紫外光励起局所プラズマを用いた極薄金属膜酸化プロセスと高品質トンネル接合膜の形成

利用紫外光激发局部等离子体的超薄金属膜氧化工艺并形成高质量隧道结膜

• 批准号: 15656079
• 负责人: 高橋 研
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15656079/
• 关键词: 磁気ランダムアクセスメモリ; 強磁性トンネル接合膜; 紫外光励起局所プラズマ; 酸化種; ラジカル・イオン; 原子状酸素; 酸化過程; オゾン

次世代固体メモリとして注目されている実用化間近の磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)における読み出し時のエラーレートの低減や高密度化や高速動作化のためには、強磁性トンネル接合(MTJ)において、高い磁気抵抗変化率を維持しつつ、接合抵抗を低減することが必要不可欠で、ピンホールなどの欠陥の少ない均一な組織を有する極めて薄い絶縁膜を作製しなければならない。本研究では、被酸化物であるAlの仕事関数より大きなエネルギーを有する紫外光をウエハに照射することによりAl表面から発生する光電子をウエハに印加する負のバイアス電界を用いて電界加速し、Al薄膜近傍の酸素分子に衝突させることで励起する酸化種のエネルギー準位を制御し、高品質な極薄絶縁層の作製を目指すものである。本年度は、エネルギー準位が原子状酸素ラジカル・酸素分子イオン(プラズマ酸化)より低く酸素分子(自然酸化)より高い原子状酸素を酸化種として用い、極薄金属Al膜をマイルドかつ高品質に酸化させることを試みた。金属Al膜の原子状酸素による酸化は、プラズマ酸化(酸化種:ラジカル・イオン)の場合に比較して、瞬時に形成される酸化膜厚(反応律速酸化膜厚)が4.5Åと極めて薄く(プラズマ酸化の場合は9Å)かつ拡散により形成される酸化速度(放物線速度定数)が1.1×10^<-17>cm^2/sと小さい(プラズマ酸化の場合は1.8×10^<-15>cm^2/s)ことがわかった。その結果、原子状酸素による酸化法を用いることにより、プラズマ酸化法を用いる場合に比較して、より薄い金属Al膜(5Å程度)の過不足のない酸化を実現できることが判った。また、原子状酸素によるAlの酸化において、熱処理を施さなくてもストイキオメトリックなAl酸化物が形成されることもわかった。本研究成果により、高い磁気抵抗変化率・低い接合抵抗を有する強磁性トンネル接合の形成が実現された。

Next generation solid メ モ リ と し て attention さ れ て い る be used between the nearly の magnetic 気 ラ ン ダ ム ア ク セ ス メ モ リ (MRAM) に お け る 読 み when し の エ ラ ー レ ー ト の low cut や limited や high-speed action change の た め に は, strong magnetic ト ン ネ ル junction (MTJ) に お い て, high magnetic 気 い - resistance rate を maintain し つ を つ, joint resistance is low Reduction す る こ と が necessary do not owe で, ピ ン ホ ー ル な ど の owe 陥 の less な い uniform な organization を す る め extremely thin て い never try membrane を cropping し な け れ ば な ら な い. This study で は, acidified で あ る Al の shi matter number of masato よ り big き な エ ネ ル ギ ー を have す る ultraviolet を ウ エ ハ に irradiation す る こ と に よ り Al surface か ら 発 raw す る photoelectron を ウ エ ハ に Inca す る negative の バ イ ア ス electricity industry を use い て electricity industry to accelerate the し, Al film nearly alongside の acid molecule に conflict さ せ る こ と で wound up す る acidification of の エ Youdaoplaceholder0, ネ, ギ, ギ, ギ, を, を, high-quality な, extremely thin thin layer, を, す, <s:1>, である, である. This year は, エ ネ ル ギ ー quasi a が atomistic acid element ラ ジ カ ル, acid molecule イ オ ン (プ ラ ズ マ acidification) よ り low く acid molecule (natural acidification) よ り high い element を atomistic acid acidification of と し て in い, Al thin metal film を マ イ ル ド か つ high-quality に acidification さ せ る こ と を try み た. Metal Al film の atomistic acid element に よ る acidification は, プ ラ ズ マ acidification, acidification kinds: ラ ジ カ ル · イ オ ン) の occasions に compare し て, transient に form さ れ る acidification film thickness (speed of anti 応 acidification film thickness) が 4.5 A と め extremely thin て く (プ ラ ズ マ acidification の occasions は 9 A) か つ company, scattered に よ り form さ れ る acidification speed が put content linear velocity (constant) 1.1 * 10 ^ < - > 17 cm ^ 2 / s と small さ い (プ ラ ズ マ acidification の occasions は 1.8 * 10 ^ < - > 15 cm ^ 2 / s) こ と が わ か っ た. そ の results, atomistic acid に よ る を acidification method with い る こ と に よ り, プ ラ ズ マ を acidification method with い る occasions に compare し て, よ り い metal Al thin film (5 a) の had insufficient の な い acidification を be presently で き る こ と が convicted っ た. ま た, atomistic acid に よ る Al の acidification に お い て, hot 処 を shi さ な く て も ス ト イ キ オ メ ト リ ッ ク な Al acidification formation が さ れ る こ と も わ か っ た. The research results of this study are によ によ, with high resistance to change rate of magnetic flux and low <s:1> bonding resistance を, resulting in する strong magnetic ト <e:1> ネ and <s:1> bonding <s:1> formation が actual occurrence された.

项目成果

Magnetotransport properties of Co-Fe/Al-N/Co-Fe tunnel junctions with large tunnel magnetoresistance ratio

大隧道磁阻比Co-Fe/Al-N/Co-Fe隧道结的磁输运特性

• 发表时间: 2004
• 期刊: Applied Physics Letters 85
• 作者: Tae Sick Yoon;Toshihiro Shoyama;Young Woo Lee;Masakiyo Tsunoda;Migaku Takahashi;Dong Yung Kim;Chong Oh Kim
• 通讯作者: Chong Oh Kim

Radical nitridation of Al films for the barrier formation in ferromagnetic tunnel junctions

用于铁磁隧道结势垒形成的铝膜的自由基氮化

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.286
• 作者: Masakiyo Tsunoda;Toshihiro Shoyama;Satoru Yoshimura;Migaku Takahashi
• 通讯作者: Migaku Takahashi

強磁性トンネル接合用バリア層材料

铁磁隧道结的势垒层材料

• 发表时间: 2004
• 期刊: まてりあ 43巻・6号
• 作者: 角田 匡清;吉村 哲;高橋 研
• 通讯作者: 高橋 研

トンネル型磁気抵抗素子、その製造方法およびその製造装置

隧道磁阻元件及其制造方法及其制造装置

• 发表时间: 2004

Local transport properties of Co-Fe/Al-O/Co-Fe tunnel junctions with high thermal stability

具有高热稳定性的Co-Fe/Al-O/Co-Fe隧道结的局域传输特性

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 284
• 作者: Tae Sick Yoon;Chong Oh Kim;Toshihiro Shoyama;Masakiyo Tsunoda;Migaku Takahashi
• 通讯作者: Migaku Takahashi