JPH0646502B2 - 磁気バブルメモリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は磁気バブルメモリ、特に改良された転送パター
ンを有する磁気バブルメモリに関する。

〔発明の背景〕

一般に磁気バブル転送路としては、パーマロイ等の軟強
磁性体薄膜パターンを回転磁界により磁化する、いわゆ
るフィールドアクセス方式が主に使用されている。そし
て、この磁気バブル転送路のパターンには、第１図に要
部拡大平面図で示すような種類のパターンがこれまで主
に用いられてきた。

第１図Ａは非対象シェブロンパターン１０を基体パター
ンとして構成した転送路を示し、同図Ｂはハーフディス
クパターン１１を基本パターンとして構成した転送路を
示し、同図ＣはＣ字形パターン１２を基本パターンとし
て構成した転送路をそれぞれ示したものである。これら
の転送パターンはパラレルギャップパターンとして例え
ばアイ・イー・イー・イー・トランザクシヨン磁気学、
第ＭＡＧ−１２巻、第６号、１９７６年１１月（ＩＥＥ
Ｅ Ｔransactions on Ｍagnetics）頁６１４〜６１
７および頁６５１〜６５３に論じられている。

近年磁気バブルメモリ素子の高集積度化，高密度化に伴
い、使用する磁気バブル径が従来の約１．５μｍからさ
らに約１．０μｍへと微小化されてきている。また同様
に磁気バブル転送路も第１図に示すように基本パターン
の周期をλとすると、このλが従来では１２〜１６μｍ
であつたものに対して最近では約８〜６μｍ程度に微小
化されている。また、パターン間ギャップｇ，最小パタ
ーン幅Ｗも現在のホトリソグラフィ技術の限界である約
１．０μｍ程度まで微細化されてきている。

このような微細化に伴い、バイアス・マージンで代表さ
れるバブルの転送特性は非常にシビアとなっており、ほ
んの僅かの製造プロセスのばらつきや変動が大きな歩留
低下をもたらしていた。

〔発明の目的〕

本発明は一つの目的はバイアス・マージンの改善された
磁気バブルメモリを提供することである。

本発明の他の目的は歩留を高くすることのできる磁気バ
ブルメモリを提供することである。

本発明の更に他の目的は周辺回路の低消費電力化が可能
な磁気バブルメモリを提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は磁気バブル出口付近と入口付近に突起を設けた
パーマロイ転送パターンを対象とするものである。この
突起はパターン設計の段階で採り入れられ、写真処理用
マスクでもほぼ同様なパターンで再現される。パーマロ
イのパターニングを終えた、即ちパターンの出来上がり
状態において、バブル転送方向に添って隣り合う２つの
転送パターンのバブル出口と入口間のギャップｇは、設
計パターンの突起部が功を奏し広がりが小さくなつた。
従つて従来の設計パターンに比べ突起状設計パターンは
出来上がり状態でギャップｇが小さくなりバブル転送バ
イアスマージンが大きくなった。また、この突起状設計
パターンはバブルの吸引力を強くしたり、ウエル・ポテ
ンシャルを深くしたり、更にはウエル・ポテンシャルの
勾配を急峻にする働きがあり、このような働きによって
もバイアス・マージンの向上が達成される。

本発明では第３図Ｃに示すように、磁界強度分布特性を
測定することで、転送パターン足部の形状による、磁気
バブルの転送され易さを明らかにし、転送マージンは転
送パターンのギャップのみならずその形状も関係してい
ることを突き止め、磁気バブルの転送され易い、第９図
Ｂに示す転送パターン足部の形状を発明したもので、本
発明によれば下記の磁気バブルメモリが提供される。

磁気バブルの転送方向に沿って複数個のパーマロイ転送
パターンを配列した磁気バブルメモリにおいて、上記転
送パターンは入力側脚部と、出力側脚部と、両脚部を繁
ぐ山型状の胴部と、上記入力側脚部に連続する入力側足
元部と、上記出力側脚部に連続する出力側足元部とを有
し、一つの上記転送パターンにおいて、上記入力側足元
部と出力側足元部はそれぞれ互いに、向かい合う方向に
傾斜した足の裏部と、反対方向に上記脚部から突出した
足の甲部とを有し、２個の上記転送パターンが隣り合う
箇所において、上記出力側足元部の足の甲部と上記入力
側足元部の足の甲部間のギャップ（ｈ）は上記出力側脚
部と上記入力側脚部間のギャップ（ｇ）よりも狭く形成
されている磁気バブルメモリ。

本発明、本発明の他の目的および本発明の他の特長は図
面を参照した以下の説明から明きらかとなるであろう。

〔発明の実施例〕

第２図はパーマロイ転送パターンを示すもので、点線で
示したパターン１０は、フォト・マスクパターンを示し
ている。

フォトマスクのパターンが第２図Ａの点線で示すよう
に、設計パターン通りに形成されたとしても、現在の写
真処理技術では、出来上がりパターンは実線で示すよう
に折れ線の変曲点付近で丸みを帯びてくる。本発明者等
の解析によれば、この丸みにより転送パターンのバブル
出口ＯＵＴと入口ＩＮとの間のギャップｇが広がりそれ
によってバイアス磁界の上限が制限されることが判っ
た。第２図ＢはバブルＢの動きを顕微鏡で観察した結果
を示すもので、磁気バルブは回転磁界の動きに合せ、Ｂ
１の位置からＢ５，Ｂ８を経てＢ１２の位置に達する経
路を通る。以下この経路をミクロなバブル転送方向と呼
ぶ。この図から判るように、隣り合う転送パターン間に
おいて磁気バブルは転送パターンの先端部Ｂ５（第２図
ＡのＯＵＴの位置）から先端部Ｂ８（第２図ＡのＩＮの
位置）へと渡る。従って、転送パターンの先端部の丸味
が転送特性に大きな影響を与えることが判った。

第３図は３種類の転送パターンの、磁気バブルに与える
磁界強度分布特性（Ｗell potential distribution）
を比較する図であり、回転磁界強度Ｈｒを６０〔Ｏ
ｅ〕、バブル径を１．８５〔μｍ〕に設定し、磁気バブ
ルの中心が隣り合う転送パターンのギャップ中央部に位
置したとき（回転磁界の方向によって決まる）の条件で
計算したのである。転送パターンＰ13のバブル出入口、
即ち足元部は左右両方の角部が斜めに面取りされた形と
なっている。転送パターンＰ14の足元部は左右両方の角
部が直角に交わる２辺をもつようになっている。転送パ
ターンＰ15の足元部はギャップに近い方の各部が鋭角な
２辺をもつようになっている。同図において等高線とそ
れに添え書きした数字は磁界強度を表している（単位
〔Ｏｅ〕）。

転送パターンＰ13，Ｐ14およびＰ15の最高ウエル・ポテ
ンシャルはそれぞれ、３６、３８及び４２〔Ｏｅ〕であ
り、この最高ウエル・ポテンシャルが高い程バブルは転
送され易くなる。従って、この点ではパターンＰ15，Ｐ
14およびＰ13の順で優れている。

転送パターンＰ15に関し、図中最も外側のクロスハッチ
で示した等高線が３６〔Ｏｅ〕の値であるが、この等高
線の中には３８，４０及び４２〔Ｏｅ〕の値を持つ３本
の等高線が包含されている。転送パターンＰ14は３６
〔Ｏｅ〕等高線内に１本の３８〔Ｏｅ〕等高線を有す
る。転送パターンＰ13は３６〔Ｏｅ〕等高線が最高位で
あるため、その中に他の等高線は含まれていない。上記
３つの転送パターンにおいて３６〔Ｏｅ〕等高線はマク
ロにみるとほぼ同じ大きさであるので、転送パターンＰ
15がギャップ中心部において密な等高線を有し、言い換
えれば最も急峻な磁界勾配を持っており従ってバブルが
転送され易い。

もし高精度の写真処理技術によって第３図に描かれたと
おりの転送パターンが形成できるとした場合、転送パタ
ーンＰ14Ｐ15のぞれぞれのギャップｇは同じであるにも
かかわらず、上述したウエル・ポテンシャルの最高値及
び分布密度の違いによりパターンＰ15の方がパターンＰ
14よりも転送特性が優れていることが判る。つまり、転
送マージンは転送パターンのギャップｇのみならずその
形状も関係している。転送パターンＰ13の形状は第２図
で示した足元部に丸味を帯びた出来上がりパターンＰ10
0の形状と似ており、このパターンはギャップｇが広が
るだけでなく、ウエル・ポテンシヤルの分布も良くな
い。第３図Ｃの分布図から転送パターンのバブル出入口
足元部はギャップｇに近い側に片寄ってパターンを設け
るようにすれば良いことが判る。

第４図ＡはＡ，Ｂ及びＣ３種類のパターンの設計、フォ
トマスク形成、写真処理段階における形状を示す図であ
り、あとの２つの段階のパターン図は電子顕微鏡写真の
輪郭を描いたものである。

パターンＡは転送パターンのバブル出入口足元部におい
て、ギャップ側端部ｂ，ｃとその反対側端部ａ，ｄに片
寄りを持たせない（ｃ＝ｂ，ａ＝ｄ）従来型のパターン
を示している。

パターンＢ及びＣは本出願人の一人が先に出願した特願
昭５９−１２７４２１号（特開昭６１−８７８９号）に
記載された改良パターンである。パターンＢ及びＣはバ
ブル出入口足元部のギャップｇ側ｂ及びｃに片寄ってパ
ターンを追加したもので、その輪郭はフォトマスク作成
時に用いる電子ビーム露光装置の最小ビーム・スッポト
２５μｍ角に合せて階段状に描いている。パターンＢは
その追加分がスポット３つ分、パターンＣはその追加分
が６つ分となっている。フォトマスク作成段階及び写真
処理段階でそれぞれのパターンの輪郭線は丸味を帯びて
くるが、最終的に出来上がったパーマロイ・パターンで
みると、転送パターン間のギャップはパターンＣが一番
小さく、パターンＡが一番広がっている。

出来上がった３種類のパーマロイ・パターンのギャップ
間転送特性を実測したデータを第４図Ｂに示す。

同図において、Ａ，Ｂ及びＣの曲線はそれぞれ第４図の
パターンＡ，Ｂ及びＣの特性を示しており、上側がバイ
アス磁界の上限を、下側が下限を表わしている。なお、
曲線Ｃの回転磁界強度Ｈｒ＝６０〔Ｏｅ〕における上限
値は２６０〔Ｏｅ〕を越えていたので図示していない。
この特性図から判るように、パターンＢ及びＣは従来の
パターンＡに比べてバイアス磁界の上限値が格段に向上
しており、また下限値にも若干の向上がみられ、上限値
−下限値＝バイアス・マージンの大幅な向上が得られ
た。

第５図は前記先行出願による改良された転送パターンを
適用した磁気バブルメモリチツプのスワップ・ゲート付
近のパターンを示す図である。転送パターンＩ１〜Ｉ１
６は情報を記憶するためのマイナループｍを構成してお
り、磁気バブルは図中ＰＲｉで示した反時計回りの方向
で転送される。Ｊ１〜Ｊ５は書き込みメイジャラインＷ
ＭＬを構成するパーマロイ転送パターンであり、磁気バ
ブルは図中Ｒｊで示された方向に転送される。Ｐｃ，Ｐ
ｌ，Ｐｍは転送を助けるためのパーマロイ補助バーパタ
ーンである。ＣＮＤはバブルの交換を制御するための導
体層であり、マイナル−プｍの転送パターンＩ８部分で
ヘアーピン状の形状にされている。バブル発生器で発生
されたバブルは図の右側から左方向へパターンＪ１〜Ｊ
５及びそれらの間に挿入された補助バーパターンＰｍに
沿って回転磁界Ｈｒの動きに同期して転送される。バブ
ルの交換、すなわち情報の書き込みは次のようにして行
なわれる。書き込み情報がメイジャラインの所定ビット
位置に転送され、回転磁界Ｈｒが所定の位相となったと
き導体層ＣＮＤに電流が流される。このとき、パターン
Ｉ８の左側に位置していたバブルは補助パターンＰｌ，
Ｐｍを通って、パターンＪの入口足元部へ転送される。
またメイジャラインの補助パターンＰｍの下方に位置し
ていたバブルは補助パターンＰｌを経由してパターンＩ
100，Ｉ９へと転送される。

第３図および第４図で説明した改良された転送パターン
は第５図Ａの図において、マイナル−プｍの転送パター
ンＩ１〜Ｉ６及びＩ11〜Ｉ16の各バブル出入口Ｉ７の入
口及びＩ10の出口に適用されている。図中５Ｂ，５Ｃの
円で囲んだパターンの拡大図を第５図Ｂ及び第５図Ｃに
示す。同拡大図から判るように、転送マージンが厳しい
部分の転送パターン足元部には、ギャップｇ側に２辺の
長さが１〔μｍ〕の直角二等辺三角形状（段階状の折り
線は斜線とみなして）の突起が設けられている。なお、
図で転送パターンの他の斜線輪郭線は実際は２５〔μ
ｍ〕角の電子ビーム・スポットに合せ段階状となってい
るが、ここではその段階形状は省略している。

第６図は前記先行出願による改良パターンの他の適用例
を示す、スワップゲート近辺の平面図であり、第５図の
適用例と異なる点は転送パターンＩ７からＩ８，Ｉ９か
らＩ10，ＰｌからＰｍ，Ｊ１からＪ２及びＪ２からＩ10
0のバブル転送経路に図中クロス・ハッチで示した突起
部を設けたことである。

バブルの転送マージンは第２図の解析から判ったことで
あるが、転送パターンの足元間のギャップｇをバブルが
渡るときがシビアであり、そのギャップｇ僅か０．１μ
ｍずれただけで動作しなくなるものが多い。従って、前
述した適用例でバイアス・マージンが大きくなったとい
うことは、製造ばらつきに強く歩留の向上につながる訳
である。この転送マージンは、ギャップ値、転送パター
ンの大きさ、周期だけでなくバブル径にも依存し、バブ
ル径が１〔μｍ〕以下になると、転送マージンが他と比
べて大きい部分にも（バーパターンＰｃ，Ｐｌ，Ｐｍや
Ｊ１〜Ｊ５のメイジャループ等）第６図に示すように全
面的に突起を設ければ良い。第７図は前記先行出願によ
る改良パターンの変形例を示す図である。同図において
転送パターンＰ13には矩形状の突起が設けられている。
転送パターンＰ14はハーフ・ディスクパターンに突起を
設けたものであり、転送パターンＰ15はＣ字形パターン
に突起を設けたものである。

第８図は前記先行出願による改良パターンをワイド・ギ
ャップ転送パターンに適用した例を示している。第８図
Ａにおいて、図中点線で示した部分は従来のパターンの
輪郭線であり、実線で示した部分は改良パターンであ
る。転送パターンのバブル入口足元付近に注目すると、
従来の足元底部輪郭線ｅはマクロなバブル転送方向ＰＲ
（マイナループやメイジャラインの方向）とほぼ平行で
あるが、改良されたパターンの足元底部輪郭線ｆはそれ
に対して傾けられている。

それによって、足元部はギャップ側にパターンが追加さ
れ（ｈ部分）、ギャップと反対側の部分（ｋ部分）が削
られた形となっており、全体としてギャップ側にパター
ンが片寄った形状とされている。

このような設計パターンに基づいて製造されたパーマロ
イ転送パターンのギャップ間転送マージンを測定した結
果を第８図Ｂに示す。同図において、Ｉの曲線は改良さ
れた輪郭線ｆを持つ転送パターンの特性であり、IIの曲
線は従来型のｅの輪郭線を持つ転送パターンの特性を示
している。同図から判るように、改良されたパターンは
大幅なバイアス・マージンの向上が得られた。

第９図Ａは第７図Ｂの設計パターン（点線）とその出来
上がりパターン（実線）を示すものである。出来上がり
のパターンは図中ｆで示す部分が多少丸まるので、ギャ
ップＧは設計パターンのそれより若干広がる。

第９図Ｂのパターンをそれを改善した本発明による転送
パターンの実施例を示すもので、隣り合う転送パターン
の出入口足元部分ｈにおいて、ギャップをＧ１からＧ２
に狭くするように設計したもので（点線部）、出来上が
りにおいては前述したｆの部分の丸まりによるギャップ
の広がりを小さくしたり、或は図に示すように先端部分
の方が他の部分よりもギャップが小さくなるという効果
をもたらす。写真処理における解像度が良くない場合は
第９図Ｃのように転送パターンの一方の足元部のみに出
っぱり部ｇを設けることになるが、それは本発明の対象
外である。第１０図は転送パターンＰ14とＰ17のバイア
ス磁界マージンを比較したもので、転送パターンＰ17は
バイアス磁界の上限を上げる効果が裏付けられた。

次に、本発明が適用される磁気バブルメモリチップの全
体構成、断面構造及び周辺回路をそれぞれ第１１図，第
１２図及び第１３図を参照しながら説明する。

第１１図においてｍは情報を蓄えるマイナループ、ＲＭ
Ｌは読み出し情報を転送するリードメジャライン、ＷＭ
Ｌは書き込み情報を転送するライトメジャラインであ
る。また、Ｄは磁気バブルを電気信号に変換するバブル
検出器、Ｇは磁気バブルを発生するバブル発生器、Ｒは
マイナループｍの情報をリードメジャラインＲＭＬに複
写または移すレプリケートゲート回路である。Ｔはライ
トメジャラインＷＭＬの情報をマイナループｍへ移すト
ランスファゲート回路又はそのトランスファと同時にマ
イナループｍの情報をメジャラインＷＭＬに掃き出す、
言わば両者の間で情報の交換を行なうスワップゲートで
ある。また、これらの外周を囲んで、外周からの磁気バ
ブルの侵入を防止するガードレール（図示せず）を設け
る。

ゲートＲ及びＴ，及びバブル発生器Ｇはパーマロイの転
送パターンと特殊な関係で配置された別層の導体に一定
方向の電流を流すか否かによって制御され、図中その導
体部分は太い実線で示しており、残りの細い実線はパー
マロイの転送パターンを示している。レプリケート、ス
ワップ及びバブル発生器の各導体層の一方の端部はチッ
プ内で共通端子ＣＯＭ１に接続されている。チップの外
側の配線基板においてバブル検出器のメイン及びダミー
磁気抵抗素子の一方の共通端子ＤＥＴ−Ｃと共通端子Ｃ
ＯＭ１は接続されている。

第１２図は磁気バブルメモリチップのボンディングパッ
ドＰＡＤ近辺の断面図を示すものである。

ＧＧＧはgadolinium−gallium−garnet基板であり、Ｌ
ＰＥは液相エピタキシャル成長法によって形成されたバ
ブル磁性膜である。ＩＯＮはハードバブル抑制のために
ＬＰＥ膜表面に形成されたイオン打込層を示している。
ＳＰ１は第１のスペーサであり、例えば３０００Åの厚
さのＳｉＯ₂が気相化学反応により形成される。ＣＯＮ
１及びＣＯＮ２は２層の導体層を示しており、バブル発
生、複写（分割）及び交換を制御する機能をもってお
り、下のＣＯＮ１がＭｏ，上のＣＯＮ２がＡｕの材料で
形成されている。ＳＰ２及びＳＰ３は導体層ＣＯＮとそ
の上に形成されるパーマロイ等の転送パターン層Ｐとを
電気的に絶縁するポリイミド樹脂等から成る層間絶縁膜
（第２，第３のスペーサ）である。ＰＡＳは気相化学反
応法により形成されたＳｉＯ₂膜等からなるパッシベー
ション膜である。ＰＡＤはチップのボンディングパッド
を示しており、Ａｌ線等の細いコネクタワイヤがここに
熱圧着法や超音波法によりボンディングされる。ボンデ
ィングパッドＰＡＤはＡｌ等で形成される。

このボンディングパッドＰＡＤは下の第１層ＰＡＤ１が
Ｃｒ，中央の第２層ＰＡＤ２がＡｕ層，上の第３層ＰＡ
Ｄ３がＡｕメッキ層等の材料でそれぞれ形成されてお
り、第２層ＰＡＤ２および第３層ＰＡＤ３をＣｒ，Ｃｕ
等の材料で形成しても良い。Ｐはバブルの転送路やバブ
ルの分割，発生，交換及び検出部更にはガードレール部
に用いられる層を示しており、前述した足元部の改良は
この層に対して行なわれる。このパターン層はＦｅ−Ｎ
ｉから成るパーマロイ層又はＦｅ−Ｓｉ合金及びＦｅ−
Ｎｉの多層（Ｐ１，Ｐ２）構造にしても良い。

最後に素子ＣＨＩの周辺回路を第１３図で説明する。Ｒ
Ｆは素子ＣＨＩのＸ及びＹコイルに90゜位相差の電流を
流し回転磁界Ｈｒを発生するための回路である。ＳＡは
素子ＣＨＩの磁気抵抗素子からの微小なバブル検出信号
を回転磁界のタイミングと合せてサンブリングし感知、
増幅するセンスアンプである。ＤＲは、ＭＢＭデバイス
の書き込みに関するバブル発生及びスワップ並びに読み
出しに関係するレプリケートの各機能導体に所定のタイ
ミングで電流を流す駆動回路である。以上の回路は回転
磁界Ｈｒのサイクル及び位相角に同期して動作するよう
タイミング発生回路ＴＧによって同期化されいる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、前述したようにバイアスマージンが大
きくなるので、このことは低い回転磁界強度Ｈｒを使用
できることを意味しており、周辺回路の消費電力の低
減，電源電圧を低減化（使用部品の低コスト化）につな
がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の転送パターンを示す平面図である。 第２図は写真処理による転送パターンのパターニングと
その問題点解析結果を示す図である。 第３図は転送パターン形状の違いによる磁気バブルに与
えるポテンシャル・ウエルの影響を解析した図であり、
第３図Ｃは先行出願による改良された転送パターン形状
を示す図である。 第４図は第３図で描いた３種類の転送パターンの特性を
比較する図である。 第５図、第６図、第７図及び第８図は先行出願による改
良パターンの適用例を示す図である。 第９図は本発明を説明するための図であり、同図Ａは従
来のパターン、同図Ｂは本発明の実施例を示すパター
ン、同図Ｃは本発明との比較をするためのパターンを示
す。 第１０図は本発明の効果を従来と比較して説明するため
のグラフ図である。 第１１図，第１２図及び第１３図は本発明が適用される
磁気バブルメモリチップの、それぞれ、全体構成、断面
構造及び周辺回路を示す図である。 Ｐ……転送パターン、Ｂ……バブル、ＰＲ……バブル転
送方向、ＷＭＬ……書き込みメイジャライン、ＳＷＡＰ
……バブル交換制御導体、Ｈｒ……回転磁界、ＤＥＴ…
…バブル検出器、ＲＥＰ……バブル複写制御導体、ＧＥ
Ｎ……バブル発生制御導体、ＣＨＩ……バブルメモリチ
ップ、ＰＡＤ……ボンディングパッド。

フロントページの続き (72)発明者 箭内 雅弘 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所茂原工場内 (72)発明者 鈴木 哲昭 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所茂原工場内 (72)発明者 慶田 久彌 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所茂原工場内 (56)参考文献 特開 昭61−8789（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気バブルの転送方向に沿って複数個のパ
   ーマロイ転送パターンを配列した磁気バブルメモリにお
   いて、上記転送パターンは入力側脚部と、出力側脚部
   と、両脚部を繋ぐ山型状の胴部と、上記入力側脚部に連
   続する入力側足元部と、上記出力側脚部に連続する出力
   側足元部とを有し、一つの上記転送パターンにおいて、
   上記入力側足元部と出力側足元部はそれぞれ互いに、向
   かい合う方向に傾斜した足の裏部と、反対方向に上記脚
   部から突出した足の甲部とを有し、２個の上記転送パタ
   ーンが隣り合う箇所において、上記出力側足元部の足の
   甲部と上記入力側足元部の足の甲部間のギャップ（ｈ）
   は上記出力側脚部と上記入力側脚部間のギャップ（ｇ）
   よりも狭く形成されていることを特徴とする磁気バブル
   メモリ。