JP2003309184A - 複合モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明では、インダクタとコンデンサとを同一
基板上に形成した複合モジュールにおいて、パワーアン
プなどの高周波モジュールに用いることが可能な複合モ
ジュール及びその製造方法を提供する 【解決手段】コンデンサとインダクタとを半導体基板の
面に対して異なる位置に配設すると共に、半導体基板と
インダクタとの間に磁性膜を形成する。そして、半導体
基板と磁性膜との間には、該半導体基板と磁性膜との距
離が最適となる厚さを有する第１の層間絶縁膜を形成
し、また、磁性膜とインダクタとの間には、該磁性膜と
インダクタとの距離が適切となる厚さを有する第２の層
間絶縁膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合モジュール及
びその製造方法に関し、特に高周波モジュールとして利
用することが可能な複合モジュール及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に機能の異なる複数の部品を搭載
した電子部品は、様々な分野で広く利用されると共に、
多機能化や小型化、低消費電力化など、利用する用途に
応じた様々な機能の向上が求められている。

【０００３】このような電子部品としては、例えば、基
板上にインダクタ及びコンデンサを搭載した特開２００
１−４４７７８号公報に記載される電子部品が挙げら
れ、また、この電子部品は、図６及び図７に示すよう
に、次の様な工程を用いて形成される。

【０００４】まず、図６（ａ）に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃
などからなる絶縁性基板３０上に、スパッタリング等を
用いて、Ｐｔなどの導電性金属からなる下部電極３１、
ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＰＳＴ（スカンジウ
ム酸タンタル酸鉛）などの強誘電体材料からなる誘電体
層３２、導電性金属からなる上部電極３３を積層させ、
コンデンサを形成する。

【０００５】次に、図６（ｂ）に示すように、ポリイミ
ドなどの絶縁性材料を用いて第１の絶縁層３４を形成
し、該絶縁層３４上に、ＣｏＴａＨｆＰｄなどの強磁性
材料を用いて磁性膜３５を形成した後、図６（ｃ）に示
すように、絶縁性材料を用いて第２の絶縁層３６を磁性
膜３５上に形成する。

【０００６】ここで、図７（ａ）に示すように、第２の
絶縁層３６上に感光性ポリイミドなどを塗布してパター
ニングを行いレジスト３７を形成し、図７（ｂ）に示す
ように、レジスト３７をマスクとしてパターニングを行
い、コイル形状の型３８を形成した後、レジスト３７を
除去する。

【０００７】そして、図７（ｃ）に示すように、コイル
形状の型３８に電解メッキを用いて銅などの金属メッキ
を施し、コイル状の金属めっき層３９（インダクタ）を
形成する。

【０００８】ところで、近年、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐ
ｅｒｓｏｎａｌ ＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）
など、様々な移動体携帯通信端末が我々の日常生活に欠
かせないものとなっており、多機能、小型化、低消費電
力化が進んでいる。

【０００９】また、それに伴い、このような端末の主要
部品であるパワーアンプなどの高周波モジュールに対し
て、さらなる高周波化、小型化、低消費電力化、低価格
化が求められており、インダクタやコンデンサなど、従
来は、基板上に実装して高周波モジュールを構成してい
た様々な部品を素子として基板上に組み込む方法が考え
られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、先ほど図面を
用いて説明した特開２００１−４４７８号公報に記載さ
れる方法を用いてパワーアンプなどの高周波モジュール
を作成すると、次の様な問題が生じる。

【００１１】まず、ナノグラニュラ磁性体薄膜に代表さ
れる高周波磁性体膜は、通常、導電性を有するため、イ
ンダクタに装荷して磁束を閉じ込め、インダクタンスを
上昇させようとすると、電磁界的に結合し、損失とな
る。

【００１２】概略的には、図８（ａ）に示すように、イ
ンダクタと磁性膜との距離が狭くなると、磁束を閉じ込
める量が増え、インダクタンスが上がるが損失も増え、
共振周波数が下がり、また、インダクタと磁性膜との距
離が広がると、損失が減少し、共振周波数が上がるが装
荷の効果は小さくなる。

【００１３】このため、使用する目的、仕様に応じてイ
ンダクタと磁性膜との間の距離を細かく制御して最適化
する必要がある。

【００１４】しかし、先ほど図６及び図７を用いて説明
したようなエッチングを用いた方法では、絶縁層に正確
かつ均一な深さの型を形成することが困難なため、イン
ダクタと磁性膜との距離を正確に制御することは難し
く、さらに、モジュールの一層の小型化が求められてお
り、この小型化に伴って、インダクタと磁性膜との距離
を細かく制御することは、さらに困難となる。

【００１５】次に、先ほど述べたインダクタと磁性膜と
の間で生じる現象と同様の現象は、磁性膜とその真下の
導電性の物質（この場合は、電極に相当）との間にも生
じる。

【００１６】また、高周波モジュールなどのモジュール
では、通常、基板としてシリコンなど用いるため、磁性
膜とその真下の基板との間にもインダクタと磁性膜との
間で生じる現象と同様の現象が生じる。

【００１７】磁性膜とその真下の導電性の物質との間で
生じる現象は、図８（ｂ）に示すように、磁性膜と導電
性物質との距離が縮まるにつれて損失が増加し、共振周
波数が低下し、磁性膜と導電性物質との距離が広がるに
つれて損失が減少し、飽和するといった一方向性を有す
る。

【００１８】ただし、磁性膜と導電性物質との距離が広
がるにつれてモジュールの厚みが増すなど、プロセス的
には好ましくないため、最適な位置を探す必要がある。

【００１９】このように、高周波モジュールなど、コン
デンサとインダクタとを有する小型の複合モジュールで
は、インダクタと磁性膜との距離や、磁性膜とその真下
の導電性物質との距離を正確に制御する必要がある。

【００２０】そこで本発明では、インダクタとコンデン
サとを同一基板上に形成した複合モジュールにおいて、
パワーアンプなどの高周波モジュールに用いることが可
能な複合モジュール及びその製造方法を提供することを
目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明における複合モジ
ュールは、半導体基板上に第１の電極層、誘電体層、第
２の電極層を積載して形成したコンデンサと磁性体材料
からなる磁性膜を具備した磁性膜装荷型インダクタとを
搭載した複合モジュールにおいて、磁性膜装荷型インダ
クタを、コンデンサの上で、かつ半導体基板の面に対し
てコンデンサと異なる位置に配設する。

【００２２】この構成では、コンデンサとインダクタと
が半導体基板の面に対して異なる位置に配設されるた
め、複合化モジュールの厚さを薄く構成することができ
ると共に、コンデンサとインダクタとの間の距離を広く
取ることができる。

【００２３】また、磁性膜装荷型インダクタは、導電体
からなるコイルパターンと、コイルパターンの下若しく
は上若しくは上下に層間絶縁膜を介して該コイルパター
ンに近接して配設された磁性体材料からなる磁性膜と、
を具備し、層間絶縁膜を形成する際の厚さを正確に制御
することで、コイルパターンと磁性膜との間の距離を正
確に制御することができる。

【００２４】また、磁性膜は、磁性膜と半導体基板との
距離が適切となる厚みを有する層間絶縁膜上に配設され
ることで、磁性膜と半導体基板との距離が層間絶縁膜の
厚みによって適切な距離に保たれる。

【００２５】また、コイルパターンは、複数のコイルパ
ターンを積層した多層構造のコイルパターンからなるこ
とにより、インダクタンス値の大きなインダクタを形成
することができる。

【００２６】また、半導体基板上に第１の配線層を有
し、該第１の配線層は、磁性膜およびコイルパターンの
下部位置を除いて形成されていることにより、磁性膜と
半導体基板との距離が、磁性膜と磁性膜の真下に位置す
る導電性材料との距離となり、複合モジュールの薄型化
を図ることができる。

【００２７】次に、本発明における複合モジュールの製
造方法は、半導体基板の表面に第１の絶縁層を形成する
工程と、第１の絶縁層上に下部電極、誘電膜、上部電極
を積層してコンデンサを形成する工程と、半導体基板及
びコンデンサ上に第２の絶縁層を形成する工程と、第２
の絶縁層を選択的に除去して第１の開口部を形成する工
程と、第１の開口部上に導電性材料を用いて第１の配線
層を形成する工程と、第１の層間絶縁層を形成し、該第
１の層間絶縁膜上の第１の配線層が形成された位置と異
なる位置に対応する位置に磁性膜を形成する工程と、第
１の層間絶縁層及び磁性膜上に第２の層間絶縁膜を形成
する工程と、磁性膜上方の第２の層間絶縁膜上にインダ
クタを形成する工程とを有する。

【００２８】この構成では、コンデンサとインダクタと
が半導体基板の面に対して異なる位置に形成されるた
め、複合化モジュールの厚さを薄く構成することができ
ると共に、コンデンサとインダクタとの間の距離を広く
取ることができる。

【００２９】また、インダクタを形成する工程は、磁性
膜上方の第２の層間絶縁膜上に第１のコイルパターンを
形成する工程と、第２の層間絶縁膜及び第１のコイルパ
ターン上に第３の層間絶縁膜を形成する工程と、所定の
個所にエッチングを施し、第１のコイルパターンの少な
くとも一部が露出する開口部を形成する工程と、開口部
を介して第１のコイルパターンと接続する第２のコイル
パターンを形成する工程とを具備することにより、イン
ダクタのインダクタンス値を増加させることができる。

【００３０】また、第１の層間絶縁膜は、半導体基板と
磁性膜との距離が適切となる厚さで形成されることによ
り、第１の層間絶縁膜を形成する際の厚さを正確に制御
することで、半導体基板と磁性膜との間の距離を正確に
制御することができる。

【００３１】また、第２の層間絶縁膜は、磁性膜と第１
のコイルパターンとの距離が適切となる厚さで形成され
ることにより、第２の層間絶縁膜を形成する際の厚さを
正確に制御することで、コイルと磁性膜との間の距離を
正確に制御することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる複合モジュ
ール及びその製造方法の実施の形態を添付図面を参照し
て詳細に説明する。

【００３３】図１は、本発明に係る複合モジュールの構
成の一例を示す断面図であり、図２及び図３は、本実施
の形態における複合モジュールの製造方法を示す断面図
である。

【００３４】図１に示すように、本発明に係る複合モジ
ュールには、半導体基板１上に第１の絶縁層２を介して
載置された下部電極３、誘電膜４及び上部電極５からな
るコンデンサ６と、配線をコイル状に形成したコイルパ
ターンからなるコイル７と磁性体材料で形成された磁性
膜８とからなるインダクタ９とが配設されている。

【００３５】ここで、インダクタ９は、コンデンサ６の
上方に配設されると共に、コンデンサ６とインダクタ９
とは、コンデンサ６及びインダクタ９が配設された半導
体基板１の面に対して重なることなく、異なる位置に配
設される。

【００３６】そして、半導体基板１と磁性膜８との間に
は、第１の層間絶縁膜１０が配設され、また、磁性膜８
とコイル７との間には、第２の層間絶縁膜１１が配設さ
れている。

【００３７】ここでインダクタ９と基板１との間には、
配線など、導電性材料からなる素子は配設されておら
ず、磁性膜の真下の導電性材料は、基板である。

【００３８】このように本発明に係る複合モジュール
は、インダクタとコンデンサとが半導体基板の面に対し
て重なることなく異なる位置に配設されると共に、磁性
膜と基板との間には、絶縁性の材料のみが配設されるた
め、磁性膜とその真下の導電体との距離が磁性膜と半導
体基板との距離となり、複合モジュールを薄くすること
ができる。

【００３９】そして、第１の層間絶縁膜を用いて磁性膜
と基板との距離を適切に確保しているため、インダクタ
と半導体基板との間に適切な距離が生まれ、また、半導
体基板の表面に第１の絶縁膜を介して形成されるコンデ
ンサとインダクタとの距離も十分に確保され、インダク
タとコンデンサとの相互干渉を防止することができる。

【００４０】次に、図２及び図３を用いて本実施の形態
における複合モジュールの製造方法を説明する。

【００４１】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
からなる半導体基板１の表面に酸化シリコンからなる第
１の絶縁層２を形成した後、所定の個所にスパッタリン
グを用いて白金電極を下部電極３として形成する。

【００４２】そして、図２（ｂ）に示すように、下部電
極３上にＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ₃）を成長させて誘電膜４
を形成し、該誘電膜４上に上部電極５となる白金電極を
形成してコンデンサ６を作成する。

【００４３】また、上部及び下部電極が形成された半導
体基板上に酸化シリコン膜からなる第２の絶縁層１２を
形成し、選択的に第２の絶縁層１２をエッチングして、
図２（ｃ）に示すように、上部電極５の少なくとも一部
が露出する第１の開口部１３を形成する。

【００４４】ここで、スパッタリングを行い、図２
（ｄ）に示すように、第１の開口部１３及び所定の個所
にアルミニウムからなる第１の配線１４を形成する。な
お、この配線は、半導体基板の面に対し、後にインダク
タを形成する位置に対応する位置と異なる位置に形成す
る。

【００４５】そして、ポリイミドを塗布して第１の層間
絶縁層１０を形成し、図２（ｅ）に示すように、ナノグ
ラニュラ磁性体からなる磁性膜８を第１の層間絶縁膜１
０上の所定の位置に形成する。

【００４６】ここで、第１の層間絶縁膜１０は、半導体
基板１と磁性膜８との距離が最適となる厚さで形成さ
れ、また、磁性膜８と半導体基板１との間には、配線や
電極など、導電性材料からなる素子は、配設されていな
い。

【００４７】また、第１の層間絶縁層１０及び磁性膜８
上にポリイミドを塗布して第２の層間絶縁膜１１を形成
した後、第１の層間絶縁層１０及び第２の層間絶縁層１
１を選択的にエッチングして、第１の開口部１３上に形
成された第１の配線１４の少なくとも一部が露出する第
２の開口部１５を形成する。

【００４８】そして、スパッタリングを施し、図３
（ａ）に示すように、磁性膜８上方の第２の層間絶縁膜
１１上にアルミニウムからなる第１のコイルパターン１
６を形成し、また、第２の開口部１５上に第１の接続層
１７を形成する。

【００４９】なお、第２の層間絶縁膜１１は、磁性膜８
と第１のコイルパターン１６との距離が適切となる厚さ
で形成する。

【００５０】ここで、第２の層間絶縁膜１１、第１のコ
イルパターン１６及び第１の接続層１７上にポリイミド
を塗布して第３の層間絶縁膜１８を形成した後、選択的
にエッチングを施して、図３（ｂ）に示すように、コイ
ルパターン１６及び第１の接続層１７の少なくとも一部
が露出する第３の開口部１９を形成する。

【００５１】そして、アルミニウムなどの導電性材料を
用いてスパッタリングを施し、図３（ｃ）に示すよう
に、第３の開口部１９を介して第１のコイルパターン１
６と接続する第２のコイルパターン２０を形成して、第
１のコイルパターン１６と第２のコイルパターン２０と
からなるコイル７を形成すると共に、第３の開口部１９
を介して第１の接続層１９と接続する第２の接続層２１
を形成する。

【００５２】ここで、コンデンサ６とコイル７とは、第
１の接続層１７と第２の接続層２１とを介して接続して
いる。

【００５３】このように本実施の形態では、第１または
第２の層間絶縁層を形成する際の厚さを制御することに
よって基板と磁性膜または磁性膜とインダクタとの距離
を制御するため、それぞれの距離を容易かつ正確に制御
することができる。

【００５４】また、コンデンサとインダクタとが基板平
面に対して重ならない位置に配設されるため、基板と磁
性層との距離を必要最小限の距離とすることが可能で、
複合モジュールの薄型化を図ることができる。

【００５５】さらに、基板平面に対してインダクタとコ
ンデンサとが異なる位置に作成されると共に、基板と磁
性膜との距離を適切な距離とするとにより、コンデンサ
とインダクタとの距離が広がるため、インダクタとコン
デンサとの相互干渉を防止することができる。

【００５６】加えて、コイルの平面的な大きさは、磁性
膜の面積によって限定されるが、第１のコイルと第２の
コイルとを接続してインダクタを形成することにより、
定められた面積内でインダクタのインダクタンス値を増
加させることができる。

【００５７】なお、本実施の形態では、インダクタと基
板との間に磁性膜を形成しているが、図４（ａ）に示す
ように、インダクタ９の上方に磁性膜８を形成すること
もできる。

【００５８】この際、第２のコイルパターン２０と磁性
膜８との間に形成される第４の層間絶縁膜２２は、コイ
ル７と磁性膜８との間が適切な距離となる厚さで形成さ
れる。

【００５９】また、図４（ｂ）に示すように、インダク
タの上方及び下方に磁性膜を形成することもでき、この
際、第１のコイルパターン１６と磁性膜８−１との間に
形成される第２の層間絶縁膜１１は、コイル７と磁性膜
８−１との間が適切な距離となる厚さで形成され、ま
た、第２のコイルパターン２０と磁性膜８−２との間に
形成される第４の層間絶縁膜２２は、コイル７と磁性膜
８−２との間が適切な距離となる厚さで形成される。

【００６０】なお、本実施の形態では、スパッタリング
によって形成した第１のコイルパターンと第２のコイル
パターンとを接続してインダクタのコイルを形成してい
るが、図５（ａ）乃至（ｃ）に示すように、一のコイル
パターンを用いてインダクタのコイルを形成することも
可能で、この構成では、さらなるモジュールの薄型化を
図ることができる。

【００６１】

【発明の効果】本発明では、磁性膜と基板との距離、及
び磁性膜とコンデンサとの距離を容易かつ正確に制御す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る複合モジュールの構成の一例を
示す断面図

【図２】 本実施の形態における複合モジュールの製造
方法を示す断面図

【図３】 本実施の形態における複合モジュールの製造
方法を示す断面図

【図４】 本発明に係る複合モジュールの他の構成の一
例を示す断面図

【図５】 本発明に係る複合モジュールの他の構成の一
例を示す断面図

【図６】 従来技術における複合モジュールの製造方法
を示す断面図

【図７】 従来技術における複合モジュールの製造方法
を示す断面図

【図８】 磁性膜とインダクタまたは導電性物質との距
離変化に伴う共振周波数、損失、インダクタンスの変化
を示すグラフ

【符号の説明】

１…半導体基板 ２…第１の絶縁層 ３、３１…下部電極 ４…誘電膜 ５、３３…上部電極 ６…コンデンサ ７…コイル ８、３５…磁性膜 ９…インダクタ １０…第１の層間絶縁膜 １１…第２の層間絶縁膜 １２…第２の絶縁層 １３…第１の開口部 １４…第１の配線 １５…第２の開口部 １６…第１のコイルパターン １７…第１の接続層 １８…第３の層間絶縁膜 １９…第３の開口部 ２０…第２のコイルパターン ２１…第２の接続層 ２２…第４の層間絶縁膜 ３０…絶縁性基板 ３２…誘電体層 ３４、３６…絶縁層 ３７…レジスト ３８…型 ３９…金属めっき層

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F038 AC05 AC14 AZ04 CA05 CA16 EZ20 5F110 AA04 BB11 DD05 DD13 NN02 NN27 NN71 NN72

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に第１の電極層、誘電体
   層、第２の電極層を積載して形成したコンデンサと磁性
   体材料からなる磁性膜を具備した磁性膜装荷型インダク
   タとを搭載した複合モジュールにおいて、 前記磁性膜装荷型インダクタを、前記コンデンサの上
   で、かつ前記半導体基板の面に対して前記コンデンサと
   異なる位置に配設したことを特徴とする複合モジュー
   ル。
2. 【請求項２】 前記磁性膜装荷型インダクタは、 導電体からなるコイルパターンと、 前記コイルパターンの下若しくは上若しくは上下に層間
   絶縁膜を介して該コイルパターンに近接して配設された
   磁性体材料からなる磁性膜と、 を具備し、 前記層間絶縁膜の膜厚により前記コイルパターンと前記
   磁性膜との間の距離が調整されることを特徴とする請求
   項１記載の複合モジュール。
3. 【請求項３】 前記磁性膜は、 前記磁性膜と前記半導体基板との距離が適切となる厚み
   を有する層間絶縁膜上に配設されていることを特徴とす
   る請求項２記載の複合モジュール。
4. 【請求項４】 前記コイルパターンは、複数のコイルパ
   ターンを積層した多層構造のコイルパターンからなるこ
   とを特徴とする請求項２記載の複合モジュール。
5. 【請求項５】 前記半導体基板上に第１の配線層を有
   し、該第１の配線層は、前記磁性膜および前記コイルパ
   ターンの下部位置を除いて 形成されていることを特徴とする請求項２記載の複合モ
   ジュール。
6. 【請求項６】 半導体基板の表面に第１の絶縁層を形成
   する工程と、 前記第１の絶縁層上に下部電極、誘電膜、上部電極を積
   層してコンデンサを形成する工程と、 前記半導体基板及び前記コンデンサ上に第２の絶縁層を
   形成する工程と、 前記第２の絶縁層を選択的に除去して第１の開口部を形
   成する工程と、 前記第１の開口部上に導電性材料を用いて第１の配線層
   を形成する工程と、 第１の層間絶縁層を形成し、該第１の層間絶縁膜上の前
   記第１の配線層が形成された位置と異なる位置に対応す
   る位置に磁性膜を形成する工程と、 前記第１の層間絶縁層及び前記磁性膜上に第２の層間絶
   縁膜を形成する工程と、 前記磁性膜上方の前記第２の層間絶縁膜上にインダクタ
   を形成する工程とを有することを特徴とする複合モジュ
   ールの製造方法。
7. 【請求項７】 前記インダクタを形成する工程は、 前記磁性膜上方の前記第２の層間絶縁膜上に第１のコイ
   ルパターンを形成する工程と、 前記第２の層間絶縁膜及び前記第１のコイルパターン上
   に前記第３の層間絶縁膜を形成する工程と、 所定の個所にエッチングを施し、第１のコイルパターン
   の少なくとも一部が露出する開口部を形成する工程と、 前記開口部を介して前記第１のコイルパターンと接続す
   る第２のコイルパターンを形成する工程とを具備するこ
   とを特徴とする請求項６記載の複合モジュールの製造方
   法。
8. 【請求項８】 前記第１の層間絶縁膜は、 前記半導体基板と前記磁性膜との距離が適切となる厚さ
   に形成されることを特徴とする請求項６または７記載の
   複合モジュールの製造方法。
9. 【請求項９】 前記第２の層間絶縁膜は、 前記磁性膜と前記第１のコイルパターンとの距離が適切
   となる厚さに形成されることを特徴とする請求項６また
   は７記載の複合モジュールの製造方法。