【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT0065
利用課題名 / Title
電圧制御型MRAMデバイスの要素技術開発
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
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
電子線リソグラフィ/ EB lithography,PVD,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
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)
落合 隆夫
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
佐々木 史雄
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
佐藤 平道
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
電圧制御磁気異方性効果を利用して書き込みを行う電圧制御型磁気ランダムアクセ スメモリ(VC-MRAM)は、従来のスピントランスファートルク型磁気ランダムアク セスメモリ(STT-MRAM)に対して信頼性、あるいは消費電力の点で優位性があり、 次世代のMRAMとして期待されている。 本研究は、300mmウェハプロセスによりVC-MRAMデバイスを作製し、量産の観 点からデバイス特性を評価することを目的とする。
実験 / Experimental
強磁性トンネル接合膜(MTJ)、およびハードマスク材料の成膜、マスクパターン露 光、MTJ加工、および保護膜形成の工程は300mmウェハプロセスにより実施した。 現状、電極加工工程のセットアップが未完了のため、以降の工程は20mm小片プロ セスにより実施した。 20mm小片プロセスは、Spin On Grass(SOG)による平坦化、エッチバックによる 頭出し、Au/Cr電極金属成膜、電極パターン露光、そして電極エッチングを行 いMRAMデバイスを作製した。 また、電気特性の評価はDC二端子測定により行った。 産総研ナノプロセシング施設では、AT-093高速電子ビーム描画装置を用いて電極パターンの形成を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
昨年度はビット歩留まりが数％と低いことが課題の一つであった。そこで、本年度はエッチング条件を最適化してビット歩留まりを向上することを目指した。エッチングされた元素の再付着を防ぐために、オーバーエッチング量を最適化することで、数%でであったビット歩留まりが最大92%まで改善することに成功した。Fig.1に磁気抵抗比(Magneto Resistance ratio: MR)を磁化平行状態時の素子抵抗(R_min)に対してプロットした図を示す。MRとR_minの中央値は、それぞれ152 ％と14 kOhmであった。MRについては、微細加工前の膜状態で223％であったことから、加工プロセスにより寄生抵抗の増加、あるいは微小な電流リークパスの発生など、MRを減少させる何等かの悪影響が発生したものと思われる。来年度は、MR比減少の改善と書き込み電流値や書き込みエラー率などのデバイス評価を行うことを目標としたい。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 磁気抵抗比(Magneto Resistance ratio: MR)の磁化平行状態時の素子抵抗(R_min)に対するプロット. (グラフでは明らかな不良データをフィルタリングしている.)
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)
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