JPH05159960A

JPH05159960A - 磁化膜の製造方法

Info

Publication number: JPH05159960A
Application number: JP3324223A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Madokoro; 祐一間所; Kaoru Umemura; 馨梅村; Yoshimi Kawanami; 義実川浪
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】パターン化した微細な磁化膜を簡便に製造する
方法、及び該製法による磁化膜を応用したデバイスを提
供する。【構成】試料基板近傍に磁化コイルを設置し、ＦＩＢＩ
Ｄによる磁性膜の堆積と、磁化を行なう。イオンビーム
の直径は１μ以下にできるため、イオンビームの偏向に
より、所望のパターンが直描によって得られる。【効果】微細な磁化膜の形成が簡便にでき、製造に要す
る時間，コストが低減できる。また、微細な磁化膜を応
用した集積回路の高性能化に寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は局所的に堆積された磁化
膜による磁界を用いた集積回路の製造に用いられる磁化
膜の製造方法，高密度の磁気記録媒体の製造方法，集積
回路の補修方法，微小機械の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム誘起堆積法による強磁性体膜
である鉄の膜堆積に関してはR．R．Kunzらにより、ジャ
ーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テク
ノロジーＢ６（１９８８年）第１５５７頁から１５６
４頁(J. Vac. Sci. Technol.Ｂ６（１９８８）１５５７
−１５６４）に報告されている。また、堆積強磁性体膜
をパターン化する場合には、膜形成後にリソグラフィー
によるパターニングを施す方法が通常行われてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記Kunzらの公知例で
は、集束イオンビーム誘起堆積法（以下ＦＩＢＩＤ）に
よる強磁性体膜の堆積方法は示されていたが、膜の磁化
の方法及び、形成した微細な磁化膜の応用については議
論されていなかった。本発明は、最初からパターン化し
た状態で基板表面に磁化膜を形成することを目的とす
る。また、これにより微細な磁気記録，半導体回路の高
性能化、及び、微小な磁界を応用した半導体回路の製造
を行なう。

【０００４】

【課題を解決するための手段】直径１μ以下の集束イオ
ンビーム（ＦＩＢ）を用い、これを基板上で走査しなが
ら強磁性体金属を含む反応性ガスを基板に吹き付け、ビ
ームを走査した微細なパターン領域にのみ強磁性体膜を
形成するＦＩＢＩＤにより膜を形成し、形成膜に磁界を
印加することにより、パターン化した磁化膜を基板上に
形成する。

【０００５】

【作用】ＦＩＢの直径は１μ以下にまで絞ることが可能
なため、ビームを基板上で走査しながら強磁性体金属を
含むガス雰囲気中で堆積を行う。ＦＩＢＩＤを用いるこ
とにより、所望のパターン形状をもつ強磁性体膜が直接
描画により得られる。この際、試料台の付近に設置した
コイル，電磁石，永久磁石などにより磁界を発生させ、
堆積膜を磁界中に置くことにより、強磁性体膜を磁化す
ることができる。この磁化の方向はその後、強磁界をか
けない限り変化しないため、所望の向きの磁化をもち、
かつ、パターン化された薄膜を形成することができる。

【０００６】

【実施例】＜実施例１＞図１は本発明の一実施例として
ＦＩＢＩＤによる磁化膜製造装置の断面図を示したもの
である。液体金属イオン源１から放出されたイオンは静
電レンズ２により集束され、基板４上で１μ以下の直径
のビームを形成する。イオン源及び、集束レンズ系は１
０の−６乗Torr程度ないし、それ以上の真空度が保たれ
た真空チャンバ８に収められているが、試料表面にはノ
ズル９により、強磁性体となる金属を含む化合物のガス
が供給されており、試料表面は局所的に高い圧力のガス
雰囲気中にある。エネルギ数１０ｋｅＶに加速されたイ
オンは偏向器３で所望のパターン状に走査され、試料面
に吸着されたガスを分解し、ガス中の金属を堆積させ
る。集束イオンビーム装置の試料台５にはコイル６を巻
き、基板が一様な磁界内に存在するようにする。但し、
堆積と磁化を同時に行う場合、偏向により磁界の向きと
粒子速度のベクトルは完全には一致しないのでローレン
ツ力を受け、イオンの軌道が偏向を受ける。磁界強度は
イオンの質量，加速エネルギに依存して調節しなければ
ならない。即ち、軽いイオンの場合には偏向を大きく受
けるため、磁界を弱く、重いイオンの場合には偏向され
にくいため、磁界を強くすれば良い。

【０００７】＜実施例２＞図２に本発明により作製した
電子波干渉回路を示す。本回路は線幅約１μのアルミニ
ウム導線で作製した。回路１４，１５，１６を絶縁体で
あるＳｉＯ₂基板１１上に形成し、この上にさらに保護
膜であるＳｉＯ₂膜１２を化学気相成長法により約１μ
の厚さに形成したものである。アルミ配線中での電子の
散乱を防ぐため、回路の動作は極低温で行う。電子波干
渉回路は、二つの経路を通って来る電子波の位相が同じ
場合と逆になる場合で、出力側の信号が１，０のように
変化することを利用する電子デバイスである。磁化膜１
３を形成する前の出力結果を図３に示す。磁束が回路中
に存在しない場合、各回路中の配線１７と配線１８（図
４）を通って来る電子波の位相は同じであり、干渉して
２０に生じる出力はどの回路でも同じく１である。しか
し、電子波の位相は回路中に磁束の有無で異なることが
ＡＢ効果として知られている。微小な磁化膜１３を堆積
することにより、回路１５中の導線１７，１８の電子波
の位相は変化し、配線１７と配線１８を通って来る電子
波の位相が逆転し、互いの干渉により出力が０になる。
図２中に示した回路にこのように磁化膜による「書込
み」を行ったときの出力を図５に示した。「書込み」を
行った回路１５では出力が０に近くなっていることがわ
かる。完全に０にならないのは、磁化強度の調節が不十
分で、位相が完全に逆になっていないためである。回路
中に生じさせる磁束の大きさについては最適な値があ
り、磁化膜の堆積を行う時点で、膜の大きさ，磁化の強
さにより調節を行う必要がある。また、非常に近接して
回路を形成する場合、隣接した回路に磁束が漏れる可能
性があるため、回路相互の間隔は限定される。

【０００８】＜実施例３＞本発明は、イオンビームを用
いた誘起反応に関するものであるが、電子ビームを用い
てもほぼ同様のことが達成できる。しかし、通常の場
合、イオンビーム誘起反応の方が反応の効率、即ち、入
射一粒子当りに分解する反応分子の数が多い。電子ビー
ムを用いた場合は反応の効率は悪くなるが、イオンと比
して微細に集束することが容易であること、大電流が得
られやすいなどの長所もある。但し、電子ビームの場合
は、イオンと比較して質量が小さいため、磁界内で偏向
を受け、サイクロトロン運動を行う。このため、磁界内
で微細なビームを偏向し、位置合わせを行ないつつ、μ
ないしサブμ程度の微細な磁化膜パターンを形成し、さ
らに、同時に磁化することは困難である。従って、膜形
成と生成膜の磁化を別々に行う必要がある。しかし、局
所的な膜ではなく、巨視的な大きさの膜を形成するに当
たってはこの方法は有効である。例えば、図６に示した
ような大電流電子源２１を用いて電子線２２を基板２３
に照射して反応を起こし、同時にコイル２４で磁化を行
う構成を用いれば大面積の磁化膜形成を行うことができ
る。

【０００９】＜実施例４＞ＦＩＢＩＤを用いて高密度の
磁気記録媒体を基板上に形成する方法を示したのが図７
である。イオンビーム照射点の近くに設置したコイル２
７の電流の向きを変えることにより、堆積膜の近くの磁
界の向きは反転する。電流の向きを反転させ、磁界の向
きを変えながらライン状に磁化膜２９を堆積した。これ
により、部分的に磁化の向きが異なる磁化膜を堆積する
ことができた。パターンをかき連ねることにより幅０.
１μ ，長さ０.２μ の領域に１ビットの情報を持つ磁
気記録媒体を形成することができた。さらにコイル２７
の方向を可動にする、或いは、複数のコイルを配置する
ことにより、磁化の向きを基板面に対して自由に変えて
記録を行うことができる。

【００１０】図８は、微細なコイルによる局所的な磁界
を用いず、実施例１と同様の装置で、磁気記録媒体を形
成したものである。本例では、磁化の方向は一定であ
り、磁化膜３２の有無で１，０の情報を表している。磁
化コイルの磁界の局所性が必要ないため、この場合の記
録密度は、ほぼビーム径によって決まる。通常の磁気記
録では書き込みヘッドの大きさによって記録密度の上限
が限定されるが、この方式では、従来の方式に比べ、記
録密度を向上させることが可能である。例えば、イオン
ビームを用いた場合、１０ナノメータ程度のビーム径が
実現可能であり、記録密度もそれにより高密度化でき
る。本例では、１ビットの記録面積は、２０ｎｍ×４０
ｎｍである。

【００１１】上記の磁気記録媒体からの情報の読み出し
は、従来の磁気ヘッドでは位置分解能の問題から困難で
ある。しかし、磁界による電子ビームの偏向を利用すれ
ば可能である。電子ビームを基板に平行に入射した場
合、その偏向角は電子が通過したすべての点で受ける偏
向角の積分になるため、最も一般的には、磁気記録媒体
が存在する基板をビームに平行に回転させてすべての入
射角での偏向角の情報を得ることによってはじめて、基
板上の磁界強度の分布が計算され、即ち、記録された情
報が得られる。しかし、通常、磁気記録は完全に二次元
的にされていることはなく、記録の方向も明確に限定さ
れているため、このように基板を回転させて全入射角に
対する偏向角の情報を得る必要は無い。例えば、図７の
ように一方向のみの記録の場合、記録方向（磁化膜を付
けていく方向）と垂直に電子ビームを入射し、偏向角が
小さい場合（隣接する磁化膜の上まで電子が偏向されな
い程度）、膜の磁化方向によって決まる一定の方向に電
子ビームが偏向され、膜が無い場合は偏向角は０であ
る。従って、偏向電子の検知器もこの方向にのみ配置し
ておけばよく、情報の読み出しは容易である。図８のよ
うに、二次元的に配列されている場合は、このように単
純な方法では読み出しができないが、決められた何方向
からの入射電子の偏向角を測定することによって、やは
り記録されている全情報を得ることができる。記録に用
いた膜の磁化の方向が基板と垂直でない場合は、電子は
基板に垂直な方向にも偏向される。この場合、電子が基
板から離れる方向に力を受けるように設定すれば、一度
偏向を受けた後は他の磁化膜からの偏向を受けにくく、
電子ビームの入射点のみで偏向されることになる。電子
の軌道に関して積分された情報でなく、各点での情報が
直接得られるため、高密度の記録に対しては、この方式
は有効である。

【００１２】＜実施例５＞磁化膜の磁界強度は弱いが、
非常に小さな機械部品、例えば、マイクロメカニクスで
使われるギヤ，カムなどの機械部品を支持するには充分
である。ここでは、このような部品の支持運搬方法とし
て、磁化膜を利用した例を示す。図９は、ＦＩＢによる
微細加工を行って切り出したギヤ３４を持ち運んでいる
ところである。ギヤの直径は約３０μ，厚さは約１０μ
で、材質は珪素である。ギヤの切り出しは塩素ガスによ
るＦＩＢ誘起エッチングを用いて行った。切り出し後、
ガスを鉄カルボニルＦｅ(ＣＯ)₅に切り替えて、ギヤの
表面に厚さ約１μの鉄Ｆｅの薄膜３５を堆積した。更に
磁化を行ってこの薄膜を微小な磁石にした。これによ
り、特別な支持方法、例えば、微小な真空ピンセットと
言った器具を使わなくても、図９に示したような鉄，ニ
ッケルなどの細い棒３３を用いてこの磁石を吸いつけて
やれば容易にギヤの運搬が出来る。金属膜の堆積は微小
機械部品の帯電も防止し、部品同士、治具と部品間の反
発，吸引等を防止するため、取扱いは容易になる。本例
とは逆に、強磁性体膜を部品に堆積し、運搬治具の方に
電磁石等を用いても部品の支持，運搬はできる。微細部
品の方向を揃えたり、集めたりするのにも本法は使用可
能である。マイクロモータなど、磁石を利用した部品を
シリコンなどの材料から作製するのにも好適である。

【００１３】＜実施例６＞微細な磁化膜の磁気を検知し
て位置を高い精度で検知するのにもこの磁化膜を使うこ
とができる。図１０は、ウェハスケール集積回路におい
て、回路の補修を行う場合の欠陥部の検知方法を示した
ものである。ウェハスケール集積回路のような高集積回
路になると、ウェハ上に欠陥が存在することは不可避で
あり、また、欠陥部を発見してもその場で完全に補修す
ることは困難である。従って、通常、いくつかのプロセ
スを経て補修が行われる。その際、容易に欠陥個所が検
知できることは重要である。通常、集積回路の動作検査
は電子ビームテスタによる信号検知とＦＩＢによるスパ
ッタ加工を併用して行われる。本例では、動作不良の検
知された回路をエッチングで除去し、その溝３８に良品
回路を埋込む方式で行っているが、埋込み後、周辺回路
との再配線を行うに当たって、電子線の直描によるリソ
グラフィを用いている。この場合、ウェハ上にある多数
の欠陥の位置を迅速に決定できれば容易に補修ができ
る。これを行うためにＦＩＢによるスパッタ加工，検査
の後、ＦＩＢＩＤにより不良部に微小な磁化膜３９を堆
積しておいた。次に、電子線描画に当たって、まず、ウ
ェハ３７面に近接して、表面に平行に電子ビームを走査
し、ウェハ面上で偏向を受ける場所を特定した。電子ビ
ームは微弱な磁界によっても偏向され、磁化膜によって
生じる磁界でも大きな偏向を受けるため、欠陥部の位置
決定は本法を用いれば容易にでき、特定された部位に補
修用の配線パターンを描画した。保護膜形成後のＬＳＩ
表面は絶縁性で電荷蓄積が起こりやすく、走査電子顕微
鏡などでは位置合わせが困難だが、本法によればウェハ
上のマークを用いずに位置合わせ、描画を行なうことが
できる。また、図１０に示したように、磁化膜の形状を
変えることにより、交換用モジュールの種類などの情報
を書き込むことができるので、電子線描画パターンをそ
れに応じて変えることも可能である。

【００１４】通常の論理回路，メモリ回路などの場合、
微細な磁化膜程度の弱い磁界では、誤動作を招くことは
ないので、補修後も磁化膜を除去する必要はないが、磁
化膜はドライエッチング，イオンビームによるスパッタ
リング等により除去できるため、不要になったマークは
容易に消去できる。

【００１５】鉄，ニッケル，コバルトなどの強磁性を示
す金属は、シリコンなどの半導体中に不純物準位を形成
し、半導体デバイスの性能を低下させるため、半導体集
積回路には普通用いられない。しかし、ＦＩＢＩＤは保
護膜を形成した後の半導体回路に対して行われ、集積回
路の表面はＳｉＯ₂などの絶縁膜で保護されており、基
板への汚染，デバイス特性の低下などは防止できる。酸
化シリコン中の拡散が非常に早い元素など、特別な場合
をのぞいて、この保護膜は有効である。また、ＦＩＢは
数１０ｋＶ〜数１００ｋＶ程度の加速電圧で形成される
ため、１μ程度の厚さの保護膜、例えば、リンガラス，
ＳｉＯ₂などの膜を保護膜として用いれば基板にまでイ
オンが達することはない。

【００１６】本実施例では、電子線描画を行う場合につ
いて述べたが、例えば、ＦＩＢＩＤを用いた配線補修を
行う場合にも、場所の検知に同様の手法を使うことがで
きる。また、ウェハ等の大きな試料を電子顕微鏡，オー
ジェ分析装置などで観察，分析する場合の場所の指定に
磁化膜の磁界を検知して行うこともできる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、微細な磁化膜を利用し
た集積回路を形成することができ、回路の高性能化を実
現できる。記録密度が飛躍的に高い磁気記録媒体を実現
できる。また、磁化膜による位置検出，微小機械部品の
支持運搬など、新しいプロセスを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による集束イオンビーム磁化膜製造装置
の説明図。

【図２】本発明の一実施例であり、電子波回路に対して
磁化膜の堆積により、情報の書き込みを行なった様子を
示す斜視図。

【図３】図２の電子波回路の磁化膜による書き込み前の
出力を示す説明図。

【図４】電子波回路の構造を示す説明図。

【図５】図２の電子波回路の磁化膜による書き込み後の
出力の説明図。

【図６】電子線を利用した磁化膜製造装置の構造を示す
断面図。

【図７】集束イオンビーム誘起堆積法を利用して、局所
的に磁化方向を変えることで情報の記録を行なう磁気記
録媒体の書き込みをしている様子を示す説明図。

【図８】集束イオンビーム誘起堆積法を利用し、磁化膜
の有無で情報の記録を行なう磁気記録媒体の書き込みを
している様子を示す説明図。

【図９】微小なギヤに磁化膜を堆積し、この磁気を利用
してギヤを運搬している様子を示す説明図。

【図１０】集束イオンビーム誘起堆積法を用いて、ウェ
ハスケール集積回路の欠陥部にマーキングを行なってい
る様子を示す説明図。

【符号の説明】

６，２４，２７…磁化コイル、１４，１５，１６…電子
波干渉回路、１３，２９，３２，３５…磁化膜、３４…
微小機械部品、３７…ウェハスケール集積回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/265 21/268 Ａ 8617−4Ｍ 21/66 Ａ 8406−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束イオンビーム誘起堆積法を用いたこと
を特徴とする磁化膜の製造方法。
【請求項２】請求項１において、膜の形成を行う基板を
磁界中に置き、膜堆積と膜の磁化を同時に行う磁化膜の
製造方法。
【請求項３】請求項１の磁化膜の磁気を用いた半導体集
積回路。
【請求項４】請求項１による磁化膜を用いた磁気記録媒
体。
【請求項５】請求項１において、用いるガスとして、
鉄，ニッケル，コバルトのカルボニル化合物及び、鉄，
ニッケル，コバルトを含む有機金属錯体を用いた磁化膜
の製造方法。
【請求項６】請求項３において、電子波の位相変調にこ
の製造方法による磁化膜を用いた半導体集積回路。
【請求項７】請求項４において、成膜中の磁界の方向を
変えることにより膜中の磁化の方向を局所的に制御する
磁気記録媒体。
【請求項８】請求項１において、微小機械部品の運搬に
前記磁化膜を用いた微小機械の製造方法。
【請求項９】請求項１による製造方法で形成した磁化膜
によるマーキングを用いた半導体集積回路の補修方法。