JP2823757B2 - 不揮発性記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度、大容量の記録
容量を有し、情報を電気的に書き込み・読み出しできる
ようになった不揮発性記録装置に関し、特にコンピュー
タ、メモリーカードおよびワードプロセッサ等の機器に
幅広く利用が期待できる不揮発性記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】不揮発性記録装置の一例として、情報の
書き換えが可能になったものがあり、このような不揮発
性記録装置の代表的なものとして以下の４種類のものが
ある。 磁気テープ 磁気ディスク ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ（ＩＣ不揮発性メモリー） 光磁気ディスク また、この種の不揮発性記録装置の最近のものとして、
本願出願人が、例えば特願平３−１３８０２７号、特願
平３−２８５１３６号で先に提案した 液晶を用いた不揮発性メモリー がある。

【０００３】以下に上記した各不揮発性記録装置の概要
を説明する。

【０００４】磁気テープ 最も代表的な書き換え可能型の不揮発性記録装置であ
り、安価であるという特長を有し、オーディオテープや
ビデオテープ等として最も普及している。また、記憶容
量が非常に大容量の記録装置であり、コンピュータ用の
バックアップメモリーとしても使われている。

【０００５】しかしながら、情報のシーケンシャルな書
き込み／読み出しのみが可能であり、ランダムアクセス
が出来ないという欠点がある。また情報の読み出し、書
き込みの為のアクセス時間が長いという欠点もある。

【０００６】磁気ディスク コンピュータやワードプロセッサ用の外部記録装置とし
て使われており、取り扱いが簡単で、安価なフロッピー
ディスクと、記録容量は大きいが、取り扱いが難しく高
価なハードディスクがよく用いられる。

【０００７】磁気ディスクの特長は、高速ランダムアク
セスが可能であり、書き込み・書き換えが比較的容易な
ことである。

【０００８】記録容量は３．５インチのフロッピーディ
スク１枚で１メガバイト程度、３．５インチのハードデ
ィスク１枚で４０メガバイト程度である。

【０００９】ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ ＩＣ不揮発性メモリーは、書き換え可能型の記録装置で
あり、高密度な記録が可能である。このようなＩＣ不揮
発性メモリーとして、電気的な書き込みと、紫外線照射
による消去を行うＥＰＲＯＭと、電気的な書き込み・消
去が可能なＥＥＰＲＯＭが代表的である。これらのＩＣ
不揮発性メモリーは小型軽量、アクセス時間が短い、消
費電力が小さい等の特長を備えている。ここでは電気的
に書き込み・消去が可能なＥＥＰＲＯＭを例に挙げて説
明する。

【００１０】図５はＥＥＰＲＯＭのメモリーセルの断面
形状を示す。基板７の表面側には、ソース領域８および
ドレイン領域６が形成され、両者の間にチャンネル領域
９が形成されている。そして、これらの上にゲート酸化
膜５が形成され、その上にフローティングゲート４、コ
ントロールゲート２がこの順にパターン形成されてい
る。フローティングゲート４には、キャリアーが蓄積、
保存されており、コントロールゲート２がフローティン
グゲート４へのキャリアーの注入を制御する。

【００１１】コントロールゲート２とフローティングゲ
ート４との間は、シリコン酸化膜からなる絶縁膜３で分
離されている。そして、これらの上に基板７の表面を覆
うようにして表面保護膜１が形成されている。表面保護
膜１としては、通常シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜
が用いられる。

【００１２】このような構成において、情報の記録（書
き込み）を行う場合は、ドレイン領域６とコントロール
ゲート２との間に電圧を印加し、ゲート酸化膜５を通し
て、キャリアーとしてのホットエレクトロンをフローテ
ィングゲート４に注入する。一方、記録情報の消去は、
ソース領域８とコントロールゲート２との間に電圧を印
加し、Fowler-Nordheim(N-F)Tunneling現象を利用して
キャリアーを除去する。また、記録情報の読み出しは、
ソース領域８、ドレイン領域６の間のチャンネル領域９
の反転電圧の閾値電圧で、ＯＮ／ＯＦＦの判断をする。

【００１３】ここで、キャリアーの注入、除去はゲート
酸化膜５を通して行うので、ゲート酸化膜５の膜質と膜
厚はＥＥＰＲＯＭの構成上非常に重要である。例えば、
１メガビットのＥＥＰＲＯＭでは、通常ゲート酸化膜５
の膜厚は２０ｎｍ程度の薄膜であるため、膜質、膜厚の
管理が難しく、歩留りの低下によるコストアップが大き
な問題となる。また、チップの寸法は通常、短辺・長辺
共に７〜１０ｍｍ程度であり、記録容量を大きくするた
めにチップ面積を大きくすると、歩留りが低下し、より
コストアップとなる。

【００１４】このような理由により、現状のＥＥＰＲＯ
Ｍの記録容量は１〜４メガビット程度であり、他の不揮
発性記録装置である光磁気ディスクや磁気ディスクと比
較すると記録容量は小さい。

【００１５】光磁気ディスク 光ディスクの一種で、記録の書き換えが可能な記録装置
であり、代表的な大容量不揮発性記録装置の１つであ
る。

【００１６】図６に光磁気ディスクの構造の一例を示
す。光磁気ディスクの記録・再生は記録媒体に垂直磁化
特性を示す磁性薄膜１５、１６を用い、あらかじめ磁化
した方向とは逆向きの弱い磁界の中で、レーザー光２０
をディスクＤ上の集光領域２１に集光し、局部的な加熱
により信号を記録する。再生はカー効果又はファラデー
効果を利用する。即ち、直線偏光されたレーザー光２０
をディスクＤの上に当てると、その透過光又は反射光は
磁性薄膜１５、１６の磁化状態に応じて、偏光面が回転
する。この偏光面の回転を、検光子を用いて光の強弱信
号に変換し、光検出器で電気信号として検出することに
より、信号を再生する。このような光磁気ディスクは、
文書ファイル、画像ファイル用に大容量記録が可能な記
録装置として実用化されている。

【００１７】光磁気ディスクの特長は、レーザー光２０
による記録であるため、透明な基板を通して、非接触で
情報を記録できることである。即ち、この方法では記録
面側２３のゴミは問題とならない。これに対して、基板
面側２２のゴミは影響するが、基板面側２２ではレーザ
ー光２０の焦点があっていないため、ビーム径が数百μ
ｍと大きく、多少のゴミが存在しても悪影響を受けるこ
とがない。

【００１８】光ディスクによる情報記録は、集光された
レーザー光で情報を記録・再生するため高密度な記録が
できる。たとえば、３．５インチディスクで１２０メガ
バイト程度の大容量のメモリー装置が実現出来る。

【００１９】但し、光磁気ディスクは書き込み・読み出
しにレーザー光源やアクチュエータを構成する磁石、回
転機構等が必要であるため、周辺機器が大きく価格が高
くなる欠点がある。

【００２０】これまでに述べた〜までの不揮発性記
録装置の問題点を整理すると以下のようになる。

【００２１】（１）大容量、高密度な記録。

【００２２】フロッピーディスクでは３．５インチディ
スクで１メガバイト程度であり大容量化、高密度化に対
応出来ない。

【００２３】ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のＩＣ不揮発
性メモリーでは高密度化は実現できるものの、歩留り上
の制約によってチップ面積を大きくできないため、大容
量化が難しい。

【００２４】（２）衝撃、振動に弱い。

【００２５】ハードディスクではディスクを複数枚集積
することにより大容量化が実現出来るが、高密度化に対
応するためにヘッドとディスクの間隔を１μｍ以下まで
狭めており、衝撃や振動により破損しやすく、また微小
なゴミであってもヘッドやディスクに付着すると記録装
置を破損してしまう欠点がある。

【００２６】（３）書き込み、読み出し等周辺装置が複
雑で大きい。

【００２７】フロッピーディスク、ハードディスクおよ
び光磁気ディスクは、共にディスクを回転して情報の書
き込み、読み出しを行うため、モーターなどの回転機構
が必要であり、周辺装置が大型化、かつ複雑化する。

【００２８】加えて、ハードディスクではディスクとヘ
ッドの間隔を精密に制御しなければならないことや、耐
衝撃性を確保するために緩衝材が必要であるため、装置
全体が大きく、かつ重くなってしまう問題がある。

【００２９】また、光磁気ディスクでは書き込み・読み
出し等にレーザ光源や磁石、回転機構等を使用するた
め、装置が大きく、重くなり、また価格も高くなってし
まう欠点がある。

【００３０】（４）読み出し・書き込みが高速度で行え
ること。

【００３１】フロッピーディスク、ハードディスクおよ
び光磁気ディスクではディスクを回転しながらアクセス
すべき情報の位置を探すため、読み出しの高速化を図る
上で限界がある。

【００３２】これらの問題点を全て解決するような、不
揮発性記録装置として上記の液晶を用いた不揮発性メモ
リーがある。以下にその概要と問題点を簡単に述べる。

【００３３】図７および図８はこの不揮発性メモリーを
示す。液晶化合物を２枚の基板５５、５２で挟み、その
両方の基板５５、５２にマトリクス状の電極を設けて、
読み出し・書き込みを行う概略構成になっている。

【００３４】今少し具体的に説明すると、下側のシリコ
ン基板５５上には、上部電極４１が紙面の表裏方向に相
当する列方向に複数本配列されており、上部電極４１の
下方であって、上部電極４１の配列方向と直行する行方
向に複数本の下部電極４２が配列されている。また、上
部電極４１と下部電極４２との間には発熱体４４が設け
られ、両電極４１、４２の交差部にメモリーセルが形成
される。

【００３５】シリコン基板５５には対向面に対向電極５
１が形成されたガラス基板５２が貼り合わされ、両基板
５５、５２間に高分子ネマチック液晶からなる液晶５３
を充填しメモリーセルを構成する。なお、図中５６は液
晶層の上下両面に接して配設される配向膜である。ま
た、５７はフィールド絶縁膜、５４は電極間絶縁膜であ
る。

【００３６】情報の書き込みは、発熱体４４に交流電圧
を印加し液晶５３を加熱して行う。加熱後、交流電圧の
給電を停止し、液晶５３を急冷するとポリドメイン構造
となる。また、交流電圧の給電を徐々に低くすることに
より、液晶５３は徐冷されモノドメイン構造となる。モ
ノドメイン構造にするには、液晶５３に電圧をかけなが
ら冷却することによっても実現できる。

【００３７】一方、読み出しは、上部電極４１と対向電
極５１との間に交流電圧を印加し、液晶５３の電気容量
を測定して行う。具体的にはポリドメイン構造とモノド
メイン構造では液晶５３の誘電率が異なるため、この差
に起因する電気容量の差を測定する。

【００３８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の液晶を
用いた不揮発性メモリーは、その構造上の問題から、熱
伝導率が高く、誘電率異方性の大きい液晶材料の選定
や、貼り合わされる２枚の基板５５、５２の電気的接続
といったような生産技術上の難点があり、構造の改良が
望まれているのが現状である。以下にその問題点の詳細
を説明する。

【００３９】まず、これらの液晶を用いた不揮発性メモ
リーは、基板が２つに分離しているため、メモリー装置
駆動用のドライバー回路を一体化することが困難であ
る。なぜなら、読み出し・書き込み用のマトリクス状の
電極数は多く、かつ間隔も狭い。よって、一方の基板５
２に作り込まれたメモリー装置のドライバー回路と、他
方の基板に分かれて置かれている読み出し・書き込み用
のマトリクス状の電極とを接続することが困難である。
また、接続点が小さくなることは、その分、接続抵抗が
大きくなり、その影響を補うためのドライバー回路も複
雑になる。これらの技術的困難は、生産性を低下させコ
ストアップにつながる。

【００４０】また、記録媒体としての液晶５３は熱伝導
率が比較的小さいので、希望する領域全体を望ましい熱
的な状態変化を起こさせるまで一様に加熱するのは難し
い。このことは、図９に示す発熱部分のコンピューター
シミュレーションによる熱拡散の解析結果より明かであ
る。

【００４１】すなわち、図９に示すように、加熱された
発熱体４４の表面に接する液晶５３の温度は液晶５３が
相転移するのに十分な温度（５８℃）に上昇している
が、上側のガラス基板５２の近くでは温度上昇が少ない
（４６℃）。従って、この状態で液晶５３に電界をかけ
ると、誘電率変化を起こすのは発熱体４４の表面に接す
る部分のみであるため、メモリーセル全体の誘電率変化
（相転移）を検出するのは難しい。

【００４２】このような不具合は、発熱体４４の加熱時
間を長くすれば解消できる。しかしながら、加熱時間を
長くすると高温の領域が周囲に広がるため、隣接するメ
モリーセルにまで相転移が生じる。従って、メモリーセ
ルの高密度化が困難になるという新たな欠点がある。

【００４３】そこで、上記の液晶を用いた不揮発性メモ
リーでは、２枚の基板５５、５２の間隔を極端に狭く
し、液晶層を薄くすることにより、メモリーセル全体を
一様に加熱することとしていた。

【００４４】しかしながら、基板５５、５２間の間隔を
極端に狭くすると、当然のことながら上下の電極５１、
４１間の間隔も極端に狭くなるため、上下に分かれた電
極５１、４１の接触が起こりやすく、生産時に不良品を
頻発するおそれがある。このため、コストダウンを図る
上で限界があった。また、高分子液晶のような粘性の高
い液晶材料をこのような薄いセル内に一様に注入するこ
とは難しいので、液晶材料が限定されるという難点もあ
る。

【００４５】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するためになされたものであり、高密度、大容量化
が図れ、書き込み・読み出しを高速で行えると共に、周
辺機器の小型化が図れ装置構成全体を小型化、簡潔化で
き、更には大幅なコストダウンが可能になる新しいタイ
プの不揮発記録装置を提供することを目的とする。

【００４６】

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発記録装置
は、液晶化合物又は分子中に液晶成分を含む化合物で形
成された記録媒体を基板上に塗布し若しくは該基板と封
止用材料との間に封入すると共に、加熱手段によって該
記録媒体を加熱して、該記録媒体の物性値の熱的な状態
変化で情報を書き込む一方、電気的な読み出し手段によ
り該記録媒体の物性値の変化を該記録媒体に書き込まれ
た情報として読み出す不揮発性記録装置であって、該加
熱手段及び該電気的な読み出し手段が同一基板上に形成
されており、 該電気的な読み出し手段が、交差かつ重畳
して配置された第１電極と第２電極からなる第１電極対
で形成されると共に、 該加熱手段が、該第２電極と該第
２電極に交差かつ重畳した第３電極からなる第２電極対
及び該第２電極対の交差部に絶縁膜と共に挟まれた発熱
体で形成されており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００４７】好ましくは、前記絶縁膜がシリコン窒化膜
からなる構成とする。

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【作用】１枚の基板の上に３層構造の電極、すなわち第
１電極、第２電極および第３電極がマトリクス状に形成
されている不揮発記録装置を例に取って以下にその作用
を説明する。

【００５３】ここで、第１電極、第２電極および第３電
極はこの順に記録媒体である液晶層に近くなっており、
第１電極および第２電極は共に液晶層に接している。従
って、第１電極と第２電極で形成される第１電極対によ
り液晶層の物性値が読み取られる。

【００５４】このような構成において、マトリクス状に
配置された第２電極対に電圧を印加して、その交差部に
挟まれた発熱体に電流を流すと、発熱体にジュール熱が
発生する。この電流、電圧およびその印加時間を制御す
ることにより、記録媒体を構成する液晶層（液晶）を相
転移等の状態変化が生じる温度まで昇温することができ
る。そして、その後電流の通電を停止し、液晶層を急冷
すると、液晶層が相転移等の状態変化をしたままで固定
される。これにより液晶層の物性値、例えば誘電率が変
化し、情報が書き込まれた状態になる。この状態は長時
間保持されるため、書き込まれた情報を記録情報として
不揮発に保持できる。

【００５５】誘電率の変化として書き込まれた記録情報
は、第１電極と第２電極との間に交流電圧を印加し、誘
電体である液晶層のそのときの電気容量を測定すれば記
録情報を電気的に読み出すことができる。すなわち、情
報の読み出しが行われる。

【００５６】この状態から液晶層を再度同様の手順で相
転移等の状態変化の生じるまで昇温し、その後、第２電
極対を介して発熱体に印加される電流、電圧を制御する
ことにより、液晶層を徐々に冷却、若しくは急冷であっ
て冷却時に高い交流電圧を印加すると、液晶層は再度状
態変化を生じ、これにより液晶層に一旦書き込まれた情
報を消去できる。従って、以上の構成により書き換え可
能な不揮発性液晶メモリーを実現できる。

【００５７】上記構成の不揮発性記録装置は、情報の書
き込み時に液晶層の厚さ方向の配向変化を利用するので
はなく、第１電極および第２電極の表面にある液晶の配
向変化を利用している。その理由は前述の熱解析結果か
らも明らかなように、メモリーセルの上方の液晶層全体
を一様に加熱することが難しいことによる。

【００５８】これに対して、発熱体に近い第１電極と第
２電極に接する液晶層の表面部分は比較的簡単に昇温で
きるため、情報記録を素早く行うことができる。また、
上記構成では、読み出し電極である第１電極および第２
電極と、加熱手段である発熱体は共に一枚の基板上に形
成されているため、書き込み・読み出しのための回路も
同一基板上に作り込めるので、記録装置全体の構成が簡
略化される。

【００５９】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００６０】図１は本発明不揮発性記録装置の表面構成
を模式的に示している。記録部２８の周辺回路、すなわ
ち入出力信号制御部２５、論理系制御部２６および駆動
回路部２７は機能別にブロックに分割して示してある。

【００６１】ここで、入出力信号制御部２５は、ＭＰＵ
等の他の装置からの入力信号を処理してメモリーセル２
９（図２参照）へ信号（書き込み情報）を送る機能と、
メモリーセル２９より読み出された信号を処理して他の
装置へ送る機能等を有する。論理系制御部２６は不揮発
記録装置全体の信号処理を制御する。駆動回路部２７
は、論理系制御部２６からの指令により記録部２８のメ
モリーセル２９へ電気信号を供給するための電流を通電
する。記録部２８は入出力信号制御部２５から与えられ
る信号（データ）を蓄積し、記録情報として保存する。

【００６２】なお、このような周辺回路としては、ＩＣ
に限定されるものではなく、シリコン基板上に搭載でき
るものなら、他の回路や回路素子を用いても構わない。

【００６３】図２ないし図４に示すように、記録部２８
は記録部２８のメモリーセル２９に対する記録情報の書
き込み／書き換えを行うための加熱用の発熱体３５、発
熱体３５に電流を供給する第２電極３４、第３電極３７
および第２電極３４と協働して記録情報の読み出しを行
うための第１電極３２を有するシリコン基板３９と、シ
リコン基板３９上に塗布された液晶層３１を有する。以
下にその詳細を説明する。

【００６４】図２は記録部２８の液晶層３１を除いたシ
リコン基板３９の表面構成を示しており、複数本の第１
電極３２、３２…が図上縦方向に相当する列方向に均等
な間隔を設けて行方向に配設されている。第１電極３２
はその上方の液晶層３１と接している。第１電極３２の
下方であって、第１電極３２と直交する列方向には、複
数本の第２電極３４、３４…が行方向に均等な間隔を設
けて配設されており、両電極３２、３４で第１の電極対
が構成される。

【００６５】第１電極３２および第２電極３４の交差部
は、シリコン基板３９上にマトリクス状に配置されてい
る。第１電極３２および第２電極３４からなる電極対
は、メモリーセル２９に記録された情報の読み出し時に
使用される。なお、第２電極３４もその上方の液晶層３
１に接している。また、メモリーセル２９もマトリクス
状に配置されており、このメモリーセル２９全体で記録
部２８が構成される。図２おいて、行方向および行方向
に表示した細線で囲まれた１つの領域がメモリーセル２
９に相当する。

【００６６】また、第２電極３４の下方であって、第２
電極３４と直交する行方向には同様にして複数本の第３
電極３７、３７…が配設されている。従って、第２電極
３４と第３電極３７で形成される第２の電極対の交差部
もマトリクス状に配置されている。この第２の電極対の
交差部には発熱体３５が挟まれており、第２電極３４お
よび第３電極３７はその配線の一部分で、発熱体３５を
介して電気的に接続され、発熱体３５に電力を供給す
る。なお、本実施例では、メモリーセル２９の寸法を小
さくするために、上記各電極３２、３４、３７の配線材
料として耐熱性の優れたタングステンを用いている。

【００６７】上記のメモリーセル２９は、シリコン基板
３９の第１電極３２と第２電極３４の交差部分に位置す
る部分と、その上に配置された液晶層３１で形成され
る。液晶層３１はその相転移現象によって情報を記録す
る機能を有する。

【００６８】図３および図４に従い、以下にメモリーセ
ル２９の具体的な構成を順を追って説明する。シリコン
基板３９は、ＩＣで一般に使用されている半導体用単結
晶シリコン基板であり、抵抗値を制御するために不純物
を添加してある。シリコン基板３９の上にそのまま第３
電極３７を形成すると、第３電極３７と第２電極３４と
の間で通電される駆動電流がシリコン基板３９へ電流リ
ークするので、これを防止するために、本実施例ではシ
リコン基板３９の表面をフィールド絶縁膜３８で覆っ
て、その上に第３電極３７を形成する構成をとる。

【００６９】また、第３電極３７と第２電極３４の間に
は両者間の絶縁性を保つために電極間絶縁膜３６が形成
されている。第３電極３７と第２電極３４の間には１０
Ｖ以上の電圧を印加する場合もあり、絶縁破壊を防止す
るためにピンホールの無い均質な膜質と、均質な膜厚が
必要である。そこで、本実施例では電極間絶縁膜３６と
して、プラズマＣＶＤ法で形成したシリコン窒化膜を用
いた。

【００７０】この電極間絶縁膜３６はメモリーセル２９
の部分で開口しており、その部分で第２電極３４と第３
電極３７の間に直接発熱体３５を挟み込む構造としてい
る。記録情報の書き込み／消去の時には、第２電極３４
と第３電極３７の間に電圧が印加され、発熱体３５に電
流が流れ、発熱体３５にジュール熱が発生し、発熱体３
５の発熱により第２電極３４、第３電極３７も共に温度
上昇を生ずるため、これらの電極材料は耐熱性が要求さ
れる。そこで本実施例では、減圧ＣＶＤ法で形成したタ
ングステンを用いた。一方、発熱体３５は耐熱性を有す
ると同時に適度な抵抗値と微細加工が可能な材料を使用
する必要があるので、本実施例では高純度な多結晶シリ
コンをＣＶＤ法で形成した。

【００７１】上記のように、本実施例では配線材料とし
てＣＶＤ法で形成したタングステンを用いたが、耐熱性
があれば他の材料を用いても構わない。また、形成方法
もＣＶＤに限定せず、均一に形成できれば他の方法でも
良い。

【００７２】次に、記録部２８にマトリクス状に形成さ
れるメモリーセル２９の具体的な製造工程を説明する。
なお、本発明の不揮発性記録装置では、周辺ＭＯＳ(Met
al Oxide Semiconductor) ＩＣの形成工程と記録部２
８の形成工程が必要であるが、ここでは説明の簡略上Ｍ
ＯＳ ＩＣプロセスについては周知のＩＣ製造プロセス
を用いるという説明に止め、メモリーセル２９の製造行
程のみを説明する。

【００７３】本実施例ではシリコン基板３９として６イ
ンチＰ型（１００）の単結晶シリコンウエハーを用い
た。まず、シリコン基板３９上に熱酸化によって８００
ｎｍのフィールド絶縁膜（フィールド酸化膜）３８を形
成する。次いで、フィールド絶縁膜３８の上に減圧ＣＶ
Ｄ法により膜厚１．２μｍのタングステン膜を形成す
る。続いて、このタングステン膜をフォトリソグラフィ
とドライエッチングによって不要部分を除去し、第３電
極３７をパターン形成する。

【００７４】次に、プラズマＣＶＤ法によって第３電極
３７の上に膜厚１．０μｍのシリコン窒化膜を成膜し、
第３電極３７と第２電極３４との間を絶縁する電極間絶
縁膜３６を形成する。続いて、フォトリソグラフィとド
ライエッチングによって電極間絶縁膜３６に第３電極３
７に到達する開口部を形成する。

【００７５】次に、第３電極３７および電極間絶縁膜３
６を覆うようにして減圧ＣＶＤ法によって比抵抗が約１
０００Ω・ｃｍ、膜厚が約１．０μｍの多結晶シリコン
をシリコン基板３９上の全面に形成し、発熱体３５とす
る。ここで、多結晶シリコンはボロン、リン、金属等の
不純物が膜中へ混入すると抵抗値が下がり、発熱したと
きに所定の温度に達しなくなることがあるので、特にＣ
ＶＤ法に使用する材料の純度や装置の清浄には注意が必
要である。そこで、本実施例では、多結晶シリコン形成
用の材料として高純度のモノシランガスを用い、減圧Ｃ
ＶＤ法で発熱体３５を形成したが、必要な抵抗値を確保
できれば、他のシリコン化合物や他の形成方法を用いて
も構わない。

【００７６】次いで、発熱体３５の上に減圧ＣＶＤ法に
より約１．０μｍのタングステン膜を形成し、続いてこ
のタングステン膜をフォトリソグラフィとドライエッチ
ングによって不要部分を除去し、第２電極３５を形成し
た。

【００７７】次いで、プラズマＣＶＤ法によって第２電
極３４上に膜厚５．０μｍのシリコン窒化膜を成膜し、
第１電極３２と第２電極３４との間を絶縁する電極間絶
縁膜３３とした。続いて、フォトリソグラフィとドライ
エッチングによって電極間絶縁膜３３に第２電極３４に
到達する開口部を形成する。この電極間絶縁膜３３は誘
電率が低いため、膜厚を厚くした方がよい。すなわち、
そうすることにより、液晶層３１の相転移による誘電率
変化を大きくでき、読み出しが容易になるからである。

【００７８】次いで、電極間絶縁膜３３の上に減圧ＣＶ
Ｄ法により約１．０μｍのタングステン膜を成膜し、こ
のタングステン膜をホトリソグラフィとドライエッチン
グによって不要部分を除去し、第１電極３２を形成し
た。

【００７９】以上の製造工程で作製されたシリコン基板
３９の上に、ｐ−シアノビフェニルをメソゲン基とする
アクリルタイプの高分子ネマチック液晶を１〜１０μｍ
の厚さで均一に塗布し、続いて第１電極３２と第２電極
３４の間に１００Ｖ，５００Ｈｚの交流電圧を印加しな
がら液晶層３１を等方相から徐冷し、ホメオトロピック
配向状態とする。なお、液晶材料は熱により相転移等の
状態変化を起こし、変化した状態を保持できるものなら
ば他の材料を使用しても構わない。

【００８０】また、上記実施例では、必要なものが形成
されたシリコン基板３９上に液晶層３１を塗布してメモ
リーセル２９を作製することにしたが、適当な大きさに
切断したガラスとシリコン基板３９を１〜１０μｍの間
隔を設けて貼り合わせ、両者の間に高分子液晶を注入し
てメモリーセル２９を作製することも可能である。

【００８１】また、本発明の不揮発性記録装置では、ｐ
−シアノビフェニルをメソーゲン基とする高分子液晶以
外にもポリシロキサン系の高分子スメクチック液晶も同
じように用いることができる。

【００８２】さらに、液晶材料としては他に導電性高分
子液晶を用いることもできる。このような導電性高分子
液晶を用いる場合は、フェナンスレンを電子供与体と
し、ヨウ素を電子受容体とする電荷移動錯体を導電性付
与基Ｂとし、メソーゲン基Ａをエステル系の液晶とし、
アクリルタイプの主鎖を持つ導電性高分子液晶をシリコ
ン基板に塗布する。そして、この導電性高分子液晶を１
００Ｖ、５００Ｈｚの交流を印加しながら、等方相から
徐冷して配向を揃える。

【００８３】最後に、上記の工程を経て作製されたシリ
コン基板３９をダイシングし、ボンディングした後、パ
ッケージに収納する。

【００８４】次に、上記のようにして作製されたメモリ
ーセル２９に対する情報の書き込みと読み出しの動作原
理について説明する。

【００８５】本発明の不揮発性記録装置は、液晶の熱に
よる相転移等の状態変化を利用して情報をメモリーセル
２９に記録し、状態変化に伴う誘電率の変化を利用して
情報の読み出しを行っている。ここで、ｐ−シアノビフ
ェニルをメソゲン基とするアクリルタイプの高分子ネマ
チック液晶、ポリシロキサン系の高分子スメクチック液
晶等では、相転移温度以上の加熱により、等方相に状態
が変化する。その後、急冷するとモノドメイン構造から
ポリドメイン構造に構造が変化する。この状態は常温で
長期間保持出来る。従って、このような記録媒体によれ
ば、記録情報を不揮発に保持することが可能である。

【００８６】一方、加熱した後に徐冷すると、再びモノ
ドメイン構造に戻る。モノドメイン構造とポリドメイン
構造では液晶の誘電率が異なるため、これを利用して記
録情報を電気的に読み出すことが可能になる。

【００８７】以下に本発明の不揮発性記録装置における
情報の書き込み／書き換えおよび読み出しの具体的な動
作について説明する。

【００８８】（書き込み／書き換えの方法）外部装置か
ら入力された情報は入出力制御部２５でバッファーメモ
リーに一旦記録され、データ処理後に記録部２８のメモ
リーセル２９に書き込まれる。この書き込みは、シリコ
ン基板３９上の第２電極３４と第３電極３７に挟まれた
発熱体３５に電圧を印加し、液晶層３１を加熱すること
により行う。加熱後、電圧印加を停止し、液晶層３１を
急冷するとポリドメイン構造となり書き込み状態にな
る。一方、電圧を徐々に下げ、徐冷を行うとモノドメイ
ン構造となり、記録消去状態となる。ここで、モノドメ
イン構造への変化は、第１電極３２と第２電極３４の間
に電界をかけて冷却することでも実現できる。

【００８９】また、書き込み位置は自由に選択出来るの
で、本発明不揮発性記録装置によれば、ランダムアクセ
スが可能になる。

【００９０】（読み出しの方法）シリコン基板３９上の
第２電極３４と第１電極３２に交流電圧を印加し、液晶
層３１の電気容量を測定する。ポリドメイン構造とモノ
ドメイン構造では液晶層３１の誘電率が異なるため、電
気容量の差を検出することによりデータ”１”、”０”
の読み出しが可能になる。

【００９１】なお、上記実施例では、第１電極３２、第
２電極３４に交流電圧を印加してメモリーセル２９に書
き込まれた記録情報を電気的に読み出すことにしたが、
この読み出しは光学的に行うことも可能である。

【００９２】すなわち、モノドメイン構造では液晶層３
１は透明状態であるのに対し、ポリドメイン構造では光
の散乱のために液晶層３１は不透明状態になる。従っ
て、メモリーセル２９にレーザー光等の光を照射し、液
晶層３１からの反射光を受光手段により検知することに
より記録情報の読み出しが可能になる。この読み出し方
法では、読み出し精度の向上を図るためには、液晶層３
１の表面が平坦であることが要求されるので、表面にガ
ラス等の透明な層を配置する必要がある。

【００９３】このような構成の不揮発性記録装置は、光
学的検知手段を必要とするので、上記した電気的な読み
出し手段による場合に比べて、システム構成が大型化す
るものの、精度のよい情報の読み出しが可能である。但
し、このシステムによる場合も、信号処理手段を含む電
気的なデバイスが必要であるので、全体としてみれば電
気的なシステム構成であるといえる。

【００９４】

【発明の効果】以上のように本発明の不揮発性記録装置
を用いることにより、静的な電気的制御により記録媒体
に対する情報の書き込み・読み出しが出来るので、光磁
気ディスクや磁気ディスクのように、回転機構やヘッド
などの移動機構が不要になる。従って、装置構成の小型
化、簡潔化および低価格化が図れる。

【００９５】また、レーザーピックアップや磁気ヘッド
等では必要な複雑、かつ精密な構成部分が不要になり、
振動、衝撃やゴミの付着に起因して装置が破壊されるお
それがないので、記録保持の安定性および装置の信頼性
を著しく向上できる。

【００９６】また、ＩＣ不揮発性メモリーによる不揮発
性記録装置と比べてメモリーセルの構造が簡素化できる
ので、大面積化を実現できる。

【００９７】更に、本発明の不揮発性記録装置では、記
録媒体の液晶を含め、全ての構成要素を１枚の基板上に
構成することが出来るので、情報の入出力を制御するＩ
Ｃからなる周辺回路を同一基板上に容易に搭載できる。
また、対向電極が不要であり、記録媒体である液晶を塗
布することができる。また、全ての配線を同一の基板内
で行うことができるので、薄膜形成、ホトリソグラフィ
ーとドライエッチングの組み合わせで不揮発性記録装置
を製造することができ、電極の引き出しも容易である。
従って、装置構成の小型化、簡潔化が図れ、コストダウ
ンを図る上で極めて都合の良いものになる。

【００９８】また、加熱手段である発熱体の表面近くの
記録媒体を用いて、情報の書き込みを行っているので、
書き込み時における熱の利用効率が高くなる。すなわ
ち、効率良く記録媒体である液晶の熱による相転移を引
き起こすことが出来る。

【００９９】

【０１００】

【０１０１】このように、本発明によれば不揮発性記録
装置としての望ましい条件を備えた全く新しいタイプの
不揮発性記録装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明不揮発性記録装置の表面構成を示す模式
的平面図。

【図２】記録部の平面構成を示す模式的平面図。

【図３】メモリーセルの斜視図。

【図４】図３のＡ−Ａ’線による断面図。

【図５】ＥＥＰＲＯＭの構造を示す断面図。

【図６】光磁気ディスクの構造を示す断面図。

【図７】本願出願人が先に提案した液晶を用いた不揮発
性メモリーの斜視図。

【図８】図７のＢ−Ｂ’線による断面図。

【図９】液晶を用いた不揮発性メモリーセルの温度分布
シミュレーション結果を示す断面図。

【符号の説明】 ２５ 入出力信号制御部 ２６ 論理系制御部 ２７ 駆動回路部 ２８ 記録部 ２９ メモリーセル ３１ 液晶 ３２ 第１電極 ３３ 電極間絶縁膜 ３４ 第２電極 ３５ 発熱体 ３６ 電極間絶縁膜 ３７ 第３電極 ３８ フィールド絶縁膜 ３９ シリコン基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−34587（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−307021（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−166390（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−296021（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−54685（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−128883（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−128884（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶化合物又は分子中に液晶成分を含む
   化合物で形成された記録媒体を基板上に塗布し若しくは
   該基板と封止用材料との間に封入すると共に、加熱手段
   によって該記録媒体を加熱して、該記録媒体の物性値の
   熱的な状態変化で情報を書き込む一方、電気的な読み出
   し手段により該記録媒体の物性値の変化を該記録媒体に
   書き込まれた情報として読み出す不揮発性記録装置であ
   って、 該加熱手段及び該電気的な読み出し手段が同一基板上に
   形成されており、 該電気的な読み出し手段が、交差かつ重畳して配置され
   た第１電極と第２電極からなる第１電極対で形成される
   と共に、 該加熱手段が、該第２電極と該第２電極に交差かつ重畳
   した第３電極からなる第２電極対及び該第２電極対の交
   差部に絶縁膜と共に挟まれた発熱体で形成されている 不
   揮発性記録装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁膜がシリコン窒化膜からなる請
   求項１記載の不揮発性記録装置。