(57)【要約】例示的な実施形態では、ナノ磁性構造およびその作製方法を提供し、ナノ磁性構造は、デバイス基板と、デバイス基板上に配置された複数のナノ磁性コンポジット層とを備え、複数のナノ磁性コンポジット層の各々の間には接着剤層が介在する。複数のナノ磁性コンポジット層内で金属巻線を一体化させてインダクタコアを形成し、ナノ磁性構造は、厚み範囲が約５から約１００ミクロンである。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ磁性構造であって、
デバイス基板と；
前記デバイス基板上に配置した複数のナノ磁性コンポジット膜層であって、前記複数のナノ磁性コンポジット膜層の各々の間に接着剤層が介在している、ナノ磁性コンポジット膜層と；
前記複数のナノ磁性コンポジット膜層内で一体化してインダクタコアを形成する金属巻線と
を備えるナノ磁性構造。
【請求項２】
各々の前記複数のナノ磁性コンポジット膜層は、厚み範囲が約２００から約３０００ナノメートルである、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記接着剤層は、厚み範囲が約０．２から約４ミクロンである、請求項１に記載の構造。
【請求項４】
５〜２５枚のナノ磁性コンポジット膜層をさらに備える、請求項１に記載の構造。
【請求項５】
前記ナノ磁性構造を合わせた厚みの範囲は、約５から約１００ミクロンである、請求項１に記載の構造。
【請求項６】
各々の前記ナノ磁性コンポジット膜層は、磁性金属で構成される、請求項１に記載の構造。
【請求項７】
各々の前記ナノ磁性コンポジット膜層は、ナノドメインが絶縁体で分離されている合金をさらに備え、前記絶縁体は、シリカ、ハフニア、ジルコニア、またはこれらを組み合わせたものからなる金属酸化物で構成される、請求項６に記載の構造。
【請求項８】
前記磁性金属は、鉄、ニッケル、コバルト、これらの合金、またはこれらを組み合わせたもので構成される、請求項６に記載の構造。
【請求項９】
前記複数のナノ磁性コンポジット膜層は、トロイドまたはソレノイドとしてパターニングされる、請求項１に記載の構造。
【請求項１０】
前記複数のナノ磁性コンポジット膜層は、前記金属巻線の周囲にポットコアまたはレーストラック構造として成形される、請求項１に記載の構造。
【請求項１１】
前記接着剤層は、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ポリイミドベンゾオキサゾール、またはこれらを組み合わせたもので構成される、請求項１に記載の構造。
【請求項１２】
前記デバイス基板は、ＩＣを搭載した能動シリコン基板である、請求項１に記載の構造。
【請求項１３】
前記デバイス基板は、受動基板である、請求項１に記載の構造。
【請求項１４】
前記受動基板は、パッケージまたはＩＣの上にマウントされる、請求項１３に記載の構造。
【請求項１５】
ナノ磁性構造の製造方法であって、
（ａ）ナノ磁性コンポジット膜をキャリア基板上に堆積することと；
（ｂ）接着剤層を用いて前記ナノ磁性コンポジット膜を基板デバイスの上に接合することと；
（ｃ）前記キャリア基板を除去することと；
（ｄ）ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返して、厚み範囲が約５から約１００ミクロンである所定のナノ磁性構造を得ることと；
（ｅ）前記ナノ磁性コンポジット膜をパターニングすることと；
（ｆ）前記パターニングしたナノ磁性コンポジット膜を金属巻線と一体化させてインダクタを形成することと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記ナノ磁性コンポジット膜は、同時スパッタリングまたはスパッタリング技術を用いて前記キャリア基板上に堆積される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記キャリアは、シリコン、シリコン剥離層、銅箔、銅剥離層、テフロン、またはこれらを組み合わせたものである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記キャリア基板は、剥離技術を用いて除去される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ナノ磁性コンポジット膜は、エッチングまたはアブレーション技術を用いてパターニングされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記ナノ磁性コンポジット膜は、トロイドまたはソレノイド構造の中にパターニングされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノ磁性コンポジット膜は、磁性金属およびナノドメインが絶縁体で分離されている合金を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記絶縁体は、シリカ、ハフニア、ジルコニア、またはこれらを組み合わせたものからなる金属酸化物で構成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記磁性金属は、鉄、ニッケル、コバルト、これらの合金、またはこれらを組み合わせたもので構成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記接着剤層は、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ポリイミドベンゾオキサゾール、またはこれらを組み合わせたもので構成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属巻線は、金属めっき技術を用いて一体化される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記金属巻線は、インクジェット印刷を用いて一体化される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
前記金属巻線は、ワイヤボンディング技術を用いて一体化される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
前記金属巻線は、積層に基づく箔転写およびパターニング技術を用いて一体化される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】
前記ボンディングは、ウエハ同士の接合工具を用いて実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項３０】
前記キャリアは、剥離工具を用いて除去される、請求項１５に記載の方法。
【請求項３１】
ナノ磁性構造の製造方法であって、
（ａ）ナノ磁性コンポジット膜をキャリア基板上に堆積することと；
（ｂ）接着剤層を用いて前記ナノ磁性コンポジット膜を中間基板の上に接合することと；
（ｃ）前記キャリア基板を除去することと；
（ｄ）ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返して、所定の厚みを得ることと；
（ｅ）前記中間基板を介して前記ナノ磁性コンポジット膜および前記接着剤層をデバイス基板の上に転写することと；
（ｆ）前記中間基板を除去することと；
（ｇ）前記ナノ磁性コンポジット膜をパターニングすることと；
（ｈ）前記パターニングしたナノ磁性コンポジット膜を金属巻線と一体化させてインダクタを形成することと
を含む、方法。
【請求項３２】
前記ナノ磁性コンポジット膜は、同時スパッタリングまたはスパッタリング技術を用いて前記キャリア基板上に堆積される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記キャリアは、シリコン、シリコン剥離層、銅箔、銅剥離層、テフロン、またはこれらを組み合わせたものである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記キャリア基板は、剥離技術を用いて除去される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ナノ磁性コンポジット膜は、エッチングまたはアブレーション技術を用いてパターニングされる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記ナノ磁性コンポジット膜は、トロイドまたはソレノイド構造の中にパターニングされる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記中間基板から得られた前記ナノ磁性コンポジット膜は、ダイシングされるとともに再構成されてトロイドを形成する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記ナノ磁性コンポジットは、直交する困難軸が互いに垂直になるように再構成される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ナノ磁性コンポジット膜は、磁性金属およびナノドメインが絶縁体で分離されている合金を備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記絶縁体は、シリカ、ハフニア、ジルコニア、またはこれらを組み合わせたものからなる金属酸化物で構成される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記磁性金属は、鉄、ニッケル、コバルト、これらの合金、またはこれらを組み合わせたもので構成される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記接着剤層は、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ポリイミドベンゾオキサゾール、またはこれらを組み合わせたもので構成される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記金属巻線は、金属めっき技術を用いて一体化される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記ナノ磁性コンポジット構造の厚み範囲は、約５から約１００ミクロンである、請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
前記金属巻線は、インクジェット印刷を用いて一体化される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４６】
前記金属巻線は、ワイヤボンディング技術を用いて一体化される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４７】
前記金属巻線は、積層に基づく箔転写およびパターニング技術を用いて一体化される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４８】
前記ボンディングは、ウエハ同士の接合工具を用いて実施される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４９】
前記キャリアは、剥離工具を用いて除去される、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の様々な実施形態は、全体的に、高密度インダクタに用いるナノ磁性構造およびその他の磁気装置ならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照：本出願は、２０１１年８月１６日に出願された特許文献１に基づく利益を主張し、その全容を参照することにより以下に記載の本明細書に組み込まれる。
【０００３】
高密度インダクタは、電力変換器、電力増幅器、および電力テレメトリなど、いくつかのシステム機能に重要である。インダクタは、システムボード内で最大かつ最も重い部品となり得る。
【０００４】
電力変換などの用途には、５ミリメートル（ｍｍ）ｘ５ｍｍの基板に１〜２０マイクロヘンリ（μΗ）のインダクタンスが必要である。通常の市販のパワーインダクタは、金属巻線を周囲に有するフェライトまたは金属のトロイドで構成されている。これらの部品はかさばり、パッケージに容易に集積できない。したがって、これら部品は、個別部品としてパッケージおよび基板上で組み立てられる。これによって、パワーモジュールのサイズが増し、かさばった装置になる。このようなかさばるインダクタを薄型または厚型の部品に代えて、その他の能動部品または受動部品とともにシリコン、ガラスまたは有機基板上に集積する傾向がますます高まっている。例えば、パワーインダクタを、ＩＣを搭載した能動シリコン上に薄膜として集積することができる。薄膜インダクタを、いくつかの他の受動部品とともに受動部品であるシリコン、ガラスまたは有機基板に集積し、これらを互いに接続するというもう１つの傾向もある。次に、この集積型受動デバイス（ＩＰＤ）をインターポーザ、パッケージまたは基板上にマウントする。これらのどの集積方式に対しても、鍵となるのは、個別にかさばるトロイドインダクタを集積型の平面薄膜インダクタに変更することである。
【０００５】
通常の平面インダクタの製造技術は、電気めっきによって金属コイルを連続的に堆積し、磁気コアを堆積した後に、ヴィアを形成して次の層を遊動させるというものである。小さな体積に大きいインダクタを得るためには、金属線とこの金属線を取り巻く磁気材料との間に最適な仕切りがなければならない。
【０００６】
小型化が、高周波磁性材料を用いて遙かに小さい体積内で磁束を捕捉する能力の直接の結果である。インダクタの小型化が行われない主な理由は、飽和磁化の高い高周波数での高透磁率、低損失材料である。高透磁率である既存の金属および合金（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ系の合金）、粉末材料（絶縁体マトリクスに埋め込まれた磁性粒子）およびフェライト（例えばＮｉＦｅ２Ｏ４、Ｍｎ−Ｚｎ−フェライトおよびＮｉ−Ｚｎ−フェライト）は、高周波数では効果的に使用できない。その一方で、高周波数、低損失磁性材料は、透磁率が十分に高くはない。高透磁率材料を組み込むことによって、必要な巻き数を減らすことができるが、渦電流および誘電損失から他の損失が生じる。
【０００７】
高密度インダクタを作製する１つの手法が、フェライト上にコイル状の層を作製するか、あるいは基板上に他の強磁性膜を作製することである。過去の研究者も、絶縁性の酸化物またはエアギャップを用いて磁気コアを適切に積層することで、高周波数での渦電流損失および高透磁率が低減することを示したが、この方法では工程が極めて複雑になり、コストがかかってしまう。これらの膜の透磁率は比較的高いため、ＭＨｚの低い範囲内で動作させるためには積層が極端に薄くなくてはならない（１〜５μｍ、すなわちほぼ磁気表皮深さ）。このような金属合金の典型的な欠点は、その低い電気抵抗値に関係するものであり、これによって高周波数で実質的な渦電流損失が生じるおそれがあり、効率低下につながる。その他の主な欠点は、複数層からなる積層体の厚みを測定するのが困難なことである。絶縁層および磁気膜はいずれも、スパッタリングなどの薄膜堆積技術を用いて連続的に堆積されるが、これによって、膜の厚みを大きくして必要なインダクタ性能を得ることが極めて時間とコストのかかる過程になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許仮出願第６１／５２３，９９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、小型化でき、十分な透磁性があり、コスト対効果の高い方法で製造できる高密度インダクタに対して需要がある。本発明が目指しているのはこの需要に対するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
例示的な実施形態では、ナノ磁性構造であって、デバイス基板と；デバイス基板上に配置した複数のナノ磁性膜またはナノ磁性コンポジット層であって、複数のナノ磁性コンポジット層の各々の間に接着剤層が介在している、ナノ磁性膜またはナノ磁性コンポジット層と；複数のナノ磁性コンポジット層内で一体化してインダクタコアを形成する金属巻線とを備えるナノ磁性構造において、厚み範囲が約５から約１００ミクロンであるナノ磁性構造を提供する。ナノ磁性コンポジット層は、インダクタが低保磁力および高磁界異方性（またはＤＣ飽和磁界）などの困難軸における特性から利益を受けるように、磁気に沿った方向を向いている。金属巻線を、トロイド構造のようなナノ磁性層−接着剤層積層体の周囲に形成することができる。この場合、コイル内の電流から生じるＤＣ磁界が困難軸に沿っていれば有益である。逆に、ナノ磁性層−接着剤層積層体を金属巻線の周囲に形成することもでき、これは、「ポットコア」／「レーストラック」構造と呼ばれることがある。実施形態は、ナノ磁性膜と接着剤積層体を含むナノ磁性コンポジットとの両方に適用される。
【００１１】
インダクタは、磁化が困難軸で起こってインダクタが低電流で飽和しないように設計されている。困難軸方向で磁化が起こることで周波数が増大するとともに、ＤＣ飽和電流も増大し、この飽和電流に対して高透磁率が維持される。
【００１２】
その他の例示的な実施形態では、ナノ磁性構造の製造方法であって、（ａ）ナノ磁性コンポジット膜をキャリア基板上に堆積することと；（ｂ）接着剤層を用いてナノ磁性コンポジット膜を基板デバイスの上に接合することと；（ｃ）キャリア基板を除去することと；（ｄ）ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返して、厚み範囲が約５から約１００ミクロンである所定のナノ磁性コンポジット構造を得ることと；（ｅ）ナノ磁性コンポジット膜をパターニングすることと；（ｆ）パターニングしたナノ磁性コンポジット膜を金属巻線と一体化させてインダクタコアを形成することとを含む、方法を提供する。
【００１３】
その他の例示的な実施形態では、ナノ磁性構造の製造方法であって、（ａ）ナノ磁性コンポジット膜をキャリア基板上に堆積することと；（ｂ）接着剤層を用いてナノ磁性コンポジット膜を中間基板の上に接合することと；（ｃ）キャリア基板を除去することと；（ｄ）ステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返して、所定の厚みを得ることと；（ｅ）中間基板を介してナノ磁性コンポジット膜および接着剤層をデバイス基板の上に転写することと；（ｆ）中間基板を除去することと；（ｇ）ナノ磁性コンポジット膜をパターニングすることと；（ｈ）パターニングしたナノ磁性コンポジット膜を金属巻線と一体化させてインダクタコアを形成することとを含む、方法を提供する。
【００１４】
その他の例示的な実施形態では、中間基板をダイシングし、ダイシングした断片を再構成してトロイドなどのデバイス構造を形成することを提供する。どの方向にも困難軸の特性を有する正しい磁気異方性があるため、最良のインダクタンス密度および良好なフォームファクタを得ることができる。
【００１５】
その他の例示的な実施形態では、ナノ磁性コンポジット膜を銅巻線などの非平面構造の中またはｖ字型溝の内部に成形することを提供する。この実施形態では、ナノ磁性層−接着剤層積層体を、まず平面基板またはｖ字型溝の基板の上に転写する。次に、金属層を、平面なナノ磁性層−接着剤層積層体上またはｖ字型溝の内部にコイルとして形成する。次に、第２の磁性層を転写して、金属層の周囲の磁気ループを閉鎖する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】部分的に完成したナノ磁性構造の例示的な実施形態を示す図である。
【図２Ａ】ナノ磁性構造の例示的な実施形態の製造方法を示す図である。
【図２Ｂ】ナノ磁性構造の例示的な実施形態の製造方法を示す図である。
【図３】ナノ磁性構造の例示的な実施形態の代替的な製造方法を示す図である。
【図４】ナノ磁性構造のもう１つの製造方法であり、トロイドの磁性インダクタ構造ができる製造方法を示す図である。
【図５】金属巻線をトロイドのナノコンポジットパターンと一体化させるさらに詳細な方法を示す図である。
【図６】ナノ磁性構造の平面図であり、ナノコンポジット膜層をトロイドにパターニングしている図である。
【図７】ナノ磁性構造の製造方法を示す図であり、ナノコンポジット接着剤層を「ポットコア」または「レーストラック」パターンにパターニングしている図である。
【図８】金属巻線を「ポットコア」または「レーストラック」のナノコンポジットパターンと一体化させるさらに詳細な方法を示す図である。
【図９】「ポットコア」または「レーストラック」パターンを有するナノ磁性構造の平面図である。
【図１０】「ポットコア」または「レーストラック」パターンを有するナノ磁性構造のさらにもう１つの平面図である。
【図１１】図９および図１０の断面図である。
【図１２ａ】「ポットコア」または「レーストラック」パターンである金属巻線の平面図である。
【図１２ｂ】「ポットコア」または「レーストラック」パターンである金属巻線の周囲のナノコンポジット接着剤層の平面図である。
【図１３】補助的な電子部品と一体化したナノコンポジット構造の例示的な実施形態を示す図である。
【図１４】デバイス基板上に配置した３層からなるナノ磁性膜−接着剤層膜のＳＥＭ画像である。
【図１５】ＢＣＢ接着剤層を含む図１４の膜転写を示す図である。
【図１６】（ａ）転写後のシリコンデバイス基板上のニッケル膜を示す図、（ｂ）転写後のテフロンコーティングした銅箔を示す図である。
【図１７】（ａ）転写後のシリコンデバイス基板上のニッケル膜のもう１つの実施形態を示す図、（ｂ）ａを拡大した膜転写の画像、（ｃ）転写後の平滑にコーティングした銅箔を示す図である。
【図１８】転写したニッケル膜のＳＥＭ画像である。
【図１９】膜の磁化曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を参照して本発明の例示的な実施形態を詳細に説明していくが、いくつかの図を通して同じ符号は同じ部品を表している。本明細書を通して、様々な部品を特定の値またはパラメータを有するものとして識別できるが、これらの項目は例示的な実施形態として提供される。実際、例示的な実施形態では、多くの比較可能なパラメータ、サイズ、範囲および／または値を使用できるため、本発明の様々な局面および概念を制限するものではない。
【００１８】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用したように、単数形の「１つの（ａ、ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」には、明確に反対する記載がない限り複数のものも含まれる点に注意されたい。例えば、１つの部品に関する記載には、複数の部品からなる構成物も含まれることを意図している。「１つの（ａ）」要素を含む構成物に関する記載には、名前を挙げたものに加えて他の要素も含まれることを意図している。また、好適な実施形態を説明する際は、明瞭にするために専門用語を用いている。各用語には、当業者が理解するようなその最大範囲の意味が込められ、同様の目的を達成するために同様の方法で動作する技術上の均等物がすべて含まれるものとする。
【００１９】
本明細書において、値を「約（ａｂｏｕｔ）」または「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」を付した１つの特定の値として表現することがあるが、これは、１つの特定の値を含むほか、この１つの特定の値に比較的近いが正確には等しくないその他の値も含むという意味である。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」または「有する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」とは、少なくとも名前を付けた化合物、要素、粒子、または方法ステップが、構成物または物品または方法の中に存在するが、それ以外の化合物、材料、粒子、方法ステップが名前を付けたものと同じ機能を持つとしても、それ以外のそのような化合物、材料、粒子、方法ステップの存在を排除するわけではない。
【００２０】
１つ以上の方法ステップについて言及されていても、明らかに明記されたそのようなステップの間に追加の方法ステップまたは介入的な方法ステップがあることを排除するわけではないことも理解すべきである。同じく、構成物内にある１つ以上の部品について言及されていても、そのような明らかに明記されたもの以外の追加部品の存在を排除するわけではないことも理解すべきである。
【００２１】
様々な例示的な実施形態では、高密度インダクタに用いる唯一かつ新規なナノ磁性構造およびその他の磁気装置を提供するほか、同装置の製造方法を提供する。現在の高密度インダクタの製造ルートには、金属絶縁体の連続スパッタリングまたは複雑な金型を用いる電気めっきなどの複雑な製造工程が必要であり、これにはコストがかかるおそれがある。ナノ磁気コンポジットを用いると、このような複雑な工程を削除して、周波数性能をさらに高めかつ損失をより少なくすることができる。しかし、スパッタリングしたナノ磁性膜では堆積速度が遅いため、目標の厚みを得ることはできない。接着材料によって一緒に保持されている層状のナノコンポジット膜を備える別の構造は、この基本的な課題に対処している。さらに、層状のナノコンポジット構造を用いる例示的な実施形態では、ナノコンポジット膜を別々に処理して製造をより簡単にしたあと、接着剤を用いてナノコンポジット膜をデバイス基板に転写することができる。この工程を複数回繰り返して所望の最終的な厚みを得ることができる。
【００２２】
図１には、部分的に完成したナノ磁性構造１００の例示的な実施形態を示している。図示したように、複数の接着剤層１１０を間に介在している複数の磁性ナノコンポジット（「ナノコンポジット」または「ナノ磁性コンポジット」または「ナノ磁性コンポジット膜」または「ナノコンポジット膜」）層１０５をデバイス基板１１５の上に配置できる。ナノコンポジット層１０５および接着剤層１１０を交互に配置し、これによって所望の最終的な厚みを得るのに必要な設計上の柔軟性が得られる。例示的な実施形態では、ナノコンポジット層１０５は、厚み範囲が２００から３０００ナノメートル（ｎｍ）であってよく、接着剤層１１０の範囲は、０．２から５μｍ（ミクロン／マイクロメートル）であってよい。ナノコンポジット層１０５は、液体ゾルゲルコーティングおよび／または還元熱処理によって形成することができる。さらに、各層の数は、好ましくは５〜２５の範囲である。実施形態は、当然ながらこれらの寸法に限定されるものではなく、ナノ磁性構造１００には他の寸法を用いてよいことは理解すべきである。ナノ磁性構造を合わせた厚みの範囲は、好ましくは５から１００μｍであり、この厚みは、所望の小型化スケール内に収まり、デバイスの磁気特性を十分に保持するものである。
【００２３】
交換結合したナノ材料の磁性面での柔軟性は、マイクロスケール材料よりも遙かに高くなり得る。最近、スパッタリング堆積によるナノＦｅ−Ｍ−Ｏ（Ｍ＝Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ａｌまたは希土類金属元素）薄膜の製造が成功した。これらは、非晶質絶縁体に包囲された磁性ナノ粒子（＜１０ｎｍ）かならるナノコンポジットである。マイクロフェライトは、磁壁共鳴によって高周波数で磁気緩和を受ける。ナノコンポジットの周波数安定性は、マイクロ構造の周波数安定性よりも優れていると推測される。Ｆｅ系およびＣｏ系のナノコンポジット薄膜のμ’は５００と大きく、本質的に平坦な周波数応答が最大１ＧＨｚになることがあるのを発見したが、これは通常のフェライトおよび粉末材料の磁気特性よりも遙かに優れている。
【００２４】
したがって、ナノコンポジット層１０５は、多くの材料、例えばナノドメインが絶縁体で分離されている磁性金属および磁性合金だがこれに限定されないもので作製することができる。金属は、鉄、ニッケル、コバルト、これらを組み合わせたもので構成されてよい。さらに、絶縁体は、シリカ、ハフニア、ジルコニア、またはこれらを組み合わせたものからなる金属酸化物で構成されてよい。このようにする代わりに、ナノコンポジット層は、例えば鉄、ニッケル、コバルト、またはこれらを組み合わせたものだがこれに限定されない磁性金属のみで構成されてもよい。接着剤層１１０は、多くの材料、例えばエポキシ、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミドベンゾオキサゾール、またはこれらを組み合わせたものだがこれに限定されないもので作製されてもよい。
【００２５】
本明細書でさらに説明するように、複数のナノコンポジット層１０５（「膜」と呼んでもよい）および接着剤層１１０を、その後、トロイド、ソレノイド、または「ポットコア」の設計としてパターニングでき、導電性の金属巻線と一体化することができる。
【００２６】
図２Ａ、図２Ｂおよび図３には、ナノ磁性構造の例示的な実施形態を製造するための２つの一般的な方法を示している。まず図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、ナノコンポジット膜をキャリア基板上に配置することができる。複数のナノコンポジット膜を複数のそれぞれのキャリア基板上に同時に作製できることは理解すべきである。別の言い方をすれば、ナノコンポジット膜をキャリア基板の両面に重ねて堆積することができ、これによって製造工程全体の速度を上げることができる。キャリア基板は、例えばシリコン、シリコン剥離層、銅箔、銅剥離層、テフロン、またはこれらを組み合わせたものだがこれに限定されないものとすることができる。次に、ナノコンポジット膜をキャリア基板を介して中間基板の上に転写することができ、各ナノコンポジット膜層の間には接着剤層を堆積する。次に、ナノコンポジット膜層および接着剤層を、中間基板を介してデバイス基板の上に転写することができ、その後、図２Ａに示したように、パターニングして導電性の金属巻線と一体化させることができる。このようにする代わりに、図２Ｂに示したように、その後ナノコンポジット膜を、ダイシングし、デバイス基板の上にトロイドとして再構成することができる。デバイス基板は、例えばシリコン、有機積層板、ガラスまたはセラミックだがこれに限定されないものとすることができる。図３に示した代替的な方法では、本方法から中間基板工程を削除でき、ナノコンポジット膜層をキャリア基板を介してデバイス基板に直接転写でき、各ナノコンポジット膜層の間に接着剤層を堆積し、その後、レーザエッチングもしくはプラズマエッチングまたはアブレーション技術によってパターニングし、金属めっき技術を用いて導電性の金属巻線と一体化させる。
【００２７】
図４には、ナノ磁性構造のさらにもう１つの製造方法であって、トロイドの磁性インダクタ構造ができる製造方法を示している。まず、ナノコンポジット膜４０５をキャリア基板４１０（図４ａ）上に堆積する。前述したように、この工程は、複数回にわたって互いに順にまたは同時に実行してよい。ナノコンポジット膜４０５は、同時スパッタリングまたはスパッタリング技術を用いて堆積できる。ここでもまた、キャリアは、例えばシリコン、シリコン剥離層、銅箔、銅剥離層、テフロン、またはこれらを組み合わせたものだがこれに限定されないものとすることができる。もう１つの工程では、第１の接着剤層４１５をデバイス基板４２０の表面に堆積してよい（図４ｂ）。デバイス基板４２０は、例えばシリコン、有機積層板、ガラスまたはセラミックだがこれに限定されないものとすることができる。次に、ナノコンポジット膜４０５を接着剤４１５を介してデバイス基板４２０に接合できるように、キャリア基板４１０を裏返すことができる（図４ｃ）。接着剤４１５は、ナノコンポジット膜４０５とデバイス基板４２０との間の接合を強化する。これとは対照的に、ナノコンポジット膜４０５とキャリア基板４１０との間の接合はこれよりも弱く、これによってキャリア基板４１０をナノコンポジット膜４０５から剥離することができる（図４ｄ）。この工程を複数回繰り返して、所望の厚みのナノコンポジット構造を形成できる（図４ｅ）。図４には示していないが、中間基板を上記のように使用してもよい。次に、レーザエッチングもしくはプラズマエッチングまたはアブレーション技術を用いてナノコンポジット膜４０５をパターニングして所望のトロイドまたはソレノイド構造にすることができ、金属めっき技術を用いてこの構造に導電性の金属巻線を一体化させる（図４ｆ）。
【００２８】
図５には、金属巻線をトロイドのナノコンポジットパターンと一体化させるさらに詳細な方法を示している。まず、ナノコンポジット膜および接着剤をデバイス基板上に堆積する前に、導電性金属層５０５をデバイス基板５１０上に配置し、導電性金属層をパターニングして巻線の一部を作ることができる（図５ａ）。次に、ナノコンポジット接着剤層（複数も可）５１５を導電性の金属巻線５０５の上に堆積してパターニングすることができる（図５ｂ）。その後、金属巻線がナノコンポジット接着剤層（複数も可）を包囲するように（図５ｃおよび図５ｄ）、追加の導電性金属材料をナノコンポジット接着剤層（複数も可）５１５の周囲に堆積することができる。図６には、ナノ磁性構造の平面図を示しており、ナノコンポジット膜層６０５はトロイドパターンにパターニングされている。図２Ａ、図２Ｂ、および図３にも示したように、ナノコンポジット膜層は、閉磁気ループを形成する。ただし、これらの図では、導電性の金属巻線は、磁気ループの２辺に設置されている。しかし、代替的な実施形態では、導電性の金属巻線６１０は、図６に示したように、磁気ループの４辺すべてに設置してよい。導電性の金属巻線は、例えば長方形、円形、またはこれらを組み合わせた形状だがこれに限定されない多くの形状であってよいことも理解すべきである。
【００２９】
図７には、ナノ磁性構造の製造方法を示しており、ナノコンポジット接着剤層は「ポットコア」または「レーストラック」パターンにパターニングされている。まず、デバイス基板７１０内に溝７０５を規定することができる（図７ａ）。次に、ナノコンポジット接着剤層７１５の底部を溝の中に堆積することができ（図７ｂ）、例えば銅だがこれに限定されない導電性金属層をナノコンポジット接着剤層の上に堆積して金属巻線７２０を形成することができる（図７ｃ）。次に、金属巻線７２０の周囲に上部ナノコンポジット接着剤層を形成して「ポットコア」または「レーストラック」パターンを作ることができる（図７ｄ）。
【００３０】
図８には、金属巻線を「ポットコア」または「レーストラック」というナノコンポジットパターンと一体化させるさらに詳細な方法を示している。まず、デバイス基板８１０上にナノコンポジット接着剤層８０５の底部をパターニングすることができる（図８ａ）。導電性金属材料をコイルとしてパターニングして金属巻線８１５を形成することができ（図８ｂ）、ナノコンポジット接着剤層８０５の上部を成形して金属巻線８１５の周囲に磁気ループを形成することができる（図８ｃ）。
【００３１】
図９には、「ポットコア」または「レーストラック」パターンを有するナノ磁性構造の平面図を示している。図示したように、パターニングしたナノコンポジット接着剤層９０５は、ナノコンポジット接着剤層９０５内で一体化した金属巻線９１０とともに示され、両者ともデバイス基板９１５上に配置されている。
【００３２】
図１０には、「ポットコア」または「レーストラック」パターンを有するナノ磁性構造のさらにもう１つの平面図を示している。図示したように、磁気ループの４辺にナノコンポジット接着剤層１００５があり、これは図９に示したように２辺にあるものとは異なる。
【００３３】
図１１には、図９および図１０の断面図を示している。図示したように、パターニングしたナノコンポジット接着剤層１１０５が、ナノコンポジット接着剤層１１０５内で一体化した金属巻線１１１０とともに示され、両者ともデバイス基板１１１５上に配置されている。
【００３４】
図１２ａおよび図１２ｂはそれぞれ、「ポットコア」または「レーストラック」パターンである金属巻線の平面図、およびこの金属巻線の周囲にあるナノコンポジット接着剤層の平面図を示している。
【００３５】
さらに、図１３には、ＩＣ端子またはトランジスタ端子、インダクタ端子、およびヴィアによる相互接続を介して補助的な電子部品と一体化したナノコンポジット構造の例示的な実施形態を示している。
【００３６】
図１３に描いたようにインダクタを能動ウエハ上に直接集積する代わりに、受動部品であるシリコン、ガラスまたはセラミック基板（通常、個別部品または集積型受動デバイスと呼ばれる）上にインダクタを別々に形成することができ、次にこの基板をインターポーザ上、能動ウエハ上にあるパッケージ上、または３ＤのＩＣ内部で組み立てる。
【００３７】
低コストで製造するために、自動のウエハスケール工具を使用することができる。このような工具には、接着剤でコーティングした基板（すなわち中間基板またはデバイス基板）にキャリア基板を接合するためにウエハ同士を接合する工具などがあるが、これに限定されない。同じように、自動のウエハ剥離工具を使用してキャリア基板を剥離することができる。
【００３８】
さらに、様々な低コストの技術を用いて、磁気コアの周囲に金属巻線を形成するか、あるいはポットコアインダクタの場合には螺旋を形成することができる。例えば、
１．銅箔を積層し、エッチングして螺旋状の巻線を形成する：銅箔を積層したのち、フォトレジストエッチングマスクのパターニングおよび酸エッチングを実施して巻線を形成する。
２．銅線または金線をワイヤボンディングしてトロイドの周囲に巻線を形成する：ワイヤボンディング装置と同様の働きをする工具を用いる銅線を使用して銅巻線を形成することができる。
３）銀を印刷してトロイドインダクタを形成する：インクジェット印刷またはその他の同様の印刷用工具を使用して金属巻線を形成することができる。
４）連続的に銅めっきを施してインダクタを形成する：シード層を堆積し、フォトレジストをパターニングし、銅めっきを施し、シード層を除去することで、標準的なセミアディティブ法として銅をめっきした巻線を用いることができる。
【００３９】
実施例
本発明の様々な実施形態を、以下の非限定的な例を挙げて説明する。第１の数枚の膜をエポキシドライフィルムで処理した。まず、非導電性のエポキシフィルムをデバイス基板上に載せた。次に、銅キャリア上でスパッタリングしたフィルムをデバイス基板に接合した。この工程を図１４に示したように２回繰り返して、３層からなるナノ磁性膜−接着剤層膜を得た。図１５は、ＢＣＢ接着剤層を用いた膜転写を示している。前述したように、その後、複数層からなる構造を様々なトポロジーで銅巻線と一体化させる。
【００４０】
テフロンコーティングした銅を用いてこの工程を繰り返した。テフロンは、スパッタリングしたフィルムとキャリアとの間の接着を低減し、膜転写をより容易にする。
【００４１】
この技術の第３の実験では、マイクロエッチングした超平滑な銅箔も膜転写のキャリアとして使用した。膜転写には、平滑な銅箔を用いると巨視的欠陥がないことがわかった。
【００４２】
図１６（ａ）および（ｂ）に示したように、それぞれ転写後のシリコンデバイス基板上のニッケル膜およびテフロンコーティングした銅箔を示している。図１７（ａ）に示したように、転写後のシリコンデバイス基板上のニッケル膜のもう１つの実施形態を示している。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）を拡大した膜転写像を示している。図１７（ｃ）は、転写後の平滑コーティングした銅箔を示している。図１８は、転写したニッケル膜のＳＥＭ画像を提示している。
【００４３】
提供したナノ磁性層−接着剤層積層体を用いてトロイド設計をシミュレートした。１Ａの電流処理能力がありＱ値が高い４００ｎＨ／ｍｍ２のインダクタンス密度を達成するためには、Ｍｓが１テスラである６０〜２００の高透磁率、および低保磁力が必要である。キャリア上へのナノコンポジット膜の形成を達成する工程も実験した。コバルトおよびジルコニウムを適切なＡｒ／Ｏ２比で同時スパッタリングして、コバルト−ジルコニアナノコンポジット膜の形成を容易にした。図１９は、膜の磁化曲線を示している。この曲線から、膜は、磁界配向が困難軸および容易軸に沿っているために面内異方性が大きい軟磁気特性を有することがわかる。膜は、困難軸に沿った保磁力が３．７Ｏｅと極めて低く、これによって低ヒステリシス損失が生じる。膜は、８０〜１００の高い比透磁率を有するとともに、約１Ｔの高い飽和磁界を有し、これは設計要件を満たしている。
【００４４】
本開示について複数の例示的な態様と結びつけて説明してきたが、様々な図に示し前述したように、本開示から逸脱しない限り、その他の同様の態様を使用するか、あるいは本開示の同じ機能を実行するための上記の態様に修正および追加を加えることができることがわかる。例えば、本開示の様々な態様では、本開示の主題の態様に沿って方法および構成を記載した。しかし、記載したこれらの態様と同等のその他の方法または構成も、本明細書の教示から構想される。したがって、本開示は、任意の単一の態様に限定されるのではなく、むしろ添付の請求項に沿った幅および範囲で解釈されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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１２ａ】
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【図１２ｂ】
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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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【図１９】
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【国際調査報告】
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