(57)【要約】【課題】磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルを備える場合においてインダクタンスを向上させることが可能な薄膜デバイスを提供する。【解決手段】磁性膜１２に巻き付けられた薄膜コイル１３において、下部コイル部分１３Ａの厚さＴＡが上部コイル部分１３Ｂの厚さＴＢよりも小さくなっている。厚さＴＡ，ＴＢの総和を一定としてそれらの厚さＴＡ，ＴＢを互いに等しくした場合とは異なり、下部コイル部分１３Ａの厚さＴＡが大きすぎないため、磁性膜１２の下地の起伏が小さくなる。これにより、磁性膜１２の平坦性が良くなるため、磁気特性（透磁率）が劣化しにくくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に配置された磁性膜と、
前記磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルと
を備え、
前記薄膜コイルが、前記基体に近い階層に配列された複数の第１のコイル部分と、前記基体から遠い階層に配列された複数の第２のコイル部分と、前記第１および第２のコイル部分を直列に接続する複数の第３のコイル部分とを含み、
前記第１のコイル部分の厚さが前記第２のコイル部分の厚さよりも小さい
ことを特徴とする薄膜デバイス。
【請求項２】
さらに、前記磁性膜および前記薄膜コイルを挟むように配置された少なくとも２つの追加磁性膜を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜デバイス。
【請求項３】
前記複数の第２のコイル部分が、前記複数の第１のコイル部分の一端または他端と重なるように配置されており、
前記第３のコイル部分が、前記第１および第２のコイル部分が互いに重なる位置に配置されている
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルを備えた薄膜デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種用途の電子機器分野において、薄膜コイルを備え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、インダクタンスを有する回路素子である薄膜インダクタが挙げられる。
【０００３】
薄膜デバイスに搭載される薄膜コイルの形状としては、小型化および低背化の要求に応じてスパイラル型が採用されているが、小型化および低背化だけでなく性能向上も併せて要求される用途ではソレノイド型が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。このソレノイド型の薄膜コイルを備えた薄膜デバイスでは、薄膜磁性体（磁心）の周囲を囲むように薄膜コイルが設けられており、スパイラル型の薄膜コイルを備える場合よりもインダクタンスを高くすることが可能である。
【特許文献１】特開平０５−０２９１４６号公報
【０００４】
このソレノイド型の薄膜コイルとしては、複数のパーツに分割された構造を有するものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この薄膜コイルは、磁性絶縁基板の一面および他面にそれぞれ形成された第１および第２コイル導体と、その磁性絶縁基板を貫通する貫通孔に形成された接続導体とを接続してなるものである。第１および第２コイル導体の厚さは、薄膜コイルの全体に渡って直流抵抗を均一化するために互いに等しくなっている。
【特許文献２】特開２００４−２９６８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ソレノイド型の薄膜コイルを備えた従来の薄膜デバイスでは、小型化および低背化の観点において要求を満たしている一方で、性能向上に関する要求が益々高まっている動向を考慮すると、さらなるインダクタンス向上の観点において未だ要求を満たしているとは言えない。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルを備える場合においてインダクタンスを向上させることが可能な薄膜デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の薄膜デバイスは、基体と、基体上に配置された磁性膜と、磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルとを備え、薄膜コイルが、基体に近い階層に配列された複数の第１のコイル部分と、基体から遠い階層に配列された複数の第２のコイル部分と、第１および第２のコイル部分を直列に接続する複数の第３のコイル部分とを含み、第１のコイル部分の厚さが第２のコイル部分の厚さよりも小さいものである。この薄膜デバイスでは、第１および第２のコイル部分の厚さの総和を一定としてそれらの厚さを互いに等しくした場合とは異なり、第１のコイル部分の厚さが大きすぎないため、磁性膜の下地の起伏が小さくなる。これにより、磁性膜の平坦性が良くなるため、磁気特性（透磁率）が劣化しにくくなる。本発明の薄膜デバイスでは、さらに、磁性膜および薄膜コイルを挟むように配置された少なくとも２つの追加磁性膜を備えるようにしてもよい。また、複数の第２のコイル部分が複数の第１のコイル部分の一端または他端と重なるように配置されており、第３のコイル部分が第１および第２のコイル部分が互いに重なる位置に配置されているようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の薄膜デバイスによれば、磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルを備え、基体に近い階層に配列された第１のコイル部分の厚さが基体から遠い階層に配列された第２のコイル部分の厚さよりも小さくなるようにしたので、インダクタンスを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１〜図４は、本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスの一応用例としての薄膜インダクタ１０の構成を表しており、図１は平面構成および図２〜図４は断面構成をそれぞれ示している。ここで、図２〜図４は、それぞれ図１に示したＩＩ−ＩＩ線、ＩＩＩ−ＩＩＩ線およびＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示している。なお、以下の説明では、基板１１に近い側を「下」、基板１１から遠い側を「上」とそれぞれ呼称する。
【００１１】
この薄膜インダクタ１０は、図１〜図４に示したように、基板１１と、その基板１１上に配置された磁性膜１２と、その磁性膜１２に巻き付けられたソレノイド型の薄膜コイル１３とを備えている。これらの磁性膜１２および薄膜コイル１３は、絶縁膜１４により埋設されている。
【００１２】
基板１１は、磁性膜１２および薄膜コイル１３を支持する基体であり、例えば、ガラス、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ；いわゆるアルミナ）、セラミックス、フェライト、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。
【００１３】
磁性膜１２は、インダクタンスを高めるものであり、例えば、コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）系合金またはニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ；いわゆるパーマロイ）などの導電性磁性材料により構成されている。このコバルト系合金としては、例えば、コバルトジルコニウムタンタル（ＣｏＺｒＴａ）系合金またはコバルトジルコニウムニオブ（ＣｏＺｒＮｂ）系合金などが挙げられる。
【００１４】
薄膜コイル１３は、一端（端子１３Ｔ１）と他端（端子１３Ｔ２）との間にインダクタを構成するものであり、例えば、銅（Ｃｕ）などの導電性材料により構成されている。この薄膜コイル１３は、基板１１に近い階層（下階層）に配列された複数の短冊状の下部コイル部分１３Ａ（第１のコイル部分）と、基板１１から遠い階層（上階層）に配列された複数の短冊状の上部コイル部分１３Ｂ（第２のコイル部分）と、それらの下階層と上階層との間の階層に配置され、下部コイル部分１３Ａおよび上部コイル部分１３Ｂを直列に接続する複数の柱状の中間コイル部分１３Ｃ（第３のコイル部分）とを含んでいる。ここでは、例えば、複数の上部コイル部分１３Ｂが複数の下部コイル部分１３Ａの一端または他端と重なるように配置されており、それらの下部コイル部分１３Ａおよび上部コイル部分１３Ｂが互いに重なる位置に中間コイル部分１３Ｃが配置されている。下部コイル部分１３Ａの厚さＴＡは、上部コイル部分１３Ｂの厚さＴＢよりも小さくなっている。なお、下部コイル部分１３Ａおよび上部コイル部分１３Ｂは、例えば、互いに等しい幅Ｗを有している。
【００１５】
絶縁膜１４は、薄膜コイル１３を磁性膜１２および周辺からから電気的に分離するものであり、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）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１４は、例えば、基板１１上に設けられた下部絶縁膜１４Ａと、下部コイル部分１３Ａを埋設するように下部絶縁膜１４Ａ上に設けられた下部コイル絶縁膜１４Ｂと、磁性膜１２を埋設するように下部コイル絶縁膜１４Ｂ上に設けられた上部絶縁膜１４Ｃと、上部コイル部分１３Ｂを埋設するように上部絶縁膜１４Ｃ上に設けられた上部コイル絶縁膜１４Ｄとを含んでいる。これらの下部コイル絶縁膜１４Ｂおよび上部絶縁膜１４Ｃでは、下部コイル部分１３Ａおよび上部コイル部分１３Ｂが互いに重なる位置ごとにコンタクトホール１４Ｈが設けられており、各コンタクトホール１４Ｈに中間コイル部分１３Ｃが埋め込まれている。なお、一連の絶縁膜１４Ａ〜１４Ｄ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。
【００１６】
次に、図１〜図４を参照して、薄膜インダクタ１０の製造方法について説明する。なお、以下では、一連の構成要素の材質については既に説明したので、その説明を省略する。
【００１７】
すなわち、まず、スパッタリング法またはスピンコート法などを使用して、基板１１上に下部絶縁膜１４Ａを形成する。続いて、めっき法またはスパッタリング法などを使用して、下部絶縁膜１２Ａ上に複数の下部コイル部分１３Ａをパターン形成したのち、スパッタリング法またはスピンコート法などを使用して、下部コイル部分１３Ａを埋設するように下部コイル絶縁膜１４Ｂを形成する。続いて、めっき法またはスパッタリング法などを使用して、下部コイル絶縁膜１４Ｂ上に磁性膜１２をパターン形成したのち、スパッタリング法またはスピンコート法などを使用して、磁性膜１２を埋設するように上部絶縁膜１４Ｃを形成する。続いて、フォトリソグラフィ法およびエッチング法（例えばイオンミリング法）などを使用して、上部絶縁膜１４Ｃおよび下部コイル絶縁膜１４Ｂを選択的にエッチングすることにより複数のコンタクトホール１４Ｈを形成したのち、めっき法などを使用して、下部コイル部分１３Ａと接続されるように各コンタクトホール１４Ｈに中間コイル部分１３Ｃを形成する。最後に、めっき法またはスパッタリング法などを使用して、中間コイル部分１３Ｃと接続されるように上部絶縁膜１４Ｃ上に複数の上部コイル部分１３Ｂをパターン形成したのち、スパッタリング法またはスピンコート法などを使用して、上部コイル部分１３Ｂを埋設するように上部コイル絶縁膜１４Ｄを形成する。これにより、ソレノイド型の薄膜コイル１３および絶縁膜１４が形成されるため、薄膜インダクタ１０が完成する。
【００１８】
本実施の形態に係る薄膜デバイスとしての薄膜インダクタ１０では、磁性膜１２に巻き付けられたソレノイド型の薄膜コイル１３において、下部コイル部分１３Ａの厚さＴＡが上部コイル部分１３Ｂの厚さＴＢよりも小さくなっているので、以下の理由により、インダクタンスを向上させることができる。
【００１９】
図５は、薄膜インダクタ１０に対する比較例としての薄膜インダクタ１００の構成を表しており、図２に対応する断面構成を示している。薄膜インダクタ１００は、薄膜コイル１３に代えて薄膜コイル１１３（下部コイル部分１１３Ａ，上部コイル部分１１３Ｂ）を備える点を除き、薄膜インダクタ１０と同様の構成を有している。この薄膜コイル１１３は、下部コイル部分１１３Ａの厚さＴＡが上部コイル部分１１３Ｂの厚さＴＢに等しくなっている点を除き、薄膜コイル１３と同様の構成を有している。なお、厚さＴＡ，ＴＢの総和は、薄膜インダクタ１０，１００において一定である。
【００２０】
比較例の薄膜インダクタ１００では、厚さＴＡ，ＴＢが互いに等しいことに伴い、その厚さＴＡが大きすぎるため、下部絶縁膜１４Ａ上に下部コイル部分１１３Ａを形成すると、下部コイル絶縁膜１４Ｂおよび磁性膜１２の形成前に大きな起伏（高低差）が生じる。この場合には、下部コイル絶縁膜１４Ｂおよび磁性膜１２を形成すると、下地の起伏を反映して磁性膜１２に大きな起伏が生じ、その磁性膜１２の平坦性が悪くなるため、磁気特性が劣化しやすくなる。より具体的には、起伏の影響を受けて磁性膜１２中の磁区構造が大きく乱れるため、インダクタンスに寄与する透磁率が低下する。これにより、比較例では、ソレノイド型の薄膜コイル１１３を備える場合においてインダクタンスを向上させることが困難である。
【００２１】
これに対して、本実施の形態の薄膜インダクタ１０では、厚さＴＡが厚さＴＢよりも小さいことに伴い、その厚さＴＡが大きすぎないため、下部絶縁膜１４Ａ上に下部コイル部分１３Ａを形成した場合に生じる起伏が比較例の場合よりも小さくなる。この場合には、磁性膜１２に生じる起伏も小さくなり、その磁性膜１２の平坦性が良くなるため、磁気特性（透磁率）が劣化しにくくなる。したがって、本実施の形態では、ソレノイド型の薄膜コイル１３を備える場合においてインダクタンスを向上させることができるのである。
【００２２】
なお、確認までに説明しておくと、図２〜図４では、図示内容を簡略化するために、下部コイル絶縁膜１４Ｂおよび磁性膜１２等を平坦に示している。
【００２３】
特に、本実施の形態では、磁性膜１２の平坦性が良くなることに伴い、その磁性膜１２上に形成される上部絶縁膜１４Ｃの平坦性も良くなるため、上部コイル部分１３Ｂを高精度に形成することができる。なぜなら、めっき法を使用して上部コイル部分１３Ｂを形成する場合において上部絶縁膜１４Ｃの平坦性が良いと、その平坦性が悪い場合よりも、フォトリソグラフィ工程における露光精度が高くなるからである。
【００２４】
また、本実施の形態では、厚さＴＡ，ＴＢの総和を一定とした場合において、厚さＴＡを小さくした分だけ厚さＴＢを大きくすることにより、薄膜コイル１３の全体の直流抵抗が増加することを防止することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、図２に示したように、インダクタンスを高めるために、薄膜コイル１３が巻き付けられた磁性膜１２のみを備えるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、図２に対応する図６に示したように、さらに、磁性膜１２および薄膜コイル１３を挟むように配置された追加下部磁性膜１５および追加上部磁性膜１６を備えるようにしてもよい。ここでは、追加下部磁性膜１５が基板１１と下部絶縁膜１４Ａとの間に配置されており、追加上部磁性膜１６が上部コイル絶縁膜１４Ｄ上に配置されている。なお、追加下部磁性膜１５および追加上部磁性膜１６の構成材料は、磁性膜１２と同一であってもよいし、あるいは異なってもよい。また、追加下部磁性膜１５および追加上部磁性膜１６は、それぞれ単数（単層構造）であってもよいし、あるいは複数（積層構造）であってもよい。この場合には、磁性膜１２のみを備える場合よりもインダクタンスを向上させることができる。しかも、磁性膜１２と同様に追加上部磁性膜１６の平坦性も高くなるため、その追加上部磁性膜１６の磁気特性の観点からもインダクタンスの向上に寄与することができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、薄膜コイル１３の構成を図１〜図４に示しているが、コイルのターン数、下部コイル部分１３Ａと上部コイル部分１３Ｂとの間の相対的位置関係（重なりの範囲）または端子１３Ｔ１，１３Ｔ２の引き出し方向などは、必ずしも図１〜図４に示した場合に限られず、任意に設定可能である。
【００２７】
特に、追加下部磁性膜１５および追加上部磁性膜１６を備える場合には、図６に対応する図７に示したように、それぞれの一端部および他端部を延長して磁性膜１２に接続させるようにしてもよい。この場合には、磁路構造が閉磁路になるため、インダクタンスをさらに向上させることができる。なお、図７では、追加下部磁性膜１５および追加上部磁性膜１６の双方を磁性膜１２に接続させるようにしたが、いずれか一方のみを接続させるようにしてもよい。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明に関する実施例について説明する。
【００２９】
本発明の薄膜インダクタの性能を調べるために、図１〜図４に示した薄膜インダクタを製造した。この場合には、基板、磁性膜、薄膜コイルおよび絶縁膜の形成材料をそれぞれシリコン、コバルト系アモルファス合金、銅および酸化ケイ素としたと共に、下部コイル部分の厚さＴＡおよび上部コイル部分の厚さＴＢをそれぞれ４０μｍおよび１６０μｍ（厚さＴＡ，ＴＢの総和＝２００μｍ）とした。
【００３０】
また、本発明の薄膜インダクタの性能を比較評価するために、図５に示した比較例の薄膜インダクタも製造した。この場合には、厚さＴＡ，ＴＢをいずれも１００μｍとした点を除き、本発明の薄膜インダクタと同様の製造条件とした。
【００３１】
これらの本発明および比較例の薄膜インダクタの性能を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１は、薄膜コイルの構成と性能との間の相関を表しており、下部コイル部分の厚さＴＡ（μｍ）、上部コイル部分の厚さＴＢ（μｍ）、磁性膜の透磁率μ（−）およびインダクタンスＬ（μＨ）を示している。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示した結果から判るように、薄膜インダクタの性能は、比較例よりも本発明において向上した。具体的には、厚さＴＡ，ＴＢが互いに等しい比較例では、透磁率μが１０００に留まったため、インダクタンスＬが０．４２２μＨであった。これに対して、厚さＴＡが厚さＴＢよりも小さい本発明では、透磁率μが２０００に増加し、比較例の倍になったため、インダクタンスＬが０．４５５μＨとなり、比較例よりも約７．８％向上した。このことから、本発明の薄膜インダクタでは、ソレノイド型の薄膜コイルを備える場合において、下部コイル部分の厚さを上部コイル部分の厚さよりも小さくすることにより、インダクタンスを向上させることが可能であることが確認された。
【００３４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態および実施例では、本発明の薄膜デバイスを薄膜インダクタに応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応用してもよい。この「他のデバイス」としては、例えば、薄膜トランス、薄膜磁気センサまたはＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）や、薄膜インダクタ、薄膜トランス、薄膜磁気センサまたはＭＥＭＳを含んだフィルタまたはモジュールなどが挙げられる。これらの他のデバイスに応用した場合においても、上記実施の形態および実施例と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る薄膜デバイスは、例えば薄膜インダクタ、薄膜トランス、薄膜磁気センサまたはＭＥＭＳや、それらを含んだフィルタまたはモジュールなどに応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスの一応用例としての薄膜インダクタの平面構成を表す平面図である。
【図２】図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。
【図３】図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。
【図４】図１に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。
【図５】本発明の薄膜インダクタに対する比較例としての薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。
【図６】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７】薄膜インダクタの構成に関する他の変形例を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…薄膜インダクタ、１１…基板、１２…磁性膜、１３…薄膜コイル、１３Ａ…下部コイル部分、１３Ｂ…上部コイル部分、１３Ｃ…中間コイル部分、１３Ｔ１，１３Ｔ２…端子、１４…絶縁膜、１４Ａ…下部絶縁膜、１４Ｂ…下部コイル絶縁膜、１４Ｃ…上部絶縁膜、１４Ｄ…上部コイル絶縁膜、１４Ｈ…コンタクトホール、１５…追加下部磁性膜、１６…追加上部磁性膜、ＴＡ，ＴＢ…厚さ、Ｗ…幅。
【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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