專利名稱：存儲(chǔ)器設(shè)備的制作方法
發(fā)明的
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及利用多個(gè)微小的探測(cè)器(probe)讀出和寫入信息的存儲(chǔ)器設(shè)備，特別涉及在探測(cè)器和寫-讀電路(以后稱為W/R電路)之間的布線的寄生電容很小的那種存儲(chǔ)器設(shè)備，該設(shè)備相對(duì)地不受噪聲的影響，制造該設(shè)備的成本很低，并且該設(shè)備的記錄密度很高。
已有技術(shù)說明利用多個(gè)微小的探測(cè)器實(shí)現(xiàn)信息的讀出和寫入的存儲(chǔ)器設(shè)備的普通實(shí)例包括例如在小J.Sliwa的題為“微震動(dòng)存儲(chǔ)器設(shè)備”的日本專利申請(qǐng)4-289580和美國(guó)專利5216631(1993年6月1日)中公開的設(shè)備。在這種設(shè)備中，在工作在非接觸模式下的STM(掃描隧道顯微鏡)和AFM(原子力顯微鏡)中控制探針和被檢測(cè)物體的表面之間的間距的技術(shù)被用來在存儲(chǔ)器設(shè)備中控制探針和存儲(chǔ)器介質(zhì)之間的間距。在調(diào)整存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和探針的針尖之間的距離的時(shí)候執(zhí)行在這種存儲(chǔ)器設(shè)備中數(shù)據(jù)的讀出和寫入。這種距離的調(diào)整是通過檢測(cè)存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和探針的針尖之間的距離來完成的。
此外，在根據(jù)以上Sliwa的專利制造的存儲(chǔ)器設(shè)備的情形中，存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和探針的針尖之間的距離是利用隧道電流或力來檢測(cè)的。于是，在這種存儲(chǔ)器設(shè)備中，除W/R電路外，還必需向各探測(cè)器提供用作距離檢測(cè)和距離控制的檢測(cè)電路和信號(hào)處理電路。這些電路、例如W/R電路、檢測(cè)電路和信號(hào)處理電路造成了總的專用表面面積的增大。因此，在探測(cè)器和上述電路被安裝在同一襯底的情況下，所述電路增加了實(shí)現(xiàn)高的探測(cè)器密度的困難。
鑒于以上原因，在根據(jù)以上Sliwa的專利制造的存儲(chǔ)器設(shè)備中，需要把上述W/R電路、檢測(cè)電路和信號(hào)處理電路安裝在與形成了上述探測(cè)器的襯底不同的襯底上。因此，形成了上述探針的部分和上述電路必然是利用分開的制造工藝在分開的位置中形成的。
在根據(jù)以上Sliwa的專利制造的設(shè)備中，各個(gè)探測(cè)器是利用混合半導(dǎo)體工藝來制造的。具體來說，在根據(jù)以上Sliwa的專利制造的設(shè)備的情形中，各個(gè)探測(cè)器和與所述探測(cè)器相關(guān)的各種電路、例如W/R電路、檢測(cè)電路和信號(hào)處理電路不是安裝在同一襯底上，即它們安裝在分開的位置中。于是所述探測(cè)器和電路利用相當(dāng)長(zhǎng)的布線進(jìn)行連接。因此，探測(cè)器和相應(yīng)于所述探測(cè)器的各種電路之間的距離因探測(cè)器而異，這樣就造成了探測(cè)器的偏斜，所以不能夠獲得高的并行性。這就造成了諸如在探測(cè)器和相應(yīng)于所述探測(cè)器的各個(gè)電路之間的區(qū)域的電特性的差別這樣的問題。因此，失去了在存儲(chǔ)器設(shè)備中重要的性能值，例如數(shù)據(jù)傳輸速率、冗余度的保證和糾錯(cuò)功能。此外，因?yàn)樘綔y(cè)器和W/R電路之間寄生電容和噪聲的增大，所以存儲(chǔ)器介質(zhì)的位尺寸的增大就是不可避免的了。
在這種存儲(chǔ)器設(shè)備中，在一次存取中讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)量必然隨著探測(cè)器密度的增大而增大。在用于這種讀出或?qū)懭胄盘?hào)的傳輸?shù)牟季€中，各探測(cè)器需要其中的至少一根導(dǎo)線。因此，所需的大量導(dǎo)線妨礙了高的探測(cè)器密度的實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明概要本發(fā)明提供了這樣的存儲(chǔ)器設(shè)備即(a)在探測(cè)器和W/R電路之間幾乎沒有布線的寄生電容，所以該設(shè)備相對(duì)地不受噪聲的影響；(b)各個(gè)探測(cè)器保持了高的并行性；(c)制造成本很低；以及(d)記錄密度很高。
本發(fā)明尤其以以下的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)—如果利用一系列形成工藝在同一襯底上形成探測(cè)器和對(duì)應(yīng)于所述探測(cè)器的各種電路、例如W/R電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，則所述探測(cè)器和電路就可以彼此緊靠著進(jìn)行安裝，所以不會(huì)失去探測(cè)器的高度并行性。
—如果利用單總線來實(shí)現(xiàn)多個(gè)W/R電路和外圍電路之間的信號(hào)交換，就不會(huì)失去探測(cè)器的高密度。
—通過選擇用作探測(cè)器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的合適機(jī)構(gòu)，就有可能簡(jiǎn)化鄰近于探測(cè)器安裝的電路，例如W/R電路和省掉了檢測(cè)電路的探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，所以能夠更進(jìn)一步地提高探測(cè)器密度。
具體來說，本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備的特征在于所述存儲(chǔ)器設(shè)備具有一存儲(chǔ)器襯底，該存儲(chǔ)器襯底具有在其表面上形成的存儲(chǔ)器介質(zhì)，所述存儲(chǔ)器設(shè)備還具有包括以下元件的探測(cè)器裝置
(a)多個(gè)具有用于讀出上述存儲(chǔ)器介質(zhì)中的信息和把信息寫入上述存儲(chǔ)器介質(zhì)的導(dǎo)電探針(needle)的探測(cè)器；(b)用來把上述導(dǎo)電探針定位在上述存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面上的預(yù)定位置處的定位裝置，全部所述探針同時(shí)被定位；(c)通過上述導(dǎo)電探針用于讀出上述存儲(chǔ)器介質(zhì)中的信息和把信息寫入上述存儲(chǔ)器介質(zhì)的W/R電路；以及(d)為每一上述導(dǎo)電探針?biāo)O(shè)置的探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，這些探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路使上述存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和上述導(dǎo)電探針的針尖處于接觸狀態(tài)。
上述探測(cè)器、W/R電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路利用單片半導(dǎo)體工藝彼此緊靠地在上述探測(cè)器裝置上形成。如此彼此緊靠地安裝在探測(cè)器、W/R電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路的組件以下被稱為探測(cè)器單元。
在本發(fā)明中，多個(gè)探測(cè)器單元安裝在一個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備中，最好是每個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備有大量的、例如100000個(gè)探測(cè)器單元。通過安裝如此大量的探測(cè)器單元，就能夠極大地提高單位時(shí)間讀出或?qū)懭氲男畔⒘??？梢园凑找痪S排列或兩維排列的方式安裝探測(cè)器單元。但是，從實(shí)現(xiàn)高記錄密度的角度來考慮，兩維排列通常是最好的。
在本發(fā)明中，探測(cè)器單元利用基于單片半導(dǎo)體工藝和微加工工藝的一系列工藝來制造。因此，與通常的制造工藝相比，用來制造各個(gè)探測(cè)器和與所述探測(cè)器相關(guān)的電路的制造工藝得到極大的簡(jiǎn)化，所以整個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備的成本得到降低。
此外，尤其因?yàn)閃/R電路和探測(cè)器彼此緊靠地形成，所以對(duì)各個(gè)探測(cè)器都保證了高度的并行性。還有，因?yàn)閷?duì)所有的探測(cè)器都能夠使每一探測(cè)器和相應(yīng)的W/R電路之間的距離都相同，所以布線的寄生電容比普通設(shè)備中的寄生電容小得多，因此能夠極大地減輕噪聲的影響。此外，在本發(fā)明中，因?yàn)樘綔y(cè)器單元如上所述利用基于單片半導(dǎo)體工藝和微加工工藝的一系列工藝來制造，所以能夠減小探測(cè)器單元和構(gòu)成所述單元的電路的變化。
普通總線系統(tǒng)用于W/R電路和外圍電路之間信號(hào)的傳輸。與普通總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率相比，讀出或?qū)懭胄畔⒌乃俾屎艿汀Ｒ虼?，一根總線可用于100個(gè)或更多個(gè)探測(cè)器單元。這樣就沒有了總線的使用妨礙了高的探測(cè)器密度的問題。
在本發(fā)明中，所用的探測(cè)器可以是靜電力驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器或壓電力驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器(雙壓電晶型)。靜電力驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器的結(jié)構(gòu)比雙壓電晶體驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器的簡(jiǎn)單。在靜電力驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器的情形中，存儲(chǔ)器襯底可用作驅(qū)動(dòng)探測(cè)器的電極。具體來說，在所述電極和探測(cè)器之間產(chǎn)生靜電力，并用這一靜電力來驅(qū)動(dòng)探測(cè)器。靜電力如此驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器具有微致動(dòng)器機(jī)構(gòu)，并且基本上是懸臂型探測(cè)器。在這種懸臂型探測(cè)器的情況下，利用吸引力控制可以比利用排斥力控制更有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)電探針的控制。
具有各種層結(jié)構(gòu)的晶片可用來制造在本發(fā)明中使用的探測(cè)器裝置。在這種情況下使用的晶片通常是由硅(Si)表層、二氧化硅(SiO2)中間層和硅底層組成的晶片，可以容易地從晶片生產(chǎn)者獲得這種晶片。通過使用這種晶片就可能用硅表層來形成探測(cè)器的主體部分(橋部分)。
此外，在本發(fā)明中使用的探測(cè)器裝置還可以利用塊狀硅晶片來制造。在這種情況下，探測(cè)器的主體部分通常利用多晶硅來形成，該多晶硅被淀積在于硅層上形成的二氧化硅層的表面上。
還有，在本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備中，還可以設(shè)置具有平行于存儲(chǔ)器襯底的鰭狀物(fin)的輔助電極(在此還稱為電極鰭狀物)。在這種探測(cè)器的情形中，在面對(duì)存儲(chǔ)器襯底的預(yù)定高度處形成電極鰭狀物。因此可以容易地驅(qū)動(dòng)探測(cè)器而不管在探測(cè)器裝置上形成的電路的凸起或凹陷。
在同一襯底上形成探測(cè)器和各種電路、例如W/R電路的情況下，形成了諸如晶體管這樣的電路元件，所以所述元件在探測(cè)器裝置的襯底表面上，例如在晶片的原來表層上具有一個(gè)厚度。
因此，在利用上述硅表層或多晶硅形成探測(cè)器的情況下，必須在存儲(chǔ)器介質(zhì)和探測(cè)器之間留下大的空間。于是產(chǎn)生了以下的問題即在探測(cè)器和存儲(chǔ)器襯底之間產(chǎn)生了靜電力以及利用吸引力控制來控制所述探測(cè)器的情況下，減小了驅(qū)動(dòng)力，所以不能夠很好地進(jìn)行控制。在本發(fā)明中，這一問題是通過在探測(cè)器上形成具有鰭狀物的輔助電極、即電極鰭狀物并在所述電極鰭狀物和存儲(chǔ)器襯底兩端施加電壓驅(qū)動(dòng)探測(cè)器來解決的。
用來把信息寫入存儲(chǔ)器介質(zhì)或讀出記錄在存儲(chǔ)器介質(zhì)中的信息的導(dǎo)電探針安裝在探測(cè)器的末端上，以便所述探針面對(duì)存儲(chǔ)器介質(zhì)。在本發(fā)明中，這些導(dǎo)電探針的針尖可以利用具有均勻截面的柱狀部分來形成。在這種情況下，即使導(dǎo)電探針會(huì)磨損，與記錄介質(zhì)接觸的所述導(dǎo)電探針的針尖面積也不會(huì)發(fā)生變化。因此極大地減少了在讀出或?qū)懭肫陂g出錯(cuò)的可能性。
在本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備中，存儲(chǔ)器襯底由包括例如襯底層和存儲(chǔ)器介質(zhì)層的層狀體構(gòu)成。在此用例如硅作為襯底層。存儲(chǔ)器介質(zhì)層可以由允許利用來自導(dǎo)電探針的電激勵(lì)進(jìn)行寫入和允許對(duì)寫入信息進(jìn)行電檢測(cè)的各種材料中的任一種材料來組成。例如，可以使用當(dāng)電子通過導(dǎo)電探針被提供給所述存儲(chǔ)器介質(zhì)表面時(shí)俘獲在所述存儲(chǔ)器介質(zhì)表面上的電子的材料。另一方面，還可以使用存儲(chǔ)器介質(zhì)被施加給導(dǎo)電探針的電位極化的材料。具體來說，可以使用諸如介電物質(zhì)或鐵電物質(zhì)這樣的材料作為存儲(chǔ)器介質(zhì)。
在制造過程中，存儲(chǔ)器襯底會(huì)因熱膨脹或熱收縮而翹曲。在存儲(chǔ)器襯底出現(xiàn)這種翹曲的情況下，存儲(chǔ)器介質(zhì)和探針的針尖之間的間距因探測(cè)器而異。在這種情況下，探測(cè)器的控制變得復(fù)雜起來。例如，必須按照存儲(chǔ)器介質(zhì)翹曲的程度控制存儲(chǔ)器介質(zhì)和探針針尖之間的距離以及接觸壓力。此外，在大多數(shù)情況下，這種翹曲是存儲(chǔ)器襯底致命的缺陷。
增大存儲(chǔ)器襯底的厚度能夠防止或減輕存儲(chǔ)器襯底的這種翹曲。但是，在這種情況下，增大了存儲(chǔ)器介質(zhì)的重量。于是產(chǎn)生了以下的問題即在具有通過移動(dòng)存儲(chǔ)器介質(zhì)定位探測(cè)器的機(jī)構(gòu)的存儲(chǔ)器設(shè)備中，不能夠高速地執(zhí)行信息的讀出和寫入。
在本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備中，通過在所述存儲(chǔ)器襯底中形成大量格子狀的分量溝槽就能夠極大地減輕上述存儲(chǔ)器襯底的翹曲。在存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面上形成大量記錄區(qū)，即一根導(dǎo)電探針存取的區(qū)域相當(dāng)于一個(gè)記錄區(qū)。通常在上述記錄區(qū)的邊界處形成上述分離溝槽。在按照本發(fā)明形成了分離溝槽的存儲(chǔ)器襯底的情況下，不必增大所述存儲(chǔ)器襯底的厚度。因此，存儲(chǔ)器襯底的重量可得到減小。于是即使在通過移動(dòng)存儲(chǔ)器介質(zhì)定位探測(cè)器的情況下也能夠高速地讀出和寫入數(shù)據(jù)。
如上所述，導(dǎo)電探針通過向在存儲(chǔ)器介質(zhì)表面上的預(yù)定記錄區(qū)施加電激勵(lì)來寫入信息。此外，所述探針還檢測(cè)寫入在上述記錄區(qū)內(nèi)的信息。這通常是利用電檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)的。在存儲(chǔ)器介質(zhì)是鐵電材料的情況下，導(dǎo)電探針接觸鐵電存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面，由此檢測(cè)上述表面的極性(信息通常用破壞性讀出來獲得)，或者將存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面極化成為預(yù)定極性，即記錄信息。
為了讀出或?qū)懭胄畔?，利用定位裝置在同一時(shí)刻將構(gòu)成探測(cè)器裝置的各個(gè)探測(cè)器的導(dǎo)電探針全部定位在存儲(chǔ)器介質(zhì)表面的預(yù)定位置處。這種定位裝置包括以后稱為X-Y控制機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)，這種控制機(jī)構(gòu)控制沿X和Y方向，即在與存儲(chǔ)器介質(zhì)表面平行的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。探測(cè)器沿存儲(chǔ)器介質(zhì)表面的運(yùn)動(dòng)由這一X-Y控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。
在此，如果定位裝置能夠使探測(cè)器的導(dǎo)電探針相對(duì)于存儲(chǔ)器襯底沿X和Y方向運(yùn)動(dòng)就足夠了。例如，可以保持存儲(chǔ)器襯底處于靜止?fàn)顟B(tài)而使探測(cè)器運(yùn)動(dòng)，或者相反，保持探測(cè)器處于靜止?fàn)顟B(tài)而使存儲(chǔ)器襯底運(yùn)動(dòng)。此外，還可以使存儲(chǔ)器襯底沿X方向運(yùn)動(dòng)，而使探測(cè)器沿Y方向運(yùn)動(dòng)。用眾所周知的使用壓電材料(壓電元件)的控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)上述探測(cè)器的X-Y控制或者在上述定位過程中遇到的Z控制。
在利用與存儲(chǔ)器介質(zhì)接觸的探測(cè)器的導(dǎo)電探針讀出和寫入信息的情況下，不必檢測(cè)和控制存儲(chǔ)器介質(zhì)表面和導(dǎo)電探針針尖之間的距離。在這種情況下，探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路能夠?qū)μ綔y(cè)器進(jìn)行控制，以使施加至上述導(dǎo)電探針針尖的排斥力不超過所述探針針尖的原子鍵合力。這樣就防止了導(dǎo)電探針的磨損和損壞。此外，在這種情況下，通過在讀出或?qū)懭胄畔⑵陂g把施加至導(dǎo)電探針的排斥力設(shè)定為比上述鍵合力小的值就能夠防止導(dǎo)電探針的磨損和損壞。
此外，因?yàn)閷?dǎo)電探針的針尖形成為具有均勻截面的柱狀部分，所以即使導(dǎo)電探針被磨損，其與存儲(chǔ)器介質(zhì)的接觸面積也不會(huì)發(fā)生變化。因此不會(huì)出現(xiàn)諸如讀出錯(cuò)誤這樣的問題。例如，在存儲(chǔ)器介質(zhì)是鐵電材料的情況下，檢測(cè)所述材料的極性。具體來說，這種檢測(cè)通常是這樣來實(shí)現(xiàn)的，即向?qū)щ娞结樖┘雍线m的正或負(fù)電壓，并利用合適的檢測(cè)裝置、例如讀出放大器來檢測(cè)對(duì)所述電壓作用的電流響應(yīng)，例如電流值的變化或電流的合成值。這樣就能夠確定上述電流響應(yīng)是否伴隨著由上述電壓作用造成的極性反轉(zhuǎn)。在執(zhí)行這種破壞性讀出的情況下，被破壞的數(shù)據(jù)可以在讀出之后再寫入。
因?yàn)槭┘又翆?dǎo)電探針的排斥力經(jīng)過在所述導(dǎo)電探針的針尖內(nèi)的多個(gè)原子分散，所以即使所述導(dǎo)電探針針尖的原子間鍵合力比上述排斥力小，所述導(dǎo)電探針也不是必然受到磨損或損壞。例如，在導(dǎo)電探針針尖的材料是SiC的情況下，把排斥力設(shè)定為例如約6nN或更小，就能夠極大地減輕所述導(dǎo)電探針的磨損或損壞的影響程度。在排斥力的值被設(shè)定為例如約1nN或更小的情況下，就能夠把磨損或損壞的影響程度減輕到不必考慮導(dǎo)電探針針尖材料的實(shí)際水平。
此外，可以控制導(dǎo)電探針以便存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和導(dǎo)電探針之間的接觸是連續(xù)的，即所述部分在定位運(yùn)動(dòng)期間也相互接觸。換句話說，可以把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成這樣，即在探測(cè)器沿X和Y方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用W/R電路完成信息的讀出和寫入，而導(dǎo)電探針接觸著存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面，以便導(dǎo)電探針被定位在記錄區(qū)的預(yù)定位置處。另一方面，還可以控制存儲(chǔ)器介質(zhì)或?qū)щ娞结?，以使所述存?chǔ)器介質(zhì)的表面和所述導(dǎo)電探針之間的接觸是間斷的。還有，探測(cè)器還可應(yīng)用于除存儲(chǔ)器設(shè)備外的具有導(dǎo)電探針的設(shè)備，例如掃描探針式顯微鏡(Scanning probe microscope)。
附圖概述

圖1是表示本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備一實(shí)施例的例示圖，在這一實(shí)施例中，探測(cè)器是具有長(zhǎng)的扁平板狀橋部分的懸臂型探測(cè)器；圖2是圖1探測(cè)器之一的放大；圖3(A)是表示在探測(cè)器利用排斥力控制進(jìn)行控制的情況下，各探測(cè)器的電極和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路的接線的接線圖；圖3(B)是表示在探測(cè)器利用吸引力控制進(jìn)行控制的情況下，各探測(cè)器的電極鰭狀物(PF)和電極(PM)的布線的布線圖；圖4表示本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備的外形；圖5表示電極鰭狀物被安裝在圖2所示探測(cè)器上的一實(shí)施例；圖6表示在本發(fā)明中使用的探測(cè)器裝置，在該探測(cè)器裝置中，L形橋部分被用作探測(cè)器；圖7是圖6所示探測(cè)器之一的放大；圖8表示電極鰭狀物被安裝在圖7所示探測(cè)器上的一實(shí)施例；圖9表示在本發(fā)明的探測(cè)器制造工藝(1-1)和(1-2)之后探測(cè)器的狀態(tài)；圖10表示在本發(fā)明的探測(cè)器制造工藝(1-3)之后探測(cè)器的狀態(tài)；圖11A-11C表示在本發(fā)明的探測(cè)器制造工藝(1-5)和(1-6)之后探測(cè)器的狀態(tài)；圖12表示在本發(fā)明的探測(cè)器制造工藝(1-7)和(1-8)之后探測(cè)器的狀態(tài)；圖13表示在本發(fā)明的探測(cè)器制造工藝(1-9)和(1-10)之后探測(cè)器的狀態(tài)；圖14表示在本發(fā)明的探測(cè)器制造工藝(1-11)和(1-12)之后探測(cè)器的狀態(tài)；圖15表示在本發(fā)明的探測(cè)器制造工藝(1-13)至(1-16)之后探測(cè)器的狀態(tài)；圖16(A)至(D)是說明在工藝(1-18)中的去除工藝的例示圖；圖17表示在本發(fā)明的探測(cè)器制造工藝(1-17)和(1-18)之后探測(cè)器的狀態(tài)；圖18A和18B說明在普通探測(cè)器的情況下遇到的問題。
圖19表示在本發(fā)明中使用的具有反向彎曲的橋部分的探測(cè)器；圖20表示電極鰭狀物被安裝在圖19所示探測(cè)器的一個(gè)臂上的情形；圖21表示通過連接由圖18所示反向彎曲的橋部分組成的一對(duì)探測(cè)器的相應(yīng)的臂的末端而形成的探測(cè)器；圖22表示具有電極鰭狀物的探測(cè)器，它是通過將圖8所示探測(cè)器的NPN絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)用于圖21所示具有反向彎曲結(jié)構(gòu)的探測(cè)器而形成的；圖23A和23B表示在使用具有反向彎曲的橋部分的探測(cè)器的情況下探測(cè)器的致動(dòng)；圖24表示在其表面形成了格子狀溝槽的存儲(chǔ)器襯底的一實(shí)例，在本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備中使用了這種存儲(chǔ)器襯底，圖24(A)是模型的剖視圖，圖24(B)是模型的平面圖。
發(fā)明的詳述以下的符號(hào)表示在附圖以及在本發(fā)明的以下詳述中始終如一(1)探測(cè)器裝置，(1A)半導(dǎo)體表層，(1B)絕緣中間層，(1C)半導(dǎo)體底層，(2)探測(cè)器，(21)探測(cè)器主體，(a)半導(dǎo)體層，(b)絕緣層，(c)金屬布線層，(21A)L形橋的第一個(gè)臂，(21B)L形橋的第二個(gè)臂，(211-214)反向彎曲的橋的臂，(23)溝槽，(22)導(dǎo)電探針，(22a)導(dǎo)電探針針尖，(31)W/R電路，(32)探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，(4)探測(cè)器單元，(5)總線，(7)存儲(chǔ)器襯底，(71)存儲(chǔ)器介質(zhì)，(72)存儲(chǔ)器襯底，(73)分離溝槽，(91)定位裝置，(P1，P2)探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電極，(P3)探測(cè)器驅(qū)動(dòng)輔助電極，(PF)電極鰭狀物，(PM)在存儲(chǔ)器襯底上形成的電極，(S)探測(cè)器裝置的襯底表面。
圖1表示探測(cè)器裝置的一實(shí)例。在圖1中，探測(cè)器(2)以陣列的形式在探測(cè)器裝置(1)上形成，相應(yīng)于所述探測(cè)器(2)的W/R電路(31)和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)緊靠所述探測(cè)器(2)形成。在此，各個(gè)探測(cè)器(2)、W/R電路(31)和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)構(gòu)成探測(cè)器單元(4)?？偩€(5)在探測(cè)器裝置的表面上形成。W/R電路(31)和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)利用總線(5)和在探測(cè)器裝置(1)上形成的端子(在圖中未示出)與安裝在探測(cè)器裝置(1)外圍的電路交換信號(hào)。在本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備中，如下所述，探測(cè)器(2)、W/R電路(31)、探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)以及總線(5)利用單片半導(dǎo)體工藝來形成。
圖2詳細(xì)地示出圖1所示探測(cè)器(2)之一。圖2所示探測(cè)器裝置(1)可以利用例如由半導(dǎo)體表層(1A)、絕緣中間層(1B)、以及半導(dǎo)體底層(1C)組成的晶片來制造。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，各探測(cè)器(2)的主體(21)包括一懸臂、即一長(zhǎng)的板狀部分，形成所述探測(cè)器主體(21)使其從襯底表面(S)凸起，該襯底表面(S)是絕緣中間層(1B)的表面。導(dǎo)電探針(22)在探測(cè)器主體(21)的末端上形成，所述導(dǎo)電探針(22)的針尖(22a)是具有均勻截面的柱狀部分。探測(cè)器主體(21)具有一半導(dǎo)體層(a)，該半導(dǎo)體層(a)利用半導(dǎo)體表層(1A)來形成，與相應(yīng)的探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)(見圖1)連接，還具有在這一半導(dǎo)體層(a)的表面上形成的一絕緣層(b)。金屬布線層(c)在絕緣層(b)的表面上形成。導(dǎo)電探針(22)和相應(yīng)的W/R電路(31)(見圖1和2)利用這一金屬布線層(C)實(shí)現(xiàn)電連接。
形成探測(cè)器主體(21)使其懸在溝槽(23)的上方，在所述溝槽(23)的底部露出了半導(dǎo)體底層(1c)。該半導(dǎo)體底層(1c)和半導(dǎo)體電極層(a)利用絕緣中間層(1B)彼此絕緣。半導(dǎo)體層(a)形成了驅(qū)動(dòng)電極(P1)，而溝槽(23)的底面、即半導(dǎo)體底層(1c)暴露的表面形成了驅(qū)動(dòng)電極(P2)。
利用半導(dǎo)體表層(1A)形成的一對(duì)輔助電極(P3，P3)沿溝槽(23)的長(zhǎng)邊在襯底表面上形成。如圖3(A)所示，電極(P1，P2，P3)與探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)電連接。在同一幅圖中，探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)的接線使得電極(P1)和(P2)是負(fù)極而輔助電極(P3)是正極。于是通過在(P1，P2)和(P3)兩端施加合適的電壓V就能夠完成所需的控制。
圖4是表示本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備的例示圖。圖4示出了與在所述襯底(1)上形成的探測(cè)器單元(4)一道的上述探測(cè)器裝置(1)或下述探測(cè)器裝置(1)，該圖還示出了存儲(chǔ)器襯底(7)。存儲(chǔ)器襯底(7)的一部分在該圖中被切去。在圖4中，各個(gè)探測(cè)器、例如見圖1和2中的(2)的導(dǎo)電探針(見圖1和2的(22))在同一時(shí)刻全都被定位裝置(91)定位在存儲(chǔ)器介質(zhì)(71)的所需位置處，存儲(chǔ)器介質(zhì)(71)構(gòu)成存儲(chǔ)器襯底(7)的表層。探測(cè)器裝置(1)和存儲(chǔ)器襯底(7)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的距離最多等于導(dǎo)電探針(22)的間距就足夠了。
圖4表示在定位期間利用定位裝置(91)沿X和Y方向控制存儲(chǔ)器襯底(7)的運(yùn)動(dòng)的情形。但是，也可以沿X和Y方向控制探測(cè)器裝置(1)的運(yùn)動(dòng)。另一方面，還可以例如控制存儲(chǔ)器襯底(7)沿X方向運(yùn)動(dòng)，控制探測(cè)器裝置(1)沿Y方向運(yùn)動(dòng)。此外，在圖4中，示意性地表示了定位裝置，與實(shí)際定位裝置是不相同的。
在本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備中，可把存儲(chǔ)器襯底(7)制成利用靜電力與探測(cè)器相互作用的電極。在這種情況下，探測(cè)器受到探測(cè)器和存儲(chǔ)器襯底(7)之間的靜電力的吸引力控制。通常在這種探測(cè)器控制的情況下，吸引力控制允許用比排斥力控制小的電壓對(duì)探測(cè)器進(jìn)行控制。但是，在每一探測(cè)器的主體(21)是圖1和2所示類型的情況下，每一探測(cè)器的W/R電路(31)和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)通常被制成從探測(cè)器裝置(1)的襯底表面(S)(見圖2)向上凸起。因此，增大了探測(cè)器主體(21)和存儲(chǔ)器襯底(7)之間的距離，所以如果利用上述吸引力控制來驅(qū)動(dòng)探測(cè)器(2)，有時(shí)就不能夠?qū)崿F(xiàn)合適的探測(cè)器控制。
在這種情況下，如圖5所示，可以在探測(cè)器主體(21)末端的存儲(chǔ)器襯底一側(cè)的預(yù)定高度處形成輔助電極、例如電極鰭狀物(PF)，它們具有與存儲(chǔ)器襯底(7)平行的鰭狀物。在這種情況下就不安裝圖2所示的輔助電極(P3)。而在電極鰭狀物(PF)和在存儲(chǔ)器襯底(7)上形成的電極(PM)(見圖4)之間執(zhí)行吸引力控制。安裝了這種電極鰭狀物(PF)，就能夠利用小電壓來控制探測(cè)器(2)。在圖5中，如圖2那樣，每一探測(cè)器的主體(21)包括半導(dǎo)體層(a)、絕緣層(b)、以及在所述絕緣層(b)的上表面形成的金屬布線層(c)。半導(dǎo)體層(a)與電極鰭狀物(PF)和相應(yīng)的探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)電連接。此外，金屬布線層(c)與導(dǎo)電探針(22)和W/R電路(31)電連接。
圖3(B)表示在利用吸引力控制對(duì)探測(cè)器(2)進(jìn)行控制的情況下電極鰭狀物(PF)和電極(PM)的極性。在每一探測(cè)器單元中，(PF)和(PM)與探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)電連接。在同一幅圖中，所述探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)的布線使得(PM)是負(fù)極，而(PF)是正極。在(PM)和(PF)兩端施加合適的電壓V就能夠完成所需的控制。
在本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備中，如圖1所示，W/R電路(31)和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)緊靠著探測(cè)器(2)安裝。于是極大地縮短了這些電路、尤其是W/R電路(9)和探測(cè)器之間布線的長(zhǎng)度，所以寄生電容和噪聲的影響幾乎可忽略。但是，因?yàn)閳D1、2和5所示長(zhǎng)的板狀探測(cè)器(2)在一端被支撐，并由此從探測(cè)器裝置(1)的襯底表面(S)(見圖2和5)凸起，所以所述探測(cè)器(2)會(huì)沿與所述襯底表面(S)平行的方向翹曲，于是導(dǎo)電探針(22)的位置圍繞探測(cè)器(2)的支撐點(diǎn)移動(dòng)。
使用把L形橋部分、例如圖6所示的L形橋部分作為探測(cè)器的探測(cè)器裝置(1)可消除這一問題。在圖6所示的探測(cè)器裝置(1)中，除探測(cè)器(2)由L形部分組成這一事實(shí)外，W/R電路(31)、探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)、探測(cè)器單元(4)以及總線(5)都與圖1所示探測(cè)器裝置(1)中的相同。如圖1所示探測(cè)器裝置(1)那樣，這些部分都是利用單片半導(dǎo)體工藝來形成的。
圖7是圖6所示探測(cè)器(2)之一的一實(shí)施例的詳細(xì)表示。探測(cè)器(2)的主體(21)由包括從探測(cè)器裝置(1)凸起的第一和第二臂(21A)和(21B)的L形橋部分構(gòu)成。探測(cè)器主體(21)的支撐點(diǎn)在圖7中未示出。
形成探測(cè)器主體(21)使其懸在溝槽(23)的上方，在這一溝槽(23)的底部露出了半導(dǎo)體底層(1c)。兩個(gè)臂(21A)和(21B)利用半導(dǎo)體表層(1A)來形成。第一和第二臂(21A)和(21B)由N型半導(dǎo)體構(gòu)成。在第一和第二臂(21A)和(21B)的邊界區(qū)域內(nèi)形成了一P型區(qū)(210)，所以所述第一和第二臂(21A)和(21B)通過P型區(qū)(210)彼此絕緣。
第一臂(21A)的底面形成探測(cè)器(2)的驅(qū)動(dòng)電極(P1)。導(dǎo)電探針(22)在第二臂(21B)的末端處形成。所述導(dǎo)電探針(22)的針尖(22a)是具有均勻截面的柱狀部分。該針尖(22a)用來實(shí)現(xiàn)與存儲(chǔ)器介質(zhì)(71)(見圖4)的接觸。
在圖7中，面對(duì)第一臂(21A)的半導(dǎo)體底層(1c)露出的那部分表面形成第二電極(P2)。利用半導(dǎo)體表層(1A)形成的一對(duì)輔助電極(P3，P3)沿著第一臂(21A)所在的溝槽(23)的側(cè)邊在襯底表面(S)上形成。這些電極(P1，P2，P3)利用布線、例如用于圖2的探測(cè)器(2)的已示于圖3(A)的布線與探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)(見圖6)連接。
導(dǎo)電探針(22)利用其本身就起布線作用的第二臂(21B)和圖中未示出的布線與W/R電路(31)(見圖6)連接。如果探測(cè)器主體具有例如如圖2和5所示這樣的疊層結(jié)構(gòu)，則在制造期間會(huì)出現(xiàn)所述探測(cè)器主體的翹曲，所以不能投入實(shí)際使用。但是，具有圖7所示結(jié)構(gòu)的探測(cè)主體為單層結(jié)構(gòu)。因此沒有會(huì)造成在實(shí)際使用方面的任何問題的翹曲。
圖6和7所示的探測(cè)器(2)被定位裝置(91)、例如圖4所示的定位裝置定位在預(yù)定位置，并受到探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)的排斥力控制。此外，在圖6和7所示的探測(cè)器(2)中，L形橋部分的末端部分借助于用作支撐點(diǎn)的兩個(gè)臂(21A)和(21B)的支撐部分進(jìn)行操作。具體來說，每一探測(cè)器的導(dǎo)電探針(22)相對(duì)于存儲(chǔ)器介質(zhì)(71)的表面垂直地運(yùn)動(dòng)，而不相對(duì)于所述表面水平地運(yùn)動(dòng)。于是，不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)電探針(22)的位置因探測(cè)器主體(21)沿與襯底表面(S)平行的方向翹曲而移動(dòng)的問題。因此能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行各個(gè)導(dǎo)電探針(22)的定位。
在圖6以及圖7所示的探測(cè)器(2)的情形中，可以利用圖5所示的那種電極鰭狀物(PF)實(shí)現(xiàn)所述探測(cè)器和存儲(chǔ)器襯底(7)(見圖4)之間的吸引力控制。在這種情況下，如圖8所示，電極鰭狀物(PF)被安裝在第一臂(21A)上。在這種情況下，沒有安裝圖7所示的輔助電極(P3)。而是利用類似于圖3(B)所示布線的布線在電極鰭狀物(PF)和在存儲(chǔ)器襯底(7)上形成的電極(PM)之間執(zhí)行吸引力控制。
在使用圖7和8所示探測(cè)器(2)的存儲(chǔ)器設(shè)備中，如在使用圖2和5所示探測(cè)器(2)的存儲(chǔ)器設(shè)備中那樣，W/R電路(31)和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)緊靠著探測(cè)器(2)安裝。于是寄生電容和噪聲的影響幾乎可忽略。
在使用圖7和8所示探測(cè)器(2)的存儲(chǔ)器設(shè)備中，每一探測(cè)器的第二臂(21B)在空間上與第一臂(21A)分離。于是在第二臂(21B)(它起到布線的功能)中產(chǎn)生的寄生電容實(shí)際上可被忽略。
以下參看圖9至18描述圖8所示探測(cè)器(2)的制造過程的一實(shí)例。
(1-1)制備包括半導(dǎo)體表層(1A)、絕緣中間層(1B)和半導(dǎo)體底層(1C)的在絕緣體上的硅(SOI)晶片。例如，這種SOI晶片是利用眾所周知的SOI技術(shù)、例如晶片粘結(jié)技術(shù)制造的晶片，因此不是特殊類型的晶片。
(1-2)如圖8所示，利用半導(dǎo)體表層(1A)的布圖形成以下部分構(gòu)成探測(cè)器主體(21)的第一和第二臂(21A)和(21B)的部分(21A′)和(21B′)，構(gòu)成與所述第一和第二部分(21A′)和(21B′)連接的端子(TpA)和(TpB)的部分，連接第一部分(21A′)和端子(TPA)的接線(LA)，連接第二部分(21B′)和端子(TPB)的接線(LB)，以及構(gòu)成探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(如下所述，在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路是CMOSFET)的硅襯底(M)和端子(Td)及(Ts)的部分。
(1-3)利用離子注入在第一和第二部分(21A′)和(21B′)中形成N型及P型區(qū)，這里的P型區(qū)是圖10所示的P型區(qū)(210)。此外，圖中省略了探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路。形成N型區(qū)所用的離子注入量要足以保證作為布線所必需的導(dǎo)電性。這一數(shù)量通常約為1017至1018立方厘米。
形成P型區(qū)所用的離子注入量要利用PNP結(jié)產(chǎn)生足夠的電絕緣。這一數(shù)量通常約為1018立方厘米。如果各個(gè)區(qū)的攙雜濃度的值較高，探測(cè)器主體就會(huì)出現(xiàn)翹曲。但是，通過使攙雜濃度約為上述值就能夠充分地控制探測(cè)器主體的翹曲。
(1-4)形成CMOSFET柵極氧化膜。
(1-5)例如，利用低壓化學(xué)汽相淀學(xué)積(LPCVD)淀積一多晶硅層，并在CMOSFET硅襯底部分(M)內(nèi)進(jìn)行攙雜。
(1-6)進(jìn)行多晶硅層的布圖。利用這一布圖來形成CMOSFET柵極電極(G)和所述電極(G)的電極端子(Tg)。除這些電極(G)和端子(Tg)外，去除全部多晶硅層。在形成每一MOSFET的N+擴(kuò)散區(qū)時(shí)，布線部分(LA)和(LB)也被變換成N+擴(kuò)散區(qū)。這樣一來就能夠在探測(cè)器主體(21)和金屬布線之間獲得良好的接觸，這將在以下進(jìn)行說明(見(1-20))。圖11(A)表示在N+擴(kuò)散后探測(cè)器主體(21)攙雜的狀態(tài)。圖11(B)是沿圖11(A)中A-A，線的剖視圖，而圖11(C)是沿圖11(A)中B-B′線的剖視圖。
(1-7)淀積厚度例如約為0.4微米的SiO2層(d)。
(1-6)在將要形成電極鰭狀物(PF)的區(qū)域中開出寬例如約為0.44微米的孔(Hf)。圖12表示在開出用來形成電極鰭狀物(PF)的孔(Hf)之后沿相應(yīng)于圖11(A)中A-A′線的線的探測(cè)器的剖視圖。
(1-9)淀積厚度例如約為0.1微米的N型多晶硅層(e)(1-10)通過布圖N型多晶硅層(e)來形成電極鰭狀物(PF)。圖13表示在布圖電極鰭狀物(PF)之后沿相應(yīng)于上述A-A′線的線的剖視圖。
(1-11)淀積厚度例如約為0.2微米的SiO2層(f)。
(1-12)在將要形成導(dǎo)電探針(22)的區(qū)域中形成直徑例如約為0.2微米的孔(Hn)。圖14表示在形成孔(Hn)之后沿相應(yīng)于上述A-A′線的線的剖視圖。
(1-13)淀積厚度例如約為0.15微米的N型多晶硅層。
(1-14)蝕刻至例如略大于0.15微米的深度來去除這一N型多晶硅層。這樣就形成了導(dǎo)電探針(22)的主體部分。
(1-15)淀積厚度例如約為0.1微米的保護(hù)層(g)。
(1-16)利用例如電子束刻圖技術(shù)、離子束刻圖技術(shù)、或X射線刻圖技術(shù)在將要形成導(dǎo)電探針(22)的針尖部分(22a)的那部分保護(hù)層(g)中開出具有預(yù)定直徑的孔(Ht)，例如在本發(fā)明較佳實(shí)施例中約為30納米的孔(Ht)。除這一孔(Ht)外，同時(shí)還在晶片合適的部分中形成至少一個(gè)假孔(Hdum)，以便簡(jiǎn)化通常的去除工藝。圖15表示在開完了這些孔(Ht)和(Hdum)之后探測(cè)器的狀態(tài)的剖視圖。
(1-17)形成厚度約為50納米的由導(dǎo)電探針(22)的針尖部分(22a)的材料構(gòu)成的層，具體來說，即形成由在工序(1-21)蝕刻SiO2期間不會(huì)被腐蝕掉的材料構(gòu)成的層，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，該層是Ir層(h)。該Ir層(h)的形成是利用各向異性膜淀積工藝來完成的。這樣就形成了導(dǎo)電探針(22)。
(1-18)利用去除工藝除去保護(hù)層(g)。圖16(A)至16(D)是說明這一去除工藝的例示圖。圖16(A)表示在保護(hù)層(g)內(nèi)開出的假孔(Hdum)(見上述步驟(1-16))的鄰近，圖16(B)表示在淀積了Ir層(h)(見上述步驟(1-17))之后探測(cè)器的狀態(tài)。對(duì)圖16(B)所示的Ir層(h)進(jìn)行各向同性蝕刻，例如圖16(c)所示的各向同性蝕刻。于是如圖16(D)所示，沖洗掉保護(hù)層(g)，并去除了在保護(hù)層(g)上形成的Ir膜(h)。圖17表示在去除工序結(jié)束之后探測(cè)器的狀態(tài)。
(1-19)淀積厚度例如約為0.1微米的SiO2層(1-20)利用普通金屬化工藝在所需區(qū)域內(nèi)形成金屬布線。
(1-21)利用各向同性蝕刻除去在探測(cè)器(2)底面上的保護(hù)層(g)和絕緣中間層(1B)(SiO2)。這樣就制成了如圖18所示的探測(cè)器(2)。
在圖9至17所示的制造方法中，利用包括半導(dǎo)體表層(1A)、絕緣中間層(1B)和半導(dǎo)體表面(1c)的SOI晶片制造了具有L形橋部分的探測(cè)器(2)。但是，如下所述，也可以利用塊狀晶片來制造這種具有L形橋部分的探測(cè)器(2)。
(2-1)利用普通CMOS工藝完成直到并包括W/R電路的MOSFET柵極電極和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路的形成的制造。在此剩下了探測(cè)器區(qū)域作為元件之間的分離區(qū)域。
(2-2)淀積用作探測(cè)器主體(21)的第二多晶硅膜。
(2-3)對(duì)該第二多晶硅膜執(zhí)行類似步驟(1-3)至(1-6)的過程。在這種情況下，利用眾所周知的方法恰當(dāng)?shù)匦纬蓸?gòu)成探測(cè)器主體(21)的第一和第二臂(21A)和(21B)的第一和第二部分與W/R電路(31)和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)之間的相應(yīng)連接。例如，第二多晶硅膜和MOSFET柵極電極布線或N+擴(kuò)散區(qū)可利用直通孔進(jìn)行連接，或者可以在后繞工藝中利用金屬進(jìn)行連線。
(2-4)執(zhí)行類似于步驟(1-7)的工藝以及后續(xù)的工藝。于是制成了具有L形橋部分的探測(cè)器(2)。
在上述工藝步驟(1-1)至(1-21)以及(2-1)至(2-4)中，集中討論了用來形成探測(cè)器和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路的方法，沒有描述用來形成W/R電路或總線的方法。此外，在描述中省略了例如溝道離子注入這樣的若干個(gè)工藝。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員懂得制造過程并能夠給制造過程增加諸如W/R電路和總線形成工藝這樣的工藝是不言而喻的。此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠在以上描述的基礎(chǔ)上利用合適的單片半導(dǎo)體工藝和微加工技術(shù)來制造本發(fā)明的探測(cè)器裝置(1)也是不言而喻的。
對(duì)于圖2、5、7和8所示的探測(cè)器(2)，如圖18A和18B所示，當(dāng)探測(cè)器(2)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)電探針針尖(22a)的位置沿與探測(cè)器裝置(1)的襯底表面(S)平行的方向移動(dòng)的情況。圖18A表示圖2或7的探測(cè)器(2)被驅(qū)動(dòng)之前的狀態(tài)，而圖18B表示所述探測(cè)器被驅(qū)動(dòng)后的狀態(tài)。如果這種位置移動(dòng)是問題的話，就可以如圖19所示地利用具有包括臂(211)和(212)的反向彎曲部分的橋部分來構(gòu)成每一探測(cè)器的主體(21)。
在圖19中，臂(211)的末端部分被固定在探測(cè)器裝置(1)的襯底上。導(dǎo)電探針(22)位于彎曲橋部分另一末端部分的末尾處，面對(duì)半導(dǎo)體襯底(7)(見圖4)。電極(P1)安裝在臂(211)和(212)的底面上。除圖19所示的探測(cè)器(2)利用反向彎曲橋部分來形成外，圖19所示的探測(cè)器(2)的結(jié)構(gòu)基本上與圖2所示探測(cè)器(2)的結(jié)構(gòu)相同。
圖20表示在圖19所示探測(cè)器主體(21)的臂(212)上形成了電極鰭狀物(PF)的情形。除圖20所示的探測(cè)器(2)利用反向彎曲橋部分來形成外，圖20所示的探測(cè)器(2)的結(jié)構(gòu)基本上與圖5所示探測(cè)器(2)的結(jié)構(gòu)相同。
圖21表示通過連接一對(duì)圖20所示反向彎曲的橋部分的相應(yīng)臂的末端而形成的探測(cè)器(2)。在此所用的橋部分是左右對(duì)稱的。探測(cè)器主體(21)由與探測(cè)器裝置(1)的襯底表面(S)平行地凸起的臂(211)、(212)、(213)和(214)組成。臂(211)和(212)彼此平行，臂(213)和(214)彼此平行。探測(cè)器主體(21)由這些臂(211)至(214)組成。此外，由臂(211)和(213)組成的L形橋部分的頂點(diǎn)被固定在探測(cè)器裝置(1)的襯底上。
導(dǎo)電探針(22)被固定在由臂(212)和(214)組成的L形橋部分的頂點(diǎn)處。在各個(gè)臂(211)至(214)的底面上形成電極(P1)。在各個(gè)臂(211)至(214)上形成用來連接導(dǎo)電探針(22)和W/R電路的金屬布線層(C)。
圖22表示帶有電極鰭狀物的探測(cè)器(2)，該探測(cè)器(2)是通過把圖8所示探測(cè)器的NPN絕緣結(jié)構(gòu)施加于圖21所示的具有反向彎曲結(jié)構(gòu)的探測(cè)器來形成的。這些電極鰭狀物(PF)被用來利用在所述鰭狀物和存儲(chǔ)器襯底(7)(見圖4)之間的靜電力來執(zhí)行吸引力控制。在使用如圖20或圖21所示的具有疊層結(jié)構(gòu)的探測(cè)器主體的情況下，如圖2和5的情形一樣，可能會(huì)在制造期間出現(xiàn)翹曲，于是無(wú)法投入實(shí)際使用。但是，其結(jié)構(gòu)如圖22所示的探測(cè)器主體具有單層結(jié)構(gòu)。于是如圖8所示探測(cè)器的情形一樣，沒有會(huì)造成在實(shí)際使用方面的任何問題的翹曲。
把每一探測(cè)器作為如圖19至22所示的具有反向彎曲結(jié)構(gòu)的橋部分進(jìn)行形成，就能夠設(shè)計(jì)這樣的系統(tǒng)，即不管探測(cè)器主體(21)的驅(qū)動(dòng)程度如何，導(dǎo)電探針的針尖(22a)都幾乎沒有位置移動(dòng)(如圖23A和23B所示)。圖23表示圖19的探測(cè)器(2)在被驅(qū)動(dòng)之前的狀態(tài)，而圖23B表示所述探測(cè)器(2)在已被驅(qū)動(dòng)了之后的狀態(tài)。
存儲(chǔ)器襯底(7)可以是在其表面上形成了存儲(chǔ)器介質(zhì)(71)的扁平板狀襯底，或者是在上述扁平板狀存儲(chǔ)器介質(zhì)中形成了格子狀溝槽的襯底。因此，可以使用各種結(jié)構(gòu)的襯底。
圖24(A)和(B)是表示在其表面上形成了格子狀溝槽的存儲(chǔ)器襯底(7)一實(shí)例的模型剖視圖和模型平面圖，這種存儲(chǔ)器襯底可在本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備中使用。存儲(chǔ)器襯底(7)(Si襯底)具有側(cè)邊約為1厘米、厚度約為10至100微米的方磚的形狀。這一存儲(chǔ)器襯底(7)是通過疊合襯底(72)和存儲(chǔ)器介質(zhì)(71)來形成的。在存儲(chǔ)器襯底(7)的整個(gè)表面上形成分離溝槽(73)。
一般來說，如果存儲(chǔ)器襯底太薄，則由熱膨脹或熱收縮造成的翹曲往往在制造所述襯底期間出現(xiàn)。但是，因?yàn)閳D24(A)和(B)所示的存儲(chǔ)器襯底(7)具有在其表面上形成的分離溝槽(73)，所以即使所述存儲(chǔ)器襯底(7)很薄，也不會(huì)出現(xiàn)將造成實(shí)際使用方面的任何問題的翹曲。因此，在定位裝置(91)(見圖4)被設(shè)計(jì)為移動(dòng)存儲(chǔ)器襯底(7)的裝置的情況下，所述存儲(chǔ)器襯底(7)的高速運(yùn)動(dòng)因重量的減小而成為可能?？梢岳霉饪袒蛭g刻這樣的技術(shù)來形成分離溝槽(73)。
通常需要在存儲(chǔ)器介質(zhì)(71)的相鄰記錄區(qū)之間的邊界處形成分離溝槽(73)，這里的一個(gè)記錄區(qū)是被一個(gè)探測(cè)器存取的區(qū)域。如果分離溝槽(73)的間距過大，就不能夠?qū)⒙N曲降低到所需的程度。通常在所有記錄區(qū)的邊界處形成分離溝槽(73)。如果分離溝槽(73)的間距過小，就不能夠使所述溝槽位于相鄰記錄區(qū)的邊界處。在制造期間，由熱膨脹或熱收縮造成的翹曲是問題的情況下，可以使分離溝槽(73)的深度等于存儲(chǔ)器襯底(7)的厚度的一半或大于存儲(chǔ)器襯底(7)的厚度的一半。
如上所述，本發(fā)明的存儲(chǔ)器設(shè)備如下具有在其表面上形成了存儲(chǔ)器介質(zhì)的存儲(chǔ)器襯底和探測(cè)器裝置的存儲(chǔ)器設(shè)備，所述探測(cè)器裝置包括(a)多個(gè)具有用于讀出存儲(chǔ)器介質(zhì)中的信息和把信息寫入存儲(chǔ)器介質(zhì)的導(dǎo)電探針的探測(cè)器；(b)用來把導(dǎo)電探針定位在存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面上的預(yù)定位置處的定位裝置，全部所述探針同時(shí)被定位；(c)利用導(dǎo)電探針讀出存儲(chǔ)器介質(zhì)中的信息和把信息寫入存儲(chǔ)器介質(zhì)的寫-讀電路；以及
(d)為每一導(dǎo)電探針?biāo)O(shè)置的探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，這些探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路使存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和導(dǎo)電探針的針尖處于接觸狀態(tài)，探測(cè)器、寫-讀電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路利用單片半導(dǎo)體工藝彼此緊靠地在探測(cè)器裝置上形成。
本發(fā)明尤其具有以下所需的工作配置—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于探測(cè)器被靜電力驅(qū)動(dòng)；—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于存儲(chǔ)器襯底是利用靜電力與探測(cè)器相互作用的電極。
—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于具有與存儲(chǔ)器襯底平行的、在探測(cè)器的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器襯底側(cè)面以上預(yù)定高度處形成的鰭狀物的輔助電極、即電極鰭狀物。
—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于探測(cè)器裝置利用包括硅表層、絕緣中間層和硅底層的晶片來制造，探測(cè)器利用晶片的硅表層來形成。
—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于探測(cè)器被壓電力、即由雙晶壓電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力或被靜電力驅(qū)動(dòng)。
—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于導(dǎo)電探針的針尖由具有均勻截面的柱狀物構(gòu)成。
—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于僅當(dāng)存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和導(dǎo)電探針的針尖相互接觸時(shí)，W/R電路才相對(duì)于記錄區(qū)執(zhí)行信息的讀出或?qū)懭搿?br> —存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于存儲(chǔ)器襯底具有多個(gè)格子狀的分離溝槽。
—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于存儲(chǔ)器介質(zhì)由介電或鐵電物質(zhì)組成。
—存儲(chǔ)器設(shè)備，如上所述，其特征在于控制探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，以便當(dāng)存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和導(dǎo)電探針的針尖處于接觸狀態(tài)時(shí)，施加至所述導(dǎo)電探針的針尖的排斥力不超過所述導(dǎo)電探針的材料的原子間鍵合力。
本發(fā)明如上所述地作出，并提供了至少以下優(yōu)于已有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)因?yàn)樘綔y(cè)器、W/R電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路都利用單片半導(dǎo)體工藝來制造，所以能夠減少制造探測(cè)器的成本。此外，因?yàn)樘綔y(cè)器彼此緊靠地安裝在探測(cè)器裝置上，所以各個(gè)探測(cè)器保持了高的并行性。
此外，因?yàn)樘綔y(cè)器、W/R電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路彼此緊靠地安裝在探測(cè)器裝置上，所以各個(gè)探測(cè)器能夠獲得高的并行性。這樣就簡(jiǎn)化了外圍電路，例如，不需要保證并行性的電路。
通過彼此緊靠地安裝探測(cè)器、W/R電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，就能夠使許多探測(cè)器單元共用相同的總線。這樣就能夠提高探測(cè)器的密度，并使許多探測(cè)器單元共用一條總線。
因?yàn)榭梢詫㈧o電力驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器或壓電力驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器作為分級(jí)探測(cè)器(steps probe)，所以增大了設(shè)計(jì)探測(cè)器裝置的自由度。
在所用的探測(cè)器是利用靜電力驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器的情況下，所述探測(cè)器可利用所述探測(cè)器和存儲(chǔ)器襯底之間的靜電力來驅(qū)動(dòng)。這樣就能夠增大探測(cè)器驅(qū)動(dòng)力。尤其是通過在探測(cè)器上安裝電極鰭狀物，則即使在W/R電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路從探測(cè)器裝置的襯底表面凸起的情況下，也能夠保證充足的驅(qū)動(dòng)力。
因?yàn)閷?dǎo)電探針(22)的針尖被制成具有均勻截面的柱狀體，所以即使導(dǎo)電探針的所述針尖會(huì)因與存儲(chǔ)器介質(zhì)的接觸而被磨損，接觸存儲(chǔ)器介質(zhì)的那部分的形狀也不會(huì)發(fā)生變化。
因?yàn)槔缬山殡娀蜩F電物質(zhì)組成的存儲(chǔ)器介質(zhì)具有許多分離溝槽，所以消除了熱膨脹造成的存儲(chǔ)器襯底的翹曲。這樣一來，與普通存儲(chǔ)器襯底相比，就能夠減少材料成本，并能夠減少存儲(chǔ)器襯底的重量。因此，即使在通過移動(dòng)存儲(chǔ)器襯底來完成探測(cè)器定位的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)信息的高速讀出和寫入。
在把由第一和第二臂組成的L形橋部分用作探測(cè)器的情況下，能夠使所述探測(cè)器具有這樣的結(jié)構(gòu)，即進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟季€(第二臂)和具有驅(qū)動(dòng)電極的第一臂在空間上彼此分離。在這種情況下，能夠極大地減小在上述電極和用于信息的讀出和寫入的布線之間產(chǎn)生的寄生電容。
能夠?qū)υ谔綔y(cè)器接觸記錄區(qū)時(shí)作用于導(dǎo)電探針針尖的原子的排斥力進(jìn)行控制，以便所述力不超過所述導(dǎo)電探針針尖的原子的鍵合力。這樣一來，就實(shí)際上能夠消除導(dǎo)電探針的磨損和損壞，因此，與普通探測(cè)器相比，本發(fā)明的探測(cè)器的耐用性得到極大的提高。
雖然在此參看較佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易理解，不違背本發(fā)明的精神和不超出本發(fā)明的范圍，可以用其它應(yīng)用代替在此給出的應(yīng)用。因此，本發(fā)明只應(yīng)受所附權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)器設(shè)備，包括一個(gè)具有在襯底表面上形成的存儲(chǔ)器介質(zhì)的襯底；包括多個(gè)具有導(dǎo)電探針的探測(cè)器的探測(cè)器裝置，所述導(dǎo)電探針具有針尖，所述導(dǎo)電探針用來讀出在所述存儲(chǔ)器介質(zhì)內(nèi)的信息和把信息寫入所述存儲(chǔ)器介質(zhì)；把所述導(dǎo)電探針定位在所述存儲(chǔ)器介質(zhì)表面上的預(yù)定位置處的一個(gè)定位裝置，全部所述探針同時(shí)被定位；利用所述導(dǎo)電探針讀出存儲(chǔ)器介質(zhì)內(nèi)的信息和把信息寫入存儲(chǔ)器介質(zhì)的至少一個(gè)寫-讀電路；以及與每一所述導(dǎo)電探針相關(guān)的、使所述存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和所述導(dǎo)電探針的針尖處于接觸狀態(tài)的一個(gè)探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路；其中所述探測(cè)器、所述寫-讀電路和所述探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路利用單片半導(dǎo)體工藝彼此緊靠地在所述探測(cè)器裝置上形成。
2.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述探測(cè)器利用靜電力來驅(qū)動(dòng)。
3.權(quán)利要求2的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述存儲(chǔ)器襯底是利用靜電力與所述探測(cè)器相互作用的電極。
4.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述探測(cè)器裝置利用包括硅表層、二氧化硅中間層和硅底層的晶片來制造，而其中所述探測(cè)器利用所述晶片的所述硅表層來形成。
5.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中所述寫-讀電路僅當(dāng)所述存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和所述導(dǎo)電探針的針尖處于接觸狀態(tài)時(shí)，才讀出所述存儲(chǔ)器介質(zhì)內(nèi)的信息或把信息寫入所述存儲(chǔ)器介質(zhì)。
6.權(quán)利要求5的存儲(chǔ)器設(shè)備，其中每一探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路受到控制，以便在所述存儲(chǔ)器介質(zhì)的表面和所述導(dǎo)電探針的針尖接觸時(shí)，作用于所述導(dǎo)電探針的針尖的排斥力不超過形成所述導(dǎo)電探針的材料的原子間鍵合力。
全文摘要
公開了一種存儲(chǔ)器設(shè)備,在這種存儲(chǔ)器設(shè)備中,在探測(cè)器和W/R電路之間的布線上幾乎沒有寄生電容,所以該設(shè)備相對(duì)地不受噪聲的影響,能夠?yàn)楦鱾€(gè)探測(cè)器確保高的并行性,其制造成本很低并具有很高的記錄密度。這種存儲(chǔ)器設(shè)備具有在其表面上形成了存儲(chǔ)器介質(zhì)的存儲(chǔ)器襯底(7)和探測(cè)器裝置(1),該探測(cè)器裝置(1)包括許多具有導(dǎo)電探針(22)的探測(cè)器(2)、定位裝置(91)、寫－讀(W/R)電路(31)和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路(32)。在這種存儲(chǔ)器設(shè)備中,探測(cè)器、W/R電路和探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路利用單片半導(dǎo)體工藝彼此緊靠地在探測(cè)器裝置上形成。
文檔編號(hào)G01N27/00GK1171855SQ95196558
公開日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1995年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月7日
發(fā)明者齊藤光親, 易幼文 申請(qǐng)人:惠普公司