JP2628790B2 - ディジタル情報を記憶された電荷の形態で記憶する方法および装置 - Google Patents

ディジタル情報を記憶された電荷の形態で記憶する方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 米国政府は本発明に関して支払済みの認可を得ており
かつ限定された情況において特許権者に対して米国海軍
省により付与された契約第N00014-84-K-0624の条件によ
り規定された妥当な条件で第三者に特許の使用を許可す
ることを要求する権利を有している。
1.発明の分野 本発明は記憶装置に関し、そしてさらに
特定すると、半導体加工技術により製造された記憶構造
から情報を読み取りかつ該記憶構造に情報を書き込むた
めに片持ばり状アームを利用する記憶装置に関する。
2.従来の技術 誘電体層に電荷を捕獲することによる情
報のちょう密な記憶は、従来技術においては、電気的に
消去可能でありかつプログラム可能な読取り専用記憶装
置（EEPROMS）の形態で実施されてきた。シリコン基板
の表面上には、酸化物の薄膜が形成される。その後、酸
化物の薄膜上には、窒化珪素の薄膜が形成される。窒化
珪素の薄膜の外面とシリコン基板との間には、比較的に
強い電荷が印加される。電子はシリコン基板から酸化物
の薄膜を通して窒化珪素の層まで通過して、窒化珪素の
層において、電子が窒化珪素の薄膜内に捕獲される。捕
獲された電荷は窒化珪素上に付着した金属電極と基板と
の間のキャパシタンスを検知することにより読み取られ
る。記憶装置の配列を構成するために、各々の記憶セル
は、窒化珪素の層に配置去されかつ基板上に形成された
好適な導体の回路網によりその他の記憶セルと相互に接
続された別個の金属電極を有している。
1986年３月11日に許可され、そして本発明の譲受人に
譲渡された「トンネル電流データの読出しを使用してデ
ータを記憶する方法および装置」と題するクエート（Qu
ate）氏の米国特許第4,575,822号明細書には、基板の表
面の摂動を確保することによりデータが記憶されるディ
ジタル記憶装置が記載されている。摂動の識別、すなわ
ち、読取りは基板の「摂動」面と可動プローブとの間に
トンネル電子流れを確保することにより達成される。摂
動はトンネル電子流れが摂動により影響をうけるような
物理的な、電気的なまたは磁気的な性質を有している。
その場合に、このトンネル電流は種々のデータ要素を決
定するために測定される。
1988年３月28日に発行された「応用物理学報文」の52
巻、13号の1103頁ないし1105頁に掲載されたマーチン
（Martin）氏その他による「原子力検鏡による高解像度
キャパシタンス測定および電位差測定」と題する論文は
原子力検鏡および絶縁体の表面の空間的なプロファイル
を付与するその能力に関する発明について言及してい
る。このマーチン氏の論文はプローブの先端部に電圧を
印加し、その後先端部と測定される表面との間に作用す
る先端部およびサンプル間の容量性の力を測定すること
による静電力の原子力検鏡（AFM）測定について述べて
いる。
1981年７月に発行された「電子デバイスに関するIEEE
会報」のED-28巻、７号の854頁ないし860頁に掲載され
た岩村氏その他による「回転MNOS記憶装置」と題する論
文には、固定電極針および回転NOSディスクが記載され
ている。この回転NOSディスクは薄い絶縁酸化物薄膜お
よび電荷記憶用の窒化珪素薄膜が形成されたシリコン基
板である。電子は酸化物薄膜を通して入射されて窒化珪
素薄膜中に射出されて、捕獲される。チタンカーバイド
で被覆されたタングステンカーバイドが電極針の先端部
として使用される。
1988年12月26日に発行された「応用物理学報文」の53
巻、26号の2717頁ないし2719頁に掲載されたスターン
（Stern）氏その他による「力検鏡の使用による絶縁体
の表面に対する電荷の局部的な付与および分布」と題す
る論文には、絶縁体層に表面電荷を付与する技術が記載
されている。電荷は25ミリ秒、100ボルトのパルスを力
検鏡の先端部に印加することにより絶縁材料に付与され
る。使用された絶縁体はポリメチルメタクリレート（PM
MA）、単結晶サファイア、へき開した雲母および融解石
英を含んでいた。
発明の要約 それ故に、本発明の一つの目的は情報を非常にちょう
密な配列に記憶させることである。
本発明の別の一つの目的は、慣用の半導体記憶装置を
製造するために使用される技術と類似の半導体集積回路
製造技術を使用して製造された配列に情報を記憶させる
ことである。
本発明のこれらの目的およびその他の目的によれば、
半導体基板上に薄い第１誘電体の絶縁薄膜、すなわち、
絶縁層を形成することを含むディジタル情報を記憶しか
つ検索する方法が提供される。この薄い絶縁皮膜、すな
わち、絶縁層上には、情報を記憶しかつ検索するための
少なくとも一つの電荷記憶領域を構成する第２誘電体層
が形成される。本発明の特定の一実施例においては、基
板がシリコンであり、絶縁薄膜が二酸化珪素であり、か
つ電荷記憶薄膜が窒化珪素である。
記憶領域は自由端部に先端部が固定された片持ばり状
アームを使用してアクセスされる。電荷記憶領域への情
報の書込みは片持ばり状アームの先端部を第２電荷記憶
層の表面上にまたは該表面に極めて接近して位置決めす
ることにより行われる。そのときに、片持ばり状アーム
の先端部と基板との間に電界が印加されて電荷を薄い絶
縁層を通して第２電荷記憶層まで通過させて、第２電界
記憶層において、電荷が捕獲された電荷として記憶され
る。
電荷記憶領域からの情報の読取りは片持ばり状アーム
の先端部を第２誘電体層の表面に極めて接近して位置決
めし、そして先端部と基板との間に電界を印加すること
により行われる。先端部は第２誘電体層の表面から所望
される解像度により５オングストロームから2000オング
ストロームまでの範囲内の距離を隔てて位置決めされ
る。基板に対して先端部をさらに接近して位置決めする
ことにより、記憶された電荷記憶場所の解像度がさらに
大きくなる。各々の電荷記憶領域、すなわち、記憶場所
は一つの記憶場所の役目をする。本発明の特定の実施例
における各々の電荷記憶領域は、代表的には、50オング
ストローム以下の値から2000オングストロームを超える
値までの範囲内の直径を有する領域を包含することがで
きる。それ故に、非常にちょう密な記憶構造を得ること
ができる。
アームの先端部と基板との間に電界を印加することに
より、容量性の力が生じ、片持ばり状アームの先端部に
作用して、該アームを撓ませる。そのときに、片持ばり
状アームの撓みが検知されて、特定の電荷記憶領域に記
憶された電荷の量に相当する記憶された情報を指示す
る。
本発明の方法は、特に、複数個の記憶場所に相当する
複数個の電荷記憶領域を設けることにより記憶配列を構
成することに適用することができる。
本発明の一実施例においては、阻止層として作用する
例えば二酸化珪素で構成された第３誘電体層が電荷が電
界により電荷記憶層から引き出されることを阻止するた
めに電荷記憶層上に形成されている。この構成により、
電荷記憶層をより薄く形成することができる。
ディジタル情報を記憶しかつ検索する装置は、前述し
たように、基板と、薄い絶縁層と、電荷記憶層と、片持
ばり状アームとを含む。本発明の別の実施例において
は、複数個の記憶場所が基板上の円形経路の形態で構成
されている。基板は記憶場所を片持ばり状アームの先端
部に対して移動して該先端部を前記記憶場所の各々にア
クセスさせるために一つの軸線のまわりに回転するよう
になっている。より大きい記憶構造を構成するために、
複数個の同心円状トラックがアームの先端部を基板の回
転軸線に対して半径方向に移動して該先端部を同心円状
経路の各々に隣接して選択的に位置決めする手段と共に
設けられている。
また、情報を複数個のトラックに記憶する装置も設け
られている。基板には、ドープされた導電性の基板材料
のストライプのグループが形成されている。これらの導
電性ストライプは第２組の絶縁ストライプにより隔置さ
れている。第２組の絶縁ストライプは導電性ストライプ
の間に挿置されかつ低い導電率を有している。これらの
ストライプ上には、絶縁誘電体層が形成されている。こ
の絶縁誘電体層上には、第２誘電体層が形成され、それ
により導電性ストライプの隔置されたストライプの第１
グループにより構成されたトラックに沿って電荷を記憶
する電荷記憶領域を構成している。情報は、自由端部に
先端部を有する圧電バイモルフ片持ばり状アームを使用
してアームの先端部が第２誘電体層の表面と接触するよ
うに位置決めされ、そして先端部と基板との間に電界が
印加されるときに、これらのトラックに記憶される。こ
の電界は電荷を基板から絶縁層を通して電荷記憶層まで
通過させる。アームの先端部を電荷記憶層の表面から隔
置しかつ先端部と基板との間に電界を印加することによ
り、これらのトラックから読み取られる。その結果、ア
ームの先端上に容量性の力が発生して片持ばり状アーム
を撓ませる。このアームの撓みの量は特定の電荷記憶場
所に記憶された電荷の量により左右される。この撓みは
記憶場所に記憶された情報を指示するために測定され
る。
多重データ記憶トラックを形成するその他の方法は、
先端部が特定のトラックから逸脱していることを検知す
るために使用される電荷記憶媒体の表面上に金属製スト
リップまたはみぞを形成することを含む。
図面の簡単な説明 この明細書に包含されかつその一部分を構成する添付
図面は本発明の実施例を例示し、かつ以下の説明と共に
本発明の原理を説明するものである。
第1A図は二酸化珪素の層および電荷記憶領域を構成す
る窒化珪素の層が形成された基板から形成された記憶装
置に情報を書き込むために配置された片持ばり状アーム
の先端部の横断面図、 第1B図は第1A図の窒化珪素の層の上に形成された付加
的な二酸化珪素の阻止層を使用して形成された記憶装置
の断面図、 第２図は以前に記憶された情報を読み取るために配置
された片持ばり状アームの先端部の横断面図、 第３図は第１図に示した横断面図の一部分をさらに詳
細に示した図、 第４図は電荷記憶領域が配置された複数個のトラック
を有する回転ディスクの図解的な平面図、 第５図はより低い導電率を有する別の１組のストライ
プにより隔置された１組の導電性ストライプを構成する
ように交互にドープされた複数個のストライプを有し、
両方の組のストライプ上に二酸化珪素の層および窒化珪
素の層が配置されて下方の導電性ストライプ上に記憶領
域のトラックが形成された半導体基板の横断面図、 第６図は第５図の基板を裁断線6-6に沿って裁った断
面図、 第７図は窒化珪素の層の表面上に付着した金属により
規定された一連のトラックを有する窒化珪素の記憶層の
横断面図、 第８図は窒化珪素の層の表面に切り込まれたみぞによ
り規定された一連のトラックを有する窒化珪素の記憶層
の横断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明 さて、添付図面に例示した本発明の好ましい実施例に
ついて以下に詳細に説明する。本発明を好ましい実施例
について説明するが、本発明をこれらの実施例に限定す
るために意図したものではないことは理解されよう。そ
の反対に、本発明は請求の範囲により規定された本発明
の精神および範囲内に包含するとができる別の態様、変
型および同等の態様を網羅するように意図してある。
本発明は情報を非常にちょう密な配列内に電荷の形態
で、しかも半導体基板の空乏領域によりひき起こされる
キャパシタンスの変化として記憶する方法および装置に
関する。空乏領域は電圧が印加され、かつ電荷が存在す
るときに形成される。本発明は走査トンネル顕微鏡検査
法および原子力顕微鏡検査法に類似の技術と組み合わさ
れたシリコン半導体製作技術を使用する技術およびそれ
により製造された構造に基づくものである。
第1A図はディジタル情報を記憶する装置10の横断面を
示す。導体、例えば、金属または半金属、または半導
体、例えば、ドープされたシリコンの基板12が設けられ
ている。この基板12の上面には、第１誘電体層14が形成
されている。この第１層14は、例えば、20オングストロ
ームの厚さを有する二酸化珪素の層である。第１層14上
には、第２誘電体層16が形成されている。この第２層16
は、例えば、数百オングストロームまたはそれよりも薄
い程度の代表的な厚さを有する窒化珪素の層である。窒
化珪素の層16は情報を内部に捕獲された電荷の形態で記
憶するための電荷記憶領域を構成する。窒化珪素の層16
は二酸化珪素の比較的に薄い第１層を通過する電荷が窒
化珪素の層内に捕獲されないで珪素窒化物の層を完全に
通過することを阻止するための十分な厚さに形成されて
いる。より薄い窒化珪素の層は印加された電界をより小
さい領域に封じ込めて隣接した電荷記憶領域間の解像度
を高める傾向を生ずる。
第1B図はディジタル情報を記憶する装置20のさらに別
の構成を示す。第1A図の実施例に関する以下の説明はこ
のさらに別の構成も適用される。ドープされた基板22の
上面には、20オングストロームの厚さの二酸化珪素の薄
い第１誘電体層24が形成されている。この実施例におい
ては、第１誘電体層24上には、40オングストロームの厚
さの窒化珪素のさらに薄い誘電体層26が形成されてい
る。本発明のこの実施例においては、第３誘電体層28が
窒化珪素上に形成されるので、第２層26は第1A図に示し
た実施例よりも薄く形成することができる。この第３層
28は例えば、二酸化珪素で形成され、そして捕獲された
電荷が第２電荷捕獲層26から逃出することを阻止する阻
止酸化物と呼ばれている。
再び、第1A図ついて述べると、一端部が支持基台31に
固定された圧電バイモルフ片持ばり状アーム30を示して
ある。圧電バイモルフ片持ばり状アーム30の自由端部に
は、とがった先端部32が固定されている。圧電バイモル
フ片持ばり状アーム30は、1988年１月27日に米国特許出
願第149,236号により出願され、そして1990年３月６日
に許可され、本発明と同じ譲受人に譲渡された米国特許
第4,906,840号に開示されている。圧電バイモルフ片持
ばり状アーム30は、支持薄膜と、既知の製造技術を使用
して例えば酸化亜鉛で形成された一つまたはそれ以上の
圧電性薄膜とを含む可撓性の部材である。圧電性薄膜を
有する片持ばり状アームは二つの動作モードで使用され
る。片持ばり状アーム構造体上の圧電性薄膜に好適な制
御電圧を印加することにより、とがった先端部を有する
アームの自由端部は、アーム上の圧電性薄膜の設計およ
び位置により、とがった先端部を垂直方向に、そして、
水平方向にも位置決めするように撓まされる。アームの
先端部が外力により撓まされたときに発生する圧電電圧
を監視することにより、先端部の撓みの量が測定され
る。
情報を窒化珪素の層16に記憶させるために、基板12と
先端部32との間に強い電界が印加される。この電界は電
子をシリコンの基板12から薄い二酸化珪素の層14を通し
て窒化珪素の層16まで通過させて、それにより電荷が窒
化珪素の層16に捕獲される。電子トンネル機構を使用す
る従来の記憶装置、例えば、電気的に消去可能でありか
つプログラム可能な読出し専用記憶装置においては、各
々の記憶セルに捕獲された電荷が実際には記憶セルのキ
ャパシタンスを測定することにより読み取られる。従来
技術においては、各々の記憶セルは窒化珪素の層上に直
接に付着した金属からなる別個の電極を有している。本
発明は付着した金属電極を二つの異なるモードで動作す
る圧電片持ばり状アームの自由端部とを置き換えてい
る。電荷の形態の情報を窒化珪素の層16の記憶場所に書
き込むために、片持ばり状アームの先端部32が窒化珪素
の層16の表面と接触しまたは近接して配置され、電荷が
窒化珪素の層16に記憶される。記憶された電荷の形態の
情報を読み取るために、端部にとがった先端部を有する
圧電アームは原子力顕微鏡（AFM）として作用し、先端
部の撓みが測定される。
情報を電荷の形態で窒化珪素の層16に書き込むため
に、先端部32の端部が窒化珪素の層16の表面と接触しま
たは近接して配置され、そして電圧が先端部32と基板12
との間に接続されて、それらの間に電界が発生する。も
しも電界が十分に大きければ、電子が酸化物の層14を通
過するが、出願人は窒化珪素の層に電荷を記憶すること
に関心をもっているので、走査トンネル顕微鏡（STM）
の場合のように、これらの電子を窒化珪素の層を通過さ
せることは不必要である。必要なことは、電子が窒化珪
素の層16の記憶場所に捕獲されるように十分に進行し
て、窒化珪素の層16が電荷捕獲層の役目をすることであ
る。この前述した層の構成においては、電荷が窒化珪素
の層全体にわたって窒化珪素の層16自体に記憶されると
考えられているが、その層内の電荷の分布は知られてい
ない。電荷は窒化珪素の層の少なくともある欠陥におい
て部分的に記憶されると考えられている。記憶される電
荷は電子に限定されるものではなく、ホールをも含むも
のと考えられている。本発明においては、電荷という用
語は電子およびホールの両方を包含している。
片持ばり状アーム30の先端部32は窒化珪素の層16の表
面と接触する。先端部32の半径は非常に小さいので、電
界の作用をうける、すなわち、電界により範囲が定めら
れた窒化珪素の層もまた非常に小さい。そのために、情
報の各々の「ビット」のための記憶場所もまた非常に小
さくすることができ、代表的には、50オングストローム
よりも小さい値から2000オングストロームを超える値ま
での範囲内の直径を有している。その結果、非常にちょ
う密な記憶装置が得られる。窒化珪素の層に記憶された
電荷の形態の情報の消去は、逆の極性の電圧を先端部に
印加して電荷を窒化珪素の層から追い出すことにより、
電荷を窒化珪素の層外に通過させ、そして珪素基板中に
もどすことにより行われる。
第２図は読取り動作モードのために、窒化珪素の層16
内に捕獲された電界の存在を読み取り、すなわち、検知
する装置10の横断面を示す。この動作モードにおいて
は、先端部を有する電圧片持ばり状アーム30は原子力顕
微鏡として作用する。先端部32は窒化珪素の層16の表面
から約５オングストロームから2000オングストロームま
での範囲内の距離ｄだけ後方に移動される。先端部32を
窒化珪素の層16の表面から移動する距離ｄが大きい程、
先端部32により範囲が定められる有効面積が増大するの
で、情報を読み取るシステムの解像度が低くなる。
先端部32と基板12との間に電界を確立するために、例
えば、１ミリボルトないし１ボルトの発振電圧を印加し
てもよい。これにより、先端部32上に容量性の力が発生
する。この容量性の力は電圧がコンデンサのプレートを
介して印加されたときにプレートの間に作用する力と同
じ型式の力である。この力はコンデンサの２枚のプレー
ト上に誘起される反対の符号の電荷の間のクーロンの引
力から発生する。先端部32と基板12との間に発生した電
界は、同様に、先端部32および層上に反対の符号の電荷
を誘起する。その結果、引力が発生し、この引力は先端
部を担持した片持ばり状アームの撓みを検知することに
より測定される。
窒化珪素の層16に記憶された情報を読み取るために、
先端部32上の電圧が印加され、そして先端部32が窒化珪
素の層16の表面上を走査する。先端部32が窒化珪素の層
の表面上を走査するときに、もしも窒化珪素の層16およ
び先端部32上の電荷が変化すれば、先端部32に作用する
力が変化する。その結果、片持ばり状アーム30の自由端
部の撓みが変化する。この撓みは慣用の手段により検知
され、窒化珪素の層16に捕獲された電荷の量に関する情
報が得られる。また、片持ばり状アーム30の撓みは、往
復動装置である圧電アームを使用して検知してもよい。
この圧電アームを介して印加された電圧は圧電アームを
撓ませる。その逆に、圧電アームの撓みは圧電アーム上
に電圧を発生する。この電圧は圧電アームの撓みを検知
するために監視することができる。
先端部32が基板の表面上を走査するときに、先端部と
基板との間の電荷が変化して、情報として検知される。
データを読み取る技術は、窒化珪素の層16に捕獲された
電荷と、（捕獲された電荷により誘起されるかまたはそ
れにより電圧を先端部に印加することにより配置され
た）先端部上の電荷との間のクーロン力を検知すること
である。
本発明によるシステムにおいては、電圧が印加された
ときに、先端部と基板との間に効果的に形成されたキャ
パシタンスの値は窒化珪素の層16に記憶された電荷によ
り形成された空乏領域37（第3A図）のために変化する。
走査先端部が記憶された電荷に極めて近い位置に配置さ
れたときに、先端部と基板との間の実効キャパシタンス
が変化する。また、このキャパシタンスは片持ばり状ア
ームに作用する容量性の力として原子力顕微鏡により検
知される。第3A図は窒化珪素の層16に記憶された数個の
負荷の電荷34のグループを示す。空乏領域37は正の電荷
36の相応したグループを含む。空乏領域37のキャパシタ
ンス38は前述したように検知される。
第3B図は縮尺に合わせないで第１図の拡大部分をさら
に詳細に示している。負の電荷を有する複数個の電荷記
憶領域を代表的に表わした三つのグループ40、42、44を
窒化珪素の層16内に相互に隣接した状態で示してある。
片持ばり状アームの先端部32はこれらの領域の各々に隣
接して配置され、事実上、各々の領域において電荷の形
態で記憶された情報にアクセスするようになっている。
第４図は複数個の電荷記憶場所が基板52上に同心円の
トラックとして配置され、そして説明の目的のためにト
ラック0-3として示した装置50を示す。実際問題とし
て、情報をちょう密に記憶可能にするために、数千の単
位の多数の同心円トラックが形成されている。基板52は
ディスクの形態に製造されており、そして種々の電荷を
記憶する場所、すなわち、領域を第１図に示したような
可動支持台31に固定された片持ばり状アーム組立体の先
端部に対して移動させるために円形のトラックの軸線ま
わりに回転する。精密位置決め装置54は先端部32を前記
トラックのうちの選択された一つのトラックに隣接して
位置決めするために支持台31に装着された片持ばり状ア
ーム組立体を半径方向に位置決めする慣用の手段を使用
している。本発明により情報を記憶しかつ検索するため
の高密度の記憶装置を提供するために、各々のトラック
上に多数の電荷記憶場所が得られ、そして各々のディス
ク上にいくつかのトラックが得られる。
第５図および第６図はドープされた半導体材料の垂直
方向に積み重ねられた導電性の層62の第１グループが形
成された半導体基板60の横断面を示す。垂直方向に積み
重ねられた導電性の層62は低い導電率を有する層64の別
のグループにより隔置されている。層64は、隣接した導
電性の層62の間を電気的に絶縁するために、隣接したド
ープされた層62よりもかなり低い導電率を有している。
低い導電率を有する層64の厚さは100オングストローム
程度である。各々の型式の層62、64は、例えば、この技
術分野に知られている分子線エピタキシ技術を使用し
て、基板としての役目をするシリコンウエーハ上に連続
した原子の層を形成することにより形成される。基板60
およびその上に形成された層62、64は表面66を備えてい
る。表面66は、図示したように、基板60の端縁および積
み重ねられた層62、64に沿って形成されている。この表
面66上には、二酸化珪素の層68および窒化珪素の層70が
形成されている。その結果、導電性の層62上には、電荷
記憶領域のトラックが形成されている。低い導電率を有
する層64上の窒化珪素の層70の部分は電荷を記憶せず、
したがって、導電性の層62上に形成された電荷記憶トラ
ックの間の電気的な絶縁領域の役目をする。これらのト
ラックは第６図に二方向矢印62により示した方向に横方
向に延びている。先端部32を備えた片持ばり状アーム30
が図示したように基台部分31に装着されている。この片
持ばり状アーム組立体は図５に示した通路76に沿って二
方向矢印74で示したようにトラックからトラックまで移
動する。片持ばり状アーム30およびその先端部32を二方
向矢印で示した方向に横方向に移動する手段が設けられ
ている。
第７図は種々の形状、例えば、線形または円形の電荷
記憶トラックを形成するための構成の別の例の横断面を
示す。珪素の基板12の頂面には、二酸化珪素の層14が形
成されている。二酸化珪素の層14上には、窒化珪素の層
16が形成されている。図の表面に垂直な方向に、しかも
窒化珪素の層16の頂面に沿って、横断面で示した一連の
平行な薄い金属、すなわち、導電性の薄膜ストリップ70
が延びている。これらのストリップ70は一連の電荷記憶
トラック72のための表面境界マーカの役目をする。各々
のトラック72は２個のストリップ70の間の窒化珪素の層
16に配置されている。ストリップ70は窒化珪素の層16と
異なる特性を有しているので、ストリップ70はSTMシス
テムまたはAFMシステムにより検出され、すなわち、検
知されて、先端部32がトラックから離れていることを指
示する。ストリップ70はＸ線平版印刷法を含む既知の製
造技術を使用して形成される。
第８図は種々の形状の電荷記憶トラックを設けるため
の構成のさらに別の例の横断面を示す。この場合には、
窒化珪素の層16は図示したようにその表面に形成された
一連のみぞ80を含む。これらのみぞ80は慣用の技術を使
用したエッチングを含む種々の方法で形成される。窒化
珪素の層16の表面をSTMシステムまたはAFMシステムの先
端部により機械的に刻むこともこのようなみぞを形成す
る別の方法である。みぞ80の特性もまたこれらのみぞの
間に形成された電荷記憶領域82と比較して片持ばり状ア
ームの先端部32をトラック上に配置するためのSTMシス
テムまたはAFMシステムにより検知される。
本発明の特定の実施例に関する前記の説明は例示およ
び説明の目的のために記載したものである。前記の説明
は本発明を開示した形態に正確に限定するものではな
く、前記の教旨に基づいて多数の変型および変更を実施
できることは明らかである。これらの実施例は本発明の
原理およびその実際の応用を最良に説明してそれにより
当業者が本発明および種々の実施例を企図された特定の
用途に適合した種々の変更を行うことにより最良に利用
できるようにするために選択されかつ記載したものであ
る。本発明の範囲は添付の請求の範囲およびそれらと同
等の態様により規定されるように意図してある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−278539（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−38655（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4575822（ＵＳ，Ａ) Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ，53［26］，（1988−12− 26）（米）Ｊ．Ｅ．Ｓｔｅｒｎ ｅｔ. ａｌ．，”Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎ ｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ Ｌｏｃａｌ ｉｚｅｄ Ｃｈａｎｇｅ ｏｎ Ｉｎｓ ｕｌａｔ ｏｒ ｓｕｒｔａｃｅｓ Ｕ ｓｉｎｇ Ａ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏ ｓｃｏｐｅ”，Ｐ．2717

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディジタル情報を記憶された電荷の形態で
    記憶しかつ検索する方法において、 自由端部に導電性の先端部（32）が固定された可撓性の
    片持ばり状アーム（30）を準備し、 情報を記憶しかつ検索するための電荷記憶領域（40,42,
    44）を有する電荷記憶媒体（22,24,26,28）を準備し、
    前記電荷記憶媒体（22,24,26,28）は前記導電性先端部
    （32）により走査される表面を有し、前記電荷記憶媒体
    は第１の薄い誘電体層が形成された表面を有する半導体
    基板（22）を備え、 前記電荷記憶媒体は、更に、前記第１誘電体層（24）上
    に形成されて前記電荷記憶領域（40,42,44）を構成する
    第２誘電体層（26）と、前記第２誘電体層上に形成さ
    れ、該第２誘電体層により構成される前記電荷記憶領域
    （40,42,44）に、記憶された電荷を閉じ込めるのを助け
    る第３誘電体層とを有し、前記第３誘電体層（28）は前
    記第２誘電体層（26）を形成するのに用いられる材料と
    異なる材料から形成され、 前記可撓性片持ばり状アーム（30）の導電性先端部（3
    2）を前記電荷記憶媒体（22,24,26,28）の表面において
    又は該表面に極めて接近して位置決めし、前記導電性先
    端部（32）と前記半導体基板（22）との間に電界を印加
    して電荷を半導体基板（22）から第１の薄い誘電体層を
    通して前記第２誘電体層の前記電荷記憶領域（40,42,4
    4）まで通過させ、前記電荷記憶領域に前記電荷を捕獲
    された電荷として記憶させることにより、前記電荷記憶
    媒体（22,24,26,28）に情報を書き込み、 該導電性先端部（32）を前記電荷記憶媒体（22,24,26,2
    8）の表面から間隔を隔てて位置決めし、前記電荷記憶
    領域（40,42,44）に記憶された電荷により引き起こされ
    る前記可撓性片持ばり状アーム（30）の撓みを測定して
    前記電荷記憶領域（40,42,44）に記憶された電荷の有無
    を検知することにより、前記電荷記憶領域（40,42,44）
    から情報を読み取る、 ことから成る方法。
  2. 【請求項２】前記半導体基板（22）がシリコン半導体材
    料から形成され、前記第２誘電体層（26）が窒化珪素か
    ら形成され且つ100オングストロームよりも小さな厚さ
    を有する請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記第１と第３の誘電体層（24,28）が二
    酸化珪素から形成され、前記第２誘電体層（26）が窒化
    珪素から形成されている請求の範囲第１項に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】情報を記憶する位置を定めるために前記電
    荷記憶媒体（22,24,26,28）に複数の隔置したトラック
    を形成することを含む請求の範囲第１項、第２項または
    第３項に記載の方法。
  5. 【請求項５】ディジタル情報を記憶された電荷の形態で
    記憶しかつ検索する装置において、 自由端部に導電性の先端部（32）が固定された可撓性の
    片持ばり状アーム（30）を備え、 情報を記憶しかつ検索するための電荷記憶領域（40,42,
    44）を有する電荷記憶媒体（22,24,26,28）を備え、前
    記電荷記憶媒体（22,24,26,28）は前記導電性先端部（3
    2）により走査される表面を有し、前記電荷記憶媒体（2
    2,24,26,28）は第１の薄い誘電体層が形成された表面を
    有する半導体基板（22）を備え、 前記電荷記憶媒体は、更に、前記第１誘電体層（24）上
    に形成されて前記電荷記憶領域（40,42,44）を構成する
    第２誘電体層（26）と、前記第２誘電体層（26）上に形
    成され、該第２誘電体層（26）により構成される前記電
    荷記憶領域（40,42,44）に、記憶された電荷を閉じ込め
    るのを助ける第３誘電体層（28）とを有し、前記第３誘
    電体層（28）は前記第２誘電体層（26）を形成するのに
    用いられる材料と異なる材料から形成され、 前記導電性先端部（32）を前記第３誘電体層（28）の表
    面において又は該表面に極めて接近して位置決めし、前
    記導電性先端部（32）と前記半導体基板（22）との間に
    電界を印加して電荷を半導体基板（22）から第１の薄い
    誘電体層を通して前記第２誘電体層（26）まで通過さ
    せ、前記第２誘電体層に前記電荷を捕獲された電荷とし
    て記憶させることにより、前記電荷記憶媒体（22,24,2
    6,28）に情報を書き込む第１手段（54）を備え、 前記導電性先端部（32）を前記電荷記憶媒体（22,24,2
    6,28）の表面から間隔を隔てて位置決めし、前記電荷記
    憶領域（40,42,44）に記憶された電荷の有無を検知する
    第２手段（54）であって、前記電荷記憶領域（40,42,4
    4）に記憶された電荷により引き起こされる前記可撓性
    片持ばり状アーム（30）の撓みを測定する手段を含む第
    ２手段（54）を備えた、 ことを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】前記基板（22）がシリコン半導体材料から
    形成され、前記第２誘電体層（26）が窒化珪素から形成
    され且つ100オングストロームよりも小さな厚さを有す
    る請求の範囲第５項に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記第１と第３の誘電体層（24,28）が二
    酸化珪素から形成され、前記第２の誘電体層（26）が窒
    化珪素から形成される請求の範囲第５項または第６項に
    記載の装置。
  8. 【請求項８】前記半導体基板（22）に基板材料からなる
    複数のストリップ（70）が形成され、前記基板材料のス
    トリップがトラックを規定し且つ第１導電率を有する第
    １グループの隔置されたストリップを含み、且つ、前記
    基板材料のストリップが前記第１グループの隔置された
    ストリップの間に挿置され且つ該第１グループの隔置さ
    れたストリップよりも低い導電率を有する第２グループ
    の隔置されたストリップを含む請求の範囲第５項、第６
    項または第７項に記載の装置。
  9. 【請求項９】電荷記憶媒体（22,24,26,28）に、情報を
    記憶する位置を規定する複数の隔置したトラック（72）
    を含む請求の範囲第５項、第６項または第７項に記載の
    装置。
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