CN1333413C - 高频用磁性薄膜、复合磁性薄膜和使用它们的磁性元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高频用磁性薄膜，其中，含有由T-L组合物构成的第1层，其中T是Fe或FeCo、L是C、B和N之中的1种、2种或以上、和在上述第1层的任意的面上被配置的由Co系非晶质合金构成的第2层。本发明的高频用磁性薄膜，通过层叠、优选交替地层叠了多个第1层和多个第2层的多层膜结构构成为好。本发明的高频用磁性薄膜，能够得到在1GHz下的复数磁导率的实数部(μ’)为400或以上、并且性能指数Q(Q＝μ’/μ”)为4或以上、饱和磁化为14kG(1.4T)或以上的特性。

Description

高频用磁性薄膜、复合磁性薄膜和使用它们的磁性元件
技术领域
本发明涉及在具有高饱和磁化的同时、在GHz的高频带显示高的磁导率(也成为导磁率)和性能指数Q的磁性薄膜，特别涉及用于薄膜电感器和薄膜变压器等高频用平面型磁性元件、或者单片式微波集成电路(MMIC)的磁性薄膜和电感器。
背景技术
伴随磁性元件的小型化、高性能化，需求具有高的饱和磁化、并且在GHz的高频带下磁导率高的磁性薄膜材料。
例如，以无线电发送及接收装置和便携信息终端为中心并且需求提高了的单片式微波集成电路(MMIC)，是在Si、GaAs、InP等半导体衬底上汇总且一体地制作晶体管等有源元件、线路、电阻、电容器、电感器等无源元件而构成的高频集成电路。
在这样的MMIC中，无源元件、特别是电感器和电容器与有源元件相比，占有较大的面积。这样的无源元件的大面积的占有，结果造成高价半导体衬底的大量浪费、即与MMIC的成本提高相关。因此，为了缩小芯片面积，减少MMIC的制造成本，缩小无源元件占有的面积成为课题。
作为MMIC的电感器，较多地使用平面型的螺旋形线圈。已经提出了在该螺旋形线圈的上下面、或者单面插入软磁性薄膜，使电感增加的方法(换言之，以小的占有面积也得到现有的电感的方法)(例如J.Appl.Phys.85，7919(1999))。
可是，为了将磁性材料应用于MMIC的电感器，首先要求开发在GHz的高频带下的磁导率高、并且损耗少的薄膜磁性材料。而且为了减少涡流损耗，还要求比电阻大。
过去，作为具有高的饱和磁化的磁性材料，人们熟知以Fe或FeCo为主成分的合金。可是，当采用溅射等成膜技术制作由Fe系或FeCo系合金构成的磁性薄膜时，虽然该膜的饱和磁化高，但是矫顽力变大、并且比电阻变小，难以得到良好的高频特性。
另一方面，作为软磁特性优异的材料，知道的有Co系非晶质合金。这种Co系非晶质合金，是以Co为主成分，并含有选自Y、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta等的1种或2种或以上的元素的非晶质为主体的合金。可是，当采用溅射等成膜技术制作零磁致伸缩组成的Co系非晶质合金的磁性薄膜时，虽然该膜的磁导率大，但是饱和磁化为11kG(1.1T)左右，比Fe系的小。再有，100MHz左右的频率和超过该值后，损耗成分(磁导率的虚数部分μ”)变大，性能指数Q值为1或以下，作为在GHz的高频带下使用的磁性材料不能说是合适的。
为了使用这样的难以适用的材料来实现GHz频带的电感器，也有如下的尝试：通过使磁性薄膜微丝化(microwire)，增大形状各向异性能量，来使共振频率高频化(例如日本应用磁学会志、24，879(2000))。可是该方法工序复杂，而且有磁性薄膜的有效磁导率降低的问题。
在这样的实情之下，过去为了改良软磁性薄膜的高频特性提出了各种提案。作为其改良的基本方针，可列举出抑制涡流损耗、或者提高共振频率等。作为抑制涡流损耗的具体的对策，例如提出了通过与磁性层/绝缘层(高电阻层)叠层进行的多层化(例如特开平7-249516号公报)、金属-非金属(氧化物、氟化物)的粒状化(例如J.Appl.Phys.79，5130(1996))等提案。可是，在这些方法中，由于插入了高电阻的非磁性相，因此产生饱和磁化降低的问题。另外，金属-非金属的粒状膜的情况下，磁导率为200或以下，还有磁导率低的问题。
另一方面，对于采用交替地层叠软磁性层和高饱和磁化层的多层膜得到的高饱和磁化薄膜也进行了研讨。即，报告了CoZr/Fe(日本应用磁学会志、16，285(1992))、FeBN/FeN(特开平5-101930号公报)、FeCrB/Fe(J.Appl.Phys.67，5131(1990))、Fe-Hf-C/Fe(日本应用磁学会志、15，403(1991))等各种各样组合的例子。这其中的高饱和磁化薄膜对于提高饱和磁化都有效果，但是在高频带的磁导率都没有变大，不能期待在GHz频带中应用。
本发明是在这样的实际状况之下创造的，其目的在于，提供在GHz频带的高频区具有高磁导率、并且具有高饱和磁化的高频用磁性薄膜。另外，本发明的目的是，提供使用了那样的磁性薄膜的磁性元件。
发明内容
本发明的高频用磁性薄膜，可在数100MHz或以上的频带、特别是1GHz或以上的GHz频带下使用。在这样的高频带下的磁导率(以下简称为“高频磁导率”)是与试样的各种物性复杂地相关的物性。作为这种磁导率最密切相关的有各向异性磁场和饱和磁化。大体上存在磁导率与共振频率的积与各向异性磁场的1/2次方和饱和磁化的3/2次方成比例的关系。
共振频率用下述关系式(1)表示。
fr＝(γ/2π)[Hk4πMs]1/2  式(1)
其中，fr表示共振频率，γ表示旋磁常数，Hk表示各向异性磁场，4πMs表示饱和磁化。
因此，通过增大材料的各向异性磁场和饱和磁化，使提高共振频率、提高使用极限频率成为可能。为使作为现有的Co系非晶质合金薄膜的代表性例子的CoZrNb非晶质合金薄膜的共振频率提高到2GHz而尝试采用上述式(1)计算必需的各向异性磁场。于是，算出以44Oe(3501.52A/m)或以上的各向异性磁场作为必需。通过该算出的结果知道，将通常仅具有15Oe(1193.7A/m)左右的各向异性磁场的该膜应用于GHz频带是困难的。可是，为实现2GHz的共振频率而必需的各向异性磁场，在饱和磁化为14kG(1.4T)的情况下为36Oe(2864.88A/m)，在饱和磁化为18kG(1.8T)的情况下为28Oe(2228.24A/m)，可期待通过与饱和磁化和晶体磁各向异性大的Fe系合金或FeCo系合金组合来实现必需的饱和磁化和各向异性磁场。
过去，以Fe或FeCo为主成分的合金作为显示高饱和磁化的材料而广为知晓。可是，当采用溅射等成膜技术制作Fe系或FeCo系合金的磁性薄膜时，虽然饱和磁化高，但矫顽力变大、且比电阻变小，难以得到良好的高频特性。可以认为以下为其主要原因，即：如图2所示，经溅射等成膜的Fe系或FeCo系薄膜101，在衬底100的垂直方向柱状地长大，该柱状结构引起垂直磁各向异性的发生就成为了问题。
于是，本发明人进行了不懈的研究，对于在Fe中添加规定量的C(碳)的Fe-C薄膜中得到了以下知识。
(1)具有规定的厚度的Fe-C薄膜也形成柱状结构，但如果厚度为70nm左右或以下，则柱状结构的长宽比(柱的长与宽之比、长÷宽)小，因此得到优异的软磁特性。具体讲，在直到柱状长大的Fe-C的平均宽为约50nm、柱状结构的长宽比为1.4或以下的厚度70nm左右，可抑制柱状结构引起的软磁特性的劣化。为了得到这样的长宽比的Fe-C薄膜，如图3所示，使Co系非晶质合金薄膜111夹在Fe-C薄膜112和Fe-C薄膜112之间是有效的。原因是，通过这样做，能够阻止Fe-C晶粒的连续的柱状结构的长大。
(2)缜密地调查Fe-C薄膜的长大过程，在直到厚度3nm或以下左右的膜长大初期阶段，变为晶粒粒径3nm或以下的微晶状态，而且不稳定的表面的比例多，因此呈现非晶质(无定形)的特征。也就是说，如图4所示，Fe-C薄膜121由在衬底120上形成的非晶质结构部分121a、和在非晶质结构部分121a上形成的柱状结构部分121b构成。通过X射线衍射，在Fe-C薄膜的情况下，由未呈现Fe-C的bcc(110)晶面的衍射峰判断是非晶质即可。这样的非晶质结构的薄膜，未成为柱状结构是不用说的，还得到起因于非晶质结构的高电阻(100μΩcm或以上)特性。因此，如果采用与Co系非晶质合金薄膜叠层的方案，则软磁特性不用说，还能实现高电阻化，在GHz区的磁导率大的同时，涡流损耗被抑制，能够得到性能指数大的磁性薄膜。
(3)以上的(1)、(2)的事项不限于Fe-C薄膜，在为FeCo-C薄膜、以及用B或N置换C的情况下也有效。
即，本发明，如上述那样，使软磁特性优异的Co系非晶质合金的薄膜、和具有高饱和磁化且高各向异性磁场的Fe-(C，B，N)或FeCo-(C，B，N)薄膜层叠，可提供能够容易地得到在GHz区(1GHz)下磁导率的实数部(μ’)为200或以上、且性能指数Q(Q＝μ’/μ”)为1或以上、饱和磁化为12kG(1.2T)或以上的特性的高频用的复合磁性薄膜。
因此，本发明提供一种高频用磁性薄膜，该薄膜的特征是，含有由T-L组合物构成的第1层，其中T是Fe或FeCo、L是C、B和N之中的1种、2种或以上、和在第1层的任意的面上被配置的由Co系非晶质合金构成的第2层。
本发明的高频用磁性薄膜，采用层叠、优选交替地层叠多个第1层和多个第2层的多层膜结构构成为好。
本发明的高频用磁性薄膜，可得到在1GHz下的复数磁导率的实数部(μ’)为400或以上、且性能指数Q(Q＝μ’/μ”)为4或以上、饱和磁化为14kG(1.4T)或以上的特性。再者，在本发明中，这些特性能够在成膜了的原样不变的状态下得到。也就是说，不管从成膜完了开始的经过时间，通过在成膜后不施加例如热处理等处理的状态下测定的值就能够进行是否具备本发明中规定的特性的判断。但是，即使是成膜后施加热处理等处理的情况下，具备在本发明中规定的特性的也包含在本发明的范围内，这是不用说的。以下也同样。
该特性可通过规定第1层和第2层的厚度来得到。具体讲，在将第1层的厚度记为T1、第2层的厚度记为T2的情况下，通过将T1定为3～70nm的范围、并且将T1/T2定为0.15～3.50的范围，能够得到上述特性。
另外，根据本发明的高频用磁性薄膜，能够得到在1GHz下的复数磁导率的实数部(μ’)为500或以上、且性能指数Q(Q＝μ’/μ”)为10或以上、饱和磁化为14kG(1.4T)或以上的特性。
该特性可通过规定第1层和第2层的厚度来得到。具体讲，在将第1层的厚度记为T1、第2层的厚度记为T2的情况下，通过将T1定为0.5～3.0nm的范围、并且将T1/T2定为0.8～3.0的范围，能够得到上述特性。
另外，作为本发明的优选方案，构成第2层的Co系非晶质合金以Co为主成分，并含有选自B、C、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W的至少1种添加元素。
另外，作为本发明的优选方案，Co系非晶质合金是从CoZr、CoHf、CoNb、CoMo、CoZrNb、CoZrTa、CoFeZr、CoFeNb、CoTiNb、CoZrMo、CoFeB、CoZrNbMo、CoZrMoNi、CoFeZrB、CoFeSiB、CoZrCrMo之中选择的。
另外，作为本发明的优选方案，第1层中所含有的L元素的浓度为2～20原子％。
根据以上的本发明，提供交替地层叠以Fe或FeCo为主成分、单层膜具有饱和磁化16kG(1.6T)或以上的特性的第1层、和以Co为主成分、单层膜具有磁导率1000或以上(测定频率：10MHz)、饱和磁化10kG(1.0T)或以上、比电阻100μΩcm或以上的特性的第2层的复合磁性薄膜。再者，希望第1层以长宽比1.4或以下的柱状结构为主体、或者由非晶质结构构成。
本发明的高频用磁性薄膜，可用作为磁性元件的构成要素。构成该磁性元件的高频用磁性薄膜，其中：交替地层叠了由T-L组合物构成的第1层，其中T是Fe或FeCo、L是C、B和N之中的1种、2种或以上、和在第1层的任意的面上被配置的由Co系非晶质合金构成的第2层而构成多层膜结构。
本发明的磁性元件可由具有夹持线圈而对向配置地高频用磁性薄膜构成。其次是平面型的磁性元件，该磁性元件可制成电感器或变压器。另外，在用于单片式微波集成电路的电感器上的适用也可列举作为本发明的优选的方案。
附图说明
图1是本发明的高频用磁性薄膜的剖面图；
图2是表示Fe系或FeCo系薄膜的晶粒的状态的剖面示意图；
图3是表示层叠Fe-C薄膜和Co系非晶质合金薄膜时的Fe-C薄膜的晶粒状态的剖面示意图；
图4是图3的部分放大剖面图；
图5是表示层叠了厚度T1为3nm或以下的Fe-C薄膜和CoZrNb系非晶质合金薄膜的复合磁性薄膜的X射线衍射结果的图；
图6是表示适用了本发明的高频用磁性薄膜的电感器的一例的平面图；
图7是图6的A-A向视剖面图；
图8是表示适用了本发明的高频用磁性薄膜的电感器的其它例子的剖面图；
图9是表示适用了本发明的高频用磁性薄膜的电感器的其它例子的平面图；
图10是图9的A-A向视剖面图；
图11是在实施例1中制作的复合磁性薄膜的磁化曲线；
图12是表示在实施例1中制作的复合磁性薄膜的高频磁导率特性的曲线图；
图13是在实施例2中制作的复合磁性薄膜的磁化曲线；
图14是表示在实施例2中制作的复合磁性薄膜的高频磁导率特性的曲线图；
图15是在实施例3中制作的复合磁性薄膜的磁化曲线；
图16是表示在实施例3中制作的复合磁性薄膜的高频磁导率特性的曲线图；
图17是在实施例5中制作的复合磁性薄膜的通过穿透式电子显微镜得到的剖面图像；
图18是在实施例10中制作的复合磁性薄膜的磁化曲线；
图19是表示在实施例10中制作的复合磁性薄膜的高频磁导率特性的曲线图；
图20是在实施例11中制作的复合磁性薄膜的磁化曲线；
图21是表示在实施例11中制作的复合磁性薄膜的高频磁导率特性的曲线图；
图22是在实施例12中制作的复合磁性薄膜的磁化曲线；
图23是表示在实施例12中制作的复合磁性薄膜的高频磁导率特性的曲线图；
图24是表示在实施例1～9、比较例1～4中制作的磁性薄膜的磁特性等的图表；
图25是表示在实施例10～19、比较例5中制作的磁性薄膜的磁特性等的图表；
图26是表示在实施例20～27中制作的磁性薄膜的磁特性等的图表。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方案。
本发明的高频用磁性薄膜1，如在图1的示意剖面图中显示的那样，是构成交替地层叠了Co系非晶质合金层3和T-L组合物层7的多层膜结构的复合磁性薄膜。在图1所示的实施方案中，例举了由合计8层构成的多层膜结构。
高频用磁性薄膜1，其基本的构成是组合了T-L组合物层7、和在T-L组合物层7的一侧的面上配置的Co系非晶质合金层3。
T-L组合物层7的T为Fe或者FeCo，L为C、B和N之中的1种或2种或以上。由以Fe或者FeCo为主成分的合金构成的薄膜，虽然显示高的饱和磁化，但是存在矫顽力大且比电阻小的倾向。于是，本发明含有能够提高软磁特性的L(C、B和N之中的1种或2种或以上)。在此，T-L组合物层7包含2种形态。1种是具有T-L组合物层7的长宽比为1.4或以下的柱状结构的形态。通过形成该形态，能够得到高饱和磁化和优异的软磁特性。另1种是非晶质结构。T-L组合物层7通过形成非晶质结构，能够进一步实现软磁特性的提高和高电阻。为了在高频特性上体现效果，T-L组合物层7希望单层膜具有饱和磁化1.6T或以上的特性。再者，即使对于具有T-L组合物层7的长宽比为1.4或以下的柱状结构的形态，在薄膜形成初期阶段也形成非晶质结构，因此所谓本发明中的柱状结构应解释为包含该非晶质结构部分的意思。
当T-L组合物层7的膜厚变厚，长宽比超过1.4达到2.0或以上时，垂直磁各向异性坚挺，软磁特性劣化。在本发明中，最希望的是在T-L组合物层7中存在的全部的晶粒的长宽比为1.4或以下，但允许部分地含有其长宽比的增加部分为30％或以下、进一步为10％或以下的晶粒。因此，在本发明中，T-L组合物层7的厚度(T1)为100nm或以下，优选为70nm或以下。如上述那样，当T1为3nm或以下时，T-L组合物层7如上述那样成为非晶质结构，在性能上例如即使将T1减薄到0.2nm或以下也不引起性能的降低。可是，当T1过薄时，由于层叠次数增加，因此发生成膜时间变长这一制造上的不利情况。因此，优选T1为0.5nm或以上、更优选为1.0nm或以上。
图5表示层叠了厚度T1为3nm或以下的Fe-C薄膜和CoZrNb非晶质合金薄膜的复合磁性薄膜的X射线衍射结果。由图5可知，Fe-C薄膜的厚度为3nm或以下的叠层膜，Fe-C的bcc(110)晶面的衍射峰显示出典型的非晶质的宽幅的形状。
本发明的T-L组合物层7，其中所含有的L元素(C、B和N之中的1种或2种或以上)浓度为2～20原子％，优选为4～10原子％。当L元素浓度不到2原子％时，bcc结构的柱状晶相对于衬底容易在垂直方向长大，在矫顽力变大的同时，比电阻变小，难以得到良好的高频特性。另一方面，当该L元素浓度超过20原子％时，各向异性磁场减少，因此发生共振频率的降低，难以作为高频用的薄膜充分地发挥功能。另外，作为T，比起只用Fe，采用FeCo的一方得到高的饱和磁化，因此是优选的。此时的Co的含量在80原子％或以下的范围适宜确定即可，但优选在20～50原子％的范围含有。另外，在Fe、FeCo以外，本发明还允许在不给予本发明坏影响的范围含有其它元素。
在本发明中，使用作为第2层的Co系的非晶质合金是因为在得到高磁导率且高电阻(比电阻为100～200μΩcm)的同时，能够抑制在高频区的涡流损耗的缘故。另外的原因是，当第2层为晶体的材料时，在其上面接触的第1层，其晶体的长大被第2层的晶体结构影响，成为连续的柱状结构，与此相对，当第2层为非晶质材料时，即使第1层为柱状结构，由于第2层的作用，其长大被截断，因此，不能形成连续的柱状结构。Co系非晶质合金层3优选单层膜具有磁导率1000或以上(10MHz)、饱和磁化10kG(1.0T)或以上、比电阻100μΩcm或以上的特性。
本发明中作为第2层的Co系非晶质合金层3，以Co为主成分，并含有选自B、C、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W的至少1种添加元素而形成，该合金层以非晶质相为主体而构成。添加元素的比例(2种或以上的情况下为总计量)通常为5～50原子％、优选为10～30原子％。当添加元素的比例过多时，发生饱和磁化变小的不良情况，另外，当添加元素的比例过少时，难以进行磁致伸缩的控制，发生得不到有效的软磁特性的不良情况。
作为构成Co系非晶质合金层3的优选的组成系的例子，可列举出CoZr、CoHf、CoNb、CoMo、CoZrNb、CoZrTa、CoFeZr、CoFeNb、CoTiNb、CoZrMo、CoFeB、CoZrNbMo、CoZrMoNi、CoFeZrB、CoFeSiB、CoZrCrMo等。
通过交替地层叠以上的T-L组合物层7和Co系非晶质合金层3，可得到在1GHz下的复数磁导率的实数部(μ’)为400或以上、且性能指数Q(Q＝μ’/μ”)为4或以上、饱和磁化为14kG(1.4T)或以上的高频用磁性薄膜1。再者，希望在GHz区(1GHz)磁导率的实数部(μ’)取得尽可能大的值，特别是没有上限值。同样，关于饱和磁化也希望取得尽可能大的值，特别是没有上限值。
为了得到以上的特性，在将T-L组合物层7的厚度记为T1、Co系非晶质合金层3的厚度记为T2的情况下，将T1定为3～70nm的范围、并且将T1/T2定为0.15～3.50、优选为0.25～2.50是重要的。当该值超过3.50时，T-L组合物层7的长宽比变大，各向异性磁场和难磁化轴向的矫顽力急剧增大等，发生垂直磁各向异性，因此发生不能得到特别良好的软磁特性的不良情况。另外，当该值不到0.15时，不能得到14kG(1.4T)或以上的饱和磁化。
另外，通过交替地层叠以上的T-L组合物层7和Co系非晶质合金层3，还能够得到在1GHz下的复数磁导率的实数部(μ’)为500或以上、且性能指数Q(Q＝μ’/μ”)为10或以上、饱和磁化为14kG(1.4T)或以上的高频用磁性薄膜1。
为了得到以上的特性，在将T-L组合物层7的厚度记为T1、Co系非晶质合金层3的厚度记为T2的情况下，将T1定为0.5～3.0nm的范围、并且将T1/T2定为0.8～3.0的范围即可。
当T1/T2超过3.0时，FeC的粒子大大地长大，得不到130μΩcm或以上的高比电阻。另外，当该值不到0.8时，高饱和磁化的T-L组合物层7的比例变少，共振频率的高频化变得困难。优选为1.0至2.5。通过将上述的T1、和T1/T2定在本发明的范围内，可实现具有比电阻为130μΩcm或以上、且在1GHz下的复数磁导率的实数部(μ’)为500或以上、性能指数(Q＝μ’/μ”)为10或以上、饱和磁化为14kG(1.4T)或以上的极为优异的特性的复合薄膜。再者，这样的特性，如上述那样，在不施行热处理等的成膜原样不变的状态下测定。
在本发明的高频用磁性薄膜1中，交替地层叠的T-L组合物层7和Co系非晶质合金层3的合计叠层次数没有限制，但通常为5～3000次、优选为10～700次左右。在高频用磁性薄膜1之中，同一种类(T-L组合物层7或Co系非晶质合金层3)的膜通常按达到相同膜厚的方式形成。但是，作为少有的例子，可有即使是同一种类的膜，根据层叠部位不同而使成膜厚度与其它部分不同的情况。作为极端的例子，例如，根据情况还可有中间附近的T-L组合物层7的膜厚为20nm、上下的T-L组合物层7的2层的膜厚分别为5nm的情形。这样的情况下，采用算术平均值的厚度(Tf)算出即可。在上述例子中，采用算术平均值Tf＝10nm这一数值，例如求出Tf/Tc(Tc为Co系非晶质合金层3的膜厚的算术平均值)即可。另外，本发明的高频用磁性薄膜1允许配设Co系非晶质合金层3和T-L组合物层7以外的层。
这样的本发明的高频用磁性薄膜1的厚度，定为100～2000nm、优选为300～1000nm。该值不到100nm时，应用于平面型磁性元件的情况下，可发生难以操作所希望的动力的不良情况。另外，作为后面叙述的图9和图10所示的具有磁性薄膜的有芯线圈的形态，与空芯线圈比，也发生电感的增加不到10％的倾向，发生未能充分地发挥磁性薄膜的效果的不良情况。另外，当该值超过2000nm时，集肤效应引起的高频损耗坚挺，发生GHz区的损耗增大的不良情况。
本发明的高频用磁性薄膜1，优选采用真空薄膜形成方法、特别是溅射法形成。更具体讲，使用RF溅射、DC溅射、磁控管溅射、离子束溅射、感应耦合RF等离子体增强溅射、ECR溅射、对向靶式溅射等。
作为用于形成Co系非晶质合金层3的靶，使用在Co靶上配置了所希望的添加元素的切片的复合靶、或者使用含有所希望的添加成分的Co合金的靶即可。
作为用于形成T-L组合物层7的靶，使用在Fe(或者FeCo合金)靶之上配置了L元素的切片的复合靶、或者使用Fe(或者FeCo)与L元素的合金靶即可。L元素的浓度调整例如调整L元素切片的量即可。
再者，溅射始终是本发明的一个方案，不用说，能够适用其它的薄膜制作工艺。关于本发明的高频用磁性薄膜1的具体的成膜方法，参照后面叙述的实施例。
作为形成本发明的高频用磁性薄膜1的衬底2(图1)，可列举出玻璃衬底、陶瓷材料衬底、半导体衬底、树脂衬底等。作为陶瓷材料，可列举出氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化铝、块滑石、莫来石、堇青石、镁橄榄石、尖晶石、铁氧体等。其中，优选使用热导率大、弯曲强度也大的氮化铝。
另外，本发明的高频用磁性薄膜1，如上述那样具有极为优异的高频特性的同时，在室温下在成膜原样不变的状态下能够发挥其性能。因此，是最适于MMIC之类的以半导体工艺制作的高频集成电路的材料。因此，作为衬底11、衬底21和衬底31(在后面叙述的图7、图8和图10中示出)，可列举出Si、GaAs、InP、SiGe等半导体衬底。
将平面型磁性元件应用于电感器的一例示于图6和图7。图6示意地示出电感器的平面图，图7是示意地示出图6的A-A向视剖面的图。
这些附图所示的电感器10，具备：衬底11、在该衬底11的两面螺旋状地形成的平面线圈12、12、被覆这些平面线圈12、12和衬底11面而形成的绝缘膜13、13、被覆各个绝缘膜13、13的上面而形成的一对本发明的高频用磁性薄膜1。其次，上述2个平面线圈12、12，通过在衬底11的大致中央部分形成的通孔15而电连接。再有，从衬底11两面的平面线圈12、12，用于连接的端子16分别被引出到衬底11的外方。这样的电感器10，按采用一对高频用磁性薄膜1通过绝缘膜13、13夹住平面线圈12、12的方式构成，因此，在连接端子16、16间形成电感器。
这样地形成的电感器，为小型且薄型、重量轻，特别是在1GHz或以上的高频区显示出优异的电感。
再者，在上述说明的电感器10中，通过并联地设置多个平面线圈12、12，能够形成变压器。
将本发明的平面型磁性元件应用于电感器的其它的优选实施方案示于图8。图8是示意地表示电感器的剖面的图。如该图所示的电感器20具备衬底21、在该衬底21之上根据需要形成的氧化膜22、在该氧化膜22之上形成的本发明的高频用磁性薄膜1a、在该高频用磁性薄膜1a之上形成的绝缘膜23，还具有在该绝缘膜23之上形成的平面线圈24、被覆这些平面线圈24和绝缘膜23而形成的绝缘膜25、在该绝缘膜25之上形成的本发明的高频用磁性薄膜1b。这样形成的电感器20也仍然为小型且薄型、重量轻，特别是在1GHz或以上的高频区显示出优异的电感。其次，在这样的电感器20中，通过并联地设置多个平面线圈24，能够形成变压器。
对于薄膜电感器等平面型磁性元件，要求根据各个元件的设计规格提供最合适的磁导率。在高频区的磁导率与各向异性磁场的相关性高，在高频区的磁导率与各向异性磁场的倒数成比例。为了实现在高频区的高磁导率，在磁性薄膜面内具有单轴各向异性是必要的。另外，薄膜电感器等平面型磁性元件，可期待磁性薄膜的饱和磁化越高直流重叠特性越大。因此，饱和磁化的大小在高频用磁性薄膜1的设计上可以说是重要的参数。
将本发明的高频用磁性薄膜1应用作为MMIC用电感器的实施例示于图9和图10。
图9示意地表示抽出了电感器的导体层部分的平面图，图10是示意地表示图9的A-A向视剖面的图。
在这些附图中显示的电感器30，如图10所示，具备衬底31、在该衬底31之上根据需要形成的绝缘氧化膜32、在该绝缘氧化膜32之上形成的本发明的高频用磁性薄膜1a、和在该高频用磁性薄膜1a之上形成的绝缘膜33，还具有在该绝缘膜33之上形成的螺旋线圈34、被覆该螺旋线圈34和绝缘膜33而形成的绝缘膜35、和在该绝缘膜35之上形成的本发明的高频用磁性薄膜1b。
另外，螺旋线圈34，如图9所示，通过配线36与一对电极37连接。其次，包围螺旋线圈34而设置的一对接地图案(ground pattern)39分别与一对接地电极38连接，具有通过接地-信号-接地(G-S-G)型的探针在晶片上评价频率特性的形状。
在本实施方案的MMIC用电感器中，采用了用成为磁芯的高频用磁性薄膜1a、1b夹住螺旋线圈34的有芯结构。因此，尽管螺旋线圈34为相同的形状，但是与未形成高频用磁性薄膜1a、1b的空芯结构的电感器比，电感值提高约50％。因此，为了得到相同的电感值而必需的螺旋线圈34的占有面积小也可以，作为其结果，能够实现螺旋线圈34的小型化。
作为适用于MMIC用电感器的磁性薄膜的材料，要求的是在GHz区的高频率下具有高磁导率、并且高的性能指数Q(低损耗)特性、和能够采用半导体制作工艺进行集成化。
为了实现在GHz区的高频率下的高磁导率，共振频率高、并且饱和磁化大的材质有利，并且控制单轴各向异性是必要的。另外，为了得到高的性能指数Q，抑制高电阻化导致的涡流损耗是重要的。进而，为了适用于集成化工艺，希望在室温可成膜、在成膜原样不变的状态下可使用。原因是，不能对已经被安装的其它的单片组件的性能和制作工艺造成加热产生的坏影响。
下面举出具体的实施例更详细地说明本发明。
[实施例1]
按照以下的成膜手法制作了本发明的高频用磁性薄膜。
在Si晶片上形成100nm厚的SiO2膜，将其作为衬底。
使用对向靶式溅射装置，按下述要领在衬底上形成(沉积)高频用磁性薄膜。即，将对向靶式溅射装置预排气到8×10-5Pa后，导入Ar气直到压力达到10Pa后，以100W的RF功率将衬底表面溅射蚀刻10分钟。
接着，调整Ar气流量使压力变为0.4Pa，以300W的功率顺序交替地反复溅射Co87Zr5Nb8靶、和在Fe靶上配置了C(碳)切片的复合靶，使形成由后述的方法制成的作为高频用磁性薄膜的复合磁性薄膜。
在成膜时，对衬底外加了-40～-80V的DC偏压。另外，为了防止靶表面的杂质的影响，在关闭了开闭器(shutter)的状态下进行了10分钟或以上的预溅射。其后，通过打开开闭器在衬底上进行成膜。成膜速度(rate)，在CoZrNb层的成膜时为0.33nm/秒，在Fe-C层的成膜时为0.27nm/秒。通过控制开闭器的开闭时间，来调整了交替地层叠的各层的膜厚。作为衬底上的第1层形成了CoZrNb层后，在其上面形成Fe-C层，以下顺序地交替层叠了CoZrNb层和Fe-C层。
基于这样的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度20nm的CoZrNb层、和厚度5nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各20次，形成了总膜厚500nm(合计40层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例1)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层由上述的非晶质结构部分和在其上形成的柱状结构部分构成，该柱状结构部分的长宽比为1.4或以下。另外，证实了CoZrNb层为非晶质。
图11示出了在成膜后测定的磁化曲线。由图11所示的磁化曲线明确，对于叠层膜，观察到面内单轴磁各向异性，作为饱和磁化得到14.7kG(1.47T)、作为各向异性磁场得到45Oe(3580.99A/m)、作为易磁化轴的矫顽力得到1.1Oe(87.53A/m)。
再有，图12示出了该复合磁性薄膜的高频磁导率特性。由图12所示的曲线知道，共振频率超过测定极限的2GHz，在GHz区磁导率的实数部(μ’)为400或以上。另外，性能指数Q(Q＝μ’/μ”)在1GHz下得到13的值，在2GHz下得到2或以上的值。再者，高频磁导率的测定使用薄膜高频磁导率测定装置(成濑科学器械、PHF-F1000)，磁特性使用振动试样型磁力计(理研电子、BHV-35)测定。
[实施例2]
基于上述实施例1的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度20nm的CoZrNb层、和厚度20nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各13层，形成了总膜厚520nm(合计26层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例2)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层主要由柱状晶粒构成，该柱状结构部分的长宽比为1.4或以下。另外，证实了CoZrNb层为非晶质。
图13示出了在成膜后测定的磁化曲线。由图13所示的磁化曲线明确，对于叠层膜，观察到面内单轴磁各向异性，作为饱和磁化得到16.3kG(1.63T)、作为各向异性磁场得到44Oe(3501.41A/m)、作为易磁化轴的矫顽力得到1.2Oe(95.49A/m)。
再有，图14示出了该复合磁性薄膜的高频磁导率特性。据图14所示的曲线知道，磁导率的实数部(μ’)  在1GHz下得到540的值，在1.5GHz下得到670的值。另外知道，性能指数Q(Q＝μ’/μ”)在1GHz下得到4.7的值，在1.5GHz下得到2或以上的值。
[实施例3]
基于上述实施例1的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度20nm的CoZrNb层、和厚度50nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各7层，形成了总膜厚490nm(合计14层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例3)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层主要由柱状晶粒构成，该柱状结构部分的长宽比为1.4或以下。另外，证实了CoZrNb层为非晶质。
图15示出了在成膜后测定的磁化曲线。由图15所示的磁化曲线明确，对于叠层膜，观察到面内单轴磁各向异性，作为饱和磁化得到16.7kG(1.67T)、作为各向异性磁场得到48Oe(3819.72A/m)、作为易磁化轴的矫顽力得到1.6Oe(127.32A/m)。
另外，图16示出了该复合磁性薄膜的高频磁导率特性。由图16所示的曲线知道，在GHz区磁导率的实数部(μ’)为500或以上。另外知道，性能指数Q(Q＝μ’/μ”)在1GHz下得到6或以上的值，在2GHz下得到2或以上的值。
[实施例4]
基于上述实施例1的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度20nm的CoZrNb层、和厚度2nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各20层，形成了总膜厚440nm(合计40层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例4)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层以及CoZrNb层均为非晶质。
采用依据上述的实施例的方法求出复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到12.5kG(1.25T)的饱和磁化、20Oe(1591.55A/m)的各向异性磁场、1.1Oe(87.53A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为900，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到1.3的值。
[实施例5]
基于上述实施例1的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度20nm的CoZrNb层、和厚度80nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各7层，形成了总膜厚700nm(合计14层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例5)。
图17示出了该复合磁性薄膜在穿透式电子显微镜下的剖面图像，证实了Fe-C层主要由柱状晶粒构成，并证实了该柱状结构部分的长宽比为1.4或以下。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到18.0kG(1.80T)的饱和磁化、92Oe(7321.13A/m)的各向异性磁场、2.8Oe(222.82A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为200，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到8的值。
[实施例6]
对于上述实施例1，将Fe-C层的碳浓度从5原子％变为7原子％。除此以外，按照与上述实施例1同样的方式，形成本发明的复合磁性薄膜(实施例6)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到14.7kG(1.47T)的饱和磁化、42Oe(3342.25A/m)的各向异性磁场、1.0Oe(79.58A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为410，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到14的值。
[实施例7]
对于上述实施例1，将Fe-C层的碳浓度从5原子％变为10原子％。除此以外，按照与上述实施例1同样的方式，形成本发明的复合磁性薄膜(实施例7)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到14.5kG(1.45T)的饱和磁化、40Oe(3183.10A/m)的各向异性磁场、1.0Oe(79.58A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为490，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到11的值。
[比较例1]
对于上述实施例1，将Fe-C层改变为Fe层。除此以外，按照与上述实施例1同样的方式，形成比较例的复合磁性薄膜(比较例1)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到17.6kG(1.76T)的饱和磁化、28Oe(2228.24A/m)的各向异性磁场、18.0Oe(1432.44A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为120，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到4的值。
[实施例8]
对于上述实施例1，将Co系非晶质合金层的组成Co87Zr5Nb8改变成Co89Zr6Ta5。除此以外，按照与上述实施例1同样的方式，形成本发明的复合磁性薄膜(实施例8)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到14.9kG(1.49T)的饱和磁化、44Oe(3501.44A/m)的各向异性磁场、1.1Oe(87.53A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为455，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到11的值。
[实施例9]
对于上述实施例1，将Co系非晶质合金层的组成Co87Zr5Nb8改变成Co80Fe9Zr3B8。除此以外，按照与上述实施例1同样的方式，形成本发明的复合磁性薄膜(实施例9)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到14.7kG(1.47T)的饱和磁化、48Oe(3919.72A/m)的各向异性磁场、1.2Oe(95.49A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为410，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到12的值。
[比较例2]
对于上述实施例1，将厚度500nm的复合磁性薄膜改变成厚度500nm的Co87Zr5Nb8的单层膜。除此以外，按照与上述实施例1同样的方式，形成比较例的复合磁性薄膜(比较例2)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到11.5kG(1.15T)的饱和磁化、15Oe(1193.66A/m)的各向异性磁场、0.8Oe(63.66A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为1091，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到1的值。
[比较例3]
对于上述实施例1，将厚度500nm的复合磁性薄膜改变成厚度1000nm的Co89Zr6Ta5的单层膜。除此以外，按照与上述实施例1同样的方式，形成比较例的复合磁性薄膜(比较例3)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到13.0kG(1.30T)的饱和磁化、16Oe(1273.24A/m)的各向异性磁场、0.9Oe(71.62A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为325，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到0.5的值。
[比较例4]
对于上述实施例1，将厚度500nm的复合磁性薄膜改变成厚度1000nm的Co79Fe9Zr2Ta10的单层膜。除此以外，按照与上述实施例1同样的方式，形成比较例的复合磁性薄膜(比较例4)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到11.0kG(1.10T)的饱和磁化、36Oe(2864.79A/m)的各向异性磁场、1.1Oe(87.53A/m)的易磁化轴的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为327，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到1.7的值。
图24汇总地示出了在实施例1～9、比较例1～4中制作的磁性薄膜的磁特性等。
如图24所示，本发明的各实施例可得到1.2T或以上的饱和磁化、1.5GHz或以上的共振频率、1.0或以上的Q值。其中，T1在3～70nm的范围、并且T1/T2在0.15～3.50的范围的实施例1～3、6、7、8和9可得到1.4T或以上的饱和磁化、2.0GHz或以上的共振频率、4.0或以上的Q值。
[实施例10]
在Si晶片上形成500nm厚的SiO2膜，将其作为衬底，除此以外，按照与实施例1同样的方式，交替地顺序层叠了厚度1.0nm的CoZrNb层、和厚度1.0nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各250次，形成了总膜厚500nm(合计500层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例10)。再者，在成膜中未进行衬底温度的控制，但衬底温度在成膜到总膜厚达到500nm的期间上升到30℃。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层和CoZrNb层均为非晶质。
图18示出了在成膜后测定的磁化曲线。由图18所示的磁化曲线明确，对于叠层膜，观察到面内单轴磁各向异性，得到饱和磁化为14.3kG(1.43T)、易磁化轴向的矫顽力为0.6Oe(47.75A/m)，难磁化轴向的矫顽力为0.8Oe(63.66A/m)。再有，图19示出了该实施例的叠层膜的高频磁导率特性。由图19所示的曲线知道，共振频率超过测定极限的2GHz，在GHz区磁导率的实数部(μ’)为500或以上。另外，性能指数Q(Q＝μ’/μ”)在1GHz下得到15的值，在2GHz下得到7的值。
[实施例11]
基于上述实施例10的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度1.5nm的CoZrNb层、和厚度1.5nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各170层，形成了总膜厚510nm(合计340层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例11)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层和CoZrNb层均为非晶质。
图20示出了在成膜后测定的磁化曲线。作为由图20所示的磁化曲线求出的磁特性，饱和磁化为15.5kG(1.55T)、易磁化轴向的矫顽力为0.6Oe(47.75A/m)，难磁化轴向的矫顽力为0.8Oe(63.66A/m)。另外，图21示出了该实施例的叠层膜的高频磁导率特性。由图21所示的曲线知道，作为磁导率的实数部(μ’)的值，在1.0GHz下得到720的值，在1.5GHz下得到1055的值。另外，作为性能指数Q(Q＝μ’/μ”)的值，在1.0GHz下得到13的值，在1.5GHz下得到5的值。
[实施例12]
基于上述实施例10的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度1.0nm的CoZrNb层、和厚度2.0nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各170层，形成了总膜厚510nm(合计340层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例12)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层和CoZrNb层均为非晶质。
图22示出了在成膜后测定的磁化曲线。作为由图22所示的磁化曲线求出的磁特性，饱和磁化为14.8kG(1.48T)、易磁化轴向的矫顽力为0.7Oe(55.70A/m)，难磁化轴向的矫顽力为1.0Oe(79.58A/m)。
另外，图23示出了该实施例的叠层膜的高频磁导率特性。由图23所示的曲线知道，共振频率超过测定极限的2GHz，在GHz区磁导率的实数部(μ’)为500或以上。另外，作为性能指数Q(Q＝μ’/μ”)的值，在1.0GHz下得到24的值，在1.5GHz下得到8.5的值，在2GHz下得到3的值，。
[实施例13]
基于上述实施例10的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度1.0nm的CoZrNb层、和厚度2.8nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各135层，形成了总膜厚513nm(合计270层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例13)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层和CoZrNb层均为非晶质。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到15.0kG(1.50T)的饱和磁化、0.8Oe(63.66A/m)的易磁化轴向的矫顽力、0.9Oe(71.62A/m)的难磁化轴向的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为550，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到22的值。
[实施例14]
基于上述实施例1的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度0.8nm的CoZrNb层、和厚度2.8nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各140层，形成了总膜厚504nm(合计280层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例14)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层和CoZrNb层均为非晶质。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到15.8kG(1.58T)的饱和磁化、0.9Oe(71.62A/m)的易磁化轴向的矫顽力、1.1Oe(87.54A/m)的难磁化轴向的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为400，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到16的值。
[实施例15]
基于上述实施例1的成膜手法，交替地顺序层叠了厚度2.0nm的CoZrNb层、和厚度1.0nm的Fe-C层(碳浓度：5原子％)各170层，形成了总膜厚510nm(合计340层)的本发明的复合磁性薄膜(实施例15)。
确认复合磁性薄膜的结构，结果证实了Fe-C层和CoZrNb层均为非晶质。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到13.9kG(1.39T)的饱和磁化、0.6Oe(47.75A/m)的易磁化轴向的矫顽力、0.7Oe(55.70A/m)的难磁化轴向的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为755，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到6的值。
[比较例5]
对于上述实施例10，将Fe-C层改变为Fe层。除此以外，按照与上述实施例10同样的方式，形成比较例的复合磁性薄膜(比较例5)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到20.7kG(2.07T)的饱和磁化、4.2Oe(334.23A/m)的易磁化轴向的矫顽力、19.0Oe(1511.97A/m)的难磁化轴向的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为150，由于磁导率的值小，因此μ”的实测值没有可靠性，未求得性能指数Q(Q＝μ’/μ”)。
[实施例16]
对于上述实施例10，将Fe-C层的碳浓度从5原子％变为7原子％。除此以外，按照与上述实施例10同样的方式，形成本发明的复合磁性薄膜(实施例16)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到14.1kG(1.41T)的饱和磁化、0.6Oe(47.75A/m)的易磁化轴向的矫顽力、0.7Oe(55.76A/m)的难磁化轴向的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为600，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到12的值。
[实施例17]
对于上述实施例10，将Fe-C层的碳浓度从5原子％变为10原子％。除此以外，按照与上述实施例10同样的方式，形成本发明的复合磁性薄膜(实施例17)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到14.0kG(1.40T)的饱和磁化、0.6Oe(47.75A/m)的易磁化轴向的矫顽力、0.7Oe(55.76A/m)的难磁化轴向的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为750，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到12的值。
[实施例18]
对于上述实施例10，将Co系非晶质合金层的组成Co87Zr5Nb8改变成Co89Zr6Ta5。除此以外，按照与上述实施例10同样的方式，形成本发明的复合磁性薄膜(实施例18)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到14.4kG(1.44T)的饱和磁化、0.6Oe(47.75A/m)的易磁化轴向的矫顽力、0.7Oe(55.76A/m)的难磁化轴向的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为520，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到15的值。
[实施例19]
对于上述实施例10，将Co系非晶质合金层的组成Co87Zr5Nb8改变成Co80Fe9Zr3B8。除此以外，按照与上述实施例10同样的方式，形成本发明的复合磁性薄膜(实施例19)。
采用依据上述的实施例的方法求出该复合磁性薄膜的物性值，结果分别得到15.0kG(1.50T)的饱和磁化、0.6Oe(47.75A/m)的易磁化轴向的矫顽力、0.7Oe(55.76A/m)的难磁化轴向的矫顽力。
另外，在1GHz下的磁导率的实数部(μ’)为530，在1GHz下的性能指数Q(Q＝μ’/μ”)得到17的值。
图25汇总地示出了在实施例10～19、比较例5中制作的磁性薄膜的磁特性等。
如图25所示，本发明的各实施例可得到1.4T或以上的饱和磁化、1.5GHz或以上的共振频率、5.0或以上的Q值。其中，T1在0.5～3.0nm的范围、并且T1/T2在0.8～3.0的范围的实施例10～13、16、17、18和19可得到1.4T或以上的饱和磁化、2.0GHz或以上的共振频率、10.0或以上的Q值。
[实施例20～27]
薄膜形成用的靶为以下的靶，除此以外，按照与实施例1同样的方式，在形成图26所示的磁性薄膜的同时，测定了其磁特性等物性值。其结果一并示于图26。
磁性薄膜含有Fe-Co-C5膜，使用了在Fe70Co30靶上配置了C(碳)切片的复合靶。另外，含有Fe-B5膜的磁性薄膜，使用Fe95B5合金靶；另外，含有Fe-Co-B5膜的磁性薄膜，使用Fe65Co30B5合金靶。含有Fe-C5-N5膜的磁性薄膜，通过使用了在Fe靶上配置了C切片的复合靶的溅射中导入N(氮)气而制作；另外，含有FeCo-C5-N5膜的磁性薄膜，通过使用了在Fe70Co30靶上配置了C切片的复合靶的溅射中导入N(氮)气而制作。
如图26的实施例20所示知道，通过将第1膜定为Fe-Co-C5膜，与将Fe-C5膜定为第1膜的实施例1比，饱和磁化和磁导率的实数部提高了。
另外，由图26的实施例21～25知道，在第1膜中不仅适用C，还能够适用B和/或N。
再有，比较图26的实施例20、26和27知道，为了得到特别优异的特性，按规定限制T1和T1/T2是重要的。
如以上详细叙述的那样，根据本发明能够得到具有高的饱和磁化、同时在GHz的高频带显示高磁导率和性能指数Q的高频用磁性薄膜。

Claims (16)

1.一种高频用磁性薄膜，其含有：
由T-L组合物构成的第1层，其中T是Fe或FeCo，L为C、B之中的1种或2种；和
在所述第1层的任意的面上被配置的由Co系非晶质合金构成的第2层。
2.根据权利要求1所记载的高频用磁性薄膜，其中，多个所述第1层和多个所述第2层被层叠而构成多层膜结构。
3.根据权利要求1所记载的高频用磁性薄膜，其中，在1GHz下的复数磁导率的实数部为400或以上、并且性能指数Q为4或以上、饱和磁化为14kGs或以上。
4.根据权利要求2所记载的高频用磁性薄膜，其中，在1GHz下的复数磁导率的实数部为400或以上、并且性能指数Q为4或以上、饱和磁化为14kGs或以上。
5.根据权利要求3所记载的高频用磁性薄膜，其中，在将所述第1层的厚度记为T1、所述第2层的厚度记为T2的情况下，T1在3～70nm的范围内、并且T1/T2在0.15～3.50的范围。
6.根据权利要求4所记载的高频用磁性薄膜，其中，在将所述第1层的厚度记为T1、所述第2层的厚度记为T2的情况下，T1在3～70nm的范围内、并且T1/T2在0.15～3.50的范围。
7.根据权利要求1或2所记载的高频用磁性薄膜，其中，在1GHz下的复数磁导率的实数部为500或以上、并且性能指数Q为10或以上、饱和磁化为14kGs或以上。
8.根据权利要求7所记载的高频用磁性薄膜，其中，在将所述第1层的厚度记为T1、所述第2层的厚度记为T2的情况下，所述第1层的厚度T1在0.5～3.0nm的范围、并且T1/T2在0.8～3.0的范围。
9.根据权利要求1～6的任1项所记载的高频用磁性薄膜，其中，所述第2层以Co为主成分，并含有选自B、C、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W之中的至少1种添加元素。
10.根据权利要求1～6的任1项所记载的高频用磁性薄膜，其中，所述第2层从CoZr、CoHf、CoNb、CoMo、CoZrNb、CoZrTa、CoFeZr、CoFeNb、CoTiNb、CoZrMo、CoFeB、CoZrNbMo、CoZrMoNi、CoFeZrB、CoFeSiB、CoZrCrMo中选择。
11.根据权利要求1～6的任1项所记载的高频用磁性薄膜，其中，所述第1层中所含有的L元素的浓度为2～20原子％。
12.一种复合磁性薄膜，其中，交替地层叠了
以Fe或FeCo为主成分，单层膜具有饱和磁化16kGs或以上的特性，并且由长宽比为1.4或以下的柱状结构、或者非晶质结构构成的第1层；和
以Co为主成分，单层膜具有在10MHz的测定频率下测得的磁导率为1000或以上、饱和磁化为10kGs或以上、比电阻为100μΩcm或以上的特性的第2层。
13.一种具有高频用磁性薄膜的磁性元件，其中，所述高频用磁性薄膜是交替地层叠了由T-L组合物构成的第1层、和在所述第1层的任意的面上被配置的由Co系非晶质合金构成的第2层的多层膜，其中T是Fe或FeCo，L为C、B之中的1种或2种。
14.根据权利要求13所记载的磁性元件，其中，所述磁性元件具有夹持线圈而对向配置的所述高频用磁性薄膜。
15.根据权利要求14所记载的磁性元件，其中，所述磁性元件是电感器或变压器。
16.根据权利要求14所记载的磁性元件，其中，所述磁性元件是在单片式微波集成电路中使用的电感器。
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