【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.04.24】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22RO0035
利用課題名 / Title
magnetic tunnel junctionの信頼性に関する研究
利用した実施機関 / Support Institute
広島大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
デバイス試作、絶縁膜、信頼性評価,リソグラフィ/Lithography
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
雨宮 嘉照
所属名 / Affiliation
広島大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
山田真司
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
RO-111： 超高精度電子ビーム描画装置
RO-113： マスクレス露光装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
高信頼性magnetic tunnel junction (MTJ)デバイス開発において、その中核を成すMgO薄膜の信頼性評価が必須となる。MgOの膜厚が実デバイスと同じである1.2 nmの評価が可能なMTJ構造のTEGを試作することを目的とする。本研究では、デバイスパターンを形成するリソグラフィ工程において、微細パターン形成が可能な電子ビーム描画を使用し、MTJ構造のTEGの試作を実施した。
実験 / Experimental
【利用した主な装置】超高精度電子ビーム描画装置、マスクレス露光装置【実験方法】 MTJ多層膜が堆積された基板を用いて、デバイスパターンのリソグラフィを超高精度電子ビーム描画にて実施した。その後、イオンビーム加工によりMTJ多層膜のエッチングを行い、層間膜となるSiNを成膜した後、コンタクトホールパターンのリソグラフィを超高精度電子ビーム描画にて実施した。コンタクトホールの開口後は電極材料を堆積させ、マスクレス露光とエッチングによってトップ電極パターンを形成し、MTJ構造のTEGを完成させた。パターンサイズはアライメント精度を最小20 nmとし、2.5 nmのマージンを考え、サイズ＝90 nm～120 nmに対してコンタクトホールサイズ＝45 nm～60 nmでパターニングを行った。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.1はサイズ＝120 nmの場合の作製したMTJ素子の抵抗値である。これまでより短いパルス幅400 nsで3万回測定したときの0.6 V、-0.6 V印加後の抵抗値と測定回数の関係を示している。パルス幅が短くなると、反転電圧や書き換えに必要な電流のばらつきが大きくなったが、書き換えのための十分な電圧を印加した場合には、パルス幅が短くても安定した動作を示すことがわかった。実デバイスと同じである1.2 nm膜のMgOの評価が可能なMTJ構造のTEGを作製することができた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 MTJ resistance
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
共同研究者：キヤノンアネルバ株式会社 長井基将様、山中和人様、細谷裕之様
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Yoshiteru Amemiya, Evaluation of MR ratio and reliability of MTJ device having SiN sidewall by modifying reference layer thickness, Japanese Journal of Applied Physics, 62, SC1036(2023).
DOI: 10.35848/1347-4065/acaed3
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Y. Amemiya, J. Tsuchimoto, H. Hosoya, H. Nakanishi, C. Watanabe, and A. Teramoto, Ext. Abst. of SSDM 2022, 383.
- C. Watanabe, J. Tsuchimoto, H. Hosoya, Y. Amemiya, Y. Miyazaki, and A. Teramoto, Special MRAM poster session at IEDM 2022, ID1.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件