JP2004193246A - Magnetic memory device - Google Patents
Magnetic memory device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004193246A JP2004193246A JP2002357806A JP2002357806A JP2004193246A JP 2004193246 A JP2004193246 A JP 2004193246A JP 2002357806 A JP2002357806 A JP 2002357806A JP 2002357806 A JP2002357806 A JP 2002357806A JP 2004193246 A JP2004193246 A JP 2004193246A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- layer
- sealing material
- magnetic shield
- mram
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 273
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 58
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims abstract description 52
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 34
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 68
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 3
- 239000012762 magnetic filler Substances 0.000 claims description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 15
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 144
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 26
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 18
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 6
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 229910003962 NiZn Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017061 Fe Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017082 Fe-Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017133 Fe—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003450 rhodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/552—Protection against radiation, e.g. light or electromagnetic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリ、いわゆる不揮発性メモリであるMRAM(Magnetic Random Access Memory)として構成された磁気メモリ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
情報通信機器、特に携帯端末などの個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成するメモリやロジックなどの素子には、高集積化、高速化、低電力化など、一層の高性能化が要求されている。
【0003】
特に不揮発性メモリは、ユビキタス時代に必要不可欠であると考えられている。電源の消耗やトラブルが生じた場合や、サーバーとネットワークが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリは、個人情報を含めた重要な情報を保護することができる。また、最近の携帯機器は、不要の回路ブロックをスタンバイ状態にしてできるだけ消費電力を抑えるように設計されているが、高速のワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。また、高速の大容量不揮発性メモリが実現できれば、電源を入れると瞬時に起動できる“インスタント・オン”機能も可能になってくる。
【0004】
不揮発性メモリとしては、半導体を用いたフラッシュメモリや、強誘電体を用いたFRAM(Ferroelectric Random Access Memory )なども挙げられる。
【0005】
しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度がμ秒のオーダーと遅いという欠点がある。一方、FRAMにおいては、書き換え可能回数が1012〜1014であり、完全にSRAM(Static Random Access Memory)やDRAM(Dynamic Random Access Memory)に置き換えるには持久力(Endurance)が小さく、また強誘電体キャパシタの微細加工が難しいという問題が指摘されている。
【0006】
これらの欠点を有さず、高速、大容量(高集積化)、低消費電力の不揮発性メモリとして注目されているのが、例えばWang et al., IEEE Trans. Magn. 33 (1997), 4498に記載されているような、MRAM(Magnetic Random Access Memory )と称される磁気メモリであり、近年のTMR(Tunnel Magnetoresistance)材料の特性向上により、注目を集めるようになってきている。
【0007】
MRAMは、ナノ磁性体特有のスピン依存伝導現象に基づく磁気抵抗効果を利用した半導体磁気メモリであり、外部から電力を供給することなしに記憶を保持できる不揮発性メモリである。
【0008】
しかも、MRAMは、構造が単純であるために高集積化が容易であり、また磁気モーメントの回転により記録を行うために書き換え可能回数が大であり、アクセス時間についても非常に高速であることが予想され、既に100MHzで動作可能であることがR.Scheuerlein et al, ISSCC Digest of Technical Papers,pp.128−129,Feb.2000で報告されている。
【0009】
こうしたMRAMについて更に詳細に説明すると、図18に例示するように、MRAMのメモリセルの記憶素子となるTMR素子10は、支持基板9上に設けられた、磁化が比較的容易に回転する記憶層2と磁化固定層4、6とを含む。
【0010】
磁化固定層は第1の磁化固定層4と第2の磁化固定層6の二つの磁化固定層を持ち、これらの間には、これらの磁性層が反強磁性的に結合するような導体層5が配置されている。記憶層2と磁化固定層4、6には、ニッケル、鉄又はコバルト、或いはこれらの合金からなる強磁性体が用いられ、また導体層5の材料としては、ルテニウム、銅、クロム、金、銀などが使用可能である。第2の磁化固定層6は反強磁性体層7と接しており、これらの層間に働く交換相互作用によって、第2の磁化固定層6は強い一方向の磁気異方性を持つことになる。反強磁性体層7の材料としては、鉄、ニッケル、白金、イリジウム、ロジウムなどのマンガン合金、コバルトやニッケル酸化物などを使用できる。
【0011】
また、磁性層である記憶層2と第1の磁化固定層4との間には、アルミニウム、マグネシウム、シリコン等の酸化物又は窒化物等からなる絶縁体によるトンネルバリア層3が挟持されており、記憶層2と磁化固定層4との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための役割を担う。これらの磁性層及び導体層は主にスパッタリング法により形成されるが、トンネルバリア層3は、スパッタリングで形成された金属膜を酸化もしくは窒化させることにより得ることができる。トップコート層1は、TMR素子10とこのTMR素子に接続される配線との相互拡散防止、接触抵抗低減及び記憶層2の酸化防止という役割があり、通常は、Cu、Ta、TiN等の材料を使用できる。下地電極層8は、TMR素子と直列に接続されるスイッチング素子との接続に用いられる。この下地層8は反強磁性体層7を兼ねてもよい。
【0012】
このように構成されたメモリセルにおいては、後述するように、磁気抵抗効果によるトンネル電流変化を検出して情報を読み出すが、その効果は記憶層と磁化固定層との相対磁化方向に依存する。
【0013】
図19は、一般的なMRAMの一部を簡略化して示す拡大斜視図である。ここでは、簡略化のために読み出し回路部分は省略してあるが、例えば9個のメモリセルを含み、相互に交差するビット線11及び書き込み用ワード線12を有する。これらの交点には、TMR素子10が配置されていて、TMR素子10への書き込みは、ビット線11及び書き込み用ワード線12に電流を流し、これらから発生する磁界の合成磁界によって、ビット線11と書き込み用ワード線12との交点にあるTMR素子10の記憶層2の磁化方向を磁化固定層に対して平行又は反平行にして書き込みを行う。
【0014】
図20は、メモリセルの断面を模式的に示していて、例えばp型シリコン半導体基板13内に形成されたp型ウェル領域内に形成されたゲート絶縁膜15、ゲート電極16、ソース領域17、ドレイン領域18よりなるn型の読み出し用電界効果型トランジスタ19が配置され、その上部に、書き込み用ワード線12、TMR素子10、ビット線11が配置されている。ソース領域17には、ソース電極20を介してセンスライン21が接続されている。電界効果トランジスタ19は、読み出しのためのスイッチング素子として機能し、ワード線12とTMR素子10との間から引き出された読み出し用配線22がドレイン電極23を介してドレイン領域18に接続されている。なお、トランジスタ19は、n型又はp型電界効果トランジスタであってよいが、その他、ダイオード、バイポーラトランジスタ、MESFET(Metal Semiconductor Field Transistor)等、各種のスイッチング素子が使える。
【0015】
図21は、MRAMの等価回路図を示すが、例えば6個のメモリセルを含み、相互に交差するビット線11及び書き込み用ワード線12を有し、これらの書き込み線の交点には、記憶素子10と共に、記憶素子10に接続されて読み出しの際に素子選択を行う電界効果トランジスタ19及びセンスライン21を有する。センスライン21は、センスアンプ23に接続され、記憶された情報を検出する。なお、図中の24は双方向の書き込み用ワード線電流駆動回路、25はビット線電流駆動回路である。
【0016】
図22は、MRAMの書き込み条件を示すアステロイド曲線であって、印加された磁化容易軸方向磁界HEA及び磁化困難軸方向磁界HHAによる記憶層磁化方向の反転しきい値を示している。このアステロイド曲線の外部に、相当する合成磁界ベクトルが発生すると、磁界反転を生じるが、アステロイド曲線の内部の合成磁界ベクトルは、その電流双安定状態の一方からセルを反転させることはない。また、電流を流しているワード線及びビット線の交点以外のセルにおいても、ワード線又はビット線単独で発生する磁界が印加されるため、それらの大きさが一方向反転磁界HK以上の場合は、交点以外のセルの磁化方向も反転してしまうため、合成磁界が図中の灰色の領域にある場合のみに、選択されたセルを選択書き込みが可能となるようにしておく。
【0017】
このように、MRAMでは、ビット線とワード線の2本の書き込み線を使用することにより、アステロイド磁化反転特性を利用して、指定されたメモリセルだけが磁性スピンの反転により書き込むことが一般的である。単一記憶領域における合成磁化は、それに印加された磁化容易軸方向磁界HEAと磁化困難軸方向磁界HHAとのベクトル合成によって決まる。ビット線を流れる書き込み電流は、セルに磁化容易軸方向の磁界HEAを印加し、またワード線を流れる電流は、セルに磁化困難軸方向の磁界HHAを印加する。
【0018】
図23は、MRAMの読み出し動作を説明するものである。ここでは、TMR素子10の層構成を概略図示しており、上記した磁化固定層を単一層26として示し、記憶層2及びトンネルバリア層3以外は図示省略している。
【0019】
即ち、上記したように、情報の書き込みは、マトリックス状に配線したビット線11とワード線12との交点の合成磁場によってセルの磁性スピンを反転させて、その向きを“1”、“0”の情報として記録する。また、読み出しは、磁気抵抗効果を応用したTMR効果を利用して行なうが、TMR効果とは、磁性スピンの向きによって抵抗値が変化する現象であり、磁性スピンが反平行の抵抗の高い状態と、磁性スピンが平行の抵抗の低い状態により、情報の“1”、“0”を検出する。この読み出しは、ワード線12とビット線11との間に読み出し電流(トンネル電流)を流し、上記の抵抗の高低に応じた出力を上記した読み出し用電界効果トランジスタ19を介してセンスライン21に読み出すことによって行う。
【0020】
上記したように、MRAMは、高速かつ不揮発性の大容量メモリとして期待されるが、記憶の保持に磁性体を用いているため、外部磁界の影響によって情報が消去されたり、或いは書きかえられてしまうという問題がある。図22で述べた磁化容易軸方向の反転磁界及び磁化困難軸方向の反転磁界HSWは、材料にもよるが20〜200エルステッド(Oe)であり、電流に換算すると数mA(R.H.Koch et al.,Phys.Rev.Lett.84,5419(2000), J.Z.Sun et al.,2001 8th Joint Magnetism and Magnetic Material参照)と小さいからである。しかも、書き込み時の保磁力(Hc)は例えば数Oe〜10Oe程度であるため、それ以上の外部磁界による内部漏洩磁界が作用すれば、所定のメモリセルに選択的に書き込みを行うことが不可能となることがある。
【0021】
従って、MRAMの実用化へのステップとして、外部磁気対策、即ち素子を外部の電磁波からシールドする磁気シールド構造の確立が切望されている。
【0022】
MRAMが実装されて使用される環境は、主として高密度実装基板上であり、電子機器内部である。電子機器の種類にもよるが、近年の高密度実装の発達により、高密度実装基板上は半導体素子や通信用素子、超小型モータなどが高密度に実装されており、また、電子機器内部にはアンテナ素子や各種メカニカル部品、電源などが高密度実装され、1つの機器を構成している。
【0023】
このように混載が可能であることは、不揮発性メモリとしてのMRAMの特長の1つであるが、MRAMの周囲には直流、低周波数から高周波数に亘る広い周波数範囲の磁界成分が混在する環境となっているので、MRAMの記録保持の信頼性確保のためには、MRAM自身の実装方法やシールド構造を工夫することにより外部磁界からの耐性を向上させることが求められている。
【0024】
こうした外部磁界の大きさとしては、例えばクレジットカードや銀行のキャッシュカードのような磁気カードでは、500〜600Oeの磁界に対して耐性を持たせることが規定されている。このため、磁気カードの分野ではCo被覆γ−Fe2O3やBaフェライトなどの保磁力の大きな磁性材料を用いて対応している。また、プリペイドカードの分野でも350〜600Oeのような磁界に対して耐性を持つ必要がある。MRAM素子は電子機器筐体内に実装され、持ち運ぶことも想定されるデバイスであるので、磁気カード類と同等の強い外部磁気からの耐性を持たせる必要があり、特に上記した理由から内部(漏洩)磁界の大きさを20Oe以下、望ましくは10Oe以下に抑える必要がある。
【0025】
MRAMの磁気シールド構造としては、MRAM素子のパッシベーション膜に絶縁性のフェライト(MnZn及びNiZnフェライト)層を使うことにより磁気シールド特性を持たせる提案がなされている(後述の特許文献1参照)。また、パーマロイのような高透磁率磁性体をパッケージの上及び下から取り付けることにより磁気シールド効果をもたせ、内部素子への磁束の侵入を防ぐ提案がなされている(後述の特許文献2参照)。更に、軟鉄等の磁性材料により素子にシールド蓋を被せる構造が開示されている(後述の特許文献3参照)。
【0026】
【特許文献1】
米国特許第5,902,690号明細書及び図面(第5欄、FIG.1及びFIG.3)
【特許文献2】
米国特許第5,939,772号明細書及び図面(第2欄、Fig.1及びFig.2)
【特許文献3】
特開2001−250206号公報(第5頁右欄、図6)
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
MRAMのメモリセルへの外部磁束の侵入を防ぐためには、高い透磁率を持つ磁性材料を素子の周囲に巡らせ、磁束を内部へ侵入させない磁路を設けることが最も重要である。そのためには、素子を磁気シールド層で完全に覆ってしまうことが最良の手段であるが、実際のシールド構造の作製が困難であり、容易に作製することができる磁気シールドが望まれる。
【0028】
しかしながら、特許文献1(米国特許第5,902,690号)のようにフェライトをパッシベーション膜に用いる場合、フェライトは酸化物磁性体であるため、スパッタ法により成膜するときには酸素欠損が生じ易く、完全なフェライトをパッシベーション膜として用いることは困難である。また、特許文献1には、膜厚の記述はないが、通常パッシベーション膜では高々0.1μm程度であるため、磁気シールド層としては薄すぎることからも、効果はほとんど期待できない。
【0029】
また、特許文献2(米国特許第5,939,772号)では、パッケージ内にキャビティを設け、素子を囲んだパッケージの上部および下部に、パーマロイのような高透磁率の磁性体を一体化して取り付ける構造を示しているが、その一体化にする際の設計、加工等の作業が必要であり、面倒である。
【0030】
また、特許文献3(特開2001−250206号)では、素子を囲んだ壁部材を介して上部に磁気シールド板を設けているが、このシールド板の下はキャビティになっているために、設計、加工等が必要であり、衝撃などによるたわみなどを考慮した磁気シールド板の装着技術を要してしまう。
【0031】
本発明は、上記の如き実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易に磁気シールド層を設け、MRAMにとって好適な高性能な磁気遮蔽効果を実現することにある。
【0032】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)が樹脂等の封止材によって封止されており、前記メモリ素子を磁気シールドするための磁気シールド層が、
前記封止材の一方の外面及び/又は他方の外面に接して、或いは、前記封止材の内部において前記メモリ素子とは非接触状態でその少なくとも一方の側に
設けられている
磁気メモリ装置(以下、本発明の第1の磁気メモリ装置と称する。)に係るものである。
【0033】
本発明の第1の磁気メモリ装置によれば、MRAMが樹脂等の封止材でモールド処理したパッケージとして主に用いられることに着目して、磁気シールド層をモールドされたパッケージ封止材の一方の外面(例えばメモリ素子のチップ表面側のパッケージ上面)やその他方の面(例えばメモリ素子のチップ裏面側のパッケージ下面)に粘着剤等によって貼り付ける構造にすることにより、磁気シールドにとって効果的な形状に加工した磁気シールド層を容易に装着若しくは脱着することができ、或いは、モールド時に金型内に磁気シールド層を配置するだけでメモリ素子の少なくとも一方の側において封止材中の所定位置に容易に埋設することができる。このため、MRAMにとって高性能な磁気シールドを簡易に実現することができ、磁気シールドに関する実装作業を簡易化することができ、また、このパッケージは回路基板に実装する場合にも好適な構造及び形状となる。
【0034】
本発明はまた、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)が樹脂等の封止材によって封止されており、前記メモリ素子を磁気シールドするための磁気シールド層が、前記封止材の内部において前記メモリ素子のチップ裏面側に設けられている磁気メモリ装置(以下、本発明の第2の磁気メモリ装置と称する。)を提供するものである。
【0035】
本発明の第2の磁気メモリ装置によれば、MRAMが樹脂等の封止材でモールド処理したパッケージとして主に用いられることに着目して、磁気シールド層を基板とメモリ素子との間に固定した状態で金型内に配置するだけで、メモリ素子のチップ裏面側において、磁気シールドにとって効果的な形状に加工した磁気シールド層を封止材中の所定位置に容易に埋設することができる。このため、MRAMにとって高性能な磁気シールドを簡易に実現することができ、磁気シールドに関する実装作業を簡易化することができ、また、このパッケージは回路基板に実装する場合にも好適な構造及び形状となる。
【0036】
本発明は更に、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)が樹脂等の封止材によって封止されており、前記メモリ素子を磁気シールドするための磁気シールド層が、
前記封止材の一方の外面及び/又は他方の外面に接して、或いは/並びに、前記封止材の内部において前記メモリ素子とは非接触状態でその少なくとも一
方の側に設けられていると共に、
前記封止材の内部において前記メモリ素子のチップ裏面側にも設けられてい
る
磁気メモリ装置(以下、本発明の第3の磁気メモリ装置と称する。)も提供するものである。
【0037】
本発明の第3の磁気メモリ装置によれば、MRAMが樹脂等の封止材でモールド処理したパッケージとして主に用いられることに着目して、磁気シールド層をモールドされたパッケージ封止材の一方の外面(例えばメモリ素子のチップ表面側のパッケージ上面)やその他方の面(例えばメモリ素子のチップ裏面側のパッケージ下面)に粘着剤等によって貼り付ける構造にすることにより、磁気シールドにとって効果的な形状の磁気シールド層を容易に装着若しくは脱着することができ、或いは/並びに、モールド時に金型内に磁気シールド層を配置するだけでメモリ素子の少なくとも一方の側において封止材中の所定位置に容易に埋設することができると共に、磁気シールド層を基板とメモリ素子との間に固定した状態で金型内に配置するだけで、メモリ素子のチップ裏面側において、磁気シールドにとって効果的な形状の磁気シールド層を封止材中の所定位置に容易に埋設することができる。このため、MRAMにとって高性能な磁気シールドを簡易に実現することができ、磁気シールドに関する実装作業を簡易化することができ、また、このパッケージは回路基板に実装する場合にも好適な構造及び形状となる。
【0038】
【発明の実施の形態】
本発明の第1及び第3の磁気メモリ装置においては、一対の前記磁気シールド層が、前記封止材の前記一方の外面及び前記他方の外面にそれぞれ接した状態で前記封止材を挟むように設けられているのがよい。
【0039】
また、一対の前記磁気シールド層が、前記封止材の前記一方の外面及び前記他方の外面に接した状態で前記封止材を挟むように設けられ、かつ第3の前記磁気シールド層が前記チップ裏面に設けられているのがよい。
【0040】
また、前記磁気シールド層が、前記メモリ素子のチップ表面側において前記封止材の前記一方の外面に接して設けられていると共に前記チップ裏面側にも設けられていて、前記メモリ素子を両側から挟む構造をなしているのもよい。
【0041】
そして、本発明の第1、第2及び第3の磁気メモリ装置においては、前記磁気シールド層が、平坦な膜状又は板状をなしている以外に、その磁気飽和を効果的に抑制するには、凹凸のある膜状又は板状、或いは網目又はスリット等の貫通孔のある形状をなしているのがよい。
【0042】
また、前記封止材がフェライトフィラー等の軟磁性フィラーを含有していると、更に磁気シールド効果を高めることができる。
【0043】
なお、前記磁気シールド層を形成するためのシールド材料としては、純鉄、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Ni−Co系、Fe−Si系、Fe−Al−Si系及びフェライト系等が挙げられる。その中でも、ある程度の透磁率を有することは勿論であるが、外部磁界に対して容易に飽和することのない高飽和磁化を有する材料が望ましい。このような材料としては、1.8テスラ(T)以上の飽和磁化を有する材料、特に、Si2〜3重量%、Fe残部;Co47〜50重量%、Fe残部;Co35〜40重量%、Fe残部;Co23〜27重量%、Fe残部;及びCo48〜50重量%、V1〜3重量%、Fe残部;からなる群より選ばれた少なくとも1種からなる軟磁性材料が望ましい。
【0044】
本発明が適用されるMRAMは、前記磁化固定層と前記磁性層との間に絶縁体層又は導電体層が挟持され、前記メモリ素子の上面及び下面に設けられたビット線及びワード線としての配線にそれぞれ電流を流すことによって誘起される磁界で前記磁性層を所定方向に磁化して情報を書き込み、この書き込み情報を前記配線間でのトンネル磁気抵抗効果(TMR効果)によって読み出すように構成されるのがよい。
【0045】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
【0046】
図1及び図2は、本実施の形態による各種の磁気シールド構造を有するMRAMのパッケージをそれぞれ例示するものである。
【0047】
これらの例では、図18〜図20に示したMRAM素子(メモリセル部及び周辺回路部も含めたチップ)30がダイパッド41上に設けられ、実装基板(図示せず)に接続される外部リード31を除いてモールド樹脂(例えばエポキシ樹脂)等の封止材32によって封止されている(ここでは、MRAM素子30は、既述したMRAMと同様の構造及び動作原理を有するので、その説明は省略し、またダイパッド41を含むリードフレームは簡略図示する)。そして、本発明に基づいて、磁気シールド層33、34又は33が、パッケージを構成する封止材32の上面及び下面に粘着剤によってそれぞれ固定された例(図1)、封止材32の上面にのみ粘着剤によって固定された例(図2)を示す。
【0048】
磁気シールド層33、34は、封止材32による封止後(モールド後)に、封止材32の上、下又は上の所定位置に容易に接着することができる。この場合、磁気シールド層33、34を脱着できるようにしてよい。いずれの場合も、MRAM素子30が、磁気シールド層33、34間に配置されたサンドウィッチ構造をなし、磁気シールド層33、34がMRAMのパッケージと一体化されているが、これは実装基板(回路基板)への実装を考慮すると最も望ましい構造である。
【0049】
図1及び2に示したいずれの磁気シールド構造においても、MRAM素子30を外部印加磁界から十二分に磁気シールドする効果を有する。この場合、磁気シールド層33、34は、外部との間で閉じた磁気回路を形成していないが、これでも外部印加磁界を効果的に集めて磁気シールドすることができる。また、磁気シールド層33、34は、図1のようにMRAM素子30の上、下にそれぞれ存在するのがよいが、図2のようにMRAM素子のチップ表面側にのみ存在していてもシールド効果は発揮される。
【0050】
本発明者は、MRAM素子の正常な動作の保証を確認するため、図1、図2のようにパッケージに磁気シールド層を装着した場合におけるシールド効果の実験、検討を行った。
【0051】
高密度実装の進展により、実用上、MRAMは多ピンのパッケージ形態に他の機能素子とともに混載して用いられる。パッケージ構造としては、QFP(QuadFlat Package)、LQFP(Low Profile Quad Flat Package)、BGA(BallGrid Array Package)、LFBGA(Low Profile Fine Pitch Ball Grid Array Package)、LFLGA(Low Profile Fine Pitch Land Grid Array Package)など種々挙げられる。図3には、160pinQFPタイプのパッケージ構造50を示す。160pinQFPタイプのパッケージは約28mm×28mmであり、厚さは約3.45mmである。
【0052】
本発明者は、このパッケージ構造を考慮し、磁気シールド効果を検討した。図4に、磁気シールド効果を検討するにあたって採用した実験時の概略図を示す。磁気シールド層33、34を図3のように160pinQFPタイプパッケージの上下に設置した場合をモデルとして、28mm×28mmの2枚のシールド層を3.45mmの間隔で配置し、その中心部にガウスメータ37を設置した。そして、直流外部磁界を磁気シールド層と平行に印加し、ガウスメータ37を磁気シールド層と平行に移動させることにより、端部から中心部までの内部磁界強度(磁気シールド層からの漏洩磁界強度)を測定した。
【0053】
図5には、モールドしたMRAM素子内蔵の半導体パッケージの上下を磁気シールド層33、34で挟む構造(サンドウィッチ構造)における、外部磁界強度に対する内部侵入磁界強度の測定結果を示す。シールド材料としては、飽和磁化Ms=2.3Tと高い飽和磁化を有するFe−49Co−2Vを用い、磁気シールド層厚は300μmとした。
【0054】
図5より、この磁気シールド構造によって、400Oe以下の外部磁界に対して内部磁界強度を20Oe未満に抑えることができることが確認できた。また、200Oe以下の外部磁界に対しては内部磁界強度を10Oe未満に抑えることができる。
【0055】
図6には、モールドしたMRAM素子内蔵の半導体パッケージの上部にのみ磁気シールド層33を設けた構造における、外部磁界強度に対する内部侵入磁界強度の測定結果を示す。シールド材料としては、Fe−49Co−2Vを用い、シールド厚さは1000μmとした。
【0056】
図6より、この磁気シールド構造によって、100Oe以下の外部磁界に対して内部磁界強度を20Oe未満に、また50Oe以下の外部磁界に対して内部磁界強度を10Oe未満に抑えることができることが確認できた。
【0057】
以上より、上下2層の磁気シールド層33、34によるサンドウィッチ構造においては大きなシールド効果を発揮することが分かった。上部にのみ1層の磁気シールド層33を設けた場合でも、ある程度の磁気シールド効果が得られることも確認できた。
【0058】
この結果を考慮すると、MRAMチップの裏面にシールド層を設けた場合においても、磁気シールド効果を有することが期待される。図7にその構造の概略図を示す。ここでは、磁気シールド層40からチップ表面のMRAM素子までの距離を200μm(チップの厚さが200μmのものを使用)、チップ面積を15mm×15mmとし、シールド効果の確認実験を行った。
【0059】
図8には、10〜30μmの磁気シールド層厚における、外部磁界強度に対する内部侵入磁界強度の測定結果を示す。シールド材料としては、Fe−49Co−2Vを用いた。
【0060】
図8より、外部磁界が20Oeのとき内部漏洩磁界強度(MRAM素子に影響する磁界強度)は、10Oe程度またはそれ以下にまで低減することができ、チップの裏面に磁気シールド層40を設けた場合においても、磁気シールド効果を有することが分かる。
【0061】
また、この構造は、パッケージの上下部又は上部にのみ磁気シールド層を設ける構造と併用することによって、更なるシールド効果が得られる。一例として、図9に示すように、160pinQFPタイプパッケージをモデルとして、28mm×28mm、厚さ300μmの2枚の磁気シールド層33、34を3.45mmの間隔で配置し、その2層の磁気シールド層間においてチップ裏面に20μmの厚さの磁気シールド層40を設けた、15mm×15mm、厚さ200μmのチップを配置した構造にて実験を行った。
【0062】
その結果、400Oeの外部磁界を印加した場合において内部磁界強度を7.5Oeまで低減させることができ、高い磁気シールド効果が得られた。
【0063】
以上に示した各実験結果より、モールドしたMRAM素子内蔵の半導体パッケージの上下部をシールド層で挟む構造(サンドウィッチ構造)又は上部にのみ磁気シールド層を設置する構造、或いはチップの裏面に磁気シールド層を設ける構造によって、外部磁界に対する磁気シールド効果を有することができることが分かった。更には、上記を併用した構造とすることにより、更なる磁気シールド効果が得られることが分かった。
【0064】
なお、図1及び図2に示した磁気シールド層33、34は、モールド後に封止材32の上面及び/又は下面に容易に粘着(又は接着)固定できるが、図7に示した磁気シールド層40は、予めダイパッド41とMRAM素子30との間に挟着した状態でモールドすれば、容易に設置することができる。
【0065】
この他にも、磁気シールド層34が、封止材32中においてMRAM素子30に対してダイパッド41の下部に接して埋設された例(図10)或いはそれぞれの磁気シールド層33、34がMRAM素子30と非接触に埋設された例(図11)でも、磁気シールド効果がある。
【0066】
この場合、磁気シールド層33、34は、封止材32による封止時に予めダイパッド41下に接着しておくか或いは金型内に配置しておけばよい。図11の場合も、MRAM素子30が、磁気シールド層33、34間に配置されたサンドウィッチ構造をなし、磁気シールド層33、34がMRAMのパッケージと一体化されているが、これは、実装基板(回路基板)への実装を考慮すると望ましい構造である。
【0067】
以上に示したいずれの磁気シールド構造においても、MRAM素子30を外部印加磁界から十二分に磁気シールドする効果を有する。この場合、磁気シールド層33、34は、外部との間で閉じた磁気回路を形成していないが、これでも外部印加磁界を効果的に集めて磁気シールドすることができる。また、磁気シールド層33、34は、MRAM素子30の上、下にそれぞれ存在するのがよいが、少なくとも一方(特にMRAM素子の表面側)に存在していてもシールド効果は発揮される。
【0068】
また、上記した磁気シールド層33、34は、平坦な膜又は箔又は平板からなっているが、これに限らず、図12(A)に示すように凹凸35を設けた形状や、図12(B)に示すように網状、スリット状等の貫通孔36を設けた形状としてもよい。
【0069】
図12の形状の磁気シールド層は、その周辺端部のみならず凹凸や貫通孔の部分での形状異方性によって、外部印加磁界に対する反磁界が発生し、磁気飽和し難く、高特性のシールド効果を有するものとなる。このような形状の磁気シールド層は、磁気シールドにとって最も効果的な形状、サイズに作製しておき、これをパッケージに粘着剤等で容易に固定することができる(これは、図12以外に示した磁気シールド層でも同様である)。
【0070】
上記した磁気シールド層33、34のシールド材料としては、純鉄、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Ni−Co系、Fe−Si系、Fe−Al−Si系及びフェライト系等が挙げられる。その中でも、ある程度の透磁率を有することは勿論であるが、外部磁界に対して容易に飽和することのない高飽和磁化を有する材料が望ましい。このような材料としては、1.8テスラ(T)以上の飽和磁化を有する材料、特に、Si2〜3重量%、Fe残部;Co47〜50重量%、Fe残部;Co35〜40重量%、Fe残部;Co23〜27重量%、Fe残部;及びCo48〜50重量%、V1〜3重量%、Fe残部;からなる群より選ばれた少なくとも1種からなる軟磁性材料が望ましい。
【0071】
上記した例はいずれも、パッケージの上、下面又は内部に磁気シールド層33、34又は40を配した例を示したが、封止材32中に上記した如き軟磁性材料のフィラーを含有させることと併用すれば、一層磁気シールド効果が向上することが分った。
【0072】
例えば、図13に示すように、図1においてフェライトフィラー51を分散含有させた封止材42や、図14に示すように、図2においてフェライトフィラー51を分散含有させた封止材42、図15に示すように、図7においてフェライトフィラー51を分散含有させた封止材42、図16に示すように、図9においてフェライトフィラー51を分散含有させた封止材42によりパッケージを構成する。
【0073】
そして、図1に示したように、フェライトフィラーを含まないパッケージに磁気シールド層33、34を設置した場合と、図13に示したように、NiZnフェライトフィラー(平均粒径20μm、添加量60体積%)含有のパッケージに磁気シールド層33、34を設置した場合とにおける内部磁界強度の差は、図17に示すようになった。図17は、これら2者の構造における、パッケージの長さ(測定距離)に対する内部侵入磁界強度の測定結果を示している。シールド材料としては、飽和磁化Ms=2.3Tと高い飽和磁化を有するFe−49Co−2Vを用い、磁気シールド層厚は300μmとし、外部印加磁界強度を500Oeとした。
【0074】
図17より、500Oeの外部磁界において、図1のシールド構造では内部磁界強度が146.9Oeであるのに対して、図13のシールド構造では内部磁界強度を70.4Oeに抑えることができることが確認できた。
【0075】
この実験では、フェライトフィラーとしてNiZnフェライトを用いたが、フェライトフィラーとしてはこれに限らず、MnZnフェライトやBaフェライト、Srフェライトなど、酸化物磁性体なら何でもよい。また、金属軟磁性粉末の表面を絶縁処理したフィラーを用いても、同等もしくはそれ以上の磁気シールド効果を有することが期待できる。このようなフィラーの平均粒径は1〜50μm、添加量は20〜85体積%とするのが望ましい。フェライトフィラーがパッケージに対して20体積%未満の含有量であると、良好なシールド効果が期待できず、また逆に85体積%を超える場合は、成形時の熔融粘度が高くなり、パッケージ樹脂としての成形性に欠けることがある。
【0076】
以上に説明した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0077】
例えば、上述の磁気シールド材料の組成、種類、磁気シールド層の厚さや配置、MRAMの構造等は様々に変化させてよい。上述した磁気シールド構造は適宜組み合せてよいが、例えば図2と図7の構造、又は図7と図10の構造の組み合せが可能であり、また図11において下部の磁気シールド層34を省略してもよい。
【0078】
【発明の作用効果】
本発明は、上述したように、磁気シールド層をモールドされたパッケージ封止材の一方の外面やその他方の面に粘着剤等によって貼り付ける構造にすることにより、磁気シールドにとって効果的な形状の磁気シールド層を容易に装着若しくは脱着することができ、或いは/並びに、モールド時に金型内に磁気シールド層を配置するだけでメモリ素子の少なくとも一方の側において封止材中の所定位置に容易に埋設することができ、また磁気シールド層を基板とメモリ素子との間に固定した状態で金型内に配置するだけで、メモリ素子のチップ裏面側において、磁気シールドにとって効果的な形状の磁気シールド層を封止材中の所定位置に容易に埋設することができる。このため、MRAMにとって高性能な磁気シールドを簡易に実現することができ、磁気シールドに関する実装作業を簡易化することができ、また、このパッケージは回路基板に実装する場合にも好適な構造及び形状となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるMRAMパッケージの概略断面図である。
【図2】同、実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図3】同、実施の形態によるMRAMパッケージの平面図及び側面図である。
【図4】同、磁気シールド層間の内部磁界強度測定時の概略断面図である。
【図5】同、MRAM素子内蔵の半導体パッケージの上下部を磁気シールド層で挟む構造(サンドウィッチ構造)における、外部磁界強度に対する内部侵入磁界強度の測定結果を示す表である。
【図6】同、MRAM素子内蔵の半導体パッケージの上部にのみ磁気シールド層を設けた構造における、外部磁界強度に対する内部侵入磁界強度の測定結果を示す表である。
【図7】本実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図8】同、チップ裏面に磁気シールド層を設けた構造における、外部磁界強度に対する内部侵入磁界強度の測定結果を示す表である。
【図9】本発明の実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図10】同、実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図11】同、実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図12】同、実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図13】同、実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図14】同、実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図15】同、実施の形態による他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図16】同、実施の形態による更に他のMRAMパッケージの概略断面図である。
【図17】同、MRAM素子内蔵の半導体パッケージの上下部を磁気シールド層で挟む構造(サンドウィッチ構造)において、パッケージ材料としてフェライトフィラーを用いた場合と用いていない場合における、パッケージの長さ方向に対する内部侵入磁界強度の測定結果を示すグラフである。
【図18】MRAMのTMR素子の概略斜視図である。
【図19】MRAMのメモリセル部の一部の概略斜視図である。
【図20】MRAMのメモリセルの概略断面図である。
【図21】MRAMの等価回路図である。
【図22】MRAMの書き込み時の磁界応答特性図である。
【図23】MRAMの読み出し動作原理図である。
【符号の説明】
1…トップコート層、2…記憶層、3…トンネルバリア層、
4…第1の磁化固定層、5…反強磁性結合層、6…第2の磁化固定層、
7…反強磁性体層、8…下地層、9…支持基板、
10…メモリセル(TMR素子)、11…ビット線、
12…書き込み用ワード線、13…シリコン基板、14…ウェル領域、
15…ゲート絶縁膜、16…ゲート電極、17…ソース領域、
18…ドレイン領域、
19…読み出し用電界効果トランジスタ(選択用トランジスタ)、
20…ソース電極、21…センスライン、22…読み出し用配線、
23…ドレイン電極、26…磁化固定層、
30…MRAM素子(TMR素子内蔵)、31…外部リード、32…封止材、
33、34、40…磁気シールド層、37…ガウスメータ、
41…ダイパッド、42…フェライトフィラー含有の封止材、
51…フェライトフィラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides an MRAM (Magnetic Random Access), which is a magnetic random access memory composed of a memory element in which a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed and a magnetic layer whose magnetization direction can be changed are stacked. Memory) configured as a magnetic memory device.
[0002]
[Prior art]
With the rapid spread of information and communication devices, especially small personal devices such as mobile terminals, devices such as memories and logics have higher performance such as higher integration, higher speed and lower power consumption. Is required.
[0003]
In particular, nonvolatile memories are considered to be indispensable in the ubiquitous era. The nonvolatile memory can protect important information including personal information even when power consumption or trouble occurs, or when the server and the network are disconnected due to some kind of failure. Also, recent portable devices are designed to minimize power consumption by placing unnecessary circuit blocks in standby mode. However, if a non-volatile memory that can serve as both high-speed work memory and large-capacity storage memory can be realized, In addition, power consumption and waste of memory can be eliminated. Also, if a high-speed, large-capacity nonvolatile memory can be realized, an “instant-on” function that can be started immediately when the power is turned on will be possible.
[0004]
Examples of the nonvolatile memory include a flash memory using a semiconductor and an FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) using a ferroelectric.
[0005]
However, the flash memory has a drawback that the writing speed is as slow as the order of microsecond. On the other hand, in the FRAM, the number of rewritable times is 10 12 -10 14 However, it has been pointed out that the endurance is small and it is difficult to finely process the ferroelectric capacitor in order to completely replace the SRAM (Static Random Access Memory) or the DRAM (Dynamic Random Access Memory) with a static random access memory.
[0006]
Non-volatile memories that do not have these drawbacks and that have high speed, large capacity (high integration), and low power consumption have attracted attention, for example, Wang et al. , IEEE Trans. Magn. 33 (1997), 4498, which is a magnetic memory called an MRAM (Magnetic Random Access Memory), which has attracted attention due to recent improvements in the characteristics of TMR (Tunnel Magnetoresistance) materials. ing.
[0007]
An MRAM is a semiconductor magnetic memory that uses a magnetoresistance effect based on a spin-dependent conduction phenomenon peculiar to a nanomagnetic material, and is a nonvolatile memory that can hold data without supplying power from the outside.
[0008]
In addition, the MRAM has a simple structure, so that high integration is easy. In addition, since recording is performed by rotating a magnetic moment, the number of rewritable times is large, and the access time is very high. It is expected that R.O. Schuerlein et al, ISSCC Digest of Technical Papers, pp. 128-129, Feb. 2000 reported.
[0009]
The MRAM will be described in more detail. As illustrated in FIG. 18, a
[0010]
The magnetization fixed layer has two magnetization fixed layers, a first magnetization fixed
[0011]
A
[0012]
In the memory cell configured as described above, information is read out by detecting a change in tunnel current due to the magnetoresistance effect, as described later. The effect depends on the relative magnetization direction between the storage layer and the magnetization fixed layer.
[0013]
FIG. 19 is an enlarged perspective view showing a part of a general MRAM in a simplified manner. Here, the read circuit portion is omitted for simplicity, but includes, for example, nine memory cells, and has a
[0014]
FIG. 20 schematically shows a cross section of the memory cell, for example, a
[0015]
FIG. 21 shows an equivalent circuit diagram of the MRAM, which includes, for example, six memory cells, and has a
[0016]
FIG. 22 is an asteroid curve showing the write condition of the MRAM, showing the applied magnetic field H in the easy axis direction. EA And the hard magnetic field H HA Of the magnetization direction of the storage layer is shown in FIG. When a corresponding resultant magnetic field vector is generated outside this asteroid curve, a magnetic field reversal occurs, but the resultant magnetic field vector inside the asteroid curve does not reverse the cell from one of its current bistable states. Further, even in cells other than the intersection of the word line and the bit line through which a current flows, a magnetic field generated by the word line or the bit line alone is applied, and thus the magnitude of the magnetic field generated by the unidirectional switching magnetic field H K In the above case, since the magnetization directions of the cells other than the intersections are also reversed, the selected cells can be selectively written only when the combined magnetic field is in the gray area in the figure.
[0017]
As described above, in the MRAM, by using the two write lines of the bit line and the word line, it is generally possible to write only the designated memory cell by reversing the magnetic spin using the asteroid magnetization reversal characteristic. It is a target. The resultant magnetization in a single storage area is determined by the magnetic field H EA And the magnetic field in the hard axis direction H HA Is determined by the vector composition with The write current flowing through the bit line applies a magnetic field H in the easy axis direction to the cell. EA And a current flowing through the word line is applied to the cell by a magnetic field H in the hard axis direction. HA Is applied.
[0018]
FIG. 23 illustrates a read operation of the MRAM. Here, the layer configuration of the
[0019]
That is, as described above, the information is written by reversing the magnetic spin of the cell by the synthetic magnetic field at the intersection of the
[0020]
As described above, the MRAM is expected to be a high-speed and nonvolatile large-capacity memory. However, since a magnetic material is used for holding data, information is erased or rewritten due to an external magnetic field. Problem. The switching field in the easy axis direction and the switching field H in the hard axis direction described with reference to FIG. SW Is 20 to 200 Oe (Oe), depending on the material, and is converted into a current of several mA (RH Koch et al., Phys. Rev. Lett. 84, 5419 (2000), JZ. Sun et al., 2001 8 th This is because it is as small as Joint Magnetics and Magnetic Material. In addition, since the coercive force (Hc) at the time of writing is, for example, about several Oe to 10 Oe, it is impossible to selectively write into a predetermined memory cell if an internal leakage magnetic field due to an external magnetic field exceeding that value acts. It may be.
[0021]
Therefore, as a step toward practical use of the MRAM, there is a long-awaited need for measures against external magnetism, that is, establishment of a magnetic shield structure for shielding the element from external electromagnetic waves.
[0022]
The environment in which the MRAM is mounted and used is mainly on a high-density mounting substrate and inside an electronic device. Depending on the type of electronic equipment, due to the recent development of high-density mounting, semiconductor elements, communication elements, micro motors, etc. are densely mounted on high-density mounting boards. , An antenna element, various mechanical components, a power supply, and the like are mounted at a high density to constitute one device.
[0023]
The fact that the mixed mounting is possible is one of the features of the MRAM as a nonvolatile memory. However, in an environment where a magnetic field component in a wide frequency range from DC to a low frequency to a high frequency is mixed around the MRAM. Therefore, in order to ensure the reliability of recording and holding of the MRAM, it is required to improve the resistance to an external magnetic field by devising a mounting method of the MRAM itself and a shield structure.
[0024]
As the magnitude of such an external magnetic field, for example, it is specified that a magnetic card such as a credit card or a bank cash card has resistance to a magnetic field of 500 to 600 Oe. For this reason, in the field of magnetic cards, Co-coated γ-Fe 2 O 3 And a magnetic material having a large coercive force such as Ba ferrite. Also, in the field of prepaid cards, it is necessary to have resistance to a magnetic field such as 350 to 600 Oe. Since the MRAM element is a device that is mounted in the housing of an electronic device and is also assumed to be carried, it is necessary that the MRAM element be given the same resistance to external magnetism as magnetic cards, especially for the reasons described above. The magnitude of the magnetic field needs to be suppressed to 20 Oe or less, preferably 10 Oe or less.
[0025]
As a magnetic shield structure of an MRAM, it has been proposed to use an insulating ferrite (MnZn and NiZn ferrite) layer for a passivation film of an MRAM element to provide magnetic shield characteristics (see
[0026]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,902,690 and drawings (
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 5,939,772 and drawings (column 2, FIGS. 1 and 2).
[Patent Document 3]
JP 2001-250206 A (
[0027]
[Problems to be solved by the invention]
In order to prevent the external magnetic flux from entering the memory cell of the MRAM, it is most important to provide a magnetic path having a high magnetic permeability around the element to prevent the magnetic flux from entering inside. For this purpose, it is best to completely cover the element with a magnetic shield layer. However, it is difficult to manufacture an actual shield structure, and a magnetic shield that can be easily manufactured is desired.
[0028]
However, when ferrite is used for the passivation film as in Patent Document 1 (US Pat. No. 5,902,690), since ferrite is an oxide magnetic material, oxygen deficiency is likely to occur when the film is formed by a sputtering method. It is difficult to use perfect ferrite as a passivation film. Although there is no description of the film thickness in
[0029]
In Patent Document 2 (U.S. Pat. No. 5,939,772), a cavity is provided in a package, and a magnetic material having a high magnetic permeability such as permalloy is integrated into an upper part and a lower part of a package surrounding an element. Although the mounting structure is shown, work such as design, processing, etc. is required when integrating them, which is troublesome.
[0030]
Also, in Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-250206), a magnetic shield plate is provided on the upper side via a wall member surrounding the element. , Processing and the like are required, and a technique of mounting a magnetic shield plate in consideration of deflection due to impact or the like is required.
[0031]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetic shield layer easily and realize a high-performance magnetic shield effect suitable for an MRAM.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention provides a magnetic random access memory (MRAM) comprising a memory element in which a magnetization fixed layer having a fixed magnetization direction and a magnetic layer capable of changing the magnetization direction are laminated, and a sealing material such as a resin. A magnetic shield layer for magnetically shielding the memory element,
In contact with one outer surface and / or the other outer surface of the sealing material, or at least one side of the inside of the sealing material in a non-contact state with the memory element
Provided
The present invention relates to a magnetic memory device (hereinafter, referred to as a first magnetic memory device of the present invention).
[0033]
According to the first magnetic memory device of the present invention, noting that the MRAM is mainly used as a package molded with a sealing material such as a resin, one of the package sealing materials in which the magnetic shield layer is molded is used. Is attached to the outer surface (for example, the upper surface of the package on the chip surface side of the memory element) or the other surface (for example, the lower surface of the package on the back surface side of the memory element) with an adhesive or the like, so that the magnetic shield is effective. The magnetic shield layer processed into a shape can be easily attached or detached, or at a predetermined position in the sealing material on at least one side of the memory element simply by disposing the magnetic shield layer in the mold at the time of molding. It can be easily buried. For this reason, a high-performance magnetic shield can be easily realized for the MRAM, and the mounting work related to the magnetic shield can be simplified. In addition, this package has a structure and shape suitable for mounting on a circuit board. It becomes.
[0034]
According to the present invention, a magnetic random access memory (MRAM) including a memory element in which a magnetization fixed layer having a fixed magnetization direction and a magnetic layer capable of changing the magnetization direction are stacked is formed using a sealing material such as a resin. A magnetic memory device, wherein a magnetic shield layer for magnetically shielding the memory element is provided on the chip back side of the memory element inside the encapsulant (hereinafter, a second embodiment of the present invention). (Hereinafter referred to as a magnetic memory device).
[0035]
According to the second magnetic memory device of the present invention, paying attention to the fact that the MRAM is mainly used as a package molded with a sealing material such as a resin, the magnetic shield layer is fixed between the substrate and the memory element. The magnetic shield layer processed into a shape effective for the magnetic shield can be easily buried at a predetermined position in the sealing material on the back surface side of the chip of the memory element simply by disposing the magnetic shield layer in the mold in the state as described above. For this reason, a high-performance magnetic shield can be easily realized for the MRAM, and the mounting work related to the magnetic shield can be simplified. In addition, this package has a structure and shape suitable for mounting on a circuit board. It becomes.
[0036]
The present invention further provides a magnetic random access memory (MRAM) comprising a memory element in which a magnetization fixed layer having a fixed magnetization direction and a magnetic layer capable of changing the magnetization direction are laminated by using a sealing material such as a resin. A magnetic shield layer for magnetically shielding the memory element,
At least one of the outer surface and the outer surface of the encapsulant may be in contact with the memory element and / or in contact with the memory element inside the encapsulant.
On the other side,
It is also provided on the chip back side of the memory element inside the sealing material.
To
A magnetic memory device (hereinafter, referred to as a third magnetic memory device of the present invention) is also provided.
[0037]
According to the third magnetic memory device of the present invention, focusing on the fact that the MRAM is mainly used as a package molded with a sealing material such as a resin, one of the package sealing materials in which the magnetic shield layer is molded. Is attached to the outer surface (for example, the upper surface of the package on the chip surface side of the memory element) or the other surface (for example, the lower surface of the package on the back surface side of the memory element) with an adhesive or the like, so that the magnetic shield is effective. A magnetic shield layer having a shape can be easily attached or detached, and / or a predetermined position in a sealing material on at least one side of a memory element simply by disposing the magnetic shield layer in a mold at the time of molding. It can be easily embedded and placed in a mold with the magnetic shield layer fixed between the substrate and the memory element. In, the chip back side of the memory element can be easily embedded a magnetic shield layer effective shape to a predetermined position in the sealing material for magnetic shield. For this reason, a high-performance magnetic shield can be easily realized for the MRAM, and the mounting work related to the magnetic shield can be simplified. In addition, this package has a structure and shape suitable for mounting on a circuit board. It becomes.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the first and third magnetic memory devices of the present invention, the pair of magnetic shield layers sandwich the sealing material in a state of being in contact with the one outer surface and the other outer surface of the sealing material, respectively. It is good to be provided in.
[0039]
In addition, a pair of the magnetic shield layers are provided so as to sandwich the sealing material in a state of being in contact with the one outer surface and the other outer surface of the sealing material, and the third magnetic shield layer is provided with the third magnetic shield layer. Preferably, it is provided on the back surface of the chip.
[0040]
Further, the magnetic shield layer is provided on the chip surface side of the memory element in contact with the one outer surface of the sealing material, and is also provided on the chip back side, and the memory element is provided from both sides. It is also good to have a structure of sandwiching.
[0041]
In the first, second, and third magnetic memory devices according to the present invention, the magnetic shield layer has a flat film shape or a plate shape, and effectively suppresses magnetic saturation. It is preferable that the film has a shape of a film or plate having irregularities, or a shape having a through hole such as a mesh or a slit.
[0042]
When the sealing material contains a soft magnetic filler such as a ferrite filler, the magnetic shielding effect can be further enhanced.
[0043]
In addition, as a shield material for forming the magnetic shield layer, pure iron, Fe-Ni-based, Fe-Co-based, Fe-Ni-Co-based, Fe-Si-based, Fe-Al-Si-based, and ferrite-based And the like. Among them, it is desirable to use a material having not only a certain degree of magnetic permeability but also a high saturation magnetization which is not easily saturated with an external magnetic field. As such a material, a material having a saturation magnetization of 1.8 Tesla (T) or more, particularly, Si 2 to 3% by weight, Fe balance; Co 47 to 50% by weight, Fe balance; Co 35 to 40% by weight,
[0044]
In the MRAM to which the present invention is applied, an insulator layer or a conductor layer is sandwiched between the magnetization fixed layer and the magnetic layer, and a bit line and a word line provided on an upper surface and a lower surface of the memory element are provided. The magnetic layer is magnetized in a predetermined direction by a magnetic field induced by applying a current to the wiring to write information, and the written information is read by a tunnel magnetoresistance effect (TMR effect) between the wirings. Is good.
[0045]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0046]
1 and 2 illustrate MRAM packages having various magnetic shield structures according to the present embodiment, respectively.
[0047]
In these examples, the MRAM element (chip including the memory cell section and the peripheral circuit section) 30 shown in FIGS. 18 to 20 is provided on the
[0048]
The magnetic shield layers 33 and 34 can be easily adhered to predetermined positions above, below, or above the sealing material 32 after sealing (after molding) with the sealing material 32. In this case, the magnetic shield layers 33 and 34 may be detachable. In each case, the
[0049]
Each of the magnetic shield structures shown in FIGS. 1 and 2 has an effect of sufficiently shielding the
[0050]
The present inventor conducted experiments and studies on a shielding effect when a magnetic shield layer was mounted on a package as shown in FIGS. 1 and 2 in order to confirm the guarantee of normal operation of the MRAM element.
[0051]
Due to the development of high-density packaging, the MRAM is practically used in a multi-pin package together with other functional elements. The package structure, QFP (QuadFlat Package), LQFP (Low Profile Quad Flat Package), BGA (BallGrid Array Package), LFBGA (Low Profile Fine Pitch Ball Grid Array Package), LFLGA (Low Profile Fine Pitch Land Grid Array Package) And the like. FIG. 3 shows a
[0052]
The present inventor has studied the magnetic shielding effect in consideration of this package structure. FIG. 4 shows a schematic diagram of an experiment employed in examining the magnetic shielding effect. Modeling the case where the magnetic shield layers 33 and 34 are installed above and below a 160-pin QFP type package as shown in FIG. 3, two shield layers of 28 mm × 28 mm are arranged at an interval of 3.45 mm, and a
[0053]
FIG. 5 shows the measurement results of the internal penetration magnetic field strength with respect to the external magnetic field strength in a structure (sandwich structure) in which the upper and lower sides of a molded MRAM element built-in semiconductor package are sandwiched between magnetic shield layers 33 and 34. As a shield material, Fe-49Co-2V having a high saturation magnetization of Ms = 2.3T and a high saturation magnetization was used, and the thickness of the magnetic shield layer was 300 μm.
[0054]
From FIG. 5, it was confirmed that this magnetic shield structure can suppress the internal magnetic field strength to less than 20 Oe with respect to an external magnetic field of 400 Oe or less. Moreover, the internal magnetic field strength can be suppressed to less than 10 Oe with respect to an external magnetic field of 200 Oe or less.
[0055]
FIG. 6 shows the measurement results of the internal penetration magnetic field strength with respect to the external magnetic field strength in the structure in which the
[0056]
From FIG. 6, it was confirmed that the magnetic shield structure can suppress the internal magnetic field strength to less than 20 Oe for an external magnetic field of 100 Oe or less and the internal magnetic field strength to less than 10 Oe for an external magnetic field of 50 Oe or less. .
[0057]
From the above, it was found that a large shielding effect was exhibited in the sandwich structure including the upper and lower two magnetic shield layers 33 and 34. It was also confirmed that a certain degree of magnetic shielding effect was obtained even when only one
[0058]
In consideration of this result, it is expected that a magnetic shield effect is obtained even when a shield layer is provided on the back surface of the MRAM chip. FIG. 7 shows a schematic diagram of the structure. Here, the distance between the magnetic shield layer 40 and the MRAM element on the chip surface was set to 200 μm (a chip having a thickness of 200 μm was used), and the chip area was set to 15 mm × 15 mm.
[0059]
FIG. 8 shows the measurement results of the internal penetration magnetic field strength with respect to the external magnetic field strength at a magnetic shield layer thickness of 10 to 30 μm. Fe-49Co-2V was used as a shielding material.
[0060]
As shown in FIG. 8, when the external magnetic field is 20 Oe, the internal leakage magnetic field intensity (magnetic field intensity affecting the MRAM element) can be reduced to about 10 Oe or less, and the case where the magnetic shield layer 40 is provided on the back surface of the chip It can be seen from FIG.
[0061]
Further, by using this structure together with the structure in which the magnetic shield layer is provided only on the upper and lower portions or the upper portion of the package, a further shielding effect can be obtained. As an example, as shown in FIG. 9, using a 160-pin QFP type package as a model, two magnetic shield layers 33 and 34 each having a size of 28 mm × 28 mm and a thickness of 300 μm are arranged at an interval of 3.45 mm. The experiment was performed with a structure in which a 15 mm × 15 mm chip having a thickness of 200 μm was provided, in which a magnetic shield layer 40 having a thickness of 20 μm was provided on the back surface of the chip between the layers.
[0062]
As a result, when an external magnetic field of 400 Oe was applied, the internal magnetic field intensity could be reduced to 7.5 Oe, and a high magnetic shielding effect was obtained.
[0063]
From the above experimental results, a structure (sandwich structure) in which the upper and lower portions of the molded semiconductor package with a built-in MRAM element are sandwiched by shield layers, a structure in which a magnetic shield layer is provided only on the upper portion, or a magnetic shield layer on the back surface of the chip It has been found that the structure provided with can provide a magnetic shielding effect against an external magnetic field. Furthermore, it was found that a further magnetic shielding effect can be obtained by adopting a structure combining the above.
[0064]
Although the magnetic shield layers 33 and 34 shown in FIGS. 1 and 2 can be easily adhered (or adhered) to the upper surface and / or lower surface of the sealing material 32 after molding, the magnetic shield layers shown in FIG. The mold 40 can be easily installed if it is molded in a state sandwiched between the
[0065]
In addition, an example in which the
[0066]
In this case, the magnetic shield layers 33 and 34 may be previously adhered below the
[0067]
Any of the magnetic shield structures described above has an effect of magnetically shielding the
[0068]
Further, the magnetic shield layers 33 and 34 described above are made of a flat film, foil or flat plate, but are not limited to this. For example, as shown in FIG. As shown in B), a shape having a through-hole 36 such as a net shape or a slit shape may be used.
[0069]
The magnetic shield layer having the shape shown in FIG. 12 generates a demagnetizing field with respect to an externally applied magnetic field due to the shape anisotropy not only at the peripheral edge but also at the irregularities and the through-hole portions, and is hardly magnetically saturated. It has an effect. The magnetic shield layer having such a shape is prepared in a shape and size most effective for a magnetic shield, and can be easily fixed to a package with an adhesive or the like (this is shown in FIG. 12 and other drawings). The same applies to the magnetic shield layer.)
[0070]
Examples of the shield material of the magnetic shield layers 33 and 34 include pure iron, Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Ni-Co, Fe-Si, Fe-Al-Si, and ferrite. No. Among them, it is desirable to use a material having not only a certain degree of magnetic permeability but also a high saturation magnetization which is not easily saturated with an external magnetic field. As such a material, a material having a saturation magnetization of 1.8 Tesla (T) or more, particularly, Si 2 to 3% by weight, Fe balance; Co 47 to 50% by weight, Fe balance; Co 35 to 40% by weight,
[0071]
In each of the above examples, the
[0072]
For example, as shown in FIG. 13, the sealing material 42 in which the ferrite filler 51 is dispersed and contained in FIG. 1, and as shown in FIG. 14, the sealing material 42 in which the ferrite filler 51 is dispersed and contained in FIG. As shown in FIG. 15, a package is formed by the sealing material 42 in which the ferrite filler 51 is dispersed and contained in FIG. 7, and as shown in FIG. 16, the sealing material 42 in which the ferrite filler 51 is dispersed and contained in FIG.
[0073]
Then, as shown in FIG. 1, the magnetic shield layers 33 and 34 are provided in a package containing no ferrite filler, and as shown in FIG. 13, the NiZn ferrite filler (
[0074]
17, it is confirmed that the internal magnetic field intensity of the shield structure of FIG. 1 is 146.9 Oe and the internal magnetic field intensity of the shield structure of FIG. 13 can be suppressed to 70.4 Oe at an external magnetic field of 500 Oe. did it.
[0075]
In this experiment, NiZn ferrite was used as the ferrite filler, but the ferrite filler is not limited to this, and any oxide magnetic material such as MnZn ferrite, Ba ferrite, or Sr ferrite may be used. In addition, it is expected that a filler having the same or higher magnetic shielding effect can be obtained even if a filler obtained by insulating the surface of a metal soft magnetic powder is used. It is desirable that the average particle size of such a filler is 1 to 50 μm and the amount of addition is 20 to 85% by volume. If the content of the ferrite filler is less than 20% by volume with respect to the package, a good shielding effect cannot be expected. On the other hand, if the content exceeds 85% by volume, the melt viscosity at the time of molding becomes high, and as a package resin, May lack moldability.
[0076]
The embodiments described above can be variously modified based on the technical idea of the present invention.
[0077]
For example, the composition and type of the above-described magnetic shield material, the thickness and arrangement of the magnetic shield layer, the structure of the MRAM, and the like may be variously changed. The above-described magnetic shield structure may be appropriately combined. For example, the structure shown in FIGS. 2 and 7 or the structure shown in FIGS. 7 and 10 can be combined. In FIG. 11, the lower
[0078]
Effects of the Invention
The present invention, as described above, has a structure in which a magnetic shield layer is attached to one outer surface or the other surface of a molded package sealing material with an adhesive or the like, so that a shape effective for a magnetic shield is formed. The magnetic shield layer can be easily attached or detached, and / or can be easily positioned at a predetermined position in the encapsulant on at least one side of the memory element simply by disposing the magnetic shield layer in the mold at the time of molding. The magnetic shield can be buried, and the magnetic shield layer is fixed between the substrate and the memory element, and it is simply placed in the mold. The layer can be easily embedded at a predetermined position in the sealing material. For this reason, a high-performance magnetic shield can be easily realized for the MRAM, and the mounting work related to the magnetic shield can be simplified. In addition, this package has a structure and shape suitable for mounting on a circuit board. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an MRAM package according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the embodiment;
FIG. 3 is a plan view and a side view of the MRAM package according to the embodiment;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view at the time of measuring the internal magnetic field strength between the magnetic shield layers.
FIG. 5 is a table showing a measurement result of an internal penetration magnetic field intensity with respect to an external magnetic field intensity in a structure in which upper and lower portions of a semiconductor package having a built-in MRAM element are sandwiched between magnetic shield layers (sandwich structure).
FIG. 6 is a table showing measurement results of an internal penetration magnetic field strength with respect to an external magnetic field strength in a structure in which a magnetic shield layer is provided only above a semiconductor package having a built-in MRAM element.
FIG. 7 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the present embodiment.
FIG. 8 is a table showing a measurement result of an internal penetration magnetic field intensity with respect to an external magnetic field intensity in a structure in which a magnetic shield layer is provided on the back surface of the chip.
FIG. 9 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the embodiment;
FIG. 11 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the embodiment;
FIG. 12 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the embodiment;
FIG. 13 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the embodiment;
FIG. 14 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the embodiment;
FIG. 15 is a schematic sectional view of another MRAM package according to the embodiment.
FIG. 16 is a schematic sectional view of still another MRAM package according to the embodiment.
FIG. 17 shows a structure (sandwich structure) in which the upper and lower portions of a semiconductor package with a built-in MRAM element are sandwiched between magnetic shield layers, in a case where a ferrite filler is used as a package material and a case where a ferrite filler is not used. It is a graph which shows the measurement result of an internal penetration magnetic field intensity.
FIG. 18 is a schematic perspective view of a TMR element of the MRAM.
FIG. 19 is a schematic perspective view of a part of a memory cell portion of the MRAM.
FIG. 20 is a schematic sectional view of a memory cell of the MRAM.
FIG. 21 is an equivalent circuit diagram of the MRAM.
FIG. 22 is a diagram illustrating a magnetic field response characteristic during writing in the MRAM.
FIG. 23 is a diagram illustrating the principle of a read operation of an MRAM.
[Explanation of symbols]
1 top coat layer, 2 storage layer, 3 tunnel barrier layer,
4 a first magnetization fixed layer, 5 an antiferromagnetic coupling layer, 6 a second magnetization fixed layer,
7: antiferromagnetic layer, 8: underlayer, 9: support substrate,
10: memory cell (TMR element), 11: bit line,
12 write word line, 13 silicon substrate, 14 well region,
15 gate insulating film, 16 gate electrode, 17 source region,
18 ... Drain region,
19: Field effect transistor for reading (transistor for selection),
20 ... source electrode, 21 ... sense line, 22 ... readout wiring,
23: drain electrode, 26: magnetization fixed layer,
30: MRAM element (with built-in TMR element), 31: external lead, 32: sealing material,
33, 34, 40: magnetic shield layer, 37: Gauss meter,
41: die pad, 42: sealing material containing ferrite filler,
51 ... Ferrite filler
Claims (9)
前記封止材の一方の外面及び/又は他方の外面に接して、或いは、前記封止材の内部において前記メモリ素子とは非接触状態でその少なくとも一方の側に
設けられている
磁気メモリ装置。A magnetic random access memory composed of a memory element in which a magnetization fixed layer having a fixed magnetization direction and a magnetic layer whose magnetization direction can be changed is laminated is sealed with a sealing material. The magnetic shield layer for shielding,
A magnetic memory device provided on at least one side thereof in contact with one outer surface and / or the other outer surface of the encapsulant or inside the encapsulant in a non-contact state with the memory element.
前記封止材の一方の外面及び/又は他方の外面に接して、或いは/並びに、前記封止材の内部において前記メモリ素子とは非接触状態でその少なくとも一
方の側に設けられていると共に、
前記封止材の内部において前記メモリ素子のチップ裏面側にも設けられてい
る
磁気メモリ装置。A magnetic random access memory composed of a memory element in which a magnetization fixed layer having a fixed magnetization direction and a magnetic layer whose magnetization direction can be changed is laminated is sealed with a sealing material. The magnetic shield layer for shielding,
The memory element is provided on at least one side thereof in a non-contact state with the memory element in contact with one outer surface and / or the other outer surface of the sealing material and / or inside the sealing material,
A magnetic memory device provided inside the sealing material also on the chip back side of the memory element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002357806A JP2004193246A (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Magnetic memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002357806A JP2004193246A (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Magnetic memory device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004193246A true JP2004193246A (en) | 2004-07-08 |
Family
ID=32757706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002357806A Abandoned JP2004193246A (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Magnetic memory device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004193246A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006179732A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Hitachi Ltd | Semiconductor power module |
JP2016072493A (en) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 新光電気工業株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP5988004B1 (en) * | 2016-04-12 | 2016-09-07 | Tdk株式会社 | Electronic circuit package |
JP5988003B1 (en) * | 2016-03-23 | 2016-09-07 | Tdk株式会社 | Electronic circuit package |
-
2002
- 2002-12-10 JP JP2002357806A patent/JP2004193246A/en not_active Abandoned
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006179732A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Hitachi Ltd | Semiconductor power module |
JP2016072493A (en) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 新光電気工業株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP5988003B1 (en) * | 2016-03-23 | 2016-09-07 | Tdk株式会社 | Electronic circuit package |
CN107230664A (en) * | 2016-03-23 | 2017-10-03 | Tdk株式会社 | Electronic circuit package |
TWI634639B (en) * | 2016-03-23 | 2018-09-01 | 日商Tdk股份有限公司 | Electronic circuit package |
CN107230664B (en) * | 2016-03-23 | 2020-02-14 | Tdk株式会社 | Electronic circuit package |
JP5988004B1 (en) * | 2016-04-12 | 2016-09-07 | Tdk株式会社 | Electronic circuit package |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4096302B2 (en) | Magnetic memory device | |
JP4013140B2 (en) | Magnetic memory device | |
EP1096500B1 (en) | Magnetization control method and information storage method | |
CN100458968C (en) | magnetic storage device | |
JP4444241B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic random access memory, electronic card and electronic device | |
JP5017347B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic random access memory, electronic card, electronic device, magnetoresistive element manufacturing method, and magnetic random access memory manufacturing method | |
JP3961914B2 (en) | Magnetic memory device | |
US7459769B2 (en) | Magnetic shield member, magnetic shield structure, and magnetic memory device | |
JP2004349476A (en) | Semiconductor device | |
JP2003115578A (en) | Non-volatile solid-state magnetic memory device, method of manufacturing the same, and multi-chip package | |
JP2004047656A (en) | Magnetic nonvolatile memory device and method of manufacturing the same | |
JP2005158985A (en) | Structure and substrate for mounting magnetic memory device | |
TWI221289B (en) | Magnetic memory | |
JP4147466B2 (en) | Magnetic memory device | |
JP2004221463A (en) | Magnetic memory | |
JP2004207322A (en) | Magnetic memory device | |
JP2004193246A (en) | Magnetic memory device | |
JP2004221289A (en) | Magnetic memory apparatus | |
JP2005203535A (en) | Magnetic memory | |
JP2005078693A (en) | Magnetic memory device and its mounting structure | |
JP2002280638A (en) | Magnetoresistive element, memory element and memory cell using the same, and recording / reproducing method of memory element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050930 |
|
RD13 | Notification of appointment of power of sub attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433 Effective date: 20070125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070425 |
|
A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20070612 |