JP3627108B2 - 入力消去安定化メモリ要素 - Google Patents

Description

本発明はディジタル論理回路で使用するメモリ要素に係り、特に標準的な集積回路製造技術によって生産し得るメモリ要素に関する。
近年、マイクロプロセッサに使用される半導体デバイスやコンピュータのメモリ要素として使用される半導体デバイスの製作に関し、電子工業では大いなる進展がなし遂げられて来た。今や家庭でも仕事場でも膨大な系列の製品の中に半導体のマイクロプロセッサが見られるが、半導体構造を破壊し、且つ／又は電流の流れを変更させ得る宇宙線やＸ線や電子ビームのような高エネルギー粒子に晒される可能性のある危険な環境の中での半導体マイクロプロセッサの使用に含まれる問題も尚存在している。更に半導体デバイスは狹い温度範囲の中でのみ動作する。約800゜Kを超えるような高温が特に問題で、このような環境では厳密な領域に位置するドーパントが温度に関して指数函数的に増大する速度で拡散し始める。もっと重要なことは、半導体デバイス内に使用される絶縁障壁の多くは温度上昇と共に障壁貫通伝導の増大をもたらすのに充分な程度に薄くなっていることである。例えば衛星の中とか、苛酷な環境の中で高信頼度の要求される工業用のプロセスの中とかで使用するデバイスの設計のような多くの領域が存在する。
半導体形成基板に対す半導体の感度が要素の積層を複雑化して原価高を招き、小さなIC要素の形成能力を削減するという問題を引き起こしている。他の１つの問題は、後続して行われる上層での熱的アニール及び酸化作業が低層でのデバイス破壊を招き、信頼可能な製造を困難ならしめていることである。
多くの半導体メモリデバイスは電力供給が一度途絶すると、このデバイスのデータ蓄積が不能になり、望ましからざるデータの消失或いはより高価な不揮発性メモリチップの使用を余儀無くされる。
本発明は上記の問題克服に向けられ、以下の構成を備える入力消去安定化メモリ要素を提供する。即ち、
導電性材料から作られるベース接触子と、
導電性材料から作られ、１つはベース接触子に接触し、他の１つはベース接触子から隔離されている２つの安定位置を有するような寸法取りをされてなる橋絡接触子と、
橋絡接触子を１方の安定位置から他方の安定位置に偏倚させるための偏倚手段とを備える。
望ましくは、接触子及び偏倚手段は写真製版、化学沈積、スパッタリング、金属蒸着、その他の良く知られた生産技術を使用して形成されて欲しい。
偏倚手段はベース接触子及び橋絡接触子から電気的に絶縁された、静電力によって順番にベース接触子に橋絡接触子を引き寄せたり、ベース接触子から橋絡接触子を遠方に偏倚させたりの作動をさせる１対の電極を備え得る。より早い切換え動作を有するデバイスを、橋絡接触子の上下に偏倚手段を備えることによって提供が可能である。
橋絡接触子は接触及び非接触の両方の状態で安定であるが故に、例えデバイスが電源から切り離されたとしても橋絡接触子の状態は維持され、蓄積されたデータの数字は消失しない。橋絡接触子及びベース接触子は通常の半導体材料から作られるものではないので、デバイスは干渉する放射線或いは高温によって容易には影響されない。更に、デバイスはどのような平滑な基板表面上にも形成され得るので、デバイス積層は容易に行われ、要素密度を増大させ得る。
又、本発明は薄い金属蒸着及びスパッタリングと絶縁フィルムとを使って実施し得るので、半導体技術に根差したデバイスよりも遥かに簡単に製作し得るのである。１チップ上のデバイス数が数億個にも達し得るので、本技術は１チップ当りの作動デバイス産出高において相当の利点を有することになろう。
隨伴する図面を引用して以下に本発明の実施例を記載する。ここに、
図１は、本発明によるデバイスの第１の実施例を示すもので、橋絡接触子とベース接触子とが接触している状態と部分的に偏倚している状態と非接触の状態とを示しており、
図２は、第１実施例のメモリ要素の導電性層の平面図を示し、
図３は、橋絡接触子の両面上に配置される偏倚手段付の図１の実施例に類似したメモリ要素を示し、
図４は、本発明によるデバイスの第２の実施例を示すもので、橋絡接触子が接触している状態と非接触の状態とを示しており、
図５は、第２実施例のメモリ要素の導電性層の平面図を示し、
図６は、橋絡接触子の両面上に配置される偏倚手段付の図４の実施例に類似したメモリ要素を示す。
図１を参照する。要素１はIC生産において共通するタイプの沈積及び／又はエッチング技術によって生成される多数の層から成る。この層は如何なる非導電性材料からでも作られ得る基板２の上に形成される。ベース接触子３は基板２の上の中央部に位置される。偏倚電極4,5がベース接触子のどちらか一方側に位置付けされ、これら偏倚電極4,5は又、基板２の表面上に位置するけれども非導電性層６の中に封じ込められている。非導電性層６の最上面上には２個のスペーサ７を形成する追加非導電性層７がある。スペーサ７の最上面上には１方のスペーサから他方のスペーサに向けて延びる柔軟な電気良導体材料から成る橋絡接触子８がある。橋絡接触子８は、多数存在する中の１つの方法による製造の段階で作業された圧縮状態にある。橋絡接触子８を製造する１つの方法は、出張ったレジスト層上に作り上げてからレジスト層をエッチングで除去することによるものである。特殊な基板上への熱蒸着の下で自然に圧縮状態になる金属を用いた橋絡接触子層８を適用することによって、或いは、基板２と橋絡要素８との間に熱膨脹の差で橋絡要素８に圧縮をもたらす構成を用いてデバイス運転温度と大差のある温度で橋絡接触子層を形成することによって基板２を曲げるような代替方法も又採用可能である。
橋絡接触子８は圧縮状態にあるので、２つの安定状態、即ち、１つの状態では橋絡接触子がベース接触子３から離れるように曲げられ、他の１つの状態では橋絡接触子がベース接触子３の方へ曲げられるような安定状態を有する。橋絡接触子８は２つの偏倚電極4,5に電圧を掛けることによって１つの状態から他の状態へと移し得る。この実施例では橋絡接触子８は正の印加電圧を加えられ、そこで両方の偏倚電極に正の電圧を印加すると橋絡接触子８は静電力によってベース接触子３の方へ引張られて接触するに至る。橋絡接触子８を非接触状態に変えるには、正の電圧を１方の偏倚電極５に先ず印加することにより橋絡接触子８の一部を基板２から離れる方向に動かす。それから他方の偏倚電極４に正の電圧を印加して橋絡接触子８の残部を基板２から離れる方向に動かし、他の安定状態に移行させる。橋絡接触子８は上記手順の逆を行えばベース接触子３との接触状態に逆戻りされ得る。段階状の反発・吸引を採用することにより単一の吸引／反発プレート採用の場合よりも小さなエネルギーで済ますことができ、これによってスイッチング時のデバイスの電力消費を軽減できる。
図３のデバイスは、橋絡接触子８の最上面上に追加隔離層９と第２絶縁層10と２つの追加偏倚電極11,11′とを備える。ここでもデバイスのスイッチングは階段状構成になっていて、最初に正の電圧を追加偏倚電極11に印加すると同時に負の電圧を偏倚電極４に印加し、次いで正の電圧を追加偏倚電極11′に印加すると同時に負の電圧を偏倚電極５に印加する。図３のデバイスは図１のデバイスよりもより早いスイッチング速度を有する。
図１の橋絡接触子８のスイッチング速度を増大させるために、偏倚電極４のベース接触子３に一番近い縁と隣接する点から偏倚電極５のベース接触子３に一番近い縁と隣接する点に至る迄延びる橋絡接触子８の中央部は、可能な限り堅く作るべきである。これは数種類の方法で達成可能である。１つの実施例では、橋絡接触子８の中央部を張りの方向沿いに走る波形形状13の谷間を有する波状のものとなし得る。波形形状13は次に橋絡接触子８の下から除去されるいけにえ層の中に配置されよう。デバイスの他の１つの実施例では、橋絡接触子８の中央部は特別層13を追加することにより、より堅く作られ得るであろう。
使用時にはベース接触子３の電圧は、橋絡接触子８の電圧に等しいか否かによってバイナリーの１か０かを表現する電圧のレベルを監視され得る。
図４は本発明の第２実施例の側面を示す。金属橋絡接触子８が接触子３と電極４とを形成する金属層の上方に形成される。層12は最終段階で蒸着される別の材料のものである。層12は橋絡接触子形成層８に比べると低い張力になるよう設計される。これらの両層は一端部で支えられる橋絡接触子を残すべく除去されるいけにえ層上に形成される。層12は、エッチング工程でいけにえ層が除去されると、橋絡接触子８を上又は下のいづれかに引張って２つの安定位置に持ち込む。橋絡接触子８を動かすに必要な力は、層８の幾何形状及び初期にいけにえ層上に沈積される時の２つの層8,12の間の張力の差に依存する。橋絡接触子８は電極４に電圧を印加することによって２つの安定位置間でスイッチされ得る。橋絡接触子８は、下の位置にある時に接触子３との接触を完成させ、これによって層３の電圧状態を変える。電極４は下の位置にある接触子８への導電を阻止するための絶縁コーティング６を有し得る。第１実施例におけるが如く、強化用波形形状即ち材料13が橋絡接触子８に適用可能である。
図６はより早いスイッチング時間を有するように修正された図４のデバイスを示す。これは追加層9,10及び11の作製によって達成される。層９及び10は追加絶縁層であり、層11は接触子８スイッチング用に電極４に印加される電圧の極性とは反対の極性の電圧を印加される他の導電層である。第１実施例におけるが如く、使用中ベース接触子３は、腕状接触子に等しいか否かによってバイナリーの１又は０を表現する電圧のレベルを監視され得る。
スイッチング速度を増大させるために両電極４及び／又は５と橋絡接触子８との間の電圧差が増大され得る。或いは両電極４及び／又は５と橋絡接触子８との間の隔離距離が削減され得る。これは電界強度の増大を招くので、電極４及び／又は５と接触子８との間の誘電体破壊を阻止するために環境空気が管理されなければならない。このためデバイスは、例えばオクタフルオルプロパンC₃F₈のような相対破壊電圧の高いガスを充填したコンテナ中にパッケージされ得る。電極４及び／又は５と橋絡接触子８との間に破壊電圧は、絶縁体６が高破壊電界強度を有する材料で作られることを保証することにより、最大化され得る。これは両実施例に等しく適用される。

Claims (11)

1. 集積回路の入力消去安定化メモリ要素であ って、
   導電性材料から作られるベース接触子（３）と、
   導電性材料から作られ、第１及び第２の面を有して形成 され、前記第１の面が前記ベース接触子（３）に接触す る一の安定位置と、前記第１の面が前記ベース接触子 （３）から離れた他の安定位置に偏倚される橋絡接触子（８）と、
   前記橋絡接触子（８）を前記一の安定位置から前記他の 安定位置に、又は前記他の安定位置から前記一の安定位 置に偏倚する偏倚手段（４、５）を備え、前記偏倚手段 （４、５）の少なくとも一部と前記ベース接触子（３） が前記橋絡接触子（８）の前記第１の面側に配設されて なる入力消去安定化メモリ要素。
2. 前記ベース接触子（３）と前記橋絡接触子 （８）及び前記偏倚手段（４、５）とが写真製版、化学沈積、スパッタリング及び金属蒸着のいずれかで形成されてなる、請求項１に記載した入力消去安定化メモリ要素。
3. 前記ベース接触子（３）が表面に配設され たベース層（２）を備え、前記橋絡接触子（８）は、ベ ース層（２）上の固定端に一端が固定された片持ち梁に 形成され、前記片持ち梁の自由端が前記ベース接触子 （３）に接触する一の安定位置と、前記自由端が前記ベ ース接触子（３）から離れる他の安定位置に前記偏倚手 段（４、５）により偏倚されてなる、請求項１及び２のいずれかに記載の入力消去安定化メモリ要素。
4. 前記偏倚手段（４、５）は、前記ベース接 触子（３）と前記橋絡接触子（８）から電気的に絶縁さ れた一対の電極を有し、前記ベース接触子（３）は、前 記各電極に電圧を印加することで生じる静電気力によっ て、前記ベース接触子（３）に接近させる方向に橋絡接 触子（８）を引きつけ又は前記ベース接触子（３）から 離れる方向に橋絡接触子（８）を偏倚する一連の動作を 実行してなる、請求項１及び２のいずれかに記載の入力消去安定化メモリ要素。
5. 前記橋絡接触子（８）を偏倚させる追加偏 倚手段（11、11′）が、前記橋絡接触子（８）の前記第 ２の面側に配設されてなる、前記請求項１乃至４のいずれかに記載した入力消去安定化メモリ要素。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の入力消 去安定化メモリ要素が相対破壊電圧の高いガスの雰囲気内に納められることを特徴とする入力消去安定化メモリ要素。
7. 前記ガスがオクタフルオルプロパンである、請求項６に記載した入力消去安定化メモリ要素。
8. 前記橋絡接触子（８）は、該橋絡接触子 （８）の前記ベース接触子（３）との接触部分の堅さが 張りの方向に強化されてなる、前記請求項１乃至７のいずれかに記載した入力消去安定化メモリ要素。
9. 前記接触部分の表面に、前記橋絡接触子 （８）の張りの方向に走る波形形状が形成されてなる、請求項８に記載した入力消去安定化メモリ要素。
10. 前記接触部分の表面に、前記中央部の堅 さを強化する特別層が設けられてなる、請求項８に記載した入力消去安定化メモリ要素。
11. 入力消去安定化メモリ要素であって、
    導電性材料から作られるベース接触子（３）と、
    導電性材料から作られ、第１及び第２の面を有して形成 され、前記第１の面が前記ベース接触子（３）に接触す る一の安定位置と、前記第１の面が前記ベース接触子 （３）から離れた他の安定位置に偏倚される橋絡接触子 （８）と、
    前記橋絡接触子（８）を前記一の安定位置から前記他の 安定位置に、又は前記他の安定位置から前記一の安定位 置に偏倚する偏倚手段（４、５）を備え、
    前記偏倚手段（４、５）の少なくとも一部と前記ベース 接触子（３）が前記橋絡接触子（８）の前記第１の面側 に配設され、
    前記偏倚手段（４、５）は、前記ベース接触子（３）と 前記橋絡接触子（８）から電気的に絶縁された一対の電 極を有し、前記ベース接触子（３）は、前記各電極に電 圧を印加することで生じる静電気力によって、前記ベー ス接触子（３）に接近させる方向に橋絡接触子（８）を 引きつけ又は前記ベース接触子（３）から離れる方向に 橋絡接触子（８）を偏倚する一連の動作を実行してなる 入力消去安定化メモリ要素。

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