(57)【要約】  本発明はｎ層の所定材料の元素状活性層（ｎは２以上の整数）を含む多層構造物を支持体上に製造する方法（１００）に関する。この方法は、第１の元素状材料活性層の成膜工程（２００）と、ｎ番目の元素状材料活性層の成膜工程（３００）とを含む方法であって、特性が制御された多層構造物を得るために、成膜されたｎ層の材料元素状活性層上に、ｎ層の元素状活性層のそれぞれの個々の特性を変性させるのに適したイオン種をレジストを介して注入する単一の工程（６００）を含むことを特徴とする。
2009531205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも下記工程を含む、ｎ層の所定材料の活性元素層（ｎは２以上の整数）を含む多層構造物を支持体上に製造する方法（１００）であって：
・材料の第１の活性元素層の成膜工程（２００）、
・材料のｎ番目の活性元素層の成膜工程（３００）、
ｎ層の活性元素層の各層の個々の特性を変性させて特性が制御された多層構造物を得るために、成膜された材料のｎ層の活性元素層上に、レジストを介してイオン種を注入する単一の注入工程（６００）を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
２つの材料活性元素層の間に、少なくとも１層のいわゆる中間材料の層を成膜する工程（８００）をさらに含み、この中間層は、活性元素層とは異なる機能を果たし、中間層の成膜工程は、成膜されたｎ層の材料の活性元素層上にイオン種を注入する前記工程より前に行い、イオン種の注入が該中間層の特定の特性も変性可能となるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｎ番目の活性元素層が、先行する成膜層の少なくとも１層とは異なる材料から作製されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ｎ番目の活性元素層がすぐ前の成膜層と異なる材料から作製されていることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
成膜されたｎ層の材料活性元素層の上に予めレジストを成膜する工程（４００）と、その後の該レジストの露光および現像の工程（５００）とをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
レジストが感光性の１層または多層のマスクであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記イオン種の注入工程（６００）がプラズマ・イマーション法により行われることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記イオン種の注入工程（６００）が、イオン束によって行われることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ｎ層の材料活性元素層および中間層の制御された特性が磁気的および／または電子的特性であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ｎ層の材料活性元素層が制御された磁気的および／または電子的特性を有し、中間層が制御された電子的特性を有することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記イオン種の注入工程（６００）が、注入深さに応じて注入されたイオン種の注入量を変動させるための少なくとも１つのサブ工程（下位工程）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記イオン種の注入工程（６００）が、注入深さに応じてイオン種の性質および／またはパーセントを変動させるための少なくとも１つのサブ工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御された特性、より正確には制御された磁気的および／または電子的特性を有する微小（ミクロン）構造物およびナノ多層構造物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御された特性を有するこのような多層構造物は、それのみではないが、例えば、超小型回路（集積回路）およびマイクロセンサーの製造の分野、磁気もしくは電気メモリーのような情報記憶用に使用されるシステム、さらにはスピン・エレクトロニクス、フォトニクス（光通信工学）もしくはオプトエレクトロニクス（光電子工学）の分野に応用されている。
【０００３】
制御された特性を有する多層構造物は、固有の磁気的および／または電子的特性を有する複数の薄層からなる構造物であって、その特性は、該薄層の結晶質ネットワーク（網目構造）に外部元素を導入することによってその特性を獲得または変性するのに適したものである構造物と定義される。
【０００４】
今日まで、それぞれ制御された磁気的および／または電子的特性を有する薄層（薄膜）の積み重ねに基づく多層構造物の製造は、これらの構造物を層ごとに作製すること必要とする方法を使用してきた。
【０００５】
この作製はいろいろなやり方で実施することができた。
マグネトロン粉砕法（magnetron pulverization technique）の使用自体は、従って、磁性多層構造物の製造に対して既に公知である。
【０００６】
しかし、薄層を成膜するためのこの方法は、成膜に対して非常に遅い速度を与える。
レーザーアブレーション、カソード粉砕、化学、ガスまたは液体成膜といった別の成膜法も公知である。
【０００７】
しかし、このような方法を用いた特性が制御されたミクロンまたはナノ多層構造物の製造は、基体上に特性が制御された異なる層を逐次的成膜によって進めることが目的であるなら、しばしば複雑な一連の操作を一般に必要とする。
【０００８】
これらの方法の複雑さを低減する公知の解決策は、第１の層を成膜し、イオン束を用いてマスクを介してイオン性元素を注入することにより、局部的に磁気的および／または電子的特性を変性することである。イオン性元素は層の材料の化学組成をおよび／または結晶学的構造を変化させる。
【０００９】
この操作は、多層構造物を構成する後続の層ごとに繰り返される。
正確なパターンに従って局部的に変性された特性を有する材料の複数の層を有する多層構造物が得られる。
【００１０】
しかし、この種の製造方法は、成膜される材料層の各レベルごとに行われるイオン性元素の注入工程に加えて、成膜操作と、その後のマスク（それを介して各層において元素が注入される）の配置、露光、および現像を含む一連の操作が行われるので、非常の多くの製造工程数を含む。
【００１１】
また、各層レベルでは、マスクを所定位置に配置（整列）させる工程が行われ、これは正確に実施するのが容易ではない工程である。
異なる２層の間には、誘電体の接点またはバリアーも作製され、中間の製造工程数が増える。
【００１２】
このような方法の主な欠点は、特性が制御された多層構造物を製造するのに必要な工程が多いことであり、それが方法にとってかなりの重荷となる。
また、製造操作に関して極めてコスト高となるという欠点を有する方法は、財政コストおよび製造時間に関しても高くつく。
【発明の開示】
【００１３】
本発明の第１の目的はこれらの欠点を解消することである。
実際、本発明の目的は、製造工程数がずっと少なくてすむ、特性が制御された多層構造物の製造方法を提案することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、単純、迅速、かつ経済的な、特性が制御された多層構造物の製造方法を提案することである。
材料のそれぞれの層レベルごとに注入された元素の性質および注入量の制御が可能な、特性が制御された多層構造物の製造方法を提案することも望ましい。
【００１５】
本発明の別の目的は、それぞれの材料の層レベルでイオン性元素の注入のリアルタイムでの現場制御と容易な自動化を可能にする、特性が制御された多層構造物の製造方法を提案することである。
【００１６】
最後に、本発明の別の目的は、従来の方法では合成できない複数の薄膜からなる新規な材料ならびに新規なミクロンおよびナノ構造物の開発の可能性を与える、特性が制御された多層構造物の製造方法を提案することである。
【００１７】
これらの目的は、本発明の範囲内において、少なくとも下記工程を含む、ｎ層の所定材料の活性元素層（ｎは２以上の整数）を含む多層構造物を支持体上に製造する方法であって：
・材料の第１の活性元素層の成膜工程、
・材料のｎ番目の活性元素層の成膜工程、
特性が制御された多層構造物を得るために、成膜された材料のｎ層の活性元素層上に、ｎ層の活性元素層の各層の個々の特性を変性させるのに適したイオン種をレジストを介して注入する単一の注入工程を含むことを特徴とする方法によって達成される。
【００１８】
有利には、本発明に係る方法は、２つの材料活性元素層の間に、少なくとも１層のいわゆる中間層と呼ばれる材料層を成膜する工程をさらに含む。この中間層は、活性元素層とは異なる機能を遂行し、中間層の成膜工程は、成膜されたｎ層の活性元素層上にイオン種を注入する前記工程より前に行い、イオン種の注入が該中間層の特定の特性も変性可能となるようにする。
【００１９】
本発明は、添付図面を参照した制限を意図しない例として挙げる以下の説明からよりよく理解され、本発明の他の利点および特徴もその記載から浮かび上がろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ｎ層の材料の活性元素層（ｎは２以上の整数）を有する多層構造物の製造方法１００について次に説明する。
有利には、製造方法１００は、第１の材料活性元素層（元素状材料活性層）の少なくとも１つの成膜工程と、その後のｎ番目の材料活性元素層の成膜工程と、特にｎ層の活性元素層のそれぞれの個々の特性を変性させて特性が制御された多層構造物を得るために、成膜されたｎ層の材料活性元素層上に、レジストを介してイオン種を注入する単一の工程とを含む。
【００２１】
いわゆる活性元素層とは、イオン注入によってその機能的特性を変性させることができる材料の層である。
この特性は好ましくは機能的な磁気的および／または電子的特性である。
【００２２】
図１は、それぞれ材料ＡおよびＢからなる２つの活性元素層を含む多層構造物の異なる製造工程を示す。
第１工程２００において第１の活性元素層Ａが基体Ｓ上に成膜される。
【００２３】
第２工程３００では、第２の活性元素層Ｂが活性元素層Ａの上に成膜される。
一般に、層の成膜工程は多層構造物の製造に求められる少なくともｎ個の層の材料活性元素層が成膜されるまで続けられる。
【００２４】
また、有利には、ｎ番目の活性元素層は、先行する成膜層の少なくとも１層とは異なる材料の層である。
それは好ましくはすぐ前の成膜層とは異なる材料の層である。
【００２５】
第３工程４００においては、成膜されたｎ層の上にレジストが成膜される。このレジストは好ましくは感光性マスクＭである。
このマスクＭは、１層または多層のマスクとすることができる。
【００２６】
工程５００において、マスクＭの露光が行われる。その後、マスクＭは多層構造物のｎ層の成膜層の上で現像される。すなわち、所定パターンに従って、多層構造物のいくつかの領域Ｍ２はレジストが覆うことによってレジストが保護するが、多層構造物の他の領域Ｍ１は保護されない。
【００２７】
マスクＭが現像された後、イオン性元素の注入工程６００が行われて、構造物の異なる活性元素層ＡおよびＢのそれぞれの磁気特性が変性される。
この工程を通して、多層構造物の保護されていない領域Ｍ１はそれらの機能特性の変性を受けるのに対し、マスクＭによって保護されている領域Ｍ２は変化せず、最初に成膜された材料ＡおよびＢの活性元素層のままである。
【００２８】
有利には、イオン性元素の注入は、イオン束による方法（公知の注入手段であるので、ここでは詳述しない）か、または直接プラズマ・イマーション（プラズマ浸漬）によるイオン注入法のいずれかによって実施することができる。
【００２９】
使用するイオン性元素の注入法の選択は、注入するイオン性元素、所望の注入深さ、またはイオン性元素の質量選択の必要性の有無といった因子に依存する。
例えば、低エネルギーイオン、すなわち、エネルギーが１００ｋｅＶ未満のイオンが注入に必要である場合、プラズマ・イマーションによるイオン注入法が好ましいだろう。一方、１００ｋｅＶ以上の場合は従来のイオン束によるイオン注入だけが考えられよう。
【００３０】
プラズマ・イマーション法に関して、この方法では、プラズマ中に浸漬した多層構造物に負電荷の高電圧パルスを印加することによるプラズマの陽イオンの加速によってイオン種の注入が可能となる。プラズマの陽イオンはプラズマと構造物との間の印加電位の差により加速され、構造物の元素層内に注入される。プラズマが構造物を完全に包囲するので、マスクＭによって保護されていない領域Ｍ１はすべて変性された機能特性を示すことができる。
【００３１】
従って、保護されていないＭ１領域における材料ＡおよびＢの活性元素層は、それぞれ新たな材料Ａ’およびＢ’の新しい層を生ずるように変化する。
プラズマ・イマーションによるイオン種の注入工程６００において、成膜された材料の活性元素層の各レベルにおいて注入されたイオン性元素の量（注入量、ドーズ）は、有利には正確に選択されうる。
【００３２】
実際、イオン性元素の注入量は、構造物に向けて加速されたイオンのエネルギーの調節および注入深さに依存したイオン注入の有効持続時間の調整の両方によって、構造物中の注入深さの関数として変更することができる。
【００３３】
また、多層構造物中の注入深さに従って注入されたイオン種の性質および／またはパーセントを変更することも可能である。
多層構造物上でのイオン注入の単一工程６００において、単に電気信号を使用して、制御された複合イオン注入操作を有利に実施することができる。
【００３４】
これにより本発明に係る特性が制御された多層構造物の製造中にイオン注入法のリアルタイムでの現場制御および容易な自動化（オートメーション）が可能となる。
イオン注入工程６００の完了後、マスクＭを取り除くと（工程７００）、材料ＡおよびＢからなる領域と、イオン注入により新規な材料Ａ’およびＢ’を生じることによってそれらの個々の特性が変性された領域とを有する２層の活性元素層を有する構造物が得られる。
【００３５】
従って、本発明の方法に従って作製された多層構造物のｎ層の活性元素層は、異なる磁気特性を有し、イオン注入の前後において該特性の変化を生ずることができるいくつかの材料から作製することができる。
【００３６】
制限しない１例としてニッケルを挙げることができる。ニッケルは強磁性材料であるが、窒化ニッケル（Ｎｉ3Ｎ）を生ずるまで窒素を注入した後は、もはや強磁性材料ではなくなる。マンガン（Ｍｎ）は、反強磁性材料であるが、窒素注入後は強磁性（Ｍｎ4Ｎ）になる。
【００３７】
本発明に係る特性が制御された多層構造物の製造方法は、有利には、異なる活性元素層に対して複数イオン性元素の単一の注入操作を可能にする。多層構造物の活性元素層の各レベルごとに綿密な元素状イオン注入操作を繰り返すことが避けられる。
【００３８】
図１に例示された特性が制御された２層の構造物の製造方法は、７つの逐次的な基本工程を必要とした。
多層構造物が３層の材料層を含む場合には、８つの基本操作が行われる。すなわち、追加の１層あたり１つの成膜操作が行われる。
【００３９】
一般に、この方法は最低５＋ｎの逐次的な基本工程数を含むことができる。
しかし、図２に示した本発明に係る方法の変更態様では、活性元素層の各カップル（隣接２層）の間に１または２以上のいわゆる中間層Ｉを成膜する工程（工程８００）が、これらの層の成膜以外には工程を追加せずに、さらに行われうる。
【００４０】
これらの中間層Ｉは元素層とは異なる機能を果たす。実際、これらは特に機能的な磁気特性を何ら示さない。そうではなく、そして好ましくは、それらは特定の電子的機能特性を有する。例えば、それらは導電性（金属質、半導体性、またはさらには超伝導性）または絶縁性（誘電性）のいずれかでよい。
【００４１】
本発明に係る多層構造物の製造方法において、これらの中間層Ｉの成膜はイオン注入工程６００の前に完了させる。
従って、中間層がイオン注入後に必要な機能的な電子的特性（それはマスクＭにより保護された領域Ｍ２と保護されない領域Ｍ１とにおいて類似であっても、または違っていてもよい）を示すように中間層Ｉの性質を選択することが肝要である。
【００４２】
制限しない例として、従って、最初に成膜された中間層Ｉの組成は、多層構造物に対するイオン性元素の注入工程６００の後も導電性のままでもよく、あるいは絶縁性に変化するか、その逆に変化することができる。
【００４３】
実例としては、磁性をもたないが、窒素注入後は非常に良好な誘電体となりうるアルミニウム、あるいは窒化物を形成した後も非常に良好な金属質電気伝導性を保有するチタン、モリブデンおよびタングステンである。
【００４４】
また、他の磁気的特性および電子的特性を本発明の多層構造物の製造方法において制御することができる。
従って、非網羅的な特性の例としては、磁性の有無、異方性、キュリー点（キュリー温度）もしくはネール点（ネール温度）、誘電率、光学ギャップの有無、さらにはこのギャップの性質といった特性を挙げることができる。
【００４５】
本発明に係る方法により製造される多層構造物の具体的な制限を意図しない例として、１例は、ニッケル（Ｎｉ）およびマンガン（Ｍｎ）の活性な磁性元素層の２、３またはそれ以上の数の層レベルを有する元素構造物の窒素注入による容易な製造である。
【００４６】
窒化アルミニウムの絶縁性中間層Ｉまたは窒化チタンの導電性中間層Ｉを間に介在させることもできる。
例えば、２層を有する元素構造物は、３０ｎｍ程度の値を与えるそれぞれ数十ｎｍのニッケルＮｉおよびマンガンＭｎの各層を続けて成膜することにより作製される。
【００４７】
成膜の基本操作の終了後、マスクの露光および現像において、マスクは、生成した多層構造物の表面上で、例えば、直径１００ｎｍ、間隔が１００ｎｍ程度の孔を設けたパターンを有する。
【００４８】
６０ｎｍの合計厚みのニッケルＮｉおよびマンガンＭｎの層内に、ついで窒素プラズマ中の浸漬（インサーション）によって窒素を注入する。
このプラズマ中に２／１の比率で存在する窒素イオンＮ+およびＮ2+の平均注入深さは、３０ｋｅＶで加速した場合でそれぞれ３７ｎｍおよび１８ｎｍである。
【００４９】
２×１０17ｃｍ-2の合計ドーズ（注入量）でのイオンの注入と、その後のマスクＭの除去により、マスクＭによって保護された領域内ではニッケルＮｉおよびマンガンＭｎの層を持ち、保護されておらず、イオン注入を受けた領域ではＮｉ3ＮおよびＭｎ4Ｎの層を持つ元素構造物が生ずる。イオン注入の横方向の分散は、マスクＭの基本パターンの限界寸法よりずっと小さいままである。
【００５０】
ニッケルＮｉ層の成膜後に、アルゴン／窒素プラズマ混合物から作製されたアルミニウムターゲットの反応性粉砕（reactive pulverization）によるＡｌＮ層の成膜を行うことによって、上述したものと似ているが、例えば５ｎｍといった数ｎｍの窒化アルミニウムＡｌＮの中間誘電体層Ｉを有する多層構造物が得られる。
【００５１】
窒素のイオン注入は上述したようにして行われるが、窒化アルミニウムＡｌＮ層による元素厚みを考慮して、２５ｋｅＶではなく、２７ｋｅＶのエネルギーのイオンが用いられる。
【００５２】
マスクＭを取り除くと、窒化アルミニウムの中間層を有する多層構造物が生じ、この中間層の誘電特性は窒素注入によっては変化しない。
上に述べた２つの例は制限的なものではなく、例示として示したものである。
【００５３】
本発明は、以上に説明した特定の製造方法に制限されるものではなく、その基本的概念を保持している任意の変更例に拡張される。具体的に、本発明は添付図面に制限されない。以上に例示した具体的な言及は本発明の制限を意図しない例示である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る多層構造物の製造方法の概要を略図で示す一連の多層構造物の図を示す。
【図２】図１の多層構造物の変更例を示す多層構造物の図を示す。
【図１】
2009531205.tif 000003
【図２】
2009531205.tif 000004
【国際調査報告】
2009531205.tif 000005
2009531205.tif 000006
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2009531205.tif 000008
2009531205.tif 000009
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