專利名稱：能有效克服噪聲的mram的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)器件，特別涉及利用非易失磁存儲(chǔ)單元的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(此后簡(jiǎn)稱為MRAM)。
背景技術(shù)：
近來，對(duì)于作為能夠?qū)崿F(xiàn)高速讀和寫操作的大容量存儲(chǔ)器件的MRAM的研究正迅猛發(fā)展。關(guān)于MRAM，主要采用包括大量存儲(chǔ)單元，并利用所謂的隧道結(jié)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。隧道結(jié)利用的是中間夾著非磁性膜的兩個(gè)磁性層間的電阻，根據(jù)所屬領(lǐng)域已知的自旋在兩磁性層間是彼此平行的還是反向平行的而不同的事實(shí)。該類MRAM包括用于選擇要訪問的特定存儲(chǔ)單元的晶體管。
參見圖1，該圖將介紹現(xiàn)有的MRAM。圖1所示的MRAM包括襯底1和安裝在襯底1上的集成器件部分2。集成器件部分2通過引線3與引線端子4連接。襯底1、集成器件部分2、引線3和引線端子4由樹脂模5模制。
集成器件部分2包括數(shù)個(gè)晶體管部分和數(shù)個(gè)存儲(chǔ)器件部分。每個(gè)存儲(chǔ)器件部分都用作存儲(chǔ)單元。每個(gè)晶體管部分用于選擇特定的存儲(chǔ)單元。
參見圖2，圖中介紹了集成器件部分2的結(jié)構(gòu)。集成器件部分2包括襯底1上的第一導(dǎo)體11、第一導(dǎo)體11上的第一絕緣層12、第一絕緣層12上的第一鐵磁部件或?qū)?3、覆蓋第一鐵磁部件13的第二絕緣層14、第二絕緣層14上的第二鐵磁部件15、覆蓋第二鐵磁部件15的第三絕緣層16和都形成于第三絕緣層16上的第四絕緣層17和第二導(dǎo)體18。第一鐵磁部件13、第二絕緣層14和第二鐵磁部件15的組合構(gòu)成作為存儲(chǔ)器件部分之一的磁隧道結(jié)器件。
每個(gè)第一和第二導(dǎo)體11和18這樣排列，使得在電流加于第二鐵磁部件15上時(shí)，磁場(chǎng)作用于其上。在第一和第二導(dǎo)體11和18上都加有電流時(shí)，這些電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且這些磁場(chǎng)結(jié)合構(gòu)成復(fù)合磁場(chǎng)。在復(fù)合磁場(chǎng)作用下，第二鐵磁部件15的磁化旋轉(zhuǎn)并反轉(zhuǎn)。另一方面，第一鐵磁部件13的磁化例如被具有高飽和磁化強(qiáng)度的鐵磁材料固定。
第一鐵磁部件13由CoPt合金構(gòu)成，第二鐵磁部件15由NiFe合金構(gòu)成。第二絕緣層14由Al2O3等構(gòu)成。
與此同時(shí)，能夠高速工作的高集成半導(dǎo)體器件不僅包括MRAM，而且還包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件(DRAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、微處理器單元(MPU)、和圖像處理器算術(shù)邏輯單元(IPALU)等等。近來，這些器件的計(jì)算速度和信號(hào)處理速度顯著提高。這種計(jì)算速度和信號(hào)處理速度的提高，使得這些器件中的電流急劇或快速變化。電流的快速變化是引起高頻感應(yīng)噪聲的主要因素。
另一方面，電子元件和電子設(shè)備的重量、厚度和尺寸也在迅速減小。因此，作為電子元件的半導(dǎo)體器件的集成度和半導(dǎo)體器件在印刷電路板上的安裝密度增加。因此，如果電子元件具有高集成度，或者以高密度安裝電子元件，則信號(hào)線彼此非?？拷?。再加上上述信號(hào)處理速度的提高，非常容易引發(fā)高頻輻射噪聲。
在上述電子電路中，已通過優(yōu)化元件在印刷電路板上的布置方面和兩者間的布線方面的設(shè)計(jì)，或者通過在電源線中插入例如去耦電容器等集總常數(shù)元件，作過抑制這種噪聲的嘗試。
然而，在工作速度提高的半導(dǎo)體器件或印刷電路板中，由此產(chǎn)生的噪聲含有諧波成分，會(huì)使信號(hào)路徑的性質(zhì)與分布常數(shù)電路的類似。這種情況下，采取集總常數(shù)電路的現(xiàn)有對(duì)付噪聲的方法不再有效。此外，通過優(yōu)化電子部件和布線的配置，對(duì)噪聲的減少造成限制。
與其它類型的半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)一樣，在上述MRAM工作期間，電流的高速度變化造成的諧波失真，是造成高頻輻射噪聲的主要因素。另一方面，疊加于寫電流或磁性層上的噪聲，會(huì)引起磁性層磁化量的波動(dòng)。結(jié)果，寫過程需要附加操作。如果該噪聲與讀期間的信號(hào)混合，則需要例如重復(fù)讀操作等附加過程。換言之，如果這種對(duì)付噪聲的方法無效，則在寫和讀數(shù)據(jù)時(shí)，基本的寫和讀速度都會(huì)下降。因此，在MRAM工作時(shí)，重要的不僅是防止噪聲傳播到其它元件或部分，而且要防止由于該噪聲造成的基本寫和讀速度下降。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種大容量非易失存儲(chǔ)器，能夠抑制噪聲的產(chǎn)生，具有優(yōu)異的抗噪聲能力，所以能夠以相當(dāng)高的速度進(jìn)行寫和讀操作。
本發(fā)明另一目的將隨著介紹的深入而變得更清楚。
本發(fā)明人已發(fā)明了一種在高頻下具有高磁損耗的復(fù)合磁性材料，并發(fā)現(xiàn)了一種方法有效地抑制由于在外部發(fā)射源附近配置該復(fù)合磁性材料而由半導(dǎo)體器件或電子電路產(chǎn)生的外部發(fā)射或不必要輻射。從近期的研究可以發(fā)現(xiàn)，利用磁損耗減弱外部發(fā)射的效果以等效電阻成分加于作為外部發(fā)射源的電子電路上的機(jī)制為基礎(chǔ)。這里，等效電阻成分的大小取決于磁性材料的磁損耗項(xiàng)μ”的大小。具體說，只要磁性材料的面積一定，等效插入電子電路的電阻成分的大小基本上正比于磁性材料的μ”和厚度。這里應(yīng)注意，磁損耗項(xiàng)μ”是磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率的虛數(shù)部分。因此，為了利用更小或更薄的磁性材料將外部發(fā)射減弱到希望的水平，μ”值必須更大。例如，為了在例如半導(dǎo)體器件模體內(nèi)部等非常小的區(qū)域內(nèi)，利用磁損耗材料防止外部發(fā)射，磁損耗項(xiàng)μ”必須具有非常大的值。
在研究利用濺射或汽相淀積制造的軟磁性材料期間，本發(fā)明人將重點(diǎn)放在了其中均勻分布有細(xì)磁性金屬顆粒或例如陶瓷等非磁性材料顆粒的粒狀磁性材料的優(yōu)異磁導(dǎo)率特性上。作為對(duì)被非磁性材料包圍的磁性金屬顆粒的微細(xì)結(jié)構(gòu)研究的結(jié)果，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，在粒狀磁性材料中的磁性金屬顆粒的比例落在一特定范圍內(nèi)時(shí)，在高頻帶，可以獲得優(yōu)異的磁損耗特性。
應(yīng)注意，粒狀磁性薄膜是磁性薄膜，其中，磁性顆粒的尺寸小到幾納米至幾十納米，每個(gè)顆粒具有被包括陶瓷成分的晶界限制的微細(xì)結(jié)構(gòu)，在幾十MHz至幾GHz的高頻帶，這種結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出非常大的磁損耗。粒狀磁性薄膜可以稱為微細(xì)晶體薄膜。
到目前為止，已對(duì)具有表示為M-X-Y(M是磁性金屬元素，Y是選自氧、氮、氟中的一種元素，X是除M和Y之外的元素)的組分的粒狀磁性材料進(jìn)行了大量研究。發(fā)現(xiàn)粒狀磁性材料具有低磁損耗和高飽和磁化強(qiáng)度。為了在M-X-Y粒狀磁性材料中實(shí)現(xiàn)較大的飽和磁化強(qiáng)度，需要增大成分M的比例。因此，例如高頻感應(yīng)器件或變壓器的磁芯等一般應(yīng)用中，M-X-Y粒狀磁性材料中成分M的比例限制在使飽和磁化強(qiáng)度等于只包括成分M的體金屬磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度的約80％以上的一個(gè)范圍。
本發(fā)明人在具有表示為M-X-Y(M是磁性金屬元素，Y是選自氧、氮、氟中的一種元素，X是除M和Y之外的元素)的組分的粒狀磁性材料中成分M的很寬比例范圍進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在任何一種組分系統(tǒng)中，如果磁性金屬M(fèi)落在一定范圍內(nèi)，則在高頻帶內(nèi)都表現(xiàn)出具有大磁損耗。
成分M比例的最高區(qū)使得飽和磁化強(qiáng)度為只包括成分M的體金屬磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度的80％以上。該區(qū)對(duì)應(yīng)于已積極研究和開發(fā)出的具有高飽和磁化強(qiáng)度和低損耗的M-X-Y粒狀磁性材料。上述區(qū)域內(nèi)的這些材料的實(shí)數(shù)磁導(dǎo)率部分μ’和飽和磁化強(qiáng)度都大，因此可用于例如上述高頻感應(yīng)器等高頻微磁性器件。然而，決定電阻的成分X和Y的比例都小，以使電阻小。因此，如果膜的厚度增大，高頻下的磁導(dǎo)率下降，進(jìn)而在高頻帶發(fā)生渦流損耗。所以，這些材料不適于作對(duì)付噪聲的磁性膜。
成分M比例的下一區(qū)使飽和磁化強(qiáng)度不大于只包括成分M的體金屬磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度的80％，不小于所說飽和磁化強(qiáng)度的60％。在該區(qū)，電阻較大，等于約100μΩcm。因此，即使材料的厚度為幾微米的數(shù)量級(jí)，渦流損耗也小，多數(shù)磁損耗由自然諧振引起。因此，磁損耗項(xiàng)μ”具有窄的頻率分布寬度。所以，該區(qū)適于在窄頻帶范圍內(nèi)克服噪聲(高頻電流抑制)。
成分M比例的第三區(qū)使飽和磁化強(qiáng)度不大于只包括成分M的體金屬磁化材料的飽和磁化強(qiáng)度的60％，且不小于該飽和磁化強(qiáng)度的35％。在該區(qū)，電阻大于上述區(qū)，等于約500μΩcm。因此，渦流損耗極小，成分M顆粒間的磁作用小。因此，自旋熱擾動(dòng)增大，引起自然諧振的頻率波動(dòng)。結(jié)果，磁損耗項(xiàng)μ”在很寬的頻帶范圍的值大。所以，該比例的該區(qū)適于抑制很寬頻帶范圍內(nèi)的高頻電流。
另一方面，由于不會(huì)在成分M顆粒間引起基本的磁相互作用，所以成分M的較小比例區(qū)可以提供超磁特性。
在磁損耗材料設(shè)置于噪聲輻射部分附近，以抑制高頻電流時(shí)，磁損耗項(xiàng)μ”和磁損耗材料的厚度δ的乘積μ”·δ給出材料設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)幾百M(fèi)Hz的高頻電流的有效抑制，必須滿足以下關(guān)系式μ”·δ≥約1000(μm)具體說，如果磁損耗材料的磁損耗項(xiàng)μ”＝1000，則厚度必須等于1微米以上。最好不選用這些具有低電阻且容易引起渦流的材料。而采用使電阻為100μΩcm的組分。在用于本發(fā)明的組分系統(tǒng)中，成分M的比例最好是落在使飽和磁化強(qiáng)度不大于只包括成分M的體金屬磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度的80％，且不小于該值的35％的區(qū)。使飽和磁化強(qiáng)度等于該飽和值的35％或以上的區(qū)是不表現(xiàn)超磁性的區(qū)。
本發(fā)明人通過將上述磁性材料應(yīng)用于MRAM做出本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括采用磁性材料的存儲(chǔ)器件部分和設(shè)置在磁性材料附近用于抑制存儲(chǔ)器件部分中的高頻電流的高頻電流抑制器。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)MRAM的剖面圖；圖2是圖1所示MRAM的特征部分的放大剖面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的MRAM的剖面圖；圖4是圖3所示MRAM的特征部分的放大剖面圖；圖5是粒狀磁性材料的磁損耗項(xiàng)μ”的頻率特性的曲線圖；圖6是具有靠近設(shè)置的粒狀磁性薄膜的微波傳輸帶的傳輸特性S21的頻率特性的曲線圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的MRAM的剖面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的MRAM的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
首先參見圖3，該圖將介紹了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的MRAM。
圖3所示的MRAM包括襯底21和安裝在襯底21上的集成器件部分22。集成器件部分22通過引線23與引線端子24連接。襯底21、集成器件部分22、引線23和引線端子24一起模制在由塑料樹脂構(gòu)成的模體25中。模制時(shí)，高頻電流抑制器26設(shè)置在襯底21的下表面上。另一高頻電流抑制器27設(shè)置在集成器件部分22之上，并與之保持一定間隔。以后將詳細(xì)介紹高頻電流抑制器26和27。
集成器件部分22具有以后將變得更清楚的數(shù)個(gè)存儲(chǔ)器件部分。每個(gè)存儲(chǔ)器件部分用作一個(gè)存儲(chǔ)單元。集成器件部分22具有設(shè)置在每個(gè)存儲(chǔ)器件部分和襯底21之間，用于選擇特定存儲(chǔ)單元的晶體管部分(未示出)。
參見圖4，該圖將介紹集成器件部分22的結(jié)構(gòu)。集成器件部分22包括襯底21上的第一導(dǎo)體31、第一導(dǎo)體31上的第一絕緣層32、第一絕緣層32上的第一鐵磁部件33、覆蓋第一鐵磁部件33的第二絕緣層34、第二絕緣層34上的第二鐵磁部件35、覆蓋第二鐵磁部件35的第三絕緣層36和都形成于第三絕緣層36上的第四絕緣層37和第二導(dǎo)體38。第一鐵磁部件33、第二絕緣層34和第二鐵磁部件35構(gòu)成作為上述存儲(chǔ)器件部分之一的磁隧道結(jié)器件。
第一和第二導(dǎo)體31和38中的每一個(gè)都這樣設(shè)置，使得當(dāng)電流加于第二鐵磁部件35上時(shí)，磁場(chǎng)作用于其上。在第一和第二導(dǎo)體31和38上都加電流時(shí)，這些電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)結(jié)合成復(fù)合磁場(chǎng)。在復(fù)合磁場(chǎng)的作用下，第二鐵磁部件35的磁化旋轉(zhuǎn)并反轉(zhuǎn)。另一方面，第一鐵磁部件33的磁化例如被使用具有高飽和磁化強(qiáng)度的鐵磁材料固定。
第一鐵磁部件33由CoPt合金構(gòu)成，第二鐵磁部件35由NiFe合金構(gòu)成。第二絕緣層34由Al2O3等構(gòu)成。
第一和第二高頻電流抑制器26和27中的每一個(gè)都用于抑制流過第一或第二導(dǎo)體31或37的脈沖電流的諧波干擾，以便抑制高頻輻射噪聲，并防止該噪聲疊加到第一和第二鐵磁部件33和35間的讀電流上。
下面，介紹高頻電流抑制器26和27的形成。高頻電流抑制器26和27中的每一個(gè)都包括含有Fe、Al和O的粒狀磁性薄膜。
在配有氧氣供應(yīng)器的真空室內(nèi)，利用Fe70Al30合金作淀積材料，利用汽相淀積在聚酰亞胺板上淀積膜。淀積前的真空度為1.33×10- 4Pa或以下。淀積期間氧氣流量為3.0sccm。汽相淀積后，在300℃的溫度下，在真空磁場(chǎng)中熱處理兩小時(shí)。于是，得到粒狀磁性薄膜。
薄膜的厚度為2.0微米，d.c電阻為530μΩcm，各向異性磁場(chǎng)Hk為18 0e(1422A/m)，飽和磁化強(qiáng)度Ms為16800高斯(1.68T)，相對(duì)帶寬bwr為148％?？梢酝ㄟ^取μ”值是最大μ”max的50％的兩個(gè)頻率間的頻帶寬，并以其中心頻率將頻率帶寬歸一化，得到相對(duì)帶寬bwr。薄膜的飽和磁化強(qiáng)度為只包括磁性金屬的體材料的飽和磁化強(qiáng)度的72.2％。
參見圖5，磁損損耗項(xiàng)μ”具有該圖所示的高頻特性。橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)表示頻率和作為復(fù)合磁導(dǎo)率的虛數(shù)部分μ”的磁損耗項(xiàng)。
對(duì)這樣得到的薄膜的高頻電流抑制效應(yīng)進(jìn)行了研究。具體說，將該薄膜直接設(shè)置在長(zhǎng)為75mm，特性阻抗為50Ω的微波傳輸帶上。利用網(wǎng)絡(luò)分析儀，測(cè)量傳輸特性，測(cè)量結(jié)果示于圖6。利用粒狀磁性薄膜，S21傳輸特性從約100MHz單調(diào)地減小和在約3GHz呈現(xiàn)-10dB。結(jié)果表明S21傳輸特性取決于μ”的分布，抑制效果的水平取決于μ”與厚度δ的乘積。
在上述介紹中，介紹了利用真空汽相淀積形成該膜?；蛘撸梢岳脼R射、離子束淀積和氣體淀積。只要能均勻淀積磁損耗材料，對(duì)形成薄膜的技術(shù)沒有限制。
參見圖7，該圖將介紹本發(fā)明第二實(shí)施例的MRAM。
圖7所示的MRAM包括襯底41和安裝在襯底41上的集成器件部分42。集成器件部分42通過引線43與引線端子44連接。襯底41、集成器件部分42、引線43和引線端子44一起由樹脂模45模制。模制時(shí)，高頻電流抑制器46設(shè)置在襯底41的下表面上。集成器件部分42的結(jié)構(gòu)與圖4所示的集成器件部分22類似。
高頻電流抑制器46包括由粒狀磁性材料構(gòu)成的薄膜。該薄膜可以按與結(jié)合圖3和4介紹的MRAM的高頻電流抑制器26基本類似的方式形成。該薄膜最好由能夠使汽相淀積等后不需要熱處理的材料和組分構(gòu)成。
參見圖8，該圖將介紹本發(fā)明第三實(shí)施例的MRAM。
圖8所示的MRAM包括襯底51和安裝在襯底51上的集成器件部分52。集成器件部分52通過引線53與引線端子54連接。襯底51、集成器件部分52、引線53和引線端子54一起由樹脂模具55模制。模制時(shí)，高頻電流抑制器56設(shè)置在集成器件部分52之上，并與之有一定間隔。集成器件部分52的結(jié)構(gòu)與圖4所示的集成器件部分22類似。高頻電流抑制器56包括由粒狀磁性材料構(gòu)成的薄膜。例如，該薄膜可以按與結(jié)合圖3和4介紹的MRAM的高頻電流抑制器26基本類似的方式形成。通過利用例如聚酰亞胺等樹脂模55模制，將這樣得到的高頻電流抑制器56設(shè)置于集成器件部分52上。
在上述任何一種MRAMs中，都可以減少信號(hào)脈沖電流的諧波干擾，并可以減少不希望的發(fā)射或輻射。因此，可以避免數(shù)據(jù)寫速度和數(shù)據(jù)讀速度下降。
權(quán)利要求
1.一種磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括利用磁性材料的存儲(chǔ)器件部分；及設(shè)置在所說磁性材料附近、用于抑制所說存儲(chǔ)器件部分中的高頻電流的高頻電流抑制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，還包括模制所說存儲(chǔ)器件部分和所說高頻電流抑制器的模體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所說高頻電流抑制器包括粒狀磁性材料構(gòu)成的薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所說粒狀磁性材料具有表示為M-X-Y的組分，其中M是磁性金屬元素，Y是選自氧、氮、氟中的一種元素，X是除M和Y之外的元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所說粒狀磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度相應(yīng)只包括M的體材料的飽和磁化強(qiáng)度的35％或以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中所說粒狀磁性材料的電阻約為100μΩ.cm或以上。
全文摘要
在一種具有利用磁性材料的存儲(chǔ)器件部分(33,34,35)的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中,在磁性材料附近設(shè)置高頻電流抑制器(26),以抑制存儲(chǔ)器件部分中的高頻電流。該存儲(chǔ)器件和高頻電流抑制器一起模制在塑料樹脂模體(25)中。高頻電流抑制器最好由粒狀磁性材料構(gòu)成的膜膜制成,所說粒狀磁性材料具有表示為M－X－Y的組分,其中M是磁性金屬元素,Y是選自氧、氮、氟中的一種元素,X是除M和Y之外的元素。
文檔編號(hào)G11C11/16GK1339800SQ0112574
公開日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2001年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月21日
發(fā)明者小野裕司, 吉田榮吉, 增本敏昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東金