JPS58125250A - 半導体デイスクメモリおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に記録、再生機能を一効果的に向上させ
得ると共に、記録、再生を行なう一１ツドの走査制御を
円滑に行なわせ得るように改良した半導体ダイスフメモ
リおよびその製造方法に関する。

従来より、ディスク型のメモリとして１、導板あるいは
シート状の磁気記録媒体が一般的に用いられている。す
なわち、基板表面に磁性体粉末でなる記録層を形成し、
この記録層に磁気ヘッドを用いて情報を磁気的に記録し
、またこの磁気記録を再生し、消去するものであるが、
その記録密度は非常圧低いものである。例えば、直径３
０〜４０国の磁気ディスクに対して、映像信号を数秒乃
至数十秒しか記録することができない。

半導体ディスクメモリは、上記のような磁気ディスクメ
モリより本さらに情報を高密度化して記録ｌ〜、再生す
る手段として考えられている。

第１図はこの半導体ディスクメモリの一部を取り出して
示したもので、例えばシリコン等の単結晶体または多結
晶体でなる半導体基板１１の表面に、例えば５ｉ０２等
でなる数十オングストロームの薄い酸化膜１２を形成し
、さらにこの酸化膜１２上に数百オングストロームの厚
さで５ｊ５Ｎ４のような窒化膜等でなる電荷蓄積機能を
有する絶縁体ｖ！１３を積層形成することによって構成
される。このような半導体ディスクメモリは、全体は図
示されないが円盤状に構成され、その中心部に回転軸孔
を形成して、この軸孔を中心に回転駆動されるようにな
るもので、この回転するディスクの表面、すなわち絶縁
体膜１３に記録および再生を行なうヘッドを対設して、
ヘッド走査が行なわれるようにするものである。ここで
使用されるヘッドは、ダイヤモンドで構成される針状体
の側面に導体１−でなる成極を形成し、この電極の端面
が上記ｒイスク六面に接触するように構成されるもので
、このＷＬ極と半導体基板１ノとの間に信号電圧が印加
されるようにする。

すなわち、半導体基板１ノとヘッド成極との間に数十Ｖ
の正または負の電圧を印加することＫよって、トンネル
効果等で酸化膜１２全通して電荷を窒化物等でなる！ｌ
！、一体膜１３に厄枚電設定し、これによシ情報の記録
、消去を行なう。

このような電荷による記録・？ターンに対応して半導体
基板１ノに空乏層の変化が生ずるもので、ヘッド電極に
高周波信号を加え、上記空乏層の変化を容量変化として
慮り出すことによって、記録情報の読み出しが行なわれ
る。

こζで半導体ディスクメモリの表面部には、図に拡大し
て示されるようにグルーｆｔｉが形成されている。この
グループ１４はディスクの図示されない中心軸孔を中心
にしてうず渦き状に形成されるもので、針状の記録、再
生ヘッドがグループ１４に沿ってディスク面を走査され
るようにするものである。

しかし、このようなグループ１４を用いて針状ヘッドの
走査を行なうようにすると、ディスクの高速回転動作、
あるいは機械的振動によって針とび現象が生じ、異常な
情報の読み出しを行ない、また正常な情報記録ｔ−困＠
にする仁とがある。また、ヘッドのグルーｆｘ４に対す
るトレースを正確に行なわせるためには、ヘッド先端面
積を可及的に小さくシ、またディスクに対する接触圧力
を大きくしなければならない。

したがって、ヘッドを構成するダイヤモンドおよび電極
、さらにディスクに摩耗が発生し易く、耐久性の面で充
分なものとすることができない。

また、グループ１４の周辺である山形の頂部に機械的外
力によってクツツクかけ等があり、絶縁体膜１３、さら
に酸化膜１２に損傷の生じた場合は、電気的にヘット０
電極と半導体基板１１等の間で短絡を発生し、情報の記
録、再生はもとより、記録再生装置の保護の上でも問題
がある。

この発明は上記のような点に艦みなされた−ので、ヘッ
ド先端面積を大きくして接触圧力を軽減し、記録、再生
機能、耐久性を充分向上させることができるばかりか、
記録および再生すべき位置に対してヘッドを円滑に且つ
確実に走査設定する仁とができ、良質な情報の記録およ
び再生を実行し得るようにする半導体ディスクメモリお
よびその製造方法を提供しようとするものである。

すなわち、この発明に係る半導体ディスクメモリは、表
面を実質的に平坦にした半導体基板面に、電荷蓄積機能
を有する薄膜を形成すると共に、この薄膜の記録トラッ
クを区画する位置に、読み出し専用の固定客ｉｆｆ化・
ヤターン領域を形成するもので、この・ｆターン領域は
上記薄膜上にそのノ々ターン形状に対応した透過部を有
するマスク・臂ターンを形成し、このマスク・母ターン
を介して例えば荷電粒子を注入して容量変化領域を固定
形成するものである。

以上図面を参照してこの発明の一実施例を、その製造過
程にもとすき説明する。まず、＃！２図に示すように、
シリコンの単結晶体あるいは多結晶体でなる半導体基板
１１の表向上に、約２０〜５０オングストロームの酸化
シリコン（ｓｈｏ２）　テｅル酸化′ａｌ　ｌを、８０
０Ｌｏｇ素（Ｎ２）等で希釈した酸素（０２）雰囲気中
で形成する。

この場合、半導体基板１１は、円板状に形成され、その
表面は平坦に仕上げられている０そして、上記酸化膜１
２の形成に引き続合、１０００℃の窒素（Ｎｚ）雰囲気
中でアニールを行ない、酸化膜１２を安定化する。

次に、アンモニア（ＮＨ５）とデクロロシラン（ｓｔｔ
ｉ２ｃｚ２）の減圧ｃｖｏ法によって、上記酸化膜１２
の上に、シリコンナイトライド°（Ｓｉ３Ｎ４）膜でな
る絶縁体膜１３を形成する。この絶縁体膜１３は、前述
したように鑞荷蓄積機能を有する。

このようにして、ディスクメモリ１５０基本形が構成さ
れるもので、このディスクメモリ１５の表面上、すなわ
ち絶縁体膜１３の上に、ポジ型レノストを約０．５〜１
．０μの厚さで全面に塗布し、いわゆるリングラフィ手
法によって特定されるマスク上の・ｆターンを露光転写
し、現像する。そして、絶縁体膜１３上に透過部１６を
有するマスク・９ターン１２を形成する。

ここで、このマスク・リーン１７の透過部１６の配列は
、円板状半導体基板１１の中心に対してらせんうづ渦き
状、あるいは同心円状に形成し、いわゆるフル・ウニ７
アー（全面）構造とされる。

このレゾストによるマスクツＪ？ターン１７はイオン注
入のマスクとして使用されるもので、フスクノ！ターン
１７の透過部１６を介して、酸素を約１０１５．−１　
ｏ１７ドーズして半導体基板ＩＪ内に注入し、レノスト
によるマスク・ダターン１７を除去する。すなわち、上
記酸素イオン注入によって第３図に示すように固定した
容量領域１８が形成されるもので、このイオン注入領域
は活性化熱処理される。

このようにして容量領域１８の形成された円板状のディ
スクメモリ１５の両面には、第４図で示すようＫｉｔ十
ミクロンの厚さで７オトレジストあるいは感光性の樹脂
層でなるマスク１９を形成するもので、このマスク１９
の中心部には、リソグラフィ手法によって透過部２０を
形成する。そして、この透過部２０に対応して半導体基
板１１を生体とするディスクメモリ１５に、エツチング
等で第５図に示すように貫通する中心軸孔２１を形成す
る。

第６図は上記のようにして構成されたディスクメモリ１
５を上面から見て拡大し、固定した容量領域１８の・９
ターンを示すもので、らせん状あるいは同心円状に配列
された容量領域１８の・ヤターン相互間が、情報を記録
し、再生する記録トラック領域２２となる。すなわち、
容量領域１１の・臂ターンは、らせん状あるいは同心円
状Ｏ配縁トラック領域１２を区画するようになる。

このように構成されるディスクメモリ１５は次のように
して使用される。まず、このディスクメモリ１５に対し
て使用されるヘッド２３は、第７図のｌ、Ａ）Ｋ示すよ
うにディスクメモリＩＪＷＪに接触される針状ダイヤモ
ンド体２４の側面に対して導体層を形成して電極２５と
するもので、この電極２５がダイヤモンド体、？４に保
持されて、回転されるディスクメモリ１５面に摺接され
るように構成されている。そして、この電極２５と半導
体基板１ノとの間に１信号電源２６から信号電圧を印加
するもので、この電圧を印加するとその電圧に応じて、
電子ま九はホールがトンネル効果によって酸化膜１２を
通って、この酸化膜１２と絶縁体膜１３の界面近ぼうに
トラツノされる。すなわち、このような電圧を記°録す
べき信号に応じて変化しながら電極２ｊをディスクメモ
リ１５面上に移動すれば、情報に応じた電荷・ヤターン
として記録されるようになる０％に記録信号がディジタ
ル信号の場合は、電荷の有無のみで効果的に記録される
。

ここで、例えば第７図（４）の場合は、電源２６によっ
て負の電荷２１が蓄積され、この電荷２７によって半導
体基板１１内に空乏層２８が形成される。そして、上ｉ
己のようにして記録された情報は、この空乏層２８の容
量を用いて同様の構成のヘッド２３によって読み出され
る。

すなわち、上記のように空乏層２８が形成されると、空
乏層２８に対応する領域の容量は、絶縁体としての酸化
膜１２および絶縁体膜１３による容量Ｃｏと、空乏層２
８による容量Ｃｖの合成された容量となる。また、この
電荷のトラップされていない領域は、上記絶縁体部の容
量Ｃ。

のみとなる。したがって、ヘッド２３のディスクメモリ
１５に対する矢印のような相対移動に対応して、この容
量変化を電極２５で検出することによって、記録情報を
読み出すことができる。

具体的には、第７図の（Ｂ）に示すようにダイヤモンド
体２４に形成された電極２５をディスクメモリ１５上を
移動され、例えばＩ　Ｍｌｉｔの交流信号源２９から半
導体基板１１と電極２５との関に交流信号を加え、上記
のように記録された領域における容量変化を読み取るよ
うにする。

ここで、従来にあっては第１図で示したように、このよ
うな情報の記録、さらにこの記録された情報の読み出し
、消去を行なう時Ｋｍ極２５をディスクメモリの記録す
べき部分、あるいは記録され九部分である記録トラック
に沿って移動トレースするために、トラック溝いわゆる
グループ１４を形成した。したがって、前述したように
グループ１４相互間の突条部においてり〉ツクとか欠け
が生じ易く、このような事故の場合には電気的な短絡等
の問題が発生するおそれのあるものである。

この点、上記実施例で示したディスクメモリ１５にあっ
ては、その表面がまず平坦面で構成する。そして、例え
ばイオン注入で酸素を注入することによって記録トラッ
クを区画するように容量領域１８が形成されている・ したがって、前述し丸ようにヘッド２３をディスクメモ
リ１５面に移動し死時、イオン注入した容量領域１８と
、その間のイオン注入されない記録トラック領域２２と
では、検出される容量の値が相違する。すなわち、この
容量変化によって容量領域１８を読み取ることＫよって
、ヘッド２３をトラッキング制御するトラッキング信号
を検知することができ、ヘッｐｚｓ位置をサーが制御す
ることができる。すなわち、ヘッド２３の電極２５が情
報を記録しあるいは再生する時等で、記録トラック領域
２２の中央から外れて、左右いずれかの方に寄れば、そ
の寄った側の容量領域１８の検出信号が、他の側の容ｔ
ＶＡ域１８からの検出信Ｊ−大きくなるもので、この両
方の容量領域からの検出信号が等しくなるようにヘッド
２３、すなわち電極２５の１ケ膚を制御することＫよっ
て、いわゆるトラッキングサー？を実行することができ
る。第８図はこのようにして情報を記録している場合の
状態を拡大する状態で示しているもので、３０ｔ１記録
情報を示す。

尚、上記実施例では半導体基板内の選択された領域にｒ
ＩＩ素原子を注入し、固定した容量変化パターンを形成
して記録トラック領域を設定したが、この発明はこれに
こだわるものではなく、例えばＮ型半導体基板内にＰ型
領域を形成して読み出し専用の固定容量変化・平ターン
とするようにしてもよい、もちろん、このＮ型とＰ型の
関係は逆であってもよい。さらに、単に半導体基板内の
不純物濃度を変化させ、あるいは金属原子の注入によっ
て・９ターンを形成するようにしてもよく、またイオン
注入等によプダメーノを形成する手段によるものでもよ
い。その他、電荷蓄積機能を有する薄膜、およびこの薄
膜と半導体基板の界面にイオン注入等の手段で誘電率を
変化させる構成のものでもよく、ゾラズマ中での反応に
よシ化合物を形成する手段を用いるようにしてもよい。

要するに、半導体基板と移動する電極との間において、
容量の変化があられれれば適宜の手段を用いることがで
きる。

１１の平坦にした表面上に、前述したと同様のマスクツ
９り〜ン１７を形成し、このノ臂ターン１７を用いて前
記同様にフォトリソグラフィ手法によって、同図の（鴫
に示すように０．１〜１μの深さの凹部３０をエツチン
グ形成する。そして、その表面に同図の（切に示すよう
に酸化膜１２および絶縁体膜ｘ３を形成する。この場合
、このように構成されたディスクメモリの表面に、凹部
３０に対応した凹凸ができるが、これはヘッドの走置端
面積に比較して充分小さなものでた容量変化パターン領
域を形成するものであるさらｅこ、半導体基板１〕は特
に単結晶である必要はなく、前述したよう１１多結晶で
あってもよく、アモルフオフ状態、有機半導体膜であっ
てもよい。そして、これら半導体層を絶縁体上あるいは
全層上に形成する構造としてもよいことはもちろんであ
る。その他、電荷蓄積機能を有する薄膜は、実施例のよ
うな酸化シリコン、シリコンナイトライドの膜による構
造にＳるものではない。

以上のようにこの発明によれば、ディスクメモリの表面
を実質的に平坦面とすることのできるものであシ、この
ため溝をトレースする場合に比較して記録、古生用のヘ
ッドのダイヤモンド体の接触部面積を大きくすることが
できる。

したがって、ディスクメモリに対する移動接触による摩
耗を、充分に小さなものとするものであり、特に婢をト
レースする場合に比較して接触圧力を軽減で趣るため、
接触摩耗に対する効果は非常に優れたものとすることが
できる。また表面が平坦になるため、回転するディスク
メモリの中心軸と通る放射線方向にヘッドを間単に移動
制御することがで鰺、いわゆるランダムアクセス機能を
高速で尭運することが可能となる。

さらに、このような−イスクメモリにおいては、固定し
た容量変化・譬ターン領域を、通線用いられるフォトリ
ングラフィ手法によって、共通の／ぐターンで形成する
ことのできるものであるため、ｔｓｉ性が極めて曳いも
のであり、コスト面で非常に有利表ものとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

、ＪＥＩ図は従来のディスクメモリの一部を４Ｌす出し
、拡大して示す図、４２図乃至４５図はこの発明の一実
施例に係る半導体ディスクメモリを製造過程にもとすき
説明する図、４６図は上記実施例のメモリの固定専壁変
化ノ９ターンの状−を示す図、第７図の（Ａ）ＣＢ）は
上記ディスクメモリの使用！Ｉ慄を説明する図、４８図
は同じく記録状態を説明する・豐ターン図、第９図のに
）〜（Ｑは仁の発明の他の実施例を説明する図である。 １１・・・半導体基板、１２・・・酸化膜（ｓｔｏ２）
、１３・・・絶縁体膜（Ｓ１３Ｎ４）、Ｊ　５・・・デ
ィスクメモリ、１８・・・容置領域（固ｉ）、２２・・
・記録トラック領域、２３・・・ヘッド、２４・・・ダ
イヤモンド体、２５・・・電極、２８・・・空乏ｌ−１
３ｏ・・・凹部。 出願人代理人　　升逼士　錦　江　武　≠第１図 一２図 １　”ｉ”１ １１４図 １′：Ｊ 第５図 塾６１！１ 第９閃 ７ 昭和　年　月　日 特許庁長官　島　１）春　樹　　　殿　　。 ■、事件の表示 特願昭５７−７８８６号 ２、発明の名称 半導体ディスクメモリおよびその製造方法３、補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 （４２６）　　日本電装株式会社 ４、代理人 ５、自発補正 第８図 −２７５−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　表面を実質的に平坦に形成した半導体基板と
   、この半導体基板の表面に形成される電荷蓄積機能を有
   する薄膜と、この薄膜あるいは上記半導体基板に対応し
   て記録トラックを区画する位１ｆＶＣ形成され九読み出
   し専用の固定容量変化・母ターン領域とを具備し、記録
   および再生を行なう電極が、この・ぐターン領域で区切
   られる記録トラックに対してトラッキング制御されるよ
   うにしたことを特徴とする半導体ディスクメモリ。
2. （２）表面を実質的に平坦にした半導体基板の表面に電
   荷蓄積機能を有する薄膜を形成する手段と、上記半導体
   基板の表面の記録トラックを区画する位置に対応して透
   過部を有する・譬ターンマスクを形成する手段と、この
   ノ９ターンマスクの透過部に対応する上記半導体基板、
   薄膜、あるいは半導体基板と薄膜との界面部の少なくと
   も１つに固定した容量変化領域を形成する手段と１上ｇ
   ５３　／母ターンマスクを除去する手段とを具備したこ
   とを特徴とする半導体ディスクメモリの製造方法。
3. （３）上記マスク・ｔターンを半導体基板の表面に形成
   し、この半導体基板の選択された領域をエツチングして
   凹部を形成し、読み出し専用の固定した容量変化・セタ
   ーンをもった領域を形成するようにした％ｒ＋ｔｉｔ求
   の範囲第２項記載の半導体ディスクメモリの製造方法。