JP2007272961A - 読み出しセンサー、これを用いたヘッド及び情報記録装置、読み出しセンサーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
高速・高感度・高分解能の読み出しセンサー、これを用いたヘッド及び情報記録装置を提供すること。
【解決手段】
半導体部材と、この半導体部材の記録媒体対向部に設けられた第１及び第２の第１導電型不純物領域２，３と、第１導電型不純物領域２，３の間の記録媒体対向部の領域に設けられ、記録媒体に情報として蓄えられた電荷に基づく電位変化により導電性が変化する半導体領域１と、第１導電型不純物領域２，３にそれぞれ接続された配線４，５とを備え、半導体領域１の導電性の変化により記録媒体の情報の読み出しを行うことを特徴とする読み出しセンサー。半導体部材は、記録媒体対向部よりも内側に後退した後退部を備え、第１導電型不純物領域２，３のそれぞれと配線４，５との接続部が、後退部に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録媒体の電荷情報の読み出しを行う読み出しセンサー及びこれを用いた情報記録装置に関する。

近年、ハードディスクドライブに代表される磁気記録装置の記録容量が増大することに伴い、記録媒体上のビット当たりの面積の微細化が急激に進行している。微細化の進行には、記録媒体上で安定して保持することのできるビットパターンサイズの縮小と、微細化されたビットパターンに対応した高分解能の読み出しセンサーが必須である。また、ビットパターンサイズが縮小されることに伴い、媒体上に形成されるビットパターンのＯＮ／ＯＦＦ比も小さくなるため、読み出しセンサーの感度向上が要請される。さらに、読み書きする情報量の増大に伴い、実用的な速度で読み出しを行うためには、読み出しセンサーが高速応答可能である必要がある。

従来より、これらの課題に対応して、磁気記録媒体上のビットパターンサイズの縮小と、読み出しセンサーの高分解能化・高感度化・高速化を目指した開発が続けられているが、最終的には、磁気配向分域壁の大きさや磁気配向の室温での熱揺らぎと言う物理的な理由で微細化の限界に至ると考えられており、その限界ビットパターンサイズは数ｎｍ程度と言われている。

一方、このような磁性体の磁気配向の熱揺らぎによる微細化限界を超える技術として、強誘電体の誘電分極を記録媒体に利用する試みがある。強誘電体を利用することにより、ビットパターンサイズは１ｎｍ以下にまで微細化可能と言われており、大幅な記録密度の向上が期待されている。しかし、分極電荷を高速・高感度・高分解能で検出することの可能な読み出しセンサーが実用化されていないという課題がある。

例えば、先端を原子レベルにまで尖らせた導体探針を利用し、探針を記録媒体に近づけた状態で電圧を印加することにより、微細パターンの書き込みを行い、読み出しは、探針に交流バイアスを印加した際の電流応答により行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この手法を用いると、高感度化と高分解能化は可能となるが、読み出しに交流バイアスを使用することから、原理的に、この交流の周波数に対応する一周期の時間が、読み出し速度の上限となり、高速化は極めて困難である。

また、高速・高感度の電荷センサーとしては、ＦＥＴ構造を有するセンサーが知られている（例えば、特許文献２，３参照）。しかしながら、前述の導体探針と比較すると、構造が複雑になるため、センサーの最大感度を有する部分と媒体との距離を小さくすることが容易では無く、高分解能化への大きな障害となっている。
特開２００４−１４０１６ 特開２００１−２８３４７９ 米国特許第６５１５９５７号

上述したように、探針に交流バイアスを印加して電荷を検出する読み出しセンサーは、原理的に高速化が困難であるという課題を抱えている。一方、ＦＥＴ構造を有するセンサーは、高分解能化が課題であった。

本発明は、かかる実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、高速・高感度・高分解能の読み出しセンサー、これを用いたヘッド及び情報記録装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、記録媒体対向部を有する半導体部材と、前記記録媒体対向部に設けられた第１及び第２の第１導電型不純物領域と、前記第１及び第２の第１導電型不純物領域の間の前記記録媒体対向部の領域に設けられ、前記記録媒体に情報として蓄えられた電荷に基づく電位変化により導電性が変化する半導体領域と、前記第１及び第２の第１導電型不純物領域にそれぞれ接続された配線とを備え、前記半導体領域の導電性の変化により前記記録媒体の情報の読み出しを行うことを特徴とする読み出しセンサーを提供する。

また、本発明は、かかる読み出しセンサーと、この読み出しセンサーを支持する支持体とを備えることを特徴とするヘッドを提供する。

また、本発明は、電荷を情報として蓄える記録媒体と、前記電荷を読み出す前記ヘッドとを備えることを特徴とする情報記録装置を提供する。

また、本発明は、面方位が｛１００｝であるシリコン基板上に、辺の長さがｗとＷで与えられ辺の方向が＜１１０＞に相当する長方形のエッチングマスクパターンを形成する工程と、このエッチングマスクパターンを用いて深さｈの反応性イオンエッチングを行う工程と、その後、前記エッチングマスクパターンを用いて異方性エッチングを行う工程と、導電型不純物のイオン注入を行う工程と、熱処理を行う工程と、配線を形成する工程とを備え、前記ｗ、Ｗ、及びｈの間に、

の関係が成立することを特徴とする読み出しセンサーの製造方法を提供する。

本発明によれば、高速・高感度・高分解能の読み出しセンサー、これを用いたヘッド及び情報記録装置を提供することが可能である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる読み出しセンサー及び情報記録装置の構成を示す概略図であり、図１（ａ）は読み出しセンサーの斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の稜線部６ｂ（Ａ−Ａ´）に沿った読み出しセンサーと記録媒体の断面図である。

図１に示すように、半導体部材６は（００１）面を主面とするシリコンから構成されており、その表面部分には三角柱を寝かせた形で凸状の記録媒体対向部６ａが設けられている。この記録媒体対向部６ａは記録媒体に対し近接して対向することが可能になっている。記録媒体対向部６ａには先鋭化された稜線部６ｂが設けられており、この稜線部６ｂは、二つの（１１１）面から形成される頂角７０．５度の稜線に相当し［１１０］方向に延びており、稜線部６ｂの両端も（１１１）面からなる斜面で切り落とされる形状になっている。稜線部６ｂは記録媒体に対して最近接することが可能になっている。なお、（）と［］はそれぞれ面方位と方向について個々の等価な軸を区別して表記する際に使用し、｛｝と＜＞はそれぞれ面方位と方向について等価な軸をまとめて一般名称として表記する際に使用する。

稜線部６ｂの方向に沿って、Ａｓを約１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３含むｎ型の高不純物濃度領域２および３が設けられている。チャンネル領域１は、高不純物濃度領域２および３に挟まれて稜線部６ｂ上に位置し、Ｂを約１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３含むｐ型半導体で形成されている。即ち、チャンネル領域１は、稜線部６ｂ上に高不純物領域２および３との境界７および８を有する。高不純物濃度領域２および３の延長部分は、記録媒体対向部６ａよりも内側に後退した後退部６ｃにまで延在しており、この後退部６ｃ上でそれぞれ引き出し用の電極配線４および５に接続されている。図示されていないが、読み出しセンサーからの信号を増幅して読み出すセンサー回路が設けられており、これらの電極配線４，５は、センサー回路の初段増幅器の入力部に接続されている。

このような構造では、外部電場によりチャンネル領域１に誘起されるキャリアにより、電極配線４と配線５の間の電気抵抗が変化する。特に、高不純物濃度領域２あるいは３との境界７あるいは８の一方は、ソース電極端となるので、チャンネル領域１の中でも最も高感度に外部電場の影響を受ける。従って、情報として蓄えられた電荷に基づいて外部電場を生じる記録媒体９を用意し、この記録媒体９の表面に対してチャンネル領域１を近づけることにより、電極配線４および５の間の電気抵抗を変化させることができ、この電気抵抗の変化を検出することにより、記録媒体９に蓄えられた電荷の情報を高速・高感度・高分解能で読み出すことが可能になる。

本実施形態の読み出しセンサーによれば、高分解能化の可能な微小チャンネル領域を有し、このチャンネル領域が先端部に配置されたＦＥＴセンサーを提供することができる。また、引き出し用の電極配線がチャンネル領域よりも記録媒体から遠い構造になるので、チャンネル領域を記録媒体表面に著しく近づけることが可能となる。さらに、チャンネル領域内でもソース側電極端での感度が最大となることから、大幅な高分解能化を実現することが可能である。本実施形態により、高速・高感度・高分解能の読み出しセンサーを提供することができ、高速・高記録密度の情報記録装置を実現することが可能となる。

記録媒体９としては、例えば、図１７に示す構造のものを用いることができる。図１７（ａ）に示す記録媒体９では、絶縁性の基板９１上に電極層９２が設けられており、この電極層９２上に強誘電体層９３が設けられている。基板９１を導電性基板とすれば、電極層９２は不要で、導電性基板９１が電極層として機能する。強誘電体層９３の材料としては、例えばチタン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム等のペロブスカイト系材料やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等を用いることができる。かかる構造の記録媒体９では、強誘電体層９３に、例えば膜厚方向に電気分極を誘起せしめて情報の記録を行い、この電気分極に起因する分極電荷を検出して情報の読み出しを行えば良い。

また、図１７（ｂ）に示す記録媒体９では、絶縁性の基板９１上に電極層９２が設けられており、この電極層９２上に絶縁層９４が設けられている。絶縁層９４の表面には電荷の蓄積部として導電性パターン９５が埋め込み形成されており、この導電性パターン９５に電荷が注入されて蓄積されることにより情報の記録が行われる。この導電性パターン９５に蓄積された電荷を検出して情報の読み出しを行えば良い。

図１６は、図１に示した読み出しセンサーと記録媒体に書き込みを行う書き込み部とを搭載したヘッドの構成を示す断面図である。図１と同一部分には同一の符号を付して示す。図１６に示すように、図１の読み出しセンサーは支持体１００上に配設されており、この読み出しセンサーに隣接して書き込み部１０１が配設されている。書き込み部１０１は先鋭化された先端部を有する針状の形態を備え、図示しない外部回路から書き込み電圧が印加される構成となっている。その先端部からの電界の作用を受けて、例えば図１７（ａ）の記録媒体９では、電極層９２と書き込み部１０１の先端部との間の電界により、強誘電体層９３の膜厚方向に電気分極が誘起されて分極電荷が生じ、記録が行われる。一方、図１７（ｂ）の記録媒体９では、電極層９２と書き込み部１０１の先端部との間の電界により、書き込み部１０１の先端部から導電性パターン９５に対して電荷が注入、蓄積されて、記録が行われる。

図１８は、以上説明した本実施形態に係るヘッドを搭載したヘッドアッセンブリの斜視図を示す。アクチュエータアーム１８１は、情報記録装置内の固定軸に固定されるための穴を有し、アクチュエータアーム１８１の一端にはサスペンション１８２が接続されている。サスペンション１８２の先端には上述の各形態にあるヘッドを搭載したヘッドスライダ１８３が取り付けられている。また、サスペンション１８２は信号の書き込み及び読み取り用のリード線１８４が配線され、このリード線１８４の一端とヘッドスライダに組み込まれたヘッドの各電極とが電気的に接続され、リード線１８４の他端は電極パッド１８５に接続されている。

図１９は、本発明の情報記録装置の一実施形態に係る、図１８に示すヘッドアッセンブリを搭載した情報記録装置の内部構造を示す斜視図である。図１７（ａ）、（ｂ）に示される記録媒体１９１等がスピンドル１９２に装着され、図示せぬ駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示せぬモータにより回転する。記録媒体１９１が浮上した状態で情報の記録再生を行うヘッドスライダ１８３は薄膜状のサスペンション１８２の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１８３は上記ヘッドを具備している。記録媒体１９１が回転すると、ヘッドスライダ１８３の記録媒体対向面は記録媒体１９１の表面から所定量浮上した状態で保持される。

サスペンション１８２は図示せぬ駆動コイルを保持するボビン部等を有するアクチュエータアーム１８１の一端に接続されている。アクチュエータアーム１８１の他端にはリニアモータの１種であるボイスコイルモータ１９３が設けられている。ボイスコイルモータ１９３はアクチュエータアーム１８１のボビン部に巻き上げられた図示せぬ駆動コイルとこのコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。アクチュエータアーム１８１は固定軸１９４の上下２ヶ所に設けられた図示せぬボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１９３により回転摺動が自在にできるようになっている。

次に、本実施形態の読み出しセンサーの製造方法について説明する。図２乃至図５は、図１に示す読み出しセンサーの製造方法を示す工程上面図および工程断面図である。工程上面図は上側の図、工程断面図は下側の図である。

まず、図２（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍのｐ型Ｓｉ基板１１を希フッ酸により洗浄処理する。引き続き、図２（ｂ）に示すように、温度９５０℃で熱酸化により膜厚５０ｎｍのＳｉＯ_２膜１２を形成する。そして、図２（ｃ）に示すように、ジクロロシランとアンモニアを主原料とするＬＰＣＶＤ法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）により、膜厚２５０ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４膜１３を形成する。

次に、図３（ｄ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程により、幅５５０ｎｍ、奥行４００ｎｍの長方形パターンを形成し、得られたレジストパターン（図示せず。）をマスクとして、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４およびＯ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳｉ_３Ｎ_４膜１３をパターニングしてＳｉ_３Ｎ_４パターン１３ａを形成する。引き続き、ＣＨＦ_３およびＣＯガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳｉＯ_２膜１２をパターニングしてＳｉＯ_２パターン１２ａを形成する。パターニング終了後、レジストの剥離を行っておく。

次いで、図３（ｅ）に示すように、２．３８％ＴＭＡＨ(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド)水溶液を用いて、Ｓｉ基板１１の露出部の異方性エッチングを行う。エッチング量は深さ方向に約２００ｎｍとした。ＴＭＡＨ水溶液は（１１１）面のエッチング速度が極端に遅いため、図示の様な形状となる。

次いで、図３（ｆ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程により形成されたレジストパターンをマスクとして、加速電圧１０ｋＶでＡｓをイオン注入し、レジスト剥離処理後に、熱処理による不純物活性化と拡散を行い、Ｓｉ基板１１の表面近傍の不純物濃度を１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度とした高不純物濃度領域１４を形成する。高不純物濃度領域１４は高不純物濃度領域２および３の一部に相当するものである。

次に、図４（ｇ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程により形成されたレジストパターンをマスクとして、加速電圧１ｋＶでＡｓをイオン注入し、レジスト剥離処理後に、熱処理による不純物活性化と拡散を行い、Ｓｉ基板１１の表面近傍の不純物濃度を１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度とした高不純物濃度領域１５を形成する。高不純物濃度領域１４も高不純物濃度領域２および３の一部に相当するものであり、Ｓｉ基板１１との境界部はチャンネル領域１を画定するものである。この工程では、先の高不純物濃度領域１４の形成の際よりも、イオンの加速エネルギーを下げることにより、注入部を浅くすると共に、拡散長を調整して、接合深さを浅く保つことにより、センサーとしての感度を高くすることが可能となる。また、二つの高不純物濃度領域１５同士の間隔を狭くすることにより、チャンネル長を短くすることが可能となるので、センサーの高速化と高分解能化に有利な構造とすることができる。さらにまた、高不純物濃度領域１５の幅は高不純物濃度領域１４の幅よりも狭いので、チャンネル幅方向の高分解能化を図ることが可能である。

次いで、図４（ｈ）に示すように、１６０℃の熱燐酸液を用いたウェット処理により、Ｓｉ_３Ｎ_４パターン１３ａを１００ｎｍ等方的にエッチングし、水洗後に、フッ酸６％と弗化アンモニウム３０％を含む緩衝溶液を用いたウェット処理により、ＳｉＯ_２パターン１２ａの露出部分をエッチング除去する。この処理により、Ｓｉ_３Ｎ_４パターン１３ａ及びＳｉＯ_２パターン１２ａの膜面積を減少させて、Ｓｉ_３Ｎ_４パターン１３ｂ及びＳｉＯ_２パターン１２ｂを形成する。

次いで、図４（ｉ）に示すように、ＨＢｒおよびＯ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、高不純物濃度領域１４を含むＳｉ基板１１の露出部分を、深さ１５０ｎｍエッチング除去する。このエッチング深さをｈとし、エッチングマスクとなるＳｉ_３Ｎ_４パターン１３ｂおよびＳｉＯ_２パターン１２ｂのパターン幅をＷ、奥行をｗ（ｗ＜Ｗ）とすると、次式の関係を満たしていることが重要となる。この理由については後述する。

次に、図５（ｊ）に示すように、２．３８％ＴＭＡＨ(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド)水溶液を用いて、Ｓｉ基板１１の露出部の異方性エッチングを行う。エッチング量は深さ方向に約１５０ｎｍとした。ＴＭＡＨ水溶液は（１１１）面のエッチング速度が極端に遅いため、図示の様な形状となり、斜面の勾配はｔａｎθ＝√２で与えられる。従って、上式左側の不等式が成立すれば、先端に平坦部が実質的に残らない構造となることが保障され、上式右側の不等式が成立すれば、先端に線状の部分（稜線部６ｂ）が残ることが保障される。また、エッチング時間が過剰となっても、先端の形状は上記の幾何学的な条件でほぼ決定されるので、エッチングばらつきの影響を極めて小さくすることが可能である。また、この稜線形状を、図４（ｇ）のパターニング後に形成することにより、図４（ｇ）のパターニングで必要とされる微細パターンを斜面上に形成する困難な工程を回避することができる利点がある。

そして、図５（ｋ）に示すように、フッ酸溶液を用いたウェット処理により、不要となったＳｉ_３Ｎ_４パターン１３ａおよびＳｉＯ_２パターン１２ａをエッチング除去する。引き続き、図５（ｌ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程とリフトオフ工程を用いてＡｌ電極配線４，５を形成する。図示されていないが、最後に、隣接する素子間を切り離して、読み出しセンサーを作製する。

このように製造された読み出しセンサーを、図１８及び図１９に示すように書き込みヘッドと共に情報記録装置に組み込み、図１７（ａ）、（ｂ）に示す記録媒体等と共に使用することにより、高速・高感度・高分解能の読み出しセンサーを利用して、高速・高記録密度の情報記録装置を実現することが可能となる。

（第２の実施形態）
図６乃至図８は、本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサー及び情報記録装置の構成を示す概略図であり、図６、図７はそれぞれ形状の異なる読み出しセンサーの斜視図であり、図８（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図６、図７の読み出しセンサーと記録媒体の断面図である。

まず、図６に示す読み出しセンサーについて説明する。図６に示すように、（００１）面を主面とするシリコンから構成された半導体部材の四角形状（四角形状に限らず他の多角形状であっても良い。）の表面部（記録媒体対向表面部）には、環状のチャンネル領域２１が設けられており、Ｐを約１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３含むｎ型の高不純物濃度領域２２ａおよび２３ａに挟まれている。このチャンネル領域２１は、Ｂを約１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３含むｐ型半導体で形成されており、高不純物領域２２ａおよび２３ａとの境界２７および２８を半導体部材の表面部に有する。高不純物濃度領域２２ａおよび２３ａの延長部分は、それぞれ配線２４および２５に電気的に接続されている。高不純物濃度領域２２ａは導電体２２ｂ、２２ｃを介して配線２４に電気的に接続されており、高不純物濃度領域２３ａは導電体２３ｂを介して配線２５に電気的に接続されている。図示されていないが、読み出しセンサーからの信号を増幅して読み出すセンサー回路が設けられており、これらの配線２４，２５は、センサー回路の初段増幅器の入力部に接続されている。

一方、図７に示す読み出しセンサーは、図６の読み出しセンサーの形状と異なる形状を有するものであり、記録媒体対向表面部が多角形状ではなく円状となっている。図６と同一部分には同一の符号を付して示す。７１はチャンネル領域、７２ａおよび７３ａは高不純物濃度領域、７７および７８はチャンネル領域７１と高不純物領域７２ａおよび７３ａとの境界、７２ｂおよび７３ｂは導電体である。図６に示すように、パターンデータ設計は四角形状で行う方が容易なので、四角形状で設計を行う方が望ましい。しかしながら、実際のプロセスでは、リソグラフィ工程でのレジスト形状の丸まりや、成膜での角の丸まりにより円形に近づいていくので、最終的な形状は円に近い形状とする方が、製造が容易である。

また、図８（ａ）に示すように、導電体２２ｂ、２３ｂを高濃度ドープ・ポリシリコンから形成して、高濃度ドープ・ポリシリコン２２ｂ、２３ｂから単結晶シリコンへの固層拡散を利用して、単結晶シリコン内に高不純物濃度領域２２ａおよび２３ａを形成することが可能である。また、図８（ｂ）に示すように、高不純物濃度領域に高濃度ドープ・ポリシリコンを直接用いて高不純物濃度領域２２ａおよび２３´としても良い。この場合、チャンネル領域２１´と高不純物領域２２ａおよび２３´との境界はそれぞれ２７´および２８´となる。実際には、固層拡散を完全に抑制することは困難なので、後者の方法を用いても、前者の要素が多少取り入れられることになる。かかる作製方法及び効果は図６及び図７の読み出しセンサーに共通して当てはまるものである。

このような構造では、外部電場によりチャンネル領域２１、２１´に誘起されるキャリアにより、配線２４と配線２５の間の電気抵抗が変化する。特に、チャンネル領域２１（若しくは２１´）と高不純物濃度領域２２ａあるいは２３ａ（若しくは２２ａおよび２３´）との境界２７あるいは２８（若しくは２７´あるいは２８´）の一方は、ソース電極端となるので、チャンネル領域２１、２１´の中でも最も高感度に外部電場の影響を受ける。従って、第１の実施形態と同様に情報として蓄えられた電荷に基づいて外部電場を生じる記録媒体２９を用意し、この記録媒体２９の表面に対してチャンネル領域２１、２１´を近づけることにより、配線２４および２５の間の電気抵抗を変化させることができ、この電気抵抗の変化を検出することにより、記録媒体２９に蓄えられた電荷の情報を高速・高感度・高分解能で読み出すことが可能になる。この動作原理及び効果は第１の実施形態と同様である。さらに、本実施形態によれば、チャンネル領域２１、２１´、或いは７１の周囲に高不純物濃度領域２３ａ、７３ａが設けられており、この高不純物濃度領域２３ａ、７３ａがチャンネル領域２１、２１´に対して電界の遮蔽効果を有するので、記録媒体２９表面の読み出しを行うべき記録部以外の記録部による電界の影響を受けにくくなり、より高分解能で高精度な読み出しを行うことが可能となる。

次に、本実施形態の読み出しセンサーの製造方法について説明する。図９乃至図１５は、図７に示す読み出しセンサーの製造方法を示す工程断面図である。

まず、図９（ａ）に示すように、厚さ６２５μｍのＳｉ基板３１と膜厚４００ｎｍのＳｉＯ_２膜３２と膜厚１０ｎｍのｐ型にドープされた単結晶Ｓｉ３３から構成されるＳＯＩ基板を希フッ酸により洗浄処理する。引き続き、図９（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳ（tetra ethyl orthosilicate）を主原料とするＣＶＤ法により、膜厚１００ｎｍのＳｉＯ_２膜３４を形成する。そして、図９（ｃ）に示すように、ジクロロシランとアンモニアを主原料とするＬＰＣＶＤ法により、膜厚１００ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４膜３５を形成する。

次いで、図９（ｄ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程により、直径２００ｎｍの円形パターンを形成し、得られたレジストパターン（図示せず。）をマスクとして、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４およびＯ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳｉ_３Ｎ_４膜３５をパターニングしてＳｉ_３Ｎ_４パターン３５ａを形成する。引き続き、ＣＨＦ_３およびＣＯガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳｉＯ_２膜３４をパターニングしてＳｉＯ_２パターン３４ａを形成する。パターニング終了後、レジストの剥離を行っておく。

次に、図１０（ｅ）に示すように、ＨＢｒおよびＯ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、単結晶Ｓｉ３３の露出部分をエッチング除去して単結晶Ｓｉパターン３３ａを形成する。引き続き、図１０（ｆ）に示すように、ＴＥＯＳを主原料とするＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍのＳｉＯ_２膜３６を形成する。

次いで、図１０（ｇ）に示すように、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）法により、Ｓｉ_３Ｎ_４パターン３５ａをストッパーとしてＳｉＯ_２膜３６の平坦化を行う。引き続き、図１０（ｈ）に示すように、１６０℃の熱燐酸液を用いたウェット処理により、Ｓｉ_３Ｎ_４パターン３５ａをエッチング除去する。

次に、図１１（ｉ）に示すように、ＣＨＦ_３およびＣＯガスを用いた反応性イオンエッチングを全面に深さ１００ｎｍ行い、ＳｉＯ_２パターン３４ａの露出部分と、ＳｉＯ_２膜３２上部をエッチング除去する。引き続き、図１１（ｊ）に示すように、ジクロロシランとアンモニアを主原料とするＬＰＣＶＤ法により、膜厚４０ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４膜３７を形成する。

次いで、図１１（ｋ）に示すように、電子ビームリソグラフィ工程により形成されたレジストパターン（図示せず。）をマスクとして、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４およびＯ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳｉ_３Ｎ_４膜３７をパターニングしてＳｉ_３Ｎ_４パターン３７ａを形成する。図１１（ｋ）の右側の図は、同図の左側の図におけるＢ−Ｂ´に沿った断面図である。なお、図１１（ｌ）、図１１（ｍ）においても同様である。図１１（ｋ）において、Ｓｉ_３Ｎ_４膜３７の右側の除去部分は、電極への引き出し線となる部分である。引き続き、図１１（ｌ）に示すように、シランを主原料としてＰＨ_３を添加したＬＰＣＶＤ法により、膜厚４０ｎｍのリンをドープされたポリシリコン３８を成膜する。

次に、図１２（ｍ）に示すように、ＨＢｒおよびＯ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングによりポリシリコン膜３８全面にエッチバック処理を行い、単結晶Ｓｉ３３ａの中央部の表面が現れる状態とする。この時、単結晶Ｓｉ３３ａを露呈する穴内の側面及び右側の引き出し電極部の溝内の側面にポリシリコン３８ａが残る状態となる。引き続き、図１２（ｎ）に示すように、ＴＥＯＳを主原料とするＣＶＤ法により、膜厚１５ｎｍのＳｉＯ_２膜３９を形成する。

次いで、図１２（ｏ）に示すように、電子ビームリソグラフィ工程により形成されたレジストパターン（図示せず。）をマスクとして、ＣＨＦ_３およびＣＯガスを用いた反応性イオンエッチングにより、穴の中心部のＳｉＯ_２膜３９をエッチング除去してＳｉＯ_２パターン３９ａを形成し、単結晶Ｓｉ３３ａの中央部の表面が現れる状態とする。なお、この際に電子ビームリソグラフィ工程において形成されるレジストパターンは、穴の形状と同一である必要は無く、穴よりも一回り大きい形状であっても構わない。寧ろ、その方が寸法マージン、合せマージンが広がるので、製造が容易となる利点がある。但し、ポリシリコン３８ａと上層の配線との間の短絡が発生すると動作不良を引き起こすので、少なくともポリシリコン３８ａの穴の内径よりは小さい形状であることが望ましい。

次いで、図１２（ｐ）に示すように、ＨＢｒおよびＯ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、単結晶Ｓｉ３３ａの中央の露出部をエッチング除去する。形成される穴の直径は約１０ｎｍである。なお、このエッチング条件では、ＳｉＯ_２パターン３９ａのエッチングレートは極めて小さいので、レジストマスクを用意する必要は無い。

次に、図１３（ｑ）に示すように、シランを主原料としＰＨ_３を添加したＬＰＣＶＤ法により、膜厚１００ｎｍのリンをドープされたポリシリコン４０を成膜する。ポリシリコンは穴内への埋め込み特性が良いので、形成された穴を完全に埋める形となり、上面は平坦な成膜形状となる。

次いで、図１３（ｒ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程により形成されたレジストパターン（図示せず。）をマスクとして、ＨＢｒおよびＯ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、ポリシリコン４０上部を、電極への引き出し線となるように加工してポリシリコンパターン４０ａを形成する。引き続き、図１３（ｓ）に示すように、ＴＥＯＳを主原料とするＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍのＳｉＯ_２膜４１を形成する。

次に、図１４（ｔ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ工程により形成されたレジストパターン（図示せず。）をマスクとして、ＣＨＦ_３およびＣＯガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳｉＯ_２膜４１をパターニングしてＳｉＯ_２パターン４１ａを形成する。このパターニングにより、ポリシリコン３８ａおよびポリシリコン４０ａに達する、電極用のパターン溝が形成される。引き続き、図１４（ｕ）に示すように、電極配線４２となるＡｌをスパッタリング法により成膜した後、いわゆるリフロー処理を行い、パターン溝内に凝集埋め込みする。その後、ＣＭＰ法により余分なＡｌの除去を行って電極配線４２を形成した。なお、図示されていないが、電極配線４２の形成後に、通常のフォトリソグラフィ工程により形成されたレジストパターン（図示せず。）をマスクとして、反応性イオンエッチングを行うことにより、隣接チップ間の素子分離用の溝を形成しておく。

そして、図１５（ｖ）に示すように、シランとアンモニアを主原料とするプラズマＣＶＤ法により、膜厚１０００ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４膜４３を形成する。このＳｉ_３Ｎ_４膜４３は、いわゆるパッシベーション膜としての機能を持ち、前述の素子分離用の溝内にも埋め込まれる。引き続き、図示されていないが、ハンドリング用の基板をＳｉ_３Ｎ_４膜４３上に貼り付けた後、フッ酸と硝酸の混酸水溶液を用いて、Ｓｉ基板３１をウェット処理により除去する。この際、混酸はＳｉＯ_２膜に対するエッチングレートが小さくは無いので、ＳｉＯ_２膜３２の一部も同時にエッチング除去される。続いて、図１５（ｗ）に示すように、フッ酸６％と弗化アンモニウム３０％を含む緩衝溶液を用いたウェット処理により、ＳｉＯ_２膜３２およびＳｉＯ_２膜３６aをエッチング除去する。フッ酸と弗化アンモニウムの緩衝溶液は、ＳｉやＳｉ_３Ｎ_４に対するエッチングレートが極めて小さいので、図示されたように、表面に露出しているＳｉＯ_２のみを除去することができる。最後に、隣接する素子間を切り離して、読み出しセンサーを作製する。なお、上記した製造方法は、図６に示す読み出しセンサーの製造方法に対して適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

このように製造された読み出しセンサーを、図１８及び図１９に示すように書き込みヘッドと共に情報記録装置に組み込み、図１７（ａ）、（ｂ）に示す記録媒体等と共に使用することにより、高速・高感度・高分解能の読み出しセンサーを利用して、高速・高記録密度の情報記録装置を実現することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例えば、イオン注入する不純物はＡｓに限らずＰを使用することも可能であり、配線材料はＡｌに限らずＣｕ等を使用することも可能である。また、絶縁膜の種類もＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４に限らずＳｉＣＮ等を使用することも可能である。

その他、本発明は上記実施形態や実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態や実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態や実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態や実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係わる読み出しセンサー及び情報記録装置の構成を示す概略図。 本発明の第１の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程上面図及び工程断面図。 図２に続く本発明の第１の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程上面図及び工程断面図。 図３に続く本発明の第１の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程上面図及び工程断面図。 図４に続く本発明の第１の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程上面図及び工程断面図。 本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの構成を示す概略図。 本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの変形例の構成を示す概略図。 本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサー及び情報記録装置の構成を示す概略図。 本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程断面図。 図９に続く本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程断面図。 図１０に続く本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程断面図。 図１１続く本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程断面図。 図１２に続く本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程断面図。 図１３に続く本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程断面図。 図１４に続く本発明の第２の実施形態に係わる読み出しセンサーの製造方法を示す工程断面図。 本発明の実施形態に係わるヘッドの構成を示す断面図。 本発明の実施形態に係わる情報記録装置における記録媒体の構成を示す断面図。 本実施形態に係るヘッドを搭載したヘッドアッセンブリの斜視図。 本発明の一実施形態に係る情報記録装置の内部構造を示す斜視図。

符号の説明

１、２１、２１´、７１…チャンネル領域
２、３、２２、２３、２３´、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２３ａ、２３ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ…高不純物濃度領域
４、５、２４、２５…配線
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、３１…Ｓｉ基板
７、８、２７、２７´、２８、２８´、７７、７８…チャンネル領域と高不純物濃度領域の境界
９、２９…記録媒体
１１…ｐ型Ｓｉ基板
１２、１２ａ、３２、３４、３４ａ、３６、３６ａ、３９、３９ａ、３９ｂ、４１、４１ａ…ＳｉＯ_２膜
１３、１３ａ、３５、３５ａ、３７、３７ａ、４３…Ｓｉ_３Ｎ_４膜
１４、１５…高不純物濃度領域
４２…Ａｌ電極
３３、３３ａ、３３ｂ…単結晶Ｓｉ
３８、３８ａ、４０、４０ａ…ポリシリコン
９１…基板
９２…電極層
９３…強誘電体層
９４…絶縁層
９５…導電性パターン
１００…支持体
１０１…書き込み部
１８１…アクチュエータアーム
１８２…サスペンション
１８３…ヘッドスライダ
１８４…リード線
１８５…電極パッド
１９１…記録媒体
１９２…スピンドル
１９３…ボイスコイルモータ
１９４…固定軸

Claims (18)

1. 記録媒体対向部を有する半導体部材と、前記記録媒体対向部に設けられた第１及び第２の第１導電型不純物領域と、前記第１及び第２の第１導電型不純物領域の間の前記記録媒体対向部の領域に設けられ、前記記録媒体に情報として蓄えられた電荷に基づく電位変化により導電性が変化する半導体領域と、前記第１及び第２の第１導電型不純物領域にそれぞれ接続された配線とを備え、前記半導体領域の導電性の変化により前記記録媒体の情報の読み出しを行うことを特徴とする読み出しセンサー。
2. 前記半導体部材は、前記記録媒体対向部よりも内側に後退した後退部を備え、前記第１及び第２の第１導電型不純物領域のそれぞれと前記配線との接続部が、前記後退部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の読み出しセンサー。
3. 前記半導体領域と前記第１及び第２の第１導電型不純物領域との境界部が、前記記録媒体対向部の頂部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の読み出しセンサー。
4. 前記半導体部材は、面方位が｛１００｝であるシリコン基板から形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の読み出しセンサー。
5. 前記半導体部材はシリコンから形成され、前記第１及び第２の第１導電型不純物領域間を結ぶ方向は＜１１０＞であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の読み出しセンサー。
6. 前記半導体部材は先鋭化された稜線部を有し、前記半導体領域と前記第１及び第２の第１導電型不純物領域との境界部が前記稜線部と交差することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の読み出しセンサー。
7. 前記第１の第１導電型不純物領域は前記第２の第１導電型不純物領域を取り囲んで設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の読み出しセンサー。
8. 前記第１の第１導電型不純物領域は円筒状に、かつ前記第２の第１導電型不純物領域は円柱状に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の読み出しセンサー。
9. 前記第１の第１導電型不純物領域は角筒状に、かつ前記第２の第１導電型不純物領域は角柱状に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の読み出しセンサー。
10. 前記半導体領域は第２導電型不純物領域であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の読み出しセンサー。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の読み出しセンサーと、この読み出しセンサーを支持する支持体とを備えることを特徴とするヘッド。
12. 前記記録媒体に電荷を情報として書き込む書き込み部を備えることを特徴とする請求項１１に記載のヘッド。
13. 電荷を情報として蓄える記録媒体と、前記電荷を読み出す請求項１１に記載のヘッドとを備えることを特徴とする情報記録装置。
14. 前記記録媒体に電荷を情報として書き込む書き込み部を備えることを特徴とする請求項１３に記載の情報記録装置。
15. 前記記録媒体は、電極層と、この電極層上に設けられた強誘電体層とを備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の情報記録装置。
16. 前記記録媒体は、電極層と、この電極層上に設けられた絶縁層と、この絶縁層の表面に設けられた導電性パターンとを備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の情報記録装置。
17. 面方位が｛１００｝であるシリコン基板上に、辺の長さがｗとＷで与えられ辺の方向が＜１１０＞に相当する長方形のエッチングマスクパターンを形成する工程と、このエッチングマスクパターンを用いて深さｈの反応性イオンエッチングを行う工程と、その後、前記エッチングマスクパターンを用いて異方性エッチングを行う工程と、導電型不純物のイオン注入を行う工程と、熱処理を行う工程と、配線を形成する工程とを備え、前記ｗ、Ｗ、及びｈの間に、
    

    

    の関係が成立することを特徴とする読み出しセンサーの製造方法。
18. 前記イオン注入を行う工程は、前記反応性イオンエッチングを行う工程に先立って行われることを特徴とする請求項１７に記載の読み出しセンサーの製造方法。
    

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