JP2009134853A - 電界記録再生ヘッド、それを採用した電界記録再生装置及び電界記録再生ヘッドの製造方法 - Google Patents

電界記録再生ヘッド、それを採用した電界記録再生装置及び電界記録再生ヘッドの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電界記録再生ヘッド、それを採用した電界記録再生装置及び電界記録再生ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】電界効果により強誘電性の記録媒体に/から情報を記録/再生する電界記録再生ヘッドであって、半導体基板と、半導体基板の前記記録媒体と対向する上面から引き込まれて形成されるリセス部と、そのリセス部内に設けられた記録再生部と、を備える電界記録再生ヘッドである。
【選択図】図2

Description

本発明は、記録再生ヘッド、それを採用した記録再生装置及び記録再生ヘッドの製造方法に係り、特に電界記録再生ヘッド、それを採用した電界記録再生装置及び電界記録再生ヘッドの製造方法に関する。
コンピュータの主保存装置として主に使われるHDD(Hard Disk Drive)は、記録媒体を回転させつつ磁気記録再生ヘッドを利用して情報を記録再生する装置である。すなわち、磁場を利用して磁性記録媒体に第1方向及びその逆方向(以下、第2方向という)に磁化された複数の磁気ドメインを形成し、第1方向に磁化された磁気ドメインをデータ‘0’に、第2方向に磁化された磁気ドメインをデータ‘1’に対応させる。
かかる磁気記録方式が使われるHDDの記録密度は、最近数十年間急増して、水平磁気記録方式のHDDの場合、約100Gb/inの記録密度が得られ、垂直磁気記録方式のHDDの場合、最大約500Gb/inの記録密度が得られると予想される。しかし、磁気記録再生ヘッドでは強い局部磁場を生成しがたいため、記録密度を高めるのに限界がある。
最近、磁場でない電界によりデータが記録される強誘電性の記録媒体及びその記録再生のための電場センサーについての研究が行われつつある。電界記録方式は、電界を利用して強誘電体の表面に第1方向及びその逆方向(以下、第2方向という)に分極された電気ドメインを形成し、第1及び第2方向に分極された電気ドメインをデータ‘0’及び‘1’にそれぞれ対応させる方式である。電気ドメインの分極方向によってその上に位置する電場センサーの抵抗が変わるので、電場センサーのソース電極とドレイン電極との間に流れる電流量が変わる。この電流量の変化を検出することによって、電気ドメインに書き込まされた情報を判別できる。電界記録再生方式によれば、1Tb/in以上の高い記録密度が得られる。
本発明の目的は、電界効果により強誘電性の記録媒体に/から情報を記録/再生できる電界記録再生ヘッド、その製造方法及びそれを採用した電界記録再生装置を提供するところにある。
前記目的を達成するために、本発明による電界記録再生ヘッドは、電界効果により強誘電性の記録媒体に/から情報を記録/再生する電界記録再生ヘッドであって、半導体基板と、前記半導体基板の前記記録媒体と対向する上面から引き込まれて形成されたリセス部と、前記リセス部内に設けられた記録再生部と、を備える。
本発明による電界記録再生装置は、強誘電性の記録媒体と、前記記録媒体上で浮き上がって、電界効果により前記記録媒体に/から情報を記録/再生する電界記録再生ヘッドと、を備え、前記電界記録再生ヘッドは、半導体基板と、前記半導体基板の前記記録媒体と対向する上面から引き込まれて形成されたリセス部と、前記リセス部内に設けられた記録再生部と、を備える。
一実施形態として、前記半導体基板の上面には、空気軸受パターンが形成される。
一実施形態として、前記記録再生部は、前記記録媒体の記録面に向かって突出し、少なくとも前記空気軸受パターンよりは突出していないプローブ形態でありうる。
一実施形態として、前記記録再生部は、低濃度ドーピング領域である抵抗領域と、前記抵抗領域により互いに区分され、高濃度ドーピング領域であるソース領域及びドレイン領域と、を備える。前記抵抗領域は、前記記録面に向かって突出したプローブ形態でありうる。前記記録再生ヘッドは、前記ソース領域及びドレイン領域をそれぞれ電気的に接触させた第1及び第2コンタクトパッドをさらに備える。前記第1及び第2コンタクトパッドは、前記半導体基板の下面から前記ソース領域及びドレイン領域を電気的に接触させる。
本発明による記録再生装置は、基板と、前記基板の上面に位置する第1部材と、前記第1部材の端部に設けられた開口と、前記開口に設けられた記録再生ユニットと、を備える。
一実施形態として、前記記録再生装置は、前記開口に該当する位置に前記基板の上面から下方に引き込んで形成されたリセス部をさらに備え、前記記録再生ユニットは、前記リセス部に形成される。
一実施形態として、前記第1部材は、空気軸受面でありうる。
一実施形態として、前記開口は、空気軸受面により覆われている。
本発明の電界記録再生ヘッドの製造方法は、半導体基板上にマスクをパターニングして、前記半導体基板の上面が露出された第1及び第2領域と、前記第1領域と第2領域との間に位置し、前記マスクにより覆われた第3領域とを定義する工程と、前記第1及び第2領域に不純物を注入して拡散させて、前記第1及び第2領域に低抵抗の半導体領域を、前記第3領域に高抵抗の半導体領域を形成する工程と、前記第3領域を覆った前記マスクのうち一部を除去する工程と、前記第1、第2領域及び前記第3領域の露出された部分を異方性エッチング工程によりエッチングして前記半導体基板の上面から引き込ませる工程と、前記マスクを除去する工程と、を含む。
一実施形態として、前記製造方法は、前記第1及び第2領域を電気的に接触させる第1及び第2コンタクトパッドを形成する工程をさらに含む。一実施形態として、前記第1及び第2コンタクトパッドを形成する工程は、前記半導体基板の一部をその下面からエッチングして、前記第1及び第2領域を露出させる第1及び第2コンタクトホールを形成する工程と、前記第1及び第2コンタクトホールに金属物質を堆積させる工程と、を含む。
一実施形態として、前記製造方法は、前記半導体基板の上面に空気軸受パターンを形成する工程をさらに含む。
以下、添付された図面を参照して、本発明による電界記録再生ヘッド、それを採用した電界記録再生装置、及び電界記録再生ヘッドの製造方法の実施形態を説明する。添付された図面に示した層や領域の幅及び厚さは、明細書の明確性のために誇張されて示したものである。そして、添付された図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を指す。
図1は、本発明による電界記録再生装置の一実施形態の構成図である。本実施形態の電界記録再生装置は、回転するディスクタイプの記録媒体500を備えるHDDタイプの保存装置である。記録媒体500は、強誘電性の記録媒体である。図示していないが、記録媒体500は、基板上に下部電極及び強誘電体層が順次に形成された形態である。基板は、Si、ガラスなどで形成される。下部電極は、半導体メモリ素子に使われる電極物質を使用でき、Pt,Al,Au,Ag,Cuなどの金属またはSrRuO,(La,Sr)CoOなどの金属酸化物などで形成される。下部電極は接地される。強誘電体層は、PZT(PbZrTi1−x),PbTiO,PbZrO,SrBiTa(SBT),KNbO,LiTaO,LiNbOなどの強誘電物質で形成できる。強誘電体層上には、保護層がさらに設けられる。保護層は、DLC(Diamond Like Carbon)と通常的なハードディスクの表面に使用する潤滑剤とを共に使用して形成でき、また、DLC及び潤滑剤のうちいずれか一つで形成できる。
スイングアーム300の端部に設けられたサスペンションアーム200には、電界記録再生ヘッド100が装着される。スイングアーム300は、ボイスコイルモータ400により回動する。これにより、記録媒体500が回転すれば、電界記録再生ヘッド100は、空気軸受効果により記録媒体500の表面から浮き上がる。図1に示した本発明の情報記録再生装置の駆動システムは、従来のHDDの駆動システムと同一である。ただし、本発明の情報記録再生装置では、従来のHDDでの磁性記録媒体が強誘電性の記録媒体に代替され、また、磁気記録再生ヘッドが電界記録再生ヘッドに代替される。
図2は、本発明による電界記録再生ヘッドの一実施形態の斜視図である。図3は、図2のA部の詳細図である。図4は、図3のB−B’の断面図である。図2及び図3に示すように、ボディ10の上面11には、空気軸受パターン20が形成されている。ボディ10の上面11は、記録媒体500の記録面501と対向する面である。空気軸受パターン20は、記録媒体500の表面から電界記録再生ヘッド100が浮き上がるように空気の流れを誘導するパターンである。空気軸受パターン20がボディ10の上面11の一部を除去することによって形成される場合に、ボディ10の上面11は、空気軸受面(第1部材)(Air Bearing Surface:ABS)となる。空気軸受パターンは、磁気記録再生方式を採用したHDDに適用された公知の技術であるので、それ以上の詳細な説明は省略する。ボディ10の上面11には、リセス部13が設けられる。リセス部13内に、電界記録及び再生を担当する記録再生部30が位置する。ボディ10の全部または一部は、半導体基板でありうる。ボディ10の一部が半導体基板である場合に、ボディ10の少なくともリセス部13及び記録再生部30が形成される部分は、半導体基板でなければならない。半導体基板としては、例えば、シリコン単結晶の半導体基板が使われる。以下、ボディ10の全体が半導体基板である場合について説明し、ボディ10は、半導体基板10と通称する。
図3及び図4に示すように、記録再生部30は、抵抗領域R、ソース領域S及びドレイン領域Dを備える。ソース領域S及びドレイン領域Dは、高濃度の不純物領域である。抵抗領域Rは、ソース領域Sとドレイン領域Dとの間に位置し、低濃度の不純物領域である。例えば、半導体基板10がp型半導体基板である場合に、抵抗領域Rはn型不純物領域であり、ソース及びドレイン領域S、Dはn型不純物領域である。逆に、半導体基板10がn型半導体基板である場合には、抵抗領域Rはp型不純物領域であり、ソース及びドレイン領域S、Dはp型不純物領域である。n型不純物としては、例えば、リン(P)、ヒ素(As)などが使われ、p型不純物としては、ホウ素(B)が使われる。
記録再生部30は、全体的にリセス部13の底面から上方に突出したプローブ形態である。すなわち、図4に示したように、ソース領域S及びドレイン領域Dは、リセス部13の底面を形成し、抵抗領域Rは、リセス部13の底面から上方に尖って突出した形態である。第1及び第2コンタクトパッド41,42は、半導体基板10を下面(図2の12)から貫通してそれぞれソース領域S及びドレイン領域Dと電気的に接続される。
図5は、記録再生動作を説明するための模式的回路図である。再生動作のために、スイッチSWは、点線で示したようにグラウンドGNDに連結される。図5に示した回路図において、抵抗領域Rは、その半導体的性質によりソース領域S及びドレイン領域Dに流れる電流量を制御するゲートとして作用する。抵抗領域Rに作用する電場の極性よって、抵抗領域R内には、電子の蓄積または空乏が発生する。これにより、抵抗領域Rの抵抗は減少または増加する。
さらに詳細に説明すれば、図6Aに示したように、抵抗領域Rがn領域である場合、抵抗領域Rと対向する記録媒体500の電気ドメインが第1分極方向に分極され、その表面電荷が負(−)であれば、抵抗領域Rの電子密度が減少して抵抗領域Rの抵抗値は大きくなる。これにより、抵抗領域Rを横切って流れる電流量は減少する。逆に、図6Bに示したように、抵抗領域Rと対向する記録媒体500の電気ドメインが第2分極方向に分極されてその表面電荷が正(+)であれば、抵抗領域Rの電子密度が増加して抵抗領域Rの抵抗値は小さくなる。これにより、抵抗領域Rを横切って流れる電流量は増加する。かかる電流量の変化に基づいて、記録媒体500の表面に記録された情報を読み取ることができる。抵抗領域Rがp領域である場合には、前述したことと逆に動作することを当業者ならば理解できるであろう。
記録動作は、記録媒体500に分極を誘発させて情報を記録する動作をいう。このために、図5に実線で示したように、スイッチSWは、電源PSと連結される。電源PSは、その絶対値が記録媒体500に分極を誘発する臨界電圧の絶対値より大きい電圧を印加する。これにより、記録媒体500の電気ドメインを第1分極方向または第2分極方向に分極させることによって、記録媒体500に情報を記録できる。
前記したような構造の電界記録再生ヘッド100を採用した場合には、抵抗領域Rの先端のサイズを非常に小さくすることができる。これは、記録密度を非常に高めることを意味する。抵抗領域Rを形成するとき、リソグラフィ法を採用するが、数マイクロメートル単位の解像度を有するリソグラフィ装備を利用しても、抵抗領域Rの先端のサイズを数ないし数十ナノメートルのサイズに製造でき、これによれば、約50ナノメートルの記録トラック幅を達成できる。
また、半導体基板10の上面11に空気軸受パターン20を形成できるため、空気軸受パターン20を形成する過程で記録再生部30が損傷される恐れが非常に少ない。
以下、電界記録再生ヘッド30の製造方法を説明する。以下、半導体基板10がシリコンをベース物質とするp型半導体基板である場合について説明する。
図7Aに示したように、まず、半導体基板10の上面11にマスクPRをパターニングして第1、第2及び第3領域71,72,73を定義する。第1及び第2領域71,72は、半導体基板10の上面11が露出された領域である。第3領域73は、第1領域71と第2領域72との間に位置する。第3領域73の半導体基板10の上面11は、マスクPRにより覆われている。この工程は、通常のリソグラフィ法により行われる。マスクPRは、例えばフォトレジストである。
次いで、図7Bに示したように、マスクPRをイオン注入マスクとして利用して、第1及び第2領域71,72に対応する半導体基板10の上面11に不純物を注入する。ここで、不純物は、半導体基板10がp型半導体基板であるので、n型不純物である。
次いで、不純物をアニーリングにより拡散させる。これにより、図7Cに示したように、不純物が第3領域73に拡散する。かかる不純物注入及び拡散工程により、第1及び第2領域71,72は、不純物が高濃度でドーピングされた低抵抗の半導体領域となり、第3領域73は、不純物が低濃度でドーピングされた高抵抗の半導体領域となる。
次いで、図7Dに示したように、第3領域73を覆ったマスクPRの一部PR1を除去する。すなわち、抵抗領域Rの先端が位置する領域にのみマスクPR2を残す。
次いで、マスクPR及びマスクPR2をエッチングマスクとして利用して、第1、第2及び第3領域71,72,73の露出された半導体基板10をエッチングする。この時には、異方性エッチング工程を利用することが望ましい。これにより、図7Eに示したように、マスクPR,PR2の下方までオーバーエッチングされて、第3領域73は、上方に尖った形態または上方に突出した形態となる。
次いで、マスクPR,PR2を除去する。これにより、図7Fに示したように、上方に尖った先端を有する抵抗領域Rと、その両側に位置するソース領域S及びドレイン領域Dと、を備える記録再生部30が完了する。また、記録再生部30は、半導体基板10の上面11から引き込まれたリセス部13内に位置する。
次いで、ソース領域S及びドレイン領域Dに電気的に接触される第1及び第2コンタクトパッド41,42を形成する過程を説明する。本実施形態の場合に、半導体基板10の上面11が記録媒体500と対向するので、半導体基板10の上面11側に第1及び第2コンタクトパッド41,42を形成することは望ましくない。したがって、図7Gに示したように、半導体基板10を下面12からエッチングして、第1及び第2領域71,72、望ましくは、高抵抗の半導体領域を露出させる第1及び第2コンタクトホール81,82を形成する。次いで、第1及び第2コンタクトホール81,82に金属物質を満たす。これにより、図7Hに示したように、ソース領域S及びドレイン領域Dと電気的に接触される第1及び第2コンタクトパッド41,42が完成される。
次いで、半導体基板10の上面11を一部エッチングして、図2に示したような空気軸受パターン20を形成する。前記製造工程により、図8に示したように、一つの半導体基板10上に複数の電界記録再生ヘッド100が製造される。次いで、切断線に沿ってカットすることによって、図2に示したような電界記録再生ヘッド100が完成される。
図9に示したように、半導体基板10の上面11に積層方式により記録再生部30aを形成する場合には、半導体基板10をカットして電界記録再生ヘッド100aを分離した後、切断面に空気軸受パターン20を形成せねばならない。この場合には、機械的及び/または化学的研磨工程が伴う。したがって、空気軸受パターン20を形成する過程で記録再生部30aが損傷される恐れがある。しかし、本発明による電界記録再生ヘッド100は、空気軸受パターン20を半導体基板10の上面11にエッチング工程により形成できるため、記録再生部30が損傷される恐れが非常に少ない。また、空気軸受パターン20を形成する工程が記録再生部30を形成する工程と連続した工程で行われるため、工程効率も向上する。
前記した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するというより、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態により決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まらねばならない。
本発明は、記録再生装置関連の技術分野に適用可能である。
本発明による電界記録再生装置の一実施形態の構成図である。 本発明による電界記録再生ヘッドの一実施形態の斜視図である。 図2のA部の詳細図である。 図3のB−B’の断面図である。 電界記録再生ヘッドによる記録再生原理を説明するための回路図である。 電界記録再生ヘッドによる再生原理を説明するための図面である。 電界記録再生ヘッドによる再生原理を説明するための図面である。 本発明による電界記録再生ヘッドの製造工程を示す図面である。 本発明による電界記録再生ヘッドの製造工程を示す図面である。 本発明による電界記録再生ヘッドの製造工程を示す図面である。 本発明による電界記録再生ヘッドの製造工程を示す図面である。 本発明による電界記録再生ヘッドの製造工程を示す図面である。 本発明による電界記録再生ヘッドの製造工程を示す図面である。 本発明による電界記録再生ヘッドの製造工程を示す図面である。 本発明による電界記録再生ヘッドの製造工程を示す図面である。 図7Aないし図7Hに示した製造工程により半導体基板に複数の電界記録再生ヘッドが製造された状態を示す図面である。 積層方式により製造された電界記録再生ヘッドの一例を示す図面である。
符号の説明
10 ボディ
13 リセス部
20 空気軸受パターン
30 記録再生部

Claims (22)

  1. 電界効果により強誘電性の記録媒体に/から情報を記録/再生する電界記録再生ヘッドであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の前記記録媒体と対向する上面から引き込まれて形成されたリセス部と、
    前記リセス部内に設けられた記録再生部と、を備えることを特徴とする電界記録再生ヘッド。
  2. 前記半導体基板の上面には、空気軸受パターンが形成されたことを特徴とする請求項1に記載の電界記録再生ヘッド。
  3. 前記記録再生部は、前記記録媒体の記録面に向かって突出し、少なくとも前記空気軸受パターンより突出していないプローブ形態であることを特徴とする請求項2に記載の電界記録再生ヘッド。
  4. 前記記録再生部は、低濃度ドーピング領域である抵抗領域と、前記抵抗領域により互いに区分され、高濃度ドーピング領域であるソース領域及びドレイン領域と、を備えることを特徴とする請求項1ないし3のうちいずれか一項に記載の電界記録再生ヘッド。
  5. 前記抵抗領域は、前記記録面に向かって突出したプローブ形態であることを特徴とする請求項4に記載の電界記録再生ヘッド。
  6. 前記記録再生ヘッドは、前記ソース領域及びドレイン領域をそれぞれ電気的に接触させた第1及び第2コンタクトパッドをさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の電界記録再生ヘッド。
  7. 前記第1及び第2コンタクトパッドは、前記半導体基板の下面から前記ソース領域及びドレイン領域を電気的に接触させることを特徴とする請求項6に記載の電界記録再生ヘッド。
  8. 強誘電性の記録媒体と、
    前記記録媒体上で浮き上がって、電界効果により前記記録媒体に/から情報を記録/再生する電界記録再生ヘッドと、を備え、
    前記電界記録再生ヘッドは、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の前記記録媒体と対向する上面から引き込まれて形成されたリセス部と、
    前記リセス部内に設けられた記録再生部と、を備えることを特徴とする電界記録再生装置。
  9. 前記半導体基板の上面には、空気軸受パターンが形成されたことを特徴とする請求項8に記載の電界記録再生装置。
  10. 前記記録再生部は、前記記録媒体の記録面に向かって突出し、少なくとも空気軸受パターンよりは突出していないプローブ形態であることを特徴とする請求項9に記載の電界記録再生装置。
  11. 前記記録再生部は、低濃度ドーピング領域である抵抗領域と、前記抵抗領域により互いに区分され、高濃度ドーピング領域であるソース領域及びドレイン領域と、を備えることを特徴とする請求項8ないし10のうちいずれか一項に記載の電界記録再生装置。
  12. 前記抵抗領域は、前記記録面に向かって突出したプローブ形態であることを特徴とする請求項11に記載の電界記録再生装置。
  13. 前記記録再生ヘッドは、前記ソース領域及びドレイン領域をそれぞれ電気的に接触させた第1及び第2コンタクトパッドをさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の電界記録再生装置。
  14. 前記第1及び第2コンタクトパッドは、前記半導体基板の下面から前記ソース領域及びドレイン領域を電気的に接触させることを特徴とする請求項13に記載の電界記録再生装置。
  15. 半導体基板上にマスクをパターニングして、前記半導体基板の上面が露出された第1及び第2領域と、前記第1領域と第2領域との間に位置し、前記マスクにより覆われた第3領域とを定義する工程と、
    前記第1及び第2領域に不純物を注入して拡散させて、前記第1及び第2領域に低抵抗の半導体領域を、前記第3領域に高抵抗の半導体領域を形成する工程と、
    前記第3領域を覆った前記マスクのうち一部を除去する工程と、
    前記第1、第2領域及び前記第3領域の露出された部分を異方性エッチング工程によりエッチングして、前記半導体基板の上面から引き込ませる工程と、
    前記マスクを除去する工程と、を含むことを特徴とする電界記録再生ヘッドの製造方法。
  16. 前記第1及び第2領域を電気的に接触させる第1及び第2コンタクトパッドを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の電界記録再生ヘッドの製造方法。
  17. 第1及び第2コンタクトパッドを形成する工程は、
    前記半導体基板の一部をその下面からエッチングして、前記第1及び第2領域を露出させる第1及び第2コンタクトホールを形成する工程と、
    前記第1及び第2コンタクトホールに金属物質を堆積させる工程と、を含むことを特徴とする請求項16に記載の電界記録再生ヘッドの製造方法。
  18. 前記半導体基板の上面に空気軸受パターンを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項15ないし17のうちいずれか一項に記載の電界記録再生ヘッドの製造方法。
  19. 基板と、
    前記基板の上面に位置する第1部材と、
    前記第1部材の端部に設けられた開口と、
    前記開口に設けられた記録再生ユニットと、を備えることを特徴とする記録再生装置。
  20. 前記開口に該当する位置に前記基板の上面から下方に引き込んで形成されたリセス部をさらに備え、前記記録再生ユニットは、前記リセス部に形成されたことを特徴とする請求項19に記載の記録再生装置。
  21. 前記第1部材は、空気軸受面であることを特徴とする請求項19または20に記載の記録再生装置。
  22. 前記開口は、空気軸受面により覆われていることを特徴とする請求項21に記載の記録再生装置。
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