FR2852441A1 - Dispositif de memoire - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de mémoire comprend au moins une cellule-mémoire (CM) comportant une membrane (MB) fixée sur un substrat (SB) et possédant une partie déformable (PDF) située à distance du substrat et entre deux positions mécaniquement stables correspondant à deux niveaux logiques de la cellule-mémoire, des moyens de déformation (MDF) aptes à déformer la membrane, et des moyens de détection (MDT) aptes à détecter le niveau logique de la cellule-mémoire.
Description
Dispositif de mémoire
L'invention concerne les dispositifs de mémoire.
Actuellement, tous les dispositifs de mémoire utilisent le 5 modèle "transistor", c'est-à-dire notamment une grille, un oxyde de grille et un canal de conduction, dont le contrôle est uniquement électrique.
L'invention vise à proposer un dispositif de mémoire dont la structure et le principe de fonctionnement sont radicalement différents 10 de ce qui existe actuellement.
Le dispositif de mémoire selon l'invention comprend au moins une cellulemémoire comportant une membrane fixée sur un substrat et possédant une partie située à distance du substrat et déformable, de préférence dans une direction sensiblement perpendiculaire au 15 substrat, entre deux position mécaniquement stables correspondant à deux niveaux logiques de la cellule-mémoire.
Par ailleurs, le dispositif de mémoire comporte des moyens de déformation aptes à déformer la membrane, et des moyens de détection aptes à détecter le niveau logique de la cellule-mémoire.
En d'autres termes, le dispositif de mémoire selon l'invention utilise le caractère déformable d'une membrane dont les positions mécaniquement stables définissent les différents états ou niveaux logiques de la mémoire. L'écriture dans la mémoire s'effectue en appliquant une force sur la membrane de façon à la déformer dans 25 l'une ou l'autre de ses positions.
La lecture du niveau logique de la cellule-mémoire consiste à détecter directement ou indirectement la position de la partie déformable de la membrane.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les 30 moyens de déformation sont aptes à exercer une force mécanique sur la membrane.
En variante, les moyens de déformation peuvent exercer une force électrostatique sur la membrane.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de détection peuvent détecter le niveau logique de la cellule de mémoire par une mesure d'un courant circulant dans la cellule-mémoire.
En variante, les moyens de détection peuvent détecter le niveau logique de la cellule-mémoire directement par une détection de la position de la partie déformable de la membrane.
Cette détection peut être par exemple du type optique.
La membrane et le substrat peuvent être formés de matériaux semiconducteurs, par exemple ceux choisis dans le groupe formé par le silicium et les alliages de silicium-germanium.
La cellule-mémoire selon l'invention a avantageusement des dimensions nanométriques. Dans ce cas, l'épaisseur de la membrane est 15 par exemple comprise entre quelques nanomètres et une centaine de manomètres.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la partie déformable de la membrane est initialement configurée dans l'une des deux positions.
La partie déformable de la membrane peut être également précontrainte. A cet égard, la partie déformable de la mémoire peut être couverte au moins partiellement d'une couche d'un autre matériau, par exemple du nitrure de silicium.
En particulier lorsqu'on utilise une déformation de la membrane 25 par une force mécanique, la partie déformable de la membrane peut se situer par exemple également à distance d'un capot encapsulant ladite membrane. Ceci permet par exemple d'injecter un gaz sous pression sous le capot de façon à pouvoir déformer la membrane.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux positions 30 de la partie déformable de la membrane correspondent à deux configurations sensiblement bombées de la partie déformable de la membrane. L'une des configurations bombées tourne sa concavité vers le substrat tandis que l'autre configuration bombée tourne sa convexité vers le substrat.
Le dispositif selon l'invention comporte avantageusement un plan mémoire formé de plusieurs cellules-mémoire.
Ce dispositif de mémoire est par ailleurs avantageusement réalisé sous la forme d'un circuit intégré.
L'invention propose également un procédé de contrôle du niveau logique d'une cellule-mémoire.
Selon une caractéristique générale de l'invention, on définit le 10 niveau logique de la cellule-mémoire en positionnant par rapport à un substrat une partie d'une membrane située à distance du substrat et capable d'être déformée, de préférence dans une direction sensiblement perpendiculaire au substrat, entre deux positions mécaniquement stables correspondant à deux niveaux logiques de la cellule-mémoire, 15 et on lit le contenu logique de la cellule-mémoire en détectant directement ou indirectement la position de la partie déformable de la membrane.
On peut déformer la membrane sous l'action d'une force mécanique ou bien sous l'action d'une force électrostatique.
On peut détecter indirectement la position de la partie déformable de la membrane par une mesure d'un courant circulant dans la cellule-mémoire.
On peut également détecter directement optiquement la position de la partir déformable de la membrane.
Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, on configure initialement la partie déformable de la membrane dans l'une des deux positions de façon à définir un premier niveau logique, et on confère le second niveau logique à la cellule-mémoire en déformant la partie déformable de la membrane dans son autre position.
L'invention propose également un procédé de fabrication d'une cellulemémoire comprenant une étape de réalisation d'une membrane fixée sur un substrat et possédant une partie située à distance du substrat et déformable, de préférence dans une direction sensiblement perpendiculaire au substrat, entre deux positions mécaniquement stables correspondant à deux niveaux logiques de la cellule-mémoire.
Selon un mode de mise en oeuvre, dans l'étape de réalisation, on 5 configure ladite partie déformable dans l'une ou l'autre de ses deux positions.
Les deux positions de la partie déformable de la membrane peuvent correspondre à deux configurations sensiblement bombées de la partie déformable de la membrane, l'une des configurations bombées 10 tournant sa concavité vers le substrat tandis que l'autre configuration bombée tourne sa convexité vers le substrat.
Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, l'étape de réalisation comporte la formation sur le substrat d'un empilement comportant une couche d'un premier matériau surmontée d'une couche 15 d'un deuxième matériau, le premier matériau étant sélectivement éliminable par rapport au deuxième matériau.
L'étape de réalisation comporte alors également le retrait sélectif du premier matériau de façon à former une cavité sous la couche du deuxième matériau.
Le premier matériau est par exemple un alliage de siliciumgermanium et le deuxième matériau est par exemple du silicium.
Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, on peut configurer initialement la partie déformable bombée de la membrane de façon à ce qu'elle tourne sa concavité vers le substrat.
Dans ce cas, l'étape de réalisation de la membrane comporte
par exemple
- une gravure d'une zone prédéfinie du substrat de façon à obtenir une profondeur de gravure plus importante sur les bords de ladite zone que dans la partie centrale de la zone, - une formation par épitaxie sélective d'une couche d'alliage de silicium- germanium sur ladite zone, - une formation par épitaxie non sélective d'une couche de silicium sur la structure ainsi obtenue, - la création d'un accès à la couche de silicium-germanium à travers la couche de silicium, et - un retrait sélectif de la couche de silicium-germanium de façon à former une cavité entre la couche de silicium et ladite zone de substrat.
En variante, on peut également configurer initialement la partie déformable bombée de la membrane de façon à ce qu'elle tourne sa 10 convexité vers le substrat.
Dans ce cas, l'étape de réalisation de la membrane comporte
par exemple:
- une oxydation localisée d'une zone prédéfinie du substrat, - un retrait de l'oxydation obtenue de façon à former une cavité 15 dont les bords incurvés remontent vers la surface du substrat, - la formation par épitaxie sélective d'une couche d'un alliage de silicium-germanium dans ladite cavité, - la formation par épitaxie non sélective d'une couche de silicium sur la structure ainsi obtenue, 20 - la création d'un accès à la couche de silicium-germanium à travers la couche de silicium, et - le retrait sélectif de la couche de silicium-germanium de façon à former un espace entre la couche de silicium et le fond de ladite cavité.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en oeuvre, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 illustre très schématiquement un premier mode de 30 mise en oeuvre d'un dispositif de mémoire selon l'invention, - les figures 2 et 3 illustrent schématiquement une première façon d'écrire deux valeurs logiques dans un dispositif de mémoire selon l'invention, - les figures 4 à 6 illustrent schématiquement une première 5 façon de lire deux valeurs logiques stockées dans une cellule-mémoire selon l'invention, - les figures 7a à 7f illustrent schématiquement un premier mode de mise en oeuvre d'un procédé de fabrication selon l'invention, - les figures 8a à 8f illustrent schématiquement un deuxième 10 mode de mise en oeuvre d'un procédé de fabrication selon l'invention, - la figure 9 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d'un dispositif de mémoire selon l'invention, - la figure 10 illustre encore un autre mode de réalisation d'un dispositif de mémoire selon l'invention, et, - la figure 11 illustre également un autre mode de réalisation d'un dispositif de mémoire selon l'invention.
Sur la figure 1, la référence DM désigne un dispositif de mémoire comportant une cellule-mémoire CM associée à des moyens de déformation MDF et des moyens de détection MDT.
La cellule-mémoire CM comporte essentiellement sur un substrat SB une membrane MB possédant une partie déformable PDF.
Cette partie PDF se situe à distance de la surface supérieure du substrat SB de sorte qu'une cavité CVI est ménagée entre la partie déformable PDF de la membrane et le substrat SB.
La partie PDF est ainsi déformable, ici dans une direction sensiblement perpendiculaire au substrat, ce qui rend sa réalisation particulièrement aisée. Ceci étant, une membrane possédant une partie déformable dans une autre direction peut éventuellement être envisagée.
D'une façon générale, la membrane est capable de prendre au moins deux positions différentes mécaniquement stables par rapport au substrat de façon à définir au moins deux niveaux logiques de la cellule-mémoire correspondant au stockage d'un "0" et d'un "1" logiques.
Dans l'exemple décrit ici, la partie déformable PDF est bombée et, dans l'une des positions, telle que celle illustrée sur la figure 1, la concavité de la partie déformable PDF est tournée vers le substrat.
Dans l'autre position, la partie déformable PDF de la membrane tourne sa convexité vers le substrat.
Bien qu'il puisse être envisagé que la partie déformable de la membrane soit configurée initialement de façon quelconque pour 10 pouvoir être déformée ultérieurement dans l'une ou l'autre de ses positions, il est particulièrement avantageux que la partie déformable PDF de la membrane soit initialement configurée dans l'une ou l'autre de ses deux positions mécaniquement stables. Ainsi, la figure 1 illustre une configuration initiale de la partie déformable PDF de la 15 membrane. Celle-ci sera alors déformée à partir de cette position pour prendre son autre position dans laquelle elle tournera sa convexité vers le substrat.
On verra plus en détail ci-après qu'il sera également possible de réaliser une membrane dont la partie déformable PDF soit 20 configurée initialement dans une position telle qu'elle tourne sa convexité vers le substrat.
Le fait de configurer initialement une membrane bombée dans l'une ou l'autre de ses deux positions, garantit aisément et simplement que cette partie déformable présente en quelque sorte un excédent de 25 longueur, ce qui va permettre de pouvoir la déformer dans son autre position.
On va maintenant décrire en se référant plus particulièrement aux figures 2 à 6, une façon d'écrire une donnée logique dans la cellule-mémoire, et de la lire.
On suppose dans cet exemple de mise en oeuvre, que le substrat est formé d'un matériau semi-conducteur, par exemple du silicium et que la membrane est également formée d'un matériau semi-conducteur, par exemple également du silicium.
On voit sur la figure 2 que le substrat SB comporte une zone active ZA délimitée latéralement par des régions d'isolation STI, par exemple du type "tranchée peu profonde".
La membrane MB repose à ses deux extrémités sur les deux régions d'isolation latérale STI et comporte des zones de prise de contact référencées ici S et D. Dans l'exemple décrit, la partie déformable de la membrane est 10 bombée et l'on suppose sur la figure 2 que cette partie déformable a été configurée initialement dans une position dans laquelle la partie bombée de la membrane tourne sa concavité vers le substrat. Ainsi, une telle position, qui est ici l'une des deux positions mécaniquement stables de la partie déformable de la membrane, correspond par 15 exemple à un état logique ou niveau logique "0".
Lorsque l'on souhaite écrire un "l" logique dans la cellulemémoire CM, les moyens de déformation MDF, formés ici de sources de tension, vont appliquer par exemple une tension positive +Vprog au niveau de la zone active ZA du substrat et une tension négative 20 -Vprog sur les contacts S et D de la membrane.
Il s'ensuit donc une accumulation de charges positives dans la zone active ZA et une accumulation de charges négatives dans la partie déformable de la membrane MB.
Par conséquent, il se crée une force F de type électrostatique 25 qui va. faire basculer la partie déformable de la membrane vers sa deuxième position mécaniquement stable dans laquelle elle tourne sa convexité vers le substrat, comme illustré sur la figure 2.
Bien entendu, l'épaisseur de la membrane, et en particulier de la partie déformable, ainsi que la distance entre le substrat et la partie 30 inférieure de la membrane, c'est-à-dire la dimension de la cavité CVI doivent être choisies de façon à autoriser une déformation de cette membrane. Ces différents paramètres seront choisis en fonction des caractéristiques des matériaux utilisés, ainsi que des tensions utilisées.
L'homme du métier saura aisément ajuster ces paramètres en fonction de l'application envisagée.
Ceci étant, en particulier pour une cellule-mémoire de 5 dimensions nanométriques, c'est-à-dire ayant une zone active dont la longueur L est de l'ordre de 100 à 300 nm, on pourra choisir une épaisseur de membrane comprise entre 5 nanomètres environ et 40 nanomètres environ. De même, la distance entre la membrane et le substrat pourra être choisie de l'ordre de quelques dizaines de 10 nanomètres, par exemple 40 ou 50 nanomètres.
Sur la figure 3, on a supposé que la membrane a été initialement configurée dans sa position dans laquelle elle tourne sa convexité vers le substrat, ce qui correspond alors par exemple à un état logique "1" de la cellule-mémoire. Dans ce cas, si l'on souhaite 15 écrire un "0" logique dans la cellule-mémoire, les moyens de déformation MDF vont cette fois-ci appliquer une tension négative -Vprog sur la zone ZA du substrat et également une tension négative -Vprog par exemple sur les contacts S et D de la membrane.
Il s'ensuit par conséquent une accumulation de charges 20 négatives dans la zone active ZA mais également dans la partie déformable de la membrane.
La force électrostatique F qui en résulte a par conséquent, comme illustré sur la figure 3, pour effet de faire basculer la partie déformable de la membrane MB dans son autre position 25 mécaniquement stable dans laquelle elle tourne sa concavité vers le substrat.
Les moyens de détection MDT qui vont permettre de détecter la position de la partie déformable de la membrane par rapport au substrat, et par conséquent l'état ou le niveau logique de la cellule30 mémoire, sont dans le mode de mise en oeuvre décrit ici et illustré plus particulièrement sur les figures 4 à 6, du type électrique.
Plus précisément, les moyens de détection vont appliquer sur la zone active ZA du substrat une tension +Vdd. Ils vont également appliquer sur le contact D (non représenté sur les figures 4 et 5 à des fins de simplification) la tension +Vdd, et la masse sur le contact S (également non représenté sur les figures 4 et 5).
Il s'ensuit donc, comme illustré sur la figure 6, la circulation d'un courant Id dans la membrane dont l'intensité varie en fonction de la tension VSB appliquée sur le substrat.
Par ailleurs, l'intensité de ce courant lorsque la tension VSB est 10 égale à +Vdd, dépend du volume d'inversion de charges dans la membrane. Ainsi, dans l'exemple décrit ici, la lecture d'un "1" logique, correspondant aux figures 2 et 4, se traduit par un courant Id supérieur à ce même courant circulant dans la membrane conformée de façon à stocker un "" logique (figures 3 et 5).
OnIva maintenant se référer plus particulièrement aux figures 7 et 8 pour décrire deux modes de mise en oeuvre permettant de réaliser une membrane configurée initialement, c'est-à-dire après fabrication, dans l'une ou l'autre de ses deux positions mécaniquement stables.
Plus précisément, le mode de mise en oeuvre illustré sur les 20 figures 7a à 7f conduit à l'obtention d'une membrane bombée tournant initialement sa concavité vers le substrat SB, tandis que les figures 8a à 8f décrivent un mode de mise en oeuvre permettant d'obtenir une membrane bombée initialement de façon à tourner sa convexité vers le substrat SB.
Sur la figure 7a, on forme sur la surface supérieure du substrat SB une couche d'oxyde de silicium 1, puis on dépose sur la couche d'oxyde 1 une couche de nitrure de silicium 2. On définit ensuite, par une étape classique de photolithographie, l'emplacement de la future membrane et l'on procède à des gravures anisotropes classiques et 30 connues en ellesmêmes, de la couche de nitrure de silicium 2 et de la couche d'oxyde de silicium 1, de façon à découvrir la zone prédéfinie ZS de substrat SB audessus de laquelle sera réalisée la partie déformable de la membrane.
Puis, comme illustré sur la figure 7b, on procède à une gravure GRV du silicium du substrat SB. Cette gravure GRV présente ici la 5 caractéristique d'attaquer le silicium de façon non uniforme, et plus précisément, plus en profondeur sur les bords de la zone de gravure qu'au centre.
Une telle gravure est par exemple réalisable en utilisant un plasma gazeux composé de HBR à 40 cc, d'O2 à 40 cc et de SF6 à 10 25 cc, sous une pression de 40 millitorr et avec une puissance de 1000 watts.
On obtient alors une zone de silicium bombée présentant une plus grande profondeur de gravure sur les bords ZS2 que dans la partie centrale ZS1.
Après avoir retiré, de façon classique et connue en soi, la couche de nitrure de silicium 2 (figure 7c) on procède à un nettoyage de la structure puis à une épitaxie sélective connue en soi d'une couche d'un alliage de silicium-germanium 3. En raison du caractère sélectif de l'épitaxie, le silicium-germanium 3 ne croît que sur le silicium 20 découvert du substrat SB.
Puis, on forme, par une épitaxie non sélective de silicium connue en soi, la couche de silicium 4 qui s'étend sur la couche de silicium-germanium 3 ainsi que sur la couche d'oxyde de silicium 1.
On réalise alors de façon classique et connue en soi un accès à 25 la couche sous-jacente de silicium germanium, par exemple par une étape de photolithographie suivie d'une gravure. A cet égard, il est particulièrement avantageux d'utiliser une telle étape de photolithographie et de gravure de façon à former effectivement la membrane. Celle-ci reposera alors dans cet exemple sur le substrat à 30 ses extrémités par l'intermédiaire de la couche d'oxyde 1.
On procède ensuite à un retrait sélectif de la couche de siliciumgermanium 3 de façon à former la cavité CVI s'étendant entre la partie déformable de la membrane qui présente une partie bombée tournant sa concavité vers le substrat, et la zone ZS du substrat.
Les caractéristiques d'une telle gravure sélective sont bien connues de l'homme du métier et ont fait l'objet de nombreuses publications, notamment la demande de brevet français n0 2 791 178.
Plus précisément, on pourra utiliser par exemple une chimie oxydante bien connue telle qu'une solution 40 ml HNO3 à 70 % + ml H202 + 5 ml HF 0,5 %, ou bien une attaque plasma isotrope.
Il convient de noter ici que, bien que tout matériau sélectivement éliminable par rapport au silicium puisse convenir, les alliages Si,-,Ge, sont recommandés car ils sont aisément éliminables sélectivement par une telle chimie oxydante ou par une attaque plasma isotrope. Par ailleurs, ces alliages facilitent également la réalisation par épitaxie d'une couche de silicium 4 fine.
A l'issue de cette gravure sélective, on procédera si cela n'a pas été effectué précédemment, à la définition exacte de la forme de la membrane par exemple par photolitographie, puis à une gravure correspondante de la couche 4 de façon à former effectivement la membrane qui repose sur le substrat à ses extrémités par 20 l'intermédiaire de la couche d'oxyde 1. On procédera ensuite de façon classique connue en soi à des prises de contact sur les extrémités de la membrane.
On se réfère maintenant aux figures 8a à 8f pour décrire un mode de mise en oeuvre permettant d'obtenir une membrane bombée 25 initialement configurée de façon à tourner sa convexité vers le sub strat.
La structure illustrée sur la figure 8a est identique à celle illustrée sur la figure 7a et elle a été obtenue d'une façon analogue à ce qui a été décrit en référence à cette figure 7a.
Sur la figure 8b, on procède à une oxydation localisée du type LOCOS, selon une dénomination bien connue de l'homme du métier, de la zone ZS du substrat.
Cette oxydation localisée conduit à la formation d'une zone oxydée OX dont la géométrie des contours est bien connue de l'homme du métier, et caractéristique d'une telle oxydation localisée.
Aussi, après avoir retiré l'oxyde OX puis la couche de nitrure 5 de silicium 2, on obtient, comme illustré sur la figure 8c, une cavité CVS dans le substrat, comportant un fond FCVS et des bords BCVS incurvés et qui remontent vers la surface supérieure du substrat SB.
On procède ensuite, comme illustré sur la figure 8d, à une épitaxie sélective d'un alliage de silicium-germanium 3 qui va croître 10 uniquement sur le silicium de la cavité CVS.
Puis, comme illustré sur la figure 8e, on déforme par épitaxie non sélective, sur la structure de la figure 8d, une couche de silicium 4 qui va par conséquent recouvrir la couche 3 ainsi que l'oxyde 1.
Après avoir effectué un accès à la couche de silicium15 germanium 3, puis un retrait sélectif du silicium-germanium 3, identique à celui qui a été décrit précédemment, on obtient la structure illustrée sur la figure 8f sur laquelle la partie bombée de la couche 4 qui tourne sa convexité vers le substrat, et qui est destinée à former la partie déformable de la membrane, est séparée du substrat par la cavité 20 CVI.
Le reste du procédé de fabrication est analogue à celui qui a été décrit précédemment.
Plusieurs cellules-mémoire selon l'invention peuvent être associées pour former un plan mémoire. A titre d'exemple illustratif, 25 on a représenté dans la figure 9, un circuit intégré comportant plusieurs cellulesmémoire (ici trois cellules-mémoire CM1-CM3) d'un plan mémoire PM. Dans cet exemple, la partie déformable de la membrane MB de chaque cellulemémoire est configurée initialement de façon à tourner sa concavité vers la zone active ZA du substrat.
Le dispositif de mémoire selon l'invention peut être utilisé pour former des mémoires de tout type, par exemple des mémoires volatiles ou non, des mémoires FLASH, des mémoires vives dynamiques, (DRAM), ...
Il peut être également particulièrement avantageux que la partie déformable de la membrane soit précontrainte. Un tel mode de réalisation est par exemple illustré sur la figure 10.
Dans ce mode de réalisation, la partie déformable de la membrane MB est recouverte partiellement d'une couche FMC d'un autre matériau, par exemple du nitrure de silicium.
En effet, l'homme du métier sait qu'un film de nitrure de 10 silicium peut induire des contraintes compressives ou tensiles dans la membrane.
Ainsi, en fonction des caractéristiques du film de nitrure, il sera possible de rendre encore plus difficile la déformation de la membrane ou bien au contraire de faciliter une telle déformation.
Ainsi, on pourra par exemple créer de préférence des mémoires non volatiles en utilisant des membranes difficilement déformables tandis qu'on réalisera de préférence des mémoires vives dynamiques (mémoires DRAM) à partir de cellules ayant des membranes plus facilement déformables.
Bien que l'on ait décrit précédemment des modes de réalisation dans lesquels la déformation était du type électrostatique et la détection du type électrique, d'autres moyens de déformation et de détection sont possibles.
Ainsi, on peut envisager des moyens de déformation MDFM 25 aptes à appliquer une force mécanique sur la membrane MB (figure 11).
Une telle force mécanique peut résulter par exemple de l'application d'une pression ou d'un vide sur les parois de la partie déformable de la membrane.
Dans ces conditions, un exemple de réalisation consiste à encapsuler la membrane MB dans un capot CPT de façon à ménager non seulement une cavité CVI entre la membrane et le substrat SB, mais également une cavité CVSS entre la membrane et le capot CPT.
Par des orifices par exemple latéraux, non représentés sur la figure 11 à des fins de simplification, on pourra alors injecter un gaz 5 sous pression dans la cavité CVS de façon à faire basculer la membrane MB dans son autre position bombée.
Une façon particulièrement simple de réaliser un capot CPT avec une telle cavité CVS consiste, une fois la membrane MB réalisée, à former sur cette membrane un film polymère recouvert d'une couche 10 diélectrique destinée à former le capot CPT. Puis, sous une certaine température, le film polymère va désorber dans le diélectrique et disparaître pour former la cavité CVS. Une telle technique est bien connue de l'homme du métier et celui-ci pourra par exemple se référer à l'article de Paul A. Kohl intitulé "Air-Gaps in 0,3 Ftm Electrical 15 Interconnections" (IEEE Electron Device Letters, volume 21, n'12, décembre 2000).
Il convient de noter ici que lors d'une déformation de la membrane sous l'action d'une force mécanique, l'épaisseur de celle-ci peut être éventuellement plus importante que dans le cas de 20 l'application d'une force électrostatique. A titre indicatif, on pourra éventuellement utiliser des membranes dont l'épaisseur de la partie déformable peut être inférieure ou égale à 100 nanomètres environ.
Il est également possible de détecter directement la position de la partie déformable de la membrane, en utilisant par exemple 25 des moyens dedétection de type optique MDTOP.
A cet égard, on peut utiliser une technique bien connue de microscopie optique interférométrique, telle que celle décrite dans l'article de Petitgrand, Bosseboeuf, Gilles et Coste intitulé "Mesures 3D de topographie et de vibrations à l'échelle (sub)micrométrique par microscopie optique interférométrique", et publié dans le compte rendu de la conférence sur les " Méthodes et techniques optiques pour l'industrie ", qui s'est tenue à Saint Aubin de Médoc (France) les 18-22 novembre 2002.
Bien que l'on ait décrit ici l'utilisation de moyens optiques en combinaison avec des moyens de déformation mécanique, il n'est pas exclu bien entendu de pouvoir utiliser des moyens de détection optiques en combinaison avec des moyens de déformation de type électrostatique.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits mais en embrassent toutes le 10 variantes.
Ainsi, bien que l'on ait décrit ici la réalisation d'une membrane en silicium en utilisant du silicium-germanium comme matériau sélectivement éliminable, il est également possible de réaliser des membranes en silicium-germanium surplombant un substrat de 15 silicium. A cet égard, on pourra alors utiliser de l'oxyde de silicium comme matériau sélectivement éliminable ainsi que des techniques de report, du type de celles utilisées dans la fabrication des substrats SOI, pour former la cavité séparant la membrane du substrat. De telles techniques de report sont bien connues et l'on pourra par exemple citer 20 à cet égard l'article de Yun et Cheung intitulé "SOI on Buried Cavity Patterns Using Ion-Cut Layer Transfer", Proceedings 1998 IEEE International SOI Conference, octobre 1998.
Claims (35)
1. Dispositif de mémoire, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une cellule-mémoire (CM) comportant une membrane (MB) fixée sur un substrat (SB) et possédant une 5 partie (PDF) située à distance du substrat et déformable entre deux positions mécaniquement stables correspondant à deux niveaux logiques de la cellule-mémoire, des moyens de déformation (MDF) aptes à déformer la membrane, et des moyens de détection (MDT) aptes à détecter le niveau logique 10 de la cellule- mémoire.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie déformable (PDF) est déformable dans une direction sensiblement perpendiculaire au substrat.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait 15 que les moyens de déformation (MDF) sont aptes à exercer une force mécanique sur la membrane.
4. Dispositif selon la revendication i ou 2, caractérisé par le fait que les moyens de déformation (MDF) sont aptes à exercer une force électrostatique sur la membrane.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de détection (MDT) sont aptes à détecter le niveau logique de la cellule-mémoire par une mesure d'un courant circulant dans la cellule-mémoire.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par 25 le fait que les moyens de détection (MDTOP) sont aptes à détecter le niveau logique de la cellule-mémoire par une détection de la position de la position de la partie déformable (PDF) de la membrane.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que 30 les moyens de détection (MDTOP) sont du type optique.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la membrane (MB) et le substrat (SB) sont formés de matériaux semiconducteurs.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que 5 les matériaux semiconducteurs sont choisis dans le groupe formé par le silicium et les alliages de silicium-germanium.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la cellule-mémoire (CM) a des dimensions nanométriques.
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la membrane (MB) est comprise entre quelques manomètres et une centaine de nanomètres.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie déformable (PDF) de la membrane est initialement configurée dans l'une des deux positions.
13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie déformable (PDF) de la 20 membrane est précontrainte.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que la partie déformable (PDF) de la membrane est recouverte au moins partiellement d'une couche (FMC) d'un autre matériau, par exemple du nitrure de silicium.
15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie déformable (PDF) de la membrane se situe également à distance d'un capot (CPT) encapsulant ladite membrane.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux positions de la partie déformable (PDF) de la membrane correspondent à deux configurations sensiblement bombées de la partie déformable de la membrane, l'une des configurations bombées tournant sa concavité vers le substrat tandis que l'autre configuration bombée tourne sa convexité vers le substrat.
17. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un plan mémoire (PM) formé de plusieurs cellules-mémoire (CM1-CM3).
18. Circuit intégré, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un dispositif de mémoire selon l'une des revendications 1 à 17.
19. Procédé de contrôle du niveau logique d'une cellule10 mémoire, caractérisé par le fait qu'on définit le niveau logique de la cellulemémoire (CM) en positionnant par rapport à un substrat (SB) une partie (PDF) d'une membrane (MB) située à distance du substrat et capable d'être déformée entre deux positions mécaniquement stables correspondant à 15 deux niveaux logiques de la cellule-mémoire, et on lit le contenu logique de la cellule-mémoire en détectant directement ou indirectement la position de la partie déformable de la membrane.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé par le fait que ladite partie (PDF) de la membrane est capable d'être déformée dans une direction sensiblement perpendiculaire au substrat.
21. Procédé selon la revendication 19 ou 20, caractérisé par le fait qu'on déforme la membrane (MB) sous l'action d'une 25 force mécanique.
22. Procédé selon la revendication 19 ou 20, caractérisé par le fait qu'on déforme la membrane (MB) sous l'action d'une force électrostatique.
23. Procédé selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé par le fait qu'on détecte indirectement la position de la partie déformable (PDF) de la membrane par une mesure d'un courant circulant dans la cellulemémoire.
24. Procédé selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé par le fait qu'on détecte directement optiquement la position de la partie déformable (PDF) de la membrane.
25. Procédé selon l'une des revendications 19 à 24, caractérisé par le fait qu'on configure initialement la partie déformable (PDF) de la membrane dans l'une de ses deux positions de façon à définir un premier niveau logique, et on confère le second niveau logique à la cellule mémoire en déformant la partie déformable de la membrane dans son autre 10 position.
26. Procédé de fabrication d'une cellule-mémoire, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de réalisation d'une membrane (MB) fixée sur un substrat (SB) et possédant une partie (PDF) située à distance du substrat et déformable 15 entre deux positions mécaniquement stables correspondant à deux niveaux logiques de la cellule-mémoire.
27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé par le fait qu'on réalise une partie (PDF) de membrane capable d'être déformée dans une direction sensiblement perpendiculaire au 20 substrat (SB).
28. Procédé selon la revendication 26 ou 27, caractérisé par le fait que dans l'étape de réalisation, on configure ladite partie déformable (PDF) dans l'une ou l'autre de ses deux positions.
29. Procédé selon la revendication 26, 27 ou 28, caractérisé par le fait que les deux positions de la partie déformable (PDF) de la membrane correspondent à deux configurations sensiblement bombées de la partie déformable de la membrane, l'une des configurations bombées tournant sa 30 concavité vers le substrat tandis que l'autre configuration bombée tourne sa convexité vers le substrat.
30. Procédé selon l'une des revendications 26 à 29, caractérisé par le fait que ladite étape de réalisation comporte la formation sur le substrat (SB) d'un empilement comportant une couche (3) d'un premier matériau surmontée d'une couche (4) d'un deuxième matériau, le premier matériau (3) étant sélectivement éliminable par rapport au deuxième matériau 5 (4), et le retrait sélectif du premier matériau (3) de façon à former une cavité (CVI) sous la couche du deuxième matériau (4).
31. Procédé selon la revendication 30, caractérisé par le fait que le premier matériau (3) est un alliage de silicium10 germanium et le deuxième matériau (4) est du silicium.
32. Procédé selon la revendication 30 ou 31 prise en combinaison avec les revendications 28 et 29, caractérisé par le fait qu'on configure initialement la partie déformable bombée (PDF) de la membrane de façon à ce qu'elle tourne sa 15 concavité vers le substrat.
33. Procédé selon la revendication 32, caractérisé par le fait qu'on grave (GRV) une zone prédéfinie (ZS) du substrat de façon à obtenir une profondeur de gravure plus importante sur les bords de ladite zone que dans la partie centrale de la zone, 20 par le fait qu'on forme par épitaxie sélective une couche (3) d'un alliage de silicium germanium sur ladite zone, on forme par épitaxie non sélective une couche (4) de silicium sur la structure ainsi obtenue, on ménage un accès à la couche de silicium-germanium à travers la couche de silicium, et on 25 retire sélectivement la couche de silicium germanium de façon à former une cavité entre la couche de silicium et ladite zone de substrat.
34.Procédé selon la revendication 30 ou 31 prise en combinaison avec les revendications 28 et 29, caractérisé par le fait qu'on 30 configure initialement la partie déformable bombée (PDF) de la membrane de façon à ce qu'elle tourne sa convexité vers le substrat.
35.Procédé selon la revendication 34, caractérisé par le fait qu'on procède à une oxydation localisée d'une zone prédéfinie (ZS) du substrat, on retire l'oxyde (OX) ainsi obtenu de façon à former une cavité (CVS) dont les bords incurvés remontent vers 5 la surface du substrat, on forme par épitaxie sélective une couche (3) d'un alliage de silicium germanium dans ladite cavité, puis on forme par épitaxie non sélective une couche (4) de silicium sur la structure ainsi obtenue, on ménage un accès à la couche de silicium-germanium à travers la couche de silicium, et on retire 10 sélectivement la couche de silicium germanium de façon à former un espace entre la couche de silicium et le fond de ladite cavité.
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|---|---|---|---|
| FR0303194A FR2852441A1 (fr) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | Dispositif de memoire |
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| FR2852441A1 true FR2852441A1 (fr) | 2004-09-17 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9466452B1 (en) | 2015-03-31 | 2016-10-11 | Stmicroelectronics, Inc. | Integrated cantilever switch |
| US9653392B2 (en) | 2015-03-31 | 2017-05-16 | Stmicroelectronics (Rousset) Sas | Metallic device having mobile element in a cavity of the BEOL of an integrated circuit |
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2003
- 2003-03-14 FR FR0303194A patent/FR2852441A1/fr active Pending
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| US9875870B2 (en) | 2015-03-31 | 2018-01-23 | Stmicroelectronics (Rousset) Sas | Metallic device having mobile element in a cavity of the BEOL of an integrated circuit |
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