(57)【要約】【課題】電源がオフ状態の半導体チップにおけるＭＲＡＭに対して情報書込みを可能にする。【解決手段】半導体チップ（１０）の電源がオフされた状態で、磁石により形成される磁界を利用してＭＲＡＭ（１０２）を初期化する。そして、上記ＭＲＡＭへの書込み用情報に応じて軟磁性材料による層が予め形成された情報書込み用マスクを上記初期化後の上記ＭＲＡＭに重ね、その状態で、上記磁石による磁化の方向を上記ＭＲＡＭの初期化の場合とは逆方向にすることで、上記ＭＲＡＭへの情報書込みを行う。この情報書込みは、半導体チップの電源がオフされた状態で行われる。また、書込みに要する時間は非常に短く、複雑な評価ボードや、高価なテスタを必要としない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
読出し専用のＭＲＡＭを備えた半導体チップにおける上記読出し専用のＭＲＡＭへの情報書込み方法であって、
上記半導体チップの電源がオフされた状態で、磁石により形成される磁界を利用して上記ＭＲＡＭを初期化し、
上記ＭＲＡＭへの書込み用情報に応じて軟磁性材料による層が予め形成された情報書込み用マスクを上記初期化後の上記ＭＲＡＭに重ね、その状態で、上記磁石による磁化の方向を上記ＭＲＡＭの初期化の場合とは逆方向にすることで、上記ＭＲＡＭへの情報書込みを行う、ＭＲＡＭへの情報書込み方法。
【請求項２】
上記磁石による磁界は、上記ＭＲＡＭの素子の配列方向に沿って形成される請求項１記載のＭＲＡＭへの情報書込み方法。
【請求項３】
上記情報書込み用マスクには、印刷技術又は半導体プロセスにおける露光技術により、上記ＭＲＡＭに書込む情報に応じて軟磁性材料による層が予め形成された請求項２記載のＭＲＡＭへの情報書込み方法。
【請求項４】
上記読出し専用のＭＲＡＭは、上記半導体チップにおけるシステム回路部の周辺部に形成され、その位置に対応するように上記情報書込み用マスクが形成された請求項３記載のＭＲＡＭへの情報書込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性メモリの一例とされる磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ；Magnetoresistive Random Access Memory）への情報書込み技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗メモリは、磁化が固定された強磁性層と磁化が可変な強磁性層の間を薄い絶縁層で仕切った構造とされ、磁化が可変な強磁性層の磁化方向を変化させて抵抗値を切り替えることによって、２値信号の表現が可能とされる。この抵抗値は２つの磁性層の磁気方向が異なる場合に高くなり、磁気方向が一致する場合に低くなる。磁気抵抗メモリは、不揮発性メモリでありながら高速転送や高集積化が可能とされる。
【０００３】
特許文献１には、ＭＲＡＭを備えたデータ処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６００８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＭＲＡＭについて本願発明者が検討したところ、以下の課題が見いだされた。
【０００６】
すなわち、電源がオフ状態の半導体チップにおける磁気抵抗メモリに対して、プログラム等の情報書込みを行いたい場合があるが、従来技術によれば、電源がオフ状態の半導体チップにおける磁気抵抗メモリに対して、プログラム等の情報書込みを行うことができない。
【０００７】
本発明の目的は、電源がオフ状態の半導体チップにおけるＭＲＡＭに対して情報書込みを可能にするための技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１０】
すなわち、半導体チップの電源がオフされた状態で、磁石により形成される磁界を利用して上記ＭＲＡＭを初期化する。そして、上記ＭＲＡＭへの書込み用情報に応じて軟磁性材料による層が予め形成された情報書込み用マスクを上記初期化後の上記ＭＲＡＭに重ね、その状態で、上記磁石による磁化の方向を上記ＭＲＡＭの初期化の場合とは逆方向にすることで、上記ＭＲＡＭへの情報書込みを行う。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１２】
すなわち、電源がオフ状態の半導体チップにおける磁気抵抗メモリに対して情報書込みを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかるＭＲＡＭへの情報書込み方法の実施に用いられる半導体チップのブロック図でる。
【図２】図１に示されるＭＲＡＭへの情報書込み状態を示す説明図である。
【図３】ＭＲＡＭへの情報書込みに使用される情報書込み用マスクの断面図である。
【図４】情報書込み用マスク形成の説明図である。
【図５】情報書込み用マスク形成の説明図である。
【図６】情報書込み用マスク形成の説明図である。
【図７】情報書込み用マスク形成の説明図である。
【図８】ＭＲＡＭの初期化状態の説明図である。
【図９】情報書込み用マスクの説明図である。
【図１０】図９に示される情報書込み用マスクを横から場合の説明図である。
【図１１】ＭＲＡＭへの情報書込みの説明図である。
【図１２】ＭＲＡＭへの情報書込みの説明図である。
【図１３】ＭＲＡＭへの情報書込みの説明図である。
【図１４】情報書込み用マスクの別の構成例説明図である。
【図１５】図１４に示される情報書込み用マスクを用いたＭＲＡＭへの情報書込みの説明図である。
【図１６】図１４に示される情報書込み用マスクを用いたＭＲＡＭへの情報書込みの説明図である。
【図１７】本発明にかかるＭＲＡＭへの情報書込み方法の実施に用いられる別の半導体チップのブロック図でる。
【図１８】図１７に示される半導体チップに含まれるＭＲＡＭへの情報書込みの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
【００１５】
〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係る情報書込み方法は、半導体チップの電源がオフされた状態で、磁石により形成される磁界を利用して上記ＭＲＡＭを初期化する。そして、上記ＭＲＡＭへの書込み用情報に応じて軟磁性材料による層が予め形成された情報書込み用マスクを上記初期化後の上記ＭＲＡＭに重ね、その状態で、上記磁石による磁化の方向を上記ＭＲＡＭの初期化の場合とは逆方向にすることで、上記ＭＲＡＭへの情報書込みを行う。
【００１６】
このような情報書込み方法によれば、半導体チップの電源がオフされた状態で行われる。また、読出し専用のＭＲＡＭの初期化後に、読出し専用のＭＲＡＭに磁石を当てるだけで、任意の情報を書込むことができるので、書込みに要する時間は非常に短いし、複雑な評価ボードや、高価なテスタも必要としない。
【００１７】
〔２〕上記〔１〕において、上記磁石による磁界は、上記ＭＲＡＭの素子の配列方向に沿って形成することができる。
【００１８】
〔３〕上記〔２〕において、上記情報書込み用マスクには、印刷技術又は半導体プロセスにおける露光技術により、上記ＭＲＡＭに書込む情報に応じて軟磁性材料による層が予め形成されている。この軟磁性材料による層を利用して、情報書き込みを行うことができる。
【００１９】
〔４〕上記読出し専用のＭＲＡＭは、上記半導体チップにおけるシステム回路部の周辺部に形成され、その位置に対応するように上記情報書込み用マスクが形成される。上記半導体チップにおけるシステム回路部の周辺部に読出し専用のＭＲＡＭを形成する場合、少数のＭＲＡＭ素子を配置することによって、ＭＲＭ素子１個当たりのサイズを大きくすることができるため、それに対応するように形成された書込み用マスクとの位置合わせが容易となる。
【００２０】
２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
【００２１】
《実施の形態１》
図１には、本発明にかかるＭＲＡＭへの情報書込み方法の実施に用いられる半導体チップが示される。図１に示される半導体チップ１０は、リードライト可能なＭＲＡＭ１０１、読出し専用のＭＲＡＭ１０２、ＣＰＵ（中央処理装置）１０３、及び周辺回路１０４を含み、公知の半導体集積回路製造技術により、単結晶シリコン基板などの一つの半導体基板に形成される。リードライト可能なＭＲＡＭ１０１、読出し専用のＭＲＡＭ１０２、ＣＰＵ１０３、及び周辺回路１０４は、バス１０５を介して互いに信号のやり取りが可能に結合されている。
【００２２】
読出し専用のＭＲＡＭ１０２は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ；Magnetic Tunnel Junction）素子を有し、この磁気トンネル接合部分には、各ＭＴＪを選択するためのＭＯＳトランジスタが設けられている。ＭＲＡＭの記憶はＭＴＪ素子に行われる。ＭＴＪ素子は二つの強磁性層のうち片方は磁化が固定されており、他方は磁化が可変であり、間に障壁となる薄い絶縁層がある。一方の磁性層の磁化の方向を固定し、他方を変化させることで抵抗値の高低を切り替えることで、論理値‘１’‘０’に対応させるようにしている。
【００２３】
ここで、半導体チップ１０は非通電状態（電源オフ状態）とされる。そして非通電状態の半導体チップ１０におけるＭＲＡＭ１０２を挟むように、磁石１０６，１０７を配置すると、ＭＲＡＭ１０２のＭＪＴ素子の配列方向に沿って磁界が形成される。このとき、磁石１０６のＮ極から磁石１０７のＳ極に向かう磁力線１０８によって、読出し専用のＭＲＡＭ１０２における上記他方の磁性層（便宜上、これを「ＭＲＡＭ素子」と称する）の磁化の方向が一方向に揃えられる（これを「初期化」と称する）ことができる。上記磁石１０６，１０７は永久磁石とされる。
【００２４】
上記のように初期化された後に、読出し専用のＭＲＡＭ１０２への情報書込みが行われる。この情報書込みも、半導体チップ１０の非通電状態で行われる。
【００２５】
すなわち、読出し専用のＭＲＡＭ１０２への情報書込みは、図２に示されるように、読出し専用のＭＲＡＭ１０２上に、情報書込み用マスク２０１を載置し、その状態で、今度は、初期化の時とは逆方向の磁力線１０８が生じるように、磁石１０６，１０７の磁極を入れ替える。つまり、読出し専用のＭＲＡＭ１０２への情報書込みにおいては、磁石１０７のＮ極から磁石１０６のＳ極に向かう磁力線１０８を発生させる。このように初期化の時とは逆方向の磁力線１０８を発生させることにより、情報書込み用マスク２０１によってマスクされていないＭＲＡＭ素子（磁性層）の磁化の方向が反転され、それによって情報の書込みを行うことができる。
【００２６】
図３には、上記情報書込み用マスク２０１の断面が示される。
【００２７】
情報書込み用マスク２０１は、読出し専用のＭＲＡＭ１０２を覆うことができる大きさの基板３００に、例えばインクジェット技術を用いて、鉄分のような軟磁性材料を多く含むインクと、ビスマスのような反磁性材料を多く含むインクを順番に基板上に吹き付けることにより作成することができる。軟磁性材料を多く含むインクが吹き付けられた箇所には、軟磁性材料（高透磁率材料）による層３０１が形成され、ビスマスのような反磁性材料を多く含むインクが吹き付けられた箇所には、反磁性材料による層３０２が形成される。軟磁性材料による層３０１のパターンは、読出し専用のＭＲＡＭ１０２への書込み用情報に応じて形成される。磁石１０６，１０７による磁束は、軟磁性材料（高透磁率材料）による層３０１を通過するが、反磁性材料による層３０２は通過できない。尚、基板３００は、柔軟性を有するものでも良いし、柔軟性を有さないものでも良い。
【００２８】
また、インクジェット技術では、磁束の通り道として膜厚が足りないような場合は、通常のマスク・レクチルを作るような工程で厚膜の場合も作成することが可能である。例えば、軟磁性材料の層を形成する場合には、図４に示されるように、ガラスなどの基板３００上に、軟磁性材料による層３０１と、感光剤による層４０３とを積層して、必要なマスクパタンを露光すると、図５に示されるように、感光剤の層４０３に窓を開けることができ、軟磁性材料による層３０１が露出される。この状態でエッチングすると、図６に示されるように、軟磁性材料による層３０１の露出部分が浸食される。その後、感光剤の層４０３を剥離して、反磁性材料を流し込むことにより、図７に示されるような反磁性材料による層７０１を形成することができ、それによって、図３に示されるのと同等の情報書込み用マスク２０１が得られる。図４乃至図７に示される手順によれば、印刷技術と異なり、任意の膜厚の情報書込み用マスク２０１を得ることができる。
【００２９】
次に、上記のように形成された情報書込み用マスク２０１を用いた情報書込みについて詳述する。
【００３０】
読出し専用のＭＲＡＭ１０２は、図１に示されるように、最初に印加した磁化の方向により、論理値がオール‘０’かオール‘１’に初期化される。このことは、読出し専用のＭＲＡＭ１０２を上から見た場合、イメージ的には、図８に示されるように、各ＭＲＡＭ素子が全て同じ磁化方向を向いていることを意味する。
【００３１】
次に、図１１に示されるように、読出し専用のＭＲＡＭ１０２に、図９に示されるような情報書込み用マスク２０１が重ねられる。
【００３２】
図１０には、図９に示される読出し専用のＭＲＡＭ１０２を横から見た状態が示される。この状態において、半導体チップ１０の両側の磁石１０６，１０７による磁束が、読出し専用のＭＲＡＭ１０２とは、逆方向となるように、磁石１０６，１０７の磁極を変更する。この磁極を変更するには、磁石１０６，１０７を入れ替えても良いし、磁石１０６，１０７をその位置で１８０度回転させても良い。このとき、半導体チップ１０の両側の磁石１０６，１０７による磁束１０８は、図１２に示されるように、軟磁性材料による層３０１が存在する箇所では、読出し専用のＭＲＡＭ１０２内を直進せずに、軟磁性材料による層３０１を通る。つまり、軟磁性材料による層３０１の直下に位置するＭＲＡＭ素子は、情報書込み用マスク２０１でマスクされることによって、磁束１０８による影響を受けない。この結果、読出し専用のＭＲＡＭ１０２においては、図１３に示されるように、軟磁性材料による層３０１の直下に位置するＭＲＡＭ素子１３１，１３２の磁化方向はリセット時のままとされるが、軟磁性材料による層３０１の直下に位置するＭＲＡＭ素子１３１，１３２以外のところの磁化方向が磁束１０８によって反転され、それによって読出し専用のＭＲＡＭ１０２への情報書込みが行われる。このようにして読出し専用のＭＲＡＭ１０２へ書込まれる情報の内容は、情報書込み用マスク２０１によるマスク位置、つまり、反磁性材料による層３０２の形成位置によって決定される。
【００３３】
このように実施の形態１によれば、読出し専用のＭＲＡＭ１０２の初期化後に、磁石１０６，１０７を読出し専用のＭＲＡＭ１０２に１回当てるだけで、任意の情報を読出し専用のＭＲＡＭ１０２に書込むことができるので、書込みに要する時間は非常に短く、かつ電源を必要としない。また、複雑な評価ボードや、高価なテスタも必要としない。
【００３４】
《実施の形態２》
情報書込み用マスク２０１の作成時に、予め読出し専用ＭＲＡＭ１０２の位置を正確に反映して情報書込み用マスク２０１を作成し、図１４に示されるように、情報書込み用マスク２０１の両端部に、磁石１０６，１０７を取り付ける。このように磁石１０６，１０７が取付けられた情報書込み用マスク２０１を、図１５に示されるように、半導体チップ１０の上に乗せる。本例において半導体チップ１０は、パッケージ底面の格子状に並んだ端子へディスペンサで溶けた半田を塗布し、半田の表面張力で半球状に形成されたバンプ電極を持つタイプとされる。このとき、半導体チップ１０は、図１６に示されるように、情報書込み用マスク２０１の両端部の磁石１０６，１０７によって挟まれるようになる。このようにすれば、半導体チップ１０における読出し専用ＭＲＡＭ１０２の形成領域に正確に重ねることができる。
【００３５】
《実施の形態３》
図１７には、上記半導体チップ１０の別の構成例が示される。
【００３６】
図１７に示される半導体チップ１０が、図１に示されるのと大きく相違するのは、半導体チップ１０の縁辺部に読出し専用のＭＲＡＭ１０２が形成されている点である。この読出し専用のＭＲＡＭ１０２には、何かしらの識別情報や製品情報、またはパスワード情報などを格納するために利用されるもので、記憶容量は小さい。しかし、情報書込み用マスク２０１を重ねる際の位置決めの容易化を図るため、読出し専用のＭＲＡＭ１０２におけるＭＲＡＭ素子のサイズは、読出し専用のＭＲＡＭ１０２に比べて大きく形成される。また、バス１０５にはＲＯＭ（リードオンリーメモリ）１０９が結合され、ＣＰＵ１０３によって実行されるプログラムは、このＲＯＭ１０９に格納される。
【００３７】
図１８には、図１７に示される半導体チップ１０を横から見た様子が示される。
【００３８】
読出し専用のＭＲＡＭ１０２への情報書込み前のリセットは、実施の形態１，２の場合と同様に行われる。読出し専用のＭＲＡＭ１０２への情報書込みにおいては、図１８に示されるように、半導体チップ１０に情報書込み用マスク１８１が重ねられる。情報書込み用マスク１８１は、軟磁性材料（高透磁率材料）により形成されている。ここで、半導体チップ１０に設けられた読出し専用のＭＲＡＭ１０２の左側部（１０２Ａで示される）や、システム回路部（ＭＲＡＭ１０１、ＣＰＵ１０３、周辺回路１０４、ＲＯＭ１０９）は情報書込み用マスク１８１で覆われるが、半導体チップ１０に設けられた読出し専用のＭＲＡＭ１０２の右側部（１０２Ｂで示される）は情報書込み用マスク１８１で覆われていない。このため、読出し専用のＭＲＡＭ１０２への情報書込みにおいて、磁石１０７のN極から出る磁力線１０８は、読出し専用のＭＲＡＭ１０２の右側部１０２Ｂを横切り、その素子の磁界方向を反転させる。しかし、情報書込み用マスク１８１により、読出し専用のＭＲＡＭ１０２の左側部１０２Ａが覆われているため、読出し専用のＭＲＡＭ１０２の左側部１０２Ａには、磁力線は通らず、読出し専用のＭＲＡＭ１０２の左側部１０２Ａの素子の磁界方向を反転させることはできない。システム回路部を取り囲むように少数のＭＲＡＭ素子を配置する場合、ＭＲＭ素子１個当たりのサイズを大きくすることができるため、それに対応するように形成された書込み用マスクとの位置合わせが容易となる。
【００３９】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４０】
永久磁石１０６，１０７に代えて電磁石を適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  半導体チップ
１０１  リードライト可能なＭＲＡＭ
１０２  読出し専用のＭＲＡＭ
１０３  ＣＰＵ
１０４  周辺回路
１０６，１０７  磁石
２０１  情報書込み用マスク
【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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