JP2003249408A - 磁性薄膜インダクタ - Google Patents
磁性薄膜インダクタInfo
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- JP2003249408A JP2003249408A JP2002049393A JP2002049393A JP2003249408A JP 2003249408 A JP2003249408 A JP 2003249408A JP 2002049393 A JP2002049393 A JP 2002049393A JP 2002049393 A JP2002049393 A JP 2002049393A JP 2003249408 A JP2003249408 A JP 2003249408A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 GHｚレベルの高周波領域で高いQ値を得るた
めには、強磁性共鳴周波数が高くかつ高い抵抗の磁性薄
膜が必要であるが、従来用いられてきた磁性膜では抵抗
と強磁性共鳴周波数の間にトレードオフの関係があり、
特性向上には限界がある。 【解決手段】 スパイラルコイルと、前記スパイラルコ
イルを覆う絶縁膜と、前記スパイラルコイルの少なくと
も一方の側に絶縁膜を介して設けられた磁性膜層とを形
成した磁性薄膜インダクタであって、前記磁性膜層が、
強磁性金属と絶縁性化合物との混合膜、もしくは強磁性
金属層と絶縁性化合物層とを交互に積層した積層膜とす
る。特に、前記積層膜を構成する前記強磁性金属を、コ
バルト合金もしくは鉄合金で、前記混合膜もしくは前記
多層膜を構成する前記絶縁性化合物を、アルミまたはシ
リコンの酸化物、窒化物、炭化物、ほう化物で形成す
る。
めには、強磁性共鳴周波数が高くかつ高い抵抗の磁性薄
膜が必要であるが、従来用いられてきた磁性膜では抵抗
と強磁性共鳴周波数の間にトレードオフの関係があり、
特性向上には限界がある。 【解決手段】 スパイラルコイルと、前記スパイラルコ
イルを覆う絶縁膜と、前記スパイラルコイルの少なくと
も一方の側に絶縁膜を介して設けられた磁性膜層とを形
成した磁性薄膜インダクタであって、前記磁性膜層が、
強磁性金属と絶縁性化合物との混合膜、もしくは強磁性
金属層と絶縁性化合物層とを交互に積層した積層膜とす
る。特に、前記積層膜を構成する前記強磁性金属を、コ
バルト合金もしくは鉄合金で、前記混合膜もしくは前記
多層膜を構成する前記絶縁性化合物を、アルミまたはシ
リコンの酸化物、窒化物、炭化物、ほう化物で形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話など移動
体端末機器の搭載される送受信回路に実装される薄膜イ
ンダクタに関する。
体端末機器の搭載される送受信回路に実装される薄膜イ
ンダクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】携帯電話など移動体端末機器に用いられ
る送受信回路の動作周波数は増加の一途をたどり、すで
にＧＨｚのオーダーに到達する勢いである。前記送受信
回路には、回路のインピーダンス調整や電源の昇圧にも
ちいられるチョーク回路に、空心の薄膜インダクタが用
いられている。しかし、空心の薄膜インダクタにおいて
十分なインダクタンスを得るには寸法が大きくなり、小
型化の要求に相反するばかりでなく、コイル自身が有す
る直流抵抗によるエネルギーの損失が問題となってい
る。
る送受信回路の動作周波数は増加の一途をたどり、すで
にＧＨｚのオーダーに到達する勢いである。前記送受信
回路には、回路のインピーダンス調整や電源の昇圧にも
ちいられるチョーク回路に、空心の薄膜インダクタが用
いられている。しかし、空心の薄膜インダクタにおいて
十分なインダクタンスを得るには寸法が大きくなり、小
型化の要求に相反するばかりでなく、コイル自身が有す
る直流抵抗によるエネルギーの損失が問題となってい
る。
【０００３】小型のインダクタで大きなインダクタンス
を得る構造として、近年、高抵抗の軟磁性薄膜を応用し
た磁性薄膜インダクタが注目されている。例えば、日本
応用磁気学会誌、23巻、4―2号の1649―1652頁（1999）
では、４ターンのスパイラルコイル（配線をらせん状に
まとめたコイル）上にSiO2絶縁膜を介してFeAlO軟磁性
膜を形成した構造の磁性薄膜インダクタを形成し、イン
ダクタンス7.8nH、抵抗6.4Ω、１GHｚにおけるQ値7.4を
得ている。さらに、日本応用磁気学会誌、24巻、4-2号
の879-882頁（2000）では、磁性膜をパターニングする
ことにより、高周波特性を改善する方法が提案されてい
る。
を得る構造として、近年、高抵抗の軟磁性薄膜を応用し
た磁性薄膜インダクタが注目されている。例えば、日本
応用磁気学会誌、23巻、4―2号の1649―1652頁（1999）
では、４ターンのスパイラルコイル（配線をらせん状に
まとめたコイル）上にSiO2絶縁膜を介してFeAlO軟磁性
膜を形成した構造の磁性薄膜インダクタを形成し、イン
ダクタンス7.8nH、抵抗6.4Ω、１GHｚにおけるQ値7.4を
得ている。さらに、日本応用磁気学会誌、24巻、4-2号
の879-882頁（2000）では、磁性膜をパターニングする
ことにより、高周波特性を改善する方法が提案されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の従来例
には以下のような課題がある。
には以下のような課題がある。
【０００５】GHzレベルの高周波領域で高いQ値を得るた
めには、強磁性共鳴周波数が高くかつ高い抵抗の磁性薄
膜が必要である。上記従来例では、磁性膜としてFeAlO
薄膜を用いているが、FeAlO薄膜では抵抗と強磁性共鳴
周波数の間にトレードオフの関係があり、特性向上には
限界がある。上記第２の従来例では、磁性膜の形状を変
えることにより磁性膜の磁気異方性を増大させて、強磁
性共鳴周波数を向上する方式が提案されているが、それ
でも数GHｚ以上の周波数でのQ値は急激に低下してしま
うという問題がある。
めには、強磁性共鳴周波数が高くかつ高い抵抗の磁性薄
膜が必要である。上記従来例では、磁性膜としてFeAlO
薄膜を用いているが、FeAlO薄膜では抵抗と強磁性共鳴
周波数の間にトレードオフの関係があり、特性向上には
限界がある。上記第２の従来例では、磁性膜の形状を変
えることにより磁性膜の磁気異方性を増大させて、強磁
性共鳴周波数を向上する方式が提案されているが、それ
でも数GHｚ以上の周波数でのQ値は急激に低下してしま
うという問題がある。
【０００６】本発明は、上記の問題を解決し、数ＧＨｚ
以上の高周波領域で高いＱ値を有する小型かつ低コスト
磁性薄膜インダクタを提供することを目的とする。
以上の高周波領域で高いＱ値を有する小型かつ低コスト
磁性薄膜インダクタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では配線をらせん状にまとめたスパイラルコ
イルと、前記スパイラルコイルを覆う絶縁膜と、前記ス
パイラルコイルの少なくとも一方の側に前記絶縁膜を介
して設けられた磁性膜層とを備えた磁性薄膜インダクタ
において、前記磁性膜層が、強磁性金属と絶縁性化合物
との混合膜、もしくは強磁性金属層と絶縁性化合物層と
を交互に積層した積層膜からなるようにした。また、前
記磁性膜層が、コバルト合金もしくは鉄合金からなる強
磁性金属とアルミまたはシリコンの酸化物、窒化物、炭
化物、ほう化物からなる絶縁性化合物との混合膜、もし
くはコバルト合金もしくは鉄合金からなる強磁性金属層
とアルミまたはシリコンの酸化物、窒化物、炭化物、ほ
う化物からなる絶縁性化合物層とを交互に積層した積層
からなるようにした。
に、本発明では配線をらせん状にまとめたスパイラルコ
イルと、前記スパイラルコイルを覆う絶縁膜と、前記ス
パイラルコイルの少なくとも一方の側に前記絶縁膜を介
して設けられた磁性膜層とを備えた磁性薄膜インダクタ
において、前記磁性膜層が、強磁性金属と絶縁性化合物
との混合膜、もしくは強磁性金属層と絶縁性化合物層と
を交互に積層した積層膜からなるようにした。また、前
記磁性膜層が、コバルト合金もしくは鉄合金からなる強
磁性金属とアルミまたはシリコンの酸化物、窒化物、炭
化物、ほう化物からなる絶縁性化合物との混合膜、もし
くはコバルト合金もしくは鉄合金からなる強磁性金属層
とアルミまたはシリコンの酸化物、窒化物、炭化物、ほ
う化物からなる絶縁性化合物層とを交互に積層した積層
からなるようにした。
【０００８】さらに、前記多層膜中の各層の強磁性金属
は、粒子からなり、該粒子の粒子径が略0.5から1.5nmで
あり、該粒子は前記粒子径の1から2倍の厚さの絶縁性化
合物層で覆われているようにした。
は、粒子からなり、該粒子の粒子径が略0.5から1.5nmで
あり、該粒子は前記粒子径の1から2倍の厚さの絶縁性化
合物層で覆われているようにした。
【０００９】さらにまた、上記磁性薄膜インダクタをモ
ノリシックマイクロ波集積回路用に集積化することによ
り、モノリシックマイクロ波集積回路の大幅な小型化・
低コスト化が実現できるようにした。
ノリシックマイクロ波集積回路用に集積化することによ
り、モノリシックマイクロ波集積回路の大幅な小型化・
低コスト化が実現できるようにした。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明による磁性薄膜インダクタ
の一実施例を図１に示す。図１上段の断面図において、
101は基板、102はバッファ層、103はスパイラルコイル
すなわち配線をらせん状にまとめたコイル、104は絶縁
層、105は磁性膜の下地層、106は厚さ1.5nmのCo90Fe10
層と厚さ1.0nmのAl2O3層とを交互に積層して形成して作
製した、厚さ100nmの磁性膜層、107は磁性膜をキャップ
するＴａ膜層、108はコイルに電流を導くために設けら
れた電極である。なお、図１下段には本実施例のスパイ
ラルコイル１０３および電極１０８部分の平面図示し
た。図２(a)は、図１に示された磁性膜層１０６の詳細
構造を磁性膜の下地層１０５とともに示したものであ
る。201はCo90Fe10層、202はAl2O3層を表す。また前記
積層膜はその作製条件を変えることで、図２(b)のよう
に、前記Co90Fe10を203のごとく微細な粒子化し、Al2O3
との混合膜とすることも可能である。
の一実施例を図１に示す。図１上段の断面図において、
101は基板、102はバッファ層、103はスパイラルコイル
すなわち配線をらせん状にまとめたコイル、104は絶縁
層、105は磁性膜の下地層、106は厚さ1.5nmのCo90Fe10
層と厚さ1.0nmのAl2O3層とを交互に積層して形成して作
製した、厚さ100nmの磁性膜層、107は磁性膜をキャップ
するＴａ膜層、108はコイルに電流を導くために設けら
れた電極である。なお、図１下段には本実施例のスパイ
ラルコイル１０３および電極１０８部分の平面図示し
た。図２(a)は、図１に示された磁性膜層１０６の詳細
構造を磁性膜の下地層１０５とともに示したものであ
る。201はCo90Fe10層、202はAl2O3層を表す。また前記
積層膜はその作製条件を変えることで、図２(b)のよう
に、前記Co90Fe10を203のごとく微細な粒子化し、Al2O3
との混合膜とすることも可能である。
【００１１】図３は、図2(a)に示した磁性層膜の透磁率
の周波数依存性を測定した結果である。これより、周波
数３ＧＨｚ以上においても顕著な透磁率の低下は見られ
ず、本磁性膜が高周波領域の特性に優れていることが分
かる。また別途測定した抵抗率は50mΩ・cmであり、従
来例に比べ更に３桁以上も大きく、渦電流によるエネル
ギーの損失を大幅に押さえることができる。
の周波数依存性を測定した結果である。これより、周波
数３ＧＨｚ以上においても顕著な透磁率の低下は見られ
ず、本磁性膜が高周波領域の特性に優れていることが分
かる。また別途測定した抵抗率は50mΩ・cmであり、従
来例に比べ更に３桁以上も大きく、渦電流によるエネル
ギーの損失を大幅に押さえることができる。
【００１２】上記周波数特性および抵抗率は、例えば図
２(a)の場合、CoFe層201およびAl2O 3層202の膜厚を調整
することにより、変化させることができる。CoFe層201
の膜厚を増加させると透磁率は増加するが、抵抗率は低
下し、高周波特性が低下する。一方Al2O3層202の膜厚を
増加させると、抵抗率は増加し、高周波特性は改善され
るが、透磁率が減少する。よって、CoFe層201の膜厚は
1.2―2.0nm、Al2O3層202の膜厚は0.8―1.3nmに設定され
ることが望ましい。
２(a)の場合、CoFe層201およびAl2O 3層202の膜厚を調整
することにより、変化させることができる。CoFe層201
の膜厚を増加させると透磁率は増加するが、抵抗率は低
下し、高周波特性が低下する。一方Al2O3層202の膜厚を
増加させると、抵抗率は増加し、高周波特性は改善され
るが、透磁率が減少する。よって、CoFe層201の膜厚は
1.2―2.0nm、Al2O3層202の膜厚は0.8―1.3nmに設定され
ることが望ましい。
【００１３】また、前述のように成膜条件を変えると、
図２(b)のごとく、CoFe微粒子203をAl2O3層202内に離散
的に配置することが可能となる。CoFe微粒子203の大き
さが略0.5から1.5nmであり、Al2O3層202の膜厚を前記粒
子径の1から2倍の厚さとすることで、さらに高い透磁
率、高い抵抗率および良好な高周波特性を得ることがで
きる。また上記例では、CoFe層とAl2O3層とを交互に積
層した磁性膜を用いたが、磁性層として、例えば（Fe、
Co、Ni）80Fe20膜やこれをヘ゛ースとした合金膜を適用する
ことができる。また絶縁体化合物としては、Al2O3のほ
か、Al、Siの酸化物、窒化物、炭化物、ほう化物の中か
ら適当に選択し、もしくは組合せて用いることができ
る。
図２(b)のごとく、CoFe微粒子203をAl2O3層202内に離散
的に配置することが可能となる。CoFe微粒子203の大き
さが略0.5から1.5nmであり、Al2O3層202の膜厚を前記粒
子径の1から2倍の厚さとすることで、さらに高い透磁
率、高い抵抗率および良好な高周波特性を得ることがで
きる。また上記例では、CoFe層とAl2O3層とを交互に積
層した磁性膜を用いたが、磁性層として、例えば（Fe、
Co、Ni）80Fe20膜やこれをヘ゛ースとした合金膜を適用する
ことができる。また絶縁体化合物としては、Al2O3のほ
か、Al、Siの酸化物、窒化物、炭化物、ほう化物の中か
ら適当に選択し、もしくは組合せて用いることができ
る。
【００１４】図２(b)の構成の磁性層を用いて、図１に
示した磁性インダクタを試作した。基板101としてＳ
ｉ、バッファ層としてＳｉＯ2、スパイラルコイル103の
材料としてCuを用いた。コイルの膜厚および幅はそれぞ
れ3μｍ、5μｍとし、コイルの巻き数は４ターンとし
た。絶縁膜104としてはポリイミドを用いた。ネットワ
ークアナライザーによって、試作した磁性薄膜インダク
タのインピーダンスの周波数依存性を測定し、インダク
タンスおよびＱ値を評価した結果、１GHzにおけるイン
ダクタンスは約10nH、Ｑ値は約10という極めて高い性能
を得ることができた。
示した磁性インダクタを試作した。基板101としてＳ
ｉ、バッファ層としてＳｉＯ2、スパイラルコイル103の
材料としてCuを用いた。コイルの膜厚および幅はそれぞ
れ3μｍ、5μｍとし、コイルの巻き数は４ターンとし
た。絶縁膜104としてはポリイミドを用いた。ネットワ
ークアナライザーによって、試作した磁性薄膜インダク
タのインピーダンスの周波数依存性を測定し、インダク
タンスおよびＱ値を評価した結果、１GHzにおけるイン
ダクタンスは約10nH、Ｑ値は約10という極めて高い性能
を得ることができた。
【００１５】また、これらの実施例において、前記磁性
膜層を絶縁膜を介して、スパイラルコイルの下側に配置
しても、同様の高周波特性を有する磁性薄膜インダクタ
を得ることが出来る。
膜層を絶縁膜を介して、スパイラルコイルの下側に配置
しても、同様の高周波特性を有する磁性薄膜インダクタ
を得ることが出来る。
【００１６】図４は、本発明の第２の実施例である、上
記第1の実施例の薄膜インダクタを集積化したモノリシ
ックマイクロ波集積 回路（ＭＭＩＣ）を示す図であ
る。401はGaAs基板、402は上記第１の実施例の磁性薄膜
インダクタ、403はコンデンサー、404はトランジスタ、
405は入出力端子である。本発明の薄膜磁性インダクタ
は大きさが０．２×０．２ｍｍ以下と、従来のもの
（０．４乃至０．５ｍｍ角）に比較して大幅に小さくな
っているため、使用するGaAs基板の面積を大幅に低減で
き、大幅な低価格化を実現することができる。また、本
モノリシックマイクロ波集積 回路（ＭＭＩＣ）によっ
て３ＧＨｚ以上の高周波帯域におけるインピーダンスマ
ッチング、信号処理、雑音処理が動作可能となった。
記第1の実施例の薄膜インダクタを集積化したモノリシ
ックマイクロ波集積 回路（ＭＭＩＣ）を示す図であ
る。401はGaAs基板、402は上記第１の実施例の磁性薄膜
インダクタ、403はコンデンサー、404はトランジスタ、
405は入出力端子である。本発明の薄膜磁性インダクタ
は大きさが０．２×０．２ｍｍ以下と、従来のもの
（０．４乃至０．５ｍｍ角）に比較して大幅に小さくな
っているため、使用するGaAs基板の面積を大幅に低減で
き、大幅な低価格化を実現することができる。また、本
モノリシックマイクロ波集積 回路（ＭＭＩＣ）によっ
て３ＧＨｚ以上の高周波帯域におけるインピーダンスマ
ッチング、信号処理、雑音処理が動作可能となった。
【００１７】
【発明の効果】本発明の実施により、Ｑ値が高く、３Ｇ
Ｈｚ以上の高周波帯域でも十分動作可能な、小型の磁性
薄膜インダクタを実現でき、かつそれをＭＭＩＣに搭載
することにより、ＭＭＩＣの大幅な小型、低コスト化を実
現できる。
Ｈｚ以上の高周波帯域でも十分動作可能な、小型の磁性
薄膜インダクタを実現でき、かつそれをＭＭＩＣに搭載
することにより、ＭＭＩＣの大幅な小型、低コスト化を実
現できる。
【図１】本発明による磁性薄膜インダクタの一実施例を
示す図である。
示す図である。
【図２】磁性薄膜インダクタに用いられた磁性膜を示す
図である。
図である。
【図３】上記磁性膜の透磁率の周波数依存性を示す図で
ある。
ある。
【図４】図１の磁性薄膜インダクタを集積化したモノリ
シックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）を示す図であ
る。
シックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）を示す図であ
る。
1０１…基板、1０２…バッファ層、1０３…スパイラル
コイル、1０４…絶縁膜、1０５…下地膜、1０６…磁性
膜層、２０１…Co90Fe10層、２０２…Al2O3層、２０３
…Co90Fe10微粒子、４０１…GaAs基板、４０２…磁性薄
膜インダクタ、４０３…コンデンサー、４０４…トラン
ジスタ、４０５…入出力端子。
コイル、1０４…絶縁膜、1０５…下地膜、1０６…磁性
膜層、２０１…Co90Fe10層、２０２…Al2O3層、２０３
…Co90Fe10微粒子、４０１…GaAs基板、４０２…磁性薄
膜インダクタ、４０３…コンデンサー、４０４…トラン
ジスタ、４０５…入出力端子。
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フロントページの続き
(72)発明者 高橋 宏昌
東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
Ｆターム(参考） 5E070 AA01 AB06 CB12
Claims (4)
- 【請求項１】スパイラルコイルと、前記スパイラルコイ
ルを覆う絶縁膜と、前記スパイラルコイルの少なくとも
一方の側に前記絶縁膜を介して設けられた磁性膜層とを
備えた磁性薄膜インダクタであって、前記磁性膜層が、
強磁性金属と絶縁性化合物との混合膜、もしくは強磁性
金属層と絶縁性化合物層とを交互に積層した積層膜から
なることを特徴とする磁性薄膜インダクタ。 - 【請求項２】基板と、基板上に形成されたスパイラルコ
イルと、前記スパイラルコイルを覆う絶縁膜と、前記ス
パイラルコイルの上部に前記絶縁膜を介して設けられた
磁性膜層とを備えた磁性薄膜インダクタであって、前記
磁性膜層が、コバルト合金もしくは鉄合金からなる強磁
性金属とアルミまたはシリコンの酸化物、窒化物、炭化
物、ほう化物からなる絶縁性化合物との混合膜、もしく
はコバルト合金もしくは鉄合金からなる強磁性金属層と
アルミまたはシリコンの酸化物、窒化物、炭化物、ほう
化物からなる絶縁性化合物層とを交互に積層した積層膜
からなることを特徴とする磁性薄膜インダクタ。 - 【請求項３】請求項1あるいは２に記載の薄膜インダク
タにおいて、前記多層膜中の各層の強磁性金属は、粒子
からなり、該粒子の粒子径が略0.5から1.5nmであり、該
粒子は前記粒子径の1から2倍の厚さの絶縁性化合物層で
覆われていることを特徴とする磁性薄膜インダクタ。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載された磁
性薄膜インダクタが集積化されたモノリシックマイクロ
波集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002049393A JP2003249408A (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | 磁性薄膜インダクタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002049393A JP2003249408A (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | 磁性薄膜インダクタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003249408A true JP2003249408A (ja) | 2003-09-05 |
Family
ID=28661922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002049393A Withdrawn JP2003249408A (ja) | 2002-02-26 | 2002-02-26 | 磁性薄膜インダクタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003249408A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005243752A (ja) * | 2004-02-25 | 2005-09-08 | Jfe Steel Kk | 平面磁気素子 |
| KR100631893B1 (ko) | 2004-12-02 | 2006-10-09 | 삼성전기주식회사 | 평면형 자성 인덕터 및 그 제조 방법 |
| WO2007032149A1 (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-22 | Kyushu University, National University Corporation | 磁性多層膜ドットを用いた高周波デバイス |
| KR100785678B1 (ko) * | 2005-03-31 | 2007-12-17 | 티디케이가부시기가이샤 | 박막 디바이스 |
| US8994481B2 (en) | 2009-12-14 | 2015-03-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thin film resonator for wireless power transmission |
| CN114689164A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-07-01 | 中国科学院半导体研究所 | 复合薄膜声音传感器及其制备方法和应用 |
-
2002
- 2002-02-26 JP JP2002049393A patent/JP2003249408A/ja not_active Withdrawn
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