JP4221660B2 - Pore structure and manufacturing method thereof, memory device and manufacturing method thereof, adsorption amount analyzing apparatus, and magnetic recording medium - Google Patents

Pore structure and manufacturing method thereof, memory device and manufacturing method thereof, adsorption amount analyzing apparatus, and magnetic recording medium Download PDF

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Description

本発明は、多数の細孔を有する構造体及びその製造方法、その細孔構造体を用いたメモリ装置及びその製造方法、吸着量分析装置、並びに磁気記録媒体に関するものである。   The present invention relates to a structure having a large number of pores and a manufacturing method thereof, a memory device using the pore structure, a manufacturing method thereof, an adsorption amount analyzer, and a magnetic recording medium.

本発明は、複数の細孔を有する構造体に関するものであるが、その細孔の孔径を特に限定するものではない。しかしながら、近年、ナノサイズの構造体に関する関心が高まっており、本発明は、ナノサイズの細孔構造体及びその製造方法としても好適であるので、ナノサイズの細孔構造体を中心に技術的な背景を述べる。   Although the present invention relates to a structure having a plurality of pores, the pore diameter of the pores is not particularly limited. However, in recent years, interest in nano-sized structures has increased, and the present invention is suitable as a nano-sized pore structure and a method for producing the nano-sized structure. Give a brief background.

なお、本明細書では、1nm以上、1μm未満程度の大きさを「ナノサイズ」と呼び、その特徴的な大きさがナノサイズであるものを呼ぶのに、接頭語「ナノ」を用いることにする。例えば、ナノ粒子とは、直径がナノサイズである粒子のことであり、ナノホールとは、孔径や深さがナノサイズである細孔のことであり、ナノ構造体とは、その構造体の特徴をなす構造の大きさがナノサイズである構造体のことである。   In this specification, a size of about 1 nm or more and less than 1 μm is referred to as “nanosize”, and the prefix “nano” is used to refer to a size whose characteristic size is nanosize. To do. For example, a nanoparticle is a particle whose diameter is nanosize, a nanohole is a pore whose pore diameter or depth is nanosize, and a nanostructure is a feature of the structure. Is a structure having a nano size.

さて、CPU(Central Processing Unit)やネットワークの高速化により、情報機器で扱われるデータ量が急速に増大しており、それに伴いデータを格納するストレージデバイスの大容量化が求められている。具体的には、2005年から2010年までの間に、数百Gb/inch2〜1Tb/inch2の大容量ストレージデバイスが必要となる。このような高密度メモリを実現するためには、1ビット当たりのサイズが数nm〜数十nmの記憶ビットを規則正しく高密度に形成する、ナノサイズの加工技術が必要となる。 Now, with the speeding up of CPU (Central Processing Unit) and networks, the amount of data handled by information equipment is rapidly increasing, and accordingly, the capacity of storage devices for storing data is required to be increased. Specifically, a mass storage device of several hundred Gb / inch 2 to 1 Tb / inch 2 is required between 2005 and 2010. In order to realize such a high-density memory, a nano-size processing technique is required that regularly forms high-density memory bits having a size of several nanometers to several tens of nanometers per bit.

ナノサイズの微細な構造を有する構造体を作製する加工方法としては、従来から半導体加工に用いられているフォトリソグラフィー法をはじめとして、電子線リソグラフィー法やX線リソグラフィー法などのリソグラフィー法による半導体加工技術がある。このようなトップダウン的な微細加工技術は、パターンが微細化するほど歩留まりが低下し、コストが高くなるという問題点がある。   As a processing method for producing a structure having a nano-sized fine structure, semiconductor processing by a lithography method such as an electron beam lithography method or an X-ray lithography method, including a photolithography method conventionally used for semiconductor processing. There is technology. Such a top-down microfabrication technique has a problem in that as the pattern becomes finer, the yield decreases and the cost increases.

一方、最近、原子や分子によって自発的に形成される規則的な微細構造を利用する、いわゆる、自己組織化によるボトムアップ的な方法によって、ナノサイズの微細構造体を形成する試みがなされている。自己組織化によって形成されたナノ構造体は、そのまま用いてもよいし、生成したナノ構造体をテンプレート(型枠)としてさらに他の材料をナノ加工してもよい。   On the other hand, recently, an attempt has been made to form a nano-sized fine structure by a so-called bottom-up method by self-organization utilizing a regular fine structure spontaneously formed by atoms and molecules. . The nanostructure formed by self-assembly may be used as it is, or another material may be nano-processed using the generated nanostructure as a template (formwork).

そのような自己組織化によるナノ構造体の作製方法の1つとして、ナノサイズの細孔を有する構造体を、陽極酸化によって制御性よく作製する方法が挙げられる。例えば、金属アルミニウムを酸性電解質水溶液中で陽極酸化すると、ナノサイズの細孔を有する多孔質酸化膜を形成することができる。この陽極酸化によるアルミナの製造方法は古くから知られている。   One method for producing a nanostructure by such self-organization includes a method of producing a structure having nano-sized pores with good controllability by anodic oxidation. For example, when metallic aluminum is anodized in an acidic electrolyte aqueous solution, a porous oxide film having nano-sized pores can be formed. A method for producing alumina by this anodic oxidation has been known for a long time.

陽極酸化によって形成される多孔質アルミナ膜の特徴は、直径数十nm〜数百nmの微細な円柱状の細孔(ナノホール)が、数十nm〜数百nmの間隔で平行に配列するという特異な幾何学構造を有することである。   The characteristic of the porous alumina film formed by anodization is that fine cylindrical pores (nanoholes) with a diameter of several tens to several hundreds of nanometers are arranged in parallel at intervals of several tens to several hundreds of nanometers. It has a unique geometric structure.

近年、生成する細孔の配列の周期性をナノサイズの大きさで制御する試みがなされている。例えば、益田らは、バルクのアルミニウム基板(純度99.99%)を陽極酸化してナノホールを形成するに際し、ナノホール生成の開始点となるホールを、アルミニウム基板の表面に炭化シリコンの鋳型を用いた押圧によって予め形成しておくことで、良好なナノ周期を有する細孔を形成することができることを報告している(Appl.Phys.Lett.,71,p.2770-2772(1997))。   In recent years, attempts have been made to control the periodicity of the generated pore array with a nano-sized size. For example, Masuda et al. Used a silicon carbide mold on the surface of an aluminum substrate as the starting point for nanohole generation when anodizing a bulk aluminum substrate (purity 99.99%) to form nanoholes. It has been reported that pores having good nano-periods can be formed by pre-forming by pressing (Appl. Phys. Lett., 71, p. 2770-2772 (1997)).

また、陽極酸化アルミナのナノホールに金属を充填した例としては、Kornelius Nielshらが、バルクのアルミニウム基板を用いて形成したアルミナのナノホールに、電着法でニッケルを充填した例を報告している(Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.705(2002))。   As an example of filling anodized alumina nanoholes with metal, Kornelius Nielsh et al. Reported an example of filling alumina nanoholes formed using a bulk aluminum substrate with nickel by electrodeposition ( Mat.Res.Soc.Symp.Proc., Vol.705 (2002)).

一方、バルクのアルミニウム基板ではなく、導電性下地層の上に形成された金属アルミニウム層を陽極酸化すると、導電性下地層からアルミナが剥離するという問題点が知られている。   On the other hand, when a metal aluminum layer formed on a conductive underlayer, not a bulk aluminum substrate, is anodized, alumina is peeled off from the conductive underlayer.

例えば、表面に酸化シリコン層と酸化チタン層とが形成されたシリコン基板上に、下地導電層としての白金層(厚さ200nm)と、金属アルミニウム層(厚さ500nm)とをスパッタリング法によって積層して形成した試料を、0.25M シュウ酸溶液中で印加電圧(陽極酸化電圧)50Vにて0.5分間陽極酸化すると、金属アルミニウム層が白金層から剥離する現象が見られた。図12は、その剥離部分の光学顕微鏡による観察像である。これから、これから、金属アルミニウム層と白金層との接合面における密着性は極めて低く、陽極酸化プロセスで剥離してしまうので、信頼性の高いデバイスを作製することは困難であることがわかる。   For example, a platinum layer (thickness: 200 nm) as a base conductive layer and a metal aluminum layer (thickness: 500 nm) are stacked by a sputtering method on a silicon substrate having a silicon oxide layer and a titanium oxide layer formed on the surface. When the sample formed in this way was anodized in an 0.25 M oxalic acid solution at an applied voltage (anodic oxidation voltage) of 50 V for 0.5 minutes, a phenomenon that the metal aluminum layer peeled off from the platinum layer was observed. FIG. 12 is an observation image of the peeled portion with an optical microscope. From this, it can be seen that it is difficult to produce a highly reliable device because the adhesion at the joint surface between the metal aluminum layer and the platinum layer is extremely low and peels off in the anodizing process.

これに対して、後述の特許文献1において、導電性下地層の上に中間層と金属アルミニウム層とを積層して成膜した積層体を陽極酸化して、導電性下地層の上にアルミナのナノホール構造体を作製した例が、田らによって開示されている。   On the other hand, in Patent Document 1 to be described later, a laminate formed by laminating an intermediate layer and a metal aluminum layer on a conductive underlayer is anodized, and alumina is formed on the conductive underlayer. An example of producing a nanohole structure is disclosed by Tada et al.

この特許文献1では、導電性下地層として、銅、白金等の貴金属、それらの合金、あるいはグラファイトやシリコン等の半導体材料が用いられ、中間層としてTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、及びSiからなる群から選ばれた元素の単体或いは前記の群から選ばれた2種以上の元素を含む合金が用いられ、中間層が陽極酸化されて形成された中間酸化物層が、導電性下地層とアルミナ層との接合強度を高める働きがあることが報告されている。しかし、この方法は、中間層を形成する工程が必要になり、工程数が増加するデメリットがある。   In Patent Document 1, noble metals such as copper and platinum, alloys thereof, or semiconductor materials such as graphite and silicon are used as the conductive underlayer, and Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, and the like are used as the intermediate layer. A single element selected from the group consisting of W and Si, or an alloy containing two or more elements selected from the above group is used, and an intermediate oxide layer formed by anodizing the intermediate layer, It has been reported that there is a function of increasing the bonding strength between the conductive underlayer and the alumina layer. However, this method requires a step of forming an intermediate layer, and has a demerit that the number of steps increases.

上記の材料の組み合わせの中では、中間層としてTi、Hf、およびTaを用いた場合には、銅や貴金属等からなる導電性下地層とアルミナ層との間の密着性を改善することが可能であり、陽極酸化のプロセス中に、導電性下地層とアルミニウム層との間で剥離が発生することはなかった。   Among the combinations of the above materials, when Ti, Hf, and Ta are used as the intermediate layer, it is possible to improve the adhesion between the conductive underlayer made of copper, noble metal, or the like and the alumina layer. No peeling occurred between the conductive underlayer and the aluminum layer during the anodic oxidation process.

しかしながら、中間層として用いたTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、あるいはSiの各材料が陽極酸化のプロセス中に酸化されて絶縁物となり、銅や貴金属等からなる下地電極との間で良好な電気的接続を確保することが難しくなるという問題点が知られている。これら中間層の酸化物は、陽極酸化後にリン酸等の酸溶液で溶解除去することも困難である。このため、例えば電気メッキ法で金属をアルミナナノホールに充填すること等の後続の加工工程が困難になるという問題が発生する。   However, the Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, or Si materials used as the intermediate layer are oxidized during the anodizing process to become insulators, and the underlying electrode made of copper, noble metal, etc. There is a known problem that it is difficult to ensure a good electrical connection between them. These intermediate layer oxides are also difficult to dissolve and remove with an acid solution such as phosphoric acid after anodic oxidation. For this reason, the problem that subsequent processing steps, such as filling an alumina nanohole with a metal, for example by an electroplating method will become difficult will occur.

また、アルミナの多孔質酸化膜のナノホールに強誘電体や強磁性体を充填して大容量の記録媒体として利用することを目指す場合、次のような問題点がある。即ち、アルミニウム薄膜をスパッタリング法や蒸着法で成膜すると、表面に凹凸が形成されるため、そのアルミニウム薄膜を陽極酸化して得られるアルミナの表面にもそれに対応した凹凸が形成される。このため、細孔中に記録媒体材料を充填したアルミナの細孔構造体を記録媒体として利用しようとして、SPM(Scanning Probe Microscope)、近接場光、磁気ヘッド、半導体レーザー等を備えた光ピックアップ等のデバイスと組み合わせて記録再生を行おうとしても、凹凸が障害になり表面の正確なトレースが行えないため、安定した信号の授受を行うことが難しい。   Further, there are the following problems when aiming to use as a large-capacity recording medium by filling a nanohole of a porous oxide film of alumina with a ferroelectric material or a ferromagnetic material. That is, when an aluminum thin film is formed by sputtering or vapor deposition, irregularities are formed on the surface, so that corresponding irregularities are also formed on the surface of alumina obtained by anodizing the aluminum thin film. Therefore, an optical pickup equipped with an SPM (Scanning Probe Microscope), a near-field light, a magnetic head, a semiconductor laser, etc. in order to use an alumina pore structure filled with a recording medium material in the pores as a recording medium. Even when recording / reproduction is performed in combination with the above device, since unevenness becomes an obstacle and accurate surface tracing cannot be performed, it is difficult to exchange signals stably.

特開2003−25298号公報(第2−5頁、図1−3)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-25298 (page 2-5, FIG. 1-3)

本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、下地導電層との密着性に優れ、表面の平坦性が向上した細孔構造体及びその製造方法、その細孔構造体を用いたメモリ装置及びその製造方法、吸着量分析装置、並びに磁気記録媒体を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a pore structure excellent in adhesion to the underlying conductive layer and having improved surface flatness, a method for manufacturing the same, and a memory device using the pore structure. And a manufacturing method thereof, an adsorption amount analyzer, and a magnetic recording medium.

即ち、本発明は、アルミニウム−ハフニウム合金層が陽極酸化されて形成された複数の細孔の少なくとも一部が拡幅加工され、これによって形成された第2の細孔を有す第1の細孔構造体に係わり、また、アルミニウム−ハフニウム合金層に金属アルミニウム層が積層された積層体が陽極酸化されて形成された複数の細孔の少なくとも一部が拡幅加工され、これによって形成された第2の細孔を有す第2の細孔構造体に係わるものである。 That is, the present invention is an aluminum - hafnium alloy layer is at least a portion of the plurality of pores formed by anodized is widened processed, that having a second pore formed by this first At least a part of a plurality of pores formed by anodizing a laminated body in which a metal aluminum layer is laminated on an aluminum-hafnium alloy layer is processed to widen and formed. that having a second pore, but according to a second pore structure.

また、前記第1及び第2の細孔構造体の製造方法であって、それぞれ、前記アルミニウム−ハフニウム合金層の表面又は前記積層体の表面の所定位置に、予め前記陽極酸化の開始点を形成した後に、前記陽極酸化を行う細孔構造体の製造方法に係わり、また、第2の細孔構造体の製造方法であって、前記アルミニウム−ハフニウム合金層を前記陽極酸化する陽極酸化電圧が、前記金属アルミニウム層を前記陽極酸化する陽極酸化電圧よりも高くなるように設定する細孔構造体の製造方法に係わるものである。   Further, in the first and second fine pore structure manufacturing methods, the anodic oxidation start point is formed in advance at a predetermined position on the surface of the aluminum-hafnium alloy layer or the surface of the laminated body, respectively. Then, the present invention relates to a method for manufacturing a pore structure that performs anodization, and a second method for manufacturing a pore structure, in which an anodizing voltage for anodizing the aluminum-hafnium alloy layer is: The present invention relates to a method for manufacturing a pore structure in which the metal aluminum layer is set to be higher than the anodizing voltage for anodizing.

また、前記第1又は第2の細孔構造体の細孔内に、下部電極と、強誘電体材料又は抵抗変化材料からなる記憶層と、上部電極とからなる積層体からなる記憶素子が設けられてなるメモリ装置に係わり、また、前記記憶素子を選択するためのトランスファーゲート素子が基体上に形成され、このトランスファーゲート素子上に絶縁層を介して前記細孔構造体が形成され、前記記憶素子の前記下部電極と前記トランスファーゲートとが、前記絶縁層を貫通する導電性プラグによって電気的に接続されているメモリ装置に係わるものである。   In addition, a memory element made of a laminate composed of a lower electrode, a memory layer made of a ferroelectric material or a resistance change material, and an upper electrode is provided in the pores of the first or second pore structure. In addition, a transfer gate element for selecting the memory element is formed on a base, and the pore structure is formed on the transfer gate element via an insulating layer, and the memory The present invention relates to a memory device in which the lower electrode of the element and the transfer gate are electrically connected by a conductive plug penetrating the insulating layer.

また、前記メモリ装置の製造方法であって、
前記絶縁層の表面に、アルミニウム−ハフニウム合金層、又はアルミニウム−ハフニ ウム合金層と金属アルミニウム層との積層体を形成する工程と、
前記アルミニウム−ハフニウム合金層表面、または前記積層体表面の所定位置に陽極 酸化の開始点を形成する工程と、
前記陽極酸化を行う工程と、
前記陽極酸化によって形成した複数の細孔の少なくとも一部を拡幅加工して第2の細 孔を形成する工程
を行う、メモリ装置の製造方法に係わるものである。
A method for manufacturing the memory device,
Forming an aluminum-hafnium alloy layer or a laminate of an aluminum-hafnium alloy layer and a metal aluminum layer on the surface of the insulating layer;
Forming an anodic oxidation starting point at a predetermined position on the surface of the aluminum-hafnium alloy layer or the surface of the laminate;
Performing the anodization ;
Performing the step of forming the second pores by widening processing at least a portion of the plurality of pores formed by the anodization, those related to the manufacturing method of the memory device.

更に、前記第1又は第2の細孔構造体が水晶振動子の表面に形成され、特定の分子を吸着する有機材料層が前記細孔内に形成されている吸着量分析装置に係わり、また、反強磁性体層と軟磁性体層とアルミニウム−ハフニウム合金層とがこの順で積層された積層体を有し、前記アルミニウム−ハフニウム合金層の陽極酸化によって細孔構造が形成され、この細孔構造の細孔に強磁性体材料が充填されてなる、磁気記録媒体、及び反強磁性体層と軟磁性体層とアルミニウム−ハフニウム合金層とアルミニウム層とがこの順で積層された積層体を有し、前記アルミニウム−ハフニウム合金層と前記アルミニウム層との陽極酸化によって細孔構造が形成され、この細孔構造の細孔に強磁性体材料が充填されてなる、磁気記録媒体に係わるものである。   Further, the present invention relates to an adsorption amount analyzer in which the first or second pore structure is formed on the surface of a crystal resonator, and an organic material layer that adsorbs specific molecules is formed in the pores. And a laminated structure in which an antiferromagnetic material layer, a soft magnetic material layer, and an aluminum-hafnium alloy layer are laminated in this order, and a pore structure is formed by anodic oxidation of the aluminum-hafnium alloy layer. Magnetic recording medium in which pores having a pore structure are filled with a ferromagnetic material, and a laminate in which an antiferromagnetic material layer, a soft magnetic material layer, an aluminum-hafnium alloy layer, and an aluminum layer are laminated in this order Related to a magnetic recording medium in which a pore structure is formed by anodic oxidation of the aluminum-hafnium alloy layer and the aluminum layer, and the pores of the pore structure are filled with a ferromagnetic material Is

本発明によれば、前記アルミニウム−ハフニウム合金層、又は前記アルミニウム−ハフニウム合金層と金属アルミニウム層との積層体が陽極酸化され、前記第1及び第2の細孔構造体が形成される。前記アルミニウム−ハフニウム合金層、又は前記アルミニウム−ハフニウム合金層と前記金属アルミニウム層との前記積層体は、Pt、Ir、Pd、Rh、Au、Ag、Ru、Cu、及びNiからなる群から選ばれた金属元素の単体或いは前記の群から選ばれた2種以上の金属元素を含む合金との密着性に優れているので、これらの単体或いは合金を下地導電層とすれば、前記第1又は第2の細孔構造体と前記下地導電層との密着性が不足する問題点は解決される。   According to the present invention, the aluminum-hafnium alloy layer or the laminate of the aluminum-hafnium alloy layer and the metal aluminum layer is anodized to form the first and second pore structures. The aluminum-hafnium alloy layer or the laminate of the aluminum-hafnium alloy layer and the metal aluminum layer is selected from the group consisting of Pt, Ir, Pd, Rh, Au, Ag, Ru, Cu, and Ni. Since it is excellent in adhesiveness with a single metal element or an alloy containing two or more metal elements selected from the above group, if the single metal element or alloy is used as a base conductive layer, the first or second The problem of insufficient adhesion between the pore structure 2 and the underlying conductive layer is solved.

また、前記アルミニウム−ハフニウム合金層、又は前記アルミニウム−ハフニウム合金層と前記アルミニウム層との前記積層体は、表面の平坦性も金属アルミニウム単独層に比べ優れているので、この優れた平坦性が反映されて前記第1及び第2の細孔構造体の表面も平坦性に優れたものになる。この結果、例えば、前記第1又は第2の細孔構造体の細孔のペロブスカイト構造よりなる酸化物、強誘電材料、強磁性体材料、抵抗変化材料、相変化材料、蛍光体材料等の各種機能性材料を充填して、情報記録媒体等の機能性構造体を形成した場合、情報記録の安定した記録再生動作が可能になるなど、信頼性の高い、高性能の機能性構造体を形成することができる。
しかも、前記複数の細孔の少なくとも一部が拡幅加工されて第2の細孔が形成された細孔構造としているので、細孔内に形成することが難しい、より複雑な構成を有する材料、例えば、電極と各種機能性材料との積層体等を前記第2の細孔内に埋め込み、より多機能な細孔構造体を形成することができる。
Moreover, since the said aluminum-hafnium alloy layer or the said laminated body of the said aluminum-hafnium alloy layer and the said aluminum layer is also excellent in the flatness of a surface compared with a metal aluminum single layer, this outstanding flatness is reflected. Thus, the surfaces of the first and second pore structures are also excellent in flatness. As a result, for example, various oxides such as oxides, ferroelectric materials, ferromagnetic materials, resistance change materials, phase change materials, phosphor materials, etc., having the perovskite structure of the pores of the first or second pore structure. When a functional structure such as an information recording medium is formed by filling a functional material, a highly reliable and high-performance functional structure is formed, such as enabling stable recording and playback operations for information recording. can do.
In addition, since it has a pore structure in which at least some of the plurality of pores are widened to form second pores, a material having a more complicated configuration that is difficult to form in the pores, For example, a multi-functional pore structure can be formed by embedding a laminate of an electrode and various functional materials in the second pore.

また、本発明のメモリ装置、吸着量分析装置、並びに磁気記録媒体は、前記第1又は第2の細孔構造体によって要部が構成されているので、前記下地導電層との剥離や表面の平坦性が不足するという問題が生じることがなく、信頼性が格段に向上し、その機能が安定して発揮される。また、細孔構造を利用して、表面を深さ方向に活用することによって、大きな実効面積や表面の平坦性等を実現している。   In addition, since the main part of the memory device, the adsorption amount analysis device, and the magnetic recording medium of the present invention is constituted by the first or second pore structure, peeling from the underlying conductive layer or surface The problem of insufficient flatness does not occur, the reliability is remarkably improved, and the function is stably exhibited. Further, by utilizing the surface in the depth direction by utilizing the pore structure, a large effective area, surface flatness, and the like are realized.

即ち、本発明のメモリ装置によれば、前記第1又は第2の細孔構造体の細孔内に、下部電極と、強誘電体材料又は抵抗変化材料からなる記憶層と、上部電極とからなる積層体からなる記憶素子が埋め込まれて設けられているので、実効面積の大きな強誘電体素子あるいは抵抗変化素子からなる記憶素子を形成でき、面密度の大きい、大容量の半導体メモリの作製が可能になる。また、記憶素子の埋め込みによって表面が平坦になるので、配線等が形成しやすくなる。   That is, according to the memory device of the present invention, the lower electrode, the memory layer made of the ferroelectric material or the resistance change material, and the upper electrode are disposed in the pores of the first or second pore structure. Since a memory element made of a laminated body is embedded and provided, a memory element made of a ferroelectric element or a resistance change element having a large effective area can be formed, and a semiconductor memory having a large surface density and a large capacity can be manufactured. It becomes possible. In addition, since the surface is flattened by embedding the memory element, wiring and the like are easily formed.

また、本発明の吸着量分析装置によれば、前記第1又は第2の細孔構造体の細孔の内壁表面に特定の分子を吸着する有機材料層が形成されているので、多孔質構造の特徴である大きな表面積を利用して、高感度の吸着量分析装置を実現することができる。   Moreover, according to the adsorption amount analyzer of the present invention, the organic material layer that adsorbs specific molecules is formed on the inner wall surfaces of the pores of the first or second pore structure, so that the porous structure A high-sensitivity adsorption amount analyzer can be realized by utilizing the large surface area that is a feature of the above.

また、本発明の磁気記録媒体によれば、垂直磁気記録用媒体とすることができ、面密度の大きい、大容量の磁気記録媒体の製造が可能になる。また、磁性体が前記細孔構造に埋め込まれて平坦な表面が形成されるので、磁気ヘッド等による走査が容易になる。   Further, according to the magnetic recording medium of the present invention, a perpendicular magnetic recording medium can be obtained, and a large-capacity magnetic recording medium having a high surface density can be manufactured. In addition, since the magnetic material is embedded in the pore structure to form a flat surface, scanning with a magnetic head or the like is facilitated.

また、本発明の第1及び第2の細孔構造体の製造方法によれば、それぞれ、前記アルミニウム−ハフニウム合金の表面又は前記積層体の表面の所定位置に、予め前記陽極酸化の開始点を形成する工程を行うので、前記細孔を形成する位置を確実に制御できる。この工程は、本発明のメモリ装置の製造方法においても必須の工程であり、既に形成されている前記導電性プラグの上部の位置に前記細孔を形成し、前記導電性プラグとの電気的接続を形成しながら前記記憶素子を形成することを可能にする。   According to the first and second pore structure manufacturing methods of the present invention, the starting point of the anodization is set in advance at a predetermined position on the surface of the aluminum-hafnium alloy or the surface of the laminate. Since the forming step is performed, the position where the pores are formed can be reliably controlled. This step is also an essential step in the method of manufacturing the memory device according to the present invention, and the pores are formed at positions above the conductive plugs already formed, and are electrically connected to the conductive plugs. It is possible to form the memory element while forming the substrate.

また、第2の細孔構造体の製造方法によれば、前記アルミニウム−ハフニウム合金層を陽極酸化する陽極酸化電圧を、前記アルミニウム層を陽極酸化する陽極酸化電圧よりも高く設定するので、各層をそれぞれの酸化されやすさに応じて最適の陽極酸化電圧で酸化することができ、いずれの層においても良好な前記細孔構造を形成することができる。   Further, according to the second method for producing a pore structure, the anodizing voltage for anodizing the aluminum-hafnium alloy layer is set higher than the anodizing voltage for anodizing the aluminum layer. Oxidation can be performed at an optimum anodic oxidation voltage depending on the degree of easy oxidation, and a good pore structure can be formed in any layer.

本発明の細孔構造体は、前記複数の細孔の少なくとも一部が拡幅加工されて第2の細孔が形成された細孔構造であるが、前記細孔の拡幅加工は、酸の水溶液を用いたエッチングによって行うのがよい。 Pore structure of the present invention, wherein at least a portion of the plurality of pores is the pore structure in which the second pores are formed by widening process, widening the processing of the pores, an aqueous solution of acid It is good to carry out by etching using.

また、下地導電層上に前記細孔が形成され、前記下地導電層がPt、Ir、Pd、Rh、Au、Ag、Ru、Cu、及びNiからなる群から選ばれた金属元素の単体或いは前記群から選ばれた2種以上の金属元素を含む合金からなるのがよい。前記アルミニウム−ハフニウム合金層は、これらの単体或いは合金との密着性に優れているので、陽極酸化に伴う剥離等は起こらない。前記下地導電層は、電着によって前記細孔内に材料を充填したり、前記細孔内に形成された記憶層への情報の書き込みや読み出し操作を行ったりするための電極等として活用される。   In addition, the pores are formed on a base conductive layer, and the base conductive layer is a single element of a metal element selected from the group consisting of Pt, Ir, Pd, Rh, Au, Ag, Ru, Cu, and Ni, or It is good to consist of an alloy containing 2 or more types of metal elements chosen from the group. Since the aluminum-hafnium alloy layer is excellent in adhesion to these simple substances or alloys, peeling or the like due to anodization does not occur. The base conductive layer is used as an electrode or the like for filling the pores with a material by electrodeposition or for writing / reading information to / from a memory layer formed in the pores. .

また、前記アルミニウム−ハフニウム合金層におけるハフニウムの含有率が1〜30at%(原子数百分率)であるのがよく、5at%以上であるのがより好ましい。ハフニウムの含有率が大きいほど、前記合金層の表面の平坦性は高くなり、この効果は、ハフニウムの含有率が5at%以上である場合に著しい。しかし、ハフニウムの含有率を30at%より高めても、コスト高になる一方、平坦性向上の効果は少なく、細孔構造体の形成にも不都合が生じる。   Further, the content of hafnium in the aluminum-hafnium alloy layer is preferably 1 to 30 at% (atomic percentage), and more preferably 5 at% or more. The higher the hafnium content, the higher the flatness of the surface of the alloy layer, and this effect is remarkable when the hafnium content is 5 at% or more. However, even if the content of hafnium is increased from 30 at%, the cost is increased, but the effect of improving the flatness is small and inconvenience occurs in the formation of the pore structure.

また、前記細孔の少なくとも一部に、ぺロブスカイト構造よりなる酸化物、強誘電体材料、強磁性体材料、抵抗変化材料、相変化材料、及び蛍光材料のいずれかの材料が充填されているのがよい。これにより、種々の機能を有する細孔構造体を形成することができる。例えば、強誘電体材料はキャパシタやメモリ等の作製に、強磁性体材料は磁気メモリ等の作製に、抵抗変化材料はメモリ等の作製に、相変化材料は書き込み可能なDVD(Digital Versatile Disc)等の作製に、蛍光材料は発光デバイス等の作製に用いることができる。   In addition, at least a part of the pores is filled with one of an oxide having a perovskite structure, a ferroelectric material, a ferromagnetic material, a resistance change material, a phase change material, and a fluorescent material. It is good. Thereby, a pore structure having various functions can be formed. For example, a ferroelectric material is used for manufacturing capacitors and memories, a ferromagnetic material is used for manufacturing magnetic memories, a resistance change material is used for manufacturing memories, and a phase change material is a writable DVD (Digital Versatile Disc). The fluorescent material can be used for manufacturing a light emitting device or the like.

この際、表面の平坦性を向上させて性能を向上させるために、充填された前記材料の表面が化学的機械研磨法(CMP:Chemical Mechanical Polishing)によって研摩されているのがよい。   At this time, in order to improve the performance by improving the flatness of the surface, it is preferable that the surface of the filled material is polished by chemical mechanical polishing (CMP).

本発明の細孔構造体の製造方法において、前記陽極酸化の前記開始点を形成する手段としては、特に限定されるものではなく、表面の所定位置を陽極酸化反応に対して活性化することができる方法なら何でもよい。例えば、リソグラフィー法とエッチング法によって小孔を形成する方法や、シリコン基板上に形成した多結晶炭化シリコン又は単結晶サファイア等を加工して得られる押圧手段を表面に強く押し付け小孔を形成する方法等を挙げることができる。   In the method for producing a pore structure of the present invention, the means for forming the starting point of the anodic oxidation is not particularly limited, and it is possible to activate a predetermined position on the surface for the anodic oxidation reaction. Any method is possible. For example, a method of forming a small hole by lithography and etching, or a method of forming a small hole by strongly pressing a pressing means obtained by processing polycrystalline silicon carbide or single crystal sapphire formed on a silicon substrate on the surface Etc.

また、前記細孔に機能性材料を充填する方法は、特に限定されるものではないが、次の例を挙げることができる。電着法によれば、金属材料を充填することができ、これは磁性体の充填に好適である。有機金属溶液をディッピング法又はスピンコート法によって前記細孔に充填し、この有機金属溶液を熱処理して酸化物層を前記細孔内に形成することができ、これは強誘電体材料や抵抗変化材料や蛍光体材料の充填に好適である。MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によって前記細孔に酸化物を充填することができ、これは強誘電体材料や抵抗変化材料の充填に好適である。スパッタリング法によって前記細孔に相変化材料を充填するのがよい。   The method for filling the pores with the functional material is not particularly limited, but the following examples can be given. According to the electrodeposition method, the metal material can be filled, which is suitable for filling the magnetic material. An organic metal solution can be filled into the pores by dipping or spin coating, and the organic metal solution can be heat-treated to form an oxide layer in the pores. Suitable for filling materials and phosphor materials. The pores can be filled with an oxide by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), which is suitable for filling a ferroelectric material or a resistance change material. The pores are preferably filled with a phase change material by sputtering.

また、前記細孔の少なくとも一部に、ぺロブスカイト構造よりなる酸化物、強誘電体材料、強磁性体材料、抵抗変化材料、相変化材料、及び蛍光体材料のいずれかの材料のナノ粒子が充填されているのがよい。ナノ粒子であれば、例えば分散液の状態で前記細孔内に充填できるメリットがある一方、既に必要な機能を有する材料として導入でき、充填後の熱処理等が不要になり、基板等への負担が小さくなるメリットもある。また、ナノ粒子には、その大きさに起因する特殊な物性を示すものがあり、そのような特殊な物性を利用できるメリットもある。   In addition, nanoparticles of any one of oxides, ferroelectric materials, ferromagnetic materials, resistance change materials, phase change materials, and phosphor materials having a perovskite structure are formed in at least a part of the pores. It should be filled. Nanoparticles, for example, have the merit of being able to fill the pores in the state of a dispersion, for example, but can be introduced as a material that already has the necessary functions, eliminating the need for heat treatment after filling and the burden on the substrate, etc. There is also an advantage that becomes smaller. In addition, some nanoparticles exhibit special physical properties due to their size, and there is an advantage that such special physical properties can be used.

また、本発明のメモリ装置において、前記陽極酸化によって形成した細孔を拡幅加工して第2の細孔を形成し、この第2の細孔内に前記記憶素子を設けるのがよい。また、前記第2の細孔とは別の位置に形成された前記細孔内に埋め込まれた導電体が、前記トランスファーゲートの引き出し電極を形成するのがよい。   In the memory device of the present invention, it is preferable that the pores formed by the anodic oxidation are widened to form second pores, and the storage element is provided in the second pores. Further, it is preferable that a conductor embedded in the pore formed at a position different from the second pore forms an extraction electrode of the transfer gate.

また、本発明のメモリ装置の作製に際して、予め、リソグラフィー法とエッチング法とにより、前記陽極酸化の開始点を形成するのがよい。或いは、シリコン基板に形成した多結晶炭化シリコン又は単結晶サファイア等を加工して得られた押圧手段を、前記表面に押し付けることで、前記陽極酸化の開始点を形成するのもよい。前記陽極酸化開始点は、前記記憶素子、及び前記トランスファーゲートの引き出し電極を形成する位置にのみ形成するのがよい。   Further, when the memory device of the present invention is manufactured, it is preferable to form the starting point of the anodic oxidation in advance by a lithography method and an etching method. Alternatively, the starting point of the anodic oxidation may be formed by pressing a pressing means obtained by processing polycrystalline silicon carbide or single crystal sapphire formed on a silicon substrate against the surface. The anodic oxidation start point is preferably formed only at a position where the storage element and the extraction electrode of the transfer gate are formed.

また、本発明の磁気記憶媒体において、拡幅加工されてなる前記第2の細孔に前記強磁性体材料が充填されているのがよい。   In the magnetic storage medium of the present invention, it is preferable that the second pore formed by widening is filled with the ferromagnetic material.

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施の形態1
図1は、本発明の実施の形態1に基づき、細孔構造体としてナノホール構造体を作製する工程を示す概略断面図である。
Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a process of producing a nanohole structure as a pore structure based on Embodiment 1 of the present invention.

まず、図1(a)に示すように、基板1の上に、スパッタリング法等により下地導電層2とアルミニウム−ハフニウム(Al−Hf)合金層3とを積層して形成する。下地導電層2の膜厚は100nm程度、Al−Hf合金層3の膜厚は30〜500nm程度である。下地導電層2は、Pt、Ir、Pd、Rh、Au、Ag、Ru、Cu、及びNiからなる群から選ばれた金属元素の単体或いは前記の群から選ばれた2種以上の金属元素を含む合金とするのがよい。これらは、Al−Hf合金層3に対する密着性が良いからである。基板1の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン、硬質ガラス、金属アルミニウムおよびサファイア等が好適である。   First, as shown in FIG. 1A, a base conductive layer 2 and an aluminum-hafnium (Al—Hf) alloy layer 3 are laminated on a substrate 1 by sputtering or the like. The film thickness of the underlying conductive layer 2 is about 100 nm, and the film thickness of the Al—Hf alloy layer 3 is about 30 to 500 nm. The underlying conductive layer 2 is composed of a single metal element selected from the group consisting of Pt, Ir, Pd, Rh, Au, Ag, Ru, Cu, and Ni, or two or more metal elements selected from the above group. It is good to use an alloy. This is because the adhesion to the Al—Hf alloy layer 3 is good. Although the material of the board | substrate 1 is not specifically limited, For example, a silicon | silicone, hard glass, metal aluminum, sapphire, etc. are suitable.

次に、図1(b)に示すように、Al−Hf合金層3を液温1〜30℃、濃度0.1〜1.5Mの酸水溶液中で印加電圧(陽極酸化電圧)5〜150Vにて陽極酸化して、Al−Hf合金層3をAl−Hf酸化物層5に変え、孔径1〜300nmのナノホール8を有するナノホール構造体を形成する。ここで用いる酸水溶液は、シュウ酸、リン酸、又は硫酸の水溶液がよい。   Next, as shown in FIG. 1B, the Al—Hf alloy layer 3 is applied to an applied voltage (anodic oxidation voltage) of 5 to 150 V in an acid aqueous solution having a liquid temperature of 1 to 30 ° C. and a concentration of 0.1 to 1.5 M. The Al—Hf alloy layer 3 is changed to the Al—Hf oxide layer 5 to form a nanohole structure having nanoholes 8 having a pore diameter of 1 to 300 nm. The acid aqueous solution used here is preferably an aqueous solution of oxalic acid, phosphoric acid, or sulfuric acid.

次に、このナノホール構造体を3〜30質量%の酸水溶液中でエッチング処理することによってナノホール8を拡幅加工し、図1(c)に示すように、第2の細孔として、下地電極まで貫通した、孔径5〜500nmのナノホール9を形成する。ここで用いる酸水溶液は、シュウ酸、リン酸、又は硫酸の水溶液がよい。また、ナノホール9の形状は問わず、円柱でも、四角柱でも、三角柱でもよい。   Next, the nanohole 8 is widened by etching the nanohole structure in an acid solution of 3 to 30% by mass, and as shown in FIG. Penetrating nanoholes 9 having a pore diameter of 5 to 500 nm are formed. The acid aqueous solution used here is preferably an aqueous solution of oxalic acid, phosphoric acid, or sulfuric acid. The shape of the nanohole 9 is not limited, and may be a cylinder, a quadrangular prism, or a triangular prism.

この拡幅加工により、ナノホール8の中に単一の材料を充填するばかりでなく、ナノホール9の中により複雑な構成をもつ構造を埋め込み、より多機能なナノホール構造体を形成することができるようになる。   By this widening process, not only can a single material be filled in the nanohole 8, but also a structure having a more complicated configuration can be embedded in the nanohole 9 to form a more multifunctional nanohole structure. Become.

次に、図1(d)に示すように、ナノホール9中に、ぺロブスカイト構造よりなる酸化物、強誘電体材料、強磁性体材料、抵抗変化材料、相変化材料、及び蛍光体材料等の機能性材料10を充填することによって、種々の機能を有するナノホール構造体を作製することができる。   Next, as shown in FIG. 1D, in the nanohole 9, an oxide having a perovskite structure, a ferroelectric material, a ferromagnetic material, a resistance change material, a phase change material, a phosphor material, etc. By filling the functional material 10, nanohole structures having various functions can be produced.

図2は、本発明の実施の形態1に基づく、ナノホール構造体の他の作製工程を示す概略断面図である。図1に示した作製工程と異なる点は、Al−Hf合金層3の表面の所定位置に予め陽極酸化の開始点を形成した後に、陽極酸化を行うことである。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another manufacturing process of the nanohole structure according to the first embodiment of the present invention. The difference from the manufacturing process shown in FIG. 1 is that an anodic oxidation start point is formed in advance at a predetermined position on the surface of the Al—Hf alloy layer 3 and then anodic oxidation is performed.

即ち、図2(a)に示すように、基板1の上に、スパッタリング法等により下地導電層2とAl−Hf合金層3とを積層して形成した後、図2(b)に示すように、Al−Hf合金層3の表面の所定位置に、陽極酸化の開始点7を形成する。開始点7の形成方法は特に限定されるものではなく、Al−Hf合金層3の表面の所定位置を陽極酸化に対して活性化できる方法なら何でもよいが、リソグラフィー法とエッチング法によって開始点7を形成する方法や、シリコン基板上に形成した多結晶炭化シリコン又は単結晶サファイア等を加工して得られた押圧手段をAl−Hf合金層3の表面に強く押し付ける方法等を挙げることができる。   That is, as shown in FIG. 2A, after the base conductive layer 2 and the Al—Hf alloy layer 3 are formed on the substrate 1 by a sputtering method or the like, as shown in FIG. Then, an anodic oxidation start point 7 is formed at a predetermined position on the surface of the Al—Hf alloy layer 3. The formation method of the starting point 7 is not particularly limited, and any method can be used as long as the predetermined position on the surface of the Al—Hf alloy layer 3 can be activated against anodic oxidation, but the starting point 7 can be determined by a lithography method and an etching method. And a pressing method obtained by processing polycrystalline silicon carbide or single crystal sapphire formed on a silicon substrate is strongly pressed against the surface of the Al—Hf alloy layer 3.

この後の工程は図1(b)〜(d)に示したものと同様で、図2(c)に示すように、Al−Hf合金層3を陽極酸化してナノホール8を有するナノ構造体を形成し、図2(d)に示すように、ナノホール8を拡幅加工してナノホール9を形成し、図2(e)に示すように、ナノホール9の中に機能性材料10を充填することによって、種々の機能を有するナノホール構造体を作製する。   The subsequent steps are the same as those shown in FIGS. 1B to 1D, and as shown in FIG. 2C, a nanostructure having nanoholes 8 by anodizing the Al—Hf alloy layer 3. As shown in FIG. 2D, the nanoholes 8 are widened to form nanoholes 9, and the functional material 10 is filled into the nanoholes 9 as shown in FIG. Thus, nanohole structures having various functions are produced.

図3は、金属アルミニウム層に対するアルミニウム−ハフニウム合金層3の1つの優位性を明らかにするために、シリコン基板上にスパッタリング法によって成膜したアルミニウム薄膜とアルミニウム−ハフニウム合金薄膜との表面の平坦性を、原子間力顕微鏡AFM(Atomic Force Microscope)測定で比較した結果である。   FIG. 3 shows the flatness of the surfaces of an aluminum thin film and an aluminum-hafnium alloy thin film formed on a silicon substrate by sputtering to clarify one advantage of the aluminum-hafnium alloy layer 3 over the metal aluminum layer. Is a result of comparison by atomic force microscope (AFM) measurement.

図3(a)は、純Al薄膜の場合、図3(b)は、5.5at%(原子数百分率)のHfを含むAl−Hf合金薄膜の場合、図3(c)は、10.7at%(原子数百分率)のHfを含むAl−Hf合金薄膜の場合である。図3には、AFM観察像と共に、平均線からの偏差の2乗平均の平方根である自乗平均平方根粗さRMSと、基準区間における最低谷底から最高山頂までの最大高さRmaxを示した。   3A is a pure Al thin film, FIG. 3B is an Al—Hf alloy thin film containing 5.5 at% (a few percentage of atoms) of Hf, and FIG. This is a case of an Al—Hf alloy thin film containing 7 at% (a few hundred percent) of Hf. FIG. 3 shows the root mean square roughness RMS, which is the square root of the mean square of the deviation from the mean line, and the maximum height Rmax from the lowest valley to the highest peak in the reference section together with the AFM observation image.

AFM観察像、RMS、及びRmaxのいずれからも、Hfの添加量が多いほど、表面の平坦性が向上していることがわかる。また、図示省略した実験結果から、Hfの添加量が5at%以上であると、表面の平坦性を改善する効果が著しいことがわかった。また、この実験からは下地層との密着性に関する定量的なデータは得られなかったが、粘着テープを貼り付けて機械的に剥がす方法で密着性を試験したところ、Hfを添加した膜は基板からの剥離が発生しなかったことから、密着性に関してもHfの添加量が5at%以上であると、改善効果が著しくなると推測される。   It can be seen from the AFM observation image, RMS, and Rmax that the flatness of the surface is improved as the amount of Hf added is increased. Also, from the experimental results not shown, it was found that the effect of improving the flatness of the surface was remarkable when the amount of Hf added was 5 at% or more. In addition, quantitative data on the adhesion with the underlying layer could not be obtained from this experiment, but when adhesion was tested by a method in which an adhesive tape was applied and mechanically removed, the film added with Hf was a substrate. From the fact that no peeling occurred, the improvement effect is presumed to be remarkable when the amount of Hf added is 5 at% or more in terms of adhesion.

なお、上記の実験の成膜条件は全てのサンプルで同じであり、到達真空度5×10-7Torr、反応ガス(Ar)圧5mTorr、RF(Radio Frequency)入力パワー300Wであり、膜厚は500nmである。 The film formation conditions in the above experiment are the same for all samples, the ultimate vacuum is 5 × 10 −7 Torr, the reaction gas (Ar) pressure is 5 mTorr, the RF (Radio Frequency) input power is 300 W, and the film thickness is 500 nm.

上記のように、Al−Hf合金層3は表面の平坦性に優れているため、Al−Hf合金層3を陽極酸化して得られるナノホール構造体も表面の平坦性に優れたものとなる。この結果、このナノホールにぺロブスカイト構造よりなる酸化物、強誘電体材料、強磁性体材料、抵抗変化材料、相変化材料、蛍光体材料等が充填されて形成された情報記録媒体等も表面の平坦性に優れたものになり、このような情報記録媒体では、安定した記録再生動作を行うことができる。   As described above, since the Al—Hf alloy layer 3 has excellent surface flatness, the nanohole structure obtained by anodizing the Al—Hf alloy layer 3 also has excellent surface flatness. As a result, the information recording medium formed by filling the nanohole with an oxide having a perovskite structure, a ferroelectric material, a ferromagnetic material, a resistance change material, a phase change material, a phosphor material, etc. Such an information recording medium is excellent in flatness, and a stable recording / reproducing operation can be performed.

また、Al−Hf合金層3を用いると、Pt、Ir、Pd、Rh、Au、Ag、Ru、Cu、及びNiからなる群から選ばれた金属元素の単体或いは前記の群から選ばれた2種以上の金属元素を含む合金からなる下地導電層2との密着性が改善される。このため、Al−Hf合金層3を下地導電層2の上に形成した場合、陽極酸化に際して、Al−Hf合金層3がAl−Hf酸化物層5に変化することに伴う体積変化によって発生する応力によって膜剥がれが生じることがなく、デバイスの信頼性が格段に向上する。   Further, when the Al—Hf alloy layer 3 is used, a single metal element selected from the group consisting of Pt, Ir, Pd, Rh, Au, Ag, Ru, Cu, and Ni, or 2 selected from the above group. Adhesion with the underlying conductive layer 2 made of an alloy containing at least a seed metal element is improved. For this reason, when the Al—Hf alloy layer 3 is formed on the underlying conductive layer 2, the anodic oxidation occurs due to a volume change accompanying the change of the Al—Hf alloy layer 3 to the Al—Hf oxide layer 5. The film does not peel off due to stress, and the reliability of the device is remarkably improved.

図4は、ナノ微粒子で充填されたナノホール9の概略断面図である。ナノ微粒子は、実施例13と14で後述するように、分散液の状態でナノホール9に導入した後、ナノホール9から溶媒を蒸発させることで、図4に示すようにナノホール9に密に充填することができる。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the nanohole 9 filled with nanoparticles. As will be described later in Examples 13 and 14, the nanoparticles are introduced into the nanoholes 9 in the form of a dispersion, and then the solvent is evaporated from the nanoholes 9 so that the nanoholes 9 are closely packed as shown in FIG. be able to.

実施の形態2
図5は、本発明の実施の形態2に基づき、細孔構造体としてナノホール構造体を作製する工程を示す概略断面図である。実施の形態1と異なる点は、アルミニウム−ハフニウム(Al−Hf)合金層3を単独で用いる代わりに、金属アルミニウム(Al)層4との積層体(Al−Hf/Al)層として用いる点である。上記の点を除けば、工程及びその特徴は実施の形態1と同様であるので、相違点に重点を置いて説明する。
Embodiment 2
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a process of producing a nanohole structure as a pore structure based on Embodiment 2 of the present invention. The difference from the first embodiment is that the aluminum-hafnium (Al-Hf) alloy layer 3 is used as a laminate (Al-Hf / Al) layer with a metal aluminum (Al) layer 4 instead of using the aluminum-hafnium (Al-Hf) alloy layer 3 alone. is there. Except for the above points, the process and its features are the same as those of the first embodiment, and therefore, description will be given with emphasis on the differences.

まず、図5(a)に示すように、基板1の上に、スパッタリング法等により下地導電層2とアルミニウム−ハフニウム(Al−Hf)合金層3と金属アルミニウム(Al)層4とを積層して形成する。下地導電層2は、Pt、Ir、Pd、Rh、Au、Ag、Ru、Cu、及びNiからなる群から選ばれた金属元素の単体或いは前記の群から選ばれた2種以上の金属元素を含む合金とするのがよい。   First, as shown in FIG. 5A, a base conductive layer 2, an aluminum-hafnium (Al-Hf) alloy layer 3, and a metal aluminum (Al) layer 4 are laminated on a substrate 1 by sputtering or the like. Form. The underlying conductive layer 2 is composed of a single metal element selected from the group consisting of Pt, Ir, Pd, Rh, Au, Ag, Ru, Cu, and Ni, or two or more metal elements selected from the above group. It is good to use an alloy.

次に、図5(b)に示すように、Al−Hf合金層3とAl層4とを液温1〜30℃、濃度0.1〜1.5Mの酸水溶液中で印加電圧5〜150Vにて陽極酸化して、Al−Hf合金層3とAl層4とを、それぞれ、Al−Hf酸化物層5とアルミナ層6に変え、孔径1〜300nmのナノホール8を有するナノ構造体を形成する。ここで用いる酸水溶液は、シュウ酸、リン酸、又は硫酸の水溶液であるのがよい。   Next, as shown in FIG. 5B, the Al—Hf alloy layer 3 and the Al layer 4 are applied with an applied voltage of 5 to 150 V in an acid aqueous solution having a liquid temperature of 1 to 30 ° C. and a concentration of 0.1 to 1.5 M. And an Al—Hf alloy layer 3 and an Al layer 4 are replaced with an Al—Hf oxide layer 5 and an alumina layer 6 to form nanostructures having nanoholes 8 having a pore diameter of 1 to 300 nm, respectively. To do. The aqueous acid solution used here may be an aqueous solution of oxalic acid, phosphoric acid, or sulfuric acid.

この際、Al層4とAl−Hf合金層3とでは、陽極酸化によりナノホールが形成される最適電圧が異なるので、陽極酸化プロセスで印加する電圧は、Al層4とAl−Hf合金層3とで異なる値を選択することもある。例えばAl層4の陽極酸化電圧V1 が5〜100Vである時、Al−Hf合金層3の陽極酸化電圧V2 は30〜150Vとし、V1 ≦V2の関係が成立することが望ましい。 At this time, the Al layer 4 and the Al—Hf alloy layer 3 have different optimum voltages at which nanoholes are formed by anodic oxidation. Therefore, the voltage applied in the anodic oxidation process is different between the Al layer 4 and the Al—Hf alloy layer 3. You may select a different value with. For example, when the anodic oxidation voltage V 1 of the Al layer 4 is 5 to 100 V, it is desirable that the anodic oxidation voltage V 2 of the Al—Hf alloy layer 3 is 30 to 150 V and the relationship of V 1 ≦ V 2 is satisfied.

次に、このナノ構造体を3〜30質量%の酸水溶液中でエッチング処理することによってナノホール8を拡幅加工し、図5(c)に示すように、第2の細孔として、下地電極まで貫通した孔径5〜500nmのナノホール9を形成する。ここで用いる酸水溶液は、シュウ酸、リン酸、又は硫酸の水溶液であるのがよい。   Next, this nanostructure is etched in a 3 to 30% by mass acid aqueous solution to widen the nanoholes 8 and, as shown in FIG. A nanohole 9 having a through hole diameter of 5 to 500 nm is formed. The aqueous acid solution used here may be an aqueous solution of oxalic acid, phosphoric acid, or sulfuric acid.

次に、図5(d)に示すように、ナノホール9の中に、ぺロブスカイト構造よりなる酸化物、強誘電体材料、強磁性体材料、抵抗変化材料、相変化材料および蛍光体材料等の機能性材料10を充填することにより、種々の機能を有するナノホール構造体を作製する。   Next, as shown in FIG. 5 (d), in the nanohole 9, an oxide having a perovskite structure, a ferroelectric material, a ferromagnetic material, a resistance change material, a phase change material, a phosphor material, etc. By filling the functional material 10, nanohole structures having various functions are produced.

図6は、本発明の実施の形態2に基づく、ナノホール構造体の他の作製工程を示す概略断面図である。図5に示した作製工程と異なる点は、Al−Hf合金層3とAl層4との積層体の表面の所定位置に予め陽極酸化の開始点を形成した後に、陽極酸化を行うことである。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another manufacturing process of the nanohole structure according to the second embodiment of the present invention. The difference from the manufacturing process shown in FIG. 5 is that an anodic oxidation start point is formed in advance at a predetermined position on the surface of the laminate of the Al—Hf alloy layer 3 and the Al layer 4 and then anodization is performed. .

即ち、図6(a)に示すように、基板1の上に、スパッタリング法等により下地導電層2とAl−Hf合金層3とAl層4とを積層して形成した後、図6(b)に示すように、Al層4の表面の所定位置に、陽極酸化の開始点7を形成する。開始点7の形成方法は特に限定されるものではなく、Al層4の表面の所定位置を陽極酸化に対して活性化できる方法なら何でもよく、リソグラフィー法とエッチング法によって形成する方法や、シリコン基板上に形成した多結晶炭化シリコン又は単結晶サファイア等を加工して得られた押圧手段をAl層4の表面に強く押し付ける方法等を挙げることができる。   That is, as shown in FIG. 6A, after the base conductive layer 2, the Al—Hf alloy layer 3, and the Al layer 4 are formed on the substrate 1 by sputtering or the like, ), An anodic oxidation start point 7 is formed at a predetermined position on the surface of the Al layer 4. The formation method of the starting point 7 is not particularly limited, and any method can be used as long as the predetermined position on the surface of the Al layer 4 can be activated against anodization. A method of forming by a lithography method and an etching method, a silicon substrate, Examples thereof include a method in which pressing means obtained by processing polycrystalline silicon carbide or single crystal sapphire formed above is strongly pressed against the surface of the Al layer 4.

この後の工程は図5(b)〜(d)に示したものと同様である。   Subsequent steps are the same as those shown in FIGS.

本実施の形態では、Al−Hf合金層3の厚さ(例えば、20μm)は、Al層4との積層体全体の厚さ(例えば、200μm)の10分の1から5分の1程度でよい。このように薄くとも、Al−Hf合金層3単独の場合と同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the thickness (for example, 20 μm) of the Al—Hf alloy layer 3 is about 1/10 to 1/5 of the thickness (for example, 200 μm) of the entire laminate with the Al layer 4. Good. Even if it is thin like this, the same effect as in the case of the Al—Hf alloy layer 3 alone can be obtained.

即ち、Al−Hf合金層3の上にAl層4を成膜して得られるAl−Hf合金層3/Al層4の積層体では、Al−Hf合金層3が表面(Al層4との界面)の平坦性に優れているため、それを反映してAl層4も表面の平坦性に優れたものとなり、積層体を陽極酸化して得られるナノホール構造体も表面の平坦性に優れたものとなる。この結果、このナノホールにぺロブスカイト構造よりなる酸化物、強誘電体材料、強磁性体材料、抵抗変化材料、相変化材料、蛍光体材料等が充填されて形成された情報記録媒体等も、表面の平坦性に優れたものになり、このような情報記録媒体では、安定した記録再生動作を行うことができる。   That is, in the laminate of Al—Hf alloy layer 3 / Al layer 4 obtained by forming the Al layer 4 on the Al—Hf alloy layer 3, the Al—Hf alloy layer 3 is on the surface (with the Al layer 4). Reflecting this, the Al layer 4 also has excellent surface flatness, and the nanohole structure obtained by anodizing the laminate also has excellent surface flatness. It will be a thing. As a result, the information recording medium formed by filling the nanohole with an oxide having a perovskite structure, a ferroelectric material, a ferromagnetic material, a resistance change material, a phase change material, a phosphor material, etc. In such an information recording medium, a stable recording / reproducing operation can be performed.

また、Al−Hf合金層3/Al層4の積層体を用いると、Pt、Ir、Pd、Rh、Au、Ag、Ru、Cu、及びNiからなる群から選ばれた金属元素の単体或いは前記の群から選ばれた2種以上の金属元素を含む合金からなる下地導電層2と接するのはAl−Hf合金層3であるから、Al−Hf合金層3単独の場合と同様、下地導電層2との密着性が改善される。このため、Al−Hf合金層3/Al層4の積層体を下地導電層2の上に形成した場合、陽極酸化に際して、Al−Hf合金層3がAl−Hf酸化物層5に変化することに伴う体積変化によって発生する応力によって膜剥がれが生じることがなく、デバイスの信頼性が格段に向上する。   Further, when a laminate of Al—Hf alloy layer 3 / Al layer 4 is used, a single element of a metal element selected from the group consisting of Pt, Ir, Pd, Rh, Au, Ag, Ru, Cu, and Ni, or the aforementioned Since the Al—Hf alloy layer 3 is in contact with the underlying conductive layer 2 made of an alloy containing two or more kinds of metal elements selected from the group, the underlying conductive layer is the same as in the case of the Al—Hf alloy layer 3 alone. Adhesion with 2 is improved. Therefore, when an Al—Hf alloy layer 3 / Al layer 4 laminate is formed on the underlying conductive layer 2, the Al—Hf alloy layer 3 changes to an Al—Hf oxide layer 5 during anodization. As a result, the film is not peeled off by the stress generated by the volume change accompanying the above, and the reliability of the device is remarkably improved.

その上、高価なHfの使用量を10分の1ないし5分の1に減らすことができ、コストを下げる効果がある。   In addition, the amount of expensive Hf used can be reduced to 1/10 to 1/5, and the cost can be reduced.

実施の形態3
図7と8は、本発明の実施の形態3に基づき、陽極酸化プロセスを利用して形成したナノホールに、記憶素子30として強誘電体素子や抵抗変化素子等を作り込んで、半導体メモリ装置を作製する工程を示す概略断面図である。
Embodiment 3
7 and 8 illustrate a semiconductor memory device in which a ferroelectric element, a resistance change element, and the like are formed as a memory element 30 in a nanohole formed using an anodization process according to the third embodiment of the present invention. It is a schematic sectional drawing which shows the process to produce.

予め、図7(a)に示すように、半導体基板11の上に、記憶素子30を選択するためのトランスファーゲート素子として機能する電界効果トランジスタ20を作製し、その上に層間絶縁膜21と、電界効果トランジスタ20の電極を引き出すための導電性プラグ22とを形成しておく。そして層間絶縁膜21の上に、スパッタリング法等によりアルミニウム−ハフニウム(Al−Hf)合金層3を形成する。ここで、Al−Hf合金層3の代わりに、アルミニウム−ハフニウム(Al−Hf)合金層3と金属アルミニウム層4の積層体を形成してもよい。   As shown in FIG. 7A, a field effect transistor 20 that functions as a transfer gate element for selecting the memory element 30 is formed on a semiconductor substrate 11 in advance, and an interlayer insulating film 21 and A conductive plug 22 for drawing out the electrode of the field effect transistor 20 is formed. Then, an aluminum-hafnium (Al—Hf) alloy layer 3 is formed on the interlayer insulating film 21 by sputtering or the like. Here, instead of the Al—Hf alloy layer 3, a laminate of an aluminum-hafnium (Al—Hf) alloy layer 3 and a metal aluminum layer 4 may be formed.

次に、図7(b)に示すように、下部に導電性プラグ22が形成されている所定位置に陽極酸化の開始点7を形成する。例えば、リソグラフィー法とエッチング法によって5〜100nmの深さの小孔を形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, an anodic oxidation start point 7 is formed at a predetermined position where the conductive plug 22 is formed below. For example, a small hole having a depth of 5 to 100 nm is formed by lithography and etching.

次に、図7(c)に示すように、Al−Hf合金層3を液温1〜30℃、濃度0.1〜1.5Mの酸水溶液中で印加電圧5〜150Vにて陽極酸化して、Al−Hf合金層3をAl−Hf酸化物層5に変え、導電性プラグ22まで貫通した孔径1〜300nmのナノホール8を有するナノ構造体を形成する。ここで用いる酸水溶液は、シュウ酸、リン酸、又は硫酸の水溶液であるのがよい。   Next, as shown in FIG. 7C, the Al—Hf alloy layer 3 is anodized at an applied voltage of 5 to 150 V in an acid aqueous solution having a liquid temperature of 1 to 30 ° C. and a concentration of 0.1 to 1.5 M. Then, the Al—Hf alloy layer 3 is changed to the Al—Hf oxide layer 5 to form a nanostructure having nanoholes 8 having a hole diameter of 1 to 300 nm that penetrates to the conductive plug 22. The aqueous acid solution used here may be an aqueous solution of oxalic acid, phosphoric acid, or sulfuric acid.

次に、このナノ構造体を3〜30質量%の酸水溶液中で選択的にエッチング処理することによってナノホール8aを拡幅加工し、図8(d)に示すように、第2の細孔として孔径5〜500nmのホールナノ9を形成する。この際、ナノホール8bはマスクして、拡幅加工は行わない。ここで用いる酸水溶液は、シュウ酸、リン酸、又は硫酸の水溶液であるのがよい。   Next, this nanostructure is selectively etched in a 3 to 30% by mass acid aqueous solution to widen the nanoholes 8a, and as shown in FIG. Hole nano 9 of 5 to 500 nm is formed. At this time, the nanohole 8b is masked and no widening process is performed. The aqueous acid solution used here may be an aqueous solution of oxalic acid, phosphoric acid, or sulfuric acid.

次に、図8(e)に示すように、マスクを用いた選択的なスパッタリング法又はMOCVD法によって、ナノホール9の中に下部電極31、強誘電体材料や抵抗変化材料からなる記憶層32、及び上部電極33を積層して形成し、強誘電体素子や抵抗変化素子等の記憶素子30を作製する。この際、上部電極33の形成と同時に、ナノホール8bの中にも電極材料の埋め込みを行い、電界効果トランジスタ20のソース電極の引き出し電極34を形成する。   Next, as shown in FIG. 8E, the lower electrode 31, a memory layer 32 made of a ferroelectric material or a resistance change material is formed in the nanohole 9 by selective sputtering or MOCVD using a mask. And the upper electrode 33 are laminated to form a memory element 30 such as a ferroelectric element or a resistance change element. At this time, simultaneously with the formation of the upper electrode 33, an electrode material is embedded in the nanohole 8 b, and the extraction electrode 34 of the source electrode of the field effect transistor 20 is formed.

この充填プロセスにおいて、ナノホール以外の部分に成膜した場合には、不要な堆積膜をCMP法で平坦化しても良い。例えば、フジミコーポレーション製のアルカリ性研摩剤GLANZOX3700を用いて10分間表面を研摩する。   In this filling process, when a film is formed in a portion other than the nanohole, an unnecessary deposited film may be planarized by a CMP method. For example, the surface is polished for 10 minutes using an alkaline abrasive GLANZOX 3700 manufactured by Fujimi Corporation.

最後に、図8(f)に示すように、電界効果トランジスタ20や記憶素子30と外部回路とを結ぶ配線等を形成する。   Finally, as shown in FIG. 8 (f), a wiring or the like for connecting the field effect transistor 20 or the memory element 30 and an external circuit is formed.

電界効果トランジスタ20のドレイン電極は、記憶素子30の下部電極31に電気的に接続している。記憶素子30への情報の書き込みや読み出しは、電界効果トランジスタ20のゲート電極16に選択信号を印加してトランジスタ20をON状態とし、ソース電極の引き出し電極34等を介して行う。   The drain electrode of the field effect transistor 20 is electrically connected to the lower electrode 31 of the memory element 30. Information is written to or read from the memory element 30 by applying a selection signal to the gate electrode 16 of the field effect transistor 20 to turn on the transistor 20 and via the extraction electrode 34 of the source electrode.

本実施の形態によれば、高アスペクト比のナノホールを容易に形成することが可能になるので、図8(f)に示すように、実効面積の大きな強誘電体素子あるいは抵抗変化素子を作製でき、面密度の高い、大容量の半導体メモリの作製が可能になる。   According to this embodiment, since it becomes possible to easily form nanoholes with a high aspect ratio, a ferroelectric element or a resistance change element having a large effective area can be manufactured as shown in FIG. This makes it possible to manufacture a large-capacity semiconductor memory with a high surface density.

図9は、本実施の形態の記憶層32を構成する材料の1つである抵抗変化材料が発現するメモリ作用を示す説明図である。抵抗変化材料は、図9(a)に示すように、薄膜化して電極間に挟持するものとする。ここでは、抵抗変化材料の例として、CrをドープしたSrZrO3(以下、試料と記す。)を示した。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing the memory action that the variable resistance material, which is one of the materials constituting the memory layer 32 of the present embodiment, develops. As shown in FIG. 9A, the variable resistance material is thinned and sandwiched between the electrodes. Here, SrZrO 3 doped with Cr (hereinafter referred to as a sample) is shown as an example of the resistance change material.

この試料には高抵抗状態と低抵抗状態との2つの状態があり、大きな正の電圧が印加された状態では高抵抗状態となり、大きな負の電圧が印加された状態では低抵抗状態となる。−0.5Vから0.5Vの間では高抵抗状態と低抵抗状態の両方のうちのいずれかをとることができ、実際にどちらをとるかは、その履歴によって変化する。   This sample has two states, a high resistance state and a low resistance state. When a large positive voltage is applied, the sample is in a high resistance state, and when a large negative voltage is applied, the sample is in a low resistance state. Between -0.5V and 0.5V, either the high resistance state or the low resistance state can be taken, and which one is actually taken depends on the history.

図9(b)は、その変化の1例を示すグラフである。図の横軸は試料に印加される電圧、縦軸は試料を流れる電流を示す。−0.5Vから0.5Vの間の領域では、高抵抗状態と低抵抗状態との2つの状態に対応して、印加電圧の変化に対し電流変化の小さい高抵抗状態(A)と電流変化の大きい低抵抗状態(B)の2本のグラフが示されている。   FIG. 9B is a graph showing an example of the change. In the figure, the horizontal axis represents the voltage applied to the sample, and the vertical axis represents the current flowing through the sample. In the region between −0.5 V and 0.5 V, the high resistance state (A) and the current change with a small current change with respect to the applied voltage change corresponding to the two states of the high resistance state and the low resistance state. Two graphs in a low resistance state (B) with a large A are shown.

初め、大きな負の電圧が印加され、低抵抗状態(B)にある試料から出発して、印加電圧を次第に増加させていくと電流は図の(1)〜(5)のように変化し、その後、再び印加電圧を減少させていくと電流は図の(6)〜(10)のように変化する。低抵抗状態(B)から高抵抗状態(A)への遷移は0.5V以上の電圧が印加されたとき(例えば、(4))に起こり、高抵抗状態(A)から低抵抗状態(B)への遷移は−0.5V以下の電圧が印加されたとき(例えば、(9))に起こる。−0.5Vから0.5Vの間の領域では、前の状態を維持する。   Initially, a large negative voltage is applied, and starting from a sample in a low resistance state (B), the current changes as shown in (1) to (5) in the figure as the applied voltage is gradually increased. Thereafter, when the applied voltage is decreased again, the current changes as shown in (6) to (10) in the figure. The transition from the low resistance state (B) to the high resistance state (A) occurs when a voltage of 0.5 V or more is applied (for example, (4)), and the transition from the high resistance state (A) to the low resistance state (B ) Occurs when a voltage of −0.5 V or less is applied (for example, (9)). In the region between -0.5V and 0.5V, the previous state is maintained.

従って、高抵抗状態と低抵抗状態との2つの状態を0と1に対応させ、0.5Vを超える正のパルスと−0.5Vを下回る負のパルスの印加によって書き込みを行い、直流電圧(−0.5V〜0.5Vの間の一定値)を印加したときの電流の強弱によって2つの状態を読み出すようにすれば、試料の抵抗変化素子をメモリとして用いることができる。図10は、抵抗変化素子メモリの、書き込み動作と読み出し操作を説明するグラフである。   Accordingly, the two states of the high resistance state and the low resistance state are made to correspond to 0 and 1, and writing is performed by applying a positive pulse exceeding 0.5 V and a negative pulse lower than −0.5 V, and a DC voltage ( If the two states are read by the strength of the current when a constant value between −0.5 V and 0.5 V is applied, the resistance change element of the sample can be used as a memory. FIG. 10 is a graph illustrating a write operation and a read operation of the resistance change element memory.

実施の形態4
陽極酸化して得られるナノホールに化学物質を充填することで、化学センサとして活用することが益田らにより提案されている(固体物理31,493(1996))。これと類似した応用として、ホストーゲスト効果を利用して特定の物質を吸着し定量する吸着量分析装置を作成することが可能である。
Embodiment 4
It has been proposed by Masuda et al. (Solid Physics 31, 493 (1996)) to be used as a chemical sensor by filling a nanohole obtained by anodizing with a chemical substance. As an application similar to this, it is possible to create an adsorption amount analyzer that adsorbs and quantifies a specific substance using the host-guest effect.

例えば、27MHzの基本振動数を持つ水晶振動子では、160nm厚の水晶板の両面に金電極が蒸着されており、金電極上に0.6ng/cm2の物質が付着すると、振動数が1Hz変化することがわかっている。従って、金電極上にホストとなる分子を固定しておくと、ホスト分子との結合で捕捉されたゲスト分子の質量を高感度で測定することができる(Y.Okahata,K.Niikura,Y.Sugiura,M.Sawada and T.Morii,Biochemistry,37,5666-5672(1998))。 For example, in a crystal resonator having a fundamental frequency of 27 MHz, gold electrodes are vapor-deposited on both sides of a 160 nm-thick crystal plate, and when a material of 0.6 ng / cm 2 is deposited on the gold electrode, the frequency is 1 Hz. I know it will change. Therefore, if the host molecule is fixed on the gold electrode, the mass of the guest molecule captured by the binding with the host molecule can be measured with high sensitivity (Y. Okhata, K. Niikura, Y. Sugiura, M. Sawada and T. Morii, Biochemistry, 37, 5666-5672 (1998)).

本実施の形態は、ナノホール構造体におけるナノホール内壁が、多孔質構造の特徴として極めて大きな表面積を有することを、上記のゲスト分子の定量的検出法に応用したものである。即ち、本実施の形態の吸着量分析装置では、水晶振動子の金電極上に、チタン層、白金層、アルミニウム−ハフニウム(Al−Hf)合金層、及び金属アルミニウム(Al)層を積層して形成した後、Al−Hf合金層とAl層の積層体を陽極酸化してナノホール構造体を形成し、このナノホールの内壁表面に特定の分子を吸着するホスト分子層を蒸着等により形成する。   In the present embodiment, the fact that the inner wall of the nanohole in the nanohole structure has a very large surface area as a characteristic of the porous structure is applied to the above-described quantitative detection method for guest molecules. That is, in the adsorption amount analyzer of the present embodiment, a titanium layer, a platinum layer, an aluminum-hafnium (Al—Hf) alloy layer, and a metal aluminum (Al) layer are stacked on the gold electrode of the crystal resonator. After the formation, a laminate of the Al—Hf alloy layer and the Al layer is anodized to form a nanohole structure, and a host molecule layer that adsorbs specific molecules on the inner wall surface of the nanohole is formed by vapor deposition or the like.

この吸着量分析装置を取り囲む雰囲気中に、ホスト分子に選択的に結合するゲスト分子が存在すれば、その一部はホスト分子に捕捉され、金電極上の質量の増加を引き起こす。この質量増加を水晶振動子の振動数変化として測定すれば、ホスト分子層が形成されている表面積が極めて大きいことから、ゲスト分子を高感度で定量分析することが可能である。   If a guest molecule that selectively binds to the host molecule exists in the atmosphere surrounding the adsorption amount analyzer, a part of the guest molecule is captured by the host molecule, causing an increase in mass on the gold electrode. If this increase in mass is measured as a change in the frequency of the crystal resonator, the surface area on which the host molecule layer is formed is extremely large, so that guest molecules can be quantitatively analyzed with high sensitivity.

実施の形態5
図11は、本発明の実施の形態5に基づき、陽極酸化プロセスを利用して形成したナノホールに、強磁性体合金層45を作り込んで、垂直磁気記録用媒体として使用可能な磁気記憶媒体46を作製する工程を示す概略断面図である。
Embodiment 5
FIG. 11 shows a magnetic storage medium 46 that can be used as a perpendicular magnetic recording medium by forming a ferromagnetic alloy layer 45 in nanoholes formed using an anodization process based on Embodiment 5 of the present invention. It is a schematic sectional drawing which shows the process of producing.

まず、図11(a)に示すように、基板41の上にタリウムTa層42と反強磁性体層43と軟磁性体層44とAl-Hf層(5nm)3とAl層(250nm)4とをスパッタリング法等によって積層して形成する。   First, as shown in FIG. 11A, a thallium Ta layer 42, an antiferromagnetic material layer 43, a soft magnetic material layer 44, an Al—Hf layer (5 nm) 3 and an Al layer (250 nm) 4 are formed on a substrate 41. Are stacked by sputtering or the like.

次に、図11(b)に示すように、5℃に保たれた1Mの硫酸溶液中で陽極酸化電圧15Vにて3分間陽極酸化した後、図11(c)に示すように、10質量%濃度のリン酸溶液で10分間エッチングによる拡幅処理することで、直径20nmで深さ30nmの軟磁性体層44の表面まで貫通したナノホール9を形成した。陽極酸化時間は、軟磁性体層44の表面が酸化されないように、軟磁性体層44の表面までナノホール8が貫通しない条件に設定し、リン酸を用いた拡幅処理により軟磁性体44の表面がナノホール9内に露出する条件を選択することが望ましい。   Next, as shown in FIG. 11B, after anodizing in a 1M sulfuric acid solution kept at 5 ° C. at an anodic oxidation voltage of 15 V for 3 minutes, as shown in FIG. A nanohole 9 penetrating to the surface of the soft magnetic layer 44 having a diameter of 20 nm and a depth of 30 nm was formed by performing a widening process by etching with a phosphoric acid solution having a concentration of 10% for 10 minutes. The anodic oxidation time is set so that the nanoholes 8 do not penetrate to the surface of the soft magnetic layer 44 so that the surface of the soft magnetic layer 44 is not oxidized, and the surface of the soft magnetic body 44 is subjected to widening treatment using phosphoric acid. It is desirable to select a condition in which is exposed in the nanohole 9.

軟磁性体層44は、磁気ヘッドからの磁界を効率的に最上層の強磁性体層45に透過させるために必要であり、Co-Ta-Zr、Co-Nb-Zr、Co-Zr、Co-Ta、Fe-Al-Si、Ni-Fe、Fe-Ga-Si-Ru、Fe-Ta-C等の合金が用いられる。軟磁性体層44の膜厚は50nm〜1μmの範囲である。   The soft magnetic layer 44 is necessary to efficiently transmit the magnetic field from the magnetic head to the uppermost ferromagnetic layer 45, and includes Co—Ta—Zr, Co—Nb—Zr, Co—Zr, Co An alloy such as -Ta, Fe-Al-Si, Ni-Fe, Fe-Ga-Si-Ru, or Fe-Ta-C is used. The film thickness of the soft magnetic layer 44 is in the range of 50 nm to 1 μm.

また、軟磁性体層44の下に形成される反強磁性体層43は、軟磁性体層44に磁壁が生成することを抑制するために必要であり、PtMn、IrMn、RhMn等の合金が用いられる。膜厚は5nm〜500nmである。基板41はガラスあるいはAlあるいはNiAl合金などが用いられる。反強磁性体層43と基板41の間には密着を補助する層42としてTiあるいはTaを用いる。   Further, the antiferromagnetic material layer 43 formed under the soft magnetic material layer 44 is necessary for suppressing the generation of a domain wall in the soft magnetic material layer 44, and an alloy such as PtMn, IrMn, RhMn is used. Used. The film thickness is 5 nm to 500 nm. The substrate 41 is made of glass, Al, NiAl alloy, or the like. Ti or Ta is used as a layer 42 for assisting adhesion between the antiferromagnetic layer 43 and the substrate 41.

次に、図11(d)に示すように、このナノホール9の中に電着法にてCo-Ni-Fe、Co-Pt、Co-Pt-Cr、Co-Pt-Cr-B、Fe-Pt等の強磁性体合金45を充填する。電着条件はメッキ浴温度30〜70℃、電流密度1〜20A/dm2で1〜10分間である。この際、強磁性体の特性を考えると厳密な組織制御を行う必要があり、基盤近傍の溶液中で供給律速による組成ずれが発生することを防止するために、パルス電着法を用いることが望ましい。また、メッキ浴はスルファミン酸浴または硫酸浴等を用いる。 Next, as shown in FIG. 11 (d), Co—Ni—Fe, Co—Pt, Co—Pt—Cr, Co—Pt—Cr—B, Fe— A ferromagnetic alloy 45 such as Pt is filled. The electrodeposition conditions are a plating bath temperature of 30 to 70 ° C. and a current density of 1 to 20 A / dm 2 for 1 to 10 minutes. At this time, it is necessary to strictly control the structure in consideration of the characteristics of the ferromagnetic material, and in order to prevent the composition shift due to the supply rate limiting in the solution in the vicinity of the substrate, it is necessary to use the pulse electrodeposition method. desirable. The plating bath is a sulfamic acid bath or a sulfuric acid bath.

本実施の形態の磁気記録媒体46を単磁極磁気ヘッド48と組み合わせて使用する場合には、次に、図11(e)に示すように、強磁性体の表面に2〜10nmのカーボン膜47をコートすることが望ましい。   When the magnetic recording medium 46 of this embodiment is used in combination with the single-pole magnetic head 48, next, as shown in FIG. 11E, a 2 to 10 nm carbon film 47 on the surface of the ferromagnetic material. It is desirable to coat.

次に、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

実施例1
まず、表面にSiO2 層とTiO2 層とが形成されたSi基板上に、下地導電層であるPt層(厚さ100nm)と、Al-Hf合金層(厚さ200nm)とをスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧50Vにて5分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で1時間エッチングによる拡幅処理することで、直径100nmで深さ200nmのPt表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 1
First, SiO 2 layer and the TiO 2 layer and the Si substrate which is formed on the surface, Pt layer as an underlying conductive layer (thickness 100 nm), the Al-Hf alloy layer (thickness 200 nm) and sputtering The laminated sample was anodized in a 0.5 M oxalic acid solution kept at 5 ° C. for 5 minutes at an anodic oxidation voltage of 50 V, and then widened by etching with a phosphoric acid solution having a concentration of 5 mass% for 1 hour. By processing, nanoholes penetrating to the Pt surface having a diameter of 100 nm and a depth of 200 nm were formed.

次に、ディッピング法やスピンコート法によって、このナノホールの中にPb、Zr、Tiの各元素を含む有機金属溶液を流し込む。この時、有機金属溶液の主溶媒、例えばエタノール、アセチルアセトン、キシレン等の溶液中に基板を30分間以上浸した後に、前記有機金属を流し込むと、ナノホールに均一に有機金属溶液を充填することができる。   Next, an organometallic solution containing Pb, Zr, and Ti elements is poured into the nanoholes by dipping or spin coating. At this time, when the organic metal is poured after the substrate is immersed in a main solvent of the organic metal solution, such as ethanol, acetylacetone, xylene, for 30 minutes or more, the nanohole can be uniformly filled with the organic metal solution. .

そして、有機金属溶液でナノホールを充填した後に、酸素中、400℃にて5分間熱処理し、その後、更に熱処理炉内で酸素中、600℃にて30分間熱処理を行うことで、ナノサイズの強誘電体PZT記録媒体を得ることができた。   Then, after filling the nanoholes with an organometallic solution, heat treatment is performed at 400 ° C. for 5 minutes in oxygen, and then heat treatment is performed at 600 ° C. for 30 minutes in oxygen in a heat treatment furnace, thereby increasing the strength of the nano size. A dielectric PZT recording medium could be obtained.

上記の有機金属溶液の充填とその熱処理のプロセスは、1回の処理でナノホール内を完全に充填することができない場合には、完全に充填できるまで複数回繰り返し行っても良い。また、充填する強誘電体材料は、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)に限らず、Bi3.75La0.25Ti312 、SrBi2Ta29 、BaTiO3 でも良い。 The filling of the organometallic solution and the heat treatment process thereof may be repeated a plurality of times until the filling of the nanoholes cannot be completed in a single process until they can be completely filled. The ferroelectric material to be filled is not limited to PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), but may be Bi 3.75 La 0.25 Ti 3 O 12 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , or BaTiO 3 .

実施例2
表面にSiO2 層とTiO2 層とが形成されたSi基板上に、下地導電層であるPt層(厚さ100nm)と、Al-Hf合金層(厚さ20nm)とAl層(厚さ180nm)とをスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧50Vにて5分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で50分間エッチングによる拡幅処理することで、直径100nmで深さ200nmのPt表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 2
On a Si substrate having a SiO 2 layer and a TiO 2 layer formed on the surface, a Pt layer (thickness: 100 nm), an Al—Hf alloy layer (thickness: 20 nm), and an Al layer (thickness: 180 nm), which are underlying conductive layers. ) By anodization in a 0.5 M oxalic acid solution kept at 5 ° C. for 5 minutes at an anodic oxidation voltage of 50 V, and then a 5 mass% phosphoric acid solution. Then, a nanohole penetrating to the Pt surface having a diameter of 100 nm and a depth of 200 nm was formed by performing a widening process by etching for 50 minutes.

次に、ディッピング法やスピンコート法によって、このナノホールの中にPr、Ca、Mnの各元素を含む有機金属溶液を流し込む。この時、有機金属溶液の主溶媒、例えばエタノール、アセチルアセトン、キシレン等の溶液中に基板を30分間以上浸した後に、前記有機金属を流し込むと、ナノホールに均一に有機金属溶液を充填することができる。   Next, an organometallic solution containing Pr, Ca, and Mn elements is poured into the nanoholes by dipping or spin coating. At this time, when the organic metal is poured after the substrate is immersed in a main solvent of the organic metal solution, such as ethanol, acetylacetone, xylene, for 30 minutes or more, the nanohole can be uniformly filled with the organic metal solution. .

そして、有機金属溶液でナノホールを充填した後に、酸素中、400℃にて5分間熱処理し、その後、更に熱処理炉内で酸素中、600℃にて30分間熱処理を行うことで、ナノサイズの抵抗変化記録媒体を得ることができた。   After filling nanoholes with an organometallic solution, heat treatment is performed in oxygen at 400 ° C. for 5 minutes, and then further heat treatment is performed in oxygen at 600 ° C. for 30 minutes in a heat treatment furnace, so that a nano-sized resistance is obtained. A change recording medium could be obtained.

上記の有機金属溶液の充填とその熱処理のプロセスは、1回の処理でナノホール内を完全に充填することができない場合には、完全に充填できるまで複数回繰り返し行っても良い。また、充填する強誘電体材料は、Pr0.7Ca0.3MnO3 に限らず、CrドープしたSrTiO3 、CrドープしたSrZrO3 、MnドープしたSrTiO3 あるいはMnドープしたSrZrO3 でも良い。 The filling of the organometallic solution and the heat treatment process thereof may be repeated a plurality of times until the filling of the nanoholes cannot be completed in a single process until they can be completely filled. The ferroelectric material to be filled is not limited to Pr 0.7 Ca 0.3 MnO 3 but may be Cr-doped SrTiO 3 , Cr-doped SrZrO 3 , Mn-doped SrTiO 3, or Mn-doped SrZrO 3 .

実施例3
表面にSiO2 層とTiO2 層とが形成されたSi基板上に、下地導電層であるIr層(厚さ100nm)と、Al-Hf合金層(厚さ20nm)とAl層(厚さ80nm)をスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧50Vにて5分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で30分間エッチングによる拡幅処理することで、直径50nmで深さ100nmのIr表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 3
On a Si substrate having a SiO 2 layer and a TiO 2 layer formed on the surface, an Ir layer (thickness: 100 nm) as an underlying conductive layer, an Al—Hf alloy layer (thickness: 20 nm), and an Al layer (thickness: 80 nm) ) Was anodized in a 0.5 M oxalic acid solution maintained at 5 ° C. for 5 minutes at an anodic oxidation voltage of 50 V, and then a 5 mass% phosphoric acid solution was used. By performing the widening process by etching for 30 minutes, a nanohole penetrating to the Ir surface having a diameter of 50 nm and a depth of 100 nm was formed.

次に、Pb、ZrおよびTiの有機金属を原料に用いたMOCVD法によって、このナノホールの中にPb、ZrおよびTiの酸化物を充填し、ナノサイズの強誘電体PZT記録媒体を得た。基板温度は400℃〜650℃である。この充填プロセスにおいて、ナノホール以外の不要な部分に成膜した場合には、堆積膜をCMP法で平坦化しても良い。   Next, the nanohole was filled with an oxide of Pb, Zr, and Ti by MOCVD using an organic metal of Pb, Zr, and Ti as raw materials to obtain a nano-sized ferroelectric PZT recording medium. The substrate temperature is 400 ° C. to 650 ° C. In this filling process, when a film is formed in an unnecessary portion other than the nanohole, the deposited film may be planarized by a CMP method.

また、充填する材料は、Pb(Zr,Ti)O3 に限らず、有機金属原料を変えることによって、Bi3.75La0.25Ti312 やSrBi2Ta29 やBaTiO3 としても良い。 Further, the material to be filled is not limited to Pb (Zr, Ti) O 3 , and may be Bi 3.75 La 0.25 Ti 3 O 12 , SrBi 2 Ta 2 O 9, or BaTiO 3 by changing the organic metal raw material.

実施例4
Ti基板上に、下地導電層であるPt層(厚さ100nm)と、Al-Hf合金層(厚さ10nm)とAl層(厚さ40nm)をスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた1Mの硫酸溶液中で陽極酸化電圧20Vにて5分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で15分間エッチングによる拡幅処理することで、直径25nmで深さ50nmの、Pt表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 4
A sample formed by stacking a Pt layer (thickness 100 nm), an Al—Hf alloy layer (thickness 10 nm), and an Al layer (thickness 40 nm) as a base conductive layer on a Ti substrate by a sputtering method is 5 After anodizing for 5 minutes at an anodic oxidation voltage of 20 V in a 1 M sulfuric acid solution kept at ° C., a widening treatment by etching for 15 minutes with a phosphoric acid solution having a concentration of 5% by mass has a diameter of 25 nm and a depth of 50 nm. A nanohole penetrating to the Pt surface was formed.

次に、電着法によって、このナノホールの中にNi、CoまたはFeの単体、あるいはこれらを2種以上含む合金、あるいはCoPtまたはFePtを充填する。電着条件は、メッキ浴温度50℃、電流密度10A/dm2 で電着時間3分間である。この際、合金を充填する場合には強磁性体の特性を考えて厳密な組成制御を行う必要があるので、パルス電着法を用いることが望ましい。 Next, this nanohole is filled with Ni, Co or Fe alone, an alloy containing two or more of these, or CoPt or FePt by electrodeposition. The electrodeposition conditions are a plating bath temperature of 50 ° C., a current density of 10 A / dm 2 and an electrodeposition time of 3 minutes. At this time, when filling the alloy, it is necessary to strictly control the composition in consideration of the characteristics of the ferromagnetic material, and therefore it is desirable to use the pulse electrodeposition method.

実施例5
CMOSトランジスタを形成した、シリコンウェハ上に誘電体キャパシタ、強誘電体キャパシタ、抵抗変化素子を作りこんで半導体メモリを作製した。
Example 5
A semiconductor memory was fabricated by forming a dielectric capacitor, a ferroelectric capacitor, and a resistance change element on a silicon wafer on which a CMOS transistor was formed.

まず、タングステンプラグやシリコンプラグを形成してある基板の上に、Ti層(20nm)、TiN層(30nm)、Ir-Hf合金層(20nm)、Ir層(100nm)、Al-Hf合金層(厚さ20nm)とAl層(厚さ180nm)をスパッタリング法によって積層して形成した後、フォトリソグラフィー法とエッチング法とによって、直径20nmで深さ50nmの細孔を所定の位置に陽極酸化開始点として形成した。   First, a Ti layer (20 nm), a TiN layer (30 nm), an Ir—Hf alloy layer (20 nm), an Ir layer (100 nm), an Al—Hf alloy layer ( 20 nm thick) and an Al layer (thickness 180 nm) are stacked by sputtering, and then an anodic oxidation start point is formed at a predetermined position by forming a pore having a diameter of 20 nm and a depth of 50 nm by photolithography and etching. Formed as.

その後、5℃に保たれた1Mの硫酸溶液中で陽極酸化電圧20Vにて5分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で30分間エッチングによる拡幅処理することで、直径50nmで深さ200nmのIr表面まで貫通したナノホールを形成した。   Then, after anodizing in 1M sulfuric acid solution maintained at 5 ° C. for 5 minutes at an anodic oxidation voltage of 20V, a widening treatment by etching with a phosphoric acid solution having a concentration of 5% by mass for 30 minutes is performed, and the depth is 50 nm. Nanoholes penetrating to the Ir surface with a thickness of 200 nm were formed.

次に、MOCVD法によって、このナノホールの中に下部電極層Ir30nm、酸化物材料(誘電体材料SrTiO3 あるいはBaTiO3 、強誘電体材料Pb(Zr,Ti)O3 、Bi3.75La0.25Ti312 あるいはSrBi2Ta29 、抵抗変化材料Pr0.7Ca0.3MnO3 、CrドープしたSrTiO3 あるいはCrドープしたSrZrO3 )層50nm、上部電極材料層Ir30nmを形成することで大容量の半導体メモリを作製することができた。 Next, the lower electrode layer Ir30 nm, an oxide material (dielectric material SrTiO 3 or BaTiO 3 , ferroelectric material Pb (Zr, Ti) O 3 , Bi 3.75 La 0.25 Ti 3 O is formed in the nanohole by MOCVD. 12 or SrBi 2 Ta 2 O 9, the resistance change material Pr 0.7 Ca 0.3 MnO 3, Cr-doped SrTiO 3 or SrZrO 3 and Cr-doped) layer 50 nm, the semiconductor memory of a large capacity by forming an upper electrode material layer Ir30nm We were able to make it.

実施例6
ポリカーボネート基板上に、Ti層(20nm)、Ir層(100nm)、Al-Hf合金層(厚さ20nm)とAl層(厚さ80nm)をスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧40Vにて5分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で60分間エッチングによる拡幅処理することで、直径100nmで深さ100nmのIr表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 6
A sample formed by laminating a Ti layer (20 nm), an Ir layer (100 nm), an Al—Hf alloy layer (thickness 20 nm) and an Al layer (thickness 80 nm) on a polycarbonate substrate at 5 ° C. Anodization was performed for 5 minutes at an anodic oxidation voltage of 40 V in a maintained 0.5 M oxalic acid solution, followed by widening treatment by etching with a phosphoric acid solution having a concentration of 5% by mass for 60 minutes, so that the diameter was 100 nm and the depth was 100 nm. Nanoholes penetrating to the Ir surface were formed.

次に、スパッタリング法によって、このナノホールの中に相変化材料としてGe-Te-Sb-S合金を充填する。充填する材料は、Ge-Te-Sb-S合金に限らず、Ag-In-Sb-Te、Te-Ge-Sn-Au、Ge-Te-Sn、Sn-Se-Te、Sb-Se-Te、Sb-Se、Ga-Se-Te、Ga-Se-Te-Ge、In-Se、Ge-Sb-Te、あるいはIn-Se-Teの各合金を用いても良い。   Next, a Ge—Te—Sb—S alloy is filled in the nanoholes as a phase change material by sputtering. The filling material is not limited to the Ge—Te—Sb—S alloy, but is Ag—In—Sb—Te, Te—Ge—Sn—Au, Ge—Te—Sn, Sn—Se—Te, Sb—Se—Te. Sb—Se, Ga—Se—Te, Ga—Se—Te—Ge, In—Se, Ge—Sb—Te, or In—Se—Te alloys may be used.

実施例7
表面にSiO2 層とTiO2 層とが形成されたSi基板上に、下地導電層であるPt層(厚さ100nm)と、Al-Hf合金層(厚さ20nm)とAl層(厚さ180nm)をスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧50Vにて5分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で60分間エッチングによる拡幅処理することで、直径100nmで深さ200nmのPt表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 7
SiO 2 layer and the TiO 2 layer and the Si substrate which is formed on the surface, Pt layer as an underlying conductive layer (thickness 100 nm), Al-Hf alloy layer (thickness 20 nm) and an Al layer (thickness 180nm ) Was anodized in a 0.5 M oxalic acid solution maintained at 5 ° C. for 5 minutes at an anodic oxidation voltage of 50 V, and then a 5 mass% phosphoric acid solution was used. By performing the widening process by etching for 60 minutes, a nanohole penetrating to the Pt surface having a diameter of 100 nm and a depth of 200 nm was formed.

次に、ディッピング法やスピンコート法によって、このナノホールの中にSr、AlおよびEuの各元素を含む有機金属溶液を流し込む。この時、有機金属溶液の主溶媒、例えばエタノール、アセチルアセトン、キシレン等の溶液中に基板を30分間以上浸した後に前記有機金属を流し込むと、ナノホールに均一に有機金属溶液を充填することができる。   Next, an organometallic solution containing Sr, Al, and Eu elements is poured into the nanoholes by dipping or spin coating. At this time, when the organic metal is poured after the substrate is immersed in a main solvent of the organic metal solution, for example, ethanol, acetylacetone, xylene or the like for 30 minutes or more, the organic metal solution can be uniformly filled into the nanoholes.

そして、有機金属溶液でナノホールを充填した後に、酸素中、400℃にて5分間熱処理し、その後、更に熱処理炉内で酸素中、1000℃にて60分間熱処理を行うことで、ナノサイズの蛍光体EuをドープしたSrAl24 記録媒体を得ることができた。EuをドープしたSrAl24 は、応力の変化でも発光し、例えば、接触や超音波振動の印加によって発光させることのできる材料である。 After filling nanoholes with an organometallic solution, heat treatment is performed at 400 ° C. for 5 minutes in oxygen, and then heat treatment is performed at 1000 ° C. for 60 minutes in oxygen in a heat treatment furnace. It was possible to obtain a SrAl 2 O 4 recording medium doped with Eu. Eu-doped SrAl 2 O 4 emits light even when stress changes, and is a material that can emit light, for example, by contact or application of ultrasonic vibration.

上記の有機金属溶液の充填とその熱処理のプロセスは、1回の処理でナノホール内を完全に充填することができない場合には、完全に充填できるまで複数回繰り返し行っても良い。   The filling of the organometallic solution and the heat treatment process thereof may be repeated a plurality of times until the filling of the nanoholes cannot be completed in a single process until they can be completely filled.

実施例8
表面にSiO2 層とTiO2 層とが形成されたSi基板上に、下地導電層であるPt層(厚さ100nm)と、Al−Hf合金層(厚さ20nm)とAl層(厚さ180nm)をスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧50Vにて4分間陽極酸化し、更に75Vにて1分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で60分間エッチングによる拡幅処理することで、直径100nmで深さ200nmのPt表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 8
On a Si substrate having a SiO 2 layer and a TiO 2 layer formed on the surface, a Pt layer (thickness: 100 nm), an Al—Hf alloy layer (thickness: 20 nm), and an Al layer (thickness: 180 nm) as a base conductive layer. ) Was anodized in a 0.5 M oxalic acid solution kept at 5 ° C. for 4 minutes at an anodizing voltage of 50 V, and further anodized at 75 V for 1 minute. A nanohole penetrating to a Pt surface having a diameter of 100 nm and a depth of 200 nm was formed by performing a widening process by etching with a 5 mass% phosphoric acid solution for 60 minutes.

次に、電着法によって、このナノホールの中にNi、CoまたはFeの単体、あるいはこれらを2種以上含む合金、あるいはCoPtまたはFePtを充填する。電着条件は、メッキ浴温度50℃、電流密度10A/dm2で電着時間12分間である。この際、合金を充填する場合には強磁性体の特性を考えて厳密な組成制御を行う必要があるので、パルス電着法を用いることが望ましい。 Next, this nanohole is filled with Ni, Co or Fe alone, an alloy containing two or more of these, or CoPt or FePt by electrodeposition. The electrodeposition conditions are a plating bath temperature of 50 ° C., a current density of 10 A / dm 2 and an electrodeposition time of 12 minutes. At this time, when filling the alloy, it is necessary to strictly control the composition in consideration of the characteristics of the ferromagnetic material, and therefore it is desirable to use the pulse electrodeposition method.

実施例9
表面にSiO2 層とTiO2 層とが形成されたSi基板上に、下地導電層であるIr層(厚さ100nm)と、Al-Hf合金層(厚さ20nm)とAl層(厚さ180nm)をスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧50Vにて3分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で30分間エッチングによる拡幅処理することで、直径50nmで深さ100nmの、Ir表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 9
On a Si substrate having a SiO 2 layer and a TiO 2 layer formed on the surface, an Ir layer (thickness: 100 nm), an Al—Hf alloy layer (thickness: 20 nm), and an Al layer (thickness: 180 nm) as a base conductive layer. ) Was anodized in a 0.5 M oxalic acid solution kept at 5 ° C. for 3 minutes at an anodic oxidation voltage of 50 V, and then a 5 mass% phosphoric acid solution was used. By performing the widening process by etching for 30 minutes, a nanohole having a diameter of 50 nm and a depth of 100 nm and penetrating to the Ir surface was formed.

次に、Pb、ZrおよびTiの有機金属を原料に用いたMOCVD法によって、このナノホールの中にPb、ZrおよびTiの酸化物を充填し、ナノサイズの強誘電体PZT記録媒体を得た。基板温度は400℃〜650℃である。   Next, the nanohole was filled with an oxide of Pb, Zr, and Ti by MOCVD using an organic metal of Pb, Zr, and Ti as raw materials to obtain a nano-sized ferroelectric PZT recording medium. The substrate temperature is 400 ° C. to 650 ° C.

前記充填プロセスにおいて、ナノホール以外の部分に成膜した場合には、不要な堆積膜をCMP法で平坦化しても良い。例えば、フジミコーポレーション製のアルカリ性研摩剤GLANZOX3700を用いて10分間表面を研摩する。この場合、PZTの特性を改善するために、CMPプロセスの後に酸素雰囲気中、400〜650℃にて30分間の熱処理を施すことが望ましい。   In the filling process, when a film is formed in a portion other than the nanohole, an unnecessary deposited film may be planarized by a CMP method. For example, the surface is polished for 10 minutes using an alkaline abrasive GLANZOX 3700 manufactured by Fujimi Corporation. In this case, in order to improve the characteristics of PZT, it is desirable to perform a heat treatment for 30 minutes at 400 to 650 ° C. in an oxygen atmosphere after the CMP process.

また、充填する材料は、Pb(Zr,Ti)O3 に限らず、有機金属原料を変えることによって、Bi3.75La0.25Ti312 やSrBi2Ta29 やBaTiO3 としても良い。 Further, the material to be filled is not limited to Pb (Zr, Ti) O 3 , and may be Bi 3.75 La 0.25 Ti 3 O 12 , SrBi 2 Ta 2 O 9, or BaTiO 3 by changing the organic metal raw material.

実施例10
基板上にTa層と反強磁性体層と軟磁性体層とAl-Hf層(5nm)とAl層(250nm)とをスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた1Mの硫酸溶液中で陽極酸化電圧15Vにて3分間陽極酸化した後、10質量%濃度のリン酸溶液で10分間エッチングによる拡幅処理することで、直径20nmで深さ30nmの軟磁性体層表面まで貫通したナノホールを形成した。陽極酸化時間は、軟磁性体層の表面が酸化されないように、軟磁性体層表面までナノホールが貫通しない条件に設定し、リン酸を用いた拡幅処理により軟磁性体層表面が露出する条件を選択することが望ましい。
Example 10
A sample formed by laminating a Ta layer, an antiferromagnetic layer, a soft magnetic layer, an Al—Hf layer (5 nm), and an Al layer (250 nm) on a substrate by a sputtering method was maintained at 5 ° C. After anodizing in a sulfuric acid solution for 3 minutes at an anodic oxidation voltage of 15 V, the surface of the soft magnetic layer having a diameter of 20 nm and a depth of 30 nm is obtained by performing a widening process by etching with a 10% by weight phosphoric acid solution for 10 minutes. A penetrating nanohole was formed. The anodizing time is set so that the nanoholes do not penetrate to the surface of the soft magnetic layer so that the surface of the soft magnetic layer is not oxidized, and the condition that the surface of the soft magnetic layer is exposed by the widening process using phosphoric acid. It is desirable to choose.

軟磁性体層は、磁気ヘッドからの磁界を効率的に最上層の強磁性体層に透過させるために必要であり、Co-Ta-Zr、Co-Nb-Zr、Co-Zr、Co-Ta、Fe-Al-Si、Ni-Fe、Fe-Ga-Si-Ru、Fe-Ta-C等の合金が用いられる。軟磁性体層の膜厚は50nm〜1μmの範囲である。   The soft magnetic material layer is necessary for efficiently transmitting the magnetic field from the magnetic head to the uppermost ferromagnetic material layer, and includes Co—Ta—Zr, Co—Nb—Zr, Co—Zr, and Co—Ta. An alloy such as Fe—Al—Si, Ni—Fe, Fe—Ga—Si—Ru, or Fe—Ta—C is used. The film thickness of the soft magnetic layer is in the range of 50 nm to 1 μm.

また、軟磁性体層の下に形成される反強磁性体層は、軟磁性体層に磁壁が生成することを抑制するために必要であり、PtMn、IrMn、RhMn等の合金を用いた。膜厚は5nm〜500nmである。基板はガラスあるいはAlあるいはNiAl合金などを用いた。反強磁性体層と基板の間には密着を補助する層としてTi層あるいはTa層を用いた。   Moreover, the antiferromagnetic material layer formed under the soft magnetic material layer is necessary for suppressing the generation of the domain wall in the soft magnetic material layer, and an alloy such as PtMn, IrMn, RhMn or the like was used. The film thickness is 5 nm to 500 nm. As the substrate, glass, Al, NiAl alloy or the like was used. A Ti layer or a Ta layer was used as a layer for assisting adhesion between the antiferromagnetic material layer and the substrate.

このナノホールの中に電着法で強磁性体層としてCo-Ni-Fe、Co-Pt、Co-Pt-Cr、Co-Pt-Cr-B、Fe-Pt等の合金層を充填した。電着条件はメッキ浴温度30〜70℃、電流密度1〜20A/dm2で1〜10分間であった。合金を充填する場合には、強磁性体の特性を考えると厳密な組織制御を行う必要がある。そこで、基盤近傍の溶液中で供給律速による組成ずれが発生することを防止するために、パルス電着法を用いることが望ましい。また、メッキ浴はスルファミン酸浴または硫酸浴等を用いた。 This nanohole was filled with an alloy layer of Co—Ni—Fe, Co—Pt, Co—Pt—Cr, Co—Pt—Cr—B, Fe—Pt, or the like as a ferromagnetic layer by electrodeposition. The electrodeposition conditions were a plating bath temperature of 30 to 70 ° C. and a current density of 1 to 20 A / dm 2 for 1 to 10 minutes. When the alloy is filled, it is necessary to strictly control the structure in consideration of the characteristics of the ferromagnetic material. Therefore, it is desirable to use a pulse electrodeposition method in order to prevent compositional deviation due to supply rate limiting in the solution in the vicinity of the substrate. The plating bath used was a sulfamic acid bath or a sulfuric acid bath.

本発明の記録媒体を単磁極磁気ヘッドと組み合わせて使用する場合には、強磁性体層の表面に2〜10nmのカーボン膜をコートすることが望ましい。   When the recording medium of the present invention is used in combination with a single-pole magnetic head, it is desirable to coat the surface of the ferromagnetic layer with a 2 to 10 nm carbon film.

実施例11
水晶振動子上にTi層(20nm)と、下地導電層であるPt層(厚さ100nm)と、Al-Hf合金層(厚さ20nm)と、Al層(厚さ480nm)とをスパッタリング法によって積層して形成した試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧50Vにて25分間陽極酸化した。その後、5質量%濃度のリン酸溶液で60分間エッチングによる拡幅処理をすることで、直径100nmで深さ500nmの、Pt表面まで貫通したナノホールを形成した。
Example 11
A Ti layer (20 nm), a Pt layer (thickness: 100 nm) as an underlying conductive layer, an Al—Hf alloy layer (thickness: 20 nm), and an Al layer (thickness: 480 nm) are formed on the quartz resonator by sputtering. The laminated sample was anodized in a 0.5 M oxalic acid solution maintained at 5 ° C. at an anodizing voltage of 50 V for 25 minutes. Thereafter, widening was performed by etching with a phosphoric acid solution having a concentration of 5% by mass for 60 minutes to form nanoholes penetrating to the Pt surface having a diameter of 100 nm and a depth of 500 nm.

次に、蒸着法によってこのナノホールの内壁表面にD-フェニルアラニン層を形成した。この水晶振動子を用いることで、香水の主原料であるα-ピネンの吸着量を高精度で測定することができる。   Next, a D-phenylalanine layer was formed on the inner wall surface of the nanohole by vapor deposition. By using this crystal resonator, the amount of adsorption of α-pinene, which is the main raw material of perfume, can be measured with high accuracy.

ナノホールの内壁表面に形成する有機材料は、D-フェニルアラニンに限らず、D-チロシン、D,L-ヒスチジン、D-グルコース、アデニン、ポリエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン等でも良い。   The organic material formed on the inner wall surface of the nanohole is not limited to D-phenylalanine, but may be D-tyrosine, D, L-histidine, D-glucose, adenine, polyethylene, polychlorotrifluoroethylene, or the like.

実施例12
シリコン基板上に、多結晶の炭化シリコンをMOCVD法で1μmの厚さに成膜した後に、表面の凹凸がRaで5nm以下となるように膜厚500nmまでCMP法で平坦化した。その後、フォトリソグラフィー法と電子線描画システムでパターニングしてRIE(Reactive Ion Etching)法で塩素ガスCl2、酸素ガスO2を用いて加工することで、直径50nm、高さ100nmの円柱状の突起が100nmピッチで格子点上に配列した多結晶炭化シリコンの鋳型を作製した。
Example 12
Polycrystalline silicon carbide was deposited on a silicon substrate to a thickness of 1 μm by MOCVD, and then planarized by CMP to a film thickness of 500 nm so that the surface irregularities were 5 nm or less in Ra. Thereafter, chlorine gas Cl 2 at an RIE (Reactive Ion Etching) method is patterned by photolithography and electron beam lithography system, it is processed using an oxygen gas O 2, the diameter 50 nm, a height of 100nm cylindrical projections A polycrystalline silicon carbide template was prepared on the lattice points at a pitch of 100 nm.

表面にTiO2層(30nm)が形成されたSi基板上に、下地導電層であるPt層(厚さ100nm)と、Al-Hf合金層(厚さ200nm)をスパッタリング法によって積層して形成した試料の上に、この鋳型を置いてプレス機で500Kg/cm2の圧力を印加した状態で30秒間保持した。Al-Hf層には深さ100nmで直径50nmのナノホールが形成される。 A Pt layer (thickness: 100 nm) as a base conductive layer and an Al—Hf alloy layer (thickness: 200 nm) were stacked by a sputtering method on a Si substrate having a TiO 2 layer (30 nm) formed on the surface. The mold was placed on the sample and held for 30 seconds in a state where a pressure of 500 kg / cm 2 was applied by a press. Nanoholes having a depth of 100 nm and a diameter of 50 nm are formed in the Al—Hf layer.

この試料を、5℃に保たれた0.5Mのシュウ酸溶液中で陽極酸化電圧50Vにて7分間陽極酸化した後、5質量%濃度のリン酸溶液で1時間エッチングによる拡幅処理することで、1辺の長さが100nmで深さが200nmの直方体ナノホールが配列した周期孔が得られた。このナノホールの中に、強誘導体、強磁性体、抵抗変化材料、相変化材料、蛍光体を充填することで各材料が規則的に配列した記録媒体を得ることができる。   This sample was anodized in a 0.5 M oxalic acid solution maintained at 5 ° C. for 7 minutes at an anodic oxidation voltage of 50 V, and then subjected to a widening treatment by etching with a 5 mass% phosphoric acid solution for 1 hour. A periodic hole in which rectangular parallelepiped nanoholes each having a side length of 100 nm and a depth of 200 nm were arranged was obtained. By filling the nanohole with a strong derivative, a ferromagnetic material, a resistance change material, a phase change material, and a phosphor, a recording medium in which each material is regularly arranged can be obtained.

実施例13
親水部と疎水部とを持ち、その親水部が超微粒子の表面へ配向することで、超微粒子を凝集させることなく有機溶媒中へ分散させることができる界面活性剤と、有機溶媒と、バリウムチタンダブルアルコキシドあるいは鉛チタンダブルアルコキシドの混合溶液を100℃にセットした。
Example 13
A surfactant that has a hydrophilic portion and a hydrophobic portion, and the hydrophilic portion is oriented to the surface of the ultrafine particles, so that the ultrafine particles can be dispersed in an organic solvent without agglomerating, an organic solvent, and barium titanium A mixed solution of double alkoxide or lead titanium double alkoxide was set at 100 ° C.

上記の混合溶液に過酸化水素水を加え、1〜100時間、100〜300℃に保持することで、表面が界面活性剤で覆われ、有機溶媒中での分散性に優れた、平均粒子径1〜50nmのチタン酸バリウム超微粒子あるいはPT超微粒子が得られた。溶媒を交換する処置を行い、ヘキサン溶液中にチタン酸バリウム粒子あるいはPT超微粒子を分散させた。   By adding hydrogen peroxide water to the above mixed solution and keeping it at 100 to 300 ° C. for 1 to 100 hours, the surface is covered with a surfactant, and the average particle diameter is excellent in dispersibility in an organic solvent. 1 to 50 nm barium titanate ultrafine particles or PT ultrafine particles were obtained. Treatment for exchanging the solvent was performed, and barium titanate particles or PT ultrafine particles were dispersed in a hexane solution.

この溶液を、陽極酸化アルミナ上にスピンコートした後、100℃で溶媒を蒸発させる工程を繰り返し行い、陽極酸化アルミナのナノホールにチタン酸バリウムナノ粒子あるいはPTナノ粒子が充填されたナノホール構造体を得た。このナノホール構造体は、酸素中、400〜800℃で熱処理することにより強誘電体特性が向上する。   After spin-coating this solution on anodized alumina, the process of evaporating the solvent at 100 ° C. was repeated to obtain a nanohole structure in which nanoholes of anodized alumina were filled with barium titanate nanoparticles or PT nanoparticles. It was. This nanohole structure is improved in ferroelectric characteristics by heat treatment at 400 to 800 ° C. in oxygen.

超微粒子は、BaTiO3 やPbTiO3 に限らず、有機金属材料を選択することで誘電体材料SrTiO3 、強誘電体材料Pb(Zr,Ti)O3 、Bi3.75La0.25TiO312 、SrBi2Ta29 、抵抗変化材料Pr0.7Ga0.3MnO3 、CrドープしたSrTiO3あるいはCrドープしたSrZrO3等のナノ構造体も得られる。 The ultrafine particles are not limited to BaTiO 3 and PbTiO 3 , but by selecting an organic metal material, a dielectric material SrTiO 3 , a ferroelectric material Pb (Zr, Ti) O 3 , Bi 3.75 La 0.25 TiO 3 O 12 , SrBi Nanostructures such as 2 Ta 2 O 9 , resistance change material Pr 0.7 Ga 0.3 MnO 3 , Cr-doped SrTiO 3, or Cr-doped SrZrO 3 can also be obtained.

実施例14
親水部と疎水部とを持ち、その親水部が超微粒子の表面へ配向することで、超微粒子を凝集させることなく有機溶媒中へ分散させることができる有機化合物を反応溶媒とし、30〜350℃にあらかじめ昇温させておく。
Example 14
An organic compound that has a hydrophilic part and a hydrophobic part and can be dispersed in an organic solvent without agglomerating the ultrafine particles by causing the hydrophilic part to be oriented on the surface of the ultrafine particles is used as a reaction solvent, 30 to 350 ° C. The temperature is raised in advance.

この反応溶媒に、合成しようとする超微粒子を構成する元素(ここではCdおよびSe)を含む原料を打ち込むことで、原料が分解、反応して、核ができる。これを1〜100時間、100〜350℃に保持することで、表面が界面活性剤に覆われ有機溶媒中での分散性に優れた、平均粒子径1〜50nmのナノ微粒子が得られた。溶媒を交換する処置を行い、ヘキサン溶液中にCdSe超微粒子を分散させた。   By implanting a raw material containing elements (here, Cd and Se) constituting the ultrafine particles to be synthesized into this reaction solvent, the raw materials are decomposed and reacted to form nuclei. By maintaining this at 100 to 350 ° C. for 1 to 100 hours, nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 50 nm having a surface covered with a surfactant and excellent dispersibility in an organic solvent were obtained. A treatment for exchanging the solvent was performed, and CdSe ultrafine particles were dispersed in the hexane solution.

この溶液を、陽極酸化アルミナ上にスピンコートした後、100℃で溶媒を蒸発させる工程を繰り返し行い、陽極酸化アルミナのナノホールにセレン化カドミウムCdSeのナノ微粒子が充填されたナノホール構造体を得た。構造体中の超微粒子は高効率の蛍光体として機能し、その発光色は超微粒子の粒子系に依存する。   After spin-coating this solution on anodized alumina, the step of evaporating the solvent at 100 ° C. was repeated to obtain a nanohole structure in which nanoholes of anodic alumina were filled with cadmium selenide nanoparticles. The ultrafine particles in the structure function as a highly efficient phosphor, and the emission color depends on the particle system of the ultrafine particles.

超微粒子は、CdSeに限らず、原料を選択することでCdS、CdTe、ZnSe、ZnS、のナノ構造体も得られる。   The ultrafine particles are not limited to CdSe, and nanostructures of CdS, CdTe, ZnSe, and ZnS can be obtained by selecting raw materials.

上述のように、本発明を実施の形態と実施例とによれば、アルミニウム−ハフニウム合金層、あるいは、アルミニウム−ハフニウム合金層と金属アルミニウム層との積層膜を下地導電層の上に形成した材料を陽極酸化することで、下地導電層まで貫通した細孔を有する新規な構造体、及びその製造方法を提供することができる。   As described above, according to the embodiments and examples of the present invention, a material in which an aluminum-hafnium alloy layer or a laminated film of an aluminum-hafnium alloy layer and a metal aluminum layer is formed on a base conductive layer. By anodizing, a novel structure having pores penetrating to the underlying conductive layer and a method for producing the same can be provided.

この構造体は、細孔に強誘電体や強磁性体を充填して大容量の記録媒体として用いる場合でも、表面平坦性が高いために安定した記録再生が行える記録媒体を提供できることを特徴とする。また、大容量記録媒体以外のデバイスに関しても、Al−Hf合金あるいはAl/Al−Hf積層膜を陽極酸化することで得られるナノ構造体を用いることで、基板との密着性に優れた信頼性の高いデバイスの製造が可能になる。   This structure is characterized in that it can provide a recording medium that can perform stable recording and reproduction because of its high surface flatness even when it is used as a large-capacity recording medium by filling the pores with a ferroelectric material or a ferromagnetic material. To do. For devices other than large-capacity recording media, the use of a nanostructure obtained by anodizing an Al—Hf alloy or an Al / Al—Hf laminated film makes it possible to provide excellent reliability with respect to the substrate. High device can be manufactured.

以上、本発明を実施の形態と実施例とに基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。   The present invention has been described based on the embodiment and the examples. However, the present invention is not limited to these examples, and it is needless to say that the present invention can be appropriately changed without departing from the gist of the invention. Yes.

陽極酸化の条件や、酸水溶液を用いたエッチング法によるホール直径の拡幅処理の条件などは、上記の実施例に記載した内容に限定されるものではなく、陽極酸化しようとする材料の膜厚や作製しようとするナノホールの直径などによって、適宜、最適条件を選択するのがよい。例えば、陽極酸化のために印加する陽極酸化電圧は、5〜150Vの範囲であることが望ましい。また、定電圧ではなく定電流で陽極酸化しても良く、この際の電解電流の電流値は0.01〜10Aの範囲が望ましい。また、エッチングによるホール径拡幅処理に用いる溶液は、リン酸水溶液に限らず、硫酸水溶液等、他の酸の水溶液でも良い。   The conditions for anodization and the conditions for the hole diameter widening treatment by an etching method using an acid aqueous solution are not limited to the contents described in the above examples, and the film thickness of the material to be anodized or It is preferable to select an optimum condition depending on the diameter of the nanohole to be manufactured. For example, the anodic oxidation voltage applied for anodic oxidation is desirably in the range of 5 to 150V. Moreover, you may anodize with a constant current instead of a constant voltage, and the current value of the electrolysis current in this case has the desirable range of 0.01-10A. Moreover, the solution used for the hole diameter widening process by etching is not limited to a phosphoric acid aqueous solution, but may be an aqueous solution of other acids such as a sulfuric acid aqueous solution.

電子デバイスやメモリ媒体、メモリ素子などの機能材料や、構造材料などの広い範囲で利用が可能である。特に前記構造体は、垂直磁気記録媒体、固体磁気メモリ、磁気センサ、フォトニックデバイスなどへ利用できる。   It can be used in a wide range of functional materials such as electronic devices, memory media, memory elements, and structural materials. In particular, the structure can be used for a perpendicular magnetic recording medium, a solid magnetic memory, a magnetic sensor, a photonic device, and the like.

本発明の実施の形態1に基づき、細孔構造体としてナノホール構造体を作製する工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the process of producing a nanohole structure as a pore structure based on Embodiment 1 of this invention. 同、ナノホール構造体の他の作製工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other manufacturing processes of a nanohole structure equally. 同、シリコン基板上に成膜したAl薄膜の表面とAl-Hf合金薄膜の表面との平坦性をAFM測定で比較した結果である。The results are a comparison of the flatness between the surface of the Al thin film formed on the silicon substrate and the surface of the Al—Hf alloy thin film by AFM measurement. 同、ナノ微粒子で充填されたナノホールの概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a nanohole filled with nanoparticle. 本発明の実施の形態2に基づく、ナノホール構造体の作製工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of a nanohole structure based on Embodiment 2 of this invention. 同、ナノホール構造体の他の作製工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other manufacturing processes of a nanohole structure equally. 本発明の実施の形態3に基づく、ナノホール構造体を利用したメモリ装置の作製工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of the memory device using the nanohole structure based on Embodiment 3 of this invention. 同、ナノホール構造体を利用したメモリ装置の作製工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of the memory device using a nanohole structure similarly. 同、抵抗変化材料のメモリ作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the memory effect | action of resistance change material similarly. 同、抵抗変化素子メモリの、書き込み動作と読み出し操作を説明するグラフである。4 is a graph illustrating a write operation and a read operation of the resistance change element memory. 本発明の実施の形態4に基づき、ナノホール構造体を利用した磁気記録媒体の作製工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of the magnetic-recording medium using a nanohole structure based on Embodiment 4 of this invention. 従来のAl−Pt接合部に生じた、陽極酸化によるAl剥離部分の光学顕微鏡による観察像である。It is an observation image by the optical microscope of the Al peeling part by the anodic oxidation which arose in the conventional Al-Pt junction part.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…下地導電層、3…アルミニウム−ハフニウム(Al−Hf)合金層、
4…金属アルミニウム(Al)層、5…Al−Hf酸化物層、6…アルミナ層、
7…陽極酸化の開始点、8、8a、8b…陽極酸化によって形成されたナノホール、
9…エッチング処理によって拡幅されたナノホール、10…機能性材料、
11…半導体基板、12…ウエル領域、13…ドレイン領域、14…ソース領域、
15…ゲート酸化膜、16…ゲート電極、20…電界効果トランジスタ、
21…層間絶縁膜、22…導電性プラグ、30…記憶素子、31…下部電極、
32…記憶層、33…上部電極、34…ソース電極の引き出し電極、41…基板、
42…Ta層、43…反強磁性体層、44…軟磁性体層、45…強磁性体層、
46…磁気記録媒体、47…カーボン膜、48…単磁極磁気ヘッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Base conductive layer, 3 ... Aluminum-hafnium (Al-Hf) alloy layer,
4 ... Metal aluminum (Al) layer, 5 ... Al-Hf oxide layer, 6 ... Alumina layer,
7 ... starting point of anodization, 8, 8a, 8b ... nanoholes formed by anodization,
9 ... Nanohole widened by etching process, 10 ... Functional material,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Well region, 13 ... Drain region, 14 ... Source region,
15 ... Gate oxide film, 16 ... Gate electrode, 20 ... Field effect transistor,
21 ... Interlayer insulating film, 22 ... Conductive plug, 30 ... Memory element, 31 ... Lower electrode,
32 ... Memory layer, 33 ... Upper electrode, 34 ... Lead electrode for source electrode, 41 ... Substrate,
42 ... Ta layer, 43 ... antiferromagnetic layer, 44 ... soft magnetic layer, 45 ... ferromagnetic layer,
46 ... magnetic recording medium, 47 ... carbon film, 48 ... single pole magnetic head

Claims (19)

アルミニウム−ハフニウム合金層が陽極酸化されて形成された複数の細孔の少なくとも一部が拡幅加工され、これによって形成された第2の細孔を有する、細孔構造体。 Aluminum - at least some of the plurality of pores hafnium alloy layer is formed by anodic oxidation is widened processed, that having a second pores formed thereby, the pore structure. アルミニウム−ハフニウム合金層に金属アルミニウム層が積層された積層体が陽極酸化されて形成された複数の細孔の少なくとも一部が拡幅加工され、これによって形成された第2の細孔を有する、細孔構造体。 Aluminum - at least some of the plurality of pores laminate metallic aluminum layer are stacked is formed by anodic oxidation in a hafnium alloy layer is widened processed, that having a second pore formed by this , Pore structure. 下地導電層上に前記細孔が形成され、前記下地導電層がPt、Ir、Pd、Rh、Au、Ag、Ru、Cu、及びNiからなる群から選ばれた金属元素の単体或いは前記群から選ばれた2種以上の金属元素を含む合金からなる、請求項1又は2に記載した細孔構造体。 The pores are formed on a base conductive layer, and the base conductive layer is a single element of a metal element selected from the group consisting of Pt, Ir, Pd, Rh, Au, Ag, Ru, Cu, and Ni, or from the group The pore structure according to claim 1 or 2 , comprising an alloy containing two or more selected metal elements. 前記細孔の少なくとも一部に、ペロブスカイト構造よりなる酸化物、強誘電体材料、強磁性体材料、抵抗変化材料、相変化材料、及び蛍光材料のいずれかの材料が充填されている、請求項1又は2に記載した細孔構造体。 At least a part of the pores is filled with any one of an oxide having a perovskite structure, a ferroelectric material, a ferromagnetic material, a resistance change material, a phase change material, and a fluorescent material. The pore structure described in 1 or 2 . 充填された前記材料の表面が化学的機械研磨法によって研摩されてなる、請求項に記載した細孔構造体。 The pore structure according to claim 4 , wherein the surface of the filled material is polished by a chemical mechanical polishing method. 請求項1又は2に記載した細孔構造体の製造方法であって、予め前記アルミニウム−ハフニウム合金層又は前記積層体の表面の所定位置に前記陽極酸化の開始点を形成した後に前記陽極酸化を行う、細孔構造体の製造方法。   The method for producing a pore structure according to claim 1 or 2, wherein the anodization is performed after the start point of the anodization is previously formed at a predetermined position on the surface of the aluminum-hafnium alloy layer or the laminate. A method for producing a pore structure. 請求項2に記載した細孔構造体の製造方法であって、前記アルミニウム−ハフニウム合金層を陽極酸化する陽極酸化電圧が、前記金属アルミニウム層を陽極酸化する陽極酸化電圧よりも高くなるように設定する、細孔構造体の製造方法。   3. The method for producing a pore structure according to claim 2, wherein an anodizing voltage for anodizing the aluminum-hafnium alloy layer is set higher than an anodizing voltage for anodizing the metal aluminum layer. A method for producing a pore structure. 請求項1又は2に記載した細孔構造体の製造方法であって、前記細孔の拡幅加工を、酸の水溶液を用いたエッチングによって行う、細孔構造体の製造方法。 3. The method for producing a pore structure according to claim 1 , wherein the pores are widened by etching using an acid aqueous solution. 請求項1又は2に記載した前記細孔に、(1)電着法によって金属を充填する、(2)ディッピング法又はスピンコート法によって有機金属溶液を充填し、この有機金属溶液を熱処理して酸化物層を前記細孔内に形成する、(3)MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によって酸化物を充填する、又は(4)スパッタリング法によって相変化材料を充填する、細孔構造体の製造方法。 The pores of claim 1 or 2, (1) collecting metal filling by deposition method, to fill the organic metal solution by (2) a dipping method or a spin coating method, by heat-treating the organic metal solution An oxide layer is formed in the pores, (3) filled with oxide by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, or (4) filled with phase change material by sputtering method. Production method. 請求項1又は2に記載した細孔構造体の細孔内に、下部電極と、強誘電体材料又は抵抗変化材料からなる記憶層と、上部電極とからなる積層体からなる記憶素子が設けられてなる、メモリ装置。 A memory element comprising a laminate composed of a lower electrode, a memory layer made of a ferroelectric material or a resistance change material, and an upper electrode is provided in the pores of the pore structure according to claim 1 or 2. A memory device. 前記記憶素子を選択するためのトランスファーゲート素子が基体上に形成され、このトランスファーゲート素子上に絶縁層を介して前記細孔構造体が形成され、前記記憶素子の前記下部電極と前記トランスファーゲートとが、前記絶縁層を貫通する導電性プラグによって電気的に接続されている、請求項10に記載したメモリ装置。 A transfer gate element for selecting the memory element is formed on a base, and the pore structure is formed on the transfer gate element via an insulating layer. The lower electrode of the memory element, the transfer gate, The memory device according to claim 10 , wherein the memory devices are electrically connected by a conductive plug that penetrates the insulating layer. 前記記憶素子が、前記第2の細孔内に形成されている、請求項10に記載したメモリ装置。 The memory device according to claim 10 , wherein the storage element is formed in the second pore. 前記第2の細孔とは別の位置に形成された前記細孔内に埋め込まれた導電体が、前記トランスファーゲートの引き出し電極を形成する、請求項10に記載したメモリ装置。 The memory device according to claim 10 , wherein a conductor embedded in the pore formed at a position different from the second pore forms an extraction electrode of the transfer gate. 請求項11に記載したメモリ装置の製造方法であって、
前記絶縁層の表面に、アルミニウム−ハフニウム合金層、又はアルミニウム−ハフニ ウム合金層と金属アルミニウム層とをこの順に積層した積層体を形成する工程と、
前記アルミニウム−ハフニウム合金層表面又は前記積層体表面の所定位置に陽極酸化 の開始点を形成する工程と、
前記陽極酸化を行う工程と
前記陽極酸化によって形成した複数の細孔の少なくとも一部を拡幅加工して第2の細 孔を形成する工程と
を行う、メモリ装置の製造方法。
A method for manufacturing a memory device according to claim 11 , comprising:
Forming an aluminum-hafnium alloy layer or a laminate in which an aluminum-hafnium alloy layer and a metal aluminum layer are laminated in this order on the surface of the insulating layer;
Forming an anodic oxidation starting point at a predetermined position on the surface of the aluminum-hafnium alloy layer or the laminated body;
Performing the anodization ;
Performing <br/> and forming a second pore by widening processing at least a portion of the plurality of pores formed by the anodic oxidation, a method of manufacturing the memory device.
前記第2の細孔内に前記記憶素子を設ける、請求項14に記載したメモリ装置の製造方法。 The method for manufacturing a memory device according to claim 14 , wherein the memory element is provided in the second pore. 前記記憶素子及び前記トランスファーゲートの引き出し電極を形成する位置にのみ、前記陽極酸化開始点を形成する、請求項14に記載したメモリ装置の製造方法。 15. The method of manufacturing a memory device according to claim 14 , wherein the anodization start point is formed only at a position where the storage element and the extraction electrode of the transfer gate are formed. 請求項1又は2に記載した細孔構造体が水晶振動子の表面に形成され、特定の分子を吸着する有機材料層が前記細孔内に形成されている、吸着量分析装置。 An adsorption amount analysis apparatus, wherein the pore structure according to claim 1 or 2 is formed on a surface of a crystal resonator, and an organic material layer that adsorbs specific molecules is formed in the pores. 反強磁性体層と軟磁性体層とアルミニウム−ハフニウム合金層とがこの順で積層された積層体を有し、前記アルミニウム−ハフニウム合金層の陽極酸化によって複数の細孔が形成され、これらの細孔、又はこれらの細孔の少なくとも一部が拡幅加工されてなる第2の細孔に強磁性体材料が充填されてなる、磁気記録媒体。 It has a laminated body in which a hafnium alloy layer are laminated in this order, wherein the aluminum - - antiferromagnetic layer and the soft magnetic layer and the aluminum plurality of pores by anodic oxidation of the hafnium alloy layer is formed and this at least partially ferromagnetic material is filled in the second pores formed by widening process, the magnetic recording medium of al the pores, or these pores. 反強磁性体層と軟磁性体層とアルミニウム−ハフニウム合金層と金属アルミニウム層とがこの順で積層された積層体を有し、前記アルミニウム−ハフニウム合金層と前記金属アルミニウム層との陽極酸化によって複数の細孔が形成され、これらの細孔、又はこれらの細孔の少なくとも一部が拡幅加工されてなる第2の細孔に強磁性体材料が充填されてなる、磁気記録媒体。 An antiferromagnetic layer, a soft magnetic layer, an aluminum-hafnium alloy layer, and a metal aluminum layer are laminated in this order, and anodization of the aluminum-hafnium alloy layer and the metal aluminum layer is performed. a plurality of pores are formed, these pores, or at least part of these pores ferromagnetic material in the second pores formed by widening processing becomes filled, the magnetic recording Medium.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180040446A (en) * 2016-10-12 2018-04-20 주식회사 세아테크놀러지 Method for forming via contact
US11956942B2 (en) 2021-03-24 2024-04-09 Kioxia Corporation Memory device and method for manufacturing the same

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006075942A (en) * 2004-09-09 2006-03-23 Fujitsu Ltd Laminated layer structural body, magnetic recording medium and manufacturing method for this medium, apparatus and method for magnetic recording, and device using this laminated layer structural body
US7208372B2 (en) * 2005-01-19 2007-04-24 Sharp Laboratories Of America, Inc. Non-volatile memory resistor cell with nanotip electrode
KR100650735B1 (en) * 2005-05-26 2006-11-27 주식회사 하이닉스반도체 Phase change ram device and method of manufacturing the same
KR100647333B1 (en) * 2005-08-31 2006-11-23 삼성전자주식회사 Nonvolatile memory device and manufacturing method for the same
JP4630774B2 (en) * 2005-09-06 2011-02-09 キヤノン株式会社 Manufacturing method of structure
KR100687750B1 (en) * 2005-09-07 2007-02-27 한국전자통신연구원 Phase change type memory device using sb-se metal alloy and method of manufacturing the same
JP4017650B2 (en) 2005-12-02 2007-12-05 シャープ株式会社 Variable resistance element and manufacturing method thereof
US8013711B2 (en) 2006-03-09 2011-09-06 Panasonic Corporation Variable resistance element, semiconductor device, and method for manufacturing variable resistance element
GB0607890D0 (en) * 2006-04-21 2006-05-31 Univ Belfast Nanostructures and a method for the manufacture of the same
JP4621895B2 (en) * 2006-07-14 2011-01-26 国立大学法人 東京大学 Access recordable optical memory
CN101622728B (en) * 2006-08-31 2011-08-03 校际微电子中心 Method for controlled formation of the resistive switching material in a resistive switching device and devices obtained thereof
KR100851982B1 (en) * 2007-02-23 2008-08-12 삼성전자주식회사 Ferroelectric information storage media and methods of manufacturing the same
JP4382843B2 (en) 2007-09-26 2009-12-16 株式会社東芝 Magnetic recording medium and method for manufacturing the same
KR101104443B1 (en) * 2008-02-12 2012-01-12 파나소닉 주식회사 Nonvolatile semiconductor storage device and method for manufacturing the same
JP5335277B2 (en) * 2008-05-07 2013-11-06 アイシン軽金属株式会社 Fluorescent light emitter and method for producing the same
WO2010064444A1 (en) 2008-12-05 2010-06-10 パナソニック株式会社 Nonvolatile memory element and manufacturing method therefor
JP5212827B2 (en) 2009-02-04 2013-06-19 富士電機株式会社 Manufacturing method of magnetic recording medium and magnetic recording medium manufactured by this method
JP2010199104A (en) * 2009-02-23 2010-09-09 National Institute For Materials Science Non-polar type nonvolatile memory element
US9458549B2 (en) 2011-04-12 2016-10-04 Alusera Ab Method for manufacturing of an object having phosphorescent properties
WO2013027530A1 (en) * 2011-08-25 2013-02-28 コニカミノルタホールディングス株式会社 Display illuminating apparatus
WO2014076939A1 (en) * 2012-11-13 2014-05-22 株式会社クラレ Electroluminescent element and method for producing same
JP2019165139A (en) * 2018-03-20 2019-09-26 東芝メモリ株式会社 Storage device and manufacturing method for storage device
CN113406147B (en) * 2021-05-08 2022-11-29 中北大学 Hydrogen sensitive element and preparation method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180040446A (en) * 2016-10-12 2018-04-20 주식회사 세아테크놀러지 Method for forming via contact
KR101913843B1 (en) * 2016-10-12 2018-11-05 주식회사 세아테크놀러지 Method for forming via contact
US11956942B2 (en) 2021-03-24 2024-04-09 Kioxia Corporation Memory device and method for manufacturing the same

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