JPH0215488A - 磁気バブルメモリ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン打ち込み転送路を用いた磁気バブルメモ
リ素子に係り、特に機能部をコンダクタパタンとイオン
打ち込み転送路で構成した全イオン打ち込み方式の磁気
バブルメモリ素子に関する。

従来の磁気バブルメモリ素子では、情報の書き込み読み
だしを行うメジャラインや機能部および情報の蓄積を行
うマイナループに、１ビツト毎に分離されたシェブロン
型のパーマロイ転送路を用いている。このようなパーマ
ロイ素子では、マイナループ内の所望の位置にあるバブ
ルを一斉にメジャライン上に複製するブロックレプリケ
ートゲートによって非破壊読みだしを実現している。ま
た、マイナループ内の所望の位置にあるバブルをメジャ
ライン上の書き込みデータと入れ換えるスワップゲート
によって書き込み時のサイクル時間を短縮している。

磁気バブルメモリ素子への高密度・大容量化の要請に対
して、従来のパーマロイ素子には、マイナルーブを構成
するパーマロイ転送路のパタン間隙における最小加工寸
法、および微細なパタン形状におけるバブルの駆動力に
限界があった。そこで、より高密度・大容量化に適した
素子としてイオン打ち込み素子が米国特許第３８２８３
２９号公報において提案された。

イオン打ち込み素子では、バブルを保持する磁性ガーネ
ットの表面に水素（Ｈｚ＋）等のイオンを打ち込んで転
送路を形成する。磁性ガーネットの表面では、イオンの
打ち込みによる歪で磁化が面内に向いている。この面内
磁化がイオン打ち込み転送路パタン上で向き合って、バ
ブルを駆動する磁荷Ｍ（チャージドウオール）を形成す
る。面内に回転磁界を印加することによって、チャージ
ドウオールはイオン打ち込み転送路上を移動し、バブル
はこれに追従して転送する。チャージドウオールはバブ
ルと同じ磁性ガーネット内にあるため。

強いバブル駆動力が得られる。またイオン打ち込み転送
路にはパタン間隙がなく微細加工が容易であるため、素
子の高密度化に適する。

第３図はこのイオン打ち込み素子の断面図を示す。一般
にイオン打ち込み素子では、イオン打ち込み層の磁気的
な特性を熱的に安定に保ち素子の信頼性を向上させるた
め、イオン打ち込み層の上にＳ　ｉ　Ｏｘ等のスペーサ
膜１０を被着して熱処理を行う必要がある。また、この
上にはバブルの書き込み読みだし等の機能を行うために
、第１層コンダクタパタン５及び第２層コンダクタパタ
ン６が絶縁層２２を介して形成されている。

イオン打ち込み素子において、従来のパーマロイ素子と
同じようにメモリ動作を実現するためには、バブル発生
器・検出器・ブロックレプリケートゲートおよびスワッ
プゲート等の機能部をイオン打ち込み転送路を用いて形
成する必要がある。

バブル発生器については、たとえば特開昭５９−５６２
８３号公報に記載されている。これは、ヘアピンコンダ
クタパタンをメジャライン上に配置しパルス電流を印加
することで居所的にバイアス磁界を下げバブルをメジャ
ライン上に発生させる方式である。バブル検出器につい
ては、たとえば特開昭５９−７７６９５号公報に記載さ
れている。これは、ヘアピンコンダクタパタンをメジャ
ライン上に配置しパルス電流を印加することで局所的に
バイアス磁界を下げバブルを数１０倍に引き伸ばし、ヘ
アピンパタン内に配置した軟磁性体薄膜検出線の磁気抵
抗効果で電気信号を得る方式である。

ブロックレプリケートゲートについては、特開昭５９−
１３５８７号公報に記載された２層のヘアピンコンダク
タパタンを用いる方法が提案されている。

これは、第１のヘアピンパタンにパルス電流を印加して
マイナループ内のバブルをメジャラインまで引き伸ばし
、次に第２のヘアピンパタンに逆向きのパルス電流を印
加して伸びたバブル磁区を２つに分割することで非破壊
読みだしを実現する。

さらに、特開昭６１−１０４６４４号公報に記載のデュ
アルゲートでは、同様に２層のヘアピンコンダクタパタ
ンを用いた構成で、１つのゲートでブロックレプリケー
トゲートとスワップゲートの両方の機能が実現可能であ
る。

第４図はこのデュアルゲートの構成および動作に必要な
パルス条件を示す。デュアルゲートは第１層コンダクタ
のヘアピンパタン５と第２層コンダクタのヘアピンパタ
ン６をメジャライン３とマイナルーブコーナ４の上にお
いて交差させた構造である。

デュアルゲートにおけるブロックレプリケート動作では
、まずライナループコーナ４上のバブルが第１のヘアピ
ンパタン５のギャップ内に転送してきたときパルス電流
１２（第１のストレッチパルス）を印加する。第１のヘ
アピンパタン５のギャップ内にはパルス電流によって居
所的にバイアス磁界と反対向きの磁界が発生するので、
バブルは第１のヘアピンパタン５のギャップに沿ってメ
ジキライン３上のカスブ１６まで引き伸ばされる。

パルス電流１２に続いてこれより振幅の小さなパルス電
流１３（第２のストレッチパルス）を第１のヘアピンパ
タン６に印加し、伸びたバルブ磁区を保持する。パルス
電流１３を印加している間に第２のヘアピンパタン６に
逆向きのパルス電流１４　（カットパルス）を印加する
。このパルス電流により第２のヘアピンパタン６のギャ
ップ内にはバイアス磁界と同じ向きの磁界が発生するの
で、２つのヘアピンパタンのギャップ交差位置７におい
て、伸びたバルブ磁区は２つに分割される。この一連の
動作でライナループコーナ４上のバルブはメジキライン
３上に複嬰され、非破壊読みたしが実現できる。

スワップ動作では、まずマイプルーブコーナ４上の第２
のヘアピンパタン６のギャップ内の位置１１にバブルが
転送してきたときに、第２のヘアピンパタン６にパルス
電流１５（アナイアレートパルス）を印加してバブルを
消去する。次に、第１のヘアピンパタン５にパルス電流
１２（第１のストレッチパルス）を印加してメジキライ
ン３上のバブルをマイナループコーナ４まで引き伸ばす
。

引き続き第１のヘアピンパタン５にパルス電流１３（第
２のストレッチパルス）を印加して伸びたバブルを保持
する。この後はブロックレプリケート動作と同じように
、第２のヘアピンパタン６にパルス電流１４（カットパ
ルス）を印加して伸びたバブル磁区を２つに分割する。

これにより、メジキライン３上のバブルはマイナループ
コーナ４に複製される。・このような一連の動作によっ
て、従来のパーマロイ素子のスワップゲートと同等のマ
イナループ内情報の書換え機能が実現できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このデュアルゲートの動作において間′題となるのは、
伸びたバブル磁区を２つの分割するために必要なパルス
１４（カットパルス）の電流振幅が２５０ｍＡ〜３００
　ｍ　Ａと大きいことである。特に−４０℃付近で素子
を動作させる場合にはこの振幅が３５０　ｍ　Ａ〜４０
０ｍＡになる。このためデュアルゲートを駆動する周辺
回路の負担が増え。

広温度域素子を実現する上で極めて深刻な問題となる。

このように低温度域でパルス電流振幅が大きくなるのは
、バブルガーネット膜の飽和磁束密度（４層Ｍ　ｓ　）
が温度特性を有し低温になるほど大きな値になるためで
ある。

低温におけるパルス電流振幅の増加は、デュアルゲート
と同様にヘアピンコンダクタパタンを用いるバブル発生
器や検出器においても問題となる。

バブル発生器の場合には、低温においてバブルガーネッ
ト膜の異方性磁界Ｈｋが増大するために、パルス電流振
幅が２２０ｍＡ以上になる。バブル検出器の場合には、
低温において４層Ｍｓが増大するためにバブルを引き伸
ばすパルスの電流振幅が２５０ｍＡ以上になる。

本発明の目的は、イオン打ち込み素子の広温度域動作を
実現するため、各機能部に用いるパルスの電流振幅を低
減することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、デュアルゲート、発生器、検出器を構成す
るヘアピンコンダクタパタンの一部をバプルが転送する
イオン打ち込み転送路部分を含まない領域において、バ
ブルガーネット膜に接近させることにより実現すること
ができる。

〔作用〕

一般に、コンダクタパタンに電流を印加するときに発生
する磁界は、コンダクタパタンに近い場所はど強い。従
って、コンタクタパタンをバブルガーネット膜に近づけ
れば機能部の動作に要するパルスの電流振幅が低減でき
る。

前述の特開昭５９−５６２８３号公報に示したバブル発
生器では、第５図の平面形状及び第６図の断面形状に示
すようにイオン打ち込み転送路上で第１のコンダクタパ
タン５とバブルガーネット膜２５との間のスペーサを帰
部的に薄くしたことにより、バブルの発生に必要なパル
スの電流振幅を低減したものである。しかし、コンダク
タパタンがイオン打ち込み転送路と交差する位置２４に
おいて、コンダクタパタンのストレスの影響でイオン打
ち込み転送路の特性が悪くなる問題が生じた。スペーサ
の薄い部分では、コンダクタパタンの端部に発生するス
トレスが十分に緩和されずにイオン打ち込み層に伝わる
。イオン打ち込み層では、前述したようにイオンの打ち
込みによる歪で磁化が面内に向いているにの面内磁化が
イオン打ち込み転送路においてバブルを駆動するチャー
ジドウオールを形成する。従って、コンダクタパタンの
端部に発生する局所的なストレスによってチャージドウ
オールの挙動が乱され、バブルの転送特性が悪くなる。

この問題を解決するためには、バブルが転送するイオン
打ち込み転送路部分を含まない領域において、コンダク
タパタンの一部をバブルガーネット膜に接近させればよ
い。これによりバブルの転送特性を悪くしないで、コン
ダクタパタンからの磁界を有効にバブルに印加すること
ができる。

また、コンダクタパタンのストレスの影響をより受けに
くくするため、コンダクタのストレスを吸収する層（ス
トレスバッファＭ）を第１層コンダクタパタンの下に位
置するスペーサ層の一部に設ける構造が有効である。ス
トレスバッファ層として、例えばＰＩＱ等の樹脂を用い
、バブルが転送するイオン打ち込み転送路部分を含まな
い領域においてこのＰＩＱを除去し、コンダクタパタン
の一部をバブルガーネット膜に接近させる。この構造に
よると、バブルはイオン打ち込み転送路においてはより
良好な特性で動作すると共に１機能部の動作に必要なパ
ルス電流の振幅が低減できる。

デュアルゲートでは、バブルが転送するメジャライン及
びマイナルーブコーナのイオン打ち込み転送路部分を含
まない領域で、２層のいずれかまたは両方のヘアピンコ
ンダクタパタンを含む領域において、バブルガーネット
膜とコンダクタパタンとの間のスペーサの一部または全
部を除去することにより、バブルガーネット膜にコンダ
クタパタンを接近させることができる。この結果、ヘア
ピンコンダクタパタンが発生する磁界の強い位置にバブ
ルが存在するので、バブルの引き伸ばしおよび分割に必
要なパルスの電流振幅を低減することができる。

バブル発生器においても同様に、バブルが転送するメジ
ャラインのイオン打ち込み転送路部分を含まない領域で
、バブル発生用のヘアピンコンダクタパタンとバブル層
の間に存在するスペーサの一部または全部を除去するこ
とにより、ヘアピンコンダクタパタンの一部分をバブル
ガーネット膜に近づけることができる。この結果、バブ
ルの発生に必要なパルスの電流振幅を低減できる。

バブル検出器においても同様に、バブルが転送するメジ
ャラインのイオン打ち込み転送路部分を含まない領域で
、バブルを引き伸ばすためのヘアピンコンダクタパタン
とバブルガーネット膜との間に存在するスペーサの一部
または全部を除去することにより、ヘアピンコンダクタ
パタンの一部分をバブルガーネット膜に近づけることが
できる。

この結果、バブルを引き伸ばすために必要なパルスの電
流振幅が低減できる。

〔実施例〕 以下１本発明の第１の実施例を第１図及び第２図を用い
て説明する。

第１図に示す実施例のデュアルゲートを構成するメジャ
ライン３、マイナルーブコーナ４のパタン形状は第４図
に示した従来例と同じである。またヘアピンコンダクタ
パタン５および６の平面形状も第４図に示した従来例と
同じである。このデュアルゲートのブロックレプリケー
ト動作およびスワップ動作についても従来例と同様であ
る。従来例と異なる点は、第１図に示すようにヘアピン
コンダクタパタン５，６の交差部７を含む領域８の部分
において、第１層ヘアピンコンダクタパタン５の下のス
ペーサ１９を全て除去したことにある。第１図のｊ　−
Ｉ　’線断面を第２図に示す。第３図に示した従来例と
比較すると、バブルガーネット膜２０と第１層ヘアピン
コンダクタパタン５との距離および第２層ヘアピンコン
ダクタパタン６との距離がスペーサ１９の厚さ分だけ小
さくなっている。従って、ヘアピンコンダクタパタン５
゜６に印加するパルスの電流振幅を同一とすると、バブ
ルガーネット膜に加わるパルス磁界の大きさは、第１，
２図に示す本実施例の方が第３，４図に示した従来例の
場合より大きくできる。この結果、ヘアピンコンダクタ
パタン５，６に印加するパルス電流の振幅が低減できる
。これによってデュアルゲートを駆動するパルス駆動回
路の電流容量が低減できるので、磁気バブル素子の周辺
回路を簡略化できる。

以下、本発明の第２の実施例を第７図を用いて説明する
。

本実施例では、第１図に示す実施例１の場合と同一平面
形状を有するデュアルゲートにおいて、１−１’線断面
を第７図に示す構造とした点が従来例および実施例１と
異なる。図に示すように、ヘアピンコンダクタパタン５
，６の交差部７を含む領域８の部分において、第１層ヘ
アピンコンダクタパタン５の下のスペーサ１９の一部を
除去した。除去せずに残したスペーサは、コンダクタパ
タンのストレスを緩和するストレスバッファ層である。

デュアルゲートのブロックレプリケート動作およびスワ
ップ動作については、従来例の場合と同一である。本実
施例の場合、−５０℃程度の低温度域においてコンダク
タパタンのストレスが増大した際に、ヘアピンパタン５
のギャップに沿って伸びるバブルが、コンダクタパタン
６の端部からのストレスの影響を受けて誤動作すること
を防止できる。

以下、本発明の第３の実施例を第８図を用いて説明する
。

本実施例は、バブル発生器に本発明を適用したものであ
る。メジャラインのイオン打ち込み転送路３の凹部１６
に第１層ヘアピンコンダクタパタン１７のギャップを配
置した形状は従来のバブル発生器と同一である。また、
バブルを発生させるための動作も従来と同一である。ヘ
アピンコンダクタパタン１７のギャップ先端を含む領域
８において、ヘアピンコンダクタパタンとバブルガーネ
ット膜との間のスペーサの全部を除去した点が従来例と
異なる０本実施例では、ヘアピンコンダクタパタンとバ
ブルガーネット膜が領域８において局所的に近接するの
で、バブルの発生に要するパルスの電流振幅が５０％程
度減少した。

以下、本発明の第４の実施例を第９図を用いて説明する
。

本実施例は、バブル検出器に本発明を適用したものであ
る。メジャラインのイオン打ぢ込み転送路３の凹部１６
に第１層ヘアピンコンダクタパタン１７のギャップ先端
を配置し、このギャップ内に薄膜パーマロイ検出線２３
を設けた形状は従来のバブル検出器と同一である。また
、バブルを検出するための動作も従来と同一である。こ
のヘアピンコンダクタパタン近傍の領域８において、ヘ
アピンコンダクタパタンとバブルガーネット膜との間の
スペーサの一部を除去した点が従来例と異なる。本実施
例では、ヘアピンコンダクタパタンとバブルガーネット
膜が領域８において局所的に接近するので、バブルを引
き伸ばすのに要するパルスの電流振幅が４０％程度減少
した。

以下、本発明の第５の実施例を第１０図を用いて説明す
る。

本実施例では、第１図に示す実施例１の場合と同一平面
形状を有するデュアルゲートにおいて。

１−１’線断面を第１０図に示す構造として点が従来例
および実施例１，２と異なる。図に示すように、゛ヘア
ピンコンダクタパタン５，６の交差部７を含む領域８の
部分において、第１層ヘアピンコンダクタパタン５の下
のスペーサ１９の一部を除去した。除去せずに残したス
ペーサは、イオン打ち込み層を熱的に安定にする５ｉ０
２膜１０の一部である。デュアルゲートのブロックレプ
リケート動作およびスワップ動作については、従来例の
場合と同一である。本実施例の場合、スペーサの除去を
行う素早作製工程を従来のスルーホール形成工程と同時
に実現できる。すなわち、従来の素子では、５ｉＯｚ膜
の上にバブル検出器に用いる薄膜パーマロイ検出線を形
成した後、ＳｉＯおよびＰＩＱを積層する。この後、第
１コンダクタパタンとの導通を取るためにＳｉＯおよび
ＰＩＱにスルーホールを形成する必要があった。この工
程の際に、同時にスペーサの除去を行えば、新たにホト
マスクを用意する必要はなく、工程が複雑になることも
ない。また、実施例３，４に示したバブル発生器や検出
器に対しても本実施例は有効である。

以下、本発明の第６の実施例を第１１図を用いて説明す
る。

本実施例では、第１図に示す実施例１の場合と同一平面
形状を有するデュアルゲートにおいて、１１ｆ−ｎ’線
断面を第１１図に示す構造とした点が従来例と異なる。

図に示すように、ヘアピンコンダクタパタン６近傍の領
域２１の部分において。

第２層ヘアピンコンダクタパタン６の下のコンダクタ間
絶縁層２２を除去した。デュアルゲートのブロックレプ
リケート動作およびスワップ動作については、従来例の
場合と同一である。本実施例の場合、第２Ｍコンダクタ
パタンがさらにバブルガーネット膜に近づくので、特に
スワップ動作のバブル消去パルスの電流振幅を約３０％
低減できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各機能部に用いるパルスの電流振幅を
低減することができるので、イオン打ち込み素子の広温
度域動作を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すデュアルゲートの
平面図、第２図は第１図のＩ−Ｉ’線断面図、第３図は
イオン打ち込み素子の断面図、第４図はデュアルゲート
平面図、第５図１±従来のバブル発生器の平面図、第６
図は第５図のＩ−Ｉ’線断面図、第７図は本発明の第２
の実施例を示す断面図、第８図は本発明の第３の実施例
を示すバブル発生器の平面図、第９図は本発明の第４の
実施例を示すバブル検出器の平面図、第１０図は本発明
の第５の実施例を示す第１図のＩ−Ｉ’線断面図、第１
１図は本発明の第６の実施例を示す第１図のｎ−ｎ’線
断面図である。 １・・・選択的イオン打ち込み領域、２・・・非打ち込
み領域、３・・・メジャライン、４・・・マイナループ
コーナ、５・・・第１のヘアピンコンダクタパタン、６
・・・第２のヘアピンコンダクタパタン、７・・・ヘア
ピンパタン交差位置、２・・・スペーサを薄くした領域
、９・・・ＰＩＱ等のストレスバッファ層、１０・・・
５ｉＯｚ膜、１１・・・バブルの消去位置、１２・・・
第１のストレッチパルス、１３・・・第２のストレッチ
パルス、１４・・・カットパルス、１５・・・アナイア
レートパルス、１６・・・メジャライン転送路のカスプ
、１７・・・バブル発生器用ヘアピンコンダクタパタン
、１８・・・バブル検出器用ヘアピンコンダクタパタン
、１９・・・第１　Ｍ　’＼アビンコンダクタパタンの
下のスペーサ、２０・・・バブルガーネット膜、２１・
・・絶縁層除去領域、２２・・・２層コンダクタ間絶８
層、２３・・・薄膜パーマロイ検出器、２４・・・イオ
ン打ち茅 図 筈 図 警 因 弄 ン 囲 茅 ／１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気バブルを保持する磁性ガーネット膜の表面に選
   択的にイオンを打ち込んで形成したイオン打ち込み転送
   路と、該磁性ガーネット膜の上に形成した１層以上の絶
   縁層と、該絶縁層の上に形成した１層以上のコンダクタ
   パタンとを少なくとも有し、少なくとも１層の該コンダ
   クタパタンを含む領域の一部において、該イオン打ち込
   み転送路のバブルが転送する部分を含まない領域で、該
   絶縁層の一部または全部を除去したことを特徴とする磁
   気バブルメモリ素子。 ２、磁気バブルを保持する磁性ガーネット膜の表面に選
   択的にイオンを打ち込んで形成したイオン打込み転送路
   と、該磁性ガーネット膜の上に形成した第１の絶縁層と
   、該絶縁層の上に形成した２層のコンダクタパタンと、
   該２層のコンダクタパタン間の第２の絶縁層とを少なく
   とも有し、該２層のコンダクタパタンのうち一方のコン
   ダクタパタンだけを含む領域の一部において、該第２の
   絶縁層の一部または全部を除去することを特徴とする磁
   気バブルメモリ素子。 ３、磁気バブルを保持する磁性ガーネット膜の表面に選
   択的にイオンを打ち込んで形成したイオン打込み転送路
   と、該磁性ガーネット膜の上に形成した第１の絶縁層と
   、該絶縁層の上に形成した薄膜軟磁性体パタンと、該薄
   膜軟磁性体パタン上に形成した第２の絶縁層と、該第２
   の絶縁層上に形成したコンダクタパタンとを少なくとも
   有し、該コンダクタパタンを含む領域の一部において、
   該イオン打ち込み転送路のバブルが転送する部分を含ま
   ない領域で、該第１及び第２の絶縁層の一部または全部
   を除去したことを特徴とする磁気バブルメモリ素子。 ４、磁気バブルを保持する磁性ガーネット膜の表面に選
   択的にイオンを打ち込んで形成したイオン打込み転送路
   と、該磁性ガーネット膜の上に形成した２層以上の絶縁
   層と、１層以上のコンダクタパタンと、薄膜軟磁性体パ
   タンとを少なくとも有し、該薄膜軟磁性体パタンとコン
   ダクタパタンとの導通をとるスルーホール形成工程が、
   該薄膜軟磁性体パタンと該コンダクタパタン間に存在す
   る絶縁層を該スルーホール以外の部分で除去する工程と
   同一であることを特徴とする磁気バブルメモリ素子の作
   製方法。