能有效克服噪聲的mram的制作方法

專利名稱：能有效克服噪聲的mram的制作方法
技術領域：
本發明涉及存儲器件，特別涉及利用非易失磁存儲單元的磁隨機存取存儲器(此后簡稱為MRAM)。
背景技術：
近來，對于作為能夠實現高速讀和寫操作的大容量存儲器件的MRAM的研究正迅猛發展。關于MRAM，主要采用包括大量存儲單元，并利用所謂的隧道結的結構構成。隧道結利用的是中間夾著非磁性膜的兩個磁性層間的電阻，根據所屬領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。該類MRAM包括用于選擇要訪問的特定存儲單元的晶體管。
參見圖1，該圖將介紹現有的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包括數個晶體管部分和數個存儲器件部分。每個存儲器件部分都用作存儲單元。每個晶體管部分用于選擇特定的存儲單元。
參見圖2，圖中介紹了集成器件部分2的結構。集成器件部分2包括襯底1上的第一導體11、第一導體11上的第一絕緣層12、第一絕緣層12上的第一鐵磁部件或層13、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的組合構成作為存儲器件部分之一的磁隧道結器件。
每個第一和第二導體11和18這樣排列，使得在電流加于第二鐵磁部件15上時，磁場作用于其上。在第一和第二導體11和18上都加有電流時，這些電流產生磁場，并且這些磁場結合構成復合磁場。在復合磁場作用下，第二鐵磁部件15的磁化旋轉并反轉。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度的鐵磁材料固定。
第一鐵磁部件13由CoPt合金構成，第二鐵磁部件15由NiFe合金構成。第二絕緣層14由Al2O3等構成。
與此同時，能夠高速工作的高集成半導體器件不僅包括MRAM，而且還包括動態隨機存取存儲器件(DRAM)、只讀存儲器(ROM)、微處理器單元(MPU)、和圖像處理器算術邏輯單元(IPALU)等等。近來，這些器件的計算速度和信號處理速度顯著提高。這種計算速度和信號處理速度的提高，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噪聲的主要因素。
另一方面，電子元件和電子設備的重量、厚度和尺寸也在迅速減小。因此，作為電子元件的半導體器件的集成度和半導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，則信號線彼此非常靠近。再加上上述信號處理速度的提高，非常容易引發高頻輻射噪聲。
在上述電子電路中，已通過優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計，或者通過在電源線中插入例如去耦電容器等集總常數元件，作過抑制這種噪聲的嘗試。
然而，在工作速度提高的半導體器件或印刷電路板中，由此產生的噪聲含有諧波成分，會使信號路徑的性質與分布常數電路的類似。這種情況下，采取集總常數電路的現有對付噪聲的方法不再有效。此外，通過優化電子部件和布線的配置，對噪聲的減少造成限制。
與其它類型的半導體隨機存取存儲器(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，會引起磁性層磁化量的波動。結果，寫過程需要附加操作。如果該噪聲與讀期間的信號混合，則需要例如重復讀操作等附加過程。換言之，如果這種對付噪聲的方法無效，則在寫和讀數據時，基本的寫和讀速度都會下降。因此，在MRAM工作時，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。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種大容量非易失存儲器，能夠抑制噪聲的產生，具有優異的抗噪聲能力，所以能夠以相當高的速度進行寫和讀操作。
本發明另一目的將隨著介紹的深入而變得更清楚。
本發明人已發明了一種在高頻下具有高磁損耗的復合磁性材料，并發現了一種方法有效地抑制由于在外部發射源附近配置該復合磁性材料而由半導體器件或電子電路產生的外部發射或不必要輻射。從近期的研究可以發現，利用磁損耗減弱外部發射的效果以等效電阻成分加于作為外部發射源的電子電路上的機制為基礎。這里，等效電阻成分的大小取決于磁性材料的磁損耗項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。這里應注意，磁損耗項μ”是磁性材料的相對磁導率的虛數部分。因此，為了利用更小或更薄的磁性材料將外部發射減弱到希望的水平，μ”值必須更大。例如，為了在例如半導體器件模體內部等非常小的區域內，利用磁損耗材料防止外部發射，磁損耗項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，本發明人將重點放在了其中均勻分布有細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異磁導率特性上。作為對被非磁性材料包圍的磁性金屬顆粒的微細結構研究的結果，本發明發現，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時，在高頻帶，可以獲得優異的磁損耗特性。
應注意，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，每個顆粒具有被包括陶瓷成分的晶界限制的微細結構，在幾十MHz至幾GHz的高頻帶，這種結構表現出非常大的磁損耗。粒狀磁性薄膜可以稱為微細晶體薄膜。
到目前為止，已對具有表示為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行了大量研究。發現粒狀磁性材料具有低磁損耗和高飽和磁化強度。為了在M-X-Y粒狀磁性材料中實現較大的飽和磁化強度，需要增大成分M的比例。因此，例如高頻感應器件或變壓器的磁芯等一般應用中，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度等于只包括成分M的體金屬磁性材料的飽和磁化強度的約80％以上的一個范圍。
本發明人在具有表示為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的很寬比例范圍進行了研究。結果發現，在任何一種組分系統中，如果磁性金屬M落在一定范圍內，則在高頻帶內都表現出具有大磁損耗。
成分M比例的最高區使得飽和磁化強度為只包括成分M的體金屬磁性材料的飽和磁化強度的80％以上。該區對應于已積極研究和開發出的具有高飽和磁化強度和低損耗的M-X-Y粒狀磁性材料。上述區域內的這些材料的實數磁導率部分μ’和飽和磁化強度都大，因此可用于例如上述高頻感應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，高頻下的磁導率下降，進而在高頻帶發生渦流損耗。所以，這些材料不適于作對付噪聲的磁性膜。
成分M比例的下一區使飽和磁化強度不大于只包括成分M的體金屬磁性材料的飽和磁化強度的80％，不小于所說飽和磁化強度的60％。在該區，電阻較大，等于約100μΩcm。因此，即使材料的厚度為幾微米的數量級，渦流損耗也小，多數磁損耗由自然諧振引起。因此，磁損耗項μ”具有窄的頻率分布寬度。所以，該區適于在窄頻帶范圍內克服噪聲(高頻電流抑制)。
成分M比例的第三區使飽和磁化強度不大于只包括成分M的體金屬磁化材料的飽和磁化強度的60％，且不小于該飽和磁化強度的35％。在該區，電阻大于上述區，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，自旋熱擾動增大，引起自然諧振的頻率波動。結果，磁損耗項μ”在很寬的頻帶范圍的值大。所以，該比例的該區適于抑制很寬頻帶范圍內的高頻電流。
另一方面，由于不會在成分M顆粒間引起基本的磁相互作用，所以成分M的較小比例區可以提供超磁特性。
在磁損耗材料設置于噪聲輻射部分附近，以抑制高頻電流時，磁損耗項μ”和磁損耗材料的厚度δ的乘積μ”·δ給出材料設計的標準。為了實現對幾百MHz的高頻電流的有效抑制，必須滿足以下關系式μ”·δ≥約1000(μm)具體說，如果磁損耗材料的磁損耗項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。在用于本發明的組分系統中，成分M的比例最好是落在使飽和磁化強度不大于只包括成分M的體金屬磁性材料的飽和磁化強度的80％，且不小于該值的35％的區。使飽和磁化強度等于該飽和值的35％或以上的區是不表現超磁性的區。
本發明人通過將上述磁性材料應用于MRAM做出本發明。
根據本發明，提供一種磁隨機存取存儲器，包括采用磁性材料的存儲器件部分和設置在磁性材料附近用于抑制存儲器件部分中的高頻電流的高頻電流抑制器。


圖1是現有技術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是根據本發明第一實施例的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μ”的頻率特性的曲線圖；圖6是具有靠近設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是根據本發明第二實施例的MRAM的剖面圖；圖8是根據本發明第三實施例的MRAM的剖面圖。
具體實施例方式
首先參見圖3，該圖將介紹了根據本發明第一實施例的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成的模體25中。模制時，高頻電流抑制器26設置在襯底21的下表面上。另一高頻電流抑制器27設置在集成器件部分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個存儲器件部分。每個存儲器件部分用作一個存儲單元。集成器件部分22具有設置在每個存儲器件部分和襯底21之間，用于選擇特定存儲單元的晶體管部分(未示出)。
參見圖4，該圖將介紹集成器件部分22的結構。集成器件部分22包括襯底21上的第一導體31、第一導體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和第二導體38。第一鐵磁部件33、第二絕緣層34和第二鐵磁部件35構成作為上述存儲器件部分之一的磁隧道結器件。
第一和第二導體31和38中的每一個都這樣設置，使得當電流加于第二鐵磁部件35上時，磁場作用于其上。在第一和第二導體31和38上都加電流時，這些電流產生磁場，這些磁場結合成復合磁場。在復合磁場的作用下，第二鐵磁部件35的磁化旋轉并反轉。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度的鐵磁材料固定。
第一鐵磁部件33由CoPt合金構成，第二鐵磁部件35由NiFe合金構成。第二絕緣層34由Al2O3等構成。
第一和第二高頻電流抑制器26和27中的每一個都用于抑制流過第一或第二導體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中的每一個都包括含有Fe、Al和O的粒狀磁性薄膜。
在配有氧氣供應器的真空室內，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，在真空磁場中熱處理兩小時。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Hk為18 0e(1422A/m)，飽和磁化強度Ms為16800高斯(1.68T)，相對帶寬bwr為148％。可以通過取μ”值是最大μ”max的50％的兩個頻率間的頻帶寬，并以其中心頻率將頻率帶寬歸一化，得到相對帶寬bwr。薄膜的飽和磁化強度為只包括磁性金屬的體材料的飽和磁化強度的72.2％。
參見圖5，磁損損耗項μ”具有該圖所示的高頻特性。橫坐標和縱坐標表示頻率和作為復合磁導率的虛數部分μ”的磁損耗項。
對這樣得到的薄膜的高頻電流抑制效應進行了研究。具體說，將該薄膜直接設置在長為75mm，特性阻抗為50Ω的微波傳輸帶上。利用網絡分析儀，測量傳輸特性，測量結果示于圖6。利用粒狀磁性薄膜，S21傳輸特性從約100MHz單調地減小和在約3GHz呈現-10dB。結果表明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。或者，可以利用濺射、離子束淀積和氣體淀積。只要能均勻淀積磁損耗材料，對形成薄膜的技術沒有限制。
參見圖7，該圖將介紹本發明第二實施例的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，高頻電流抑制器46設置在襯底41的下表面上。集成器件部分42的結構與圖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成的薄膜。該薄膜可以按與結合圖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成。
參見圖8，該圖將介紹本發明第三實施例的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，高頻電流抑制器56設置在集成器件部分52之上，并與之有一定間隔。集成器件部分52的結構與圖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成的薄膜。例如，該薄膜可以按與結合圖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，都可以減少信號脈沖電流的諧波干擾，并可以減少不希望的發射或輻射。因此，可以避免數據寫速度和數據讀速度下降。
權利要求
1.一種磁隨機存取存儲器，包括利用磁性材料的存儲器件部分；及設置在所說磁性材料附近、用于抑制所說存儲器件部分中的高頻電流的高頻電流抑制器。
2.根據權利要求1的磁隨機存取存儲器，還包括模制所說存儲器件部分和所說高頻電流抑制器的模體。
3.根據權利要求1的磁隨機存取存儲器，其中所說高頻電流抑制器包括粒狀磁性材料構成的薄膜。
4.根據權利要求3的磁隨機存取存儲器，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.根據權利要求4的磁隨機存取存儲器，其中所說粒狀磁性材料的飽和磁化強度相應只包括M的體材料的飽和磁化強度的35％或以上。
6.根據權利要求4的磁隨機存取存儲器，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器件部分(33,34,35)的磁隨機存取存儲器中,在磁性材料附近設置高頻電流抑制器(26),以抑制存儲器件部分中的高頻電流。該存儲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G11C11/16GK1339800SQ0112574
公開日2002年3月13日 申請日期2001年8月21日 優先權日2000年8月21日
發明者小野裕司, 吉田榮吉, 增本敏昭 申請人:株式會社東金