DE3100289C2

DE3100289C2 - Ionenimplantationsverfahren

Info

Publication number: DE3100289C2
Application number: DE3100289A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Ikeda; Yutaka Tokorozawa Saitama Sugita; Norikazu Kodaira Tokyo Tsumita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-01-23
Filing date: 1981-01-08
Publication date: 1984-01-05
Also published as: DE3100289A1; JPS5911988B2; JPS56104436A; US4404233A

Abstract

Ein Ionenimplantationsverfahren wird in der Weise durchgeführt, daß der Winkel zwischen einem Ionenstrahl und einem mit Ionen zu implantierenden Gegenstand variiert wird, so daß sich das Verfahren in erheblich einfacherer Weise durchführen läßt als bisher, wobei eine Verunreinigungsverteilung erreicht wird, die in Tiefenrichtung abgeflacht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ionenimplantationsverfahren mit den Im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Merkmalen.

Ein lonenlmplantatlonsverfahren dieser Art Ist aus der DE-OS 27 32 282 bekannt. Bei dem In dieser DE-OS ■ beschriebenen Magnetblasenspeicherelement wird ein Vorspannungsfeld an einen Magnetfilm angelegt, der eine einachsige Magnetanisotropie aufweist, wie z. B. ein 'magnetischer Granatfilm, um dadurch Magnetblasen herzustellen, mit denen die Speicherwirkung vorgenommen wird.

Um die Speicherdichte des Magnetblasenspelcherele-

_; 'mentes zu erhöhen, wird In jüngster Zelt der Durchmes-' ser von Magnetblasen erheblich verringert, und es wird . Jn der Praxis ein Element unter Verwendung von kleinen Blasen angestrebt, die einen Durchmesser von kleiner oder gleich 2 μπι haben.

Wenn der Durchmesser der Magnetblasen verringert wird, ist es jedoch ganz natürlich, daß die für ihre Ausbreitung zu verwendenden Ausbreitungsmuster In erheblichem Maße klein werden. Die präzise Bildung von derartigen winzigen Ausbreitungsmustern Ist sehr schwierig ,und wirft die Hauptschwierigkeit bei der Realisierung des Elementes auf, das die Magnetblasen enthält.

Genauer gesagt, das Ausbreitungsmuster des Magnetblasen-Spelcherelements verwendet im allgemeinen das sogenannte Chevron oder TI-Muster, das mit einem fotolithograflschen Verfahren hergestellt wird.

Die minimale Linienbreite, die präzise _durch Fotolithografie hergestellt werden kann, hat Ihre Grenze bei ungefähr 2 μπι, was es schwierig macht, ein derartig feines Muster präzise mit ausgezeichneter Reproduzierbarkelt herzustellen, wenn es eine kleinere Linienbreite als 2 μπι besitzt.

Insbesondere muß der Abstand zwischen benachbarten Mustern, der nachstehend kurz als »Spalt« bezeichnet wird, kleiner sein als die bereits genannte Linienbreite. Die bisherige Fotolithografie war nicht in der Lage, derartige winzige Spalte präzise herzustellen, was es In erheblichem Maße schwierig macht, die Magnetblasen klein zu machen.

Zur Lösung dieser Probleme, um die Ausbreitung von

kleinen Blasen möglich zu machen, hat man bereits nn ein CD-Element gedacht, das weder ein herkömmliches Chevron-Muster noch ein TI-Musler, sondern ein Ausbrellungsmusler ohne Spalt verv/endel.

Das CD-Element zeichnet sir.h dadurch aus, wie es In Flg. 1 schematisch dargestellt Ist, daß eine Magnetbiasen-Ausbreltungsschaltung I «ine Gestalt In Form von kettenförmigen Scheiben aufweist (was als Muster mit zusammenhängenden Scheiben oder kurz als CD-Muster bezeichnet wird) und daß kein Spalt in der Ausbreitungsschaltung vorhanden Ist, so daß die Magnctblasen 2 sich lungs des äußeren Kantenteil» der Ausbreitungsschaltung i ausbreiten.

Genauer gesagt wird, wlt; in Flg. I und 2 dargestellt, eine kettenförmige Maske Γ aus einem Fotoresist oder einer Legierung aus GoIc'/ oder Aluminium-Kupfer auf einem Magnetfilm 4 hergestellt, der so auf einem nlchtmagnmischen Substrat 3 ausgebildet Ist, daß er bei der Eigenschaft einer einachsigen Anisotropie die Magnetblasen halten kann, und Wasserstoff-, Helium - oder andere

■■:. Jonen 5 werden in den übrigen freiliegenden Bereich '!implantiert, um auf diese Welse einen Ionenlmplantaitlonsberelch 6 herzustellen. Der mit der Maske (' bedeckte Teil ist ein nicht mit Ionen implantierter -

25·'Bereich, um eine Ausbreitungsschaltung gemäß Fig. 1 herzustellen.

In diesem Falle werden die Art der Implantierten Jonen und die Spannung für die Implantation so gewählt, daß die Ionen ein Drittel der Tiefe von der Oberfläche des MagnetfHmes 4 erreichen, um dadurch Verzerrungen Im Kristallgitter des Magnetfilmes 4 auszubilden.

Beispielswelse genügt es im Falle eines Filmes aus (YSmLuCa)₃(GeFe)₅O₁₂ mit einer Dicke von 1,5 μπι als Magnetfilm 4, He-Ionen bei einer Spannung von 150 keV zu implantieren.

Da der Blasen- oder Magnetfilm für das CD-Element im allgemeinen so gewählt 1st, daß er eine negative Magnetostrlklionskonstante hat, wird die Magnetisierung parallel zur Filmebene Hegen, und zwar aufgrund des ungünstigen Effektes der Magnetostriktion, wenn der Kristall In Folge der Ionenimplantation einer Kompressionsspannung unterworfen wird. Wie in Flg. 2 dargestellt, liegt infolgedessen die Magnetisierungsrichtung 7 des Oberflächenbereiches 6, die nicht mit der kettenförmlgcn Maske Γ bedeckt Ist, so daß sie mit den Ionen Implantiert wird, parallel zur Filmebene, so daß die »Magnetwand mit den magnetischen Ladungen«, die üblicherweise als »geladene Wand« bezeichnet wird, an der Grenze des CD-Musters durch Anlegen des Magnetfeldes In der Ebene gebildet wird.

Die an der Grenze vorhandenen Blasen 2 werden von der geladenen Wand entweder angezogen oder abgestoßen, so daß sie sich ausbreiten können, indem man ein umlaufendes Magnetfeld von außen anlegt, um damit die Position der geladenen Wand zu verschieben.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, muß das CD-Element mit der geladenen Wand ausgebildet werden, um für die Ausbreitung der Blasen zu sorgen. Zu diesem Zweck muß die Magnetisierung in der Ebene in der Nähe der Oberfläche des Blasenfllmes ausgebildet werden.

Im allgemeinen Ist es jedoch so, daß dann, wenn die Blasen kleiner gemacht werden, die einachsige Anlsotro-Jjie-Energle Ku (= V₂MsHk, wobei Hk das Anlsotroplefeld bezeichnet), die für eine stabile Existenz der Blasen erforderlich Ist, um so stärker zunimmt.

Um die zur Ausbildung der geladenen Wand erforderliche Magnetisierung In der Ebene auszubilden, Ist somit

eine Magneloslrlktlons-Anlsolropleenergle Ki (=- 3/2/ί,σ,. wobei A₁ eine Magnctostrlktlonskonstanle In der Ebene und σ, eine Spannung in der Ebene bezeichnen) erforderlich, um die erhöhte einachsige Anisoiropleenergle Ku zu üverwlnden.

Dabei lsi jedoch die Magneloslrlkilonskonstante /., In der Ebene durch die An der Mugneiblasenfllme bestimmt, und die übrige Menge mit einem hohen Frelheltsgrad Ist durch die Spannung σ, In der Ebene begrenzt, wobei die Grenze hiervon die Elastizitätsgrenze des Kristallgitters Ist.

In einem Falle, wo eine einzige Art von Ionen mit einer einzigen Energie in die Blaserifllme Implantiert wird, wird Im allgemeinen die Verzerrung, die in den Filmen als Ergebnis der Ionenimplantation ausgebildet r, wird, irn wesentlichen gemäß einer Gauss'schen Verteilung um die Tiefe R₁, verteilt, die durch die Art der Ionen und die Spannung für die Implantation bestimmt lsi, wobei sie der Form einer Kurve α folgt, die strlchllerl in Mg 3 eingetragen Ist. In Flg. 3 gibt die Abszisse die Tiefe der von der Oberfläche Implantierten Ionen und die '· Ordinate eine relative Ätzrate an. Da die Ätzrate bei grö- '' ßerer Verzerrung stärker zunimmt, entspricht die Ordinate der Amplitude der Verzerrung.

Wie sich aus der Kurve α In Fig. 3 ergibt, können die Ionen nicht gleichmäßig in Tiefenrichtung implantiert werden, wenn die einzelnen Ionen mit einer einzigen Energie implanllert werden, wie es bei dem Ionenimplantdtionsverfahren der aus der DE-OS 27 32 282 bekannten Art der Fall ist. Infolgedessen kann die Verteilung der Verzerrung In Tiefenrichtung nicht gleichmäßig gemacht werden, so daß es schwierig wird, eine gleichmäßige Verteilung der Verzerrung auszubilden, die für das CD-Element erforderlich Ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein lonenimplanlatlonsverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem es möglich ist, keine Gauss'sche Verteilung, sondern eine gleichmäßige Verunreinigungskonzentration in Tiefenrichtung auszubilden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Mit dem erflndungsgemäßen Verfahren wird in vorteilhafter Welse erreicht, daß sich gleichmäßige Verzerrungen in einer gewünschten Tiefe in dem bestrahlten Gestand, z. B. einem magnetischen Granatfilm verteilen lassen.

Weilerbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beillegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in F i g.· 1 und 2 eine Draufsicht bzw. einen Schnitt zur Erläuterung der Form bzw. eines Herstellungverfahrens eines CD-Musters;

Fig. 3 eine grafische Darstellung von charakteristischen Kurven zur Erläuterung der Tiefenverteilung der Verzerrung, die sich mit der Ionenimplantation erreichen läßt;

Fig.4 und 5 schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verfahren und seiner Wirkungswelse; und in

Flg. 6 eine grafische Darstellung einer charakteristischen Kurve, die sich mit einem Ausführungbeispiel des erflndungsgemäßen Verfahrens erzielen läßt.

Wenn die einzelnen Ionen mit der gleichen Energie implantiert werden, wie es mit der Kurve a (Fig. 3) angegeben ist, nimmt die Verunreinigungsverteilung die Form einer Gauss'schen Verteilung an.

Die Breite einer derartigen Verteilung kann vergrößert werden, indem man die Implarilatlonen einige Male wledt.holi, wobei die Arien von Ionen und die Spannungen zur Implantation geändert werden (vgl. z. B. die EP-OS 31 546).

Wenn die Ionenimplantationen dreimal durchgeführt werden, und zwar mit Ne* bei 1 · 10¹⁴ cm'² und 80 keV. mit Ne* bei 2 I0¹⁴ cnr² und 270 keV, und mil H* bei 2 · 10"¹ cm ² und 130 keV, nimmt die erhaltene Verunreinigungsverteilung die Form einer Kurve ft In Fig. 3 an.

Wie sich aus dem Vergleich der beiden Kurven α und /; erplbl, kann die Breite der Verunreinigungsverteilung vergrößert werden. Indem man die Ionenimplantationen wiederholt, wobei die lonenarten und die Beschleunigungsspannungen variiert werden. Wenn diese Behandlungen durchgeführt werden, kann das Produkt als Film eines CD-Elementes verwendet werden.

Das oben beschriebene Verfahren wird derzeit als Verfahren zvr Herstellung eines Filmes für ein CD-Element verwendet, jedoch sind die Wiederholungen der Ionenimplantationen mit den geänderten Ionenarten und Beschleunigungsspannungen in der Praxis mit erhebli-"chem Aufwand und Mühen verbunden. ; Darüber hinaus Ist es erforderlich, Ionen mil einem kleinen Atomradius zu verwenden, um die Ionen tief von der Oberfläche entfernt zu Implantieren. Da jedoch die Ionen mit einem kleinen Atomradius einen kleinen Effekt zur Ausbildung der Verzerrung haben, Is'. es erforderlich, viele Ionen zu implantieren, was viel Zeit in Anspruch nimmt, um dadurch das gewünschte Maß an Verzerrung auszubilden.

Beim Stande der Technik wird die herkömmliche Ionenimplantationen so durchgeführt, daß man entweder die Oberfläche eines mit Ionenimplantation zu behan- . delnden Gegenstandes, z. B. einen Blasenfilm, und einen Ionenstrahl im wesentlichen unter einem rechten Winkel (anordnet oder sie um 4 bis 10° zueinander neigt, nicht jedoch die Winkel zwischen dem Gegenstand und dem Ionenstrahl zu variieren.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden jedoch die Ionenimplantationen nicht durchgeführt, indem man den Winkel zwischen dem Gegenstand für die Ionenimplantation und den Ionenstrahl fixiert, sondern indem man von Hand oder automatisch den Winkel !zwischen einem für die Ionenimplantation vorgesehenen Gegenstand 7, z. B. einem Blasenfilm, und einem Ionenstrahl 8 allmählich variiert, wie es schematisch in Flg. 4 dargestellt isl.

Wenn man gemäß diesem Verfahren vorgeht, wird die Tiefe der Ionenimplantation In Abhängigkeit vom Winkel θ zwischen der Normalen des Filmes 7 und der Richtung des Ionenstahles 8 variiert, so daß ein Ionenimplantationsbereich mit einer großen Verleilungsbreitc, ausgebildet wird.

Fig. 5 zeigt die Ausbildung des mit Ionen Implantierten Bereiches. Die Konzentrationsverteilung des mit 'Ionen implantierten Bereiches, die durch die erste Ionenimplantation gebildet wird, wird ähnlich der Gauss'schen Verteilung mit einer Tiefe R₁, bei seinem Peak, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Da jedoch der Winkel Θ zwischen . jdem Film und der Richtung des Ionenstrahles 8 kein rechter Winkel ist, wird die senkrechte Tiefe / des Peaks, wo die Ionenkonzentration ihr Maximum hat, in diesem Falle nicht durch R₁,, sondern durch R₁, ■ cos β ausgedrückt

Wenn die Ionenimplantationen durchgeführt werden. Indem man den Winkel Θ allmählich variiert, kann die senkrechte Tiefe Λ, wo die Ionenkonzentrationsverteilung ihren Peak hat, auf verschiedene Werte geändert werden,

so daß der Ionenimplantationsbereich mit seiner Konzentrationsverleilung, in Tiefenrichtung über einen breiten Bereich abgeflacht werden kann, ohne die Beschleunigungsspannungen und die lonenarten zu ändern.

Für Θ = 90", d, h. in dem Falle, wo die Oberfläche des Filmes 7 parallel zur Richtung des Ionenstrahles 8 angeordnet Ist, nimmt die senkrechte Tiefe 1 den Wert 0 an. Um die Verteilung auszubilden, die von der Oberfläche zu einer gewünschten Tiefe flach Ist, ist es somit offensichtlich ausreichend, wenn der Film'7 innerhalb eines 10, Bereiches des Winkels Θ zwischen 90" und einem ,gewünschten Wert gedreht oder hin- und herbewegt % wird. ,Ü

Es treten keine Schwierigkelten unabhängig davon auf,. ψ ob die Drehungen oder Hin- und Herbewegungen des (5 Biasenfilmes 7 innerhalb eines Bereiches des Winkels Θ zwischen 90° und dem gewünschten Wert kontinuierlich , oder stufenweise durchgeführt werden,

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel im elnzel- \ nen beschrieben:

Es werden Hellumiorien implantiert, Wobei folgende Bedingungen verwendet werden: Die Implantat lonsspannung beträgt 150 keV, die Dosis beträgt 2 · I0¹⁵ cm"² und \ die Winkel für Θ betragen 0°, 30" und 60". Dabei wird e'in Film aus (YSmLuCa)J(FeGe)₅Oi₂ mit einer Dicke von 1,7 pm verwendet, um daraus ein CD-Element herzusteljen.

Die Verteilung der so erhaltenen Verzerrung in Tiefen- , richtung ist in FIg. 6 angegeben. Wie sich aus dem Ver-, gleich mit dem Ergebnis ergibt, wenn die Implantation unter einem Winkel 0 = 0" durchgeführt wird (vgl. Kurve ö In Fig. 3), so bestätigt sich, daß die Verteilung der Verzerrung im Film erheblich verbreitert wurde, während der Peak abgeflacht wurde, indem man die Implantationen durchführte, wenn der Winkel zwischen dem Film und der Richtung des Ionenstrahles variiert wurde.

Unter Verwendung eines so hergestellten Filmes wurde andererseits ein CD-Element mit einer Musterperiode von 8 μπι hergestellt, und die Magnetblasen mit einem Durchmesser von 1,7 um breiteten sich mit einem höheren Spielraum von \0% bei einem umlaufenden Magnetfeld von 4000 A/m aus.

Um den Winkel zwischen dem Ionenstrahl und dem . der Ionenimplantation zu unterziehender Gegenstand zu «variieren, genügt es, den für die ionenimplantation vorgesehenen Gegenstand, z. B. den Blasenfilm zu drehen, wie sich aus Flg.4 und 5 entnehmen läßt.

Diese Drehungen können entweder von Hand oder automatisch durchgeführt werden, indem man einen Schrittmotor oder einen Zeltgeber verwendet. Unabhängig davon, In welcher Weise vorgegangen wird, darf der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen werden, daß die Drehungen um einen gewünschten Winkel und mit einer gewünschten Geschwindigkeit wesentlich leichter durchgeführt werden können als bei einem herkömmlichen Verfahren, bei dem die Werte der Implantationsspannung und die lonenarten variiert werden.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Breite der Ionenverteilung In Breitenrichtung im mit Ionen zu im implantierenden Gegenstand vergrößert werden, und der Peak der lonenkonzeutratlon kann in erheblichem Maße und leicht abgeflacht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann In vielerlei Weise eingesetzt werden, besitzt jedoch einen besonders erheblichen Wert, wenn es für die Herstellung von CD-Elementen eingesetzt wird.

Hierzu 2 Blatt<Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. tonenlmplantatlonsverfahrcn zur Herstellung eines mit Ionen Implantierten Bereiches In einem Gegenstand, der In einem gewünschten Bereich mit einem Ionenstrahl bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit dem Ionenstrahl In der Welse durchgeführt wird, daß der Winkel zwischen dem Ionenstrahl und dem Gegenstand variiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenstand ein Magnetfilm eines Magnetblasenspeicherelements verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen dem Ionenstrahl und dem Gegenstand kontinuierlich oder stufenweise variiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen dem Ionenstrahl und dem Gegenstand automatisch oder von Hand variiert wird,