(57)【要約】【課題】導電性膜の密着性および磁性膜の磁気特性を確保することにより作動性能を確保することが可能な薄膜デバイスを提供する。【解決手段】基板１の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が、Ｘμｍ≦Ｒａ≦０．１μｍの範囲内である。この表面粗さＲａの下限Ｘは、導電性膜２の内部応力σ、厚さＴおよび単位長さ当たりの付着力Ｐを含む一連のパラメータに基づいて決定される値である。アンカー効果を利用して導電性膜２の密着性が確保されると共に、表面凹凸構造を有する基板１に磁性膜３が設けられている場合においても磁気特性（透磁率）が確保される。【選択図】図２
2007123866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の式（１）および式（２）で表される範囲内の表面粗さを有する基板に、導電性膜および磁性膜が積層されている
ことを特徴とする薄膜デバイス。
Ｘμｍ≦Ｒａ≦０．１μｍ  ……（１）
Ｘ＝［（σ2 Ｔ2 Ｗ2 −Ｗ2 Ｐ2 ）／１６Ｐ2 ］0.5   ……（２）
但し、
Ｒａ：基板の表面粗さ（算術平均粗さ；μｍ）
σ：導電性膜の内部応力（ＭＰａ）
Ｔ：導電性膜の厚さ（μｍ）
Ｗ：基板の表面に凹凸が均一に設けられていると仮定した場合における凹凸の幅（μｍ）
Ｐ：導電性膜の単位長さ当たりの付着力（ＭＰａ）
【請求項２】
前記基板の表面粗さが、下記の式（３）で表される範囲である
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜デバイス。
Ｒａ≦０．０７５μｍ  ……（３）
【請求項３】
前記基板の表面粗さが、下記の式（４）で表される範囲である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜デバイス。
０．００４μｍ≦Ｒａ  ……（４）
【請求項４】
前記導電性膜が、前記基板に近い側から順に、シード膜と、そのシード膜を使用して成長されためっき膜とを含む
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の薄膜デバイス。
【請求項５】
下記の式（５）および式（６）で表される範囲内の表面粗さを有する基板に、コイルおよび磁性膜が積層されている
ことを特徴とする薄膜インダクタ。
Ｘμｍ≦Ｒａ≦０．１μｍ  ……（５）
Ｘ＝［（σ2 Ｔ2 Ｗ2 −Ｗ2 Ｐ2 ）／１６Ｐ2 ］0.5   ……（６）
但し、
Ｒａ：基板の表面粗さ（算術平均粗さ；μｍ）
σ：コイルの内部応力（ＭＰａ）
Ｔ：コイルの厚さ（μｍ）
Ｗ：基板の表面に凹凸が均一に設けられていると仮定した場合における凹凸の幅（μｍ）
Ｐ：コイルの単位長さ当たりの付着力（ＭＰａ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に導電性膜および磁性膜が積層された薄膜デバイスおよび基板にコイルおよび磁性膜が積層された薄膜インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種用途のデバイス分野において、基板に導電性膜および磁性膜が積層された薄膜デバイスが広く利用されている。この薄膜デバイスの一例としては、上記した導電性膜として、インダクタンス発生用のコイルを備えた薄膜インダクタなどが挙げられる。この薄膜インダクタは、主に、基板に、絶縁膜により埋設されたコイルと、磁性膜とが積層された構造を有している。
【０００３】
薄膜デバイスの作動性能を確保するためには、導電性膜の密着性および磁性膜の磁気特性の双方を確保しなければならない。この場合には、薄膜デバイスに関して作動性能の向上が益々要望されている最近の技術動向を考慮すると、密着性および磁気特性を確保するためには、もはや導電性膜および磁性膜の構成だけでなく、基板の構成まで含めて最適化する必要があると考えられる。
【０００４】
なお、薄膜デバイスの作動性能を確保するための技術としては、既にいくつかの技術が提案されている。具体的には、薄膜インダクタの小型化、高効率化および高出力化を図るために、０．００３μｍ〜０．６μｍの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）を有する基板（フェライト基板）上にコイルをめっき形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、上記した基板の表面粗さに関連して、アモルファス合金膜の密着性を高めるために、基板の表面にアモルファスコーティングする前に、表面粗さ（最大高さＲｍａｘ）が０．８μｍ以下となるまで基板の表面を研磨する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１６８０１０号公報
【特許文献２】特開平０５−１１７８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、薄膜デバイスの作動性能を確保するためには密着性および磁気特性の双方を確保しなければならないにもかかわらず、従来の薄膜デバイスでは、それらの密着性および磁気特性の観点において未だ十分とは言えないため、多分に改善の余地がある。特に、薄膜デバイスの作動性能を確保する上では、密着性および磁気特性を確保するだけでなく、その薄膜デバイスを安定に製造可能とすることも重要である。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、導電性膜の密着性および磁性膜の磁気特性を確保することにより作動性能を確保することが可能な薄膜デバイスを提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、コイルの密着性および磁性膜の磁気特性を確保することにより作動性能を確保することが可能な薄膜インダクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る薄膜デバイスは、下記の式（１）および式（２）で表される範囲内の表面粗さを有する基板に導電性膜および磁性膜が積層されているものである。
Ｘμｍ≦Ｒａ≦０．１μｍ  ……（１）
Ｘ＝［（σ2 Ｔ2 Ｗ2 −Ｗ2 Ｐ2 ）／１６Ｐ2 ］0.5   ……（２）
但し、Ｒａは基板の表面粗さ（算術平均粗さ；μｍ）、σは導電性膜の内部応力（ＭＰａ）、Ｔは導電性膜の厚さ（μｍ）、Ｗは基板の表面に凹凸が均一に設けられていると仮定した場合における凹凸の幅（μｍ）、Ｐは導電性膜の単位長さ当たりの付着力（ＭＰａ）である。
【０００９】
ここに言う「基板」とは、およそ、それ自身の上に何らかの膜構造が形成可能であり、かつ、その膜構造を支持することが可能な全ての下地部材を指すものであり、具体的には、無垢基材そのものを指す場合の他、無垢基材の上に何らかの構造体（別の無垢基材や、単一層または複数層からなる膜構造等を含む）が設けられている複合基材、さらには無垢基材の表面に何らかの改質処理が施されているもの、等を広く含む。
【００１０】
本発明に係る薄膜デバイスでは、基板の表面粗さが上記した式（１）および式（２）で表される範囲内であるため、アンカー効果を利用して導電性膜の密着性が確保されると共に、表面凹凸構造を有する基板に磁性膜が設けられている場合においても磁気特性（透磁率）が確保される。
【００１１】
また、本発明に係る薄膜インダクタは、下記の式（５）および式（６）で表される範囲内の表面粗さを有する基板に、コイルおよび磁性膜が積層されているものである。
Ｘμｍ≦Ｒａ≦０．１μｍ  ……（５）
Ｘ＝［（σ2 Ｔ2 Ｗ2 −Ｗ2 Ｐ2 ）／１６Ｐ2 ］0.5   ……（６）
但し、Ｒａは基板の表面粗さ（算術平均粗さ；μｍ）、σはコイルの内部応力（ＭＰａ）、Ｔはコイルの厚さ（μｍ）、Ｗは基板の表面に凹凸が均一に設けられていると仮定した場合における凹凸の幅（μｍ）、Ｐはコイルの単位長さ当たりの付着力（ＭＰａ）である。
【００１２】
本発明に係る薄膜インダクタでは、基板の表面粗さが上記した式（５）および式（６）で表される範囲内であるため、上記した薄膜デバイスと同様に、コイルの密着性が確保されると共に磁性膜の磁気特性（透磁率）が確保される。
【００１３】
なお、本発明に係る薄膜デバイスでは、基板の表面粗さが、下記の式（３）で表される範囲または下記の式（４）で表される範囲であるのが好ましい。特に、導電性膜が基板に近い側から順にシード膜とそのシード膜を使用して成長されためっき膜とを含んでいてもよい。
Ｒａ≦０．０７５μｍ  ……（３）
０．００４μｍ≦Ｒａ  ……（４）
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る薄膜デバイスによれば、基板が上記した式（１）および式（２）で表される範囲内の表面粗さを有しているので、導電性膜の密着性および磁性膜の磁気特性を確保することにより作動性能を確保することができる。
【００１５】
また、本発明に係る薄膜インダクタによれば、基板が上記した式（５）および式（６）で表される範囲内の表面粗さを有しているので、コイルの密着性が確保されると共に磁性膜の磁気特性が確保される。したがって、作動特性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスの構成について説明する。図１は薄膜デバイス１０の断面構成を表しており、図２は図１に示した薄膜デバイス１０のうちの一部（部分Ｐ１）を拡大して表している。
【００１８】
本実施の形態に係る薄膜デバイス１０は、各種用途のデバイス分野において利用されるものであり、例えば、薄膜インダクタ、薄膜トランス、薄膜センサ、薄膜アクチュエータ、薄膜磁気ヘッドまたはＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）などに適用されるものである。
【００１９】
この薄膜デバイス１０は、図１に示したように、基板１に導電性膜２および磁性膜３が積層されたものである。なお、薄膜デバイス１０の詳細な構成は、基板１に導電性膜２および磁性膜３が積層されている限り、自由に設定可能である。すなわち、導電性膜２の層構成（単層または多層）、磁性膜３の層構成（単層または多層）、ならびに導電性膜２および磁性膜３の積層構成（積層順）は、その薄膜デバイス１０が適用される用途等の条件に応じて適宜設定可能である。また、薄膜デバイス１０は、例えば、上記した導電性膜２および磁性膜３の他に、図示しない他の構成要素を含んでいてもよい。この「他の構成要素」としては、例えば、基板１と導電性膜２との間を電気的に分離する絶縁膜や、導電性膜２を周辺から電気的に分離する絶縁膜や、導電性膜２と磁性膜３との間を電気的に分離する絶縁膜などが挙げられる。
【００２０】
ここでは、例えば、薄膜デバイス１０は、基板１上に、単層の導電性膜２と、単層の磁性膜３とがこの順に積層された構造を有している。
【００２１】
基板１は、薄膜デバイス１０全体を支持するものである。この基板１の材質は、任意に設定可能である。
【００２２】
導電性膜２は、導電性を利用して各種機能を実行する機能膜である。この導電性膜２は、例えば、各種金属などに代表される導電性材料により構成されている。なお、導電性膜２の立体構造は、例えば、上記した各種機能に応じて自由に設定可能である。一例を挙げれば、導電性膜２が電極として機能する場合には平板状構造を有していてもよいし、あるいは導電性膜２が磁束発生用またはインダクタンス発生用のコイルとして機能する場合には巻線構造を有していてもよい。この巻線構造としては、例えば、スパイラル構造やソレノイド構造が挙げられが、これらに限定されるわけではない。図１および図２では、例えば、導電性膜２が平板状構造を有している場合を示している。
【００２３】
磁性膜３は、磁性を利用して各種機能を実行する機能膜である。この磁性膜３は、例えば、各種合金などに代表される磁性材料により構成されている。
【００２４】
この薄膜デバイス１０では、図２に示したように、微視的に見ると、表面凹凸構造を有する基板１を覆うように導電性膜２が設けられているため、その導電性膜２が基板１の表面凹凸構造を反映した表面凹凸構造を有していると共に、その表面凹凸構造を有する導電性膜２を覆うように磁性膜３が設けられている。
【００２５】
特に、薄膜デバイス１０では、基板１が表面凹凸構造に基づく表面粗さを有している。この「表面粗さ」は、いわゆる算術平均粗さＲａであり、下記の式（１１）および式（１２）で表される範囲内である。なお、式（１１）および式（１２）中に示した表面粗さＲａの下限Ｘの算出原理については、後述する。
Ｘμｍ≦Ｒａ≦０．１μｍ  ……（１１）
Ｘ＝［（σ2 Ｔ2 Ｗ2 −Ｗ2 Ｐ2 ）／１６Ｐ2 ］0.5   ……（１２）
但し、
Ｒａ：基板１の表面粗さ（μｍ）
σ：導電性膜２の内部応力（ＭＰａ）
Ｔ：導電性膜２の厚さ（μｍ）
Ｗ：基板１の表面に凹凸が均一に設けられていると仮定した場合における凹凸の幅（μｍ）
Ｐ：導電性膜２の単位長さ当たりの付着力（ＭＰａ）
【００２６】
表面粗さＲａが式（１２）で表されるＸμｍ以上の範囲（Ｒａ≧Ｘμｍ）であることが好ましい理由は、導電性膜２の密着性が確保されるからである。この表面粗さＲａに依存する「導電性膜２の密着性」とは、ここでは下地の基板１に対する密着性であり、いわゆるアンカー効果を利用したものである。なお、上記した「導電性膜２の単位長さ当たりの付着力Ｐ」とは、アンカー効果を利用しない付着力であり、すなわち材料間の相性に基づいて単純に決定されるものである。
【００２７】
一方、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の範囲（Ｒａ≦０．１μｍ）であることが好ましい理由は、表面凹凸構造を有する基板１に磁性膜３が設けられている場合においても、その磁性膜３の磁気特性（透磁率μ）が確保されるからである。
【００２８】
この表面粗さＲａが磁性膜３の磁気特性に影響を及ぼすメカニズムは、以下の通りである。すなわち、磁性膜３の膜面と平行な方向に磁場が印加されると、その磁性膜３の磁化が反転する。この磁化反転は、磁性膜３に磁場が印加されることにより磁気スピンにエネルギーが供給されるため、そのエネルギーを利用して磁気スピンが反転する現象に基づいて生じる。このときの磁化反転のしやすさが、いわゆる透磁率μである。この透磁率μは、不純物や結晶欠陥などが存在すると、磁化反転が妨げられることに起因して低下し、あるいは下地の表面凹凸が激しい（表面粗さＲａが大きい）と、磁性膜３中の磁区構造が乱されることに起因してやはり低下する。これにより、基板１の表面粗さＲａが磁性膜３の磁気特性に影響を及ぼすのである。より具体的には、表面粗さＲａが大きくなりすぎると、透磁率μが低下することに起因して磁気特性が劣化する。
【００２９】
確認までに説明しておくと、図２に示した場合には、導電性膜２が基板１に直接的に密着しているため、導電性膜２の密着性は基板１に対する密着性を意味し、付着力Ｐは基板１に対する導電性膜２の付着力を意味する。これに対して、例えば、上記した他の構成要素としての絶縁膜（図示せず）が基板１と導電性膜２との間に設けられており、その導電性膜２が絶縁膜を介して基板１に間接的に密着している場合には、導電性膜２の密着性は実質的には絶縁膜に対する密着性を意味し、付着力Ｐは絶縁膜に対する導電性膜２の付着力を意味する。
【００３０】
この表面粗さＲａは、例えば、下記の式（１３）で表される範囲であるのが好ましい。表面粗さＲａが０．０７５μｍ以下であると、その表面粗さＲａがほぼゼロである（表面粗さＲａに起因する悪影響を無視できる程度に小さい）ときの透磁率μ以上の透磁率μが磁性膜３において得られるからである。
Ｒａ≦０．０７５μｍ  ……（１３）
【００３１】
また、表面粗さＲａは、例えば、下記の式（１４）で表される範囲であるのが好ましい。表面粗さＲａが０．００４μｍ以上であると、後述するように、実用的な範囲内において内部応力σ、厚さＴ、幅Ｗおよび付着力Ｐを設定した場合において導電性膜２の密着性が確保されるからである。
０．００４μｍ≦Ｒａ  ……（１４）
【００３２】
なお、薄膜デバイス１０を構成するために準備した基板１の表面粗さＲａが上記した式（１１）および式（１２）で表される範囲内でない場合には、その基板１に各種処理を施すことにより適正範囲内となるように表面粗さＲａを調整することが可能である。一例を挙げれば、表面粗さＲａが著しく小さいシリコン基板（いわゆるシリコンウェハ）などを基板１として使用する場合には、ドライエッチング、サンドブラストまたはイオンミリングなどに代表される加工手法を使用して基板１の表面を意図的に荒らすことにより、その表面粗さＲａを適正範囲内にシフトさせることが可能である。
【００３３】
次に、図１〜図３を参照して、上記した式（１２）中に示した表面粗さＲａの下限Ｘの算出原理について説明する。図３は基板１の表面粗さＲａの下限の算出原理を説明するためのものであり、基板１の表面凹凸構造を拡大して示している。
【００３４】
表面粗さＲａの下限Ｘは、上記したように、導電性膜２の密着性を確保する観点において規定される閾値であり、図１および図２に示した薄膜デバイス１０を２次元モデルとして考えることにより算出される。
【００３５】
すなわち、薄膜デバイス１０に関して、図２に示したように、基板１の表面粗さＲａ（μｍ）、導電性膜２の内部応力σ（ＭＰａ）、導電性膜２の厚さＴ（μｍ）および導電性膜２の単位長さ当たりの付着力Ｐ（ＭＰａ）という一連のパラメータが設定されている場合、基板１と導電性膜２との間の界面にかかるせん断応力Ｆ１（ＭＰａ・μｍ）は、下記の式（２１）で表される。
Ｆ１＝σ×Ｔ  ……（２１）
【００３６】
ここで、導電性膜２のうちの一端近傍における１μｍ程度の長さ部分（部分Ｐ２）に内部応力σが集中すると考える。なぜなら、一端近傍である部分Ｐ２において導電性膜２が基板１から部分的に剥離すると、その剥離をきっかけとして導電性膜２が全体に渡って基板１から剥離し始めると考えられるからである。なお、上記した「長さ」とは、図２中の横方向の寸法である。
【００３７】
表面凹凸構造を有する基板１に導電性膜２が接合している場合には、平坦な基板１に導電性膜２が接合している場合と比較して、その導電性膜２の接合長さ（実効接合長さ）が大きくなるため、付着力（実効付着力）も同様に大きくなる。導電性膜２の単位長さ当たりの実効接合長さをＬ（μｍ）とすると、その導電性膜２の単位長さ当たりの実効付着力Ｆ２（ＭＰａ・μｍ）は、下記の式（２２）で表される。
Ｆ２＝Ｐ×Ｌ  ……式（２２）
【００３８】
これらの式（２１）および式（２２）から、導電性膜２が基板１から剥離しない条件は、下記の式（２３）で表されるため、実質的に下記の式（２４）で表される。
Ｆ２≧Ｆ１  ……（２３）
Ｐ×Ｌ≧σ×Ｔ  ……（２４）
【００３９】
この実効接合長さＬは、下記の式（２５）で表される関係を満たしている。ただし、式（２５）中の「ｆ（ｘ）」は、基板１の表面凹凸構造に関する関数であり、すなわち特定の基準面からの高さを表す関数である。このとき、表面粗さＲａは、下記の式（２６）で表される関係を満たしている。この式（２６）で表される表面粗さＲａは、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＤだけ抜き取り、その抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。これらの式（２５）および式（２６）から、表面粗さＲａを特定することにより、実効接合長さＬを算出することが可能である。なお、接触式段差計などを使用して、表面粗さＲａおよび実効接合長さＬを実測することも可能である。
【００４０】
【数１】
2007123866.tif 000003
【００４１】
【数２】
2007123866.tif 000004
【００４２】
ここで、図３に示したように、基板１の表面に凹凸が均一に設けられていると仮定する。このとき、凹凸の幅をＷ（μｍ）、凹凸の高さをＨ（μｍ）とすると、単位幅（１μｍ幅）当たりには１／Ｗ個の凹凸が存在している。なお、上記した「凹凸の幅」とは、いわゆる凹凸のピッチ（凹部間の距離または凸部間の距離）であり、「凹凸の高さ」とは、いわゆる凸部の高さである。この場合における実効接合長さＬは、下記の式（２７）で表される。特に、基板１の表面に凹凸が均一に設けられている場合には、表面粗さＲａが下記の式（２８）で表されるため、式（２７）および式（２８）から、実効接合長さＬは下記の式（２９）で表される。
Ｌ＝（２／Ｗ）×［（Ｗ／２）2 ＋Ｈ2 ］0.5   ……（２７）
Ｒａ＝Ｈ／２  ……（２８）
Ｌ＝（２／Ｗ）×［（Ｗ／２）2 ＋４Ｒａ2 ］0.5   ……（２９）
【００４３】
したがって、式（２９）を導入することにより、上記した式（２４）は下記の式（３０）で表される。この式（３０）を変形することにより、導電性膜２の密着性を確保する観点において規定される閾値である表面粗さＲａは、下記の式（３１）で表される。これにより、式（１２）中に示した表面粗さＲａの下限Ｘ（＝Ｒａ）が算出される。
Ｐ×｛（２／Ｗ）×［（Ｗ／２）2 ＋４Ｒａ2 ］0.5 ｝≧σ×Ｔ  ……（３０）
Ｒａ＝［（σ2 Ｔ2 Ｗ2 −Ｗ2 Ｐ2 ）／１６Ｐ2 ］0.5   ……（３１）
【００４４】
具体的な表面粗さＲａの範囲の一例を挙げると、実用的な薄膜デバイス１０の構成として、基板１（酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ））および導電性膜２（銅（Ｃｕ））を含むと共に、内部応力σ＝２７．８ＭＰａ、厚さＴ＝２０μｍ、幅Ｗ＝０．１μｍおよび付着力Ｐ＝２７０ＭＰａである場合には、上記した式（１１）および式（１２）から、表面粗さＲａは０．００４μｍ≦Ｒａ≦０．１μｍであればよいことが導き出される。
【００４５】
本実施の形態に係る薄膜デバイスでは、基板１の表面粗さＲａが上記した式（１１）および式（１２）で表される範囲内であるので、上記したように、導電性膜２の密着性および磁性膜３の磁気特性（透磁率）の双方を確保する観点において、基板１の表面粗さＲａが適正化される。したがって、導電性膜２の密着性および磁性膜３の磁気特性を確保することにより作動性能を確保することができる。
【００４６】
特に、本実施の形態では、表面粗さＲａが上記した式（１３）で表される範囲であれば、磁性膜３の磁気特性をより向上させることができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、表面粗さＲａが上記した式（１４）で表される範囲であれば、実用的な範囲内において内部応力σ、厚さＴ、幅Ｗおよび付着力Ｐを設定した場合において導電性膜２の密着性を確保することができる。
【００４８】
ここで、本発明の技術的意義について説明しておく。すなわち、本発明は、導電性膜２の密着性および磁性膜３の磁気特性の双方を確保することにより薄膜デバイス１０の作動性能を確保するために、上記した式（１１）および式（１２）に示したように、基板１の表面粗さＲａの適正範囲を規定したものである。この表面粗さＲａに関しては、上記した特許文献１（特開平１１−１６８０１０号公報）に、基板（フェライト基板）の表面粗さＲａを０．００３μｍ〜０．６μｍに設定する技術が開示されている。しかしながら、本発明は、基板の表面粗さＲａを規定する観点において特許文献１の技術と類似しているものの、その特許文献１の技術とは実質的に異なるものである。なぜなら、特許文献１の技術では、フェライト基板を含む数種類の基板のみに対して限定的に適用される表面粗さＲａの適正範囲を特定しており、しかも性能が向上する理由に関しては何ら論理的に考察することなく適正範囲を規定しているのに対して、本発明では、あらゆる基板に対して（基板の材質によらずに）汎用的に適用される一般式（文字式）と共に物理特性データ（透磁率μ）に基づいて表面粗さＲａの適正範囲を特定しており、さらに性能が向上する理由に関して密着性および磁気特性の観点から論理的に考察することにより適正範囲を規定しているからである。
【００４９】
なお、本実施の形態では、導電性膜２の構成（形成方法）を自由に設定可能である。一例を挙げれば、図１に対応する図４に示したように、電解めっき法を使用して導電性膜２を形成することにより、基板１に近い側から順に、シード膜２Ａと、そのシード膜２Ａを使用して成長されためっき膜２Ｂとを含むように導電性膜２を構成してもよい。この場合における導電性膜２の単位長さ当たりの付着力Ｐは、シード膜２Ａの単位長さ当たりの付着力である。このシード膜２Ａの構成材料は、めっき膜２Ｂの構成材料と同一であってもよいし、あるいは異なってもよい。
【００５０】
この導電性膜２は、例えば、図４に対応する図５および図６に示した手順を経ることにより形成可能である。すなわち、導電性膜２を形成する際には、まず、図５に示したように、基板１を覆うようにシード膜２Ａを形成したのち、そのシード膜２Ａを利用して電解めっきすることによりめっき膜２Ｂをパターン形成する。この場合には、例えば、図示しないフォトレジストパターンを使用してめっき膜２Ｂを選択的に成長させたのち、使用済みのフォトレジストパターンを除去する。続いて、図６に示したように、シード膜２Ａのうちの不要箇所をエッチングする。この場合には、例えば、ウェットエッチングなどを使用する。これにより、シード膜２Ａおよびめっき膜２Ｂを含む導電性膜２が形成される。
【００５１】
図４〜図６を参照して説明したように導電性膜２を構成した場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図４に示した薄膜デバイス１０に関する上記以外の構成は、図１に示した場合と同様である。
【００５２】
特に、図４〜図６に示した場合には、以下の理由により、製造プロセスの観点において薄膜デバイス１０を安定に製造することができる。すなわち、図５および図６に示したように、ウェットエッチングを使用してシード膜２Ａのうちの不要箇所をエッチングする場合には、表面粗さＲａが上記した式（１１）で表される範囲外であると（Ｒａ＞０．１μｍ）、基板１の表面凹凸が大きすぎるため、エッチング液が細部（空孔部（深い凹部））まで到達しにくくなる。この場合には、エッチング不良が生じやすくなるため、薄膜デバイス１０を安定に製造することが困難である。これに対して、本実施の形態では、表面粗さＲａが式（１１）で表される範囲であることにより（Ｒａ≦０．１μｍ）、基板１の表面凹凸が大きすぎないため、エッチング液が細部まで到達しやすくなる。したがって、エッチング不良が生じにくくなるため、薄膜デバイス１０を安定に製造することができるのである。
【００５３】
また、本実施の形態では、図１に示したように、基板１上に導電性膜２および磁性膜３がこの順に積層された積層構造を有するように薄膜デバイス１０を構成したが、必ずしもこれに限られるものではなく、その薄膜デバイス１０の構成は、上記したように、適用用途等の条件に応じて適宜設定可能である。具体的な一例を挙げると、図１に対応する図７に示したように、基板１上に磁性膜３および導電性膜２がこの順に積層された積層構造を有するように薄膜デバイス１０を構成してもよいし、あるいは図１に対応する図８に示したように、基板１上に磁性膜３、導電性膜２および磁性膜３がこの順に積層され、すなわち２つの磁性膜３により導電性膜２が挟まれた積層構造を有するように薄膜デバイス１０を構成してもよい。これらの場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、図７および図８に示した薄膜デバイス１０に関する上記以外の構成は、図１に示した場合と同様である。
【００５４】
以上をもって、本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスについての説明を終了する。
【００５５】
次に、上記した薄膜デバイスの適用例について説明する。なお、以下の説明では、薄膜デバイス１０を説明するために参照した図１を随時参照する。
【００５６】
（第１の薄膜インダクタ）
図９および図１０は薄膜デバイス１０（図１参照）を適用した薄膜インダクタ１００の構成を表しており、図９は平面構成を示し、図１０は図９に示したＸ−Ｘ線に沿った断面構成を示している。
【００５７】
薄膜インダクタ１００は、例えば、図９および図１０に示したように、基板１１に、その基板１１に近い側から順に配置された下部磁性膜１２および上部磁性膜１７と、それらの下部磁性膜１２と上部磁性膜１７との間に配置されたコイル１６とが設けられたものである。このコイル１６は、例えば、上部磁性膜１２と下部磁性膜１７との間に配置された絶縁膜２０により埋設されている。すなわち、薄膜インダクタ１００は、基板１１上に、下部磁性膜１２と、絶縁膜２０により埋設されたコイル１６と、上部磁性膜１７とがこの順に積層された構造を有している。
【００５８】
基板１１は、基板１（図１参照）に対応するものであり、上記した式（１１）および式（１２）で表される表面粗さＲａを有している。この基板１１は、例えば、ガラス、シリコン（Ｓｉ）、酸化ケイ素、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ；いわゆるアルミナ）、セラミックス、半導体または樹脂などにより構成されている。なお、基板１１の構成材料は、必ずしも上記した一連の材料に限らず、他の材料により構成されていてもよい。
【００５９】
特に、薄膜インダクタ１００の磁気特性を向上させるためには、例えば、基板１１がフェライト基板などの磁性基板であるのが好ましい。中でも、絶縁性を有するニッケル銅亜鉛合金（ＮｉＣｕＺｎ）系のフェライト基板は、基板１１上にコイル１６を直接形成することが可能になるため、薄膜インダクタ１００の構成および製造プロセスを簡略化する上で好ましい。
【００６０】
下部磁性膜１２および上部磁性膜１７は、それぞれ磁性膜３（図１参照）に対応するものであり、インダクタンスを高める機能を有している。これらの下部磁性膜１２および上部磁性膜１７は、例えば、コバルト（Ｃｏ）系合金または鉄（Ｆｅ）系合金などに代表される磁性材料により構成されている。一例を挙げれば、コバルト系合金としてはコバルトジルコニウムタンタル合金（ＣｏＺｒＴａ）またはコバルトジルコニウムニオブ合金（ＣｏＺｒＮｂ）などが挙げられ、鉄系合金としてはコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などが挙げられる。
【００６１】
絶縁膜２０は、コイル１６を周辺から電気的に分離するものである。この絶縁膜２０は、例えば、下部磁性膜１２に近い側から順に、コイル１６を支持する下部絶縁膜１３と、コイル１６の巻線間およびその周囲を埋設する中間絶縁膜１４と、コイル１６を覆う上部絶縁膜１５とが積層された３層構造を有している。これらの下部絶縁膜１３、中間絶縁膜１４および上部絶縁膜１５は、例えば、いずれも酸化ケイ素などの絶縁性材料により構成されている。なお、絶縁膜２０の構成は、必ずしも上記した３層構造に限られず、自由に変更可能である。
【００６２】
コイル１６は、導電性膜２（図１参照）に対応するものであり、例えば、銅、ニッケル（Ｎｉ）または銀（Ａｇ）などの金属に代表される導電性材料により構成されている。このコイル１６は、例えば、一端部（端子１６Ｅ１）および他端部（端子１６Ｅ２）が絶縁膜２０の外部へ導出されたスパイラル構造を有しており、それらの端子１６Ｅ１，１６Ｅ２の間にインダクタンスを発生させるものである。なお、上記した式（１２）中に示した付着力Ｐ、ここでは導電性膜２に対応するコイル１６の単位長さ当たりの付着力Ｐは、実質的には絶縁膜２０（下部絶縁膜１３）に対する付着力である。
【００６３】
この薄膜インダクタ１００では、基板１１の表面粗さＲａが上記した式（１１）および式（１２）で表される範囲内であるので、上記した薄膜デバイス１０と同様の作用により、コイル１６の密着性が確保されると共に、下部磁性膜１２および上部磁性膜１７の磁気特性（透磁率）が確保される。したがって、作動性能を確保することができる。
【００６４】
この場合には、特に、下部磁性膜１２および上部磁性膜１７によりコイル１６が挟まれているため、薄膜インダクタ１００の磁路状態がより閉磁路に近い状態となる。したがって、後述する図１２に示したように上部磁性膜１７を備えずに下部磁性膜１２のみを備える場合と比較して、磁気特性を向上させることができる。
【００６５】
もちろん、薄膜デバイス１００では、図４を参照して説明した導電性膜２の構成例をコイル１６に適用することにより、図１０に対応する図１１に示したように、シード膜１６Ａおよびめっき膜１６Ｂを含むようにコイル１６を構成してもよい。この場合には、上記した薄膜デバイス１０と同様の作用により、薄膜インダクタ１００を安定に製造することができる。図１１に示した薄膜インダクタ１００に関する上記以外の構成は、図１０に示した場合と同様である。
【００６６】
また、薄膜デバイス１００は、例えば、図１０に対応する図１２に示したように、上部磁性膜１７を備えず、下部磁性膜１２のみを備えるように構成されてもよい。この場合においても、図１０に示した場合と同様に作動性能を確保することができる。図１２に示した薄膜インダクタ１００に関する上記以外の構成は、図１０に示した場合と同様である。
【００６７】
なお、薄膜インダクタ１００に関する上記以外の構成、作用および効果は、上記した薄膜デバイス１０と同様であるので、その説明を省略する。
【００６８】
（第２の薄膜インダクタ）
図１３〜図１６は薄膜デバイス１０を適用した薄膜インダクタ２００の構成を表しており、図１３は平面構成および図１４〜図１６は断面構成をそれぞれ示している。ここで、図１４〜図１６は、それぞれ図１３に示したＩＩＶ−ＩＩＶ線、ＸＶ−ＸＶ線およびＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面構成を示している。
【００６９】
薄膜インダクタ２００は、図１３〜図１６に示したように、基板２１上に、下部磁性膜２２と、絶縁膜２５により埋設された上部磁性膜２３およびコイル２４とが積層された構成を有している。下部磁性膜２２および上部磁性膜２３は、互いに対向配置されており、コイル２４は、上部磁性膜２３に巻き付けられたソレノイド型構造を有している。
【００７０】
基板２１は、基板１（図１参照）に対応するものであり、上記した式（１１）および式（１２）で表される表面粗さＲａを有している。この基板２１は、例えば、上記した薄膜インダクタ１００における基板１１と同様の材料により構成されている。
【００７１】
下部磁性膜２２および上部磁性膜２３は、それぞれ磁性膜３（図１参照）に対応するものであり、インダクタンスを高める機能を有している。これらの下部磁性膜２２および上部磁性膜２３は、例えば、上記した薄膜インダクタ１００における下部磁性膜１２および上部磁性膜１７と同様の磁性材料や、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの導電性磁性材料により構成されている。
【００７２】
コイル２４は、導電性膜２（図１参照）に対応するものであり、例えば、銅などの導電性材料により構成されている。このコイル２４は、一端部（端子２４Ｔ１）と他端部（端子２４Ｔ２）との間にインダクタを発生させるものであり、それらの端子２４Ｔ１，端子２４Ｔ２は、絶縁膜２５の外部へ導出されている。
【００７３】
このコイル２４は、複数の短冊状の下部コイル部分２４Ａおよび上部コイル部分２４Ｂと、複数の柱状の中間コイル部分２４Ｃとが直列に接続されたものである。下部コイル部分２４Ａは、下部磁性膜２２と上部磁性膜２３との間の階層（下階層）に配列されている。上部コイル部分２４Ｂは、上部磁性膜２３を挟んで下部コイル部分２４Ａと反対側の階層（上階層）に配列されており、下部コイル部分２４Ａの一端部または他端部と重なるように配置されている。これらの下部コイル部分２４Ａおよび上部コイル部分２４Ｂは、例えば、矩形型の断面形状を有しており、互いに等しい幅Ｗを有している。中間コイル部分２４Ｃは、下階層と上階層との間の階層に配置されており、下部コイル部分２４Ａおよび上部コイル部分２４Ｂが互いに重なる箇所に位置している。なお、上記した式（１２）中に示した付着力Ｐ、ここでは導電性膜２に対応するコイル２４（下部コイル部分２４Ａ，上部コイル部分２４Ｂ）の単位長さ当たりの付着力Ｐは、実質的には絶縁膜２５（下部絶縁膜２５Ａ，上部絶縁膜２５Ｃ）に対する付着力である。
【００７４】
コイル２４のターン数は、任意に設定可能である。図１３〜図１６では、例えば、コイル２４のターン数＝４ターンである場合を示している。この場合には、例えば、下部コイル部分２４Ａを端子２４Ｔ１，２４Ｔ２として利用することにより、５つの下部コイル部分２４Ａ（２４Ａ１〜２４Ａ５）が配列されていると共に、４つの上部コイル部分２４Ｂ（２４Ｂ１〜２４Ｂ４）が配列されている。
【００７５】
下部コイル部分１４Ａの厚さＴＡおよび上部コイル部分１４Ｂの厚さＴＢは、任意に設定可能である。図１４〜１６では、例えば、厚さＴＡおよび厚さＴＢが互いに等しい場合を示している。
【００７６】
絶縁膜２５は、コイル２４を下部磁性膜２２および上部磁性膜２３から電気的に分離するものであり、例えば、酸化ケイ素などの絶縁性非磁性材料や、ポリイミドまたはレジストなどの絶縁性樹脂材料により構成されている。この絶縁膜２５は、例えば、下部磁性膜２２上に設けられた下部絶縁膜２５Ａと、その下部絶縁膜２５Ａ上に下部コイル部分２４Ａを埋設するように設けられた下部コイル絶縁膜２５Ｂと、その下部コイル絶縁膜２５Ｂ上に上部磁性膜２３を埋設するように設けられた上部絶縁膜２５Ｃと、その上部絶縁膜２５Ｃ上に上部コイル部分２４Ｂを埋設するように設けられた上部コイル絶縁膜２５Ｄとを含んでいる。これらの下部コイル絶縁膜２５Ｂおよび上部絶縁膜２５Ｃでは、下部コイル部分２４Ａおよび上部コイル部分２４Ｂが互いに重なる位置ごとにコンタクトホール２５Ｈが設けられており、各コンタクトホール２５Ｈに中間コイル部分２４Ｃが埋め込まれている。なお、一連の絶縁膜２５Ａ〜２５Ｄの構成材料は、必ずしも同一に限らず、個別に設定可能である。
【００７７】
この薄膜インダクタ２００では、基板２１の表面粗さＲａが上記した式（１１）および式（１２）で表される範囲内であるので、上記した薄膜デバイス１０と同様の作用により、コイル２４の密着性が確保されると共に、下部磁性膜２２および上部磁性膜２３の磁気特性（透磁率）が確保される。したがって、作動性能を確保することができる。なお、薄膜インダクタ２００に関する上記以外の効果および変形は、上記した薄膜インダクタ１００と同様である。
【実施例】
【００７８】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００７９】
上記実施の形態において図７を参照して説明した薄膜デバイスの磁気特性を調べたところ、図１７に示した結果が得られた。図１７は表面粗さと透磁率との間の相間を表しており、横軸は基板の表面粗さＲａ（μｍ）を示し、縦軸は磁性膜の透磁率μ（−）を示している。この磁気特性を調べる際には、基板（酸化ケイ素）／磁性膜（コバルトジルコニウムタンタル合金）／導電性膜（銅）となるように薄膜デバイスを構成したと共に、遮蔽ループコイル法を使用して透磁率を測定した。
【００８０】
図１７に示した結果から判るように、透磁率μは、表面粗さＲａが大きくなるにしたがって、ほぼ一定となったのちに低下した。より具体的には、透磁率μは、初期段階（Ｒａ＝０．００２μｍ〜０．０７５μｍ）においてほぼ一定となり、引き続き中期段階（Ｒａ＝０．０７５μｍ〜０．１μｍ）において緩やかに低下したのち、後期段階（Ｒａ＝０．１μｍ〜０．１２μｍ）において急激に低下した。このことから、本発明の薄膜デバイスでは、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の範囲（Ｒａ≦０．１μｍ）において透磁率μが確保されることが確認された。この場合には、特に、表面粗さＲａが０．０７５μｍ以下の範囲（Ｒａ≦０．０７５μｍ）において、その表面粗さＲａがほぼゼロであるときの透磁率μ以上の透磁率μが得られることも確認された。
【００８１】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、本発明の薄膜デバイスまたは薄膜インダクタの構成は、基板の表面粗さが上記した式（１１）および式（１２）で表される範囲内であり、導電性膜またはコイルの密着性および磁性膜の磁気特性を確保することにより作動特性を確保することが可能な限り、自由に変更可能である。
【００８２】
特に、上記実施の形態では、本発明の薄膜デバイスを薄膜インダクタに適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、薄膜インダクタ以外の他のデバイスに適用してもよい。この「他のデバイス」としては、例えば、上記したように、薄膜トランス、薄膜センサ、薄膜抵抗、薄膜アクチュエータ、薄膜磁気ヘッドまたはＭＥＭＳなどが挙げられる。これらの他のデバイスに本発明の薄膜デバイスを適用した場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る薄膜デバイスは、薄膜インダクタなどに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスの断面構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した薄膜デバイスのうちの一部を拡大して表す断面図である。
【図３】基板の表面粗さの下限の算出原理を説明するための断面図である。
【図４】導電性膜の構成例を表す断面図である。
【図５】図４に示した導電性膜の形成工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスの構成に関する変形例を表す断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスの構成に関する他の変形例を表す断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスを適用した第１の薄膜インダクタの平面構成を表す平面図である。
【図１０】図９に示した第１の薄膜インダクタのＸ−Ｘ線に沿った断面構成を表す断面図である。
【図１１】コイルの構成例を表す断面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスを適用した第１の薄膜インダクタの構成に関する変形例を表す断面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスを適用した第２の薄膜インダクタの平面構成を表す平面図である。
【図１４】図１３に示した第２の薄膜インダクタのＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面構成を表す断面図である。
【図１５】図１３に示した第２の薄膜インダクタのＸＶ−ＸＶ線に沿った断面構成を表す断面図である。
【図１６】図１３に示した第２の薄膜インダクタのＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面構成を表す断面図である。
【図１７】表面粗さと透磁率との間の相間を表す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１，１１，２１…基板、２…導電性膜、２Ａ，１６Ａ…シード膜、２Ｂ，１６Ｂ…めっき膜、３…磁性膜、１０…薄膜デバイス、１２，２２…下部磁性膜、１３，２５Ａ…下部絶縁膜、１４…中間絶縁膜、１５，２３…上部絶縁膜、１６，２４…コイル、１６Ｅ１，１６Ｅ２，２４Ｔ１，２４Ｔ２…端子、１７，２５Ｃ…上部磁性膜、２０，２５…絶縁膜、２４Ａ（２４Ａ１〜２４Ａ５）…下部コイル部分、２４Ｂ（２４Ｂ１〜２４Ｂ４）…上部コイル部分、２４Ｃ…中間コイル部分、２５Ｂ…下部コイル絶縁膜、２５Ｄ…上部コイル絶縁膜、２５Ｈ…コンタクトホール、１００…薄膜インダクタ、Ｈ…高さ、Ｐ…付着力、Ｐ１，Ｐ２…部分、Ｒａ…表面粗さ、Ｔ，ＴＡ，ＴＢ…厚さ、Ｗ…幅、σ…内部応力。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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