JP2013537348A

JP2013537348A - ビット・パターン化媒体を製造する技術

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Publication number: JP2013537348A
Application number: JP2013528315A
Authority: JP
Inventors: シンクレアフランク; ジーブレイクジュリアン
Original assignee: ヴァリアンセミコンダクターイクイップメントアソシエイツインコーポレイテッド
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-09-30
Also published as: KR20130105849A; US20120064373A1; TWI488181B; US8709533B2; CN103180903A; WO2012033988A1; TW201214426A

Abstract

ビット・パターン媒体を製造する技術が開示される。特定の例示的実施態様で、ビット・パターン媒体を製造する方法として、その技術を実現することができる。その方法は、互いに隣接する改変領域及び第１の領域を含む中間層を形成するステップであって、改変領域及び第１の領域は少なくとも１つの異なる特性を有する、ステップと、活性領域を形成するために、中間層の第１の領域に磁性種を蒸着する、ステップと、セパレータを形成するために、中間層の改変領域に非強磁性種を蒸着する、ステップと、を有することができる。

Description

本発明は、データ記憶媒体に関し、特に、ビット・パターン化媒体の製造に関する。

次世代のデータ記憶媒体であり得るビット・パターン化媒体（ＢＰＭ）は、ハードディスク・ドライブのデータ記憶容量を拡張することができる。図１ｆに例示するように、従来のＢＰＭは、ベース１０２、記憶層１０４、中間層１０３及び保護層１０６を含むことができる。データ記憶層１０４内に、各々がシングルビットデータを記憶するように用いられる複数の活性領域１０４ｂと、各活性領域１０４ｂを分離する１つ以上のセパレータ１０４ａとがあり得る。各データビットが各活性領域１０４ｂに記憶されるので、媒体１００の容量は、活性領域１０４ｂの数に依存する。より多くの活性領域１０４ｂを有する媒体１００は、より多くのデータを記憶することができる。

従来のＢＰＭでは、活性領域は媒体１００を製造する間に形成される。これは、データが記録される間に活性領域が形成される早期のデータ記憶媒体とは違っている。図１ａ〜１ｆを参照するに、ＢＰＭ１００を製造する従来の方法が示される。当初は、媒体１００はベース１０２及びデータ記憶層１０４から成る。データ記憶層１０４は強磁性材料を含むことができる。

最初に、パターニングプロセスが媒体１００に対して行われる。このプロセスでは、レジスト層１０８がデータ記憶層１０４に蒸着される（図１ａ）。それから、フォトリソグラフィープロセス、ナノインプリント・リソグラフィープロセス、又は直接書き込み電子ビームリソグラフィープロセスのような既知のリソグラフィープロセスを用いて、レジスト層１０８がパターニングされる。図１ｂに示すように、データ記憶層１０４の１つ以上の部分が、リソグラフィープロセスの後に、さらされる。

パターニングステップの後に、エッチングステップを行うことができる。エッチングステップの例は、イオン・ミリングプロセスである。このステップでは、反応性イオン１２２がデータ記憶層１０４のさらされた部分に向けられて、強磁性材料がさらされた部分から除去される（図１ｃ）。その間、さらされないデータ記憶層１０４の部分は、レジスト１０８により隠蔽されて媒体１００上に残る。横から見ると、その結果生じた媒体１００は、ギャップにより互いに分離され、相隔たる強磁性材料の柱１０４ｂから成る。媒体１００上に残る柱は、最終的に活性領域１０４ｂを形成する。次いで、柱の間の領域（例えば、ギャップ）は、低透過性及び低残留磁気の非強磁性材料で満たして、セパレータ１０４ａを形成する（図１ｄ）。それから、媒体１００を平坦化し（図１ｅ）、保護コーティング１０６を媒体１００上に蒸着する（図１ｆ）。その結果生じた媒体１００は、上記のように、１つ以上の非磁性セパレータ１０４ａにより分離された複数の活性領域１０４ｂを有するデータ記憶層１０４を含む。

改善策として、イオン注入ステップを含むＢＰＭを製造するプロセスを提案する。このプロセスを図２ａ〜２ｅに示す。

最初に、レジスト１０８がデータ記憶層２０４に蒸着される（図２ａ）。データ記憶層２０４の材料は、強磁性材料とすることができる。レジスト層１０８を蒸着後に、既知のリソグラフィープロセスの１つを用いて、レジスト層１０８がパターニングされて、データ記憶層２０４の部分がさらされる。それから、イオン２２２がデータ記憶層２０４に向けられる。このプロセスでは、イオン２２２がデータ記憶層２０４に注入される。次いで、イオン２２２は、領域２０４ａの材料を、強磁性材料から低透過性及び理想的に残留磁気のない材料へ変換して、セパレータ２０４ａを形成する（図２ｃ）。その間、イオン２２２でさらされず注入されない領域２０４ｂの材料は、強磁性材料のまま残る。その結果生じたデータ記憶層２０４は、イオンにさらされなかった活性領域２０４ｂと、イオンにさらされて形成された１つ以上のセパレータ２０４ａとを含む（図２ｄ）。セパレータ２０４ａは形成されると、各活性領域２０４ｂを分離することができる。

活性領域２０４ｂ及びセパレータ２０４ａを形成後に、残存するレジスト層１０８を除去し、保護層１０６をデータ記憶層２０４上に蒸着する（図２ｅ）。

セパレータ２０４ａを形成するために、様々なアプローチをすることができる。１つのアプローチでは、セパレータ２０４ａは磁性材料の希釈により形成される。このアプローチでは、さらされた領域での強磁性材料は、例えば、十分なドーズでも磁気特性を示さないイオン種のような希釈イオンで注入される。そのプロセスでは、その結果生じた材料のキュリー温度は室温まで下げられ、すなわち、材料は、室温では、もはや磁性を示さない。十分な希釈を達成するために、希釈イオンの１０％以上の原子濃度が必要となり得る。３０nmの厚さのコバルト（Co）ベースのデータ記憶層を含む媒体に対して、１０％の濃度は、約３×１０¹⁶/cm²のイオンドーズを暗示する。このドーズは、データ記憶層の厚さに比例し、従って、データ記憶層が、より薄くなれば、より少なくなり得る。

別のアプローチでは、さらされた領域で材料の結晶性又は微細構造に作用することにより、磁性材料を変換することができる。イオン注入プロセスは、多くの原子衝突を引き起こすことができるエネルギープロセスである。イオン注入中に、さらされた領域の結晶質でない材料は、アモルファス及び／又は不規則となり得る。結果的に、材料は室温で低強磁性を示すことができる。その間、さらされる部分の隣のさらされない部分の材料は、元の磁気特性を保持することができる。元の強磁性層が、積み重ねた非常に薄い層の相互作用から磁気特性を導く多層である場合に、このアプローチは効果的であり得る。しかしながら、このアプローチは、また、高イオンドーズを必要とし得る。シリコン基板をアモルファス化／不規則化するのに必要な典型的なイオンドーズは、１×１０¹⁵イオン/cm²以上である。金属基板では、この必要なドーズは、特に、イオン注入が室温で行われる場合、さらに、高線量となり得る。

しかしながら、両方のアプローチは、いくつかの短所を有する。１つのそのような短所は、高イオンドーズの必要性により部分的に引き起こされる限られたスループットである。上で述べたように、セパレータ２０４ａを形成する各アプローチは、約１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷イオン/cm²の範囲のイオンドーズを必要とする。しかしながら、従来のイオン注入装置でのビーム電流は、イオンを生成するときの制限により、限定される。従って、そのような高ドーズは、スループットを制限し、すなわち、イオン注入システムが媒体を処理しなければならない時間を長くする。制限されるスループットにより、ＢＰＭを製造することに関連するコストは高くなり得る。

スループットは、また、レジストのパターニングステップにより、部分的に制限される。上で述べたように、電子ビーム直接描画パターニングステップは、レジストをパターニングするために用いることができる。このプロセスでは、１つ以上の方向に沿って、電子ビームでスキャンして、レジストを直接に描画又はパターニングする。このプロセスは、より大きい分解能を可能にするけれども、このプロセスは、非常に遅く、高スループットの製造には適切ではない。

スループットを高くするために、もっと有効なレジストパターニングプロセスである、ナノインプリントリソグラフィープロセスを用いることができる。しかしながら、このパターニングプロセスは、所望の特性のレジストを製造しない。例えば、ナノインプリントリソグラフィープロセスで達成される最大の実際のレジストの高さは、約５０nmに制限される。そのようなレジストは、それに続く高ドーズイオン注入プロセスで存続することができず、かつ／又は、適切に下の材料を保護することができない。レジストの一部は、イオン注入の間にスパッタすることができ、さらされる領域の外側の材料の部分（すなわち、もともとはレジスト１０８の下の材料）は、イオン注入することができ、また、セパレータ２０４ａに変換することができる。従って、最適とはいえないＢＰＭの結果となり得る。

さらに、セパレータ２０４ａを形成するのに用いる高ドーズイオン注入は、また、さらされる領域の材料のスパッタリングに寄与することができる。このスパッタリング効果は、セパレータ２０４ａを形成するのに必要な全ドーズに比例して生じる。このスパッタリング効果は、非平面記憶層をもたらすことができる。イオン注入ステップを含むＢＰＭ製造プロセスは、ギャップを満たすステップ（例えば、図１ｄ）を除外する意図であるため、さらされる領域とさらされない領域との間の過度の非平面性は、非常に望ましくない。

従って、ビット・パターン媒体を製造する新しい方法が必要とされる。

この特定の例示的実施態様の他の側面により、改変領域及び第１の領域は異なる構造を有することができる。

この特定の例示的実施態様の更なる側面により、第１の領域は望ましい方位の１つ以上の結晶を有することができ、改変領域はアモルファスであり得る。

この特定の例示的実施態様の追加の側面により、第１の領域はアモルファスであり、改変領域は１つ以上の結晶を有することができる。

この特定の例示的実施態様の他の側面により、第１の領域は均一な方位を有する複数の結晶を有し、改変領域はアモルファスである。

この特定の例示的実施態様の更なる側面により、中間層は、Mg、Ta及びTiのうちの少なくとも１つを有することができる。

この特定の例示的実施態様の追加の側面により、セパレータはSiO₂を含むことができる。

この特定の例示的実施態様の更なる側面により、改変領域は第１の領域にはない少なくとも１つの種を有することができる。

この特定の例示的実施態様の追加の側面により、改変領域及びセパレータは少なくとも１つの共通の種を有することができる。

この特定の例示的実施態様の他の側面により、少なくとも１つの共通の種はSiであり得る。

この特定の例示的実施態様の追加の側面により、その方法は、活性領域及びセパレータを形成する前に、中間層の表面をエッチングするステップを、さらに有することができる。

この特定の例示的実施態様の更なる側面により、中間層の改変領域は、イオン注入により形成することができる。

この特定の例示的実施態様の追加の側面により、イオン注入は１５keV以下のエネルギーで行うことができる。

別の例示的実施態様により、ビット・パターン媒体を製造する方法として、その技術を実現することができる。その方法は、互いに隣接する改変領域及び第１の領域を含む中間層を形成するステップであって、改変領域及び第１の領域は少なくとも１つの異なる特性を有する、ステップと、活性領域を形成するために、中間層の第１の領域に磁性種を蒸着する、ステップと、セパレータを形成するために、中間層の改変領域に非強磁性種を蒸着する、ステップと、を有することができ、活性領域及びセパレータは同時に形成される。

この特定の例示的実施態様の他の側面により、第１の領域は１つ以上の結晶を有し、改変領域はアモルファスである。

この特定の例示的実施態様の追加の側面により、第１の領域は望ましい方位の１つ以上の結晶を有し、改変領域はアモルファスである。

この特定の例示的実施態様の更なる側面により、改変領域は、イオン注入により形成することができる。

この特定の例示的実施態様の更なる側面により、改変領域及びセパレータはSiを含むことができる。

別の例示的実施態様により、データ記憶媒体を用いて、その技術を実現することができる。データ記憶媒体は、改変領域及び複数の第１の領域を有する中間層であって、改変領域及び第１の領域は少なくとも１つの異なる特性を有する、中間層と、中間層の第１の領域に形成され、磁性材料を含む、活性領域と、中間層の改変領域に形成され、非強磁性材料を含む、セパレータと、を有することができる。

この特定の例示的実施態様の追加の側面により、活性領域は、Co、Ni、Cr及びPtのうちの少なくとも１つを有することができる。

この特定の例示的実施態様の他の側面により、セパレータはSiO₂を含むことができる。

この特定の例示的実施態様の更なる側面により、改変領域及び第１の領域は異なる構造を有することができる。

この特定の例示的実施態様の追加の側面により、第１の領域は１つ以上の結晶を有することができ、改変領域はアモルファスであり得る。

この特定の例示的実施態様の他の側面により、改変領域及び第１の領域は異なる種を有する。

添付図面に示す例示的な実施形態を参照して、本発明を以下に詳細に説明する。本発明は、例示的な実施形態を参照して以下に説明するけれども、本発明はそれらに限定されないことを理解すべきである。本明細書での教示にアクセスする当業者は、追加の実施、変更及び実施形態の他に、本明細書で説明される本発明の範囲内であり、本発明が有用であり得ることに関する、他の分野の使用も又、理解するであろう。

本発明をより良く理解するために、以下に、添付の図面を参照するが、同様の要素は同様の数字で参照する。これらの図面は、本発明を制限するものと解釈すべきではなく、例示のみを意図している。

ＢＰＭを製造する従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する別の従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する別の従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する別の従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する別の従来の技術を例示する図である。ＢＰＭを製造する別の従来の技術を例示する図である。本発明の一実施形態による例示的なＢＰＭを例示する図である。本発明の一実施形態による例示的なＢＰＭを例示する図である。本発明の一実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の一実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の一実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の一実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の一実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の一実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。本発明の別の実施形態によるＢＰＭを製造する例示的な技術を例示する図である。

上記の方法に関連する欠陥を解決するために、ＢＰＭを製造する新規な技術を導入する。本発明では、その技術は、選択的に処理された中間層の上にデータ記憶層を形成することを含むことができる。中間層を選択的に処理するために、様々なプロセスを用いることができる。一実施形態では、粒子又はイオン注入プロセスを用いることができる。他の実施形態では、他のプロセスを用いることができる。使用できる他のプロセスの例は、蒸着プロセス、ガス浸漬レーザドーピング（ＧＩＬＤ）プロセス、及び、レーザ又は他の磁気波照射プロセスを含むことができる。そのようなプロセスが使用できるにもかかわらず、明確さと簡潔さのために、本発明は、イオン注入プロセスに焦点を合わせる。しかしながら、当業者は、本発明がそれに限定されないことを認識するであろう。

使用される場合、イオン注入プロセス用のシステムは、ビームラインイオン注入システム、プラズマ・アシステド・ドーピング（ＰＬＡＤ）又はプラズマ浸漬イオン注入（ＰＩＩＩ）システム、又は、任意の他の質量分析又は非質量分析イオン注入とすることができる。さらに、集束又は非集束イオンビームイオン注入システムもまた用いることができる。イオン又は粒子は、荷電した又は荷電していない、素粒子、原子又は分子のイオン又は粒子とすることができる。その上、粒子又はイオン注入プロセスの間に用いる粒子のタイプ又は種は、以下に記載するタイプ又は種だけに限定されない。

イオン注入プロセスに加えて、その技術は、材料をエッチング又は蒸着するための１つ以上のプロセスを含むことができる。そのようなプロセスを実行するために、様々なシステムを用いることができる。便利さと明確さのために、本発明は、スパッタ蒸着又はエッチングシステムに焦点を合わせることができる。

図３a及び３bを参照するに、本発明の一実施形態によるＢＰＭ（又は媒体）３００の側面図及び平面図が示される。図は必ずしも縮小率で描かれていない。図３ａに例示するように、媒体３００は、特に、ベース層３０２、データ記憶層３０４及び保護層３０６を含むことができる。図に示すように、データ記憶層３０４をベース層３０２の上に配置することができる。ここに、ベース層３０２は、データ記憶層３０４を支持する１つ以上の層とすることができる。一実施形態では、ベース層３０２は、軟下地層（図示せず）を含むことができる。

本実施形態では、データ記憶層３０４は、各々がシングルビットデータを記憶する複数の活性領域３０４ｂを含むことができる。図３ｂに示すように、各活性領域３０４ｂは、互いに、セパレータ３０４ａにより分離される。本発明では、データ記憶層３０４は、各活性領域３０４ｂを、包囲し磁気的に分離する、単一の連続のセパレータ３０４ａ又は複数の不連続のセパレータセグメント３０４ａとすることができる。

ＢＰＭ３００は、また、中間層３０３を含むことができる。明確さと簡潔さのために、本発明は、中間層３０３が、ベース層３０２から分離されていると、記載している。しかしながら、当業者は、中間層３０３が、ベース層３０２の一部であるか、又は、ベース層３０２を形成する層のうちの１つであることを、理解するであろう。

本実施形態の中間層３０３は、改変領域３０３ａを選択的に含むことができる。中間層３０３が改変領域３０３ａを含む場合、改変領域３０３ａの外部の領域は、明確さと簡潔さのために、第１の領域３０３ｂとすることができる。本実施形態では、セパレータ３０４ａは改変領域３０３ａの上に配置することができ、一方、活性領域３０４ｂは第１の領域３０３ｂの上に配置することができる。別の実施形態では、セパレータ３０４ａは第１の領域３０３ｂの上に配置することができ、一方、活性領域３０４ｂは改変領域３０３ａの上に配置することができる。

含まれる場合、改変領域３０３ａは、第１の領域３０３ｂとは異なる少なくとも１つの特性を有することができる。一実施形態では、改変領域３０３ａと、第１の領域３０３ｂとは、異なる構造及び／又は結晶方位を有することができる。例えば、改変領域３０３ａ及び第１の領域３０３ｂのうちの１つは、複数の結晶を有することができ、一方、改変領域３０３ａ及び第１の領域３０３ｂのうちの他の１つは、アモルファスとすることができる。別の例では、改変領域３０３ａ及び第１の領域３０３ｂのうちの１つは、望ましい方位を有する結晶又は種結晶を有することができ、その結晶又は種結晶は、活性領域３０４ｂのエピタキシャル成長のためのテンプレートとして作用することができる。その一方で、改変領域３０３ａ及び第１の領域３０３ｂのうちの他の１つは、アモルファスとすることができ、又は、望ましい方位を有する結晶を実質的に有しないとすることができる。本発明では、望ましい方位は、活性領域３０４ｂのエピタキシャル成長を可能にし、又は、促進する１つ以上の方位とすることができる。そのため、望ましい方位を有する結晶を有しない領域は、アモルファスとすることができるか、あるいは、活性領域３０４ｂのエピタキシャル成長のためのテンプレートとして作用しない結晶を有することができる。いくつかの実施形態では、望ましい方位を有する結晶は、活性領域３０４ｂの結晶の方位と同一の方位を有することができる。他のいくつかの実施形態では、望ましい方位を有する結晶は、均一な方位を有することができる。

改変領域３０３ａと第１の領域３０３ｂとの間の別の差異は、種の差異とすることができる。例えば、改変領域３０３ａは、第１の領域３０３ｂに含まれない１つ以上の種を含むことができる。

中間層３０３は、望ましくは、Ti、Mg及びTaの種のうちの少なくとも１つを含むチタン（Ti）、マグネシウム（Mg）又はタンタル（Ta）ベースの材料を含むことができる。一実施形態では、中間層３０３はTi種を含むことができる。別の実施形態では、中間層３０３は、Mg種を含む酸化マグネシウム（MgO）とすることができる。当業者は、中間層３０３が他の種を含むことができることを理解するであろう。

本実施形態では、セパレータ３０４ａは、望ましくは、低透過性及び低残留磁気の非強磁性材料とすることができる。非強磁性材料の例は、常磁性体、フェリ磁性体、反強磁性体及び任意の他の非強磁性体又は非磁性体を含むことができる。望ましくは、本実施形態のセパレータ３０４ａは、少なくともシリコン（Si）及び酸素（O）の種を含む二酸化シリコン（SiO₂）とすることができる。別の実施形態では、セパレータ３０４ａは、他の種を含む他の非強磁性材料とすることができる。

本実施形態の活性領域３０４ｂは、その一方で、１つ以上の層で１つ以上の磁性材料を含むことができる。本実施形態では、活性領域３０４ｂは、望ましくは、強磁性材料である。活性領域３０４ｂに含むことができる種の例は、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、クロム（Cr）及びプラチナ（Pt）種のうちの少なくとも１つとすることができる。しかしながら、高透過性及び高残留磁気の他の磁性材料又は強磁性材料を有する活性領域３０４ｂは、本発明では、除外されない。

上から見ると、活性領域３０４ｂは、ほぼ円形であるか又は曲面境界を有する（図３ｂ）。活性領域３０４ｂの（上から見たときの）直径又は断面の厚さは、約５ｎｍから約１０ｎｍに及ぶのが望ましい。その一方で、各活性領域３０４ｂを包囲するセパレータ３０４ａは、約１ｎｍから約４ｎｍに及ぶ断面の厚さを有する（図３ｂ）。そのような厚さの範囲は、その中のスピン方向が互いに作用するのを妨げるため、隣接する活性領域３０４ｂを磁気的に分離することができるので、そのような厚さの範囲が望ましい。それより薄いセパレータ３０４ａは、隣接する活性領域３０４ｂを十分に磁気的に分離することができる限り、除外されない。それより厚いセパレータ３０４ａは、除外されないけれども、ＢＰＭ３００内の活性領域３０４ｂの密度及び数を低減するので、望ましくない。

本実施形態では、各活性領域３０４ｂは、シングルビットデータを記憶することができる。活性領域３０４ｂとセパレータ３０４ａとを用いることにより、本実施形態のＢＰＭ３００は、他の従来のデータ記憶媒体に比べて、より大きいデータ記憶容量を有することができる。

図４ａ〜４ｆを参照するに、本発明の一実施形態によるＢＰＭ４００を製造する技術が示される。図４ｆに例示するように、本実施形態のＢＰＭ４００は、特に、中間層４０３、データ記憶層４０４及び保護層４０６を含むことができる。データ記憶層４０４には、活性領域４０４ｂがあり、各活性領域４０４ｂは、互いに、セパレータ４０４ａにより分離される。選択的に、中間層４０３内に改変領域４０３ａがあり得る。

図４ｆに示すＢＰＭ４００を形成するために、ベース層４０２の一部であってもなくてもよい中間層４０３を準備する（図４ａ）。本実施形態では、中間層４０３は、望ましい方位を有する複数の結晶又は種結晶を含むことができる。そのような中間層４０３は、選択的に処理されて、中間層４０３の一部が改変領域４０３ａに変換される。

中間層４０３の選択的処理は、様々な処理を用いて達成することができる。一実施形態では、レジストパターニングを含むリソグラフィープロセスを用いることができる。この処理では、図４ａに示すように、レジスト層４０８を中間層４０３の上に配置することができる。それから、中間層４０３の部分をパターニングし露出させるために（図４ｂ）、電子ビーム直接書き込みリソグラフィー、極端紫外線リソグラフィー又はナノインプリントリソグラフィーのような既知のパターニング処理を用いることができる。次いで、改変領域４０３ａを形成するために、中間層４０３の露出した部分を処理することができる。他の実施形態では、中間層４０３の選択的処理を、リソグラフィープロセスを用いずに達成することができる。一例では、中間層４０３の部分を選択的に処理するために、マスクを用いることができる。別の例では、所望の形状及び大きさを有する改変領域４０３ａを形成するために、中間層４０３の部分を選択的に処理することができるシステムを用いることができる。

本実施形態では、改変領域４０３ａは、第１の領域４０３ｂ、すなわち、露出していない中間層４０３の部分、とは異なる少なくとも１つの特性を有することができる。本実施形態では、改変領域４０３ａは、アモルファスとすることができ、又は、望ましい方位を有する結晶を実質的に有しないとすることができる。この構造は、望ましい方位を有する結晶を含む第１の領域４０３ｂの構造とは異なる。

本実施形態では、改変領域４０３ａを形成するために、イオン注入プロセスを行うことができる。他の実施形態では、他の処理を用いることができる。このプロセスでは、アモルファスとするために、または別の方法で、露出した領域での結晶の方位を変えるために、イオン又は粒子４２２を中間層４０３の露出した部分に注入することができる（図４ｃ）。そのため、改変領域４０３ａを形成することができる。第１の領域４０３ｂでは、望ましい方位を有する結晶を保持することができる。

改変領域４０３ａを形成するために用いることができるイオン又は粒子４２２は、荷電した又は荷電していない、素粒子、原子又は分子のイオン又は粒子を含むことができる。選択したイオン又は粒子の種は、水素（H）、窒素（N）、ヘリウム（He）、ネオン（Ne）、アルゴン（Ar）及びクリプトン（Kr）を含むのが望ましい。本実施形態では、中間層４０３で種と直ちに反応しない１つ以上の不活性種が望ましい。しかしながら、本発明では、１つ以上の活性種は妨げられない。

改変領域４０３ａを形成するためのイオンエネルギーは、約１５keV以下の低エネルギーが望ましい。そのような低エネルギーは、注入イオン又は粒子４２２の濃度が改変領域４０３ａの表面近くで最大になることを可能にするため、この低エネルギーイオン注入が望ましい。その上、レジスト４０８は、低エネルギーイオン注入ステップの間に損傷又は劣化の可能性が低い。しかしながら、本発明では、他のエネルギーは妨げられない。

リソグラフィープロセスを用いる場合、レジスト４０８は、改変領域４０３ａを形成後に、除去することができる（図４ｄ）。レジスト４０８の全ての配線を除去するための中間層４０３の徹底的な洗浄が望ましい。いくつかの実施形態では、中間層４０３のわずかな原子の層でさえ、除去することができる。この選択洗浄プロセスの例は、エッチング（例えば、原子層エッチング）及びスパッタ洗浄プロセスを含むことができる。しかしながら、他の洗浄又はエッチングプロセスも用いることができる。図４ｄに示すように、その結果の構造は、改変領域４０３ａ及び第１の領域４０３ｂを含む中間層４０３を含むことができる。

改変領域４０３ａを含む中間層４０３の上に、セパレータ４０４ａ及び活性領域４０４ｂを含むデータ記憶層４０４を形成することができる。本実施形態では、例えば、SiO₂セパレータ４０４ａのような非強磁性セパレータ４０４ａは、改変領域４０３ａの上に形成することができる。一方、磁気活性領域４０４ｂ、望ましくは強磁性活性領域４０４ｂは、第１の領域４０３ｂの上に形成することができる。本実施形態では、セパレータ４０４ａ及び活性領域４０４ｂは、同時に形成することができる。他の実施形態では、セパレータ４０４ａ及び活性領域４０４ｂは、別々のステップで次々に形成することができる。

本実施形態では、最終的に活性領域４０４ｂ及びセパレータ４０４ａを形成することができる種は、中間層４０３の近くで同時に導入することができる。例えば、二酸化シリコン（SiO₂）セパレータ４０４ａと、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、クロム（Cr）及びプラチナ（Pt）のうちの少なくとも１つを含む活性領域４０４ｂとを形成するために、シリコン（Si）と酸素（O）及びコバルト（Co）、ニッケル（Ni）、クロム（Cr）及びプラチナ（Pt）のうちの少なくとも１つを導入することができる。望ましい方位を有する第１の領域４０３ｂの結晶は、テンプレートとして作用することができ、活性領域４０４ｂは、第１の領域４０３ｂの上に、選択的に、かつ、ヘテロエピタキシャルに形成することができる。その一方で、アモルファス構造を有する、又は、望ましい方位を有する結晶を実質的に有しない改変領域４０３ａは、セパレータ４０４ａ用のテンプレートとして作用することもでき、セパレータ４０４ａは改変領域４０３ａの上に形成することができる。一実施形態では、改変領域４０３ａはアモルファスとすることができ、アモルファス二酸化シリコン（SiO₂）セパレータ４０４ａは、改変領域４０３ａの上に形成することができる。本実施形態では、セパレータ４０４ａ及び活性領域４０４ｂを形成するために、スパッタ蒸着プロセスを用いることができる。他の実施形態では、他のタイプの蒸着プロセスを用いることができる。結果的に、改変領域４０３ａの上のセパレータ４０４ａと、第１の領域４０３ｂの上の活性領域とを含むデータ記憶層４０４を形成することができる。

データ記憶層４０４を形成後に、図４ｆに例示するように、例えば、ＤＬＣキャップ層４０６のような保護層を成膜することができる。

いくつかの実施形態では、選択的後処理プロセスを行うことができる。選択的後処理プロセスの例は、アニール処理を含むことができる。選択的後処理プロセスを行う場合、セパレータ４０４ａを形成後に行うことができる。

図５ａ〜５ｆを参照するに、本発明の別の実施形態によるＢＰＭ５００を製造する別の例示的な技術が示される。図５ｆに例示するように、本実施形態のＢＰＭ５００は、特に、中間層５０３、データ記憶層５０４及び保護層５０６を含むことができる。データ記憶層５０４には、複数の活性領域５０４ｂがあり、各活性領域５０４ｂは、互いに、セパレータ５０４ａにより分離される。中間層５０３内に改変領域５０３ａ及び複数の第１の領域５０３ｂがあり得る。

図５ｆに示すＢＰＭ５００を形成するために、ベース層５０２の一部であってもなくてもよい中間層５０３を準備する（図５ａ）。本実施形態では、中間層５０３は、望ましい方位を有する複数の結晶又は種結晶を含むことができる。そのような中間層５０３は、選択的に処理されて、中間層５０３の一部が改変領域５０３ａに変換される。

中間層５０３の選択的処理は、様々な処理を用いて達成することができる。一実施形態では、レジストパターニングを含むリソグラフィープロセスを用いることができる。この処理では、図５ａに示すように、レジスト層５０８を中間層５０３の上に配置することができる。それから、中間層５０３の部分をパターニングし露出させるために（図５ｂ）、電子ビーム直接書き込みリソグラフィー、極端紫外線リソグラフィー又はナノインプリントリソグラフィーのような既知のパターニング処理を用いることができる。次いで、改変領域５０３ａを形成するために、中間層５０３の露出した部分を処理することができる。他の実施形態では、中間層５０３の選択的処理を、リソグラフィープロセスを用いずに達成することができる。一例では、中間層５０３の部分を選択的に処理するために、マスクを用いることができる。別の例では、所望の形状及び大きさを有する改変領域５０３ａを形成するために、中間層５０３の部分を選択的に処理することができるシステムを用いることができる。

本発明では、改変領域５０３ａは、第１の領域５０３ｂ、すなわち、処理されていない中間層５０３の部分、とは異なる少なくとも１つの特性を有することができる。本実施形態では、改変領域５０３ａは、１つ以上の追加の種を含むことができる。所望の場合、改変領域５０３ａは、異なる構造／結晶方位を有することもできる。例えば、改変領域５０３ａは、アモルファスとすることができ、又は、望ましい方位を有する結晶を実質的に有しないとすることができる。

本実施形態では、追加の種を導入し、及び／又は中間層５０３の露出した部分の構造／結晶方位を変え、改変領域５０３ａを形成するために、イオン注入プロセスを用いることができる。他の実施形態では、他の処理を用いることができる。他の処理の例は、ＧＩＬＤプロセス、拡散プロセス、又は任意の他の種導入プロセスを含むことができる。明確さと簡潔さのために、本実施形態は、イオン注入プロセスを行うことに焦点を合わせる。しかしながら、当業者は、本発明がそれに限定されないことを認識するであろう。

イオン注入プロセスでは、追加の種を導入し、及び／又は構造／結晶方位を変えるために用いることができる、イオン又は粒子５２２は、荷電した又は荷電していない、素粒子、原子又は分子の粒子又はイオンを含むことができる。選択したイオン又は粒子の種は、望ましいことに、セパレータ５０４ａに含むことができる１つ以上の種を含むことができる。例えば、SiO₂セパレータ５０４ａを形成する場合、改変領域５０３ａを形成するために導入される種は、シリコン（Si）及び／又は酸素（O）を含むことができる。そのような種は、SiO₂セパレータ５０４ａの形成を強化するため、望ましい。SiO₂セパレータ５０４ａ以外のセパレータを形成する場合、他の種を導入することができる。

所望の場合、セパレータ５０４ａに含むことができる種の導入の前に、間に又は後に、他の種も導入することができる。そのような他の種は、中間層５０３の露出した部分の構造／結晶方位を変えることができる、H、N、He、Ne、Ar、Kr又は任意の他の種を含むことができる。

改変領域５０３ａを形成するためのイオンエネルギーは、約１５KeV以下の低エネルギーが望ましい。そのような低エネルギーは、注入イオン又は粒子５２２の濃度が改変領域５０３ａの表面近くで最大になることを可能にするため、この低エネルギーが有利である。その上、レジスト４０８は、低エネルギーイオン注入ステップの間に損傷又は劣化の可能性が低い。しかしながら、本発明では、他のイオン注入エネルギーは妨げられない。

選択的に改変領域５０３ａを形成するために、リソグラフィープロセスを用いる場合、レジスト５０８は、改変領域５０３ａを形成後に、除去することができる（図５ｄ）。レジスト５０８の全ての配線を除去するための徹底的な洗浄が望ましい。いくつかの実施形態では、中間層５０３のわずかな原子の層でさえ、除去することができる。この選択洗浄プロセスの例は、エッチングプロセス（例えば、原子層エッチング）及びスパッタ洗浄プロセスを含むことができる。しかしながら、他の洗浄又はエッチングプロセスも用いることができる。図５ｄに示すように、その結果の構造は、改変領域５０３ａ及び第１の領域５０３ｂを含む中間層５０３と、ベース５０２とを含むことができる。

改変領域５０３ａを含む中間層５０３の上に、セパレータ５０４ａ及び活性領域５０４ｂを含むデータ記憶層５０４を形成することができる。本実施形態では、例えば、SiO₂セパレータ５０４ａのような非強磁性セパレータ５０４ａは、改変領域５０３ａの上に形成することができる。一方、磁気活性領域５０４ｂ、望ましくは強磁性活性領域５０４ｂは、第１の領域５０３ｂの上に形成することができる。本実施形態では、セパレータ５０４ａ及び活性領域５０４ｂは、同時に形成することができる。他の実施形態では、セパレータ５０４ａ及び活性領域５０４ｂは、別々のステップで次々に形成することができる。

本実施形態では、最終的にセパレータ５０４ａ及び活性領域５０４ｂを形成することができる種は、中間層５０３の近くで同時に導入することができる。例えば、二酸化シリコン（SiO₂）セパレータ５０４ａと、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、クロム（Cr）及びプラチナ（Pt）のうちの少なくとも１つを含む活性領域５０４ｂとを形成するために、シリコン（Si）と酸素（O）及びコバルト（Co）、ニッケル（Ni）、クロム（Cr）及びプラチナ（Pt）のうちの少なくとも１つを導入することができる。シリコン及び酸素は、Si及び／又はOを含む改変領域５０３ａの上に選択的に成膜することができ、SiO₂セパレータ５０４ａの形成を生じることができる。改変領域５０３ａがアモルファスでもある又は望ましい方位を有する結晶を実質的に有しない場合は、構造は、アモルファスSiO₂セパレータ５０４ａを改変領域５０３ａの上に形成することを促進することもできる。改変領域５０３ａは、活性領域５０４ｂの形成のためのテンプレートとして役立ちそうもない。そのため、活性領域５０４ｂは、改変領域５０３ａの上に形成されそうもない。活性領域５０４ｂは、その代わりに、望ましい方位を有する結晶を含む第１の領域５０３ｂの上にヘテロエピタキシャルに形成されそうである。

本実施形態では、セパレータ５０４ａ及び活性領域５０４ｂを形成するために、スパッタ蒸着プロセスのような蒸着プロセスを用いることができる。他の実施形態では、他の蒸着プロセスを用いることができる。結果的に、改変領域５０３ａの上のセパレータ５０４ａと、第１の領域５０３ｂの上の活性領域とを含むデータ記憶層５０４を形成することができる。データ記憶層５０４を形成後に、図５ｆに例示するように、例えば、ＤＬＣキャップ層５０６のような保護層を成膜することができる。

いくつかの実施形態では、選択的後処理プロセスを行うことができる。選択的後処理プロセスの例は、アニール処理を含むことができる。選択的後処理プロセスを行う場合、セパレータ５０４ａを形成後に行うことができる。

図６ａ〜６ｆを参照するに、本発明の別の実施形態によるＢＰＭ６００を製造する技術が示される。図６ｆに例示するように、本実施形態のＢＰＭ６００は、中間層６０３、データ記憶層６０４及び保護層６０６を含むことができる。データ記憶層６０４には、複数の活性領域６０４ｂがあり、各活性領域６０４ｂは、互いに、セパレータ６０４ａにより分離される。中間層６０３内に複数の改変領域６０３ａがあり得る。

図６ｆに示すＢＰＭ６００を形成するために、ベース層６０２の一部であってもなくてもよい中間層６０３を準備する（図６ａ）。前の実施形態とは異なり、本実施形態の中間層６０３は、アモルファスであるか又は望ましい方位の結晶を実質的に有しないとすることができる。そのため、中間層６０３は、活性領域６０４ｂのその後のエピタキシャル形成のためのテンプレートとして役立つことができない。そのような中間層６０３は、選択的に処理されて、中間層６０３の一部が複数の改変領域６０３ａに変換される。

中間層６０３の選択的処理は、様々な処理を用いて達成することができる。一実施形態では、レジストパターニングを含むリソグラフィープロセスを用いることができる。この処理では、図６ａに示すように、レジスト層６０８を中間層６０３の上に配置することができる。それから、中間層６０３の部分をパターニングし露出させるために（図６ｂ）、電子ビーム直接書き込みリソグラフィー、極端紫外線リソグラフィー又はナノインプリントリソグラフィーのような既知のパターニング処理を用いることができる。次いで、改変領域６０３ａを形成するために、中間層６０３の露出した部分を処理することができる。他の実施形態では、中間層６０３の選択的処理を、リソグラフィープロセスを用いずに達成することができる。一例では、中間層６０３の部分を選択的に処理するために、マスクを用いることができる。別の例では、所望の形状及び大きさを有する改変領域６０３ａを形成するために、中間層６０３の部分を選択的に処理することができるシステムを用いることができる。

本発明では、改変領域６０３ａは、第１の領域６０３ｂ、すなわち、露出していない中間層６０３の部分、とは異なる少なくとも１つの特性を有することができる。例えば、改変領域６０３ａは、望ましい方位の結晶を有することができ、一方、第１の領域６０３ｂは、アモルファスとすることができ、又は、望ましい方位の結晶を実質的に有しないとすることができる。

改変領域６０３ａを形成するために、様々な処理を実施することができる。一実施形態では、フラッシュランプのパルスレーザーの形態でのエネルギー６２２を、中間層６０３の露出している部分に導入することができる（図６ｃ）。他の実施形態では、フォノン、イオン及び他の粒子を含む他の形態／手段により、エネルギー６２２を導入することができる。導入時に、中間層６０３の露出している部分の材料の構成を変えることにより、エネルギー６２２は改変領域６０３ａを形成することができる。例えば、エネルギー６２２は、中間層の露出している部分の材料を、アモルファスから望ましい方位の結晶に変換することができる。そのような変換は、溶融し又は溶融しないで、起こすことができる。所望の場合、前の実施形態で述べたプロセスの１つを用いて追加の種を改変領域６０３ａに導入することもできる。例えば、H、N、He、Ne、Ar、Kr、Co、Cr、Ni及びPtのうちの１つを導入することができる。種は、エネルギー６２２の導入ステップの間に、又は、前に、又は、後に導入することができる。

選択的に改変領域６０３ａを形成するために、リソグラフィープロセスを用いる場合、レジスト６０８は、改変領域６０３ａを形成後に、除去することができる（図６ｄ）。レジスト６０８の全ての配線を除去するための徹底的な洗浄が望ましい。いくつかの実施形態では、中間層６０３のわずかな原子の層でさえ、除去することができる。この選択洗浄プロセスの例は、エッチングプロセス（例えば、原子層エッチング）及びスパッタ洗浄プロセスを含むことができる。しかしながら、他の洗浄又はエッチングプロセスも用いることができる。図６ｄに示すように、その結果の構造は、改変領域６０３ａ及び第１の領域６０３ｂを含む中間層６０３を含むことができる。

改変領域６０３ａを含む中間層６０３の上に、セパレータ６０４ａ及び活性領域６０４ｂを含むデータ記憶層６０４を形成することができる。前の実施形態とは異なり、活性領域６０４ｂは、改変領域６０３ａの上に形成することができる。一方、セパレータ６０４ａは、第１の領域６０３ｂの上に形成することができる。しかしながら、活性領域６０４ｂが形成され、セパレータ６０４ａが形成される、プロセスの各々は、前の実施形態で述べたプロセスと同様とすることができる。そのため形成プロセスの詳細な説明は省略する。

データ記憶層６０４を形成後に、図６ｆに例示するように、例えば、ＤＬＣキャップ層６０６のような保護層６０６を成膜することができる。本実施形態では、セパレータ６０４ａ及び活性領域６０４ｂを形成するために用いることができるプロセスは、スパッタ蒸着プロセスを含むことができる。

所望の場合、選択的後処理プロセスを行うことができる。この選択的後処理プロセスでは、第１の領域６０３ｂをアニールすることができ、多結晶又は単結晶構造のうちの１つに変えることができる。選択的後処理プロセスを含む場合、セパレータ６０４ａを蒸着後にそのプロセスを行うことができる。

ＢＰＭを製造する新規な技術が開示される。いくつかの実施形態で、データ記憶層の下層が処理される。さらに、データ記憶層の形成の前に下層が処理される。そのような実施形態は、ＢＰＭを製造する従来の技術に対し、いくつかの利点を提供する。従来の技術と異なり、データ記憶層の形成後に、平坦化の必要性はない。さらに、より低いイオン注入ドーズ及びより低いエネルギーを必要とする。そのような利点を有し、本発明の技術は、より高いスループット及びより少ないコストを有する。

本発明は、本明細書に記載した特定の実施形態による範囲に限定すべきではない。実際に、本明細書に記載した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態及び変更は、前述の記載及び添付図面から当業者には明らかであろう。従って、そのような他の実施形態及び変更は、本発明の範囲内に入ることを意図している。さらに、本発明は、特定の目的のため、特定の環境で、特定の実施のコンテキストで、本明細書に記載したけれども、当業者は、その有用性がそれらに限定されず、本発明が、任意の数の目的のため、任意の数の環境で、有用に実施することができることを理解するであろう。従って、以下に記載の特許請求の範囲は、本明細書に記載されているように、本発明の全容及び精神に鑑みて解釈すべきである。

Claims

データ記憶媒体を形成する方法であって、
互いに隣接する改変領域及び第１の領域を含む中間層を形成するステップであって、前記改変領域及び前記第１の領域は少なくとも１つの異なる特性を有する、ステップと、
活性領域を形成するために、前記中間層の前記第１の領域に磁性種を蒸着する、ステップと、
セパレータを形成するために、前記中間層の前記改変領域に非強磁性種を蒸着する、ステップと、
を有する、データ記憶媒体を形成する方法。
前記第１の領域及び前記改変領域は異なる構造を有する、請求項１に記載の方法。
前記第１の領域は１つ以上の結晶を有し、前記改変領域はアモルファスである、請求項２に記載の方法。
前記第１の領域は望ましい方位の１つ以上の結晶を有し、前記改変領域はアモルファスである、請求項２に記載の方法。
前記第１の領域はアモルファスであり、前記改変領域は１つ以上の結晶を有する、請求項２に記載の方法。
前記中間層は、Mg、Ta及びTiのうちの少なくとも１つを有する、請求項１に記載の方法。
前記セパレータはSiO₂を含む、請求項１に記載の方法。
前記改変領域及び前記第１の領域は少なくとも１つの異なる種を有する、請求項１に記載の方法。
前記改変領域及び前記セパレータは少なくとも１つの共通の種を有する、請求項１に記載の方法。
前記少なくとも１つの共通の種はSiである、請求項９に記載の方法。
前記活性領域及び前記セパレータを形成する前に、前記中間層の表面をエッチングするステップを、さらに有する、請求項１に記載の方法。
前記中間層の前記改変領域は、イオン注入により形成される、請求項１に記載の方法。
前記イオン注入は１５keV以下のエネルギーで行われる、請求項１２に記載の方法。
データ記憶媒体を形成する方法であって、
互いに隣接する改変領域及び第１の領域を含む中間層を形成するステップであって、前記改変領域及び前記第１の領域は少なくとも１つの異なる特性を有する、ステップと、
活性領域を形成するために、前記中間層の前記第１の領域に磁性種を蒸着する、ステップと、
セパレータを形成するために、前記中間層の前記改変領域に非強磁性種を蒸着する、ステップと、を有し、
前記活性領域及び前記セパレータは同時に形成される、データ記憶媒体を形成する方法。
前記第１の領域は１つ以上の結晶を有し、前記改変領域はアモルファスである、請求項１４に記載の方法。
前記第１の領域は望ましい方位の１つ以上の結晶を有し、前記改変領域はアモルファスである、請求項１４に記載の方法。
前記改変領域は、イオン注入により形成される、請求項１４に記載の方法。
前記イオン注入は１５keV以下のエネルギーで行われる、請求項１７に記載の方法。
前記改変領域及び前記セパレータはSiを含む、請求項１４に記載の方法。
データ記憶媒体であって、
改変領域及び複数の第１の領域を有する中間層であって、前記改変領域及び前記第１の領域は少なくとも１つの異なる特性を有する、中間層と、
前記中間層の前記第１の領域に形成され、磁性材料を含む、活性領域と、
前記中間層の前記改変領域に形成され、非強磁性材料を含む、セパレータと、
を有する、データ記憶媒体。
前記中間層は、Mg、Ta及びTiのうちの少なくとも１つを有する、請求項２０に記載のデータ記憶媒体。
前記活性領域は、Co、Ni、Cr及びPtのうちの少なくとも１つを有する、請求項２１に記載のデータ記憶媒体。
前記セパレータはSiO₂を含む、請求項２１に記載のデータ記憶媒体。
前記第１の領域は１つ以上の結晶を有し、前記改変領域はアモルファスである、請求項２０に記載のデータ記憶媒体。
前記改変領域及び前記第１の領域は異なる種を有する、請求項２０に記載のデータ記憶媒体。