【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23RO0006
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 / Hiroshima Univ.
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
リソグラフィー,リソグラフィ/ Lithography,電子線リソグラフィ/ EB lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,先端半導体（超高集積回路）/ Advanced Semiconductor (Very Large Scale Integration)
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)
渡邉 ちひろ
所属名 / Affiliation
広島大学大学院先進理工系科学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
宮崎 侑也
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
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
RO-121：スピンコータ
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
【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、25 nmのマージンを考え、サイズ＝60 nm～300 nmに対してコンタクトホールサイズ＝20 nm～200 nmでパターニングを行った。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.1は作製したMIMサイズ＝120 nmの抵抗―電圧(R-V)である。パルス幅1 μsで1万回測定したときの読み出し電圧0.06Vでの抵抗と書き換え電圧との関係を示している。中間状態の発生するMTJと発生しないMTJがあり、中間状態の発生するMTJでは発生しないMTJより書き換え電圧が0.13V高くなることがわかった。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 R-V特性、中間状態なし(a)、中間状態あり(b)
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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
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Yuya Miyazaki, Switching characteristics of MgO-based MTJ with intermediate state, Japanese Journal of Applied Physics, 63, 03SP42(2024).
DOI: 10.35848/1347-4065/ad2139
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Y. Miyazaki, C. Watanabe, J. Tsuchimoto, H. Hosoya, Y. Amemiya, and A. Teramoto, “Switching Characteristics of MgO Based MTJ with Intermediate State,” Ext. Abst. of 2023 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials, 483 (September 8th,2023)
- C. Watanabe, Y. Miyazaki, J. Tsuchimoto, H. Hosoya, K. Yamanaka, Y. Amemiya, and A. Teramoto, “Pulse Width Dependence of Switching Characteristics for Magnetic Tunnel Junction,” Special MRAM poster session at IEDM, ID11 (December 12th,2023)
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