WO2010016130A1 - 情報記録再生メモリ媒体およびその製造方法 - Google Patents

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WO2010016130A1
WO2010016130A1 PCT/JP2008/064221 JP2008064221W WO2010016130A1 WO 2010016130 A1 WO2010016130 A1 WO 2010016130A1 JP 2008064221 W JP2008064221 W JP 2008064221W WO 2010016130 A1 WO2010016130 A1 WO 2010016130A1
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WO
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layer
recording
memory medium
information recording
reproducing memory
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PCT/JP2008/064221
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English (en)
French (fr)
Inventor
篤 尾上
健二郎 藤本
高博 河野
昌樹 楠原
優 梅田
昌之 都田
正裕 田村
Original Assignee
パイオニア株式会社
株式会社ワコム研究所
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    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • G11B9/02—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using ferroelectric record carriers; Record carriers therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
    • G11B9/149—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the memorising material or structure

Definitions

  • the present invention relates to an information recording / reproducing memory medium and a manufacturing method thereof.
  • Such high-density recording technology capable of random access includes magnetic recording, optical recording, and semiconductor memory.
  • information and communication technology has been remarkably developed, the capacity of information has been increased, and higher density and larger capacity recording has been demanded.
  • higher density and larger capacity recording has been demanded.
  • Ferroelectric memories are considered capable of higher density recording, and are expected as next-generation high-density recording systems.
  • Probe memory technology that utilizes the principle of a scanning probe microscope is expected as a recording method that improves recording density.
  • This includes a recording medium, an actuator that is installed on the stage and is driven in the XY direction, and a micro probe (probe chip) for executing information writing to or reading from the recording medium.
  • a signal processing unit that appropriately processes this information and outputs desired data.
  • Information is read or written by approaching or contacting a probe chip with a desired position on a recording medium (also referred to as a recording medium) and detecting various physical quantities on the recording medium with a spatial resolution at the atomic and molecular level. Accordingly, there is a need for a highly accurate XY actuator that can perform driving of two or more axes in the XY direction. Further, in the Z-axis direction, a probing drive unit that deforms the probe in synchronization with the recording media moving on the XY plane and brings the probe tip closer to or in contact with the recording medium is required.
  • an SNDM ferroelectric probe memory 10 has been developed by the present inventor as shown in FIG.
  • SNDM scanning nonlinear dielectric microscope
  • the ferroelectric recording medium 21 has a layer structure in which an electrode layer 23 and a ferroelectric layer 24 are sequentially formed on an upper layer of a substrate 22.
  • An example of the appearance of the ferroelectric recording medium 21 is shown in FIG.
  • ensuring in-plane uniformity on the medium surface is important for improving reliability (for example, suppression of errors and data loss) and yield.
  • the ferroelectric probe memory does not require an upper electrode in the upper layer of the ferroelectric layer 24 unlike the FeRAM and the like, and the probe (head) 11 replaces the electrode. It has become. That is, the ferroelectric memory does not require an upper electrode.
  • the surface of the ferroelectric layer 24 of the recording media is an exposed surface.
  • FeRAM FeRAM
  • one capacitor is formed for each bit, or a transistor using a ferroelectric as a gate insulating film is formed.
  • the Z-axis component of the polarization of the ferroelectric layer is used for recording. Therefore, a ferroelectric film having a C-axis orientation is preferable.
  • the ferroelectric layer is formed as follows. (1) Chromium (Cr) is deposited as a lower electrode on a LiTaO 3 (CLT) single crystal (3 inch diameter, 500 ⁇ m). (2) The CLT wafer on which chromium is vapor-deposited is attached to the Si substrate or the CLT substrate. (3) The CLT wafer is polished to a thickness of about 1 ⁇ m by mechanical polishing. (4) Finish to a thickness of about 50 nm by dry etching with a mixed gas of Ar and O 2 . The reason why the crystal thickness is thinned to 100 nm or less is to achieve low voltage driving, high speed, and high density recording.
  • Chromium (Cr) is deposited as a lower electrode on a LiTaO 3 (CLT) single crystal (3 inch diameter, 500 ⁇ m).
  • the CLT wafer on which chromium is vapor-deposited is attached to the Si substrate or the CLT substrate.
  • the CLT wafer is polished to a thickness of about 1 ⁇ m by
  • Non-Patent Document 1 This technique enables high-density recording exceeding 1T (terra) bit / inch 2 .
  • Non-Patent Document 1 since a wafer is used as a starting material as the ferroelectric layer, a large amount of polishing must be performed.
  • the ferroelectric recording layer may be made of a Pb-based material such as Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT] exhibiting excellent ferroelectricity, SrBi 2 Ta 2 O 9 [SBT] or Bi. 4 Ti 3 O 12 [BIT] or the like is used, and among these, Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT] is preferable because it has a large residual polarization.
  • Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT] exhibiting excellent ferroelectricity, SrBi 2 Ta 2 O 9 [SBT] or Bi. 4 Ti 3 O 12 [BIT] or the like is used, and among these, Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT] is preferable because it has a large residual polarization.
  • a feature of the ferroelectric is that it has spontaneous polarization, and its direction can be controlled by an electric field. By using two stable points with respect to the direction of the electric field, “0” “ 1 "and can be recorded by switching between them at high speed.
  • recording / erasing of information with respect to such a semiconductor memory or the like is performed by, for example, a recording / erasing apparatus having an atomic force microscope (AFM) configuration, and a recording head by a conductive cantilever having the needle electrode is brought into contact with the semiconductor memory.
  • AFM atomic force microscope
  • High-speed recording is possible by applying a high-speed pulse voltage of 20 V or less from the recording head, that is, a conductive cantilever, and reversing the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric recording layer locally and at high speed.
  • each constituent layer such as an electrode layer and a ferroelectric recording layer may be formed by, for example, sputtering, MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition), LPCVD (low pressure CVD), molecular beam deposition, normal deposition,
  • the film can be formed by a MOD (Metal Oxide Deposition) method, a laser ablation method, a sol-gel method, a spin coating method, a thermal oxidation method, a thermal nitridation method, or the like.
  • an object of the present invention is to provide an information recording / reproducing memory medium capable of ensuring stable recording / reproduction by realizing local averaging of recording layers.
  • an information recording / reproducing memory medium is as follows.
  • the composition according to the first aspect of the present invention is such that the composition in the particles in the granular particles straddling the electrode layer to the recording layer changes in a gradient manner.
  • continuous columnar particles can be formed in the electrode layer and the recording layer, and a conductive portion (conductive portion) is formed. Therefore, charge-up can be suppressed and the crystallinity can be kept high.
  • an information recording / reproducing memory medium in which one electrode layer and a recording layer are laminated in this order on a substrate, and at least one kind of atoms constituting the composition of the electrode layer or the recording layer.
  • An information recording / reproducing memory medium characterized in that the density changes in an inclined manner.
  • the atomic concentration when the atomic concentration is changed in an inclined manner, continuous particles (particularly columnar particles) extending between the electrode layer and the recording layer are formed. This particle becomes a conductive part.
  • the conductivity also changes in an inclined manner.
  • the invention according to claim 3 is an information recording / reproducing memory medium having at least a three-layer structure in which an electrode layer and a recording layer are stacked on a substrate, wherein the electrode layer and the recording layer have the same crystal structure.
  • An information recording / reproducing memory medium characterized by comprising:
  • the recording layer can be grown with a good crystal structure from the initial stage of growth.
  • the invention according to claim 4 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 1 to 3, wherein the information recording / reproducing memory medium is a probe memory medium.
  • a head or a probe In a probe memory medium, a head or a probe relatively scans the medium to record and reproduce information. That is, in the probe memory medium, there is no upper electrode on the upper surface of the memory medium, and it is exposed. In such a state, the effect of preventing the medium surface from being charged up due to the presence of the conductive portion in the recording layer is particularly effective.
  • the probe is not particularly limited as long as information can be written to or read from the recording layer, and may be referred to as a probe or a probe tip.
  • the invention according to claim 5 is the information recording according to claim 3 or 4, wherein the atomic concentration of at least one of the atoms constituting the composition of the electrode layer or the recording layer changes in a gradient manner.
  • a playback memory medium is the information recording according to claim 3 or 4, wherein the atomic concentration of at least one of the atoms constituting the composition of the electrode layer or the recording layer changes in a gradient manner.
  • continuous columnar particles can be formed in the electrode layer and the recording layer, charge-up can be suppressed, and high crystallinity can be maintained.
  • the invention according to claim 6 is the information recording according to any one of claims 1, 2, 4, and 5, wherein the atomic concentration changes in an inclined manner over both the electrode layer and the recording layer.
  • a playback memory medium The gradient change of the atomic concentration may exist only in each of the electrode layer or the recording layer, but the fact that the gradient changes across both the electrode layer and the recording layer is an effect of the invention. Is even more effective.
  • the invention according to claim 7 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 1, 2, and 4 to 6, wherein atoms of the electrode layer and the recording layer are diffused. . It is particularly preferable that atoms in the electrode layer and the recording layer are diffused from each other.
  • the conductive portion can be formed by diffusion.
  • the structure of the atoms of the electrode layer and the recording layer, the composition of which is easily changed in a gradient, can be realized.
  • the invention according to claim 8 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 1 to 7, wherein the recording layer is a ferroelectric recording layer.
  • the recording layer is made of Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT], SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT), Bi 4 Ti 3 O 12 (BIT), LiTaO 3 , LiNbO 3 .
  • PZT Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT]
  • SBT SrBi 2 Ta 2 O 9
  • BIT Bi 4 Ti 3 O 12
  • LiTaO 3 LiNbO 3
  • the invention according to claim 10 is the information recording / reproducing memory medium according to claim 9, wherein the recording layer has a higher proportion of the Pb raw material as it goes to the upper layer than the lower layer.
  • the invention according to claim 11 is the information recording / reproducing memory medium according to claim 9, wherein the ratio of the upper layer portion of the Pb material of the recording layer is in the range of 20% to 22% (atomic%). is there.
  • the invention according to claim 12 is characterized in that the crystal grain diameter of the electrode layer and the recording layer is the same as or smaller than the recording pit diameter.
  • one bit is composed of a plurality of particles, and the characteristic signal of each bit can be averaged.
  • the invention according to claim 13 is the information recording / reproducing memory medium according to claim 12, wherein the crystal grain size of the electrode layer is a crystal having a grain size smaller than the crystal grain size of the recording layer. .
  • the recording layer can grow following the underlying particles, and a recording layer having small particles can be grown.
  • the invention according to claim 14 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 1 to 13, wherein the electrode layer is formed of a film having no orientation.
  • the invention according to claim 15 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 1 to 11, wherein the recording layer is formed of a film having no orientation.
  • the recording layer having small particles can be obtained by making the lower layer further smaller than the target particle diameter of the recording layer. Can be grown, and the upper layer can also be non-oriented because the lower layer is non-oriented.
  • the invention according to claim 16 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 1 to 15, wherein the electrode layer is a conductive oxide.
  • the invention according to claim 17 is the information recording / reproducing memory medium according to claim 15, wherein the element of the electrode layer is any one of SRO, LSCO, LaNiO 3 , and Nb-STO.
  • the electrode is made of an oxide. Therefore, a recording layer with good crystallinity can be grown.
  • the constituent atoms of the recording layer for example, PZT
  • the electrode is made of an oxide
  • the function as an electrode is not impaired by the influence of oxygen in the recording layer material.
  • the electrode layer is made of an oxide, a recording layer having excellent crystallinity without voids can be grown. In addition, adhesion to the substrate side can be improved.
  • the invention according to claim 18 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 1 to 17, wherein an amorphous layer is interposed between the substrate and the front electrode layer. Since the amorphous layer is formed between the substrate and the electrode layer, atoms of the material constituting the electrode can be prevented from diffusing into the substrate (for example, a silicon substrate).
  • the amorphous layer can be formed, for example, by heating the surface of the substrate in an oxidizing atmosphere and growing a thermal oxide film. For example, when the substrate is silicon, SiO 2 may be formed.
  • the thickness of the amorphous layer is preferably 50 nm or more. By setting it to 50 nm or more, diffusion to the substrate can be reliably prevented. In addition, from a viewpoint of size reduction, 700 nm or less is preferable and 500 nm or less is more preferable.
  • the ferroelectric layer includes a conductive portion.
  • a recording / reproducing memory medium in which an electrode layer and a ferroelectric recording layer are laminated on a substrate, the ferroelectric layer includes a conductive portion.
  • the conductive part can be formed by changing the composition of the particles in the granular particles straddling the ferroelectric layer from the electrode layer in an inclined manner. Further, it can be formed by changing the concentration of at least one of atoms constituting the composition of the electrode layer or the dielectric layer in an inclined manner.
  • the conductive portion and the insulating portion may be separated.
  • the conductive material may be introduced in a mesh form. Continuous columnar particles can be formed in the electrode layer and the recording layer, charge-up can be suppressed, and high crystallinity can be maintained.
  • the nineteenth aspect of the present invention it is possible to avoid the problem that the surface charge tends to be excessive or insufficient when the polarization of the ferroelectric layer is reversed.
  • the invention according to claim 20 is the information recording / reproducing memory medium according to claim 19, wherein the information recording / reproducing memory medium is a probe memory medium. According to the present invention, the same effect as described in claim 4 can be obtained.
  • the invention according to claim 21 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 1 to 20, wherein the uppermost layer portion is formed of an amorphous layer.
  • the chemical change of the upper layer portion of the substrate can be suppressed.
  • the invention according to claim 22 is characterized in that a protective layer is provided above the recording layer, and the protective layer has a particle size smaller than that of the recording layer or an amorphous layer.
  • Item 22 The information recording / reproducing memory medium according to any one of Item 21.
  • the invention according to claim 23 is the information recording / reproducing memory medium according to claim 22, wherein the protective layer includes all of the constituent atoms of the previous recording layer.
  • the surface protection performance can be improved.
  • the invention according to claim 24 is the information recording / reproducing memory medium according to claim 23, wherein the composition ratio between the protective layer and the recording layer is the same.
  • the twenty-fourth aspect of the present invention it is possible to mitigate changes in characteristics when the protective layer is crystallized or the recording layer is decomposed by an electric field, pressure, heat or the like from a probe head or the like.
  • the protective layer is a layer obtained by chemically polishing the surface of the recording layer. It is a medium.
  • the invention according to claim 26 is the information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 22 to 25, wherein the surface of the protective layer is plasma-etched.
  • the protective layer can be easily manufactured.
  • the twenty-seventh aspect of the invention it is possible to mitigate the influence of the recording layer particle shape and the grain boundary on the reproduction signal.
  • the invention according to claim 28 is the information recording / reproducing memory medium according to claim 27, wherein a lubricating layer is laminated on the protective layer or the surface layer.
  • the invention according to claim 29 is an electrode layer forming step of forming an electrode layer on a substrate; A recording layer forming step of forming a recording layer on the electrode layer; Electrode for diffusing atoms in the electrode layer into the recording layer-recording layer diffusion step, Recording-electrode layer diffusing step for diffusing atoms in the recording layer into the electrode layer, atoms in the electrode layer A method for producing an information recording / reproducing memory medium, comprising: an interdiffusion step of diffusing into a recording layer and diffusing atoms in the recording layer into the electrode layer.
  • the recording layer can be grown with a good crystal structure from the initial stage of growth.
  • a structure with an inclined composition can be easily produced.
  • the invention according to claim 30 is the method of manufacturing an information recording / reproducing memory medium according to claim 29, wherein the information recording / reproducing memory is a probe memory. According to the invention of claim 30, the same effect as that of the invention of claim 4 is obtained.
  • the invention according to claim 31 is characterized in that, after executing any one of the respective diffusion steps, one or both of a CMP processing step for performing chemical mechanical polishing processing and an etching processing step for performing plasma etching are performed.
  • the invention according to Claim 32 includes the step of forming an amorphous layer between the substrate and the electrode layer, and a method of manufacturing an information recording / reproducing memory medium according to any one of Claims 29 to 32 It is. The effect similar to that of the invention of the nineteenth aspect is achieved.
  • the invention according to claim 33 is the method of manufacturing an information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 29 to 32, wherein in each diffusion step, atoms are diffused by heat treatment.
  • the invention according to claim 34 is the method of manufacturing an information recording / reproducing memory medium according to claim 32 or 33, wherein the substrate is silicon and the amorphous layer is a silicon oxide film.
  • a thirty-fifth aspect of the present invention is the information recording / reproducing memory medium manufacturing method according to any one of the thirty-second to thirty-fourth aspects, wherein the amorphous layer is 50 nm or more.
  • a thirty-sixth aspect of the invention is the information recording / reproducing memory medium manufacturing method according to any one of the twenty-ninth to thirty-fifth aspects, wherein the electrode layer is made of an SRO film, and the recording layer is made of a PZT film.
  • the thirty-sixth aspect of the present invention it is possible to form a non-oriented layer of fine particles with good crystallinity following the SRO in the PZT film forming step.
  • the material ratio of PZT is Pb 1.1 (Zr 0.4 , Ti 0.6 ) O 3 , mutual diffusion of Pb and Sr during post-annealing is promoted and sputtering gas is used.
  • Ar + O 2 since it is an oxide electrode, it is possible not only to prevent oxygen deficiency of the film by introducing O 2 gas, but also to have the same perovskite structure as PZT, and good crystallinity immediately after deposition (lowermost layer of PZT). Can be obtained.
  • the deposited electrode layer becomes non-oriented, the volume resistivity can be about 5 ⁇ 10 ⁇ 4 , and the thickness can be about 50 nm, and a fine particle film, that is, PZT of fine particles can be grown thereon.
  • the invention according to claim 37 is the method of manufacturing an information recording / reproducing memory medium according to any one of claims 29 to 36, wherein the recording layer is formed by MOCVD film formation.
  • a thirty-eighth aspect of the invention is the information recording / reproducing memory medium manufacturing method according to any one of the thirty-third to thirty-seventh aspects, wherein the heat treatment is performed at 500 to 700 ° C.
  • the invention according to claim 39 is characterized in that the content of atoms diffusing in each layer of the electrode layer and the recording layer before the diffusion step is larger than the stoichiometric ratio.
  • the recording layer can be stabilized as a result by realizing local averaging of the recording layer.
  • Ferroelectric material retains information (polarization) even if it is conductive. When there is conductivity, both electrodes are always short-circuited as a capacitance. In the ferroelectric probe memory, reading is possible even if neutralization is performed. In the ferroelectric probe memory, the surface of the ferroelectric layer is exposed without an upper electrode. Therefore, if the ferroelectric layer has conductivity, it is possible to prevent the medium surface from being charged up.
  • 1 is a substrate (Si substrate, glass substrate, aluminum substrate), 2 is an electrode layer provided on the upper layer of the substrate 1, 3 is a ferroelectric recording layer provided on the upper layer of the electrode layer 2, 4 is a protective layer, 5 Is a surface layer, and 6 is a lubricating layer.
  • FIG. 1 is a sectional view of an information recording / reproducing memory medium of the present invention.
  • 1 is a substrate (Si substrate, glass substrate, aluminum substrate), 2 is an electrode layer provided in the upper layer of the substrate 1, 3 is a ferroelectric recording layer provided in the upper layer of the electrode layer 2, and 4 is A protective layer, 5 is a surface layer, and 6 is a lubricating layer.
  • a ferroelectric recording layer 3 of Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT] is formed (deposited) on the electrode layer 2 by MOCVD.
  • Si wafer thermal oxidation step S1
  • SRO electrode sputtering step S2
  • PZT film formation step S3
  • RTA post-annealing
  • CMP step S5
  • plasma etching step S6
  • step S1 50 nm or more is preferable for the purpose of preventing the electrode material from diffusing into Si.
  • the upper limit is preferably 700 nm.
  • the SRO film is formed by sputtering at a high temperature (500 ° C. or higher), so that a good film formation cannot be obtained by the current post-annealing, and problems such as morphology can be solved. it can.
  • the electrode layer 2 preferably has the same crystal structure (perovskite structure in this example) as that of the ferroelectric recording layer (PZT layer in this example) 3.
  • the difference in the lattice constant of the crystal of the material constituting the electrode layer 2 and the ferroelectric recording layer 3 is preferably within 4%, and particularly the difference in the lattice constant is preferably within 2%.
  • the crystal grains of the ferroelectric recording layer 3 grow along the crystal grains of the electrode layer 2, and are excellent crystals with few dislocations and vacancies immediately after deposition (the lowest layer of the PZT) and with little intragranular distortion. It is formed as a layer having properties.
  • the film surface is preferably sputter etched. Generally, a power of about 100 W is used during film formation, but the film surface is damaged. Therefore, it is preferable to remove the damaged layer by performing sputter etching with low power (for example, 40 W or less).
  • the formed SRO becomes non-oriented
  • the volume resistivity can be about 5 ⁇ 10 ⁇ 4
  • the thickness can be about 50 nm
  • a fine particle film, that is, fine PZT can be grown.
  • step S3 for example, the film formation is performed using MOCVD, and the set temperature at that time is set to 500 ° C. or less, and the crystallinity at this time is poor (for example, XRD inspection result) PZT.
  • adding a little more Pb Pb 1.1 (Zr 0.4 , Ti 0.6 ) O 3 ) promotes the mutual diffusion of Pb and Sr during post-annealing and imitates SRO.
  • a non-oriented layer with fine particles can be obtained.
  • the particles grow (thickness 50 nm to 200 nm) toward the upper layer, it is desirable to set the particle diameter of the underlayer in consideration of the upper layer particle growth.
  • the recording layer is formed by sputtering, it is extremely difficult to control the composition of the composition component (for example, Pb) of the recording layer, and a recording layer having a desired composition cannot always be obtained.
  • the composition component for example, Pb
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • step S4 the post-annealing (RTA) (step S4), PZT crystallization annealing (recovery annealing) as rapidly heated in an O 2 atmosphere (heating rate of about 100K / s, temperature of 500 °C ⁇ 700 °C (PZT deposition temperature of the Higher temperature) and holding time of 30 sec to 5 min), crystallization or crystallinity can be improved and ferroelectricity can be exhibited.
  • Pb, Sr mutual diffusion occurs, and the recording layer is somewhat It becomes conductive and can suppress excess and deficiency of electric charge, and can have characteristics suitable for recording.
  • step S4 the surface roughened by the physical, chemical, and thermal actions after each of the above steps is planarized. At this time, the polishing is performed to a target thickness (20 nm to 150 nm).
  • step S5 plasma etching (step S5) is performed to remove the above-mentioned damaged layer by CMP by etching with 0 to 5 nm using Ar + O 2 plasma.
  • Electrode layer 2 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose.
  • the electrode layer 2 can be formed on the substrate 1 (1a) by a sputtering method or the like.
  • the conditions for forming the electrode layer 2 by sputtering or the like are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
  • a material having the same crystal structure can be appropriately selected according to the purpose depending on the material of the ferroelectric recording layer 3, for example, SRO, LSCO, LaNiO 3 , Nb— STO (Nb-doped STO) or the like is suitable, and among these, when PZT is used for the ferroelectric recording layer 3, it is preferable to use SRO from the viewpoint of promoting Pb diffusion. Since SRO and PZT have the same crystal structure, it is considered that interdiffusion of Pb and Sr is likely to occur. However, even when compared with other combinations having the same crystal structure, mutual diffusion tends to occur in the combination of SRO and PZT. Further, by making the electrode layer non-oriented, the recording layer can also be made non-oriented.
  • the thickness of the electrode layer 2 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, it is about 10 to 1000 nm, and preferably 50 to 500 nm.
  • the amorphous layer 1a in the upper layer portion of the substrate 1, for example, the diffusion when the above-described conductive oxide is used as the material of the electrode layer 2 is prevented. Not limited to various materials reacting with Si, the adhesion to the amorphous layer 1a is improved.
  • the ferroelectric recording layer 3 is formed at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature that takes a crystallization structure exhibiting ferroelectricity.
  • the crystallization temperature at which the crystallization structure exhibiting ferroelectricity varies depending on the material of the ferroelectric, but generally, when the ferroelectric recording layer 3 is Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT] Is preferably 500 ° C. or higher, more preferably 500 to 700 ° C.
  • the crystallized structure exhibiting ferroelectricity means, for example, a perovskite crystal structure.
  • the ferroelectric recording layer 3 preferably has a perovskite crystal structure.
  • the ferroelectric recording layer 3 preferably has a columnar structure in that high-density and high-strength crystals can be obtained.
  • Perovskite crystal structure wherein represented by ABX 3.
  • the cation (cation) at the A site and the anion (anion) at the X site have the same size, and in the cubic unit cell composed of the A site and the X site.
  • cations smaller in size than the A site are located at the B site.
  • the ferroelectric material for forming the ferroelectric recording layer 3 can be appropriately selected according to the purpose.
  • Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT] SrBi 2 Ta 2 O 9 ( SBT), Bi 4 Ti 3 O 12 (BIT), LiTaO 3 , LiNbO 3 , and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. At this time, among these, Pb (Zr, Ti) O 3 [PZT] is preferable in that the remanent polarization is large.
  • the ferroelectric recording layer 3 is formed of, for example, Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 [PZT] converted from an amorphous structure to a perovskite crystal structure. Yes.
  • a method for forming the ferroelectric recording layer 3 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a chemical solution deposition (CSD) method, a metal organic chemical vapor deposition ( It can be formed by a method selected from a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a pulse laser deposition (pulse laser deposition; PLD) method, a sol-gel method, a sputtering method, etc. Among them, the step coverage is good.
  • the MOCVD method is preferable because high-density ferroelectric crystals can be obtained.
  • the MOCVD method is excellent in composition controllability, and it is possible to accurately realize the amount of the component that is larger than the stoichiometric ratio diffused by heat treatment (RTA).
  • RTA heat treatment
  • epitaxial growth from the electrode layer is an important factor, but the MOCVD method is particularly preferable because excellent epitaxial growth can be realized.
  • the raw material gas, reaction conditions, and the like when forming the ferroelectric recording layer 3 by the MOCVD method differ depending on the type of the ferroelectric recording layer 3 to be formed and cannot be defined unconditionally.
  • 3 is Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 [PZT]
  • a Pb raw material, a Zr raw material, a Ti raw material, or the like is used as the raw material.
  • Examples of the Pb raw material include Pb (DPM) 2 and the like.
  • Examples of the Zr raw material include Zr (dmhd) 4 .
  • Examples of the Ti raw material include Ti (O—iPr) 2 (DPM) 2 and the like.
  • the flow rate of the Pb raw material is about 0.01 to 1.0 ml / min, preferably 0.1 to 0.5 ml / min, and the flow rate of the Zr raw material is about 0.01 to 1.0 ml / min.
  • the flow rate of the Ti raw material is about 0.01 to 1.0 ml / min, preferably 0.1 to 0.5 ml / min.
  • the oxygen partial pressure in the raw material gas after vaporization is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, it is about 1 to 10 Torr (133 to 1333 Pa), and is 3 to 7 Torr (399 to 933 Pa). ) Is preferred.
  • the raw material preparation method is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
  • the solution is publicly known.
  • the method of vaporizing using a vaporizer is mentioned.
  • the vaporized source gas is, for example, mixed with oxygen gas and adjusted to a predetermined oxygen gas partial pressure, and then sprayed onto the upper layer of the electrode layer 2 using a shower head or the like, thereby A ferroelectric recording layer 3 can be formed on the layer 2.
  • the reaction conditions are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
  • the temperature differs depending on the type of the ferroelectric recording layer 3 to be formed and cannot be defined unconditionally.
  • the temperature is usually about 580 to 620 ° C.
  • the MOCVD film is deposited in a low crystallinity state at 500 ° C. or lower and crystallized by RTA (580 ° C.) in the subsequent process.
  • the deposition temperature of Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 [PZT] can be 600 ° C. or lower, and further 500 ° C. or lower (for example, 475 ° C.).
  • Pb (DPM) 2 is 0.05 to 0.5 ml / min as a Pb raw material
  • Zr (dmhd) 4 is 0.01 to 0.10 ml / min as a Zr raw material
  • Ti (O—iPr) 2 is a Ti raw material.
  • (DPM) 2 is introduced at 0.05 to 0.3 ml / min.
  • the crystal grains of Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 [PZT] constituting the ferroelectric recording layer 3 have the same crystal structure but different components and compositions.
  • the crystal layer is microcrystalline (for example, 30 nm or less).
  • microcrystal means that the grain size is about the same as or smaller than the recording pit diameter (for example, 30 nm), and one bit is composed of one or more microcrystals.
  • the characteristic signal of each bit can be averaged.
  • the crystal grains of the electrode layer 2 are further microcrystalline than the crystal grains of the ferroelectric recording layer 3. This is due to the fact that when the ferroelectric recording layer 3 is formed, the ferroelectric recording layer 3 grows following the particles of the electrode layer 2, so that the particle diameter tends to increase toward the upper layer.
  • the Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 [PZT] crystal grains constituting the ferroelectric recording layer 3 are made of electrodes having the same (particle) crystal structure with different components and compositions.
  • microcrystals for example, 30 nm or less
  • the electrode layer 2 and the ferroelectric recording layer 3 can be configured non-oriented.
  • the SRO film is formed without sputtering by forming the SRO film on the amorphous SiO 2 layer by sputtering, and when PZT film is formed on the non-oriented SRO film, the PZT film turns into the SRO film. It becomes non-oriented following.
  • non-orientation means that the rocking curve that can be confirmed by XRD does not substantially peak as shown in FIG. 3 (some peaks can be made from the configuration of the X-ray measuring apparatus and the shape as a film). ) And this non-orientation (or amorphous) makes it possible to average the whole or locally instead of reducing the resolution (polarization amount (value)) of the ferroelectric recording layer 3. As compared with the case of being oriented, averaging can be easily realized.
  • the concentration of Pb (DPM) 2 as the Pb raw material is adjusted in the process of forming the film from the electrode layer 2 side to the upper layer in the range of 0.14 ml / min to 0.16 ml / min. For example, by reducing the concentration in the lower layer and increasing the concentration in the upper layer, the Pb concentration in the uppermost layer at the time of completion of the information recording / reproducing memory medium is set to 20% to 22% (atomic%). The conductivity of the dielectric recording layer 3 may be lowered. It is preferable to shift the Pb concentration from the stoichiometric ratio to the higher one.
  • Pb On the lower layer side of the recording layer, Pb may be a value satisfying the stoichiometric ratio or a value shifted to a smaller value. If the Pb concentration is high in the lower layer, the diffusion of SRO is promoted too much and leaks, and if the Pb content is low in the upper layer, the ferroelectricity may be impaired. Further, it is preferable that the ratio of the Zr raw material to the Ti raw material is 4: 6. Thus, a gradient change may be provided in the film formation stage. Further, post-annealing may be performed after providing a gradient change in the concentration in the film formation stage. In that case, Pb diffuses into the electrode layer, and Sr diffuses into the recording layer. That is, mutual diffusion also occurs.
  • the composition of the electrode layer 2 and the ferroelectric recording layer 3 is inclined, that is, the electrode layer 2 and the ferroelectric recording layer 3 are continuous.
  • the ferroelectric recording layer 3 is mixed with a conductive portion and an insulating portion (for example, mesh shape or spiral shape), so that the surface charge at the time of polarization inversion of the ferroelectric recording layer 3 is excessive or insufficient. It is also possible to suppress the occurrence of (prevent charge-up). Note that when the conductive portion and the insulating portion are mixed in a mesh shape, a conductive material (metal or highly doped semiconductor) may be introduced.
  • the thickness of the ferroelectric recording layer 3 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, it is preferably 10 to 1000 nm, and more preferably 50 to 500 nm.
  • the ferroelectric recording layer 3 has a surface roughness (RMS) measured by an atomic force microscope (AFM) of, for example, 30 nm or less or a little larger than that when formed by the MOCVD method or the like. Become.
  • the case of the ferroelectric recording layer 3 has been described.
  • a non-oriented structure of microcrystals microcrystallites
  • a magnetic material or It can also be applied to a recording medium such as optical recording.
  • the recording layer grows following the base electrode layer (for example, SRO film). If the base is fine, it grows to fine particles, and if the base is non-oriented, it grows unoriented. In addition, particles grow in the upper layer.
  • FIG. 4 shows the influence of the deposition amount of the ferroelectric recording layer 3 on the particle diameter.
  • the ferroelectric recording layer (PZT) 3 When the ferroelectric recording layer (PZT) 3 is deposited on the upper layer of the electrode layer (SRO) 2 by 400 nm, it becomes a serious state.
  • the ferroelectric recording layer 3 grows as fine particles using the particles of the electrode layer 2 as nuclei, but the particle size of the fine particles increases as it goes to the upper layer. Therefore, in order to increase the particle size of the fine particles, it is preferable to increase the amount of the ferroelectric recording layer 3 deposited.
  • the deposition amount is preferably 100 nm.
  • FIG. 5 shows an example of the relationship between the particle diameter and the recording mark diameter.
  • the shape of each pit (lattice shape) and the variation in signal intensity increase.
  • the diffusion atom has a composition larger than the stoichiometric ratio in the film.
  • the amount of the organometallic complex containing the component in the liquid source is adjusted in the MOCVD deposition method in order to obtain the desired composition ratio (for example, Pb) from the stoichiometric ratio. This can be easily achieved.
  • RTA Post-annealing
  • This heat treatment includes diffusion from the ferroelectric layer 3 to the electrode layer 2 (for example, diffusion of Pb to the electrode layer 2) and diffusion from the electrode layer 2 to the ferroelectric layer 3 (for example, Sr ferroelectric layer). (Diffusion to 3) is preferably caused. That is, it is preferable to cause mutual diffusion between the electrode layer 2 and the ferroelectric layer 3.
  • the heat treatment temperature is determined by diffusion from the ferroelectric layer 3 to the electrode layer 2, diffusion from the electrode layer 2 to the ferroelectric layer 3, or diffusion from the ferroelectric layer 3 to the electrode layer 2 and strong from the electrode layer 2. This is the temperature at which diffusion into the dielectric layer 3 occurs.
  • a temperature higher than the film forming temperature of the recording layer 2 is preferable. 500 to 700 ° C is preferable. More preferably, the temperature is from 550 ° C to 700 ° C.
  • FIG. 6 shows the state of change between the ferroelectric recording layer 3 and the electrode layer 2 when the temperature of the RTA is changed.
  • the film forming conditions in FIG. 6 are as follows.
  • Electrode layer Sputtering Target: SRO Parallel plate electrode Frequency: 13.56 MHz Gas: Ar + O 2 Thickness: 50nm
  • Recording layer: MOCVD Solvent Pb (DPM) 2 : 0.1 ml / min Zr (dmhd) 4 : 0.07 ml / min Ti (O-iPr) 2 (DPM) 2 : 0.13 ml / min Pb x (Zr 0.4 , Ti 0.6 ) O 3 x 1.1 Thickness: 100nm
  • RTA Temperature rising rate: 100 ° C./sec
  • the boundary between the ferroelectric recording layer 3 and the electrode layer 2 becomes unclear. Further, particles composed of a partial component of PZT and a partial component of SRO are formed.
  • FIG. 3 shows the effect of shifting the amount of Pb from the stoichiometric ratio.
  • FIG. 3 is a graph showing the effect of Pb amount and diffusion.
  • the measurement is a measurement value after RTA and before CMP.
  • Measurement is performed by etching from the surface of the film at an etching rate of about 8 nm / min and measuring the concentration of each component element.
  • the heat treatment time is preferably 5 seconds or more and 5 minutes or less. If it is less than 5 seconds, sufficient diffusion may not occur. In 5 minutes or more, the constituent atoms may escape from the film. Further, it is preferable to diffuse from the electrode layer 2 to the opposite surface of the ferroelectric layer 3. Further, it is preferable that the diffusion atoms are diffused so as to generate a concentration gradient. Generally, it diffuses with a concentration gradient. If the diffusion distance and the amount of diffusion are examined in advance at actual temperatures and times by experiments, the diffusion distance and concentration gradient can be easily controlled.
  • the heat treatment with the above temperature and time improves crystallization or crystallinity and provides excellent ferroelectric properties.
  • the heat treatment atmosphere is not particularly limited, but an oxidizing atmosphere is preferable.
  • the heating rate from room temperature to the above heat treatment temperature is preferably 50 ° C./sec or more. When the heating rate is less than 50 ° C./sec, a non-ferroelectric phase crystal (pyrochlore phase) is generated.
  • the protective layer 4, the surface layer 5, and the lubricating layer 6 are formed on the ferroelectric recording layer 3 of the obtained Pb (Zry , Ti 1-y ) O 3 [PZT] using a sputtering method or the like. You may form sequentially.
  • the protective layer 4 has a finer particle or amorphous structure (high dielectric constant) than that of the ferroelectric recording layer 3, and is composed of the same composition ratio as that of the ferroelectric recording layer.
  • the protective layer 4 or the ferroelectric Changes in characteristics (recrystallization) as a whole including the body recording layer 3 can be mitigated.
  • CMP CMP CMP is performed to planarize the surface and achieve a desired thickness.
  • a method used for polishing a normal silicon semiconductor can be used.
  • the surface roughness after CMP is preferably 10 nm or less as Ra.
  • FIG. 7 shows the polarization inversion characteristics before and after CMP. Note that FIG. 7 shows a case where plasma etching processing in a later step is performed.
  • the etching amount is preferably 0 to 5 nm. Further, as the plasma gas, it is preferable to use Ar containing oxygen in order to prevent escape of oxygen.
  • Damage layer is removed by plasma etching.
  • the power in the plasma etching depends on the size of the wafer and the size (capability, etc.) of the apparatus, but in this embodiment, it is preferably 50 W or less.
  • an amorphous layer is formed on the surface of the recording layer 2.
  • This amorphous layer is composed of the same constituent elements as the ferroelectric recording layer 3. If the protective layer 4 is formed on the ferroelectric recording layer 3 with a material containing atoms different from that of the ferroelectric recording layer 3, the different elements are mixed into the ferroelectric recording layer 3 by diffusion or the like. However, there is a possibility that the characteristics of the ferroelectric recording layer 3 may be impaired.
  • the amorphous protective layer 4 is formed by performing plasma etching on the surface of the ferroelectric recording layer 3, it is possible to prevent deterioration of characteristics due to mixing of different elements. Further, by making the protective layer 4 amorphous, it is possible to obtain a memory having excellent grain boundary reading characteristics. That is, at the time of reading with the probe 11, in the case of polycrystal, there is a possibility that electric field concentration occurs at the crystal grain boundary. In this case, local reading variations occur. However, when the protective layer 4 is made amorphous, there is no such variation in reading at the crystal grain boundaries as described above.
  • the protective layer 4 may be amorphized by plasma treatment after polishing its surface by CMP, it can be configured more easily than other amorphized or fine particle layers. .
  • FIG. 8 shows the result of evaluating the effect of plasma etching by the reversal characteristics. As shown in FIG. 8, it can be seen that the inversion characteristics are improved as the etching time is increased.
  • the resolution and the signal intensity (S / N) are deteriorated when the thickness of the protective layer 4 is excessively increased, the microscopic nonuniformity between the signal intensity (S / N) and the resolution is obtained. It is preferable to determine (for example, 0 to 10 nm) in consideration of a trade-off with the relaxation of the thickness.
  • the surface layer 5 may be made of other materials.
  • the film is formed from a material having high strength such as DLC (diamond-like carbon), and it is possible to suppress chemical change and to physically protect the head from a probe or the like.
  • the lubricating layer 6 is made of PFPE or the like, and can reduce friction with a head such as a probe.
  • the lubrication layer 6 can improve the lubrication effect when combined with the hard surface layer 5.
  • a one-bit one capacitor or a ferroelectric gate insulating film is formed.
  • a probe electrode of a memory medium reading device or the like serves as the upper electrode, and a substantially entire surface in the medium surface is continuously formed.
  • the ferroelectric layer 2 can be formed.
  • the ferroelectric layer 2 has some conductivity, the polarization of the ferroelectric layer 2 can be maintained. Accordingly, since both the electrodes are always short-circuited due to the conductivity, it has been difficult to read by the potential (electric field) or the reversal current at the time of polarization reversal. In addition to being able to read out data, it is possible to suppress charge-up on the surface of the medium due to electrical conductivity, although the degree of freedom of the readout method is broadened if it is inherently non-conductive.

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Abstract

　記録層の局所的な平均化を実現することにより、結果的に記録再生の安定化を確保することができる情報記録再生メモリ媒体を提供する。 　基板１の上層に電極層２と記録層３とが積層され、電極層２から記録層３に跨る粒状粒子における粒子内の組成が傾斜的に変化している。このとき、電極層２と記録層３とに連続的な柱状粒子を構成することができ、導電性を有する部分（導電性部）が形成される。そのため、チャージアップを抑制し得て、しかも、結晶性を高く維持することができる。  

Description

情報記録再生メモリ媒体およびその製造方法
　本発明は、情報記録再生メモリ媒体およびその製造方法に関するものである。
PIONEER　R&D　Vol.15　No.2「SNDM強誘電体プローブメモリによる超高密度デジタルデータ記録再生」 特開平０９－１５３２３５号公報 特開平０９－０９７４５７号公報
　近年のマルチメディア社会、特に、ハイビジョンシステム、高度情報通信システム、コンピュータネットワーク、ビデオオンデマンド、インフォメーションデマンド等に必要とされる大容量の画像情報やデータファイルを記録・再生する際には、高速な記録・再生処理の要求が益々高まっている。
　このような、ランダムアクセスが可能な高密度記録技術には、磁気記録、光記録、半導体メモリ等がある。
 情報通信技術が著しく発展するにともない、情報の大容量化が進み、より高密度・大容量の記録が要求されている。しかし，現在広く用いられている磁気記録の記録密度はそろそろ理論限界に達すると考えられている。
　そこで、強誘電体メモリが着目されている。強誘電体メモリは、より高密度な記録が可能であると考えられており、次世代の高密度記録方式として期待されている。
　そして、かかる超高密度メモリにおいて高速アクセス－高速データ転送が可能な強誘電体プローブメモリが盛んに研究されている。
　走査型プローブ顕微鏡の原理を利用するプローブメモリ技術は、記録密度を向上させる記録方式として期待されている。これは、記録メデイアと、その記録メデイアをステージ上に設置してＸ－Ｙ方向に駆動するアクチュエータと、前記記録メディアへの情報書込みあるいは情報読出しを実行するための超小型の探針（プローブチップ）を１つまたはそれ以上供えたプローブと、この情報を適宜処理して所望のデータを出力する信号処理部とから構成される。プローブチップを記録メデイア（記録媒体ともいう。）の所望の位置に接近あるいは接触させ、記録メディアにおける種々の物理量を原子分子レベルの空間分解能で検出することで、情報の読出しあるいは書込みを実行する。したがって、Ｘ－Ｙ方向の２軸以上の駆動を実行することができる高精度なＸ－Ｙアクチュエータが必要である。また、Ｚ軸方向にはＸ－Ｙ平面上を移動する記録メデイアと同期させてプローブを変形し、プローブチップを記録メディアに接近あるいは接触させるプロービング駆動部が必要となる。
　その一つとして、図１１に示すように、ＳＮＤＭ強誘電体プローブメモリ１０が本発明者により開発されている。
　これは、強誘電体の分極分布を純電気的に高分解能で測定可能な走査型非線形誘電率顕微鏡(Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy ;SNDM)の技術を再生法として応用した技術である。
　この技術においては、図１０に示すように、強誘電体記録媒体２１は、基板２２の上層に、電極層２３及び強誘電体層２４が順次形成された層構造を有している。尚、強誘電体記録媒体２１の外観の一例を図９に示す。
　ＳＮＤＭ強誘電体プローブメモリ１０では、プローブ（ヘッド）１１を走査させて記録再生を行うため、媒体表面の平坦性及び平滑性が重要である。
　また、媒体表面の面内均一性を確保することは、信頼性（例えば、エラーやデータ欠損の抑制）や歩留まりを向上するために重要である。
　尚、ＳＮＤＭ強誘電体プローブメモリ１０に限らず強誘電体プローブメモリにおいては、ＦｅＲＡＭ等とは異なり、強誘電体層２４の上層に上部電極を必要とせず、プローブ（ヘッド）１１が電極の代わりとなっている。すなわち、強誘電体メモリはまず、上部電極を必要としない。そして、記録メデイアの強誘電体層２４の表面は露出面となっている。
　また、ＦｅＲＡＭでは、１ビットに１つのキャパシタが形成されるか、または、強誘電体をゲート絶縁膜として用いたトランジスタが形成されている。
　それに対して、ＳＮＤＭ強誘電体プローブメモリ１０においては、媒体面内のほぼ全面が強誘電体層となっている。
　記録に使用するのは強誘電体層の分極のＺ軸成分である。従って、Ｃ軸配向を有する強誘電体膜が好ましい。
　かかる観点から、強誘電体層は次のように作成される。
（１）ＬｉＴａＯ３（ＣＬＴ）単結晶（３インチ径、５００μｍ）に下部電極として、クロム（Ｃｒ）を蒸着する。
（２）クロムを蒸着したＣＬＴウェーハを、Ｓｉ基板あるいはＣＬＴ基板に貼り付ける。
（３）機械研磨により、ＣＬＴウェーハを厚さ１μｍ程度まで研磨する。
（４）ＡｒとＯ２の混合ガスによるドライエッチングにより、厚さ５０ｎｍ程度に仕上げる。結晶厚さを１００ｎｍ以下にまで薄く加工するのは、低電圧駆動・高速・高密度記録を達成するためである。
　この技術により、１Ｔ（テラ）ｂｉｔ／ｉｎｃｈ2超の高密度記録が可能となっている。（非特許文献１）
　しかしながら、このような技術においては、強誘電体層として、ウェーハを始発材料としているため、大量の量の研磨を必要とせざるを得ない。
　一方、強誘電体層を成膜により形成する半導体メモリ等にあっては、半導体基板（例えば、Ｓｉ基板）の上層に、電極層と強誘電体記録層とをこの順に成膜した多層の積層体構造を採用したものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
　この際、強誘電体記録層は、その材料としては、優れた強誘電性を示すＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］等のＰｂ系や、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９［ＳＢＴ］又はＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２［ＢＩＴ］等が用いられており、特に、これらの中でも、残留分極が大きい点において、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］が好ましいとされている。
　また、強誘電体の特徴は、自発分極を有し、その方向を電界によってコントロールすることができることにあり、電界の方向に対して２つの安定点を利用して、デジタルデータの“０”“１”に対応させ、両者間を高速に切り換え記録することができる。
　さらに、このような半導体メモリ等に対する情報の記録・消去は、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）構成による記録・消去装置によって行い、その針状電極を有する導電性カンチレバーによる記録ヘッドを接触させて、その記録ヘッドすなわち導電性カンチレバーから２０Ｖ以下の高速パルス電圧を印加して、強誘電体記録層の自発分極の向きを局所的にかつ高速に反転させて行うことで高速記録が可能となる。
　一方、電極層や強誘電体記録層等の各構成料層は、例えば、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法、ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）法、分子線蒸着法、通常の蒸着法、ＭＯＤ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、レーザアブレーション法、ゾルゲル法、スピンコート法、熱酸化法、熱窒化法、等によって成膜することができる。
　ところで、上記の如く構成された情報記録再生メモリ媒体にあっては、強誘電体記録層の自発分極の向き（配向）を局所的にかつ高速に反転させるため、その配向は厳密に規定されており、全体的若しくは局所的な平均化を実現するためには、非常に高度な技術が必要で、製品コストの高騰要因となってしまうという問題が生じていた。
　本発明は、上記問題を解決するため、記録層の局所的な平均化を実現することにより、結果的に記録再生の安定化を確保することができる情報記録再生メモリ媒体を提供することを目的とする。
　その目的を達成するため、本発明に係る情報記録再生メモリ媒体は、次の通りである。
　請求項１に係る発明は、基板上に電極層と記録層とが積層された情報記録再生メモリ媒体において、前記電極層から前記記録層に跨る粒状粒子における粒子内の組成が傾斜的に変化していることを特徴とする情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１に記載の発明によれば、電極層と記録層とに連続的な柱状粒子を構成することができ、導電性を有する部分（導電性部）が形成される。そのため、チャージアップを抑制し得て、しかも、結晶性を高く維持することができる。
　請求項２に係る発明は、基板上に一つの電極層と記録層とがこの順に積層された情報記録再生メモリ媒体において、前記電極層又は前記記録層の組成を構成する原子の少なくとも一種の原子濃度が傾斜的に変化していることを特徴とする情報記録再生メモリ媒体である。
　記録層と電極層との二種の構成元素の原子濃度が相互に傾斜的に変化していることが適切な導電性を記録層に与える上で好ましい。
　請求項２に記載の発明によれば、原子濃度が傾斜的に変化することにより、電極層と記録層とにわたる連続的な粒子（特に柱状の粒子）が形成される。この粒子は導電性部となる。導電性も傾斜的に変化する。
　なお、本発明では、結晶性を高く維持することができるばかりでなく、分極電荷の非局在化に伴う安定化を確保することも可能となる。
　請求項３に係る発明は、基板上に電極層と記録層とが積層された少なくとも３層構造の情報記録再生メモリ媒体において、前記電極層及び前記記録層は、同じ系の結晶構造を有する材料から構成されていることを特徴とする情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項３に記載の発明によれば、記録層を成長初期段階から良い結晶構造で成長させることができる。
　請求項４に係る発明は、前記情報記録再生メモリ媒体は、プローブメモリ用の媒体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　プローブメモリ用の媒体においては、ヘッド又はプローブが媒体上を相対的に走査して、情報を記録再生する。すなわち、プローブメモリ用の媒体においては、メモリ媒体の上面には上部電極が無く、剥き出しの状態となっている。かかる状態において、記録層に導電性部が存在することにより媒体表面のチャージアップを防止するという作用は特に有効ある。なお、プローブは、記録層への情報の書き込み乃至読み出しが可能なものであれば特に限定されるものではなく、探針あるいはプローブチップと呼ばれることもある。
　さらに、請求項４に記載の発明によれば、微小領域で物理特性の変化と保持（例えば分極の向き、その他の例としては磁化の変化、抵抗率変化など）が可能である。高分解能で媒体の物理特性の制御、測定（記録、再生）が可能なプローブメモリに用いることが可能となり、小型大容量のメモリーが実現できる。
　請求項５に係る発明は、前記電極層又は前記記録層の組成を構成する原子の少なくとも一種の原子濃度が傾斜的に変化していることを特徴とする請求項３又は４に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項５に記載の発明によれば、電極層と記録層とに連続的な柱状粒子を構成することができ、チャージアップを抑制し得て、しかも、結晶性を高く維持することができる。
　請求項６に係る発明は、前記原子濃度は、前記電極層と前記記録層との両層にわたり傾斜的に変化している請求項１、２、４、５のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　原子濃度の傾斜的な変化は、電極層あるいは記録層のそれぞれの層中においてのみ存在してもよいが、電極層と記録層との両層にわたって傾斜的に変化していることが発明の効果はより一層効果的である。
　請求項７に係る発明は、前記電極層及び前記記録層の原子が拡散していることを特徴とする請求項１、２、４～６のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　なお、電極層及び記録層の原子が相互に拡散していることが特に好ましい。拡散により導電性部を形成することができる。
　請求項７に記載の発明によれば、容易に組成が傾斜的に変化した前記電極層及び前記記録層の原子が構造を実現できる。
　請求項８に係る発明は、前記記録層が強誘電体記録層であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項９に係る発明は、前記記録層がＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２（ＢＩＴ）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３の何れかからなることを特徴とする請求項７に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項８及び請求項９に記載の発明によれば、記録層が強誘電体層であっても、それ以外の材料からなる層と同様の効果を奏することができる。
　請求項１０に係る発明は、前記記録層は、下層よりも上層に向かう程、Ｐｂ原料の割合が多いことを特徴とする請求項９に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１０に記載の発明によれば、Ｐｂが多いと電極層の元素の拡散が促進されてリークが発生しやすくなり、Ｐｂが少ないと強誘電性が損なわれるといった問題を回避することができる。
　請求項１１に係る発明は、前記記録層のＰｂ原料の上層部位の割合が２０％～２２％（原子％）の範囲にあることを特徴とする請求項９に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１１に記載の発明によれば、上述したＰｂ原料の割合に起因する効果をより厳密に確保することができる。また、ポストアニールを行った場合には、電極層と記録層との相互拡散をより一層促進することができる。
　請求項１２に係る発明は、前記電極層及び前記記録層の結晶粒子径が記録ピット径と同じ又はそれよりも小さい微結晶であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１２に記載の発明によれば、一つのビットを複数の粒子で構成することとなり、各ビットの特性信号を平均化することができる。
　請求項１３に係る発明は、前記電極層の結晶粒子径が前記記録層の結晶粒子径よりも小さい粒径の結晶であることを特徴とする請求項１２に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１３に記載の発明によれば、記録層が下層の粒子に倣って成長することができ、粒子の小さな記録層を成長させることができる。
　請求項１４に係る発明は、前記電極層が配向性の無い膜により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１５に係る発明は、前記記録層が配向性のない膜により構成されていること特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１４及び請求項１５に記載の発明によれば、上層に向かう程、粒子は大きくなり易いため、下層を記録層の目的の粒子径よりもさらに微小とすることにより、粒子の小さな記録層を成長させることができると共に、下層が無配向であることによって上層も無配向とすることができる。
　請求項１６に係る発明は、前記電極層が導電性酸化物であることを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１７に係る発明は、前記電極層の元素がＳＲＯ，ＬＳＣＯ，ＬａＮｉＯ３，Ｎｂ－ＳＴＯの何れかであることを特徴とする請求項１５に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項１６及び請求項１７に記載の発明においては、電極を酸化物により構成している。従って、結晶性の良好な記録層を成長させることができる。電極を金属により構成した場合には、記録層（例えばＰＺＴ）の構成原子が電極中に拡散し、電極としての機能を損なうおそれがある。それに対して、電極が酸化物からなる場合には、記録層の材料中の酸素の影響で電極としての機能が損なわるおそれがない。また、電極層が酸化物からなっているため、空孔の無い結晶性の優れた記録層を成長させることができる。また、基板側との密着性を向上することができる。
　請求項１８に係る発明は、前記基板と前電極層との間にアモルファス層が介在していることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　アモルファス層を基板と電極層との間に形成しているため、電極を構成する材料の原子が、基板（例えばシリコン基板）へ拡散することを防止することができる。なお、アモルファス層は、例えば、酸化性雰囲気中において基板の表面を加熱し熱酸化膜を成長させることにより形成することができる。例えば、基板がシリコンの場合は、ＳｉＯ２を形成すればよい。
　アモルファス層の厚さとしては５０ｎｍ以上が好ましい。５０ｎｍ以上とすることにより基板への拡散を確実に防止することができる。なお、小型化の観点から７００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましい。
　請求項１９に係る発明は、基板上に電極層と強誘電体記録層とが積層された情報記録再生メモリ媒体において、前記強誘電体層が導電性部を備えていることを特徴とする情報記録再生メモリ媒体である。
　導電性部は、電極層から前記強誘電体層に跨る粒状粒子における粒子内の組成が傾斜的に変化させることにより形成することができる。また、前記電極層又は前記誘電体層の組成を構成する原子の少なくとも一種の原子濃度が傾斜的に変化させることにより形成することができる。
　誘電体層の面内において導電性の部分と絶縁性の部分とが分かれていてもよい。
　導電性材料はメッシュ状に導入してもよい。電極層と記録層とに連続的な柱状粒子を構成することができ、チャージアップを抑制し得て、しかも、結晶性を高く維持することができる。
　請求項１９に記載の発明によれば、強誘電体層の分極が反転すると表面電荷の過不足が発生し易いという問題を回避することができる。
　請求項２０に係る発明は、前記情報記録再生メモリ媒体は、プローブメモリ用の媒体であることを特徴とする請求項１９に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　本請求項に係る発明によれば、請求項４において説明したと同様の効果が得られる。
　請求項２１に係る発明は、最上層部がアモルファス層で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２０の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項２１に記載の発明によれば、基板の上層部の化学変化を抑制することができる。
　請求項２２に係る発明は、前記記録層の上層に保護層が設けられると共に、該保護層が前記記録層よりも粒径が小さいか又はアモルファス層であることを特徴とする請求項１乃至請求項２１の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項２２に記載の発明によれば、物理的な表面保護を確保することができる。
　請求項２３に係る発明は、前記保護層は前記録層の構成原子を全て含んでいることを特徴とする請求項２２記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項２３に記載の発明によれば、表面保護性能を向上することができる。
　請求項２４に係る発明は、前記保護層と前記記録層との組成比が同じであることを特徴とする請求項２３に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項２４に記載の発明によれば、プローブヘッド等からの電界、圧力、熱等によって保護層の結晶化や記録層の分解が発生した時の特性変化を緩和することができる。
　請求項２５に係る発明は、前記保護層は、記録層の表面を化学研磨して得られた層であることを特徴とする請求項２２乃至請求項２４の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項２６に係る発明は、前記保護層の表面はプラズマエッチング処理がされていることを特徴とする請求項２２乃至請求項２５の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項２５及び請求項２６に記載の発明によれば、保護層の製作を容易に行うことができる。
　請求項２７に係る発明は、前記保護層の上層に、該保護層よりも微粒子又はアモルファスな表面層が積層されていることを特徴とする請求項２１乃至請求項２６の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項２７に記載の発明によれば、記録層の粒子形状、グレインバウンダリの再生信号への影響を緩和することができる。
　請求項２８に係る発明は、前記保護層又は前記表面層の上層に、潤滑層が積層されていることを特徴とする請求項２７に記載の情報記録再生メモリ媒体である。
　請求項２８に記載の発明によれば、プローブヘッドとの摩擦を抑えることができる。
　請求項２９に係る発明は、基板上に電極層を形成する電極層形成ステップと、
　前記電極層上に記録層を形成する記録層形成ステップと、
　前記電極層中の原子を前記記録層中に拡散させる電極－記録層拡散ステップ、前記記録層中の原子を前記電極層中に拡散させる記録－電極層拡散ステップ、前記電極層中の原子を前記記録層中に拡散させると共に前記記録層中の原子を前記電極層中に拡散させる相互拡散ステップ、の何れかのステップを有することを特徴とする情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項２９に記載の発明によれば、記録層を成長初期段階から良い結晶構造で成長させることができる。容易に傾斜した組成の構造を作製できる。
　請求項３０に係る発明は、前記情報記録再生メモリはプローブメモリである請求項２９記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項３０に記載の発明によれば、請求項４に係る発明と同様の効果を奏する。
　請求項３１に係る発明は、前記各拡散ステップの何れかを実行した後に、化学機械研磨処理を行うＣＭＰ処理ステップと、プラズマエッチングを行うエッチング処理ステップと、の一方又は両方を実行することを特徴とする請求項２９又は３０に記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項３２に係る発明は、前記基板と前記電極層との間にアモルファス層を形成するステップを有することを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１項記載情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項１９に記載の発明と同様の効果を達成する。
　請求項３３に係る発明は、前記各拡散ステップでは、加熱処理によって原子を拡散させることを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項３４に係る発明は、前記基板はシリコンであり、前記アモルファス層はシリコン酸化膜である請求項３２又３３記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項３５に係る発明は、前記アモルファス層は５０ｎｍ以上である請求項３２乃至３４のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項３６に係る発明は、前記電極層はＳＲＯ膜からなり、前記記録層はＰＺＴ膜からなる請求項２９乃至３５のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項３６に記載の発明によれば、ＰＺＴ成膜ステップにおけるＳＲＯに倣って結晶性が良く微粒子で無配向な層を形成することができる。
　この際、例えば、ＰＺＴの材料比率をＰｂ１．１（Ｚｒ０．４，Ｔｉ０．６）Ｏ３とすれば、ポストアニール時のＰｂ，Ｓｒの相互拡散が促進されるうえ、スパッタガスにＡｒ＋Ｏ２を用いれば、酸化物電極なのでＯ２ガスを入れることで膜の酸欠を防ぐことができるばかりでなく、ＰＺＴと同じペロブスカイト構造とし得て、堆積直後（ＰＺＴ最下層）から良い結晶性を得ることができる。また、成膜された電極層は無配向となり、体積抵抗率は５×１０－４程度、厚さ５０ｎｍ程度とし得て、微粒子膜、即ち、微粒子のＰＺＴをその上層に成長させることができる。
　請求項３７に係る発明は、前記記録層はＭＯＣＶＤ成膜より形成することを特徴とする
請求項２９乃至３６のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項３８に係る発明は、前記加熱処理は、５００～７００℃で行うことを特徴とする請求項３３乃至３７のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　請求項３９に係る発明は、前記電極層及び前記記録層の各層において拡散する原子の拡散工程前の含有量が化学量論比よりも多いことを特徴とする請求項２９乃至３８の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法である。
　本発明の情報記録再生メモリ媒体によれば、記録層の局所的な平均化を実現することにより、結果的に記録再生の安定化を確保することができる。
　強誘電体は導電性があっても情報（分極）は保持されている。導電性がある場合、キャパシタンスとしては両極が常にショートされている状態である。強誘電体プローブメモリにおいては、中和がされても読み出しが可能である。強誘電体プローブメモリにおいては、強誘電体層の表面は、上部電極のないむきだし状態である。そのため、強誘電体層が導電性を有していると、媒体表面のチャージアップを防止することができる。
本発明の情報記録再生メモリ媒体の断面図である。 本発明の情報記録再生メモリ媒体における成形方法の手順を示すフロー図である。 本発明の情報記録再生メモリ媒体における実験結果のグラフ図である。 本発明の情報記録再生メモリ媒体における強誘電体記録層の堆積量が粒子径に与える影響を示す説明図である。 本発明の情報記録再生メモリ媒体における粒径と記録マーク径との関係の一例を示す説明図である。 本発明の情報記録再生メモリ媒体におけるＲＴＡの温度を変化させた場合における強誘電体記録層と電極層との間の変化の様子を示す説明図である。 本発明の情報記録再生メモリ媒体におけるＣＭＰ前後の分極反転特性を示す説明図である。 本発明の情報記録再生メモリ媒体におけるプラズマエッチングの効果を反転特性により評価した結果の説明図である。 本発明の情報記録再生メモリ媒体の一例の外観斜視図である。 従来の情報記録再生メモリ媒体の断面図である。 ＳＮＤＭ強誘電体プローブメモリの説明図である。
符号の説明
１は基板（Ｓｉ基板、ガラス基板、アルミ基板）、２は基板１の上層に設けられた電極層、３は電極層２の上層に設けられた強誘電体記録層、４は保護層、５は表面層、６は潤滑層である。
　　１…基板
　　２…電極層
　　３…強誘電体記録層
　　４…保護層
　　５…表面増
　　６…潤滑層
　１０…プローブメモリ
　１１…プローブ（ヘッド）
　次に、本発明の情報記録再生メモリ媒体に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の情報記録再生メモリ媒体の断面図である。
　図１において、１は基板（Ｓｉ基板、ガラス基板、アルミ基板）、２は基板１の上層に設けられた電極層、３は電極層２の上層に設けられた強誘電体記録層、４は保護層、５は表面層、６は潤滑層である。
　具体的には、基板１の上部にスパッタリング形成（又は熱酸化により形成）されたアモルファス層（ＳｉＯ２膜）１ａの上層に、スパッタリング法により電極層２を約１５０ｎｍの厚みに積層形成した後、その電極層２の上層に、ＭＯＣＶＤ法によりＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］の強誘電体記録層３を形成（成膜）する。
　ここで、本実施の形態においては、図２に示すように、Ｓｉウェーハ熱酸化（ステップＳ１）、ＳＲＯ電極スパッタリング（ステップＳ２）、ＰＺＴ成膜（ステップＳ３）、ポストアニール（ＲＴＡ）（ステップＳ４）、ＣＭＰ（ステップＳ５）、プラズマエッチング（ステップＳ６）の工程を経由して作成される。
　すなわち、Ｓｉウェーハ熱酸化（ステップＳ１）では、電極材料のＳｉへの拡散を防ぐ目的で、５０ｎｍ以上が好ましい。上限としては７００ｎｍが好ましい。好ましくは５０～５５０ｎｍ程度の表面熱酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する。
　また、ＳＲＯ電極の形成（ステップＳ２）では、高温（５００℃～）でＳＲＯをスパッタ成膜することによって、現状ポストアニールでは良好な成膜が得られず、モフォロジー等の問題を解消することができる。
　この際、スパッタガスにはＡｒ＋Ｏ２を用いることにより、膜のＯ原子の不足を防ぐことができる。また、電極層２は、強誘電体記録層（本例ではＰＺＴ層）３と同じ結晶構造（本例では、ペロブスカイト構造）とすることが好ましい。この際、電極層２と強誘電体記録層３とを構成する材料の結晶の格子定数の差異は４％以内が好ましく、特に、格子定数の差異は２％以内が好ましい。また、強誘電体記録層３の結晶粒子は、電極層２の結晶粒子に倣って成長し、堆積直後（ＰＺＴ最下層）から転位、空孔が少なく、また、粒内歪みの少ない良好な結晶性を有する層として形成される。
　強誘電体記録層３の成膜後においては、膜表面をスパッタエッチングすることが好ましい。一般的に成膜時における電力は１００Ｗ近くが用いられるが、膜表面はダメージを受ける。そのため低い電力（例えば、４０Ｗ以下）の電力でのスパッタエッチングを行うことによりダメージ層の除去を行うことが好ましい。
　また、成膜されたＳＲＯは無配向となり、体積抵抗率は５×１０－４程度、厚さ５０ｎｍ程度とし得て、微粒子膜、即ち、微粒子のＰＺＴを成長させることができる。
　ＰＺＴ成膜（ステップＳ３）では、例えば、ＭＯＣＶＤを用いて成膜すると共に、その際の設定温度を５００℃以下とし、この時点での結晶性は悪い（例えば、ＸＲＤの検査結果）ＰＺＴとなっているものの、Ｐｂを少し多めに入れる（Ｐｂ１．１（Ｚｒ０．４，Ｔｉ０．６）Ｏ３）ことでポストアニール時のＰｂ，Ｓｒの相互拡散が促進されるうえ、ＳＲＯに倣って微粒子で無配向な層とすることができる。
　尚、上層に向かう程、粒子は成長（厚さ５０ｎｍ～２００ｎｍ）するため、この上層の粒子成長を考慮して下地層の微粒子径を設定するのが望ましい。
　例えば、（Ｐｂｘ（Ｚｒｙ，Ｔｉ１－ｙ）Ｏ３）において、１．０＜ｘ＜１．３が好ましく、１．０１＜ｘ＜１．２がより好ましく、強誘電体記録層３の拡散の影響とによって、より一層、好ましい導電率を得ることができる。
　なお、記録層の成膜は、スパッタリングにより行う場合、記録層の組成成分（例えばＰｂ）の組成制御が極めて難しく必ずしも所望の組成の記録層が得られない。それに対し、ＭＯＣＶＤにより成膜を行うことにより、組成精度の良好な膜を形成することが可能となる。その結果、後の工程である熱処理によっても所望の導電率を有する記録層の形成が可能となる。
　さらに、ポストアニール（ＲＴＡ）（ステップＳ４）では、ＰＺＴ結晶化アニール（回復アニール）としてＯ２雰囲気中で急速加熱（昇温レート約１００Ｋ／ｓ、温度５００℃～７００℃（ＰＺＴの成膜温度より高い温度）、保持時間３０ｓｅｃ～５ｍｉｎ）とすることにより、結晶化または結晶性が改善されて強誘電性を発現することができるまた同時にPb,Srの相互拡散が起こり、記録層が多少の導電性を持つようになり電荷の過不足を抑制し、記録に適した特性を持たせることができる。
　ＣＭＰ（ステップＳ４）では、上記各工程を経て物理的・化学的・熱的な作用により粗くなった表面の平坦化を行う。この際、研磨は、目的の厚さ（２０ｎｍ～１５０ｎｍ）まで研磨を行う。
　その後、プラズマエッチング（ステップＳ５）を行うことにより、上述したＣＭＰによるダメージ層をＡｒ＋Ｏ２プラズマにより０～５ｎｍエッチングして除去する。
　以下、本発明の詳細を説明する。
　（電極層２）
　電極層２は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、スパッタリング法等により基板１（１ａ）の上層に形成することができる。スパッタリング法等による電極層２の形成条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
　電極層２の材料としては、強誘電体記録層３の材料に応じて、同じ結晶構造を有するものを、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＳＲＯ，ＬＳＣＯ，ＬａＮｉＯ３，Ｎｂ－ＳＴＯ（NbをドープしたSTO）等が好適であり、これらの中でも、強誘電体記録層３にＰＺＴを用いた場合には、Ｐｂの拡散を促進する観点から、ＳＲＯを用いることが好ましい。ＳＲＯとＰＺＴとは同じ結晶構造を有しているためＰｂとＳｒの相互拡散が生じやすいと考えられる。ただ、同じ結晶構造を有する他の組合せと比較しても、ＳＲＯとＰＺＴとの組合せの場合は、相互拡散が生じやすい。また、電極層を無配向とすることにより記録層も無配向とすることができる。
　また、電極層２の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、１０～１０００ｎｍ程度であり、５０～５００ｎｍが好ましい。
　尚、基板１に上層部位にアモルファス層１ａを構成することにより、例えば、電極層２の材料に上述した導電性酸化物を用いた場合の拡散が防止されるといったように、導電性酸化物に限らず各種材料がＳｉと反応することを抑制し、アモルファス層１ａとの密着性が向上される。
　（強誘電体記録層３）
　強誘電体記録層３は、強誘電性を示す結晶化構造をとる結晶化温度以上の温度で形成される。この強誘電性を示す結晶化構造をとる結晶化温度は、強誘電体の材料により異なるが、一般的に、強誘電体記録層３がＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］である場合には、５００℃以上が好ましく、５００～７００℃がより好ましい。尚、強誘電性を示す結晶化構造とは、例えば、ペロブスカイト型結晶構造を意味する。
　従って、強誘電体記録層３は、ペロブスカイト型結晶構造を有することが好ましい。また、強誘電体記録層３としては、高密度で高強度な結晶が得られる点で、柱状構造であるのが好ましい。
　ペロブスカイト型結晶構造は、式、ＡＢＸ３で表わされる。ここで、Ａサイトの陽イオン（カチオン）と、Ｘサイトの陰イオン（アニオン）とが同程度の大きさを有し、このＡサイトとＸサイトとから構成される立方晶系単位格子の中に、Ａサイトよりも小さなサイズの陽イオンがＢサイトに位置する。
　ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物の大部分は、室温では理想的な立方晶構造から僅かに歪んだ構造をしており、この適度な歪、いわゆる構造の非対称性が、ペロブスカイト型結晶構造が種々の機能を示す原因となっている。
　強誘電体記録層３を形成する強誘電体の材料としては、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２（ＢＩＴ）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、等が挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。この際、これらの中でも、残留分極が大きい点で、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］が好ましい。
　さらに、本実施の形態においては、強誘電体記録層３は、例えば、アモルファス型構造からペロブスカイト型結晶構造に転化されたＰｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３［ＰＺＴ］で形成されている。
　強誘電体記録層３の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、化学溶液堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＳＤ）法、有機金属化学気相堆積（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）法、パルス・レーザー・デポジション（Ｐｕｌｓｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＬＤ）法、ゾルゲル法、スパッタリング法、などから選択した方法により形成することができ、これらの中でも、ステップカバレッジが良好であり、高密度な強誘電体の結晶が得られる点で、ＭＯＣＶＤ法が好ましい。また、ＭＯＣＶＤ法は、組成制御性に優れており、熱処理（ＲＴＡ）により拡散させる化学量論比より多めにする成分の量を正確に実現させることができる。また、本発明では、電極層からのエピタキシャル成長が重要な要素となるがＭＯＣＶＤ法によれば優れたエピタキシャル成長を実現させることができるため特に好ましい。
　ＭＯＣＶＤ法により強誘電体記録層３を形成する際の原料ガス、反応条件等については、形成する強誘電体記録層３の種類等により異なり一概に規定することができないが、強誘電体記録層３がＰｂ（ＺｒｘＴｉ１－ｘ）Ｏ３［ＰＺＴ］である場合、原料としては、Ｐｂ原料、Ｚｒ原料、Ｔｉ原料などが用いられる。
　Ｐｂ原料としては、例えば、Ｐｂ（ＤＰＭ）２などが挙げられる。Ｚｒ原料としては、例えば、Ｚｒ（ｄｍｈｄ）４などが挙げられる。Ｔｉ原料としては、例えば、Ｔｉ（Ｏ－ｉＰｒ）２（ＤＰＭ）２などが挙げられる。
　Ｐｂ原料の流量としては、０．０１～１．０ｍｌ／ｍｉｎ程度であり、０．１～０．５ｍｌ／ｍｉｎが好ましく、Ｚｒ原料の流量としては、０．０１～１．０ｍｌ／ｍｉｎ程度であり、０．１～０．５ｍｌ／ｍｉｎが好ましく、Ｔｉ原料の流量としては、０．０１～１．０ｍｌ／ｍｉｎ程度であり、０．１～０．５ｍｌ／ｍｉｎが好ましい。
　気化後における原料ガスにおける酸素分圧としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、１～１０Ｔｏｒｒ（１３３～１３３３Ｐａ）程度であり、３～７Ｔｏｒｒ（３９９～９３３Ｐａ）が好ましい。
　尚、原料の調製方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、原料の材料物質をＴＨＦ等の溶剤に溶解させて溶液を調製した後、溶液を公知の気化器を用いて気化する方法などが挙げられる。
　また、気化された後の原料ガスは、例えば、酸素ガスと混合されて所定の酸素ガス分圧に調整されてから、電極層２の上層にシャワーヘッド等を用いて吹き付けられ、これにより、電極層２の上層に強誘電体記録層３を形成することができる。
　さらに、反応条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、温度としては、形成する強誘電体記録層３の種類に応じて異なり一概に規定することはできないが、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］の場合には通常５８０～６２０℃程度である。
　尚、本実施の形態においては、ＭＯＣＶＤ成膜時には５００℃以下で結晶化度の低い状態で堆積させ、その後工程のＲＴＡ（５８０℃）により結晶化させている。
　具体的には、Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３［ＰＺＴ］の成膜温度は６００℃以下、さらには、５００℃以下（例えば、４７５℃）でも可能である。また、Ｐｂ原料としてＰｂ（ＤＰＭ）２を０．０５～０．５ｍｌ／ｍｉｎ、Ｚｒ原料としてＺｒ（ｄｍｈｄ）４を０．０１～０．１０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｔｉ原料としてＴｉ（Ｏ－ｉＰｒ）２（ＤＰＭ）２を０．０５～０．３ｍｌ／ｍｉｎ導入する。
　また、本実施の形態においては、強誘電体記録層３を構成するＰｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３［ＰＺＴ］の結晶粒子は、異なる成分、組成でありながら同じ粒子の結晶構造を持つ電極層２を構成するＳＲＯの結晶粒子と共に、微結晶（例えば、３０ｎｍ以下）とされている。
　ここで、微結晶（微結晶子）とは、その粒径が記録ピット径（例えば、３０ｎｍ）と同程度かそれよりも小さいということを意味し、一つのビットを1つないし複数の微結晶で構成することにより、各ビットの特性信号を平均化することができる。
　この際、電極層２の結晶粒子は、強誘電体記録層３の結晶粒子よりも、さらに微結晶とするのが好ましい。これは、強誘電体記録層３を成膜する際、電極層２の粒子に倣って強誘電体記録層３が成長するため、上層に向かう程、粒子径が大きくなり易いことに起因する。
　このように、強誘電体記録層３を構成するＰｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１－ｘ）Ｏ３［ＰＺＴ］の結晶粒子を、異なる成分、組成でありながら同じ（粒子の）結晶構造を持つ電極層２を構成するＳＲＯの結晶粒子と共に、微結晶（例えば、３０ｎｍ以下）とすることにより、電極層２と強誘電体記録層３とを無配向に構成することができる。
　例えば、ＳＲＯの成膜方法において、アモルファスＳｉＯ２層上へスパッタリングでＳＲＯを成膜することによってＳＲＯは配向を持たずに成長し、その無配向のＳＲＯ上にＰＺＴを成膜するとＰＺＴはＳＲＯに倣って無配向となる。
　尚、ここでの無配向とは、図３に示すように、ＸＲＤで確認し得るロッキングカーブが実質的にピークを示さない（Ｘ線測定装置の構成、膜としての形状から多少の山はできる）ことで定義し、この無配向（又はアモルファス）とすると、強誘電体記録層３の分解能（分極量（値））が落ちる変わりに、全体若しくは局所的な平均化が可能となり、結果的に、配向させた場合に比べて容易に平均化を実現することができる。
　さらに、Ｐｂ原料としてのＰｂ（ＤＰＭ）２は、０．１４ｍｌ／ｍｉｎ～０．１６ｍｌ／ｍｉｎの範囲で電極層２側から上層に向かい成膜する過程でその濃度を調整する。例えば、下層においてその濃度を小さくし、上層においてその濃度を高くすることにより情報記録再生メモリ媒体完成時における最上層部のPbの濃度を２０％～２２％（原子％）とすることにより、強誘電体記録層３の導電性を下げてもよい。Pｂの濃度を化学量論比から多い方にずらすことが好ましい。記録層の下層側においては、Pｂは、化学量論比を満たす値あるいは少ない方にずらした値としてもよい。
　なお、下層においてＰｂの濃度が多いとＳＲＯの拡散が促進され過ぎてリークしてしまい、上層においてＰｂが少ないと強誘電性が損なわれてしまうおそれがある。また、Ｚｒ原料とＴｉ原料との比は４：６となるようにするのか好ましい。
　このように、成膜段階で、濃度に傾斜的な変化を設けてもよい。また、このように成膜段階で濃度に傾斜的な変化を設けた後にポストアニールを行ってもよい。その場合には、Pｂは電極層に拡散し、また、Ｓｒは記録層に拡散する。すなわち、相互拡散も生じる。そのため、電極層と記録層との両層にわたって濃度の傾斜的変化が生じる。
　なお、成膜時に、濃度の傾斜的な変化を設けた場合について説明したが、成膜時には傾斜的な変化を設けずに成膜し、ポストアニール行うことにより、最上層部のＰｂ濃度を２０を超える濃度とすることも当然可能である。
　なお、以上の説明では、Ｐｂを例として説明したが、記録層の構成元素である、例えば、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｌｉ等についても同様である。
　尚、これとは逆に、導電性をあげる場合においては、電極層２と強誘電体記録層３との組成を傾斜的、即ち、電極層２と強誘電体記録層３とを連続的な粒子構造（柱状）とすることにより、結晶性が向上され、格子不整合が緩和されるばかりでなく、分極電荷の非局在化による安定化を確保することができる。
　この際、強誘電体記録層３に、導電性部分と絶縁性部分とを混在（例えば、メッシュ状やスパイラル状）することにより、強誘電体記録層３の分極反転時の表面電荷の過不足の発生を抑制（チャージアップ防止）することも可能である。尚、導電性部分と絶縁性部分とをメッシュ状に混在させる場合、導電性材料（金属や高ドープ半導体）を導入すればよい。
　強誘電体記録層３の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、１０～１０００ｎｍが好ましく、５０～５００ｎｍがより好ましい。
　強誘電体記録層３は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ　ＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で測定した表面粗さ（ＲＭＳ）は、例えば、ＭＯＣＶＤ法等により形成した場合においては、３０ｎｍ以下あるいはそれよりもう少し大きい粗さとなる。
　尚、本実施の形態においては、強誘電体記録層３で構成した場合を説明したが、単なる多結晶の記録層として、微結晶（微結晶子）の無配向構造とすれば、磁性体や光記録等の記録媒体用として適用することも可能である。
　なお、前記したように、記録層（例えば、ＰＺＴ膜）は下地電極層（例えばＳＲＯ膜）に倣った成長が生じる。下地が微粒子ならば微粒子に、下地が無配向ならば無配向に成長する。また、上層ほど粒子が成長する。
　図４に強誘電体記録層３の堆積量が粒子径に与える影響を示す。
　電極層（ＳＲＯ）２の上層に強誘電体記録層（ＰＺＴ）３を４００ｎｍ堆積したところ、ごつごつした状態となる。また、強誘電体記録層３は、電極層２の粒子を核として微粒子で成長しているが、上層に行くに従って微粒子の粒径が大きくなる。従って、微粒子の粒径を大きくするためには、強誘電体記録層３の堆積量は大きくすることが好ましい。例えば、５０nmの粒径としたい場合には、１００nmの堆積量とすることが好ましい。
　図５に粒径と記録マーク径との関係の一例を示す。
　ピット径が粒径に対して小さくなってくると（図の右側に移動すると）、ピット毎の形状（格子状の形状）、信号強度のバラツキが大きくなる。
　（組成）
　本発明では、膜中において、拡散原子を化学量論比より多い組成とする。
　例えば、ＰＺＴ：Ｐｂｘ（Ｚｒ０．４，Ｔｉ０．６）Ｏ３において、１＜ｘ＜１．３が好ましく、１．０２＜ｘ＜１．３がより好ましく、１．１＜ｘ＜１．２５がさらに好ましい。
　Ｐｂの比率が多いとＰｂ、Ｓｒの拡散が促進され、リーク（導電性）が大きくなる。
　成膜初期において、所望する特性成分（例えば、Ｐｂ）について化学量論比からはずした組成比とするには、ＭＯＣＶＤによる堆積方法において、液体原料中における該成分を含む有機金属錯体の量を調整することにより容易に達成することができる。
　（ＲＴＡ：ポストアニール）
　本発明においては、強誘電体層３の形成後、強誘電体層３の組成原子の拡散等を行うための熱処理を行う。
　この熱処理は、強誘電体層３から電極層２への拡散（例えば、Ｐｂの電極層２への拡散）及び電極層２から強誘電体層３への拡散（例えば、Ｓｒの強誘電体層３への拡散）が生じさせることが好ましい。即ち、電極層２と強誘電体層３との間で相互拡散を生じさせることが好ましい。
　熱処理温度は、強誘電体層３から電極層２への拡散、電極層２から強誘電体層３への拡散、あるいは、強誘電体層３から電極層２への拡散と電極層２から強誘電体層３への拡散が生じる温度である。記録層２の成膜温度より高い温度が好ましい。５００℃～７００℃が好ましい。５５０℃～７００℃がより好ましい。
　ＲＴＡの温度を変化させた場合における強誘電体記録層３と電極層２との間の変化の様子を図６に示す。
　なお、図６における成膜条件は次の通りである。
　電極層：スパッタリング
　　　　　ターゲット：ＳＲＯ
　　　　　平行平板電極
　　　　　周波数：１３．５６ＭＨｚ
　　　　　ガス：Ａｒ＋Ｏ２
　　　　　厚さ：５０ｎｍ
　記録層：ＭＯＣＶＤ
　　　　　溶媒
　　　　　Ｐｂ（ＤＰＭ）２：０．１ｍｌ／ｍｉｎ
　　　　　Ｚｒ（ｄｍｈｄ）４：０．０７ｍｌ／ｍｉｎ
　　　　　Ｔｉ（Ｏ－ｉＰｒ）２（ＤＰＭ）２：０．１３ｍｌ／ｍｉｎ
　　　　　Ｐｂｘ（Ｚｒ０．４，Ｔｉ０．６）Ｏ３
　　　　　　　　ｘ＝１．１　
　　　　　厚さ：１００ｎｍ
ＲＴＡ：　昇温レート：　　１００℃／ｓｅｃ
　　　　　熱処理時間（保持時間）：
　　　　　熱処理雰囲気：Ａｒ＋Ｏ２
　図６（Ａ）に示す通り、ＲＴＡ前においては、強誘電体記録層３と電極層２との境界は明確である。
　一方、図６（Ｂ）に示すように、５８０℃では、強誘電体記録層３と電極層２との境界は不明確になる。また、ＰＺＴの一部成分とＳＲＯの一部成分とからなる粒子が形成されている。
　同様に、図６（Ｃ），（Ｄ）に示すように、６００℃、６２０℃と加熱温度を上げると、強誘電体記録層３と電極層２との境界はより不鮮明となり、特に、６２０℃においては境界は消滅している。
　一方、図３にはＰｂの量を化学量論比からずらした場合の影響を示す。
　図３は、Ｐｂの量と拡散の影響を示すグラフである。測定はＲＴＡ後、ＣＭＰ前における測定値である。
　図３の上段グラフは、Ｐｂｘ（Ｚｒｙ，Ｔｉ１－ｙ）Ｏ３においてｘ＝１．１であり、下段グラフはｘ＝１．０の場合である。
　測定は、膜の表面からエッチング速度約８ｎｍ／ｍｉｎで表面からエッチングを行い、各成分元素の濃度を測定したものである。
　Ｐｂを多くした場合には、ＲＡＴによりＰｂ、Ｓｒの相互拡散が促進されており、それらの濃度は傾斜的に分布していることがわかる。
　両者のリーク特性を測定した結果、ｘ＝１．１の場合はリーク大であったが、ｘ＝１．０の場合はリーク無であった。
　熱処理時間は、５秒以上５分以下が好ましい。５秒未満では、十分な拡散が生じない場合がある。５分以上では、構成原子が膜から抜け出してしまうことがある。また、電極層２から強誘電体層３の反対側表面まで拡散させることが好ましい。また、拡散原子は、濃度勾配を生ずるように拡散させることが好ましい。一般的には、濃度勾配をもって拡散する。実際の温度・時間において予め実験により、拡散距離や拡散量を調べておけば、拡散の距離、濃度勾配などは容易に制御することができる。
　上記温度、時間による熱処理により結晶化または結晶性が改善され優れた強誘電体特性が得られる。
　熱処理雰囲気は、特に限定されないが、酸化性雰囲気が好ましい。
　室温から、上記熱処理温度までの加熱速度は、５０℃／ｓｅｃ以上が好ましい。加熱速度が５０℃／ｓｅｃ未満では、非強誘電相の結晶（パイロクロア相）が発生する。
　次に、得られたＰｂ（Ｚｒｙ，Ｔｉ１－ｙ）Ｏ３［ＰＺＴ］の強誘電体記録層３の上層に、スパッタリング法等を用いて保護層４、表面層５、潤滑層６を順次形成してもよい。
　保護層４は、強誘電体記録層３よりもさらに微粒子又はアモルファス構造（高誘電率）とされ、その構成は強誘電体記録層と同じ組成比のものから構成されている。
　これにより、例えば、プローブ等のヘッドからの電界・圧力・熱等が加わったときに、保護層４の結晶化や強誘電体記録層３の分解が起きたときに、保護層４や強誘電体記録層３を含めた全体としての特性の変化（再結晶化）を緩和することができる。
　（ＣＭＰ）
　表面の平坦化及び目的の厚さとするためにＣＭＰを行う。このＣＭＰの手法としては、通常のシリコン半導体の研磨に用いられている手法を用いることができる。
　ＣＭＰ後における表面粗度は、Ｒａとして１０ｎｍ以下が好ましい。
　図７にＣＭＰの前後における分極反転特性を示す。なお、図７は、共に後工程のプラズマエッチング処理を行ったものである。
　図７（Ａ）に示すＣＭＰ前においては、場所・粒子の表面形状に信号状態が依存していると推定され、局所的に異常に強い信号が見られた。それに対して、図７（Ｂ）に示すＣＭＰ後においては、異常に強い信号は見られなかった。
　（プラズマエッチング・保護層）
　ＣＭＰの際に、物理的、化学的、熱的要因により表面にダメージが入る。そのため均一な信号強度を得ることができない。そこで、このダメージを除去するためにプラズマエッチングを行うことが好ましい。
　エッチング量としては、０～５ｎｍが好ましい。また、プラズマガスとしては、酸素の抜けを防止するため酸素を含有させたＡｒを用いることが好ましい。
　プラズマエッチングを行うことによりダメージ層が除去される。なお、プラズマエッチングにおける電力としては、ウェーハの大きさや装置の大きさ（能力等）によるが、本実施の形態においては、５０Ｗ以下が好ましい。
　プラズマエッチング後においては、記録層２の表面には、アモルファス層が形成されている。
　このアモルファス層は、強誘電体記録層３と同じ構成元素から構成されている。仮に強誘電体記録層３とは異なる原子を含む材料により強誘電体記録層３の上層に保護層４が形成されていると、その異なる元素が強誘電体記録層３に、拡散等によって混入し、強誘電体記録層３の特性の阻害をもたらす虞がある。
　しかるに、強誘電体記録層３の表面をプラズマエッチングすることにより、アモルファス化した保護層４を形成する場合には、異種元素の混入による特性の劣化ということは防止することができる。また、保護層４をアモルファスとすることにより、粒界の内読み取り特性の優れたメモリとすることが可能となる。すなわち、プローブ１１による読み取り時、多結晶の場合、結晶粒界において電界の集中が生じるおそれがある。その場合、局所的な読み取りのバラツキが生ずることになる。しかるに、保護層４をアモルファスとすると上記のような結晶粒界における読み取りのバラツキということは生じない。
　本発明においては、保護層４は、その表面をＣＭＰで研磨した後にプラズマ処理してアモルファス化をすれば良いので、その他のアモルファス化や微粒子層を成膜するよりも容易に構成することができる。
　なお、プラズマエッチングを行う際には、最初は大きな電力を用い、次に開始時よりも小さな電力でプラズマエッチングを行うことが好ましい。
　図８にプラズマエッチングの効果を反転特性により評価した結果を示す。この図８に示すように、エッチング時間を増加させるにつれ反転特性が改善されていくことがわかる。
　尚、保護層４の厚さは、その厚さを厚くし過ぎると分解能と信号強度（Ｓ／Ｎ）とが悪化してしまうため、信号強度（Ｓ／Ｎ）と分解能とのミクロ的不均一さの緩和とのトレードオフを考慮して決定（例えば、０～１０ｎｍ）するのが好ましい。
　なお、表面層５は、他の材料により構成してもよい。例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の強度の高い材料から成膜され、化学変化の抑制並びにプローブ等のヘッドからの物理的な保護を可能とする。
　潤滑層６は、ＰＦＰＥ等から構成され、プローブ等のヘッドとの摩擦を緩和することができる。尚、潤滑層６は、硬い表面層５との組み合わせにより、潤滑効果を向上することができる。
　このように、本発明に係る情報記録再生メモリ媒体においては、従来のＦｅＲＡＭ等の情報記録再生メモリ媒体のように１ビット１つのキャパシタ又は強誘電体ゲート絶縁膜を形成するのとは異なり、強誘電体層３の上層に上部電極を設けることなく、一つの電極層２を用いることで、メモリ媒体読み取り装置等のプローブ電極が上部電極の代わりを果たすと共に、媒体面内の略全面を連続な強誘電体層２とすることができる。
　また、強誘電体層２が多少の導電性を有している場合も、その強誘電体層２の分極は維持することができる。従って、導電性を有していることによってキャパシタンスとしては両極が常にショートされている状態であるため電位（電界）や分極反転時の反転電流による読み出しが困難とされていたが、本実施の形態においては、読み出しを可能とすることができるばかりでなく、本来導電性が無い方が読み出し方法の自由度は広がるものの、導電性があることによる媒体表面のチャージアップを抑制することができる。
　本発明によれば、記録再生の安定化を確保することができる情報記録再生媒体を提供することができる。

Claims (39)

  1. 基板上に電極層と記録層とが積層された情報記録再生メモリ媒体において、
    　前記電極層から前記記録層に跨る粒状粒子における粒子内の組成が傾斜的に変化していることを特徴とする情報記録再生メモリ媒体。
  2. 基板上に一つの電極層と記録層とがこの順に積層された情報記録再生メモリ媒体において、
    　前記電極層又は前記記録層の組成を構成する原子の少なくとも一種の原子濃度が傾斜的に変化していることを特徴とする情報記録再生メモリ媒体。
  3. 基板上に電極層と記録層とが積層された少なくとも３層構造の情報記録再生メモリ媒体において、
    　前記電極層及び前記記録層は、同じ系の結晶構造を有する材料から構成されていることを特徴とする情報記録再生メモリ媒体。
  4. 前記情報記録再生メモリ媒体は、プローブメモリ用の媒体であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  5. 前記電極層又は前記記録層の組成を構成する原子の少なくとも一種の原子濃度が傾斜的に変化していることを特徴とする請求項３又は４に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  6. 前記原子濃度は、前記電極層と前記記録層との両層にわたり傾斜的に変化している請求項１、２、４、５のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体。
  7. 前記電極層及び前記記録層の原子が拡散していることを特徴とする請求項１、２、４～６のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体。
  8. 前記記録層が強誘電体記録層であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  9. 前記記録層がＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９［ＳＢＴ］、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２［ＢＩＴ］、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３の何れかからなることを特徴とする請求項８項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  10. 前記記録層は、下層よりも上層に向かう程、Ｐｂ原料の割合が多いことを特徴とする請求項９に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  11. 前記記録層のＰｂ原料の上層部位の割合が２０％～２２％（原子％）の範囲にあることを特徴とする請求項１０に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  12. 前記電極層及び前記記録層の結晶粒子径が記録ピット径と同じ又はそれよりも小さい微結晶であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  13. 前記電極層の結晶粒子径が前記記録層の結晶粒子径よりも小さい粒径の結晶であることを特徴とする請求項１２に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  14. 前記電極層が配向性を有していない膜からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体。
  15. 前記記録層が配向性のない膜により構成されていること特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  16. 前記電極層が導電性酸化物であることを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の情報記録再生メモリ媒体。
  17. 前記電極層がＳＲＯ(ＳｒＲｕＯ３)，ＬＳＣＯ（ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏＯ３），ＬａＮｉＯ３，ＮｂドープＳＴＯ (ＳｒＴｉＯ３)の何れかであることを特徴とする請求項１６に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  18. 前記基板と前電極層との間にアモルファス層が介在していることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体。
  19. 基板上層に電極層と強誘電体層とが積層された情報記録再生メモリ媒体において、前記強誘電体層が導電性部を備えていることを特徴とする情報記録再生メモリ媒体。
  20. 前記情報記録再生メモリ媒体は、プローブメモリ用の媒体であることを特徴とする請求項１９に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  21. 最上層部にアモルファス層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至２０の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  22. 前記記録層の上層に保護層が設けられると共に、該保護層が前記記録層よりも粒径が小さいか又はアモルファス材料からなることを特徴とする請求項１乃至２１の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  23. 前記保護層は前記記録層の構成原子を全て含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  24. 前記保護層と前記記録層との組成比が同じであることを特徴とする請求項２３に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  25. 前記保護層は、記録層の表面を化学研磨して得られた層であることを特徴とする請求項２２乃至２４の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  26. 前記保護層の表面はプラズマエッチング処理がされていることを特徴とする請求項２２乃至２５の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  27. 前記保護層の上層に、該保護層よりも微粒子又はアモルファスな表面層が積層されていることを特徴とする請求項２１乃至２６の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  28. 前記保護層又は前記表面層の上層に、潤滑層が積層されていることを特徴とする請求項２７に記載の情報記録再生メモリ媒体。
  29. 基板上に電極層を形成する電極層形成ステップと、
    　前記電極層上に記録層を形成する記録層形成ステップと、
    　前記電極層中の原子を前記記録層中に拡散させる電極－記録層拡散ステップ、前記記録層中の原子を前記電極層中に拡散させる記録－電極層拡散ステップ、前記電極層中の原子を前記記録層中に拡散させると共に前記記録層中の原子を前記電極層中に拡散させる相互拡散ステップ、の何れかのステップを有することを特徴とする情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  30. 前記情報記録再生メモリはプローブメモリである請求項２９記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  31. 前記各拡散ステップの何れかを実行した後に、
    　化学機械研磨処理を行うＣＭＰ処理ステップと、
    　プラズマエッチングを行うエッチング処理ステップと
    のいずれか一方のステップあるいは両方のステップを実行する請求項２９又は３０に記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  32. 前記基板と前記電極層との間にアモルファス層を形成するステップを有することを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれか１項記載情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  33. 前記各拡散ステップでは、加熱処理によって原子を拡散させることを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  34. 前記基板はシリコンであり、前記アモルファス層はシリコン酸化膜である請求項３２又は３３記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  35. 前記アモルファス層は５０ｎｍ以上である請求項３２乃至３４のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  36. 前記電極層はＳＲＯ膜からなり、前記記録層はＰＺＴ膜からなる請求項２９乃至３５のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  37. 前記記録層はＭＯＣＶＤ成膜より形成することを特徴とする請求項２９乃至３６のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  38. 前記加熱処理は、５００～７００℃で行うことを特徴とする請求項３３乃至３７のいずれか１項記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
  39. 前記電極層及び前記記録層の各層において拡散する原子の拡散工程前の含有量が化学量論比よりも多いことを特徴とする請求項２９乃至３８の何れか１項に記載の情報記録再生メモリ媒体の製造方法。
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