專利名稱：：非易失性存儲器單元的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種非易失性存儲器，特別涉及一種機電非易失性存儲器。
背景技術：
：非易失性存儲器為計算機存儲元件，其可在不通電時仍能保持存儲數(shù)據(jù)。舉例來說，現(xiàn)今廣泛使用的非易失性存儲器包括只讀存儲器、快閃存儲器、光盤和磁盤裝置?？扉W存儲器廣泛使用于存儲卡和通用串行總線(UniversalSerialBus,USB)裝置中，以存儲數(shù)據(jù)，且于計算機和例如相機或手機的其他數(shù)字裝置之間傳輸數(shù)據(jù)?？墒褂酶≈脰艠O晶體管做為快閃存儲器，上述浮置柵極通常包括相容耦合至一些第二柵極的金屬氧化物半導體晶體管(MOStransistor)。因為上述浮置柵極與第二柵極電性隔絕，浮置柵極捕捉的任何電荷不需電力而可保存一段長時間。經(jīng)由對源極、漏極和第二柵極施加電壓，可改變存儲在浮置柵極的電荷?？捎靡恍┎煌牟牧现圃旄≈脰艠O中的電荷捕捉區(qū)域。舉例來說，多晶硅、氮化硅或納米結晶電荷捕捉結構。此技術的缺點為缺乏高溫數(shù)據(jù)保存能力(dataretention).在最近的裝置中，于高溫時，存儲于多晶硅浮置柵極、納米結晶或氮化硅捕捉層的電子會熱逃出且易于從存儲媒介逃出。結果，會嚴重地影響數(shù)據(jù)保存能力，所以不能可靠地操作這些裝置。另一種形成非易失性存儲器的方式使用微機電(MEMS)工藝。美國專利US2007/0086237公開一種使用形狀記憶合金的非易失性存儲器，當加熱上述形狀記憶合金超過某一溫度時，上述形狀記憶合金會回復至一既定形狀，上述溫度視為馬氏體相變溫度(Martensitetransformationtemperature)。上述形狀記憶合金用以做為一場效應晶體管的一晶體管、一柵極或一機械開關?？衫檬┘屿o電場或加熱的方式，將上述形狀記憶合金置于不同位置，且依據(jù)位置決定存儲器存儲邏輯1或邏輯0。美國專利US2008/0144364公開一種機電存儲器裝置，其具有設于兩字線之間且由形狀記憶合金形成的懸臂電極。施加一靜電力而使上述懸臂電極充分變形以與字線接觸。一旦上述懸臂電極接觸字線，可利用懸臂電極和字線間的凡得瓦力(VanderWaal’sforce)的吸引力使懸臂電極和字線持續(xù)接觸。利用對懸臂電極通電，以形狀記憶合金加熱超過馬氏體相變溫度，且回復至其原來的形狀，而切斷懸臂電極和字線之間的連接。WIPO專利WO94/27308公開一種雙穩(wěn)態(tài)(bistable)存儲器裝置，其具有一基部接觸(basecontact)和一架橋接觸(bridgecontact)。利用于一方向施加一靜電場使上述架橋接觸變形以與基部接觸接觸，且利用于相反方向施加一靜電場使上述架橋接觸轉向遠離基部接觸。因此，在此
技術領域：
中，有需要一種非易失性存儲器，其具有改善的可靠度，以克服公知技術的缺點。
發(fā)明內容有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種非易失性存儲器單元，上述非易失性存儲器單元包括一開關元件，于一設定位置和一重新設定位置之間移動；一磁鐵，用以施加一磁場以移動上述開關元件至上述設定位置；多個加熱元件，使上述開關元件回到上述重新設定位置。因為上述開關元件和上述磁鐵之間的磁吸引力，所以上述磁鐵可用以移動上述開關元件至上述設定位置?？衫眉訜嵘鲜鲩_關元件超過居里溫度以去除上述開關元件和上述磁鐵之間的磁吸引力。當磁場去除時，上述開關元件可以回到上述重新設定位置。由于一特定材料為居里溫度固定，所以可選擇上述開關元件的材料以使上述非易失性存儲器單元大體上對操作環(huán)境中的溫度變化不敏感。在一些實施例中，本發(fā)明實施例提供用以上述開關元件保持在設定位置中的一接觸。上述接觸和上述開關元件之間的凡得瓦吸引力(Vanderffaal'sforce)可使上述開關元件保持在設定位置中。在另一些實施例中，上述接觸可為一磁鐵。在上述實施例中，利用上述接觸和上述開關元件之間的磁吸引力，可使上述開關元件保持在設定位置中?？衫眉訜嵘鲜龃判越佑|超過居里溫度以去除上述開關元件和上述磁性接觸之間的磁吸引力。當磁場去除時，上述開關元件可以回到上述重新設定位置。上述開關元件可包括一鐵磁性機械彎曲物。在上述實施例中，上述鐵磁性機械彎曲物的中間部分會被吸引朝向在設定位置的上述磁鐵。在另一些實施例中，利用在設定位置的上述磁鐵，可使上述開關元件保持在設定位置中。在一實施例中，上述開關元件可包括一形狀記憶合金。在上述實施例中，當加熱上述開關元件使其溫度超過馬氏體相變溫度(Martensitetransformationtemperature)時，形狀記憶合金會變形，且上述開關元件會回到上述重新設定位置?？梢罁?jù)上述形狀記憶合金的成分，調整其馬氏體相變溫度(Martensitetransformationtemperature)，以使上述非易失性存儲器單元對溫度變化更不敏感。上述開關元件可包括一螺旋物。上述螺旋形狀可允許上述開關元件對上述磁鐵垂直移動。另外，上述螺旋形狀可具有一彈性或彈簧恢復力。當加熱上述開關元件使其溫度超過馬氏體相變溫度或居里溫度時，上述彈性或彈簧恢復力會導致上述開關元件在上述設定位置和上述重新設定位置之間的快速轉換。上述加熱元件可包括一電流源，用以對上述開關元件通電。在重新設定操作期間，當上述開關元件通電時，包括上述開關元件的電路的電阻會導致上述開關元件溫度上升超過馬氏體相變溫度或居里溫度時。上述熱電阻可為上述開關元件或一分隔元件的一部分。本發(fā)明可提供一非易失性存儲器單元，其具有改善的可靠度，且提供減輕高溫對非易失性存儲器單元的可靠度的影響。圖1為形狀記憶合金的相變溫度。圖2為依據(jù)圖1的具有不同銅成分的TiNi形狀記憶合金的馬氏體相變溫度(Martensitetransformationtemperature)0圖3A為本發(fā)明一實施例的非易失性存儲器單元，其包括位于設定位置中的一螺4旋形開關元件。圖3B為圖3A的本發(fā)明一實施例的電磁鐵結構。圖3C為圖3A的本發(fā)明一實施例的非易失性存儲器單元，其包括位于重新設定位置中的一螺旋形開關元件。圖4為本發(fā)明另一實施例的非易失性存儲器單元，其包括以鐵磁性材料涂布的一機械彎曲物。圖5A和圖5B為本發(fā)明又另一實施例的非易失性存儲器單元，其包括以鐵磁性材料涂布的一機械彎曲物，以及具有鐵磁性材料條狀物的電極。其中，附圖標記說明如下2第一溫度；4馬氏體相變溫度；6奧氏體結晶相百分比；8溫度；10、12、14、16曲線；17單位絕對溫度的壓力增加率；18溫度；20、40、50非易失性存儲器單元；22、26電極；24開關元件；28絕緣層；30電磁鐵；42機械彎曲物；44錨點；46鐵磁性材料條狀物。具體實施例方式以下以各實施例詳細說明并伴隨著的范例，做為本發(fā)明的參考依據(jù)。在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分皆使用相同的圖號。且在附圖中，實施例的形狀或是厚度可擴大，并以簡化或是方便標示。本發(fā)明實施例可提供一非易失性存儲器單元，其具有改善的可靠度，且提供減輕高溫對非易失性存儲器單元的可靠度的影響。在本發(fā)明實施例中，可利用例如蒸鍍或濺鍍的標準集成電路沉積工藝于硅基板上形成一些元件。一磁鐵，可由例如鎳(Ni)的鐵磁性材料形成，上述磁鐵或者可為電磁鐵。一接觸，可由例如銅(Cu)、鋁(Al)的一金屬或例如鎳(Ni)的鐵磁性材料形成。一開關元件，通常由例如鎳(Ni)的鐵磁性材料形成，或由例如NiMnGa、TiNi,TiNiCu或CuZnAl的形狀記憶合金(shapememoryalloy)形成，且上述形狀記憶合金之后可簡稱為SMA。鐵磁性材料在臨界溫度以上會喪失其特性，上述臨界溫度為居里溫度(Curietemperature)。舉例來說，鎳(Ni)的居里溫度為絕對溫度(Kelven)631度。SMA結晶結構會在和奧氏體結晶相(Austenitecrystalphase)與馬氏體結晶相(Martensitecrystalphase)之間轉變，其依據(jù)圖1中的加熱(HEAT)和冷卻(COOL)循環(huán)的溫度而定。圖1的加熱循環(huán)顯示材料在奧氏體結晶相(Austenitephase)百分比6與溫度8的關系。在低溫時，SMA結晶結構為容易變形的馬氏體結晶相(Martensitecrystalphase)。在SMA材料加熱至超過第一溫度2時，SMA材料結構會在馬氏體結晶相(Martensitecrystalphase)與奧氏體結晶相(Austenitecrystalphase)之間轉變，直到溫度超過馬氏體相變溫度(Martensitetransformationtemperature)4，上述SMA完全為奧氏體結晶相，且上述SMA恢復至初始的形狀。如圖2所示，可利用改變合金的成分而改變產(chǎn)生相變的溫度，圖2顯示單位絕對溫度的壓力增加率17對溫度18的關系圖。圖2顯示，當合金為TiNi(曲線10)、TiNiCu4.5(曲線12),TiNiCu9(曲線14)或TiNiCul5(曲線16)的其中之一時，相變溫度可介于絕對溫度(Kelvin)300度至350度之間。本發(fā)明的實施例和上述實施例的優(yōu)點詳細敘述如后。如下所述，本發(fā)明可應用于一硅基板上制造一非易失性存儲器單元。通?？衫脵z測非易失性存儲器單元的電阻，以得知其邏輯狀態(tài)。圖3A為本發(fā)明一實施例的非易失性存儲器單元。在非易失性存儲器單元20中，于一硅基板上形成第一電極22。由一鐵磁性形狀記合金形成的螺旋形開關元件24電性連接至第一電極22。形成的螺旋形開關元件24位于一重新設定位置中。在本實施例中，可利用常用的蒸鍍或濺鍍工藝，于開關元件24的上方形成一層第二電極26。第一電極22和第二電極26之間的空隙可為例如空氣或惰性氣體環(huán)境。惰性氣體環(huán)境可以改善開關速度且可降低對流損失?？衫贸Ｓ玫恼翦兓驗R鍍工藝，于第二電極26上方形成一電磁鐵30，且通過一絕緣層28將第二電極26和電磁鐵30隔開。圖3B顯示本發(fā)明實施例的電磁鐵30的俯視圖，上述電磁鐵30由一例如銅或鋁的金屬螺旋物形成?？衫脤﹄姶盆F30通電的方式來設定上述非易失性存儲器單元。電磁鐵30和螺旋形開關元件24之間的磁吸引力導致螺旋形開關元件24朝著電磁鐵30移動。一旦螺旋形開關元件24接觸第二電極26，可利用去除電磁鐵30的電力以使磁場消失。可利用凡得瓦力(VanderWaal'sforce)來維持螺旋形開關元件24和第二電極26之間的電性接觸。因此，螺旋形開關元件24和第二電極26位于設定位置(setposition)，而非易失性存儲器單元10在低電阻狀態(tài)。不需要施加電力以使螺旋形開關元件24維持位于設定位置。圖3C顯示如圖3A所示的本發(fā)明一實施例的重新設定狀態(tài)(resetstate)的非易失性存儲器單元20?？衫脤⒁浑娏魍ㄟ^螺旋形開關元件24以重新設定非易失性存儲器單元20。螺旋形開關元件24的電阻會導致自身加熱使其溫度超過馬氏體相變溫度(Martensitetransformationtemperature)(圖1的元件4)。結果，鐵磁性SMA會恢復其初始狀態(tài)，所以螺旋形開關元件24切斷和第二電極26的電性接觸。非易失性存儲器單元20是在高電阻狀態(tài)。在另一實施例中，第二電極26可由例如鎳(Ni)的一鐵磁性材料形成?？衫妙愃朴趫D3A實施例所述的方式施加磁場，以設定(set)非易失性存儲器單元20。一旦去除電磁鐵30的電力，螺旋形開關元件24和第二電極26之間的磁吸引力會使螺旋形開關元件24保持與第二電極26接觸?？衫脤⒌诙姌O26通電的方式重新設定(reset)非易失性存儲器單元20，會導致非易失性存儲器單元20的溫度上升超過居里溫度。上述情形會降低螺旋形開關元件24和第二電極26之間的磁吸引力，螺旋形開關元件24會因為彈性恢復力而回復至其原來的形狀，而切斷第二電極26和螺旋形開關元件24之間電性連接。在其他實施例中，可由任何鐵磁性材料形成螺旋形開關元件24。在本實施例中，可利用類似于圖3A實施例所述的方式施加磁場，以設定(set)非易失性存儲器單元20?？衫脤⒌诙姌O26通電的方式重新設定(reset)非易失性存儲器單元20，會使非易失性存儲器單元20的溫度上升超過居里溫度。上述情形會降低螺旋形開關元件24和第二電極26之間的磁吸引力，螺旋形開關元件24會因為彈性恢復力而回復至其原來的形狀，而切斷第二電極26和螺旋形開關元件24之間電性連接。圖4為本發(fā)明另一實施例的非易失性存儲器單元40?？梢杂谝还杌迳弦岳鏝iMnGa的鐵磁性SMA涂布的一機械彎曲物42的方式，于硅基板上形成一開關元件?？衫梦挥跈C械彎曲物42的兩末端的兩錨點44來固定機械彎曲物42。于機械彎曲物42上方形成一電極26。電極22和電極26之間的空隙可為例如空氣或惰性氣體環(huán)境。可利用常用的蒸鍍或濺鍍工藝，于電極26上方形成一電磁鐵30，且通過一絕緣層28將電極26和電磁鐵30隔開?？衫脤﹄姶盆F30通電的方式來設定上述非易失性存儲器單元40。機械彎曲物42被電磁鐵30吸引。在設定位置中，可利用機械彎曲物42和電極26之間的凡得瓦力(VanderWaal'sforce)來維持機械彎曲物42和電極26之間的電性接觸。因此，電磁鐵30可不通電而非易失性存儲器單元40仍維持其狀態(tài)(在設定位置)。可利用于機械彎曲物42的錨點44之間施加一電壓差的方式以重新設定非易失性存儲器單元20。流經(jīng)機械彎曲物42中的電流會導致其溫度增加而超過馬氏體相變溫度(Martensitetransformationtemperature)(圖1的牛4)，Η^Ι^其初始狀態(tài)，切斷和電極26的電性接觸。因此，非易失性存儲器單元40是在高電阻狀態(tài)。上述狀態(tài)為穩(wěn)定態(tài)且不需再施加任何電力。圖5A和圖5B為本發(fā)明又另一實施例的非易失性存儲器單元50。可利用于一硅基板上以鐵磁性材料涂布一機械彎曲物42的方式，于一硅基板形成一開關元件?？衫梦挥跈C械彎曲物42的兩末端的兩錨點44來固定機械彎曲物42。電極22和電極26之間的空隙可為例如空氣或惰性氣體環(huán)境。于機械彎曲物42上方形成一電極26。上述電極可包括例如鎳(Ni)的鐵磁性材料條狀物46。上述鐵磁性材料條狀物可降低將磁材料加熱超過居里溫度的所需電流大小?？衫贸Ｓ玫恼翦兓驗R鍍工藝，于電極26上方形成一電磁鐵30，且通過一絕緣層28將電極26和電磁鐵30隔開?？衫脤﹄姶盆F30通電的方式來設定上述非易失性存儲器單元50。利用電磁鐵產(chǎn)生的磁場使機械彎曲物42朝電極26偏斜?？衫脵C械彎曲物42和電極26之間的磁吸引力來維持機械彎曲物42和電極26之間的電性接觸。因此，電磁鐵30可不通電而非易失性存儲器單元50仍維持其狀態(tài)(在設定位置)?？衫脤㈦姌O26通電的方式重新設定(reset)非易失性存儲器單元50，會使電極26的溫度上升超過居里溫度。上述情形會降低鐵磁性材料條狀物46和機械彎曲物42之間的磁吸引力，機械彎曲物42的彈性恢復力會切斷機械彎曲物42和電極26之間的電性連接，且機械彎曲物42會回復至其初始的形狀。因此，在重新設定位置中，非易失性存儲器單元50是在高電阻狀態(tài)。意即此時存儲器單元50的電阻高于當機械彎曲物42在設定位置時的存儲器單元50的電阻。雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾。舉例來說，上述開關元件可與電磁鐵30接觸而不需要有隔開的電極26。本發(fā)明實施例的非易失性存儲器單元可具有一鐵磁性電極，其用以使開關元件維持與在設定位置的電極接觸，可利用將電極或開關元件通電的方式重新設定非易失性存儲器單元，上述情形是分別加熱電極或開關元件超過居里溫度。本發(fā)明其他實施例的非易失性存儲器單元可具有一分隔加熱電阻，當電流通過上述分隔加熱電阻時，上述分隔加熱電阻會加熱上述開關元件或上述電極。因此，本發(fā)明實施例的非易失性存儲器單元具有一磁鐵(30)、一鐵磁性開關元件(24)和加熱元件(26)。上述非易失性存儲器單元具有低電阻的一設定位置和具有高電阻的一重新設定位置?？衫脤﹂_關元件(24)施加一磁場，以設定(set)非易失性存儲器單元，且會導致開關元件(24)移動至設定位置?？衫眉訜嵩?26)重新設定(reset)非易失性存儲器單元，上述加熱元件(26)會導致開關元件(24)回到重新設設定位置?？捎梢昏F磁性材料或一鐵磁性形狀記憶合金形成上述開關元件。雖然本發(fā)明已以實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視隨附的權利要求所界定的保護范圍為準。權利要求一種非易失性存儲器單元，包括一開關元件，于一設定位置和一重新設定位置之間移動；一磁鐵，用以施加一磁場以移動該開關元件至該設定位置；以及多個加熱元件，使該開關元件回到該重新設定位置。2.如權利要求1所述的非易失性存儲器單元，還包括一第一接觸，其中位于該設定位置中的該開關元件電性連接至該第一接觸，且位于該重新設定位置中的該開關元件不電性連接至該第一接觸。3.如權利要求2所述的非易失性存儲器單元，其中該第一接觸具有磁性。4.如權利要求3所述的非易失性存儲器單元，其中該第一接觸包括多個鐵磁性材料條狀物。5.如權利要求1、2、3或4所述的非易失性存儲器單元，其中所述加熱元件包括一電流源用以對該開關元件或該第一接觸施加電流。6.如權利要求1、2、3或4所述的非易失性存儲器單元，其中該開關元件包括一鐵磁性機械彎曲物或一螺旋物。7.如權利要求1、2、3或4所述的非易失性存儲器單元，其中該開關元件包括一形狀記憶合金。8.如權利要求7所述的非易失性存儲器單元，其中該形狀記憶合金包括一鐵磁性材料。9.如權利要求7所述的非易失性存儲器單元，其中該形狀記憶合金的馬氏體相變溫度介于絕對溫度300度至350度之間。10.如權利要求9所述的非易失性存儲器單元，其中該形狀記憶合金包括NiMaGa或TiNiCu。全文摘要本發(fā)明提供一種非易失性存儲器單元，上述非易失性存儲器單元包括一磁鐵(30)、一鐵磁性開關元件(24)和加熱元件(26)。上述非易失性存儲器單元具有低電阻的一設定位置和具有高電阻的一重新設定位置?？衫脤﹂_關元件(24)施加一磁場，以設定非易失性存儲器單元，且會使開關元件(24)移動至設定位置?？衫眉訜嵩?26)重新設定非易失性存儲器單元，上述加熱元件(26)會使開關元件(24)回到重新設設定位置。可由一鐵磁性材料或一鐵磁性形狀記憶合金形成上述開關元件。相較于公知的非易失性存儲器，上述非易失性存儲器單元在高溫下具有改善的可靠度。文檔編號G11C16/02GK101937708SQ20101021964公開日2011年1月5日申請日期2010年6月29日優(yōu)先權日2009年6月29日發(fā)明者穆罕默德·包特齊薛申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司