(57)【要約】【課題】コイルが絶縁膜を介して基板と離して形成された構成であっても、絶縁膜の流動によるコイルの位置ズレが抑制された半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】一面１０ａを有する基板１０と、該一面上に形成され、断続的もしくは連続的な枠体状とされたアンカー４０と、該一面上に形成された第１絶縁膜２１と、第１絶縁膜２１上に形成されたコイル３０と、コイル３０および第１絶縁膜２１を覆う第２絶縁膜２２とを備え、アンカー４０の厚みが第１絶縁膜２１以上である半導体装置とする。当該半導体装置の製造方法は、基板１０およびアンカー４０を第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２のキュア工程における温度よりも高いガラス転移温度を有する材料により構成することを含む。これにより、第１絶縁膜２１および第２絶縁膜の流動がアンカー４０に抑制され、コイル３０の位置ズレによる磁気特性低下を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、
前記一面上に形成された絶縁膜（２０）と、
前記絶縁膜内に形成され、前記一面に対する法線方向を軸として巻回されると共に、前記基板と電気的に絶縁されたコイル（３０）と、
前記一面上に設けられ、前記法線方向から見て、前記コイルから離して形成されると共に、前記コイルを囲むように連続的もしくは断続的に配置されたアンカー（４０）と、を備え、
前記コイルは、前記絶縁膜の一部を介して前記基板と離して配置され、
前記アンカーの前記法線方向における厚みが、前記絶縁膜のうち前記一面から前記コイルの前記一面側の下面までの厚み以上である半導体装置。
【請求項２】
前記アンカーは、前記コイルを構成する導電材料と同じ材料である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記アンカーは、複数形成され、前記コイルを囲む前記アンカーのうち隣接する他の前記アンカーと等間隔で配置されている請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁膜は、樹脂材料により構成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
一面（１０ａ）を有する基板（１０）を用意することと、
前記一面に対する法線方向から見て、前記一面の上に連続的もしくは断続的にアンカー（４０）の一部または全部を形成することと、
前記アンカーの一部または全部の形成後に、前記一面上に絶縁膜（２０）の一部である第１絶縁膜（２１）を形成することと、
前記第１絶縁膜上であって、前記法線方向から見て、枠体状の前記アンカーに囲まれた領域内に、前記法線方向を軸として巻回されると共に、前記基板と電気的に絶縁されたコイル（３０）を形成することと、
前記コイルを埋めるように第２絶縁膜（２２）を形成して前記絶縁膜を構成することと、を含み、
前記基板を用意することにおいては、前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜を硬化する際における加熱温度よりもガラス転移温度もしくは融点が高い材料からなる前記基板を用意し、
前記アンカーを形成することにおいては、前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜を硬化する際の加熱温度よりもガラス転移温度もしくは融点が高い材料を用いて前記アンカーを形成する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記アンカーを形成する前に、前記一面上に前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜を硬化する際の加熱温度よりもガラス転移温度もしくは融点が高い磁性体材料からなる磁性体膜（５０）を形成する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１絶縁膜を形成することにおいては、前記第２絶縁膜を硬化する際における加熱温度よりもガラス転移温度もしくは融点が低い樹脂材料を用いて、前記第１絶縁膜を形成する請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル構造を有するコイル形成領域を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一面を有する基板の一面上に形成された絶縁膜と絶縁膜内に埋設されるように形成されたコイルとを有してなるコイル形成領域を備えた半導体装置が知られている。このような従来の半導体装置は、例えばシリコン基板上に絶縁膜の一部である第１絶縁膜を形成し、続けて第１絶縁膜上にコイルを形成した後、第１絶縁膜およびコイルを覆うように第２絶縁膜を形成することにより製造される。
【０００３】
ここで、従来の半導体装置では、第２絶縁膜の形成工程における加熱温度（以下「キュア温度」という）よりもガラス転移温度（Ｔｇ）の高い材料が第１絶縁膜の材料として用いられることが多い。これは、第１絶縁膜上に形成されたコイルが、第２絶縁膜のキュアの際に第１絶縁膜がＴｇを超えて軟化することにより生じる位置ズレおよびこれに伴う不具合を抑制するためである。
【０００４】
第１絶縁膜と第２絶縁膜とが異なる材料により構成される場合には、上記の観点から材料を選定する必要があるため、材料選択の自由度が低くなる。一方、そうでない場合には、第１絶縁膜および第２絶縁膜を構成する材料のＴｇがそれぞれのキュア温度よりも高い必要があるが、このような材料は、キュアによる収縮が大きいものが多い。そのため、絶縁膜の内部応力が大きくなって基板が反ってしまい、半導体装置の製造工程において好ましくない。
【０００５】
このような課題を解決する手法としては、例えば特許文献１に記載のプローブカードにおける手法が挙げられる。特許文献１に記載のプローブカードは、複数の絶縁膜が積層された絶縁層と、絶縁層内に形成された導体パターンと、絶縁層のうち導体パターンが形成された絶縁層と異なる絶縁層に配置され、積層方向から見て該導体パターンと重なる位置に形成された絶縁パターンを備える。この絶縁パターンは、絶縁膜よりも熱収縮率が低いセラミック材料により構成されており、絶縁膜の収縮を抑制するために設けられる。
【０００６】
これにより、基板の一面側を下方として、下方に形成される絶縁膜を構成する材料のＴｇがその上に形成される絶縁膜のキュア温度よりも低い場合であっても、下方に形成される絶縁膜の収縮を抑制し、導体パターンの位置ズレやこれに伴う不具合を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２３６１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のプローブカードでは、当該プローブカードの平坦性が悪化することを抑制するため、絶縁パターンが積層される各絶縁膜の厚みよりも薄く、かつ、所定の厚みとする必要がある。そのため、各絶縁膜のうち基板の一面の反対面を表面として、絶縁パターンは、各絶縁層の表面側に形成されることとなる。すなわち、絶縁パターンは、基板の一面もしくは下方側の絶縁膜の表面と離れて形成されているため、下方側の絶縁膜が収縮すると、これに伴って導体パターンおよび絶縁パターンが全体的に移動するおそれがある。また、導体パターンが絶縁膜上に形成され、かつ、下方に形成された絶縁膜以外の層に固定されていない場合には、このような不具合を抑制しづらい。
【０００９】
つまり、積層された他の絶縁膜のキュアの工程において、絶縁膜のうちコイルの下方に形成された領域のＴｇを超えた温度で加熱すると、コイル下方の絶縁膜が軟化してしまう。その結果、コイル形成領域を備える半導体装置に特許文献１に記載の手法を適用しても、コイル下方の絶縁膜の軟化によりコイルが移動してしまい、コイルの位置ズレに起因して磁気特性が低下し得る。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、絶縁層上に形成されるコイルが基板に固定されていない構成であっても、絶縁層の収縮によるコイルの位置ズレ等に伴う磁気特性の低下を抑制した半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の半導体装置は、一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、一面上に形成された絶縁膜（２０）と、絶縁膜内に形成され、一面に対する法線方向を軸として巻回されると共に、基板と電気的に絶縁されたコイル（３０）と、一面上に設けられ、法線方向から見て、コイルから離して形成されると共に、コイルを囲むように連続的もしくは断続的に配置されたアンカー（４０）と、を備える。このような構成において、コイルは、絶縁膜の一部を介して基板と離して配置され、アンカーの法線方向における厚みが、絶縁膜のうち一面からコイルの一面側の下面までの厚み以上である。
【００１２】
これにより、コイルを覆う絶縁膜のうちコイルの下部もしくは同じ高さに形成される部分が収縮した場合であっても、アンカーによりコイルの位置ズレが抑制され、絶縁膜材料の選択の自由度が高く、コイルの位置ズレによる磁気特性低下を抑えた半導体装置となる。
【００１３】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法は、一面（１０ａ）を有する基板（１０）を用意することと、一面に対する法線方向から見て、一面の上に連続的もしくは断続的にアンカー（４０）の一部または全部を形成することと、アンカーの一部または全部の形成後に、一面上に絶縁膜（２０）の一部である第１絶縁膜（２１）を形成することと、第１絶縁膜上であって、法線方向から見て、枠体状のアンカーに囲まれた領域内に、法線方向を軸として巻回されると共に、基板と電気的に絶縁されたコイル（３０）を形成することと、コイルを埋めるように第２絶縁膜（２２）を形成して絶縁膜を構成することと、を含む。このような製造方法において、基板を用意することにおいては、第１絶縁膜および第２絶縁膜を硬化する際における加熱温度よりもガラス転移温度もしくは融点が高い材料からなる基板を用意し、アンカーを形成することにおいては、第１絶縁膜および第２絶縁膜を硬化する際の加熱温度よりもガラス転移温度もしくは融点が高い材料を用いてアンカーを形成する。
【００１４】
これにより、コイルを覆う絶縁膜のうちコイルの下部もしくは同じ高さに形成される部分がその後の加熱工程において軟化や収縮した場合であっても、アンカーを形成することによりコイルの位置がずれることが抑制される。また、絶縁膜の一部の材料をその後に積層される絶縁膜材料の硬化温度よりも高いガラス転移温度を有する材料にしなくてもよくなり、絶縁膜材料の選択の自由度が高くなり、コイルの位置ズレによる磁気特性の低下を抑えた半導体装置を製造することができる。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の半導体装置におけるコイルおよびアンカーの配置例を示す上面レイアウト図である。
【図２】図１中の一点鎖線ＩＩ−ＩＩ間における第１実施形態の半導体装置の断面構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４】アンカーを有さない従来の半導体装置において、絶縁膜のキュア工程でのコイルの移動について示す上面レイアウト図である。
【図５】第２実施形態の半導体装置の断面構成を示す図である。
【図６】第２実施形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図７】図６に続く第２実施形態の半導体装置の製造工程を示す図である。
【図８】他の実施形態の半導体装置の断面構成を示す図である。
【図９】他の実施形態の半導体装置におけるコイルとアンカーの配置例を示す上面レイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態の半導体装置について、図１〜図３を参照して述べる。本実施形態の半導体装置は、図１もしくは図２に示すように、一面１０ａを有する基板１０と、一面１０ａの上に形成された第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２とにより構成された絶縁膜２０、コイル３０、アンカー４０とを備える。
【００１９】
このような構成において、第２絶縁膜２２は、第１絶縁膜２１上に設けられている。コイル３０は、第１絶縁膜２１上に形成され、第２絶縁膜２２により第１絶縁膜２１およびアンカー４０と共に覆われている。アンカー４０は、一面１０ａ上に複数設けられ、一面１０ａに対する法線方向（以下「一面法線方向」という）から見てコイル３０を断続的に囲むように形成されている。アンカー４０の一面法線方向における厚み（以下単に「厚み」という）は、第１絶縁膜２１の厚み以上である。
【００２０】
なお、本実施形態の半導体装置におけるコイル３０の形成領域は、インダクタとして機能する。また、本実施形態の半導体装置には、図示されていない領域に例えばトランジスタなどを備えた回路領域やその回路配線などが形成されていてもよい。
【００２１】
基板１０は、一面１０ａを有する矩形板状とされ、例えばシリコンなどの半導体材料により構成されている。なお、基板１０は、板状であれば、円状、楕円状などであってもよく、他の形状とすることもできる。また、基板１０は、後述する本実施形態の半導体装置の製造工程における絶縁膜２０の加熱温度、すなわちキュア温度よりもガラス転移温度が高い材料により構成される。
【００２２】
絶縁膜２０は、本実施形態では、図２に示すように、基板１０の一面１０ａ上に形成された第１絶縁膜２１と第１絶縁膜２１および次に説明するコイル３０を覆うように形成された第２絶縁膜２２とを有してなる。
【００２３】
第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２は、例えば可溶性のポリイミドやフェノール樹脂等の樹脂材料により構成されている。第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２は、同じ材料により構成されていてもよいし、異なる材料により構成されていてもよい。
【００２４】
なお、第１絶縁膜２１を構成する材料のＴｇは、後述する製造工程での第２絶縁膜２２のキュア温度よりも低くてもよい。すなわち、コイル形成領域を備え、絶縁膜材料のＴｇがその後に積層される他の絶縁膜のキュア温度よりも高くする必要がある従来の半導体装置（以下単に「従来の半導体装置」という）とは異なり、本実施形態の半導体では、このような制限はない。また、第１絶縁膜２１を構成する材料および第２絶縁膜２２を構成する材料のＴｇは、第１絶縁膜２１のキュア温度および第２絶縁膜２２のキュア温度よりも低くてもよい。例えば、Ｔｇが１５０℃程度の可溶性のポリイミドを用いる場合において、２００℃の温度で硬化させたり、Ｔｇが２１５℃程度のフェノール樹脂を用いる場合において、２５０℃の温度で硬化させたりしてもよい。この理由については、後述するアンカー４０についての説明にて述べる。
【００２５】
なお、第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２は、例えば絶縁性材料を含む溶液をスピンコートなどの成膜法により塗布して乾燥することにより形成されるが、テープ状の絶縁性材料を貼り付けて形成されてもよい。
【００２６】
コイル３０は、本実施形態では、図１に示すように、一面法線方向から見て、旋回するにつれて一辺の長さが短くなる四角形の渦巻き状の平面コイルとされる。コイル３０は、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｌなどの導電材料により構成されている。コイル３０は、本実施形態では、渦巻き状の１層の平面コイルとされているが、渦を巻くような形状であれば、四角形状に限らず、円形状、楕円形状、多角形状などにしてもよく、他の形状としてもよい。
【００２７】
コイル３０は、本実施形態では、図２に示すように、絶縁膜２０内に設けられている。なお、ここでいう「絶縁膜２０内に設けられている」とは、基板１０の一面１０ａ上に形成された絶縁膜２０内にコイル３０が形成されている構造をいう。
【００２８】
コイル３０は、本実施形態では、第１絶縁膜２１上に形成され、第１絶縁膜２１を介して基板１０と離して形成されている。なお、ここでいう「コイル３０が基板１０と離して形成されている」とは、コイル３０が基板１０に対して直接的に固定されておらず、絶縁膜２０を介して固定されていることを意味する。すなわち、コイル３０が他の配線等の導体により基板１０の一面１０ａに固定されていない。これにより、コイル３０の下部に寄生成分が形成されない構造となり、磁気特性の低下が抑制される。
【００２９】
コイル３０は、本実施形態では、第１絶縁膜２１上に複数個形成されている。コイル３０は、図１の紙面における左右方向をＸ方向とし、Ｘ方向を含む紙面の平面上においてＸ方向と直交する方向をＹ方向とすると、図１に示すように、Ｘ方向およびＹ方向に沿って等間隔で並んで配置されている。
【００３０】
なお、コイル３０は、１個だけ形成されていてもよい。また、コイル３０は、複数個形成されている場合であってもＸ方向およびＹ方向ともに等間隔で配置されるだけに限らず、Ｘ方向において隣接するコイル３０同士の間隔とＹ方向において隣接するコイル３０同士の間隔とが異なる配置とされていてもよい。さらに、コイル３０は、複数個形成されている場合に、Ｘ方向もしくはＹ方向において隣接するコイル３０同士の間隔がそれぞれ異なる配置とされていてもよく、他の配置とされていてもよい。
【００３１】
一面法線方向から見て、コイル３０の最も内周側の端部と最外周側の端部には、図示していない回路配線等、例えばコイル３０への通電用のパッド部やトランジスタなどを備えた回路領域へ接続された回路配線などが接続されていてもよい。
【００３２】
なお、この場合、回路領域や回路配線等については蒸着やスパッタなどにより、これらを覆う絶縁膜等については化学気相成長法（ＣＶＤ）や熱酸化などの公知の半導体装置の製造工程により形成される。
【００３３】
アンカー４０は、本実施形態では、図２に示すように、基板１０の一面１０ａ上に設けられると共に、コイル３０を断続的に囲むように複数形成される。アンカー４０は、第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２のキュア工程におけるキュア温度、例えば２００℃〜２５０℃程度よりも高いＴｇもしくは融点を有する材料、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｌなどの導電材料などが用いられる。これは、アンカー４０が後述する半導体装置の製造工程において、基板１０の一面１０ａ上に固定され、その形状を絶縁膜２０のキュア工程においてもその形状を保つことによりコイル３０の位置ズレを抑制するためのものだからである。
【００３４】
具体的には、コイル３０の形成後に、第２絶縁膜２２のキュア工程での加熱により第１絶縁膜２１がＴｇを超えて軟化した場合であっても、アンカー４０は、第２絶縁膜２２のキュア温度よりもＴｇもしくは融点が高いため、その形状が維持される。つまり、基板１０の一面１０ａ上に固定されつつ、その形状がキュア工程においても維持されるため、アンカー４０は、第１絶縁膜２１の流動を抑制する役割を果たす。その結果、基板１０の一面１０ａ上にアンカー４０を形成することで、コイル３０が当初形成された位置からずれることを抑制できる。
【００３５】
アンカー４０の厚みは、本実施形態では、図２に示すように第１絶縁膜２１の厚み以上とされることが好ましく、第１絶縁膜２１およびコイル３０の合計の厚み以上、絶縁膜２０の厚み未満とされることがより好ましい。第２絶縁膜２２のキュアの際に第１絶縁膜２１が収縮した場合であってもアンカー４０によりこの収縮が抑制され、第１絶縁膜２１上に形成されたコイル３０が、第１絶縁膜２１の収縮によって位置ズレを生ずることを抑制できるためである。また、アンカー４０の厚みが第１絶縁膜２１およびコイル３０の合計の厚み以上とされていれば、アンカー４０により第２絶縁膜２２の収縮についても抑制され、これに伴うコイル３０の位置ズレを抑制できるためである。
【００３６】
なお、アンカー４０の厚みが絶縁膜２０の厚み以上、すなわち第２絶縁膜２２から露出する厚みであっても上記の第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２の収縮によるコイル３０の位置ズレを抑制できるが、必要以上にアンカー４０の厚みを厚くする意義は薄い。
【００３７】
また、アンカー４０は、本実施形態では、円柱形状とされているが、これに限らず、四角柱形状、楕円柱形状などの形状とされてもよいし、他の形状とされてもよい。
【００３８】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図３を参照して説明する。
【００３９】
まず、図３（ａ）に示すように、一面１０ａを有する基板１０を用意する。そして、例えば、電解メッキにより基板１０の一面１０ａ上に複数のアンカー４０の一部４１を形成する。このときのアンカー４０の一部４１の厚みは、次に形成する第１絶縁膜２１の厚みと同程度、例えば１０μｍ程度とする。また、アンカー４０は、後述する第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２の加熱温度、すなわちキュア温度よりもＴｇもしくは融点が高い材料により形成する。これにより、アンカー４０が基板１０の一面１０ａ上にその形状を維持したまま固定されることで、絶縁膜２０の流動によって後述するコイル３０の位置ズレを抑制できるためである。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に示すように、アンカー４０の一部４１を形成した基板１０の一面１０ａ上に、例えばスピンコートなどの成膜法にて絶縁膜材料を含む溶液を塗布する。そして、その後、例えばオーブンで例えば２００℃〜２５０℃の温度で乾燥することにより、絶縁膜２０の一部領域である第１絶縁膜２１を形成する。
【００４１】
続けて、図３（ｃ）に示すように、例えば電解メッキにより第１絶縁膜２１上のうち複数のアンカー４０の一部４１に囲まれた領域にコイル３０を形成すると共に、該アンカー４０の一部４１上に導電材料を積層してアンカー４０を形成する。コイル３０および複数のアンカー４０の形成後、例えばスピンコートなどの成膜法にて絶縁膜材料を含む溶液を塗布する。そして、その後、例えば上記の第１絶縁膜２１と同様にキュア温度で乾燥し、第１絶縁膜２１、コイル３０および複数のアンカー４０を覆う絶縁膜２０の残り領域である第２絶縁膜２２を形成する。このようにして、図３（ｄ）に示すように本実施形態の半導体装置を製造することができる。
【００４２】
なお、第１絶縁膜２１を形成した際、複数のアンカー４０の一部４１がすべて第１絶縁膜２１に覆われている場合には、コイル３０を形成する前に、複数のアンカー４０の一部４１を第１絶縁膜２１から露出させる。具体的には、第１絶縁膜２１のうち基板１０の一面１０ａの反対面を表面として、表面側から研磨等を行ってもよいし、感光性の樹脂材料を第１絶縁膜２１として用いて、フォトリソグラフィ法によるパターニングを行ってもよい。
【００４３】
次に、アンカー４０によるコイル３０の位置ズレ抑制効果について、図１、図４を参照して説明する。なお、図４では、コイル３０を形成した初期の位置を破線で示し、その後の第２絶縁膜２２の形成工程における加熱温度、すなわちキュア温度での加熱による位置ズレをした後のコイル３０を実線で示している。
【００４４】
まず、アンカー４０が形成されておらず、かつ、コイル３０が基板１０に固定されておらず、コイル３０の下部に形成された第１絶縁膜２１を構成する材料のＴｇが、コイル３０の上部に形成される第２絶縁膜２２のキュア温度よりも低い場合について検討する。この場合、第２絶縁膜２２のキュア温度よりもＴｇが低い材料により構成された第１絶縁膜２１は、第２絶縁膜２２のキュア工程にてＴｇを超えて軟化し、その後の自然冷却などでの固化の際に収縮を起こす。このとき、コイル３０は、基板１０に対して固定されていないため、第１絶縁膜２１の収縮による影響を受け、図４に矢印で示した収縮の方向に沿ったコイル３０の移動、すなわち位置ズレを生じる。
【００４５】
なお、図４では、本実施形態の半導体装置の一部であって、９個のコイル３０のうち一面法線方向から見て中心に配置されているコイル３０に向かって第１絶縁膜２１もしくは第２絶縁膜２２が収縮する例について示している。また、上記の例では、主に第１絶縁膜２１の収縮によりコイル３０の位置ズレが生じる場合について説明したが、第１絶縁膜２１がＴｇを超えた後の第２絶縁膜２２の収縮によりコイル３０の位置ズレが生じる場合についても同様の結果となる。
【００４６】
このようにコイル３０が位置ズレを起こすと、意図しない箇所での磁束の発生や図示しない他の回線との接触による短絡などが生じ、半導体装置の磁気特性が低下し得る。
【００４７】
これに対して、図１に示すように、アンカー４０がコイル３０を囲むように形成された本実施形態の半導体装置では、上記と同様の材料により第１絶縁膜２１を構成した場合であっても、アンカー４０の存在により、第１磁性体膜２１の収縮が抑制される。そのため、コイル３０が固定されておらず、コイル３０の下部に形成された第１絶縁膜２１が収縮した場合であっても、アンカー４０によりこれが緩和され、コイル３０の位置ズレを抑制することができる。これにより、コイル３０の位置ズレによる磁気特性の低下を抑えた半導体装置となる。
【００４８】
次に、コイル３０とアンカー４０との間隔について説明する。アンカー４０を導体で形成する場合、コイル３０とアンカー４０とが接触すると、コイル３０での生じさせる磁束に影響が出てしまい、半導体装置の磁気特性が低下し得る。そのため、アンカー４０は、絶縁膜２０が収縮した場合であっても、コイル３０がそれに伴って移動してもアンカー４０と接触しない程度の距離に形成することが好ましい。
【００４９】
具体的には、例えば、Ｔｇ以下の温度における線膨張係数α１（単位：℃-1）が５０ｐｐｍ、Ｔｇを超える温度における線膨張係数α２（単位：℃-1）が２５０ｐｐｍの可溶性のポリイミド（Ｔｇ：１５０℃程度）を用いた場合について検討する。このような可溶性ポリイミドを用いて第１絶縁膜２１を形成し、第１絶縁膜２１上へのコイル３０の形成後、コイル３０を覆う第２絶縁膜２２を成膜して硬化する。なお、この場合において、アンカー４０が形成されておらず、アンカー４０による第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２の膨張や収縮の抑制がないとする。
【００５０】
この場合において、例えば、室温を２５℃とし、第２絶縁膜２２のキュア温度を２００℃とする。このときの第１絶縁膜２１の熱膨張率を算出する。まず、室温とＴｇとの温度差１２５℃にポリイミドの線膨張係数α１の５０ｐｐｍをかけた６２５０ｐｐｍ、すなわち０．６２５％がＴｇ以下の温度における熱膨張率となる。次に、Ｔｇとキュア温度との温度差５０℃にポリイミドの線膨張係数α２の２５０ｐｐｍをかけた１２５００ｐｐｍ、すなわち１．２５％がＴｇを超えた温度における熱膨張率となる。これらを足し合わせた１．８７５％がポリイミドの熱膨張率となる。また、隣接するコイル３０同士の間隔を例えば５ｍｍとして、隣接するコイル３０間において第１絶縁膜２１が膨張して伸びる長さを算出する。すると、コイル３０同士の間隔５ｍｍに熱膨張率１．８７５％をかけて得られる０．０９３７５ｍｍ、すなわち９３．７５μｍが隣接するコイル３０間において第１絶縁膜２１が伸びる長さとなる。
【００５１】
ここで、第２絶縁膜２２のキュア工程では、第１絶縁膜２１を硬化した後に、第１絶縁膜２１を構成する材料がそのＴｇ以上の温度で加熱されるため、第１絶縁膜２１は、Ｔｇを超えて軟化する。そして、第２絶縁膜２２のキュア工程後に、例えば自然冷却されると、第１絶縁膜２１が固化する。このとき、第１絶縁膜２１が最も大きく動く場合、すなわち第１絶縁膜２１の収縮率が熱膨張率と同じであって、熱膨張せずに収縮だけが起きた場合を想定すると、９３．７５μｍだけコイル３０が移動することとなる。このような場合には、コイル３０とアンカー４０との距離を少なくとも９４μｍ以上とすれば、コイル３０が第１絶縁膜２１の収縮により動いた場合であっても、これらが接触することはなく、これらの接触による磁気特性の低下等の不具合は生じない。
【００５２】
なお、上記では第１絶縁膜２１が主に収縮する場合について説明したが、第１絶縁膜２１が第２絶縁膜２２のキュア工程において軟化するのみで、第２絶縁膜２２が主に収縮し、これに伴いコイル３０の位置ズレが起きる場合にも同様に考えることができる。
【００５３】
このようにして、コイル３０とアンカー４０との距離を調整することにより、コイル３０とアンカー４０との接触による半導体装置の磁気特性の低下を抑制することができる。言い換えると、コイル３０とアンカー４０との距離が、コイル３０の下部に形成された絶縁膜の収縮率にコイル３０同士の間隔を乗じて得られた数値を超えるようにされることにより、コイル３０とアンカー４０との接触が抑制される。
【００５４】
なお、コイル３０とアンカー４０との距離については、アンカー４０を本実施形態のように断続的に形成する場合だけでなく、連続的に形成する場合であっても同様に考えることができる。また、コイル３０とアンカー４０との距離については、コイル３０同士の間隔を変えた場合には、上記のような計算により適宜変更することができる。
【００５５】
次に、アンカー４０の配置について説明する。アンカー４０は、本実施形態では、図１に示すようにＸ方向およびＹ方向に沿って等間隔に配置された複数のコイル３０をそれぞれ断続的に囲むように配置されている。そして、アンカー４０は、本実施形態では、コイル３０と同様に、Ｘ方向およびＹ方向に沿って等間隔に配置されている。
【００５６】
アンカー４０は、絶縁膜２０のうちコイル３０の下部に形成される領域の収縮を抑制できればよいため、隣接するアンカー４０同士のＸＹ平面上における距離については必ずしも等間隔でなくてもよいが、等間隔で配置されることが好ましい。アンカー４０を電解メッキで形成する場合、アンカー４０の厚みについては電解メッキの工程における電流密度に比例するため、等間隔に配置することで電流密度が揃いやすくなり、アンカー４０の厚みが揃いやすくなる。このようにして、アンカー４０の厚みを揃えることが、工程管理や品質管理の点で好ましいためである。
【００５７】
なお、ここでいう「等間隔に配置されている」とは、同一のコイル３０を複数のアンカー４０で囲む場合において、同一のコイル３０を囲む複数のアンカー４０のうち最も近くで隣接するアンカー４０同士の間隔が等しいことを意味する。また、アンカー４０は、絶縁膜２０の収縮を抑制できればよく、その形成数やサイズについては、任意であり、絶縁膜２０として用いる材料の特性、例えば粘性などにより適宜変更することができる。
【００５８】
また、アンカー４０を複数個形成する場合、隣接するアンカー４０同士の間隔については、任意であるが、絶縁膜２０の形成の際に隣接するアンカー４０同士の隙間でボイドが発生しない程度に調整することが好ましい。
【００５９】
以上のように、一面１０ａを有する基板１０と、一面１０ａ上に形成されたアンカー４０、第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２２およびコイル３０とを備え、アンカー４０がコイル３０を囲むように配置された半導体装置とする。このような構成において、コイル３０については、第１絶縁膜２１を介して基板１０と離して形成し、アンカー４０の厚みについては、コイル３０の下部に形成された第１絶縁膜２１の厚み以上とする。
【００６０】
このような構成とされることにより、コイル３０の形成後に、コイル３０の下部に形成された第１絶縁膜２１が、第２絶縁膜２２のキュア工程における加熱によりＴｇを超えたとしてもアンカー４０により収縮が抑制され、コイル３０の位置ズレが抑制される。また、アンカー４０が形成された構成とすることにより、第１絶縁膜２１や第２絶縁膜２２として使用する材料の選択の自由度が高い半導体装置となる。さらに、材料の選択の自由度が高くなることにより、材料のＴｇの制限の観点から３層以上の積層が難しかった従来の半導体装置に比べ、積層しやすい構成の半導体装置となる。
【００６１】
また、上記のように、アンカー４０もしくはアンカー４０の一部４１をあらかじめ形成した後に、第１絶縁膜２１を設け、これらに囲まれた領域内にコイル３０を形成する。そして、第１絶縁膜２１、コイル３０およびアンカー４０を覆う第２絶縁膜２２を形成する。このような製造工程において、基板１０およびアンカー４０を構成する材料のＴｇもしくは融点を第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２のキュア温度よりも高くする。これにより、第１絶縁膜２１が第２絶縁膜２２のキュア工程においてＴｇを超えて収縮したとしても、アンカー４０によりその収縮が抑制され、コイル３０の位置ズレが抑制された半導体装置を製造できる。
【００６２】
（第２実施形態）
第２実施形態の半導体装置について、図５〜図７を参照して述べる。本実施形態の半導体装置は、互いに電気的に絶縁され、基板１０の一面１０ａ側に形成された第１層平面コイル３１と基板１０の一面１０ａの反対側に形成された第２層平面コイル３２とによりコイル３０が構成され、トランスとして機能する領域を備える。また、本実施形態の半導体装置は、基板１０の一面１０ａ上に形成された第１磁性体膜５１と絶縁膜２０上に形成された第２磁性体膜５２とにより構成される磁性体膜５０を備える。これらの点が上記第１実施形態と異なる。本実施形態では、この相違点を主に説明する。
【００６３】
絶縁膜２０は、図５に示すように、次に説明する第１層平面コイル３１および第２層平面コイル３２により構成されるコイル３０を覆うように形成されている。絶縁膜２０は、基板１０の一面１０ａ上に順次積層された第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２２および第３絶縁膜２３により構成されている。なお、第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２２および第３絶縁膜２３は、同じ材料で構成されていてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。
【００６４】
コイル３０は、本実施形態では、上記のように第１層平面コイル３１と第２層平面コイル３２とにより構成されている。コイル３０は、上記第１実施形態の半導体装置と同様に、コイル３０と離れて形成されたアンカー４０により囲まれている。
【００６５】
第１層平面コイル３１および第２層平面コイル３２は、本実施形態では、上記第１実施形態で説明したのと同様に渦巻き状の平面コイルとされており、表面法線方向から見て、重なるように形成されている。すなわち、第１層平面コイル３１は、表面法線方向から見て、第２層平面コイル３２に隠れて見えない状態となっている。
【００６６】
なお、第１層平面コイル３１と第２層平面コイル３２は、同一形状でなくてもよく、例えば、配線幅が異なっていたり、外径が異なっていたりしてもよい。また、表面法線方向から見て、第１層平面コイル３１および第２層平面コイル３２の最も内周側の端部と最外周側の端部には、上記第１実施形態で説明したのと同様に、図示していない回路配線等が接続されていてもよい。
【００６７】
アンカー４０の厚みは、本実施形態では、図５に示すように第１絶縁膜２１および第２絶縁膜２２の合計の厚み以上、絶縁膜２０の厚み以下とされていることが好ましい。第１絶縁膜２１や第２絶縁膜２２が収縮した場合であってもアンカー４０によりこの収縮が抑制され、第１絶縁膜２１上に形成された第１層平面コイル３１および第２絶縁膜２２上に形成された第２層平面コイル３２の位置ズレを抑制できるためである。また、第３絶縁膜２３内にアンカー４０が形成されていれば、第３絶縁膜２３がキュアにより収縮した場合であってもアンカー４０がこの収縮を抑制し、第３絶縁膜２３の収縮による第２層平面コイル３２の位置ズレを抑制できる。
【００６８】
なお、アンカー４０は、上記第１実施形態と同様に、絶縁膜２０、すなわち第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２２および第３絶縁膜２３のキュア工程における温度よりもガラス転移温度もしくは融点が高い材料、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｌなどの導電材料が用いられる。
【００６９】
磁性体膜５０は、本実施形態では、図５に示すように、基板１０の裏面１０ｂ上に形成された第１磁性体膜５１と絶縁膜２０上に形成された第２磁性体膜５２とにより構成され、例えば矩形板状とされている。磁性体膜５０は、板状であれば、円形板状、楕円形板状などであってもよく、他の板形状とすることもできる。
【００７０】
磁性体膜５０を構成する磁性体材料としては、例えばニッケル、マンガン亜鉛などを有するフェライト粉末等などが用いられるが、本実施形態の半導体装置のコイル形成領域の設計に応じて、他の公知材料や市販材料が用いられてもよい。また、磁性体膜５０は、上記磁性体材料の他に樹脂バインダーなどを含む構成とされていてもよい。樹脂バインダーとしては、例えばエポキシ樹脂などが用いられるが、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）やポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）などが用いられてもよく、他の公知材料や市販材料が用いられてもよい。
【００７１】
磁性体膜５０は、例えば、磁性体膜材料によりなる焼結体を貼り合わせたり、磁性体膜材料を溶かした溶液を塗布したり、磁性体膜材料からなるターゲットを用いたスパッタリングをしたりすることにより形成される。
【００７２】
例えば、貼り合わせの場合には、フェライトなどの磁性体材料を用いて焼結体を形成し、他の基材、例えばポリイミドフィルムなどに粘着層を介して焼結体を固定し、この焼結体上に図示しない粘着層を形成したものを貼り合わせる。塗布の場合には、例えば磁性体材料としてのＮｉ、Ｚｎ、Ｆｅなどの金属の硝酸塩を含むゾルゲル溶液をディップコートなどにより塗布して焼成する。スパッタリングの場合には、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎによる合金をターゲットとして用いてスパッタリングをする。このようにして、磁性体膜５０が形成される。
【００７３】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、基板１０の一面１０ａ上および絶縁膜２０上に磁性体膜５０を形成する点と、第１層平面コイル３１と第２層平面コイル３２とによりなるコイル３０を形成する点において、上記第１実施形態の半導体装置の製造と相違する。本実施形態の半導体装置の製造方法については、この相違点について主に説明する。
【００７４】
まず、一面１０ａを有する基板１０を用意する。そして、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎによる合金をターゲットとして用いて基板１０の一面１０ａに対してスパッタリングすることにより、基板１０の一面１０ａ上に第１磁性体膜５１を形成する。これにより、図６（ａ）に示す一面１０ａ上に第１磁性体膜５１が形成された基板１０が得られる。
【００７５】
次に、例えば、図６（ｂ）に示すように、電解メッキにより、次に形成する第１絶縁膜２１の厚みと同程度の厚みとなるようにアンカー４０の一部４１を第１磁性体膜５１上に形成する。続けて、図６（ｃ）に示すように、アンカー４０の一部４１を形成した基板１０の一面１０ａ上に、例えばスピンコートなどの成膜法にて絶縁膜材料を含む溶液を塗布する。その後、例えばオーブンで２００℃〜２５０℃のキュア温度で乾燥することにより、絶縁膜２０の一部領域である第１絶縁膜２１を形成する。そして、図６（ｄ）に示すように、例えば電解メッキにより、第１層平面コイル３１を形成すると共に、アンカー４０の一部４１を積層する。このとき、第１絶縁膜２１および次に形成する第２絶縁膜２２の合計厚みと同程度の厚みとなるように、アンカー４０の途中部分４２を形成する。
【００７６】
次に、図６（ｃ）での説明と同様の手順で、図７（ａ）に示すように、第１層平面コイル３１および第１絶縁膜２１を覆う第２絶縁膜２２を形成する。続けて、図６（ｄ）での説明と同様の手順で、図７（ｂ）に示すように、第２層平面コイル３２を形成すると共に、アンカー４０を形成する。そして、図６（ｃ）での説明と同様の手順で、図７（ｃ）に示すように、第２層平面コイル３２、アンカー４０および第２絶縁膜２２を覆う第３絶縁膜２３を設け、絶縁膜２０を形成する。その後、図６（ａ）での説明と同様の手順で、図７（ｄ）に示すように、絶縁膜２０上に第２磁性体膜５２を形成することにより、本実施形態の半導体装置を製造することができる。
【００７７】
なお、上記第１実施形態の半導体装置における製造方法にて説明したのと同様に、必要に応じて、第１絶縁膜２１や第２絶縁膜２２を形成した後に、研磨やフォトリソグラフィ法によりアンカー４０の一部４１等を露出させてもよい。また、アンカー４０およびコイル３０の電解メッキにおける成膜速度については、電流密度を調整することにより制御可能である。
【００７８】
このように、磁性体膜５０が設けられると共に、コイル３０が第１層平面コイル３１と第２層平面コイル３２とにより構成された構造とされていても、第１磁性体膜５１に固定され、その形状を維持するアンカー４０によってコイル３０の位置ズレを抑制できる。
【００７９】
具体的には、第１層平面コイル３１および第２層平面コイル３２が絶縁膜２０以外の材料により固定されていない状態において、下地の第１絶縁膜２１や第２絶縁膜２２が軟化したとする。このとき、アンカー４０は、絶縁膜２０の形成工程におけるキュア温度よりもＴｇもしくは融点が高い材料により構成されているため、本実施形態の半導体装置の製造工程において、その形状が維持される。つまり、第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２２および第３絶縁膜２３がそのＴｇを超えて軟化したとしても、その後にこれらが流動することを抑制する役割をアンカー４０が果たすことにより、コイル３０の位置ズレが抑制される。その結果、上記第１実施形態の半導体装置と同様に、絶縁膜２０の材料の選択の自由度が高く、従来の半導体装置に比べて積層しやすく、コイル３０の位置ズレによる磁気特性の低下が抑制された半導体装置となる。
【００８０】
また、上記のような製造工程において、基板１０およびアンカー４０を構成する材料のＴｇを第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２２および第３絶縁膜２３のキュア温度よりも高くする。これにより、第１絶縁膜２１が第２絶縁膜２２のキュア工程においてＴｇを超えて軟化して流動したとしても、アンカー４０によりその流動が抑制され、コイル３０の位置ズレが抑制された半導体装置を製造できる。
【００８１】
（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した半導体装置およびその製造方法は、本発明の一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００８２】
（１）例えば、上記第２実施形態では、磁性体膜５０が形成され、トランスとして機能する領域を備える半導体装置の例について説明したが、図８に示すように、磁性体膜５０が形成されていない構造の半導体装置とされていてもよい。逆に、上記第１実施形態では、磁性体膜５０が形成されておらず、インダクタとして機能する領域を備える半導体装置の例について説明したが、基板１０の一面１０ａ上に磁性体膜５０が形成された半導体装置とされていてもよい。
【００８３】
（２）上記第１実施形態および第２実施形態では、円柱形状とされた複数のアンカー４０が形成され、隣接するアンカー４０同士が等間隔に配置された例について説明した。しかし、アンカー４０は、コイル３０の下部の絶縁膜２０の一部がキュア工程にて収縮することを抑制できる配置とされていればよく、例えば、図９に示すように格子状とされていてもよい。また、アンカー４０は、例えば、長方形柱状とされ、コイル３０を四方から断続的に囲むように配置されていてもよく、枠体状や格子状以外の他の配置とされていてもよい。
【００８４】
（３）上記第１実施形態および第２実施形態では、あらかじめアンカー４０の一部４１を形成した後に、第１絶縁膜２１を形成する製造方法について説明した。しかし、絶縁膜２０を感光性樹脂で構成する場合には、第１絶縁膜２１を形成し、フォトリソグラフィ法により第１絶縁膜２１を貫通する穴を設けた後に、コイル３０とアンカー４０とを同時に形成してもよい。
【００８５】
（４）上記第１実施形態および第２実施形態では、コイル３０が表面法線方向から見て、四角形状が渦を巻くコイルとされた例について説明した。しかし、コイル３０は、四角形状だけでなく、円形状、楕円形状や多角形状などが渦を巻くように形成されてもよく、他の形状とされていてもよい。また、コイル３０の巻き数、巻き形状や積層する数などについては、半導体装置の磁気特性などの設計に合わせて適宜変更されてもよい。
【００８６】
（５）上記第１実施形態および第２実施形態では、アンカー４０をコイル３０と同様に導電材料で構成した例について説明した。しかし、アンカー４０は、コイル３０の下部に形成された絶縁膜２０の一部がＴｇを超えて軟化した後に硬化によって流動することを抑制できればよい。そのため、絶縁膜２０のキュア工程の温度より高いＴｇを有する材料、例えばＳｉＯ２やポリシリコンなどの導体でない材料がアンカー４０として用いられてもよい。導電材料でないものを用いてアンカー４０を構成する場合には、例えばＣＶＤなどによりアンカー４０を形成することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１０  基板
２０  絶縁膜
２１  第１絶縁膜
２２  第２絶縁膜
２３  第３絶縁膜
３０  コイル
３１  第１層平面コイル
３２  第２層平面コイル
４０  アンカー
５０  磁性体膜
【図１】
2018113287.tif 000003
【図２】
2018113287.tif 000004
【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】
2018113287.tif 000009
【図８】
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【図９】
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