CN1720596A - 高频用磁性薄膜、复合磁性薄膜和利用这些磁性薄膜的磁性元件 - Google Patents

高频用磁性薄膜、复合磁性薄膜和利用这些磁性薄膜的磁性元件 Download PDF

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Abstract

通过组合由T－L组合物(其中，T＝Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素)构成的T－L组合物层5、和配置在该T－L组合物层5的任一面侧的Co系非晶质合金层3，可得到兼有高导磁率和高饱和磁化的高频用磁性薄膜1。而且除T－L组合物层5和Co系非晶质合金层3以外，通过进一步配置比T－L组合物层5和Co系非晶质合金层3表现出更高电阻的高电阻层7，就可以得到兼有高导磁率和高饱和磁化、同时表现出高比电阻的高频用磁性薄膜1。

Description

高频用磁性薄膜、复合磁性薄膜和利用这些磁性薄膜的磁性元件
技术领域
本发明涉及适用于千兆赫(GHz)高频带的磁性薄膜和利用磁性薄膜的磁性元件。
背景技术
伴随着磁性元件的小型化和高性能化，要求具有高饱和磁化、且在千兆赫频带(以下称GHz频带)的高频带具有高导磁率的磁性薄膜材料。
例如，以无线电收发信装置和便携式信息终端为中心，需求正高涨的单片微波集成电路(MMIC)是这样的高频集成电路，该高频集成电路的构成是将晶体管等有源元件和线路、电阻、电容器、电感器等无源元件成批且一体化地制作在Si、GaAs、InP等半导体基板上。
在这样的MMIC上，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。无源元件这样大面积占有的结果是，导致价格昂贵的半导体基板的大量消费，即带来MMIC成本的升高。因此，为缩小芯片面积，降低MMIC的制造成本，缩小无源元件所占的面积就成为研究的课题。
作为MMIC的电感器，大多使用平面型螺旋线圈。在螺旋线圈的上下面、或者是单面上插入软磁性薄膜从而增加电感的方法(换句话说，即使以小的占有面积也可以获得以前的电感的方法)已经被提了出来(例如，J.Appl.Phys.85，7919(1999))。
但是，为了将磁性材料应用到MMIC的电感器上，首先，要求有在GHz频带的导磁率高，而且损耗少的薄膜磁性材料。进一步说，为减少涡流损失，还要求薄膜磁性材料具有大的比电阻。
以前，作为具有高饱和磁化的磁性材料，人们熟知的是以Fe或FeCo为主要成分的合金。但是，当采用溅射等成膜技术制造由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，但顽磁力大，且比电阻减少，难以获得良好的高频特性。
另一方面，作为软磁特性优良的材料，为人所知的是Co系非晶质合金。该Co系非晶质合金以非晶质为主体，其中该非晶质以Co为主要成分，含有从Y、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta等元素中选择的至少1种元素。但是，当用溅射等成膜技术制造具有零磁致伸缩组成的Co系非晶质合金的磁性薄膜时，虽然该膜的导磁率大，但饱和磁化约为11kG(1.1T)，比Fe系小。再者，在达到及超过100MHz左右的频率之后，损耗成分(导磁率的虚数部μ”)就会增大，性能指数Q值就会为1或以下，这作为在GHz频带使用的磁性材料不能说是合适的。
为使用这样难以应用的材料制作出GHz频带的电感器，也尝试过如下的方法，即通过使磁性薄膜线微细化，增加形状各向异性的能量，从而使共振频率移向高频一侧(例如，日本応用磁気学会誌，24，879(2000))。但是，该方法存在工序复杂、同时磁性薄膜的有效导磁率下降的问题。
根据这样的实际情况，人们就通过交互层叠软磁性层和高饱和磁化层的多层膜来获得高饱和磁化的薄膜进行了研究。即，CoZr/Fe(日本応用磁気学会誌，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(日本応用磁気学会誌，15，403(1991))等各式各样的组合的例子已有报道。这些例子在提高饱和磁化上都有效。但是，高频带的导磁率都没有提高，不能期待应用到GHz频带。而且由于比电阻不够大，为100μΩcm或以下，所以因表皮效应引起的高频损耗增大了，难以应用到高频用电感器。
发明内容
本发明就是在这样的实际状况下提出来的，其目的在于：提供一种在GHz频带有高的导磁率、且有高的饱和磁化、同时具备高比电阻的高频用磁性薄膜。本发明的另一个目的是，提供使用这样的磁性薄膜的磁性元件。
为了得到在GHz频带有高的导磁率、而且有高的饱和磁化、同时具备高比电阻的高频用磁性薄膜，本发明者进行了各式各样的研究。其结果发现：通过组合由T-L组合物(其中，T是Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素)构成的第1层和由配置在第1层的任一面侧的Co系非晶质合金构成的第2层，可以获得兼有高导磁率和高饱和磁化的高频用磁性薄膜。而且还发现：通过进一步配置比第1层和第2层表现出更高电阻的第3层，可以获得在兼有高导磁率和高饱和磁化的同时，还表现出高比电阻的高频用磁性薄膜。也就是说，本发明提供一种高频用磁性薄膜，其特征在于，该磁性薄膜含有：由T-L组合物(其中，T是Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素)构成的第1层，由配置在第1层的任一面侧的Co系非晶质合金构成的第2层，以及被配置在第1层或第2层的任一侧、比第1层和第2层表现出更高电阻的第3层；多个第1层、多个第2层和多个第3层层叠起来而形成多层膜构造。另外，优选使用T-L组合物(其中，T是Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素)和Co系非晶质合金的理由，在后述的实施方案中将进行详细说明。
在具有以上构成的本发明的高频用磁性薄膜中，第3层有助于降低主要因表皮效应而引起的高频损耗。为有效地抑制因表皮效应而引起的高频损耗，优选的是第1层和第2层的层叠每每重复预定的次数，便配置第3层。在这里，预定的次数例如可以设定为1～5。例如，将预定的次数设定为2时，就是第1层和第2层各自层叠2层时，便层叠1层第3层。
作为构成T-L组合物的T，优选为FeCo。
在选择FeCo作为T的情况下，Co的浓度优选为10～50原子％。
另外，作为构成T-L组合物的L，优选为C或/和B。
Co系非晶质合金是以Co为主要成分，且含有M元素(其中，M是从B、C、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta以及W中选择的至少1种元素)是合适的。在这种情况下，Co系非晶质合金中M元素的浓度优选为10～30原子％。
在本发明的高频用磁性薄膜中，可以用粒状结构膜、氧化物膜、氮化物膜和氟化膜之中的至少1种构成第3层。根据本发明的高频用磁性薄膜，在层叠第1层、第2层和第3层的状态下，可以得到优良的特性，饱和磁化为14kG(1.4T)或以上，且比电阻为200μΩcm或以上。而且也可以使1GHz的复数导磁率的实数部(μ’)为300或以上，同时使性能指数Q(Q＝μ’/μ”)为10或以上。此外，在本发明中，这些特性可以在成膜后保持不变的状态下得到。也就是说，不论成膜完成以后的经过时间如何，都可以根据成膜后例如在没有施加热处理等处理的状态下所测量的数值来判断是否具备本发明预定的特性。但是，即使在成膜后施加热处理等处理的情况下，具备本发明预定的特性不用说包含在本发明的范围内。这些事项在以下也同样。
正如上面所叙述那样，将第1层设定为T-L组合物(其中，T是Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素)，将第2层设定为Co系非晶质合金，由此可以实现高导磁率和高饱和磁化。而且根据本发明者的研究，控制第1层的膜厚和第2层的膜厚在得到所要求的导磁率和饱和磁化方面非常有效。因此，本发明推荐：当把第1层的厚度设为T1、第2层的厚度设为T2时，将T1设定为0.5～3.0nm的范围，且将T1/T2设定为0.8～3.0的范围。另外，当T1在3～70nm的范围时，T1/T2设定为0.15～3.50的范围是有效的。
本发明进一步提供一种复合磁性薄膜，其特征在于，该复合磁性薄膜配设有：以Fe或FeCo为主要成分、单层膜具有饱和磁化为16kG(1.6T)或以上的特性、且由纵横比为1.4或以下的柱状结构或非晶质结构构成的第1层；以Co为主要成分、单层膜具有导磁率为1000或以上(测量频率：10MHz)，饱和磁化为10kG(1.0T)或以上、比电阻为100μΩcm或以上的特性的第2层；以及在层叠这些第1层和第2层的层叠体的表面和/或内部配置的、比第2层表现出更高电阻的第3层。在这里，通过使用磁性体作为第3层，可以得到兼有高磁特性和高电阻的复合磁性薄膜。作为磁性体，例如优选粒状结构的物质。另外，复合磁性薄膜的总厚度优选为200～3000nm。
由于第3层的存在，可以得到高电阻，但是，当相对于复合磁性薄膜的占有率超过40体积％时，第1层和第2层所占的比例减少，饱和磁化和导磁率的实数部的数值有降低的倾向。为此，在本发明中，第3层相对于复合磁性薄膜的占有率设定为40体积％或以下，优选为3～20体积％。
另外，通过使上述第1层为非晶质结构，可以得到更高的软磁特性。
更进一步说，本发明提供一种适合在GHz频带使用的电感器或变压器等磁性元件。也就是说，本发明提供一种具有高频用磁性薄膜的磁性元件，其特征在于：高频用磁性薄膜含有：由T-L组合物(其中，T是Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素)构成的第1层，由配置在第1层的任一面侧的Co系非晶质合金构成的第2层，以及配置在第1层或第2层的任一侧、比第1层和第2层表现出更高电阻的第3层；多个第1层、多个第2层和多个第3层层叠起来而形成多层膜构造。
在这里，第3层优选由粒状结构膜构成。
另外，T-L组合物层中含有的L元素的浓度优选2～20原子％。
作为本发明的磁性元件，可列举出电感器、变压器等，更具体地说，可列举出具有相对配置以便挟持线圈的高频用磁性薄膜的磁性元件、用于单片微波集成电路的电感器等。
附图说明
图1是本实施方案的高频用磁性薄膜的剖视图。
图2是表示厚度T1为3nm或以下的Fe-C薄膜和CoZrNb非晶质合金薄膜层叠而成的复合磁性薄膜的X线衍射结果的图。
图3是表示Fe系或FeCo系薄膜的晶粒状态的剖面示意图。
图4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5是图4的局部放大剖视图。
图6是与图1的层叠周期不同的、本实施方案的高频用磁性薄膜的剖视图。
图7是表示适用本实施方案的高频用磁性薄膜的电感器的一个例子的平面图。
图8是图7的A-A向剖视图。
图9是表示适用本发明的高频用磁性薄膜的电感器的其它例子的剖视图。
图10是表示适用本实施方案的高频用磁性薄膜的电感器的其它例子的平面图。
图11是图10的A-A向剖视图。
图12是表示在实施例1～8、比较例1中得到的复合磁性薄膜的结构的图表。
图13是表示在实施例1～8、比较例1中得到的复合磁性薄膜的磁特性、高频导磁率特性和比电阻的图表。
图14是实施例4制作的复合磁性薄膜的剖面示意图。
图15是表示实施例9～15得到的复合磁性薄膜的结构、磁特性、高频导磁率特性和比电阻的图表。
图16是表示实施例16～26得到的复合磁性薄膜的结构、磁特性、高频导磁率特性和比电阻的图表。
具体实施方式
以下，就本实施方案中的高频用磁性薄膜进行详细说明。
本实施方案中的高频用磁性薄膜(复合磁性薄膜)1正如图1的示意剖视图所示的那样，是多个Co系非晶质合金层(第2层)3、多个T-L组合物层(第1层)5和多个高电阻层(第3层)层叠起来而形成多层膜结构的复合磁性薄膜。在图1所示的实施方案中，举例说明了由4层Co系非晶质合金层3、4层T-L组合物层5、2层高电阻层7，总计10层构成的多层膜结构。如图1所示，T-L组合物层5配置在Co系非晶质合金层3一方的面侧。另外，高电阻层7配置在Co系非晶质合金层3或T-L组合物层5的任一侧。
首先，就T-L组合物层5进行说明。
T-L组合物层5的T是Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素。由以Fe或FeCo为主要成分的合金构成的薄膜，虽然表现出高的饱和磁化，但具有顽磁力增大、且比电阻减少的倾向。因此，本发明含有能提高软磁特性的L(从C、B和N中选择的至少1种元素)。在此，T-L组合物层5包含2种形态。第1种形态是具有T-L组合物层5的纵横比在1.4或以下的柱状结构的形态。通过形成该第1种形态，能够得到高饱和磁化和优良的软磁特性。另外，第2种形态是非晶质结构。通过使T-L组合物层5形成非晶质结构，能够实现软磁特性的进一步提高和高电阻。为在高频特性上表现出效果，T-L组合物层5优选单层膜具有饱和磁化为16kG(1.6T)或以上的特性。
此外，在T-L组合物层5具有纵横比为1.4或以下的柱状结构的形态中，也正如后面所叙述的那样，在薄膜形成的初期阶段由于形成非晶质结构，因而本发明所谓的柱状结构就解释为含有这个非晶质结构部分的意思。
当T-L组合物层5的膜厚增加、纵横比超过1.4而成为2.0或以上时，则垂直磁场的各向异性就会显著地表现出来，软磁特性就会恶化。在本发明中，最优选T-L组合物层5中存在的所有晶粒的纵横比为1.4或以下，但是，允许部分含有该纵横比的增加部分为30％或以下，进而为10％或以下的晶粒。所以，本发明将T-L组合物层5的厚度(T1)设定为100nm或以下，优选设定为70nm或以下。在此，如果T1为3nm或以下，则T-L组合物层5就如后面所叙述的那样，成为非晶质结构。在性能方面，例如即使使T1减薄到0.2nm，也不会发生性能的降低，但是，T1过薄时层叠次数增加，所以成膜时间延长，从而出现制造上的不便利。因此，T1优选设定为0.5nm或以上，进一步优选设定为1.0nm或以上。
在此，厚度T1为3nm或以下的Fe-C薄膜和CoZrNb非晶质合金薄膜层叠而成的复合磁性薄膜的X线衍射结果表示如图2所示。从图2可知：Fe-C薄膜的厚度为3nm或以下的层叠膜，其Fe-C的bcc(110)晶面的衍射峰值表现出典型的非晶质的宽峰形状。
本发明的T-L组合物层5，其中所含有的L元素(从C、B和N中选择的至少1种元素)的浓度设定为2～20原子％，优选设定为4～10原子％。如果L元素浓度不足2原子％，那么bcc结构的柱状晶相对于基板就容易在垂直方向生长，导致顽磁力增大。加之比电阻减少，因而难以获得良好的高频特性。另一方面，如果L元素浓度超过20原子％，那么由于各向异性磁场减少，将出现共振频率的降低，作为高频用的薄膜难以充分发挥其功能。另外，作为T优选采用FeCo。通过采用FeCo作为T，能够得到比单一Fe的情况更高的饱和磁化。这时的Co含量，可以在80原子％或以下的范围加以适当的确定，但优选的含有范围是10～50原子％，更优选含有的范围是20～50原子％。另外，除Fe、FeCo以外，本发明允许在不对本发明产生不良影响的范围内含有其它的元素。
其次，就Co系非晶质合金层3进行说明。
Co系非晶质合金由于具有高导磁率和高电阻(比电阻为100～150μΩcm)的特征，所以在抑制高频带的涡流损耗方面是有效的。因此，在本发明中，作为接触第1层即T-L组合物层5的第2层，采用Co系的非晶质合金。另外，如果第2层是非晶质材料，那么，即使第1层是柱状构造，也由于其生长会因第2层而被截断，所以不会成为连续的柱状结构。假设在采用结晶质材料作为第2层的情况下，接触第2层的任一面的第1层，其晶粒的生长受到第2层的晶体结构的影响而成为连续的柱状结构，因而是不优选的。
Co系非晶质合金层3优选其单层膜具有如下特征，即导磁率为1000或以上(测量频率：10MHz)，饱和磁化为10kG(1.0T)或以上，比电阻为100μΩcm或以上。
作为本发明中的第2层的Co系非晶质合金层3是以Co为主要成分、且含有M元素(其中，M是从B、C、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta以及W中选择的至少1种元素)而形成的，该物质是以非晶质相为主体构成的。添加元素的比例(对于2种或更多种的情况是其总量)通常设定为5～50原子％，优选设定为10～30原子％。如果添加元素的比例太多，就会产生饱和磁化减少的问题，另外，如果添加元素的比例太少，磁致伸缩的控制就变得困难，产生得不到有效的软磁特性的问题。
作为构成Co系非晶质合金层3的合适的组成系的例子，可列举的有：CoZr、CoHf、CoNb、CoMo、CoZrNb、CoZrTa、CoFeZr、CoFeNb、CoTiNb、CoZrMo、CoFeB、CoZrNbMo、CoZrMoNi、CoFeZrB、CoFeSiB、CoZrCrMo等。
通过组合上述的T-L组合物层5和配在置T-L组合物层5的任一面侧的Co系非晶质合金层3，可以得到兼有高导磁率和高饱和磁化的高频用磁性薄膜1，下面就其理由进行说明。
本发明的高频用磁性薄膜1适合在数百MHz以上的频带、特别是在1GHz或以上的高频带使用。这种高频带下的导磁率(以下仅称“高频导磁率”)与试样的各种物性有着复杂的关系。作为与该导磁率关系最密切的物性，有各向异性磁场和饱和磁化。大体上，导磁率和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次方成正比。在此，共振频率可以用下式(1)表示。此外，式(1)中，fr表示共振频率，γ表示陀螺磁常数，Hk表示各向异性磁场，4πMs表示饱和磁化。
fr＝(γ/2π)[Hk4πMs]1/2        式(1)
因此，通过增大材料的各向异性磁场和饱和磁化，可以提高共振频率、提高使用极限频率。为将作为以前的Co系非晶质合金薄膜具有代表性的一个例子即CoZrNb非结晶质合金薄膜的共振频率提高到2GHz，下面用上述式(1)计算一下所必要的各向异性磁场。于是，计算出来需要44Oe(3501A/m)或以上的各向异性磁场。根据该算出的结果，可知一般很难将只有15Oe(1193A/m)左右的各向异性磁场的该薄膜应用到GHz频带。
但是，为实现2GHz的共振频率所必需的各向异性磁场，在饱和磁化为14kG(1.4T)时是36Oe(2864A/m)、在饱和磁化为18kG(1.8T)时是28Oe(2228A/m)，通过组合饱和磁化和结晶磁性各向异性大的Fe系合金或FeCo系合金，可以期待实现必需的饱和磁化和各向异性磁场。
迄今广为人知的是，以Fe或FeCo为主要成分的合金可作为表现出高饱和磁化的材料。但是，当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，但顽磁力大，且比电阻减少，难以获得良好的高频特性。作为其主要原因，认为有以下因素：即如图3所示，用溅射等方法成膜的Fe系或FeCo系的薄膜101沿基板100的垂直方向生长为柱状，则起因于该柱状结构的垂直磁各向异性的发生就被认为是个问题。
但是，本发明者进行了潜心的研究，结果在往Fe中添加预定量的C(碳)的Fe-C薄膜中，发现了以下情况：
(1)尽管具有预定厚度的Fe-C薄膜也呈柱状结构，但是，如果厚度是70nm左右或以下，就会由于柱状结构的纵横比(柱的长度和宽度的比，长度÷宽度)小，因而能获得优良的软磁特性。具体地说，柱状生长的Fe-C的平均宽度为大约50nm，当厚度生长到柱状构造的纵横比为1.4或以下的70nm左右时，就能抑制因柱状构造而引起的软磁特性的恶化。为得到这样的纵横比的Fe-C薄膜，如图4所示，使Co系非结晶质合金薄膜111介于Fe-C薄膜112和Fe-C薄膜112之间是有效的。这是因为这样一来，就能阻止Fe-C晶粒生长为连续的柱状结构。
(2)在详尽研究了Fe-C薄膜的生长过程后，结果发现：在厚度达到约3nm或以下的膜生长的初期阶段，由于晶粒直径处于3nm或以下的微晶状态，进而不稳定表面的比例增加，所以出现非晶质(amorphousness)的特征。即如图5所示，Fe-C薄膜121由在基板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。是否是非晶质可以根据X射线衍射来判断，在Fe-C薄膜的情况下，非晶质不会出现Fe-C的bcc(110)晶面的衍射峰。这样的非晶质结构的薄膜当然不会成为柱状构造，可以得到起因于非晶质结构的高阻抗(100μΩcm或以上)特性。因此，如果采用层叠Fe-C薄膜和Co系非晶质合金薄膜的形态，那么，软磁特性不用说，就是高电阻化也能实现，可以获得在GHz频带的导磁率大、同时能抑制涡流损耗、性能指数大的磁性薄膜。
以上(1)、(2)的事项不限于Fe-C薄膜，即使是FeCo-C薄膜、进而是用B或N置换C的情况也是有效的。
根据以上的理由，通过将软磁特性优良的Co系非晶质合金层3配置在具有高饱和磁化且高各向异性磁场的T-L组合物层5的任一面侧，便能得到兼有高导磁率和高饱和磁化的高频用磁性薄膜1。具体来说，Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5层叠而成的层叠体，表现出在1GHz的导磁率的实数部(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。
接着，如图1所示，就配置在由Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5层叠而成的层叠体的表面和/或内部的高电阻层7进行说明。
在本发明中，设置高电阻层7作为第3层是基于以下的理由。首先，比电阻和电感器的性能密切相关，通过提高高频用磁性薄膜1的比电阻，可以降低因表皮效应产生的影响，提高将高频用磁性薄膜1应用于电感器时的电感器的性能。
作为高电阻层7，如果电阻比上述的T-L组合物层5和Co系非晶质合金层3更高，则磁性体、非磁性体的任何一种都可以加以使用。具体来说，高电阻层7优选单层膜具有比电阻为300μΩcm或以上的特性。
这里，当用磁性体构成高电阻层7时，例如，可以使用粒状结构膜。通过用磁性体构成高电阻层7，便能维持高饱和磁化，同时提高比电阻。而且通过提高比电阻，也能抑制在高频带的涡流损耗。
另一方面，用非磁性体构成高电阻层7时，例如可以使用氧化物膜、氮化物膜以及氟化物膜等。通过用非磁性体构成高电阻层7，可以得到更高的比电阻。此外，氧化物膜除了有意形成的膜以外，例如也可以是通过使Co系非晶质合金层3、T-L组合物层5与氧接触而自然形成的氧化物膜。后面将这样形成的氧化膜称为自然氧化物膜。
如上所述，为提高比电阻，设置高阻抗层7是有效的，但是，如果高频用磁性薄膜1中的高电阻层7所占的比例变得过大，则软磁特性就有恶化的倾向。为此，高电阻层7所占的比例相对于高频用磁性薄膜1的体积比例设定为3～40体积％，优选设定为3～20体积％，进一步优选设定为15体积％或以下。在此，如上述那样，高电阻层7可以用磁性体或非磁性体构成，不过，高电阻层7用非磁性体构成时，高电阻层7所占的比例相对于高频用磁性薄膜1的体积比例优选设定为10体积％或以下。这是为了防止软磁特性的恶化。另一方面，高电阻层7用粒状结构等的磁性体构成时，即使高电阻层7所占的比例大到20体积％左右，也不会产生软磁特性的恶化。
作为将高阻抗层7设定为粒状结构时的组成体系的例子，可列举出M-X-Z(其中，M是从Fe、Co和Ni中选择的至少1种元素，X是Mg、Ca、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Zn、Al、Si之中的任何一种元素、或这些元素的混合物，Z是F、N、O之中的任何一种元素、或这些元素的混合物)。此外，M也可以含有C或/和B。作为将高电阻层7设定为粒状结构时的具体的组成，可列举出FeCoAlO、FeAlO、FeCoSiO、FeCoCZrO、FeNiAlO、CoMgF、FeMgF、FeCoCaF、CoAlN等。
以氧化物膜构成高电阻层7时，可采用Al2O3、SiO2等氧化物膜，以氮化物膜构成高电阻层7时，可采用AlN、Si3N4等氮化物膜，以氟化物膜构成高电阻抗层7时，可采用MgF2、CaF2等氟化物膜。
在本发明中，高电阻层7的厚度(T3)设定为20nm或以下，优选设定为15nm或以下，进一步优选设定为10nm或以下。如果高频用磁性薄膜1中的高电阻层7所占的比例在上述的范围内，则能得到高的比电阻，但另一方面，如果T3的数值不足0.5nm，就会由于层叠次数增加而产生成膜时间延长这样制造上的问题。所以，T3优选设定为0.5nm或以上，进一步优选设定为1.0nm或以上。
一般地说，可以依照所希望的特性，选择高电阻层7的种类，同时决定高电阻层7所占的比例以及厚度(T3)。
通过用以上的T-L组合物层5、Co系非晶质合金层3和高电阻层7构成高频用磁性薄膜1，就能得到1GHz的复数导磁率的实数部(μ’)为400或以上、且性能指数Q(Q＝μ’/μ”)为20或以上、饱和磁化为14kG(1.4T)或以上的高频用磁性薄膜。而且在维持这样高的磁特性的状态下，也能得到200μΩcm这样高的比电阻。此外，在GHz频带(1GHz)，导磁率的实数部(μ’)优选取尽可能大的值，并不特别设定上限值。同样，关于饱和磁化也优选取尽可能大的值，并不特别设定上限值。另外，关于比电阻也并不特别设定上限值，但是，当高电阻所占的比例过大是，从失去软磁特性和高饱和磁化特性的角度考虑，将上限优选设定为约1000μΩcm或以下。
下面就T-L组合物层5和Co系非晶质合金层3的优选厚度进行叙述。在将T-L组合物层5的厚度设为T1、Co系非晶质合金层3的厚度设为T2的情况下，有效的是T1设定为3～70nm的范围，且T1/T2设定为0.15～3.50，优选设定为0.25～2.50。如果该值超过3.50，则T-L组合物层5成膜时出现柱状结构，且各向异性磁场和难磁化轴方向的顽磁力(Hch)急剧增大等，导致垂直磁各向异性的发生。为此，就会产生不能得到良好的软磁性特性的问题。另外，如果该值不足0.15，则不能得到14kG(1.4T)或以上的饱和磁化。因此，在T-L组合物层5的厚度T1为3～70nm的范围时，优选将T1/T2设定为0.15～3.50。
另外，在T-L组合物层5的厚度设为T1、Co系非晶质合金层3的厚度设为T2时，有效的是将T1设定为0.5～3.0nm的范围，且使T1/T2在0.8～3.0的范围内。
当T1/T2超过3.0时，则FeC粒子生长很大，即使考虑高电阻层7的存在，也难以得到200μΩcm或以上的高比电阻。另外，如果该值不足0.8，那么高饱和磁化的T-L组合物层5的比例将减少，从而难以使共振频率处在高频侧。优选的T1/T2值为1.0～2.5。
通过将上述的T1以及T1/T2设定在本发明的范围内，且在上述的范围内控制高电阻层7所占的比例，便可以获得特性极其优良的复合磁性薄膜，其比电阻为200μΩcm或以上，且1GHz的复数导磁率的实数部(μ’)为300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。此外，正如前面所叙述的那样，这样的特性的测量是在成膜后不实施热处理等而保持不变的状态下进行的。
在本发明的高频用磁性薄膜1中，对于T-L组合物层5、Co系非晶质合金层3和高电阻层7的总计层叠次数并没有限制，但通常设定为5～3000次，优选设定为10～700次左右。在高频用磁性薄膜1中，同一种类(T-L组合物层5、Co系非晶质合金层3或高电阻层7)的膜通常形成为具有相同的膜厚。但是，作为稀少的情况，即使是同一种类的膜，有时也可能会因层叠部位的不同，使成膜厚度与其它的部分不同。作为极端的例子，例如将中间附近的T-L组合物层5的膜厚设定为20nm，T-L组合物层5上下2层的膜厚各自设定为5nm，这样的做法也根据情况可能存在。在这样的情况下，本申请中的T-L组合物层5的膜厚可以根据算术平均的厚度(Tf)计算出来。在上述例子中，选择算术平均值即Tf＝10nm的数值，例如就可以求出Tf/Tc(Tc是Co系非晶质合金层3的膜厚的算术平均值)。另外，本发明的高频用磁性薄膜1允许配設除Co系非晶质合金层3、T-L组合物层5和高电阻层7以外的层。
这样的本发明的高频用磁性薄膜1的厚度设定为200～3000nm，优选设定为300～2000nm。该值如果不足200nm，那么应用于平面型磁性元件时，可能产生难以担负所希望的容量的问题。另外，即使作为具备后述的图10和图11所示的磁性薄膜的有芯线圈的形态，与空芯线圈相比，也会具有电感增加不足10％的倾向，产生磁性薄膜的效果不能充分发挥的问题。此外，如果该值超过3000nm，那么因表皮效应而引起的高频损耗变得明显，可能产生GHz频带的损耗增大的问题。
本发明的高频用磁性薄膜1优选用真空薄膜形成方法、特别是溅射法来形成。更具体地说，可以采用RF溅射、DC溅射、磁控溅射、离子束溅射、电感耦合RF等离子体辅助溅射、ECR溅射、对靶式溅射、多靶溅射等。
作为用于形成Co系非晶质合金层3的靶，可以使用在Co靶上配置所要求的添加元素的颗粒而成的复合靶，或者使用含有所要求的添加成分的Co合金靶。
作为用于形成T-L组合物层5的靶，可以使用在Fe(或FeCo合金)靶上配置L元素的颗粒的复合靶，或者使用Fe(或FeCo)和L元素的合金靶。L元素的浓度调整例如只要调整L元素颗粒的数量就行。
作为用于形成粒状结构的高电阻层7的靶，可以使用在Fe(或Ni、Co、FeCo合金等)靶上配置X元素和Y元素的颗粒的复合靶，或者使用X元素、Y元素和Fe(或Ni、Co、FeCo合金等)的合金靶。
此外，溅射毕竟只是本发明的一种方案，当然可以使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，请参照后述的实施例。
以上，用图1等表示了由多个Co系非晶质合金层3、多个T-L组合物层5和多个高电阻层7层叠起来而形成多层膜结构的本发明高频用磁性薄膜1的构成和特征。图1表示了如下的层叠形态(层叠周期)，即在Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5各自交替层叠2层后，再配置1层高电阻层7，但是，层叠形态并不局限于此。也就是说，Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5的层叠每重复预定的次数，就可以配置高电阻层7。在此，例如，如果预定的次数是1，则如图6所示，就是Co系非晶质合金层3、T-L组合物层5、高电阻层7依次层叠。另一方面，例如，如果预定的次数是3，则是Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5的层叠各反复3次，合计达6层时，再配置1层高电阻层7。
以上的层叠周期用式(2)表示。
〔{(T2/T1)×n}/T3〕×m           式(2)
在此，如上所述，T2表示Co系非晶质合金层3的厚度，T1表示T-L组合物层5的厚度，T3表示高电阻层7的厚度。式(2)中，「/」并不意味着是分数。也就是说，「T2/T1」并不意味着用T1的值除T2的值，而是指使Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5相接触并层叠起来。
另外，n表示本发明所说的「预定的次数」。在本发明中，推荐n＝1～5。如果n超过5，即使降低T2和T1的值，也难以减少因表皮效应而引起的高频损耗。
m是为了使高频用磁性薄膜1的总厚度为200～2000nm而任意设定的系数。
所以，在n＝2时，如图1所示，就是Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5各自交替层叠2层后，再层叠1层高电阻层7。在此，假定T-L组合物层5的厚度T1、Co系非晶质合金层3的厚度T2、高电阻层7的厚度T3是各自为1.0nm。在这种情况下，Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5各自层叠2层以后，再层叠1层高电阻层7，经过这样1个循环周期，厚度就达到5.0nm。为此，为了使高频用磁性薄膜1的总厚度达到200～2000nm，m设定为40～400。
在含有Co系非晶质合金层3、T-L组合物层5、高电阻层7的高频用磁性薄膜1中，通过采用(2)式所示的层叠周期，可以将1GHz的表皮深度(skin depth)设定为1.0μm或以上。在此，表皮深度用以下的式(3)表示。此外，式(3)中，6表示表皮深度，ω表示角频率，μ表示导磁率，σ表示电导率。
δ = 2 ωμσ 式(3)
以上参照式(2)，就层叠周期进行了说明，但是，这毕竟只是一个例子，并不排除其它的层叠形态。例如，使以下例示的第1周期(n＝2)和第2周期(n＝3)交替反复，也能使n任意变动。
(例)
第1周期(n＝2)
Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5交替层叠各2层后，再层叠1层高电阻层7。
第2周期(n＝3)
Co系非晶质合金层3和T-L组合物层5交替层叠各3层后，再层叠1层高电阻层7。
在此，Co系非晶质合金层3表示为(3)、T-L组合物层5表示为(5)、高抵抗层7表示为(7)，则第1周期(n＝2)和第2周期(n＝3)交替反复各2次的层叠形态如下所示：
(3)(5)(3)(5)(7)(3)(5)(3)(5)(3)(5)(7)(3)(5)(3)(5)(7)(3)(5)(3)(5)(3)(5)(7)
其次，就形成本发明的高频用磁性薄膜1的基板2进行说明。
作为形成本发明的高频用磁性薄膜1的基板2(图1)，可以例示出玻璃基板、陶瓷材料基板、半导体基板、树脂基板等。作为陶瓷材料，可以列举出氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、氮化铝、块滑石(steatite)、莫来石(mullite)、堇青石(cordierite)、镁橄榄石、尖晶石、自然铁(ferrite)等。其中，优先使用热传导率大、弯曲强度也大的氮化铝。
另外，本发明的高频用磁性薄膜1像上述那样具有非常优良的高频特性，同时在室温成膜后保持不变的状态下可以发挥其性能。为此，是最适合于用MMIC之类的半导体工艺制作的高频集成电路的材料。因此，作为基板11、基板21和基板31(如后述的图8、图9和图11所示)，可例示出Si、GaAs、InP、SiGe等半导体基板。另外，本发明的高频用磁性薄膜1也当然可以在各式各样的陶瓷材料和树脂基板上成膜。
继而列出适用于本发明的高频用磁性薄膜1的磁性元件的具体例。
将平面型的磁性元件应用到电感器的一个例子如图7和图8所示。图7示意表示电感器的平面图，图8是示意表示图7的A-A向剖面的图面。
这些图面所示的电感器10具有：基板11，在该基板11的两面形成为螺旋形状的平面线圈12、12，为覆盖这些平面线圈12、12和覆盖基板11面而形成的绝缘膜13、13，为覆盖在各自的绝缘膜13、13上而形成的一对本发明的高频用磁性薄膜1。而且上述2个平面线圈12、12通过大致在基板11的中央部位形成的通孔15进行电连接。再者，用于分别连接基板11两面的平面线圈12、12的端子16从平面线圈12、12引出到基板11的外部。这样的电感器10因为其构成是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，所以在连接端子16、16间形成了电感器。
这样形成的电感器小且薄、重量轻，特别是在1GHz或以上的高频带表现出优良的电感。
此外，在上面说明的电感器10中，可以通过并联设置多个平面线圈12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合适的实施方案如图9所示。图9示意地表示了电感器的剖面。如该图9所示，电感器20具有基板21、在该基板21上根据需要形成的氧化膜22、在该氧化膜22上形成的本发明的磁性薄膜1a以及在该磁性薄膜1a上形成的绝缘膜23，进而具有在该绝缘膜23上形成的平面线圈24、为覆盖这些平面线圈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仍然是小且薄、重量轻，特别是在1GHz或以上的高频带表现出优良的电感。而且在这样的电感器20中，可以通过并联设置多个平面线圈24而形成变压器。
但是，在薄膜电感器等的平面型磁性元件中，要求提供满足各个元件设计规格的最优的导磁率。高频带的导磁率与各向异性磁场密切相关，高频带的导磁率与各向异性磁场的倒数成正比。为实现高频带的高导磁率，在磁性薄膜内面需要有单轴各向异性。另外，在薄膜电感器等的平面型磁性元件中，期待直流重叠特性能提高到像磁性薄膜的饱和磁化那样高的程度。为此，饱和磁化的大小可以说在高频用磁性薄膜1的设计中是一个重要的参数。
将本发明的高频用磁性薄膜1用作MMIC用电感器的例子，如图10和图11所示。
图10示意表示了抽出电感器的导体层部分的平面图，图11是示意表示图10的A-A向剖面的图面。
这些图面所表示的电感器30如图11所示，具有基板31、在该基板31上根据需要形成的绝缘氧化膜32、在该绝缘氧化膜32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上形成的绝缘膜33，进而具有在该绝缘膜33上形成的螺旋线圈34、为覆盖该螺旋线圈34和绝缘膜33而形成的绝缘膜35以及在绝缘膜35上形成的本发明的高频用磁性薄膜1b。
另外，如图10所示，螺旋线圈34通过配线36连接到一对电极37上。而且为包围螺旋线圈34而设置的一对的接地图案(groundpattern)39所具有的形状是：其分别连接到一对接地电极38上，且通过接地—信号—接地(G-S-G)类型的探头(probe)，可在晶片(wafer：又称极板)上评价频率特性。
在与本实施的形状相关的MMIC用电感器中，所采用的是由成为磁芯的高频用磁性薄膜1a、1b夹持螺旋线圈34的有芯结构。为此，虽然螺旋线圈34是同样的形状，但与没有形成高频用磁性薄膜1a、1b的空芯结构的电感器相比，电感值大约提高50％。因此，为得到同样的电感值所需要的螺旋线圈34的占有面积也可以减少，其结果是可以实现螺旋线圈34的小型化。
但是，作为适用于MMIC用电感器的磁性薄膜的材料，要求在GHz频带具有导磁率高、且性能指数Q(低损耗)高的特性，以及可以实现通过半导体制造工艺进行的集成化。
为实现GHz频带的高导磁率，共振频率高、且饱和磁化大的材质是有利的，控制单轴磁各向异性是必要的。另外，为得到高的性能指数Q，重要的是抑制因高电阻化而引起的涡流损耗。再者，为适用于集成化工艺，优选的是在室温下能够成膜、在成膜后保持不变的状态下能够使用。这是为了使已经安置(setting)的其它在芯片上的元件(on-chip component)的性能和制作工艺不会受到因加热而产生的不良影响。
(实施例)
下面列举具体的实施例来进一步详细地说明本发明。
〔实施例1〕
按照以下的成膜方法，制作本发明的高频用磁性薄膜。
(成膜工艺流程)
将在Si晶片上沉积有100nm厚的SiO2膜的材料用作基板。
利用多靶溅射装置，按以下要领在基板上沉积(deposit)高频用磁性薄膜成膜。也就是说，将多靶溅射装置内部预先抽真空达8×10-5Pa后，引入Ar气使压力为10Pa，用100W的RF电源溅射蚀刻基板表面10分钟。
随后，调整Ar气的流量使压力为0.4Pa，用300W的电源反复溅射Co87Zr5Nb8靶、Fe靶上配置有C(碳)颗粒的复合靶和FeCo靶上配置有Al2O3(氧化铝)的复合靶，沉积(deposit)出作为由后述规格构成的高频用磁性薄膜的复合磁性薄膜。
成膜时在基板上施加了0～-80V的DC偏压。另外，为防止靶表面杂质的影响，在关闭遮挡板(shutter)的状态下溅射10分或以上。之后，通过打开遮挡板，在基板上进行成膜。关于成膜速度(rate)，在CoZrNb层的成膜时设定为0.33nm/秒，在Fe-C层(碳浓度：5原子％)的成膜时设定为0.27nm/秒，在FeCoAlO(Fe55.2-Co24.8-Al20-原子％)层的成膜时设定为0.12nm/秒。通过控制遮挡板的关闭时间来调整各层的膜厚。
(成膜周期)
首先，作为基板上的第1层，在沉积膜厚度为1.0nm的CoZrNb层后，作为第2层，在其上面形成厚度为1.0nm的Fe-C层，这样反复该成膜周期2次。接着在第4层上沉积厚度为1.0nm的FeCoAlO层。如以上那样，CoZrNb层和Fe-C层交替层叠各2层时，便沉积1层FeCoAlO层，将这样一个周期的成膜处理循环100次，便得到具有如图12所示的磁性薄膜构成的复合磁性薄膜(实施例1)(总厚度：500nm)。此外，Fe-C、CoZrNb、FeCoAlO的单层膜的比电阻表示如下：
Fe-C：40μΩcm(碳浓度：5原子％)～70μΩcm(碳浓度：7原子％)
CoZrNb：120μΩcm
(Fe55.2Co24.8Al20)O：600μΩcm
〔实施例2〕
(成膜周期)
作为基板上的第1层，沉积膜厚度为1.5nm的CoZrNb层后，作为第2层，在其上形成膜厚度为1.5nm的Fe-C层，这样反复该成膜周期3次。接着在第6层上沉积膜厚度为1.0nm的FeCoAlO层。如以上那样，CoZrNb层和Fe-C层交替层叠各3层时，便沉积1层FeCoAlO层，将这样一个周期的成膜处理循环50次，便得到具有如图12所示的磁性薄膜构成的复合磁性薄膜(实施例2)(总厚度：500nm)。此外，成膜的工艺流程与上述实施例1相同。
〔实施例3〕
(成膜周期)
作为基板上的第1层，沉积膜厚度为20.0nm的CoZrNb层后，作为第2层，在其上形成厚度为5.0nm的Fe-C层。然后，在Fe-C层上沉积2.0nm的FeCoAlO层。如以上那样，使CoZrNb层、Fe-C层和FeCoAlO层交替沉积各1层，将这样一个周期的成膜处理循环18次，便得到具有图12所示的磁性薄膜构成的复合磁性薄膜(实施例3)(总厚度：486nm)。此外，成膜的工艺流程与上述的实施例1相同。
〔实施例4〕
(成膜周期)
作为基板上的第1层，沉积膜厚度为20.0nm的CoZrNb层后，作为第2层，在其上形成厚度为50.0nm的Fe-C层。然后，在Fe-C层上沉积5.0nm的FeCoAlO层。如以上那样，使CoZrNb层、Fe-C层和FeCoAlO层交替沉积各1层，将这样一个周期的成膜处理循环7次，便得到具有如图12所示的磁性薄膜构成的复合磁性薄膜(实施例4)(总厚度：525nm)。此外，成膜的工艺流程与上述实施例1相同。
〔实施例5〕
以上的实施例1～4，无论哪一个都是用FeCoAlO层作为高电阻层7，但在实施例5中，是用SiO2代替FeCoAlO层作为高电阻层7。
除用SiO2层作为高电阻层7以及用SiO2靶作为用于形成高电阻层7的靶以外，其余经过与实施例1相同的成膜的工艺流程和相同的成膜周期，便得到具有如图12所示的磁性薄膜构成的复合磁性薄膜(实施例5)(总厚度：500nm)。此外，SiO2的单层膜的比电阻表示如下：
SiO2：～1012Ωcm
〔实施例6〕
与实施例5同样，用SiO2代替FeCoAlO层作为高电阻层7。
(成膜周期)
作为基板上的第1层，沉积膜厚度为1.0nm的CoZrNb层后，作为第2层，在其上形成厚度为1.0nm的Fe-C层。然后，在Fe-C层上沉积1.0nm的SiO2层。如以上那样，使CoZrNb层、Fe-C层和SiO2层交替沉积各1层，将这样一个周期的成膜处理循环100次，便得到具有图12所示的磁性薄膜构成的复合磁性薄膜(实施例6)(总厚度：300nm)。
〔实施例7〕
与实施例5同样，用SiO2代替FeCoAlO层作为高电阻层7。
(成膜周期)
除用SiO2层作为高电阻层7以及用SiO2靶作为用于形成高电阻层7的靶以外，其余经过与实施例4相同的成膜的工艺流程和相同的成膜周期，便得到具有如图12所示的磁性薄膜构成的复合磁性薄膜(实施例7)(总厚度：525nm)。
〔实施例8〕
代替FeCoAlO层(实施例1～4)和SiO2层(实施例5～7)，用自然氧化膜作为高电阻层7。此外，依照以下的工艺流程，形成了自然氧化膜。
(自然氧化膜形成的工艺流程)
自然氧化膜是在沉积各金属层后，通过以20sccm的流速导入为时20秒的O2气到溅射装置内部，使金属层的表面氧化而形成的。形成自然氧化膜后，将溅射装置抽真空到10-4Pa左右。其后的层叠工序在与实施例1相同的条件下进行。
除了用自然氧化膜作为高电阻层7、不需要用于形成高电阻层7的靶以外，其它经过与实施例1相同的成膜的工艺流程和相同的成膜周期，便得到具有如图12所示的磁性薄膜构成的复合磁性薄膜(实施例8)(总厚度：500nm)。
〔比较例1〕
在上述实施例1中，把Fe-C层变为Fe层。另外，不设置FeCoAlO层，通过交替层叠CoZrNb层和Fe-C层，形成比较例的复合磁性薄膜(比较例1)。此外，为达到与实施例1相同的总厚度(500nm)，CoZrNb层和Fe层的层叠次数分别设定为250次。
分别测量了实施例1～8、比较例1得到的复合磁性薄膜的磁气特性、高频导磁率特性和比电阻。结果如图13所示。此外，高频导磁率的测量用薄膜高频导磁率测量装置(成濑科学器机，PHF-F1000)，磁特性用振动试料型磁力计(理研电子，BHV-35)测量。比电阻用4探针电阻仪(マイクロスイス，附带4探针探头，エヌピイエス，∑-5)测量。另外，关于实施例1～8，复合磁性薄膜中高电阻层7的占有率(体积％)也一并表示在图13中。
如图13所示，本发明的各实施例能够具有如下特性：饱和磁化为14kG(1.4T)或以上，共振频率为2.0GHz或以上，1GHz时的导磁率的实数部(μ’)为400或以上，Q值为20或以上以及比电阻为200μΩcm或以上。因而可知：本发明的各实施例中所使用的FeCoAlO层、SiO2层和自然氧化膜，不会损害磁特性和高频导磁率特性，而在提高比电阻方面是有效的。在此，值得关注的是，在实施例1～8中，T1在0.5～3nm范围、且T1/T2在0.8～3.0范围的实施例1、2、5、6、8可以得到14kG(1.4T)或以上的饱和磁化、25或以上的Q值。另外，对于采用粒状结构膜的一种即FeCoAlO形成高电阻层7的实施例1～4，表现出200μΩcm或以上的比电阻，而且任何一个都表现出良好的磁特性和高频导磁率特性，饱和磁化为14.5kG(1.45T)或以上，1GHz时的导磁率的实数部(μ’)为400或以上。
另一方面，关于没有形成高电阻层7的比较例1，表现出70μΩcm这样不充分的比电阻。另外，1GHz时的导磁率的实数部(μ’)是150，但由于导磁率的数值小，μ”的实测值没有可靠性，不能求出性能指数Q(Q＝μ’/μ”)。
此外，还确认了实施例1～8得到的复合磁性薄膜的结构，结果弄清楚了以下情况：
(关于实施例1、2、5、6、8)
实施例1、2、5、6、8的Fe-C层的厚度是1.0～1.5nm。由X线衍射确认了这些复合磁性薄膜的结构，结果确认：Fe-C层和CoZrNb层都是非晶质。
(关于实施例4、7)
实施例4和7的Fe-C层的厚度是50.0nm。确认了这些复合磁性薄膜的结构，结果确认：Fe-C层主要是由柱状晶粒构成，该柱状结构部分的纵横比为1.4或以下。此外，关于CoZrNb层，确认它是非晶质。实施例4得到的复合磁性薄膜的剖面示意图如图14所示。
(关于实施例3)
实施例3的Fe-C层的厚度为5.0nm。确认了该复合磁性薄膜的结构，结果确认：Fe-C层是由上述的非晶质结构部分和在其上面形成的柱状结构部分构成的，该柱状结构部分的纵横比为1.4或以下。此外，还确认了CoZrNb层是非晶质。
〔实施例9〕
在上述实施例1中，将Fe-C层改变为Fe-B层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例9)。
〔实施例10〕
在上述实施例3中，把Fe-C层改变为Fe-B层。除此以外，与上述实施例3同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例10)。
〔实施例11〕
在上述实施例5中，将Fe-C层改变为Fe-B层。除此以外，与上述实施例5同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例11)。
〔实施例12〕
在上述实施例7中，将Fe-C层改变为Fe-B层。除此以外，与上述实施例7同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例12)。
此外，在实施例9～实施例12中，通过使用Fe95B5合金靶，形成了Fe-B层。
〔实施例13〕
在上述实施例1中，将Fe-C层改变为Fe-B-N层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例13)。此外，在使用Fe95B5合金靶的同时，通过在溅射中将N气引入溅射装置的溅射室内，形成了Fe-B-N层。
〔实施例14〕
在上述实施例1中，将Fe-C层改变为Fe-B-C层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例14)。此外，通过使用Fe95B5合金靶，形成了Fe-B-C层。
〔实施例15〕
在上述实施例1中，把Fe-C层改变为Fe-C-N层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例15)。此外，通过在溅射中将N气引入溅射装置的溅射室内，形成了Fe-C-N层。
分别测量了实施例9～15得到的复合磁性薄膜的磁特性、高频导磁率特性和比电阻。其结果归纳并表示在图15中。此外，磁特性、高频导磁率特性和比电阻的测量条件与上述的情况相同。
从图15的实施例9～15可知，在构成T-L组合物层5的膜中，不仅C可以适用，B和/或N也可以适用。
〔实施例16〕
在上述实施例1中，将Fe-C层改变为FeCo-C层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例16)。此外，通过使用在Fe70Co30靶上配置有C(碳)颗粒的复合靶，形成了FeCo-C层。
〔实施例17〕
在上述实施例1中，把Fe-C层改变为FeCo-B层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例17)。此外，通过使用Fe65Co30B5合金靶，形成了FeCo-B层。
〔实施例18〕
在上述实施例3中，把Fe-C层改变为FeCo-C层。除此以外，与上述实施例3同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例18)。此外，通过使用在Fe70Co30靶上配置有C(碳)颗粒的复合靶，形成了FeCo-C层。
〔实施例19〕
在上述实施例3中，把Fe-C层改变为FeCo-B层。除此以外，与上述实施例3同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例19)。此外，通过使用Fe65Co30B5合金靶，形成了FeCo-B层。
〔实施例20〕
在上述实施例5中，把Fe-C层改变为FeCo-C层。除此以外，与上述实施例5同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例20)。此外，通过使用在Fe70Co30靶上配置有C(碳)颗粒的复合靶，形成了FeCo-C层。
〔实施例21〕
在上述实施例5中，把Fe-C层改变为FeCo-B层。除此以外，与上述实施例5同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例21)。此外，通过使用Fe65Co30B5合金靶，形成了FeCo-B层。
〔实施例22〕
在上述实施例7中，把Fe-C层改变为FeCo-C层。除此以外，与上述实施例7同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例22)。此外，通过使用在Fe70Co30靶上配置有C(碳)颗粒的复合靶，形成了FeCo-C层。
〔实施例23〕
在上述实施例7中，把Fe-C层改变为FeCo-B层。除此以外，与上述实施例7同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例23)。此外，通过使用Fe65Co30B5合金靶，形成了FeCo-B层。
〔实施例24〕
在上述实施例1中，把Fe-C层改变为FeCo-B-N层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例24)。此外，在使用Fe65Co30B5合金靶的同时，通过在溅射中向溅射装置的溅射室内引入N气，形成了FeCo-B-N层。
〔实施例25〕
在上述实施例1中，把Fe-C层改变为FeCo-B-C层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例25)。此外，通过使用在Fe65Co30B5合金靶上配置有C(碳)颗粒的复合靶，形成了FeCo-B-C层。
〔实施例26〕
在上述实施例1中，把Fe-C层改变为FeCo-C-N层。除此以外，与上述实施例1同样地形成本发明的复合磁性薄膜(实施例26)。此外，在使用于Fe70Co30靶上配置有C(碳)颗粒的复合靶的同时，通过在溅射中向溅射装置的溅射室内引入N气，形成了FeCo-C-N层。
分别测量了实施例16～26得到的复合磁性薄膜的磁特性、高频导磁率特性和比电阻。其结果归纳并表示在图16中。此外，磁特性、高频导磁率特性和比电阻的测量条件与上述的情况相同。
由图16的实施例16～26可知，将T-L组合物层5的T部分设定为FeCo也是有效的。在此，值得关注的是，实施例16～26都表现出16kG(1.6T)或以上的饱和磁化。由此可知：将T-L组合物层5中的T部分设定为FeCo在提高饱和磁化上是特别有效的。
根据本发明，可以提供一种高频用磁性薄膜，其在GHz频带的高频带，具有高的导磁率且有高的饱和磁化，同时具有高的比电阻。

Claims (22)

1、一种高频用磁性薄膜，其特征在于，该磁性薄膜含有：由T-L组合物构成的第1层，由配置在所述第1层的任一面侧的Co系非晶质合金构成的第2层，以及被配置在所述第1层或所述第2层的任一侧、比所述第1层和所述第2层表现出更高电阻的第3层，其中，T是Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素；且多个所述第1层、多个所述第2层和多个所述第3层层叠而形成多层膜构造。
2、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：所述第1层和所述第2层的层叠每重复预定的次数，就配置有所述第3层。
3、如权利要求2所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：所述预定的次数为1～5。
4、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：构成所述T-L组合物的T是FeCo。
5、如权利要求4所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：所述T-L组合物中Co的浓度为10～50原子％。
6、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：构成所述T-L组合物的L是C或/和B。
7、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：所述Co系非晶质合金以Co为主要成分，且含有M元素，其中，M是从B、C、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W之中选择的至少1种元素；所述Co系非晶质合金中的所述M元素的浓度为10～30原子％。
8、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：所述第3层是粒状结构膜、氧化物膜、氮化物膜和氟化物膜之中的至少1种。
9、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：在所述第1层、所述第2层和所述第3层被层叠的状态下，饱和磁化为14kG或以上，且比电阻为200μΩcm或以上。
10、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：1GHz的复数导磁率的实数部μ’为300或以上，且性能指数Q为10或以上，其中Q＝μ’/μ”。
11、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：当将所述第1层的厚度设定为T1、将所述第2层的厚度设定为T2时，T1为0.5～3.0nm的范围，且T1/T2为0.8～3.0的范围。
12、如权利要求1所述的高频用磁性薄膜，其特征在于：当将所述第1层的厚度设定为T1、将所述第2层的厚度设定为T2时，T1为3～70nm的范围，且T1/T2为0.15～3.50的范围。
13、一种复合磁性薄膜，其特征在于，该复合磁性薄膜配设有：以Fe或FeCo为主要成分、单层膜具有饱和磁化为16kG或以上的特性、且由纵横比为1.4或以下的柱状结构或非晶质结构构成的第1层；以Co为主要成分、单层膜具有在10MHz的测量频率下测得的导磁率为1000或以上，饱和磁化为10kG或以上、比电阻为100μΩcm或以上的特性的第2层；以及在所述第1层和所述第2层层叠而成的层叠体的表面和/或内部配置的、比所述第2层表现出更高电阻的第3层。
14、如权利要求13所述的复合磁性薄膜，其特征在于：所述第3层是磁性体。
15、如权利要求13所述的复合磁性薄膜，其特征在于：所述复合磁性薄膜的总厚度为200～3000nm。
16、如权利要求13所述的复合磁性薄膜，其特征在于：所述第3层相对于所述复合磁性薄膜的占有率为40体积％或以下。
17、如权利要求16所述的复合磁性薄膜，其特征在于：所述第3层相对于所述复合磁性薄膜的占有率为3～20体积％。
18、权利要求13所述的复合磁性薄膜，其特征在于：所述第1层由非晶质结构所构成。
19、一种具有高频用磁性薄膜的磁性元件，其特征在于：所述高频用磁性薄膜含有：由T-L组合物构成的第1层，由配置在所述第1层的任一面侧的Co系非晶质合金构成的第2层，以及配置在所述第1层或所述第2层的任一侧、比所述第1层和所述第2层表现出更高电阻的第3层，其中，T是Fe或FeCo，L是从C、B和N中选择的至少1种元素；且多个所述第1层、多个所述第2层和多个所述第3层层叠起来而形成多层膜构造。
20、如权利要求19所述的磁性元件，其特征在于：所述第3层由粒状结构膜所构成。
21、如权利要求19所述的磁性元件，其特征在于：所述T-L组合物层中含有的所述L元素的浓度为2～20原子％。
22、如权利要求19所述的磁性元件，其特征在于：所述磁性元件是电感器或变压器。
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