(57)【要約】長尺状の電気導体（１）を備え、この導体の少なくとも一部に沿って延びる磁性体（２）によって導体が包囲されている電気回路素子の生産方法を提供する。導体（１）の両側に、第１（１０）および第２（７）犠牲層を、それぞれ、導体の上および下に形成し、犠牲層（７、１０）の少なくとも一部を除去して、導体を包囲する空間（１２）を残し、液体分散剤内に分散された磁気ナノ粒子を含む流体（１６）を空間（１２）内に導入し、分散剤を除去して、空間（１２）内に、磁性体（２）の少なくとも一部として、高密度に圧縮した磁気ナノ粒子を残留させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の電気導体（１）を備え、該導体の少なくとも一部に沿って延びる磁性体（２）によって前記導体が包囲されている電気回路素子の生産方法であって、
前記導体（１）の上にその全域に少なくとも第１犠牲層（１０）を形成し、前記第１犠牲層（１０）の少なくとも一部を除去して、前記導体を跨る空間（１２、１３）を残し、液体分散剤内に分散された磁気ナノ粒子を含む流体を前記空間（１２、１３）内に導入し、前記分散剤を除去し、前記空間（１２、１３）内に、前記磁性体（２）の少なくとも一部として、高密度に圧縮した前記磁気ナノ粒子を残留させることを特徴とする方法。
【請求項２】
支持層（８）に空洞（１２）を形成し、該空洞（１２）内に前記磁性体（２）の層を形成し、前記磁性体の前記層の上に前記電気導体（１）を形成し、前記電気導体および前記磁性体の前記層と重複する前記第１犠牲層（１０）を形成する、請求項１記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項３】
長尺状の電気導体（１）を備え、該導体の少なくとも一部に沿って延びる磁性体（２）によって前記導体が包囲されている電気回路素子の生産方法であって、
前記導体（１）の上下に第１（１０）および第２（７）犠牲層をそれぞれ形成し、前記犠牲層（７、１０）の少なくとも一部を除去して、前記導体を包囲する空間（１２）を残し、液体分散剤内に分散された磁気ナノ粒子を含む流体（１６）を前記空間（１２）内に導入し、前記分散剤を除去して、前記空間（１２）内に、前記磁性体（２）の少なくとも一部として、高密度に圧縮した前記磁気ナノ粒子を残留させることを特徴とする方法。
【請求項４】
支持層（８）に空洞（１２）を形成し、前記空洞（１２）内に前記第２犠牲層（７）を形成し、前記第２犠牲層（７）の上に前記電気導体（１）を形成し、前記電気導体および前記第２犠牲層と重複する前記第１犠牲層（１０）を形成する、請求項３記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項５】
前記支持層（８）は、電気的絶縁材から成り、前記第２犠牲層（７）、および前記絶縁体（８）の層の少なくとも一部の上に前記導体（１）をデポジットする、請求項３または４記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項６】
前記絶縁体の層（８）上に形成された絶縁体（１１）の更に別の層によって、前記第１犠牲層（１０）を包囲する、請求項５記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項７】
前記１つまたは複数の犠牲層（７、１０）は、有機材料から成る、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項８】
前記１つまたは複数の犠牲層（７、１０）は、フォトレジスト層から成り、前記１つまたは複数の犠牲層を生成する際、前記フォトレジスト材の１つまたは複数の層を形成し、前記フォトレジスト材を、前記犠牲層の外形形状を規定するパターンで露出し、選択的にフォトレジスト材を除去することを含み、前記犠牲層の一部を除去する際、これらを溶剤において溶融させることを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項９】
前記導体の上に、犠牲材の更に別の層（１４）を形成し、前記空間（１２）に対応する少なくとも１つの開口（１５）を備え、前記分散剤の除去の前に、前記流体（１６）を収容する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項１０】
前記磁性体（２）上に保護層（１９）を形成することを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項１１】
前記磁気ナノ粒子は、強磁性体である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項１２】
前記磁性体（２）は、前記導体（１）に沿って延びる磁化容易軸を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項１３】
前記分散剤を除去する際、これを蒸発させることを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項１４】
前記分散剤を除去している間に、前記磁性体に磁界をかける、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気回路素子の生産方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法によって生産した電気回路素子。
【請求項１６】
請求項１５記載の電気回路素子を複数個実質的に並列に並置して備えており、更に前記並置した電気回路素子のそれぞれの電気導体（１）の隣接する端部間において少なくとも１つの電気相互接続部を備えている、蛇行状誘導素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路素子、より詳細には、長尺状の電気導体から成り、当該導体の少なくとも一部に沿って延びる磁性体によってこの導体が包囲されている素子の生産方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導性素子の導体を磁性体で包囲すると、そのインダクタンスを著しく高めることができ、あるいは一定のインダクタンスを維持しつつそのサイズを縮小することができる。インダクタのサイズ縮小は、マスクによって制御するデポジションや、基板上における材料のエッチングというような半導体型製造技術を用いて製作する極微小インダクタには、特に価値がある。何故なら、これは占有チップ面積の縮小に役立ち、所与の製造処理シーケンスおよび所与の基板（「ウェハ」）全体のサイズで生産可能なデバイス数を増加させることができるからである。
【０００３】
しかしながら、高抵抗率の強磁性体を用いても、強磁性共振（ＦＭＲ）損失のために、このようなデバイスが適用できるのは、１ＧＨｚよりも遥かに低い場合に制限される。電気的に絶縁した強磁性ナノ粒子で製作した複合体で金属ワイヤ（特に、直線または蛇行線）を被覆し、容易軸磁化がワイヤ軸に沿って設定されるようにすると、ＦＭＲ周波数を高めるのに役立ち、磁界を容易軸に対して垂直にすることを最大限利用することが可能となり、したがって複合体から最大のＲＦ磁気応答を有することができる。
【０００４】
磁気遮蔽は、別の特性であり、そのためには電気導体を少なくとも当該導体の一部に沿って延びる磁性体で包囲することが望ましい。導体に沿って流れる電流によって発生する導体周囲の磁束は、包囲する磁性体によって殆どが閉じ込められ、放射して電磁干渉を引き起こすことはない。これは、特に、寄生電磁界に敏感な他の構成部品に近接してインダクタを配置する用途において有用となり得る。
【０００５】
このような埋め込み導体構造の製造を打開するプロセスが求められている。特許文献１は、高密度データ記憶のために磁気合金ナノ粒子の薄膜を形成することを開示している。しかしながら、長尺状の導体から成り、少なくとも導体の一部に沿って延びる磁性体でこの導体を包囲した誘導性素子を生産する方法については、何も開示していない。
【特許文献１】米国特許第６２５４６６２号
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、添付した特許請求の範囲に記載されているような、電気回路素子の製造方法を提供する。
【０００７】
添付図面に示す製造プロセスは、長尺状の電気導体１を備え、電気導体１の少なくとも実質的な部分に沿って延びる高透磁性を有する磁性体２の被覆によって電気導体１を包囲した電気回路素子の生産方法の一実施形態である。この磁気複合体で被覆した金属ワイヤの製作方法を適用可能なインダクタは、ＧＨｚ周波数範囲でも十分機能し、潜在的には１０ＧＨｚでも機能することができる。
【０００８】
このプロセスの一実施形態では、磁性体２は導体１に密着している。このプロセスの別の実施形態では、導体は、磁性体２に埋め込まれ、これと完全に密着していない。このように高透磁性を有する磁性体の薄膜でインダクタの電気導体１を被覆すると、回路素子のインダクタンスが著しく増加する。図２に示すように、蛇行デバイスの隣接する３つの平行な導体素子の磁性体被膜を三次元で示しており、導体１自体を省略して、電流の流れる方向を示すようにしている。点は、図面に入る方向に向かう電流を表し、Ｘは図面から出る方向に向かう電流を表す。いずれの場合でも、電流によって発生する磁束は、導体の長さにわたりそれを中心として回転するように向けられ、したがって、被膜２が薄過ぎなければ、導体を包囲する磁性体被膜２内に含まれる。
【０００９】
この導体を包囲する磁性体内に導体を埋め込む構成は、特に、導体１が直線状であるインダクタ、または導体１が一連の直線平行素子から成り、隣接する素子の交互の端部が接続され、図１に示すように蛇行線を形成するインダクタに適している。しかしながら、殆どの用途では、導体の螺旋形状による利点は得られない。何故なら、各導体１周囲に磁界が閉じ込められるため、完全な螺旋の自己コンダクタンスを増大させる螺旋の回旋間で、螺旋インダクタでは通常見られる、相互インダクタンスの効果が妨げられるからである。加えて、異方性磁性体の容易軸を常に螺旋導体１の長さに沿って方向付けることは、デバイスのできるだけ高いインダクタンスおよび磁界の閉じ込めを確保するために必要であるが、これを確実に行うことは困難である。更に、実用面から、螺旋形状では、螺旋の内端部に外部から接続するのは、形状的に困難である。
【００１０】
磁性体２は、強磁性体のナノメートル・サイズの粒子から成る。適した強磁性体は、鉄、ならびにコバルト、ニッケルおよびその他の金属元素との鉄系合金を含む。
磁性体２の強磁性共振周波数は、個々の粒子の厚さ対横寸法のアスペクト比、および層２内における金属磁性体堆積分率、ならびに導体および層のワイヤ・アスペクト比によって変化する。図３は、扁平楕円体３、長楕円４および棒状体５を含む、異なる形状の粒子の関数として、強磁性共振周波数の典型的な値を示す。
【００１１】
図４は、電気インダクタ・デバイスの生産方法の一実施形態における連続ステップを示す。ポリマ・フォトレジスト材料の層を、例えば、スピンコートによって、基板６上にデポジットする。フォトレジストを放射線に露出して、磁性体２の下部に望ましいパターンを規定する。次いで、フォトレジストにエッチングを行い、フォトレジスト層の不要な部分を除去し、磁性体２の所望の下位部分に対応するパターン７を残す。
【００１２】
第２ステップにおいて、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の層８を、基板６上にデポジットし、平坦化してフォトレジスト・パターン７の上から二酸化シリコンを除去し、以後のステップに適した平面を形成する。
【００１３】
第３ステップにおいて、低温プロセス、例えば、電気めっきを用いて、二酸化シリコン上およびフォトレジスト７の上方に金属をデポジットする。堆積した金属にマスクを施し、例えば、プラズマ・エッチングによってエッチングし、導体１に望ましい形状を規定する。次いで、導体１およびフォトレジスト７の下位層上に、これら全域にわたってフォトレジスト・ポリマの別の層をデポジットし、エッチングして、磁性体２の上位層に望ましいパターンを生成する。本発明のこの実施形態の好ましい例では、二酸化シリコンおよびフォトレジスト７上への金属のデポジションの前に、窒化シリコン即ちシード層をデポジットし、フォトレジスト下位層７を後に除去したときの支持メンブレーンを導体１のために形成する。
【００１４】
尚、図４の図は、導体１の長さに沿った断面図であり、上位および下位フォトレジスト層９および７は、導体１の各側において互いに合体していることは認められよう。また、明確化のために、図４およびそれ以降の図における図面に示すデバイスの垂直方向寸法は、導体１の長さに対して誇張していることも認められよう。
【００１５】
第４ステップにおいて、二酸化シリコンの更に別の層１１を、下位二酸化シリコン層８上、および導体１の端部上にデポジットし、平坦化して、フォトレジスト１０からそれを除去する。
【００１６】
第５ステップにおいて、適した溶剤によって、ポリマ・フォトレジスト犠牲層１０および７を除去すると、残された導体１は垂下し、二酸化シリコン層８および１１内にある空洞１２の中央を横断し、望ましければ、メンブレーン９によって支持する。
【００１７】
図５は、図４の方法と同様であるが、以下の例外を含む、電気インダクタの製作方法の別の実施形態を示す。
最初のステップにおいて、二酸化シリコンの層８を基板６上にデポジットする。次いで、二酸化シリコン層８をエッチングし、磁性体２の階層に望ましいパターンを生成する。
【００１８】
第２ステップにおいて、ポリマ・フォトレジスト材をデポジットし、最初のステップのエッチング・プロセスによって残された空洞を充填し、ポリマ層を平坦化する。選択するポリマ材料は、マスク溶剤に対して不感応である。
【００１９】
第３ステップにおいて、層８上に、望ましければメンブレーン支持部９と共に、導体１を形成し、二酸化シリコンの層１０を、下位二酸化シリコン層８、導体１およびポリマ７上に形成する。
【００２０】
第４ステップにおいて、例えば、導体１の金属およびメンブレーン９を保存するエッチング・プロセスを用いて、二酸化シリコン層１０の一部を、導体１の一部および犠牲ポリマ層７上から除去し、磁性体２の望ましい上位部分に対応する空洞１３を残す。
【００２１】
第５ステップにおいて、導体１の下にある犠牲ポリマ層７を、適した溶剤によって除去する。
図６の上側の図は、図４または図５のプロセスから得られた素子の平面図であり、導体１が空洞１２の一端から他端まで横断し、二酸化シリコン層８および１０内に達していることを示す。一例として、導体１の幅は約１０ミクロンとすればよく、二酸化シリコン層８および１０の厚さも約１０ミクロンとするとよく、空洞１２内の導体１の長さは５０ミクロンよりも大きい。本発明のプロセスのこの実施形態の一例では、二酸化シリコン層１０上に、樹脂またはフォトレジスト材の別の層を形成し、空洞１２と同じ広がりの開口１５を設け、層１４が、後に空洞１２内に液体を導入するための漏斗を形成する。
【００２２】
図７に示すように、次いで、微細液滴１６を漏斗の開口１５および空洞１２内に、ピペット１７から落とし込む。微細滴１６は、液体分散剤内に分散された磁性体のナノ粒子から成り、磁性層２となる。懸濁液は、ピペット内に保持するか、またはピペット１７内の懸濁液の上にあるアルゴンのような不活性ガスの減圧を変化させることによって放出し、微細滴１６をデポジットする。
【００２３】
図８に示すように、懸濁液のナノ粒子を空洞１２内において導体１の周囲に凝結させ、次いで液体分散剤を蒸発させる。本発明の実施形態のこの例では、ナノ粒子が凝結し、分散剤が蒸発する際に、磁界を空洞１２にかけて、磁性層２の磁化の容易方向(easy access) が導体１の長さに沿って向けられるようにする。磁石１８によってかけられる磁界は、本プロセスのある実施形態では、ナノ粒子の磁性層２との規制(ordering)を強化するためにも用いられる。
【００２４】
続いて、例えば、二酸化シリコンまたは窒化シリコンの保護層１９を磁性層２の上にデポジットし、最後に、適した溶剤を用いて、漏斗を形成する樹脂層１４を除去する。
本発明の更に別の実施形態では、図５のプロセスにおけるように、導体１の下に材料の層７を形成し、続いてこれを除去して、導体の下およびその上に同時に磁性体を受ける空洞１２を規定する代わりに、導体のデポジション（堆積）、ナノ粒子の凝結、および分散剤の蒸発の前に、磁性体懸濁液滴を、二酸化シリコン層８内の空洞にデポジットし、磁性体２の下半分を形成する。次いで、メンブレーン層９のような適切な層によって磁性体を保護し、磁性体の下位層上に導体１をデポジットする。次いで、このプロセスは、図５および図６のプロセスにおけると同様、空洞の上位部分１３の形成、および磁性体２の上位部分のデポジションに移行する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一例として示す、本発明の一実施形態に係る方法によって生産した誘導性回路素子を模式的に示す断面図。
【図２】図１の誘導性回路素子における磁性体の断片を模式的に示す斜視図。
【図３】磁性体内における異なる形状の粒子についてのアスペクト比の関数としての典型的な強磁性体共振周波数のグラフ。
【図４】一例として示す、本発明の一実施形態に係る方法による生産における連続ステップ中における誘導性回路素子の一部での断面図。
【図５】一例として示す、本発明の別の実施形態に係る方法による生産における連続ステップ中の間の誘導性回路素子の一部での断面図。
【図６】図４または図５の生産ステップの後の、誘導性回路素子の一部の平面図およびその一部での断面図。
【図７】前述の生産方法における、図４または図５のステップに続く別のステップの後の誘導性回路素子の一部での断面図。
【図８】前述の生産方法における、図４または図５のステップに続く別のステップの後の誘導性回路素子の一部での断面図。
【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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【国際調査報告】
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