し、観察場所４６付近を薄膜化して、０．１μｍ以下（例えば約５０ｎｍ）の厚さの薄膜化した領域４５が残るようにしている。このとき、薄膜化した領域４５の中に観察場所４６のメモリセルが含まれるように、加工を行う必要がある。
なお、図６Ｃには、加工溝４３，４４の寸法（切片４２の長さ方向に１５μｍ、切片４２の高さ方向に３μｍ）や薄膜化した領域４５の寸法を記載しているが、この寸法は観察場所４６の大きさに応じて、即ちメモリセルの大きさに応じて調整する必要がある。
【００５２】
そして、観察のための電子線を、図６Ｃの破線の矢印で示すように、薄膜化した領域４５の法線方向から入射させることにより、酸素元素や窒素元素の分布を調べることができる。
【００５３】
なお、サンプリングの個数は、特に限定されるものではなく、必要に応じて設定される。
例えば、複数のウエハーに対して、各ウエハーから少なくとも１個以上サンプリングすれば、ウエハー毎のばらつきを調べることができる。
また、例えば、１つのウエハーから複数個サンプリングすれば、そのウエハー内のバラツキの程度を調べることができる。
【００５４】
次に、上述した酸素元素や窒素元素の分布を観察する工程を組み込んだ、磁気メモリ素子の製造工程について説明する。
図１や図２に示したような構成の磁気メモリ素子の製造工程を大まかに分類すると、ＭＯＳトランジスタ製造工程→ＭＴＪ部製造工程→パッケージング工程  に分けられる。
【００５５】
このうち、ＭＴＪ部製造工程においては、例えば次のようにして製造を行う。
まず、図７Ａに示すように、下地層３１上に、磁気トンネル接合ＭＴＪを構成する積層膜３５を成膜する。
次に、図７Ｂに示すように、例えばスピンコーターにより、表面に有機系のレジスト４０を塗布する。
次に、図７Ｃに示すように、メモリセルを形成する部分にレジスト４０が残るように、ステッパを用いてレジスト４０のパターニングを行う。
続いて、Ａｒイオンミリング（もしくはＲＩＥ等）により、図７Ｄに示すように、メモリセル以外の部分の積層膜（ＭＴＪ膜）３５を取り除く。
【００５６】
次に、図８Ｅに示すように、メモリセルの積層膜３５の周囲に、Ａｌ−Ｏ層等の絶縁層３６を成膜する。このＡｌ−Ｏ層は、Ａｌターゲットを用いて、Ｏ２／Ａｒ混合雰囲気中でスパッタリングすることにより成膜することができる。
次に、図８Ｆに示すように、レジスト４０を除去する。
その後、図８Ｇに示すように、上部電極３２を成膜する。
その後、必要に応じて熱処理工程を行って、ＭＴＪを構成する磁性層の磁気構造（磁化の向き等）を調整する。
このようにして、ウエハーに磁気メモリ素子のＭＴＪ部を作製することができる。
なお、実際には、微調整のために、各工程間で熱処理が随時行なわれる場合が多い。
【００５７】
そして、本実施の形態では、図７Ａ〜図８Ｇに示したようにＭＴＪ部の作製を行った後に、例えば図４に示したように、エネルギーフィルター電顕法を用いた元素分布観察装置５０等の観察装置を使用して、磁気メモリ素子１０の酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を行う。
特に、ＭＴＪ部（磁気トンネル接合部）のトンネル絶縁膜２に酸化膜を用いた場合には、酸素元素の分布を検査する。
また、トンネル絶縁膜２に窒化膜を用いた場合には、窒素元素の分布を検査する。
また、トンネル絶縁膜２に酸窒化膜を用いた場合には、酸素元素及び窒素元素の分布を検査する。
【００５８】
このように酸素元素又は窒素元素の分布を検出して、得られた検出結果から、トンネル絶縁膜２からの酸素元素又は窒素元素の拡散や、トンネル絶縁膜２と磁性層（記憶層１又は磁化固定層３）との界面の乱れ等により生じた、磁気メモリ素子１０の構造上の不良を製造工程の途中で発見することができる。
そして、不良を発見した場合には、不良ウエハーを除去すると共に、不良を発生した製造工程を見直して改善する。これにより、不良ウエハーを選別して、不良品数を低減することができる。また、不良品に対してその後の製造工程を行ってしまうことや新たな不良品を発生することを防いで、損失を最小限に抑えることができる。さらに、早期に不良ウエハーを発見することができるため、時間的損失も抑えることができる。
【００５９】
上述の実施の形態によれば、磁気メモリ素子１０のＭＴＪ部の酸素元素又は窒素元素の分布解析を用いて、構造上の不良を製造工程の途中で見出すことによって、不良ウエハーを早期に選別することができる。
また、不良ウエハーを除去すると共に、製造工程の改善のための早急な対策が可能となり、時間的な損失と不良品数とを、いずれも最小限に抑えることが可能になる。
そして、これらの効果によって、最終的な製造歩留まりを向上させることができる。
【００６０】
（実施例）
次に、実際に磁気メモリ素子を作製して、元素分布の検査を行った。
【００６１】
まず、図７Ａ〜図８Ｇで説明した工程に従い、下記の層構成（１）から成る磁気メモリ素子を作製した。層構成（１）は、／の左側が基板側となっており、（）内は膜厚を示す。
Ｔａ下地層（５ｎｍ）／ＰｔＭｎ（３０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．４ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．０ｎｍ）／Ａｌ−Ｏ膜（１．６ｎｍ）／ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｔａ保護層（５ｎｍ）  −（１）
即ち、磁化固定層３として、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの積層フェリ構造を採用し、トンネル絶縁膜２にＡｌ−Ｏ膜を用い、記憶層１にＣｏＦｅ膜を用いて、前述したボトムタイプを構成している。
続いて、層構成（１）のＴａ保護層まで形成した後に、３００℃で２時間、熱処理工程を行った。
【００６２】
そして、試料として、作製時期が異なっている２つのウエハー（ウエハーＡ、ウエハーＢとする）の２つの試料を用意した。
これら２つの試料に対して、ＭＴＪ部（以下ＭＴＪセルとする）の抵抗値の測定を行った。
【００６３】
続いて、各試料のウエハーから、元素分布の観察を行うために、図６Ａ〜図６Ｃに示した手順に従い、観察部分のサンプリング薄膜化を行った。具体的には、ＦＩＢ（集束イオンビーム）加工装置を用いて、Ｇａイオンミリングにより、観察場所のサンプリング薄膜化を行った。
そして、得られた各試料のサンプルに対して、図４に示した元素分布観察装置５０により、即ちエネルギーフィルター電顕法により、酸素Ｏの元素分布を測定し、元素分布の解析を行った。
【００６４】
まず、ウエハーＡ内のＭＴＪセルは、正常な抵抗値（平均値で７ｋΩμｍ２）を示した。
一方、ウエハーＢ内のＭＴＪセルは、設計値から外れた異常な抵抗値（平均値で３０ｋΩμｍ２）を示した。
【００６５】
また、ＭＴＪセル内の酸素Ｏの元素分布を解析した結果（ＭＴＪ断面のエネルギーフィルターＴＥＭ像）を、ウエハーＡとウエハーＢで比較して図９に示す。
図９中のエネルギーフィルターＴＥＭ像では、Ｏ元素の存在する領域は、白のコントラストで示される。
正常な抵抗値を示すウエハーＡ内のＭＴＪセルは、図９Ａに示すように、Ｏ元素がＡｌ−Ｏ膜内に均一に分布している。
これに対し、抵抗異常を示すウエハーＢ内のＭＴＪセルでは、図９Ｂに示すように、Ｏ元素が磁性層（記憶層及び磁化固定層）内に拡散しているのが観察される。この磁性層内へのＯ元素の拡散が、抵抗値の異常をもたらした構造上の原因と考えられる。
【００６６】
さらに、ウエハーＡとウエハーＢについて、それぞれの熱処理のプロセスを調査した結果、ウエハーＢの熱処理中に、電気炉内の熱処理温度制御系統のエラーによって、一時的に熱処理温度が４５０℃まで上昇していたことが明らかになった。
【００６７】
そこで、検査により発見された不良ウエハーを製造途中で選別するとともに、熱処理温度制御を正常なプロセスに戻した。その結果、プロセス改善以後のウエハーでは、正常な抵抗値を有するＭＴＪセルが得られるようになった。
【００６８】
上述の実施例では熱処理工程に注目したが、例えば、図７Ｄに示したエッチング工程では、ＭＴＪの積層膜３５へのエッチングガスによるダメージが、酸素や窒素の元素分布の異常を引き起こす可能性がある。
この場合にも、エッチング工程後に、同様に酸素や窒素の元素分布を検査して、構造上の不良をプロセス途中で見出すことによって、不良ウエハーを早期に選別することができる。
【００６９】
即ち、本発明の磁気メモリ素子の製造方法において、酸素元素又は窒素元素の分布を検査する工程を、磁気トンネル接合ＭＴＪを構成する各層を成膜する工程（図７Ａ）以降であれば、製造途中の任意の時期に行うことができる。
【００７０】
なお、本発明による磁気メモリ素子の検査方法は、基本的には上述したように製造途中で酸素元素又は窒素元素の分布の検査を行うものであるが、同様に、製品やパッケージング工程後の状態で検査を行うことも可能である。この場合には、元素分布の観察のためのサンプリング方法を、製品やパッケージ化したものに対応して、適宜工夫することになる。
このように、製品やパッケージング工程後の状態で検査を行うことにより、この状態で不良を検出することが可能になるため、不良品を除去することや、製造工程の改善等の対策をとることができる。
従って、この場合も、製品の最終的な製造歩留まりを多少なりとも向上させることができる。
【００７１】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００７２】
【発明の効果】
上述の本発明の磁気メモリ素子の製造方法によれば、磁気メモリ素子の製造工程の途中の工程で、酸素元素又は窒素元素の拡散や界面の乱れ等に起因した構造上の不良を見出すことが可能になり、不良ウエハーを早期に選別することができる。
また、プロセス改善のための早急な対策が可能となり、時間的な損失と不良品数の双方を最小限に抑えることができる。
従って、これらの効果によって、最終的な製造歩留まりを向上させることができる。
【００７３】
また、本発明の磁気メモリ素子の検査方法を用いることにより、上述した磁気メモリ素子の製造工程の途中の工程や磁気メモリの製品において、不良品を見出すことが可能になる。
これにより、製品の最終的な製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する磁気メモリ素子の一形態の概略構成図（模式的斜視図）である。
【図２】図１の磁気メモリ素子を規則的に配置したＭＲＡＭの集積回路の模式図である。
【図３】Ａ〜Ｃ  磁気トンネル接合を有する磁気メモリ素子の代表的な膜構成を示す断面図である。
【図４】電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）を用いた元素分布観察装置の原理図である。
【図５】図４の電磁分光器により分光されて得られるスペクトルを示す図である。
【図６】Ａ〜Ｃ  図４に示した元素分布観察装置等により元素分布を観察するためのサンプルを作製する方法を説明する図である。
【図７】Ａ〜Ｄ  磁気メモリ素子の磁気トンネル接合部の製造工程を示す工程図である。
【図８】Ｅ〜Ｇ  磁気メモリ素子の磁気トンネル接合部の製造工程を示す工程図である。
【図９】Ａ、Ｂ  ２つのウエハーのＭＴＪセル内の酸素の元素分布の測定結果を比較して示す図である。
【符号の説明】
１  記憶層、２  トンネル絶縁膜、３  磁化固定層、４  反強磁性層、１０  磁気メモリ素子、１１  ビット線（ＢＬ）、１２  書き込み用ワード線（ＷＷＬ）、１３  読み出し用ワード線（ＲＷＬ）、１４  バッファ配線、４１  ウエハー、４３，４４  加工溝、５０  元素分布観察装置、１００  集積回路、ＭＴＪ  磁気トンネル接合、Ｔｒ  ＭＯＳトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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