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公開番号2024089605
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-03
出願番号2023116214
出願日2023-07-14
発明の名称記憶装置
出願人キオクシア株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10B 63/00 20230101AFI20240626BHJP()
要約【課題】特性の優れたスイッチング素子を有する記憶装置を提供する。
【解決手段】実施形態の記憶装置は、第1の導電層と、第2の導電層と、第1の導電層と第2の導電層との間に設けられた第3の導電層と、第1の導電層と第3の導電層との間に設けられた抵抗変化層と、第3の導電層と第2の導電層との間に設けられたスイッチング層と、を含むメモリセルを備える。スイッチング層は、ジルコニウム、イットリウム、タンタル、ランタン、セリウム、チタン、ハフニウム、及びマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第1の元素の酸化物と、亜鉛、スズ、ガリウム、インジウム、及びビスマスからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第2の元素と、テルル、硫黄、及びセレンからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第3の元素との化合物と、を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１の導電層と、
第２の導電層と、
前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に設けられた第３の導電層と、
前記第１の導電層と前記第３の導電層との間に設けられた抵抗変化層と、
前記第３の導電層と前記第２の導電層との間に設けられたスイッチング層と、を含むメモリセルを備え、
前記スイッチング層は、
ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、タンタル（Ｔａ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第１の元素の酸化物と、
亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びビスマス（Ｂｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第２の元素と、テルル（Ｔｅ）、硫黄（Ｓ）、及びセレン（Ｓｅ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第３の元素との化合物と、
を含む、記憶装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第３の元素は、テルル（Ｔｅ）である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項３】
前記スイッチング層は、炭素（Ｃ）、ボロン（Ｂ）、窒素（Ｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第４の元素を、更に含む、請求項１記載の記憶装置。
【請求項４】
前記スイッチング層における、前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和に対する、前記第１の元素と酸素（Ｏ）の原子濃度の和の比率が、３％以上９７％以下である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項５】
前記スイッチング層における、前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和に対する、前記第１の元素と酸素（Ｏ）の原子濃度の和の比率が、５％以上８０％未満であり、
前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和に対する、前記第３の元素の原子濃度と前記第２の元素の原子濃度の差の絶対値の比率が２０％以下である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項６】
前記スイッチング層における、前記第３の元素の原子濃度が前記第２の元素の原子濃度より高く、
前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和に対する、前記第１の元素と酸素（Ｏ）の原子濃度の和の比率が、５％以上８０％未満であり、
前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和に対する、前記第３の元素の原子濃度と前記第２の元素の原子濃度の差の比率が５％以上２０％以下である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項７】
前記スイッチング層における、前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和に対する、前記第１の元素と酸素（Ｏ）の原子濃度の和の比率が、５％以上８０％未満であり、
前記スイッチング層における、前記第３の元素の原子濃度が前記第２の元素の原子濃度より高い、請求項１記載の記憶装置。
【請求項８】
前記スイッチング層における、前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和に対する、前記第１の元素と酸素（Ｏ）の原子濃度の和の比率が、５％以上８０％未満であり、
前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和に対する、前記第３の元素の原子濃度と前記第２の元素の原子濃度の差の絶対値の比率が５％以下である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項９】
前記スイッチング層における、前記第１の元素、前記第２の元素、前記第３の元素、及び酸素（Ｏ）の原子濃度の和が９０％以上である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項１０】
前記酸化物の少なくとも一部は結晶質である、請求項１記載の記憶装置。
（【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】
本発明の実施形態は、記憶装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
大容量の不揮発性記憶装置として、クロスポイント型の２端子の記憶装置がある。クロスポイント型の２端子の記憶装置は、メモリセルの微細化・高集積化が容易である。
【０００３】
クロスポイント型の２端子の記憶装置のメモリセルは、例えば、抵抗変化素子とスイッチング素子を有する。メモリセルがスイッチング素子を有することで、選択メモリセル以外のメモリセルに流れる電流が抑制される。
【０００４】
スイッチング素子には、低いリーク電流、高いオン電流、及び高い信頼性など、優れた特性を備えることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許第１０１７７３０８号明細書
米国特許出願公開第２０１７／０３５２８０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、特性の優れたスイッチング素子を有する記憶装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の記憶装置は、第１の導電層と、第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に設けられた第３の導電層と、前記第１の導電層と前記第３の導電層との間に設けられた抵抗変化層と、前記第３の導電層と前記第２の導電層との間に設けられたスイッチング層と、を含むメモリセルを備え、前記スイッチング層は、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、タンタル（Ｔａ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第１の元素の酸化物と、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びビスマス（Ｂｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第２の元素と、テルル（Ｔｅ）、硫黄（Ｓ）、及びセレン（Ｓｅ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素である第３の元素との化合物と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１の実施形態の記憶装置のブロック図。
第１の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第１の実施形態の記憶装置の分析結果を示す図。
第１の実施形態の記憶装置の分析結果を示す図。
第１の実施形態の記憶装置のスイッチング層の化学組成の一例を示す図。
第１の実施形態の記憶装置の課題の説明図。
第１の実施形態のスイッチング素子の電流電圧特性の説明図。
第１の実施形態の記憶装置の作用及び効果の説明図。
第１の実施形態の第１の変形例の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第１の実施形態の第２の変形例の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第１の実施形態の第３の変形例の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第２の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第３の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第３の実施形態のメモリ素子の電流電圧特性の説明図。
第３の実施形態の記憶装置のメモリ動作の第１の動作例の説明図。
第３の実施形態の記憶装置のメモリ動作の第２の動作例の説明図。
第３の実施形態の第１の変形例のメモリ素子の電流電圧特性の説明図。
第３の実施形態の第１の変形例の記憶装置のメモリ動作の第３の動作例の説明図。
第３の実施形態の第１の変形例の記憶装置のメモリ動作の第４の動作例の説明図。
第３の実施形態の第２の変形例のメモリ素子の電流電圧特性の説明図。
第３の実施形態の第２の変形例の記憶装置のメモリ動作の第５の動作例の説明図。
第３の実施形態の第２の変形例の記憶装置のメモリ動作の第６の動作例の説明図。
第３の実施形態の第３の変形例のメモリ素子の電流電圧特性の説明図。
第３の実施形態の第３の変形例の記憶装置のメモリ動作の第７の動作例の説明図。
第３の実施形態の第３の変形例の記憶装置のメモリ動作の第８の動作例の説明図。
第４の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第４の実施形態の第１の変形例の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第４の実施形態の第２の変形例の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第４の実施形態の第３の変形例の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第５の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第６の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第７の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第８の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第９の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の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。
【００１０】
本明細書中の記憶装置を構成する化学組成の定性分析及び定量分析は、例えば、ラザフォード後方散乱分光法（ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＲＢＳ）、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－ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＸ）や電子エネルギー損失分光法（ＥｌｅｃｔｒｏｎＥｎｅｒｇｙＬｏｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＥＬＳ）などにより行うことが可能である。また、記憶装置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、透過型電子顕微鏡（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）を用いることが可能である。また、記憶装置を構成する部材の構成物質の同定、存在割合、結合状態、局所構造（原子間距離、配位数）、化学状態の計測には、例えば、Ｘ線光電子分光法（Ｘ－ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、Ｘ線吸収微細構造解析（Ｘ－ｒａｙＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＦｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＸＡＦＳ）、ラマン分光法（ＲａｍａｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：Ｒａｍａｎ）、又はＥＥＬＳを用いることが可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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