JPH08241835A - 半導体層構造および大容量メモリ装置の記録媒体 - Google Patents
半導体層構造および大容量メモリ装置の記録媒体Info
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Abstract
に、該基板の曲げ剛性を高めることができる半導体の層
構造を提供する。また、メモリ基板の重量の増加を抑制
しながら、記録保持層の形成の際に生じる多層の記録媒
体の反りを減少させることにより、超小型かつ大容量の
メモリ装置の記録媒体を提供する。 【構成】 複数の微小プローブを備えた記録再生回路系
基板に対向配置されて使用される大容量メモリ装置の記
録媒体1であって、メモリ基板11の表面に記録保持層
13を有し、前記メモリ基板11の裏面に曲げ剛性を補
強するための梁構造14が形成されてなることを特徴と
する。また、メモリ基板11の材料としてシリコン単結
晶を用い、メモリ基板11と記録保持層13との間に導
電層12を有してなることを特徴とする。
Description
有する半導体装置、およびSTM(Scanning
Tunneling Microscope)やAFM
(Atomic Force Microscope)
等の、走査型プローブ技術を用いて記録再生を行う大容
量記録素子に用いられる記録媒体に関するものである。
FMの技術を用いた大容量メモリ装置は、多数提案され
ており、その将来性は極めて有望なものである。この種
の大容量メモリ装置の記録媒体に用いる記録材料は種々
提案されており、その1つの材料としてチタン酸バリウ
ムやジルコンチタン酸鉛(PZT《ZrxTi1−xO
3・Pb》)等のペロブスカイト構造を有する無機の強
誘電体材料がある。これらの強誘電体材料を記録媒体と
する技術としては、例えば、特開昭63−193349
号公報や、本願出願人による特願平6−270297号
明細書に記載のものが知られている。
媒体と、該記録媒体に対向配置される記録再生回路系基
板と、前記記録媒体または前記記録再生回路系基板の少
なくとも一方を両者の対向面に沿って移動させる駆動手
段とからなる。図5(A)〜(C)は、従来の大容量メ
モリ装置の説明図であり、(A)は該メモリ装置の記録
媒体5の断面図、(B)は記録再生回路系基板6の斜視
図、(C)は大容量メモリ装置7の全体図である。
に格子溝Gが形成されたメモリ基板51の上面に導電層
(下部電極層)52と記録保持層(強誘電体薄膜層)5
3が順次積層されて構成されている。通常、メモリ基板
51として、シリコン単結晶が用いられる。記録保持層
53がPZT等の場合、シリコン単結晶と成分元素とが
相互拡散し、良好な強誘電的特性を有するPZT薄膜を
作成することが困難となる。このような事情から、通
常、図5(A)に示したように、相互拡散を防止し、良
好な強誘電的特性を有するPZT等の薄膜を形成するた
めに、単一あるいは複数の金属層からなる導電層52が
設けられるのである。
6の表面には上記溝Gの格子ピッチと同一ピッチで、プ
ローブチップ62を含む記録再生回路系61がマトリク
ス状に形成されている。
び記録再生回路系基板6は、記録保持層53と、プロー
ブチップ62とが向き合うように配置される。そして、
通常は図5(C)に示すように駆動手段(ここでは、マ
イクロムーバ駆動系8として示す)により記録媒体5が
X−Y方向に走査される。
は、上記格子溝Gにより区分された各領域に一対一に対
応し、各プローブチップ62は、常にあるいは必要に応
じて、対応する記録保持層53の表面に接触するかある
いは極めて近接した一定の距離に保持される。
2を対応する記録保持層53の表面に沿って、接触また
は近接しつつ走査制御することで、所定の位置での情報
の記録/再生を行う。
素子において、プローブチップ62を含む上記の如き記
憶再生回路系61は、LSI作成技術なしでは作成不可
能である。そのための材料としてはシリコンが好ましく
用いられる。一方、記録再生回路系61に対向して配置
された記録媒体5、少なくともメモリ基板51は、熱膨
張による相対位置ずれを防止するために、シリコンとす
るのが好ましい。
を有するペロブスカイト構造をもつPZT等の無機の強
誘電体材料を用いるに際しては、種々の成膜方法が提案
されている。しかし、何れの方法によっても薄膜作成の
際の基板温度を500〜600℃程度としなければ、ペ
ロブスカイト構造を有する組成の薄膜を得ることができ
ない。この結果、500〜600℃程度の基板温度で薄
膜作成を行い室温に戻した際に、前述したように基板材
料であるシリコンの線膨張係数がPZT等の無機の強誘
電体材料の線膨張係数に比べてかなり小さいことから、
記録保持層53とメモリ基板51との間に極めて高い応
力が残留し、記録媒体5に反りが生じてしまう。
のプローブチップ62を記録保持層53の表面に対して
極めて接近した一定の距離に保持することが不可能、あ
るいは記録再生用のプローブチップを記録保持層53の
表面に一定圧力で接触させることが不可能となってしま
う。
図5(A),(C)に示すようにメモリ基板51上に領
域分割を兼ねた溝を形成しているが、これだけでは十分
ではなく、メモリ基板51の厚みを厚くしなければなら
ない。また、メモリ基板51の厚み(ウェーハの厚み)
を数十μmにすることは不可能ではないが、厚みを薄く
するプロセスでウェーハの表面あるいは裏面に残留のス
トレスが存在する。このため、従来では、完全に平坦で
かつ均等な数十μm程度の所望厚の加工は容易ではな
く、この点からもメモリ基板51の厚みを厚くせざるを
得ない。
最大の特徴は、超小型かつ大容量であることであること
から、マイクロムーバ駆動系8も(記録媒体の大きさに
応じて)小さく設計される。このため、マイクロムーバ
駆動系8には容積的な制限が生じ、したがって、駆動力
を大きくするには限界がある。また、高密度な大容量記
録を実現するためには、高精度な位置制御が要求され、
マイクロムーバ駆動系8は大型化せざるを得ない。
積を狭くしすることで解決できるが、大容量メモリ装置
7の最大の特徴である超小型かつ大容量という特性を十
分に生かすことができないという問題が新たに生じる。
本発明の1つの目的は、表面が平坦な半導体基板の軽量
化を図る共に、該基板の曲げ剛性を高めることができる
半導体の層構造を提供することにある。また、本発明の
他の目的は、メモリ基板の重量の増加を抑制しながら、
記録保持層(強誘電体薄膜層)の形成の際に生じる多層
の記録媒体の反りを減少させることにより、超小型かつ
大容量のメモリ装置の記録媒体を提供することにある。
は、表面が平坦な半導体基板の裏面に、曲げ剛性を補強
するための梁構造が形成されてなることを特徴とする。
を備えた記録再生回路系基板に対向配置されて使用され
る大容量メモリ装置の記録媒体であって、メモリ基板の
表面に記録保持層を有し、前記メモリ基板の裏面に曲げ
剛性を補強するための梁構造が形成されてなることを特
徴とする(以下、この発明を「第1の記録媒体」と言
う)。
ローブを備えた記録再生回路系基板に対向配置されて使
用される大容量メモリ装置の記録媒体であって、メモリ
基板の表面に記録保持層を有し、前記メモリ基板の裏面
に柱部材がそれぞれ突出形成された、複数の記録媒体要
素が、基礎部材上に前記柱部材により立設されてなるこ
とを特徴とする(以下、この発明を「第2の記録媒体」
と言う)。第1,第2の記録媒体の何れにおいても、メ
モリ基板の材料としてシリコン単結晶を用いることがで
きる。また、メモリ基板と記録保持層との間に導電性層
を形成することもできる。
いし、多層であってもよい。半導体基板を薄くしてもそ
の曲げ剛性は、その裏面の梁構造により補強される。ま
た、本発明の第1の記録媒体においては、メモリ基板の
裏面に形成された梁構造により、メモリ基板全体の重量
増加を抑制しながら、単位重量当たりの薄板の曲げ剛性
を高めている。これにより、メモリ基板の面積を小さく
することなく(すなわち、情報の記録量を犠牲にするこ
となく)、記録媒体の反りを防止、ないし低減し、プロ
ーブチップを記録保持層の表面に対して極めて接近した
一定の距離に保持し、あるいは記録再生用のプローブチ
ップを記録保持層の表面に一定圧力で接触させることが
できる。また、本発明の第2の記録媒体においては、記
録媒体を複数の記録媒体要素から構成した。これによ
り、該記録媒体要素の反りを防止、ないし低減すること
ができる。しかも本発明の第2の記録媒体においては、
各々の記録媒体要素は基礎部材上に柱部材により立設さ
れている。これにより、記録媒体全体の重量増加が抑制
される。
を参照しつつ説明する。図1(A)および(B)は、そ
れぞれ本発明の第1の記録媒体の構成を示す断面図およ
び裏面側から見た平面図である。図1(A)において、
メモリ基板11の表面に導電層(下部電極層)12が形
成され、さらにその上に、記録保持層13が形成され
る。そしてこれらの積層体により記録媒体1が構成され
ている。メモリ基板11はシリコン単結晶からなり、導
電層12は単一あるいは複数の金属層からなり、また記
録保持層13は強誘電体からなる。なお、導電層12の
材料は、白金,窒化タンタル,酸化ルテニウム等から選
ぶことができる。
示すように、該面に垂直の壁状(あるいは、リブ状)の
梁14が正方格子状に形成されている。この梁14はメ
モリ基板11、導電層12、記録保持層13の温度変化
による反りを解消ないし大幅に緩和する役割をなす。
モリ基板11の基板材(図中、破線で示す)11′の裏
面にフォトレジストにより作成されたエッチングマスク
3を形成し、反応性イオンエッチングにより形成するこ
とができる。本実施例では、壁状の梁14の幅が20μ
m、高さが50μmであり、壁状の梁14の格子間隔を
100μm、メモリ基板11のエッチングされた部分の
残った厚みを50μmとした。
は、梁14がない平坦な裏面を有する50μmの厚みの
メモリ基板の曲げ剛性の3.2倍となる。このときの、
メモリ基板11の重量の増加は、梁14がない前記メモ
リ基板の20%増しとなる。梁構造のない平坦な構造の
ままで、メモリ基板の厚さを単純に増加させて、図1
(A)に示したメモリ基板11と同一の曲げ剛性を得よ
うとすると、梁14がないメモリ基板の47%もの重量
増しとなる。このような梁14を形成することにより、
記録媒体1全体の重量増加を低レベルに抑えながら、記
録媒体1の曲げ剛性を高めることが可能となる。これに
より、軽量でかつ反りが解消ないし低減された記録媒体
1を提供することができる。
ッチングマスク3を形成した後、ウェットエッチング処
理により梁14′を形成した場合を示している。このよ
うなウェットエッチング処理による場合には、図2に示
した反応性イオンエッチングによる角形の梁14とは異
なり、梁14′は中間部が抉られた形状をなす。このよ
うな形状の梁14′は、図2に示した梁14と比較して
記録媒体1の曲げ剛性が高くなる。
グ等により断面形状の正確な制御がドライプロセスと比
較して多少困難である。ドライプロセスのようにエッチ
ング中にメモリ基板11には熱的なダメージ等がないた
め、100μm程度の極めて薄いウェーハからでもメモ
リ基板11にストレスを加えることなく、十分に作成可
能である。このように、ウェットエッチングによれば、
メモリ基板11にはストレスがなく、しかも図2に示し
た記録媒体1の場合と同様、梁14により重量増加を低
レベルに抑えながら、曲げ剛性を高めた記録媒体1を提
供することができる。
施例において、メモリ基板11の表面に分割溝が形成さ
れていない場合を説明したが、もちろん図5(A),
(C)に示したような分割溝を形成することもできる。
分割溝を合わせて設けることにより、反り防止の効果を
さらに高めることもできる。
において、メモリ基板11の曲げ剛性を高めるために、
格子状の梁14を例として説明したが、梁14の形状と
して格子状に限らず、ハニカム構造を採用することもで
きる。さらに、メモリ基板11の裏面に断面円形、矩形
等の穴を所定間隔で穿設してもよい(この場合には、穴
が穿たれていない部分が梁14となる)。また、格子や
上記ハニカムのピッチは、メモリ基板11が反る方向等
により適宜変更することができる。たとえばメモリ基板
11の中央部分はピッチを小さく、周縁部分はピッチを
大きく、あるいは逆にメモリ基板11の中央部分はピッ
チを大きく、周縁部分はピッチを小さくすることができ
る。さらに、梁14は必ずしもメモリ基板11と同一の
材料で形成しなくてもよい。
例を示す断面図である。図4において、メモリ基板11
の表面に導電層12が形成され、さらにその上に記録保
持層13が形成され、メモリ基板11の裏面に柱部材2
1がそれぞれ突出形成されて記録媒体要素1′が構成さ
れる。記録媒体要素1′は、基礎部材22上に、柱部材
21により立設されてなる。
コン単結晶からなり、導電層12は単一あるいは複数の
金属層からなり、記録保持層13は強誘電体薄膜からな
る。本実施例のメモリ基板11の構造は、図1〜図3に
おいて示した構造のメモリ3と比べて複雑であるが、今
日の飛躍的に発展したシリコン技術、とりわけシリコン
マイクロマシーニング技術を用いれば作成できる。
たメモリ基板11はシリコン単結晶からなる10μm厚
さ、50μm幅のメモリ基板11上に導電層12を形成
し、600℃程度の温度にて、記録保持層13としてP
ZTと500Å程度形成したとしても、その反り量は
0.1μm以下の極めて小さい値に抑えることができ
る。しかも、全てのメモリ基板11を立設固定している
基礎部材22は記録保持層13を形成する際の線膨張係
数の差による反りの影響から完全に分離される。したが
って、基礎部材22は数十μm程度まで薄くすること
で、軽量でかつ反りを生じない記録媒体1′を提供する
ことができる。
例において、記録保持層13として強誘電体膜を使用し
た場合を説明したが、その他の材料、たとえば磁性材
料,高分子材料,合金材料,半導体材料,絶縁材料等、
電気的,磁気的,結晶学的,光学的等、何らかの物理状
態の変化により情報が記録できるものであれば、本発明
により同様の優れた効果を奏することができることは言
うまでもない。
以下のような効果を奏することができる。 (1)本発明の層構造によれば、軽量で曲げ剛性が高
く、しかも平坦な平面を有する、多層あるいは単層の半
導体層構造を提供できる。したがって、メモリ装置の記
録媒体あるいは表面層観測用の被試験対象体の層構造へ
の適用等、その半導体技術分野における応用に優れてい
る。 (2)本発明の第1の記録媒体によれば、メモリ基板の
曲げ剛性を重量増加を抑えながら高めることができる。
したがって、軽量でかつ反りが解消ないし殆ど生じない
大容量の記録媒体を提供することができる。 (3)本発明の第2の記録媒体によれば、各記録媒体要
素が分割され、その裏面に形成された柱部材により基礎
部材上に立設しており、各記メモリ媒体の反りは十分小
さい範囲に抑えられる。また、メモリ基板を支持する基
板を薄くしても、メモリ基板と記録保持層との熱膨張係
数の違いによる反りの影響を受けることがなくなる。し
がたって、軽量でかつ反りが解消ないし殆ど生じない大
容量の記録媒体を提供することができる。
図であり、(A)は記録媒体の断面図を(B)は同じく
平面図である。
裏面の梁構造をドライプロセスにより形成する場合の説
明図である。
裏面の梁構造をウエットプロセスにより形成する場合の
説明図である。
一実施例を示す説明図である。
従来の記録媒体を示す図、(B)は記録再生回路系基板
を示す図、(C)はこれらを組み合わせた状態での大容
量メモリの構成を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 表面が平坦な半導体基板の裏面に、曲げ
剛性を補強するための梁構造が形成されてなることを特
徴とする半導体層構造。 - 【請求項2】 複数の微小プローブを備えた記録再生回
路系基板に対向配置されて使用される大容量メモリ装置
の記録媒体であって、 メモリ基板の表面に記録保持層を有し、前記メモリ基板
の裏面に曲げ剛性を補強するための梁構造が形成されて
なることを特徴とする前記記録媒体。 - 【請求項3】 前記メモリ基板の材料としてシリコン単
結晶を用い、前記メモリ基板と記録保持層との間に導電
層を有してなることを特徴とする請求項2に記載の記録
媒体。 - 【請求項4】 複数の微小プローブを備えた記録再生回
路系基板に対向配置されて使用される大容量メモリ装置
の記録媒体であって、 メモリ基板の表面に記録保持層を有し、前記メモリ基板
の裏面に柱部材がそれぞれ突出形成された、複数の記録
媒体要素が、基礎部材上に前記柱部材により立設されて
なることを特徴とする前記記録媒体。 - 【請求項5】 前記メモリ基板の材料としてシリコン単
結晶を用い、前記メモリ基板と記録保持層との間に導電
層を有してなることを特徴とする請求項4に記載の大容
量記録媒体。
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