(57)【要約】【課題】インダクタの寄生容量を低減し、Ｑ値や自己共振周波数などの高周波特性の向上とインピーダンスの不整合の防止を図る。【解決手段】薄膜インダクタ１０は、基板１２上に形成された誘電率の低い絶縁膜による複数の支柱１４の上に、低抵抗金属によるスパイラル状のインダクタ導体パターン２６が形成された構造となっている。インダクタ導体パターン２６の大部分は、下側に比誘電率の低い空気層が導入された状態となっている。支柱１４としては、例えば、ポリイミド等などが利用される。このように支柱１４によってインダクタ導体パターン２６を空中に浮揚させることにより、薄膜インダクタ１０の寄生容量を低減し、Ｑ値などの高周波特性が向上する。また、支柱１４がスタブとして作用することがない。【選択図】      図１
2004186638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の薄膜層上にインダクタ導体パターンを配線した薄膜インダクタであって、
前記薄膜層と前記インダクタ導体パターンとの間に、間欠的に空気層を導入したことを特徴とする薄膜インダクタ。
【請求項２】
絶縁性の薄膜層上にインダクタ導体パターンを配線した薄膜インダクタであって、
前記薄膜層に多数の凹部を形成するとともに、
該多数の凹部の上を通過するように、前記インダクタ導体パターンを配線したことを特徴とする薄膜インダクタ。
【請求項３】
絶縁性の薄膜層上にインダクタ導体パターンを配線した薄膜インダクタであって、
前記薄膜層によって多数の支柱を形成するとともに、
該多数の支柱の上を通過するように、前記インダクタ導体パターンを配線したことを特徴とする薄膜インダクタ。
【請求項４】
前記薄膜層の表面凹凸が格子状ないし縞状であることを特徴とする請求項２又は３記載の薄膜インダクタ。
【請求項５】
絶縁性の薄膜層上にインダクタ導体パターンを配線した薄膜インダクタであって、
前記薄膜層によって配線パターンに相当する壁を形成するとともに、
該壁の上を通過するように、前記インダクタ導体パターンを配線したことを特徴とする薄膜インダクタ。
【請求項６】
前記薄膜層を硬化型レジストによって形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜インダクタ。
【請求項７】
前記薄膜層がポリイミドであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜インダクタに関し、更に具体的には、高周波帯域での使用に好適な薄膜インダクタに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
通信帯域の高周波化に伴い、受動部品として用いられるインダクタやトランスなどの磁性部品についても、動作周波数の増大に伴う高性能化が求められている。インダクタにおいては、その品質を評価する指標としてインダクタとしての効率を示すＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）が用いられる。Ｑ値が高いことは損失が少なく高効率であり、理想的なインダクタに近いことを表す。Ｑ値の向上を図るためには、内部抵抗（導体抵抗）や寄生容量の低減を図ることが有効である。導体抵抗の低減を図る方法としては、低抵抗の導体配線，例えばＣｕ配線等を用いる方法がある。一方、寄生容量の低減を図る方法としては、導体配線下に低誘電率の層間絶縁膜を導入する方法がある。
【０００３】
低誘電率の絶縁膜上，もしくは低誘電率の絶縁膜の層間にインダクタ導体を配線する従来の方法では、インダクタ導体の面積に比例して寄生容量が発生する。このため、低抵抗化を目的としてインダクタ導体の幅を太くすると、逆に誘電損失が大きくなり、必ずしも満足し得る性能のインダクタを得ることができるとは限らない。そこで、比誘電率が小さくほぼ１である空気をインダクタ導体の下層に導入する試みもなされている。例えば、インダクタ導体下に部分的に金属製の支柱を導入して浮揚させた構造のものが知られている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２１６３５（第２，４頁，第１４，１５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、大部分のインダクタ導体の下に空気層を導入することが可能であり、寄生容量が低減される。しかしながら、インダクタ配線導体と金属支柱が電気的に接続をしていることから、寄生容量の低減が十分とは言いがたい。また、高周波帯域では貴金属支柱部分がスタブとして作用するようになり、インピーダンス不整合の原因になるといった悪影響を及ぼすことも考えられる。
【０００６】
この発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、インダクタの寄生容量を低減し、Ｑ値，自己共振周波数などの高周波特性の向上を図ることである。他の目的は、高周波特性におけるインピーダンスの不整合の防止を図ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、絶縁性の薄膜層上にインダクタ導体パターンを配線した薄膜インダクタであって、
（１）前記薄膜層と前記インダクタ導体パターンとの間に、間欠的に空気層を導入する，
（２）前記薄膜層に多数の凹部を形成するとともに、該多数の凹部の上を通過するように、前記インダクタ導体パターンを配線する，
（３）前記薄膜層によって多数の支柱を形成するとともに、該多数の支柱の上を通過するように、前記インダクタ導体パターンを配線する，
（４）前記薄膜層によって配線パターンに相当する壁を形成するとともに、該壁の上を通過するように、前記インダクタ導体パターンを配線する，
のいずれかであることを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つは、前記薄膜層の表面凹凸が格子状ないし縞状であることを特徴とする。他の形態は、前記薄膜層を硬化型レジストによって形成したことを特徴とする。更には、前記薄膜層がポリイミドであることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞……以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。最初に、図１〜図４を参照し、本発明の基本的構造を示す実施形態１について説明する。図１は、実施形態１の薄膜インダクタの構造を示す斜視図である。同図に示すように、本形態の薄膜インダクタ１０は、基板１２上に形成された誘電率の低い絶縁膜による複数の支柱１４の上に、スパイラル状のインダクタ導体パターン２６が形成されている。支柱１４は、インダクタ導体パターン２６を支持できる程度の適宜間隔で要所ごとに形成されている。別言すれば、インダクタ導体パターン２６は、一部が支柱１４により支持されており、それ以外の部分は、下に空気層が導入された状態となっている。前記基板１２としては、Ｓｉなどの単体基板や、化合物半導体基板などが利用され、支柱１４としては、誘電率の低い絶縁膜，例えば、ポリイミド等のいわゆるｌｏｗ−ｋ材料（低誘電率材料）などが利用される。インダクタ導体パターン２６としては、Ｃｕ等の低抵抗金属が利用される。
【００１０】
次に、本実施形態の製造方法の一例を、図２及び図３を参照して説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、Ｓｉや化合物半導体などによる基板１２，もしくは、該基板１２の上に塗布した絶縁膜（図示せず）上に、支柱１４となる絶縁層をパターニング形成する。支柱１４部分のパターニングは、感光性の材料を用いて露光プロセスにより行うか，あるいは、一様に塗布した絶縁膜をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）等の化学的ドライエッチングにより加工，形成を行う。このとき、支柱１４とする絶縁層の厚みは、例えば、数μｍ〜数十μｍとする。
【００１１】
次に、支柱（ないし絶縁膜）１４の形成により基板１２上に発生した凹凸を平坦化するため、図２（Ｂ）に示すように、犠牲層１６として、感光性フォトレジストを支柱１４の表面１４Ａを覆うように、支柱１４間に埋め込む。感光性フォトレジストとしては、例えば、耐熱性に優れたノボラック系やＰＭＭＡ系のものなどが利用される。そして、図２（Ｃ）に示すように、絶縁層の表面１４Ａを露出させる。この時の手段としては、露光装置を用いて絶縁膜表面のレジストを感光させてパターニングするか，あるいは、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研磨装置を用いて犠牲層１６の全面を平坦化するか，あるいは、スパッタ装置等で犠牲層１６の全面をエッチングするなどの方法がとられる。
【００１２】
そして、平坦化した支柱表面１４及び犠牲層１６の表面に、図２（Ｄ）に示すように、メッキ工程用のためのシード層１８を、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ）蒸着装置等を用いて全面に蒸着する。シード層１８としては、例えばＣｕなどが用いられ、約数百ｎｍの厚さに形成される。また、シード層１８と支柱１４の間に、必要に応じてバリア層（図示せず）を挿入するようにしてもよい。該バリア層は、必ずしも設ける必要はないが、層間の密着性が悪い場合や、直接接合すると拡散や腐食などが発生する材料間に挿入することにより、これらの不都合を解消することができる。本例のように、シード層１８にＣｕ，支柱１４にポリイミドを利用する場合には、ポリイミドの成分がＣｕを酸化させ、反応したＣｕイオンがポリイミド中に拡散するのを防止するために、例えば、Ｃｒなどを挿入すると好都合である。次に、前記シード層１８上にフォトレジストをパターニング形成し、パターンメッキ用レジスト２０を形成する（図２（Ｅ））。そして、図３（Ａ）に示すように、該パターンメッキ用レジスト２０間の空隙２２を埋めるように、Ｃｕ等のパターンメッキを行いパターン層２４を形成する。ここで、パターン層２４は、パターンメッキ用レジスト２０の表面よりも若干低めになるように成長させる。
【００１３】
パターン層２４を形成したら、図３（Ｂ）に示すようにパターンメッキ用レジスト２０を除去し、続いて、ドライもしくはウェットエッチングにより、図３（Ｃ）に示すように、不要なシード層１８を除去する。更に、犠牲層１６を、その種類に応じて専用の剥離液を用いて溶解除去することにより、図３（Ｄ）に示すように、シード層１８とパターン層２４からなるインダクタ導体パターン２６が形成される。このようにして形成されたインダクタ導体パターン２６は、図１及び図３（Ｄ）に示すように、要所ごとに支柱１４によって支持されており、その他の部分は、パターンの下側に空気層が導入された状態となっている。
【００１４】
次に、図４を参照して、本実施形態の高周波特性について説明する。上述した製造方法に従って、支柱の材質のみを変化させて薄膜インダクタを作製し、各サンプルの薄膜インダクタについてシミュレーションを行った。図４には、支柱１４としてＣｕとポリイミドを用いた場合のＱ値の周波数特性がそれぞれ示されている。同図中、横軸は周波数（Ｈｚ），縦軸はＱ値である。また、横軸は対数目盛となっており、「Ｅ」は１０のべき乗を表す。例えば、「Ｅ＋０８」は、「１０８」を表す。測定したサンプルの支柱の高さは７μｍとした。
【００１５】
同図に示すように、周波数１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ付近において、支柱材料として絶縁性のポリイミドを用いたサンプルのほうが、Ｃｕを利用した場合よりも高いＱ値を得られることが分かった。これは、
▲１▼支柱１４部分が絶縁性であることから、インダクタ導体パターン２６と基板１２との距離が大きくなり、渦電流損失が低減される，
▲２▼インダクタ導体パターン２６の下の大部分に、比誘電率が低い（比誘電率がほぼ１）の空気層の導入が可能となり、寄生容量が低減される，
▲３▼金属性の支柱を用いた場合では寄生容量の低減が不十分であるが、絶縁性の支柱１４を用いることにより層間膜として作用し、寄生容量の低減効果が得られる，
▲４▼支柱１４が絶縁性であることから、インダクタ導体パターン２６に対して高周波スタブとして作用することがない，
という理由によるものと考えられる。
【００１６】
このように、本実施形態によれば、基板１２やそれらの上に塗布した絶縁膜上に、誘電率の低い絶縁材料による支柱１４を複数形成し、低抵抗の金属によるインダクタ導体パターン２６を前記複数の支柱１４上に形成して、インダクタ導体パターン２６の下側の大部分に空気層を導入し空中に浮揚させることとしたので、薄膜インダクタ１０の寄生容量を低減し、Ｑ値などの高周波特性を向上させることができる。また、支柱１４がスタブとして作用することがないため、高周波特性において、インピーダンスの不整合が生じないという効果も得られる。更に、支柱１４を硬化型レジストで形成することとしたので、薄膜プロセスに組み込むことができるとともに、ポリイミドを使用することにより他の素子形成と同一材料を使用することができ、製造プロセスの簡略化，効率化を図ることが可能となる。
【００１７】
＜実施形態２＞……次に、図５を参照して、本発明の実施形態２について説明する。上述した実施形態１では、ポリイミド等により複数の支柱１４を要所要所に形成し、該支柱１４間にブリッジのようにインダクタ導体パターン２６を形成することとしたが、本実施形態の薄膜インダクタ３０においては、基板３２上に、インダクタ導体パターン３６と同一形状の薄膜支持層３４を形成し、その上にインダクタ導体パターン３６を形成した構成となっている。すなわち、薄膜支持層３４は、壁状に形成されている。薄膜支持層３４としては、上述した実施形態の支柱１４と同様に、低誘電率の絶縁性材料が用いられる。
【００１８】
本実施形態では、絶縁層に対する誘電損失（寄生容量）は、上述した支柱を利用する実施形態と比較して増大するが、構造的な安定性の向上が期待できる。また、本実施形態においても、基板３２とインダクタ導体パターン３６の距離を大きくしている点と、インダクタ導体パターン３６の配線間を空気層としている点は、上述した実施形態の場合と同様であることから、基板３２への渦電流損失の低減効果は支柱構造の場合と同様であると考えられる。これにより、本実施形態によれば、構造上の安定性向上と高いＱ値を得ることができる。
【００１９】
＜実施形態３＞……次に、図６を参照して、本発明の実施形態３について説明する。同図（Ａ）は平面図であり、その＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断した端面拡大図が、同図（Ｂ）に示されている。上述した実施形態１の支柱構造では、インダクタ導体パターンの主要部位にのみ絶縁膜からなる支柱を挿入することとしたが、本実施形態は、その構造上の安定性を改善したものである。
【００２０】
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態の薄膜インダクタ４０は、基板４２上に、絶縁性材料によるメッシュ状の薄膜支持層４６が形成されており、該薄膜支持層４６上にインダクタ導体パターン５０を形成することにより、インダクタ導体パターン５０を支持する部位を増大させて安定性を向上させている。本実施形態の製造方法は、上述した実施形態１と基本的に同様である。まず、基板４２上の適宜位置に、引出配線４４Ａ及び４４Ｂを形成する。そして、ポリイミドなどの有機絶縁膜によりメッシュ状の薄膜支持層４６を形成する。次に、薄膜支持層４６上に、スパイラル状にシード層とパターン層からなるインダクタ導体パターン５０を形成する。このとき、図６（Ｂ）の断面に示すように、インダクタ導体パターン５０の中央の端部５２Ａと引出配線４４Ａの端部が、メッシュ間の凹部４８において接続される。また、インダクタ導体パターン５０の他方の端部５２Ｂも同様にして引出配線４４Ｂと接続される。ＲＦ（高周波）モジュールなどに対する実装に際しては、前記薄膜支持層４６の適宜位置に、絶縁性の基部ないしスペーサ５４，５６を形成し、全体を図６（Ｃ）に示すように、基板５８上に逆さに返して固定する。これにより、以上のようにして形成したインダクタ導体パターン５０が基板５８と接しないように，すなわち、空中に浮揚した状態とすることができる。
【００２１】
本実施形態によれば、構造上の安定性は向上するものの、薄膜支持層４６との接触面積が増えるため、寄生容量の増大が考えられる。そこで、支持構造とＱ値との相関をシミュレーションにより求めたところ、ポリイミドの支柱構造においては、２ＧＨｚでのＱ値が９．５４であり、本形態のメッシュ構造においては、２ＧＨｚでのＱ値が９．４９であった。このように、２ＧＨｚでのＱ値は、支柱構造，メッシュ構造においてほぼ同等の値が得られ、著しい寄生容量の増加は認められなかった。従って、本実施形態によれば、寄生容量の低減効果を維持したまま、高い構造安定性が実現可能である。
【００２２】
＜実施形態４＞……次に、図７を参照して、本発明の実施形態４について説明する。図７（Ａ）は平面図，その＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断した端面図が同図（Ｂ）に示されている。本実施形態も、上述した実施形態３と同様に、絶縁性材料によるメッシュ状の支持構造を利用したものであるが、インダクタ導体パターンを２層構造にしたものである。本形態の薄膜インダクタ６０では、まず、基板６１上に１層目の下部インダクタ導体パターン７２及び引出配線７０が直接形成され、その上にメッシュ状の薄膜支持層６２が形成される。そして、該薄膜支持層６２の主面に、２層目の上部インダクタ導体パターン６６が形成される。上部インダクタ導体パターン６６の中央側の端部６８Ａは、メッシュ間の凹部６４において下部インダクタ導体パターン７２の中央側の端部７４と接続し、上部インダクタ導体パターン６６の他方の端部６８Ｂは、薄膜支持層６２の下側に設けられた引出配線７０と接続されている。前記上部インダクタ導体パターン６６と下部インダクタ導体パターン７２は、スパイラルの巻き方向が同じであるとともに、静電容量の増大を防ぐために、各パターンが上下で重ならないように形成されている。本実施形態によれば、インダクタ導体パターンを２層構造とすることにより、小さい面積で寄生容量が小さくＬ値が高いインダクタの作製が可能となる。
【００２３】
＜実施形態５＞……次に、図８を参照して、本発明の実施形態５について説明する。図８（Ａ）は本実施形態の構成を示す斜視図，同図（Ｂ）は主要断面図である。同図（Ｃ）は、本実施形態の他の例を示す図である。上述した実施形態１，３，４では、薄膜支持層に支持されていない部分では、インダクタ導体パターンの下は空気層を介して基板のみが存在する構造であったが、本実施形態のように、インダクタ導体パターンの下に空気層を導入しつつ、更にその下に薄膜支持層を挿入することも可能である。
【００２４】
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態の薄膜インダクタ８０は、基板８２上に、絶縁性材料による薄膜支持層８４が所定の厚みで形成されている。該薄膜支持層８４の表面には、基板８２に達しない程度の深さの穴８６が複数形成されている。インダクタ導体パターン８８は、この複数の穴８６上を通過するように配線されている。このように、本実施形態によれば、インダクタ導体パターン８８の下に比誘電率の低い空気層を導入するため、上述した実施形態と同様の効果が得られるとともに、ほぼ全体にわたって薄膜支持層８４を導入することにより、構造上の安定性も図ることができる。なお、本実施形態の穴８６を、基板８２に接するように深く形成すると、図８（Ｃ）に示すように、穴８６によって分断された薄膜支持層８４が支柱のような状態となる。これは、上述した実施形態１の支柱構造と同じと考えることができる。また、穴８６の形成位置を調整することにより、実施形態３及び４に示すメッシュ構造となる。
【００２５】
＜他の実施形態＞……本発明には数多くの実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能である。例えば、次のようなものも含まれる。
（１）前記形態で示した基板，支柱，薄膜支持層，配線の材質は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。
（２）前記形態に示したインダクタ導体パターンの支持構造も一例であり、同様の効果を奏するように、適宜変更してよい。例えば、前記実施形態１で示した支柱１４の数を増減してもよいし、実施形態２で示した薄膜支持層３４に、実施形態５と同様の穴を設けるようにしてもよい。また、実施形態３，４で示すメッシュ構造の目の大きさなども適宜変更してもよいし、横線のみ，縦線のみ，放射状など、各種の構造としてよい。
【００２６】
（３）前記形態に示した製造工程も一例であり、公知の各種の方法を適用してよい。
（４）前記形態３における引出配線構造も一例であり、メッシュ構造の上部から引き出すようにしてもよい。
（５）本発明の薄膜インダクタは、部品単体として使用してもよいし、集積回路に集積形成するようにしてもよい。特に、薄膜ＲＦモジュールに組み込むようにしてもよい。また、本発明は、携帯電話など各種の電子機器に適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶縁性の薄膜層上にインダクタ導体パターンを形成する際に、該インダクタ導体パターンの空気で覆われる部分が増えるようにしたので、薄膜インダクタの寄生容量が低減されるとともに、Ｑ値などの高周波特性が向上する。また、薄膜層として絶縁性材料を用いているため、高周波帯域におけるインピーダンス不整合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の構造を示す斜視図である。
【図２】前記形態の製造工程の一例を示す主要部の端面図である。
【図３】前記形態の製造工程の一例を示す主要部の端面図である。
【図４】前記形態のポリイミド支柱を利用したインダクタと、Ｃｕ支柱を利用したインダクタのＱ値の周波数特性例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２の構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態３を示す図であり、（Ａ）は平面図，（Ｂ）は、前記（Ａ）の＃Ａ−＃Ａ線に沿った断面図，（Ｃ）はインダクタ導体パターンの浮揚状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態４を示す図であり、（Ａ）は平面図，（Ｂ）は、前記（Ａ）の＃Ｂ−＃Ｂ線に沿った断面図である。
【図８】本発明の実施形態５を示す図であり、（Ａ）は斜視図，（Ｂ）は断面図，（Ｃ）は本形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…薄膜インダクタ
１２…基板
１４…支柱
１４Ａ…表面
１６…犠牲層
１８…シード層
２０…パターンメッキ用レジスト
２２…空隙
２４…パターン層
２６…インダクタ導体パターン
２８Ａ，２８Ｂ…接続部
３０…薄膜インダクタ
３２…基板
３４…薄膜支持層
３６…インダクタ導体パターン
４０…薄膜インダクタ
４２…基板
４４Ａ，４４Ｂ…引出配線
４６…薄膜支持層
４８…凹部
５０…インダクタ導体パターン
５２Ａ，５２Ｂ…端部
５４，５６…基部
５８…基板
６０…薄膜インダクタ
６１…基板
６２…薄膜支持層
６４…凹部
６６…上部インダクタ導体パターン
６８Ａ，６８Ｂ，７４…端部
７０…引出配線
７２…下部インダクタ導体パターン
８０…薄膜インダクタ
８２…基板
８４…薄膜支持層
８６…穴
８８…インダクタ導体パターン
【図１】
2004186638.tif 000003
【図２】
2004186638.tif 000004
【図３】
2004186638.tif 000005
【図４】
2004186638.tif 000006
【図５】
2004186638.tif 000007
【図６】
2004186638.tif 000008
【図７】
2004186638.tif 000009
【図８】
2004186638.tif 000010