磁性存储器装置

摘要

根据一个实施例，一种磁性存储器装置包含：磁性存储器芯片，其具有磁阻元件；磁性层，其具有彼此间隔开的第一及第二部分，所述第一部分覆盖所述磁性存储器芯片的第一主表面，所述第二部分覆盖所述磁性存储器芯片的面向所述第一主表面的第二主表面；电路板，其上安装有所述磁性层；及接合线，其在平行于所述第一及第二主表面的第一方向上连接于所述磁性存储器芯片与所述电路板之间。

权利要求

1.一种磁性存储器装置，其包括：

磁性存储器芯片，其具有磁阻元件；

磁性层，其具有彼此间隔开且相互分离的第一及第二部分，所述第一部分覆盖所述磁性存储器芯片的第一主表面，所述第二部分覆盖所述磁性存储器芯片的面向所述第一主表面的第二主表面；

电路板，其上安装有所述磁性层；及

接合线，其在平行于所述第一及第二主表面的第一方向上连接于所述磁性存储器芯片与所述电路板之间，其中所述第一部分比所述第二部分更靠近所述电路板，所述第一及第二部分中的每一者在所述第一方向上具有比所述磁性存储器芯片的尺寸大的尺寸，所述第一及第二部分中的一者在平行于所述第一及第二主表面且正交于所述第一方向的第二方向上覆盖所述磁性存储器芯片的侧表面，且所述第一及第二部分在所述第二方向上分别具有第一及第二端，且所述第一与第二部分之间的空间在所述第一及第二端中最窄。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二部分覆盖所述磁性存储器芯片的所述侧表面。

3.根据权利要求2所述的装置，其进一步包括：间隔件，其介于所述磁性存储器芯片与所述第二部分之间。

4.根据权利要求2所述的装置，其进一步包括：永久磁体，其相邻于所述磁性存储器芯片的所述第一及第二主表面中的一者。

5.根据权利要求4所述的装置，其进一步包括：间隔件，其介于所述磁性存储器芯片与所述第二部分之间，其中所述永久磁体被提供于所述第一部分上，且所述磁性存储器芯片被提供于所述永久磁体上。

6.根据权利要求4所述的装置，其进一步包括：间隔件，其介于所述磁性存储器芯片与所述第二部分之间，其中所述磁性存储器芯片被提供于所述第一部分上，且所述永久磁体被提供于所述间隔件与所述第二部分之间。

7.根据权利要求4所述的装置，其中其中所述磁性存储器芯片被提供于所述第一部分上，且所述永久磁体被提供于所述磁性存储器芯片与所述第二部分之间。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一部分覆盖所述磁性存储器芯片的所述侧表面。

9.根据权利要求8所述的装置，其进一步包括：间隔件，其介于所述磁性存储器芯片与所述第二部分之间。

10.根据权利要求8所述的装置，其进一步包括：永久磁体，其相邻于所述磁性存储器芯片的所述第一及第二主表面中的一者。

11.根据权利要求10所述的装置，其进一步包括：间隔件，其介于所述磁性存储器芯片与所述第二部分之间，其中所述永久磁体被提供于所述第一部分上，且所述磁性存储器芯片被提供于所述永久磁体上。

12.根据权利要求10所述的装置，其进一步包括：间隔件，其介于所述磁性存储器芯片与所述第二部分之间，其中所述磁性存储器芯片被提供于所述第一部分上，且所述永久磁体被提供于所述间隔件与所述第二部分之间。

13.根据权利要求10所述的装置，其中其中所述磁性存储器芯片被提供于所述第一部分上，且所述永久磁体被提供于所述磁性存储器芯片与所述第二部分之间。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一及第二部分未在所述第一方向上覆盖所述磁性存储器芯片的侧表面。

15.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括：树脂，其位于所述电路板上，所述树脂覆盖所述磁性层。

16.根据权利要求1所述的装置，其中电路板包含通过所述接合线而连接到所述磁性存储器芯片的外部端子。

17.根据权利要求1所述的装置，其中所述磁阻元件具有垂直于所述第一及第二主表面的方向上的磁化。

18.一种磁性存储器装置，其包括：磁性存储器芯片，其具有磁阻元件；

磁性层，其具有彼此间隔开且相互分离的第一及第二部分，所述第一部分覆盖所述磁性存储器芯片的第一主表面，所述第二部分覆盖所述磁性存储器芯片的面向所述第一主表面的第二主表面；

电路板，其上安装有所述磁性层；及

接合线，其在平行于所述第一及第二主表面的第一方向上连接于所述磁性存储器芯片与所述电路板之间，其中所述第一部分比所述第二部分更靠近所述电路板，所述第一部分在所述第一方向上具有比所述磁性存储器芯片的尺寸大的尺寸，所述第二部分在所述第一方向上具有比所述磁性存储器芯片的尺寸小的尺寸，且所述第一及第二部分在正交于所述第一方向的第二方向上分别具有第一及第二端，且所述第一与第二部分之间的空间在所述第一及第二端中最窄。

19.一种磁性存储器装置，其包括：磁性存储器芯片，其具有磁阻元件；

磁性层，其具有彼此间隔开的第一及第二部分，所述第一部分覆盖所述磁性存储器芯片的第一主表面，所述第二部分覆盖所述磁性存储器芯片的面向所述第一主表面的第二主表面；

电路板，其上安装有所述磁性层；

接合线，其在平行于所述第一及第二主表面的第一方向上连接于所述磁性存储器芯片与所述电路板之间；及永久磁体，其相邻于所述磁性存储器芯片的所述第一及第二主表面中的一者，且所述永久磁体配置于所述第一主表面与所述第一部分之间，或配置于所述第二主表面与所述第二部分之间，且其中所述第一及第二部分中的每一者在所述第一方向上具有比所述磁性存储器芯片的尺寸大的尺寸。

说明书

磁性存储器装置

[0001] 相关申请案的交叉参考

[0002] 本申请案主张2015年4月27日申请的第62/153,267号美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

[0003] 本文中所描述的实施例大体上涉及一种磁性存储器装置。

背景技术

[0004] 磁性存储器装置包括：磁性存储器芯片，其包含多个磁阻元件；及磁性层(磁性屏蔽层)，其具有封闭环路结构，其中在所述磁性存储器芯片的横截面中，所述磁性层连续包围所述磁性存储器芯片。

[0005] 具有所述封闭环路结构的所述磁性层使所述磁性存储器芯片免受外部磁场影响或调整所述磁阻元件中的每一者的磁化反转特性(磁滞特性)。举例来说，在将磁体提供于具有所述封闭环路结构的磁性层中的情况中，来自所述磁体的磁力线形成穿过具有所述封闭环路结构的所述磁性层的环路。因此，可减少施加到所述磁阻元件的磁场的非均匀。因此，所述磁阻元件的所述磁化反转特性的转变可由所述磁场抵消，从而改进所述磁性存储器装置的功能。

附图说明

[0006] 图1是展示磁性存储器装置的第一实施例的透视图；

[0007] 图2是沿着图1中的线II-II取得的横截面图；

[0008] 图3是沿着图1中的线III-III取得的横截面图；

[0009] 图4及5是展示第一修改方案的横截面图；

[0010] 图6及7是展示第二修改方案的横截面图；

[0011] 图8及9是展示第三修改方案的横截面图；

[0012] 图10及11是展示第四修改方案的横截面图；

[0013] 图12是展示第一实施例中的磁力线的横截面图；

[0014] 图13A、13B及13C是展示用于制造磁性存储器装置的方法的横截面图；

[0015] 图14是展示磁性存储器装置的第二实施例的透视图；

[0016] 图15是沿着图14中的线XV-XV取得的横截面图；

[0017] 图16是沿着图14中的线XVI-XVI取得的横截面图；

[0018] 图17是展示磁性存储器装置的第三实施例的透视图；

[0019] 图18是沿着图17中的线XVIII-XVIII取得的横截面图；

[0020] 图19是沿着图17中的线XIX-XIX取得的横截面图；

[0021] 图20是展示磁性存储器装置的第四实施例的透视图；

[0022] 图21是沿着图20中的线XXI-XXI取得的横截面图；

[0023] 图22是沿着图20中的线XXII-XXII取得的横截面图；

[0024] 图23是展示磁性存储器装置的第五实施例的透视图；

[0025] 图24是沿着图23中的线XXIV-XXIV取得的一横截面图；

[0026] 图25是沿着图23中的线XXV-XXV取得的横截面图；

[0027] 图26是展示磁性存储器装置的第六实施例的透视图；

[0028] 图27是沿着图26中的线XXVII-XXVII取得的横截面图；

[0029] 图28是沿着图26中的线XXVIII-XXVIII取得的横截面图；

[0030] 图29是展示磁性存储器装置的第七实施例的透视图；

[0031] 图30是沿着图29中的线XXX-XXX取得的横截面图；

[0032] 图31是沿着图1中的线XXXI-XXXI取得的横截面图；

[0033] 图32是展示磁性存储器装置的第八实施例的透视图；

[0034] 图33是沿着图32中的线XXXIII-XXXIII取得的横截面图；

[0035] 图34是沿着图32中的线XXXIV-XXXIV取得的横截面图；

[0036] 图35是展示磁性存储器装置的第九实施例的透视图；

[0037] 图36是沿着图35中的线XXXVI-XXXVI取得的横截面图；

[0038] 图37是沿着图35中的线XXXVII-XXXVII取得的横截面图；

[0039] 图38是展示磁性存储器装置的第十实施例的透视图；

[0040] 图39是沿着图38中的线XXXIX-XXXIX取得的横截面图；

[0041] 图40是沿着图38中的线XL-XL取得的横截面图；

[0042] 图41是展示磁性存储器装置的第十一实施例的透视图；

[0043] 图42是沿着图41中的线XLII-XLII取得的横截面图；

[0044] 图43是沿着图41中的线XLIII-XLIII取得的横截面图；

[0045] 图44是展示磁性存储器装置的第十二实施例的透视图；

[0046] 图45是沿着图44中的线XLV-XLV取得的横截面图；

[0047] 图46是沿着图44中的线XLVI-XLVI取得的横截面图；

[0048] 图47是展示磁性存储器装置的第十三实施例的透视图；

[0049] 图48是沿着图47中的线XLVIII-XLVIII取得的横截面图；

[0050] 图49是沿着图47中的线XLIX-XLIX取得的横截面图；

[0051] 图50是展示磁性存储器装置的第十四实施例的透视图；

[0052] 图51是沿着图50中的线LI-LI取得的横截面图；

[0053] 图52是沿着图50中的线LII-LII取得的横截面图；

[0054] 图53是展示MRAM的应用实例的视图；

[0055] 图54是展示MRAM的存储器单元的视图；

[0056] 图55是沿着图54中的线LV-LV取得的横截面图；

[0057] 图56是沿着图54中的线LVI-LVI取得的横截面图；及

[0058] 图57是展示非易失性高速缓冲存储器系统的视图。

具体实施方式

[0059] 一般来说，根据一个实施例，一种磁性存储器装置包括：磁性存储器芯片，其具有磁阻元件；磁性层，其具有彼此间隔开的第一及第二部分，所述第一部分覆盖所述磁性存储器芯片的第一主表面，所述第二部分覆盖所述磁性存储器芯片的面向所述第一主表面的第二主表面；电路板，其上安装有所述磁性层；及接合线，其在平行于所述第一及第二主表面的第一方向上连接于所述磁性存储器芯片与所述电路板之间。所述第一部分比所述第二部分更靠近所述电路板。所述第一及第二部分中的每一者在所述第一方向上具有比所述磁性存储器芯片的尺寸大的尺寸。所述第一及第二部分中的一者在平行于所述第一及第二主表面且正交于所述第一方向的第二方向上覆盖所述磁性存储器芯片的侧表面。所述第一部分比所述第二部分更靠近所述电路板。所述第一及第二部分中的每一者在所述第一方向上具有比所述磁性存储器芯片的尺寸大的尺寸。所述第一及第二部分中的一者在平行于所述第一及第二主表面且正交于所述第一方向的第二方向上覆盖所述磁性存储器芯片的侧表面。

[0060] (实施例)

[0061] 本文中所描述的实施例提出一种使用包围磁性存储器芯片的磁性层(磁性屏蔽层)来控制施加到磁阻元件的磁场的强度的技术。

[0062] 举例来说，在所述磁性存储器芯片的任何部分的横截面中，将空间提供于包围所述磁性存储器芯片的所述磁性层中，使得此包围由于提供所述空间而不连续。此磁性层是指具有开放环路结构的磁性层。此外，在所述磁性存储器芯片的横截面中，可控制提供于具有所述开放环路结构的所述磁性层中的所述空间的宽度。

[0063] 在此情况中，将来自具有所述开放环路结构的所述磁性层中的磁体的磁力线的部分从(例如)提供于所述磁性层中的所述空间向外辐射。即，可通过控制上述空间的宽度而控制施加到所述磁阻元件的所述磁场的强度。

[0064] 因此，可在不改变(例如)提供于所述磁性层中的所述磁体的种类或尺寸的情况下控制所述磁阻元件的磁化反转特性的转变且改进磁性存储器装置的功能。

[0065] 应注意，在本文中所描述的实施例中，具有所述开放环路结构的所述磁性层包含至少两个部分(第一及第二部分)以控制所述磁性层的所述空间。更具体来说，可通过控制提供于所述第一及第二部分的端处的所述空间的宽度而控制施加到所述磁阻元件的所述磁场的强度。

[0066] 第一实施例

[0067] 图1到3展示磁性存储器装置的第一实施例。图1是所述磁性存储器装置的透视图，图2是沿着图1中的线II-II取得的横截面图，且图3是沿着图1中的线III-III取得的横截面图。

[0068] 磁性存储器芯片10包括充当存储器单元的磁阻元件。例如图12中所展示，所述磁阻元件各自包括具有可变磁化的存储层(磁性层)23、具有不变磁化的参考层(磁性层)25、及非磁性绝缘层(穿隧势垒层)24。

[0069] 应注意，不变磁化意味着磁化方向在写入之前及写入之后不变，且可变磁化意味着磁化在写入之前及写入之后可反向变化。

[0070] 此外，写入意味着自旋转移写入，其中使自旋植入电流(自旋极化电子)流动到磁阻元件中以将自旋力矩给予存储层。

[0071] 图12中所展示的实例属于其中将参考层25提供于存储层23上的顶部引脚类型。其可由其中将参考层25提供于存储层23下方的底部引脚类型替换。

[0072] 另外，图12的实例属于其中存储层23及参考层25具有垂直于磁性存储器芯片10的下表面(第一主表面)及上表面(第二主表面)的方向上的磁化的垂直磁化类型。此垂直磁化类型可由其中存储层23及参考层25具有平行于磁性存储器芯片10的下表面及上表面的方向上的磁化的平面内磁化类型替换。

[0073] 磁性层11包括所提供的第一部分11a及第二部分11b，其中空间提供于所述部分之间。即，磁性层11具有开放环路结构，其中由空间将磁性层11分为上述部分。磁性层11提供于电路板12上。

[0074] 电路板12是(例如)具有多个布线层的多层板。电路板12包含多个外部端子17。外部端子17是(例如)应用为球栅阵列(BGA)的焊球。

[0075] 第一部分11a位于比第二部分11b更靠近电路板12的位置。更具体来说，第一部分11a提供于电路板12上，且覆盖磁性存储器芯片10的下表面(第一主表面)。第二部分11b覆盖磁性存储器芯片10的上表面(定位成与第一表面相对的第二表面)。

[0076] 在平行于磁性存储器芯片10的下表面及上表面的第一方向上，接合线13连接磁性存储器芯片10与电路板12。磁性存储器芯片10由接合线13而连接到外部端子17。

[0077] 间隔件(例如绝缘体)15提供于磁性存储器芯片10与第二部分11b之间。此外，在第一方向上，第一部分11a及第二部分11b未覆盖磁性存储器芯片10的两个侧表面。

[0078] 借此，在第一方向上，可使第一部分11a及11b的尺寸大于磁性存储器芯片10的尺寸，且也可确保用于将接合线13连接到磁性存储器芯片10的区域。

[0079] 另外，将平行于磁性存储器芯片10的下表面及上表面且垂直于第一方向的方向定义为第二方向。在第一及第二方向上，由于使第一部分11a及第二部分11b的尺寸大于磁性存储器芯片10的尺寸，所以可防止磁性存储器芯片10的边缘附近的磁场的干扰。

[0080] 因此，可将稳定磁场施加到提供于磁性存储器芯片10的附近的磁性元件。

[0081] 为有效防止磁性存储器芯片10的边缘附近的磁场的干扰，优选地，在第一及第二方向上，第一部分11a及第二部分11b具有等于或大于磁性存储器芯片10的尺寸的120％的尺寸。即，优选地，使第一部分11a及第二部分11b从磁性存储器芯片10的两侧突出等于或大于磁性存储器芯片10的尺寸的10％的距离。

[0082] 举例来说，在第一及第二方向上，如果磁性存储器芯片10的尺寸是约10mm，那么第一部分11a及第二部分11b的尺寸优选地等于或大于12mm。

[0083] 永久磁体14提供于磁性存储器芯片10的下表面相邻处。即，永久磁体14提供于磁性存储器芯片10与第一部分11a之间。永久磁体14经提供以(例如)抵消磁阻元件的磁性反转特性的转变。因此，如果无需由永久磁体14抵消磁化反转特性的转变，那么可省略永久磁体14。

[0084] 树脂16提供于电路板12上，且覆盖磁性存储器芯片10、具有第一部分11a及第二部分11b的磁性层11、接合线13及永久磁体14及间隔件15。

[0085] 将解释磁性层11的开放环路结构。

[0086] 在第二方向上，第二部分11b覆盖磁性存储器芯片10的两个侧表面。更具体来说，位于磁性存储器芯片10下方的第一部分11a形成为板的形状，且位于磁性存储器芯片10上方的第二部分11b呈倒U形。

[0087] 此外，在第二方向上，第一部分11a及第二部分11b各自包含第一及第二端，且相对于第一与第二部分之间的空间，所述第一端与所述第二端之间的空间最窄。最窄空间是Smin。

[0088] 可通过控制开放环路结构的空间的宽度Smin而使磁性存储器芯片10免受外部磁场影响，且也控制施加到磁阻元件的磁场的强度以控制磁阻元件的磁化反转特性。

[0089] 开放环路结构的空间的宽度Smin优选地等于或小于第一与第二部分之间的空间的最大值Smax的1/2。另外，开放环路结构的空间的宽度Smin优选地接近或大于tchip，其中tchip是磁性存储器芯片10的厚度。举例来说，如果磁性存储器芯片10的厚度是约0.1mm，那么开放环路结构的空间的宽度Smin优选地落于0.05mm到0.3mm的范围内，例如，其是约0.15mm。

[0090] 将解释材料的实例。

[0091] 磁性层11(即，第一部分11a及第二部分11b)优选地是由具有高磁导率及磁导率及高饱和磁化的材料形成。举例来说，磁性层11优选地含有Ni、Fe、Co、Ni-Fe合金、Fe-Co合金、Fe2O4或类似者。如果磁性层11含有Fe2O4，那么可将Mn、Zn、Ni或类似者添加到Fe2O4。可将42合金、高导磁合金或类似者施加到磁性层11。

[0092] 第一部分11a及第二部分11b可由相同材料或不同材料形成。

[0093] 如果第一部分11a及第二部分11b由不同材料形成，那么位于相对于磁力线的流的下游的第一部分11a及第二部分11b的部分的磁导率或饱和磁通密度优选地高于位于相对于磁力线的流的上游的第一部分11a及第二部分11b的部分的磁导率或饱和磁通密度。

[0094] 举例来说，在图12中所展示的实例中，由于第一部分11a位于相对于磁力线的流的下游侧上，所以第一部分11a的磁导率或饱和磁通密度优选地高于第二部分11b的磁导率或饱和磁通密度。

[0095] 在此情况中，由于第二部分11b位于上游侧上，所以其捕获大量磁力线，且将所述磁力线引导到下游侧上的第一部分11a。下游侧上的第一部分11a具有比上游侧上的第二部分11b的磁导率或饱和磁通密度高的磁导率或饱和磁通密度，且因此可接收由上游侧上的第二部分11b捕获的全部磁力线。

[0096] 应注意，其满足：如果下游侧上的部分由高导磁合金形成，那么上游侧上的部分由具有比所述高导磁合金的磁导率或饱和磁通密度低的磁导率或饱和磁通密度的42合金形成。

[0097] 使上述关系反转，那么无法由下游侧上的部分接收全部磁力线，且未接收的磁力线变为漏磁场且负面地影响磁阻元件。因此，其是不合意的。

[0098] 此外，第一部分11a及第二部分11b可经形成以具有相同厚度或不同厚度。

[0099] 如果第一部分11a及第二部分11b具有不同厚度，那么由于与上文所描述的原因相同的原因，位于相对于磁力线的下游侧上的第一部分11a及第二部分11b的部分的厚度优选地大于位于相对于磁力线的上游侧上的第一部分11a及第二部分11b的部分的厚度。

[0100] 另外，永久磁体14优选地由具有高磁各向异性及强磁力的材料形成。举例来说，永久磁体14优选地应含有Co-Cr合金、Sm-Co合金、Co-Pt合金、Fe-Pt合金、Nd-Fe合金、Mn-Al合金、Al-Ni-Co合金或类似者。可将铁氧体、铝镍钴合金、钐钴合金、钕或类似者施加到永久磁体14。

[0101] 应注意，磁性存储器芯片10、磁性层11、电路板12、永久磁体14及间隔件15之间的界面区域可各自含有粘合片。

[0102] 图4及5展示磁性存储器装置的第一修改方案。图4是沿着图1中的线II-II取得的横截面图，且图5是沿着图1中的线III-III取得的横截面图。

[0103] 在第一修改方案中，以不同于图2及3中所展示的实例的顺序的顺序堆叠磁性存储器芯片10、永久磁体14及间隔件15。

[0104] 磁性存储器芯片10提供于第一部分11a上。间隔件15提供于磁性存储器芯片10上。永久磁体14提供于间隔件15与第二部分11b之间。即，永久磁体14提供于磁性存储器芯片10的上表面相邻处。

[0105] 其它要点与图2及3的实例中的要点相同。因此，与图2及3的实例中的元件相同的元件将由与图2及3的实例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。

[0106] 图6及7展示磁性存储器装置的第二修改方案。图6是沿着图1中的线II-II取得的横截面图，且图7是沿着图1中的线III-III取得的横截面图。

[0107] 在第二修改方案中，无间隔件提供于磁性存储器芯片10上。就此来说，其不同于图2及3中所展示的实例。因此，永久磁体14提供于磁性存储器芯片10上且兼作间隔件。

[0108] 其它要点与图2及3的实例中的要点相同。因此，与图2及3的实例中的元件相同的元件将由与图2及3的实例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。

[0109] 图8及9展示磁性存储器装置的第三修改方案。图8是沿着图1中的线II-II取得的横截面图，且图9是沿着图1中的线III-III取得的横截面图。

[0110] 在第三修改方案中，将多个磁性存储器芯片10-1及10-2堆叠在一起。就此来说，其不同于图2及3中所展示的实例。

[0111] 永久磁体14提供于第一部分11a上。磁性存储器芯片10-1提供于永久磁体14上。间隔件15-1提供于磁性存储器芯片10-1上。磁性存储器芯片10-2提供于间隔件15-1上。间隔件15-2提供于磁性存储器芯片10-2上。

[0112] 在第三修改方案中，提供磁性存储器芯片10-1及10-2，且磁性存储器芯片的数目是两个；然而，可提供三个或三个以上磁性存储器芯片。在此情况中，满足：将单个磁性存储器芯片及单个间隔件处置为单个组，且将多组磁性存储器芯片及间隔件堆叠在一起。

[0113] 其它要点与图2及3的实例中的要点相同。因此，与图2及3的实例中的元件相同的元件将由与图2及3的实例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。

[0114] 图10及11展示磁性存储器装置的第四修改方案。图10是沿着图1中的线II-II取得的横截面图，且图11是沿着图1中的线III-III取得的横截面图。

[0115] 在第四修改方案中，无永久磁体提供于第一部分11a与第二部分11b之间。就此来说，其不同于图2及3的实例。即，在第四修改方案中，磁阻元件的磁化反转特性的转变并非由用于磁性存储器芯片10的外部永久磁体调整。

[0116] 然而，在第四修改方案中，具有与永久磁体相同的功能的磁性层(其包含堆叠于磁阻元件上的欺骗抵消层)可提供于磁性存储器芯片10中。

[0117] 磁性存储器芯片10提供于第一部分11a上。间隔件15提供于磁性存储器芯片10上。

[0118] 其它要点与图2及3的实例的要点相同。因此，与图2及3的实例中的元件相同的元件将由与图2及3的实例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。

[0119] 图12展示第一实施例中的磁力线。

[0120] 更具体来说，来自永久磁体14的磁力线MF穿过第一部分11a及第二部分11b，且接着返回到永久磁体14。即，来自永久磁体14的磁力线MF沿着封闭磁性路径行进。此外，使磁力线MF作为磁力线P而从第一部分11a与第二部分11b之间的空间向外部分发射。即，可通过控制空间的宽度S而控制施加到磁阻元件MTJ的磁场的强度。

[0121] 应注意，在图中，10表示磁性存储器芯片，21表示半导体衬底，22表示层间绝缘层，23表示存储层，24表示非磁性绝缘层(穿隧势垒层)，25表示参考层，且MA表示存储器阵列。

[0122] 图13A、13B及13C展示用于制造磁性存储器装置的方法。那些图对应于图2的横截面图。

[0123] 以下描述希望解释磁性存储器的制造方法。因此，省略对应于图3的横截面图的图。

[0124] 首先，如图13A中所展示，使第一部分11a形成于电路板12上。随后，使永久磁体14形成于第一部分11a上，且使磁性存储器芯片10形成于永久磁体14上。接着，在导线接合步骤中，由接合线13使磁性存储器芯片10及电路板12彼此连接。

[0125] 接着，如图13B中所展示，使间隔件15形成于磁性存储器芯片10上。此外，使第二部分11b形成于间隔件15上。

[0126] 应注意，优选地，应将粘合片或类似者内插于电路板12、第一部分11a、永久磁体14、磁性存储器芯片10、间隔件15及第二部分11b之间以防止那些元件彼此位移。

[0127] 其后，在模制步骤中，使树脂16形成于电路板12上。树脂16覆盖且保护第一部分11a、永久磁体14、磁性存储器芯片10、间隔件15及第二部分11b。

[0128] 最后，如图13C中所展示，使充当BGA的多个外部端子(例如焊接鼓起物)形成于电路板12上。

[0129] 因此，形成根据第一实施例的磁性存储器装置。

[0130] 以此方式，根据第一实施例，可在不改变提供于磁性层中的磁体的种类或尺寸的情况下控制磁阻元件的磁化反转特性的转变且改进磁性存储器装置的功能。

[0131] 第二实施例

[0132] 图14到16展示磁性存储器装置的第二实施例。图14是磁性存储器装置的透视图，图15是沿着图14中的线XV-XV取得的横截面图，且图16是沿着图14中的线XVI-XVI取得的横截面图。

[0133] 在第二实施例中，在第二方向上，第一部分11a及第二部分11b的端的结构不同于第一实施例中的结构。

[0134] 更具体来说，在第二实施例中，包含第一部分11a及第二部分11b(其定位成彼此相对，其中具有Smin的空间内插于第一部分11a与第二部分11b之间)的部分的区域比第一实施例的区域宽。在此结构中，可进行以比第一实施例中的准确度高的准确度控制磁力线的向外发射。然而，由于上述区域的加宽意味着磁性存储器装置的尺寸增大，所以鉴于对磁力线的控制及磁性存储器装置的尺寸而确定所述区域的尺寸。

[0135] 其它要点与第一实施例(图1到3)中的要点相同。

[0136] 因此，与相对于第一实施例所解释的元件相同的元件将由与相对于第一实施例所解释的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。

[0137] 此外，也可相对于第二实施例而应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。另外，在第二实施例中，可获得与第一实施例中的优点相同的优点。

[0138] 第三实施例

[0139] 图17到19展示磁性存储器装置的第三实施例。图17是磁性存储器装置的透视图，图18是沿着图17中的线XVIII-XVIII取得的横截面图，且图19是沿着图17中的线XIX-XIX取得的横截面图。

[0140] 在第三实施例中，在第二方向上，第一部分11a及第二部分11b的端的结构不同于第一实施例中的结构。

[0141] 更具体来说，在第三实施例中，第一部分11a的尺寸大于第二部分11b的尺寸，且第二部分11b由第一部分11a部分覆盖。在此结构中，可进行以比第一实施例中的准确度高的准确度控制磁力线的向外发射。

[0142] 其它要点与第一实施例(图1到3)中的要点相同。

[0143] 因此，与相对于第一实施例所解释的元件相同的元件将由与相对于第一实施例所解释的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可相对于第三实施例而应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0144] 另外，在第三实施例中，可获得与第一实施例中的优点相同的优点。

[0145] 第四实施例

[0146] 图20到22展示磁性存储器装置的第四实施例。图20是磁性存储器装置的透视图，图21是沿着图20中的线XXI-XXI取得的横截面图，且图22是沿着图20中的线XXII-XXII取得的横截面图。

[0147] 在第四实施例中，在第二方向上，第一部分11a覆盖磁性存储器芯片10的两个侧表面。就此来说，其不同于第一实施例。

[0148] 更具体来说，在第四实施例中，位于磁性存储器芯片10下方的第一部分11a呈U形，且位于磁性存储器芯片10上方的第二部分11b的形状呈板的形式。

[0149] 此外，在第二方向上，第一部分11a及第二部分11b分别包含第一端及第二端，且相对于第一与第二部分之间的空间，所述第一端与所述第二端之间的空间最窄。最窄空间是Smin。

[0150] 其它要点与第一实施例(图1到3)中的要点相同。

[0151] 因此，与相对于第一实施例所解释的元件相同的元件将由与相对于第一实施例所解释的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可相对于第二实施例而应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0152] 另外，在第四实施例中，可获得与第一实施例中的优点相同的优点。

[0153] 第五实施例

[0154] 图23到25展示磁性存储器装置的第五实施例。图23是磁性存储器装置的透视图，图24是沿着图23中的线XXIV-XXIV取得的横截面图，且图25是沿着图23中的线XXV-XXV取得的横截面图。

[0155] 在第五实施例中，在第二方向上，第一部分11a及第二部分11b的端的结构不同于第四实施例中的结构。

[0156] 更具体来说，在第五实施例中，包含第一部分11a及第二部分11b(其定位成彼此相对，具有Smin的空间内插于第一部分11a与第二部分11b)的部分的区域比第四实施例的区域宽。在此结构中，可进行以比第四实施例中的准确度高的准确度控制磁力线的向外发射。然而，由于上述区域的加宽意味着磁性存储器装置的尺寸增大，所以鉴于对磁力线的控制及磁性存储器装置的尺寸而确定所述区域的尺寸。

[0157] 其它要点与第四实施例中的要点相同。

[0158] 因此，与第四实施例中的元件相同的元件将由与第四实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可相对于第五实施例而应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0159] 另外，在第五实施例中，可获得与第四实施例中的优点相同的优点。

[0160] 第六实施例

[0161] 图26到28展示磁性存储器装置的第六实施例。图26是磁性存储器装置的透视图，图27是沿着图26中的线XXVII-XXVII取得的横截面图，且图28是沿着图26中的线XXVIII-XXVIII取得的横截面图。

[0162] 在第六实施例中，在第二方向上，第一部分11a及第二部分11b的端的结构不同于第四实施例中的结构。

[0163] 更具体来说，在第六实施例中，第二部分11b的尺寸大于第一部分11a的尺寸，且第一部分11a由第二部分11b部分覆盖。在此结构中，可进行以比第四实施例中的准确度高的准确度控制磁力线的向外发射。

[0164] 其它要点与第四实施例中的要点相同。

[0165] 因此，与第四实施例中的元件相同的元件将由与第四实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可相对于第四实施例而应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0166] 另外，在第六实施例中，可获得与第四实施例中的优点相同的优点。

[0167] 第七实施例

[0168] 图29到31展示磁性存储器装置的第七实施例。图29是磁性存储器装置的透视图，图30是沿着图29中的线XXX-XXX所采取的横截面图，且图31是沿着图29中的线XXXI-XXXI所采取的横截面图。

[0169] 在第七实施例中，第一部分11a及第二部分11b经提供为平行板。就此关系来说，其不同于第一实施例。

[0170] 更具体来说，在第七实施例中，第一部分11a与第二部分11b之间的空间的宽度基本上是固定的(Smax)。

[0171] 第一部分11a经提供于电路板12上，永久磁体14经提供于第一部分11a上，磁性存储器芯片10经提供于永久磁体14上，且间隔件15经提供于磁性存储器芯片10与第二部分11b之间。

[0172] 在此结构中，永久磁体14提供于磁性存储器芯片10相邻处，且在第一及第二方向上，第一部分11a及第二部分11b中的每一者的尺寸大于磁性存储器芯片10的尺寸。

[0173] 因此，在第七实施例中，可控制磁性存储器芯片10中的磁阻元件的磁化反转特性的转变，且改进磁性存储器装置的功能。

[0174] 其它要点与第一实施例(图1到3)中的要点相同。

[0175] 因此，与相对于第一实施例所解释的元件相同的元件将由与相对于第一实施例所解释的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可相对于第七实施例而应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0176] 第八实施例

[0177] 图32到34展示磁性存储器装置的第八实施例。图32是磁性存储器装置的透视图，图33是沿着图32中的线XXXIII-XXXIII所采取的横截面图，且图34是沿着图33中的线XXXIV-XXXIV所采取的横截面图。

[0178] 第八实施例相较于第一实施例的特征为：第一部分11a的第一端经连接到第二部分11b的第二端。

[0179] 为有效使磁性存储器芯片10免受外部磁场影响且将磁场从永久磁体14高效地施加到磁性存储器芯片10，磁性层11(第一部分11a及第二部分11b)优选地具有封闭环路结构。在此情况中，来自永久磁体14的所述磁场沿着封闭磁性路径行进。

[0180] 其它要点与第一实施例中的要点相同。

[0181] 因此，与第一实施例中的元件相同的元件将由与第一实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可在第八实施例中应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0182] 第九实施例

[0183] 图35到37展示磁性存储器装置的第九实施例。图35是磁性存储器装置的透视图，图36是沿着图35中的线XXXVI-XXXVI所采取的横截面图，且图37是沿着图35中的线XXXVII-XXXVII所采取的横截面图。

[0184] 第九实施例相较于第二实施例的特征为：第一部分11a的第一端连接到第二部分11b的第二端。

[0185] 在此情况中，如同第八实施例，可有效地使磁性存储器芯片10免受外部磁场影响，且将磁场从永久磁体14高效地施加到磁性存储器芯片10。

[0186] 其它要点与第二实施例中的要点相同。

[0187] 因此，与第二实施例中的元件相同的元件将由与第二实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可相对于第九实施例而应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0188] 第十实施例

[0189] 图38到40展示磁性存储器装置的第十实施例。图38是磁性存储器装置的透视图，图39是沿着图38中的线XXXIX-XXXIX取得的横截面图，且图40是沿着图38中的线XL-XL取得的横截面图。

[0190] 第十实施例相较于第三实施例的特征为：第一部分11a的第一端连接到连接到彼此的第二部分11b的第二端。

[0191] 在此情况中，如同第八实施例，可有效使磁性存储器芯片10免受外部磁场影响且将磁场从永久磁体14高效施加到磁性存储器芯片10。

[0192] 其它要点与第三实施例中的要点相同。

[0193] 因此，与第三实施例中的元件相同的元件将由与第三实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可相对于第十实施例而应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0194] 第十一实施例

[0195] 图41到43展示磁性存储器装置的第十一实施例。图41是磁性存储器装置的透视图，图42是沿着图41中的线XLII-XLII取得的横截面图，且图43是沿着图41中的线XLIII-XLIII取得的横截面图。

[0196] 第十一实施例相较于第四实施例的特征为：第一部分11a的第一端连接到第二部分11b的第二端。

[0197] 在此情况中，如同第八实施例，可有效使磁性存储器芯片10免受外部磁场影响且将磁场从永久磁体14高效施加到磁性存储器芯片10。

[0198] 其它要点与第四实施例中的要点相同。

[0199] 因此，与第四实施例中的元件相同的元件将由与第四实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可在第十一实施例中应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0200] 第十二实施例

[0201] 图44到46展示磁性存储器装置的第十二实施例。图44是磁性存储器装置的透视图，图45是沿着图44中的线XLV-XLV取得的横截面图，且图46是沿着图44中的线XLVI-XLVI取得的横截面图。

[0202] 第十二实施例相较于第五实施例的特征为：第一部分11a的第一端连接到第二部分11b的第二端。

[0203] 在此情况中，如同第八实施例，可有效使磁性存储器芯片10免受外部磁场影响且将磁场从永久磁体14高效施加到磁性存储器芯片10。

[0204] 其它要点与第五实施例中的要点相同。

[0205] 因此，与第五实施例中的元件相同的元件将由与第五实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可在第十二实施例中应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0206] 第十三实施例

[0207] 图47到49展示磁性存储器装置的第十三实施例。图47是磁性存储器装置的透视图，图48是沿着图47中的线XLVIII-XLVIII取得的横截面图，且图49是沿着图47中的线XLIX-XLIX取得的横截面图。

[0208] 第十三实施例相较于第六实施例的特征为：第一部分11a的第一端连接到第二部分11b的第二端。

[0209] 在此情况中，如同第八实施例，可有效使磁性存储器芯片10免受外部磁场影响且将磁场从永久磁体14高效施加到磁性存储器芯片10。

[0210] 其它要点与第六实施例中的要点相同。

[0211] 因此，与第六实施例中的元件相同的元件将由与第六实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。此外，也可在第十三实施例中应用第一实施例的第一到第四修改方案(图4到11)。

[0212] 第十四实施例

[0213] 图50到52展示磁性存储器装置的第十四实施例。图50是磁性存储器装置的透视图，图51是沿着图50中的线LI-LI取得的横截面图，且图52是沿着图50中的线LII-LII取得的横截面图。

[0214] 不同于第一到第十三实施例，第十四实施例中省略经提供以确保用于连接接合线13的区域的间隔件。就此来说，第十四实施例不同于第一到第十三实施例。在此情况中，为确保用于连接接合线13的区域，在第一方向上，使提供于磁性存储器芯片10上的第二部分
11b的尺寸小于磁性存储器芯片10的尺寸。

[0215] 第一部分11a提供于电路板12上，永久磁体14提供于第一部分11a上，磁性存储器芯片10提供于永久磁体14上，且第二部分11b提供于磁性存储器芯片10上。

[0216] 在第一方向上，第一部分11a的尺寸大于磁性存储器芯片10的尺寸。另一方面，在第一方向上，第二部分11b的尺寸小于磁性存储器芯片10的尺寸。

[0217] 在第十四实施例中，第一部分11a及第二部分11b提供为平行板(此关系对应于第七实施例的关系)。然而，作为此结构的代替，在第二方向上，第一部分11a及第二部分11b的第一及第二端可具有例如相对于第一到第六实施例及第八到第十三实施例所解释的结构的结构。

[0218] 其它要点与第一到第十三实施例中的要点相同。

[0219] 因此，与第一到第十三实施例中的元件相同的元件将由与第一到第十三实施例中的元件符号相同的元件符号表示，且其详细解释将被省略。

[0220] (应用实例)

[0221] 将解释以下情况中所获得的应用实例：在上述实施例中的每一者中，磁性存储器芯片是磁性随机存取存储器(MRAM)。

[0222] 图53展示MRAM。

[0223] 存储器单元阵列30包括多个存储器单元。行解码器31a及列解码器31b基于地址信号Add而随机存取到存储器单元阵列30中的存储器单元中的一者。

[0224] 列选择电路32用于基于来自列解码器31b的信号而使存储器单元阵列30及感测放大器33彼此电连接。

[0225] 读取/写入控制电路34在读取时间将读取电流供应到选自存储器单元阵列30的单个存储器单元。感测放大器33检测所述读取电流以检查存储于所述选定存储器单元中的数据。

[0226] 此外，读取/写入控制电路34在写入时间供应到选自存储器单元阵列30的单个存储器单元，借此将数据写入到所述选定存储器单元。

[0227] 控制电路35控制行解码器31a、列解码器31b、感测放大器33及读取/写入控制电路34的操作。

[0228] 图54到56展示MRAM中的存储器单元。图54是MRAM的存储器单元的平面图，图55是沿着图54中的线LV-LV取得的横截面图，且图56是沿着图54中的线LVI-LVI取得的横截面图。

[0229] 在此应用实例中，MRAM的存储器单元包括选择晶体管(例如FET)ST及磁阻元件MTJ。

[0230] 选择晶体管ST提供于半导体衬底21中的作用区域AA中。作用区域AA由提供于半导体衬底21中的元件隔离绝缘层20包围。在应用实例中，元件隔离绝缘层20具有浅沟槽隔离(STI)结构。

[0231] 选择晶体管ST包括：源极/漏极扩散层27a及27b，其提供于半导体衬底21中；栅极电极(字线)29；及栅极绝缘层28，其提供于半导体衬底21中的源极/漏极扩散层27a与27b之间。应用实例的选择晶体管ST具有所谓的埋入式栅极结构，其中将栅极电极29埋入半导体衬底21中。

[0232] 层间绝缘层(例如氧化硅层)22a覆盖选择晶体管ST。接触插塞BEC及SC提供于层间绝缘层22a中。接触插塞BEC连接到源极/漏极扩散层27a，且接触插塞SC连接到源极/漏极扩散层27b。接触插塞BEC及SC各自包含W、Ta、Ru及Ti中的一者。

[0233] 磁阻元件MTJ提供于接触插塞BEC上。磁阻元件MTJ包括存储层23、非磁性绝缘层24、参考层25及间隙层26。

[0234] 由于磁阻效应，磁阻元件MTJ中的每一者的电阻取决于其存储层23及参考层25的相对磁化方向而变化。举例来说，当相对于磁化方向，存储层23及参考层25处于存储层23及参考层25的磁化方向彼此相同的平行状态中时，磁阻元件MTJ中的每一者的电阻较低，且当相对于磁化方向，存储层23及参考层25处于那些层的磁化方向彼此相反的反平行状态中时，每一磁阻元件MTJ的电阻较高。

[0235] 存储层23及参考层25由(例如)CoFeB、MgFeO或类似者形成。

[0236] 如果每一磁阻元件MTJ具有垂直磁化，那么存储层23及参考层25优选地具有人工晶格(其中将具有垂直磁各向异性的Pt、Co及TbCoFe堆叠在一起)及FePt(其具有L1o晶体结构及类似者)。在此情况中，CoFeB优选地应作为界面层提供于存储层23与非磁性绝缘层24之间或非磁性绝缘层24与参考层25之间。

[0237] 非磁性绝缘层24由(例如)MgO或AlO形成。另外，非磁性绝缘层24可由例如Al、Si、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr或Hf的氧化物形成。如果非磁性绝缘层24由MgO形成，那么由于有限电阻，将其厚度设置为约1nm。

[0238] 接触插塞TEC提供于磁阻元件MTJ上。层间绝缘层(例如氧化硅层)22b覆盖磁阻元件MTJ。

[0239] 位线BL1连接到磁阻元件MTJ，其中接触插塞TEC内插于位线BL1与磁阻元件MTJ之间。位线BL2连接到源极/漏极扩散层27b，其中接触插塞SC内插于位线BL2与源极/漏极扩散层27b之间。位线BL2也(例如)在读取时间用作将接地电势施加到其源极线SL。

[0240] 图57展示非易失性高速缓冲存储器系统的实例。

[0241] 如果将MRAM用作为处理器系统的高速缓冲存储器，那么其可降低所述处理器系统的电力消耗。

[0242] 即，MRAM的特征为：例如，重写的次数不受限制，可高速执行读取/写入，且MRAM具有大容量。因此，可通过应用MRAM(其为非易失性存储器)而非易失性存储器(例如SRAM或DRAM，其一般用作为高速缓冲存储器)而实现其电力消耗较低的处理器系统。

[0243] CPU 41控制SRAM 42、DRAM 43、快闪存储器44、ROM 45及MRAM 46。

[0244] 可使用MRAM 46来取代SRAM 42、DRAM 43、快闪存储器44及ROM 45。因此，可省略SRAM 42、DRAM 43、快闪存储器44及ROM 45中的至少一者。

[0245] MRAM 46可用作为非易失性高速缓冲存储器(例如L2高速缓冲存储器)。

[0246] 结论

[0247] 根据上述实施例，可有效使磁性存储器芯片免受外部磁场影响。此外，可在不改变(例如)充当磁性屏蔽层的磁性层中的磁体的种类或尺寸的情况下控制磁阻元件的磁化反转特性的转变且改进磁性存储器装置的功能。

[0248] 虽然已描述某些实施例，但这些实施例仅通过实例提出且不希望限制本发明的范围。其实，本文中所描述的新型实施例可体现为各种其它形式；此外，可在不背离本发明的精神的情况下对本文中所描述的实施例作出各种省略、取代及形式改变。所附权利要求书及其等效物希望涵盖落于本发明的范围及精神内的此类形式或修改。