【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
24RO0006
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）計測・分析/Advanced Characterization
【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,リソグラフィ/ Lithography,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,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)
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,畑中 開
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
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
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＝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MTJサイズ＝120 nm□の抵抗のヒストグラムを示している。パルス幅100 nsで1万回測定したときの読み出し電圧0.06 Vでの抵抗を示している。このMTJでは高抵抗と低抵抗の間の中間状態が発生しており、中間状態が2つ存在することがわかった。Fig.2はMTJサイズ=240 nm□における抵抗のヒストグラムを示している。このMTJでは中間状態が4つ出現することがわかった。Fig.1 とFig.2を比較するとMTJサイズが大きくなると出現する中間状態の数が増加することがわかった。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 MTJサイズ＝120 nm□における抵抗のヒストグラム
Fig.2 MTJサイズ＝240 nm□における抵抗のヒストグラム
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.
- C. Watanabe, Y. Miyazaki, J. Tsuchimoto, H. Hosoya, K. Yamanaka, Y. Amemiya and A. Teramoto, "Analysis of Intermediate State in MgO-based MTJ Switching," Ext. Abst. of 2024 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials, 653 (September 3rd, 2024).
- C. Watanabe, Y. Miyazaki, J. Tsuchimoto, H. Hosoya, K. Yamanaka, Y. Amemiya, and A. Teramoto, "Write Error Rate of Magnetic Tunnel Junction with Intermediate State," International Workshop on Nanodevice Technologies 2024, P13 (November 15th, 2024)
- Y. Miyazaki, C. Watanabe, J. Tsuchimoto, H. Hosoya, K. Yamanaka, Y. Amemiya, and A. Teramoto, "Evaluation of Switching Characteristics for Magnetic Tunnel Junction with Intermediate State," International Workshop on Nanodevice Technologies 2024, P14 (November 15th, 2024)
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