專利名稱：機(jī)電存儲(chǔ)器、使用其的電路、和機(jī)電存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用微機(jī)電系統(tǒng)的存儲(chǔ)元件，以及使用所述存儲(chǔ)元件的電路。
背景技術(shù)：
在例如無線終端的信息通信設(shè)備的功能日益增強(qiáng)的情況下，在提供服務(wù) 從而滿足用戶的需求方面必須提高信息設(shè)備的適應(yīng)的信息量。在無線終端的
存儲(chǔ)器中，需要例如減小尺寸、大容量、和低功耗的性能。目前，使用DRAM (動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)、SRAM (靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)、和SDRAM (靜態(tài)動(dòng)態(tài) 隨機(jī)存儲(chǔ)器)。DRAM是需要記錄保持操作的存儲(chǔ)裝置，并且具有增加功耗 的問題。
目前，減小功耗的研究和開發(fā)取得了進(jìn)展。已經(jīng)研發(fā)了結(jié)合了將更新操 作抑制到最低水平的功能從而將個(gè)人計(jì)算機(jī)的DRAM的功耗降低到1/10的 技術(shù)。提供了 PASR (部分陣列自更新)和TCSR (溫度補(bǔ)償自更新)的存 儲(chǔ)器，PASR是將存儲(chǔ)器劃分為塊并且僅更新需要的塊的功能，TCSR是根 據(jù)溫度自動(dòng)確定最佳更新時(shí)間從而擴(kuò)大平均更新時(shí)間的功能。在時(shí)鐘頻率 1 OOMHz下，數(shù)據(jù)傳輸速率是400Mbyte/s,并且電源電壓是移動(dòng)電話通常僅_ 用的1.8V (Elpida Memory, May2004 )。
此外，還研發(fā)了在無線終端中使用的SDRAM，并且引入了結(jié)合了高速 SRAM和大容量DRAM的SDRAM。在這樣的SDRAM中，應(yīng)用了 DDR(雙 數(shù)據(jù)速率)技術(shù)，和采用了例如數(shù)據(jù)傳輸速率1.1Gbyte/s, 256MB、以及PASR 和TCSR的降低功耗的技術(shù)。這是導(dǎo)致在例如移動(dòng)電話或PDA (Samsung Electronics, May 2004 )的移動(dòng)設(shè)備上顯示三維運(yùn)動(dòng)圖像的技術(shù)。在半導(dǎo)體 存儲(chǔ)元件中，通過在電容器中積蓄或放電而進(jìn)行一位數(shù)據(jù)的記錄。在易失性 存儲(chǔ)器中出現(xiàn)了由于積蓄的電荷數(shù)量的減小導(dǎo)致的信息的時(shí)間惡化。當(dāng)電荷 逃逸的路徑完全中斷時(shí)可以避免該現(xiàn)象。但是采用晶體管的電開關(guān)難于完全
中斷導(dǎo)電路徑，并且該現(xiàn)象不可避免地出現(xiàn)。因此，需要以固定的時(shí)間間隔 進(jìn)行記錄保持操作。所述操作引起功耗增加。
因而，進(jìn)行了用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)元件替代的非易失性存儲(chǔ)元件的研
發(fā)。配置了 MRAM (磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)和FeRAM(鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器) 使得磁材料或介電材料用于存儲(chǔ)單元，并且石茲極化或電極化用于可以半永久 保持的記錄數(shù)據(jù)。該技術(shù)無需記錄保持操作，并且因此期望成為可以實(shí)現(xiàn)低 功耗的存儲(chǔ)元件技術(shù)。因此，預(yù)期這樣的技術(shù)應(yīng)用于降低功耗是重要的領(lǐng)域， 例如^f更攜終端。
作為與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝具有高親和力，并且其中可以中斷導(dǎo)電路徑的裝 置，正在積極地研發(fā)通過樣吏機(jī)電系統(tǒng)(MEMS )產(chǎn)生的才幾電開關(guān)。最初，研 究領(lǐng)域主要涉及無線通信終端中開關(guān)高頻信號(hào)的傳輸^4圣的RF - MEMS開 關(guān)。RF - MEMS開關(guān)是其中微可移動(dòng)電極移動(dòng)從而在信號(hào)傳輸路徑上積4成 開關(guān)的開關(guān)。該開關(guān)具有例如非常低的損失和高隔離度的高頻特性杰出的優(yōu) 點(diǎn)。
此外，該開關(guān)可以通過與RF-IC具有高親和力的工藝生產(chǎn)。因此，該 開關(guān)可以結(jié)合在RP-IC中，并且期望成為顯著貢獻(xiàn)于射頻元件尺寸減小的技術(shù)。
作為通常具有大約幾百(im尺寸的開關(guān)，已知在非專利文獻(xiàn)2中所描述 的開關(guān)。在所述開關(guān)中，通過其傳輸高頻信號(hào)的信號(hào)線在膜上形成，并且控 制電極正好布置在信號(hào)線下面。當(dāng)DC電位施加到控制電極時(shí)，通過靜電吸 引力所述膜被吸引向控制電極從而偏轉(zhuǎn)，并且與在基底上形成的地電極接 觸，由此在膜上形成的信號(hào)線置于短路狀態(tài)，流過信號(hào)線的信號(hào)被減弱，并 且所述線被中斷。與此相反，當(dāng)DC電位不施加于控制電極時(shí)，膜不偏轉(zhuǎn)， 并且流過在膜上的信號(hào)線的信號(hào)不從地電極喪失，并且通過開關(guān)。
作為應(yīng)用了機(jī)電開關(guān)的存儲(chǔ)元件，有在專利文獻(xiàn)l中公開的機(jī)電開關(guān)。 專利文獻(xiàn)1公開了 一種結(jié)構(gòu)，其中通過機(jī)電開關(guān)選擇進(jìn)行電荷積蓄的電容器， 并且積蓄的電荷由發(fā)光元件以固定的時(shí)間周期逐漸消耗。所述發(fā)光元件具有 固定時(shí)間周期的存儲(chǔ)功能。
專利文獻(xiàn)l: JP-A-2002-366058
非專利文南夂1: Y. Asao et al,， in Int. Electron Device Meeting Tech. Dig., Dec. 2004。
非專利文南史2: J.B. Muldavin and G. M. Rebeiz, IEEE Microwave Wireless Compon. Lett, vol. 11, pp. 334-336, Aug. 2001 。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
但是目前例如在非專利文獻(xiàn)1中所示出的非易失性存儲(chǔ)器具有嚴(yán)重的問 題，即晶體管和存儲(chǔ)單元通過復(fù)雜的工藝技術(shù)相互集成，并且生產(chǎn)成本以某 種方式減小。將磁工藝或介電工藝與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝結(jié)合引起生產(chǎn)線被異 質(zhì)材料污染，并且引起了高性能產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)問題。為了構(gòu)建新的 專用生產(chǎn)線，需要大的投資。
必須實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝具有高親和力的存儲(chǔ)元件，所述元件具有通 過機(jī)械方式完全中斷導(dǎo)電路徑的開關(guān)功能，并且其中可以進(jìn)行非易失性信息 記錄。
配置專利文獻(xiàn)1的發(fā)光元件從而可以將數(shù)據(jù)寫入電容器(在電容器中的 電荷積蓄)。因而，難于使用所述元件作為存儲(chǔ)元件。 解決所述問題的手段
為了達(dá)成所述目標(biāo)，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括在基底上形成使得存儲(chǔ) 單元插入在第 一 電極和第二電極之間的存儲(chǔ)部；和具有可移動(dòng)的電極的開關(guān) 部，可移動(dòng)電極是在所述基底上形成的支柱部上方延伸的梁形構(gòu)件，同時(shí)以 預(yù)定距離與第 一 電極分隔，并且形成可移動(dòng)電極使得可以通過由靜電力所引 起的可移動(dòng)電極的位移而在第一電極和可移動(dòng)電極之間形成導(dǎo)電路徑，并且 存儲(chǔ)器可以將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)單元和從存儲(chǔ)單元讀出。
根據(jù)所述配置，非易失性存儲(chǔ)器可以用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并且可以實(shí)現(xiàn) 常規(guī)難于實(shí)現(xiàn)的其中功耗低且成本低的高性能的機(jī)電存儲(chǔ)器。由于存儲(chǔ)單元 與機(jī)械地開和關(guān)導(dǎo)電路徑從而進(jìn)行開關(guān)的開關(guān)部相互集成，所以可以完全中 斷在關(guān)狀態(tài)下可以流過的電流。因而，可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器功耗和成本的降低。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中靜電力由位于存儲(chǔ)部附近的驅(qū)動(dòng)電 極和可移動(dòng)電4及之間的電位差而產(chǎn)生的配置。
根據(jù)所述配置，驅(qū)動(dòng)電極和存儲(chǔ)部相互電隔離，并且可以獨(dú)立控制通過 可移動(dòng)電極的讀出操作和寫入存儲(chǔ)部的寫入操作。由于驅(qū)動(dòng)電極獨(dú)立布置， 所以便于驅(qū)動(dòng)，并且存儲(chǔ)器可以通過非常簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路而配置。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中驅(qū)動(dòng)電極通過兩個(gè)并列布置在存儲(chǔ) 部?jī)蓚?cè)的固定電極的配置。
才艮據(jù)所述配置，驅(qū)動(dòng)電極布置在構(gòu)成導(dǎo)電路徑的第一電極的兩側(cè)。因而， 可以容易地實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)電極的位移同時(shí)保持平衡。此外， 一個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)單元 可以記錄多個(gè)記錄數(shù)據(jù)，并且可以形成一個(gè)開關(guān)和多個(gè)存儲(chǔ)單元的配置A^而 擴(kuò)展記錄容量。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中靜電力由第二電極和可移動(dòng)電極之 間的電位差而產(chǎn)生的配置。
根據(jù)所述配置，可以產(chǎn)生相對(duì)于可移動(dòng)電極的靜電力，而無需單獨(dú)形成 驅(qū)動(dòng)電極，并且因而可以以非常簡(jiǎn)單的配置來配置存儲(chǔ)器。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中存儲(chǔ)部通過多個(gè)并列的存儲(chǔ)部配置 的配置。
根據(jù)所述配置，可以增加容量。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中在存儲(chǔ)部中，第一和第二電極的至 少之一連接到公共電位的配置。
根據(jù)所述配置，可以實(shí)現(xiàn)尺寸的進(jìn)一步縮小。此外，可以簡(jiǎn)化對(duì)可移動(dòng) 電極或驅(qū)動(dòng)電極的控制信號(hào)。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中存儲(chǔ)部的第一和第二電極的至少之 一連接到相互獨(dú)立的電位的配置。
根據(jù)所述配置，可以進(jìn)行獨(dú)立的存儲(chǔ)控制。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中形成驅(qū)動(dòng)電極從而鄰接存儲(chǔ)部或經(jīng) 由覆蓋驅(qū)動(dòng)電極的側(cè)壁的絕緣膜鄰接支柱部的配置。
根據(jù)所述配置，無需形成存儲(chǔ)部、支柱部、和驅(qū)動(dòng)電極的裕量，并且存 儲(chǔ)部和支柱部可以制造得最大程度地接近于驅(qū)動(dòng)電極。因而，可以進(jìn)一步小 型化，并且沒有引起短路的可能性，從而可以改善可靠性。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中驅(qū)動(dòng)電極經(jīng)由絕緣膜與可移動(dòng)電極 相對(duì)的配置。
根據(jù)所述配置，即便當(dāng)可移動(dòng)電極位移到驅(qū)動(dòng)電極和可移動(dòng)電極相互鄰 接的程度時(shí)，因?yàn)椴迦肓私^緣膜所以仍舊還可以保持鄰接狀態(tài)。因而，可以 穩(wěn)定開關(guān)。由于驅(qū)動(dòng)電極和存儲(chǔ)部可以以大致相同的高度形成，所以表面可 以被平坦化，并且便于圖案的形成，使得可以進(jìn)行高精度的圖案形成。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中形成支柱部從而經(jīng)由覆蓋存儲(chǔ)部的 側(cè)壁的絕緣膜鄰接存儲(chǔ)部的配置。
根據(jù)所述配置，無需存儲(chǔ)部的圖案形成裕量，并且存儲(chǔ)部可以制造得最 大程度地接近支柱部。因而，可以進(jìn)一步小型化，并且沒有短路的可能性， 從而可以改善可靠性。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中布置第二存儲(chǔ)部從而橫過可移動(dòng)電 極與存儲(chǔ)部對(duì)稱的配置。
根據(jù)所述配置，可以形成大容量的機(jī)電存儲(chǔ)器。在上下文中的對(duì)稱不總 是指位置對(duì)稱。當(dāng)形成第二存儲(chǔ)部從而具有可比的容量時(shí)，可以改善寫入和 讀出的可工作性。存儲(chǔ)部布置得橫跨可移動(dòng)電極的不同側(cè)，并且在一個(gè)存^諸 部釋放期間，可以驅(qū)動(dòng)另一存儲(chǔ)部，由此可以提高可移動(dòng)電極的恢復(fù)力并且 存儲(chǔ)器可以以高速驅(qū)動(dòng)。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中形成存儲(chǔ)器，使得存儲(chǔ)部的面積大 于與可移動(dòng)電極相對(duì)的面積的配置。
根據(jù)所述配置，可以增加容量。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中形成存儲(chǔ)器使得第二電極的面積大 于第一電極的面積的配置。
根據(jù)所述配置，可以實(shí)現(xiàn)高輸出功率。此外，可以減小第二電極和可移 動(dòng)電極之間的由于充電的第 一 電極和可移動(dòng)電極之間的電場(chǎng)所產(chǎn)生的電場(chǎng) 的屏蔽。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中多個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)器形成于基底上，并 且可移動(dòng)電極構(gòu)成位線的配置。
根據(jù)所述配置，可以提高集成度，并且存儲(chǔ)器可以以筒單的工藝生產(chǎn)。 因而，可以減小生產(chǎn)成本。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中多個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)器形成于基底上，并 且驅(qū)動(dòng)電極構(gòu)成字線的配置。
根據(jù)所述配置，對(duì)存儲(chǔ)單元的記錄操作可以與驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)電極的操作分 開，從而可以避免出現(xiàn)操作信號(hào)的混淆。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中多個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)器形成于基底上，并 且第二電極構(gòu)成字線的配置。
根據(jù)所述配置，可以提高集成度，并且存儲(chǔ)器可以以簡(jiǎn)單的工藝生產(chǎn)。
因而，可以減小生產(chǎn)成本。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中存儲(chǔ)單元由絕緣材沖+形成的配置。 根據(jù)所述配置，電容器可以由經(jīng)濟(jì)的材料形成。
此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中存儲(chǔ)單元由介電材料形成的配置。 此外，本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器包括其中在其間插入存儲(chǔ)單元的電極由磁材 料形成的配置。
根據(jù)所述配置，可以實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器和使用其的電氣裝置，并且可 以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)地難于實(shí)現(xiàn)的、其中功耗低并且成本低的高性能的機(jī)電存儲(chǔ)器。
根據(jù)使用本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器的電路，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)地難于實(shí)現(xiàn)的、其 中功耗低并且成本低的高性能的機(jī)電存儲(chǔ)器，和使用其的電氣裝置。
本發(fā)明提供了一種驅(qū)動(dòng)機(jī)電存儲(chǔ)器進(jìn)行所述將數(shù)據(jù)寫入所述存儲(chǔ)單元 或從所述存儲(chǔ)單元讀出的方法，所述方法包括提供機(jī)電存儲(chǔ)器，機(jī)電存儲(chǔ)
器包括在基底上形成使得存儲(chǔ)單元插入在第一電極和第二電極之間的存儲(chǔ) 部；和具有可移動(dòng)的電極的開關(guān)部，可移動(dòng)電極是在所述基底上形成的支柱 部上方延伸的梁形構(gòu)件，同時(shí)以預(yù)定距離與第一電極隔離，并且形成可移動(dòng) 電極，使得可以通過第二電極和可移動(dòng)電極之間的電位差所產(chǎn)生的靜電力所 引起的可移動(dòng)電極的位移，而在第一電極和可移動(dòng)電極之間形成導(dǎo)電路徑， 并且控制第二電極的電位，使得在寫入中寫入電壓比寫入開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓和讀 出開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓高，由此進(jìn)行寫入和讀出。
根據(jù)所述配置，可以實(shí)現(xiàn)其中可以通過控制施加到第二電極的電壓而進(jìn) 行讀出操作的存儲(chǔ)元件。此外，可以共用字線和第二電^^,通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)電 壓，端子數(shù)量減小，并且可以進(jìn)行尺寸的減小。
本發(fā)明的效果
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，存儲(chǔ)單元和允許機(jī)械中斷導(dǎo)電路徑的開關(guān)相互 集成，并且因而可以實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器，并且可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)地難于實(shí)現(xiàn)的、 其中功耗低并且成本低的高性能的機(jī)電存儲(chǔ)器，和使用其的電氣裝置。
可以形成一個(gè)開關(guān)和多個(gè)存儲(chǔ)單元的配置，并且可以提供杰出的大容量 的擴(kuò)展性。
各個(gè)領(lǐng)域的電路。
本發(fā)明的機(jī)電開關(guān)不4又可以應(yīng)用于無線通信的終端，而且還可以應(yīng)用于
各個(gè)領(lǐng)域的電氣裝置。


圖l是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的透視圖。圖2(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖，并且圖
2(b)是示出本發(fā)明實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的電路圖。圖3是示出本發(fā)明實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器的控制信號(hào)的圖，(a)示
出了寫入，并且(b)示出了讀出。圖4是示出本發(fā)明實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器的控制信號(hào)的圖。
f圖5]圖5是示出本發(fā)明實(shí)施例2的機(jī)電存儲(chǔ)器的平面圖。圖6(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例2的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖，并且圖
6(b)是示出本發(fā)明實(shí)施例2的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的電路圖。圖7(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖，并且圖
7(b)是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的電路圖。
「圖8]圖8是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器的平面圖。圖9是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器的控制信號(hào)的圖。圖10(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖，并且
圖10(b)是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的電路圖。圖ll(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例4的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖，并且
圖ll(b)是示出本發(fā)明實(shí)施例4的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的電路圖。圖12(a)-12(d)是按步驟圖示本發(fā)明實(shí)施例5的機(jī)電存儲(chǔ)器的生產(chǎn)
步驟的截面圖。圖13是示出本發(fā)明實(shí)施例6的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖，圖14(a)-14(d)是示出本發(fā)明實(shí)施例6的機(jī)電存儲(chǔ)器的生產(chǎn)步驟的
截面圖。圖15是示出本發(fā)明實(shí)施例7的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖。 [圖16]圖16是示出本發(fā)明實(shí)施例8的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖。 [圖17]圖17是示出本發(fā)明實(shí)施例9的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖。 [圖18]圖18是示出本發(fā)明實(shí)施例10的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖。 [圖19]圖19是示出本發(fā)明實(shí)施例11的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖。 [圖20]圖20是示出本發(fā)明實(shí)施例12的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的平面圖。
參考標(biāo)號(hào)和符號(hào)的描述 100機(jī)電存儲(chǔ)器
101、 201、 301、 401、 501、 601、 701、 801、 901、 1101、 1102、 1201 機(jī)
電存儲(chǔ)元件 102位線
103、 103a、 103b字線 104可移動(dòng)電^f及
105、 105a、 105b存儲(chǔ)單元
106、 106a、 106b浮置電極(第一電極) 107下電極(第二電極)
108支柱部 109絕緣膜 209絕緣膜 110基底 111犧牲層
具體實(shí)施例方式
此后，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。 實(shí)施例1
圖l是示出本發(fā)明實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的透視圖。在圖1中示出 的機(jī)電存儲(chǔ)器100中，機(jī)電存儲(chǔ)元件101形成于位線102和字線103信號(hào)交 叉的位置，并且機(jī)電存儲(chǔ)元件101以矩陣圖案布置。位線102具有其中位線 102形成于字線103上方的空氣中的結(jié)構(gòu)。
圖2 (a)是示出本發(fā)明實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器配置的截面圖，并且示出 了沿圖1中的位線102的方向上的截面。圖5是所述存儲(chǔ)器的平面圖。在機(jī) 電存儲(chǔ)元件101中，起第一電極作用的浮置電極106，和起第二電極作用的、 形成從而夾置存儲(chǔ)器105的下電極107形成于基底110上，其中絕緣膜109 形成于該表面上。形成由梁構(gòu)成的可移動(dòng)電4及104,該梁經(jīng)由支柱部108在 空氣中延伸?？梢苿?dòng)電極104和支柱部108形成與位線102相同的導(dǎo)電路徑。 字線103形成于存儲(chǔ)單元105的兩側(cè)。在兩側(cè)的字線可以形成為一條線，但
是布置為分支到兩側(cè)從而增加靜電力。
圖2(b)是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的電路圖，并且以
在圖2(a)中示出的機(jī)電存儲(chǔ)器100的配置的方框圖的形式示出。 現(xiàn)將描述在機(jī)電存儲(chǔ)器100中記錄中的寫入和讀出的機(jī)制。 圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器的控制信號(hào)的圖，圖3(a)示 出了寫入，并且圖3(b)示出了讀出。
在寫入中，為了從以矩陣圖案布置的機(jī)電存儲(chǔ)元件101中選擇要寫入數(shù) 據(jù)1或0的機(jī)電存儲(chǔ)單元101,首先，將電壓施加到在要被激活的機(jī)電存儲(chǔ) 元件的位置(在圖3中用黑點(diǎn)指示)的相互交叉的位線102和字線103，使 得在位線102和字線103之間產(chǎn)生等于機(jī)電存儲(chǔ)元件101的驅(qū)動(dòng)電壓Vd的 電位差。
將電壓施加到在元件選擇中未涉及的字線103和位線102,使得不必要 的機(jī)電存儲(chǔ)元件101不被激活。為了使電位差小于Vd，施加0和Vd之間的 中間電位。圖3示出了 0.5Vd的情形。
圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器的控制信號(hào)的圖。由于在圖 2中所示出的位線102連接可移動(dòng)電極104,所以電位差施加到可移動(dòng)電極 104和字線103之間，并且產(chǎn)生靜電力。
在寫入中，將驅(qū)動(dòng)電壓Vd施加到位線102,并且將OV施加到字線103。 這里，示出了在左端的位線102上進(jìn)行寫入的狀態(tài)。在對(duì)應(yīng)位置的可移動(dòng)電 極104被靜電力向下驅(qū)動(dòng)從而使其與浮置電極106接觸。即可變電容器形成 于位線102和字線103之間，并且同時(shí)在位線102和浮置電極106之間形成 開關(guān)。將電位施加到其中開關(guān)置為開狀態(tài)的浮置電極106，并且在浮置電極 和連4喜地電位的下電極107之間產(chǎn)生電位差。在存卩諸單元105由絕緣材料形 成的情形，浮置電極106和下電極107夾置起存儲(chǔ)單元功能的絕緣材料，從 而構(gòu)成電容器，并且因而由于電極之間的電位差而積蓄電荷。該狀態(tài)是記錄 數(shù)據(jù)1的狀態(tài)。
在完成將電荷積蓄到電容器之后，施加到位線102的電壓置為0V，由 此使得位線具有與字線103相同的電位，并且可以消除靜電力。可移動(dòng)電極 104由雙支撐梁的彈性力向上驅(qū)動(dòng)從而以機(jī)械方式完全中斷至浮置電極106 的導(dǎo)電路徑，由此獲得開關(guān)的關(guān)狀態(tài)。根據(jù)該機(jī)制，消除了一度積蓄的電荷 可以沿其逃逸的導(dǎo)電路徑，并且因而可以實(shí)現(xiàn)其中記錄不惡化的非易失性存 儲(chǔ)器。
在讀出中，為了從以矩陣圖案布置的機(jī)電存儲(chǔ)元件101中選擇要被讀出
的記錄的機(jī)電存儲(chǔ)單元IOI，將電位差施加到在要被激活的機(jī)電存儲(chǔ)元件101 的位置的相互交叉的位線102和字線103之間。與寫入相反，將OV施加到 位線102，并且將驅(qū)動(dòng)電壓Vd施加到字線103?？梢苿?dòng)電才及104由靜電力向 下驅(qū)動(dòng)從而與浮置電極106接觸。在電荷在構(gòu)成電容器的浮置電極106和下 電極107之間積蓄的情形，即記錄數(shù)據(jù)l的情形，電荷逃逸到接觸的可移動(dòng) 電極104,并且從位線102取出輸出。
在未積蓄電荷的情形，即記錄數(shù)據(jù)O的情形，不獲得輸出。在該情形， 由于浮置電極106和接地的下電極107具有相同的電位，所以不出現(xiàn)電荷積 蓄，并且僅執(zhí)行讀出積蓄的電荷的操作。
數(shù)據(jù)O的寫入與讀出操作相同。在已經(jīng)記錄了數(shù)據(jù)1的情形，數(shù)據(jù)被重 新寫入為0,并且在已經(jīng)記錄了數(shù)據(jù)O的情形，重新寫入數(shù)據(jù)O。
在記錄寫入/讀出時(shí)間(存取時(shí)間)中，主要的是可移動(dòng)電極104的機(jī)電 驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)時(shí)間。在可移動(dòng)電極具有5jim的寬度、250nm的厚度和20nm的 長(zhǎng)度，并且可移動(dòng)電極104和字線103之間的間隙是130nm的情形，可以實(shí) 現(xiàn)20nscc的響應(yīng)時(shí)間，并且因而可以實(shí)現(xiàn)快速存取。
如上所述，在機(jī)電存儲(chǔ)元件中的字線和存儲(chǔ)單元相互電隔離，由此允許 用機(jī)電開關(guān)進(jìn)行讀出/寫入操作并且獨(dú)立控制寫入存儲(chǔ)單元的操作。可以實(shí)現(xiàn) 進(jìn)行寫入和讀出記錄的操作的非易失性機(jī)電存儲(chǔ)器。
根據(jù)所述配置，可以通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器，并且可以實(shí) 現(xiàn)傳統(tǒng)地難于實(shí)現(xiàn)的、其中功耗低并且成本低的高性能的機(jī)電存儲(chǔ)器。此外， 通過使用機(jī)電存儲(chǔ)器可以形成例如便攜電話的電氣裝置。
在本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器中，可以隨機(jī)存取以矩陣圖案布置的機(jī)電存儲(chǔ)單 元。存儲(chǔ)器可以用作RAM。
如在圖5中所示出的，可以增加浮置電極106、存儲(chǔ)單元105和下電極 107的堆疊結(jié)構(gòu)的尺寸。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，可以展寬存儲(chǔ)單元的面積，從而可以增加靜電電容和輸出。
在實(shí)施例1中，描述了存儲(chǔ)單元具有矩形形狀的情形。存儲(chǔ)單元可以具 有包括圓形的任何形狀，并且只要空間允許可以形成為任何形狀。
在本發(fā)明中，位線102和字線103可以以相反的關(guān)系形成，或者位線102 可以作為字線形成，而字線103作為位線形成。
在實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器中，字線103形成為2條線。作為替代，字線 可以形成為單線或3條或更多的線。
在本發(fā)明中，機(jī)電存儲(chǔ)元件之間的位線102的間距可以設(shè)置得更為精細(xì)， 并且需要獲得電絕緣隔離?？梢詫?shí)現(xiàn)高密度的機(jī)電存儲(chǔ)器。
在本發(fā)明中，機(jī)電存儲(chǔ)元件在字線方向上的間距可以在相鄰元件不相互 干涉的范圍內(nèi)減小。可以實(shí)現(xiàn)高密度的機(jī)電存儲(chǔ)器。
在本發(fā)明中，在微制造中，機(jī)電存儲(chǔ)元件的尺寸可以減小到最小的尺寸。 可以實(shí)現(xiàn)高密度的機(jī)電存儲(chǔ)器。
在本發(fā)明中，可以由包括鐵電PZT或BST之類的介電材料形成。根據(jù) 施加到夾置存儲(chǔ)單元的電極之間的電場(chǎng)的方向，控制介電材料中電極化的方 向，記錄數(shù)據(jù)1或0。在記錄的讀出中，通過位線或字線輸出在電極中激活 的電荷數(shù)量或極化的改變。在這種情形，必須注意用產(chǎn)生電場(chǎng)的電壓驅(qū)動(dòng)可 移動(dòng)電極，所述電壓低于其中出現(xiàn)電極化反轉(zhuǎn)的電壓，由此避免記錄破壞。
在本發(fā)明中，夾置存儲(chǔ)單元的電極可以由磁材料形成。在這種情形，根 據(jù)流過位線和字線的電流的方向，控制由電流產(chǎn)生的混合磁場(chǎng)的方向，并且 控制一個(gè)電極的磁化方向，由此寫入數(shù)據(jù)1或0。在電極的磁化方向平行的 情形，電阻低，而在不平行的情形，電阻高。因而，通過存儲(chǔ)單元的絕緣膜 而流過電極之間的自旋相關(guān)的隧道電流被改變。在記錄的讀出中，使得可移 動(dòng)電極和浮置電極相互接觸，基于流過電極之間的電流量的數(shù)據(jù)1或O通過 位線或字線而被輸出。在這種情形，必須給出控制信號(hào)，使得例如將驅(qū)動(dòng)電 壓Vd施加到位線，并且將OV施加到字線103，并且電位差施加到電極之間。
本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器不僅可以應(yīng)用于無線通信的電路，而且還可以應(yīng)用 于各個(gè)領(lǐng)域的電路。
本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器不僅可以應(yīng)用于無線通信的終端，例如便攜電話， 而且還可以應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的電氣裝置。
實(shí)施例2
圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施例2的配置的圖。在圖6中示出的機(jī)電存儲(chǔ)器 200中，才幾電存儲(chǔ)元件201形成于位線102和字線103a和103b相互交叉的 位置，并且機(jī)電存儲(chǔ)元件201以矩陣圖案布置。連接到位線102的可移動(dòng)電
極104具有其中它們?cè)谧志€103a和103b的上方的空氣中形成的結(jié)構(gòu)。
圖6(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例2的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖，并且示出 了沿位線102方向的截面。在圖6(a)中示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件201與在實(shí)施例 1中示出的機(jī)電存儲(chǔ)器101的不同之處在于，構(gòu)成電容器的存儲(chǔ)單元、浮置 電極和下電極分為兩個(gè)部分，并且對(duì)于一條位線配置了 2位存儲(chǔ)元件。存儲(chǔ) 元件凈皮指示為存j諸單元105a、 105b，和浮置電才及106a、 106b。兩個(gè)獨(dú)立的 字線103a、 103b插入在一個(gè)4幾電存儲(chǔ)元件201之間，并且分別形成于存儲(chǔ) 單元105a、 105b的兩側(cè)。
圖6(b)是示出本發(fā)明的實(shí)施例2的配置的電路圖，并且以方框圖的形式 示出了在圖6(a)中示出的機(jī)電存儲(chǔ)器200的配置。
寫入和讀出記錄的基本機(jī)制與實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器100的機(jī)制相同。 但是，在實(shí)施例2的機(jī)電存儲(chǔ)器200中，可以由一個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)元件201記錄 2個(gè)記錄數(shù)據(jù)，或者記錄容量可以從一個(gè)開關(guān)一個(gè)存儲(chǔ)單元配置擴(kuò)展為一個(gè) 開關(guān)兩個(gè)存儲(chǔ)單元配置。
現(xiàn)將描述在機(jī)電存儲(chǔ)器200中選擇記錄的存儲(chǔ)單元的機(jī)制。
當(dāng)將電位差施加到字線103a和位線102之間時(shí)，施加靜電力同時(shí)對(duì)于 圖6(a)的中心軸偏向于字線103a,并且可移動(dòng)電極104對(duì)于中心軸非對(duì)稱地 向下彎曲，與浮置電極106a接觸。在這種情形，可移動(dòng)電極104接近浮置 電極106b,但是不與其接觸。在兩個(gè)存儲(chǔ)單元105a、 105b中，僅存取存儲(chǔ) 單元105a，并且通過字線103a、 103b而進(jìn)行選擇。在存儲(chǔ)單元105b被存取 的情形，類似地使用字線103b。
在本發(fā)明的實(shí)施例2中，已經(jīng)描述了兩個(gè)存儲(chǔ)單元的情形?？梢孕纬膳c 其對(duì)應(yīng)的多個(gè)存儲(chǔ)單元或字線。
如上所述，根據(jù)實(shí)施例2的機(jī)電存儲(chǔ)器， 一個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)元件可以記錄多 個(gè)數(shù)據(jù)，并且可以形成一個(gè)開關(guān)多個(gè)存儲(chǔ)單元配置從而擴(kuò)展記錄容量。
實(shí)施例3
圖7是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的圖。在圖7中所示出 的機(jī)電存儲(chǔ)器300中，機(jī)電存儲(chǔ)元件301形成于位線102和字線103相互交 叉的位置，并且機(jī)電存儲(chǔ)元件301以矩陣圖案布置。該實(shí)施例的特征為在實(shí) 施例1和2中的字線103、和下電極107是共用的。以在實(shí)施例1和2中相 同的方式，在字線103上方，在空氣中形成連接到位線102的可移動(dòng)電才及104，
從而配置其中形成梁形可移動(dòng)電極104的結(jié)構(gòu)。
圖7(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖，并且示出 了沿位線102方向的截面圖。在圖7(a)中示出的機(jī)電存儲(chǔ)器301中，形成夾 置存儲(chǔ)單元105的浮置電極106和字線103形成于基底110上，其中絕緣膜 109形成于表面上。形成了由梁構(gòu)成的可移動(dòng)電極104，其經(jīng)由支柱部108 在空氣中延伸。可移動(dòng)電才及104和支柱部108形成與位線102相同的導(dǎo)電3各 徑。
圖7(b)是示出在圖7(a)中示出的本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的 電路圖。圖8是機(jī)電存儲(chǔ)器的平面圖。
在實(shí)施例中，作為下電極的第二電極也起字線的作用。因而，寫入和讀 出的機(jī)制與上述的實(shí)施例l和2稍有不同。
圖9是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器的控制信號(hào)的圖?，F(xiàn)將描述在 機(jī)電存儲(chǔ)器300中寫入和讀出記錄的機(jī)制。
在寫入中，首先，從以矩陣布置的機(jī)電存儲(chǔ)元件301中選擇要寫入數(shù)據(jù) 1或0的機(jī)電存儲(chǔ)元件301。因而，將電位差施加到在要被激活的機(jī)電存儲(chǔ) 元件301的位置相互交叉的位線102和字線103之間。如同在圖7中所示出 的，位線102連接到可移動(dòng)電極104，并且因而電位差施加到可移動(dòng)電極104 和字線103之間，由此產(chǎn)生靜電力?？梢苿?dòng)電極104由靜電力向下驅(qū)動(dòng)從而 與浮置電極108接觸。即在位線102和浮置電極106之間形成開關(guān)。
在這種情形，如同在圖9(a)中所示出的，在可移動(dòng)電極104的驅(qū)動(dòng)時(shí)間 td的周期期間施加驅(qū)動(dòng)電壓Vd。將電位施加到其中開關(guān)置為開狀態(tài)的浮置 電極106,并且在浮置電極和字線103之間產(chǎn)生電位差。在存儲(chǔ)單元105由 絕緣材料形成的情形，浮置電極106和字線103構(gòu)成電容器，并且因而由于 施加在電極之間的電勢(shì)差而積蓄電荷。在所述實(shí)施例中，字線103起開關(guān)的 驅(qū)動(dòng)電極的作用，并且還起存儲(chǔ)單元105的電極的作用。因而當(dāng)開關(guān)被驅(qū)動(dòng) 時(shí)，記錄數(shù)據(jù)。結(jié)果，在記錄中積蓄的電荷數(shù)量必須增加到大于在驅(qū)動(dòng)中所 積蓄的電荷，從而輸出差別作為輸出。當(dāng)記錄數(shù)據(jù)l時(shí)，即如在圖9(a)中所 示出的，^v驅(qū)動(dòng)時(shí)間td至記錄時(shí)間tm施加比驅(qū)動(dòng)電壓Vd高的記錄電壓Vm, 由此將電荷積蓄到電容器中。
該狀態(tài)是記錄數(shù)據(jù)1的狀態(tài)。完成將電荷積蓄到電容器之后，消除施加 到位線102和字線103之間的電位差，由此^吏纟尋這些線具有相同的電4立，并
且可以消除靜電力?？梢苿?dòng)電極104由雙支撐梁的彈性力向上驅(qū)動(dòng)從而以機(jī)
械方式完全中斷至浮置電極106的導(dǎo)電路徑。根據(jù)該機(jī)制，消除了一度積蓄
的電荷可以沿其逃逸的導(dǎo)電路徑，并且因而可以實(shí)現(xiàn)其中記錄不惡化的非易
失性存儲(chǔ)器。
在讀出中，從以矩陣圖案布置的機(jī)電存儲(chǔ)元件301中選擇要被讀出的記 錄的機(jī)電存儲(chǔ)單元301。因而，將電位差施加到在要被激活的機(jī)電存儲(chǔ)元件 301的位置的相互交叉的位線102和字線103之間。在這種情形，如同在圖 9(b)中所示出的，在驅(qū)動(dòng)電極104的驅(qū)動(dòng)時(shí)間td的周期期間施加驅(qū)動(dòng)電壓 Vd。可移動(dòng)電極104由靜電力向下驅(qū)動(dòng)從而與浮置電極106接觸。在形成電 容器的浮置電極106中積蓄QouT^CVm (C:電容器的靜電電容)的電荷的 情形，即記錄數(shù)據(jù)l的情形，電荷逃逸到接觸的可移動(dòng)電極104或字線103， 并且從位線102或字線103取出輸出。在未積蓄電荷Qout的情形，即記錄 數(shù)據(jù)O的情形，不獲得輸出。
數(shù)據(jù)O的寫入與讀出操作相同。在已經(jīng)記錄了數(shù)據(jù)1的情形，數(shù)據(jù)被重 新寫入為0，并且在已經(jīng)記錄了數(shù)據(jù)0的情形，重新寫入數(shù)據(jù)O。在記錄數(shù) 據(jù)0的狀態(tài)，積蓄QO = CVd的電荷量。
在所述實(shí)施例中，將控制電壓施加到位線102和字線103之一，并且將 0V施加到未施加控制電壓的另一根線。
如上所述，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行寫入和讀出記錄的操作的非易失性機(jī)電存儲(chǔ) 器。根據(jù)所述配置，可以通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器，并且可以實(shí) 現(xiàn)傳統(tǒng)地難于實(shí)現(xiàn)的、其中功耗低并且成本低的高性能的機(jī)電存儲(chǔ)器，和使 用其的電氣裝置。
在本發(fā)明的實(shí)施例3中，已經(jīng)描述了形成一個(gè)存儲(chǔ)單元的情形。作為替 代，多個(gè)存儲(chǔ)單元可以以與實(shí)施例2相同的方式形成。
如在圖8中所示出的，可以增加浮置電極106、存儲(chǔ)單元105、和字線 103的堆疊結(jié)構(gòu)的尺寸。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，可以展寬存儲(chǔ)單元的面積，從而可以增加靜電電容和輸 出。由于電場(chǎng)被施加到其中積蓄電荷的浮置電極106和可移動(dòng)電極104之間， 所以該結(jié)構(gòu)作為防止字線103和可移動(dòng)電極104之間的電場(chǎng)被中斷的措施是 有效的。根據(jù)所述配置，在浮置電極106中積蓄的電荷可以在寬的范圍內(nèi)散 布，并且通過降低電場(chǎng)強(qiáng)度可以減小屏蔽的影響。
在實(shí)施例3中，已經(jīng)描述了具有矩形形狀的存儲(chǔ)單元的情形。存儲(chǔ)單元 可以具有包括圓形的任何形狀，只要空間允許，可以形成為任何形狀。圖10(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例3的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖，并且圖 10(b)是機(jī)電存儲(chǔ)器的平面圖。配置機(jī)電存儲(chǔ)器1201使得字線103的寬度比 浮置電極106寬，并且可移動(dòng)電極104和浮置電極106之間的對(duì)置的面積比 可移動(dòng)電才及104和字線103之間的對(duì)置面積大。該配置作為防止由于可移動(dòng)電極104和其中積蓄電荷的浮置電極106之 間而產(chǎn)生的字線103和可移動(dòng)電極104之間的電場(chǎng)的屏蔽的對(duì)策是有效的。 當(dāng)可移動(dòng)電極104和字線103之間的對(duì)置面積展寬時(shí)，可以增加靜電電容， 并且可以增強(qiáng)電場(chǎng)?？梢詼p小屏蔽的影響。實(shí)施例4圖11是示出本發(fā)明實(shí)施例4的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖。 在圖11中所示出的機(jī)電存儲(chǔ)器中，對(duì)于由位線102形成的梁形可移動(dòng) 電極104,字線103a、 103b形成，由用在上層內(nèi)形成的絕緣材料配置的存儲(chǔ) 單元105a、 105b和浮置電極106a、 106b形成電容器。在字線103a、 103b 的交叉點(diǎn)上形成機(jī)電存儲(chǔ)元件401。機(jī)電存儲(chǔ)元件401以矩陣圖案布置，由 此構(gòu)成才幾電存儲(chǔ)器400。該實(shí)施例的特征在于，字線103和在實(shí)施例1和2 中的下電極107共用。以在實(shí)施例1和2中相同的方式，在字線103上方， 在空氣中形成位線102從而配置其中形成梁形可移動(dòng)電極的結(jié)構(gòu)。圖ll(a)是示出本發(fā)明實(shí)施例4的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖，并且示 出了沿位線102方向的截面。在圖ll(a)中示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件401中，構(gòu) 成電容器的存儲(chǔ)單元、浮置電極、和字線劃分為兩個(gè)部分，與在實(shí)施例3中 示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件301相對(duì)照。它們被指示為存儲(chǔ)單元105a、 105b,和浮 置電極106a、 106b。兩條獨(dú)立的字線103a、 103b插入在一個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)單元 401之間。圖ll(b)是示出在圖ll(a)中示出的本發(fā)明的實(shí)施例4的機(jī)電存儲(chǔ)器的配 置的電路圖。寫入和讀出記錄以及在機(jī)電存儲(chǔ)器中選擇存儲(chǔ)單元的機(jī)制與實(shí)施例3的 機(jī)電存儲(chǔ)器300和實(shí)施例2的機(jī)電存儲(chǔ)器200的機(jī)制相同。兩個(gè)數(shù)據(jù)可以由一個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)元件401記錄，或記錄容量可以從一個(gè)開 關(guān)和一個(gè)存儲(chǔ)單元配置擴(kuò)展到一個(gè)開關(guān)二個(gè)存儲(chǔ)單元配置。
在本發(fā)明的實(shí)施例4中，已經(jīng)描述了 2存儲(chǔ)單元的情形。作為替代，可 以形成3或多個(gè)存儲(chǔ)單元。
如上所述，根據(jù)實(shí)施例4的機(jī)電存儲(chǔ)器， 一個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)元件可以記錄多
個(gè)記錄數(shù)據(jù)，并且可以形成一個(gè)開關(guān)和多個(gè)存儲(chǔ)單元配置從而擴(kuò)展記錄容量。
實(shí)施例5
下面將描述以在上面描述的機(jī)電存儲(chǔ)器的生產(chǎn)方法。此后，將描述生產(chǎn) 實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器100的方法。圖12(a)至12(d)是按步驟示出本發(fā)明的 實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器的生產(chǎn)步驟的截面圖。
首先，如同在圖12(a)中所示出的，例如SiCb、 S"N4或這些材料的層疊 膜的絕緣膜109由熱氧化或?yàn)R射到例如Si或GaAs的基底上而形成。接著， 要被作為字線103而形成的導(dǎo)電材料，例如Al、 Au或Cu用濺射或CVD(化 學(xué)氣相沉積)而形成。此后，具有下電極103圖案的抗蝕劑通過電子束蝕刻、 光刻等形成于作為下電極103形成的材料上，并且通過干法蝕刻、濕法蝕刻 等成形。通過灰化等去除抗蝕劑。
此外，在所得到的結(jié)構(gòu)上，作為下電極107形成的導(dǎo)電材料，例如A1、 八u或Cu，作為存儲(chǔ)單元105形成的絕緣材料，例如Si02或Si3N4，和作為 浮置電極106形成的導(dǎo)電材料，例如A1、 Au或Cu,如在圖12(b)中所示出 的，通過重復(fù)通過光刻和蝕刻的抗蝕劑的沉積、構(gòu)圖而形成。
接著，如在圖12(c)中所示出的，形成為犧牲層的材料形成，例如光致 抗蝕劑或Si〇2，形成為位線102、支柱部108和可移動(dòng)電才及104的導(dǎo)電材津+， 例如A1、 Au或Cu通過濺射、CVD等在該材料上形成，并且隨后具有位線 102、支柱部108和可移動(dòng)電極104的圖案的抗蝕劑通過電子束蝕刻、光刻 等形成，并且通過干法蝕刻、濕法蝕刻等成形。最后，通過灰化或濕法蝕刻 去除犧牲層，從而生產(chǎn)出如在圖12(d)中所示出的可移動(dòng)電極104的中空結(jié) 構(gòu)。
用這種方法，可以非常簡(jiǎn)單地獲得具有高尺寸精度的高質(zhì)量的機(jī)電存儲(chǔ) 器。在上述實(shí)施例中，已經(jīng)描述了實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)器的生產(chǎn)方法。當(dāng)然 可以類似地形成實(shí)施例2至4的機(jī)電存儲(chǔ)器。
實(shí)施例6
接著，將描述獲得小型化的另一種結(jié)構(gòu)。圖13是示出本發(fā)明實(shí)施例6
的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖。在圖13中示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件501的特征 在于，為了最小化連接位線102、字線103和下電極107的支柱部108之間 的間隔，并且避免出現(xiàn)短路，用熱氧化膜等配置的絕緣膜209放置在其之間。 根據(jù)所述配置，可以大為減小機(jī)電存儲(chǔ)器的寬度。另一以與上述實(shí)施例l相同的方式形成。高度絕緣的絕緣膜的插入保證 了絕緣隔離。因而，可以減小布線距離，并且可以實(shí)現(xiàn)小型化。如在后面將 要描述的圖14(d)中所示出的，絕緣膜209可以僅在字線103的側(cè)壁上形成。圖14(a)至14(d)按步驟示出本發(fā)明實(shí)施例6的機(jī)電存儲(chǔ)器的生產(chǎn)步驟的 截面圖。首先，例如Si02、 Si3N4或這些材料的層疊膜的絕緣膜109由熱氧化或 濺射到例如Si或GaAs的基底上而形成。接著，要被作為字線103而形成的 導(dǎo)電材料，例如多晶硅、Al、 Au或Cu用賊射或CVD (化學(xué)氣相沉積)而 形成。此后，具有字線103圖案的抗蝕劑通過電子束蝕刻、光刻等形成于作 為字線103形成的材料上，并且所述導(dǎo)電材料通過干法蝕刻、濕法蝕刻等成 形。通過灰化等去除抗蝕劑。隨后，如在圖14(a)中所示出的，絕緣膜209形成于字線103的外圍。 例如，字線通過多晶硅和4烏層的層疊結(jié)構(gòu)而形成。在這種狀態(tài)，構(gòu)圖字線， 并且隨后進(jìn)行熱氧化。結(jié)果，絕緣膜209僅形成于字線的側(cè)壁上。作為替代，可以通過CVD法形成氧化硅膜或氮化硅膜，并且可以通過 各向異性蝕刻使得絕緣膜209僅保留在字線的側(cè)壁上。在采用CVD法的膜 成形之前通過熱氧化形成氧化硅薄膜，由此保證絕緣性能并且可以改善元件 的可靠性。在該配置中，絕緣膜209可以不僅在字線103的側(cè)壁上形成，而且還可 以在上部上形成。在絕緣膜209也在字線103上形成的情形，即便當(dāng)可移動(dòng) 電極位移到與字線103上的絕緣膜209接觸時(shí)，也可以保持字線和位線之間 的電位差，并且可以穩(wěn)定地保持可移動(dòng)電極104的位移。在絕緣膜209僅形成于字線103的側(cè)壁上的情形，字線的上表面必須足 夠地低于浮置電極106的上表面，使得即便當(dāng)可移動(dòng)電極104位移到所述電 極與浮置電極接觸的程度，字線的上表面也不與浮置電極106的上表面接觸。后續(xù)的步驟與在圖12(b)至12(d)中示出的上述實(shí)施例5相同。盡管省略 了描述，但是如在圖14(b)至14(d)中所示出的，形成作為犧牲層111的光致
抗蝕劑或Si02，可移動(dòng)電極104形成于該層上，并且隨后去除犧牲層111，
由此形成具有梁形結(jié)構(gòu)的微機(jī)電存儲(chǔ)器，其中可移動(dòng)電極104在支柱部108
上延伸。
根據(jù)所述配置，便于小型化，并且在構(gòu)圖中無需構(gòu)圖裕量。因而，可以
獲得其中可以小型化、并且具有高可靠性的機(jī)電存儲(chǔ)器。字線103和浮置電 極106的高度不是總需要相互匹配。當(dāng)如在圖13中所示出的絕緣膜形成于 字線103上時(shí)，字線103和浮置電極106的高度可以置于相同的水平，并且 可以最大地增加字線的膜厚度。因而，即便當(dāng)線寬度減小時(shí)，也可以獲得足 夠的導(dǎo)電性，并且可以減小傳輸損失。這對(duì)于進(jìn)一步小型化是有效的。 實(shí)施例7
圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施例7的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖。在圖15 中示出的機(jī)電存儲(chǔ)器中，在(硅)基底110上，在位線102和字線103相互 交叉的位置形成機(jī)電存儲(chǔ)元件601，并且機(jī)電存儲(chǔ)元件601以矩陣圖案布置。 連4妻位線102的可移動(dòng)電極104具有一種結(jié)構(gòu)，其中可移動(dòng)電極104在字線 103的上方的空氣中形成。除了絕緣膜209插入在字線103、存儲(chǔ)單元105 和浮置電極106、和支柱部108的層疊結(jié)構(gòu)之間之外，所述機(jī)電存儲(chǔ)器以在 圖7中示出的實(shí)施例3相同的方式形成。
根據(jù)所述配置，通過簡(jiǎn)單地將絕緣膜209的膜厚度設(shè)置為可以在支柱部 108和浮置電極106之間進(jìn)行絕緣隔離的程度，可以實(shí)現(xiàn)絕緣隔離。因而， 可以實(shí)現(xiàn)顯著的小型化。即還可以通過簡(jiǎn)單地在字線、存儲(chǔ)單元、和浮置電 極的側(cè)壁上形成絕緣膜并且形成支柱部以便鄰接側(cè)壁而保證絕緣性能。因 而，可以形成進(jìn)一步的小型化。
實(shí)施例8
圖16是示出本發(fā)明的實(shí)施例8的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖。在圖16 中示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件與在圖2中示出的實(shí)施例中的機(jī)電存儲(chǔ)器不同之處在 于，在所述實(shí)施例的機(jī)電存儲(chǔ)元件701中，下電極107直接形成于基底110 上，由此實(shí)現(xiàn)基底IIO和下電極107的電連接。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的機(jī)電 存儲(chǔ)元件相同。
在生產(chǎn)中，構(gòu)成下電極107的導(dǎo)電層形成于硅基底上，所述層被構(gòu)圖， 并且隨后形成絕緣膜109。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，基底的后表面可以被接地，并且結(jié) 構(gòu)被簡(jiǎn)化。此外，整個(gè)電容器的高度減小到對(duì)應(yīng)于絕緣膜的程度。因而，表
面可以平坦化，并且便于后續(xù)步驟的構(gòu)圖。結(jié)果，可以進(jìn)行進(jìn)一步小型化。 根據(jù)所述配置，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的筒化、薄化、和小型化。 為了增加容量，在下電極107的表面內(nèi)可以形成不規(guī)則性，從而可以增
加電容器的面積。
實(shí)施例9
圖n是示出本發(fā)明的實(shí)施例9的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖。在圖17
中示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件801的特征在于，沒有布置在圖16中示出的實(shí)施例8 的機(jī)電存儲(chǔ)元件中的下電極107,直接構(gòu)成存儲(chǔ)單元的絕緣膜形成于基底110 上，并且電容器配置在基底110和浮置電極106之間。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例8 的機(jī)電存儲(chǔ)元件相同。
可以通過在硅基底上形成直接構(gòu)成存儲(chǔ)單元的絕緣膜105而獲得所述結(jié) 構(gòu)，而無需在硅基底上形成配置下電極107的導(dǎo)電層。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，以與實(shí)施例8相同的方式，基底的后表面可以接地，并 且所述結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步簡(jiǎn)化。與實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)相比，整個(gè)電容器的高度進(jìn)一 步減小到對(duì)應(yīng)于下電極的程度。因而，表面可以進(jìn)一步平坦化，并且便于后 續(xù)步驟中的構(gòu)圖。結(jié)果，可以進(jìn)一步小型化。
實(shí)施例10
圖18是示出本發(fā)明的實(shí)施例10的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的截面圖。在圖18 中示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件901中，放置其中通過下電極107U、絕緣材料形成 的存儲(chǔ)單元105U，和浮置電極106U層疊在表面上的上基底110U,使得浮 置電極106U的位置以預(yù)定間隙與在圖2中示出的實(shí)施例1的機(jī)電存儲(chǔ)元件 的可移動(dòng)電極104隔離，由此增加存儲(chǔ)單元的^爭(zhēng)電電容。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)寫入中，上字線103U與位線102置于相同的電 位，使得靜電力相對(duì)于下字線103作用，可移動(dòng)電極向下位移，并且在存儲(chǔ) 單元105中積蓄電荷。然后，下字線103置為與位線102相同的電位，并且 將電壓施加到上字線103U,使得靜電力在連接位線102的可移動(dòng)電極104 和上字線103U之間作用，可移動(dòng)電i^及向上位移，并且電荷在存4諸單元105U 中積蓄。
用這種方法，電荷在上和下存儲(chǔ)單元中積蓄，由此可以積蓄兩倍數(shù)量的電荷。
在實(shí)施例10中，描述了布置了一個(gè)可移動(dòng)電極和兩個(gè)存儲(chǔ)單元的情形。
在 一個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)元件中可以形成多個(gè)可移動(dòng)電極和多個(gè)存儲(chǔ)單元。 實(shí)施例11
圖19是本發(fā)明的實(shí)施例11的機(jī)電存儲(chǔ)元件的配置的截面圖。在圖19
中示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件1101與在圖18中示出的實(shí)施例10的機(jī)電存儲(chǔ)元件 在可移動(dòng)電極104的共用上相同。但是，位線102U也形成于上基底110U 內(nèi)，并且形成了對(duì)于一個(gè)可移動(dòng)電才及104具有兩個(gè)存^f諸單元105、 105U的一 個(gè)開關(guān)兩個(gè)存儲(chǔ)單元配置。
在該結(jié)構(gòu)中，可以提高機(jī)電存儲(chǔ)器的容量。
在實(shí)施例11中，描述了布置了一個(gè)可移動(dòng)電極和兩個(gè)存儲(chǔ)單元的情形。 在一個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)元件中，可以形成多個(gè)可移動(dòng)電極和多個(gè)存儲(chǔ)單元，并且可 以增加機(jī)電存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。例如，可以形成一個(gè)開關(guān)四個(gè)存儲(chǔ)單元 (1S4C)型。
實(shí)施例12
圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施例12的機(jī)電存儲(chǔ)器的配置的平面圖。除了浮 置電極106、存儲(chǔ)單元105、和字線103的層疊結(jié)構(gòu)具有不同的尺寸之外， 在圖20中示出的機(jī)電存儲(chǔ)元件1102與在平面圖8中示出的實(shí)施例3的機(jī)電 存儲(chǔ)元件相同。
在圖8中示出的實(shí)施例3中，配置字線103和存儲(chǔ)單元105從而具有基 本相同的寬度。與此相對(duì)照，該結(jié)構(gòu)的特征在于，浮置電極106、存儲(chǔ)單元 105、和字線103的層疊結(jié)構(gòu)的寬度比字線103的寬度大。根據(jù)所述配置， 可以展寬存儲(chǔ)單元的寬度，從而可以增加靜電電容和輸出。
在實(shí)施例12中，描述了存儲(chǔ)單元具有矩形形狀的情形。存儲(chǔ)單元可以 具有包括圓形的任何形狀，只要空間允許可以形成為任何形狀。
其中存儲(chǔ)單元的面積增加的實(shí)施例12的結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于在圖5的平 面圖中示出的實(shí)施例1的層疊結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括浮置電極106、存儲(chǔ)單元 105、和下電4及107。
實(shí)施例2到4、 8、 9、 10、 11和12的機(jī)電存儲(chǔ)器可以用與本發(fā)明的實(shí) 施例5的機(jī)電存儲(chǔ)器100的生產(chǎn)方法類似的方法生產(chǎn)。
實(shí)施例7的機(jī)電存儲(chǔ)器可以用與本發(fā)明的實(shí)施例6的機(jī)電存儲(chǔ)器類似的 生產(chǎn)方法生產(chǎn)。
工業(yè)可應(yīng)用性本發(fā)明的機(jī)電存儲(chǔ)器使得可以通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器，并 且在傳統(tǒng)地難于實(shí)現(xiàn)的、其中功耗低并且成本低的高性能的機(jī)電存儲(chǔ)器中和 使用其的電氣裝置中是有用的。
權(quán)利要求
1.一種在基底上形成的機(jī)電存儲(chǔ)器，包括在基底上形成使得存儲(chǔ)單元插入在第一電極和第二電極之間的存儲(chǔ)部；和具有可移動(dòng)的電極的開關(guān)部，可移動(dòng)電極是在所述基底上形成的支柱部上方延伸的梁形構(gòu)件，同時(shí)以預(yù)定距離與第一電極隔離，并且所述開關(guān)部形成使得可以通過由靜電力引起的可移動(dòng)電極的位移而在第一電極和可移動(dòng)電極之間形成導(dǎo)電路徑，并且其中進(jìn)行了將數(shù)據(jù)寫入所述存儲(chǔ)器和從所述存儲(chǔ)器讀出的操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述靜電力由位于存儲(chǔ)部附近 的驅(qū)動(dòng)電極和所述可移動(dòng)電極之間的電位差所產(chǎn)生。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述驅(qū)動(dòng)電極由兩個(gè)并列布置 于所述存儲(chǔ)部?jī)蓚?cè)的靜止電極所配置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述靜電力由所述第二電極和 可移動(dòng)電極之間的電位差產(chǎn)生。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)部由多個(gè)并列布置的 存儲(chǔ)部配置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中在所述存儲(chǔ)部中，所述第一和 第二電極的至少之一 連4妄/>共電位。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中在存儲(chǔ)部中，所述第一和第二 電極的至少之一連接到相互獨(dú)立的電位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述驅(qū)動(dòng)電極形成從而鄰接所 述存儲(chǔ)部或通過覆蓋所述驅(qū)動(dòng)電極的側(cè)壁的絕緣膜鄰接所述支柱部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述驅(qū)動(dòng)電極通過絕緣膜與所 述可移動(dòng)電^l相對(duì)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述支柱部形成從而通過覆蓋 所述存儲(chǔ)部的側(cè)壁的絕緣膜鄰接存儲(chǔ)部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中第二存儲(chǔ)部布置^f吏得橫過所述 可移動(dòng)電極與存儲(chǔ)部對(duì)稱。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器形成使得存儲(chǔ)部的面積比與可移動(dòng)電極對(duì)置的面積大。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器形成使得所述第二 電極的面積比第 一 電極的面積大。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中多個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)器形成于所述基底上，并且所述可移動(dòng)電極構(gòu)成位線。
15. 根據(jù)權(quán)利要求2的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中多個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)器形成于所述基 底上，并且所述驅(qū)動(dòng)電極構(gòu)成字線。
16. 根據(jù)權(quán)利要求4的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中多個(gè)機(jī)電存儲(chǔ)器形成于所述基 底上，并且所述第二電極構(gòu)成位線。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)單元由絕緣材料形成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)單元由介電材料形成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)電存儲(chǔ)器，其中在其間插入存^l"單元的所述電 極由箱t材4+形成。
20. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1至19任一項(xiàng)的機(jī)電存儲(chǔ)器的電路。
21. —種驅(qū)動(dòng)機(jī)電存儲(chǔ)器進(jìn)行將數(shù)據(jù)寫入所述存儲(chǔ)單元或從所述存儲(chǔ)單 元讀出的方法，所述方法包括提供所述機(jī)電存儲(chǔ)器，所述機(jī)電存儲(chǔ)器包括在基底上形成使得存儲(chǔ)單元插入在第 一電極和第二電極之間的存儲(chǔ)部；和具有可移動(dòng)電極的開關(guān)部，可移動(dòng)電極是在所述基底上形成的支柱部 上方延伸的梁形構(gòu)件，同時(shí)以預(yù)定距離與第一電極隔離，并且開關(guān)部形成使 得可以通過所述第二電極和可移動(dòng)電極之間的電位差所產(chǎn)生的靜電力引起 的可移動(dòng)電極的位移而在第一電極和可移動(dòng)電極之間形成導(dǎo)電路徑，并且控制所述第二電極的電位，使得在寫入中寫入電壓比寫入開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓 和讀出開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓高，由此進(jìn)行寫入和讀出。
全文摘要
可以實(shí)現(xiàn)一種與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝具有高親和力，具有機(jī)械地完全地中斷電路的開關(guān)功能，并且能夠進(jìn)行非易失性信息記錄的存儲(chǔ)元件。提供了一種在基底上形成的機(jī)電存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器具有通過電極夾置的存儲(chǔ)單元和作為介助于支柱部在空氣中橋接的梁的可移動(dòng)電極。通過所述配置，可以以簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非易失性存儲(chǔ)器。即并且可以實(shí)現(xiàn)功耗低且和成本低的高性能的機(jī)電存儲(chǔ)器，和使用其的電氣裝置。
文檔編號(hào)B81B3/00GK101107711SQ20068000269
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月22日
發(fā)明者內(nèi)藤康幸 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社