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公開番号2025145773
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2024046152
出願日2024-03-22
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 20230101AFI20250926BHJP()
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、スイッチング層、第3の導電層、抵抗変化層、及び第2の導電層が、この順で積層されたメモリセルを備える。スイッチング層は、第1の領域と、第2の領域とを含む。第1の領域は、Zr、Y、Ta、La、Ce、Ti、Hf、Mg、及びAlから選ばれる第1の元素と、O、S、Se、及びTeから選ばれる第2の元素と、を含む第1の物質を含む。第2の領域は、第1の元素と、S、Se、及びTeから選ばれかつ第2の元素より原子番号の大きい第3の元素と、を含む第2の物質と、Zn、Sn、Ga、In、Bi、Mg、及びCaから群から選ばれる第4の元素と、S、Se、及びTeからなる群から選ばれる第5の元素と、を含む第3の物質と、を含む。第2の領域の第4の元素の原子濃度は、第1の領域よりも高い。
【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、少なくとも一つの第１の領域と、前記第１の領域の化学組成と異なる化学組成を有する少なくとも一つの第２の領域とを含み、
前記第１の領域は、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）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる第１の元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれる第２の元素と、を含む第１の物質を含み、
前記第２の領域は、前記第１の元素と、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれかつ前記第２の元素の原子番号より原子番号の大きい第３の元素と、を含む第２の物質と、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びカルシウム（Ｃａ）からなる群から選ばれる第４の元素と、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれる第５の元素と、を含む第３の物質と、を含み、
前記第１の領域は前記第４の元素を含むか又は含まず、前記第２の領域の前記第４の元素の原子濃度は、前記第１の領域の前記第４の元素の原子濃度よりも高い、記憶装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記第１の領域と前記第２の領域は、前記第１の導電層から前記第２の導電層に向かう第１の方向に交互に配置される、請求項１記載の記憶装置。
【請求項３】
前記第１の元素はジルコニウム（Ｚｒ）である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項４】
前記第４の元素は亜鉛（Ｚｎ）であり、前記第５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５】
前記第１の物質は前記第１の元素と前記第２の元素との化合物であり、前記第２の物質は前記第１の元素と前記第３の元素との化合物であり、前記第３の物質は前記第４の元素と前記第５の元素との化合物である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項６】
前記抵抗変化層は磁気トンネル接合を含む、請求項１記載の記憶装置。
【請求項７】
前記抵抗変化層は、所定の電圧の印加により電気抵抗が変化し、
前記スイッチング層は、特定の閾値電圧で電流が立ち上がる非線形な電流電圧特性を有する、請求項１記載の記憶装置。
【請求項８】
複数の第１の配線と、
前記複数の第１の配線と交差する複数の第２の配線と、を更に備え、
前記複数の第１の配線の一つと、前記複数の第２の配線の一つが交差する領域に前記メモリセルが設けられる、請求項１記載の記憶装置。
【請求項９】
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の物質を含む少なくとも一つの第１の領域と、第２の物質及び第３の物質を含み前記第１の領域の化学組成と異なる化学組成を有する少なくとも一つの第２の領域とを含み、
前記第３の物質は、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれる一つの元素及び亜鉛（Ｚｎ）を含み、
前記第１の物質と前記第２の物質の組み合わせは、
前記第１の物質はシリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含み、前記第２の物質はジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる一つの元素及び酸素（Ｏ）を含む第１の組み合わせ、
前記第１の物質はシリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含み、前記第２の物質はシリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びガリウム（Ｇａ）からなる群から選ばれる一つの元素及び窒素（Ｎ）を含む第２の組み合わせ、
前記第１の物質はシリコン（Ｓｉ）及び窒素（Ｎ）を含み、前記第２の物質はジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる一つの元素及び酸素（Ｏ）を含む第３の組み合わせ、
前記第１の物質はシリコン（Ｓｉ）及び窒素（Ｎ）を含み、前記第２の物質はアルミニウム（Ａｌ）及び窒素（Ｎ）を含む第４の組み合わせ、
前記第１の物質はアルミニウム（Ａｌ）及び窒素（Ｎ）を含み、前記第２の物質はジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群から選ばれる一つの元素及び酸素（Ｏ）を含む第５の組み合わせ、及び、
前記第１の物質はジルコニウム（Ｚｒ）及び酸素（Ｏ）を含み、前記第２の物質はハフニウム（Ｈｆ）及び酸素（Ｏ）を含む第６の組み合わせ、からなる群から選ばれる一つの組み合わせであり、
前記第１の領域は亜鉛（Ｚｎ）を含むか又は含まず、前記第２の領域の亜鉛（Ｚｎ）の原子濃度は、前記第１の領域の亜鉛（Ｚｎ）の原子濃度よりも高い、記憶装置。
【請求項１０】
前記第１の領域と前記第２の領域は、前記第１の導電層から前記第２の導電層に向かう第１の方向に交互に配置される、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 2,800 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】
米国特許出願公開第２０１０／０２７０５８８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、少なくとも一つの第１の領域と、前記第１の領域の化学組成と異なる化学組成を有する少なくとも一つの第２の領域とを含み、前記第１の領域は、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）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選ばれる第１の元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれる第２の元素と、を含む第１の物質を含み、前記第２の領域は、前記第１の元素と、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれかつ前記第２の元素の原子番号より原子番号の大きい第３の元素と、を含む第２の物質と、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びカルシウム（Ｃａ）からなる群から選ばれる第４の元素と、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれる第５の元素と、を含む第３の物質と、を含み、前記第１の領域は前記第４の元素を含むか又は含まず、前記第２の領域の前記第４の元素の原子濃度は、前記第１の領域の前記第４の元素の原子濃度よりも高い。
【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の比較形態の記憶装置のメモリセルの模式断面図。
第２の比較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１の実施形態の第４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の実施形態のメモリ素子の電流電圧特性の説明図。
第４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４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４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４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４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４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４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４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４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４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４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。
【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。また、記憶装置を構成する部材のバンドギャップの測定には、例えば、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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