JPS5911988B2 - イオン打込み方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン打込み方法に関し、詳しくは数珠状転送
路によつて磁気バブルの転送を行なう、５ いわゆるコ
ンテイギユアス・ディスク素子（以下、ＣＤ素子と記す
）の製造にとくに好適なイオン打込み方法に関する）。

周知のように、磁気バブルメモリ素子においては、たと
えば磁気ガーネット膜のように、一軸磁１０気異方性を
有する磁性膜に、バイアス磁界を印加して磁気バブルを
発生させ、この磁気バブルによってメモリ作用が行なわ
れる。

近年、磁気バブルメモリ素子の記憶密度を増すために、
磁気バブルの直径が著るしくなり、直径１５が２μｍも
しくはそれ以下の微小バブルを用いた素子の実用化が活
発に促進されている。

しかし、磁気バブルの直径を小さくすると、それの転送
に用いられる転送パターンも、著るしく微細化するのは
当然であるが、微細転送パターン２０を正確に形成する
ことは極めて困難であり、これが微小バブルを持つた素
子を実現する上での最大の問題となつている。

すなわち、磁気バブルメモリ素子の転送パターンは、シ
エプロンパターンあるいはＴｉパターン２５ とよばれ
るものが一般に用いられ、これらの転送パターンは、写
真蝕刻法によつて形成される。

写真蝕刻法によつて正確に形成できる最小線幅は、ほぼ
２μｍ程度が限度であつて、これ以下の線幅を持つた微
細パターンを、正確に形成するこ３０とは困難である。
とくに、隣接するパターン間の間隙（これをギャップと
いう）は、上記線幅よりも小さくする必要があるが、通
常の写真蝕刻技術では、このような微小なギャップを正
確に形成することができな３５いため、磁気バブルの微
小化は極めて困難であつた。

このような問題を解決し、微小バブルの転送をＪ可能と
するため、従来のシエプロンパターンやＴＩパターンと
は異なり、ギヤツプを持たない転送パターンを用いたＣ
Ｄ素子が提案されている。

ＣＤ素子は、第１図に模式的に示したように、磁気バブ
ル転送路１がたとえばデイスクを数珠状に連結した形状
を有しており（このような転送をコンテイギユアスデイ
スクパターン、略してＣＤパターンという）、転送路１
にギヤツプが存在せず、磁気バブル２が転送路１の外縁
部に沿つて転送されることが特徴である。すなわち、第
１図および第２図に示したように、非磁性基板３上に形
成された、一軸異方性を有し、磁気バブルを保持し得る
磁性膜４上に、ホトレジスト、あるいは金やアルミニウ
ム一銅合金からなる数珠状のマスク１″を形成して、露
出された部分に、水素イオンやヘリウムイオンなど５を
打込み、イオン打込み領域６を形成する。

この際打込まれるイオンの種類や打込み電圧はイオンが
バブル膜の表面からほぼｌ／３の深さに到達して、結晶
格子に歪みを生じさせるように選ばれる。

たとえば、厚さ１．５μｍの（ＹＳｍＬｕＣａ）３（Ｇ
ｅＦｅ）５０１２膜の場合は、打込み電圧１５０Ｋｅで
、Ｈｅイオンを打込めばよい。

ＣＤ素子用バブル膜は、一般に、磁歪常数が負であるも
のが選ばれるので、イオン打込みによつて結晶が圧縮応
力を受けると、磁化Ｍδは磁歪の逆効果によつて膜面内
方向を向くようになる。

そのため、第２図に示したように、数珠状のマスク１′
によつて覆われず、イオン打込みされた表面領域６の磁
化の方向７は面内を向き、面内磁化を印加することによ
つて、ＣＤパターンの周辺に「磁荷を待つ磁壁」（通常
これをチャージトウオールという）が形成される。ＣＤ
パターン１の周辺に存在するバブル２は、チャージトウ
オールに吸引もしくは反撥されるため、外部から回転磁
界を印加してチャージトウオールの位置を移動させるこ
とによつて、バブルを転送させることができる。

上記説明から明らかなように、ＣＤ素子においては、バ
ブルを転送させるためにチャージトウオールの形成が必
要であり、そのためには、バブル膜の表面近傍に面内磁
化を存在させねばならない。

しかし、一般に、バブルの微小化にともなつて、争バブ
ルを安定に存在させるために必要な一軸異方性エネルギ
ーＫｕ（…１／２ＭｓＨｋ，Ｈｋ：異方性磁界）は増大
する。

したがつて、面内磁化を存在させるために必要な面内磁
化を形成するためには、増大したＫｕに打勝つだけの磁
歪異方性エネルギーＫｉ（…３／２λＳＯｓ，λｓ：面
内磁歪常数、σｓ：面内応力）が必要となる。

しかし、これらのうち、λｓはバブル磁性膜の種類によ
つて決まるので、自由度の大きい量はσｓだけであり、
その限界は結晶格子の弾性限界である。

一般に、単一種類のイオンを単一エネルギーでバブル膜
中に打込んだ場合、イオン打込みによつて膜中に生ずる
歪は、第３図中に破線で示した曲線ａのように、ある深
さＲｐを中心に、ほぼガウス分布をする。

第３図において、横軸は打込まれたイオンの表面からの
深さ、縦軸は相対エツチング速度をそれぞれ示してある
が、歪が大きいとエツチング速度も大きくなるので、縦
軸は歪の大きさに対応する。第３図曲線ａから明らかな
ように、従来一般に行なわれたイオン打込み法のように
、単一イオンを単一エネルギーで打込んだのでは、イオ
ンしたがつて歪の深さ方向の分布が均一にならず、ＣＤ
素子に必要な均一な歪の分布の形成は困難である。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、ガウス分布
ではなく、深さ方向に均一な不純物分布を持ち得るよう
なイオン打込み方法を提供することである。本発明の他
の目的は、磁性ガーネツト膜の所望深さに、均一な歪み
を分布させ得るようなイオン打込み方法を提供すること
である。

上記目的を達成するために、本発明は被イオン打込み物
に所望イオンビームを照射して、上記被イオン打込み物
内にイオン打込み領域を形成する方法において、上記イ
オンビームと上記イオンビームを照射中の被イオン打込
み物とのなす角度を可変にすることによりイオン濃度分
布のピーク位置が深さ方向に可変にしたことに特徴があ
る。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。第３図
曲線ａで示したように、単一イオンを同じエネルギで打
込むと、不純物分布ばガウス分奄となる。このような分
布は、イオンの種類や打込み電圧を変えて、複数回打込
みをくり返すことによつて分布の幅を広げることができ
る。

たとえば、８０ＫｅでＮｅ＋を１×１０１４／Ｉ，２７
ＯＫｅでＮｅ＋を２×１０１４／Ｃｄおよび１３０Ｋｅ
でＨ＋を２×１０１６／ｉと、計３回のイオン打込みを
行なうと、不純物分布は第３図曲線ｂのようになる。

曲線ａおよび曲線ｂを比較すれば明らかなように、イオ
ンの種類や加速電圧を変えてイオン打込みをくり返すこ
とによつて、不純物分布の幅を広げることができ、この
ような処理を行なうと、ＣＤ素子用の膜として使用する
ことも可能である。

現在、ＣＤ素子用膜の製造方法としては、この方法が提
案されているが、イオンの種類や加速電圧を変えてイオ
ン打込みをくり返すことは、実用上極めて煩雑であるこ
とはいうまでもない。しかも、表面から深い部分に打込
むためには、原子半径の小さなイオンを用いる必要があ
るが、原子半径の小さなイオンは、歪みを生じる効果が
小さいため、所要量の歪みを形成するためには、多量の
イオンを打込む必要があり、極めて長時間を必要とする
。本発明は、イオンを打込むべき磁性ガーネツト膜など
とイオンビームとの角度を変えることによつて、不純物
分布幅を広げ、急峻なピークを除去して平坦化するもの
である。

すなわち、第４図に模式的に示したように、バブル膜な
ど７とイオンビーム８との間の角度θを、従来のように
垂直に固定してイオン打込みを行なうのではなく、手動
または目動によつて順次変えてイオン打込みを行なうの
である。

このようにすると、イオン打込み深さは、膜７の法線と
イオンビームの方向８との角θに対応して変化し、広い
分布幅を持つたイオン打込み領域が形成される。

第５図は、その模様を示す図である。

１回のイオン打込みによつて形成される打込み領域の濃
度分布は、第３図に示したように、深さＲｐをピークと
したガウス分布に近いものになるが、膜７とイオンビー
ム８の方向との角度は垂直ではないので、この場合にイ
オン濃度が最大となるピークの深さｔは、Ｒｐではなく
ＲｐｃＯｓθとなる。

したがつて、θを変えてイオン打込みを行なえ］ば、イ
オン濃度分布がピークとなる深さｔを種々の値に変える
ことができ、加速電圧やイオンの種類を変えることなし
に、広く平坦な濃度分布を持つたイオン打込み領域が形
成できる。

θ＝９０ンすなわち、膜７の表面をイオンビーム８の方
向と平行にすればｔ＝ｏとなるから、表面から所望深さ
まで平坦な分布を得るためには、θが９０望から所望値
までの範囲で膜７を回転または往復すればよいことは明
らかである。

バブル膜７をθが９０はから所望角度まで回転または往
復させるには、連続的であつても、また間欠的であつて
も支障はない。

実施例 膜厚１．７μｍの（ＹｓｒｎＬｕＣａ）３（ＦｅＧｅ）
５０１２膜に、打込み電圧１５０ＫｅＶ、ドーズ量２刈
０１５／ｄ１θ−０．３０５，６００という条件でヘリ
ウムイオンを打込み、これを用いてＣＤ素子を形成した
。

このようにして得られた歪の深さ方向の分布を第６図に
示す。

θ二Ｏにおいて打込んだときの結果（第３図曲線ａ）と
比較すれば明らかなように、膜とイオンビームの方向と
の角度を変えて打込むことによつて、膜内における歪の
分布は、深さ方向に著るしく広がり、しかも、ピークが
平坦になつているのが認められた。また、この膜を用い
てＣＤ素子を形成し（パターン周期８μｍ）、直径１．
７μｍの磁気バブルを転送したところ、回転磁界５００
ｅにおいて、１０％以上のマージンで転送することがで
きた。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、被イ
オン打込み物とイオンビームとの角度を変えてイオン打
込みを行なうという極めて簡単な方法によつて極めて容
易に、被イオン打込み物内における深さ方向のイオン分
布幅を広げ、かつ、イオン濃度のピークを平坦化するこ
とができる。本発明は、種々の面に応用することが可能
であるが、とくにＣＤ素子に用いて実用的価値は極めて
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれＣＤパターンおよびそ
の製法を模式的に示した平面図および断面図、第３図は
イオン打込みを行なつた膜における歪の深さ方向の分布
を示す曲線図、第４図および第５図は本発明の原理を示
す図、第６図は本発明の一実施例を示す曲線図である。 １・・・・・・ＣＤパターン、１ ′ ・・・・・・マ
スク、２・・・・・・磁気バブル、３・・・・・・基板
、４，７・・・・・・バブル膜、５，８・・・・・・イ
オンビーム、６・・・・・・イオン打込み領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被イオン打込み物に所望イオンビームを照射して、
   上記被イオン打込み物内にイオン打込み領域を形成する
   方法において、上記イオンビームと上記イオンビームを
   照射中の被イオン打込み物とのなす角度を可変にするこ
   とによりイオン濃度分布のピーク位置が深さ方向に可変
   にしたことを特徴とするイオン打込み方法。 ２ 上記イオン打込み物は、コンテイギユアス・デイス
   ク素子用バブル膜である特許請求の範囲第１項記載のイ
   オン打込み方法。 ３ 上記イオンビームと上記被イオン打込み物との角度
   は、連続的または間欠的に変えられる特許請求の範囲第
   １項もしくは第２項記載のイオン打込み方法。