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JP4435052B2 - Manufacturing method of storage device - Google Patents

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JP4435052B2
JP4435052B2 JP2005233449A JP2005233449A JP4435052B2 JP 4435052 B2 JP4435052 B2 JP 4435052B2 JP 2005233449 A JP2005233449 A JP 2005233449A JP 2005233449 A JP2005233449 A JP 2005233449A JP 4435052 B2 JP4435052 B2 JP 4435052B2
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  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

本発明は、電極間の粒子の移動を利用した記憶装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a memory device using movement of particles between electrodes.

近年、半導体装置の集積度が高くなるに伴い、これを構成するLSI素子の回路パターンは益々微細化している。このようなパターンの微細化には、単に線幅が細くなるだけではなく、パターンの寸法精度や位置精度の向上も要請される。メモリと呼ばれる記憶装置に関しても例外ではなく、高精度の加工技術を駆使して形成されたセルにおいて、記憶に必要となる一定の電荷を、より狭い領域で保持することが要請され続けている。   In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, the circuit patterns of LSI elements constituting the semiconductor devices have become increasingly finer. Such pattern miniaturization requires not only a reduction in line width but also an improvement in pattern dimensional accuracy and position accuracy. A memory device called a memory is no exception, and in a cell formed by making full use of high-precision processing technology, there is a continuing demand for holding a certain charge necessary for memory in a narrower region.

従来、DRAM,SRAM,フラッシュといった各種のメモリが製造されているが、これらは全てMOSFETをメモリセルに使用しているため、パターンの微細化に伴い、微細化の比率を上回る比率での寸法精度の向上が要請されている。このため、これらのパターンを形成するリソグラフィー技術にも大きな負荷が課せられており、これが製品コストの上昇要因となっている(例えば、特許文献1,2参照)。   Conventionally, various types of memories such as DRAM, SRAM, and flash have been manufactured. However, since these all use MOSFETs as memory cells, the dimensional accuracy at a ratio exceeding the ratio of miniaturization with the miniaturization of patterns. Improvement is demanded. For this reason, a large load is also imposed on the lithography technique for forming these patterns, which causes an increase in product cost (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

一方、このような微細加工の課題を根本的に解消する技術として、所望の分子構造を人工的に合成し、得られた分子の均一性を利用して、均一の特性の素子を得る試みがある。しかし、この種の方法では、合成された分子を所望の位置に配置する技術や、配置された電極との電気的な接触を得ることに大きな課題がある。しかも、このような素子は極少数の電荷を用いて記憶を行うため、自然放射線等の外乱による誤動作の確率が非常に大きくなる課題を抱えている。
応用物理第69巻第10号 pp1233−1240,2000年「半導体メモリ;DRAM」 応用物理第69巻第12号 pp1462−1466,2000年「フラッシュメモリー,最近の話題」
On the other hand, as a technique for fundamentally solving such problems of microfabrication, there is an attempt to artificially synthesize a desired molecular structure and obtain a device having uniform characteristics by utilizing the uniformity of the obtained molecule. is there. However, in this type of method, there is a big problem in obtaining a technique for arranging the synthesized molecule at a desired position and obtaining electrical contact with the arranged electrode. In addition, since such an element stores data using a very small number of charges, there is a problem that the probability of malfunction due to disturbance such as natural radiation becomes very large.
Applied Physics Vol.69, No.10 pp1233-1240, 2000 "Semiconductor Memory; DRAM" Applied Physics Vol.69, No.12 pp1462-1466, 2000 “Flash Memory, Recent Topics”

このように、従来から用いられているMOSFETをセルに使用したメモリは、パターンの微細化に伴い、パターンの寸法精度や位置合せ精度が厳しくなり、技術的な困難に加えて、製造コストの上昇要因を抱えている。一方、分子構造を利用したメモリは、分子の操作や電極との接触に関する課題に加えて、外乱による誤動作の確率が大きいことが懸念されている。   As described above, in the memory using the conventional MOSFET for the cell, as the pattern is miniaturized, the dimensional accuracy and alignment accuracy of the pattern become severe, and in addition to technical difficulties, the manufacturing cost increases. Have a factor. On the other hand, there is a concern that a memory using a molecular structure has a high probability of malfunction due to a disturbance in addition to problems related to molecular manipulation and contact with an electrode.

本発明は、上記の事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、外乱の影響を受け難い高集積の記憶装置を安価に実現し得る記憶装置の製造方法を提供することにある。より具体的には、微粒子を利用した記憶装置の作製に際して、微粒子の凝集を防いで製造効率の向上をはかり得る記憶装置の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a storage device that can realize a highly integrated storage device that is not easily affected by disturbance at low cost. It is in. More specifically, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a storage device that can improve the manufacturing efficiency by preventing the aggregation of the fine particles when manufacturing the storage device using the fine particles.

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。   In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.

即ち、本発明の一態様は、平行配置された複数本の行線が設けられた第1の基板と、平行配置された複数本の列線が設けられ、該列線が前記行線と交差するように第1の基板と間隙を介して対向配置された第2の基板と、前記行線と前記列線との各交差部に選択的に配置され、且つ対向する行線と列線間及び隣接する交差部間で移動可能な粒子とを備えた記憶装置の製造方法であって、前記粒子を前記交差部に配置するために、前記第1及び第2の基板を対向配置する前に、前記第1の基板の行線形成面又は第2の基板の列線形成面に向けて、前記粒子を溶媒に分散させた状態の溶液を、電界が印加された供給口から液滴として吐出させることを特徴とする。   In other words, according to one embodiment of the present invention, a first substrate provided with a plurality of row lines arranged in parallel and a plurality of column lines arranged in parallel are provided, and the column lines intersect the row lines. The second substrate disposed opposite to the first substrate with a gap between the first substrate and the row line and the column line, and selectively disposed at each intersection of the row line and the column line, and between the opposing row line and the column line. And a method of manufacturing a storage device comprising particles movable between adjacent intersections, wherein the particles are arranged at the intersections before the first and second substrates are opposed to each other. The solution in which the particles are dispersed in a solvent is discharged as droplets from a supply port to which an electric field is applied toward the row line forming surface of the first substrate or the column line forming surface of the second substrate. It is characterized by making it.

また、本発明の別の一態様は、平行配置された複数本の行線が設けられた第1の基板と、平行配置された複数本の列線が設けられ、該列線が前記行線と交差するように第1の基板と間隙を介して対向配置された第2の基板と、前記行線と前記列線との各交差部に選択的に配置され、且つ対向する行線と列線間及び隣接する交差部間で移動可能な粒子とを備えた記憶装置の製造方法であって、前記粒子を前記交差部に配置するために、前記第1及び第2の基板を対向配置する前に、前記第1の基板の行線形成面又は第2の基板の列線形成面に、前記粒子を溶媒に分散させ、且つ該溶媒に可溶な高粘度樹脂をさらに混合した溶液を回転塗布し、続いて灰化処理を施すことにより前記溶液中の前記粒子以外の成分を除去することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, a first substrate provided with a plurality of row lines arranged in parallel and a plurality of column lines arranged in parallel are provided, and the column lines are the row lines. A second substrate disposed opposite to the first substrate via a gap so as to intersect with the first substrate, and a row line and a column which are selectively disposed at each intersection of the row line and the column line and which are opposed to each other. A method of manufacturing a storage device comprising particles that are movable between lines and between adjacent intersections, wherein the first and second substrates are arranged to face each other in order to arrange the particles at the intersections. Before, a solution in which the particles are dispersed in a solvent and a high viscosity resin soluble in the solvent is further mixed on the row line forming surface of the first substrate or the column line forming surface of the second substrate is rotated. It is characterized by removing components other than the particles in the solution by applying and subsequently performing an ashing treatment .

本発明によれば、行線と列線との間の粒子の有無を利用することにより記憶装置として機能させることができ、しかもその製造において、粒子の凝集を防ぎ、効率の良い製造方法を実現することができる。そしてこの場合、メモリ部の回路パターンとしては第1の電極と第2の電極の配線を形成するのみで済み、構造が極めて簡単であり、MOSFETを用いた場合に比してセル内での位置合わせやパターン寸法精度が緩くなるため、製造コストを抑えることができる。さらに、データの記憶に、電荷の蓄積ではなく粒子の存在位置を利用しているため、外乱の影響に強い耐性を有する。   According to the present invention, it is possible to function as a storage device by utilizing the presence or absence of particles between row lines and column lines, and in addition, in the production, particle aggregation is prevented and an efficient production method is realized. can do. In this case, as the circuit pattern of the memory portion, only the wiring of the first electrode and the second electrode need be formed, the structure is very simple, and the position in the cell compared to the case of using the MOSFET. Since the alignment and pattern dimensional accuracy become loose, the manufacturing cost can be suppressed. Furthermore, since the location of particles is used for data storage instead of charge accumulation, it is highly resistant to the influence of disturbance.

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。   The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる記憶装置のセル部構成を示す斜視図である。本装置は、本発明者らが特願2004−171260として、既に出願したものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a cell unit configuration of a storage device according to the first embodiment of the present invention. This device has already been filed by the present inventors as Japanese Patent Application No. 2004-171260.

第1の基板10の表面部に、平行配置された複数本の行線11が埋め込み形成され、第2の基板20の表面部に、平行配置された複数本の列線21が埋め込み形成されている。そして、これらの基板10,20は、各々の表面部を向かい合わせ、行線11と列線21が互いに直交する関係となるように、一定の間隙dを介して対向配置されている。   A plurality of row lines 11 arranged in parallel are embedded in the surface portion of the first substrate 10, and a plurality of column lines 21 arranged in parallel are embedded in the surface portion of the second substrate 20. Yes. The substrates 10 and 20 are arranged to face each other with a predetermined gap d so that the surface portions thereof face each other and the row lines 11 and the column lines 21 are orthogonal to each other.

ここで、通常のMOS型メモリセルに合わせて、行線11をワード線と称し、列線21をビット線と称することにする。   Here, the row line 11 is referred to as a word line and the column line 21 is referred to as a bit line in accordance with a normal MOS type memory cell.

ワード線11とビット線21との交差部がメモリセルに相当し、各々の交差部のワード線11とビット線21との間隙内に、隣接する電極間を移動可能な微粒子30が選択的に配置されている。ここで、微粒子30は、ワード線11及びビット線21に垂直な方向のみではなく、ワード線11或いはビット線21と平行な方向にも移動が可能となっている。即ち、基板10,20の対向方向と共に、隣接するワード線間又は隣接するビット線間で移動可能となっている。   The intersection between the word line 11 and the bit line 21 corresponds to a memory cell, and fine particles 30 that can move between adjacent electrodes are selectively inserted into the gap between the word line 11 and the bit line 21 at each intersection. Has been placed. Here, the fine particles 30 can move not only in a direction perpendicular to the word lines 11 and the bit lines 21 but also in a direction parallel to the word lines 11 or the bit lines 21. That is, it can move between adjacent word lines or between adjacent bit lines along with the opposing direction of the substrates 10 and 20.

このような構造では、第1の基板10に設けるワード線11及び第2の基板20に設けるビット線21は単なるラインアンドスペースのパターンであり、ワード線11とビット線21とは直交する位置関係であれば良く、ワード線方向及びビット線方向へのずれを考慮する必要はない。従って、製造の際にセル内の位置合せ精度が不要であり、製造を容易に行うことが可能となる。   In such a structure, the word lines 11 provided on the first substrate 10 and the bit lines 21 provided on the second substrate 20 are simple line-and-space patterns, and the word lines 11 and the bit lines 21 are orthogonal to each other. There is no need to consider the shift in the word line direction and the bit line direction. Therefore, the alignment accuracy in the cell is not required during manufacturing, and manufacturing can be easily performed.

図2を用いて、本構造の動作原理を解説する。図2は、本実施形態の動作原理を説明するための模式図であり、図1のA−A断面に相当する。   The operating principle of this structure will be explained using FIG. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the present embodiment, and corresponds to the AA cross section of FIG.

電極(ワード線11,ビット線21)上の半径aの微粒子30が電荷qを帯び、微粒子30が電極に印加された電圧による電場Eの中に置かれると、この微粒子30には、電荷が電場より受ける力に加えて、電極に誘起される鏡像電荷、及び鏡像双極子から受ける力が加わる。そして、これらの合力Fは電極が無限に広い場合で近似すると、以下の(1)式で与えられる。

Figure 0004435052
When the fine particle 30 of radius a on the electrode (word line 11, bit line 21) has a charge q and the fine particle 30 is placed in the electric field E by the voltage applied to the electrode, the fine particle 30 is charged. In addition to the force received from the electric field, a mirror image charge induced on the electrode and a force received from the mirror image dipole are added. These resultant forces F are given by the following equation (1) when approximated when the electrodes are infinitely wide.
Figure 0004435052

但し、ε0 は真空の誘電率(約8.85×10-12F/m)、εr は微粒子の比誘電率である。 Where ε 0 is the dielectric constant of vacuum (about 8.85 × 10 −12 F / m), and ε r is the relative dielectric constant of the fine particles.

間隙が大気中の場合には、厳密には誘電率の補正が必要となるが、その差は極めて小さいので無視することが可能であり、式(1)をそのまま使用することができる。電荷qは必ず素電荷e(約1.6×10-19 C)の整数倍となるので、q=neと表すことができる。また、電場Eは、対向する電極間の電位差をV、間隔をdとすると、E=V/dで近似できる。 Strictly speaking, when the gap is in the atmosphere, it is necessary to correct the dielectric constant, but the difference is extremely small and can be ignored, and the equation (1) can be used as it is. Since the charge q is always an integral multiple of the elementary charge e (about 1.6 × 10 −19 C), it can be expressed as q = ne. The electric field E can be approximated by E = V / d, where V is the potential difference between the opposing electrodes and d is the interval.

一方、微粒子30の静電容量CはC=4πε0 aで与えられ、これによる帯電エネルギーは(1/2)q2 /C=n2 2 /8πε0 aとなる。このエネルギーを越えるエネルギーを有する電子(或いは正孔)のみが微粒子30へ移動可能となる、クーロン障壁と呼ばれる現象が存在する。このため、eV>n2 2 /8πε0 aを満たす電位差Vの場合にのみ、n個目の電子(或いは正孔)が微粒子30へ移動する。これらの事情を考慮して、式(1)で規定される微粒子30に働く力Fをグラフ化すると、図3を得る。 On the other hand, the electrostatic capacity C of the fine particles 30 is given by C = 4πε 0 a, and the charging energy by this is (½) q 2 / C = n 2 e 2 / 8πε 0 a. There is a phenomenon called a Coulomb barrier in which only electrons (or holes) having energy exceeding this energy can move to the fine particles 30. Therefore, the n-th electron (or hole) moves to the fine particle 30 only when the potential difference V satisfies eV> n 2 e 2 / 8πε 0 a. In consideration of these circumstances, when the force F acting on the fine particles 30 defined by the equation (1) is graphed, FIG. 3 is obtained.

図3は、n=1とn=2の場合のみを示すが、本実施形態の説明には十分である。前述のクーロン障壁の存在のため、各帯電状態は図中の点線A1,A2で示された個所よりも右側で実現すると共に、帯電しても電場がある一定以上の強度になるまでは、鏡像による引力が勝り、微粒子が電極から離脱しないことが分かる。最も重要なことは、図3にハッチングで示した区間では、必ずn=1の条件で離脱が発生することである。なお、図3中のE1はn=1の場合に離脱に必要な下限電界、E2はn=2の場合に帯電に必要な下限電圧(クーロン障壁)を示している。   FIG. 3 shows only the case of n = 1 and n = 2, which is sufficient for the description of this embodiment. Due to the existence of the aforementioned Coulomb barrier, each charged state is realized on the right side of the portion indicated by the dotted lines A1 and A2 in the figure, and until the electric field becomes a certain intensity or more even if charged, it is a mirror image. It can be seen that the attractive force due to is excellent and the fine particles do not leave the electrode. The most important thing is that separation always occurs under the condition of n = 1 in the section indicated by hatching in FIG. In FIG. 3, E1 represents a lower limit electric field necessary for separation when n = 1, and E2 represents a lower limit voltage (Coulomb barrier) necessary for charging when n = 2.

電極から離脱した微粒子は加速されて反対電極に到達し、そこで電荷を放出すると共に、新たに反対符号の電荷を受け取り、再び離脱して元の電極へ到達する、という過程を繰り返す。この一連の過程によって電荷が運ばれるため、電極間の電流として検出することが可能である。前述のように、これらの過程が必ずn=1で発生すると、一定電流が流れることとなり、微粒子の有無が容易に検出可能となる。さらに、同じ電極間に2個の微粒子が存在した場合、電荷を運ぶ担体が2倍になることに加え、移動距離が短くなるため、2倍以上の電流が検出されることから、微粒子が2個有ることが明確に検出可能である。   The fine particles detached from the electrode are accelerated and reach the opposite electrode, whereupon the charge is released, and a new charge of the opposite sign is received, and the process of separating again and reaching the original electrode is repeated. Since electric charge is carried by this series of processes, it can be detected as a current between the electrodes. As described above, when these processes always occur at n = 1, a constant current flows and the presence or absence of fine particles can be easily detected. Furthermore, when two fine particles exist between the same electrodes, the carrier carrying the charge is doubled, and the moving distance is shortened, so that a current more than double is detected. It can be clearly detected that there is an individual.

具体的には、微粒子の半径aを10nm、電極の間隔dを60nmとすると、上述のn=1の状態での微粒子の離脱と往復運動は、電極間電圧Vが0.22Vから0.29Vの範囲で起こる。電極間電圧Vを0.28Vとし、交点を選択する上側の電極にV/2に相当する+0.14Vを、交点を選択する下側の電極に−V/2に相当する−0.14Vを印加し、他の電極を0Vに設定した。この場合に、選択された交点に存在する離脱直後の微粒子に働く力は約0.2pNであり、片道の運動に要する時間は約70nsecと見積もられる。そして、微粒子1個の片道運動につき1個の電荷が運ばれるため、約2pAの電流が検出されることが分かる。従って、この電流を測定することにより、上下の電極の交点に存在する微粒子の有無(数)を検出することが可能である。   Specifically, when the radius a of the fine particles is 10 nm and the distance d between the electrodes is 60 nm, the separation and reciprocation of the fine particles in the above-described state of n = 1 may cause the voltage V between the electrodes to be 0.22 V to 0.29 V. Happens in the range. The interelectrode voltage V is 0.28V, + 0.14V corresponding to V / 2 is set for the upper electrode for selecting the intersection point, and -0.14V corresponding to -V / 2 is set for the lower electrode for selecting the intersection point. The other electrode was set to 0V. In this case, the force acting on the fine particles immediately after separation existing at the selected intersection is about 0.2 pN, and the time required for one-way movement is estimated to be about 70 nsec. It can be seen that a current of about 2 pA is detected because one charge is carried per one-way movement of one particle. Therefore, by measuring this current, it is possible to detect the presence / absence (number) of fine particles present at the intersection of the upper and lower electrodes.

同時に、近傍の微粒子、特に同一電極上の隣接する部分に存在する微粒子にも、電場が印加されるが、その強度は距離に反比例する。このため、電極の横方向のピッチpを40nmとすると、直近の微粒子に対する電場は約83%、第2近接の微粒子に対する電場は約73%に減少する。前述の、電極間電圧Vが0.28Vの場合、直近の微粒子は離脱が可能であるが、第2近接の微粒子に加わる電場は離脱に必要な下限に達することは無い。このため、直近の微粒子のみが相互作用の対象となり、後に記すように、書き込み動作に利用される。なお、電極間電圧Vを0.26V以下とすると、直近の微粒子に加わる電場も離脱に必要な下限に達しないため、相互作用の無い、読み出し専用モードとして利用することが可能である。   At the same time, an electric field is applied to neighboring fine particles, particularly fine particles existing in adjacent portions on the same electrode, but the intensity is inversely proportional to the distance. For this reason, when the pitch p in the lateral direction of the electrodes is 40 nm, the electric field for the nearest fine particles is reduced to about 83% and the electric field for the second adjacent fine particles is reduced to about 73%. When the voltage V between the electrodes is 0.28 V as described above, the nearest fine particles can be detached, but the electric field applied to the second neighboring fine particles does not reach the lower limit necessary for the separation. For this reason, only the latest fine particles become the object of interaction and, as will be described later, are used for the writing operation. When the voltage V between the electrodes is 0.26 V or less, the electric field applied to the latest fine particles does not reach the lower limit necessary for separation, and therefore, it can be used as a read-only mode without interaction.

また、本実施形態を構成する最小の単位は、1本の線状電極と、これに間隙を介して対向する少なくとも2個の電極と、間隙中に配置される少なくとも1個の微粒子であり、この微粒子が電極間を二次元的に移動可能であることを利用して情報の記憶を行っていることが分かる。   Further, the smallest unit constituting this embodiment is one linear electrode, at least two electrodes opposed to this via a gap, and at least one fine particle disposed in the gap, It can be seen that information is stored by utilizing the fact that the fine particles can move two-dimensionally between the electrodes.

なお、各パラメータの大きさは、上述の例に限定されることなく幅広い範囲から選択することが可能であり、先の近似に基づくと以下に述べる範囲が原理的に可能となる。式を簡単にするために、電極の間隔dと微粒子の半径aの比をk(d=ka)、電極の横方向のピッチpと電極の間隔dの比をκ(p=κd)とし、b及びβを以下の(2)(3)式で定義する。

Figure 0004435052
Note that the size of each parameter can be selected from a wide range without being limited to the above-described example, and the range described below is theoretically possible based on the above approximation. In order to simplify the equation, the ratio between the electrode spacing d and the particle radius a is k (d = ka), and the ratio between the electrode horizontal pitch p and the electrode spacing d is κ (p = κd). b and β are defined by the following equations (2) and (3).
Figure 0004435052

このとき、相互作用のあるモードで使用する場合には、以下の(4)式の成り立つ範囲でパラメータを選択することが可能となる。

Figure 0004435052
At this time, when using in an interactive mode, it is possible to select parameters within a range where the following expression (4) holds.
Figure 0004435052

また、読み出し専用モードで使用する場合には、以下の(5)式の成り立つ範囲でパラメータを選択することが可能となる。

Figure 0004435052
When used in the read-only mode, it is possible to select parameters within a range where the following expression (5) holds.
Figure 0004435052

一方、上述のように第2近接の微粒子との相互作用を引き起こさないためには、予め以下の式(6)の成り立つ設計とするか、式(7)の成り立つ条件で使用することが必要となる。

Figure 0004435052
On the other hand, in order not to cause the interaction with the second adjacent fine particles as described above, it is necessary to design in advance that the following equation (6) is satisfied, or to use it under the condition that satisfies the equation (7). Become.
Figure 0004435052

さらに、選択した交点への電圧印加に関しても、上述のように電極間電圧Vを+V/2と−V/2に分けて上下の選択線に印加する方法に限らず、クロストークの発生しない以下の条件を満たす範囲で選択することが可能である。非選択線の電位を0Vとし、上下の選択線に印加する電圧の絶対値を比較して、大きい方をVmとして、電極間電圧Vとの比をγとする(Vm=γV、0.5≦γ≦1)。このとき、以下の式(8)が成り立つ条件で使用するか、予め式(9)の成り立つ設計とすることが要請される。

Figure 0004435052
Further, the voltage application to the selected intersection is not limited to the method of applying the inter-electrode voltage V to + V / 2 and −V / 2 and applying it to the upper and lower selection lines as described above. It is possible to select within the range that satisfies the condition. The potential of the non-selection line is set to 0 V, the absolute values of the voltages applied to the upper and lower selection lines are compared, the larger one is set to Vm, and the ratio to the interelectrode voltage V is set to γ (Vm = γV, 0.5 ≦ γ ≦ 1). At this time, it is required that the following equation (8) is used or a design that satisfies equation (9) is used in advance.
Figure 0004435052

参考として、先の例における各パラメータの値を明示すると、k=6,κ=2/3,b=1.025,β=1.39×109[1/V・m],γ=0.5である。 For reference, if the values of the respective parameters in the above example are specified, k = 6, κ = 2/3, b = 1.005, β = 1.39 × 10 9 [1 / V · m], γ = 0 .5.

交点間の相互作用は、直近の4箇所のみを考えれば良く、実際に起きる現象は、選択した交点への直近領域からの微粒子の移動であるが、前述の電場分布の例では、移動は水平方向には起きず、必ず上下方向の移動を伴う。即ち、図4に示すように、選択した交点31と共通の配線上の微粒子30が、選択した交点31の上下反対側に移動する特徴があり、例え直近に微粒子が存在しても、共通の配線上に存在しない場合には移動は起きない。   The interaction between the intersections only needs to be considered at the four most recent points, and the phenomenon that actually occurs is the movement of particles from the closest region to the selected intersection, but in the example of the electric field distribution described above, the movement is horizontal. It does not wake up in the direction, and it always moves up and down. That is, as shown in FIG. 4, there is a feature that the fine particles 30 on the same wiring as the selected intersection 31 move to the opposite side of the selected intersection 31. If it does not exist on the wiring, no movement occurs.

従って、ある交点aに存在する微粒子を、直近の別の交点bに確実に移動させたい場合には、次のようにする必要がある。即ち、交点bに所定の電圧を印加し、交点bで検出される電流が既定の値となるか否かを確認し、既定の値とならなかった場合には交点aに電圧を印加することにより交点aでの微粒子の上下位置を振り動かし、再び交点bに所定の電圧を印加する、という手順を、交点bで検出される電流が既定の値となるまで繰り返す必要がある。   Therefore, when it is desired to surely move the fine particles existing at a certain intersection point a to another nearest intersection point b, it is necessary to do the following. That is, a predetermined voltage is applied to the intersection point b, whether or not the current detected at the intersection point b becomes a predetermined value, and if not, the voltage is applied to the intersection point a. It is necessary to repeat the procedure of swinging the vertical position of the fine particles at the intersection point a and applying a predetermined voltage again to the intersection point b until the current detected at the intersection point b reaches a predetermined value.

この事情を鑑み、本記憶装置への書き込み方法として、図5に模式的に示される三つの例が用いられる。なお、図5に示されている部分は、図6のメモリセル配列41の一部であり、従来のメモリと同様に、各行配線には行デコーダ42が、各列配線には読み出し回路を含むドライバ43と列デコーダ44が接続されている。さらに、各デコーダ42,44には、アドレスデータの付与とデータ入出力のための上位ブロック45が接続されている。このような構成にすることにより、同一行に含まれる全ての列の情報を、一度に一括して読み出すことが可能となる。   In view of this situation, three examples schematically shown in FIG. 5 are used as a writing method to the storage device. The portion shown in FIG. 5 is a part of the memory cell array 41 of FIG. 6, and similarly to the conventional memory, each row wiring includes a row decoder 42 and each column wiring includes a readout circuit. A driver 43 and a column decoder 44 are connected. Each decoder 42, 44 is connected to a higher level block 45 for giving address data and inputting / outputting data. By adopting such a configuration, it becomes possible to read out information of all columns included in the same row all at once.

図5(a)は、一つの交点で一つのセルを構成し、そこに1ビットの情報を割り当てる方式で、該当交点に存在する微粒子の数が所定の値よりも大きいか小さいかの情報に基づき、該当ビットが“0”であるか“1”であるかを記憶する。微粒子数の大小関係と、ビットの“0”,“1”の対応関係には任意性があり、どちらを選択することも可能であるが、ここでは微粒子数が所定値よりも小さい場合をビット値“0”に、大きい場合をビット値“1”に対応させる。前述のように、交点に存在する微粒子の数と交点に流れる電流には明確な対応があるので、このビット情報の読み出しは、前述の読み出しモードの電圧を印加した状態で、該当交点に流れる電流を所定の基準値と比較することにより行う。   FIG. 5A shows a method in which one cell is formed at one intersection and 1-bit information is assigned thereto, and information on whether the number of particles present at the intersection is larger or smaller than a predetermined value is shown. Based on this, it stores whether the corresponding bit is “0” or “1”. The relationship between the number of particles and the correspondence between the bits “0” and “1” are arbitrary, and either one can be selected. Here, the bit is set when the number of particles is smaller than a predetermined value. The value “0” is associated with the bit value “1” when the value is large. As described above, since there is a clear correspondence between the number of fine particles present at the intersection and the current flowing through the intersection, the bit information is read when the voltage in the above-described reading mode is applied and the current flowing through the intersection. Is compared with a predetermined reference value.

読み出しは、任意の交点を選択する、いわゆるランダム・アクセスが可能であるが、書き込みには、以下のような手法を用いる。メモリセル配列41の最終行の外側に微粒子の貯留所を形成しておき、まず、ここからメモリセルの最終行(第n行)の交点のうち、メモリセルの第1行に書き込む予定のデータ列に対応する交点に所定の電圧を印加して微粒子を取り込む。   For reading, so-called random access in which an arbitrary intersection is selected is possible, but for writing, the following method is used. A reservoir of fine particles is formed outside the last row of the memory cell array 41. First, data to be written to the first row of the memory cells from the intersection of the last row (n-th row) of the memory cells. A predetermined voltage is applied to the intersection corresponding to the column to capture the fine particles.

具体的には、行デコーダ42により最終行(第n行)のみを選択した状態で、第1行にビット値“1”を書き込む予定の列のみ列デコーダ44により選択し、最終行(第n行)に第1行の内容を形成する。次に、列デコーダ44の選択状態を保ったまま、行デコーダ42の操作により、最終行(第n行)の選択をオフとし、第(n−1)行の選択を行う。   Specifically, in a state where only the last row (n-th row) is selected by the row decoder 42, only the column in which the bit value “1” is to be written to the first row is selected by the column decoder 44, and the last row (n-th row) is selected. The contents of the first line are formed in (line). Next, with the selection state of the column decoder 44 maintained, the operation of the row decoder 42 turns off the selection of the last row (n-th row) and the selection of the (n-1) -th row.

前述のように、一度の操作では全ての微粒子が第n行から第(n−1)行へ移動しない場合がある。そこで、このまま各列の電流を検出して第(n−1)行の内容を読み出し、所望の状態になっていない場合には、第(n−1)行の選択をオンのまま第n行の選択もオンとし、1クロック・サイクル以上経過した後に第n行の選択をオフとし、再度第(n−1)行のデータの内容を確認する、という一連の作業を、第(n−1)行の内容が所望の状態となるまで繰り返す。第n行の選択をオンにする際に、第(n−1)行の選択もオンのままとしておくことにより、微粒子が第(n−1)行から第n行へ後戻りすることを防止しつつ、第n行に残された微粒子の上下位置を振り動かすことが可能である。   As described above, all the fine particles may not move from the nth row to the (n−1) th row in one operation. Therefore, the current in each column is detected as it is, and the contents of the (n−1) th row are read. If the desired state is not reached, the selection of the (n−1) th row remains on and the nth row remains on. A series of operations of turning on the selection of the first row, turning off the selection of the nth row after one clock cycle or more and confirming the contents of the data of the (n-1) th row again, ) Repeat until the contents of the line are in the desired state. When the selection of the n-th row is turned on, the selection of the (n-1) -th row is also kept on, thereby preventing the particles from returning from the (n-1) -th row to the n-th row. However, it is possible to swing the vertical position of the fine particles left in the nth row.

引き続き、列デコーダ44の選択状態を保ったまま、同様な行デコーダ42の操作により第(n−1)行の内容を第(n−2)行へ移動させる。   Subsequently, while maintaining the selected state of the column decoder 44, the contents of the (n-1) th row are moved to the (n-2) th row by the similar operation of the row decoder 42.

この操作を順に繰り返すことにより、第1行の内容を所望の状態に設定することができる。同様に、第2行に書き込む予定のデータ列も、第n行から順に移動させることにより第3行まで転送するが、最後に第2行へ移動させる前に、まず第1行の選択をオンとした状態で、第2行の選択をオンにする操作を行う。これにより、第1行に存在する微粒子が第2行へ後戻りすることを防止しつつ、第3行の微粒子を第2行へ移動させることが可能となる。   By repeating this operation in order, the contents of the first row can be set to a desired state. Similarly, the data row to be written in the second row is also transferred to the third row by moving sequentially from the nth row, but first the selection of the first row is turned on before moving to the second row. In this state, an operation to turn on the selection of the second row is performed. As a result, the fine particles in the first row can be moved to the second row while preventing the fine particles in the first row from returning to the second row.

以下、同様に第3行への書き込みを行うが、最後の第4行から第3行に移動させるまでの間、第1行及び第2行の選択をオンのままとしておいてもかまわない。なお、第n行から第4行までの移動の間、第1行及び第2行の選択をオフとする場合には、書き込んであるデータの保護のために両者のオフと再オンは同時に行う必要がある。以下同様に、第4行への書き込み、第5行への書き込み、第n行への書き込み、と実行することにより、メモリセル内の全てのデータを所望の状態に設定することができる。   Hereinafter, similarly, writing to the third row is performed. However, the selection of the first row and the second row may be kept on until the last row is moved from the fourth row to the third row. When the selection of the first row and the second row is turned off during the movement from the nth row to the fourth row, both are turned off and turned on at the same time in order to protect the written data. There is a need. Similarly, all data in the memory cell can be set to a desired state by executing writing to the fourth row, writing to the fifth row, and writing to the nth row.

消去の際には、列デコーダ44で全ての列を選択した状態で、書き込みの際と同様な手順を用いて、第n行の微粒子を全て貯留所に移動し、引き続き、第(n−1)行の微粒子を第n行を経由して貯留所へ移動する。この手順を順次第1行の微粒子まで行うことにより、全ての微粒子をメモリセル配列から取り除き、消去動作が完了する。本方式は、書き込み・消去動作が複雑であるが、集積度が高くなる利点がある。   At the time of erasing, with all the columns selected by the column decoder 44, the same procedure as that at the time of writing is used to move all the particles in the n-th row to the reservoir, and subsequently (n-1) ) Move the fine particles in the row to the reservoir via the nth row. By sequentially performing this procedure up to the first row of fine particles, all fine particles are removed from the memory cell array, and the erase operation is completed. This method has the advantage of high integration, although the write / erase operation is complicated.

図5(b)は、二つの隣接する交点で構成されるセルに1ビットの情報を割り当てる方式で、二つの交点のどちらに多くの微粒子が存在するかに対応して、該当ビットが“0”であるか“1”であるかを記憶する。隣接する交点を上下方向にするか左右方向にするか、或いは上下・左右のどちらに多くの微粒子が存在する場合をビット値“1”に対応させるかについては任意性がある。図示された例では、行方向に並んだ左右の組を用い、右側の交点に存在する微粒子の数が左側よりも多い場合にビット値“1”を対応させ、右側の交点に存在する微粒子の数が左側よりも少ない場合にビット値“0”を対応させている。   FIG. 5B shows a method of assigning 1-bit information to a cell composed of two adjacent intersections, and the corresponding bit is “0” corresponding to which of the two intersections has more fine particles. "Or" 1 "is stored. It is arbitrary whether the adjacent intersection is in the vertical direction or the horizontal direction, or whether the case where many fine particles are present in the vertical and horizontal directions corresponds to the bit value “1”. In the illustrated example, the left and right pairs arranged in the row direction are used, and when the number of particles present at the right intersection is greater than that at the left, a bit value “1” is associated, and the particles present at the right intersection are detected. When the number is smaller than the left side, the bit value “0” is associated.

この方式におけるビット情報の読み出しは、該当する交点を行デコーダ42及び列デコーダ44によって選択し、右側交点を流れる電流から左側交点を流れる電流を引いた値の正負に応じて、ビット値“1”或いは“0”を対応させることにより行う。   In this method, bit information is read out by selecting a corresponding intersection point by the row decoder 42 and the column decoder 44, and according to the sign of the value obtained by subtracting the current flowing through the left intersection from the current flowing through the right intersection. Alternatively, it is performed by making "0" correspond.

具体的には、右側交点を流れる電流を基準抵抗を用いて電圧変換した後に差動増幅器のプラス入力端に入力し、左側交点を流れる電流を基準抵抗を用いて電圧変換した後に差動増幅器のマイナス入力端に入力し、差動増幅器の出力の符号を検出することによって、符号の正負に対応してビット値“1”或いは“0”を対応させる。この読み出し方法は、共通の行アドレス線を流れる電流の差分を用いてビット値の判定を行うため、行アドレス線の抵抗ばらつき等の存在する場合にも高精度に検出が可能であり、マージンの拡大を図ることが可能である。列アドレス線に関しても、高密度の隣接する配線を用いて差分検出を行っているので、大域的な抵抗ばらつきには同等の効果があることが分かる。   Specifically, the current flowing through the right intersection is converted into a voltage using a reference resistor and then input to the positive input terminal of the differential amplifier. After the current flowing through the left intersection is converted into a voltage using the reference resistor, the differential amplifier By inputting to the negative input terminal and detecting the sign of the output of the differential amplifier, the bit value “1” or “0” is made to correspond to the sign of the sign. In this reading method, since the bit value is determined using the difference in current flowing in the common row address line, even when there is a variation in resistance of the row address line, it can be detected with high accuracy, and the margin can be reduced. It is possible to expand. As for the column address line, since the difference detection is performed using the high-density adjacent wiring, it can be understood that the global resistance variation has the same effect.

従来のように、セル毎に駆動MOSFETを設ける記憶装置では、MOSFETの閾値制御が必要なため、線幅の10%以下、望ましくは5%以下の線幅ばらつきに抑える必要があった。これに対し本実施形態を用いることにより、そのような厳しい線幅制御を必要とせず、容易にセルを構成することが可能となる。   Conventionally, in a memory device in which a driving MOSFET is provided for each cell, it is necessary to control the threshold value of the MOSFET. Therefore, it is necessary to suppress the line width variation to 10% or less, preferably 5% or less of the line width. On the other hand, by using the present embodiment, it is possible to easily configure a cell without requiring such strict line width control.

書き込みは、“1”を書き込む場合には、まず該当セルの右側交点を行デコーダ42及び列デコーダ44を用いて選択し所定の電圧を所定の時間印加する。前述のように、一度の操作では微粒子が移動しない場合があるので、この状態で読み出し操作、即ち右側交点と左側交点を列デコーダ44により選択し、両者を流れる電流の比較を行う。所望の状態となっていない場合には、再び右側交点を行デコーダ42及び列デコーダ44を用いて選択して所定の電圧を所定の時間印加し、再度該当セルのデータの内容を確認する、という一連の動作を所望の状態となるまで繰り返す。   When writing "1", first, the right intersection of the corresponding cell is selected using the row decoder 42 and the column decoder 44, and a predetermined voltage is applied for a predetermined time. As described above, since the fine particles may not move in one operation, the read operation in this state, that is, the right intersection and the left intersection are selected by the column decoder 44, and the currents flowing through them are compared. If the desired state is not reached, the right intersection is selected again by using the row decoder 42 and the column decoder 44, a predetermined voltage is applied for a predetermined time, and the data contents of the corresponding cell are confirmed again. A series of operations is repeated until a desired state is achieved.

或いは、該当セルの右側交点を行デコーダ42及び列デコーダ44を用いて選択し所定の電圧を所定の時間印加し、このまま左側交点を追加選択して該当両交点の電流を検出し、該当セルの内容を読み出す。そして、読み出し結果が所望の状態になっていない場合には、右側交点の選択をオンのまま左側交点の選択をオフとし、1クロック・サイクル以上経過した後に左側交点の選択をオンとし、再度該当セルのデータの内容を確認する、という一連の作業を所望の状態となるまで繰り返す。   Alternatively, the right intersection of the corresponding cell is selected using the row decoder 42 and the column decoder 44, a predetermined voltage is applied for a predetermined time, the left intersection is additionally selected as it is, and the current at the corresponding intersection is detected. Read the contents. If the read result is not in the desired state, the selection of the left intersection is turned off while the selection of the right intersection is turned on, the selection of the left intersection is turned on after one clock cycle or more has passed, and the corresponding is applied again. A series of operations of confirming the contents of cell data is repeated until a desired state is achieved.

この方法では、デコーダ42,44による選択と非選択の切り替え回数を節減することが可能となる。“0”を書き込む場合には、“1”を書き込む場合と左右を入れ替えてやればよく、まず該当セルの左側交点を行デコーダ42及び列デコーダ44を用いて選択し所定の電圧を所定の時間印加する。前述のように、一度の操作では微粒子が移動しない場合があるので、この状態で読み出し操作、即ち左側交点と右側交点を列デコーダ44により選択し、両者を流れる電流の比較を行う。所望の状態となっていない場合には、再び左側交点を行デコーダ42及び列デコーダ44を用いて選択して所定の電圧を所定の時間印加し、再度該当セルのデータの内容を確認する、という一連の動作を所望の状態となるまで繰り返す。   In this method, the number of switching between selection and non-selection by the decoders 42 and 44 can be reduced. When writing “0”, the left and right may be interchanged with those when writing “1”. First, the left intersection of the corresponding cell is selected using the row decoder 42 and the column decoder 44, and a predetermined voltage is selected for a predetermined time. Apply. As described above, since the fine particles may not move in one operation, the read operation, that is, the left intersection and the right intersection are selected by the column decoder 44 in this state, and the currents flowing through them are compared. If the desired state is not reached, the left intersection is selected again using the row decoder 42 and the column decoder 44, a predetermined voltage is applied for a predetermined time, and the data content of the corresponding cell is confirmed again. A series of operations is repeated until a desired state is achieved.

或いは、デコーダ42,44による選択と非選択の切り替え回数を節減する場合には、該当セルの左側交点を行デコーダ42及び列デコーダ44を用いて選択し所定の電圧を所定の時間印加し、このまま右側交点を追加選択して該当両交点の電流を検出し、該当セルの内容を読み出す。そして、読み出し結果が所望の状態になっていない場合には、左側交点の選択をオンのまま右側交点の選択をオフとし、1クロック・サイクル以上経過した後に右側交点の選択をオンとし、再度該当セルのデータの内容を確認する、という一連の作業を所望の状態となるまで繰り返す。   Alternatively, in order to save the number of switching between selection and non-selection by the decoders 42 and 44, the left intersection of the corresponding cell is selected by using the row decoder 42 and the column decoder 44, and a predetermined voltage is applied for a predetermined time, The right intersection is additionally selected to detect the current at both intersections, and the contents of the corresponding cell are read. If the read result is not in the desired state, the selection of the right intersection is turned off while the selection of the left intersection is turned on, and the selection of the right intersection is turned on after one clock cycle or more has passed. A series of operations of confirming the contents of cell data is repeated until a desired state is achieved.

先の例と異なり、書き込みに関してもランダム・アクセスが可能であることが本方式の特徴の一つとなる。なお、図示された例では一つのセル内で1個の微粒子を左右でやり取りする形が描かれているが、一つのセルで2個以上の複数の微粒子を保持し、その中の少なくとも1個以上をやり取りすることによっても書き込みは可能である。これは、読み出しの原理上、左右の交点の微粒子数の大小関係が入れ替われば、ビット値が反転することによるものである。一例をあげると、セル内に3個の微粒子が存在する場合、1個の微粒子のやり取りによって、左右の交点の微粒子数が2対1の場合と1対2の状態を形成することが可能となり、それぞれビット値“0”と“1”に対応していることが分かる。   Unlike the previous example, one of the features of this method is that random access is possible for writing. In the illustrated example, one particle is exchanged between the left and right in one cell, but two or more particles are held in one cell, and at least one of them is held. Writing is also possible by exchanging the above. This is due to the fact that the bit value is inverted if the magnitude relationship between the number of fine particles at the left and right intersections is switched on the principle of reading. As an example, if there are three fine particles in a cell, it is possible to form a one-to-two state by the exchange of one fine particle when the number of fine particles at the left and right intersections is two to one. It can be seen that the bit values correspond to “0” and “1”, respectively.

図5(c)は、四つの交点で構成されるセルに1ビットの情報を割り当てる方式で、四つの交点を、右上がりの対角線の2個の交点(B,C)と、右下がりの対角線の2個の交点(A,D)の、二つの組に分けて、どちらの組に多くの微粒子が存在するかに対応して、該当ビットが“0”であるか“1”であるかを記憶する。どちらの組に多くの微粒子が存在する場合をビット値“1”に対応させるかについては任意性がある。図示された例では、右上がりの対角線の組に存在する微粒子の数が右下がりの対角線の組よりも多い場合にビット値“1”を対応させ、右上がりの対角線の組に存在する微粒子の数が右下がりの対角線の組よりも少ない場合にビット値“0”を対応させている。   FIG. 5C shows a method of assigning 1-bit information to a cell composed of four intersections. The four intersections are two intersections (B, C) of a diagonal line that rises to the right, and a diagonal line that descends to the right. Whether the corresponding bit is “0” or “1” according to which group has a lot of fine particles in two groups of two intersections (A, D) Remember. There is an arbitrary choice as to which group has a large number of fine particles to correspond to the bit value “1”. In the example shown in the figure, when the number of particles present in the right-upward diagonal line pair is larger than that in the right-down diagonal line group, the bit value “1” is made to correspond, A bit value “0” is associated when the number is less than the pair of diagonal lines that descend to the right.

このビット情報の読み出しは、該当する四つの交点を行デコーダ42及び列デコーダ44によって選択し、右上がりの対角線の組を流れる電流の和から右下がりの対角線の組を流れる電流の和を引いた値の正負に応じて、ビット値“1”或いは“0”を対応させることにより行う。   The bit information is read by selecting the corresponding four intersections by the row decoder 42 and the column decoder 44, and subtracting the sum of the current flowing through the right-down diagonal pair from the sum of the current flowing through the right-up diagonal pair. The bit value “1” or “0” is made to correspond according to the sign of the value.

具体的には、交点Bを流れる電流を基準抵抗を用いて電圧変換した後に差動増幅器のプラス入力端に入力し、交点Aを流れる電流を基準抵抗を用いて電圧変換した後に差動増幅器のマイナス入力端に入力する。そして、差動増幅器の出力を検出することによって交点Bに存在する微粒子数から交点Aに存在する微粒子数を引いた値を得て、この値(交点B−交点A)をドライバ内に一時的に保管する。次に、交点Dを流れる電流を基準抵抗を用いて電圧変換した後に差動増幅器のプラス入力端に入力し、交点Cを流れる電流を基準抵抗を用いて電圧変換した後に差動増幅器のマイナス入力端に入力する。そして、差動増幅器の出力を検出することによって、交点Dに存在する微粒子数から交点Cに存在する微粒子数を引いた値(交点D−交点C)を得る。   Specifically, the current flowing through the intersection B is converted into a voltage using a reference resistor and then input to the positive input terminal of the differential amplifier. After the current flowing through the intersection A is converted into a voltage using the reference resistor, the differential amplifier Input to the negative input terminal. Then, by detecting the output of the differential amplifier, a value obtained by subtracting the number of particles present at the intersection A from the number of particles present at the intersection B is obtained, and this value (intersection B−intersection A) is temporarily stored in the driver. Keep in. Next, the current flowing through the intersection D is converted into a voltage using a reference resistor and then input to the positive input terminal of the differential amplifier. The current flowing through the intersection C is converted into a voltage using the reference resistor and then the negative input of the differential amplifier. Enter at the end. Then, by detecting the output of the differential amplifier, a value obtained by subtracting the number of particles present at the intersection C from the number of particles present at the intersection D (intersection D−intersection C) is obtained.

その後、先にドライバ内に一時保管した(交点B−交点A)の値から、(交点D−交点C)の値を引くことにより、(交点B+交点C−交点A−交点D)の値を得る。この値の符号の正負に対応してビット値“1”或いは“0”を対応させる。   Thereafter, the value of (intersection B + intersection C−intersection A−intersection D) is obtained by subtracting the value of (intersection D−intersection C) from the value of (intersection B−intersection A) temporarily stored in the driver. obtain. The bit value “1” or “0” is made to correspond to the sign of this value.

この読み出し方法は、共通の行及び列アドレス線を流れる電流の差分を用いてビット値の判定を行うため、行及び列アドレス線の抵抗ばらつき等の存在する場合にも高精度に検出が可能であり、マージンの拡大を図ることが可能である。従来のように、セル毎に駆動MOSFETを設ける記憶装置では、MOSFETの閾値制御が必要なため、線幅の10%以下、望ましくは5%以下の線幅ばらつきに抑える必要があった。これに対し本実施形態を用いることにより、そのような厳しい線幅制御を必要とせず、容易にセルを構成することが可能となる。   In this reading method, the bit value is determined by using the difference between the currents flowing through the common row and column address lines. Therefore, even when there is a variation in resistance between the row and column address lines, it can be detected with high accuracy. Yes, it is possible to increase the margin. Conventionally, in a memory device in which a driving MOSFET is provided for each cell, it is necessary to control the threshold value of the MOSFET. Therefore, it is necessary to suppress the line width variation to 10% or less, preferably 5% or less of the line width. On the other hand, by using the present embodiment, it is possible to easily configure a cell without requiring such strict line width control.

書き込みは、“1”を書き込む場合には、該当セルの交点B及び交点Cを行デコーダ42及び列デコーダ44を用いて順次選択し所定の電圧を印加する。先の例と異なり、交点Bへの一度の電圧印加と交点Cへの一度の電圧印加により、書き込み動作は完了する。これは前述の通り、行アドレス線上の微粒子は行アドレス線に沿った方向に、列アドレス線上の微粒子は列アドレス線に沿った方向に移動するためである。例えば、交点Aに存在している微粒子は、交点Bと交点Cの二方向から微粒子を引き寄せることにより、行アドレス線上に存在している場合でも列アドレス線上に存在している場合でも、移動することが可能なためである。   When writing “1”, the intersection B and intersection C of the corresponding cell are sequentially selected using the row decoder 42 and the column decoder 44 and a predetermined voltage is applied. Unlike the previous example, the write operation is completed by one voltage application to the intersection B and one voltage application to the intersection C. This is because the fine particles on the row address line move in the direction along the row address line, and the fine particles on the column address line move in the direction along the column address line, as described above. For example, the fine particles present at the intersection A move by pulling the fine particles from the two directions of the intersection B and the intersection C, regardless of whether they are present on the row address line or on the column address line. Because it is possible.

なお、記憶の信頼性を増すために、書き込み直後に読み出し操作を行い、書き込んだ情報が正しく記憶されていることを確かめてもかまわない。同様に、“0”を書き込む場合には、該当セルの交点A及び交点Dを行デコーダ42及び列デコーダ44を用いて順次選択し所定の電圧を印加すればよく、交点Aへの一度の電圧印加と交点Dへの一度の電圧印加により、書き込み動作は完了する。   In order to increase the reliability of storage, a read operation may be performed immediately after writing to confirm that the written information is stored correctly. Similarly, when “0” is written, the intersection A and intersection D of the corresponding cell may be sequentially selected using the row decoder 42 and the column decoder 44, and a predetermined voltage may be applied. The writing operation is completed by the application and the voltage application to the intersection D once.

このように、本方式では書き込み動作を簡単に短時間で行うことのできる利点がある。また、本方式においても、読み出し・書き込み共にランダム・アクセスが可能であることが特徴の一つとなる。なお、図示された例では一つのセル内で2個の微粒子を異なる対角線の組でやり取りする形が描かれているが、一つのセルで1個或いは3個以上の複数の微粒子を保持し、その中の少なくとも1個以上をやり取りすることによっても書き込みは可能である。これは、先の例と同様に、読み出しの原理上、異なる対角線上の交点の組に存在する微粒子数の大小関係が入れ替われば、ビット値が反転することによるものである。   As described above, this method has an advantage that the write operation can be easily performed in a short time. In addition, one of the features of this system is that random access is possible for both reading and writing. In the illustrated example, a shape in which two fine particles are exchanged with different diagonal pairs in one cell is drawn, but one or more than three fine particles are held in one cell, Writing is also possible by exchanging at least one of them. As in the previous example, this is due to the bit value being inverted when the magnitude relationship between the numbers of particles present at different pairs of intersections on different diagonals is switched on the principle of reading.

これまでに説明したように、本実施形態では、情報の読み書きには電荷を用いているが、記憶には蓄積された電荷ではなく微粒子の存在位置を用いているため、記憶内容が自然放射線の影響を受けにくい特徴がある。さらに、微粒子の大きさが前述の例のように10nmのオーダーなので、微粒子に働く重力は高々10-18 N程度に過ぎず、微粒子に働く重力や外部衝撃に起因する微粒子の運動は無視することが可能であり、当然のことではあるが、磁性も利用していないので、磁場の影響を受けることもなく、外乱の影響を極めて受けにくい記憶装置となる。 As described so far, in this embodiment, charges are used for reading and writing information, but the stored contents are not the accumulated charges but the positions of the fine particles. There are characteristics that are not easily affected. Furthermore, since the size of the fine particles is on the order of 10 nm as in the above example, the gravitational force acting on the fine particles is only about 10 -18 N, and the movement of the fine particles due to the gravitational force acting on the fine particles and external impact should be ignored. As a matter of course, since magnetism is not used, the memory device is not affected by a magnetic field and is hardly affected by a disturbance.

(第2の実施形態)
図7は、本発明の第2の実施形態に係わる記憶装置の全体構成を示す斜視図である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing the overall configuration of the storage device according to the second embodiment of the present invention.

通常のSi基板51上に、通常用いられるプロセスにより配線層を含むCMOS回路52が構成され、この上に複数のメモリセル部54を含む層53が形成されている。図7の個々のメモリセル部54が前記図6のメモリセル配列41に対応し、また、図6のドライバ・デコーダ及び上位ブロックを含む、通常のメモリにおいて周辺回路と呼ばれている部分が図7のCMOS回路52に含まれている。   A CMOS circuit 52 including a wiring layer is formed on a normal Si substrate 51 by a commonly used process, and a layer 53 including a plurality of memory cell portions 54 is formed thereon. 7 corresponds to the memory cell array 41 of FIG. 6, and a portion called a peripheral circuit in a normal memory including the driver / decoder and the upper block of FIG. 6 is shown. 7 CMOS circuit 52.

なお、CMOS回路52は、メモリセル部54との接続部を除き、メモリセル部54の配線よりも緩い、90nmデザインルールで設計製作を行った。1個のメモリセル部54は約11μm角の領域を占有し、256×256の交点を含む。各メモリセル部54の周囲にCMOS回路52との電気的接続部を有し、これらのメモリセル部54と周辺の接続部を単位としたブロックが、マトリックス状に配置されている。さらに、メモリセル部54を含む層53にはスルーホールが形成され、CMOS回路52の入出力部と電気的な結合を有する端子から構成される、装置の入出力部55が、図7に示すように、メモリセル部54を含む層53の端部に形成されている。   The CMOS circuit 52 was designed and manufactured according to the 90 nm design rule, which is looser than the wiring of the memory cell portion 54 except for the connection portion with the memory cell portion 54. One memory cell portion occupies an area of about 11 μm square and includes 256 × 256 intersections. Each memory cell portion 54 has an electrical connection portion with the CMOS circuit 52 around the memory cell portion 54, and blocks each having the memory cell portion 54 and the peripheral connection portion as a unit are arranged in a matrix. Further, an input / output unit 55 of the device, which includes a through hole formed in the layer 53 including the memory cell unit 54 and is electrically coupled to the input / output unit of the CMOS circuit 52, is shown in FIG. Thus, it is formed at the end of the layer 53 including the memory cell portion 54.

このような構成により、CMOS回路52の保護膜に相当する部分をメモリセル部54に形成される絶縁膜で兼用することが可能となり、一方、メモリセル部54とCMOS回路52が垂直方向に結合するため、チップ面積の増大を伴わずに動作時間の短縮や同時に読み書きできるセル数の大幅な増加が可能となる。なお、装置の入出力部55は、通常の半導体装置と同様にパッケージ工程においてリードフレームにボンディングされる。   With such a configuration, a portion corresponding to the protective film of the CMOS circuit 52 can be used as an insulating film formed in the memory cell portion 54, while the memory cell portion 54 and the CMOS circuit 52 are coupled in the vertical direction. Therefore, it is possible to shorten the operation time and increase the number of cells that can be read / written simultaneously without increasing the chip area. The input / output unit 55 of the device is bonded to the lead frame in the packaging process in the same manner as a normal semiconductor device.

また、前述のように1個のメモリセル部54には256×256の交点が存在するので、四つの交点で構成されるセルに1ビットの情報を割り当てる場合には、128×128=16384ビットの情報を割り当てることが可能である。しかし、メモリの信頼度を向上させるために、この一部に誤り訂正符号ビットを割り当てて用いることもある。例えば、外部との入出力データ8ビットにつき1ビットの誤り訂正符合ビットを割り当てると、同じ配列には約14336〜14563ビットの正味の情報を割り当てることになる。これにより、同一配列に収納することのできる情報量は減少するが、メモリの信頼性を大幅に向上することが可能となる。   As described above, since there are 256 × 256 intersections in one memory cell unit 54, 128 × 128 = 16384 bits are assigned when 1-bit information is allocated to a cell composed of four intersections. It is possible to assign information. However, in order to improve the reliability of the memory, an error correction code bit may be assigned to a part of the memory and used. For example, if 1 error correction code bit is assigned to 8 bits of external input / output data, net information of about 14336 to 14563 bits is assigned to the same array. As a result, the amount of information that can be stored in the same array is reduced, but the reliability of the memory can be greatly improved.

誤り訂正符合は、メモリセル部54内の同一行内に配置する場合や、同一のメモリセル部54内に配置する場合、或いはデータも含めて複数のメモリセル部54に分散して配置する場合が可能であり、CMOS回路52により、いずれの配置を行うかを決めることができる。高速のデータ読み書きのためには、メモリセル部54内の同一行内に配置することが望ましく、データの冗長性を増すためには、できる限り広い範囲にデータが分散していることが望ましいので、複数のメモリセル部54に分散して配置する方が有利である。同一のメモリセル部54内に配置する場合は、両者の中間的な特性となる。   The error correction codes may be arranged in the same row in the memory cell unit 54, arranged in the same memory cell unit 54, or distributed in a plurality of memory cell units 54 including data. It is possible, and the CMOS circuit 52 can determine which arrangement is performed. In order to read and write data at high speed, it is desirable to arrange them in the same row in the memory cell unit 54, and in order to increase the redundancy of data, it is desirable that the data is distributed as wide as possible. It is advantageous to disperse the memory cell units 54. When arranged in the same memory cell portion 54, the characteristics are intermediate between the two.

さらに、通常のメモリと同様に、製造時の欠陥を救済するリダンダンシ回路に対応して、メモリセル部54内に予備の行配線と列配線を備えておくことにより、製造歩留まりを向上させることが可能である。本実施形態では、1個のメモリセル部54の大きさが約11μm角と小さいので、メモリセル部54の予備を設けておくことにより、256×256の交点を含むブロックを一括して回路的に入れ替えて、欠陥を救済する方法も可能である。   Further, as in the case of a normal memory, the manufacturing yield can be improved by providing spare row wiring and column wiring in the memory cell portion 54 corresponding to a redundancy circuit that relieves defects during manufacturing. Is possible. In the present embodiment, since the size of one memory cell portion 54 is as small as about 11 μm square, by providing a spare memory cell portion 54, blocks including intersections of 256 × 256 are integrated into a circuit. It is also possible to relieve the defects by replacing them with.

そして、救済回路とは別に、メモリセル部54の周辺部に記憶領域として使用しない行配線或いは列配線、或いは行配線と列配線の両方を配置しておくことにより、メモリセル部54の内部で微粒子の過不足が発生した場合に、微粒子を供給或いは保管しておく領域を確保することが可能となる。この領域は、行デコーダ,列デコーダ,ドライバ等の回路は、記憶領域として用いる部分と同様に接続されており、外見上の差異は無い。機能の差を与えているのはCMOS回路52の上位ブロックであり、具体的には次のような初期化手順で利用される。   Separately from the relief circuit, the row wiring or the column wiring that is not used as the storage area, or both the row wiring and the column wiring are arranged in the peripheral portion of the memory cell section 54, so that the inside of the memory cell section 54 is provided. When excess or deficiency of fine particles occurs, it is possible to secure an area for supplying or storing fine particles. In this area, circuits such as a row decoder, a column decoder, and a driver are connected in the same way as a portion used as a storage area, and there is no difference in appearance. The difference in function is given to the upper block of the CMOS circuit 52. Specifically, it is used in the following initialization procedure.

まず、メモリセル部54内の各交点に順次所定の電圧を印加して流れる電流を測定し、各交点に存在する微粒子の数を測定する。次に、記憶領域として用いる部分に微粒子の数の過不足があった場合には、隣接する交点に順次微粒子を動かすことにより、過不足を解消する。この際、記憶領域全体で不足がある場合には、記憶領域外の保管領域から微粒子を供給する。逆に、記憶領域全体で微粒子が過剰の場合には、記憶領域外の保管領域に微粒子を収納する。最後に、記憶領域の交点に存在する微粒子の数を再測定し、所定の微粒子数となっていることを確認する。   First, a predetermined voltage is sequentially applied to each intersection in the memory cell portion 54 to measure the flowing current, and the number of fine particles present at each intersection is measured. Next, when there is an excess or deficiency in the number of fine particles in a portion used as a storage area, the deficiency is eliminated by moving the fine particles sequentially to adjacent intersections. At this time, if there is a shortage in the entire storage area, fine particles are supplied from a storage area outside the storage area. On the contrary, when there are excessive particles in the entire storage area, the particles are stored in a storage area outside the storage area. Finally, the number of fine particles present at the intersection of the storage areas is measured again to confirm that the predetermined number of fine particles has been reached.

(第3の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態に係わる微粒子配布装置を示す概略構成図である。この装置は、本発明の記憶装置の製造方法に用いられるものである。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a fine particle distribution apparatus according to the third embodiment of the present invention. This device is used in the method for manufacturing a storage device of the present invention.

図中の81は微粒子を分散させた溶媒を吐出するための中空針状電極であり、基端側は後述する配管に接続され、先端側の供給口より溶液を吐出するようになっている。さらに針状電極81の先端側の供給口には、電界を印加可能となっている。   In the figure, reference numeral 81 denotes a hollow needle electrode for discharging a solvent in which fine particles are dispersed, and the base end side is connected to a pipe described later, and the solution is discharged from a supply port on the front end side. Furthermore, an electric field can be applied to the supply port on the distal end side of the needle electrode 81.

82は針状電極81の先端側の供給口に電場を形成するための引き出し電極、83は第1の実施形態で説明した第1の基板10に相当する基板、84は針状電極81と引き出し電極82、更には基板83との間に電界を印加するための電圧制御部、85は溶液吐出ポンプ、86は基板83を載置した基板ステージ、87,88は配管、89は原料容器である。   82 is an extraction electrode for forming an electric field at the supply port on the distal end side of the needle electrode 81, 83 is a substrate corresponding to the first substrate 10 described in the first embodiment, and 84 is an extraction electrode with the needle electrode 81. A voltage control unit for applying an electric field between the electrode 82 and the substrate 83, 85 a solution discharge pump, 86 a substrate stage on which the substrate 83 is placed, 87 and 88 are pipes, and 89 is a raw material container. .

ここで、電圧制御部84は、針状電極81の先端側の供給口から吐出させる液滴に電界を印加して、該液滴を帯電させるものである。この帯電のための電界の強さは、液滴が基板に到達する以前に、該液滴の表面張力よりも帯電による反発力の方が大きくなるように調整されている。   Here, the voltage control unit 84 applies an electric field to the droplets discharged from the supply port on the distal end side of the needle electrode 81 to charge the droplets. The strength of the electric field for charging is adjusted so that the repulsive force due to charging is larger than the surface tension of the droplet before the droplet reaches the substrate.

微粒子は溶媒に分散された状態で、供給口となる中空針状電極81に供給され、引き出し電極82との間の電場により、微小液滴となって放出され、基板83の方向に進む。微小液滴では、表面積と体積の比が大きいため、表面から急速に溶媒分子が蒸発する。さらに、上記のように電場により放出された微小液滴は表面に大量の電荷を帯びているため、電荷間に働く斥力が非常に大きくなり、やがて液滴の表面張力を上回る。すると、液滴は幾つかの小滴に分裂し、さらに溶媒分子の蒸発が進む。そして、この過程が繰り返される結果、液滴は一気に細分化され微粒子に電荷が移った状態になる。従って、基板83に到達する前に、微粒子は電荷を帯びて個々に独立した状態となり、電荷間の斥力のための再結合することなく、分散したまま基板83上に飛来する。   The fine particles are dispersed in a solvent and supplied to the hollow needle-like electrode 81 serving as a supply port. The fine particles are discharged as an electric field between the extraction electrode 82 and proceed toward the substrate 83. In the micro droplet, since the ratio of the surface area to the volume is large, the solvent molecules are rapidly evaporated from the surface. Furthermore, as described above, since the micro droplet discharged by the electric field has a large amount of charge on the surface, the repulsive force acting between the charges becomes very large and eventually exceeds the surface tension of the droplet. Then, the droplet breaks up into several droplets, and further evaporation of the solvent molecules proceeds. Then, as a result of repeating this process, the droplets are subdivided at once and the electric charge is transferred to the fine particles. Therefore, before reaching the substrate 83, the fine particles are charged and become individually independent, and fly on the substrate 83 while being dispersed without recombination due to repulsive force between charges.

これに対し、電場を利用せず、単に微粒子を分散させた溶媒液滴を基板83上に滴下した場合には、基板上で溶媒分子の蒸発が起こるが、液滴の表面張力が優勢となるため、液滴の大きさが小さくなることに伴って、微粒子間の間隔も狭くなる。そして、溶媒が完全に蒸発した後には、微粒子は凝集した固まりとなって残る。この凝集した微粒子は、電極形成後に、電極に順次電圧を印加することにより、端から分離して整列させ、初期化を行うことにより、記憶装置として使用可能となる。しかし、前述の方法によれば、この工程を大幅に簡略化することが可能となる。   On the other hand, when a solvent droplet in which fine particles are simply dispersed is dropped on the substrate 83 without using an electric field, solvent molecules evaporate on the substrate, but the surface tension of the droplet becomes dominant. Therefore, as the size of the droplet is reduced, the interval between the fine particles is also reduced. Then, after the solvent is completely evaporated, the fine particles remain in an agglomerated mass. The agglomerated fine particles can be used as a storage device by forming an electrode, sequentially applying a voltage to the electrode, separating and aligning from the end, and performing initialization. However, according to the method described above, this process can be greatly simplified.

図8に示すように、中空針電極81と引き出し電極82の間に印加する電界は、電圧制御部84から出力される電圧により制御される。なお、電圧制御部84は、引き出し電極82と基板83の間の電圧も制御することが可能であり、基板83上に飛来する微粒子の運動エネルギーを調整することができる。さらに、電圧制御部84は、溶液吐出ポンプ85及び基板ステージ86と連動して制御が可能であり、基板ステージ86により基板83上の所望の位置が微粒子の飛来する地点となった際に、電圧を増加させて微粒子の散布を行う。また、溶液吐出ポンプ85は、微粒子の散布量に合わせて吐出量を調整することができるようになっている。   As shown in FIG. 8, the electric field applied between the hollow needle electrode 81 and the extraction electrode 82 is controlled by the voltage output from the voltage control unit 84. Note that the voltage controller 84 can also control the voltage between the extraction electrode 82 and the substrate 83, and can adjust the kinetic energy of the fine particles flying on the substrate 83. Further, the voltage control unit 84 can be controlled in conjunction with the solution discharge pump 85 and the substrate stage 86, and when the desired position on the substrate 83 becomes a point where fine particles fly by the substrate stage 86, the voltage is controlled. To increase the particle size. Further, the solution discharge pump 85 can adjust the discharge amount in accordance with the spraying amount of the fine particles.

針状電極81と溶液吐出ポンプ85を接続する配管87には、針状電極81に印加される電圧から、他の部分を隔離するために、高絶縁性の合成樹脂である弗素樹脂を用いている。そして、微粒子を分散された溶媒を貯留しておく原料容器89と溶液吐出ポンプ85を接続する配管88にも、配管87と同じ材質である弗素樹脂が用いられている。これは、弗素樹脂が低発塵性にも優れており、本実施形態のような記憶装置の製造プロセス適合性が良いためである。   The pipe 87 connecting the needle electrode 81 and the solution discharge pump 85 is made of a fluorine resin, which is a highly insulating synthetic resin, in order to isolate other portions from the voltage applied to the needle electrode 81. Yes. A fluorine resin that is the same material as the pipe 87 is also used for the pipe 88 that connects the raw material container 89 for storing the solvent in which the fine particles are dispersed and the solution discharge pump 85. This is because the fluorine resin is also excellent in low dust generation, and the manufacturing process suitability of the storage device as in this embodiment is good.

なお、生産性の向上のために、中空針状電極81及び引き出し電極82は複数備えられ、線状或いは2次元配列状に構成することが可能である。この場合、電圧制御部85が複数の出力を備えて個々の電極対の電圧を制御することにより、各電極対の制御性を良くする手法と、電圧制御部85が一つの出力のみを備えて全ての電極対の電圧を一括して制御することにより、装置コストの節減を図る手法の両方が可能である。   In order to improve productivity, a plurality of hollow needle-like electrodes 81 and lead-out electrodes 82 are provided and can be configured in a linear or two-dimensional array. In this case, the voltage control unit 85 has a plurality of outputs to control the voltage of each electrode pair, thereby improving the controllability of each electrode pair, and the voltage control unit 85 has only one output. By controlling the voltages of all the electrode pairs at once, both methods for reducing the apparatus cost are possible.

図9は、帯電した微粒子が基板上に飛来する様子を拡大して模式的に示した説明図である。基板は、下から順に、下地基板としてのSi基板91、膜厚100nmのSiO2 膜93、膜厚20nmのSi3 4 膜94、膜厚30nmのSiO2 膜95、膜厚20nmのSi3 4 膜97、膜厚40nmのSiO2 膜98が形成されており、SiO2 膜95にはアルミニウムの配線パターン96が形成されている。 FIG. 9 is an explanatory view schematically showing an enlarged view of the charged fine particles flying on the substrate. In order from the bottom, the substrate is a Si substrate 91 as a base substrate, a SiO 2 film 93 having a thickness of 100 nm, a Si 3 N 4 film 94 having a thickness of 20 nm, a SiO 2 film 95 having a thickness of 30 nm, and a Si 3 having a thickness of 20 nm. An N 4 film 97 and a 40 nm thick SiO 2 film 98 are formed. An aluminum wiring pattern 96 is formed on the SiO 2 film 95.

図9の左側に示すように、この基板に、負に帯電した微粒子99が近づくと、絶縁体であるSiO2 膜やSi3 4 膜よりも、導体であるアルミニウム表面により多くの正の分極電荷が現れる。このため、微粒子99は配線パターン96上に引き寄せられ、自動的に所望の位置である配線上に、凝集することなく配置される。微粒子99の散布量は、予め電圧印加時間との関係を測定しておき、所望の散布量となるように、電圧印加時間を制御することにより行う。 As shown on the left side of FIG. 9, when negatively charged fine particles 99 approach this substrate, more positive polarization occurs on the aluminum surface as a conductor than the SiO 2 film or Si 3 N 4 film as an insulator. Charge appears. For this reason, the fine particles 99 are attracted onto the wiring pattern 96 and automatically arranged on the wiring at a desired position without aggregation. The application amount of the fine particles 99 is determined by measuring the relationship with the voltage application time in advance and controlling the voltage application time so that the desired application amount is obtained.

ここで、微粒子99が過剰に散布された状況を、図9の右側に示す。微粒子99は負の電荷を持ち込むので、配線パターン96上に配置されると配線全体が負に帯電し、微粒子99が蓄積するに従い、やがて、分極による正電荷からの引力を打ち消す大きさの斥力が発生するようになる。このため、過剰に供給された微粒子99は、配線以外の場所に配置されるようになるが、このような微粒子99は、そのままでは記憶装置として利用することができない無駄な微粒子99となってしまう。これを防ぐためには、自然放電或いはイオナイザーによる強制放電により、荷電状態の中性化後に追加散布を行う必要がある。しかし、この過程は、以下のように、別の形で微粒子99の塗布に利用することが可能である。   Here, the situation in which the fine particles 99 are excessively dispersed is shown on the right side of FIG. Since the fine particles 99 bring in negative charges, when the fine particles 99 are arranged on the wiring pattern 96, the entire wiring is negatively charged. As the fine particles 99 accumulate, there is a repulsive force of a magnitude that cancels the attractive force from the positive charges due to polarization. To occur. For this reason, the excessively supplied fine particles 99 are disposed at a place other than the wiring, but such fine particles 99 become useless fine particles 99 that cannot be used as a storage device as they are. . In order to prevent this, it is necessary to perform additional spraying after neutralization of the charged state by natural discharge or forced discharge by an ionizer. However, this process can be used to apply the fine particles 99 in another form as follows.

まず、微粒子99を含まない溶媒のみを、図8に示す機構において中空針状電極81と引き出し電極82との間の電圧極性を反転して供給する。このとき、正に帯電した溶媒液滴が放出され、表面から順次蒸発することにより、微粒子99を含む場合と同様に、液滴は幾つかの小滴に分裂し、さらに溶媒分子の蒸発が進むため、液滴は一気に細分化される。しかし、微粒子99を含まないので、最後の溶媒分子が蒸発する際に、電荷を引き渡すことができず、溶媒分子自体が正にイオン化した形で、基板83に到達する。この際、図9とは正負が反転した形になるが、電極表面に現れる分極電荷により、正イオンは電極上に引き寄せられ、電極が正に帯電する。   First, only the solvent that does not contain the fine particles 99 is supplied by inverting the voltage polarity between the hollow needle electrode 81 and the extraction electrode 82 in the mechanism shown in FIG. At this time, positively charged solvent droplets are released and sequentially evaporated from the surface, so that the droplets are divided into several small droplets as in the case of including the fine particles 99, and further evaporation of the solvent molecules proceeds. Therefore, the droplet is subdivided at once. However, since the fine particles 99 are not included, when the last solvent molecule evaporates, charges cannot be delivered, and the solvent molecule itself reaches the substrate 83 in a positively ionized form. At this time, the polarity is reversed from that of FIG. 9, but positive ions are attracted onto the electrode by the polarization charge appearing on the electrode surface, and the electrode is positively charged.

この状態で、図8に示す機構を用いて、前述のように、負に帯電した微粒子99を散布すると、分極電荷に加えて、電極が正に帯電しているため、微粒子99と電極表面に働く引力が一層大きくなると共に、微粒子99が少量飛来して負電荷を持ち込んでも、電荷の中性化に消費されるので、電極が負に帯電する前に、より多くの微粒子99を電極上に散布することが可能となる。   In this state, when the negatively charged fine particles 99 are dispersed as described above using the mechanism shown in FIG. 8, the electrode is positively charged in addition to the polarization charge, so that the fine particles 99 and the electrode surface are applied. As the attractive force is further increased, even if a small amount of fine particles 99 fly and bring in a negative charge, it is consumed for neutralization of the charge, so that more fine particles 99 are placed on the electrode before the electrode is negatively charged. It becomes possible to spray.

なお、この工程は、一つの中空針電極81と引き出し電極82の組に供給する薬液と印加電圧を切り替えることにより行うだけでなく、複数の中空針状電極81と引き出し電極82の組と電圧制御部85を備え、溶媒のみを正イオン化して散布する組と、微粒子99を負に帯電させて散布する組に分けて、基板上を並行移動しつつ連続的に散布を行う手法も可能である。   Note that this step is not only performed by switching the chemical solution supplied to one hollow needle electrode 81 and extraction electrode 82 and the applied voltage, but also a plurality of hollow needle electrodes 81 and extraction electrode 82 sets and voltage control. It is also possible to divide into a group that includes the unit 85 and sprays only the solvent by positive ionization, and a group that sprays the fine particles 99 by negatively charging, and continuously sprays while moving in parallel on the substrate. .

(第4の実施形態)
図10〜14は、本発明の第4の実施形態に係わる記憶装置の製造工程を示す断面図である。これは、第1の実施形態で説明した記憶装置を、第3の実施形態で説明した微粒子配布装置を用いて作製する場合の製造工程を記述したものである。
(Fourth embodiment)
10 to 14 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the memory device according to the fourth embodiment of the present invention. This describes a manufacturing process in the case where the storage device described in the first embodiment is manufactured using the fine particle distribution device described in the third embodiment.

まず、図10(a)に示すように、厚さ625μmのSi基板(第1の基板)101の一主面に、通常のCMOSプロセスを用いて、所望のCMOS回路102を形成し、この基板上にTEOSを主原料とするCVD法により、絶縁膜として膜厚30nmのSiO2 膜103を形成する。なお、CMOS回路102は通常のMOSFETと多層配線に加えて、メモリセル配列への接続線を含んでいる。 First, as shown in FIG. 10A, a desired CMOS circuit 102 is formed on one main surface of a Si substrate (first substrate) 101 having a thickness of 625 μm using a normal CMOS process. A 30 nm-thickness SiO 2 film 103 is formed thereon as an insulating film by a CVD method using TEOS as a main material. The CMOS circuit 102 includes a connection line to the memory cell array in addition to a normal MOSFET and multilayer wiring.

続いて、図10(b)に示すように、ジクロロシランとアンモニアを主原料とするLPCVD法により、膜厚20nmのSi3 4 膜104を形成する。引き続き、図10(c)に示すように、再びTEOSを主原料とするCVD法により、膜厚30nmのSiO2 膜105を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 10B, a Si 3 N 4 film 104 having a thickness of 20 nm is formed by LPCVD using dichlorosilane and ammonia as main materials. Subsequently, as shown in FIG. 10C, a 30 nm-thickness SiO 2 film 105 is formed again by the CVD method using TEOS as a main material.

次いで、図10(d)に示すように、インプリントリソグラフィーの技術を用いて、ピッチ40nmのレジストパターン(図示せず)を形成し、得られたレジストパターンをマスクとして、CHF3 及びCOガスを用いて反応性イオンエッチングによりSiO2 膜105をパターニングする。続いて、図10(e)に示すように、スパッタリング法によりAl膜を形成した後、いわゆるリフロー処理を行い、パターン溝内にAl膜106を凝集埋め込み後、CMP法により余分なAl膜106の除去を行う。 Next, as shown in FIG. 10 (d), a resist pattern (not shown) having a pitch of 40 nm is formed by using the imprint lithography technique, and CHF 3 and CO gas are added using the obtained resist pattern as a mask. Then, the SiO 2 film 105 is patterned by reactive ion etching. Subsequently, as shown in FIG. 10E, after forming an Al film by a sputtering method, a so-called reflow process is performed, the Al film 106 is agglomerated and embedded in the pattern groove, and then the excess Al film 106 is formed by the CMP method. Remove.

一方、図11(a)に示すように、別の厚さ625μmの希フッ酸により洗浄処理されたSi基板(第2の基板)201を用意し、この基板201の全面に温度950℃で膜厚100nmの熱酸化膜(SiO2 膜)203を形成する。続いて、図11(b)に示すように、ジクロロシランとアンモニアを主原料とするLPCVD法により膜厚20nmのSi3 4 膜204を形成した後、裏面側のSi3 4 膜204及びSiO2 膜203を剥離する。その後、図11(c)に示すように、基板表面側のSi3 4 膜204上にTEOSを主原料とするCVD法により、絶縁膜として膜厚30nmのSiO2 膜205を形成する。 On the other hand, as shown in FIG. 11A, another Si substrate (second substrate) 201 cleaned with dilute hydrofluoric acid having a thickness of 625 μm is prepared, and a film is formed on the entire surface of the substrate 201 at a temperature of 950 ° C. A thermal oxide film (SiO 2 film) 203 having a thickness of 100 nm is formed. Subsequently, as shown in FIG. 11 (b), after an Si 3 N 4 film 204 having a thickness of 20nm by an LPCVD method using dichlorosilane and ammonia as main materials, the back side the Si 3 N 4 film 204 and The SiO 2 film 203 is peeled off. Thereafter, as shown in FIG. 11C, an SiO 2 film 205 having a thickness of 30 nm is formed as an insulating film on the Si 3 N 4 film 204 on the substrate surface side by a CVD method using TEOS as a main material.

次いで、図11(d)に示すように、インプリントリソグラフィーの技術を用いて、ピッチ40nmのレジストパターン(図示せず)を形成し、得られたレジストパターンをマスクとしてCHF3 及びCOガスを用いた反応性イオンエッチングによりSiO2 膜205をパターニングする。続いて、図11(e)に示すように、スパッタリング法によりAl膜を形成した後、いわゆるリフロー処理を行い、パターン溝内にAl膜206を凝集埋め込み後、CMP法により余分なAl膜206の除去を行う。 Next, as shown in FIG. 11 (d), a resist pattern (not shown) with a pitch of 40 nm is formed by using the imprint lithography technique, and CHF 3 and CO gas are used using the obtained resist pattern as a mask. The SiO 2 film 205 is patterned by the reactive ion etching. Subsequently, as shown in FIG. 11E, after forming an Al film by a sputtering method, a so-called reflow process is performed, the Al film 206 is agglomerated and embedded in the pattern groove, and then the excess Al film 206 is formed by the CMP method. Remove.

次いで、図11(f)に示すように、プラズマ窒化とジクロロシランとアンモニアを主原料とするLPCVD法により膜厚20nmのSi3 4 膜207を形成する。続いて、図12(g)に示すように、TEOSを主原料とするCVD法により、絶縁膜として膜厚40nmのSiO2 膜208を形成する。 Next, as shown in FIG. 11F, a Si 3 N 4 film 207 having a film thickness of 20 nm is formed by plasma nitriding, LPCVD using dichlorosilane and ammonia as main materials. Subsequently, as shown in FIG. 12G, a SiO 2 film 208 having a film thickness of 40 nm is formed as an insulating film by a CVD method using TEOS as a main material.

次いで、図12(h)に示すように、フォトリソグラフィー工程により、CMOS回路との接続部のパターニングを行い、レジストパターン(図示せず)をマスクとしてCHF3 及びCOガスを用いて反応性イオンエッチングによりSiO2 膜208をパターニングする。引き続き、図12(i)に示すように、CHF3、CF4 及びO2 ガスを用いた反応性イオンエッチングによりSi3 4 膜207をパターニングする。 Next, as shown in FIG. 12 (h), the connection portion with the CMOS circuit is patterned by a photolithography process, and reactive ion etching is performed using CHF 3 and CO gas using a resist pattern (not shown) as a mask. Thus, the SiO 2 film 208 is patterned. Subsequently, as shown in FIG. 12 (i), the Si 3 N 4 film 207 is patterned by reactive ion etching using CHF 3 , CF 4 and O 2 gas.

次いで、図12(j)に示すように、再びスパッタリング法によりAl膜209を形成した後、いわゆるリフロー処理を行い、得られた開口部にAlを凝集埋め込みする。引き続き、図12(k)に示すように、CMP法により余分なAl膜209の除去を行う。   Next, as shown in FIG. 12 (j), after an Al film 209 is formed again by sputtering, so-called reflow treatment is performed, and Al is coagulated and embedded in the obtained opening. Subsequently, as shown in FIG. 12K, the excess Al film 209 is removed by the CMP method.

次いで、図13(l)に示すように、フォトリソグラフィー工程により、メモリセル配列部のパターニングを行い、レジストパターンをマスクとしてCHF3 及びCOガスを用いた反応性イオンエッチングにより、SiO2 膜208をパターニングする。引き続き、図13(m)に示すように、CHF3,CF4 及びO2 ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、Si3 4 膜207をパターニングする。 Next, as shown in FIG. 13L, the memory cell array portion is patterned by a photolithography process, and the SiO 2 film 208 is formed by reactive ion etching using CHF 3 and CO gas using the resist pattern as a mask. Pattern. Subsequently, as shown in FIG. 13 (m), the Si 3 N 4 film 207 is patterned by reactive ion etching using CHF 3 , CF 4 and O 2 gas.

次いで、図13(n)に示すように、逆ミセル法により形成された粒径14nmのコロイダルシリカ粒子をイソプロピルアルコール中に分散した溶液を、前記図8の構成の装置を用いて散布し、所望量の微粒子210をメモリセル配列部の配線上に配置する。続いて、図13(o)に示すように、得られた基板を上下反転する。引き続き、図13(p)に示すように、配線が所定の方向となるように基板を回転する。   Next, as shown in FIG. 13 (n), a solution in which colloidal silica particles having a particle diameter of 14 nm formed by the reverse micelle method are dispersed in isopropyl alcohol is dispersed using the apparatus having the structure shown in FIG. An amount of fine particles 210 are arranged on the wiring of the memory cell array portion. Subsequently, as shown in FIG. 13 (o), the obtained substrate is turned upside down. Subsequently, as shown in FIG. 13 (p), the substrate is rotated so that the wiring is in a predetermined direction.

次に、図14に示すように、図10(e)で得られた基板と、図13(p)で得られた基板の位置合せを行い、一気圧の乾燥窒素雰囲気の下で直接接合により二枚の基板を貼り合わせる。続いて、直接接合の強度を確実にするために、貼り合わせ後に200℃の窒素雰囲気で1時間の熱処理を行った。最後に、上側基板201のSi部分をポリッシングにより除去し、入出力部となる配線接続部を形成した後、検査やダイシング等のいわゆる後工程を行い、記憶装置が完成する。   Next, as shown in FIG. 14, the substrate obtained in FIG. 10 (e) and the substrate obtained in FIG. 13 (p) are aligned and directly bonded in a dry nitrogen atmosphere at 1 atm. Bond two substrates together. Subsequently, in order to ensure the strength of direct bonding, heat treatment was performed for 1 hour in a nitrogen atmosphere at 200 ° C. after bonding. Finally, the Si portion of the upper substrate 201 is removed by polishing to form a wiring connection portion serving as an input / output portion, and then a so-called post-process such as inspection or dicing is performed to complete the storage device.

このように本実施形態によれば、基板上に微粒子を配置する際に図8に示すような装置を用い、コロイダルシリカ粒子をイソプロピルアルコール中に分散した溶液を、電界が印加された針状中空電極81の供給口から液滴として吐出させるようにしている。これにより、微粒子は帯電することになり、溶媒の蒸発に伴い液滴が細分化されて分散し、微粒子は電荷間の斥力のため再結合することなく基板上に配置される。このため、微粒子の凝集を防ぐことができ、製造効率の向上をはかることができる。   As described above, according to the present embodiment, when the fine particles are arranged on the substrate, a device in which colloidal silica particles are dispersed in isopropyl alcohol is used as a needle-like hollow to which an electric field is applied. It is made to discharge as a droplet from the supply port of the electrode 81. Thereby, the fine particles are charged, and the droplets are subdivided and dispersed as the solvent evaporates, and the fine particles are arranged on the substrate without recombination due to repulsive force between the charges. For this reason, aggregation of fine particles can be prevented, and the production efficiency can be improved.

(第5の実施形態)
図15(a)〜(c)は、本発明の第5の実施形態に係わる記憶装置の製造工程を示す断面図である。なお、図11〜13と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fifth embodiment)
15A to 15C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the memory device according to the fifth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 11-13 same part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

この実施形態は、第4の実施形態で説明した製造方法と異なり、特殊な微粒子配布装置を用いることなく、記憶装置を製造する方法である。   Unlike the manufacturing method described in the fourth embodiment, this embodiment is a method for manufacturing a storage device without using a special fine particle distribution device.

第4の実施形態で述べた記憶装置の製造方法によると、記憶装置の機能を実現するための微粒子の過不足や、散布時に微粒子が基板外へ排出される等の無駄な消費を抑制することが可能であるが、前記図8に示すような新規の装置が必要となる。しかし、新規装置の導入は、装置本体のコストに加え、クリーンルーム内に設置するための経費等、多大なコストを必要とするので、可能であれば既存の設備を利用して製造を行うことが望ましい。そこで本実施形態では、回転塗布装置とCMP装置を利用して、微粒子を凝集させることなく基板上に散布する手法を提供する。   According to the method for manufacturing a storage device described in the fourth embodiment, it is possible to suppress excessive consumption of fine particles for realizing the function of the storage device and wasteful consumption such as discharge of fine particles to the outside of the substrate at the time of spraying. However, a new apparatus as shown in FIG. 8 is required. However, since the introduction of a new device requires a large amount of cost, such as the cost of installing in a clean room, in addition to the cost of the main body of the device, manufacturing can be performed using existing equipment if possible. desirable. Therefore, in the present embodiment, a technique is provided in which fine particles are dispersed on a substrate using a spin coater and a CMP apparatus.

微粒子を単に有機溶剤や水等の溶媒に分散させた溶液は、粘性が低いため、通常の回転塗布を試みても、均一な膜を形成することが困難である。そこで、粘性を調整する手段として、高粘度樹脂であるポリビニルアルコールを添加する。粘性が高くなったことにより、微粒子が凝集しようとしても、粘性抵抗に妨げられるので、凝集を防ぐことも可能となる。また、ポリビニルアルコールは、幅広い範囲で粘性の調整が可能なだけでなく、高温の水には容易に溶けるが、室温近傍の水に対しては溶解速度があまり大きくないという特徴がある。これは、なんらかの理由で再塗布の必要が発生した場合の剥離が高温の水という、極めて安価で取り扱い易い溶媒で可能であることに加え、室温近傍では水を溶剤としてCMP法による埋め込み形状の形成が可能であるという利点になる。   Since a solution in which fine particles are simply dispersed in a solvent such as an organic solvent or water has low viscosity, it is difficult to form a uniform film even if normal spin coating is attempted. Therefore, polyvinyl alcohol, which is a high viscosity resin, is added as means for adjusting the viscosity. Due to the increase in viscosity, even if the fine particles try to agglomerate, the viscous resistance prevents the fine particles from aggregating. Polyvinyl alcohol is not only capable of adjusting the viscosity in a wide range, but also easily dissolves in high-temperature water, but has a feature that the dissolution rate is not so high in water near room temperature. In addition to being able to use high-temperature water, a very inexpensive and easy-to-handle solvent, if a re-application is necessary for any reason, this is possible because of the formation of embedded shapes by CMP using water as a solvent near room temperature. Is an advantage that is possible.

水に対する溶解度は、加熱処理により一層小さくなり、100〜180℃程度の熱処理により、膨潤の抑制も可能である。さらに、ポリビニルアルコールは環境負荷が極めて小さいので、使用後の処理も容易である。そして、一般的に用いられる、酸素ガスを用いたプラズマ灰化処理により、ポリビニルアルコールと微粒子の混合物から、微粒子のみを基板上に残して、ポリビニルアルコールのみを除去することが可能である。   The solubility in water is further reduced by heat treatment, and swelling can be suppressed by heat treatment at about 100 to 180 ° C. Furthermore, since polyvinyl alcohol has a very low environmental load, it can be easily treated after use. Then, it is possible to remove only polyvinyl alcohol from the mixture of polyvinyl alcohol and fine particles, leaving only fine particles on the substrate by plasma ashing treatment using oxygen gas, which is generally used.

具体的には、逆ミセル法により形成された粒径14nmのコロイダルシリカ粒子を純水中に分散した溶液を用意し、これに平均重合度1800のポリビニルアルコールを重量比で3%含む溶液を作製する。この溶液を通常の回転塗布装置を用いて回転数2000rpmで基板上に回転塗布する。塗布後に180℃で15分間の熱処理を行い、ポリビニルアルコール樹脂膜にコロイダルシリカ微粒子が分散された混合膜が形成する。このとき、原料となる溶液の粘性が高いため、塗布の均一性は極めて良い。なお、基板上には、微粒子の配置を行いたい部分が凹部となるように、予めパターニングを行っておく。   Specifically, a solution in which colloidal silica particles having a particle size of 14 nm formed by the reverse micelle method are dispersed in pure water is prepared, and a solution containing 3% by weight of polyvinyl alcohol having an average degree of polymerization of 1800 is prepared. To do. This solution is spin-coated on a substrate at a rotation speed of 2000 rpm using a normal spin coating apparatus. After coating, heat treatment is performed at 180 ° C. for 15 minutes to form a mixed film in which colloidal silica fine particles are dispersed in a polyvinyl alcohol resin film. At this time, since the solution as a raw material has high viscosity, the uniformity of coating is very good. On the substrate, patterning is performed in advance so that the portion where the fine particles are to be arranged becomes a recess.

次に、室温近傍に保たれた水を用いて、CMP法により、ポリビニルアルコール膜と微粒子の混合膜を表面から研磨する。ポリビニルアルコールが研磨・溶解されると、その部分に含まれていた微粒子も共に排出されるので、CMPの終点では、予め形成されていた凹部のみに混合膜が残った状態となる。そして、酸素ガスを用いたプラズマ灰化処理により、ポリビニルアルコールのみを除去することにより、予め形成されていた凹部のみに、微粒子を凝集させること無く配置することができる。   Next, the mixed film of the polyvinyl alcohol film and the fine particles is polished from the surface by CMP using water kept near room temperature. When the polyvinyl alcohol is polished and dissolved, the fine particles contained in the portion are also discharged, so that at the end point of CMP, the mixed film remains only in the previously formed recess. Then, by removing only the polyvinyl alcohol by plasma ashing using oxygen gas, it is possible to dispose the fine particles only in the previously formed recesses without agglomeration.

全体の製造工程は、前記図10(a)〜(e)と同様にして、Si基板101の一主面にCMOS回路102を形成し、その上にSiO2 膜103,Si3 4 膜104,及びSiO2 膜105を形成する。続いて、SiO2 膜105をパターニングした後、パターン溝内にAl膜106を埋め込み形成する。 In the entire manufacturing process, the CMOS circuit 102 is formed on one main surface of the Si substrate 101 in the same manner as in FIGS. 10A to 10E, and the SiO 2 film 103 and the Si 3 N 4 film 104 are formed thereon. , And the SiO 2 film 105 are formed. Subsequently, after the SiO 2 film 105 is patterned, an Al film 106 is embedded in the pattern groove.

また、前記図11(a)〜図13(m)と同様にして、別の基板201上に、熱酸化膜203,Si3 4 膜204,及びSiO2 膜205を形成した後、SiO2 膜205をパターニングし、パターン溝内にAl膜206を埋め込み形成する。続いて、Si3 4 膜207及びSiO2 膜208を形成した後、CMOS回路との接続部のパターニングのためにSiO2 膜208をパターニングし、さらにSi3 4 膜207をパターニングする。その後、Al膜209を埋め込み形成した後、メモリセル配列部のパターニングのために、SiO2 膜208をパターニングし、さらにSi3 4 膜207をパターニングする。 11A to 13M, a thermal oxide film 203, a Si 3 N 4 film 204, and a SiO 2 film 205 are formed on another substrate 201, and then SiO 2. The film 205 is patterned, and an Al film 206 is embedded in the pattern groove. Subsequently, after forming the Si 3 N 4 film 207 and the SiO 2 film 208, the SiO 2 film 208 is patterned for patterning the connection portion with the CMOS circuit, and the Si 3 N 4 film 207 is further patterned. Thereafter, after the Al film 209 is buried and formed, the SiO 2 film 208 is patterned and the Si 3 N 4 film 207 is patterned in order to pattern the memory cell array portion.

次に、図15(a)に示すように、前記図13(m)に示す構造の基板上に微粒子210を含む溶液を塗布形成する。即ち、逆ミセル法により形成された粒径14nmのコロイダルシリカ粒子を純水中に分散した溶液に、平均重合度1800のポリビニルアルコールを重量比で3%混合した塗布液を、通常の回転塗布装置を用いて、回転数2000rpmで塗布する。塗布後に180℃15分間の熱処理を行い、ポリビニルアルコールと微粒子210の混合膜220を形成する。   Next, as shown in FIG. 15A, a solution containing fine particles 210 is formed by coating on the substrate having the structure shown in FIG. That is, an ordinary spin coater is prepared by mixing a coating solution in which 3% by weight of polyvinyl alcohol having an average degree of polymerization of 1800 is mixed with a solution in which colloidal silica particles having a particle size of 14 nm formed by the reverse micelle method are dispersed in pure water. Is applied at a rotational speed of 2000 rpm. After coating, heat treatment is performed at 180 ° C. for 15 minutes to form a mixed film 220 of polyvinyl alcohol and fine particles 210.

次いで、図15(b)に示すように、室温に維持された純水を用いたCMP法により、余剰の混合膜220を除去する。引き続き、図15(c)に示すように、酸素ガスを用いたプラズマ灰化処理により、ポリビニルアルコールを除去し、微粒子210のみを基板上に残す。   Next, as shown in FIG. 15B, the excess mixed film 220 is removed by a CMP method using pure water maintained at room temperature. Subsequently, as shown in FIG. 15C, the polyvinyl alcohol is removed by plasma ashing using oxygen gas, leaving only the fine particles 210 on the substrate.

次に、前記図13(o)と同様にして、得られた基板を上下反転する。引き続き、前記13(p)と同様にして、配線が所定の方向となるように基板を回転する。   Next, the obtained substrate is turned upside down in the same manner as in FIG. Subsequently, the substrate is rotated so that the wiring is in a predetermined direction in the same manner as 13 (p).

そして、前記図14と同様にして、図10(e)で得られた基板と、図15(c)で得られた基板の位置合せを行い、一気圧の乾燥窒素雰囲気の下で直接接合により二枚の基板を貼り合わせる。続いて、直接接合の強度を確実にするために、貼り合わせ後に200℃の窒素雰囲気で1時間の熱処理を行った。最後に、上側基板のSi部分をポリッシングにより除去し、入出力部となる配線接続部を形成した後、検査やダイシング等のいわゆる後工程を行い、記憶装置が完成する。   Then, in the same manner as in FIG. 14, the alignment of the substrate obtained in FIG. 10 (e) and the substrate obtained in FIG. 15 (c) is performed, and direct bonding is performed under a dry nitrogen atmosphere of 1 atm. Bond two substrates together. Subsequently, in order to ensure the strength of direct bonding, heat treatment was performed for 1 hour in a nitrogen atmosphere at 200 ° C. after bonding. Finally, the Si portion of the upper substrate is removed by polishing to form a wiring connection portion serving as an input / output portion, and then a so-called post-process such as inspection or dicing is performed to complete the storage device.

(変形例)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、メモリ動作に用いる粒子として、酸化シリコンからなる絶縁体であるコロイダルシリカを用いたが、他の無機酸化物、例えば酸化アルミニウム,酸化チタンを用いることも可能であり、ポリスチレン等の有機物を用いることも可能である。さらに、原理的に絶縁体である必要はないので、例えば導電体であるクロム,ニッケル,銅,金,チタン,アルミニウム等の金属粒子や、それらを含む合金からなる粒子、或いは炭素粒子、半導体であるシリコン粒子等を用いても構わない。粒子の形状も球状である必要は無く、多面体形状や楕円体,柱状であっても構わない。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments. In the embodiment, colloidal silica, which is an insulator made of silicon oxide, is used as the particles used for the memory operation. However, other inorganic oxides such as aluminum oxide and titanium oxide can also be used, and organic substances such as polystyrene can be used. It is also possible to use. Furthermore, since it is not necessary in principle to be an insulator, for example, a metal particle such as a conductor such as chromium, nickel, copper, gold, titanium, and aluminum, a particle made of an alloy containing them, or a carbon particle or a semiconductor. Some silicon particles may be used. The shape of the particles need not be spherical, and may be a polyhedral shape, an ellipsoid, or a column.

また、行線と列線とは必ずしも直交配置する必要はなく、交差配置されている関係であればよい。さらに、第1及び第2の電極間の間隙長や粒子の大きさ等の条件は、仕様に応じて適宜変更可能である。   In addition, the row lines and the column lines do not necessarily have to be orthogonally arranged, and may be in a crossed relationship. Furthermore, conditions such as the gap length between the first and second electrodes and the size of the particles can be appropriately changed according to the specifications.

また、実施形態ではデータ読み出し手段及びデータ書き込み手段の両方を備えた記憶装置として説明したが、必ずしも両方の手段を備える必要はなく、何れか一方のみを備えたものであっても良い。例えば、本発明の記憶装置をROM的に使用することを考えた場合、前記図1に示すような記憶装置本体に対し、ROMを提供する側ではデータ書き込み手段のみを備えていれば良く、ROMを使用する側ではデータ読み出し手段のみを備えていればよい。   Further, in the embodiment, the storage device including both the data reading unit and the data writing unit has been described. However, both units are not necessarily provided, and only one of them may be provided. For example, when considering using the storage device of the present invention as a ROM, the storage device main body as shown in FIG. It is only necessary to provide data reading means on the side using the.

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。   In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

第1の実施形態に係わる記憶装置のセル部構成を示す斜視図。The perspective view which shows the cell part structure of the memory | storage device concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態の動作原理を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the operation | movement principle of 1st Embodiment. 粒子に働く力をグラフ化して示す特性図。The characteristic view which graphs and shows the force which acts on particle | grains. 粒子の移動の様子を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows the mode of movement of particle | grains typically. 交差部とセルの関係、及び粒子による記憶状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between a cross | intersection part and a cell, and the memory state by particle | grains. 周辺回路を含んだ記憶装置の概略構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a memory device including a peripheral circuit. 第2の実施形態に係わる記憶装置の全体構成を示す斜視図。The perspective view which shows the whole structure of the memory | storage device concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係わる微粒子配布装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the fine particle distribution apparatus concerning 3rd Embodiment. 第3の実施形態の動作を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the operation | movement of 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係わる記憶装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the memory | storage device concerning 4th Embodiment. 第4の実施形態に係わる記憶装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the memory | storage device concerning 4th Embodiment. 第4の実施形態に係わる記憶装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the memory | storage device concerning 4th Embodiment. 第4の実施形態に係わる記憶装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the memory | storage device concerning 4th Embodiment. 第4の実施形態に係わる記憶装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the memory | storage device concerning 4th Embodiment. 第5の実施形態に係わる記憶装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the memory | storage device concerning 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…第1の基板
11…行線
20…第2の基板
21…列線
30…微粒子
31…選択した交点
41…メモリセル配列
42…行デコーダ
43…ドライバ
44…列デコーダ
45…上位ブロック
51…Si基板
52…CMOS回路
53…メモリセルを含む層
54…メモリセル部
55…入出力部
81…中空針状電極
82…引き出し電極
83…基板
84…電圧制御部
85…溶液吐出ポンプ
86…基板ステージ
87,88…配管
89…原料容器
91,101,201…Si基板
102…CMOS回路
93,95,98,103,105,203,205,208…SiO2
94,97,104,204,207…Si3 4
96,106,206,209…Al膜
99,210…微粒子
220…混合膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st board | substrate 11 ... Row line 20 ... 2nd board | substrate 21 ... Column line 30 ... Fine particle 31 ... Selected intersection 41 ... Memory cell array 42 ... Row decoder 43 ... Driver 44 ... Column decoder 45 ... Upper block 51 ... Si substrate 52 ... CMOS circuit 53 ... Layer including memory cell 54 ... Memory cell portion 55 ... Input / output portion 81 ... Hollow needle electrode 82 ... Drawer electrode 83 ... Substrate 84 ... Voltage control unit 85 ... Solution discharge pump 86 ... Substrate stage 87,88 ... pipe 89 ... raw material container 91,101,201 ... Si substrate 102 ... CMOS circuit 93,95,98,103,105,203,205,208 ... SiO 2 film 94,97,104,204,207 ... Si 3 N 4 film 96, 106, 206, 209... Al film 99, 210... Fine particle 220.

Claims (5)

平行配置された複数本の行線が設けられた第1の基板と、平行配置された複数本の列線が設けられ、該列線が前記行線と交差するように第1の基板と間隙を介して対向配置された第2の基板と、前記行線と前記列線との各交差部に選択的に配置され、且つ対向する行線と列線間及び隣接する交差部間で移動可能な粒子とを備えた記憶装置の製造方法であって、
前記粒子を前記交差部に配置するために、前記第1及び第2の基板を対向配置する前に、前記第1の基板の行線形成面又は第2の基板の列線形成面に向けて、前記粒子を溶媒に分散させた状態の溶液を、電界が印加された供給口から液滴として吐出させることを特徴とする記憶装置の製造方法。
A first substrate provided with a plurality of row lines arranged in parallel, and a plurality of column lines arranged in parallel, and the first substrate and a gap so that the column lines intersect the row lines. Is selectively disposed at each intersection between the row line and the column line, and is movable between the opposing row line and the column line and between adjacent intersections. And a method of manufacturing a storage device including various particles,
In order to arrange the particles at the intersection, the first substrate and the second substrate are arranged opposite to each other, and are directed toward the row line forming surface of the first substrate or the column line forming surface of the second substrate. A method for manufacturing a memory device, comprising: discharging a solution in which the particles are dispersed in a solvent as droplets from a supply port to which an electric field is applied.
前記供給口から吐出させる液滴は前記電界により帯電しており、前記液滴が前記基板に到達する以前に、該液滴の表面張力よりも帯電による反発力の方が大きくなるように、前記電界の強さを設定することを特徴とする請求項1記載の記憶装置の製造方法。   The droplet discharged from the supply port is charged by the electric field, and the repulsive force due to charging is larger than the surface tension of the droplet before the droplet reaches the substrate. 2. The method of manufacturing a storage device according to claim 1, wherein the strength of the electric field is set. 前記供給口は、一つの基板当たり複数個であることを特徴とする請求項1又は2記載の記憶装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a storage device according to claim 1, wherein a plurality of supply ports are provided per substrate. 平行配置された複数本の行線が設けられた第1の基板と、平行配置された複数本の列線が設けられ、該列線が前記行線と交差するように第1の基板と間隙を介して対向配置された第2の基板と、前記行線と前記列線との各交差部に選択的に配置され、且つ対向する行線と列線間及び隣接する交差部間で移動可能な粒子とを備えた記憶装置の製造方法であって、
前記粒子を前記交差部に配置するために、前記第1及び第2の基板を対向配置する前に、前記第1の基板の行線形成面又は第2の基板の列線形成面に、前記粒子を溶媒に分散させ、且つ該溶媒に可溶な高粘度樹脂をさらに混合した溶液を回転塗布し、続いて灰化処理を施すことにより前記溶液中の前記粒子以外の成分を除去することを特徴とする記憶装置の製造方法。
A first substrate provided with a plurality of row lines arranged in parallel, and a plurality of column lines arranged in parallel, and the first substrate and a gap so that the column lines intersect the row lines. Is selectively disposed at each intersection between the row line and the column line, and is movable between the opposing row line and the column line and between adjacent intersections. And a method of manufacturing a storage device including various particles,
In order to dispose the particles at the intersection, the row line forming surface of the first substrate or the column line forming surface of the second substrate is disposed on the row line forming surface of the first substrate before the first and second substrates are opposed to each other. A solution in which particles are dispersed in a solvent and a high-viscosity resin that is soluble in the solvent is further mixed by spin coating , followed by ashing to remove components other than the particles in the solution. A method for manufacturing a storage device.
前記灰化処理の前に、前記溶液を回転塗布した面に対してCMP工程を施すことを特徴とする請求項4記載の記憶装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a storage device according to claim 4 , wherein a CMP process is performed on the surface on which the solution is spin-coated before the ashing treatment .
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