JP2017516293A

Selector device for two-terminal memory

Abstract

The present specification discloses the provision of solid state memory with a non-linear current-voltage (I ~ V) response. As an example, the disclosure of interest provides a selector element. The selector element can be formed in series with the non-volatile memory element via a monolithic manufacturing process. In addition, the selector element can provide a suitable and substantially non-linear I-V response to reduce the leakage current of the non-volatile memory element. In various disclosed embodiments, a series combination of selector and non-volatile memory elements can serve as one of a set of memory cells in a 1-transistor, multi-register resistant memory cell array. [Selection diagram] Fig. 1

JP2017516293A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 15

Term

8.4 yearsto projected expiry

Projected expiry 24 February 2035, counted from filing; an application has no term until it is granted.

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15 claims: 3 independent, 12 dependent

  1. 1
    2-ターミナルメモリー素子用セレクター素子を形成する方法であって、 第一金属物質を含む第一層構造物を提供する工程と、 前記第一層構造物と接触するセレクター部材の層を提供する工程と、 第二金属物質を含み且つ前記セレクター部材の層と接触する第二層構造物を提供する工程と、を有し、 前記第一金属物質は、前記第一層構造物及び前記第二層構造物にわたって印加される電圧に応じて前記セレクター部材に伝導性イオンを提供するように構成され、 前記セレクター部材は、前記第一層構造物及び前記第二層構造物にわたって印加される電圧に応じて前記セレクター部材の層中に前記伝導性イオンが透過することができるように構成され、 前記第一層構造物、前記セレクター部材の層及び前記第二層構造物は、前記セレクター素子を形成し、 前記セレクター素子は、前記2-ターミナルメモリー素子と電気的に直列に配置される、2-ターミナルメモリー素子用のセレクター素子を形成する方法。
  2. 2
    前記第二金属物質は、前記第一層構造物及び前記第二層構造物にわたって印加される、前記電圧とは極性が異なる第二電圧に応じて前記セレクター部材に第二伝導性イオンを提供するように構成され、 少なくとも一部の前記第二伝導性イオンは、前記セレクター部材の層を通る前記第二伝導性イオンの導電性フィラメントの形成と関連する閾値電圧未満の第二電圧に応じて前記セレクター部材の層から分散し、 前記セレクター部材の層の導電性は、前記セレクター部材の層から分散する少なくとも一部の前記第二伝導性イオンに応じて低下する、請求項1に記載の方法。
  3. 3
    前記第一金属物質若しくは前記第二金属物質の少なくとも1つは、貴金属、少なくとも一部に貴金属を含む金属合金、フィールド増強拡散物質、Ni、Cu、Ag、Co、Fe、W、Al、Ti、TiN、TaN、WN及び上述の1又は複数の合金からなる群より選択され、又は 前記セレクター部材の層は、絶縁体、不定比酸化物、カルコゲニド、Ge、Sb、S及びTeを含む固体電解質、並びに、金属ドープ物質からなる群より選択される、請求項1に記載の方法。
  4. 4
    前記第一層構造物又は前記第二層構造物を提供する工程は、 Co、Ni、Fe、Ag、Ti、W、Al、Cu、TiN、TaN、TiW及び上述のうちの1又は複数の合金からなる群より選択される物質をそれぞれ有する前記第一電極又は前記第二電極を提供する工程と、 イオン伝導体、固体電解質、金属酸化物、及び 金属酸化物合金からなる第二群より選択される前記第一電極と前記セレクター部材の層との間に配置される第一イオン伝導体を提供する工程又は、 前記第二群より選択される前記第二電極と前記セレクター部材の層との間に配置される第二イオン伝導体を提供する工程のうちの少なくとも1つと、を更に有する、請求項1に記載の方法。
  5. 5
    半導体基板上に複数の2-ターミナルメモリー素子を形成する工程と、 複数のセレクター素子を形成する工程と、 前記複数の2-ターミナルメモリー素子及び前記複数のセレクター素子からクロスバーメモリー構造物を形成する工程と、を更に備え、 前記2-ターミナルメモリー素子の各々は、前記複数のセレクター素子の少なくとも1つのセレクター素子と関連し、 前記複数の2-ターミナルメモリー素子は、前記2-ターミナルメモリー素子を備え、 前記複数のセレクター素子は、前記セレクター素子を備える、請求項1に記載の方法。
  6. 6
    2-ターミナルメモリー用セレクター素子であって、 第一金属物質を含む第一層構造物と、 前記第一層構造物と接触するセレクター部材の層と、 前記セレクター部材の層と接触し且つ第二金属物質を含む第二層構造物と、を備え、 前記第一金属物質は、前記第一層構造物及び前記第二層構造物にわたって印加される、閾値電圧の範囲内の活性化電圧に応じて前記セレクター部材に伝導性イオンを提供するように構成され、 前記セレクター部材は、前記第一層構造物及び前記第二層構造物にわたって印加される活性化電圧に応じて前記セレクター部材の層中に前記伝導性イオンが透過することができるように構成され、 前記セレクター素子は、前記2-ターミナルメモリー素子と電気的に直列に配置される、2-ターミナルメモリー用セレクター素子。
  7. 7
    前記セレクター部材は、前記閾値電圧の範囲未満の印加電圧に応じて第一電流と関連し、 前記セレクター部材は、前記閾値電圧以上の印加電圧に応じて第二電流と関連し、 前記第一電流に対する第二電流の比率は、約1,000以上である、請求項6に記載のセレクター素子。
  8. 8
    前記セレクター部材は、前記閾値電圧の範囲以上前記閾値電圧の範囲未満の前記印加電圧に応じて前記第二電流と関連する状態から前記第一電流と関連する状態に変化する、請求項7のセレクター素子。
  9. 9
    前記第二層構造物は、前記第一層構造物及び前記第二層構造物にわたって印加される、前記活性化電圧と極性が異なる第二電圧に応じて前記セレクター部材に追加の伝導性イオンを提供するように構成され、 前記追加の伝導性イオンは、前記第二電圧に応じて前記セレクター部材中に透過して、その導電性サブ領域を形成し、 前記セレクター部材の層は、前記セレクター部材内の前記追加の伝導性イオンの透過に応じた電流の増加と関連し、 少なくとも一部の前記追加の伝導性イオンは、閾値電圧の第二範囲未満の前記第二電圧に応じて前記セレクター部材の層の前記導電性サブ領域を変形させ、 前記セレクター部材の層は、導電性サブ領域を変形させる少なくとも一部の前記追加のイオンに応じた電流の減少と関連し、 電流の増加に対する電流の減少の比は、1,000又は1,000超えである、請求項6のセレクター素子。
  10. 10
    前記活性化電圧は、約0.1ボルト~約4ボルトの範囲より選択され、 前記セレクター素子の電気的応答は、約1ミリボルト(mV)/桁数から約60mV/桁数又は約0.15桁数/mVから約1桁数/mVの範囲のうちの少なくとも1つの間にある、請求項6のセレクター素子。
  11. 11
    前記セレクター部材は、約0.5nm~約50nmの範囲より選択される厚さを有する、請求項6のセレクター素子。
  12. 12
    クロスバーメモリーアレイを作動させる方法であって、 前記クロスバーメモリーアレイは、 複数の2-ターミナルメモリー素子と、 複数のセレクター素子と、を備え、 前記複数の2-ターミナルメモリー素子の各々は、前記複数のセレクター素子の1つのセレクター素子と直列で関連し、 各セレクター素子は、閾値電圧未満の印加電圧に応じて第一電気的特性と関連し、前記閾値電圧以上の印加電圧に応じて第二電気的特性と関連し、 前記方法は、 前記閾値電圧超えの第一電圧を、前記第一セレクター素子と直列の第一2-ターミナルメモリー素子を含む第一メモリー構造物に印加するステップと、 第二セレクター素子と直列の第二2-ターミナルメモリー素子を含む第二メモリー構造物に、前記閾値電圧未満の第二電圧を印加するのと同時に第一電圧を印加するステップと、 前記第二電圧を印加するのと同時に前記第一電圧を印加するステップに応じて電流を決定するステップと、を有し、 前記電流は、前記第一セレクター素子と関連した第一電流と前記第二セレクター素子と関連した第二電流を含み、 前記第二電流に対する前記第一電流の電流比は、約1,000~約10,000、約10、000~約100,000、約100,000~約1,000,000、及び、 約1,000,000~約10,000,000からなる範囲の群より選択される比率の範囲内にあり、 前記第一2-ターミナルメモリー素子及び前記第二2-ターミナルメモリー素子の両方は、プログラムされた状態にある、クロスバーメモリーアレイを作動させる方法。
  13. 13
    前記複数のセレクター素子のセレクター素子は、 第一活性金属層と、 第二活性金属層と、 前記第一活性金属層と前記第二活性金属層との間に配置される選択層と、を備え、 前記第二電圧を印加するのと同時に前記第一電圧を印加するステップは、 前記閾値電圧超えの前記第一電圧を前記第一セレクター素子に印加することによって、前記第一セレクター素子の前記選択層中に第一活性金属層の金属イオン粒子の導電性フィラメントが形成されるステップと、 前記第二セレクター素子に前記閾値電圧未満の前記第二電圧を印加するステップと、を更に有し、 第一活性金属層の金属イオン粒子の導電性フィラメントは、前記第二セレクター素子の選択層中に形成されない、請求項12に記載の方法。
  14. 14
    前記閾値電圧のうちの少なくとも一つは、約0.1ボルト~約2ボルト、及び、約2ボルト~約4ボルトからなる範囲の群より選択される範囲内にあり、 前記第二電流は、約1x10 -8 アンペアから約1x10 -14 アンペアの範囲より選択され、前記第一電流は、約1x10 -3 アンペアから約1x10 -6 アンペアの範囲から選択される、請求項12に記載の方法。
  15. 15
    前記第二電圧を印加するのと同時に前記第一電圧を印加するステップは、前記複数のセレクター素子とは異なる第二の複数のセレクター素子と直列の、前記複数の2-ターミナルメモリー素子とは異なる第二の複数の2-ターミナルメモリー素子に、前記閾値電圧未満の前記第二電圧を印加するステップを更に有し、 前記第二の複数の2-ターミナルメモリー素子中の2-ターミナルメモリー素子の数は、約1,000~約250,000の範囲より選択される、請求項12に記載の方法。
Independent claims15