【研究成果】次世代デバイス 高精度かつ低損傷での加工へ ～酸化・錯体反応を利用～

　本学原子分子材料科学高等研究機構・流体科学研究所の寒川誠二教授らのグループが中性粒子ビームによる酸化・錯体反応を用いた磁性体膜の高精度、超低損傷なエッチング加工技術を開発した。これは東京エレクトロン株式会社との共同研究であり、次世代デバイスである磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）の微細化技術に大きく貢献するものである。




　磁気抵抗メモリはスピントロニクスを応用して作られる新しいタイプのメモリである。これは磁性を持つ遷移金属の積層構造で絶縁層を挟んだ構造を持ち、特徴として高速、不揮発、そして理論上は微細化、高集積化が可能ということが挙げられる。しかし積層構造を形成する白金などの遷移金属およびコバルト鉄などの磁性体は不揮発性かつ酸化されにくく、従来の方法では微細で垂直な層構造を保ち、かつ磁気特性を劣化させない加工は不可能であった。

そこで寒川教授らは中性粒子ビームを用いて錯体反応によるエッチングを提案した。錯体反応を実現するためのキーポイントは金属表面酸化することで錯体反応を引き起こすプリカーサ（配位子）の吸着確立を大きくすることである。しかし、遷移金属や磁性体の熱酸化には３００℃以上の高温が必要であり、磁性体を劣化させるので錯体反応を実現することができなかった。そこで、寒川教授は酸素・中性粒子ビームを用いて金属表面を室温で酸化し、錯体反応サイトを作りだし配位子の吸着確立を飛躍的に向上させて錯体を形成させる方法を提案した。

中性粒子ビームによる酸化では高い運動エネルギーを持った中性酸素分子だけをぶつけることで酸化するので金属表面のみ活性化することとなり金属全体の温度を上げることなく酸化反応を進行させることが可能となった。また、高エネルギーの紫外線が発生しないのでメモリの磁気特性へのダメージも抑えられる。錯体が揮発性であるので、素子への残留、付着もなく、低温での反応であるので磁気特性を劣化させずに微細加工を達成することに成功した。

　この手法はＭＲＡＭ作製技術として東京エレクトロンが実用化を目指している。また、この新しい方法はこれまで高温でしか行えなかった反応を低温で行うことができるので、量子効果を利用したデバイスの作製、物質の新たな物性探索など広く応用できる技術だ。