(57)【要約】【課題】超小型、超高記録密度かつ超大容量、高転送速度、低消費電力の磁気固体メモリ装置を提供する。【解決手段】基板上に形成された導電性の電極膜上に、第１の磁性層、非磁性金属層、第２の磁性層からなる多層膜、あるいは第１の磁性層、非磁性絶縁層、第２の磁性層からなる多層膜が、離散的に配置されているパターン型の磁気記録媒体と、先端に導電性のチップを備えた複数本からなるカンチレバーアレイとを備えた磁気メモリ装置を構成する。これにより、大容量で、超高速転送速度というハードディスク装置の長所と、超小型で低消費電力という半導体メモリの長所を兼ね備えた磁気固体メモリ装置を提供できる。【選択図】図１
2004119641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された導電性の電極膜上に、第１の磁性層、非磁性金属層、第２の磁性層がこの順に積層されてなる多層膜のナノ構造体、あるいは第１の磁性層、非磁性絶縁層、第２の磁性層がこの順に積層されてなる多層膜のナノ構造体が、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されているパターン型の磁気記録媒体と、上記ナノ構造体に対応するように離間して設けられ、先端に導電性チップを備えたカンチレバーがアレイ状に配置されたカンチレバーアレイとを有し、上記導電性チップを所望のナノ構造体に接触させて該導電性チップから注入される電流により情報を記録もしくは再生することを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項２】
ＴＭＲ効果を示す多層膜、あるいはＧＭＲ効果を示す多層膜からなる柱状ナノ構造体が、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されるように絶縁物で取り囲まれて、基板上に形成された導電性の電極膜上に設けられていることを特徴とするパターン型の磁気記録媒体。
【請求項３】
ＴＭＲ効果を示す多層膜とＧＭＲ効果を示す多層膜とが積層された多層膜からなる柱状ナノ構造体が、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されるように絶縁体で取り囲まれて、基板上に形成された導電性の電極膜上に設けられていることを特徴とするパターン型の磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項２に記載の磁気記録媒体において、前記ＴＭＲ効果を示す多層膜が第１の磁性層、非磁性絶縁層、第２の磁性層の順に積層された多層膜で構成され、前記ＧＭＲ効果を示す多層膜が上記第２の磁性層、非磁性金属層、第３の磁性層の順に積層された多層膜で構成され、前記ＴＭＲ効果を示す多層膜を構成する第２の磁性層が前記ＧＭＲ効果を示す多層膜を構成する第２の磁性層を兼ねていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載の磁気記録媒体において、前記ＴＭＲ効果を示す多層膜または／および前記ＧＭＲ効果を示す多層膜を構成する磁性層の一方の磁化の向きを一方向に固定する手段が設けられていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項４記載の磁気記録媒体において、前記第３の磁性層の磁化の向きを一方向に固定する手段が設けられていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項７】
請求項５ないし７記載の磁気記録媒体において、前記磁化の向きを一方向に固定する手段が、反強磁性体膜であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項８】
ＴＭＲ効果を示す多層膜、あるいは／及びＧＭＲ効果を示す多層膜からなるナノ構造体が、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されるように絶縁物で取り囲まれて、基板上に形成された導電性の電極膜上に配置されているパターン型の磁気記録媒体と、上記ナノ構造体に対応するように離間して設けられ、先端に導電性チップを備えたカンチレバーがアレイ状に配置されたカンチレバーアレイとを有し、上記導電性チップを所望のナノ構造体に接触させて該導電性チップから注入される電流により情報を記録もしくは再生することを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項９】
ＴＭＲ効果を示す多層膜、あるいは／及びＧＭＲ効果を示す多層膜からなるナノ構造体が、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されるように絶縁物で取り囲まれて、基板上に形成された導電性の電極膜上に配置されているパターン型の磁気記録媒体と、上記ナノ構造体に対応するように離間して設けられ、先端に導電性チップを備えたカンチレバーがアレイ状に配置されたカンチレバーアレイとを用い、上記導電性チップを所定の前記多層膜ナノ構造体に接触させ、当該導電性チップから注入される電流により、前記多層膜の磁化を反転させ、前記多層膜の抵抗の高い状態を１、抵抗の小さい状態を０として、ディジタル情報の記録を行うことを特徴する磁気記録方法。
【請求項１０】
ＴＭＲ効果を示す多層膜、あるいは／及びＧＭＲ効果を示す多層膜からなるナノ構造体が、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されるように絶縁物で取り囲まれて、基板上に形成された導電性の電極膜上に配置されているパターン型の磁気記録媒体と、上記ナノ構造体に対応するように離間して設けられ、先端に導電性チップを備えたカンチレバーがアレイ状に配置されたカンチレバーアレイとを用い、上記導電性チップを所定の前記多層膜ナノ構造体に接触させ、当該多層膜の磁化が反転する電流しきい値より小さな電流を前記導電性チップから流し、それぞれの多層膜ピラーの抵抗の大小を検出することを特徴する信号再生方法。
【請求項１１】
基板上にＴＭＲ効果を示す多層膜、あるいはＧＭＲ効果を示す多層膜を形成する工程と、前記多層膜上にレジストパターンを形成する工程と，該レジストパターンをマスクに前記多層膜をエッチングする工程と，該レジストパターンを除去する工程と，前記エッチングされた多層膜上に無機絶縁膜を形成する工程と，前記無機絶縁膜をケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）による平坦化する工程を順次行い，互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されるように無機絶縁物で取り囲まれた多層膜のナノ構造体が基板上に形成されたパターン型の磁気記録媒体を形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の磁気記録媒体の製造方法において、前記レジストパターンを形成する工程が、前記レジストパターンとは別の基板上にあらかじめ所定のパターンが形成されている型を用いる工程を有することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録媒体とそれを用いた磁気メモリ装置に関し、特に、磁気抵抗効果を有する多層膜のナノ構造体を離散的に配置したパターン型磁気記録媒体と、この記録媒体からカンチレバーアレイを用いて情報を記録／再生する磁気メモリ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置の面記録密度は増大の一途をたどり、２００３年には１インチあたり１００ギガビットに到達すると予想されている。しかしながら，現状の面内記録方式では，記録されるビット長が小さくなると，媒体に記録された磁化信号が熱揺らぎにより消失してしまうために面記録密度があげられない問題がある。この問題を解決するために媒体に垂直な方向に磁化信号を記録する垂直記録方式が注目されている。特に、磁気記録媒体として軟磁性裏打ち層を有する垂直記録媒体を用い、記録には単磁極ヘッドを用いる垂直記録方式は、熱揺らぎに強くしかも強い記録磁場を発生できる可能性を有しているので、将来の超高密度の磁気記録方式として期待を集めている。
【０００３】
例えば、２００１年１月に米国、サンアントニオで開催された第８回のスリーエム・インターマグのジョイントコンファレンスのＣＡ−０１では、面記録密度６０ギガビットパー平方インチの垂直記録が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
垂直記録方式においても、面記録密度の上昇とともに記録ビットが小さくなると、記録に用いる単磁極ヘッドの磁気記録媒体に対向する浮上面の面積を小さくする必要がある。しかし、単磁極ヘッドの浮上面の面積を小さくすると、ほぼその面積に反比例して発生できる磁界強度が減少し、十分な記録を行うことができなくなってしまう。これを解決する第１の方法は、単磁極ヘッドを構成する磁性材料の飽和磁束密度Ｂｓを大きくことであるが、磁性材料の飽和磁束密度Ｂｓの理論限界値は３．０テスラであり、現在用いられている材料の１．５倍に過ぎず、将来の高密度化に対応できない。
【０００５】
従来の磁気記録は、磁気記録媒体上を浮上して走行する誘導型磁気ヘッドによって発生される磁界により、磁気記録媒体の磁化を反転させることによって行われてきた。一方、近年、従来のダイナミック・ランダム・アクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を置きかえる可能性を有する磁気ランダム・アクセスメモリ（ＭＲＡＭ）では、磁性膜／非磁性絶縁膜／磁性膜の多層構造を有するトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子の一方の磁化を、このＴＭＲ素子の上下に互いに直交する方向に設けられた２つの金属配線に流れる電流が作る合成磁界を用いて反転させることにより記録を行う方式が採用されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ＭＲＡＭにおいても、大容量化のためＴＭＲ素子のサイズを小さくすると磁化反転に要する磁界の大きさが大きくなり、たくさんの電流を金属配線に流すことが必要となり、消費電力の増加、ひいては配線の破壊を招いてしまうという課題が指摘されている。以上の事実は、磁気ディスク装置においても、ＭＲＡＭにおいても、磁界を用いた磁化反転方式を採用する限り、高密度化に限界があることを示唆している。
【０００６】
磁界を用いずに磁化反転する方法として、導電性のチップを備えたプローブから磁気記録媒体に電流を流し、電流が流れた部分を加熱することにより磁気記録を行う方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、二つのＣｕの電極の間にＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏの多層膜を含む直径１３０ｎｍのピラーを形成し、このピラーに電流を流すことによりＣｏ層の磁化を反転する記録方式の実験例が報告されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００７】
また、磁気記録を用いず超高密度記録再生装置を構成するアイディアもいくつか提案されている。例えば、先端に発熱用ヒーターが形成された３２本×３２本のカンチレバーアレイとポリカーボネートを用い、カンチレバー先端のヒーターを加熱してポリカーボネートに押し付け、ポリカーボネートを変形し穴をあけることにより記録する方式が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許５７３４６０５号公報
【特許文献２】
特開平５−２０６１４６号公報
【非特許文献１】
第８回のスリーエム・インターマグのジョイントコンファレンスのＣＡ−０１
【非特許文献２】
フィジカル・レビュー・レターズ、８４巻、１４号の３１４９から３１５２頁（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．８４，　Ｎｏ．１４，　ｐｐ．３１４９−３１５２（２０００））
【非特許文献３】
アプライド・フィジクス・レターズ、７７巻、２０号の３２９９から３３０１頁（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．　７７，　ＮＯ．　２０，　ｐｐ．３２９９−３３０１（２０００））
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の提案には以下のような問題がある。
【００１０】
例えば、プローブから磁気記録媒体に電流を流し、電流が流れた部分を加熱することにより磁気記録を行う方式では、磁気記録を通電電流のジュール熱で行うため、磁化反転に要する時間が長く、従来の磁気ディスク装置やＭＲＡＭのような高速記録ができないという課題がある。
【００１１】
また、Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏの多層膜を含む直径１３０ｎｍのピラーを形成し、このピラーに電流を流すことによりＣｏ層の磁化を反転する記録方式では、記録に有する電流密度として、３×１０７（Ａ／ｃｍ２）程度が必要とされている。従って、このような大きな電流を従来のＭＲＡＭの金属配線で提供する場合、電流に対する耐性が大きなタングステン系材料を用いた配線の場合でも耐えうる電流密度は１×１０７（Ａ／ｃｍ２）程度なので、配線の断面積を１５０ｎｍ角以下にすることができず、高密度化の障害となる。また、長い配線に大きな電流密度の電流を流す必要があるため、信頼性の面でも課題が生じる。
【００１２】
また、カンチレバー先端のヒーターを加熱してポリカーボネートに押し付け、ポリカーボネートを変形し穴をあけることにより記録する方式も、やはり熱を用いるため、記録速度が数１０μｓと遅いという課題がある。この従来例では、合計１０２４本のカンチレバーによる並列記録により記録速度を上げることが提案されているが、個々のカンチレバーによる記録速度が遅いため、磁気ディスク装置のような高速記録はかなり困難であると考えられる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、以下の手段を用いて、上記課題を解決する。
【００１４】
基板上に形成された導電性の電極膜上に、第１の磁性層、非磁性金属層、第２の磁性層の順に積層されたＴＭＲ効果を示す多層膜からなるナノ構造体、あるいは第１の磁性層、非磁性絶縁層、第２の磁性層の順に積層されたＧＭＲ効果を示す多層膜からなるナノ構造体が、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されているパターン型の磁気記録媒体と、これらナノ構造体に対応するように離間して設けられ、先端に導電性チップを備えたカンチレバーがアレイ状に配置されたカンチレバーアレイとを有し、所望の導電性チップを所望のナノ構造体に接触させて該導電性チップから注入される電流により所望のナノ構造体に情報を記録もしくは再生する。
特に磁気記録媒体を、ＴＭＲ効果の多層膜あるいはＧＭＲ効果の多層膜を構成する磁性層の一方、例えば第１の磁性層もしくは第２の磁性層の磁化の向きを一方向に固定する手段を備えたもの、特にその手段として反強磁性膜を用いる。
【００１５】
さらに磁気記録媒体として、ＴＭＲ効果を示す多層膜とＧＭＲ効果を示す多層膜とを組合せ、これらが積層されてなる多層膜が、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されるように絶縁体で取り囲まれた多数のナノ構造体とし、これら多数のナノ構造体が基板上に形成された導電性の電極膜上に設けられているパターン型磁気記録媒体を用いる。特に、ＴＭＲ効果とＧＭＲ効果を組合わせた多層膜としては、第１の磁性層、非磁性電極層、第２の磁性層、非磁性絶縁層、第３の磁性層がこの順に積層された多層膜で構成し、第２の磁性膜をＴＭＲ効果多層膜とＧＭＲ効果多層膜とで兼用させるのが、好適である。しかも、第３の磁性層上に該磁性層の磁化の向きを一方向に固定する手段を備えたもの、さらに、この磁化の向きを一方向に固定する手段として反強磁性体膜を用いたものとする。
【００１６】
上述した本発明の磁気メモリ装置において、導電性チップを磁気記録媒体の所定の多層膜ナノ構造体（ピラー）に接触させ、導電性チップから注入される電流により、所望の多層膜の磁化を反転させ、この多層膜の抵抗の高い状態を１、抵抗の小さい状態を０として、ディジタル情報の記録を行う。さらにまた、多層膜の磁化が反転する電流しきい値より小さな電流を導電性チップから流し、それぞれの多層膜ピラーの抵抗の大小を検出して信号を再生する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。図１に本発明を用いた磁気メモリ装置の一例を示す。図１（ａ）は、本発明による磁気メモリ装置の概略構成を表した図、図１（ｂ）は、そのうち１本のカンチレバーと磁気記録媒体の一部分を拡大して示した図、図１（ｃ）は、磁気記録媒体の概略構成を示す平面図である。図１において、１０１はカンチレバーアレイ、１０２はカンチレバー、１０３は磁気記録媒体、１０４はセル選択／信号処理回路部、１０５は導電性のチップ部である。１０６は導電性の電極層、１０７は第１の磁性層、１０８は非磁性の金属層、あるいは非磁性の絶縁層、１０９は第２の磁性層である。
【００１８】
ここでは、１０７，１０８，１０９の積層体からなる多層膜で柱状のナノ構造体（以下、ピラーと記す）を構成し、これら多層膜の柱状ナノ構造体１１４が図１（ｃ）に示すように、互いに離間され実質的に均一な間隔で配置されている。１１０は多層膜柱状ナノ構造体（ピラー）の間に形成された絶縁部、１１１は基板、１１２は磁性のキャップ層、１１３は磁性の下地金属である。また１１４は、ひとつのピラーを示す。ここで、１０７、１０９で示された２つの磁性膜を構成する材料は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ及びその合金を含む材料を用いることができる。また１０８が非磁性金属層の場合、１０７．１０８，１０９の積層体でＧＭＲ効果を示す多層膜ピラーを構成し、この非磁性金属層の材料として例えばＣｕが望ましい。また１０８が非磁性の絶縁層である場合には、１０７．１０８，１０９の積層体でＴＭＲ効果を示す多層膜ピラーを構成し、この非磁性絶縁層の材料として、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｚｒ等の元素を含む酸化物、あるいはＡｌ、Ｔｉ等の元素を含む窒化物等を用いることができる。
【００１９】
なお、図１は、本発明で用いるカンチレバーアレイとパターン型磁気記録媒体の概略構成を示し、拡大倍率が均一でないことは勿論のこと、図示されているカンチレバー及び多層膜ピラーの数も省略されている。これは他の図面でも同様である。
【００２０】
図２は、図１の磁気メモリ装置における記録再生動作の原理を示す図である。図１（ｂ）のように、カンチレバー１０２の先端に設けられた導電性チップ１０５を所望の多層膜ピラーに接触させ、電圧を印加して電流を流す。最初、負の電流を流し、電流値を負から正の方向に変化させていくと、ある電流値Ｉ＋において、それまで磁化の方向が同じ向きであった二つの磁性層１０７、１０９のうち、一方の磁性層の磁化方向が１８０度回転し、磁化方向が互いに反平行となる。磁化方向が反平行になると、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）効果により抵抗が増大する。この状態を”１”の状態とする。一方、最初正の電流を流し、電流値を正から負に変化させていくと、ある電流値Ｉ−において、それまで磁化の方向が反平行であった二つの磁性層１０７、１０９のうち、一方の磁性層の磁化方向が１８０度回転し、磁化方向が同じ向きとなる。磁化方向が同じ向きになると抵抗値が減少し、元に戻る。この状態を”０”の状態とする。すなわち図２のように、電流−抵抗曲線が所謂ヒステリシスを持つ。
【００２１】
例えば、図１（ｂ）の多層膜ピラーとして、その面積が２０ｎｍ角で、磁性層１０７、１０９がＣｏＦｅ、非磁性層１０８がＣｕで形成された試料の場合、Ｉ＋の値は８０μＡ、Ｉ−の値は１５０μＡであった。実際に記録・消去動作を行う場合は、電流の絶対値を、Ｉ＋、Ｉ−の絶対値のそれぞれ２倍（２０ｎｍ角のピラーの場合は、それぞれ、＋１６０μＡ、−３００μＡ）に設定して記録・消去を行い、再生動作を行う場合は、電流値Ｉを、Ｉ＋とＩ−の間の値に設定して再生動作を行うのが望ましい。
【００２２】
図３は、本発明で用いる磁気記録媒体の第２の例を示す図である。図３（ａ）は、本実施例における、１本のカンチレバーと磁気記録媒体の一部分を拡大して示した図、図３（ｂ）は、磁気記録媒体の概略平面図である。本実施例では、第１の磁性層１０７の下にこの磁性層の磁化の向きを一方向に固定する反強磁性体層３０１が設けられている。反強磁性体としては、例えば、Ｍｎ、Ｐｔをベースとする合金、あるいはＭｎ、Ｉｒをベースとする合金を用いるのが好適である。
【００２３】
本実施例では、第１磁性層１０７の磁化方向が一方向に固定されるので、磁化方向が変化するのは専ら第２磁性層１０９となり、再生信号の出力が増大し、安定性も向上する。なお、図３では反強磁性体層３０１を第１磁性層１０７の下側に設けてあるが、これを第２磁性層１０９の上側に設け、第２磁性層１０９の磁化方向を一方向に固定した場合も、反強磁性体層を第１磁性層１０７の下側に設けた場合と同様の効果が得られる。
【００２４】
図４は、本発明で用いる磁気記録媒体の第３の例を示す図である。図４（ａ）では、下地金属層１１３上に、第１の磁性層４０１、非磁性絶縁層４０２、第２の磁性層４０３、非磁性金属層４０４、第３の磁性層４０５が積層されている。この柱状ナノ構造体において、第１の磁性層４０１、非磁性絶縁層４０２、第２の磁性層４０３の３つの層は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果を示すＴＭＲ部を構成し、第２の磁性層４０３、非磁性金属層４０４、第３の磁性層４０５の３つの層はＧＭＲ効果を示すＧＭＲ部を構成し、本実施例はＴＭＲ効果とＧＭＲ効果を融合させた多層膜ナノ柱状構造体である。
【００２５】
しかも、本実施例では、第２の磁性層が、ＴＭＲ部の磁性層とＧＭＲ部の磁性層を兼用している。ＴＭＲ効果は、ＧＭＲ効果に比べ大きく、またＴＭＲ部の抵抗値は、ＧＭＲ部の抵抗値に比べると２から４桁大きいので、抵抗変化のほとんどすべてはＴＭＲ部から得られる。
【００２６】
図４（ａ）の構造体の場合、ＴＭＲ部の大きな抵抗変化を利用するためには、電流を通電して磁化が反転する磁性層としては第２の磁性層４０３である必要がある。このためには、第２の磁性層４０３の保磁力を、第１及び第３の磁性層の保磁力より小さくする必要があり、例えば、第２の磁性層としては、Ｎｉ８０Ｆｅ２０合金の様に極めて軟磁気特性の良い材料を用い、第１、第３の磁性層としては、Ｃｏ、Ｆｅ合金の様に、比較的保磁力の高い材料を用いる等の工夫を講じるのが好適である。
【００２７】
図４（ｂ）の構造体では、この課題を解決するため、第１の磁性層４０１の下側、及び第３の磁性層４０５の上側に、第１、第３の磁性層の磁化を固定するための反強磁性層４０６、４０７を設けてある。反強磁性材料としては、前述のＭｎ，Ｐｔをベースとする合金ないしＭｎ、Ｉｒをベースとする合金等を用いる。このようにすれば、第１、第３の磁性層の磁化はきっちり一方向へ固定できるので、磁性層の材料としては第１の実施例で用いた様々の材料を用いることが可能となる。従って、図４（ｂ）の多層膜ナノ構造体では、第１の磁性層４０１と第３の磁性層４０５を磁化方向が固定された固定層として作用し、磁性層４０３が外部の磁界に応じて磁化方向が回転する自由層として作用する。
【００２８】
以下、図４（ｂ）に示した、柱状ナノ構造体を例にして、より具体的にその材料構成と特性について述べる。下部下地層１１３としてＣｕ、反強磁性層４０６としてＰｔＭｎ合金、第１の磁性層４０１としてＣｏＦｅ合金、非磁性絶縁層４０２として酸化Ａｌ、第２の磁性層４０３してＣｏＦｅ合金、非磁性金属層４０４としてＣｕ、第３の磁性層４０５としてＣｏＦｅ合金、反強磁性層４０７としてＩｒＭｎ合金、上部キャップ層１１２としてＣｕを用いた。この構造体の抵抗値を主に決めるＡｌ酸化物層４０２の厚さは１．２ｎｍとし、キャップ層１１２から下地層１１３に至る多層膜構造体の面積あたりの抵抗は約４Ω・μｍ２である。本多層膜構造体も２０ｎｍ角のピラーに加工されているので、実際のピラー部の抵抗は１０ｋΩである。この多層膜ピラーに２００μＡの電流を流したところ、抵抗値が１２ｋΩと約２０％増大し、記録状態が”０”から”１”に変化した。また、逆向きに、やはり２００μＡの電流を流したところ、抵抗値は元の１０ｋΩに戻り、記録状態が”１”から”０”に変化した。記録に用いた電力は０．４ｍＷであり、従来のハードディスク装置において記録に必要な電力（１Ｗ以上）、あるいは、既に報告されている１メガビットのＭＲＡＭの、一つのメモリセルあたりの電力（数ｍＷ）に比べて、けた違いに小さく、本実施例の方式が、低電力化に大きな効果があることがわかった。
【００２９】
”０”及び”１”状態の識別は、この多層膜ピラーに導電性チップ１０５により２０μＡの電流を通電して行い、”０”及び”１”状態で４０ｍＶの出力差を検出できた。この値は、現在製品化されているダイナミック・ランダム・アクセスメモリの出力１００ｍＶに比べると小さいが、ハードディスク装置に搭載されている磁気ヘッドからの出力（１−２ｍＶ）に比べると１桁以上大きく、十分検出に耐えうる出力であることが分かった。
【００３０】
図５（ａ）は、本発明で用いたカンチレバーの一例を示す平面図である。５０１はカンチレバーの先端に設けられた導電性チップ（カンチレバーの裏面に形成）、５０２は導電性チップ５０１に電流を導くための配線であり、５０３、５０４はレバーの姿勢を検出、制御するための圧電素子、５０５、５０６はそれぞれ圧電素子５０３、５０４に電圧を供給し、かつ出力検出するための配線、５０７は共振周波数を向上するために真中がくりぬかれたレバー部である。
【００３１】
図５（ｂ）は、本発明で用いたカンチレバーアレイの一部を取り出したものである。カンチレバーアレイは、記録媒体として離散的に配置された多層膜ナノ構造体（多層膜ピラー）の内の所定のナノ構造体に対応するように、先端に導電性チップ５０１を備えたカンチレバーがアレイ状に配置されて構成される。
【００３２】
図において、５０８はカンチレバー５０７の先端に設けられた導電性チップに電流を供給するために設けられた配線であり、５０９、５１０、５１１、５１２は圧電素子５０３、５０４に電圧を印加するための配線である。５０９、５１１は圧電素子５０３に電圧を印加する配線であり、配線５０５の一端がそれぞれ直交する配線５０９、５１１に接続されている。５１０、５１２は圧電素子５０４に電圧を印加する配線であり、配線５０６の一端がそれぞれ直交する配線５１０、５１２に接続されている。以下、５０９をヒ゛ット線１、５１０をビット線２、５１１をワート゛線１、５１２をワート゛線２と記述する。なお図５（ｂ）では、配線は左上の一つのカンチレバーに対してしか描かれていないが、他のすべてのカンチレバーに対しても同様の配線が設けられている。
【００３３】
図６は、記録及び再生動作を行う所望のカンチレバーを選択する方式を示した図である。ここで６０１はワート゛線１（図５（ｂ）の５１１）に電圧を供給する配線、６０２はワート゛線２（図５（ｂ）の５１２）に電圧を供給する配線、６０３はヒ゛ット線１（図５（ｂ）の５０９）に電圧を供給する配線、６０４はヒ゛ット線２（図５（ｂ）の５１０）に電圧を供給する配線、６０５は共通のク゛ラント゛である。図６で、配線６０１、６０２につながっている列選択スイッチ群において、（ａ）で示された二つのスイッチのみがＯＮになっている。これにより、特に選択されたワート゛線６０８、６０９のみに電位Ｖが与えられるている。
【００３４】
一方、配線６０３、６０４につながっている行選択スイッチ群において、（ｂ）で示された二つのスイッチのみが、ク゛ラント゛に接続され、特に選択されたヒ゛ット線６０６、６０７のみグランド電位となっている。そのほかのヒ゛ット線には、すべて電位Ｖが与えられている。これにより、（ｃ）で示された二つの圧電素子にのみ電位差Ｖが与えられ、この電位差により圧電素子が歪み、その圧電素子が搭載されているカンチレバーの導電性チップが、記録媒体の所望の多層膜ピラーにコンタクトする。
【００３５】
そして、選択された所望の多層膜ピラーに配線５０２を通じて電流が通電され、記録再生動作が行われる。媒体へのコンタクトするためカンチレバーに印加される力は、与える電位Ｖによってコントロールすることができる。また、媒体の凹凸等でカンチレバーの姿勢が左右に歪む場合には、配線６０１、６０２、あるいは配線６０３、６０４へ与える電位を同一の値とせず、その大きさに差を設けてカンチレバー５０７へ与えられる力のバランスを調整して、姿勢を制御することが可能である。
【００３６】
以下、本発明の磁気メモリ装置の性能について述べる。カンチレバーのこのような運動に要する時間は、カンチレバーの共振周波数及び圧電素子の応答速度に依存するが、例えば、図５において各カンチレバーの長さＬ、及び幅Ｗを５μｍとした場合、その応答速度は０．１μｓ以下であり、十分高速の応答が可能である。また、その先端に設けられた導電チップ５０１からの電流の注入による磁化反転に要する速度、及び再生信号検出に要する時間は、いずれも１０ｎｓ以下である。
【００３７】
従って、本発明の磁気メモリ装置の転送速度は、１本のカンチレバーあたり１０Ｍｂｐｓ以上であり、仮に１０００本のカンチレバーを配置して、並列転送を行えば、装置全体の転送速度は１０Ｇｂｐｓと、現在の磁気ディスク装置以上の高速転送化が可能となる。また、メモリの記録容量に関しては、例えば図１のように２０ｎｍ角の多層膜ピラーを、２次元状に、２０ｎｍの間隔で並べて形成した場合、２．３ｃｍ角の媒体チップ上に、１００ＧＢという、製品化されているフラッシュメモリの１００倍以上の大容量化が実現できる。
【００３８】
図７は、本発明のパターン型媒体を製造する方法の一例を示す図である。まず、図７（ａ）のように、電子線描画を用いて電子線描画レジスト７０９を所望の形状にパターニングし、Ａｒイオン７０１を用いたイオンミリング等によって、原盤７０２をパターニングする。形成するパターンとしては、幅が５ｎｍから３０ｎｍの線状パターンが５ｎｍから３０ｎｍの間隔で均一に離間して縦横に直交配置されたパターンとし、より好ましくは、幅２０ｎｍ以下の線状パターンである。
【００３９】
続いて、図７（ｂ）のように、導電性の電極層７０６上に後で柱状ナノ構造体になる所望のＴＭＲ効果または／及びＧＭＲ効果を示す多層膜７０５を順次成膜する。そして、その上に紫外線硬化型のレジスト樹脂７０４を形成し、紫外線７０３を照射しながら前記のパターニングした原盤７０２をおしつけて、レジスト樹脂に原盤のパターンを転写する。
【００４０】
次に、図７（ｃ）のように、反応性イオンエッチングガス７０７を用いて、多層膜７０５をエッチングして、離散的に配置した多層膜の柱状ナノ構造体を形成し、その後レジスト樹脂７０４を剥離する。
【００４１】
最後に、図７（ｄ）のように、柱状ナノ構造体の間に非磁性の絶縁体材料７０８を充填するように成膜し、最後にケミカル・メカニカル・ポリッシュ（ＣＭＰ）法により媒体を平坦化して媒体作製を完了する。これにより、絶縁体材料７０８で取り囲まれ、５ｎｍから３０ｎｍの間隔で均一に離間して配置された、５ｎｍ角から３０ｎｍ角の多層膜柱状ナノ構造体が、導電性電極層上に形成されたパターン型の記録媒体を作製できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、大容量で、超高速転送速度というハードディスク装置の長所と、超小型で低消費電力という半導体メモリの長所を兼ね備えた磁気メモリ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた磁気メモリ装置の一例を示す図であり、（ａ）は、磁気メモリ装置の全概略構成を表し、（ｂ）は、そのうち１本のカンチレバーと磁気記録媒体の一部分を拡大して示し、（ｃ）は磁気記録媒体の概略平面図を示す。
【図２】図１の磁気メモリ装置の記録再生動作の原理を示す図である。
【図３】本発明の磁気記録媒体の第２の例を示す図である。
【図４】本発明の磁気記録媒体の第３の例を示す図であり、（ａ）は１本のカンチレバーと磁気記録媒体の一部分を拡大して示し、（ｂ）は磁気記録媒体の概略平面図を示す。
【図５】（ａ）は、本発明で用いたカンチレバーの平面図である。（ｂ）は、本発明で用いたカンチレバーアレイの一部を取り出した図である。
【図６】記録及び再生動作を行うカンチレバーを選択する方式を示した図である。
【図７】本発明のパターン型媒体を製造する方法の一例を示した図である。
【符号の説明】
１０１　カンチレバーアレイ、１０２　カンチレバー、１０３　磁気記録媒体、１０４　セル選択／信号処理回路部、１０５　導電性チップ部、１０６　導電性電極層、１０７　第１の磁性層、１０８　非磁性金属層または非磁性絶縁層、１０９　第２の磁性層、１１０　絶縁部、１１１　基板、１１２　キャップ層、３０１　反強磁性体層、４０１　第１の磁性層、４０２　非磁性絶縁層、４０３　第２の磁性層、４０４　非磁性金属層、４０５　第３の磁性層、４０６、４０７　反強磁性層、５０１　カンチレバーチップ、５０２　配線、５０３、５０４圧電素子、５０５、５０６　配線、５０７　レバー部、５０９、５１０、５１１、５１２　配線、６０１、６０２、６０３、６０４、６０５　配線、７０１　イオンビーム、７０２　原盤、７０３　紫外線、７０４　レジスト樹脂、７０５　多層膜、７０６　導電性電極層、７０７　反応性イオンエッチングガス、７０８　絶縁体、７０９　電子線描画レジスト。
【図１】
2004119641.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月8日(2003.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【特許文献１】
米国特許５７３４６０５号公報
【特許文献２】
特開平５−２０６１４６号公報
【非特許文献１】
第８回のスリーエム・インターマグのジョイントコンファレンスのＦＤ−０８
【非特許文献２】
フィジカル・レビュー・レターズ、８４巻、１４号の３１４９から３１５２頁（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．８４，　Ｎｏ．１４，　ｐｐ．３１４９−３１５２（２０００））
【非特許文献３】
アプライド・フィジクス・レターズ、７７巻、２０号の３２９９から３３０１頁（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．　７７，　ＮＯ．　２０，　ｐｐ．３２９９−３３０１（２０００））