张镭 (中国上海市张江高科技园区龙东大道3000号5号楼501B室, Shanghai 3, 201203, CN)
JIANG, Weihui (3000 LongDong Ave, Building #5 Suite 501B,ZhangJiang High Tech Park, Shanghai 3, 201203, CN)
江伟辉 (中国上海市张江高科技园区龙东大道3000号5号楼501B室, Shanghai 3, 201203, CN)
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ZHANG, Lei (3000 LongDong Ave, Building #5 Suite 501B,ZhangJiang High Tech Park, Shanghai 3, 201203, CN)
张镭 (中国上海市张江高科技园区龙东大道3000号5号楼501B室, Shanghai 3, 201203, CN)
JIANG, Weihui (3000 LongDong Ave, Building #5 Suite 501B,ZhangJiang High Tech Park, Shanghai 3, 201203, CN)
| 权 利 要 求 1、 一种 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 包括三个 MEMS开关器件， 所述 MEMS开关器件包括第一端、 第二端、 第三端和控制端， 所述控制端用 于控制所述第三端与第一端和第二端中的一个电性导通， 其中， 第一 MEMS开关器件的第一端和第二端分别输入逻辑低电平和逻辑高电 平； 第二 MEMS开关器件的第一端为高阻，第二端连接所述第一 MEMS开关 器件的控制端， 控制端连接写字线， 第三端连接写位线； 第三 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第三端连接读位线， 控制端连接 读字线， 第二端连接所述第一 MEMS开关器件的第三端。 2、根据权利要求 1所述的 MEMS静态存储单元，其特征在于，所述 MEMS 开关器件包括： 第一参考电极和第二参考电极； 第一连接端， 与所述第一端相连； 第二连接端， 与所述第二端相连； 第三连接端， 与所述第三端相连； 可动极板，位于所述第一参考电极和第二参考电极之间， 受所述控制端的 控制， 可以在所述第一参考电极和第二参考电极之间移动， 当所述可动极板靠 近所述第一参考电极时，所述第三连接端通过所述可动极板与所述第一连接端 电性导通， 当所述可动极板靠近所述第二参考电极时， 所述第三连接端通过所 述可动极板与所述第二连接端电性导通。 3、 根据权利要求 2所述的 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 所述可动 极板包括： 至少一层导电层， 通过控制所述导电层和所述第一参考电极、所述第二参 考极板之间的电势差使所述可动极板在所述第一参考电极和第二参考电极之 间移动； 与所述导电层绝缘的导电接触端，所述导电层带动所述导电接触端实现所 述第三连接端与第一连接端或第二连接端之间的电性导通。 4、 根据权利要求 3所述的 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 所述导电 层的表面还形成有绝缘层。 5、 根据权利要求 3所述的 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 所述导电 接触端的表面经过钝化处理。 6、 根据权利要求 2所述的 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 所述第三 连接端包括第一连接部和第二连接部； 所述第一连接部和所述第一连接端之间相互绝缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接； 所述第二连接部和所述第二连接端之间相互绝缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接。 7、 根据权利要求 2所述的 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 所述第一 参考电极包括至少一层导电层。 8、 根据权利要求 7所述的 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 所述第一 参考电极中的导电层表面形成有绝缘层。 9、 根据权利要求 2所述的 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 所述第二 参考电极包括至少一层导电层。 10、 根据权利要求 9所述的 MEMS静态存储单元， 其特征在于， 所述第 二参考电极中的导电层表面形成有绝缘层。 11、 一种 MEMS静态存储器， 其特征在于， 包括多个权利要求 1 至 10 中任一项所述的 MEMS静态存储单元， 各 MEMS静态存储单元成阵列排布。 12、 一种 MEMS开关盒， 包括至少一个连线开关， 其特征在于， 所述连 线开关包括： 第一连线节点至第四连线节点， 第一 MEMS 开关器件至第六 MEMS开关器件， 所述 MEMS开关器件包括第一端、 第二端、 第三端和控制 端， 所述控制端用于控制所述第三端与第一端和第二端中的一个电性导通， 其 中， 第一 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第二连线节点， 第三端连接所述第一连线节点； 第二 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第三连线节点， 第三端连接所述第四连线节点； 第三 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第三连线节点， 第三端连接所述第一连线节点； 第四 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第一连线节点， 第三端连接所述第四连线节点； 第五 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第四连线节点， 第三端连接所述第二连线节点； 第六 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第二连线节点， 第三端连接所述第三连线节点； 所述第一 MEMS开关器件至第六 MEMS开关器件的控制端分别接收外部 控制信号。 13、 根据权利要求 12所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述 MEMS 开关器件包括： 第一参考电极和第二参考电极； 第一连接端， 与所述第一端相连； 第二连接端， 与所述第二端相连； 第三连接端， 与所述第三端相连； 可动极板，位于所述第一参考电极和第二参考电极之间， 受所述控制端的 控制， 可以在所述第一参考电极和第二参考电极之间移动， 当所述可动极板靠 近所述第一参考电极时，所述第三连接端通过所述可动极板与所述第一连接端 电性导通， 当所述可动极板靠近所述第二参考电极时， 所述第三连接端通过所 述可动极板与所述第二连接端电性导通。 14、 根据权利要求 13所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述可动极板 包括： 至少一层导电层， 通过控制所述导电层和所述第一参考电极、所述第二参 考极板之间的电势差使所述可动极板在所述第一参考电极和第二参考电 极之间移动； 与所述导电层绝缘的导电接触端，所述导电层带动所述导电接触端实现所 述第三连接端与第一连接端或第二连接端之间的电性导通。 15、 根据权利要求 14所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述导电层的 表面还形成有绝缘层。 16、 根据权利要求 14所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述导电接触 端的表面经过钝化处理。 17、 根据权利要求 13所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述第三连接 端包括第一连接部和第二连接部； 所述第一连接部和所述第一连接端之间相互绝缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接； 所述第二连接部和所述第二连接端之间相互绝缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接。 18、 根据权利要求 13所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述第一参考 电极包括至少一层导电层。 19、 根据权利要求 18所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述第一参考 电极中的导电层表面形成有绝缘层。 20、 根据权利要求 13所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述第二参考 电极包括至少一层导电层。 21、 根据权利要求 20所述的 MEMS开关盒， 其特征在于， 所述第二参考 电极中的导电层表面形成有绝缘层。 22、根据权利要求 12所述的 MEMS开关盒，其特征在于，所述第一 MEMS 开关器件至第六 MEMS开关器件的控制端分别连接至六个如权利要求 1至 10 中任一项所述的 MEMS静态存储单元的读位线。 23、 一种 MEMS连接盒， 包括多个连线连接单元， 其特征在于， 所述连 线连接单元包括第一连线、 第二连线和 MEMS开关器件， 所述 MEMS开关器 件包括第一端、 第二端、 第三端和控制端， 所述控制端用于控制所述第三端与 第一端和第二端中的一个电性导通， 其中， 所述 MEMS开关器件的第一端为 高阻， 第二端连接所述第一连线， 第三端连接所述第二连线， 控制端接收外部 控制信号。 24、 根据权利要求 23所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述 MEMS 开关器件包括： 第一参考电极和第二参考电极； 第一连接端， 与所述第一端相连； 第二连接端， 与所述第二端相连； 第三连接端， 与所述第三端相连； 可动极板，位于所述第一参考电极和第二参考电极之间， 受所述控制端的 控制， 可以在所述第一参考电极和第二参考电极之间移动， 当所述可动极板靠 近所述第一参考电极时，所述第三连接端通过所述可动极板与所述第一连接端 电性导通， 当所述可动极板靠近所述第二参考电极时， 所述第三连接端通过所 述可动极板与所述第二连接端电性导通。 25、 根据权利要求 24所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述可动极板 包括： 至少一层导电层， 通过控制所述导电层和所述第一参考电极、所述第二参 考极板之间的电势差使所述可动极板在所述第一参考电极和第二参考电 极之间移动； 与所述导电层绝缘的导电接触端，所述导电层带动所述导电接触端实现所 述第三连接端与第一连接端或第二连接端之间的电性导通。 26、 根据权利要求 25所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述导电层的 表面还形成有绝缘层。 27、 根据权利要求 25所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述导电接触 端的表面经过钝化处理。 28、 根据权利要求 24所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述第三连接 端包括第一连接部和第二连接部； 所述第一连接部和所述第一连接端之间相互绝缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接； 所述第二连接部和所述第二连接端之间相互绝缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接。 29、 根据权利要求 24所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述第一参考 电极包括至少一层导电层。 30、 根据权利要求 29所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述第一参考 电极的导电层表面形成有绝缘层。 31、 根据权利要求 24所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述第二参考 电极包括至少一层导电层。 32、 根据权利要求 31所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述第二参考 电极的导电层表面形成有绝缘层。 33、 根据权利要求 23所述的 MEMS连接盒， 其特征在于， 所述 MEMS 开关器件的控制端连接如权利要求 1至 10中任一项所述的 MEMS静态存储单 元的读位线。 34、 一种 MEMS可编程器件， 其特征在于， 包括权利要求 12至 22中任 一项所述的 MEMS开关盒和 /或权利要求 23至 33中任一项所述的 MEMS连 妻盒。 |
本申请要求于 2010 年 12 月 31 日提交中国专利局、 申请号为 201010618215.1、 发明名称为" MEMS静态存储器及 MEMS可编程器件"的中 国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及存储器以及互连结构领域， 特别涉及一种 MEMS静态存储器 及其存储单元、 MEMS可编程器件及其 MEMS开关盒和 MEMS连接盒。
背景技术
随着信息技术的不断发展， 各种存储器在电子设备中得到了广泛的使用。 根据存储器的原理以及结构的不同， 存储器可以分为静态存储器（SRAM )、 动态存储器（DRAM )、 闪速存储器（Flash )、 只读存储器（ROM )、 电可擦可 编程只读存储器（EEPROM )等。 其中， 由于静态存储器具有读写速度快、 无 需刷新等优点， 因此广泛用作内存、 高速緩存等。
另外， 存储器还广泛应用于可编程器件， 如现场可编程门阵列 （FPGA,
Field Programmable Gate Array )等， 以对其中的可编程逻辑单元、 可编程互连 结构进行配置。 可编程互连结构主要包括开关盒（SB, Switch Block )和连接 盒（CB, Connection Block ),实现信号在可编程互连结构中的传输走向的 变。
图 1示出了现有技术的一种开关盒 10的结构示意图， 包括多条横向的连 接线 L0至 L9、多条纵向的连接线 C0至 C9 ,在横向和纵向的连接线的交叉点 设置有连线开关 10a, 使得从一个方向输入的信号可以通过配置向其 他三个方 向中的任意一个传输。 图 2示出了图 1中区域 10a的放大结构， 即其中的一个 连线开关的结构， 如图 2所示， 所述连线开关包括 6个 MOS晶体管， 其中晶 体管 P1 串接在连接线 L0的两端之间， 晶体管 P2串接在连接线 C9的两端之 间， 晶体管 P3的两端分别连接连接线 L0的第一端和连接线 C9的第一端， 晶 体管 P4的两端分别连接连接线 L0的第一端和连接线 C9的第二端， 晶体管 P5的两端分别连接连接线 C9的第二端和连接线 L0的第二端， 晶体管 P6的 两端分别连接连接线 C9的第一端和连接线 L0的第二端， 各晶体管的栅极分 别连接至 SRAM中的各个存储单元， 通过对 SRAM的编程来控制各个晶体管 的通断， 以实现信号走向的改变。 需要说明的是， 图 1所示的仅是现有技术的开关盒中的一种， 为 Disjoint 型， 此外还有 Wilton型、 Universal型等多种。
图 3示出了现有技术的一种连接盒 11的结构示意图， 包括多条横向的连 接线 L0至 L3, 多条纵向的连接线 CO至 C3,横向的连接线和纵向的连接线的 交叉点设置有连线连接单元 11a, 以使得沿横向的连接线传输的信号仅沿横向 传输， 或同时沿横向和纵向传输。 图 4示出了图 3中区域 11a的放大结构， 即 其中的一个连线连接单元的结构， 如图 4所示， 所述连线连接单元包括 1 个 MOS晶体管， 其源漏两极分别连接横向的连接线 L0和纵向的连接线 C3 , 该 MOS晶体管的栅极连接至 SRAM中的某一存储单元，通过对 SRAM的编程可 以控制晶体管的通断状态， 从而实现对信号走向的编程。
现有技术的 SRAM的存储单元由 6个 MOS晶体管构建而成，在读取 "Γ 的过程中相应的位线需要经由一 PMOS晶体管连接至电源电压完成读取过程， 在读取 "0"的过程中相应的位线需要经由一 NMOS晶体管连接至电源地完成 读取过程， 随着器件特征尺寸的不断减小， SRAM的电源电压也不断减小， 使 得读出信号的信号完整性（SI, Signal Integrity )较差。 SRAM产生的信号完 整性较差， 会影响包括该 SRAM的连接盒、 可编程器件等的性能。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种 MEMS静态存储器及其存储单元、 MEMS 可编程器件及其 MEMS开关盒和 MEMS连接盒， 改善信号完整性。
为解决上述问题， 本发明提供了一种 MEMS 静态存储单元， 包括三个
MEMS开关器件， 所述 MEMS开关器件包括第一端、 第二端、 第三端和控制 端， 所述控制端用于控制所述第三端与第一端和第 二端中的一个电性导通， 其 中，
第一 MEMS开关器件的第一端和第二端分别输入逻辑 电平和逻辑高电 平；
第二 MEMS开关器件的第一端为高阻，第二端连接所 第一 MEMS开关 器件的控制端， 控制端连接写字线， 第三端连接写位线；
第三 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第三端连接读位线， 控制端连接 读字线， 第二端连接所述第一 MEMS开关器件的第三端。
可选的， 所述 MEMS开关器件包括： 第一参考电极和第二参考电极；
第一连接端， 与所述第一端相连；
第二连接端， 与所述第二端相连；
第三连接端， 与所述第三端相连；
可动极板，位于所述第一参考电极和第二参考 电极之间， 受所述控制端的 控制， 可以在所述第一参考电极和第二参考电极之间 移动， 当所述可动极板靠 近所述第一参考电极时，所述第三连接端通过 所述可动极板与所述第一连接端 电性导通， 当所述可动极板靠近所述第二参考电极时， 所述第三连接端通过所 述可动极板与所述第二连接端电性导通。
可选的， 所述可动极板包括：
至少一层导电层， 通过控制所述导电层和所述第一参考电极、所 述第二参 考极板之间的电势差使所述可动极板在所述第 一参考电极和第二参考电极之 间移动；
与所述导电层绝缘的导电接触端，所述导电层 带动所述导电接触端实现所 述第三连接端与第一连接端或第二连接端之间 的电性导通。
可选的， 所述导电层的表面还形成有绝缘层。
可选的， 所述导电接触端的表面经过钝化处理。
可选的， 所述第三连接端包括第一连接部和第二连接部 ；
所述第一连接部和所述第一连接端之间相互绝 缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接；
所述第二连接部和所述第二连接端之间相互绝 缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接。
可选的， 所述第一参考电极包括至少一层导电层。
可选的， 所述第一参考电极中的导电层表面形成有绝缘 层。
可选的， 所述第二参考电极包括至少一层导电层。
可选的， 所述第二参考电极中的导电层表面形成有绝缘 层。
为解决上述问题， 本发明提供了一种 MEMS静态存储器， 包括多个上述 MEMS静态存储单元， 各存储单元成阵列排布。
为解决上述问题， 本发明提供了一种 MEMS开关盒， 包括至少一个连线 开关， 所述连线开关包括： 第一连线节点至第四连线节点， 第一 MEMS开关 件至第六 MEMS开关器件， 所述 MEMS开关器件包括第一端、 第二端、 第 三端和控制端，所述控制端用于控制所述第三 端与第一端和第二端中的一个电 性导通， 其中，
第一 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第二连线节点， 第三端连接所述第一连线节占
第二 MEMS开关器件的第一端为高阻 第二端连接所述第三连线节点, 第三端连接所述第四连线节点；
第三 MEMS开关器件的第一端为高阻 第二端连接所述第三连线节点, 第三端连接所述第一连线节点；
第四 MEMS开关器件的第一端为高阻 第二端连接所述第一连线节点, 第三端连接所述第四连线节点；
第五 MEMS开关器件的第一端为高阻 第二端连接所述第四连线节点 , 第三端连接所述第二连线节点；
第六 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第二连线节点， 第三端连接所述第三连线节点；
所述第一 MEMS开关器件至第六 MEMS开关器件的控制端分别接收外部 控制信号。
可选的， 所述 MEMS开关器件包括：
第一参考电极和第二参考电极；
第一连接端， 与所述第一端相连；
第二连接端， 与所述第二端相连；
第三连接端， 与所述第三端相连；
可动极板， 于所述第一参考电极和第二参考电极之间， 受所述控制端的控 制， 可以在所述第一参考电极和第二参考电极之间 移动， 当所述可动极板靠近 所述第一参考电极时，所述第三连接端通过所 述可动极板与所述第一连接端电 性导通， 当所述可动极板靠近所述第二参考电极时， 所述第三连接端通过所述 可动极板与所述第二连接端电性导通。
可选的， 所述可动极板包括：
至少一层导电层， 通过控制所述导电层和所述第一参考电极、所 述第二参 考极板之间的电势差使所述可动极板在所述第 一参考电极和第二参考电 极之间移动；
与所述导电层绝缘的导电接触端，所述导电层 带动所述导电接触端实现所 述第三连接端与第一连接端或第二连接端之间 的电性导通。
可选的， 所述导电层的表面还形成有绝缘层。
可选的， 所述导电接触端的表面经过钝化处理。
可选的， 所述第三连接端包括第一连接部和第二连接部 ；
所述第一连接部和所述第一连接端之间相互绝 缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接；
所述第二连接部和所述第二连接端之间相互绝 缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接。
可选的， 所述第一参考电极包括至少一层导电层。
可选的， 所述第一参考电极中的导电层表面形成有绝缘 层。
可选的， 所述第二参考电极包括至少一层导电层。
可选的， 所述第二参考电极中的导电层表面形成有绝缘 层。
可选的，所述第一 MEMS开关器件至第六 MEMS开关器件的控制端分别 连接至六个上述任一项所述的 MEMS静态存储单元的读位线。
为了解决上述问题， 本发明提供了一种 MEMS连接盒， 包括多个连线连 接单元， 所述连线连接单元包括第一连线、 第二连线和 MEMS开关器件， 所 述 MEMS开关器件包括第一端、 第二端、 第三端和控制端， 所述控制端用于 控制所述第三端与第一端和第二端中的一个电 性导通， 其中， 所述 MEMS开 关器件的第一端为高阻，第二端连接所述第一 连线，第三端连接所述第二连线， 控制端接收外部控制信号。
可选的， 所述 MEMS开关器件包括：
第一参考电极和第二参考电极；
第一连接端， 与所述第一端相连；
第二连接端， 与所述第二端相连；
第三连接端， 与所述第三端相连；
可动极板，位于所述第一参考电极和第二参考 电极之间， 受所述控制端的 控制， 可以在所述第一参考电极和第二参考电极之间 移动， 当所述可动极板靠 近所述第一参考电极时，所述第三连接端通过 所述可动极板与所述第一连接端 电性导通， 当所述可动极板靠近所述第二参考电极时， 所述第三连接端通过所 述可动极板与所述第二连接端电性导通。
可选的， 所述可动极板包括：
至少一层导电层， 通过控制所述导电层和所述第一参考电极、所 述第二参 考极板之间的电势差使所述可动极板在所述第 一参考电极和第二参考电极之 间移动；
与所述导电层绝缘的导电接触端，所述导电层 带动所述导电接触端实现所 述第三连接端与第一连接端或第二连接端之间 的电性导通。
可选的， 所述导电层的表面还形成有绝缘层。
可选的， 所述导电接触端的表面经过钝化处理。
可选的， 所述第三连接端包括第一连接部和第二连接部 ；
所述第一连接部和所述第一连接端之间相互绝 缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接；
所述第二连接部和所述第二连接端之间相互绝 缘，可通过可动极板上的导 电接触端实现相互电性连接。
可选的， 所述第一参考电极包括至少一层导电层。
可选的， 所述第一参考电极的导电层表面形成有绝缘层 。
可选的， 所述第二参考电极包括至少一层导电层。
可选的， 所述第二参考电极的导电层表面形成有绝缘层 。
可选的，所述 MEMS开关器件的控制端连接上述任一项所述的 MEMS静 态存储单元的读位线。
为解决上述问题，本发明提供了一种 MEMS可编程器件，包括上述 MEMS 开关盒和 /或上述 MEMS连接盒。
与现有技术相比， 本发明具有以下优点：
本技术方案采用 MEMS ( Micro-Electro-mechanical System, 敫机电系统） 开关来实现静态存储器及其存储单元， 改善了信号完整性。
进一步的， 本技术方案中的 MEMS开关器件采用优选的结构， 使用导电 层带动导电接触端移动，实现第三连接端与第 一连接端电性导通或与第二连接 端电性导通， 由于在读取过程中，相应的读取位线是通过第 三连接端和第一连 接端或者第二连接端直接连接至逻辑高电平或 逻辑低电平，从而改善了信号完 整性。
此外， 本技术方案中优选的 MEMS开关器件的结构的漏电流较小， 有利 于降低相应的 MEMS静态存储单元、 MEMS静态存储器以及 MEMS可编程器 件的功耗。
附图说明
图 1是现有技术的一种开关盒的结构示意图；
图 2是图 1中区域 10a的放大结构示意图；
图 3是现有技术的一种连接盒的结构示意图；
图 4是图 3中区域 11a的放大结构示意图；
图 5是本发明实施例中的 MEMS开关器件的剖面结构示意图；
图 6是图 5所示的 MEMS开关器件沿 a-a、 b-b方向的组合剖面结构示意 图；
图 7是本发明实施例的 MEMS开关器件的第三连接端与第二连接端电性 导通时的剖面结构示意图；
图 8是图 7所示的 MEMS开关器件沿 a-a、 b-b方向的组合剖面结构示意 图；
图 9是本发明实施例的 MEMS开关器件的等效符号示意图；
图 10是本发明实施例的 MEMS静态存储单元的结构示意图；
图 11是图 10中所示 MEMS静态存储单元的等效符号示意图；
图 12是本发明实施例的 MEMS开关盒中的连线开关的结构示意图； 图 13是本发明实施例的 MEMS连接盒中的连线连接单元的结构示意图。
具体实施方式
现有技术的 SRAM的存储单元主要由 6个 MOS晶体管构成， 受 CMOS 工艺的限制， 其信号完整性较差。
MEMS 技术主要基于半导体加工工艺， 能够将复杂的机械和电路结构集 成在一微小系统中， 实现复杂功能。 本技术方案采用 MEMS开关器件来实现 SRAM, 由于本技术方案中的 MEMS开关器件为机械式电性导通和关断的， 因此， 在同等工艺条件下 （例如相当的特征尺寸下）， 能够显著改善信号完整 性。
本技术方案进一步采用优选的 MEMS开关器件结构， 使用导电层带动导 电接触端移动，实现第三连接端与第一连接端 电性导通或与第二连接端电性导 通， 由于在读取过程中，相应的读取位线是通过第 三连接端和第一连接端或者 第二连接端直接连接至逻辑高电平或逻辑低电 平， 从而改善了信号完整性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为 明显易懂， 下面结合附图对 本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解 本发明。但是本发明能够以 多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领 域技术人员可以在不违背本发明 内涵的情况下做类似推广。 因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限 制。
本实施例的 MEMS静态存储单元主要包括 3个 MEMS开关器件， 所述 MEMS 开关器件包括： 第一端、 第二端、 第三端和控制端， 所述控制端用于 控制所述第三端与第一端和第二端中的一个电 性导通， 其中， 第一 MEMS开 关器件的第一端和第二端分别输入逻辑低电平 和逻辑高电平； 第二 MEMS开 关器件的第一端为高阻， 第二端连接所述第一 MEMS开关器件的控制端， 控 制端连接写字线， 第三端连接写位线； 第三 MEMS开关器件的第一端为高阻， 第三端连接读位线， 控制端连接读字线， 第二端连接所述第一 MEMS开关器 件的第三端。
图 5示出了本实施例中的 MEMS开关器件的优选结构的剖面结构示意图， 图 6示出了图 5中的 MEMS开关器件沿 a-a、 b-b方向的组合剖面结构示意图， 结合图 5和图 6, 本实施例的 MEMS开关器件包括： 第一连接端 33, 与所述 第一端相连； 第二连接端 32, 与所述第二端相连； 第三连接端 31 , 与所述第 三端相连； 可动极板 20; 第一参考电极 26、 第二参考电极 25, 所述可动极板 20位于所述第一参考电极 26和所述第二参考电极 25之间， 受所述控制端的 控制， 可以在第一参考电极 26、 第二参考电极 25之间移动； 当所述可动极板 20靠近第二参考电极 25时，第三连接端 31和第二连接端 32通过可动极板 20 电性导通（参考图 7和图 8 ); 当所述可动极板 20靠近第一参考电极 26时， 第三连接端 31和第一连接端 33通过可动极板 20电性导通（没有在图示中表 示出第三连接端 31和第一连接端 33电性导通，本领域技术人员根据第三连接 端 31和第二连接端 32电性导通的例子， 可以获知在什么情况下， 第三连接端 31和第一连接端 33电性导通）。
所述可动极板 20包含： 至少一层导电层 21 , 与所述控制端相连， 通过控 制所述导电层 21和所述第一参考电极 26、 所述第二参考电极 25之间的电势 差， 使所述导电层 21在所述第一参考电极 26和第二参考电极 25之间移动； 与所述导电层 21绝缘的导电接触端 22, 在所述导电层 21移动靠近第二参考 电极 25时，导电层 21带动所述导电接触端 22实现第三连接端 31和第二连接 端 32之间的电性导通， 在所述导电层 21移动靠近第一参考电极 26时， 带动 所述导电接触端 22实现第三连接端 31和第一连接端 33之间的电性导通。 在 本发明的具体实施例中， 可动极板 20包括两层导电层 21 ,在每一层导电层 21 的表面具有绝缘层 23 , 可动极板 20通过两连接端 24固定在基底 40表面的介 质层 41上， 两连接端 24与导电层 21电性连接，通过两连接端 24可以对导电 层 21施加电压。 而且， 在该具体实施例中， 两连接端 24以及绝缘层 23起到 支撑架的作用， 起到支撑可动极板 20的作用。 导电接触端 22具有两延伸端， 分别为第一延伸端 221和第二延伸端 222, 通过第一延伸端 221和第二延伸端 222可以使第三连接端 31和第一连接端 33电性导通、 第三连接端 31和第二 连接端 32电性导通， 其中， 第一延伸端 221用于与第三连接端 31接触， 第二 延伸端 222用于与第一连接端 33、 第二连接端 32接触。
通过控制第一参考电极 26、 第二参考电极 25以及可动极板 20的导电层 21之间的电势差， 可以使可动极板 20在第一参考电极 26和第二参考电极 25 之间移动， 使第三连接端 31和第一连接端 33通过所述导电接触端 22电性导 通， 或者， 第三连接端 31和第二连接端 32通过所述导电接触端 22电性导通。 参考图 7和图 8, 当在第一参考电极 26施加逻辑高电平， 例如第一参考电极 26接电源正极， 对第一参考电极 26施加电源电压， 第二参考电极 25施加逻 辑低电平， 例如第二参考电极 25接地， 对第二参考电极 25施加零电压， 同时 通过连接端 24对导电层 21施加逻辑高电平， 即电源电压时， 第二参考电极 25和导电层 21之间存在电势差， 两者之间存在吸引力 （包括静电效应、 铁电 效应、 电容效应）， 因此， 可动极板 20在吸引力的作用下向第二参考电极 25 方向移动， 使导电接触端 22连接第三连接端 31和第二连接端 32, 即第一延 伸端 221与第三连接端 31接触、第二延伸端 222与第二连接端 32接触，从而 使第三连接端 31和第二连接端 32电性导通。 需要说明的是，在此只说明了第 三连接端 31和第二连接端 32电性导通的实例， 本领域技术人员根据此教导， 可以毫无疑问的获知第三连接端 31和第一连接端 33电性导通的情况。总的来 说， 当第一参考电极 26和导电层 21之间存在电势差， 从而存在吸引力时， 第 三连接端 31和第一连接端 33电性导通；当第二参考电极 25和导电层 21之间 存在电势差， 从而存在吸引力时， 第三连接端 31和第二连接端 32电性导通。
在本技术方案中， 导电层 21至少为一层， 在一优选的实施例中， 导电层 21为两层的叠层结构， 与一层导电层 21相比可以增大导电层 21与第一参考 电极 26、 第二参考电极 25之间的作用力， 从而可以增大 MEMS开关器件的 灵敏度。 在导电层 21表面上形成的绝缘层 23可以防止第二参考电极 25与导 电层 21接触。
本实施例中， 所述导电接触端 22的表面经过钝化处理， 优选的， 所述第 一延伸端 221和第二延伸端 222的表面经过钝化处理。所述钝化处理指的是 表 面经过氧化处理， 形成氧化层的薄层， 经过氧化钝化后， 一方面并不影响所述 导电接触端 22的导电性， 又能防止导电接触端 22与第三连接端 31、 第一连 接端 33和第二连接端 32接触时产生粘附现象。
在本发明的具体实施例中，所述第二参考电极 25位于基底 40上，具体为， 位于基底 40表面上的介质层 41上， 所述第一参考电极 26位于所述第二参考 电极 25上方， 第一参考电极 26和第二参考电极 25包括至少一层导电层， 可 动极板 20位于第一参考电极 26和第二参考电极 25之间。 在本发明的其他实 施例中， 也可以没有基底 40。
在本发明的具体实施例中， 所述第三连接端 31包括第二连接部 312和第 一连接部 311 , 其中第二连接部 312和第一连接部 311是电性连接的， 图中并 没有示出第二连接部 312和第一连接部 311的电性连接关系。所述第一连接部 311和所述第一连接端 33在同一金属层， 且相互绝缘； 所述第二连接部 312 和所述第二连接端 32在同一金属层，且相互绝缘。 并且第一参考电极 26和第 二参考电极 25均分别包括一层导电层， 在第一参考电极 26与可动极板 20靠 近的表面具有绝缘层 27, 以防止在可动极板 20靠近第一参考电极 26时， 第 一参考电极 26与导电层 21接触。 在本发明的具体实施例中， 第二参考电极 25的表面没有绝缘层， 这是因为与其相对的可动极板 20有绝缘层 23 , 可以防 止第二参考电极 25与导电层 21接触， 当然， 第二参考电极 25的表面也可以 具有绝缘层。
在本发明具体实施例中， 可动极板 20包括的导电层 21的材料可以为铝、 钛、 铜、 钴、 镍、 钽、 铊、 铂、 银、 金等或其组合， 以及本领域技术人员公知 的其他导电材料。 导电接触端 22的材料可以为铝、 钛、 铜、 钴、 镍、 钽、 铊、 铂、 银、 金等或其组合， 以及本领域技术人员公知的其他导电材料。 第一参考 电极 26和第二参考电极 25的材料可以为铝、 钛、 铜、 钴、 镍、 钽、 铊、 铂、 银、 金等或其组合， 以及本领域技术人员公知的其他导电材料。 第三连接端 31、 第一连接端 33和第二连接端 32的材料可以为铝、 钛、 铜、 钴、 镍、 钽、 铊、 铂、 银、 金等或其组合， 以及本领域技术人员公知的其他导电材料。
导电层 21表面的绝缘层 23的材料为 Si02, Si3N4, SiNx, SiON, SiCOx 等等。 第一参考电极 26表面的绝缘层的材料为 Si02, Si3N4, SiNx, SiON, SiCOx等等。
在本发明具体实施例中， 基底 40可以为单晶硅或硅锗（SiGe ), 也可以是 绝缘体上硅（SOI ), 还可以包括其它的材料， 例如锑化铟、 碲化铅、 砷化铟、 磷化铟、 砷化镓或锑化镓。 在基底 40内还可以具有 MOS器件。
需要说明的是，以上所述仅是本发明的一个具 体实施例，在其他实施例中， 第一连接端、 第二连接端和第三连接端的分布方式也不限于 图示所示的方式， 可以为本领域技术人员公知的其他方式， 可以对其做相应的变动， 然而均不脱 离本发明的精神。 例如， 在其他实施例中， 第二连接部 312可以作为第二连接 端， 第一连接部 311可以作为第一连接端， 第二连接端 32和第一连接端 33电 性连接后共同作为第三连接端。
图 9示出了本实施例的 MEMS开关器件的等效符号示意图， 包括： 控制 端 、 第一端 B、 第二端 C和第三端 D, 控制端 A可以控制所述第三端 D与 第一端 B或第二端 C电性导通， 或者与二者都断开。 其中， 控制端 A与所述 可动极板中的导电层相连， 第一端 B与所述第一连接端相连， 第二端 C与所 述第二连接端相连， 第三端 D与所述第三连接端相连。 为了筒化， 本文后续 的附图和描述都使用图 9所示的等效结构。
图 10示出了本实施例的 MEMS静态存储单元的结构示意图， 包括： 第一 MEMS开关器件 Ml , 其第一端 B1和第二端 C1分别输入逻辑低电平 VCC- 和逻辑高电平 VCC+; 第二 MEMS开关器件 M2, 其第一端 B2为高阻， 其第 二端 C2连接所述第一 MEMS开关器件 Ml的控制端 A1 , 其控制端 A2连接 写字线 writeword, 其第三端 D2连接写位线 writebit; 第三 MEMS开关器件 M3, 其第一端 B3为高阻， 其第三端 D3连接读位线 readbit, 其控制端 A3连 接读字线 readword,其第二端 C3连接所述第一 MEMS开关器件 Ml的第三端 Dl。 其中高阻状态可以用多晶硅等材料实现。
对于本实施例的 MEMS静态存储单元， 在进行写操作时， 通过译码后， 写字线 writeword被选通， 使得第二 MEMS开关器件 M2的第三端 D2与第二 端 C2电性导通， 写位线 writebit与第一 MEMS开关器件 Ml的控制端 A1电 性导通，电荷通过写位线 writebit进入第一 MEMS开关器件 Ml的可动极板中 的导电层， 根据所述第一 MEMS开关器件中导电接触端的实际连接， 其第三 端 D1连接至逻辑高电平 VCC+或逻辑低电平 VCC-, 从而完成了写操作。
在进行读操作时， 读字线 readword被译码选通， 使得第三 MEMS开关器 件的第三端 D3与第二端 C3电性导通， 从而使得第一 MEMS开关器件 Ml的 第三端 D1与读位线 readbit电性导通， 从而可以通过读位线 readbit读取第一 MEMS开关器件 Ml中存储的数据， 若所述第一 MEMS开关器件 Ml的第三 端 D1连接至逻辑高电平 VCC+,则读出结果为 "Γ ,若连接逻辑低电平 VCC-, 则读出结果为 "0"。 由于读取的过程是读位线 readbit通过 MEMS开关器件的 相应电极直接连接至逻辑高电平 VCC+或逻辑低电平 VCC-, 因此其信号质量 较好， 具有较好的信号完整性。 此外， 本实施例的 MEMS开关器件的漏电流 较小， 有利于降低 MEMS静态存储单元的功耗。
由于逻辑高电平 VCC+和逻辑低电平 VCC-—般是由外部的电源模块提供 的， 因此， 读取过程并不会造成第一 MEMS开关器件 Ml 中的导电层上的电 荷的减少， 从而不需要 DRAM中必须的刷新操作， 实现了静态存储。 由于本 实施例的 MEMS静态存储单元仅需要 3个 MEMS开关器件，且采用图 5和图 6中所示的优选的 MEMS开关器件结构，各个 MEMS静态存储单元可以叠放， 因此本实施例的 MEMS静态存储单元所占的面积较小， 从而能够实现更高的 集成度。
图 11为图 10所示的 MEMS静态存储单元的等效符号示意图，为了筒 ， 后续的附图和描述中的 MEMS静态存储单元都使用该等效符号示意图。
本实施例还提供了由上述 MEMS静态存储单元组成的 MEMS静态存储 器， 包括多个成阵列排布的 MEMS静态存储单元， 同一行的 MEMS静态存储 单元共用同一读字线和写字线， 同一列的 MEMS静态存储单元共用同一读位 线和写位线。
本实施例还提供了一种 MEMS开关盒， 其结构请继续参考图 1 , 包括多 条横向的连接线和纵向的连接线以及交叉点上 的连线开关 10a。 本实施例中的 MEMS开关盒中的连线开关 10a的结构请参考图 12, 包括： 第一连线节点 51、 第二连线节点 52、 第三连线节点 53和第四连线节点 54, 以及第一 MEMS开 关器件 Ml至第六 MEMS开关器件 M6, 其中各个 MEMS开关器件的结构请 参考图 5至图 8及相关描述， 这里不再赘述。
其中， 第一 MEMS开关器件 Ml的第一端 B1为高阻， 第二端 C1连接所 述第二连线节点 52, 第三端 D1连接所述第一连线节点 51; 第二 MEMS开关 器件 M2的第一端 B2为高阻， 第二端 C2连接所述第三连线节点 53, 第三端 D2连接所述第四连线节点 54;第三 MEMS开关器件 M3的第一端 B3为高阻， 第二端 C3连接所述第三连线节点 53, 第三端 D3连接所述第一连线节点 51; 第四 MEMS开关器件 M4的第一端 B4为高阻， 第二端 C4连接所述第一连线 节点 51 , 第三端 D4连接所述第四连线节点 54; 第五 MEMS开关器件 M5的 第一端 B5为高阻， 第二端 C5连接所述第四连线节点 54, 第三端 D5连接所 述第二连线节点 52; 第六 MEMS开关器件 M6的第一端 B6为高阻， 第二端 C6连接所述第二连线节点 52, 第三端 D6连接所述第三连线节点 53; 所述第 一 MEMS开关器件 Ml至第六 MEMS开关器件 M6的控制端 A1至 A6分别接 收外部控制信号， 用以实现各个 MEMS开关器件的连接电性导通状态， 优选 的， 本实施例中所述第一 MEMS开关器件 Ml至第六 MEMS开关器件 M6的 控制端 A1至 A6分别连接至六个不同的上述实施例中所述的 MEMS静态存储 单元的读位线，即所述外部控制信号由六个不 同的上述实施例中所述的 MEMS 静态存储单元提供， 当然， 在其他具体实施例中， 所述外部控制信号也可以由 现有技术中的其他存储单元提供， 如 SRAM、 EEPROM等。 所述 MEMS静态 存储单元的结构和工作过程请参见前述实施例 ， 这里就不再赘述。
在一具体实施例中， 通过对各个 MEMS静态存储单元的编程， 可以实现 互连结构的配置， 改变信号的走向。 例如， 信号从第一连线节点 51输入， 若 所述第一 MEMS开关器件 Ml的第三端 D1和第二端 C1电性导通， 则信号由 第一连线节点 51传输至第二连线节点 52; 若所述第四 MEMS开关器件 M4 的第三端 D4和第二端 C4电性导通，则信号由第一连线节点 51传输至第四连 线节点 54;若所述第三 MEMS开关器件 M3的第三端 D3和第二端 C3电性导 通， 则信号由第一连线节点 51传输至第三连线节点 53; 其他情况亦然。
本实施例还提供了一种 MEMS连接盒， 其结构请继续参考图 3, 其中包 括多个连线连接单元， 所述连线连接单元的结构如图 13所示， 包括： 第一连 线 Ll、 第二连线 L2和 MEMS开关器件 M7, 其中， 所述 MEMS开关器件 M7的第一端 B7为高阻， 第二端 C7连接所述第一连线 L1 ,第三端 D7连接所 述第二连线 L2, 控制端 A7接收外部控制信号， 优选的， 所述控制端 A7连接 上述实施例中所述的 MEMS静态存储单元的读位线， 即所述外部控制信号由 上述实施例中所述的 MEMS静态存储单元提供， 当然， 在其他具体实施例中， 所述外部控制信号也可以由现有技术中的其他 存储单元提供， 如 SRAM、 EEPROM等。 所述 MEMS开关器件和 MEMS静态存储单元的详细说明请参 见上述实施例， 这里不再赘述。
在一具体实施例中， 对于从第一连线 L1输入的信号， 可以通过对所述连 线连接单元中的 MEMS静态存储单元的编程，使该信号仅沿第一 线 L1传输， 或同时沿第一连线 L1和第二连线 L2传输。
本实施例中还提供了相应的 MEMS可编程器件， 包括上述 MEMS开关盒 和 /或 MEMS连接盒， 用作其中的可编程互连结构， 该 MEMS可编程器件可 以为 FPGA等。
本实施例中，使用 MEMS开关器件实现了 MEMS静态存储器及其存储单 元、 MEMS开关盒、 MEMS连接盒以及 MEMS可编程器件， 由于采用了优选 的 MEMS开关器件结构， 从而改善了信号完整性， 并可以通过 MEMS开关器 件的叠放减小电路面积。
综上， 本技术方案中优选的 MEMS开关器件可以利用 CMOS工艺的后段 工艺，只需要金属层和绝缘层即可实现 MEMS静态存储器及相应的 MEMS可 编程互连结构和 MEMS可编程器件， 筒化了工艺实现步骤； 并且可以和标准 CMOS工艺结合， 可以在 CMOS电路上层叠上述存储器， 从而降低整体电路 的面积。 同时， 由于 MEMS静态存储器单元输出信号完全来自逻辑高 低电 平，避免了输出 MOS管的影响，改善了信号完整性。而且本实施 例中的 MEMS 开关器件的漏电流较小， 有利于降低 MEMS静态存储器、 MEMS静态存储单 元及 MEMS可编程器件的功耗。 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并 不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围 内，都可以利用上述揭示的方法 和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动 和修改， 因此， 凡是未脱离本发 改、 等同变化及修饰， 均属于本发明技术方案的保护范围。
Next Patent: MEMS SWITCH AND MANUFACTURING METHOD THEREOF