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公開番号2024053952
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-16
出願番号2022160492
出願日2022-10-04
発明の名称不揮発性半導体メモリ
出願人キオクシア株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H10B 63/00 20230101AFI20240409BHJP()
要約【課題】セレクタとしてキャリアのトンネリングが可能でかつ絶縁特性が向上するスイッチング素子を有する不揮発性半導体メモリを提供する。
【解決手段】実施の形態に係る不揮発性半導体メモリは、第1電極と、第1電極と対向配置された第2電極と、第1電極と第2電極との間に直列に配置されたメモリ素子及びスイッチング素子とを備え、スイッチング素子はキャリアのトンネリングが可能なトンネル絶縁膜を備え、トンネル絶縁膜は、Ta、Ti、Zrのうちの少なくとも1種を含み、かつYとOを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極と対向配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に直列に配置されたメモリ素子及びスイッチング素子と、を備え、
前記スイッチング素子は、トンネル絶縁膜を備え、
前記トンネル絶縁膜は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちの少なくとも１種を含み、かつＹとＯを含む、不揮発性半導体メモリ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記トンネル絶縁膜は、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を有する、
請求項１に記載の不揮発性半導体メモリ。
【請求項３】
第１絶縁膜は、複数層を備える、請求項２に記載の不揮発性半導体メモリ。
【請求項４】
前記スイッチング素子の金属元素Ｙ、Ｔａについて、ＹとＴａのモル比がそれぞれＡ_Ｙ：Ａ_Ｔａとした場合、０．１≦Ａ_Ｙ／（Ａ_Ｙ＋Ａ_Ｔａ）≦０．３である、請求項１に記載の不揮発性半導体メモリ。
【請求項５】
前記スイッチング素子の前記トンネル絶縁膜は、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を含み、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜の少なくとも１層に、Ｔａ、Ｏ、及びＹ又はランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）およびＨｆ、Ｚr、Ｓｃ、Ｎｂの群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む、請求項１に記載の不揮発性半導体メモリ。
【請求項６】
前記スイッチング素子の前記トンネル絶縁膜は、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を含み、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜の少なくとも１層に、Ｔｉ、Ｏ、及びＹ又はランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）およびＨｆ、Ｚr、Ｓｃの群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む、請求項１に記載の不揮発性半導体メモリ。
【請求項７】
前記スイッチング素子の前記トンネル絶縁膜は、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を含み、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜の少なくとも１層に、Ｚｒ、Ｏ、及びＹ又はランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）、及びＨｆ、Ｓｃの群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む、請求項１に記載の不揮発性半導体メモリ。
【請求項８】
第１電極と、
前記第１電極と対向配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に直列に配置されたメモリ素子及びスイッチング素子と、を備え、
前記スイッチング素子は、トンネル絶縁膜を備え、
前記トンネル絶縁膜は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちの少なくとも１種を含み、かつＷとＯを含む、不揮発性半導体メモリ。
【請求項９】
前記トンネル絶縁膜は、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を有する、
請求項８に記載の不揮発性半導体メモリ。
【請求項１０】
前記スイッチング素子の金属元素Ｗ、Ｔａについて、Ｗ、Ｔａのモル比がそれぞれＡ_Ｗ：Ａ_Ｔａとした場合、０．０２≦Ａ_Ｗ／（Ａ_Ｗ＋Ａ_Ｔａ）≦０．０６である、請求項８に記載の不揮発性半導体メモリ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、不揮発性半導体メモリに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、膜の抵抗変化を利用した抵抗変化メモリ（ＲｅＲＡＭ）が開発されている。ＲｅＲＡＭの一種として、膜の記憶領域における結晶状態とアモルファス状態との間の熱的な相転移による抵抗値変化を利用した相変化メモリ（ＰＣＭ）が開発されている。不揮発性半導体メモリに適用されるセレクタには、書込み耐性が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０１１／０２９１０６７号明細書
【非特許文献】
【０００４】
W.Lee,et.al,“High Current Density and Nonlinearity Combination of Selection Device Based on TaOX/TiO2/TaOX Structure for One SelectorOne Resistor Arrays”,VOL.6,NO.9,8166-8172,2012 ACSNANO,2012, (www.acsnano.org).
藤川久喜，野田浩司，多賀康訓,“Ｔａ2Ｏ5系高誘電率絶縁膜の作製(Preparation of High Dielectric Ta2O5 based Composite Films)”,豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー,Vol.30, No.4(1995.12).（https://www.tytlabs.com/japanese/review/rev304pdf/304_013fujikawa.pdf）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施の形態が解決しようとする課題は、セレクタとしてキャリアのトンネリングが可能でかつ絶縁特性が向上するスイッチング素子を有する不揮発性半導体メモリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の形態に係る不揮発性半導体メモリは、第１電極と、第１電極と対向配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間に直列に配置されたメモリ素子及びスイッチング素子とを備える。スイッチング素子はキャリアのトンネリングが可能なトンネル絶縁膜を備える。トンネル絶縁膜は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちの少なくとも１種を含み、かつＹとＯを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
実施形態に係る不揮発性半導体メモリの模式的断面図。
第１の実施形態に係るトンネル絶縁膜のバリアの高さを示す図。
トンネル絶縁膜の動作原理を示すバンド図。
第１の実施形態の変形例に係るトンネル絶縁膜の模式的鳥瞰構成図。
第１の実施形態の変形例にトンネル絶縁膜のバリアの高さを示す図。
実施形態に係る不揮発性半導体メモリを備える不揮発性半導体記憶装置の模式的鳥瞰構成図。
実施形態に係る不揮発性半導体メモリを備える不揮発性半導体記憶装置の回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する。図面は模式的なものである。
【０００９】
本明細書中の不揮発性半導体メモリを構成する部材の化学組成の定性分析及び定量分析は、例えば、二次イオン質量分析法（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＩＭＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＥＤＸ）により行うことが可能である。また、不揮発性半導体メモリを構成する部材の厚さ、部材間の距離等の測定には、例えば、走査電子顕微鏡(ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ:ＳＥＭ)、透過型電子顕微鏡（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）を用いることが可能である。また、不揮発性半導体メモリを構成する部材の結晶系の同定、結晶系の存在割合の大小比較には、例えば、電子線回折(ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ)を用いることが可能である。
【００１０】
[実施形態]
図１に示すように、実施形態に係る不揮発性半導体メモリ１００は、第１電極１と、第１電極１と対向配置された第２電極２と、第１電極１と第２電極２との間に直列に配置されたメモリ素子２０及びスイッチング素子１０とを備える。スイッチング素子１０は、キャリアのトンネリングが可能なトンネル絶縁膜（１１、１８Ａ、１８Ｂ）を備える。なお、層間絶縁膜３を備えてもよい。以下の説明において、スイッチング素子１０とメモリ素子とを合わせて、メモリセル３０とも称する。
（【００１１】以降は省略されています）

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