特表 2024-517941 非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリセルユニットを製造する為の方法、非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリセルユニットを製造する為の方法を実行することにより得られるメモリセルユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-23

(54)【発明の名称】非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリセルユニットを製造する為の方法、非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリセルユニットを製造する為の方法を実行することにより得られるメモリセルユニット

(51)【国際特許分類】

   H10B 61/00 20230101AFI20240416BHJP

   H10N 50/80 20230101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

H10B61/00

H10N50/80 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023569934

(86)(22)【出願日】2022-05-17

(85)【翻訳文提出日】2023-12-11

(86)【国際出願番号】 EP2022063257

(87)【国際公開番号】W WO2022243279

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】2105175

(32)【優先日】2021-05-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】514255523

【氏名又は名称】サントレ ナティオナル ド ラ ルシェルシェ シアンティフィク

(71)【出願人】

【識別番号】520179305

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ パリ－サクレー

【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＰＡＲＩＳ－ＳＡＣＬＡＹ

(71)【出願人】

【識別番号】502124444

【氏名又は名称】コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】ゴダン， ジル

(72)【発明者】

【氏名】ミロン， イオアン ミハイ

(72)【発明者】

【氏名】ブル， オリヴィエ

(72)【発明者】

【氏名】ラヴェロソナ， ダフィーヌ

【テーマコード（参考）】

4M119

5F092

【Ｆターム（参考）】

4M119CC05

4M119CC10

4M119DD17

4M119DD24

4M119EE03

4M119JJ13

5F092AB06

5F092AC26

5F092BB10

5F092BB23

5F092BB34

5F092BB35

5F092BB36

5F092BB43

5F092BB55

5F092BC03

(57)【要約】

【要約】 非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリセルユニットを製造する為の方法（５０）であって、メモリセルユニットが、導体トラックと、導体トラックに配置されて自由磁化した少なくとも一つの磁性領域を具備するパッドとを具備する方法であり、少なくとも一つの延伸した第１磁性層を具備する複数の延伸層の積層体を作成するステップ（１００）と、積層体の上面にマスクを堆積するステップ（２００）と、マスクを担持する積層体の上面のイオン照射を通して延伸した第１磁性層に第１磁性領域を画定するステップ（４００，５００）とを包含して、第１磁性層を形成する材料の磁気特性を改変するようにイオン照射のパラメータが適応される。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントを製造する為の方法（５０）であって、前記メモリポイント（１）は、導電性トラック（４）と、前記導電性トラックに配置されて自由磁化した少なくとも一つの第１磁性領域（１１）を含むパッド（５）とを含み、
少なくとも一つの延伸した第１磁性層（１１１）を含む複数の延伸層による積層体（１０１）を製作するステップ（１００）と、
前記積層体（１０１）の上面にマスク（２２０）を堆積するステップ（２００）と、
前記マスクを担持する前記積層体の前記上面のイオン照射により延伸した前記第１磁性層（１１１）に前記第１磁性領域（１１）を画定するステップであって、前記イオン照射のパラメータが前記第１磁性層（１１１）の構成材料の磁気特性を改変するように適応される（４００，５００）、ステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記イオン照射により、前記マスクの存在のために前記イオン照射中に露出されない前記第１磁性層（１１１）の区域の磁気特性を保持しながら、前記イオン照射中に露出される前記第１磁性層（１１１）の区域の磁気特性を改変できる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

イオン照射による前記画定するステップは、照射期間中に、前記マスクを担持する前記積層体の前記上面に対するイオン発生源の相対変位を含み、前記照射の前記パラメータは、前記照射期間全体に露出している区域の磁気特性を除去するように適応されているが、前記照射期間のうちわずかの間のみ露出している区域の前記磁気特性を除去するのには不充分である、請求項１又は請求項２に記載の方法。

【請求項4】

イオン照射による前記画定するステップは、第１照射方向（ｄ１）での第１照射（４００）と、続く第２照射方向（ｄ２）での第２照射（５００）とを含み、前記第１照射及び前記第２照射のパラメータが、前記第１照射中と前記第２照射中の両方に露出される区域の磁気特性を除去するのに充分であるが、前記第１照射中のみ又は前記第２照射中のみ露出される区域の磁気特性を除去するのには不充分であるように選択される、請求項１又は請求項２による方法。

【請求項5】

前記第１イオン照射と前記第２イオン照射との間に、前記マスクを改変するステップを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記イオン照射は、好ましくは１０ｋｅＶと１００ｋｅＶの間、さらにより好ましくは３０ｋｅＶに等しい低エネルギーの軽イオン、好ましくはＨｅ＋を、１０^１４イオン／ｃｍ^２と１０^１７イオン／ｃｍ^２の間、好ましくは１０^１６イオン／ｃｍ^２に等しい強度で実行される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記マスク（２２０）を前記堆積するステップの後でイオン照射による前記画定するステップの前に、イオン照射中に使用されるイオン流が前記第１磁性層（１１１）に達し得るように、堆積された前記マスク（２２０）の周囲で前記積層体（１０１）の上層をエッチング加工することに存するエッチング加工ステップ（３００）を含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

複数の延伸層の積層体（１０１）を製作するステップ（１００）は、導電層（１０４，１１０）と前記第１磁性層（１１１）と中間層（１１２）と第２磁性層（１１３）と電極層（１１４）とを半導体基板（１０２）に重ねることにより成る、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

イオン照射による前記画定するステップの後に、前記マスクを除去することと、前記パッドのいずれかの側で導電性トラックを露出させるように前記積層体をエッチング加工することと、前記導電層（４）の両端部の各々とともに前記パッド（５）に電極（Ａ，Ｂ，Ｃ）を製作することとに存する前記メモリポイント（６００）を仕上げるステップを含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の前記製造方法（５０）を実行することにより得られる非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイント（６０１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の全般的分野は、非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭタイプの不揮発性メモリの分野である。より詳しくは、本発明はＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントを製造する為の方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＲＡＭ（「磁気ランダムアクセスメモリ」）は、厚さの小さい複数の領域による積層体で構成されるパッドを有するメモリポイントを含む。この複数の領域は、自由磁化を有する少なくとも一つの第１磁性領域と、固定磁化を有する第２磁性領域と、第１及び第２磁性領域の間の境界面にトンネル障壁を形成する領域とを含む。

【0003】

第１及び第２磁性領域における磁化の方向は、これらの領域の平面に対して平行であるか、又はこれらの領域の平面に対して垂直であるかであり得る。本明細書では、垂直磁化方向の事例が詳しく記載されるが、この教示は平行磁化方向の事例にもそのまま拡張される。

【0004】

第１磁性領域の磁化方向により２進情報を記憶すること可能である。

【0005】

ＳＴＴ‐ＭＲＡＭ（スピン移行トルクＭＲＡＭ）メモリポイントについては、パッドを通して（すなわち領域の面に対して垂直に）書込み電流を注入することにより２進情報の書込みが行われ、そしてまたパッドを通して読取り電流を注入することにより記憶情報の読取りが行われる。

【0006】

この技術は、幾つかの短所、とりわけ、高い書込み電流密度によるメモリの急速な経年変化に関係する書込み速度の低下と、ＳＴＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントアレイ内の読取り及び書込みステップの間のエラーのリスクがある。

【0007】

それゆえ、ＳＯＴ‐ＭＲＡＭ（スピン軌道トルクＭＲＡＭ）メモリポイントが提供されており、その為に導電性トラックの中央にパッドが配置され、トラックの二つの端部には電極が装着されている。

【0008】

そして、導電性トラックを通して、すなわちパッド領域の面に対して平行に二つの電極の間に書込み電流を注入することにより書込みが行われ、一方で、パッドを通して領域の平面に対して垂直に読取り電流を注入することによりＳＴＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントについて読取りが行われる。

【0009】

しかしながら、効果的に作動させる為に、ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントは、書込み電流の注入方向と同一線上の成分を有する外側磁気バイアス磁場に置かれるべきである。それでも、このような磁場を発生させる為の手段は、ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリを統合する際の主な難題の原因である。

【0010】

そういうわけで、より最近には、非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントが提供されている。例えば、特許文献１は、非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントの多様な実施形態を記載している。

【0011】

上述の文献では、パッド領域の平面に対して垂直であり、かつ導電性トラックへの書込み電流の注入方向に対して平行である基準平面についてもはや対称的でないようにパッドを成形することにより、結果的に非対称性が得られる。

【0012】

この幾何学的非対称性は、基準平面についてのミラー対称性に中断を生じることを可能にし、これは外側磁気バイアス磁場の印加と実質的に同じ効果を有する。非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントにより、外側磁場を使用することはもはや必要でない。

【0013】

パッドはさらに、導電性トラックへの電流の注入方向に応じて第１磁性領域の磁化の変動を可能にする先端を有すると有利である。これらの先端は非常に小さく、パッドの工業生産をさらにより困難にする。

【0014】

非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントの価値は今では証明されているので、これらの不揮発性メモリデバイスを工業規模で製造するという問題が生じる。

【0015】

実際に、研究所では、工業使用に適合したサイズ、一般的には１００ｎｍ未満でサンプルを製造する為に実行される方法は、一般的に電子線リソグラフィを使用する。

【0016】

これらの方法は、非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリパッドを必要な精度で画定するのを可能にするが、製造速度の低下により特徴づけられる。これはとりわけ、各メモリポイントの形状を画定するのに使用される樹脂の日射を行うのに電子ビームを移動させる必要があることによる。それゆえ、このような方法は、例えば、３００ｍｍの半径のある半導体ウェハに数十億のメモリポイントを可能な限り迅速に構築することが試みられる工業生産には適合していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】仏国特許発明第３０３１６２２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

それゆえ、本発明の目的は、とりわけ、業界で必要とされる処理量でＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントを製造する為の方法を提供することによりこの問題を解決することである。

【課題を解決するための手段】

【0019】

その為に、本発明の一つの目的は、非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントを製造する為の方法であり、メモリポイントは、導電性トラックと、導電性トラックに配置されて自由磁化した少なくとも一つの磁性領域を含むパッドとを含み、この方法は、少なくとも一つの延伸した第１磁性層を含む複数の延伸層による積層体を製作するステップと、積層体の上面にマスクを堆積するステップと、マスクを担持する積層体の上面へのイオン照射により延伸した第１磁性層に第１磁性領域を画定するステップであって、イオン照射のパラメータが、第１磁性層の構成材料の磁気特性を改変するように適応されている、ステップとを含む点で特徴づけられる。

【0020】

特定の実施形態によれば、方法は、別々に、あるいは技術的に可能な組合せにより採用される以下の特徴のうち一以上を含む。
イオン照射により、マスクの存在のためにイオン照射中に露出されない第１磁性層の区域の磁気特性を保持しながらイオン照射中に露出される第１磁性層の区域の磁気特性を改変できる。
イオン照射による画定するステップは、照射方向を改変するように、マスクを担持する積層体の上面に対するイオン発生源の照射期間中の相対変位を含み、照射パラメータは、照射期間全体にわたって露出される区域の磁気特性を除去するのに充分であるが照射期間のうちわずかのみに露出される区域の磁気特性を除去するのには不充分であるように適応化される。
イオン照射による画定するステップは、第１照射方向での第１照射と、続く第２照射方向での第２照射とを含み、第１照射及び第２照射のパラメータは、第１照射中と第２照射中の両方に露出される区域の磁気特性を除去するのに充分であるが、第１照射中のみあるいは第２照射中のみに露出される区域の磁気特性を除去するのには不充分であるように選択される。
方法は、第１及び第２イオン照射の間にマスクを改変するステップを含む。
イオン照射は、好ましくは１０ｋｅＶと１００ｋｅＶの間、より好ましくは３０ｋｅＶに等しい低エネルギーの軽イオン、好ましくはＨｅ^＋を、１０^１４イオン／ｃｍ^２と１０^１７イオン／ｃｍ^２の間、好ましくは１０^１６イオン／ｃｍ^２に等しい強度で実行される。
方法は、マスクを堆積するステップの後でイオン照射による画定するステップの前に、イオン照射中に使用されるイオン流が第１磁性層に達することができるように堆積されるマスクの周囲で積層体の上層をエッチング加工することに存するエッチング加工ステップを含む。
複数の延伸層による積層体を製作するステップは、導電層と第１磁性層と中間層と第２磁性層と電極層とを半導体基板に重ねることに存する。
方法は、イオン照射による画定するステップの後に、マスクを除去することと、パッドのいずれかの側で導電性トラックを露出させるように積層体をエッチング加工することと、導電層の端部の各々とともにパッドに電極を製作することとに存するメモリポイントを仕上げるステップを含む。

【0021】

発明の一つの目的は、上記方法を実行することにより得られる非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントでもある。

【図面の簡単な説明】

【0022】

非限定的な例としてのみ挙げられる特定実施形態についての以下の詳細な説明を読むと、本発明とその利点がより良く理解され、この説明は添付図面を参照して行われる。

【図1】垂直磁化タイプの非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭのメモリポイントの理論的表示である。

【図2】図１に表示されているタイプのメモリポイントを得ることを可能にする、本発明による製造方法の一実施形態についてのブロックとしての表示である。

【図3】図２の方法のステップの各々の終了時に得られるコンポーネントを表示する。

【図4】図２の方法のステップの各々の終了時に得られるコンポーネントを表示する。

【図5】図２の方法のステップの各々の終了時に得られるコンポーネントを表示する。

【図6】図２の方法のステップの各々の終了時に得られるコンポーネントを表示する。

【図7】図２の方法のステップの各々の終了時に得られるコンポーネントを表示する。

【図8】図２の方法のステップの各々の終了時に得られるコンポーネントを表示する。

【図9】図２の方法を実行することにより得られるメモリパッドを詳しく表示している。多数のメモリポイントを半導体ウェハに同時に製造する為の図２の方法の工業的実行を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

１．製造されるメモリデバイス
製造が予定されるメモリポイントの一例が図１に表示されている。これは垂直磁化タイプの非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭのメモリポイントである。

【0024】

このメモリポイント１は、導電性トラック４の上方にパッド５を具備する。導電性トラック４は好ましくは基板２に形成される。

【0025】

例えば、基板２は、酸化ケイ素でコーティングされたシリコンウェハから成る。

【0026】

導電性トラック４は、導電性材料、例えば銅Ｃｕなどの金属で製作される。領域１０に使用可能な材料は、下記のように、トラック４にも使用され得る。トラック４と層１０の両方に同じ材料が使用されると有利である。代替的に、層１０は単にトラック４の肉厚部である。

【0027】

導電性トラック４は方向ｊに沿って直線的である。

【0028】

両端部の近傍で、導電性トラック４は、端子Ａ及びＢをそれぞれ構成する電極２０及び２１を担持している。

【0029】

パッド５は、導電性トラック４の実質的に中央に配置される。

【0030】

パッド５は、厚さの小さい領域を重ね合わせたものを具備する。この領域は、導電性トラック４の平面に対して直交する垂直方向ｎに沿って積層される。

【0031】

領域は、単一の材料から、あるいは異なる材料による幾つかの単層の積層体から形成され得る。

【0032】

このようにして、パッド５は、導電性トラック４から始めて、垂直方向ｎに沿って、導電性接触領域１０と第１磁性領域１１と中間領域１２と第２磁性領域１３と電極領域１４とを連続で具備する。

【0033】

導電性接触領域１０は導電性材料で製作される。例えば、Ｐｔ（白金）、Ｗ（タングステン）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｂｉ（ビスマス）、又はＨｆ（ハフニウム）などの非磁性金属、あるいはこれらの金属の幾つかの合金、あるいはこれらの金属又はこれらの金属の合金の一部による幾つかの単層の積層体であり得る。これは、磁性材料、一般的にはＰｔＭｎ（白金マンガン）、ＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）、ＦｅＭｎ（鉄マンガン）などの反強磁性材料でもよい。

【0034】

導電性接触領域１０は、０．５ｎｍと２００ｎｍの間、好ましくは０．５ｎｍと１００ｎｍの間、より好ましくは０．５ｎｍと３ｎｍの間の厚さを有する。

【0035】

導電性トラック４は第１磁性領域１１の構成材料の成長に適しておりスピン軌道トルク（ＳＯＴ）メカニズムの発生を可能にすると仮定すると、導電性接触領域１０は省略されてもよい。その際にトラック４は一般的に、導電性接触領域１０について上に挙げられた材料から成る。

【0036】

第１及び第２磁性領域１１及び１３は、磁性材料又は複合磁性材料、あるいは磁性及び非磁性材料の幾つかの単層で製作される。例えば、ＦｅＰｔ（鉄白金）、ＦｅＰｄ（鉄パラジウム）、ＣｏＰｔ（コバルト白金）など独自の垂直磁気異方性を有する合金、あるいはＧｄＣｏ（ガドリニウムコバルト）又はＴｂＦｅＣｏ（テルビウム鉄コバルト）など希土類／遷移金属合金であり得る。近傍の領域との境界面により誘発される垂直磁気異方性を有する金属又は合金、とりわけＣｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、ＣｏＦｅ（コバルト鉄）、ＣｏＦｅＢ（コバルト鉄ホウ素）、ＦｅＢ（鉄ホウ素）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｙ（ピリジン）、ＣｏＮｉ（銅ニッケル）でもよい。

【0037】

第１磁性領域１１は、０．７ｎｍと３ｎｍの間、より正確には０．８ｎｍと１．４ｎｍの間の厚さを有する。

【0038】

第２磁性領域１３は、第１領域１１のものより通常大きい厚さを有する。実際には、幾つかの単層を重ねることにより製作されることが多い。

【0039】

中間領域１２は非磁性材料で製作される。領域１２の材料は導電性であるが、好ましくは絶縁性である。例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＳｉＯ（一酸化ケイ素）、ＡｌＯ（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＴａＯ（酸化タンタル）、ＨｆＯ（酸化ハフニウム）、あるいはＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）などの誘電性窒化物でもよい。

【0040】

本明細書で言及される材料の化学式は、その成分間の化学量を指定していないという意味で、とりわけ検討対象の材料を形成する結晶ではこの化学量が実現されないので包括的であることが留意されるべきである。

【0041】

例えば、中間領域１２は０．５ｎｍと２００ｎｍの間、好ましくは０．５ｎｍと１００ｎｍの間、より好ましくは０．５ｎｍと３ｎｍの間の厚さを有する。

【0042】

いずれにしても、中間領域１２は、絶縁材料から成る場合には、トンネル効果により電子が通過するのに充分なほど薄い。

【0043】

電極領域１４は導電性材料で製作される。領域１４は電気端子Ｃを構成する。

【0044】

パッド領域の平面に対して垂直な磁化したメモリポイントの事例では、垂直方向ｎに非対称のシステムを作出するように非磁性領域１０及び１２の間に構造的な相違が好ましくは存在する。この相違は、とりわけこれら二つの領域の材料、厚さ、あるいは材料の成長モードの相違から結果的に生じ得る。

【0045】

やはり垂直磁化した持つメモリポイントの事例では、第１及び第２磁性領域１１及び１３の磁性材料は、垂直方向ｎに向けられた磁化を有するような条件で形成される。

【0046】

第２磁性領域１３の磁性材料は、永久磁化方向（捕捉磁化）を保持するような条件で形成される。例えば、第２磁性領域１３の磁化は垂直方向ｎと同じ方向である。

【0047】

他方で、第１磁性領域１１の磁性材料は、磁化方向が改変することができる（自由磁化）ような条件で形成される。したがって、第１磁性領域１１の磁化は、垂直方向ｎと同じ方向（「上」配向）と、垂直方向ｎと反対の方向（「下」配向）のいずれかである。

【0048】

図１に表示されていない電流発生器は、導電性トラック４を通した端子Ａ及びＢの間での書込み電流の循環を可能にする。書込み電流は、導電性トラック４の平面において実質的に方向ｊに沿っていずれかの方向に循環する。

【0049】

メモリポイント１の「プログラミング」、すなわち一方向又は他方向における第１磁性領域１１の磁化配向の変動は、方向ｊに沿って、すなわちパッド５の構成領域の平面に対して平行に、書込み電流を循環させることにより行われる。

【0050】

導電性トラック４における書込み電流の循環方向（端子Ａ及びＢの間での方向ｊと、端子Ｂ及びＡの間での方向ｊと反対の方向のいずれか）に応じて、「上」又は「下」の磁化方向を選択することにより第１磁性領域１１がプログラミングされる。

【0051】

メモリポイント１の状態を読み込む為に、端子Ｃと端子Ａ又はＢのいずれかとの間に（図１に表示されていない読取り回路により）読取り電圧が印加される。パッド５の抵抗の測定値は、第１及び第２磁性領域１１及び１３の間での相対的な磁化方向を示す。

【0052】

外側磁気バイアス磁場がなくてもこの作用が有効となる為に、方向ｊ及びｎにより規定される基準平面についての幾何学的非対称性がパッド５により導入される。

【0053】

このようにして、図１に示されている実施形態では、パッド５は上面図で「Ｖ」形状を有するように成形される。基準平面はパッド５の対称平面（例えば、パッド５により形成される「Ｖ」の先端部分の２等分線に沿った平面など。先端部分はパッド５により形成される「Ｖ」の２本の横アームの始点である）と一致しないように、導電性トラック４上にパッドが配置される。

【0054】

２．本発明による製造方法についての概略情報
概略的に言えば、本発明による製造方法では、イオン照射技術が実行される。

【0055】

イオン照射は、材料をエッチング加工するか、又は原子を注入することにより材料の構造を改変するのに当該技術で使用される周知の技術である。

【0056】

しかしながら、いくつかの条件（使用されるイオンの性質、イオンビームの強度、露出時間等）では磁性材料の特性がイオン照射により変更され得ることが、最近、確認されている。イオン流を磁性材料に照射することにより、とりわけ、おそらくはこれが完全に取り除かれるまでこの磁性材料の磁化の幅を減少させることが可能である。

【0057】

本発明による方法はこの特性を使用して、その形状が製造されるパッドの第１磁性領域のものに対応する磁性領域を、磁性材料で製作された延伸した磁性層において範囲を定める。

【0058】

その為に、非ゼロの入射角度でイオン照射が行われる間に、マスキング柱体により延伸した磁性層に投じられる陰影が、陰影区域の内側の磁気特性の改変を防止するような手法で、延伸した磁性層の上方にマスキング柱体が配置される。他方で、陰影区域の外側では、磁性材料の磁気特性が変更されるかあるいは完全に取り除かれる。

【0059】

多様な入射方向（すなわち多様な入射平面及び／又は多様な入射角度）について照射ステップを行うことにより、製作されるパッドの第１磁性領域の輪郭を延伸した磁性層に正確に描くようにマスキング柱体により投じられる陰影を移動させることが可能であると、有利である。

【0060】

３．図１のメモリポイントを製造する為の本発明による方法の一実施形態の詳細な説明
図２を参照してより正確に記すと、製造方法５０は以下のステップを含む。

【0061】

ステップ１００では、複数の延伸層を重ねることにより積層体が製作される。これらの延伸層の性質とこれらが重ねられる順序は、製造されるメモリポイント、この事例において本実施形態では、図１のメモリポイント１に対応する。

【0062】

図３に表示されているように、ステップ１００の終了時において、得られるコンポーネント１０１は、基板１０２と導電性トラック１０４と導電性接触層１１０と第１磁性層１１１と中間層１１２と第２磁性層１１３と電極層１１４とを含む。

【0063】

ステップ２００で、一次マスキング柱体が延伸層による積層体に堆積される。

【0064】

これは、例えば、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、又はＰｔ（白金）などの金属材料、あるいはＵＶ（紫外）光又は電子ビームにより構築され得る樹脂で製作される。後者の可能性は工業用途について好適である。

【0065】

これは、周知の構築技術を使用して容易に製作され得る形状、例えば円形底部を備える円筒体を有する。一次マスキング柱体は高さＨ０と直径Ｄ０とを有する。

【0066】

一次マスキング柱体の製作は、例えば、フォトレジストの層を堆積することにより行われる。そしてＵＶリソグラフィにより、おそらくはその後で柱体の側面形状を整えるイオンエッチング加工により、この肉厚層に柱体が成形される。成形ステップ中に材料が消費されるので、一次マスキング柱体に必要な高さＨ０が成形終了時に得られるように初期層の厚さが選択される。

【0067】

図４に表示されているように、ステップ２００の終了時に得られるコンポーネント２０１は、延伸層による積層体の上方に一次マスキング柱体２２０を有する。これは、製造されるパッド５の「Ｖ」形状の先端部分となるはずのものとの垂直整合位置にある。

【0068】

ステップ３００では、例えば第１磁性層１１１の上面が露出されるまで、一次マスキング柱体の周囲にある積層体の延伸上層を取り除くように従来の技術を実行することにより、一次マスキング柱体を担持する積層体がエッチング加工されると、有利である。

【0069】

一次マスキングパッドの整形ステップに連続するものとしてエッチング加工ステップが行われ得ることに留意されるべきである。

【0070】

図５では、ステップ３００の終了時に得られるコンポーネント３０１が表示されている。積層体の下層がエッチング加工により改変されない場合に、積層体の上層はこの時、製作されるパッド５の対応領域に限定されている。このようにして、コンポーネント３０１は、中間領域３１２と第２磁性領域３１３と電極領域３１４とを有する。これらの上部領域と、その上にある一次マスキング柱体２２０とが、マスキング柱体３２０を共に形成する。

【0071】

マスキング柱体は一般的に、１０ｎｍと１５０ｎｍの間の高さＨ、好ましくは５０ｎｍの高さＨと、５ｎｍと１００ｎｍの間の直径Ｄ、好ましくは１０ｎｍと３０ｎｍの間の直径Ｄとを有する。

【0072】

それゆえ一次マスキング柱体の高さＨ０と直径Ｄ０とは、所望の高さＨ及び直径Ｄと上層の厚さとに応じて選択される。

【0073】

次に、第１イオン照射ステップ４００が行われる。

【0074】

イオン流は、第１入射方向ｄ１（図６）の向きである。第１入射平面は第１入射方向ｄ１と垂直方向ｎとにより規定される。導電性トラックの平面では、第１入射平面は、方向ｊと第１角度ａ１を形成する。第１入射平面において、イオン流は、垂直方向ｎと第１入射角度ｉ１を形成する。

【0075】

このステップ中には、マスキング柱体３２０により延伸した第１磁性層４１１に第１陰影４２１が投じられる。

【0076】

マスキング柱体３２０の高さＨと第１入射方向ｄ１とは、この第１陰影４２１がパッドに望ましい「Ｖ」形状の第１アームの輪郭と一致するように選択される。

【0077】

この第１陰影４２１の内側に位置し、それゆえイオン流に露出されない延伸した第１磁性層４１１の一部は、その磁気特性を保持する。

【0078】

他方で、投影されたこの陰影の外側に位置し、それゆえイオン流に露出される磁性層４１１の一部は、その磁気特性を徐々に失う。第１イオン照射のパラメータは、ステップ４００の終了時に磁化幅が少なくとも半分になるように選択される。

【0079】

これは図６に表示されており、図６において、ステップ４００の終了時に得られるコンポーネント４０１は、区域４２３で最大磁化幅Ｍを、区域４２２で磁化幅Ｍ／２を有する第１磁性層４１１を含む。

【0080】

そして、第２イオン照射ステップ５００が行われる。

【0081】

イオン流は、第２入射方向ｄ２の向きである。第２入射平面は、第２入射方向ｄ２と垂直方向ｎとにより規定される。導電性トラックの平面において、入射平面は方向ｊと第２角度ａ２を形成する。この第２入射平面において、イオン流は、垂直方向ｎと第２入射角度ｉ２を形成する。

【0082】

このステップ中には、マスキング柱体３２０により延伸した第１磁性層に第２陰影５２１が投じられる。

【0083】

例えば、照射中に、マスキング柱体３２０により投じられる第２陰影はパッドに望ましい「Ｖ」形状の第２アームの輪郭の範囲を定め、第２角度ａ２は１８０°－ａ１に等しく、第２入射角度ｉ２はｉ１に等しい。

【0084】

第２陰影の内側に位置し、それゆえイオン流に露出されない延伸した第１磁性層４１１の一部は、第１照射（ステップ４００）の後に得た磁気特性を保持する。

【0085】

他方で、この第２陰影の外側に位置し、それゆえイオン流に露出される延伸した性層４１１の一部は、その磁気特性を徐々に失う。

【0086】

例えば、磁化幅Ｍを２で割る為に、第２イオン照射のパラメータは第１照射のパラメータに等しくなるように選択される。

【0087】

そしてステップ５００の終了時に得られるコンポーネント５０１は、以下を含む第１磁性層５１１を有する。
第１及び第２陰影４２１，５２１の交点にあって（またマスキング柱体３２０の下に延在して）、磁化幅Ｍを有し、磁性材料が露出されていない区域５３１。
第１陰影４２１の内側で区域５３１に対して相補的であって、磁化幅Ｍ／２を有し、第２イオン照射５００中に磁性材料が露出された区域５３２。
第２陰影５２１の内側で区域５３１に対して相補的であって、磁化幅Ｍ／２を有し、第１イオン照射４００中に磁性材料が露出された区域５３３。
第１陰影４２１の外側かつ第２陰影５２１の外側にあって、ゼロ磁化幅を有し、第１イオン照射４００中と第２イオン照射５００中の両方で磁性材料が露出された区域５３４。

【0088】

こうして、パッドの第１磁性領域の形状が延伸した第１磁性層５１１で「モデリング」された。

【0089】

最終仕上げステップ６００では、電極領域１４を露出させて端子Ｃを形成するように一次マスキング柱体２２０が除去される。一次マスキング柱体が樹脂で製作される時には、この作業が必要である。他方で、導電性材料で製作され、かつそれゆえ読取り電流の循環を可能にする時には、一次マスキング柱体は保持され得る。

【0090】

延伸した第１磁性層５１１は、導電性トラック４を露出させるようにエッチング加工される。このエッチング加工ステップは奥行において正確であるが、パッドの磁気活性領域が照射により正確に範囲が定められるので、側面が正確である必要はない。端子Ａ及びＢを形成するように、電極２０及び２１が導電性トラック４の端部に配置される。

【0091】

したがって、図８に表示されているように、方法５０を実行することにより得られるメモリポイント６０１の形状は、メモリポイント５のものと正確に対応するわけではない。パッド６０５は、基板２上の導電性トラック４とパッド５のような上層１２，１３，１４とを含むが、パッド５の層１０及び１１のものとは異なる形状を有して、より延伸され、例えば矩形を有する導電性接触層６１０と第１磁性層６１１とを有する。この第１磁性層６１１で、磁気活性領域すなわちパッド６０５の第１磁性領域は、所望の幾何学的非対称性を備えるように正確に範囲が定められる。メモリポイント６０１は実際には、この事例では垂直磁化をした非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭタイプのものである。

【0092】

読取り時に、パッド６０５の電気抵抗を測定することにより判断されるのは、中間領域１２により設けられるトンネル接合の各側での相対的な磁化配向であるので、パッドの第１及び第２磁性領域が同じ幾何学形状を有していないという事実は問題ではない。

【0093】

代替的に、上層の形状は一次マスキング柱体のフットプリントに対応することに留意すべきである。後者が円筒形以外の幾何学形状を有する場合には、上層の幾何学形状はこれを反映するだろう。

【0094】

最後に、イオンの侵入長Ｒから見て、イオンに露出されるパッドの側面の下に位置する第１磁性層の材料の一部が照射され、この箇所の磁性を改変する。入射角度が小さいと、この一部の延在範囲が広くなる。それゆえ、第１磁性領域を画定することが望ましい、投じられた陰影の延在範囲から見て、照射パラメータについての妥協点を見つける必要がある。一つの解決法は、とりわけ、侵入長Ｒを減少させるようにイオンビームのエネルギーを低下させることである。

【0095】

それゆえ、本発明による方法の実行の結果として得られるメモリポイントの外部形状が、少なくとも第１非対称磁性領域（自由磁化）を含むパッドの下層においてとりわけ、理論的なメモリパッドの外部形状と異なっており、これら下層の外部形状は任意（例えば対称的）であることに当業者は気付くだろう。それゆえ、製作の手法、すなわち本発明の方法の多様なステップをメモリポイントは反映している。言い換えると、この方法の実行により得られるメモリポイントはこの方法に特有である。

【0096】

４．工業生産
図９に概略的に表示されているように、上に提示された方法により、多数のメモリポイントが基板ウェハ７００に同時に生産され得る。

【0097】

図９に示されているように、多様な延伸層の成長後に、マトリクスパターンに従って一次マスキング柱体が堆積される。

【0098】

第１方向ｄ１での第１照射（図９の左側）により、全てのパッドに望ましい「Ｖ」形状の第１アームをモデリングすることが可能である。

【0099】

第２方向ｄ２での第２照射（図９の右側）により、全てのパッドに望ましい「Ｖ」形状の第２アームをモデリングすることが可能である。

【0100】

方法ステップの実行の終了時に、一次マスキング柱体の初期パターンに従って配置されたパッド６０５の集合を担持する基板ウェハ７００が得られる。

【0101】

したがって、図２のステップを１回反復すると、多数のメモリポイントが同時に製造される。

【0102】

それゆえ、この方法は非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントの製造の工業化を可能にすることを当業者は理解するだろう。

【0103】

５．イオン照射のパラメータ
好ましくは、イオン照射は軽イオン、好ましくはＨｅ＋の照射である。

【0104】

これらのイオンは、１０ｋｅＶと１００ｋｅＶの間、例えば３０ｋｅＶの低エネルギーを有する。

【0105】

イオン流の強度はその流束量で特徴付けられる。これは１０^１４イオン／ｃｍ^２と１０^１７イオン／ｃｍ^２の間、好ましくは１０^１６イオン／ｃｍ^２である。

【0106】

このような特性により、イオンビームは、カスケード衝突を伴わず、また物理エッチング加工や原子の注入を伴わずに、原子の均衡位置の周囲での数オングストロームの原子変位のみを誘発する。これは、磁性材料が除去されるまでその全体的な磁化の調整を可能にする。それゆえ、低エネルギービームは、照射により誘発される材料への原子の混合により被制御手法で材料の構造を改変することを可能にする。

【0107】

工業用途では、断面全体にわたって実質的に一定の入射角度で半導体ウェハのものなど大きな表面を照射できるようにイオンビームが広い断面を有すると有利である。

【0108】

マスキング柱体の底部において陰影効果により照射されない部分は、横延在範囲ｄを有する。

【0109】

第１概算：ｄ＝Ｈ×ｔａｎ（ｉ）について、Ｈはマスキング柱体の高さであり、ｉはイオンの入射角度（垂直ビームについては０°、水平ビームについては９０°）である。

【0110】

高さＨ＝５０ｎｍ、ｉ＝０°についてｄ＝０、ｉ＝４５°についてｄ＝５０ｎｍ、ｉ＝８０°についてｄ＝２８０ｎｍのマスキング柱体を仮定する。

【0111】

このようにして、イオンビームのパラメータ、マスキング柱体のパラメータ、および製作されるパッドの形状のパラメータに応じて、入射角度は０°から９０°の範囲である。

【0112】

所与の材料でのイオンの侵入長Ｒは、イオンのエネルギーとビームの強度とに応じた重要なパラメータである。それゆえ、侵入長Ｒは、第１磁性層に達するように照射される材料の厚さに応じて規定される。上記の強度及びエネルギーは、広範囲の侵入長Ｒ、結果的に通過する厚さについての考察を可能にする。

【0113】

侵入長を考慮に入れると、陰影効果により全く照射されない部分は横延在範囲ｄ：ｔａｎ（ｉ）×［Ｈ－Ｒ×ｃｏｓ（ｉ）］を有し、Ｈはマスキング柱体の高さ、ｉはイオンの角度、Ｒはイオンの侵入長である。

【0114】

例えば、２０ｋｅＶのエネルギーについて、侵入長Ｒは一般的に６０ｎｍである。高さＨ＝５０ｎｍのマスキング柱体では、θ＝０°についてｄ＝０、ｉ＝４５°についてｄ＝８ｎｍ、ｉ＝８０°についてｄ＝２００ｎｍである。

【0115】

６．製造方法の代替実施形態
上に記載された方法は多様な手法で改変され得る。

【0116】

マスキング柱体をエッチング加工した後には、照射ステップの為のマスクとしてパッドの金属上層のみを使用して、一次マスキング柱体から樹脂を取り出すことが好ましい。

【0117】

第１磁性層を露出させるエッチング加工ステップを実行することは必要でない。これは、とりわけ第１磁性層の上方に位置する層の特徴を考慮して、侵入長Ｒに応じたものである。第１磁性層の上方に位置する層の全て又は一部を取り除く必要なく照射により第１磁性層の磁化を改変することが可能である場合には、加速によって方法の実行を促進する為のみならば、それを行なわないことが好ましい。

【0118】

そのうえ、ステップの順序が改変され得る。例えば、下層に限定された部分的積層体を設けることが考えられ、露出する延伸層は第１磁性層である。その際に一次マスキングパッドは第１磁性層に直接堆積され、イオン照射により、所望の幾何学形状をした領域がここに範囲が定められる。そして一次マスキングパッドが取り除かれると、パッドの構成要素としての上部領域、つまり中間領域、第２磁性領域、そして電極領域が堆積される。

【0119】

またそのうえ、この方法は、図１のパッドのもの以外の領域による積層体で構成されるパッドを製造することが予定される時にも改変され得る。例えば、導電性接触領域は、事実上は導電性トラックの肉厚部であり得る。この事例で、最終ステップは、延伸した導電層に食い込むようにエッチング加工を継続することに存する。

【0120】

やはり例えば、第２磁性層は好ましいが必要ではない。これを省略すると、積層プロセスが簡易化され、イオンビームに対する第１磁性層のアクセス性が高くなるのでエッチング加工ステップの費用を低下させる。

【0121】

別の幾何学形状を有するパッドを製造することが予定される時にも、方法が改変され得る。「Ｖ」形状パッドを製造する代わりに、例えば三角形パッドの製造が望ましい場合には、投射される陰影の経路がパッドの第１磁性領域に対応する三角形区域を第１磁性層において範囲を定めるように、イオン発生源が連続移動でマスキング柱体に対して変位される単一のステップにより、二つの照射ステップが置き換えられ得る。陰影区域の外側で磁性材料がその磁化を失い、陰影区域の内側で磁性材料が磁化の全て又は一部を保持するように、照射パラメータが調節される。

【0122】

やはり例えば、一部の幾何学形状は、マスキングパッドが別の幾何学形状で製作されること、及び／又は、第１及び第２照射の間にマスクの幾何学形状を改変するステップを必要とし得る。例えば、方向ｊに沿って直線的である中央部分と、中央部分に対して角度を成して配置される両端部の各々での先端部分とを含むパッドを製作することが望ましい。先端部分は、方向ｊ及びｎにより画定されるこの基準平面の同じ側に位置する。そして、第１マスキングステップでは、両端部の一方に第１円筒体を担持する平行六面体のバーを含むようにマスキングパッドが製作される。このようにして、第１照射は、中央部分の一部と製作されるパッドの第１先端部分とを磁性材料において範囲を定めることを可能にする。そして、第２マスキングステップでは、マスキングパッドから第１円筒体を除去することによりマスキングパッドが改変され、平行六面体のバーの他端部に第２円筒体が堆積される。そして、第２照射により、中央部分の一部と製作されるパッドの第２先端部分とを磁性材料において範囲を定めるのを可能にする。マスキングパッドの同じ側に残したままで垂直方向ｎを中心として発生源を回転させた後に第２照射が行われると、有利である。第２照射の角度は、例えば１８０°－ａ１に等しく、ａ１は第１照射の角度である。

【0123】

例えば、異なる数の照射ステップ、とりわけ単一の照射ステップが使用され得る。例えば、方向ｎ及びｊにより画定される基準平面についてそれでも非対称である単純な形状を画定することが望ましい。その際には、円筒形パッドと、０°及び９０°とは異なる角度ａ１を有する単一の方向ｄ１での照射とを使用して、単一のマスキングステップが使用される。その際には、磁性材料において範囲が定められる部分は、前述のように図９の左側の上面図に表示されている第１照射ステップ４００の後で得られる形状を有するだろう。この事例で、単一の露出で露出区域の磁化を解消するように、照射パラメータが調節される。その際に、残りのステップは、省略されるステップ５００を除いて前の記載と同一である。

【0124】

パッドの構成領域の平面に対して垂直な磁化の事例について方法が記載されたが、パッドの構成領域の平面に対して平行な磁化の事例にも等しく適用される。

【0125】

７．磁気特性の勾配による非対称性を持つパッドと本製造方法の限定的な事例
本方法では、とりわけメモリポイントの基準平面に対して直交する入射平面において、単一のイオン照射ステップでも非対称パッドを得ることが可能である。

【0126】

実際に、イオン照射中に、投じられた陰影は絶対的に正確には範囲が定められないので、続く照射では、投じられた陰影の縁部の近傍で磁性材料の磁気特性が勾配を有する。

【0127】

これはとりわけ、マスク形成柱体の上縁部に対応する、投じられた陰影の縁部に当てはまる。基準平面に対して直交する入射平面で照射が行われる事例では、その際にこの勾配は方向ｊ及びｎに対して垂直に配向される。それでも、この磁化勾配は、方向ｊ及び方向ｎにより画定される基準平面についてのミラー対称性を中断する。結果的に、この磁化勾配の存在は、製造されたパッドに非対称性を引き起こすのに充分である。事実上は、同じ磁化を有して楕円形であり、互いに入れ子状であって方向ｊに対して垂直に互いから偏心している基本の磁性単層の重ね合わせから成る第１磁性領域のようである。それゆえ、パッドの非対称性は幾何学的非対称性であるとも言える。開放範囲１０°，１８０°の入射角度を選択することで、単一のイオン照射により、基準平面に対して垂直な成分を有する勾配を得ること、それゆえ非対称ＳＯＴ‐ＭＲＡＭメモリポイントを製作することが可能になる。

【符号の説明】

【0128】

１ メモリポイント
２ 基板
４ 導電性トラック
５ パッド
１０ 導電性接触領域
１１ 第１磁性領域
１２ 中間領域
１３ 第２磁性領域
１４ 電極領域
２０ 電極
２１ 電極
１０１ コンポーネント
１０２ 基板
１０４ 導電性トラック
１１０ 導電性接触層
１１１ 第１磁性層
１１２ 中間層
１１３ 第２磁性層
１１４ 電極層
２０１ コンポーネント
２２０ 一次マスキング柱体
３０１ コンポーネント
３１２ 中間領域
３１３ 第２磁性領域
３１４ 電極領域
３２０ マスキング柱体
４０１ コンポーネント
４１１ 第１磁性層
４２１ 第１陰影
４２２ 区域
４２３ 区域
５０１ コンポーネント
５１１ 第１磁性層
５２１ 第２陰影
５３１ 区域
５３２ 区域
５３４ 区域
５３３ 区域
６０１ メモリポイント
６０５ パッド
６１０ 導電性接触層
６１１ 第１磁性層
７００ 基板ウェハ
Ａ 端子
Ｂ 端子
Ｍ 最大磁化幅
ａ１ 第１角度
ａ２ 第２角度
ｄ１ 第１照射方向
ｄ２ 第２照射方向
ｉ１ 第１入射角度
ｉ２ 第２入射角度
ｊ 方向
ｎ 垂直方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】