JP2008306094A - Magnetic memory and manufacturing method of same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は磁気メモリに関し、より詳細には強磁性トンネル接合や巨大磁気抵抗効果素子などの磁気抵抗効果素子を有するセルを集積したメモリにおいて、記録の書き込み動作や保持に影響を与える外部からの磁場を防ぐ磁気シールドに関する。 The present invention relates to a magnetic memory, and more specifically, an external magnetic field that affects recording write operation and retention in a memory in which cells having magnetoresistive elements such as a ferromagnetic tunnel junction and a giant magnetoresistive element are integrated. Relates to a magnetic shield to prevent
磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)は高速書き込みが可能であり、かつ原理上無限の書き換え可能回数を持つ不揮発性メモリである。図1は、MRAMに用いられる強磁性トンネル接合の模式図である。強磁性トンネル接合は、トンネルバリア層5とそれを挟む2層の強磁性体層、すなわち、外部からの磁場によって磁化方向が変化するフリー層6と反強磁性体層によって磁化方向が固定された磁化固定層4、磁化固定層4の磁化を固定している反強磁性体層3、および下地層2、電極層7などから構成されている。なお、図1の符号1はウェハを示す。
A magnetic random access memory (MRAM) is a non-volatile memory that can be written at high speed and has an infinite number of rewrites in principle. FIG. 1 is a schematic diagram of a ferromagnetic tunnel junction used in an MRAM. In the ferromagnetic tunnel junction, the magnetization direction is fixed by the tunnel barrier layer 5 and two ferromagnetic layers sandwiching the tunnel barrier layer, that is, the
一般に、MRAMの書込みは、フリー層の磁化を、書き込み配線の電流が発生する書き込み磁場によって、磁化固定層の磁化と平行あるいは反平行とすることで行われる。強磁性トンネル接合の接合抵抗は、二つの強磁性体層の自発磁化が平行ときに最小、反平行のときに最大となるので、接合抵抗の高低が書き込まれた情報に対応する。フリー層と磁化固定層の磁化方向の関係は、書き込み磁場を取り除いた後も保持されるので、強磁性トンネル接合を不揮発メモリとして用いることができる。 In general, writing in the MRAM is performed by making the magnetization of the free layer parallel or antiparallel to the magnetization of the magnetization fixed layer by a write magnetic field generated by a write wiring current. The junction resistance of the ferromagnetic tunnel junction is minimum when the spontaneous magnetization of the two ferromagnetic layers is parallel, and is maximum when the two ferromagnetic layers are antiparallel, and therefore the level of the junction resistance corresponds to the written information. Since the relationship between the magnetization directions of the free layer and the magnetization fixed layer is maintained even after the write magnetic field is removed, the ferromagnetic tunnel junction can be used as a nonvolatile memory.
また、最近では、スピン偏極した電流をフリー層に流すことによってフリー層の磁化を反転させるスピン注入型や、フリー層内に形成した磁壁をスピン偏極した電流によって駆動することで磁化の方向を変える磁壁移動型の記憶素子が提案されている。 Also, recently, the spin injection type that reverses the magnetization of the free layer by passing a spin-polarized current through the free layer, and the direction of magnetization by driving the domain wall formed in the free layer with a spin-polarized current There has been proposed a domain wall motion type storage element that changes the angle.
いずれの方式のMRAMにおいても、情報は強磁性体の磁化状態によって記録されている。したがって、記録の保持中に外部から不要な磁場すなわち擾乱磁場が加わると、フリー層の磁化状態が変わって記録を失う恐れがある。また、外部磁場の存在は、強磁性体の磁化状態の熱による擾乱に対する耐性を下げる。そのため、長期間の記録保持中にフリー層の磁化状態が変わり記録が失われる恐れもある。また、書き込み動作中に不要な磁場が加わると、フリー層の磁化が正常に反転せず、誤った情報が書き込まれる恐れもある。 In any type of MRAM, information is recorded by the magnetization state of the ferromagnetic material. Therefore, if an unnecessary magnetic field, that is, a disturbance magnetic field is applied from the outside during recording holding, the magnetization state of the free layer may change and the recording may be lost. In addition, the presence of an external magnetic field lowers the resistance to disturbance due to heat in the magnetization state of the ferromagnetic material. Therefore, the recording state may be lost while the magnetization state of the free layer changes during long-term recording retention. Further, if an unnecessary magnetic field is applied during the write operation, the magnetization of the free layer is not normally reversed, and erroneous information may be written.
MRAMは単体のメモリとしてだけでなく、システムLSIの混載メモリとしても使用できる。混載メモリとして使用する場合、同じチップ上にロジック回路やアナログ回路が搭載されているため、これらの回路からの磁場、例えば電源ラインが発生する磁場を受ける可能性がある。また、ICカードやRFタグのように高周波を送受信するチップに混載する用途では、高周波の影響を受ける。 The MRAM can be used not only as a single memory but also as a mixed memory of a system LSI. When used as a mixed memory, since a logic circuit and an analog circuit are mounted on the same chip, there is a possibility of receiving a magnetic field from these circuits, for example, a magnetic field generated by a power supply line. Moreover, in the use mixed with the chip | tip which transmits / receives a high frequency like an IC card or RF tag, it receives to the influence of a high frequency.
外部磁場の影響を防ぐためには、磁気シールドを用いることが有効である。磁気シールドは、強磁性体で構成され、直流または低周波数の磁場に対しては、シールドの内に磁場を通すことでメモリアレイから逸らす働きをもつ。また、高周波数の磁場に対しては、熱エネルギーとして吸収することで遮蔽効果を示す。 In order to prevent the influence of an external magnetic field, it is effective to use a magnetic shield. The magnetic shield is made of a ferromagnetic material, and has a function of deflecting from a memory array by passing a magnetic field through the shield against a direct current or low frequency magnetic field. In addition, a high frequency magnetic field is absorbed as heat energy, thereby showing a shielding effect.
磁気シールドの例として、特許文献1では、図2に示すようにリードフレーム8上に形成されたMRAMチップ9を、軟磁性材料で形成された磁気的に連続した磁気シールド部材11で囲む技術が開示されている。なお、図2において、符号10はMRAMチップ9とリードフレーム8を接続するワイヤーである。特許文献2では、図3に示すようにダイパッド12上に形成されたMRAMチップ13と他の素子14を封止剤16で封止して構成されるパッケージの上面および下面に、磁気シールド膜17を設け、浮遊磁場をこの磁気シールド膜17の内部に導くことで浮遊磁場のMRAMチップ13への影響を抑制する技術が開示されている。なお、図3で符号15は外部リード15を示す。特許文献3では、図4に示すようにリードフレーム8のダイパッド12上に形成した半導体チップ18をモール材料で封止して構成されるパッケージ19の内部に磁性体粒子20を混合することで、外部磁場の影響を抑制する技術が開示されている。特許文献4では、図5に示すように、メモリアレイブロック21を誘電体層22で覆い、この上に補助シールド層23パターニングし、さらにその上層に主シールド層24を設ける技術が開示されている。
As an example of a magnetic shield, Patent Document 1 discloses a technique in which an MRAM chip 9 formed on a
しかし、特許文献1や特許文献2のように、個々のチップを、磁気シールド効果を持つ構造体の中に収めることや、個々のパッケージごとにシールドとなる強磁性体板を設ける方法は、作業コストが高くなる。また、特許文献2の技術では、シールドとMRAMの距離が離れるため、十分な磁気遮蔽効果を得るためには、シールドに使う強磁性体を厚く、かつ大きくすることが必要である。 However, as in Patent Document 1 and Patent Document 2, a method of placing individual chips in a structure having a magnetic shield effect or providing a ferromagnetic plate serving as a shield for each individual package is Cost increases. In the technique of Patent Document 2, since the distance between the shield and the MRAM is increased, the ferromagnetic material used for the shield needs to be thick and large in order to obtain a sufficient magnetic shielding effect.
特許文献3の、モールド材料の中に磁性体粒子を混合する技術では、磁性体の密度が低いので、十分な磁気シールド効果を得ることは困難である。また、高密度に磁性体を含ませるとモールド材料自体の性質が変わってしまう。 In the technique of mixing magnetic particles in the mold material of Patent Document 3, since the density of the magnetic material is low, it is difficult to obtain a sufficient magnetic shield effect. In addition, if the magnetic material is included at a high density, the properties of the molding material itself change.
また、特許文献1から特許文献3に示すような技術は、チップ単位でチップの外側に磁気シールドを設けるので、MRAMをその他の回路を同じチップに混載する混載メモリの用途には効果が無い。 In addition, since the techniques shown in Patent Document 1 to Patent Document 3 are provided with a magnetic shield outside the chip in units of chips, there is no effect in the use of an embedded memory in which MRAM and other circuits are mounted on the same chip.
特許文献4の技術では、ウェハにMRAMを形成した状態で、MRAMを被覆する誘電体の上に磁気シールドを形成するため、パッケージング毎に磁性体を設ける技術よりもコストが低くなる。また、MRAMを混載メモリとした場合にもMRAMにシールドを付加することができる。しかし、アレイの側面方向にはシールドが存在しないため、磁場の到達方向によっては十分な磁気遮蔽効果が得られない。特に近距離、例えば同じチップに搭載されている素子が発生する磁場の遮蔽には不十分である。 In the technique of Patent Document 4, since the magnetic shield is formed on the dielectric covering the MRAM in a state where the MRAM is formed on the wafer, the cost is lower than the technique of providing the magnetic substance for each packaging. Further, a shield can be added to the MRAM even when the MRAM is used as an embedded memory. However, since there is no shield in the side surface direction of the array, a sufficient magnetic shielding effect cannot be obtained depending on the arrival direction of the magnetic field. In particular, it is insufficient for shielding a magnetic field generated by a short distance, for example, an element mounted on the same chip.
本発明の目的は、従来のMRAMの磁気シールドに関わるこれらの問題を解決し、MRAMアレイに加わる不要な磁場を十分に遮蔽し、情報の安定した書き込みと、長期間の記録保持が可能なMRAMおよびその製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to solve these problems related to the magnetic shield of the conventional MRAM, sufficiently shield unnecessary magnetic fields applied to the MRAM array, and enable stable writing of information and long-term recording retention. And a method of manufacturing the same.
本発明によるMRAMは、複数の磁気記憶セルからなる磁気メモリアレイの側面方向に、強磁性体を設けた構造を有する。この強磁性体は、メモリアレイを囲むように設けられる。外部からの磁場は、強磁性体の中に誘導されて、メモリアレイから逸れる。 The MRAM according to the present invention has a structure in which a ferromagnetic material is provided in the side surface direction of a magnetic memory array composed of a plurality of magnetic memory cells. This ferromagnetic material is provided so as to surround the memory array. An external magnetic field is induced in the ferromagnet to escape the memory array.
メモリアレイを囲む強磁性体は、メモリアレイに平行な面内で連続した構造、あるいは、独立した複数の強磁性体で形成される不連続な構造のいずれでも良いが、不連続の構造では、磁性体に遮蔽されずに磁場が内部領域に侵入する経路を作らないように、一重でなく、二重、あるいはそれ以上の層をずらしながら重ねた構造にすると良い。連続した構造の磁気シールドにおいても、厚い一重の構造を形成することが困難な場合には、誘電体で隔てた薄い強磁性体による構造を、複数重ね合わせたものにすることができる。例えば、電磁界シミュレーションを行ったところ、厚さ100nmのNi−Fe合金の磁気シールド板に、シールド板と平行な成分が796A/m(10Oe)の磁場印加したとき、磁気シールドの裏側ではシールドに平行な磁場の成分が320A/m(4Oe)以下に減衰した。 The ferromagnet surrounding the memory array may be either a continuous structure in a plane parallel to the memory array or a discontinuous structure formed by a plurality of independent ferromagnets. In order not to create a path for the magnetic field to enter the inner region without being shielded by the magnetic material, it is preferable to have a structure in which the layers are not single but double or more layers are shifted while being shifted. Even in the case of a magnetic shield having a continuous structure, when it is difficult to form a thick single structure, a plurality of thin ferromagnetic structures separated by dielectrics can be superposed. For example, when an electromagnetic field simulation was performed, when a magnetic field having a component parallel to the shield plate of 796 A / m (10 Oe) was applied to a 100-nm-thick Ni—Fe alloy magnetic shield plate, the back side of the magnetic shield was shielded. The parallel magnetic field component was attenuated to 320 A / m (4 Oe) or less.
これは、シールドの中に磁場が誘導されて進行方向が変わったためである。さらにシールドを厚くする、あるいは枚数を増やすことで高い磁場遮蔽効果が得られる。例えば100nm厚のNi−Feを、三重にした構造では、シールドの外部で796A/m(10Oe)のシールドに平行な磁場成分は、約40A/m(0.5Oe)にまで減衰する。 This is because the direction of travel has changed due to the induction of a magnetic field in the shield. Further, by increasing the thickness of the shield or increasing the number of the shields, a high magnetic field shielding effect can be obtained. For example, in a structure in which Ni-Fe having a thickness of 100 nm is tripled, the magnetic field component parallel to the 796 A / m (10 Oe) shield outside the shield attenuates to about 40 A / m (0.5 Oe).
磁気シールドである強磁性体の側面に対して垂直に磁場が入射する場合には、強磁性体の内部に磁場を誘導してメモリアレイから逸らす効果は期待できない。どの方向からの磁場に対しても強磁性体が垂直にならないように配置することで、どの方向からの磁場に対しても、磁気遮蔽効果を得ることができる。例えば、ウェハの上面から見たときに互いに平行でない複数の磁性体の層によってメモリアレイを囲うことで、ウェハに平行な任意の方向から入射した磁場に対して、垂直でない磁性体が存在することになる。 When a magnetic field is incident perpendicularly to the side surface of a ferromagnetic material that is a magnetic shield, the effect of inducing the magnetic field inside the ferromagnetic material and diverting it from the memory array cannot be expected. By arranging the ferromagnetic body so as not to be perpendicular to the magnetic field from any direction, a magnetic shielding effect can be obtained from the magnetic field from any direction. For example, when the memory array is surrounded by a plurality of layers of magnetic materials that are not parallel to each other when viewed from the top surface of the wafer, there is a magnetic material that is not perpendicular to the magnetic field incident from any direction parallel to the wafer. become.
メモリアレイの周囲に設ける強磁性体は、磁気記録セルを形成する磁性体層よりもウェハに垂直な方向の寸法が大きいことが、磁気を有効に遮蔽するために好ましい。さらにこの強磁性体は、メモリアレイを囲む経路に沿った寸法が、ウェハ表面に平行かつメモリアレイを囲む経路に垂直な方向の寸法よりも大きいと、磁気的な形状異方性が外部磁場をメモリアレイから逸らすのに適したものとなる。 The ferromagnetic material provided around the memory array preferably has a dimension in the direction perpendicular to the wafer larger than that of the magnetic material layer forming the magnetic recording cell in order to effectively shield the magnetism. Furthermore, when the dimension along the path surrounding the memory array is larger than the dimension in the direction perpendicular to the path surrounding the memory array and perpendicular to the path surrounding the memory array, the magnetic shape anisotropy causes an external magnetic field. Suitable for diverting from the memory array.
また、メモリアレイの側面方向だけでなく、メモリアレイの上方にも強磁性体を設けることで、磁場遮蔽効果が向上する。メモリアレイ上方に配置された強磁性体は、メモリアレイ側面からの磁場に対しては、磁場を引き寄せて自らの内部に通すことで、メモリアレイに到達する磁場を減らす。また、メモリアレイ上方からの磁場に対しても、磁場を内部に通して逸らすので、メモリアレイに到達する磁場を減らす。 In addition, the magnetic field shielding effect is improved by providing a ferromagnetic material not only in the lateral direction of the memory array but also above the memory array. The ferromagnetic material arranged above the memory array reduces the magnetic field reaching the memory array by attracting the magnetic field from the side surface of the memory array and passing it through itself. Further, the magnetic field from above the memory array is also deflected through the inside, so that the magnetic field reaching the memory array is reduced.
磁気シールドとして用いる強磁性体は、透磁率と飽和磁束密度が高い軟磁性材料が好ましい。例えば、Ni−Fe合金などの金属磁性体や、ソフトフェライトを用いる。 The ferromagnetic material used as the magnetic shield is preferably a soft magnetic material having high magnetic permeability and saturation magnetic flux density. For example, a metal magnetic material such as a Ni—Fe alloy or soft ferrite is used.
本発明によれば、磁気記憶素子の動作に有害な磁場がセルアレイに及ぶことを防止し、誤動作のない、長期間の記録保持が可能なMRAMを提供できる。また、ウェハの状態で多数のチップに一括してシールドを形成するので、コストも低く抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to provide an MRAM that prevents a magnetic field that is harmful to the operation of the magnetic memory element from reaching the cell array, and that can perform long-term recording retention without malfunction. Further, since the shield is formed on a large number of chips in a wafer state, the cost can be kept low.
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明するプロセスは、ウェハで実施される。すなわち、ウェハに同一のチップが多数形成されている状態で、それぞれのチップに対して以下の実施の形態は行われる。ウェハは、本発明によるプロセスと、その他の所定のプロセスが終了した後、チップに切断される。
(第一の実施の形態)
図6、図7は、本発明の第一の実施の形態を説明するための模式図である。図6は、上面から見た図であり、図7は、断面図である。なお、説明の都合上、図面におけるメモリアレイや磁気シールドなどの寸法や大きさの比は、実際の装置とは異なる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the process described below is performed on a wafer. That is, the following embodiment is performed on each chip in a state where a large number of the same chips are formed on the wafer. The wafer is cut into chips after the process according to the present invention and other predetermined processes are completed.
(First embodiment)
6 and 7 are schematic views for explaining the first embodiment of the present invention. 6 is a top view, and FIG. 7 is a cross-sectional view. For convenience of explanation, the ratio of dimensions and sizes of the memory array and the magnetic shield in the drawings is different from that of an actual device.
誘電体層103、例えば酸化シリコンや、窒化シリコンと酸化シリコンの積層膜によってウェハ100上のメモリアレイ101とその他の素子102が被覆されている。この誘電体層103に磁気シールドとして、連続した強磁性体105が、メモリアレイ101の周囲を囲むように設けられている。
The
図6では、磁気シールドの上方から見た形は矩形だが、一部あるいは全てを曲面になるように構成しても良い。 In FIG. 6, the shape viewed from above the magnetic shield is rectangular, but a part or all of the shape may be a curved surface.
第一の実施の形態に示す構造は、以下の工程で形成される。まず、図8(a)に示すように、ウェハ100上に形成したメモリアレイ101とその他の素子102を酸化シリコンなどの誘電体層103で被覆する。誘電体層103は、例えば化学気相成長法(CVD法)によって形成される。次に、図8(c)に示すように、磁気シールドとなる強磁性体を形成するための溝106を、誘電体層103に形成する。溝106の形成は、例えばフォトレジストをマスクとした反応性エッチングで行う。
The structure shown in the first embodiment is formed by the following steps. First, as shown in FIG. 8A, the
そして、次に、図8(c)に示すように、前の工程で形成した溝106に磁気シールドとなる強磁性体105を埋め込む。強磁性体105の埋め込みは、例えば、スパッタ法などで行うことができる。Ni−Fe合金などの金属磁性体を用いる場合には、溝の埋め込みは、めっきによって行うことができる。溝の内部を埋め込まずに、溝の内壁表面に強磁性体の膜を形成することでも磁気遮蔽効果を得ることができるが、埋め込んだ方が強磁性体の体積が大きくなるので、溝の内壁表面に強磁性体膜を形成した場合と比べて、より大きな効果が期待できる。
Then, as shown in FIG. 8C, a
次に、図8(d)に示すように、誘電体層103の表面に付着した不要な強磁性体105を除去する。このとき、誘電体層103の表面を除去して平坦化することができる。表面の不要な強磁性体と誘電体は、CMP(化学機械研磨)で除去する。あるいは、エッチングやイオンミリングによって除去することができる。続いて、図8(e)に示すように、シールドとして金属磁性体を用いる場合には、表面に露出したシールドとなる強磁性体を保護するために、保護膜104を形成してもよい。保護膜104は、強磁性体との反応性が低い材料、例えば窒化シリコンを成膜する。あるいは、まず窒化シリコンを成膜し、その後に酸化シリコンを成膜する。
Next, as shown in FIG. 8D, the unnecessary
図6、図7に示す構造では、磁気シールドは一重であるが、図9のようにメモリアレイ101を二重あるいはそれ以上の強磁性体105の層で囲む構造にしても良い。磁気シールドは厚みが大きいほうが高い磁気遮蔽効果が期待できる。しかし、厚いシールドを一重で形成する場合、幅が広くて深い溝の埋め込みが不十分になることや、表面をCMPで研磨するときに溝の中央部が凹むことがある。これらの問題は、シールドを二重以上にして、各シールド層の厚さを小さくすることで解決できる。プロセスは、図8(B)で形成する溝を多層にすることで対応できる。
(第二の実施の形態)
図10は第二の実施の形態を説明する模式図で、上方から見た図である。磁気シールドは、独立した複数の強磁性体105Aから構成されている。磁気シールドを構成する強磁性体105Aの各々は、上方から見たとき、メモリアレイを囲む方向の長さがメモリアレイを囲む方向と直交する方向よりも長い。
In the structure shown in FIGS. 6 and 7, the magnetic shield is single. However, as shown in FIG. 9, the
(Second embodiment)
FIG. 10 is a schematic view for explaining the second embodiment, and is a view seen from above. The magnetic shield is composed of a plurality of independent
独立した複数の強磁性体105Aの構造からなる磁気シールドでは、図11のように一重の囲いを形成する構造でも磁気シールド効果が得られるが、図10のように、シールドで囲まれた領域と外部の領域を直線で結ぶ経路がシールドの強磁性体に遮られるように、強磁性体が重なる領域をもつように配置することで、磁束が直接メモリアレイに到達することを防ぐことができる。
A magnetic shield having a structure of a plurality of
第二の実施の形態の磁気シールドは、第一の実施の形態と同様の方法で作製することができる。プロセス上、長い溝の形成や埋め込み、表面のCMPが困難な場合に、本実施の形態を使用すると良い。
(第三の実施の形態)
図12は、本発明の第三の実施の形態を説明するための模式図で、上面から見た図である。
The magnetic shield of the second embodiment can be manufactured by the same method as that of the first embodiment. This embodiment may be used when it is difficult to form or fill a long groove or to perform CMP on the surface in the process.
(Third embodiment)
FIG. 12 is a schematic view for explaining the third embodiment of the present invention, and is a view seen from above.
磁気シールドが一重ではなく、互いに平行な部分を持たない2層の強磁性体105B,105Cによって構成されている。このような構造にすると、ウェハ表面に平行などの方向から入射する磁場に対しても表面が垂直ではない磁性体が存在する。したがって、どの方向からの磁場に対しても、効果的に磁気遮蔽効果を発揮する。なお、図12では、磁気シールドは2重であるが、3重以上にすることでより高い磁気遮蔽効果が得られる。 The magnetic shield is not a single layer, and is composed of two layers of ferromagnetic materials 105B and 105C having no parallel portions. With such a structure, there is a magnetic material whose surface is not perpendicular to a magnetic field incident from a direction such as parallel to the wafer surface. Therefore, it effectively exhibits a magnetic shielding effect against a magnetic field from any direction. In FIG. 12, the magnetic shield is double, but a higher magnetic shielding effect can be obtained by using three or more magnetic shields.
第二の実施の形態で説明した、不連続な強磁性体からなる磁気シールドを、第三の実施の形態に適用することができる。 The magnetic shield made of a discontinuous ferromagnetic material described in the second embodiment can be applied to the third embodiment.
第三の実施の形態の磁気シールドは、第一の実施の形態と同様の方法で作製することができる。
(第四の実施の形態)
図13は、本発明の第四の実施の形態を説明するための模式図で、ウェハ側面から見た図である。また、図14は、上面から見た図である。磁気シールドとして作用する強磁性体105,105Dが、それぞれメモリアレイの側面方向と上方に形成されている。メモリアレイ側面方向のシールドと上方のシールドが連続しているほうが、不連続な場合よりも高い磁気遮蔽効果が期待される。
The magnetic shield of the third embodiment can be manufactured by the same method as that of the first embodiment.
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the fourth embodiment of the present invention, as viewed from the side of the wafer. FIG. 14 is a view as seen from above.
このメモリアレイ上方に配置される強磁性体105Dは、メモリアレイの上方からの磁場を遮蔽する。また、メモリアレイ側面方向からの磁場に対しても、磁場を引き寄せて逸らすことで、磁気シールド効果を示す。 The ferromagnetic material 105D disposed above the memory array shields the magnetic field from above the memory array. Also, the magnetic shield effect is shown by attracting and deflecting the magnetic field from the side surface direction of the memory array.
上面に強磁性体を有する磁気シールドは、以下の工程で作製することができる。まず、図15(a)に示すように、ウェハ100上に形成したメモリアレイ101とその他の素子102を酸化シリコンなどの誘電体層103で被覆する。誘電体層103は、例えばCVD法によって形成する。次に、図15(b)に示すように、誘電体層103の表面をCMPによって平坦にする。続いて、図15(c)に示すように、上面に強磁性体を有する磁気シールドを形成する領域の、誘電体層の表面をエッチングなどによってくぼませて凹部108を形成する。この凹部108の底に、ウェハ100の表面と平行な溝を形成すると、後の工程の図15(e)、図15(f)で形成するメモリアレイ上方の強磁性体に、溝の方向に沿った磁気異方性を与えることができる。磁気異方性を与えることは、ある特定の方向からの磁場を優先的に遮蔽することに有効である。
A magnetic shield having a ferromagnetic material on the upper surface can be produced by the following steps. First, as shown in FIG. 15A, the
次に、図15(d)に示すように、メモリアレイ101を囲むシールドを形成するための溝106を、エッチングで形成する。このとき、図15(c)で形成した凹部108の内側に溝106を形成すると、メモリアレイ側面方向の磁気シールドを形成する強磁性体105とメモリアレイ上方の強磁性体105Dが連続となる。
Next, as shown in FIG. 15D, a
次に、図15(e)に示すように、溝と、表面に形成した凹部を強磁性体109で埋め込む。埋め込みは、スパッタやめっきによって行う。そして、次に、図15(f)に示すように、誘電体表面の不要な強磁性体109をCMPで除去する。このとき、凹部を埋め込んでいる強磁性体105DはCMPで除去されずに残るので、メモリアレイの上方を覆う構造ができる。次に、図15(g)に示すように、強磁性体105Dの表面を保護するために、保護膜104を形成する。
Next, as shown in FIG. 15 (e), the grooves and the recesses formed on the surface are filled with the
上記の、図15(c)と図15(d)の工程は、順番を逆にすることが可能である。 The steps of FIG. 15C and FIG. 15D can be reversed in order.
上記の図15(b)以降の工程を、以下のように変更しても第四の実施の形態による磁気シールド構造を形成することができる。 Even if the steps after FIG. 15B are changed as follows, the magnetic shield structure according to the fourth embodiment can be formed.
即ち、図16(a)に示すように、誘電体層103の表面をCMPによって平坦にする。なお、この工程は省略することもできる。次に、図16(b)に示すように、メモリアレイを囲むシールドを形成するための溝106を、エッチングで形成する。続いて、図16(c)に示すように、誘電体層103の、メモリアレイ上方の領域を除く表面をレジスト110で覆う。このとき、前工程で形成した溝106は覆わないようにする。
That is, as shown in FIG. 16A, the surface of the
次に、図16(d)に示すように、溝106の内部と誘電体層103の表面に強磁性体109を形成する。強磁性体109の形成は、スパッタやめっきによって行う。次に、図16(e)に示すように、リフトオフによりレジスト110とその上に形成された強磁性体109を除去した後、図16(f)に示すように、強磁性体105Dの表面を保護するために、保護膜104を形成する。
Next, as shown in FIG. 16D, a
第四の実施の形態は、メモリアレイの側面方向と上方に強磁性体を配置する。ここでメモリアレイの側面方向の磁気シールド構造は、既に説明した第一、第二、第三の実施の形態のいずれの磁気シールドとも組み合わせることができる。 In the fourth embodiment, a ferromagnetic material is disposed in the lateral direction and above the memory array. Here, the magnetic shield structure in the lateral direction of the memory array can be combined with any of the magnetic shields of the first, second, and third embodiments already described.
図13、図14では、メモリアレイの上方に強磁性体を配置し、その他の回路の上方には強磁性体を配置していないが、外部と通信をするなど、磁気シールドを形成することで不都合が生じる場合を除き、メモリアレイ上方以外の領域にも強磁性体を配置しても構わない。この場合には、例えば外部と接続するためのパッド部など、強磁性体を配置することが不都合な領域は、強磁性体を形成する前の工程で強誘電体を凹ませないことで、強磁性体を形成した後のCMP工程で、強磁性体を除去することができる。あるいは強磁性体を形成する前に強磁性体を形成しない領域をレジストで被覆しておき、強磁性体を形成したあとに、リフトオフにより強磁性体を除去することができる。 In FIG. 13 and FIG. 14, the ferromagnetic material is arranged above the memory array and the ferromagnetic material is not arranged above the other circuits. However, by forming a magnetic shield such as communicating with the outside. Except for the case where inconvenience occurs, a ferromagnetic material may be disposed in a region other than above the memory array. In this case, for example, a pad part for connecting to the outside, such as a pad part, where it is inconvenient to place a ferromagnetic material, is not strongly recessed in the process before forming the ferromagnetic material. In the CMP process after forming the magnetic body, the ferromagnetic body can be removed. Alternatively, a region where the ferromagnetic material is not formed is covered with a resist before forming the ferromagnetic material, and the ferromagnetic material can be removed by lift-off after the ferromagnetic material is formed.
1,100 ウェハ
2 下地層
3 反強磁性体層
4 磁化固定層
5 トンネルバリア層
6 フリー層
7 電極層
8 リードフレーム
9 MRAMチップ
10 ワイヤー
11 磁気シールド部材
12 ダイパッド
13 MRAMチップ
14,102 他の素子
15 外部リード
16 封止剤
17 磁気シールド膜
18 半導体チップ
19 パッケージ
20 磁性体粒子
21 メモリアレイブロック
22,103 誘電体層
23 補助シールド層
24 主シールド層
101 メモリアレイ
104 保護膜
105,105A,105B,105C,105D,109 強磁性体
106 溝
108 凹部
110 レジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Wafer 2 Underlayer 3 Antiferromagnetic layer 4 Magnetization fixed layer 5
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9041130B2 (en) | 2013-09-09 | 2015-05-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic memory device |
JP2017143312A (en) * | 2013-02-08 | 2017-08-17 | クアルコム,インコーポレイテッド | Small form factor magnetic shield for magnetoresistive random access memory (MRAM) |
CN110556369A (en) * | 2016-01-29 | 2019-12-10 | 乾坤科技股份有限公司 | Electronic module with magnetic device |
-
2007
- 2007-06-11 JP JP2007153745A patent/JP2008306094A/en not_active Withdrawn
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