(57)【要約】【課題】大きな外部磁界に対しても十二分にＭＲＡＭ素子を磁気的にシールドし、ＭＲＡＭ素子が適用される環境からの磁界に対して問題のない動作を保証することを可能とし、小型化、軽量化にも貢献すること。【解決手段】磁化方向が固定された磁化固定層５４、５６と、磁化方向の変化が可能な磁性層（記憶層）２とが積層されてなるＴＭＲ素子６０からなり、このメモリ素子６０が磁気シールド層によって磁気シールドされている磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）３０として構成された磁気メモリ装置において、磁気シールド層４８が、少なくとも２層の軟磁性体層を含む積層構造からなり、この積層構造が高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３とを含む磁気メモリ装置。【選択図】          図１
2004221463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリとして構成され、前記メモリ素子が磁気シールド層によって磁気シールドされている磁気メモリ装置において、前記磁気シールド層が、少なくとも２層の軟磁性体層を含む積層構造からなり、この積層構造が高透磁率材料層と高飽和磁化材料層とを含むことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項２】
磁化可能な磁性層を有するメモリ素子が磁気シールド層によって磁気シールドされている磁気メモリ装置において、前記磁気シールド層が、少なくとも２層の軟磁性体層を含む積層構造からなり、この積層構造が高透磁率材料層と高飽和磁化材料層とを含むことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項３】
前記メモリ素子の側から順に、前記高透磁率材料層と前記高飽和磁化材料層とが配置されている、請求項１又は２に記載の磁気メモリ装置。
【請求項４】
前記高透磁率材料層及び前記高飽和磁化材料層を含む前記積層構造が、前記メモリ素子を封止してなるパッケージの上部及び／又は下部、或いは／並びに、前記パッケージ中における前記メモリ素子の上部及び／又は下部に配置されている、請求項１又は２に記載の磁気メモリ装置。
【請求項５】
前記高飽和磁化材料層と前記高透磁率材料層との厚さの比が４：１〜３：７である、請求項１又は２に記載の磁気メモリ装置。
【請求項６】
前記磁気メモリ装置内の内部磁界が３０Ｏｅ以下である、請求項５に記載の磁気メモリ装置。
【請求項７】
直流の外部磁界又は／及び交流の外部磁界に対する磁気遮断効果を有する、請求項１又は２に記載の磁気メモリ装置。
【請求項８】
前記高透磁率材料層が、
Ｎｉ７５〜７８重量％、Ｃｒ２〜３重量％、Ｃｕ４〜６重量％、Ｆｅ残部；
Ｎｉ７５〜８０重量％、Ｍｏ３〜５重量％、Ｃｕ１〜６重量％、Ｆｅ残部；
Ｎｉ７９〜８２重量％、Ｍｏ３．５〜６重量％、Ｆｅ残部；及び
Ｎｉ７５〜７８重量％、Ｍｏ３〜４．５重量％、Ｃｕ４〜６重量％、Ｆｅ残
部；
からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる軟磁性材料によって形成されており、かつ、前記高飽和磁化材料層が、
Ｓｉ２〜３重量％、Ｆｅ残部；
Ｃｏ４７〜５０重量％、Ｆｅ残部；
Ｃｏ３５〜４０重量％、Ｆｅ残部；
Ｃｏ２３〜２７重量％、Ｆｅ残部；及び
Ｃｏ４８〜５０重量％、Ｖ１〜３重量％、Ｆｅ残部；
からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる軟磁性材料によって形成されている、請求項１又は２に記載の磁気メモリ装置。
【請求項９】
前記高飽和磁化材料層が、平坦な若しくは凹凸のある膜状又は板状、或いは網目又はスリット等の貫通孔のある形状をなしている、請求項１又は２に記載の磁気メモリ装置。
【請求項１０】
前記磁化固定層と前記磁性層との間に絶縁体層又は導電体層が挟持され、前記メモリ素子の上面及び下面に設けられた配線にそれぞれ電流を流すことによって誘起される磁界で前記磁性層を所定方向に磁化して情報を書き込み、この書き込み情報を前記配線間でのトンネル磁気抵抗効果によって読み出すように構成された、請求項１に記載した磁気メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリ、いわゆる不揮発性メモリであるＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）として構成された磁気メモリ装置、又は磁化可能な磁性層を有するメモリ素子からなる磁気メモリ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信機器、特に携帯端末などの個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成するメモリやロジックなどの素子には、高集積化、高速化、低電力化など、一層の高性能化が要求されている。
【０００３】
特に不揮発性メモリは、ユビキタス時代に必要不可欠であると考えられている。電源の消耗やトラブルが生じた場合や、サーバーとネットワークが何らかの障害により切断された場合でも、不揮発性メモリは、個人情報を含めた重要な情報を保護することができる。
【０００４】
また、最近の携帯機器は、不要の回路ブロックをスタンバイ状態にしてできるだけ消費電力を抑えるように設計されているが、高速のワークメモリと大容量ストレージメモリを兼ねることができる不揮発性メモリが実現できれば、消費電力とメモリの無駄を無くすことができる。
【０００５】
また、高速の大容量不揮発性メモリが実現できれば、電源を入れると瞬時に起動できる“インスタント・オン”機能も可能になってくる。
【０００６】
上記のような不揮発性メモリとしては、半導体を用いたフラッシュメモリや、強誘電体を用いたＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ  ）なども挙げられる。
【０００７】
しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度がμ秒のオーダーと遅いという欠点がある。一方、ＦＲＡＭにおいては、書き換え可能回数が１０１２〜１０１４であり、完全にＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）に置き換えるには持久力（Ｅｎｄｕｒａｎｃｅ）が小さく、また強誘電体キャパシタの微細加工が難しいという問題が指摘されている。
【０００８】
そこで、これらの欠点を有さず、高速、大容量（高集積化）、低消費電力の不揮発性メモリとして注目されているのが、例えば、Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍａｇｎ．  ３３  （１９９７），  ４４９８に記載されているような、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ  ）と称される磁気メモリであり、近年のＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）材料の特性向上により、注目を集めるようになってきている。
【０００９】
特に、ＭＲＡＭは、ナノ磁性体特有のスピン依存伝導現象に基づく磁気抵抗効果を利用した半導体磁気メモリであり、外部から電力を供給することなしに記憶を保持できる不揮発性メモリである。
【００１０】
しかも、ＭＲＡＭは、構造が単純であるために高集積化が容易であり、また磁気モーメントの回転により記録を行うために書き換え可能回数が大であり、アクセス時間についても非常に高速であることが予想され、既に１００ＭＨｚで動作可能であることがＲ．Ｓｃｈｅｕｅｒｌｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ，  ＩＳＳＣＣ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ．１２８−１２９，Ｆｅｂ．２０００で報告されている。
【００１１】
こうしたＭＲＡＭについて更に詳細に説明すると、図２１に例示するように、ＭＲＡＭのメモリセルの記憶素子となるＴＭＲ素子６０は、支持基板５９上に設けられた、磁化が比較的容易に回転する記憶層５２と磁化固定層５４、５６とを含んでいる。
【００１２】
磁化固定層は第１の磁化固定層５４と第２の磁化固定層５６との２つの磁化固定層を持ち、これらの間には、これらの磁性固定層が反強磁性的に結合するような導体結合層５５が配置されている。記憶層５２と磁化固定層５４、５６とには、ニッケル、鉄又はコバルト、或いはこれらの合金からなる強磁性体が材質として用いられる。
【００１３】
また、導体結合層５５の材料としては、ルテニウム、銅、クロム、金、銀などが使用可能である。第２の磁化固定層５６は反強磁性体層５７と接しており、これらの層間に働く交換相互作用によって、第２の磁化固定層５６は強い一方向の磁気異方性を持つことになる。反強磁性体層５７の材料としては、鉄、ニッケル、白金、イリジウム、ロジウムなどのマンガン合金、コバルトやニッケル酸化物などを使用できる。
【００１４】
また、磁性層である記憶層５２と第１の磁化固定層５４との間には、アルミニウム、マグネシウム、シリコン等の酸化物又は窒化物等からなる絶縁体によるトンネルバリア層３が挟持されており、記憶層５２と第１の磁化固定層５４との磁気的結合を切るとともに、トンネル電流を流すための役割を担う。これらの磁性層及び導体層は主にスパッタリング法により形成されるが、トンネルバリア層５３は、スパッタリングで形成された金属膜を酸化もしくは窒化させることにより得ることができる。
【００１５】
トップコート層５１は、ＴＭＲ素子６０とこのＴＭＲ素子６０に接続される配線との相互拡散防止、接触抵抗低減及び記憶層５２の酸化防止という役割があり、通常は、Ｃｕ、Ｔａ、ＴｉＮ等の材料を使用できる。下地電極層５８は、ＴＭＲ素子６０と直列に接続されるスイッチング素子との接続に用いられる。この下地電極層５８は反強磁性体層５７を兼ねてもよい。
【００１６】
このように構成されたメモリセルにおいては、後述するように、磁気抵抗効果によるトンネル電流変化を検出して情報を読み出すが、その効果は記憶層と磁化固定層との相対磁化方向に依存する。
【００１７】
図２２は、一般的なＭＲＡＭの一部を簡略化して示す拡大斜視図である。ここでは、簡略化のために読み出し回路部分等は省略してあるが、例えば９個のＴＭＲ素子（メモリセル）６０を含み、相互に交差するビット線６１及び書き込み用ワード線６２を有する。これらの交点には、ＴＭＲ素子６０が配置されていて、このＴＭＲ素子６０への書き込みは、ビット線６１及び書き込み用ワード線６２に電流を流し、これらから発生する磁界の合成磁界によって、ビット線６１と書き込み用ワード線６２との交点にあるＴＭＲ素子６０の記憶層５２の磁化方向を磁化固定層に対して平行又は反平行にして書き込みを行う。
【００１８】
図２３は、メモリセルの断面を模式的に示していて、例えばｐ型シリコン半導体基板６３内に形成されたｐ型ウェル領域６４内に形成されたゲート絶縁膜６５、ゲート電極６６、ソース領域６７、ドレイン領域６８よりなるｎ型の読み出し用電界効果型トランジスタ（選択用トランジスタ）６９が配置され、その上部に、書き込み用ワード線６２、ＴＭＲ素子６０、ビット線６１が配置されている。
【００１９】
ソース領域６７には、ソース電極７０を介してセンスライン７１が接続されている。電界効果トランジスタ６９は、読み出しのためのスイッチング素子として機能し、ワード線６２とＴＭＲ素子６０との間から引き出された読み出し用配線７２がドレイン電極７３を介してドレイン領域６８に接続されている。なお、トランジスタ６９は、ｎ型又はｐ型電界効果トランジスタであってよいが、その他、ダイオード、バイポーラトランジスタ、ＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等、各種のスイッチング素子が使える。
【００２０】
図２４は、ＭＲＡＭの等価回路図を示すが、例えば６個のメモリセルを含み、相互に交差するビット線６１及び書き込み用ワード線６２を有し、これらの書き込み線の交点には、記憶素子６０と共に、記憶素子６０に接続されて読み出しの際に素子選択を行う電界効果トランジスタ６９及びセンスライン７１を有する。センスライン７１は、センスアンプ７３に接続され、記憶された情報を検出する。なお、図中の７４は双方向の書き込み用ワード線電流駆動回路、７５はビット線電流駆動回路である。
【００２１】
図２５は、ＭＲＡＭの書き込み条件を示すアステロイド曲線であって、印加された磁化容易軸方向磁界ＨＥＡ及び磁化困難軸方向磁界ＨＨＡによる記憶層磁化方向の反転しきい値を示している。このアステロイド曲線の外部に、相当する合成磁界ベクトルが発生すると、磁界反転を生じるが、アステロイド曲線の内部の合成磁界ベクトルは、その電流双安定状態の一方からセルを反転させることはない。また、電流を流しているワード線及びビット線の交点以外のセルにおいても、ワード線又はビット線単独で発生する磁界が印加されるため、それらの大きさが一方向反転磁界ＨＫ以上の場合は、交点以外のセルの磁化方向も反転してしまうため、合成磁界が図中の灰色の領域にある場合のみに、選択されたセルを選択書き込みが可能となるようにしておく。
【００２２】
このように、ＭＲＡＭでは、ビット線とワード線の２本の書き込み線を使用することにより、アステロイド磁化反転特性を利用して、指定されたメモリセルだけが磁性スピンの反転により選択的に書き込むことが一般的である。単一記憶領域における合成磁化は、それに印加された磁化容易軸方向磁界ＨＥＡと磁化困難軸方向磁界ＨＨＡとのベクトル合成によって決まる。ビット線を流れる書き込み電流は、セルに磁化容易軸方向の磁界ＨＥＡを印加し、またワード線を流れる電流は、セルに磁化困難軸方向の磁界ＨＨＡを印加する。
【００２３】
図２６は、ＭＲＡＭの読み出し動作を説明するものである。ここでは、ＴＭＲ素子６０の層構成を概略図示しており、上記した磁化固定層を単一層７６として示し、記憶層５２及びトンネルバリア層５３以外は図示省略している。
【００２４】
即ち、上記したように、情報の書き込みは、マトリックス状に配線したビット線６１とワード線６２との交点の合成磁場によりセルの磁性スピンを反転させて、その向きを“１”、“０”の情報として記録する。また、読み出しは、磁気抵抗効果を応用したＴＭＲ効果を利用して行なうが、ＴＭＲ効果とは、磁性スピンの向きによって抵抗値が変化する現象であり、磁性スピンが反平行の抵抗の高い状態と、磁性スピンが平行の抵抗の低い状態により、情報の“１”、“０”を検出する。この読み出しは、ワード線６２とビット線６１との間に読み出し電流（トンネル電流）を流し、上記の抵抗の高低に応じた出力を上記した読み出し用電界効果トランジスタ６９を介してセンスライン７１に読み出すことによって行う。
【００２５】
上記したように、ＭＲＡＭは、高速かつ不揮発性の大容量メモリとして期待されるが、記憶の保持に磁性体を用いているため、外部磁界の影響によって情報が消去されたり、或いは書きかえられてしまうという問題がある。図２５で述べた磁化容易軸方向の反転磁界及び磁化困難軸方向の反転磁界ＨＳＷは、材料にもよるが２０〜２００エルステッド（Ｏｅ）であり、電流に換算すると数ｍＡ（Ｒ．Ｈ．Ｋｏｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８４，５４１９（２０００），    Ｊ．Ｚ．Ｓｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，２００１  ８ｔｈ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ参照）と小さいからである。しかも、書き込み時の保磁力（Ｈｃ）は例えば数Ｏｅ〜１０Ｏｅ程度であるため、それ以上の外部磁界による内部漏洩磁界が作用すれば、所定のメモリセルに選択的に書き込みを行うことが不可能となることがある。
【００２６】
従って、ＭＲＡＭの実用化へのステップとして、外部磁気対策、即ち素子を外部の電磁波からシールドする磁気シールド構造の確立が切望されている。
【００２７】
ＭＲＡＭが実装されて使用される環境は、主として高密度実装基板上であり、電子機器内部である。電子機器の種類にもよるが、近年の高密度実装の発達により、高密度実装基板上は半導体素子や通信用素子、超小型モータなどが高密度に実装されており、また、電子機器内部にはアンテナ素子や各種メカニカル部品、電源などが高密度実装され、１つの機器を構成している。
【００２８】
このように混載が可能であることは、不揮発性メモリとしてのＭＲＡＭの特長の１つであるが、ＭＲＡＭの周囲には直流、低周波数から高周波数に亘る広い周波数範囲の磁界成分が混在する環境となっているので、ＭＲＡＭの記録保持の信頼性確保のためには、ＭＲＡＭ自身の実装方法やシールド構造を工夫することにより外部磁界からの耐性を向上させることが求められている。
【００２９】
こうした外部磁界の大きさとしては、例えばクレジットカードや銀行のキャッシュカードのような磁気カードでは、５００〜６００Ｏｅの磁界に対して耐性を持たせることが規定されている。このため、磁気カードの分野ではＣｏ被覆γ−Ｆｅ２Ｏ３やＢａフェライトなどの保磁力の大きな磁性材料を用いて対応している。また、プリペイドカードの分野でも３５０〜６００Ｏｅのような磁界に対して耐性を持つ必要がある。ＭＲＡＭ素子は電子機器筐体内に実装され、持ち運ぶことも想定されるデバイスであるので、磁気カード類と同等の強い外部磁界からの耐性を持たせる必要があり、特に上記した理由から内部（漏洩）磁界の大きさを３０Ｏｅ以下、望ましくは２０Ｏｅ以下に抑える必要がある。
【００３０】
ＭＲＡＭの磁気シールド構造としては、ＭＲＡＭ素子のパシベーション膜に絶縁性のフェライト（ＭｎＺｎ及びＮｉＺｎフェライト）層を使うことにより磁気シールド特性を持たせる提案がなされている（後述の特許文献１参照）。また、パーマロイのような高透磁率磁性体をパッケージの上及び下から取り付けることにより磁気シールド効果をもたせ、内部素子への磁束の侵入を防ぐ提案がなされている（後述の特許文献２参照）。更に、軟鉄等の磁性材料により素子にシールド蓋を被せる構造が開示されている（後述の特許文献３参照）。
【００３１】
【特許文献１】
米国特許第５，９０２，６９０号明細書及び図面（第５欄、ＦＩＧ．１及びＦＩＧ．３）
【特許文献２】
米国特許第５，９３９，７７２号明細書及び図面（第２欄、Ｆｉｇ．１及びＦｉｇ．２）
【特許文献３】
特開２００１−２５０２０６号公報（第５頁右欄、図６）
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＲＡＭのメモリセルへの外部磁束の侵入を防ぐためには、高い透磁率を持つ磁性材料を素子の周囲に巡らせ、磁束を内部へ侵入させない磁路を設けることが最も重要である。
【００３３】
しかしながら、特許文献１（米国特許第５，９０２，６９０号）のように素子のパッシベーション膜をフェライトで形成すると、フェライト自身の飽和磁化が低い（一般的なフェライト材料で０．２〜０．５テスラ（Ｔ））ため、外部磁界の侵入を完全に防ぐことが不可能である。フェライト自身の飽和磁化はＮｉＺｎフェライトで０．２〜０．３５Ｔ、ＭｎＺｎフェライトでは０．３５〜０．４７Ｔ程度であるが、ＭＲＡＭ素子へ侵入する外部磁界の大きさは数１００Ｏｅと大きいため、フェライト程度の飽和磁化ではフェライトの磁気飽和により透磁率はほぼ１となり、機能しなくなる。
【００３４】
また、特許文献１には、膜厚の記述はないが、通常パッシベーション膜では高々０．１μｍ程度であるため、磁気シールド層としては薄すぎることからも、効果はほとんど期待できない。しかも、フェライトをパッシベーション膜に用いる場合、フェライトは酸化物磁性体であるため、スパッタ法により成膜するときには酸素欠損が生じ易く、完全なフェライトをパッシベーション膜として用いることは困難である。
【００３５】
また、特許文献２（米国特許第５，９３９，７７２号）では、パッケージの上下をパーマロイ層で覆う構造が記述されており、パーマロイを用いることによりフェライトパッシベーション膜よりも高いシールド性能が得られる。しかしながら、特許文献２に開示されているミューメタル（Ｍｕ  Ｍｅｔａｌ）の透磁率はμｉ＝１００，０００程度と極めて高いものの、飽和磁化は０．７〜０．８Ｔと低く、容易に外部磁界に対し飽和してμ＝１となってしまうため、完全な磁気遮蔽効果を得るためにはシールド層の厚さはかなり厚くなければならないという欠点がある。
【００３６】
従って、実用上、数１００Ｏｅの磁界を侵入させないための構造としては、パーマロイの飽和磁化が小さすぎること、並びにその厚さが薄すぎることの両面から、磁気シールド層として不完全である。
【００３７】
また、特許文献３（特開２００１−２５０２０６号）では、軟鉄などを用いた磁気シールド構造が開示されているが、これは素子上部を覆うのみであるために磁気シールドが不完全となると共に、軟鉄の飽和磁化は１．７Ｔ、透磁率はμｉで３００程度と、磁気特性が不十分である。従って、特許文献３に記述されている構造にて磁気シールドを行ったとしても、外部磁界の侵入を完全に防ぐことは極めて困難である。
【００３８】
本発明は、上記の如き実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、大きな外部磁界に対しても十二分にＭＲＡＭ素子等を磁気的にシールドし、ＭＲＡＭ素子等が適用される環境からの磁界に対して問題のない動作を保証することを可能とし、小型化、軽量化にも貢献することにある。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化方向の変化が可能な磁性層とが積層されてなるメモリ素子からなる磁気ランダムアクセスメモリとして構成され、前記メモリ素子が磁気シールド層によって磁気シールドされている磁気メモリ装置、又は、磁化可能な磁性層を有するメモリ素子が磁気シールド層によって磁気シールドされている磁気メモリ装置において、前記磁気シールド層が、少なくとも２層の軟磁性体層を含む積層構造からなり、この積層構造が高透磁率材料層と高飽和磁化材料層とを含むことを特徴とする磁気メモリ装置に係わるものである。
【００４０】
本発明者は、本発明を案出する過程において、高感度磁気測定器やＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｅ）等を数百Ｏｅ程度の大きな外部磁界から遮蔽するための磁気シールド構造として、図２７に示すようなシールド構造が知られていることに着目した。これは、作業空間８０をまず高透磁率材料層７８で覆い、この外側を更に高飽和磁化材料層７７で覆う構造体である（例えば、太田恵造、「磁性材料選択のポイント」日本規格協会出版を参照）。
【００４１】
通常のシールド構造であれば、外部から数１００Ｏｅの大きな磁界が掛かる際には、飽和磁化が小さい磁性体を使用しているために、この磁性体が容易に磁気飽和して内部に大きな磁界が侵入してしまう。ところが、図２７の構造では、まず飽和磁化の大きな磁性体である高飽和磁化材料層７７を配置して外部磁界を吸収して弱め、更に、この弱められた外部磁界をその内側にて透磁率の高い高透磁率材料層７８により外部へ透過させることによって、内部磁界強度を下げ、磁気シールド効果を高めることができる。
【００４２】
本発明は、こうした磁気シールド構造を、非常に小さい内部磁界強度が要求されるＭＲＡＭ等に効果的に応用したものである。即ち、ＭＲＡＭにおいて、前記磁気シールド層を少なくとも２層の前記軟磁性体層を含む前記積層構造によって形成しているので、外部磁界を前記高飽和磁化材料層によって吸収して弱め、かつ弱められた外部磁界を更に前記高透磁率材料層によって外部へ透過させて十二分に減少させることができるために、磁気メモリ装置の内部磁界強度を特に３０Ｏｅ以下に低下させることができ、ＭＲＡＭにとって好適な磁気シールド効果を得ることができる。従って、このような磁気シールド層をＭＲＡＭ素子に適用することによって、外部印加磁界に対し特に影響を受け易い（特に書き込み時の保磁力が１０Ｏｅ以下の）ＭＲＡＭにとって極めて有用で高性能な磁気遮蔽効果を実現することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の磁気メモリ装置においては、磁気シールド効果を発揮するために、前記メモリ素子の側から順に、前記高透磁率材料層と前記高飽和磁化材料層とが配置されているのが望ましいが、この順序は逆であっても差支えない。
【００４４】
また、前記高透磁率材料層及び前記高飽和磁化材料層を含む前記積層構造が、その磁気シールド効果を有効に発揮し、実装基板への実装も考慮すれば、前記メモリ素子を封止してなるパッケージの上部及び／又は下部、或いは／並びに、前記パッケージ中における前記メモリ素子の上部及び／又は下部に配置されているのが望ましい。
【００４５】
また、磁気シールド効果を効果的に発揮するために、前記高飽和磁化材料層と前記高透磁率材料層との厚さの比が４：１〜３：７であるのが望ましい。
【００４６】
また、直流の外部磁界又は／及び交流の外部磁界に対する磁気遮断効果を有するように構成するのが望ましい。
【００４７】
また、前記高透磁率材料層が、Ｎｉ７５〜７８重量％、Ｃｒ２〜３重量％、Ｃｕ４〜６重量％、Ｆｅ残部；Ｎｉ７５〜８０重量％、Ｍｏ３〜５重量％、Ｃｕ１〜６重量％、Ｆｅ残部；Ｎｉ７９〜８２重量％、Ｍｏ３．５〜６重量％、Ｆｅ残部；及びＮｉ７５〜７８重量％、Ｍｏ３〜４．５重量％、Ｃｕ４〜６重量％、Ｆｅ残部；からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる軟磁性材料によって形成されているのが望ましい。
【００４８】
また、前記高飽和磁化材料層が、Ｓｉ２〜３重量％、Ｆｅ残部；Ｃｏ４７〜５０重量％、Ｆｅ残部；Ｃｏ３５〜４０重量％、Ｆｅ残部；Ｃｏ２３〜２７重量％、Ｆｅ残部；及びＣｏ４８〜５０重量％、Ｖ１〜３重量％、Ｆｅ残部；からなる群より選ばれた少なくとも１種からなる軟磁性材料によって形成されているのが望ましい。
【００４９】
また、前記高飽和磁化材料層が、平坦な膜状又は板状をなしている以外に、その磁気飽和を更に効果的に抑制するには、凹凸のある膜状又は板状、或いは網目又はスリット等の貫通孔のある形状をなしているのが望ましい。
【００５０】
また、本発明はＭＲＡＭに好適であるが、このようなＭＲＡＭは、前記磁化固定層と前記磁性層との間に絶縁体層又は導電体層が挟持され、前記メモリ素子の上面及び下面に設けられたビット線及びワード線としての配線にそれぞれ電流を流すことによって誘起される磁界で前記磁性層を所定方向に磁化して情報を書き込み、この書き込み情報を前記配線間でのトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）によって読み出すように構成されるのがよい。
【００５１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
【００５２】
図１〜図３は、本実施の形態による各種の磁気シールド構造を有するＭＲＡＭのパッケージをそれぞれ例示するものである。
【００５３】
これらの例では、図２１〜図２３に示したＭＲＡＭ素子（メモリセル部及び周辺回路部も含めたチップ）３０がダイパッド４０上に設けられ、実装基板（図示せず）に接続される外部リード３１を除いてモールド樹脂（例えばエポキシ樹脂）等の封止材３２によって封止されている（ここでは、ＭＲＡＭ素子３０は、既述したＭＲＡＭと同様の構造及び動作原理を有するので、その説明は省略し、またダイパッド４０を含めたリードフレームは簡略に図示している）。
【００５４】
図１（ａ）は、高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３を順次積層してなる磁気シールド層４８を封止材３２の上面及び下面にそれぞれ配置する例、図１（ｂ）は、高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３との積層順を入れ替えた例、及び図１（ｃ）は、高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３との間に中透磁率材料層２７と中飽和磁化材料層２６とを形成して４層からなる磁気シールド層４８とした例をそれぞれ示す。
【００５５】
図２は、封止材３２中において高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３との積層体を、ＭＲＡＭ素子３０の上部とダイパッド４０の下部にそれぞれ非接触に埋設した例、及び図３は、封止材３２中において高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３との積層体をＭＲＡＭ素子３０の上部とダイパッド４０の下部にそれぞれ接して埋設した例を示す。
【００５６】
ここで、高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３とからなる磁気シールド層４８を固定するには、例えば、封止材３２による封止後に封止材３２の上面及び下面に接着するか、或いは封止時に予めＭＲＡＭ素子３０の上及びダイパッド４０下において金型内に配置するか或いは接着しておけばよい。
【００５７】
いずれの場合でも、ＭＲＡＭ素子３０が、磁気シールド層間に配置されたサンドウィッチ構造をなし、磁気シールド層がＭＲＡＭのパッケージと一体化されているが、これは実装基板（回路基板）への実装を考慮すると最も望ましい構造であり、図１〜３に示したいずれの磁気シールド構造においても、ＭＲＡＭ素子３０を外部印加磁界から十二分に磁気シールドする効果を有する。
【００５８】
上記の何れの例においても、磁気シールド層は外部との間で閉じた磁気回路を形成していないが、この状態であっても外部印加磁界を効果的に集めて磁気シールドをすることができる。また、磁気シールド層はＭＲＡＭ素子３０の上部及び下部にそれぞれ存在するのがよいが、少なくとも一方（特にＭＲＡＭ素子３０の表面側）に存在していても、磁気シールド効果を発揮することができる。
【００５９】
また、図１〜図３に示した磁気シールド層４８は、平坦な膜又は箔又は平板からなっているが、これに限らず、図４（ａ）に示すように、高飽和磁化材料層３３に凹凸３５を設けた形状や、図４（ｂ）に示すように、高飽和磁化材料層３３に網状又はスリット状等の貫通孔３６を設けた形状としてもよい。
【００６０】
このように、図４（ａ）及び（ｂ）の形状の高飽和磁化材料層３３を有する磁気シールド層においては、その周辺端部のみならず凹凸３５や貫通孔３６の部分での形状異方性によって、外部印加磁界に対する反磁界が発生し、磁気飽和し難く、高特性のシールド効果を有するものとなる。
【００６１】
図１〜図４に示した磁気シールド構造はいずれも、高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３とからなる磁気シールド層４８を有していて、これらの層のうち、高飽和磁化材料層３３（更には中飽和磁化材料層２６）によって外部磁界が吸収されて弱められ、この弱められた外部磁界が更に高透磁率材料層４１（更には中透磁率材料層２７）によって外部へ透過させることができるので、ＭＲＡＭ素子３０に作用する内部磁界強度を十二分に低下させることができ、磁気シールド効果が十分に発揮される。
【００６２】
また、磁気シールド層４８は封止材３２中又は封止材３２上の所定位置に容易かつ高精度に配置することができるため、例えば、３００Ｏｅ〜５００Ｏｅの外部印加磁界が作用しても、ＭＲＡＭ素子３０に対する内部磁界を常に３０Ｏｅ以下に抑え、正常動作条件を十二分に満たすことができる。
【００６３】
また、ＭＲＡＭ素子が適用される環境からの磁界に対して問題なく動作保証の出来る製品を供給することが可能となり、また薄型に出来るために高密度実装に適する構造となる。更に、直流磁界だけではなく交流磁界に対しても磁気シールド効果を有することができる。
【００６４】
次に、本発明者は上記のＭＲＡＭ素子３０の正常な動作を保証するために、例えば、ＭＲＡＭ素子３０の内部へ１００Ｏｅ以上の大きな外部磁界が印加されたとしても、ＭＲＡＭ素子３０の内部磁界が３０Ｏｅ以下になるような性能を目的として実験し、検討を行った。
【００６５】
図５には、実験時の概略図を示すが、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの２枚の磁気シールド層２８を０．４ｍｍの間隔で配置し、その中心部（空洞部）にガウスメータ３７を配置して、３００Ｏｅ及び５００Ｏｅの直流磁界を磁気シールド層と平行に印加し、ガウスメータ３７を磁気シールド層と平行に移動させることにより、端部から中心部までの内部磁界強度（磁気シールド層からの漏洩磁界強度）を測定し、効果的な磁気シールド材料を検討した。
【００６６】
この実験においては、まず、高透磁率合金として知られるＦｅ−Ｎｉ系合金であるパーマロイを用いて、高透磁率材料層４１のみの単層からなる磁気シールド層２８を構成した。
【００６７】
実用上、ＭＲＡＭ素子３０は、多ピン型のＱＦＰパッケージ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）等に組み立てられて用いられる。そして、そのパッケージの厚みは、外部リード３１が１６０ｐｉｎＱＦＰタイプで約３．４５ｍｍ、２０８ｐｉｎＱＦＰタイプで約３．６ｍｍであり、何れもパッケージの長さが２８ｍｍ、パッケージ下面と基板との間の距離が約３００μｍである。従って、実用上、磁気シールド層の厚さとしては最大で３００μｍ程度になるが、実装工程上のハンドリングのし易さを考慮すると１５０μｍ以下に抑えることが望ましい。
【００６８】
このような実際条件の制約から、最も薄くかつ磁気シールドが効果的な磁気シールド構造を種々検討した。
【００６９】
例えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、高透磁率材料層４１としてＮｉ７９重量％、Ｆｅ残部のパーマロイ箔（厚み２００μｍ）をパッケージの上部及び下部へ実装した際の正面図を示す。ここで、図６（ａ）においては、高透磁率材料層４１は省略してあるが正面側の外部リード３１は示し、また、図６（ｂ）のおいては、高透磁率磁性材料層４１は示しているが正面側の外部リード３１は省略している。
【００７０】
図７には、内部磁界強度（Ｏｅ）と測定距離（シールド長さｍｍ）との特性を表すグラフを示すが、これは、磁気シールド層として上記のＦｅ−Ｎｉ系の高透磁率材料層４１（高μ材）のみを用いたＭＲＡＭパッケージを用いて、外部印加磁界を５００Ｏｅとした時のＭＲＡＭパッケージ内部の磁界強度分布を示すものである。
【００７１】
そして、外部から５００Ｏｅの強い磁界が印加された場合に、Ｎｉ７９重量％、Ｆｅ残部のパーマロイ箔（厚み２００μｍ）からなる高透磁率材料層４１は、磁気的な飽和に至るために外部磁界を吸収しきれなくなり、ＭＲＡＭパッケージの中央部において内部磁界強度が４００Ｏｅ以上となってしまい、内部の磁気シールド効果がほとんど消滅することが分かった。
【００７２】
従って、例えば、特許文献２（米国特許第５，９３９，７７２号）に示すようなＭｕ  Ｍｅｔａｌ層を高透磁率材料層４１の材質として配置する構造をとったとしても、実用上は磁気シールド効果を期待することは困難であった。
【００７３】
一方、図８には、磁気的な飽和を防ぐため、飽和磁化の高い材料である高飽和磁化材料（高Ｍｓ材：Ｃｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部）３３のみにて、ＭＲＡＭパッケージを磁気シールドした場合のパッケージ内部の磁界分布を示した。ここで、外部印加磁界の強度は３００Ｏｅ、５００Ｏｅ及び７００Ｏｅの３種類とした。
【００７４】
高飽和磁化材料層３３には、Ｃｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部のパーメンジュール合金（厚さ２００μｍ）を用いたので、磁気的な飽和状態は若干防げるものの、ＭＲＡＭ素子３０の内部では、３００Ｏｅ印加時であっても４７Ｏｅとなり、５００Ｏｅの外部磁界印加時には磁気的に飽和してしまって２８２Ｏｅとなり、７００Ｏｅ印加時には４８８Ｏｅとなって、いずれも目標値である３０Ｏｅよりも大きい磁界強度がＭＲＡＭ素子３０内部に印加されてしまう。
【００７５】
そこで、より効果的なシールド構造とするために、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、本発明に基づいて、２層構造の磁気シールド層を作製した。図９（ａ）においては、高飽和磁化材料層３３及び高透磁率材料層４１は省略してあるが正面側の外部リード３１は示し、また、図９（ｂ）においては、高飽和磁化材料層３３及び高透磁率材料層４１は示しているが正面側の外部リード３１は省略している。
【００７６】
最外層には高飽和磁化材料層３３として、Ｃｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部のパーメンジュール合金（飽和磁化Ｍｓ＝２．３Ｔ）を用い、内側には高透磁率材料層４１として、Ｎｉ７５％、Ｍｏ５％、Ｃｕ１％、Ｆｅ残部のスーパーマロイ合金（初透磁率μｉ＝１００，０００）を用いた。
【００７７】
ここで、実際の作製工程は下記のようになる。まず、高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３とからなる磁気シールド層４８を形成するために、所定の厚さに整えられた各磁気シールド箔同士を、例えば、重ね合わせてプレス工程等により圧接するか、或いは、薄い接着フィルム（厚さ１０μｍ程度）を用いて接着した後に、これを所定の大きさに切断加工しておく。
【００７８】
続いて、ＱＦＰ１６０ｐｉｎタイプパッケージの磁気シールド層形成の場合には、通常の封止材３２の作製工程に従って、モールドパッケージを形成した。そして、この上下面に、上記の高透磁率材料層４１と高飽和磁化材料層３３とからなる磁気シールド層を薄い接着フィルム（例えば、厚さ１０μｍ程度）により接合した。
【００７９】
ここで、磁気シールド層の上下の間隔が多少変動しても磁気シールド効果にはほとんど影響はないために、接着層の厚みによる磁気シールド効果への影響は無視することができる。
【００８０】
このようにして作製された磁気シールド層付のＭＲＡＭパッケージは、通常の実装機器によって回路基板等に実装された後に、リフロー工程等を経て回路基板に半田付けした。このリフロー工程における加熱は通常２６０℃程度であるために磁気シールド材料の磁気特性を劣化させるものではない。
【００８１】
図１０には、磁気シールド層の外層を形成するＣｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部のパーメンジュール合金層３３、及び、内層を形成するＮｉ７５％、Ｍｏ５％、Ｃｕ１％、Ｆｅ残部のスーパーマロイ合金層４１の厚さをそれぞれ１００μｍとし、磁気シールド層の全体厚さを２００μｍとした時のＭＲＡＭパッケージ内部の内部磁界強度を示す。そして、外部印加磁界強度は３００Ｏｅとした。
【００８２】
この結果、内部磁界強度は１７．２Ｏｅとなり、目標値である３０Ｏｅよりも低い値となり、各磁性材料層４１又は３３を単独で磁気シールド層とした図７や図８の結果と比較して、磁気シールド効果が大きく向上することが判明した。
【００８３】
図１１には、磁気シールド層の内層をＣｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部のパーメンジュール合金層３３で形成し、外層をＮｉ７５％、Ｍｏ５％、Ｃｕ１％、Ｆｅ残部のスーパーマロイ合金層４１で形成し、厚さをそれぞれ１００μｍとし、磁気シールド層の全体厚さを２００μｍとした時のＭＲＡＭパッケージ内部の内部磁界強度を示す。そして、外部磁界印加強度は３００Ｏｅとした。
【００８４】
この結果、内部磁界強度は１９．４Ｏｅとなり、図１０に示した内部磁界強度（１７．２Ｏｅ）と比較すると、若干、磁気シールド性能は劣るものの、目標値である３０Ｏｅよりも低い値となる。この例においても、各磁性材料層４１又は３３を単独で磁気シールド層とした図７や図８の結果と比較して、磁気シールド効果が大きく向上することが判明した。
【００８５】
続いて、より効果的な磁気シールド構造を調べるために、材料については、外層をＣｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部のパーメンジュール合金層３３（飽和磁化Ｍｓ＝２．３Ｔ）とし、内層をＮｉ７５％、Ｍｏ５％、Ｃｕ１％、Ｆｅ残部のスーパーマロイ合金層４１のスーパーマロイ合金（初透磁率μｉ＝１００，０００）に固定して、これらの合計厚さを２００μｍと固定し、２層の厚さのみをそれぞれ変化させて実験を行った。その時のパッケージ中央部での内部磁界強度（以下、同様）を図１２の表１にまとめた。
【００８６】
この結果から、内側の高透磁率材料層４１の厚さが増加すると、一旦磁気シールド効果は高くなるが、磁気シールド層のほとんどを高透磁率材料層４１に置き換えてしまうと、外側の高飽和磁化材料層３３が殆ど存在しなくなってしまうために、飽和磁化が低下し、内部磁界強度が３０Ｏｅを超えてしまって、磁気シールド効果が劣化することが判明した。
【００８７】
なお、本例では、内部磁界強度を３０Ｏｅ以下とすることが目標であるために、これを実現するには、高飽和磁化材料層３３と高透磁率材料層４１との厚さの比率は、４：１（１６０μｍ：４０μｍ、３０Ｏｅ）〜３：７（６０μｍ：１４０μｍ、３０Ｏｅ）であるのが好ましく、更には、３：２（１２０μｍ：８０μｍ、１５Ｏｅ）付近が最も好ましいということが分かった。
【００８８】
続いて、高飽和磁化材料層３３と高透磁率材料層４１との厚さの比率を各々一定に保ちつつ、これら２層の合計厚さを変化させて薄くしていった時の内部の磁界強度を測定した。この結果を図１３の表２に示す。
【００８９】
この結果から、３００Ｏｅの外部印加磁界時では、合計厚みがより厚くなるに従って磁気シールド効果が良くなる傾向があるが、例えば、高飽和磁化材料層３３の厚さを１００μｍとし、高透磁率材料層４１の厚さを６７μｍとして合計厚さを１６７μｍとしても内部磁界強度が１９Ｏｅとなり、比較的良好な磁気シールド効果を確保できることが分かった。
【００９０】
そして、この結果から、２層構造の磁気シールド層の外側に高飽和磁化のＣｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部のパーメンジュール合金を用い、内側にＮｉ７５％、Ｍｏ５％、Ｃｕ１％、Ｆｅ残部のスーパーマロイ合金を用いた場合、厚さをそれぞれ１００μｍ及び６７μｍとし、合計厚さを２００μｍ以下としても磁気シールド効果を発揮できることが分かった。
【００９１】
続いて、この磁気シールド構造を保ったまま、パッケージサイズが種々変化したときの効果について測定を行った。
【００９２】
近年の高密度実装の進展により、パッケージ構造はＱＦＰだけでなく、ＳＯＰ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＬＱＦＰ（Ｌｏｗ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＬＦＢＧＡ（Ｌｏｗ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ｆｉｎｅ  Ｐｉｔｃｈ  Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＬＦＬＧＡ（Ｌｏｗ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ｆｉｎｅ  Ｐｉｔｃｈ  Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ  Ｐａｃｋａｇｅ）等のように高密度化及び多ピン化してきている。
【００９３】
また、各種パッケージの大きさについても、例えば、一辺が１０ｍｍのものから最大４０ｍｍ程度のものまで、様々なパッケージ形態が実用化されている。そして、ＭＲＡＭ素子の応用形態に併せてこれらのパッケージが種々適用されるが、その際に、パッケージ寸法によって磁気シールド性能が劣化しないように配慮する必要がある。
【００９４】
通常、図８に示すように、パッケージの端部から中心部へ至るまでの磁界の様子は、パッケージの両端部が最も磁界の強度が大きく、内部へ進むにつれて小さくなる傾向がある。しかし、磁気シールド層が磁気的に飽和している状態では、ある距離から再び磁界強度が大きくなり、パッケージの中心部で極大値を示すことになる。このようなプロファイルが存在するため、実際には、磁気シールド層の一辺の長さにより内部磁界強度は様々に変化すると考えられる。
【００９５】
これまでの実験及び検討は、ＱＦＰ１６０ｐｉｎパッケージを想定し、磁気シールド層の一辺の長さを２８ｍｍとし、上下の磁気シールド層間の距離を３．４５ｍｍに固定して行ってきた。その結果、最外層に高飽和磁化特性を有するＣｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部のパーメンジュール合金層を用い、内側にＮｉ７５％、Ｍｏ５％、Ｃｕ１％、Ｆｅ残部のスーパーマロイ合金をそれぞれ１００μｍ及び６７μｍの厚さで配置する構造がシールド性能がよく、しかも薄くすることができることが分かった。
【００９６】
次に、それぞれの磁性材料層３３及び４１の厚さを保ちつつ、その一辺の長さを１０ｍｍ〜４０ｍｍに変化させたときのパッケージ中心部の磁界強度分布を図１４の表３に示した。
【００９７】
この結果、磁気シールド層の一辺の長さが３０ｍｍ以下の場合は内部磁界強度が３０Ｏｅ以下となり、ほぼ有効な磁気シールド特性を保つことができるが、４０ｍｍ以上になると１００Ｏｅを超えてしまい、磁気シールド層の中央部の磁気飽和に伴って外部磁界が内部に侵入してしまうということが判明した。
【００９８】
従って、本例の磁気シールド構造を用いることによって、通常のパッケージにおいて、厚さが高飽和磁化材料層３３を１００μｍ、高透磁率材料層４１を６７μｍとする条件下では、一辺が３０ｍｍを超えない範囲であれば、ほぼ全てのパッケージ構造に適応可能であるということが明らかになった。
【００９９】
即ち、従来のＳＯＰ、ＱＦＰ、ＬＱＦＰ、ＢＧＡ、ＬＦＢＧＡ及びＬＦＬＧＡ等のパッケージ全般に問題なく適応される。しかし、パッケージの条件が変化すると、一辺の長さの許容長さ等の条件も変化するために、全ての状況で３０ｍｍ以下でなければならないというわけではない。
【０１００】
一方、パッケージの厚みは近年著しく低背化してきており、厚いものでも３．５ｍｍ〜４ｍｍであり、薄いものでは１ｍｍ〜１．５ｍｍのものが実用に供されている。従って、磁気シールド層間の間隔も１ｍｍ〜４ｍｍに変化する可能性がある。
【０１０１】
そこで、通常のパッケージにおいて、厚さが高飽和磁化材料層３３を１００μｍ、高透磁率材料層４１を６７ｍｍとして最も良い磁気シールド特性が得られた構造条件において、磁気シールド層の一辺の長さが１０ｍｍで一定値の場合の内部磁界強度と磁気シールド層間の間隔（１ｍｍ〜４ｍｍ）との関係を調べた。その結果を図１５の表４に示す。
【０１０２】
この結果、磁気シールド層の間隔が４ｍｍから１ｍｍへと狭くなっていっても、パッケージの中心部の磁界強度は、例えば、外部印加磁界強度が３００Ｏｅの場合には１４Ｏｅ〜９Ｏｅとなって、３０Ｏｅ以下となると共に、あまり変化がないということが明らかになった。
【０１０３】
このうち、図１６に示すように、磁気シールド層間の間隔が例え４ｍｍであっても、外部磁界強度が３００Ｏｅの場合のパッケージ端部からの磁界強度プロファイルにおいては、内部磁界強度を１４Ｏｅまで低下させることができた。
【０１０４】
また、図１７に示すように、磁気シールド層の間隔が１ｍｍであれば、外部磁界強度が３００Ｏｅの場合のパッケージ端部からの磁界強度プロファイルにおいては、内部磁界を９Ｏｅまで低下させることができた。
【０１０５】
これらの図１６の結果と図１７の結果とを比較すると、磁気シールド層の間隔が狭まると、内部磁界強度を更に低下させやすくなると共に、磁界が磁気シールドされる部分の有効長さがやや大きくなるという利点があるということが判明した。
【０１０６】
以上の結果から、構造的には磁気シールドを２層で構成し、その外側には高飽和磁化材料層３３を配置し、内側には高透磁率材料層３３を配置するのが効果的であることが明らかになった。
【０１０７】
ここで、この磁気シールド層の実用化を念頭においた場合に、材料の選定においては、コスト、加工のし易さ、熱処理加工の有無及び熱膨張係数等の諸特性が影響すると考えられる。各層に用いる材料を種々検討した結果を示すと、まず、内側の層をＮｉ７５％、Ｍｏ５％、Ｃｕ１％、Ｆｅ残部のスーパーマロイ合金で一定とし、外側の層を飽和磁化の高い純鉄、ＦｅＳｉＢ又はケイ素鋼板等とし、用いた材料の特性及び結果を図１８の表５に示した。
【０１０８】
続いて、外側の高飽和磁化材料層３３の材質をＣｏ４９％、Ｖ２％、Ｆｅ残部のパーメンジュール合金で固定し、内側の高透磁率材料層４１の材質をパーマロイ又はＣｏ系アモルファス等とし、用いた材料の特性及び結果を図１９の表６に示した。
【０１０９】
この結果、図１８の表５によれば、外側の層を飽和磁化の高い純鉄、ＦｅＳｉＢ又はケイ素鋼板等にした場合に、何れの例でも、内部磁界強度が３０Ｏｅ以下となるので、材質としてふさわしいと言える。
【０１１０】
また、図１９の表６によれば、パーマロイでも内部磁界強度が３０Ｏｅ以下となって十分特性が得られるが、上記のＣｏ系アモルファスのみならず、センダスト、ファインメット（登録商標）等でも、内部磁界強度が３０Ｏｅ以下となり、同等の効果が十分に得られることが判明した。
【０１１１】
次に、パーマロイの透磁率（任意単位）と周波数（Ｈｚ）との特性を図２０に示すが、有効な透磁率の最低値を２×１０４と仮定すると、直流〜数ｋＨｚ付近までは良好な透磁率を示すので、パーマロイを用いた本例の磁気シールド構造の適応周波数は、直流磁界のみならず交流磁界にも適応可能である。
【０１１２】
なお、外側に高飽和磁化材料層３３を配置することが有効であるが、これに限らず、高透磁率材料層４１が外層に、高飽和磁化材料層３３が内側に配置されていても、磁気シールド効果を十分に有することは、図１１に示した結果から理解することができる。
【０１１３】
以上に説明した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【０１１４】
例えば、磁気シールド層を構成する各磁性材料層の数は２層に限らなくてもよく、図１（ｃ）に示したように、３層以上（例えば４層）と更に多層構造にしてもよい。
【０１１５】
本発明は、ＭＲＡＭ素子へ数百Ｏｅの大きな磁界が作用しても内部侵入磁界を十二分に低減するためのＭＲＡＭシールド構造を提供することを目的とし、このために高飽和磁化の磁性材料層と高透磁率の磁性材料層とを含む積層体を配置する構造としている。従って、用いられる磁性材料は、上記の材料に限定されるものではなく、組成や組織等は異なるが同様の磁気特性を示す磁性材料であれば、適用は可能である。
【０１１６】
また、上記の高飽和磁化材料及び高透磁率材料の組成、種類、磁気シールド層の厚さや配置、ＭＲＡＭの構造等は様々に変化させてよい。磁気シールド層はＭＲＡＭ素子又はパッケージの上部及び下部の双方だけでなく、パッケージ外面でのＭＲＡＭ素子の上部及び／又は下部、或いは／並びに、パッケージ中でのＭＲＡＭ素子の上部及び／又は下部に配置されてよい。
【０１１７】
また、本発明はＭＲＡＭに好適であるが、磁化可能な磁性層を有するメモリ素子からなる他の磁気メモリ装置にも適用可能である。
【０１１８】
【発明の作用効果】
上述したように、本発明によれば、磁気シールド層が少なくとも２層の軟磁性体層を含む積層構造からなり、この積層構造が高飽和磁化材料層と高透磁率材料層とを含むので、これらの層によって外部磁界が効果的に弱められて外部へと透過し、磁気メモリ装置の内部磁界強度を低下させることができ、磁気シールド効果が十分に発揮される。そして、このような磁気シールド層をＭＲＡＭ素子に適用することによって、外部印加磁界に対し特に影響を受け易い（特に書き込み時の保磁力が１０Ｏｅ以下の）ＭＲＡＭにとって、極めて有用で高性能な磁気遮蔽効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による各種ＭＲＡＭパッケージの概略断面図である。
【図２】同、他のＭＲＡＭパッケージの概略断面図である。
【図３】同、他のＭＲＡＭパッケージの概略断面図である。
【図４】同、更に他のＭＲＡＭパッケージの概略断面図である。
【図５】同、磁気シールド層間の内部磁界強度測定時の概略断面図である。
【図６】単層の磁気シールド層を有するＭＲＡＭパッケージの具体例の正面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図７】厚さ２００μｍの高透磁率材を磁気シールド層（シールド箔）に用いた際の、外部印加磁界が５００Ｏｅの場合における内部磁界強度の分布図である。
【図８】厚さ２００μｍの高飽和磁化材を磁気シールド層（シールド箔）に用いた際の、外部印加磁界が３００Ｏｅ、５００Ｏｅ及び７００Ｏｅの場合における内部磁界強度の分布図である。
【図９】本発明の実施の形態によるＭＲＡＭパッケージの具体例の概略正面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図１０】同、それぞれの厚さが１００μｍの高透磁率材及び高飽和磁化材からなる磁気シールド層（シールド箔）を用いた際に、高透磁率材を内側に、高飽和磁化材を外側に配置し、外部印加磁界が３００Ｏｅの場合における内部磁界強度の分布図である。
【図１１】同、それぞれの厚さが１００μｍの高透磁率材及び高飽和磁化材からなる磁気シールド層（シールド箔）を用いた際に、高透磁率材を外側に及び高飽和磁化材を内側に配置し、外部印加磁界が３００Ｏｅの場合における内部磁界強度の分布図である。
【図１２】同、高透磁率材及び高飽和磁化材の合計厚さを固定した際の、高透磁率材及び高飽和磁化材の厚さと内部磁界強度との関係を各種外部印加磁界強度毎に示す表である。
【図１３】同、高透磁率材及び高飽和磁化材の合計厚さと内部磁界強度との関係を各種外部印加磁界強度毎に示す表である。
【図１４】同、高透磁率材及び高飽和磁化材の合計厚さを固定した際の、磁気シールド層の長さと内部磁界強度との関係を各種外部印加磁界強度毎に示す表である。
【図１５】同、高透磁率材及び高飽和磁化材の合計厚さ並びに磁気シールド層の長さを固定した際の、磁気シールド層の間隔と内部磁界強度との関係を各種外部印加磁界強度毎に示す表である。
【図１６】同、磁気シールド層の間隔が４ｍｍの磁気シールド層（シールド箔）を用いた際の、外部印加磁界が３００Ｏｅの場合における内部磁界強度の分布図である。
【図１７】同、磁気シールド層の間隔が１ｍｍの磁気シールド層（シールド箔）を用いた際の、外部印加磁界が３００Ｏｅの場合における内部磁界強度の分布図である。
【図１８】同、高透磁率材の材質を固定した際の、高飽和磁化材の材質と内部磁界強度との関係を各種外部印加磁界強度毎に示す表である。
【図１９】同、高飽和磁化材の材質を固定した際の、高透磁率材の材質と内部磁界強度との関係を各種外部印加磁界強度毎に示す表である。
【図２０】同、周波数と透磁率との相関特性を示すグラフである。
【図２１】従来例によるＭＲＡＭのＴＭＲ素子の概略斜視図である。
【図２２】同、ＭＲＡＭのメモリセル部の一部の概略斜視図である。
【図２３】同、ＭＲＡＭのメモリセルの概略断面図である。
【図２４】同、ＭＲＡＭの等価回路図である。
【図２５】同、ＭＲＡＭの書き込み時の磁界応答特性図である。
【図２６】同、ＭＲＡＭの読み出し動作原理図である。
【図２７】同、高透磁率材と高飽和磁化材とで覆われたシールド構造の概略断面図である。
【符号の説明】
２８、４８…磁気シールド層、３０、６０…ＭＲＡＭ素子（ＴＭＲ素子内蔵）、３１…外部リード、３２…封止材、３３…高飽和磁化材料層、３５…凹凸、
３６…貫通孔、３７…ガウスメータ、４０…ダイパッド、
４１…高透磁率材料層、５１…トップコート層、５２…記憶層、
５３…トンネルバリア層、５４…第１の磁化固定層、５５…反強磁性結合層、
５６…第２の磁化固定層、５７…反強磁性体層、５８…下地層、
５９…支持基板、６０…メモリセル（ＴＭＲ素子）、６１…ビット線、
６２…書き込み用ワード線、６３…シリコン基板、６４…ウェル領域、
６５…ゲート絶縁膜、６６…ゲート電極、６７…ソース領域、
６８…ドレイン領域、
６９…読み出し用電界効果トランジスタ（選択用トランジスタ）、
７０…ソース電極、７１…センスライン、７２…読み出し用配線、
７３…ドレイン電極、７６…磁化固定層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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