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公開番号2024136413
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023047523
出願日2023-03-24
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 61/00 20230101AFI20240927BHJP()
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3の導電層との間のスイッチング層と、第3の導電層と第2の導電層との間の抵抗変化層と、を含むメモリセルを備える。スイッチング層は、第1の領域と、第1の領域と第3の導電層との間の第2の領域と、第1の領域と第2の領域との間の第3の領域と、を含む。第1の領域は、Zn及びSnからなる群から選ばれる少なくとも一つの第1の元素と、Oと、を含み、第2の領域は、Zn及びSnからなる群から選ばれる少なくとも一つの第2の元素と、Oと、を含み、第3の領域は、Ta、Nb、及び、Vからなる群から選ばれる少なくとも一つの第3の元素と、Oと、を含み、第1の導電層及び第3の導電層は、C、Co、Au、及び、Niからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む。
【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スイッチング層と、
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抵抗変化層と、を含むメモリセルを備え、
前記スイッチング層は、
第１の領域と、前記第１の領域と前記第３の導電層との間の第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間の第３の領域と、を含み、
前記第１の領域は、亜鉛（Ｚｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の元素と、酸素（Ｏ）と、を含み、
前記第２の領域は、亜鉛（Ｚｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の元素と、酸素（Ｏ）と、を含み、
前記第３の領域は、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、及び、バナジウム（Ｖ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の元素と、酸素（Ｏ）と、を含み、
前記第１の導電層は、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、及び、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含み、
前記第３の導電層は、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、及び、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む、記憶装置。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記第３の領域の前記第１の導電層から前記第２の導電層に向かう第１の方向の厚さは、
前記第１の領域の前記第１の方向の厚さ、及び、前記第２の領域の前記第１の方向の厚さよりも厚い、請求項１記載の記憶装置。
【請求項３】
前記第３の領域の前記第１の方向の厚さは、２．５ｎｍ以上４．０ｎｍ以下であり、
前記第１の領域の前記第１の方向の厚さ、及び、前記第２の領域の前記第１の方向の厚さは、１．６ｎｍ以上２．４ｎｍ以下である、請求項２記載の記憶装置。
【請求項４】
前記第１の領域は前記第１の元素の酸化物である第１の酸化物を含み、
前記第２の領域は前記第２の元素の酸化物である第２の酸化物を含み、
前記第３の領域は前記第３の元素の酸化物である第３の酸化物を含み、
前記第３の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第１の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも小さく、
前記第３の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第２の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも小さい、請求項１記載の記憶装置。
【請求項５】
第４の酸化物を含む第１の側壁と、
第５の酸化物を含む第２の側壁と、
を更に備え、
前記第１の導電層から前記第２の導電層に向かう第１の方向に垂直な第２の方向において、前記第１の領域は前記第１の側壁と前記第２の側壁との間に設けられ、
前記第２の方向において、前記第２の領域は前記第１の側壁と前記第２の側壁との間に設けられ、
前記第１の領域は前記第１の元素の酸化物である第１の酸化物を含み、
前記第２の領域は前記第２の元素の酸化物である第２の酸化物を含み、
前記第４の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第１の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも大きく、
前記第４の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第２の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも大きく、
前記第５の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第１の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも大きく、
前記第５の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第２の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも大きい、請求項１記載の記憶装置。
【請求項６】
第６の酸化物を含む第３の側壁と、
第７の酸化物を含む第４の側壁と、
を更に備え、
前記第２の方向において、前記第３の側壁は、前記第１の領域と前記第１の側壁との間に設けられ、
前記第２の方向において、前記第３の側壁は、前記第２の領域と前記第１の側壁との間に設けられ、
前記第２の方向において、前記第４の側壁は、前記第１の領域と前記第２の側壁との間に設けられ、
前記第２の方向において、前記第４の側壁は、前記第２の領域と前記第２の側壁との間に設けられ、
前記第６の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第１の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも大きく、
前記第６の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第２の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも大きく、
前記第６の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第４の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも小さく、
前記第７の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第１の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも大きく、
前記第７の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第２の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも大きく、
前記第７の酸化物の標準生成ギブズエネルギーは、前記第５の酸化物の標準生成ギブズエネルギーよりも小さい、請求項５記載の記憶装置。
【請求項７】
前記第１の側壁は前記第１の導電層又は前記第３の導電層と離隔し、
前記第２の側壁は前記第１の導電層又は前記第３の導電層と離隔する、請求項５記載の記憶装置。
【請求項８】
前記第１の領域の前記第２の方向に位置する前記第１の側壁の前記第２の方向の厚さは、前記第２の領域の前記第２の方向に位置する前記第１の側壁の前記第２の方向の厚さと異なり、
前記第１の領域の前記第２の方向に位置する前記第２の側壁の前記第２の方向の厚さは、前記第２の領域の前記第２の方向に位置する前記第２の側壁の前記第２の方向の厚さと異なる、請求項５記載の記憶装置。
【請求項９】
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、前記第１の領域及び前記第２の領域のいずれか一方に接する、第４の領域を、更に備え、
前記第４の領域は、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、及び、酸素（Ｏ）の元素組み合わせ、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、及び、酸素（Ｏ）の元素組み合わせ、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び、酸素（Ｏ）の元素組み合わせ、及び、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び、酸素（Ｏ）の元素組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素組み合わせを含む、請求項１記載の記憶装置。
【請求項１０】
前記第４の領域の前記第１の導電層から前記第２の導電層に向かう第１の方向の厚さは、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、請求項９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 2,500 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９０２９１８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一実施形態では、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を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の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スイッチング層と、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抵抗変化層と、を含むメモリセルを備える。前記スイッチング層は、第１の領域と、前記第１の領域と前記第３の導電層との間の第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間の第３の領域と、を含む。前記第１の領域は、亜鉛（Ｚｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の元素と、酸素（Ｏ）と、を含み、前記第２の領域は、亜鉛（Ｚｎ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の元素と、酸素（Ｏ）と、を含み、前記第３の領域は、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、及び、バナジウム（Ｖ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の元素と、酸素（Ｏ）と、を含む。前記第１の導電層は、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、及び、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含み、前記第３の導電層は、炭素（Ｃ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、及び、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む。
【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の実施形態の記憶装置の作用及び効果の説明図。
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２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２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２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の実施形態の第１の変形例の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第３の実施形態の第２の変形例の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第３の実施形態の第３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５の実施形態のスイッチング素子のバンド構造を示す図。
第５の実施形態の比較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作用及び効果の説明図。
第５の実施形態の記憶装置の作用及び効果の説明図。
第５の実施形態の記憶装置の作用及び効果の説明図。
第５の実施形態の記憶装置の作用及び効果の説明図。
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６の実施形態のスイッチング素子のバンド構造を示す図。
第６の実施形態の記憶装置の作用及び効果の説明図。
第７の実施形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
【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：ＥＤＳ）、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、構成物質の存在割合の計測には、例えば、Ｘ線光電子分光法（Ｘ－ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、硬Ｘ線光電子分光法（ＨａｒｄＸ－ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＨＡＸＰＥＳ）、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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