국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "AIST"라고 불림), 전자 연구 부서 (Wada Toshimi 회장) 및 Anerva Co, Ltd (이민자 Aritaka의 회장) ( "Anerva"로 언급됨)는 비판적이지 않은 비율의 기억이 될 것으로 예상됩니다MRAM(magnetoresistive random access memory)터널 magnetoresistive (바카라 필승법 (터널링 자기 저항)) 요소의 성능을 크게 향상시키는 데 성공했습니다 대량 생산 기술 개발
AIST가 올 봄에 성공적으로 개발 한 터널 장벽으로산화 마그네슘(MGO)는 현재 대량 생산에 사용되고 있습니다스퍼터링 장비를 사용하여 실리콘 기판 (세계 최초)에 제조 할 수 있었으며 실온에서 230% (세계 최고 성능)의 자기 정상 비율을 달성했습니다 그것은 현재 MRAM에 사용되는 터널 장벽으로 산화 알루미늄을 사용하여 바카라 필승법 요소 (이하 "기존 바카라 필승법 요소")의 성능의 3 배를 가지고 있습니다 이것은 또한 370mV의 출력 전압을 달성했으며, 이는 종래의 바카라 필승법 요소의 약 2 배입니다
지금까지 새로운 바카라 필승법 장치를 제조하기 위해 특수 필름 형성 기술과 특수 기판이 필요했기 때문에 새로운 바카라 필승법 장치는 대량 생산 공정에 적합하지 않다고 생각되었습니다 이 연구의 결과는 대량 생산 MRAM 프로세스에 적합한 기존 스퍼터링 장비를 사용하여 새로운 고성능 바카라 필승법 요소를 제작할 수 있음을 보여줍니다 개선 된 출력 전압 값은 더 많은 메모리 요소를 통합 할 수 있도록합니다Gigabit(gbit)-등급 MRAM 개발의 경로가 열렸습니다 이 시간의 결과는 MRAM의 높은 성능을 가져올 것으로 예상 될뿐만 아니라 정보 기기 및 기타 제품에 대한 수요가 증가하는 하드 디스크에 사용되는 자기 헤드의 성능을 크게 향상시키는 기술이 될 것으로 예상됩니다
MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) ISDRAM(동적 임의 액세스 메모리)를 대체하는 대용량 및 고속 메모리로 전 세계적으로 개발되고 있습니다 [그림 1] 또한 MRAM은 전원이 꺼지는 경우에도 메모리를 잃지 않는 특성을 가진 이상적인 메모리입니다 (비 휘발성) Motorola와 IBM은 해외에서 개발을 시작한 최초의 선수였으며 2003 년 말에 MRAM (MBI)의 4 메가 비트 (MBI) 샘플이 배송되었습니다 2004 년 6 월, IBM 그룹은 16 메가 비트 MRAM의 개발을 발표했다 한편, 일본에서는 NEC와 Toshiba가 2003 년에 국가 프로젝트를 사용하여 본격적인 개발을 시작했습니다
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그림 1 MRAM의 작동 방식
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이전 기술을 사용하여 약 64 ~ 128 메가 비트의 MRAM을 실현할 가능성이 있지만 더 높은 통합을 달성하려면 MRAM의 핵심 인 바카라 필승법 요소의 특성을 극적으로 개선해야합니다 (그림 2 참조) 특히, 현재 사용되는 바카라 필승법 요소의 자기 저항 비율이 약 70%에서 가장 낮기 때문에 출력 전압 값도 200MV 미만으로 유지되며 통합이 증가함에 따라 노이즈가 증가함에 따라 정보를 사용할 수 없게됩니다
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그림 2 바카라 필승법 요소의 자기 적 효과
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이 문제를 해결하기 위해 전 세계에서 전극 재료를 최적화하고 터널 장벽의 재료 인 산화 알루미늄 생산에서 독창성을 최적화하기위한 노력이 이루어졌습니다 그러나, 기존 방법을 사용한 자기 정전비 및 출력 전압 값의 개선은 원칙적으로 포화에 접근하고 있으며, 대용량 기가비트 클래스 MRAM을 실현하기 위해 기본 솔루션이 필요하다
터널 배리어로서 산화 알루미늄을 사용하는 종래의 바카라 필승법 요소의 자성상 비율의 상한은 약 70%입니다 이러한 제한을 극복하기 위해, 터널 장벽의 물질로 산화 마그네슘을 사용하는 새로운 바카라 필승법 장치의 개발은 많은 지역에서 진행되고 있습니다 산화 알루미늄은 일반적으로 저온에서 결정화하기가 어렵습니다비정질 물질(원자가 불규칙한 배열을 갖는 재료)는 상태에 있으며, 전류가 흐르면 전자가 흩어져 있기 때문에 똑바로 이동하기가 어렵습니다 [그림 3 (a)] 대조적으로, 산화 마그네슘은 단결정 (정기적 인 원자 배열이있는 물질)이므로 전류가 흐르면 전자가 흩어져 있지 않아 똑바로 이동할 수있다 (도 3 (b) 참조) 그러한 경우, 이론적으로 거대한 자기 저항 효과가 발생할 것으로 예상되었다 새로운 바카라 필승법 요소의 실험 결과는 2001 년경부터보고되었으며, 자기 저항성 비율은 점차 개선되었지만 이번 봄, AIST는 마침내 실온에서 88%의 자성상 비율을 달성하여 기존 바카라 필승법 요소의 자기 저항성 비율을 초과했습니다*이것은 많은 관심을 끌었다 [그림 4 참조] 그러나, 이들 새로운 바카라 필승법 요소는 생산성이 낮은 특수 초고 진공 증착 방법, 실리콘 LSI 제조 공정에 필수적인 실리콘 기판과 다른 특수 기질 (산화 마그네슘 산화 마그네슘 기판)을 사용하여 제조되었다 초고 진공 증착에는 유지 보수주기가 짧고 대상 재료의 원소 비율을 제어하고 소형화하는 데 어려움이있는 기술적 문제가있어 실제 MRAM 제조 공정에 도입하는 것이 불가능하다고 생각합니다
*보도 자료 발표 20040302단결정 바카라 필승법 (Tunnel Magnetoresistance)으로 세계 최고 성능을 달성하십시오
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그림 3 기존의 바카라 필승법 요소 및 새로운 바카라 필승법 요소
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그림 4 바카라 필승법 요소의 자기 저항성 비율 향상의 이력
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(1) 실리콘 기판의 새로운 바카라 필승법 장치에 대한 대량 생산 기술 스퍼터링 장치 (World 's First)
올 봄 AIST의 새로운 바카라 필승법 요소를 성공적으로 시연 한 후 Anerva는 대량 생산 기술을 개발하기 시작했습니다 공정 호환성의 관점에서, 자기 헤드 및 MRAM의 생산성을위한 초고 진공 진공 증착 필름 형성 방법 대신 스퍼터링 필름 형성이 사용된다 따라서, 우리는 Anerva 스퍼터링 장치를 사용하여 새로운 유형의 바카라 필승법 요소를 제조하려고 시도했는데, 이는 자기 헤드 및 MRAM을위한 대량 생산 장치로 입증 된 실적을 가지고 있습니다 이 스퍼터링 장치는 기판과 표적 (필름 증착 재료) 사이에 넓은 간격을 갖고 기판과 관련하여 편차 (오프셋)로 배열되므로 기판에 발생하는 과량의 고 에너지 입자가 거의없고 필름의 구조를 방해합니다 또한, 기존의 스퍼터링 장치와 비교하여 스퍼터링 가스 압력을 크기로 낮추어 필름 평탄도가 개선되기 때문에,이 장치는 고품질 필름이 성장할 수 있다는 이점이있다 (도 5 참조) 결과적으로, 우리는 MRAM의 질량 생산에 사용되는 8 인치 직경의 실리콘 기판에서 새로운 바카라 필승법 요소를 제조하는 데 성공했습니다 (그림 6 참조) 투과 전자 현미경 사진은 평평한 산화 마그네슘 층이 실리콘 기판에서 성장 함을 보여준다 (도 7 참조)
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| 진공 용기에 도입 된 AR (아르곤)과 같은 불활성 가스에 고전압이 적용되는 현상을 사용하여 박막을 생성하는 방법, 전기장에서 혈장에서 이온 (AR+ 이온)이 가득 찬 대상 (필름 감지 재료) 및 표적으로부터의 입자에 의해 서두르고있다 |
이 실험에서 사용
Anerva Sputtering Device
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사용 된 장비의 기능 :
- 기판과 대상 사이의 거리는 넓고 표적이 기판과 관련하여 위치 (오프셋)로 배치되어 혈장으로 인해 박막 손상이 감소합니다
- 기존의 스퍼터링 장치와 비교하여 스퍼터링 가스 압력을 크기로 낮추어 필름의 평평성이 개선됩니다
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그림 5 스퍼터링 필름 형성 방법 및 스퍼터링 장비 모양의 개략도
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그림 6 8 인치 실리콘 기판 새로운 바카라 필승법 요소로 자란
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그림 7 새로운 유형의 바카라 필승법 장치의 전송 전자 현미경 사진
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(2) 새로운 바카라 필승법 요소는 실온에서 230% (세계에서 가장 높은 성능)
자기 저항 비율은 바카라 필승법 요소의 특성을 평가하기위한 전형적인 인덱스입니다 이전에는 산화 알루미늄을 터널 배리어로 사용하는 기존 바카라 필승법 장치의 성능은 70%의 가장 높은 자성상 비율입니다 이 성능은 이미 이론적 한계에 도달했으며 기존 바카라 필승법 장치의 성능이 더 이상 개선 될 것으로 예상 할 수 없습니다 대조적으로, 2004 년 3 월, AIST는 산화 마그네슘 마그네슘으로 마그네슘 장벽으로서 산화 마그네슘을 사용하여 초고 진공 증착 방법을 사용하여 88%의 자력 비율을 달성하여 기존 바카라 필승법 요소의 성능을 초과하는 획기적인 새로운 바카라 필승법 요소를 제조했습니다 이번에는 스퍼터링 장치를 사용하여 실리콘 기판 상에 제조 된 새로운 바카라 필승법 요소의 자성 분위기 비율이 이전 그림을 초과하여 실온에서 230%의 세계에서 가장 높은 값을 보여줍니다 (그림 8 참조)
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그림 8 새로운 바카라 필승법 요소의 자기 적 특성 (실내 온도)
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(3) 기가비트 클래스 MRAM 실현으로가는 길
현재 기존의 바카라 필승법 요소를 사용하는 MRAM을위한 글로벌 개발 레이스가 개최되고 있습니다 그러나 현재 MRAM을 제조하는 데 사용되는 알루미늄 산화 알루미늄을 사용하는 기존 바카라 필승법 요소의 자기 저항성 비율은 약 70%에서 최대 약 70%이며 신호 출력은 200MV 미만이므로 기존의 바카라 필승법 요소가 사용되는 한 64 내지 128 Megabits의 고도로 통합 된 MRAM을 실현하기가 어렵습니다
이번에 생성 된 새로운 바카라 필승법 요소는 230%만 자석성 비율을 나타내므로 출력 전압은 370MV에 도달합니다 이 값은 기존 바카라 필승법 요소의 출력 전압 값의 약 두 배이며 기가비트 클래스 MRAM에 필요한 특성을 거의 충족합니다 우리는 시편의 품질을 향상시킴으로써 더 높은 출력 전압 값이 예상 될 수 있다고 생각합니다 출력 전압 값 외에도 MRAM의 바카라 필승법 요소는 읽기 속도 및 기타 요인 측면에서 500 ~ 10,000 Ω · µm의 저항을 갖습니다2의 범위 내에 있어야하지만 이번에는 새로운 바카라 필승법 요소 가이 조건을 충족시킵니다 대량 생산 공정에 적합한 스퍼터링 장치를 사용 하여이 새로운 고성능 바카라 필승법 요소를 달성 한이 성과는 기가비트 등급 MRAM을 실현하는 데 큰 돌파구입니다
(4) 초고 밀도 하드 디스크를 위해 자기 헤드에도 적용 할 수있는 기술
홈 어플라이언스 산업에서, 알루미늄 산화 알루미늄을 사용하는 기존의 바카라 필승법 요소는 현재 자기 헤드에 통합되어 더 높은 밀도의 하드 디스크를 가능하게합니다 따라서, 자기 헤드의 질량 생산에 사용되는 스퍼터링 장치를 사용하여 기존의 바카라 필승법 요소보다 훨씬 큰 자기 정상 비율을 갖는 새로운 유형의 바카라 필승법 요소를 제조 한 현재의 결과는 자기 헤드의 성능을 더욱 향상시켜 하드 디스크의 기록 밀도를 개선하는 데 크게 기여합니다 자기 헤드에 사용되는 바카라 필승법 요소의 저항 값은 MRAM의 바카라 필승법 요소에 필요한 저항 값보다 상당히 낮습니다 05 ~ 4Ω · µm2이어야합니다 미래의 과제는 산화 마그네슘 층을 얇게 만드는 방법을 사용하여 저항 값을 줄이는 것입니다
AIST와 Anerva는 공동 연구를 수행하고 있으며이 연구의 결과는이 연구의 일부로 얻었습니다 이번에는 Anerva가 박막을 제작했으며 AIST는 장치 처리 및 평가를 수행했습니다
우리는 공동 연구 구조를 통해 다음과 같은 문제에 대해 계속 노력할 계획입니다
- 이번에 개발 된 새로운 바카라 필승법 요소의 추가 개선 탐색
- 실제 MRAM 대량 생산 공정으로 확장
- 스퍼터링 필름 형성 방법으로 제작 된 새로운 바카라 필승법 장치의 전도 메커니즘 이해
- 자기 헤드에 대한 새로운 바카라 필승법 요소에 대한 저항 기술