Brevet FR2556872A1 — publié le 19850621

La présente invention concerne d'une manière générale un dispositif de mémoire à bulles magnétiques comportant des pistes de propagation implantées au moyen d'une implantation ionique. Plus particulièrement l'in- vention concerne un dispositif de mémoire à bulles ma- gnétiques comportant une couche à contrainte réalisée par implantation ionique et réalisant une distribution uni- forme de contrainte, et un procédé de fabrication du dis- positif de mémoire à bulles magnétiques. Le dispositif de mémoire à bulles magnétiques réalisé par implantation ionique est muni, de façon carac- téristique de pistes de propagation des bulles, qui sont formées par implantation ionique dans un film formé d'un grenat à bulles magnétiques, destiné à retenir les bulles magnétiques, comme cela est décrit dans le brevet US, N 3.828.329. Le dispositif de mémoire à bulles magnéti- ques équipé des pistes de propagation réalisées par implan- tation ionique convient pour être réalisé avec une haute densité, étant donné que la piste de propagation ne possède aucun interstice. De façon plus spécifique, en se référant aux figures la et lb des dessins annexes à la présente de- mande, la piste de propagation mentionnée ci-dessus peut être réalisée au moyen de la formation d'une couche formant masque 6 constituée en une résine photorésistante ou en une pellicule métallique sur une surface d'un film de gre- nat magnétique 4 servant à retenir les bulles magnétiques 2, puis de la formation d'une couche de. magnétisation 8 située dans le plan, par implantation d'ions tels que des ions d'hydrogène (H), des ions de néon (Ne ou analogues) 3 sous l'effet de la contrainte de magnétostriction pro- voquée dans la pellicule de grenat magnétique sous l'ef- fet de l'implantation des ions. La piste de propagation des bulles s'étend le long du bord 10 de la région sur laquelle la couche formant masque 6 est formée et qui n'a par consé- quent fait l'objet d'aucune implantation ionique. Lors de l'application d'un champ magnétique suivant la direction située dans le plan, il apparaît le long du bord 10 une paroi chargée magnétiquement, qui a pour effet que les bulles magnétiques 2 se propagent sous l'effet de l'attrac- tion exercée par la paroi chargée magnétiquement. Pour l'entraînement des bulles magnétiques, la couche à contrainte 8 réalisée par implantation ioni- que doit en premier lieu présenter avant toute chose, un champ d'anisotropie produit par implantation et possédant grande intensité suivant la direction située dans le plan. A cette fin, la couche à contrainte a été formée préa- lablement par implantation d'ions d'hydrogène, ce qui ga- rantit que la variation effective du champ d'anisotropie varie sensible- ment en proportion de l'intensité de la contrainte. Avec l'expression "variation effective du champ d'anisotropie", il faut comprendre une variation du champ d'anisotropie de la pellicule à bulles,qui est induit sous l'effet de l'im- plantation d'ions et constitue la source d'une force d'en- trainement des bulles, la variation pouvant être exprimée par à(Hk -4 V Ms) o Hk représente l'intensité du champ d'anisotropie et Ms représente la densité de la magnétisation à la saturation. Cependant on observe que la variation effective du champ d'anisotropie de la couche à contrainte formée par implation d'ions d'hydrogène, est tenue de di- minuer de façon importante sousl'affet d'un traitement thermique requis pour obtenir une stabilisation des carac- téristiques du dispositif à bulles comme cela est visible sur la figure 2 annexée à la présente demande. Eventuelle- ment la formation de la couche à contrainte sous l'effet de l'implantation d'ions d'hydrogène a été effectuée préa- lablement grâce à l'implantation d'ions d'hydrogène en ex- cès, de manière à anticiper la diminution de la variation effective du champ d'anisotropie sous l'effet du traitement thermique. Cependant, ce procédé présente comme inconvénient le fait qu'un nombre accru de facteurs d'incertitude ou de facteurs d'instabilité interviennent dans la fabri- cation des dispositifs à bulles qui, par conséquentne conviennent pas pour une fabrication en grande série. Afin que la couche x contrainte réalisée par implantation ionique soit utilisée effectivement en tant que couche d'entraînement des bulles magnétiques, il est nécessaire que la distribution de la contrainte soit plane et uniforme. A ce sujet, il faut noter que la distribution de contrainte résultant de la seule im- plantation ionique est semblable à la distribution gaus- siènne 12, comme cela est représenté sur la figure 3 an- nexée à la présente demande. Par conséquent pour aplatir la distribution de contrainte on effectue ultérieurement un traitement thermique, qui a pour effet que la distribution de contrainte produite par exemple par l'implantation d'ions d'hydrogène, comme décrit ci-dessus, est transformée en un profil de distribution adouci 14 par suite d'une réduc- tion de la contrainte la plus notable. Dans un tel cas, on a préalablement adopté des implantations multiples d'ions comme cela est illustré sur la figure 4'annexée à la présen- te demande, en vue de former la couche à contrainte uni- forme. Conformément à ce procédé d'implantations multiples d'ions, l'implantation d'ions d'hydrogène, qui garantit la variation effective du champ d'anisotropie de grande inten- sité,est associée à la distribution de contrainte obtenue par implantation par exemple d'ions de Ne, ce qui permet d'obtenir une distribution de contrainte uniforme, comme cela est indiqué par une courbe 16. Bien que ce procédé puisse garantir une distribution de contrainte uniforme, il présente encore un inconvénient en ce que la distribu- tion de la caractéristique magnétique de la couche à con- trainte n'est pas uniforme et que la production de types ou d'espèces différentes d'ions ainsi qu'un certain nom- bre de processus d'implantation d'ions sont requis étant donné que la combinaison de types différents d'ions est une condition préalable. Un but de la présente invention est de fournir un dispositif à bulles magnétiques réalisé par implanta- tionionique, possédant une structure perfectionnée, qui échappe aux inconvénients des dispositifs de l'art antérieur mentionnés plus haut et dans lequel la distribution de contraintes dans la couche réalisée par implantation ioni- que peut être instantanément aplatie, le dispositif à bulles magnétiques étant par conséquent fabriqué avec une reproductibilité améliorée, selon une projection de masse. Sur la base des buts indiqués plus haut, il est prévu, conformément à un aspect de la présente inven- tion, un dispositif à bulles magnétiques réalisé par im- plantation ionique, caractérisé en ce qu'il comporte une couche de magnétisation magnétisée suivant une direction dans le plan et qui est formée par implantation ionique dans une pellicule de grenat magnétique apte à retenir les bulles magnétiques dans les parties désirées de la région superficielle de cette pellicule, et que les ions implantés en vue de la formation de ladite couche de magnétisation in- cluent les types dont l'écart-type projeté n'est pas supé- rieur à 100 nm, ladite implantation ionique étant suivie par un traitement thermique à haute température. L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'un dispositif à bulles magnétiques réalisé par implantation ionique qui est caractérisé en ce qu'il inclut les phases opératoires consistant: a) àimplanter des ions dont l'écart-type pro- jeté n'est pas supérieur à 100 nm dans une pellicule d'un grenat magnétique apte à retenir les bulles magnétiques dans des parties désirées de la région superficielle de cette pellicule, et b) à mettre en oeuvre un traitement thermique à une température élevée. D'autres caractéristiques et avantages de la- présente invention ressortiront de la description donnée ci-aPres prises en référence aux dessins annexés, sur les- queFis les figures la et lb, dont il a déjà été fait mention, sont des vues représentant schématiquement un agencement de pistes de propagation de bulles, réalisées par implantation ionique, sur un dispositif à bulles ma- gnétiques, la figure la représentant une vue en plan et la figure lb une vue en coupe; la figure 2 dont il a déjà été fait mention, est une vue servant à illustrer graphiquement l'effet du traitement thermique sur la variation effective du champ d'anisotropie d'une couche à contrainte, formapar une implantation d'ions H; et la figure 3, dont il a déjà éta fait mention, est une vue servant à illustrer graphiquement une distri- bution de contrainte dans la couche réalisée par implanta- tion ionique, après le traitement thermique la figure 4, dont il a déjà éta fait mention, est une vue servant à illustrer graphiquement une distri- bution de contrainte qui a été aplanie grâce à la combi- naison d'implantations multiples d'ions; les figures 5a et 5b sont des vues montrant des courbes de diffraction aux rayons X de couches à contrainte réalisées par implantation ionique, et servant à illustrer le concept de la présente invention; la figure 6 est une vue montrant une distribu- tion de contrainte aplanie, qui a été obtenue à l'aide d'une seule implantation ionique et d'un traitement thermi- que à une température élevée; et la figure 7 est une vue destinée à illustrer graphiquement les relations entre l'intensité de la contrain- te et la variation effective du champ d'anisotropie dans le cas ou des ions H et des ions He ou Ne ont été fortement implantés, à la suite de quoi un traitement thermique a été misa en oeuvre. Ci-après on va décrire l'invention détaillée en référence à ses formes de réalisation préférées. Les figures 5a et 5b représentent des courtes de diffraction aux rayons X tirées d'une couche réalisée par implantation d'ions, telle que des ions de He ou de Ne, dont l'écart-type projeté est faible, respectivement avant et après un traitement thermique. Avec uniquement la seule implantation ionique, la couche réalisée par implantation ionique présente une diffraction complexe aux rayons X repérée par une courbe 18 représentée sur la figure 5a, et qui reflète la distribution de contrainte (distribution gaussienne) comme dans le cas de la couche réalisée par implantation d'ions H, dont l'écart-typeprojeté est impor- tant. Cependant, lorsque l'on utilise des ions tels que des ions de He et Ne possédant une masse supérieure et un écart-type ( 6 Rp) plus faible ou non supérieure A 100 mn p par rapport à l'ion d'hydrogène (H) possédant une faible masse, on peut obtenir une courbe de diffraction 20 possé- dant un seul pic et reproduite sur la figure 5b, qui re- présente une distribution de contrainte uniforme dans la pellicule de grenat magnétique après le traitement thermi- que à une température élevée. En d'autres termes la distri- bution de contrainte dans la pellicule de grenat magnéti- que produite par la seule implantation d'ions, tels que des ions de He ou de Ne et par le traitement thermique ul- térieur élevé est plate et uniforme, comme représenté par une courbe 22 sur la figure 6, qui est requise d'une ma- nière indispensable pour la couche d'entraînement des bul- les ou pour la couche de magnétisation dans le plan (couche à contrainte réalisée par implantation ionique). Il faut ici mentionner que les types d'ions, qui permettent d'aplanir la distribution de contrainte par suite du traitement thermique à haute température imaginé par l'invention et qui peuvent garantir de façon satisfai- sante la profondeur d'implantation ionique requise pour le dispositif à bulles réalisé par l'implantation ionique avec une tension accélératrice produite par un appareil classique incluent des ions d'éléments allant de He à Kr dans.le tableau de la classificaticnpériodique des êlments. Le traitement thermique peut être effectué à une température relativement basse, par exemple 200 C environ, ce qui cependant requiert un certain temps pour l'aplanis- sement de la distribution de contrainte. En ce qui concer- ne le côté pratique de la durée du traitement thermique (inférieur à 1 heure), il faudrait de préférence effectuer ce traitement thermique à une température située dans la gamme de 450 o 950 C. La figure 7 représente graphiquement les rela- tions entre la variation effective du champ deanisotropie et la contrainte maximum dans la couche réalisée par implan- tation d'ions de He et de Ne respectivement, et soumise à un traitement thermique à 460 C, de manière à représenter à titre d'exemple l'accroissement de la variation effecti- ve du champ d'anisotropie sous l'effet du traitement ther- mique effectué à la suite de l'implantation respectivement d'ions He et d'ions Ne. Dans le cas de l'implantation d'ions H, qui s'accompane de facteurs d'incertitude ou d'instabi- lité associés au caractère thermique, la variation effecti- ve du champ d'anisotropie augmente de façon substantielle proportionnellement à l'intensité de la contrainte, comme cela est indiqué par la courbe 24. Ultérieurement, sous l'ef- fet du traitement thermique imaginé conformément à l'inven- tion, il est possible de réduire la contrainte, comme cela est indiqué par la courbe 26, ce qui cependant s'accompa- gne d'une réduction importante de la variation effective du champ d'anisotropie. Au contraire, dans le cas des cou- ches réalisées à l'aide d'une forte implantation d'ions He et d'ions Ne, la variation effective du champ d'anisotropie augmente en fonction de la contrainte appliquée sous l'effet de l'implantation ionique jusqu'à une certaine valeur ou un certain niveau et ensuite diminue indépen- demment de l'accroissement de la quantité d'ions implantés, comme cela est indiqué par la courbe 28. Sous l'action du traitement thermique imaginé conformément à l'invention, l'intensité de la contrainte est réduite, comme cela est indiqué par la courbe 30, tandis que la variation effecti- ve du champ d'anisotropie augmente, puis diminue en direction du niveau de contrainte nul. Il faut indiquer que la va- riation effective du champ d'anisotropie de plus de 1387 ampères. tours/mètre est habituellement requise pour une propagation correcte des bulles d'un diamètre d'environ 1 Nm le long de la piste de propagation réalisée par implan- tation ionique. Par conséquent l'implantation des ions Ne ou He à une dose élevée, qui garantit non seulement le dépassement de la valeur minimale requise mentionnée,par la variation effective du champ d'anisotropie sous l'effet du traitement thermique à haute température, mais aussi la stabilité thermique, peut être considérée comme étant une disposition très avantageuse pour la réalisation de la piste de propagation des bulles, réalisée par implantation ionique. La variation effective du champ d'anisotropie requise dans la piste de propagation réalisée par implan- tation ionique, pour l'obtention des caractéristiques dé- sirées à perfectionner dans le dispositif à bulles magné- tiques réalisé au moyen d'une implantation d'ions à une densité située dans la gamme allant de 4 à 16 Mb/cm2 est comprise entre environ 2785 et 3183 ampères tours/mètre. Le taux d'aplatissement de la contrainte devrait être situé de préférence entre environ 0,7 et 0,9 %. Dans le cas de l'implantation.d'ions d'hydrogène adoptée jusqu'alors, le profil de la distribution de contrain- te peut être adouci au moyen du traitement thermique à une une température élevée (dans une gamme allant de 450 à 900 C). Cependant la contrainte et la variation effective du champ d'anisotropie sont toutes deux réduites de fa- son importante, ce qui requiert une quantité extrêmement élevée d'ions, pour l'implantation ionique et par consé- quent est un obstacle important pour une application pra- tique. Au contraire, la combinaison de l'implantation d'ions He ou Ne et le traitement thermique à la températu- re élevée conformément aux enseignements de l'invention permettent l'obtention instantanée d'une contrainte uni- forme présentant une intensité qui est réduite de façon correcte à un taux d'environ 0,7 à 0,9 %, tandis que la variation effective du champ d'anisotropie de la couche fortement implantée d'ions He ou Ne est accrure à environ 2785 ampères.tours/mètre par le traitement thermique, comme cela est visible sur la figure 7. Comme on le notera d'après la descritpion qui précède, les inconvénients de la technique de l'art antérieur peuvent être éliminés de manière satisfaisante cnnformé- ment aux enseignements de la présente invention. Cet exem- ple est spécifique par suite de l'implantation des types d'ions dont l'écart-type projeté ( AR) est faible, et sous l'effet du traitement thermique à température élevée, on peut réaliser un dispositif à bulles magnétiques réali- sé par implantation ionique au moyen d'une seule implanta- tion ionique, qui fournit une couche à contrainte réalisée par implantation ionique et possédant une distribution de contrainte uniforme améliorée et présente une variation effective accrue du champ d'anisotropie. En outre il faut noter que lorsque l'on implante une faible quantité d'ions d'hydrogène afin de garantir une variation plus effective du champ d'anisotropie à la suite de l'implantation d'ions Ne ou autres et à la suite du traitement thermique à haute température imaginé par l'inven- tion, il est possible de réaliser un dispositif à bulles magnétiques qui présente des caractéristiques excellentes. REVENDICATIONS 1. Dispositif à bulles magnétiques réalisé par implantation ionique, caractérisé en ce qu'il comporte une couche de magnétisation (8) magnétisée suivant une direc- tion dans le plan et qui est formée par implantation d'ions dans une pellicule de grenat magnétique (4) apte à retenir les bulles magnétiques dans des parties désirées (10) de la région superficielle de cette pellicule, et que les ions implantés en vue de former ladite couche de magnétisation incluernt les types dont l'écart-type projeté n'est pas su- périeur à 100 mn, ladite implantation ionique étant suivie par un traitement thermique à une température élevée. 2. Dispositif à bulles magnétiques réalisé par implantation ionique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est réalisé à une tem- perature située dans une gamme allant de 450 à 900 C. 3. dispositif à bulles magnétiques réalisé par implantation ionqiue selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ions implantés pour réaliser ladite couche de magnétisation (8) incluent des ions dont les numéros des éléments vont de 2 à 36. 4. Dispositif à bulles magnétiques réalisé par implantation ionique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche de magnétisation (8) est soumise en supplément à une implantation d'ions d'hydrogène après ledit traitement thermique à une température élevée, ce qui accroit la variation effective du champ d'anisotropie. 5. Procédé de fabrication d'un dispositif à bulles magnétiques réalisé par implantation ionique, ca- ractérisé en ce qu'il comporte les phases opératoires con- sistant: a) à implanter des ions dont l'écart-type pro- jeté n'est pas supérieur à 100 mn dans une pellicule de grenat magnétiques (4) apte à retenir les bulles magnétiques (2) dans des parties désirées (10) de la région superfi- cielle de cette pellicule, et b) à effectuer un traitement thermique à une température Levée. 6. Procédé de fabrication d'un dispositif à bulles magnétiques réalisé par implantation ionique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est réalisé à une température située dans la gamme comprise entre 450 et 900 C. 7. Procédé de fabrication d'un dispositif de bulles magnétiques réalisé par implantation ionique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on implante des ions d'hydrogène après ledit traitement thermique en vue d'augmenter la réduction de la variation effective du champ d'anisotropie, provoquéepar ledit traitement thermi- que.