(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微小プローブを備えた記録再生回路系基板に対向配置されて使用される大容量メモリ装置の記録媒体であって、
メモリ基板の表面に記録保持層を有し、前記メモリ基板の裏面に柱部材がそれぞれ突出形成された、複数の記録媒体要素が、基礎部材上に前記柱部材により立設されてなることを特徴とする前記記録媒体。
【請求項２】
前記メモリ基板の材料としてシリコン単結晶を用い、前記メモリ基板と記録保持層との間に導電層を有してなることを特徴とする請求項１に記載の大容量記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、平坦な半導体層構造を有する半導体装置、およびＳＴＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等の、走査型プローブ技術を用いて記録再生を行う大容量記録素子に用いられる記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子オーダの分解能を有するＳＴＭやＡＦＭの技術を用いた大容量メモリ装置は、多数提案されており、その将来性は極めて有望なものである。この種の大容量メモリ装置の記録媒体に用いる記録材料は種々提案されており、その１つの材料としてチタン酸バリウムやジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ《ＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３・Ｐｂ》）等のペロブスカイト構造を有する無機の強誘電体材料がある。これらの強誘電体材料を記録媒体とする技術としては、例えば、特開昭６３−１９３３４９号公報や、本願出願人による特願平６−２７０２９７号明細書に記載のものが知られている。
【０００３】
このようなメモリ装置は、基本的に、記録媒体と、該記録媒体に対向配置される記録再生回路系基板と、前記記録媒体または前記記録再生回路系基板の少なくとも一方を両者の対向面に沿って移動させる駆動手段とからなる。
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の大容量メモリ装置の説明図であり、（Ａ）は該メモリ装置の記録媒体５の断面図、（Ｂ）は記録再生回路系基板６の斜視図、（Ｃ）は大容量メモリ装置７の全体図である。
【０００４】
図５（Ａ）において、記録媒体５は、上面に格子溝Ｇが形成されたメモリ基板５１の上面に導電層（下部電極層）５２と記録保持層（強誘電体薄膜層）５３が順次積層されて構成されている。通常、メモリ基板５１として、シリコン単結晶が用いられる。記録保持層５３がＰＺＴ等の場合、シリコン単結晶と成分元素とが相互拡散し、良好な強誘電的特性を有するＰＺＴ薄膜を作成することが困難となる。このような事情から、通常、図５（Ａ）に示したように、相互拡散を防止し、良好な強誘電的特性を有するＰＺＴ等の薄膜を形成するために、単一あるいは複数の金属層からなる導電層５２が設けられるのである。
【０００５】
図５（Ｂ）において、記録再生回路系基板６の表面には上記溝Ｇの格子ピッチと同一ピッチで、プローブチップ６２を含む記録再生回路系６１がマトリクス状に形成されている。
【０００６】
図５（Ｃ）に示すように、記録媒体５および記録再生回路系基板６は、記録保持層５３と、プローブチップ６２とが向き合うように配置される。そして、通常は図５（Ｃ）に示すように駆動手段（ここでは、マイクロムーバ駆動系８として示す）により記録媒体５がＸ−Ｙ方向に走査される。
【０００７】
図５（Ｂ）に示す各記録再生回路系６１は、上記格子溝Ｇにより区分された各領域に一対一に対応し、各プローブチップ６２は、常にあるいは必要に応じて、対応する記録保持層５３の表面に接触するかあるいは極めて近接した一定の距離に保持される。
【０００８】
大容量メモリ装置７は、プローブチップ６２を対応する記録保持層５３の表面に沿って、接触または近接しつつ走査制御することで、所定の位置での情報の記録／再生を行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような大容量記録素子において、プローブチップ６２を含む上記の如き記憶再生回路系６１は、ＬＳＩ作成技術なしでは作成不可能である。そのための材料としてはシリコンが好ましく用いられる。一方、記録再生回路系６１に対向して配置された記録媒体５、少なくともメモリ基板５１は、熱膨張による相対位置ずれを防止するために、シリコンとするのが好ましい。
【００１０】
また、記録保持層５３として、良好な特性を有するペロブスカイト構造をもつＰＺＴ等の無機の強誘電体材料を用いるに際しては、種々の成膜方法が提案されている。しかし、何れの方法によっても薄膜作成の際の基板温度を５００〜６００℃程度としなければ、ペロブスカイト構造を有する組成の薄膜を得ることができない。この結果、５００〜６００℃程度の基板温度で薄膜作成を行い室温に戻した際に、前述したように基板材料であるシリコンの線膨張係数がＰＺＴ等の無機の強誘電体材料の線膨張係数に比べてかなり小さいことから、記録保持層５３とメモリ基板５１との間に極めて高い応力が残留し、記録媒体５に反りが生じてしまう。
【００１１】
記録媒体５に反りが生じると、記録再生用のプローブチップ６２を記録保持層５３の表面に対して極めて接近した一定の距離に保持することが不可能、あるいは記録再生用のプローブチップを記録保持層５３の表面に一定圧力で接触させることが不可能となってしまう。
【００１２】
このような反りを緩和するべく、従来では図５（Ａ），（Ｃ）に示すようにメモリ基板５１上に領域分割を兼ねた溝を形成しているが、これだけでは十分ではなく、メモリ基板５１の厚みを厚くしなければならない。また、メモリ基板５１の厚み（ウェーハの厚み）を数十μｍにすることは不可能ではないが、厚みを薄くするプロセスでウェーハの表面あるいは裏面に残留のストレスが存在する。このため、従来では、完全に平坦でかつ均等な数十μｍ程度の所望厚の加工は容易ではなく、この点からもメモリ基板５１の厚みを厚くせざるを得ない。
【００１３】
これに対し、上記の大容量メモリ装置７の最大の特徴は、超小型かつ大容量であることであることから、マイクロムーバ駆動系８も（記録媒体の大きさに応じて）小さく設計される。このため、マイクロムーバ駆動系８には容積的な制限が生じ、したがって、駆動力を大きくするには限界がある。また、高密度な大容量記録を実現するためには、高精度な位置制御が要求され、マイクロムーバ駆動系８は大型化せざるを得ない。
【００１４】
上記のような問題は、メモリ基板５１の面積を狭くしすることで解決できるが、大容量メモリ装置７の最大の特徴である超小型かつ大容量という特性を十分に生かすことができないという問題が新たに生じる。
本発明の１つの目的は、表面が平坦な半導体基板の軽量化を図る共に、該基板の曲げ剛性を高めることができる半導体の層構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、メモリ基板の重量の増加を抑制しながら、記録保持層（強誘電体薄膜層）の形成の際に生じる多層の記録媒体の反りを減少させることにより、超小型かつ大容量のメモリ装置の記録媒体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体層構造は、表面が平坦な半導体基板の裏面に、曲げ剛性を補強するための梁構造が形成されてなることを特徴とする。
【００１６】
本発明の記録媒体は、複数の微小プローブを備えた記録再生回路系基板に対向配置されて使用される大容量メモリ装置の記録媒体であって、
メモリ基板の表面に記録保持層を有し、前記メモリ基板の裏面に曲げ剛性を補強するための梁構造が形成されてなることを特徴とする（以下、この発明を「第１の記録媒体」と言う）。
【００１７】
また、本発明の記録媒体は、複数の微小プローブを備えた記録再生回路系基板に対向配置されて使用される大容量メモリ装置の記録媒体であって、
メモリ基板の表面に記録保持層を有し、前記メモリ基板の裏面に柱部材がそれぞれ突出形成された、複数の記録媒体要素が、基礎部材上に前記柱部材により立設されてなることを特徴とする（以下、この発明を「第２の記録媒体」と言う）。
第１，第２の記録媒体の何れにおいても、メモリ基板の材料としてシリコン単結晶を用いることができる。また、メモリ基板と記録保持層との間に導電性層を形成することもできる。
【００１８】
【作用】
本発明の半導体の層構造は、単層であってもよいし、多層であってもよい。半導体基板を薄くしてもその曲げ剛性は、その裏面の梁構造により補強される。
また、本発明の第１の記録媒体においては、メモリ基板の裏面に形成された梁構造により、メモリ基板全体の重量増加を抑制しながら、単位重量当たりの薄板の曲げ剛性を高めている。これにより、メモリ基板の面積を小さくすることなく（すなわち、情報の記録量を犠牲にすることなく）、記録媒体の反りを防止、ないし低減し、プローブチップを記録保持層の表面に対して極めて接近した一定の距離に保持し、あるいは記録再生用のプローブチップを記録保持層の表面に一定圧力で接触させることができる。
また、本発明の第２の記録媒体においては、記録媒体を複数の記録媒体要素から構成した。これにより、該記録媒体要素の反りを防止、ないし低減することができる。しかも本発明の第２の記録媒体においては、各々の記録媒体要素は基礎部材上に柱部材により立設されている。これにより、記録媒体全体の重量増加が抑制される。
【００１９】
【実施例】
本発明の第１の記録媒体の一実施例を、図面を参照しつつ説明する。
図１（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１の記録媒体の構成を示す断面図および裏面側から見た平面図である。
図１（Ａ）において、メモリ基板１１の表面に導電層（下部電極層）１２が形成され、さらにその上に、記録保持層１３が形成される。そしてこれらの積層体により記録媒体１が構成されている。メモリ基板１１はシリコン単結晶からなり、導電層１２は単一あるいは複数の金属層からなり、また記録保持層１３は強誘電体からなる。なお、導電層１２の材料は、白金，窒化タンタル，酸化ルテニウム等から選ぶことができる。
【００２０】
メモリ基板１１の裏面には、図１（Ｂ）に示すように、該面に垂直の壁状（あるいは、リブ状）の梁１４が正方格子状に形成されている。この梁１４はメモリ基板１１、導電層１２、記録保持層１３の温度変化による反りを解消ないし大幅に緩和する役割をなす。
【００２１】
このような構造は、図２に示すように、メモリ基板１１の基板材（図中、破線で示す）１１′の裏面にフォトレジストにより作成されたエッチングマスク３を形成し、反応性イオンエッチングにより形成することができる。本実施例では、壁状の梁１４の幅が２０μｍ、高さが５０μｍであり、壁状の梁１４の格子間隔を１００μｍ、メモリ基板１１のエッチングされた部分の残った厚みを５０μｍとした。
【００２２】
この場合の、メモリ基板１１の曲げ剛性は、梁１４がない平坦な裏面を有する５０μｍの厚みのメモリ基板の曲げ剛性の３．２倍となる。このときの、メモリ基板１１の重量の増加は、梁１４がない前記メモリ基板の２０％増しとなる。梁構造のない平坦な構造のままで、メモリ基板の厚さを単純に増加させて、図１（Ａ）に示したメモリ基板１１と同一の曲げ剛性を得ようとすると、梁１４がないメモリ基板の４７％もの重量増しとなる。
このような梁１４を形成することにより、記録媒体１全体の重量増加を低レベルに抑えながら、記録媒体１の曲げ剛性を高めることが可能となる。これにより、軽量でかつ反りが解消ないし低減された記録媒体１を提供することができる。
【００２３】
また、図３は、メモリ基板１１の裏面にエッチングマスク３を形成した後、ウェットエッチング処理により梁１４′を形成した場合を示している。このようなウェットエッチング処理による場合には、図２に示した反応性イオンエッチングによる角形の梁１４とは異なり、梁１４′は中間部が抉られた形状をなす。このような形状の梁１４′は、図２に示した梁１４と比較して記録媒体１の曲げ剛性が高くなる。
【００２４】
ウェットエッチングでは、オーバエッチング等により断面形状の正確な制御がドライプロセスと比較して多少困難である。ドライプロセスのようにエッチング中にメモリ基板１１には熱的なダメージ等がないため、１００μｍ程度の極めて薄いウェーハからでもメモリ基板１１にストレスを加えることなく、十分に作成可能である。このように、ウェットエッチングによれば、メモリ基板１１にはストレスがなく、しかも図２に示した記録媒体１の場合と同様、梁１４により重量増加を低レベルに抑えながら、曲げ剛性を高めた記録媒体１を提供することができる。
【００２５】
また、上記の本発明の第１の記録媒体の実施例において、メモリ基板１１の表面に分割溝が形成されていない場合を説明したが、もちろん図５（Ａ），（Ｃ）に示したような分割溝を形成することもできる。分割溝を合わせて設けることにより、反り防止の効果をさらに高めることもできる。
【００２６】
さらに、本発明の第１の記録媒体の実施例において、メモリ基板１１の曲げ剛性を高めるために、格子状の梁１４を例として説明したが、梁１４の形状として格子状に限らず、ハニカム構造を採用することもできる。さらに、メモリ基板１１の裏面に断面円形、矩形等の穴を所定間隔で穿設してもよい（この場合には、穴が穿たれていない部分が梁１４となる）。
また、格子や上記ハニカムのピッチは、メモリ基板１１が反る方向等により適宜変更することができる。たとえばメモリ基板１１の中央部分はピッチを小さく、周縁部分はピッチを大きく、あるいは逆にメモリ基板１１の中央部分はピッチを大きく、周縁部分はピッチを小さくすることができる。さらに、梁１４は必ずしもメモリ基板１１と同一の材料で形成しなくてもよい。
【００２７】
図４は、本発明の第２の記録媒体の一実施例を示す断面図である。
図４において、メモリ基板１１の表面に導電層１２が形成され、さらにその上に記録保持層１３が形成され、メモリ基板１１の裏面に柱部材２１がそれぞれ突出形成されて記録媒体要素１′が構成される。記録媒体要素１′は、基礎部材２２上に、柱部材２１により立設されてなる。
【００２８】
図１（Ａ）と同様、メモリ基板１１はシリコン単結晶からなり、導電層１２は単一あるいは複数の金属層からなり、記録保持層１３は強誘電体薄膜からなる。
本実施例のメモリ基板１１の構造は、図１〜図３において示した構造のメモリ３と比べて複雑であるが、今日の飛躍的に発展したシリコン技術、とりわけシリコンマイクロマシーニング技術を用いれば作成できる。
【００２９】
本実施例では、多数のタイル片に分割されたメモリ基板１１はシリコン単結晶からなる１０μｍ厚さ、５０μｍ幅のメモリ基板１１上に導電層１２を形成し、６００℃程度の温度にて、記録保持層１３としてＰＺＴと５００Å程度形成したとしても、その反り量は０．１μｍ以下の極めて小さい値に抑えることができる。
しかも、全てのメモリ基板１１を立設固定している基礎部材２２は記録保持層１３を形成する際の線膨張係数の差による反りの影響から完全に分離される。したがって、基礎部材２２は数十μｍ程度まで薄くすることで、軽量でかつ反りを生じない記録媒体１′を提供することができる。
【００３０】
なお、本発明の第２の記録媒体の上記実施例において、記録保持層１３として強誘電体膜を使用した場合を説明したが、その他の材料、たとえば磁性材料，高分子材料，合金材料，半導体材料，絶縁材料等、電気的，磁気的，結晶学的，光学的等、何らかの物理状態の変化により情報が記録できるものであれば、本発明により同様の優れた効果を奏することができることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、以下のような効果を奏することができる。
（１）本発明の層構造によれば、軽量で曲げ剛性が高く、しかも平坦な平面を有する、多層あるいは単層の半導体層構造を提供できる。したがって、メモリ装置の記録媒体あるいは表面層観測用の被試験対象体の層構造への適用等、その半導体技術分野における応用に優れている。
（２）本発明の第１の記録媒体によれば、メモリ基板の曲げ剛性を重量増加を抑えながら高めることができる。したがって、軽量でかつ反りが解消ないし殆ど生じない大容量の記録媒体を提供することができる。
（３）本発明の第２の記録媒体によれば、各記録媒体要素が分割され、その裏面に形成された柱部材により基礎部材上に立設しており、各記メモリ媒体の反りは十分小さい範囲に抑えられる。また、メモリ基板を支持する基板を薄くしても、メモリ基板と記録保持層との熱膨張係数の違いによる反りの影響を受けることがなくなる。しがたって、軽量でかつ反りが解消ないし殆ど生じない大容量の記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の記録媒体の一実施例を示す説明図であり、（Ａ）は記録媒体の断面図を（Ｂ）は同じく平面図である。
【図２】本発明の第１の記録媒体におけるメモリ基板の裏面の梁構造をドライプロセスにより形成する場合の説明図である。
【図３】本発明の第１の記録媒体におけるメモリ基板の裏面の梁構造をウエットプロセスにより形成する場合の説明図である。
【図４】本発明の第２の記録媒体におけるメモリ基板の一実施例を示す説明図である。
【図５】従来技術を説明するための図であり、（Ａ）は従来の記録媒体を示す図、（Ｂ）は記録再生回路系基板を示す図、（Ｃ）はこれらを組み合わせた状態での大容量メモリの構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１′    記録媒体
１１        メモリ基板
１２        導電層
１３        記録保持層
１４，１４′梁
２１        柱状部材
２２        基礎部材
３          エッチングマスク
【図１】
0003935976.tif 000002
【図２】
0003935976.tif 000003
【図３】
0003935976.tif 000004
【図４】
0003935976.tif 000005
【図５】
0003935976.tif 000006