(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に誘電体もしくは導電体が堆積され、その上部にその誘電体もしくは導電体とは誘電率の異なる誘電体が堆積され、下部誘電体層もしくは下部導電体層が基板上の所定位置に配積されており、その上に上部誘電体層が、下部誘電体層もしくは下部導電体層が存在しない基板表面も含めて基板上の所定の平面範囲に堆積されているメモリー構造に対し、マイクロ波で走査することによりマイクロ波の共振周波数の変化あるいは波長変化が検出され、下部誘電体層もしくは下部導電体層が検出されることを特徴とするメモリー構造の読み出し機構。
【請求項２】
上部誘電体層と下部誘電体層が異なる誘電率の酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載のメモリー構造の読み出し機構。
【請求項３】
基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１または２に記載のメモリー構造の読み出し機構。
【請求項４】
マイクロ波の共振周波数の変化の検出が、マイクロ波共振周波数検出器の探針での走査により行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメモリー構造の読み出し機構。
【請求項５】
走査する探針が、表面層である上部誘電体層と接触または非接触の状態であることを特徴とする請求項４に記載のメモリー構造の読み出し機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、メモリー構造とその読み出し機構に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、大容量且つ高速読み出しの次世代の記憶媒体としての利用が期待できる、新しいメモリー構造とその読み出し機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
現在、コンピューター等においては外部記憶媒体として光学式記憶媒体であるＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等が一般的に使用されている。これら光学式記憶媒体は直径１２ｃｍのプラスチック製のディスクであって、そのディスクの記録層に０と１に対応する小さな浅いビットが空いており、その０と１の組み合わせによって様々な情報が記録されている。その記録層にレーザーを照射し反射光の変化を測定することで記録された情報の読み取りを行っている。
【０００３】
しかしながら、これらＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の容量は最高でも十数ＧＢであり、また読み出し速度にも限界があるため、大容量で且つ読み出し速度が高速の記憶媒体としてＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭを凌駕する記憶媒体が強く求められている。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭと比べて大容量且つ読み出し速度が高速の次世代の記憶媒体としての利用が期待できる、新しいメモリー構造とその読み出し機構を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、基板上に誘電体もしくは導電体が堆積され、その上部にその誘電体もしくは導電体とは誘電率の異なる誘電体が堆積され、下部誘電体層もしくは下部導電体層が基板上の所定位置に配積されており、その上に上部誘電体層が、下部誘電体層もしくは下部導電体層が存在しない基板表面も含めて基板上の所定の平面範囲に堆積されているメモリー構造に対し、マイクロ波で走査することによりマイクロ波の共振周波数の変化あるいは波長変化が検出され、下部誘電体層もしくは下部導電体層が検出されることを特徴とするメモリー構造の読み出し機構を提供する。
【０００６】
第２には、この出願の発明は、第１の発明において、上部誘電体層と下部誘電体層が異なる誘電率の酸化膜であることを特徴とするメモリー構造の読み出し機構を提供する。
【０００７】
第３には、第１または２の発明において、基板がシリコン基板であることを特徴とするメモリー構造の読み出し機構を提供する。
【０００９】
第４には、第１ないし３の発明において、マイクロ波の共振周波数の変化の検出が、マイクロ波共振周波数検出器の探針での走査により行われることを特徴とするメモリー構造の読み出し機構を提供する。
【００１０】
さらに、第５には、第４の発明において、走査する探針が、表面層である上部誘電体層と接触または非接触の状態であることを特徴とするメモリー構造の読み出し機構をも提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この出願の発明のメモリー構造は、基板上に誘電体もしくは導電体が堆積され、その上部にその誘電体もしくは導電体とは誘電率の異なる誘電体が堆積されたメモリー構造であり、下部誘電体層もしくは下部導電体層が基板上の所定位置に配積されており、その上に上部誘電体層が、下部誘電体層もしくは下部導電体層が存在しない基板表面も含めて基板上の所定の平面範囲に堆積された構造をなしている。
【００１２】
なお下部層が誘電体層である場合、たとえば、上部誘電体層と下部誘電体層を異なる誘電率の酸化膜とすることができ、上部誘電体層には任意の酸化膜を使用でき、また下部誘電体層には、上部誘電体層と異なる誘電率を有する任意の酸化膜を用いることができる。
【００１３】
また下部層が導電体層である場合、その導電体層としては任意の金属あるいは金属と同等の電気伝導性を有する任意の物質を用いることができる。
【００１４】
この出願の発明のメモリー構造に対してマイクロ波で走査することにより、下部誘電体層もしくは下部導電体層の有無によって、マイクロ波の共振周波数あるいは波長が変化するため、それらが高い感度で検出され、その結果、配積された下部誘電体層もしくは下部導電体層を高い感度で検出することができる。
【００１５】
なお、マイクロ波の共振周波数の変化の検出は、マイクロ波共振周波数検出器の探針での走査により行うことができ、その場合、走査する探針が表面層である上部誘電体層と接触または非接触の状態でマイクロ波の共振周波数の変化を検出することができる。
【００１６】
また基板としてはシリコン基板が適しており、この出願の発明のメモリー構造とその読み出し機構は、シリコンとその上に堆積された下部誘電体層、下部導電体層もしくは上部誘電体層との界面の現象をマイクロ波で走査することによって観察し、下部誘電体層もしくは下部導電体層の有無により、マイクロ波の共振周波数の変化あるいは波長変化が高い感度で検出されるものと考えられる。
【００１７】
なお、この出願の発明のメモリー構造においては、表面が平面である場合はもちろんのこと、表面に多少の凸凹を有している場合においても下部誘電体層もしくは下部導電体層を検出することが可能である。また上部誘電体層のさらに上部に、上部誘電体層および下部誘電体層（下部導電体層）とは異なる誘電率の誘電体層の保護膜を設けることも可能である。
【００１８】
この出願の発明のメモリー構造の試料は、たとえばシリコン基板上に、下部誘電体層として、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）を配置制御して２ｎｍ堆積し極薄膜を点在させ、その上に室温で上部誘電体層としてのＨｆＯ2（酸化ハフニウム）を基板全体に２００ｎｍ堆積することで作製することができる。
【００１９】
そしてコイルとコンデンサによって構成されたマイクロ波共振回路と、コンデンサと並列に取り付けられた探針を用いてこのメモリー構造の試料を走査する。このときマイクロ波の共振周波数は、探針と上部誘電体層のＨｆＯ2膜、あるいは探針と上部誘電体層のＨｆＯ2膜および下部誘電体層のＡｌ2Ｏ3膜で構成されるコンデンサの静電容量に伴って変化する。この変化量を観察することで選択的に点在する下部誘電体層のＡｌ2Ｏ3膜を高い感度で検出することができる。
【００２０】
下部誘電体層であるＡｌ2Ｏ3膜の水平方向の大きさはサブμｍまで縮小することが可能であることから、下部誘電体層のＡｌ2Ｏ3膜を所定位置に配積することでテラｂｉｔの情報量の書き込みが期待でき、またこの出願の発明のメモリー構造の読み出し機構は、探針と表面層である上部誘電体層が非接触の状態で走査が可能なことから、メモリー構造に記憶された情報の高速読み出しが可能となる。
【００２１】
以上により、この出願の発明のメモリー構造とその読み出し機構により、従来のＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭに比べて簡単な構造で大容量の情報が書き込み可能であり且つ高速で読み出すことができる次世代の記憶媒体の提供が期待できる。
【００２２】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２３】
【実施例】
＜実施例１＞
図１に、マイクロ波共振周波数検出器（１）による誘電体計測システム（２）を示す。これにより、この出願の発明のメモリー構造の試料（３）の下部誘電体層の検出を行った。
【００２４】
まず２種類の試料（３）として、シリコン基板（４）上にパルスレーザー堆積法により、図２に示すように、金属マスクを用いて下部誘電体層として半径がＲ＝４１０μｍ、Ｒ＝２６０μｍおよびＲ＝１００μｍの円形状の厚さ３０ÅのＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜（５）をそれぞれ室温で所定位置に配置し、つづいて、その上に上部誘電体層として、下部誘電体層のＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜（５）とは誘電率の異なるＨｆＯ2（酸化ハフニウム）膜（６）を室温で１０００Åの厚さに成長させ、シリコン基板（４）の表面全体を覆ったものをそれぞれ作製した。
【００２５】
図１に示すように、１．５ＧＨｚのエバネッセントマイクロ波を用いるマイクロ波共振周波数検出器（１）には、探針（７）に１．５ＧＨｚの共振回路（８）が取り付けられており、共振回路（８）はコイル（９）とコンデンサ（１０）によって形成されている。探針（７）の先端と上部誘電体層のＨｆＯ2膜（６）、あるいは探針（７）、上部誘電体層のＨｆＯ2膜（６）および下部誘電体層のＳｉＯ2膜（Ａｌ2Ｏ3膜）（５）で構成されるコンデンサの静電容量の変化が共振周波数の変化をもたらす。このマイクロ波共振周波数検出器（１）の探針（７）で試料（３）を走査することにより試料（３）の誘電率の変化が測定され、下部誘電体層としてのＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜（５）が検出された。なお走査速度は０．２ｃｍ／ｓｅｃとした。
【００２６】
その走査結果を、図３＜ａ＞＜ｂ＞に示す。ここで図３＜ａ＞は下部誘電体層がＡｌ2Ｏ3膜の場合であり、＜ｂ＞は下部誘電体層がＳｉＯ2膜の場合である。これらの図に示しているように半径１００μｍの大きさのＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜（５）の点が明瞭に観測されたことがわかる。また、探針（７）を試料表面から５μｍ離しても、つまり探針（７）が試料表面と非接触であっても同様の分解能でＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜（５）の点が観測された。
＜実施例２＞
次に下部層として導電体（金属）であるＰｔ（白金）を用いてその検出を試みた。
【００２７】
まず、図２に示すように、実施例１と同様に半径がＲ＝４１０μｍ、Ｒ＝２６０μｍおよびＲ＝１００μｍの円形状の厚さが２ｎｍのＰｔ膜（１１）をシリコン基板上に所定位置に配置させ、つづいてその上部にＨｆＯ2（酸化ハフニウム）膜を室温で１０００Åの厚さに成長させ、シリコン基板の表面全体を覆い、試料を作製した。そして、図１に示すような実施例１と同様のマイクロ波共振数検出器（１）の探針（７）を走査させることによって下部導電体層であるＰｔ膜（１１）の検出を行った。
【００２８】
その走査結果を図４に示す。図４から半径１００μｍの大きさのＰｔ膜（１１）が明瞭に観測されたことがわかる。また、探針（７）を試料表面から５μｍ離しても、つまり探針（７）が試料表面と非接触であっても同様の分解能でＰｔ膜（１１）の点が観測された。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおりこの出願の発明によって、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤＲＯＭと比べ、簡単な構造で大容量の情報を書き込むことができ、さらに高速で読み出すことのできる次世代の記憶媒体としての利用が期待できる、新しいメモリー構造およびその読み出し機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のメモリー構造およびその読み出し機構の性能を評価するためのマイクロ波共振周波数検出器による誘電体計測システムを例示した図である。
【図２】実施例における下部誘電体層であるＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜の配置図である。
【図３】実施例における下部誘電体層であるＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜をマイクロ波共振周波数検出器によって検出した画像である。
【図４】他の実施例における下部導電体層であるＰｔ膜をマイクロ波共振周波数検出器によって検出した画像である。
【符号の説明】
１  マイクロ波共振周波数検出器
２  誘電体計測システム
３  試料
４  Ｓｉ（１００）基板
５  Ａｌ2Ｏ3膜またはＳｉＯ2膜
６  ＨｆＯ2膜、ＺｒＯ2膜またはＡｌ2Ｏ3膜
７  探針
８  共振回路
９  コイル
１０  コンデンサ
１１  Ｐｔ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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