開關元件的製作方法

2023-07-10 01:04:46 2

專利名稱：開關元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種開關元件。
背景技術：
隨著器件的尺寸縮小和密度提高，目前需要將電子元件進一步小型化。 作為一個實例，已知一種能夠通過在兩個電極之間(電極間納米間隙)提供 電壓來實現開關操作的開關元件，上述兩個電極彼此相隔一個微小間隙。更具體而言，已經開發了一種開關元件，這種開關元件通過稱為掩蔽蒸 發(傾斜沉積)的簡單製造方法，用氧化矽和金製成，氧化矽和金是穩定材料。根據這種開關元件，能夠穩定地重複開關操作(例如參見日本特開No. 2005-79335)。除了氧化矽之外，已知有一種元件用氮化矽代替氧化矽。更具體而言， 有使用氮化矽膜作為絕緣膜的MEMS (微型機電系統)元件(例如參見日本 特開No. 2004-306208)以及使用氮化矽層作為絕緣層的分子元件(例如參見 日本特開No. 2006-234799)。在這些元件中，氮化矽只充當絕緣體。在專利文獻l的開關元件中，需要進一步降低工作電壓。發明內容本發明的其中一個目的是進一步降低開關元件的工作電壓。為了實現這個目的，根據本發明的第一方案，提供一種開關元件，包括: 絕緣襯底；第一電極和第二電極，都設置在所述絕緣襯底的一個表面上；以 及電極間間隙，設置在所述第一電極與所述第二電極之間，且具有納米量級 的間隙，通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加預定電壓，所述間隙 中發生電阻的開關現象，其中所述絕緣襯底的所述一個表面含氮。優選地，所述絕緣襯底的所述一個表面是用經過預定氮化處理加工的氧 化矽製成的。優選地，所述預定氮化處理是等離子體氮化處理。 優選地，所述絕緣襯底的所述一個表面是用氮化矽製成的。 根據本發明的第二方案，提供一種開關元件，包括絕緣襯底；第一電 極和第二電極，都設置在所述絕緣襯底的一個表面上；以及電極間間隙，設 置在所述第一電極與所述第二電極之間，且具有納米量級的間隙，通過在所 述第一電極與所述第二電極之間施加預定電壓，所述間隙中發生電阻的開關 現象，其中所述絕緣襯底的所述一個表面是用經過等離子體氮化處理加工的 氧化矽製成的。根據本發明，所述開關元件包括絕緣襯底；第一電極和第二電極，都 設置在所述絕緣襯底的一個表面上；以及電極間間隙，設置在所述第一電極與所述第二電極之間，且具有納米量級的間隙，通過在所述第一電極與所述 第二電極之間施加預定電壓，所述間隙中發生電阻的開關現象，其中所述絕 緣襯底的所述一個表面含氮，優選是用經過等離子體氮化處理的氧化矽製成 的。也就是說，因為在本發明的開關元件中，絕緣襯底的形成有電極間間隙 的表面含氮。因此，與使用形成有電極間間隙的表面不含氮的絕緣襯底的開 關元件相比，能夠進一步降低工作電壓。


根據下面給出的詳細描述以及附圖，本發明的上述目的、優點和特點將 變得更好理解，附圖僅通過示例的方式給出，因此不是要作為對本發明的限制的定義，其中圖1是根據採用本發明的實施例的開關元件的主要部分的示意性剖視圖；圖2是根據開關元件的製造步驟，第一蒸發步驟的示意性剖視圖； 圖3是圖1所示的開關元件的主要部分的示意性放大剖視圖； 圖4是用於說明絕緣襯底所具有的含氮區域的效率的示意圖；圖5A是示出電流-電壓曲線(實線)和電阻-電壓曲線(虛線)的示意圖， 圖5B是示出開關元件在電阻最小值處電壓的分布的示意圖，在開關元件中， 氧化矽襯底經受等離子體氮化處理(氮壓力0.25mbar，等離子體頻率2.45GHZ，處理時間l小時)，並形成含氮區域作為絕緣襯底；圖6A是示出電流-電壓曲線(實線)和電阻-電壓曲線(虛線)的示意圖， 圖6B是示出開關元件的在電阻最小值處電壓的分布的示意圖，在開關元件 中，氧化矽襯底經受等離子體氮化處理(氮壓力lmbar，等離子體頻率 2.45GHz，處理時間l小時)，並形成含氮區域作為絕緣襯底；圖7A是示出電流-電壓曲線(實線)和電阻-電壓曲線(虛線)的示意圖， 圖7B是示出開關元件在電阻最小值處電壓的分布的示意圖，在開關元件中， 氧化矽襯底經受等離子體氮化處理(氮壓力lmbar，等離子體頻率2.45GHz， 處理時間6小時)，並形成含氮區域作為絕緣襯底；圖8是示出等離子體氮化處理的條件、通過XPS得到的氮檢測量以及在 電阻最小值處電壓的分布的峰值之間的關係的圖表；以及圖9是根據採用本發明的改型的開關元件的主要部分的示意性剖視圖。
具體實施方式
下文中參照

本發明的具體實施例。但是本發明的範圍不限於所 示實例。下面參照圖1至圖3說明根據本發明的開關元件100的結構。如圖1所示，開關元件100包括絕緣襯底10、設置在絕緣襯底10的上 表面(其中一個表面)上的第一電極20和第二電極30、以及設置在第一電 極20與第二電極30之間的電極間間隙40。絕緣襯底10構成支撐體，用於設置開關元件100的兩個電極(第一電 極20和第二電極30)，兩個電極彼此相距一定距離。絕緣襯底10的其中一個表面是含氮區域10a，在這個表面上設置第一電 極20和第二電極30。特別地，絕緣襯底10是以這樣的方式形成的使得預定襯底經受預定 的氮化處理並形成含氮區域10a，或者，使得預定襯底形成有作為含氮區域 10a的氮化矽膜。預定襯底可以是氧化矽(Si02)襯底，或者，可以在矽(Si)半導體襯 底的表面設置上氧化物膜，例如氧化矽。對氮化矽膜沒有限制，只要氮化矽膜是含氮的矽基絕緣體，這種材料的實例有SixN^nSixOyNz。預定的氮化處理包括化學氮化處理，例如CVD (化學氣相沉積)；物 理氮化處理，例如等離子體氮化處理；或者通過濺射方法進行的含氮膜的成膜處理。對絕緣襯底10的結構沒有限制。特別地，絕緣襯底10的表面形狀可以是平坦表面，或者有凹凸不平。 第一電極20與第二電極30成對，執行開關元件100的開關操作。 對第一電極20的材料沒有限制，其形狀也可以適當地改變，優選的材 料是從金、銀、鉑、鈀、鎳、鋁、鈷、鉻、銠、銅、鎢、鉭、碳、以及它們 的合金中選擇的至少一種。這裡，為了提高相對於絕緣襯底10的粘性，可 將兩個或更多個金屬層彼此重疊。特別地，第一電極20可以是鉻和金組成 的層疊結構。為了後述步驟說明簡便起見，圖1至圖3中將第一電極20示出為第一 電極下部21與第一電極上部22的組合。第二電極30與第一電極20成對，使得開關元件100的開關操作能夠實現。對第二電極30的形狀沒有限制，此形狀可以適當地改變，優選的材料 是從金、銀、鉑、鈀、鎳、鋁、鈷、鉻、銠、銅、鎢、鉭、碳、以及它們的 合金中選擇的至少一種。這裡，為了提高相對於絕緣襯底10的粘性，可將 兩個或更多個金屬層彼此重疊。特別地，第二電極30可以是鉻和金組成的 層疊(多層)結構。電極間間隙40在第一電極20與第二電極30之間具有納米量級的間隙， 功能是發展開關元件100的開關現象。第一電極20與第二電極30之間的(電極間納米間隙)距離(間隙)G 優選在0 nm<G《13 nm的範圍內，更優選在0.8 nm<G<2.2 nm的範圍內。距離G的上限值為13 nm的原因是，當開關元件經過兩次掩蔽蒸發操作 時，如果間隙間距變得大於13nm，則不發生開關動作。如果距離G的下限值是0 nm，則意味著第一電極20與第二電極30短 路。順便提及，用顯微鏡測量難以確定下限值，但是下限值可以是能夠產生隧道電流的最小距離。也就是說，下限值是距離的這樣一個理論值在此理 論值，伏安特性不再遵守歐姆定律，並能觀察到量子力學隧道效應。這裡，如果將電阻值代入隧道電流的理論公式，能夠獲得0.8 nm<G<2.2 nm的範圍作為間隙寬度的計算結果。電極間間隙40(第一電極20與第二電極30之間)的DC電阻優選為lkQ 以上並小於IOTQ，更優選為大於100kQ。上限值為的原因是，如果上限值超過10TQ則不發生開關動作。 將下限值設定為lkQ的原因是，目前電阻還不會變得低於lkQ，因此將這個 值設定為下限值。如果將本實施例的元件視作開關，因為在斷開(OFF)狀態下電阻越高 越有利，所以優選的是上限值更高，但是如果在接通(ON)狀態下電阻是 lkQ，則容易流過mA量級的電流，從而存在損壞其它元件的可能性，因此， 下限值優選為大約100kQ。第一電極20與第二電極30之間的最接近部分可以形成在第一電極20 與第二電極30彼此相對的一個或多個區域。在第一電極20與第二電極30之間可形成島形部分(中間地帶)，島形 部分由構成第一電極20和第二電極30的材料製成。在這種情況下，在第一 電極20與島形部分之間以及在第二電極30與島形部分之間形成預定間隙， 因此第一電極20與第二電極30不短路。下面說明開關元件100的製造方法。開關元件100通過以下步驟來製造(I)絕緣襯底IO的製備步驟，(2) 第一抗蝕劑圖案形成步驟，(3)第一蒸發步驟，(4)第一舉離(liftOFF) 步驟，(5)第二抗蝕劑圖案形成步驟，(6)第二蒸發步驟，(7)第二舉 離步驟，以及(8)場失效(field failure)步驟。 (1)絕緣襯底10的製備步驟將形成有含氮區域10a的氧化矽襯底或者具有形成有含氮區域10a的氧 化矽膜的矽襯底用作絕緣襯底10。具體而言，使得預定襯底，例如氧化矽襯底或者具有氧化矽膜的矽襯底 經受預定的氮化處理(例如等離子體氮化處理)，以形成含氮區域10a。通 過己知方法，例如蒸發法或濺射法，在預定襯底，例如氧化矽襯底或者具有氧化矽膜的矽襯底上形成氮化矽膜(含氮區域10a)，來獲得絕緣襯底10。(2) 第一抗蝕劑圖案形成步驟利用光刻或類似方法進行第一抗蝕劑圖案形成步驟，在絕緣襯底10上 形成抗蝕劑圖案60，用以形成第一電極下部21 (參見圖2)。抗蝕劑圖案60的厚度可以適當地改變。特別地，該厚度為lpm。(3) 第一蒸發步驟利用預定的蒸發設備進行第一蒸發步驟，形成第一電極下部21。 絕緣襯底10的蒸發表面被配置為當蒸發源朝向蒸發表面時，使得蒸發 表面傾斜。也就是說，如圖2所示，當蒸發表面與蒸發粒子從蒸發源飛離的 方向之間形成的角度定義為ei時，絕緣襯底IO被配置為滿足0°<01<90°(下 面將蒸發方法稱為"掩蔽蒸發")。結果，第一電極下部21被形成為這樣 的形狀其尖端相對於絕緣襯底10 (蒸發表面)傾斜。第一電極下部21的尖端的傾斜方向與絕緣襯底10的表面之間形成的角 度eia可根據抗蝕劑圖案60的形狀、在絕緣襯底10的表面上沉積的特性金屬以及角度ei的值而改變。在第一蒸發步驟中，將從金、銀、鉑、鈀、鎳、鋁、鈷、鉻、銠、銅、 鎢、鉭、碳、以及它們的合金中選擇的至少一種材料蒸發一次或多次。更特 別地，由於兩次以上的蒸發操作，在蒸發鉻之後蒸發金，所以可形成具有兩層結構的第一電極下部21。第一電極下部21的厚度可以適當地改變，當選擇金作為其材料時，厚 度為5nm以上。(4) 第一舉離步驟利用適用於抗蝕劑圖案60的材料的剝離液體進行第一舉離步驟。作為 該步驟的結果，形成第一電極下部21，並去除抗蝕劑圖案60上形成的犧牲 電極21a。(5) 第二抗蝕劑圖案形成步驟在第二抗蝕劑圖案形成方法中，進行光刻或類似工藝，形成抗蝕劑圖案 (未示出)，用於形成第二電極30和第一電極上部22。(6) 第二蒸發步驟利用預定的蒸發設備進行第二蒸發步驟，形成第二電極30，並附帶形成第一電極上部22 (參見圖3)。第二蒸發步驟是利用掩蔽蒸發方法進行的。如圖3所示，例如當蒸發表 面與從蒸發源蒸發的蒸發粒子的飛離方向之間形成的角度定義為62時，絕 緣襯底10被配置為當eia〈90。時滿足0°<0， e2<91a<90°，並且當90°《eia 時滿足0°<62<90。。在第二蒸發步驟中，將從金、銀、鉑、鈀、鎳、鋁、鈷、鉻、銠、銅、 鎢、鉭、碳、以及它們的合金中選擇的至少一種材料蒸發一次或多次。通過第二蒸發步驟，在第一電極20與第二電極30之間形成電極間間隙 40，電極間間隙40具有納米量級的間隙。也就是說，在第二蒸發步驟中，電極間間隙40是利用第一電極下部21 的掩蔽形成的，第一電極下部21則由掩蔽蒸發中的蒸發粒子形成。因此在 第二蒸發步驟中，通過調節第一電極下部21的厚度與掩蔽蒸發的角度62的 至少其中之一，就能夠獲得具有預定電極間距離G的電極間間隙40。(7) 第二舉離步驟利用適用於抗蝕劑圖案材料的剝離液體進行第二舉離步驟。作為該步驟 的結果，形成第一電極20和第二電極30，並可獲得納米間隙電極。(8) 場失效步驟因為有時候納米電極短路，所以優選地，如果必要的話就進行場失效步驟。在場失效步驟中，將可變電阻器、固定電阻器以及電源(都未示出)串 聯連接到短路的電極並施加電壓。調節可變電阻器的電阻值，使得電阻從其 初始值(電阻高)緩慢地降低，並且當電流不流動時停止電壓。這樣，能夠 獲得具有預定電極間距離G的納米間隙電極。利用預定的密封技術，用預定的密封部件將以這種方式製造的開關元件 100密封，從而形成開關裝置。在此開關裝置中，引線分別連接到第一電極20和第二電極30，並且引 線延伸到密封部件以外。開關元件100的上述製造方法是一個實例，本發明不限於此。[實施例]下面參照圖4至圖8說明根據本發明的開關元件100的特性。首先參照圖4說明絕緣襯底10所具有的含氮區域10a的效率。圖4示出向電極間間隙40 (電極間納米間隙)施加電壓時，納米間隙電 極之間的電流-電壓特性。橫軸表示施加給電極間納米間隙的電壓，縱軸表示 流過電極間納米間隙的電流。實線示出本發明的開關元件100的測量結果。使得氧化矽襯底經受等離 子體氮化處理(氮壓力0.25mbar，等離子體頻率2.45GHz，處理時間1 小時)以形成含氮區域10a，並使用該襯底作為絕緣襯底10。為了比較，用虛線示出用沒有形成含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕緣 襯底的開關元件的測量結果。測量結果用虛線示出的開關元件的結構與本發 明的開關元件100的結構的區別僅僅在於，絕緣襯底10沒有含氮區域10a。圖4中只示出了正電壓，但實際上，電流-電壓曲線基本上關於0點對稱， 並且施加給電極間納米間隙的電壓或者流過電極間納米間隙的電流不依賴 於納米間隙電極的極性。在關於圖4的以下說明中省略負電壓。也就是說，圖4示出的電流-電壓曲線中，施加給電極間納米間隙的電壓 從OV掃描到IOV。根據圖4發現無論在實線還是在虛線中，如果要施加的電壓增加，則流 過的電流也增加，而如果要施加的電壓進一步增加，則流過的電流下降。電流值變為最大的電壓值在實線中大約為2.3V，在虛線中大約為3V。 因此發現，與使用沒有形成含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕緣襯底的開關 元件相比，本發明的開關元件100 (即使用在等離子體氮化處理中形成有含 氮區域10a的氧化矽襯底作為絕緣襯底10的開關元件100)具有更低的工作 電壓，因此含氮區域10a是有效的。下面參照圖5至圖7說明本發明的開關元件100的電子特性。圖5示出使用經受了等離子體氮化處理(氮壓力0.25mbar，等離子體 頻率2.45GHz，處理時間l小時)並形成有含氮區域10a的氧化矽襯底作 為絕緣襯底10的開關元件100的測量結果。圖6示出使用經受了等離子體氮化處理(氮壓力lmbar，等離子體頻率2.45GHz，處理時間l小時)並形成有含氮區域10a的氧化矽襯底作為 絕緣襯底10的開關元件100的測量結果。圖7示出使用經受了等離子體氮化處理(氮壓力lmbar，等離子體頻 率2.45GHz，處理時間6小時)並形成有含氮區域10a的氧化矽襯底作為 絕緣襯底10的開關元件100的測量結果。圖5A、圖6A和圖7A示出當向電極間間隙40施加電壓時，電極間納米 間隙的電流-電壓特性(實線)和電阻-電壓特性(虛線)。橫軸表示施加到 電極間納米間隙的電壓，左縱軸表示流過電極間納米間隙的電流，右縱軸表 示電極間納米間隙產生的電阻。在圖5A、圖6A和圖7A所示的測量結果中，當測量開始時將施加到電 極間納米間隙的電壓設定為0V，然後將電壓掃描到+10V，再將電壓掃描到 -IOV，然後將電壓掃描到OV。圖5B、圖6B和圖7B示出從多個電阻-電壓曲線獲得的電阻最小值的分 布，其中多個電阻-電壓曲線是通過向電極間間隙40 (電極間納米間隙)重 復施加電壓獲得的。橫軸示出當示出電阻最小值時的電壓值(絕對值)，縱 軸表示通過相應的電壓值示出電阻最小值的次數。這裡，電阻最小值是表示 電阻-電壓曲線中極小值的電阻值。更特別地，如果將圖5A中用虛線表示的電阻-電壓曲線定義為一次電阻 -電壓曲線，則圖5B示出從80次電阻-電壓曲線獲得的最小電阻處電壓的分 布，這80次電阻-電壓曲線是通過向電極間納米間隙重複施加電壓獲得的。 例如，根據圖5B，當電壓為"3.0V"時，次數為"4次"。這表明當電壓為 "3.0V"時，表示電阻最小值的次數是80次中的"4次"。進而，如果圖6A中用虛線表示的電阻-電壓曲線例如是一次電阻-電壓曲 線，則圖6B示出從87次電阻-電壓曲線獲得的最小電阻處電壓的分布，這 87次電阻-電壓曲線是通過向電極間納米間隙重複施加電壓獲得的。例如， 根據圖6B，當電壓為"3.0V"時，次數為"3次"。這表明當電壓為"3.0V" 時，表示電阻最小值的次數是87次中的"3次"。進而，如果圖7A中用虛線表示的電阻-電壓曲線例如是一次電阻-電壓曲 線，則圖7B示出從191次電阻-電壓曲線獲得的最小電阻處電壓的分布，這 191次電阻-電壓曲線是通過向電極間納米間隙重複施加電壓獲得的。例如，根據圖7B，當電壓為"3.0V"時，次數為"3次"。這表明當電壓為"3.0V" 時，表示電阻最小值的次數是191次中的"3次"。根據圖5A中的電流-電壓曲線(實線)發現，當電壓約為2.2V時電流 值變為最大值，當電壓約為-2.1V時電流值變為最小值。根據圖5A中的電阻-電壓曲線(虛線)發現，當電流-電壓曲線(實線) 中電流值明顯變化時電阻值顯著下降。向電極間納米間隙重複施加電壓從而獲得多個電流-電壓曲線和電阻-電 壓曲線。結果發現曲線的形狀具有可重複性。也就是說，發現能夠穩定地重 復開關操作。根據圖5B中在電阻最小值處電壓的分布發現，與分布的峰值相應的電 壓值是2.22V (參見圖8)。根據圖6A中的電流-電壓曲線(實線)發現，當電壓約為2.5V時電流 值變為最大值，當電壓約為-2.8V時電流值變為最小值。根據圖6A中的電阻-電壓曲線(虛線)發現，當電流-電壓曲線(實線) 中電流值明顯變化時電阻值顯著下降。向電極間納米間隙重複施加電壓從而獲得多個電流-電壓曲線和電阻-電 壓曲線。結果發現曲線的形狀具有可重複性。也就是說，發現能夠穩定地重 復開關操作。根據圖6B中在電阻最小值處電壓的分布發現，與分布的峰值相應的電 壓值是2.22V (參見圖8)。根據圖6B中在電阻最小值處電壓的分布發現， 與圖5B和圖7B中在電阻最小值處電壓的分布相比，圖6B中分布的形狀加寬o根據圖7A中的電流-電壓曲線(實線)發現，當電壓約為2.7V時電流 值變為最大值，當電壓約為-2.6V時電流值變為最小值。根據圖7A中的電阻-電壓曲線(虛線)發現，當電流-電壓曲線(實線) 中電流值明顯變化時電阻值顯著下降。向電極間納米間隙重複施加電壓從而獲得多個電流-電壓曲線和電阻-電 壓曲線。結果發現曲線的形狀具有可重複性。也就是說，發現能夠穩定地重 復開關操作。根據圖7B中在電阻最小值處電壓的分布發現，與分布的峰值相應的電壓值是2.45V (參見圖8)。也就是說，根據圖5至圖7發現，使用經受了等離子體氮化處理並且形 成有含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕緣襯底10的開關元件100能夠穩定 地重複開關操作。下面參照圖8說明根據本發明的開關元件100 (使用經受了等離子體氮 化處理並且形成有含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕緣襯底10的開關元件 100)的特性。圖8示出通過XPS (X射線電光子能譜)得到的氮檢測量以及與等離子 體氮化處理條件相關的、從圖5B、圖6B和圖7B獲得的分布的峰值相應的電壓值。根據圖8所示的氮檢測量發現，如果氧化矽襯底經受了等離子體氮化處 理，則氮包含在氧化矽襯底中。當處理時間相同時，發現如果氮壓力越小， 則氮檢測量(氮含量)越大，而當氮壓力相同時，處理時間越長，則氮檢測 量(氮含量)越大。在沒有形成含氮區域10a的氧化矽襯底中，不能通過XPS檢測到氮。根據與圖8中所示分布的峰值相應的電壓值發現，等離子體氮化處理條 件為氮壓力0.25mbar，等離子體頻率2.45GHz，處理時間1小時的電壓 值表示最小值，等離子體氮化處理條件為氮壓力lmbar，等離子體頻率 2.45GHz，處理時間1小時的電壓值表示最大值。這樣就發現，如果選擇等 離子體氮化處理條件，就能夠控制開關元件100的工作電壓。與使用沒有形成含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕緣襯底的開關元件的 分布的峰值相應的電壓值為2.6士0.1V。這樣就發現，與沒有形成含氮區域 10a的氧化矽襯底作為絕緣襯底的開關元件相比，本發明的開關元件100 (即 使用經受了等離子體氮化處理並且形成有含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕 緣襯底10的開關元件100)具有更低的工作電壓，因此含氮區域10a是有效 的。此外還測量了使用形成有氮化矽膜(含氮區域10a)的氧化矽襯底作為 絕緣襯底10的開關元件100，並獲得了電極間納米間隙的電流-電壓特性和 電阻-電壓特性。獲得了與電阻最小值的分布的峰值相應的電壓值，發現它低 於使用沒有形成含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕緣襯底的開關元件的電壓值(2.6士0.1V)。因此發現，與沒有形成含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕 緣襯底的開關元件相比，本發明的開關元件100 (即使用形成有氮化矽膜作 為含氮區域10a的氧化矽襯底作為絕緣襯底10的開關元件100)具有更低的 工作電壓，因此含氮區域10a是有效的。本發明的上述開關元件100包括絕緣襯底10、設置在絕緣襯底10的其 中一個表面上的第一電極20和第二電極30、以及設置在第一電極20與第二 電極30之間的電極間間隙40，並且電極間間隙40作為納米量級的間隙，其 中通過在第一電極20與第二電極30之間施加預定電壓發生電阻開關現象， 在絕緣襯底10的一個表面設置有含氮的含氮區域10a。更特別地，作為絕緣襯底10，有經受了等離子體氮化處理並用氧化矽制 成的具有含氮區域10a的襯底，也有用氮化矽製成的襯底。也就是說，因為開關元件100的在絕緣襯底10中形成有電極間間隙40 的表面包含氮，所以與使用在形成有電極間間隙40的表面沒有氮的絕緣襯 底的開關元件相比，能夠降低工作電壓，例如如圖4所示。藉此，能夠節約電功率並提高對矽的兼容性(compatibility)。本發明並不限於上述實施例，可以在不脫離本發明主題的範圍內對本發 明進行各種修改，並可改變設計。雖然在上述實施例中預定的氮化處理是等離子體氮化處理，但是氮化處 理的類型沒有限制，只要預定襯底，例如氧化矽襯底能夠經受氮化處理。雖然本實施例中第一電極20和第二電極30設置在絕緣襯底10的上表 面上，但是本發明不限於此，只要至少是電極間間隙40設置在含氮區域10a 上。例如，第一電極20和第二電極30可以設置在絕緣襯底10的下表面上。 雖然本實施例中第一電極20和第二電極30在橫向上排列在絕緣襯底10的 上表面上，但是本發明不限於此。唯一必須的是，至少電極間間隙40設置 在含氮區域10a中，而第一電極20和第二電極30例如可排列在垂直方向上。更特別地，如圖9所示，開關元件100A可包括絕緣襯底10A、第一電 極20A、第二電極30A、以及電極間間隙40A，絕緣襯底10A的側表面形成 有含氮區域10aA並具有突出部，第二電極30A設置在第一電極20A之上， 電極間間隙40A設置在第一電極20A與第二電極30A之間。更特別地，根 據開關元件IOOA，第一電極20A從不是突出部的絕緣襯底10A的上表面設置到突出部的側表面(含氮區域10aA)，第二電極30A從絕緣襯底IOA的 突出部的上表面設置到突出部的側表面(含氮區域10aA)，電極間間隙40A 設置在形成有含氮區域10aA的突出部的側表面中第一電極20A與第二電極 30A之間。在這種情況下，唯一必須的是，至少電極間間隙40設置在含氮 區域10a中，而含氮區域10a可形成在絕緣襯底10A的與第一電極20A或第 二電極30A的下表面接觸的表面中。在這種情況下，絕緣襯底10A的突出 部可以是設置在絕緣襯底上的絕緣體。此外，開關元件100和100A的上述結構以及不同部分的形狀只是實例， 本發明不限於此。2007年6月22日提交的日本專利申請No. 2007-165393的全部內容，包 括說明書、權利要求、附圖和摘要，通過參考合併於此。
權利要求
1、一種開關元件，包括絕緣襯底；第一電極和第二電極，都設置在所述絕緣襯底的一個表面上；以及電極間間隙，設置在所述第一電極與所述第二電極之間，具有納米量級的間隙，通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加預定電壓，所述間隙中發生電阻的開關現象，其中所述絕緣襯底的所述一個表面含氮。
2、 如權利要求1所述的開關元件，其中，所述絕緣襯底的所述一個表 面是用經過預定氮化處理加工的氧化矽製成的。
3、 如權利要求2所述的開關元件，其中，所述預定氮化處理是等離子 體氮化處理。
4、 如權利要求1所述的開關元件，其中，所述絕緣襯底的所述一個表 面是用氮化矽製成的。
5、 一種開關元件，包括 絕緣襯底；第一電極和第二電極，都設置在所述絕緣襯底的一個表面上；以及 電極間間隙，設置在所述第一電極與所述第二電極之間，具有納米量級的間隙，通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加預定電壓，所述間隙中發生電阻的開關現象，其中所述絕緣襯底的所述一個表面是用經過等離子體氮化處理加工的氧化矽製成的。
全文摘要
一種開關元件，包括絕緣襯底；第一電極和第二電極，都設置在所述絕緣襯底的一個表面上，以及電極間間隙，設置在所述第一電極與所述第二電極之間，具有納米量級的間隙，通過在所述第一電極與所述第二電極之間施加預定電壓，所述間隙中發生電阻的開關現象，其中所述絕緣襯底的所述一個表面含氮。本發明能夠降低開關元件的工作電壓。
文檔編號H01L45/00GK101330127SQ20081012533
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月20日 優先權日2007年6月22日
發明者內藤泰久, 古田成生, 堀川昌代, 增田雄一郎, 小野雅敏, 清水哲夫, 高橋剛 申請人:株式會社船井電機新應用技術研究所;獨立行政法人產業技術綜合研究所;船井電機株式會社