DE2018116C3

DE2018116C3 - Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speicherstreifenanordnung

Info

Publication number: DE2018116C3
Application number: DE2018116A
Authority: DE
Inventors: Tetsusaburo Kitaadachi Saitama Kamibayashi; Toshihiko Kobayashi; Yoshihisa Komazawa; Keigo Koza Kanagawa Komuro; Akira Okada; Shintaro Oshima
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1970-04-15
Publication date: 1975-12-04
Also published as: US3666635A; GB1302278A; DE2018116B2; FR2043385A5; DE2018116A1

Description

Endstreifen

wird, wobei wenigstens einer der
(15 a, 156) als Elektrode dient, so daß parallele Speicherstreifen (18a) entstehen, die um je einen leitenden dünnen Streifen (12) einen geschlosse-

streifen der Doppelschicht verbunden beläßt, ein elektrolytischer Ätzvorgang zur Glättung der Streifenränder folgt, daß danach eine zweite ferromagnetische dünne Schicht durch Elektroplattieren auf die

nen magnetischen Kreis bilden, der aus der ersten *5 Oberseite und die Seitenflächen der parallelen Strei-

ferromagnetischen dünnen Schicht (11) und der in Umfangsrichtung unmittelbar angrenzenden

zweiten ferromagnetischen dünnen Schicht (19) besteht, und aaß die parallelen Speicherstreifen

(18a) an den erforderlichen Stellen von den End- 3<> Kreis bilden, der aus der ersten ferromagnetischen

streifen (15a, 156) getrennt werden, so daß par- dünnen Schicht und der in Umfangsrichtung un

fen aufgebracht wird, wobei wenigstens einer Her Endstreifen als Elektrode dient, so daß parallele Speicherstreifen entstehen, die um je einen leitenden dünnen Streifen einen geschlossenen magnetischen

mittelbar angrenzenden zweiten ferromagnetischen Schicht besteht, und daß die parallelen Speicherstreifen an den erforderlichen Stellen von den End-

allele Speicherstreifen im gewünschten Muster entstehen.

2. Abänderung des Verfahrens nach dem An- nie·,

spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle 35 streifen getrennt werden so daß parallele Speicherder Doppelschicht eine aus einer ersten ferro- streifen im gewünschten Muster entstehen

In Abänderung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann an Stelle der Doppelschicht eine aus einer eisten ferromagnetischen dünnen Schicht, einer

(10) aufgedampft wird.

magnetischen dünnen Schicht (11), einer leitfähigen dünnen Schicht (12) und einer darüberliegenden dritten ferromagnetischen dünnen

Schicht (16) bestehende Dreifachschicht auf die 40 leitfähigen dünnen Schicht und einer darüberliegenglatte Oberfläche des isolierenden Trägerkörpers den dritten ferromagnetischen dünnen Schicht bestehende Dreifachschicht auf die glatte Oberfläche des isolierenden Trägerkörpers aufgedampft werden. Die so erzielte Speicherstreifenanordnung hat Eigen-45 schäften, die in verschiedenen Anwendungsbereichen vorteilhaft sind, wie dies im Zusammenhang mit den

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- Ausführungsbeispielen noch eingehender erläutert lung einer magnetischen Speicherstreifenanordnung wird.

mit einer Anzahl von parallelen Speicherstreifen, bei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

dem auf die glatte Oberfläche eines isolierenden Trä- 5<> Zeichnung dargestellt. Es zeigen
gerkörpers eine erste ferromagnetische dünne Schicht F i g. 1A, 1B und 1 C Teilschnitte durch den stark

und darauf eine leitfähige dünne Schicht aufgedampft vergrößerten Speicherkörper, die das Verfahren nach und sodann diese Doppelschicht durch Fotoätzen in der Erfindung erkennen lassen,
parallele Streifen unterteilt wird. Fig. ID und 1E eine Draufsicht auf einen Teil

Die Speicherstreifenanordnung, die nach einem 55 einer nach dem Verfahren hergestellten Speicherbeispielsweise aus der USA.-Patentschrift 32 78 913
bekannten Verfahren in der obenerwähnten Art hergestellt ist, kann zwar in den Zwischenräumen zwischen den Streifen frei von leitendem und ferromagnetischem Material gemacht werden, doch sind 6o
nach dem chemischen Ätzvorgang die Seitenkanten
der stehenbleibenden Leiterstreifen stark aufgerauht,
was sich unter dem Mikroskop zeigt, so daß sich bei
nachträglichem elektrolytischem Aufplattieren der

überdeckenden ferromagnetischen Filmschicht infolge 65 hergestellten Speicheranordnung,
des Spitzeneffektes der stark rauhen Seitenflächen Fig. 5A bis 5D Schnitte und perspektivische

erhebliche Unregelmäßigkeiten in der Dicke der Wiedergaben von Speicheranordnungen, die nach ferromagnetischen Filmschicht ergeben.

anordnung,

F i g. 2 A, 2 B und 2 C Schnitte und perspektivische Teilansichten zur Erläuterung eines weiteren Merkmals der Erfindung,

F i g. 3 A und 3 B einen Schnitt und eine Draufsicht einer weiteren nach dem Verfahren hergestellten Speicheranordnung,

F i g. 4 einen Schnitt in Teildarstellung durch eine andere Ausführungsform der nach dem Verfahren

g p

dem Verfahren hergestellt sind, und

Fig. 6A und 6B charakteristische Kurven, die die den. Kanteneffekte bei der Elektroplattierung kön-

Eigenschaften von Streifenspeicheranordnungen zei- nen auf diese Weise im wesentlichen vermieden

gen, welche nach dem Verfahren hergestellt sind. _werden. Wenn darüber hinaus das benötigte elek-

Mit Bezug auf die Fig. 1 A bis 1 E und .C wer- irische Potential über beide Endstreifen 15α und 15b den einige wesentliche Schritte bei dem Verfahren 5 zugeführt wird, so wird der Potentialabfall, der durch nach der Erfindung zunächst beschneben. Vorab den Widerstand in den Streifen bedingt ist, gieichwird auf der gesamten geglätteten Oberflache eines förmig. Folglich hat die zweite ferromagnetische isolierenden Trägerkorpers, z. B. emes Glasträgers dünne Schicht gleichmäßige Dicke, und es ergeben 1Θ, eine erste ferromagnetische dünne Schicht 11 sich gleichmäßige magnetische Eigenschaften der aufdurch Aufdampfen niedergeschlagen, was in einem io plattierten parallelen Streifen 18 (und 17).
magnetischen Gleichfeld erfolgt, welches die mit Schließlich werden die parallelen Speicherstreifen dem Pfeil Λ, angedeutete Richtung hat. Danach wird 18 a an den erforderlichen Stellen von den Endeine leitfähige dünne Schicht 12 wie etwa aus Kupfer streifen 15 a und 156 getrennt, indem die Endstreifen auf der gesamten Fläche der ersten ferromagne- 15 und 15 a und auch die erforderlichen Abschnitte tischen dünnen Schicht 11 ebenfalls im Aufdampf- 15 des Endstreifens 15 b mit Hilfe eines Fotoätzverfahverfahren niedergeschlagen. Nach diesen Aufdampf- rens beseitigt werden, so daß parallele Speicherstreiprozessen besteht also eine Doppelschicht aus einer fen 18 a erhalten werden, die in einem gewünschten ersten ferromagnetischen dünnen Schicht 11 mit Muster aufgeteilt sind, wie dies F i g. 1E zeigt. Dieses leichter Ausrichtung seiner Elementarmagnete in Muster der voneinander getrennten parallelen Spei-Richtwng des Pfeils Λ, und einer leitfähigen Schicht 20 cherstreifen, wie es die F i g. 1E zeigt, ist zur Bildung 12, wie dies die Fig. IA zeigt. Und diese Doppel- eines Matrixspeichers geeignet, in dem jeweils zwei schicht ist auf dem isolierenden Trägerkörper 10 Kreuzungsstellen zwischen den parallelen Speicheraufgebracht. Anschließend wird ein gegen Ätzung be- streifen 18 a und einem Satz von Spaltenleiterstreifen ständiges, fotosensitives Material 13 auf die gesamte (nicht gezeigt), die orthogonal und nahe, jedoch Fläche der leitfähigen dünnen Schicht 12 aufge- 25 isoliert zu den parallelen Speicherstreifen 18a angebracht, wie dies Fig. IB zeigt. Dieses Material 13 ordnet sind, zur Bildung je einer Speicherzelle verwird unter einer Maske mit dem gewünschten Muster wendet werden, denn die beiden zusammengehörenbelichtet, entwickelt und fixiert, so daß innere par- den parallelen Speicherstreifen 18 a sind mit einem allele Streifen 14 und Endstreifen 15, 15a und 15ft Verbindungsstreifen verbunden. Die Speicherstreifen (und 15c, der nicht gezeigt ist) auf der Oberfläche 3° 18a können jedoch auch als Einzelstreifen ausgeder leitfähigen Schicht 12 entstehen, wie dies Fig. IC bildet sein. In diesem Fall wird jede Speicherzelle und 1D zeigen. In diesem Fall ist jeder der End- des Matrixspeichers an jeder Kreuzungsstelle zwistreifen 15, 15 a, 156 und 15 c so bemessen, daß er sehen diesen getrennten Speicherstreifen 18 a mit eine ausreichende Breite α hat, wie sie für den nach- einem Satz von Spaltenleitem (nicht gezeigt) gefolgenden Ätzprozeß benötigt wird, und die beiden 35 bildet, wobei die Rückleitung für jeden der einzelnen Enden der inneren parallelen Streifen 14 sind mit Speicherstreifen 18 a notwendigerweise anderweitig den Endstreifen 15 a und 15 & verbunden, wie dies geschaffen sein muß.

aus F i g. 1D zu ersehen ist. Danach wird die Dop- Der Ätzprozeß wird im einzelnen folgend im Zu-

pelschicht ,11, 12 geätzt, wie es durch das fixierte sammenhang mit den Fig. 2A bis 2 C beschrieben.

Muster auf dem Material 13 vorgegeben ist. Dies 40 Der Ätzprozeß kann auf zwei verschiedene Arten

zeigen Fig. IC und 1D. Es entstehen also parallele durchgeführt werden. Eine dieser Arten ist ein che-

Streifen 18 (und 17) aus der Doppelschicht auf dem misches Ätzen, wobei eine chemische Lösung ohne

Trägerkörper 10, und deren entsprechende Enden Anwendung eines elektrischen Feldes zur Wirkung

sind mit den Endstreifen 15 a und 15 b verbunden. kommt. Das andere Verfahren ist ein elektrolytisches

Die Breite der parallelen Streifen 14 hat bei einem 45 Ätzen, bei dem das Ätzen in einem Elektrolyten

tatsächlich ausgeführten Ausführungsbeispiel den unter Anwendung eines elektrischen Feldes vor sich

Wert von 50 μΐη. Das Material 13 wird nach dem geht. Bei einem gewöhnlichen Fotoätzverfahren wird

Fotoätzen wieder beseitigt. Der Ätzvorgang wird im das erstgenannte chemische Ätzen angewendet. Bei

einzelnen später noch an Hand der Fig. 2A bis 2C der Erfindung werden jedoch die beiden genannten

beschrieben. · 5° Ätzverfahren miteinander kombiniert, um ein beson-

Danach wird eine zweite ferromagnetische dünne ders gutes Resultat zu erhalten.

Schicht 19 im Elektroplattierverfahren aufgebracht, Wenn das Ätzen bei dem Verfahren nach der Erwobei wenigstens einer der Endstreifen 15 a oder ISb findung nur auf chemischem Wege durchgeführt wird als Elektrode dient, so daß die parallel zueinander so sind die Seitenflächen des ersten ferromagneverlaufenden Speicherstreifen 18 a entstehen, wie sie 55 tischen dünnen Streifens 11 und des leitenden dünin der Fig. 2C gezeigt sind. Jeder dieser parallelen nen Streifens 12 bei der Betrachtung unter derr Speicherstreifen 18a bildet einen geschlossenen ma- Mikroskop rauh, wie dies Fig. 2A zeigt. Es ist des gnetischen Kreis, der den leitfähigen dünnen Streifen halb sehr schwierig, bei der Elektroplattierung dei 12 umgibt, wobei dieser Kreis aus der ersten ferro- zweiten ferromagnetischen dünnen Schicht 19 eini magnetischen dünnen Schicht 11 und der zweiten ^ gleichmäßige Schichtdicke und damit gute magne ferromagnetischen dünnen Schicht 19 gebildet wird tische Eigenschaften zu erhalten. Die Unregelmäßig (s. Fig. 2C). Da in diesem Fall die Enden der keiten zeigen sich bei der Betrachtung unter den inneren parallelen Streifen 18 mit den Endstreifen Elektronenmikroskop. Es ist in diesem Zusammen 15a und 15 b verbunden sind, kann das benötigte hang bemerkenswert, daß die aus Kupfer bestehendi elektrische Potential an das gesamte, aus parallelen 6₅ leitende dünne Schicht 12 schneller abgeätzt wird al Leitern der dünnen Schicht 12 bestehende Muster die erste ferromagnetische dünne Schicht au über nur einen der Endstreifen ISa oder ISb als Permalloy. Neben der Tatsache, daß die Seiten Elektrode bei der Elektroplattierung zugeführt wer- flächen der Streifen 11 und 12 rauh sind, wenn mai

sie unter dem Mikroskop betrachtet, tritt noch als weiteres hinzu, daß der Durchschnittsneigungswinkel Θ, am Streifen 11 ein anderer ist als der Durch-Schnittsneigungswinkel Θ₂ der Seitenkante des Streifens 12, und zwar gilt Θ_χ < Θ₂. Es ist auch die Breite d, des Streifens 11 größer als die Breite d., des Streifens 12. Um die Seitenflächen der Streifen 11 und 12 glatt zu gestalten, wird nach dem chemischen Atzen noch eine elektrolytische Atzung unter Einfluß eines elektrischen Feldes durchgeführt. Da der größere Teil des Stroms bei dieser elektrolytischen Ätzung von den vorstehenden Spitzen der rauhen Seitenflächen ausgeht, werden die rauhen Flächen der Streifen 11 und 12 glatt, wie dies die Fig. 2B zeigt. Die Breite d_x des Streifens 11 ist dabei größer als die Breite d₂ des Streifens 12.

In diesem Fall unterliegt die leichte Vormagnetisierung der ersten ferromagnetischen dünnen Schicht 11 in der Richtung Α_Λ einem Einfluß, der sie in die angedeutete Richtung A₂ umzurichten versucht infolge der Entmagnetisierungsfeldstärke, die entsprechend der Verringerung der Breite ά_Λ des ferromagnetischen dünnen Streifens 11 ansteigt. Da jedoch die zweite ferromagnetische dünne Schicht 19 auf die Schichten 11 und 12 in der in Fig. 2C gezeigten Weise aufplattiert wird, wobei die Streifen 11 und 12 bei der Elektroplattierung als Elektrode dienen, bleibt die leichte Magnetisierung der ersten ferromagnetischen dünnen Schicht 11 in der Riehtung/4, in dem geschlossenen Magnetkreis erhalten, der durch den ersten und zweiten dünnen ferromagnetischen Streifen 11 und 19 gebildet wird, welche in direkter Berührung miteinander den leitenden dünnen Streifen 12 umschließen. Die Beziehung d_x > d, ist zur Bildung des geschlossenen magneüschen"Kreises von Vorteil.

Wird der Ätzvorgang durch elektrolytisches Ätzen vorgenommen, so können einzelne insulare Blockchen 20 der Schicht zwischen den parallelen Streifen 18 stehenbleiben, wie dies in den Fig. 3A und 3B angedeutet ist. Dies hängt damit zusammen, daß diese insularen Blöckchen 20 in der letzten Phase des elektrolytischen Ätzens plötzlich von der Zuleitung abgetrennt werden. Diese insularen Blöckchen 20 geben dann Anlaß zu Störrauschen in dem Matrixspeicher, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Es ist also nicht möglich, ausschließlich das elektrolytische Ätzen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anzuwenden. Mit anderen Worten, chemisches Ätzen und elektrolytisches Ätzen müssen in der genannten Reihenfolge zusammen-

Der Träger 10 aus einem Isolierstoff ist bei dem bisher beschriebenen Verfahren als Glasträger ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, einen leitfähigen Träger 22 mit glatter Oberfläche zu wählen, der von einer glatten Schicht 23 aus isolierendem Materia! überdeckt ist, welches z. B. Siliziumoxid sein kann, wie dies Fi g. 4 zeigt.

Aus Versuchen hat sich ergeben, daß die Zusammensetzung der Legierung für eine ferromagnetische dünne Schicht, die auf ein von ihr abweichendes Metall im Elektroplattierverfahren aufgebracht werden soll, anders sein soll als die Zusammensetzung des ersten dünnen Teils der aufplattierten ferromagnetischen dünnen Schicht. Wenn eine dünne Permalloyschicht mit einer Zusammensetzung von 20% Fe und 80% Ni beispielsweise auf Kupfer auf plattiert werden soll, so wird der erste Teil des aufplattierten Permalloys mit einem etwas höheren Fe-Anteil ausgestattet, bis eine Schwellenwertdicke von etwa 1000 A erreicht ist. Wenn die Zusammensetzung der dünnen ferromagnetischen Schicht in Dickenrichtung der Schicht sich ändert, so ändern sich auch die magnetischen Eigenschaften dieser Schicht in Dickenrichtung, so daß die Flußverteilung ungleichmäßig wird. Dadurch wird die Ausgangsspannung, die dem mit dem Magnetfluß gekoppelten Leiter entnommen werden kann, kleiner, und der Informationsgehalt des Speichers kann durch äußere Störmagnetfelder verändert werden.

Um diesen Nachteil des Elektroplattierens auszuschalten, wird auf die gesamte Fläche der leitenden Schicht 12 durch Aufdampfen eine dritte ferromagnetische dünne Schicht 16 aufgebracht, wie dies F i g. 5 zeigt. Die Zusammensetzung dieser dritten ferromagnetischen dünnen Schicht 16 wird so gewählt, daß sie der Zusammensetzung der zweiten dünnen ferromagnetischen Schicht 19 entspricht, die dann über die dritte ferromagnetische dünne Schicht 16 gelagert wird. Die einzelnen Verfahrensschritte sind in den Fig. 5B, 5C und 5D gezeigt, die im Zusammenhang mit den an Hand der Fig. IA, IE und 2 C beschriebenen Verfahrensschritten zu verstehen sind. Das Fotoätzen wird also auf der Dreifachschicht 11,12,16 durchgeführt, wie dies Fig. 5B und 5 C zeigen, und die zweite ferromagnetische dünne Schicht 19 wird dann auf die Dreifachschichtstreifen 11, 12, 16 durch Elektroplattierung aufgebracht, wie dies F i g. 5 D zeigt. Da die dritte ferromagnetische dünne Schicht 16 mit der gewünschten Zusammensetzung zuvor auf der leitenden Schicht 12 niedergeschlagen ist, hat die durch Elektroplattierung aufgebrachte ferromagnetische dünne Schicht 19 ebenfalls die gewünschte Zusammensetzung.

In den Fig. 6A und 6B werden die Eigenschaften der dritten ferromagnetischen dünnen Schicht 16 beschrieben. Die oberen Darstellungen in den Fig. 6A und 6 B zeigen die magnetischen Eigenschaften dei ersten und zweiten ferromagnetischen dünnen Schichl 11 und 16, die je eine Dicke von 1500 A haben, gegen die Richtung der Vormagnetisierung, während die unteren Darstellungen die magnetischen Eigenschäften in Magnelisierungsrichtung derselben Schichten zeigen. Aus F i g. 6 A läßt sich entnehmen, daß die Koerzitivfeldstärke des magnetischen Kreises, der durch die erste und zweite ferromagnetische so Schicht 11 und 19 gebildet wird, den im wesentlichen konstanten Wert von 25 Oe in beiden Richtungen hat, wenn die dritte ferromagnetische dünne Schichl 16 nicht vorhanden ist. In diesem Fall mit einei Dicke von 1500A sind die Speicherstreifen 18 füi einen Magnetspeicher nicht geeignet, da diese Speicherstreifen keine Anisotropie aufweisen. Wird jedoch vor dem Plattieren mit der zweiten ferromagne· tischen dünnen Schicht 19 die dritte ferromagne· tische dünne Schicht 16 aufgebracht, so hat der geschlossene Magnetkreis aus erster, zweiter und dritter ferromagnetischer dünner Schicht 11, 16 und 15 eine ausreichend rechteckige Hysteresecharakteristik die bei der Dicke von 1500 A Anisotropie aufweist Weitere Testergebnisse wurden für die Proben ] und II wie nachstehend erhalten, bei denen die Dikken der ferromagnetischen Schichten 11 und 19 bzw der Kupferschicht 12 2000 bzw. 5000A betruger und die Streifenbreite zu 50 [im gewählt wurde. Die

3e II hatte außerdem eine dritte ferromagnetische ne Schicht 16 mit einer Dicke von 300 A. Unter en Voraussetzungen erzeugte die Probe I eine gangsspannung von 4 mV bei einem ZifTernstrom 20 mA und einem Wortstrom von 500 mA mit

(ß

einer Anstiegszeit von 20 ns, während 8 mV bei den gleichen Stromwerten Vorteile, die mit der dritten ferromagn nen Schicht 16 verbunden sind, liegen b gebnis klar auf der Hand.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Speicherstreifenanordnung mit einer Anzahl von parallelen Speicherstreifen, bei dem auf die glatte Oberfläche eines isolierenden Trägerkörpers eine erste ferromagnetische dünne Schicht und darauf eine leitfähige dünne Schicht aufgeDem Fachmann ist andererseits bekannt, daß die Rauhigkeit der geätzten Flächen beim elektrolytischen Ätzverfahren geringer ist, doch verbot sich ihm die Anwendung des elektrolytischen Ätzverfahrens deswegen, weil gegen Ende des Ätzvorganges in den Zwischenräumen zwischen den stehenbleibenden Streifen von der leitenden Umgebung getrennte Inseln stehenbleiben, die infolge dieser elektrischen Abtrennung von der Stromquelle dann nicht mehr

und darauf eine leitfähige dünne Schicht aufge . _ _w .

dampft und sodann diese Doppelschicht durch io weggeätzt werden. Sie geben spater im fertigen Strei-Fotoätzen in parallele Streifen unterteilt wird, fenspeicher trotz ihrer Isolierung Anlaß zu Speicherddh ih dß f d fehlern oder auch zu Rauschstorungen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, das bed b dß

dadurch gekennzeichnet, daß auf den Fotoätzvorgang, der die Enden sämtlicher Streifen mit zwei quer zu ihnen verlaufenden Endi (IS 6) hh bd

kannte Verfahren derart zu verbessern, daß zum