CN117153520A

CN117153520A - 电感器

Info

Publication number: CN117153520A
Application number: CN202310618198.9A
Authority: CN
Inventors: 天野一; 荒健辅; 吉留和宏; 长谷川晓斗
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2023-05-29
Publication date: 2023-12-01

Abstract

本发明提供具有磁芯部和线圈部的电感器。磁芯部是纳米颗粒磁性膜和软磁性合金膜交替地层叠多层而得到的多层膜。纳米颗粒磁性膜是具有第一相的微小区域分散在第二相中的结构的纳米颗粒磁性膜。第一相含有选自Fe和Co中的1种以上的元素，第二相含有选自O、N和F中的1种以上的元素。第一相的体积相对于第一相和第二相的合计体积的体积比例为60％以下。软磁性合金膜含有选自Fe和Co中的1种以上的元素。软磁性合金膜中的Fe、Co和Ni的合计含量为70at％以上。

Description

电感器

技术领域

本发明涉及电感器。

背景技术

近年来，在智能手机和智能手表等便携式设备中，同时要求显示画面的大型化、电池容量的增加、小型化和轻量化。显示画面的大型化和电池容量的增加的要求，是与小型化和轻量化的要求相反的要求。为了实现这些相反的要求，要求电路板的小型化。于是，要求在电路板中占特别大的面积的电源电路的小型化。但是，电源电路难以小型化。这是因为电源电路所需要的电感器难以小型化。

作为使电感器小型化的方法，可举出提高电源电路的驱动频率的方法。但是，在将使用硅作为半导体的以往的开关元件用于电源电路的情况下，难以提高电源电路的驱动频率，难以使电源电路高频驱动。

近年来，GaN、SiC等作为用于开关元件的半导体已被实用化。特别是使用GaN的开关元件容易高频驱动。其结果是，通过利用使用GaN等半导体的开关元件，容易提高电源电路的驱动频率。

作为开关元件的一个例子，可举出晶体管。使用GaN等半导体作为半导体的晶体管目前价格高。但是，预计今后在需要小型化的电源电路、例如智能手机和智能手表的内部所使用的电源电路中，使用GaN等半导体的开关元件的应用会进一步发展。

随着开关元件能够应对高频驱动，进一步要求能够应对高频驱动的小型的电感器。

对于电感器的小型化，制作薄膜电感器是有效的。具体而言，能够通过利用半导体工序在基板上层叠线圈和磁芯，来制作薄膜电感器。在该情况下，磁性膜构成薄膜电感器的磁芯。为了薄膜电感器具有必要的特性，要求磁性膜具有必要的特性。在电源用的电感器中会流动大的电流。因此，对电源用的电感器要求直流重叠特性。因此，要求电源用的电感器中包含的磁芯的材料、即电源用的电感器中包含的磁性膜具有高的饱和磁通密度Bs。而且，为了应对高频驱动，要求磁性膜具有高的电阻率。这是因为在电阻率低的情况下，高频驱动时的磁损耗tanδ大。

专利文献1中公开了一种非晶质合金，该非晶质合金具有在由氮化合物构成的非晶质膜分散有含有金属元素的微颗粒的结构。目前，这样的结构也有时被称为纳米颗粒结构。

专利文献2中公开了使用软磁性多层膜作为电感器的磁芯，其中，该软磁性多层膜具有软磁性膜和通过对软磁性膜的表面进行氧化或氮化而形成的改性层交替地层叠的结构。

具有纳米颗粒结构的纳米颗粒膜，电阻率高，高频驱动时的磁损耗tanδ小。因此，正在研究使用纳米颗粒膜作为高频驱动的电源用的电感器中包含的磁性膜。但是，电阻率高的纳米颗粒膜处于Bs低的趋势。因此，需要使纳米颗粒膜本身的厚度增厚，工序负荷变大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭60-152651号公报

专利文献2：日本特开2000-054083号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供使用饱和磁通密度Bs比较良好且磁损耗tanδ小的磁芯的电感器。

用于解决技术问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供一种电感器，

其为具有磁芯部和线圈部的电感器，其中，

所述磁芯部是纳米颗粒磁性膜和软磁性合金膜交替地层叠多层而得到的多层膜，

所述纳米颗粒磁性膜是具有第一相的微小区域分散在第二相中的结构的纳米颗粒磁性膜，

所述第一相含有选自Fe和Co中的1种以上的元素，所述第二相含有选自O、N和F中的1种以上的元素，

所述第一相的体积相对于所述第一相和所述第二相的合计体积的体积比例为65％以下，

所述软磁性合金膜含有选自Fe和Co中的1种以上的元素，所述软磁性合金膜中的Fe、Co和Ni的合计含量为70at％以上。

每一片所述软磁性合金膜的膜厚可以为每一片所述纳米颗粒磁性膜的膜厚以下，

每一片所述软磁性合金膜的膜厚可以为100nm以上500nm以下。

所述第一相可以具有结晶结构，所述结晶结构中包含的结晶的平均结晶粒径可以为20nm以下。

所述软磁性合金膜可以包含Fe基非晶合金或Co基非晶合金。

所述线圈部可以为螺线管型。

附图说明

图1是本发明的实施方式的电感器的平面图。

图2是沿着图1的IA-IA线的主要部分截面图。

图3是纳米颗粒磁性膜的截面示意图。

图4是对法线方向的电阻率ρ的测量方法进行说明的示意图。

图5是沿着图4的IB-IB线的主要部分截面图。

附图标记说明

2…电感器，4…线圈部，4a…底面侧导体层，4b…表面侧导体层，4c…取出用通孔电极，4d…连接用通孔电极，5c、Sd…通孔，6…取出电极，10a…磁芯部，11a…磁芯中央部，11b、11c…磁芯侧方部，11d…磁芯连结部，11e…缝隙部，12…纳米颗粒磁性膜，12a…第一相，12b…第二相，14…软磁性合金膜，30…支承基板，32…底面侧绝缘层，34a、34b…中间绝缘层，36…表面侧绝缘层，41…Cu的单层膜，43…测量对象膜，45…Cu端子，47…测量试样。

具体实施方式

下面，基于附图所示的实施方式对本发明进行说明。

作为电感器的一个实施方式，对图1和图2所示的电感器2进行说明。

(整体结构)

如图1和图2所示，电感器2具有线圈部4和磁芯部10a。线圈部4和磁芯部10a在Z轴方向上隔着绝缘层32～36层叠在支承基板30的表面，层叠面与支承基板30的表面实质上平行。

通过采用这样的层叠结构，线圈部4和磁芯部10a电隔离地层叠在支承基板30上。此外，在附图中，Z轴与电感器2的层叠方向一致，X轴、Y轴和Z轴彼此大致垂直。而且，电感器2的线圈部4为螺线管型。即，线圈部4具有将与平面(在图1和图2中为XY平面)平行地制作的磁芯部10a三维地包围的那样的形状。

(磁芯部)

如图1和图2所示，磁芯部10a具有与填埋了间隙的EE磁芯类似的平面形状。即，在卷绕有线圈部4的磁芯中央部11a的Y轴方向的两侧形成有缝隙部11e，在其外侧形成有磁芯侧方部11b、11c。另外，以将磁芯中央部11a、磁芯侧方部11b和磁芯侧方部11c连结的方式，且与Y轴方向平行地形成有2个部位的磁芯连结部11d。

如图2所示，磁芯部10a是纳米颗粒磁性膜12和软磁性合金膜14交替地层叠多层而得到的多层膜。

如图3所示，纳米颗粒磁性膜12是具有第一相12a的微小区域分散在第二相12b中的结构的纳米颗粒磁性膜。

磁芯部10a为上述的多层膜，从而能够得到具有高的饱和磁通密度Bs、且法线方向(图1和图2中的Z轴方向)的电阻率ρ高的磁芯部10a。

多层膜的层叠数只要为2以上即可。即，只要纳米颗粒磁性膜12和软磁性合金膜14各自有最低2片即可。多层膜的层叠数没有特别上限。例如可以为100以下。多层膜的总膜厚没有特别限定。例如可以为1000nm以上60000nm以下。

纳米颗粒磁性膜12和软磁性合金膜14的层叠顺序没有特别限制。可以是如图2所示的那样，多层膜的包含与Z轴方向垂直的两个表面的膜均为纳米颗粒磁性膜12。但是，也可以是多层膜的包含与Z轴方向垂直的两个表面的膜中的任一个膜为软磁性合金膜14。还可以是多层膜的包含与Z轴方向垂直的两个表面的膜均为软磁性合金膜14。

每一层软磁性合金膜14的膜厚没有特别限制。可以为每一层纳米颗粒磁性膜12的膜厚以下。另外，也可以是每一层软磁性合金膜14的膜厚除以每一层纳米颗粒磁性膜12的膜厚所得到的值为0.20以上1.00以下。软磁性合金膜14的膜厚相对越薄，饱和磁通密度Bs越难以提高。软磁性合金膜14的膜厚相对越厚，多层膜的电阻率ρ越容易降低。

每一层软磁性合金膜14的膜厚可以为100nm以上500nm以下。每一层纳米颗粒磁性膜的12的膜厚可以为400nm以上2000nm以下。

在磁芯部10a具有仅由纳米颗粒磁性膜12构成的单层结构的情况下，难以兼顾饱和磁通密度Bs和电阻率ρ。这是因为，纳米颗粒磁性膜12处于越增加第一相12a的体积比例，Bs越提高但是ρ越降低的趋势。特别是在高频区域中，ρ越低，涡电流越大，磁损耗tanδδ越大。

在磁芯部10a具有仅由软磁性合金膜14构成的单层结构的情况下，饱和磁通密度Bs提高，但是电阻率ρ过低。作为电阻率ρ较高的软磁性合金膜14，已知有软磁性非晶合金膜。但是，即使那样，电阻率ρ也过低。其结果是，特别是在高频区域中，磁损耗tanδδ大。

另外，在磁芯部10a具有仅由软磁性合金膜14构成的单层结构的情况下，还存在难以使软磁性合金膜14的膜厚增厚的问题。具体而言，难以使膜厚比500nm厚。这是因为，当使膜厚比500nm厚时，tanδ会大幅上升。

此外，在使用由氧化硅构成的SiO₂膜代替纳米颗粒磁性膜的情况下，成膜时的工序负荷会增大。而且，饱和磁通密度Bs会降低。

在如图1、图2所示的那样线圈部4为螺线管型的情况下，理论上，磁场仅在图1、图2的XY平面方向(多层膜的面内方向)流动，电流仅在图1、图2的Z轴方向(多层膜的法线方向)流动。即，穿过磁芯部10a的内部的磁仅在多层膜的面内方向流动。

因此，在如图1、图2所示的那样线圈部4为螺线管型的情况下，即使XY平面方向(多层膜的面内方向)的电阻率ρ低，涡电流也不易变大，tanδ也不易上升。即，在线圈部4为螺线管型的情况下，磁芯部10a优选饱和磁通密度Bs和Z轴方向(多层膜的法线方向)的电阻率ρ高。而且，具有这样的磁芯部10a的电感器具有优异的特性。

在磁芯部10a为上述的多层膜的情况下，与磁芯部10a仅由纳米颗粒磁性膜构成的情况相比，能够适当地维持法线方向的电阻率ρ并且容易使Bs提高。

在磁芯部10a为上述的多层膜的情况下，与磁芯部10a仅由软磁性合金膜构成的情况相比，能够使法线方向的电阻率ρ充分地提高，且使tanδ充分地减小。而且，能够将膜厚小的软磁性合金膜层叠多层，因此，能够抑制tanδ的上升并且使软磁性合金膜的合计厚度增厚。

(纳米颗粒磁性膜)

如图3所示，纳米颗粒磁性膜12具有第一相12a的微小区域分散在第二相12b中的结构、即纳米颗粒结构。

第一相12a的微小区域的平均尺寸为纳米尺寸、即50nm以下。第一相12a的微小区域的平均尺寸可以为30nm以下。第一相12a的微小区域的尺寸的测量方法没有特别限制。例如，可以将纳米颗粒磁性膜12的截面中的第一相12a的微小区域的圆当量直径(等效圆直径)作为第一相12a的微小区域的尺寸。

此外，纳米颗粒磁性膜12的截面中的第一相12a的微小区域的圆当量直径，是指具有与纳米颗粒磁性膜12的截面中的第一相12a的微小区域的面积相等的面积的圆的直径。

第一相12a为含有金属元素的相。具体而言，含有选自Fe和Co中的1种以上的元素。第一相12a可以还含有Ni。对于选自Fe和Co中的1种以上的元素如何包含在第一相12a中，没有特别限制。例如，选自Fe和Co中的1种以上的元素可以是作为单体包含在第一相12a中，也可以是作为与其它金属元素的合金包含在第一相12a中，还可以是作为与其它元素的化合物包含在第一相12a中。第一相12a中包含的化合物可以是氧化物磁性体。例如可以是铁氧体。

第一相12a中的Fe、Co和/或Ni的合计含量没有特别限制。第一相12a中的Fe、Co和Ni的合计含量相对于Fe、Co、Ni、X1和X2的合计含量的比例可以为70at％以上，也可以为75at％以上，还可以为80at％以上。

第一相12a中的Fe和Co的合计含量没有特别限制。第一相12a中的Fe和Co的合计含量相对于Fe、Co和Ni的合计含量的比例可以为70at％以上。

X1为准金属元素。例如，可以为选自B、Si、P、C和Ge中的1种以上的准金属元素，也可以为选自B、P和C中的1种以上的准金属元素。

X2为Fe、Co和Ni以外的金属元素。例如，可以为选自Cr、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Mn、Cu、Ag、Pt、Zn、Al、Sn、Bi、Y、La和Mg中的1种以上的金属元素，也可以为选自Cr和Pt中的1种以上的金属元素。

第一相12a可以含有Fe、Co、Ni、X1和X2以外的元素。Fe、Co、Ni、X1和X2以外的元素的合计含量相对于Fe、Co、Ni、X1和X2的合计含量的比例可以为5at％以下。

第二相12b为含有非金属元素的相。具体而言，可以含有选自O、N和F中的1种以上的元素。对于选自O、N和F中的1种以上的元素如何包含在第二相12b中，没有特别限制。例如，选自O、N和F中的1种以上的元素可以是作为与其它元素的化合物包含在第二相12b中。

第二相12b中包含的化合物的种类没有特别限制。例如，可举出SiO₂、Al₂O₃、AlN、ZnO、MgF₂、SiON、BeF₂、SnO₂、BN、GaO₂、GeO₂、Si₃N₄·Al₂O₃等。可以是选自SiO₂、Al₂O₃、AlN、ZnO、MgF₂、GaO₂和Si₃N₄·Al₂O₃中的1种以上，也可以是SiO₂。

第一相12a的体积相对于第一相12a和第二相12b的合计体积的体积比例为65％以下。即，将第一相12a的体积比例设为V₁，将第二相12b的体积比例设为V₂时，V₁/(V₁+V₂)为0.65以下。第一相12a的体积相对于第一相12a和第二相12b的合计体积的体积比例可以为60％以下。即，V₁/(V₁+V₂)可以为0.60以下。在第一相12a的体积相对于第一相12a和第二相12b的合计体积的体积比例过大的情况下，多层膜的饱和磁通密度Bs难以充分提高。而且，容易成为多层膜的电阻率ρ过低且磁损耗tanδ过高的结果。

第一相12a的体积相对于第一相12a和第二相12b的合计体积的体积比例没有特别下限，可以为30％以上，也可以为40％以上。即，V₁/(V₁+V₂)可以为0.30以上，也可以为0.40以上。第一相12a的体积相对于第一相12a和第二相12b的合计体积的体积比例越小，电阻率ρ越上升，但是饱和磁通密度Bs越降低。

第一相12a的体积相对于第一相12a和第二相12b的合计体积的体积比例的测量方法没有特别限制。例如，可以根据对纳米颗粒磁性膜12的XRF的测量结果来计算。另外，也可以是利用TEM观察纳米颗粒磁性膜12的截面，根据第一相12a的面积相对于第一相12a和第二相12b的合计面积的面积比例来计算。在该情况下，要将面积比例换算成体积比例。

纳米颗粒磁性膜12可以仅包含第一相12a和第二相12b，但也可以还包含第一相12a和第二相12b以外的异相。异相的比例没有特别限制，在利用TEM观察纳米颗粒磁性膜12的截面的情况下，异相的面积比例可以为10％以下。另外，异相的一部分或全部可以为空隙。

在图3中，所有的第一相12a彼此分离地存在，但也可以是一部分的第一相12a彼此接触。

多层膜中包含的纳米颗粒磁性膜12不需要全部为同一种类，可以是多层膜中包含彼此不同种类的纳米颗粒磁性膜12。

(软磁性合金膜)

软磁性合金膜14含有选自Fe和Co中的1种以上的元素。而且，软磁性合金膜14中的Fe、Co和Ni的合计含量为70at％以上。也可以为74at％以上。通过软磁性合金膜14的组成在上述的范围内，软磁性合金膜14的饱和磁通密度Bs充分高，并且多层膜的饱和磁通密度Bs充分高。

软磁性合金膜14中的Fe和Co的合计含量没有特别限制。软磁性合金膜14中的Fe和Co的合计含量相对于Fe、Co和Ni的合计含量的比例可以为70at％以上。

软磁性合金膜14的饱和磁通密度Bs没有特别限制，可以超过1.00T，可以为2.00T以下。

多层膜中包含的软磁性合金膜14不需要全部为同一种类，可以是多层膜中包含彼此不同种类的软磁性合金膜14。在该情况下，多层膜中包含的所有的软磁性合金膜14的平均组成可以在上述的范围内。另外，多层膜中包含的所有的软磁性合金膜14的平均饱和磁通密度可以在上述的范围内。

软磁性合金膜14可以包含Fe基非晶合金或Co基非晶合金。包含这些合金的软磁性合金膜，即使在不进行热处理的情况和仅在300℃以下的低温进行热处理的情况下，也能够提高饱和磁通密度。

Fe基非晶合金是指Fe的含有比例为70at％以上的非晶合金。此外，也可以以原子数比计将Fe的一半以下置换成Co。Co基非晶合金是指Co的含有比例为70at％以上的非晶合金。此外，也可以以原子数比计将Co的一半以下置换成Fe。

确认软磁性合金膜14是否为非晶合金的方法没有特别限制。例如可以使用XRD进行确认。

(线圈部)

如图1和图2所示，线圈部4由底面侧导体层4a、表面侧导体层4b、取出用通孔电极4c、连接用通孔电极4d和取出电极6构成。底面侧导体层4a具有各自分离的多个电极图案。线圈部4的卷绕数由底面侧导体层4a的图案数决定。线圈部4的卷绕数没有特别限制。

底面侧导体层4a具有的多个电极图案各自为大致矩形形状的薄膜。并且，以一定的间隔在X轴方向上并排设置。而且，多个电极图案的长边形成为与Y轴方向大致平行。

表面侧导体层4b与底面侧导体层4a相对地形成。而且，具有分离的多个电极图案。

表面侧导体层4b具有的多个电极图案各自为大致斜方形状的薄膜。而且，以一定的间隔在X轴方向上并排设置。表面侧导体层4b具有的多个电极图案的长边的方向不与Y轴方向平行。如图1所示，为倾斜方向。

底面侧导体层4a的层叠面积和层厚没有特别限定。表面侧导体层4b的层叠面积和层厚没有特别限定。底面侧导体层4a的电极图案中的节距间隔、和表面侧导体层4b的电极图案中的节距间隔也没有特别限定。

在底面侧导体层4a与表面侧导体层4b之间层叠有磁芯部10a和中间绝缘层34a、34b。底面侧导体层4a和表面侧导体层4b利用贯穿中间绝缘层34a、34b而形成的多个连接用通孔电极4d串联地电连接。另外，在不与连接用通孔电极4d连接的底面侧导体层4a的端部，以贯穿中间绝缘层34a、34b和表面侧绝缘层36的方式形成有取出用通孔电极4c。

取出用通孔电极4c形成在线圈部4的对角的2个部位，在Z轴上方的端部与取出电极6连接。如图1所示，取出电极6在表面侧绝缘层36的表面露出。能够通过取出电极6向线圈部4供给电流。

线圈部4的材质只要是导电性材料，就没有特别限定。例如，可举出Cu、Ni、Al、Cr、Au、Ag和它们的合金(Cu-Ni合金等)。另外，线圈部4可以具有将2种以上的导电性材料层叠而得到的层叠结构。在底面侧导体层4a、表面侧导体层4b、取出用通孔电极4c、连接用通孔电极4d和取出电极6中，不需要全部使用相同材质，根据需要适当选择即可。例如，取出电极6经由锡焊或导电性粘接剂与外部端子连接，因此，取出电极6的材质优选为Cu、Ni、Au或Cu-Ni合金，特别优选为Cu或Au。

(支承基板)

支承基板30的材质没有特别限制。例如，可举出硅基板、氧化铝、Ni箔、玻璃基板、树脂基板(玻璃环氧基板等)。

支承基板30的厚度没有特别限制。可以适当通过研磨来使支承基板30变薄。另外，支承基板30也可以适当除去。

(绝缘层)

底面侧绝缘层32、中间绝缘层34a、34b、表面侧绝缘层36用于将电感器2的各构成要素进行电绝缘。各绝缘层的材质没有特别限制。例如，可举出氧化物(氧化硅、氧化铝等)、氮化物(A1N等)、树脂(聚酰亚胺等)、固化处理后的光致抗蚀剂。此外，在支承基板30为绝缘体的情况下，支承基板30可以兼作底面侧绝缘层32。在表面侧导体层4b可以露出的情况下，可以没有表面侧绝缘层36。

电感器2的形状和尺寸根据目的和用途适当确定即可。

(电感器的制造方法)

接着，对图1所示的电感器2的制造方法进行具体说明。

首先，在支承基板30的整个表面形成底面侧绝缘层32。形成底面侧绝缘层32的方法没有特别限制。例如，可举出利用化学蒸镀法(CVD)来形成的方法。例如，在底面侧绝缘层32由氧化硅构成的情况下，可以以四乙氧基硅烷(TEOS)为原料利用CVD来形成。此外，在支承基板30为绝缘体的情况下，可以不形成底面侧绝缘层32。

接着，形成底面侧导体层4a。首先，在底面侧绝缘层32(在支承基板30兼作底面侧绝缘层32的情况下，为支承基板30)的整个表面形成电极膜。形成电极膜的方法没有特别限制。例如可举出溅射法等。

接着，在电极膜的表面上层压干膜抗蚀剂。然后，进行曝光，并进行显影，以使得形成用于形成底面侧导体层4a的开口部。

利用镀敷，在用于形成底面侧导体层4a的开口部有选择地析出成为底面侧导体层4a的镀膜。之后，通过抗蚀剂剥离，将干膜抗蚀剂除去。进而，将底面侧导体层4a以外的部分的电极膜除去。电极膜的除去方法没有特别限制。例如，可举出离子研磨和干式蚀刻等。通过以上的工序，能够形成被图案化的底面侧导体层4a。

接着，在底面侧导体层4a的表面(在没有形成底面侧导体层4a的部分，为底面侧绝缘层32的表面)形成中间绝缘层34a。例如，在底面侧导体层4a的表面(在没有形成底面侧导体层4a的部分，为底面侧绝缘层32的表面)涂敷成为中间绝缘层34a的光致抗蚀剂，之后进行曝光、显影、固化处理，从而形成中间绝缘层34a。此时，在中间绝缘层34a适当形成通孔(via hole)。

也可以是利用上述以外的方法形成中间绝缘层34a。例如，在底面侧导体层4a的表面(在没有形成底面侧导体层4a的部分，为底面侧绝缘层32的表面)形成成为中间绝缘层34a的氧化铝膜等陶瓷膜或SiO2膜等。之后，利用CMP等进行平坦化。进而，通过进行基于光刻法的抗蚀剂图案化、蚀刻(RIE、湿式蚀刻等)、抗蚀剂剥离，适当制作通孔。

接着，在中间绝缘层34a的表面上制作成为磁芯部10a的多层膜。下面，对通过剥离的方法实施多层膜的图案化的情况进行说明。

首先，在中间绝缘层34a的表面涂敷抗蚀剂。抗蚀剂图案为在最终不形成多层膜的部分涂敷抗蚀剂的图案。然后，对抗蚀剂进行曝光并显影，以使得形成开口部，该开口部用于形成成为磁芯部10a的多层膜。

多层膜可以通过交替地形成纳米颗粒磁性膜12和软磁性合金膜14来制作。

纳米颗粒磁性膜12的制作方法没有特别限定。例如可举出利用溅射进行制造的方法。

作为溅射靶材，准备使金属材料和陶瓷材料混合并烧结而得到的烧结靶材。金属材料主要由第一相12a中包含的金属构成。陶瓷材料主要由第二相12b中包含的化合物构成。

接着，通过使用上述的烧结靶材的溅射，形成纳米颗粒磁性膜。

通过改变烧结靶材的组成，能够控制第一相12a的体积相对于第一相12a和第二相12b的合计体积的体积比例。另外，通过控制对烧结靶材施加的电压，能够控制成膜速度。此外，成膜速度例如可以设为以上/>以下。

通过控制成膜速度和成膜时间，能够控制得到的纳米颗粒磁性膜12的厚度。

通过改变烧结靶材与中间绝缘层34a之间的距离，能够改变得到的纳米颗粒磁性膜12的膜密度。具体而言，烧结靶材与中间绝缘层34a之间的距离越短，膜密度越上升。而且，膜密度越高，饱和磁通密度Bs越上升且电阻率ρ越降低。

也可以是分别准备由金属材料构成的溅射靶材和由陶瓷材料构成的溅射靶材来代替上述的烧结靶材。在该情况下，通过多元同时溅射来形成纳米颗粒磁性膜12。

在通过多元同时溅射来形成纳米颗粒磁性膜12的情况下，能够通过控制对各溅射靶材施加的电压，来控制第一相12a的体积相对于第一相12a和第二相12b的合计体积的体积比例、和成膜速度。

另外，通过对纳米颗粒磁性膜12进行退火处理，存在能够促进第一相12a与第二相12b之间的组成分离的情况。而且，存在能够使电阻率ρ进一步提高的情况。

退火处理的温度没有特别限制，只要为200℃～300℃左右即可。退火处理的时间没有特别限制，只要为5分钟～240分钟左右即可。

进行退火处理的时机没有特别限制。例如，可以在形成多层膜中包含的所有的膜之后进行。

软磁性合金膜14的制作方法没有特别限制。只要根据目标的组成和膜厚，适当选择众所周知的方法即可。

交替地形成纳米颗粒磁性膜12和软磁性合金膜14而得到多层膜的方法没有特别限制。

在通过溅射形成纳米颗粒磁性膜12和软磁性合金膜14两者的情况下，在形成纳米颗粒磁性膜12的成膜室与形成软磁性合金膜14的成膜室不同的情况下，可以将支承基板30适当输送到各成膜室而对各个层进行成膜。在纳米颗粒磁性膜12和软磁性合金膜14均通过溅射形成的情况下，在形成纳米颗粒磁性膜12的成膜室与形成软磁性合金膜14的成膜室为同一成膜室的情况下，可以适当切换设置在成膜室内的溅射靶材而对各个层进行成膜。

形成纳米颗粒磁性膜12时的惰性气体的压力和成膜时间没有特别限制。形成软磁性合金膜14时的惰性气体的压力和成膜时间没有特别限制。另外，从优化生产节拍时间的观点出发，可以使形成纳米颗粒磁性膜12时的成膜时间和形成软磁性合金膜14时的成膜时间相同。可以为此而适当调整形成纳米颗粒磁性膜12时的惰性气体的压力和形成软磁性合金膜14时的惰性气体的压力。

可以在该时刻在多层膜上形成SiO2等作为保护膜。

在形成多层膜之后，将抗蚀剂和形成在抗蚀剂上的多层膜除去。将抗蚀剂和形成在抗蚀剂上的多层膜除去的方法没有特别限制。例如，可以将多层膜浸渍在有机溶剂中并施加超声波。

通过以上的工序，得到形成在中间绝缘层34a上的由多层膜构成的磁芯部10a。

接着，在磁芯部10a的表面(在没有形成磁芯部10a的部分，为中间绝缘层34a的表面)形成中间绝缘层34b，并使表面平滑化。中间绝缘层34b的形成方法可以与中间绝缘层34a的形成方法相同。

在使用成为中间绝缘层34b的光致抗蚀剂制作中间绝缘层34b的情况下，同时形成通孔。在制作成为中间绝缘层34b的氧化铝膜等陶瓷膜或SiO2膜的情况下，将基于光刻法的抗蚀剂图案化和蚀刻(RIE、离子研磨、湿式蚀刻等)组合来制作通孔。

接着，形成表面侧导体层4b。首先，在中间绝缘层34b的整个表面形成电极膜。形成电极膜的方法没有特别限制。例如可举出溅射法等。接着，在电极膜的表面层压干膜抗蚀剂。然后，进行曝光，并进行显影，以使得形成用于形成表面侧导体层4b的开口部。

利用镀敷，在用于形成表面侧导体层4b的开口部有选择地析出成为表面侧导体层4b的镀膜。之后，通过抗蚀剂剥离，将干膜抗蚀剂除去。进而，将表面侧导体层4b以外的部分的电极膜除去。电极膜的除去方法没有特别限制。例如，可举出离子研磨和干式蚀刻等。通过以上的工序，能够形成被图案化的表面侧导体层4b。

另外，通过上述的镀敷，在通孔内部形成取出用通孔电极4c和连接用通孔电极4d。同时，以将连接用通孔电极4d彼此相连的方式形成表面侧导体层4b。之后，如上所述，通过抗蚀剂剥离，将干膜抗蚀剂除去。通过这样形成表面侧导体层4b，底面侧导体层4a与表面侧导体层4b经由连接用通孔电极4d串联地连接，形成螺线管型的线圈部4。

在形成表面侧绝缘层36的情况下，在表面侧导体层4b的表面(在没有形成表面侧导体层4b的部分，为中间绝缘层34b的表面)的整个面形成表面侧绝缘层36。表面侧绝缘层36的形成方法没有特别限制。可以通过与底面侧绝缘层32、中间绝缘层34a、34b相同的方法形成。而且，空出贯穿表面侧绝缘层36的通孔。

然后，在通孔形成取出电极6，将取出电极6和取出用通孔电极4c连接。取出电极6在表面侧绝缘层36(在没有形成表面侧绝缘层36的情况下，为中间绝缘层34b)的表面露出。

取出电极6的形成方法没有特别限制。可以通过与底面侧导体层4a、表面侧导体层4b相同的方法形成。进而，可以将引出线与取出电极6连接。进而，可以将外部电极与引出线连接。引出线和外部电极的形成方法没有特别限制。可以通过与底面侧导体层4a、表面侧导体层4b相同的方法形成，也可以使导线等部件与取出电极6连接并将所连接的部件作为引出线和外部电极。

进而，可以根据需要在外部电极上形成焊盘。焊盘的材质没有特别限制。例如可以为Au。

焊盘的形成方法没有特别限制。例如，首先，在电感器2的表面涂敷抗蚀剂。然后，对抗蚀剂进行曝光并进行显影，以使得形成用于形成焊盘的开口部。接着，通过金蒸镀，在用于形成焊盘的开口部有选择地蒸镀Au。之后，通过抗蚀剂剥离，将抗蚀剂除去。

在上述的电感器2的制造方法中，是通过剥离的方法来实施多层膜的图案化，但是实施多层膜的图案化的方法没有特别限制。例如，也可以是通过离子研磨的方法来实施多层膜的图案化。

在通过离子研磨的方法来实施多层膜的图案化的情况下，不在中间绝缘层34a的表面涂敷抗蚀剂地在中间绝缘层34a的整个表面形成多层膜。接着，在多层膜的表面层压干膜抗蚀剂。抗蚀剂图案为在最终形成多层膜的部分层压干膜抗蚀剂的图案。然后，通过离子研磨将没有被层压干膜抗蚀剂的部分的多层膜削去。之后，通过将干膜抗蚀剂除去，得到形成在中间绝缘层34a上的由多层膜构成的磁芯部10a。

这样制造的本实施方式的电感器2可以被埋入电路板的内部，也可以被安装在印刷基板上等，可以用于各种电子设备等。另外，电感器2也可以形成在CPU等的半导体、传感器等中。

本发明并不限于上述的实施方式，可以在本发明的范围内进行各种改变。例如，也可以为线圈部不是螺线管型的电感器。

本发明的电感器2的用途没有特别限制。例如，可举出要求小型化且大电流化的用途。例如，可举出AC/DC转换器电路、DC/DC转换器电路、变压器、扼流线圈、滤波器等用途。

[实施例]

下面，基于详细的实施例进一步对本发明进行说明，但是本发明并不限于这些实施例。

(实验例1)

在实验例1中，制作表1所示的纳米颗粒磁性膜的单层膜、软磁性合金膜的单层膜、以及将纳米颗粒磁性膜和软磁性合金膜交替地层叠多层而得到的多层膜，测量各单层膜和各多层膜的特性。下面，对各单层膜和各多层膜的制作方法和评价方法进行说明。

(多层膜的制作方法)

首先，准备用于形成多层膜的样品基板。作为样品基板，准备带Φ3″热氧化膜的硅基板。然后，首先在样品基板上形成具有表1所示的组成和膜厚的软磁性合金膜。接着，在软磁性合金膜上形成具有表1所示的各相的组成、表1所示的第一相的体积比例、和表1所示的纳米颗粒磁性膜的膜厚的纳米颗粒磁性膜。通过交替地反复进行软磁性合金膜的成膜和纳米颗粒磁性膜的成膜，形成表1所示的层叠数和总膜厚的多层膜。成膜使用溅射装置(Anelva制造的SPF430H)来进行。就成膜条件而言，溅射靶材与样品基板之间的距离为90mm，溅射电功率为400W。另外，成膜时的气压为0.3Pa，成膜时的气氛为Ar气气氛。形成纳米颗粒磁性膜的成膜室与形成软磁性合金膜的成膜室为同一成膜室，适当切换设置在成膜室内的溅射靶材而对各个层进行成膜。

本实施例中的层叠数与软磁性合金膜的片数相等、并且与纳米颗粒磁性膜的片数相等。因此，在层叠数为2的多层膜中，沿着层叠方向，各膜按照样品基板、软磁性合金膜、纳米颗粒磁性膜、软磁性合金膜、纳米颗粒磁性膜的顺序排列。

下面，对各膜的成膜方法进一步进行详情说明。

(软磁性合金膜的成膜)

准备软磁性合金膜用的溅射靶材，并安装在喷枪上。适当选择溅射靶材的组成，以使得能够得到目标的组成的软磁性合金膜。

(纳米颗粒磁性膜的成膜)

作为纳米颗粒磁性膜用的溅射靶材，准备使金属材料和陶瓷材料混合并烧结而得到的烧结靶材。金属材料为主要由第一相12a中包含的金属构成的材料。陶瓷材料为主要由第二相12b中包含的化合物构成的材料。适当控制金属材料与陶瓷材料的混合比例，以使得成为表1所示的第一相的体积比例。

此外，第一相中会包含由陶瓷材料形成的少量杂质。第二相中会包含由金属材料形成的少量杂质。但是，在本实施例中不考虑这样的杂质。

(退火处理)

在形成多层膜后进行退火处理。就退火处理条件而言，在所有的实施例和比较例中为250℃、30分钟。

(单层膜的制作方法)

纳米颗粒磁性膜的单层膜，除了不形成软磁性合金膜这一点以外，通过与多层膜的制作方法相同的方法制作。此外，在像后述的实验例2的试样1等那样没有软磁性合金膜且膜厚为500nm、层叠数为2的情况下实际制作的纳米颗粒磁性膜，是膜厚1000nm的纳米颗粒磁性膜的单层膜。

软磁性合金膜的单层膜，除了不形成纳米颗粒磁性膜这一点以外，通过与多层膜的制作方法相同的方法制作。

(单层膜和多层膜的特性)

使用XRD(Panalytical制造的Empyrean)确认了退火处理后的软磁性合金膜是否为非晶合金。在实验例1和后述的实验例2中，除了后述的表5中的试样25以外，所有的软磁性合金膜为非晶合金。表5中的试样25的软磁性合金膜由结晶构成。

使用XRF(株式会社理学制造的Primus4)确认了，退火处理后的纳米颗粒磁性膜中的第一相的体积相对于第一相和第二相的合计体积的体积比例成为表1所示的值。在后述的实验例2中也进行了相同的确认。将结果示于表2～表9。

在实验例1和后述的实验例2中，使用XRD(Panalytical制造的Empyrean)确认了，在所有的实施例的退火处理后的纳米颗粒磁性膜中，第一相具有结晶结构，且结晶结构中包含的结晶的平均结晶粒径为20nm以下。

在实验例1和后述的实验例2中，使用TEM(日本电子株式会社制造的JEM-2100F)确认了，各试样的退火处理后的纳米颗粒磁性膜具有第一相的微小区域分散在第二相中的结构。而且，使用TEM确认了第一相的微小区域的平均尺寸为30nm以下。另外，使用TEM-EDS确认了第一相和第二相的组成。将实验例1的结果示于表1，将实验例2的结果示于表2～表9。

使用触针式台阶仪(触针式膜厚测量仪)(KLA Tencor制造的P-16+)确认了，多层膜中包含的软磁性合金膜和纳米颗粒磁性膜的膜厚为表1所示的膜厚。另外，还使用触针式台阶仪确认了多层膜的总膜厚。而且，还使用触针式台阶仪确认了各比较例的单层膜的膜厚为表1所示的膜厚。在后述的实验例2中，也实施了上述的膜厚的确认。将结果示于表2～表9。

使用株式会社玉川制作所制造的VSM(TM-VSM331483-HGC)测量了各单层膜和各多层膜的饱和磁通密度Bs。具体而言，对于所得到的各单层膜和各多层膜，使用将基板的一部分切断成6mm见方而得到的试样进行了测量。测量磁场为-10000Oe～+10000Oe。进而，计算出各单层膜和各多层膜的Bs相对于作为纳米颗粒磁性膜的单层膜的单层膜A的Bs的比例即Bs比。将实验例1的结果示于表1，将实验例2的结果示于表2～表9。在Bs比为1.03以上的情况下，评价为多层膜的Bs良好，在Bs比为1.10以上的情况下，评价为多层膜的Bs更良好。

对各单层膜和各多层膜的法线方向的电阻率ρ的测量方法进行说明。首先，准备带Φ3″热氧化膜的硅基板。使用上述的溅射装置形成膜厚100nm的Cu的单层膜41。将成膜后的基板切断成10mm×10mm。利用Kapton胶带(聚酰亚胺胶带)遮挡所得到的基板的端面。之后，在Cu的单层膜41上，通过上述的方法制作表1所示的各单层膜或各多层膜作为测量对象膜43。在制作测量对象膜43后，将Kapton胶带除去。

接着，将基板放置在具有φ1mm的开口部的金属掩模上，使用蒸镀机(Ulvac制造的ES650)蒸镀Cu来制作Cu端子45。其结果是，得到了沿着测量对象膜43的层叠方向从与基板相反的一侧看时为图4所示的状态、且沿着图4的IB-IB线的主要部分截面图为图5所示的状态的测量试样47。

在图5中省略了基板。图4、图5所示的Cu端子45的位置和数量没有特别限制。

使用能够测量电阻的探针，测量位于Cu的单层膜41与Cu端子45之间的测量对象膜43的电阻，计算出电阻率ρ。进而，计算出各单层膜和各多层膜的ρ相对于作为由纳米颗粒磁性膜构成的单层膜的单层膜A的ρ的比例即ρ比。将实验例1的结果示于表1，将实验例2的结果示于表2～表9。

将ρ为2.0E-4Ω·cm以上的情况评价为良好。2.0E-4是指2.0×10^-4。另外，将ρ比为0.45以上的情况评价为良好，将ρ比为0.50以上的情况评价为更良好。

使用磁导率测量机(菱和电子株式会社制造的PMF-3000)以测量频率100MHz测量了实验例1的各单层膜和各多层膜的磁损耗tanδ。具体而言，对于所得到的各单层膜和各多层膜，使用将基板的一部分切断成6mm见方而得到的试样进行测量。将结果示于表1。在实验例1中，将tanδ为0.1000以下的情况评价为良好。

由表1可知，在总膜厚为5600nm的情况下，软磁性合金膜与纳米颗粒磁性膜的膜厚比彼此不同的多层膜A～C的ρ均充分高。而且，随着ρ充分高，tanδ充分低。另外，纳米颗粒磁性膜的比例越大，Bs越低，ρ越高。而且，与由纳米颗粒磁性膜构成的单层膜A相比，多层膜A～C的Bs提高。

由软磁性合金膜构成的单层膜B与多层膜A～C相比，ρ降低，tanδ显著上升。

此外，对于单层膜A，即使改变膜厚，Bs和ρ也几乎没有变化。

(实验例2)

在实验例2中，主要制作总膜厚比实验例1小的单层膜和多层膜。一般而言，膜厚越小，tanδ越小，但是在总膜厚像实验例2的多个单层膜和多层膜那样小的情况下，难以像实验例1那样直接测量tanδ。

一般而言，如果膜厚相同，则ρ越小，tanδ越大。因此，即使是由于总膜厚小而难以直接测量tanδ的试样，在ρ充分大的情况下，也可看作tanδ充分小。

实验例2中的各膜的成膜方法与实验例1相同。此外，在实验例2中测量了各试样中包含的软磁性合金膜的Bs。这表示对利用与实验例1同样的方法制作各试样中包含的各软磁性合金膜的单层膜的情况下的Bs进行测量而得到的结果。例如，表2中的试样6的软磁性合金膜的Bs，是膜厚为200nm、且组成以原子数比计为Co_93.5Zr_4.0Ta_2.5的软磁性合金膜的Bs。

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在表2中表示出了除了改变第一相的体积相对于第一相和第二相的合计体积的体积比例这一点以外，以相同条件实施的实施例和比较例。第一相的体积比例越小，Bs越小，ρ越大。多层膜的实施例中，呈现出良好的Bs比、ρ和ρ比。但是，第一相的体积相对于第一相和第二相的合计体积的体积比例过大的试样10的Bs比过低。即，即使作为软磁性合金膜与纳米颗粒磁性膜的多层膜，与纳米颗粒磁性膜的单层膜相比，Bs也没有充分提高。另外，第一相的体积相对于第一相和第二相的合计体积的体积比例过大的试样10的ρ过小。因此，试样10可看作tanδ过高的试样。

在表3中表示出了从试样6改变软磁性合金膜的组成而得到的实施例和比较例。在软磁性合金膜含有选自Fe和Co中的1种以上的元素、且Fe、Co和Ni的合计含量为70at％以上的情况下，软磁性合金膜的Bs高，任一实施例的多层膜均呈现出良好的Bs比、ρ和ρ比。但是，在Fe、Co和Ni的合计含量小于70at％的情况下，软磁性合金膜的Bs低。其结果是，与不包含软磁性合金膜的情况相比，Bs降低。

在表4中表示出了除了从试样6改变每一片软磁性合金膜的膜厚这一点以外，以相同条件实施的实施例和比较例。任一实施例的多层膜均呈现出良好的Bs比、ρ和ρ比。特别是每一片软磁性合金膜的膜厚为每一片纳米颗粒磁性膜的膜厚以下、且每一片软磁性合金膜的膜厚为100nm以上500nm以下的试样6、21～23的Bs比和ρ比特别良好。

在表5中表示出了从试样6、11改变软磁性合金膜的组成和微观结构而得到的实施例和比较例。与软磁性合金膜含有结晶的试样25相比，软磁性合金膜含有Fe基非晶合金或Co基非晶合金的试样6、11的Bs特别良好。

在表6中表示出了除了从试样5和试样6改变层叠数这一点以外，以相同条件实施的实施例和比较例。即使改变层叠数，任一实施例的多层膜也均呈现出良好的Bs比、ρ和ρ比。此外，对于试样31、33、35，利用与实验例1相同的方法测量了tanδ。试样31、33、35与实验例1的各实施例同样地，tanδ为0.100以下。

在表7中表示出了除了从试样5和试样6改变每一片纳米颗粒磁性膜的膜厚这一点以外，以相同条件实施的实施例和比较例。即使改变每一片纳米颗粒磁性膜的膜厚，任一实施例的多层膜也均呈现出良好的Bs比、ρ和ρ比。

在表8、表9中表示出了除了从试样5和试样6改变纳米颗粒磁性膜的组成这一点以外，以相同条件实施的实施例和比较例。表8中的试样54、55的第二相以1：1的体积比例含有SiO₂和Al₂O₃。即使改变纳米颗粒磁性膜的组成，任一实施例的多层膜也均呈现出良好的Bs比和ρ比。

(实验例3)

适当选择实验例2的各实施例的多层膜和各比较例的单层膜用于磁芯部来制作图1～图2所示的电感器、即线圈部为螺线管型的电感器。电感器的制作方法为上述的本发明的实施方式所示的方法。下面，对详细的条件进行说明。多层膜的图案化通过剥离的方法实施。

作为支承基板30，使用带热氧化膜的硅晶片。

底面侧绝缘层32为由氧化硅构成的绝缘层。由氧化硅构成的绝缘层以四乙氧基硅烷(TEOS)为原料通过CVD形成。作为CVD装置，使用Samco制造的PD-270STN。底面侧绝缘层32的厚度为100nm。

电极膜通过溅射形成。成膜装置、成膜条件全部与实验例1、实验例2的溅射相同。电极膜的材质为铜。

用于形成底面侧导体层4a和表面侧导体层4b的镀敷，为使用以硫酸铜为主要成分的镀液的铜镀敷。另外，最终得到的电感器的底面侧导体层4a的厚度和表面侧导体层4b的厚度为100nm。作为在电极膜形成后、镀敷前形成的干膜抗蚀剂，使用昭和电工Materials制造的RY-5115。

线圈的厚度、即Z轴方向上的底面侧导体层4a与表面侧导体层4b的距离为3μm。

中间绝缘层34a、34b通过在适当的部位涂敷光致抗蚀剂，之后进行曝光、显影、固化处理来制作。作为光致抗蚀剂，使用日本化药株式会社制造的SU-8。固化处理通过在200℃进行1小时的热处理来实施。曝光使用对准曝光机(aligner)利用软接触(soft contact)方式实施。

作为涂敷在中间绝缘层34a的表面的抗蚀剂，使用Merck公司制造的AZ5214。成为磁芯部10a的多层膜或单层膜，通过溅射形成。成膜装置、成膜条件全部与实验例1、实验例2的溅射相同。

将各实施例的多层膜用于磁芯部10a而制作的图1、图2所示的电感器，与将各比较例的单层膜或多层膜用于磁芯部10a而制作的图1、图2所示的电感器相比，具有良好的特性。

Claims

1.一种电感器，其为具有磁芯部和线圈部的电感器，其中，

所述软磁性合金膜含有选自Fe和Co中的1种以上的元素，

所述软磁性合金膜中的Fe、Co和Ni的合计含量为70at％以上。

2.根据权利要求1所述的电感器，其中，

每一片所述软磁性合金膜的膜厚为每一片所述纳米颗粒磁性膜的膜厚以下，

每一片所述软磁性合金膜的膜厚为100nm以上500nm以下。

3.根据权利要求1或2所述的电感器，其中，

所述第一相具有结晶结构，所述结晶结构中包含的结晶的平均结晶粒径为20nm以下。

4.根据权利要求1或2所述的电感器，其中，

所述软磁性合金膜包含Fe基非晶合金或Co基非晶合金。

5.根据权利要求1或2所述的电感器，其中，

所述线圈部为螺线管型。