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公開番号2024161884
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-20
出願番号2024001905
出願日2024-01-10
発明の名称マルチタイムプログラマブルメモリデバイス及び方法
出願人ウェスタンデジタルテクノロジーズインコーポレーテッド
代理人個人
主分類G11C 11/16 20060101AFI20241113BHJP(情報記憶)
要約【課題】セレクタ素子と直列に結合された可逆抵抗性スイッチングメモリ素子を含むメモリセルを含む装置を提供する。
【解決手段】メモリセル222aは、書き換え可能メモリセル又はマルチタイムプログラマブルメモリセルのいずれかとして選択的に構成される。磁気メモリ素子Mxは磁気トンネル接合であり、セレクタ素子Sxは閾値セレクタデバイスである。セレクタ素子Sxは、導電性ブリッジ閾値セレクタデバイスである。磁気メモリ素子Mxは、上部強磁性層230と、下部強磁性層232と、2つの強磁性層の間の絶縁層であるトンネル障壁(TB)234とを含む。下部強磁性層は、切り替えることができる磁化の方向を有する自由層(FL)であり、上部強磁性層は、容易に変化しない磁化方向を有するピン又は固定層(PL)である。
【選択図】図2B
特許請求の範囲【請求項１】
装置であって、
セレクタ素子と直列に結合された可逆抵抗性スイッチングメモリ素子を備えるメモリセルを備え、
前記メモリセルは、書き換え可能メモリセル又はマルチタイムプログラマブルメモリセルのいずれかとして選択的に構成することができ、
前記セレクタ素子は、第１のスイッチ抵抗及び第２のスイッチ抵抗を備え、
前記抵抗性スイッチングメモリ素子は、第１のメモリ素子抵抗及び第２のメモリ素子抵抗を備え、
前記メモリセルは、前記抵抗性スイッチングメモリ素子が前記第１のメモリ素子抵抗又は前記第２のメモリ素子抵抗を有するかどうかにかかわらず、マルチタイムプログラマブルメモリセルとして機能する、装置。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記第１のスイッチ抵抗は、製造時の前記セレクタ素子の抵抗である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記セレクタ素子は、前記セレクタ素子に対して実施される形成動作に応答して、前記第１のスイッチ抵抗から前記第２のスイッチ抵抗に不可逆的に切り替わるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記メモリセルは、第１の電圧を含む１つ以上のパルスを印加することによって１回目にプログラムされるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の電圧は、前記セレクタ素子の形成電圧を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記メモリセルは、前記第１の電圧よりも大きい第２の電圧を含む１つ以上のパルスを印加することによって２回目にプログラムされるように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記メモリセルは、前記第２の電圧よりも大きい第３の電圧を含む１つ以上のパルスを印加することによって３回目にプログラムされるように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記メモリセルは、第１の抵抗及び第２の抵抗を有することができるマルチタイムプログラマブルメモリセルとして構成され、
前記第１の抵抗は、前記第１のスイッチ抵抗を備え、前記第２の抵抗は、前記第２のスイッチ抵抗を備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第２の抵抗は、前記第１のメモリ素子抵抗又は前記第２のメモリ素子抵抗を更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記メモリセルは、前記第２のスイッチ抵抗を備える第３の抵抗を有することができるマルチタイムプログラマブルメモリセルとして構成される、請求項８に記載の装置。
（【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】
（優先権の主張）
本出願は、２０２３年５月８日に出願された「ＭＵＬＴＩ－ＴＩＭＥＰＲＯＧＲＡＭＭＡＢＬＥＭＥＭＯＲＹＤＥＶＩＣＥＳＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳ」と題する米国仮特許出願第６３／５００，６８８号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
メモリは、携帯電話、デジタルカメラ、携帯情報端末、医用電子機器、モバイルコンピューティングデバイス、非モバイルコンピューティングデバイス、及びデータサーバなどの種々の電子デバイスにおいて広く使用されている。メモリは、非揮発性メモリ又は揮発性メモリであり得る。不揮発性メモリにより、不揮発性メモリが電源（例えば、電池）に接続されていないときでも、情報を記憶及び保持することが可能になる。
【０００３】
非揮発性メモリの一例は、電荷を使用してデータを記憶するいくつかの他のメモリ技術とは対照的に、記憶されたデータを表すために磁気を使用する磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）である。概して、ＭＲＡＭは、半導体基板上に形成された多数の磁気メモリセルを含み、各メモリセルは１ビットのデータを表す。データのビットは、メモリセル内の磁気素子の磁化方向を変化させることによって、メモリセルに書き込まれ、ビットは、メモリセルの抵抗を測定することによって読み出される（低抵抗は、典型的には「０」ビットを表し、高抵抗は、典型的には「１」ビットを表す）。本明細書で使用されるように、磁化の方向は、磁気モーメントの配向の方向である。いくつかのメモリセルは、オボニック閾値スイッチ又は他のセレクタデバイスなどのセレクタデバイスを含み得る。
【０００４】
ＭＲＡＭは有望な技術であるが、多くの設計及びプロセスの課題が残っている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
メモリシステムの種々の実施形態を示す。
メモリシステムの種々の実施形態を示す。
メモリシステムの種々の実施形態を示す。
メモリシステムの種々の実施形態を示す。
メモリシステムの種々の実施形態を示す。
メモリシステムの種々の実施形態を示す。
メモリシステムの種々の実施形態を示す。
メモリシステムの種々の実施形態を示す。
３次元メモリアレイの一実施形態を示す。
図２Ａの３次元メモリアレイのメモリセルの一実施形態を示す図である。
図２Ｂの閾値セレクタデバイスの例示的な電流－電圧特性を示す。
クロスポイントメモリアレイの一実施形態を示す。
クロスポイントメモリアレイの一実施形態を示す。
図１Ａのメモリコアの一実施形態の簡略図である。
図１Ａのメモリコアの別の実施形態の簡略図である。
マルチタイムプログラマブルメモリセル及び書き換え可能メモリセルを動作させるために使用される種々の例示的な電圧の図を示す。
１回目のプログラミング後のマルチタイムプログラマブルメモリセルの例示的な抵抗値を示す。
２回目のプログラミング後のマルチタイムプログラマブルメモリセルの例示的な抵抗値を示す。
３回目のプログラミング後のマルチタイムプログラマブルメモリセルの例示的な抵抗値を示す。
マルチタイムプログラマブルメモリセル及び書き換え可能メモリセルを形成し、マルチタイムプログラマブルメモリセルをプログラミングするための方法の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
マルチタイムプログラマブルメモリセル又は書き換え可能メモリセルのいずれかとして使用され得るメモリセルを提供するための技術が説明される。本明細書で使用される場合、マルチタイムプログラマブルメモリセルは、有限回数（例えば、１回、２回、又は３回など）プログラムされ得るメモリセルである。本明細書で使用される場合、書き換え可能メモリセルは、（理論的に）無制限の回数、プログラム、消去、及び再プログラムされ得るメモリセルである。
【０００７】
マルチタイムプログラマブルメモリセル又は書き換え可能メモリセルのいずれかとして使用され得、同じ構造を有し、同じ材料及び同じ処理ステップを使用する同じ製造プロセスを使用して製造されるメモリセルを提供するための技術が説明される。メモリセルは、メモリセルの単一のメモリアレイとして形成されてもよく、又は、マルチタイムプログラマブルメモリセル及び書き換え可能メモリセルの別個のアレイとして形成されてもよい。
【０００８】
一実施形態では、メモリセルは、セレクタデバイスと直列に結合されたメモリ素子を含む。一実施形態では、メモリ素子は磁気メモリ素子である。一実施形態において、メモリ素子は、磁気トンネル接合メモリ素子である。一実施形態では、セレクタデバイスはオボニック閾値スイッチである。一実施形態において、メモリセルは、マルチタイムプログラマブルメモリセルとして使用することができる。
【０００９】
一実施形態において、メモリアレイ内のメモリセルは、可逆抵抗性スイッチング素子を含む非揮発性メモリセルを含み得る。可逆抵抗性スイッチング要素は、２つ以上の状態の間で可逆的に切り替えられ得る抵抗率を有する可逆抵抗性スイッチング材料を含み得る。
【００１０】
一実施形態では、可逆抵抗性スイッチング材料は、金属酸化物、固体電解質、相変化材料、磁性材料、又は他の同様の抵抗率スイッチング材料を含み得る。遷移金属酸化物などの種々の金属酸化物を使用することができる。金属酸化物の例としては、ＮｉＯ、Ｎｂ
２
Ｏ
５
、ＴｉＯ
２
、ＨｆＯ
２
、Ａｌ
２
Ｏ
３
、ＭｇＯ
ｘ
、ＣｒＯ
２
、ＶＯ、ＢＮ、ＴａＯ
２
、Ｔａ
２
Ｏ
３
、及びＡｌＮが挙げられるが、これらに限定されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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