【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.07】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NM0005

利用課題名 / Title

トポロジカル物質を使ったMRAM素子の微細化研究

利用した実施機関 / Support Institute

物質・材料研究機構 / NIMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

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）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

スピントロニクス素子・物質,電子線描画（EB）,電子線リソグラフィ/ EB lithography,スピントロニクス/ Spintronics

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)

蜂須賀 敦司

所属名 / Affiliation

TopoLogic株式会社

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

新関　嵩

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

大里　啓孝

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

NM-621：FE-SEM [S-4800]
NM-661：電子ビーム描画装置 [JBX-8100FS]
NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-635：電子ビーム描画装置 [ELS-BODEN100]

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　トポロジカル物質は、全く新しい物質のカテゴリーであり、これまでの絶縁体、金属、半導体とは全く異なる電子の流れや制御が可能な物質で、全く新しいバンド構造を持つ第４の物質カテゴリーに属し、全く新しい電子の流れ/制御が可能で、全く新しい電子デバイスの実現を目指している。TopoLogicではトポロジカル物質の薄膜を用いたデバイスのエンジニアリングに関わるノウハウを持っており、このノウハウを用いて、革新的な磁気メモリ（MRAM）の研究を行っている。本課題では磁気メモリ素子の微細化のために電子ビーム描画装置を用いて微細パターン作成のための実験を行う。

実験 / Experimental

　弊社にてMRAMの磁気トンネル接合（Magnetic tunnel junction, MTJ）素子となる積層膜をスパッタ法で積層した後、MTJの下層電極を定義するレイヤ(弊社ではSOTレイヤと呼ぶ, 寸法は600nm以上)を電子ビーム描画装置(EB露光装置NM-601, NM-635, NM-661)で露光する。露光後、委託会社にてMTJ積層膜Milling、弊社にてレジスト除去を行う。
　次に最小100nm□寸法のMTJ素子を定義するレイヤ(弊社ではMTJレイヤと呼ぶ)をEB露光装置(NM-601, NM-635, NM-661)で露光し、走査電子顕微鏡（SEM、 NM-621 ）でレジスト形状、寸法(目標100nm)を観察し、SOTレイヤとのアライメントずれ検査(目標80nm以下)を行った。アライメントずれは2cm□ウエハ面内6点、x,y方向を測定した。
　レジストはNEB-22を使用し、NIMSにてスピンコート法により塗布し、現像液はTMAH 2.38%を使用した。

結果と考察 / Results and Discussion

　1stロット4枚のMTJレイヤを露光(NM-601)し、SEM(NM-621)で観察した結果、レジスト形状、寸法(100nm)とも問題なく露光できていた。アライメントずれは平均+3σ値で50.4nm～169.5nmであり目標を下回った。(SOT露光はNM-601で実施した)　
　2ndロット7枚のMTJレイヤを露光(NM-635)し、 SEM(NM-621)で観察した結果、レジスト形状、寸法(100nm)とも問題なく露光できていた。アライメントずれは平均+3σ値で27.4nm～164.9nmであり1stロットと同様、目標を下回った。全体として、Y方向に-50nm程度ズレており、今回はSOTレイヤをNM-601で露光していたためだと思われる。このY方向へのズレがなかった場合、ズレ量はほぼ100nm以下に収まっていた。　
　3rdロットはSOTレイヤで４枚NM-635、４枚NM-661で露光、MTJレイヤもSOTと同一装置(NM-635/NM-661)で露光した。  SEM(NM-621)で観察した結果、レジスト形状、寸法(100nm)とも問題なく露光できていた。アライメントずれは、NM-635では平均+3σ値で30.0nm～86.1nm、 NM-661では16.2nm～57.8nmであった。 NM-635ではマークサーチレシピの改善もあり、精度が向上した。また、NM-661の方が、更に精度は高い傾向にあった。　　
　今後、安定して80nm以下の重ね合わせ精度が実現できることを目指し、重ね合わせ精度向上を図るとともに、微細加工を施したMTJ素子の特性評価を行う。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

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.

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