【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1199
利用課題名 / Title
トポロジカル物質を用いたユニバーサルメモリの研究開発（NEDO先導）
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
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）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）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
キーワード / Keywords
スピントロニクス、トポロジカル物質、磁気メモリ、磁気トンネル接合,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,電子顕微鏡/ Electronic microscope,光学顕微鏡/ Optical microscope,トポロジカル量子物質/ Topological quantum matter,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,エレクトロデバイス/ Electronic device,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)
蜂須賀 敦司
所属名 / Affiliation
TopoLogic株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
山口 萌花
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）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-704：高密度汎用スパッタリング装置
UT-505：レーザー直接描画装置 DWL66+2018
UT-711：LL式高密度汎用スパッタリング装置 (2018)
UT-603：汎用高品位ICPエッチング装置
UT-855：高精細電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
トポロジカル物質は、全く新しい物質のカテゴリーであり、これまでの絶縁体、金属、半導体とは全く異なる電子の流れや制御が可能な物質で、全く新しいバンド構造を持つ第４の物質カテゴリーに属し、全く新しい電子の流れ/制御が可能で、全く新しい電子デバイスの実現を目指している。TopoLogicではトポロジカル物質の薄膜を用いたデバイスのエンジニアリングに関わるノウハウを持っており、このノウハウを用いて、革新的な磁気メモリ（MRAM）の研究を行っている。本課題では磁気メモリ素子のデバイス構造を形成するための実験を行う。
実験 / Experimental
委託会社にて下層電極配線を形成し、弊社にてMRAMの磁気トンネル接合（Magnetic
tunnel junction, MTJ）素子となる積層膜をスパッタ法で積層する。 MTJの下層電極を定義するレイヤ(弊社ではSOTレイヤと呼ぶ,)を電子ビーム描画装置(EB露光装置：NIMS)で露光する。露光後、委託会社にてMTJ積層膜をMilling、武田クリーンルーム(CR)にてレジスト除去を行う。光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（SEM、 UT-855 ）でレジスト残渣の有無を確認する。
MTJ素子を定義するレイヤ(弊社ではMTJレイヤと呼ぶ)をEB露光装置(NIMS)で露光し、委託会社にてMTJ積層膜をMillingする。武田クリーンルームで以降の配線プロセスを処理する。スパッタリング装置(UT-704)でSiO2を堆積し、NMP液中でリフトオフを行い、MTJ素子の上部電極を露出させる。SEM(UT-855)でリフトオフ後の形状観察をする。
露光装置(UT-505)、スパッタリング装置(UT-711)、リフトオフにより上部電極を接続する最上層配線(Au/Ti)を形成する。スパッタリング装置(UT-704)、露光装置(UT-505)、ドライエッチング装置(UT-603)を用いて保護絶縁膜(SiO2)の形成、パッド上の開口を行う。図1にTop Metal 露光の光学顕微鏡検査像、図2にTop Metal 露光 SEM検査像、 図 3にTop Metalのリフトオフ後の光学顕微鏡検査像、図4にTop Metalのリフトオフ後のSEM検査を示す。
結果と考察 / Results and Discussion
SOTレイヤのレジスト除去は、薬液NMP(150℃)とST-120(50℃)を用いて1時間程度行ったが、ともにレジスト残渣があった。ST-120ではMTJ最表面層(Ru)に荒れも認められた。対策として超音波洗浄機中にNMP(常温)を入れ、ブラシ状の治具で５分程度擦る処理を施したところ、数μm程度の小さいパターンのレジストは除去できていたが、10μm程度以上の大面積パターンに残渣があった。
MTJ素子の上部電極を露出させるリフトオフに枚葉式自動リフトオフ装置(UT-509)を適用したが、全くリフトオフできていなかった。対策としてより強い機械的な力が必要と考え、超音波洗浄機中にNMP(常温)を入れ、へら状の治具で10分程度擦る処理を施したところ、約20%程度の素子のリフトオフができていなかった。
以降の工程は大きな問題はなくプロセスできていた。
SOTレイヤのレジスト除去、 MTJ素子の上部電極を露出させるリフトオフプロセスに問題があるため、今回のレジストマスクでMTJ膜をMillingするのではなく、W等の金属マスクでMTJ膜をMillingする構造、プロセスを検討する。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 Top Metal露光の光学顕微鏡検査像
図2 Top Metal露光のSEM検査像
図3 Top Metalのリフトオフ後の光学顕微鏡検査像
図4 Top Metalのリフトオフ後のSEM検査像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
NIMS ARIMの利用課題番号(電子線露光)：24NM0005
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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