用于磁致伸缩式随机存取存储器(mram)的小形状因子磁屏蔽的制作方法
【专利说明】用于磁致伸缩式随机存取存储器(MRAM)的小形状因子磁屏蔽
[0001]背景
[0002]本申请要求于2013年2月8日提交的题为“Small form factor magnetic shieldfor magnetorestrictive random access memory (MRAM)(用于磁致伸缩式随机存取存储器(MRAM)的小形状因子磁屏蔽)”的美国临时申请N0.61/762，428的优先权，其通过引用明确纳入于此。
[0003]领域
[0004]各种特征涉及用于磁致伸缩式随机存取存储器(MRAM)的小形状因子磁屏蔽。
[0005]背景
[0006]磁阻式随机存取存储器(MRAM)是使用磁存储元件和/或单元来存储数据的存储器技术。图1概念性地解说了包括用于存储数据的MRAM单元阵列的管芯/晶片。具体地，图1概念性地解说了包括基板102、若干金属和介电层104以及MRAM单元阵列106的管芯100。MRAM单元阵列106包括若干MRAM单元106a-f。这些单元中的每个单元包括磁隧道结(MTJ)。MTJ是允许MRAM存储数据的地方。
[0007]图2解说了图1中的至少一个单元的磁隧道结(MTJ) 200。如图2中所示，MTJ 200包括固定磁性层202、绝缘层204、以及自由磁性层206。磁性层202和206是铁磁层并且绝缘层204是介电层。每个磁性层202和206具有极性(北极和南极)。固定磁性层202是固定的，因为该磁性层202的极性不能改变。自由磁性层206是自由的，因为该磁性层206的极性能够改变(电极能够改变)。如以上所提及的，MTJ 200是允许MRAM 200存储数据的地方。MTJ 200可以具有两种状态。在一种状态中，自由磁性层206在与固定磁性层202相同的方向上被极化。在另一种状态中，自由磁性层206在与固定磁性层202相反的方向上被极化。
[0008]如以上所描述的，MTJ 200可以处于两种可能的状态中，即图3A-3B和4A-4B中所解说的低阻态和高阻态。图3A解说了 MTJ 200处于低阻态。如图3A中所示，在低阻态中，MTJ 200的磁性层202和206的极性对齐(磁性层的北极和南极在相同侧上)。图3B解说了 MTJ 200处于高阻态。如图3B中所示，在高阻态中，MTJ 200的磁性层202和206的极性彼此相反(一个磁性层的北极在另一磁性层的北极的相对侧上)。
[0009]图3A-3B示出MTJ 200的两种状态之间的差异在于自由磁性层206的极性。MTJ200的两种状态之间的差异可以由MTJ 200对电流的电阻来表达。当两个磁性层202和206的极性对齐时，如图3中所示，MTJ 200的电阻较低。相反，当两个磁性层202和206的极性彼此相反时，MTJ 200的电阻较高(相对于MTJ 200在磁性层的极性对齐时的电阻而言)。换言之，磁性层的极性彼此相反时MTJ 200的电阻要大于磁性层的极性对齐时MTJ 200的电阻。这些低阻态和高阻态可对应于O和I的二进制存储器状态。
[0010]图3A-3B解说了平行的MTJ。然而，在一些实现中，MTJ还可以是垂直的MTJ，如图4A-4B中所解说的。如图4A中所示，在低阻态中，MTJ 200的磁性层202和206的极性对齐在相同方向上(磁性层的北极和南极处于相同方向)。图4B解说了 MTJ 200处于高阻态。如图4B中所示，在高阻态中，MTJ200的磁性层202和206的极性在相反方向上对齐。
[0011]如以上所提及的，自由磁性层的极性可以切换。在一个实例中，通过施加充分大的流过MTJ的电流来切换自由磁性层的极性。在相反方向上施加流过MTJ的电流将把自由磁性层的极性切换回来。在STT-MRAM的情形中，可以对MTJ施加自旋极化的电流来切换自由磁性层的极性。自旋极化的电流是包括在一个方向上的自旋比在另一个方向上的自旋更多(大于50%的上旋或者下旋)的电子的电流。电流通常是未极化的，但是可以通过使电流流过磁性层来形成自旋极化的电流。
[0012]在另一实例中，施加充分大的磁场也将切换自由磁性层的极性。类似地，在相反方向上施加充分大的磁场将把自由磁性层的极性切换回来。因此，除了电流之外，在设计和测试MTJ或者使用MTJ的任何存储器(诸如MRAM)时必须考虑磁场性质。MRAM的每个单元(即，每个MTJ)可能具有不同的性质(例如，磁性质)。即，每个单元可以在不同的磁场强度下在各个状态之间来回切换。
[0013]MRAM的一个主要缺点在于，充分大的磁场可能切换MRAM的单元的状态，由此使错误状态被存储在MRAM中的一些或全部单元中。因此，需要用于防止磁场影响MRAM的方法和结构。更具体地，需要用于防止磁场切换MRAM的单元的状态的方法和结构。理想地，任何此类结构将具有小形状因子。
[0014]概述
[0015]本文中所描述的各种特征、装置和方法提供了用于磁致伸缩式随机存取存储器(MRAM)的小形状因子磁屏蔽。
[0016]第一示例提供了一种管芯，其包括一组件、位于该组件上方的第一铁磁层、以及位于该组件下方的第二铁磁层。该管芯还包括位于该组件周围的若干贯穿基板通孔。贯穿基板通孔包括铁磁材料。
[0017]根据一个方面，该组件对磁场敏感。在一些实现中，该组件是变压器、磁阻式随机存取(MRAM)单元、和/或包括磁性材料的组件中的一者。
[0018]根据一方面，第一铁磁层、第二铁磁层和该若干贯穿基板通孔定义用于该组件的磁屏蔽。
[0019]根据一个方面，该组件是包括若干磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元的MRAM单元阵列。在一些实现中，该若干贯穿基板通孔关于至少一个MRAM单元横向放置。在一些实现中，第一铁磁层是涂敷在管芯的前部上的薄膜层。在一些实现中，第二铁磁层是涂敷在管芯的背部上的薄膜层。该若干贯穿基板通孔耦合至第一和第二铁磁层。在一些实现中，磁阻式随机存取(MRAM)单元包括磁隧道结(MTJ)。在一些实现中，铁磁材料具有高磁导率和高B饱和度。基板包括由硅、玻璃和/或蓝宝石中的一者制成的材料。
[0020]根据一个方面，该管芯被纳入在音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板式计算机、和/或膝上型计算机中的至少一者中。
[0021]第二示例提供了一种用于提供包括磁屏蔽的管芯的方法。该方法提供包括一组件的管芯。该方法提供位于该组件上方的第一铁磁层。该方法提供位于该组件下方的第二铁磁层。该方法提供位于该组件周围的若干贯穿基板通孔。贯穿基板通孔包括铁磁材料。
[0022]根据一个方面，该组件对磁场敏感。在一些实现中，该组件是变压器、磁阻式随机存取(MRAM)单元、和/或包括磁性材料的组件中的一者。
[0023]根据一方面，第一铁磁层、第二铁磁层和该若干贯穿基板通孔定义用于该组件的磁屏蔽。
[0024]根据一个方面，该组件是包括若干磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元的MRAM单元阵列。在一些实现中，该若干贯穿基板通孔关于至少一个MRAM单元横向放置。在一些实现中，第一铁磁层是涂敷在管芯的前部上的薄膜层。在一些实现中，第二铁磁层是涂敷在管芯的背部上的薄膜层。该若干贯穿基板通孔耦合至第一和第二铁磁层。在一些实现中，磁阻式随机存取(MRAM)单元包括磁隧道结(MTJ)。在一些实现中，铁磁材料具有高磁导率和高B饱和度。基板包括由硅、玻璃和/或蓝宝石中的一者制成的材料。
[0025]根据一方面，提供若干贯穿基板通孔包括制造穿过管芯的金属层、介电层和基板的若干空腔。在一些实现中，提供若干贯穿基板通孔还包括用铁磁材料来填充这些空腔以形成该若干贯穿基板通孔。
[0026]第三示例提供了一种管芯，其包括一组件、配置成向该组件提供对穿过该管芯的顶部的顶磁场的屏蔽的第一屏蔽装置、配置成向该组件提供对穿过该管芯的底部的底磁场的屏蔽的第二屏蔽装置、以及配置成向该组件提供对穿过该管芯的侧部的侧磁场的屏蔽的第三屏蔽装置。
[0027]根据一个方面，该组件对磁场敏感。在一些实现中，该组件是变压器、磁阻式随机存取(MRAM)单元、和/或包括磁性材料的组件中的一者。
[0028]根据一方面，第一屏蔽装置包括位于该组件上方的第一铁磁层。在一些实现中，第一铁磁层是涂敷在管芯的前部上的薄膜层。
[0029]根据一个方面，第二屏蔽装置包括位于该组件下方的第二铁磁层。在一些实现中，第二铁磁层是涂敷在管芯的背部上的薄膜层。
[0030]根据另一方面，第三屏蔽装置包括位于至少一个组件周围的若干贯穿基板通孔。通孔包括铁磁材料。在一些实现中，铁磁材料具有高磁导率和高B饱和度。基板包括由硅、玻璃和/或蓝宝石中的一者制成的材料。
[0031]根据一个方面，该管芯被纳入在音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板式计算机、和/或膝上型计算机中的至少一者中。
[0032]第四示例提供了一种管芯封装，其包括封装基板、耦合至该封装基板的管芯、位于管芯下方的第一铁磁层、以及位于管芯上方的第二铁磁层。该管芯封装还包括围绕管芯的模制件、以及位于管芯的外周界周围的若干通孔。该若干通孔形成于至少该模制件中。通孔包括铁磁材料。
[0033]根据一个方面，管芯包括对磁场敏感的组件。在一些实现中，该组件是变压器、磁阻式随机存取(MRAM)单元、和/或包括磁性材料的组件中的一者。
[0034]根据一方面，第一铁磁层、第二铁磁层和该若干通孔定义用于管芯的磁屏蔽。在一些实现中，第二铁磁层形成管芯封装的包封。在一些实现中，第二铁磁层是铁磁膜层。在一些实现中，铁磁材料具有高磁导率和高B饱和度。
[0035]根据一个方面，管芯包括包含若干磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元的MRAM单元阵列。MRAM单元包括磁隧道结(MTJ)。
[0036]根据一方面，该管芯封装被纳入在音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、移动电话、智能电话、个人数字助理、固定位置终端、平板式计算机、和/或膝上型计算机中的至少一者中。
[0037]第五示例提供了一种用于提供包括磁屏蔽的管芯封装的方法。该方法提供封装基板。该方法提供耦合至封装基板的管芯。该方法提供位于管芯下方的第一铁磁层。该方法提供位于管芯上方的第二铁磁层。该方法提供围绕管芯的模制件。该方法提供位于管芯的外周界周围的若干通孔。该若干通孔形成于至少该模制件中。通孔包括铁磁材料。
[0038]根据一个方面，管芯包括对磁场敏感的组件。在一些实现中，该组件是变压器、磁阻式随机存取(MRAM)单元、和/或包括磁性材料的组件中的一者。
[0039]根据一方面，第一铁磁层、第二铁磁层和该若干通孔定义用于管芯的磁屏蔽。在一些实现中，第二铁磁层形成管芯封装的包封。在一些实现中，第二铁磁层是铁磁膜层。在一些实现中，铁磁材料具有高磁导率和高B饱和度。
[0040]根据一个方面，管芯包括包含若干磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元的MRAM单元阵列。MRAM单元包括磁隧道结(MTJ)。
[0041]根据一方面，提供若干通孔包括制造穿过管芯封装的模制件的若干空腔。在