JP2004342864A

JP2004342864A - Thin film inductor element and its manufacturing method

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Publication number: JP2004342864A
Application number: JP2003138195A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Takeuchi; 正宜竹内; Shinji Murata; 眞司村田; Toshiki Baba; 敏喜馬場
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: JP4199047B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film inductor element which achieves a high Q value by preventing the occurrence of a capacity component, and also to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: On a substrate 10, a metal film 21 to be the lower layer of an inductor electrode is formed. After a negative resist film is evenly applied over the metal film, an exposure is conducted using a photo mask having a light energy adjusting section which controls an amount of light transmission so that it may become smaller towards the center S of a spiral. Then, a development process is conducted to obtain a negative resist which has a cavity with a face on the side of the center of the spiral being orthogonal to the substrate and with a face far away from the center of the spiral being an inversely tapered one which is drawn nearer to the center of the spiral as it goes upward in the resist. A plating film 22 to be the upper layer of the inductor electrode is formed on the metal film not covered by the negative resist, and the exposed part of the metal film is removed. The inductor electrode 20 has such a cross-sectional shape that an inner uprising face 20b on the side of the center S of the spiral is nearly orthogonal to the substrate 10, and an outer uprising face 20a is a tapered one which is drawn nearer to the center S of the spiral as it goes upwards in the electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、薄膜高周波回路に用いられる薄膜インダクタ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
薄膜回路では一般に、薄膜抵抗素子や薄膜コンデンサ素子、薄膜インダクタ素子が混在しており、薄膜コンデンサ素子の下電極又は上電極と薄膜インダクタ素子とが同一工程で形成されている。このような薄膜回路は、例えば携帯電話や小型モバイル等に代表される通信機器に搭載されるため、これら通信機器の高周波化に伴って高いＱ値が要求されるようになった。
【０００３】
薄膜回路のＱ値を高めるためには、薄膜抵抗素子や薄膜コンデンサ素子等の電極を厚い膜厚で形成することが考えられる。しかし、薄膜コンデンサ素子の電極を厚い膜厚で形成すると、薄膜コンデンサ素子と同一工程で形成される薄膜インダクタ素子の電極の膜厚も厚くなり、この結果、浮遊容量が増大して薄膜インダクタ素子のＱ値は低下してしまう。このように従来では、薄膜回路全体のＱ値を向上させようとすると、薄膜インダクタ素子の特性を低下させることになっていた。
【０００４】
従来の薄膜インダクタ素子１’は、図１２に示すように、スパイラル状の薄膜突条を起立させて形成したインダクタ電極２０’を有している。最近では、薄膜回路の高集積密度化が進められているため、インダクタ電極２０’のピッチ間隔ｄ’が狭くなっている。このようにピッチ間隔ｄ’が狭いと、隣り合うインダクタ電極２０’の間で相互に影響を及ぼし合い、インダクタ電極２０’の膜厚が厚くなるにつれて容量成分が発生することとなる。この容量成分が、薄膜インダクタ素子１’のＱ値を低下させる要因と考えられている。
【０００５】
【特許文献】
特開平８−２３５５２７号公報
特開２０００−５８７５８号公報
特開２００２−１３３６１１号公報
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、容量成分の発生を防止して高いＱ値が得られる薄膜インダクタ素子及びその製造方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、スパイラル状の薄膜突条を起立させて形成したインダクタ電極では電流がスパイラル中心側の内周起立面に集中すること、及びインダクタ電極のピッチ間隔を拡げれば容量成分の発生を抑制できることに着目したものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、基板上に、スパイラル状の薄膜突条を起立させて形成したインダクタ電極を有する薄膜インダクタ素子において、インダクタ電極の断面形状を、スパイラル中心側の内周起立面が基板と略直交し、外周起立面が電極上方ほどスパイラル中心に接近するテーパー面としたことを特徴としている。
【０００９】
この構成によれば、内周起立面及び外周起立面の両方を基板に対して略直交させた従来の場合よりも、インダクタ電極の断面積が小さくなって該インダクタ電極を構成する電極材料の量が減り、また、インダクタ電極のピッチ間隔が拡がる。よって、インダクタ電極の膜厚が増大しても、隣り合うインダクタ電極の相互影響を低減することができ、容量成分の発生を抑制することができる。
【００１０】
また上記構成によれば、基板表面でのピッチ間隔よりも電極上面でのピッチ間隔が拡がっているので、基板表面でのピッチ間隔を長く設定する必要がなく、薄膜インダクタ素子の素子面積を小さくすることができる。
【００１１】
さらに上記構成によれば、インダクタ電極において、高周波電流が集中して流れる内周起立面を基板に対して略直交とし、高周波電流が殆ど流れない外周起立面をテーパー面としてあるので、電流損失が生じることはなく、薄膜インダクタ素子の電流特性を良好に維持することができる。
【００１２】
インダクタ電極の外周起立面において、そのテーパー角は５５°以上８５°以下であることが好ましい。５５°未満であるとテーパー形状の制御が難しく、８５°を超えると外周起立面をテーパー面としたことによる効果が十分に得られない。
【００１３】
インダクタ電極の平面形状は、互いに直交する直線を組み合わせてなるスパイラル形状とすることができる。
【００１４】
インダクタ電極は、基板上に形成されたＴｉ／Ｃｕ又はＣｒ／Ｃｕによる金属膜と、この金属膜上に形成されたＣｕメッキ膜とにより形成されていることが実際的である。あるいは、基板上に形成されたＴｉ／Ａｕ又はＣｒ／Ａｕによる金属膜と、この金属膜上に形成されたＡｕメッキ膜とにより形成されている。
【００１５】
本発明は、製造方法の態様によれば、スパイラル状のインダクタ電極形状に対応するスパイラル形状の遮光部を有し、該遮光部は、スパイラル中心から遠い側に、光透過量がスパイラル中心側ほど少なくなっていく光量調整部を有するフォトマスクを準備する工程；基板上に、インダクタ電極の下層となる金属膜を形成する工程；この金属膜上に、ネガレジスト膜を均一に塗布する工程；準備したフォトマスクを通してネガレジスト膜を露光する工程；現像処理により、フォトマスクのスパイラル形状に対応するスパイラル状であって、スパイラル中心側の面が基板に直交し、スパイラル中心から遠い面がレジスト上方ほどスパイラル中心に接近する逆テーパー面となっている空洞部を有するネガレジストを得る工程；及びこのネガレジストで覆われていない金属膜上に、前記インダクタ電極の上層となるメッキ膜を電解メッキ法により形成する工程；を有することを特徴としている。
【００１６】
金属膜とネガレジストが有する空洞部の逆テーパー面のなす角は、５５°以上８５°以下であることが好ましい。５５°未満であると、フォトマスクによる光透過量の制御が難しく、８５°を超えると、インダクタ電極の外周起立面をテーパー面とすることによる効果が十分に得られないからである。形成されるインダクタ電極の外周起立面のテーパー角は、上記金属膜と逆テーパー面のなす角に等しい。
【００１７】
フォトマスクの光量調整部は、種々の態様が可能である。例えば、光を通過させる格子開口部を多数備え、この格子開口部の面積がスパイラル中心側ほど小さい格子状パターンとすることができる。または、光を通過させるスリットを多数備え、このスリット幅がスパイラル中心側ほど小さいストライプパターンとすることができる。あるいは、スパイラル中心側に向かって連続的に光透過量が減少していくグラデーションパターンとしてもよい。
【００１８】
上記製造方法において、インダクタ電極を構成する金属膜をＴｉ／Ｃｕ又はＣｒ／Ｃｕにより形成し、メッキ膜をＣｕにより形成することが実際的である。または、インダクタ電極を構成する金属膜をＴｉ／Ａｕ又はＣｒ／Ａｕにより形成し、メッキ膜をＡｕにより形成してもよい。
【００１９】
メッキ膜を形成した後には、ネガレジストを除去し、さらに、露出している金属膜を除去する工程が備えられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した薄膜インダクタ素子を示す部分断面図及び平面図である。本薄膜インダクタ素子１は、高周波電流を用いる薄膜高周波回路に搭載される。
【００２１】
薄膜インダクタ素子１は、基板１０上に、スパイラル状の薄膜突条を起立させて形成したインダクタ電極２０を有している。インダクタ電極２０は、例えばＴｉ／Ｃｕ又はＣｒ／Ｃｕからなる金属膜２１と、Ｃｕメッキ膜２２とにより形成されている。
【００２２】
インダクタ電極２０の断面形状は、図１（ａ）に示すように、スパイラル中心Ｓ側の内周起立面２０ｂが基板１０に対して略直交していて、外周起立面２０ａが電極上方ほどスパイラル中心Ｓに接近するテーパー面となっている。この外周起立面２０ａのテーパー角αは約５５〜８５°程度である。図１ではテーパー面（外周起立面２０ａ）にハッチングを付して示した。
【００２３】
インダクタ電極２０のピッチ間隔（隣り合うインダクタ電極２０の外周起立面２０ａと内周起立面２０ｂの距離間隔）Ｄは、電極上方（膜厚が大きくなる方向）に向かって拡がっていて、基板表面でのピッチ間隔Ｄ１が最も短く、電極上面でのピッチ間隔Ｄ２が最も長くなっている。一方、インダクタ電極２０の幅寸法Ｗは、電極上方ほど狭くなっており、基板表面での幅寸法Ｗ１が最も長く、電極上面での幅寸法Ｗ２が最も短くなっている。本実施形態において、インダクタ電極２０は、約５〜１０μｍ程度の膜厚で形成されている。インダクタ電極２０の幅寸法Ｗは、ピッチ間隔Ｄが約５〜１０μｍ程度であるとき約１５〜２０μｍ程度、ピッチ間隔Ｄが約１０〜１５μｍ程度であるとき約１０〜１５μｍ程度、ピッチ間隔Ｄが５０〜６０μｍ程度であるとき９０〜１００μｍ程度に確保されている。
【００２４】
上述したようにインダクタ電極２０の外周起立面２０ａが電極上方ほどスパイラル中心Ｓに接近するテーパー面になっていると、図１２に示すように外周起立面を基板１０に対して直交させた場合（従来構造）よりも断面積が小さくなり、インダクタ電極２０の膜厚が大きくなるほどピッチ間隔Ｄが拡がる。このようにインダクタ電極２０の断面積（インダクタ電極２０を構成する電極材料）を減らしてピッチ間隔Ｄを拡げれば、インダクタ電極２０の膜厚が増大しても、隣り合うインダクタ電極の相互影響を低減することができ、容量成分の発生を抑制することができる。
【００２５】
インダクタ電極２０に与えられる高周波電流は、インダクタ電極２０の内周起立面２０ｂを集中的に流れ、結果的にインダクタ電極２０の外周起立面２０ａには殆ど流れない。よって、インダクタ電極２０の外周起立面２０ａをテーパー形状としても電流損失が生じることはない。
【００２６】
次に、図２〜図８を参照し、図１に示す薄膜インダクタ素子１の製造方法の一実施形態について説明する。
【００２７】
先ず最初に、露光工程で用いるフォトマスクを準備する。図７及び図８に示すようにフォトマスク４０は、光をすべて通過させる透光部４１と、スパイラル状のインダクタ電極形状に対応するスパイラル形状の遮光部４２を有しており、遮光部４２には、スパイラル中心Ｓから遠い側に、光透過量がスパイラル中心Ｓ側ほど少なくなっていく光量調整部４３が備えられている。この光量調整部４３が備えられる範囲は約５〜１０μｍ程度である。図７及び図８では、光を全く通さない部分を黒く塗りつぶして示してある。
【００２８】
本実施形態で用いるフォトマスク４０の光量調整部４３は、図８に示すように、光をすべて通過させる格子開口部４４を多数備え、この格子開口部４４の面積がスパイラル中心Ｓ側ほど小さくなる格子状パターンによって形成されている。この格子状パターンにおいて、格子開口部４４のピッチ間隔は約０．５〜２μｍである。なお、光量調整部４３（格子状パターン）が５μｍ以上の範囲に備えられている場合は、遮光部４２のスパイラル中心Ｓから遠い側の端部から約２．５μｍ以上離れた位置における格子開口部４４のピッチ間隔を約０．２５〜１μｍとする。
【００２９】
フォトマスク４０を準備したら、図２に示すように、基板１０上にＴｉ／Ｃｕ又はＣｒ／Ｃｕによる金属膜２１を約５０〜５００ｎｍ程度の膜厚でスパッタ成膜する。基板１０には、例えばアルミナ基板、ガラス基板、又はシリコン基板などを用いる。
【００３０】
次に、スピンコート法により、ネガレジスト膜３０を金属膜２１上に均一に塗布する。ネガレジスト膜３０の膜厚は約５〜１５μｍ程度とする。
【００３１】
続いて、図３に示すように、予め準備しておいたフォトマスク４０（図７及び図８）を通して露光する。図３において、矢印は光の進む方向を示し、矢印の長さは光透過量に比例している。
【００３２】
露光後は、現像工程を行なう。この現像工程によれば、上記露光工程で光が照射されていない範囲のネガレジスト膜３０が溶解する。この結果、金属膜２１上には、図４に示すように、メッキ膜を形成するためのネガレジスト３１が残る。ネガレジスト３１は、フォトマスク４０のスパイラル形状に対応するスパイラル状の空洞部３２を有している。空洞部３２は、スパイラル中心Ｓ側の面３２ｂが基板１０に直交し、スパイラル中心Ｓから遠い面が図示上方ほどスパイラル中心Ｓに接近する逆テーパー面３２ａとなっている。この空洞部３２の幅寸法はインダクタ電極の幅寸法Ｗに等しく、空洞部３２のピッチ間隔はインダクタ電極のピッチ間隔Ｄに等しい。また、逆テーパー面３２ａと金属膜２１のなす角βは、形成するインダクタ電極の外周起立面のテーパー角αに等しい。
【００３３】
空洞部３２の逆テーパー面３２ａと金属膜２１のなす角β、すなわち形成するインダクタ電極の外周面のテーパー角αは、５５°以上８５°以下であることが好ましい。テーパー角αが５５°未満であると、フォトマスク４０による光透過量の制御が難しく、またテーパー角αが８５°を超えると、インダクタ電極の外周起立面をテーパー面としたことによる効果が十分に得られないからである。
【００３４】
上記逆テーパー面３２ａを有するネガレジスト３１を形成したら、図５に示すように、このネガレジスト３１で覆われていない金属膜２１上に、Ｃｕメッキ膜２２を電解メッキ法により形成する。Ｃｕメッキ膜２２の膜厚は、４〜１０μｍ程度とする。
【００３５】
続いて、図６に示すようにネガレジスト３１を除去する。そして、Ｃｕメッキ膜２２の間から露出している金属膜２１をドライエッチング等により除去する。これにより、金属膜２１及びＣｕメッキ膜２２からなるインダクタ電極２０が形成される。
【００３６】
以上の工程により、図１に示す薄膜インダクタ素子１が得られる。
【００３７】
以上のように本実施形態では、インダクタ電極２０の断面形状を、スパイラル中心Ｓ側の内周起立面２０ｂが基板１０と略直交し、外周起立面２０ａが電極上方ほどスパイラル中心Ｓに接近するテーパー面としたので、図１２に示すように断面正方形状で形成した従来構造のインダクタ電極２０’（外周起立面２０ａ’及び内周起立面２０ｂ’が基板１０と略直交する場合）よりも、インダクタ電極２０の断面積が小さくなり、インダクタ電極２０を構成する電極材料を減らすことができる。また、インダクタ電極２０のピッチ間隔Ｄが、該インダクタ電極２０の膜厚が大きくなるほど拡がる。これにより、インダクタ電極２０の膜厚が増大しても、隣り合うインダクタ電極の相互影響を低減することができ、容量成分の発生を抑制することができる。
【００３８】
また本実施形態によれば、基板１０の表面でのピッチ間隔Ｄ１を長くせずに、インダクタ電極上面でのピッチ間隔Ｄ２を拡げることができるので、薄膜インダクタ素子１の素子面積を小さくすることが可能になる。
【００３９】
さらに本実施形態によれば、インダクタ電極２０の外周起立面２０ａのみをテーパー面としたので、電流損失が生じることがない。なお、インダクタ電極２０の内周起立面２０ｂのみあるいはインダクタ電極２０の外周起立面２０ａと内周起立面２０ｂの両方をテーパー形状とすると、電流損失が大きく、薄膜インダクタ素子１の電流特性を悪化させてしまうこととなる。
【００４０】
また本実施形態では、インダクタ電極２０の形状を規定するためのレジスト３１をネガレジスト材料により形成しているので、露光されるネガレジスト材料の厚さを調整することにより、基板１０に対して直交する面及びテーパー面を容易に形成することができる。さらに本実施形態では、遮光部４２の外周側領域に、内周側よりも外周側で光透過量が多い光量調整部４３を備えたフォトマスク４０を通してネガレジスト３０を露光するので、ネガレジスト３０を照射する光の量を容易に制御でき、所望のテーパー形状を得ることができる。
【００４１】
図１１は、図１に示す本実施例と図１２に示す比較例（従来例）において、インダクタ電極の膜厚を５μｍ、１０μｍとした場合の２．４ＧＨｚ帯におけるＱ値を算出した結果を示している。なお、本実施例と比較例において、薄膜インダクタ素子の組成は同一とする。
【００４２】
【比較例】
図１２に示す従来構造の薄膜インダクタ素子１’は、インダクタ電極２０’の断面形状を、内周起立面２０ｂ’及び外周起立面２０ａ’を共に基板１０に略直交させてなる略正方形状としたものである。インダクタ電極２０’のピッチ間隔ｄ及び幅寸法ｗは、インダクタ電極２０’の膜厚方向で変わらず一定である。具体的にピッチ間隔ｄは５μｍ、幅寸法ｗは１５μｍである。図１１を見ると、薄膜インダクタ素子１’のＱ値は、インダクタ電極２０’の膜厚が厚くなると低下していることがわかる。インダクタ電極２０’の膜厚が１０μｍであるときのＱ値は、インダクタ電極２０’の膜厚が５μｍであるときよりも約８％減少している。
【００４３】
【実施例】
図１に示す薄膜インダクタ素子１では、例えばインダクタ電極２０のピッチ間隔ｄが５〜１０μｍ、幅寸法Ｗが１５〜１０μｍであり、インダクタ電極２０は図１２に示す比較例よりも断面積が小さくなっている。図１１を見ると、薄膜インダクタ素子１のＱ値は、インダクタ電極２０の膜厚が５μｍのときも１０μｍのときも変化していないことがわかる。また図１２に示す比較例と比べてみると、インダクタ電極２０の膜厚が５μｍであるときのＱ値は比較例よりも３％増大しており、同膜厚が１０μｍであるときのＱ値は比較例よりも１１％増大している。
【００４４】
以上の結果から明らかなように、本実施例は、比較例よりもＱ値が低減しないこと、すなわち膜厚が大きくなっても高いＱ値が得られることがわかる。
【００４５】
本実施形態では、露光工程で用いるフォトマスク４０の光量調整部４３が格子状パターン（図８）で形成されているが、光量調整部４３の態様は種々の変形が可能である。例えば、図９に示すように、光をすべて通過させるスリット４５を多数備え、このスリット４５の幅寸法ａがスパイラル中心Ｓ側ほど小さいストライプパターンによって形成されていてもよい。あるいは、図１０に示すように、スパイラル中心Ｓ側に向かって連続的に光透過量が減少していくグラデーションパターン４６によって形成されていてもよい。
【００４６】
また本実施形態では、インダクタ電極２０の上層となるメッキ膜２２をＣｕにより形成しているが、メッキ膜２２はＡｕにより形成することも可能である。ただし、メッキ膜２２をＡｕで形成した場合には、インダクタ電極２０の下層となる金属膜２１を、Ｔｉ／Ａｕ又はＣｒ／Ａｕにより形成する。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、インダクタ電極の断面形状を、スパイラル中心側の内周起立面が基板と略直交し、外周起立面が電極上方ほどスパイラル中心に接近するテーパー面としたので、内周起立面及び外周起立面を基板に略直交させた従来の場合よりも隣り合うインダクタ電極の相互影響が低減される。これにより、インダクタ電極の膜厚が増大しても容量成分の発生を抑制することができ、高いＱ値が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態である薄膜インダクタ素子の断面構造を示す斜視図である。
（ｂ）（ａ）に示す薄膜インダクタ素子の平面図である。
【図２】図１に示す薄膜インダクタ素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図３】図２に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図４】図３に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図５】図４に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図６】図５に示す工程の次工程を示す断面図である。
【図７】図３に示す露光工程で用いるフォトマスクの平面図である。
【図８】図７に示すフォトマスクの光量調整部の一実施例を示す拡大断面図である。
【図９】図７に示すフォトマスクの光量調整部の一実施例を示す拡大断面図である。
【図１０】図７に示すフォトマスクの光量調整部の一実施例を示す拡大断面図である。
【図１１】インダクタ電極を構成するメッキ膜の膜厚と２．４ＧＨｚ帯におけるＱ値の関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）従来構造の薄膜インダクタ素子を示す斜視図である。
（ｂ）（ａ）に示す薄膜インダクタ素子の平面図である。
【符号の説明】
１薄膜インダクタ素子
１０基板
２０インダクタ電極
２０ａ外周起立面
２０ｂ内周起立面
２１金属膜
２２メッキ膜（Ｃｕメッキ膜）
３０ネガレジスト
３１ネガレジスト
３１ａ空洞部
３１ｂ逆テーパー面
４０フォトマスク
４１透光部
４２遮光部
４３光量調整部
４４格子開口部
４５スリット
４６グラデーションパターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin-film inductor element used for a thin-film high-frequency circuit and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art and its problems]
In general, a thin film resistor includes a thin film resistor element, a thin film capacitor element, and a thin film inductor element, and the lower electrode or upper electrode of the thin film capacitor element and the thin film inductor element are formed in the same process. Since such a thin film circuit is mounted on communication devices typified by, for example, a mobile phone and a small mobile device, a high Q value has been required as the frequency of these communication devices has increased.
[0003]
In order to increase the Q value of a thin film circuit, it is conceivable to form electrodes such as a thin film resistor element and a thin film capacitor element with a large thickness. However, when the electrodes of the thin-film capacitor element are formed with a large thickness, the electrodes of the thin-film inductor element formed in the same process as the thin-film capacitor element also have a large thickness. The Q value decreases. As described above, conventionally, when trying to improve the Q value of the entire thin film circuit, the characteristics of the thin film inductor element have been reduced.
[0004]
As shown in FIG. 12, a conventional thin-film inductor element 1 'has an inductor electrode 20' formed by erecting a spiral thin-film ridge. Recently, the pitch interval d 'between the inductor electrodes 20' has been reduced due to the progress of higher integration density of thin film circuits. When the pitch interval d 'is small, adjacent inductor electrodes 20' influence each other, and a capacitance component is generated as the thickness of the inductor electrode 20 'increases. This capacitance component is considered to be a factor that lowers the Q value of the thin-film inductor element 1 '.
[0005]
[Patent Document]
JP-A-8-235527 JP-A-2000-58758 JP-A-2002-133611
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a thin film inductor element capable of preventing a generation of a capacitance component and obtaining a high Q value, and a method of manufacturing the same.
[0007]
Summary of the Invention
According to the present invention, in an inductor electrode formed by erecting a spiral-shaped thin film ridge, current is concentrated on the inner peripheral erected surface on the spiral center side, and the generation of a capacitance component is suppressed by increasing the pitch interval of the inductor electrode. It focuses on what can be done.
[0008]
That is, the present invention relates to a thin film inductor element having an inductor electrode formed by erecting a spiral thin film ridge on a substrate, wherein the sectional shape of the inductor electrode is substantially the same as that of the substrate. It is characterized in that it is a tapered surface which is perpendicular to the outer peripheral rising surface and approaches the center of the spiral as the electrode rises.
[0009]
According to this configuration, the cross-sectional area of the inductor electrode is reduced and the amount of electrode material constituting the inductor electrode is smaller than in the conventional case where both the inner-peripheral rising surface and the outer-peripheral rising surface are substantially perpendicular to the substrate. And the pitch interval between the inductor electrodes increases. Therefore, even if the thickness of the inductor electrode increases, the mutual influence between the adjacent inductor electrodes can be reduced, and the generation of the capacitance component can be suppressed.
[0010]
Further, according to the above configuration, since the pitch interval on the upper surface of the electrode is wider than the pitch interval on the substrate surface, it is not necessary to set the pitch interval on the substrate surface longer, and the element area of the thin-film inductor element is reduced. be able to.
[0011]
Further, according to the above configuration, in the inductor electrode, the inner peripheral rising surface through which the high-frequency current flows in a concentrated manner is substantially perpendicular to the substrate, and the outer peripheral rising surface through which the high-frequency current hardly flows is a tapered surface, so that the current loss is reduced. This does not occur, and the current characteristics of the thin-film inductor element can be favorably maintained.
[0012]
It is preferable that the taper angle on the outer peripheral rising surface of the inductor electrode is 55 ° or more and 85 ° or less. If the angle is less than 55 °, it is difficult to control the taper shape. If the angle is more than 85 °, the effect obtained by using the tapered outer peripheral rising surface cannot be sufficiently obtained.
[0013]
The planar shape of the inductor electrode can be a spiral shape formed by combining straight lines orthogonal to each other.
[0014]
It is practical that the inductor electrode is formed by a metal film of Ti / Cu or Cr / Cu formed on the substrate and a Cu plating film formed on the metal film. Alternatively, it is formed of a metal film of Ti / Au or Cr / Au formed on a substrate and an Au plating film formed on the metal film.
[0015]
According to an aspect of the manufacturing method, the present invention includes a spiral light-shielding portion corresponding to the spiral inductor electrode shape, and the light-shielding portion is farther from the center of the spiral, and has a light transmission amount closer to the center of the spiral. A step of preparing a photomask having a decreasing light amount adjusting unit; a step of forming a metal film to be a lower layer of the inductor electrode on the substrate; a step of uniformly applying a negative resist film on the metal film; Exposing the negative resist film through a photomask that has been formed; by development processing, the spiral shape corresponding to the spiral shape of the photomask, and the surface on the spiral center side is orthogonal to the substrate, and the surface farther from the spiral center is closer to the resist. Obtaining a negative resist having an inversely tapered cavity approaching the spiral center; and the negative resist Forming a plating film, which is to be an upper layer of the inductor electrode, on the metal film which is not covered by the above-mentioned method, by an electrolytic plating method.
[0016]
The angle formed between the metal film and the inverse tapered surface of the cavity of the negative resist is preferably 55 ° or more and 85 ° or less. If the angle is less than 55 °, it is difficult to control the amount of light transmitted by the photomask. If the angle is more than 85 °, the effect obtained by forming the outer peripheral rising surface of the inductor electrode into a tapered surface cannot be sufficiently obtained. The tapered angle of the outer peripheral rising surface of the formed inductor electrode is equal to the angle formed by the metal film and the reverse tapered surface.
[0017]
The light amount adjustment unit of the photomask can have various modes. For example, it is possible to provide a lattice pattern having a large number of lattice openings through which light passes, and the area of the lattice openings being smaller toward the center of the spiral. Alternatively, it is possible to provide a stripe pattern in which a number of slits for transmitting light are provided, and the slit width is smaller toward the center of the spiral. Alternatively, a gradation pattern in which the amount of transmitted light continuously decreases toward the center of the spiral may be used.
[0018]
In the above manufacturing method, it is practical that the metal film forming the inductor electrode is formed of Ti / Cu or Cr / Cu, and the plating film is formed of Cu. Alternatively, the metal film forming the inductor electrode may be formed of Ti / Au or Cr / Au, and the plating film may be formed of Au.
[0019]
After the formation of the plating film, a step of removing the negative resist and removing the exposed metal film is provided.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIGS. 1A and 1B are a partial sectional view and a plan view showing a thin-film inductor element to which the present invention is applied. The present thin film inductor element 1 is mounted on a thin film high frequency circuit using a high frequency current.
[0021]
The thin film inductor element 1 has an inductor electrode 20 formed on a substrate 10 by erecting a spiral thin film ridge. The inductor electrode 20 is formed by a metal film 21 made of, for example, Ti / Cu or Cr / Cu, and a Cu plating film 22.
[0022]
As shown in FIG. 1A, the sectional shape of the inductor electrode 20 is such that the inner peripheral rising surface 20b on the spiral center S side is substantially orthogonal to the substrate 10, and the outer peripheral rising surface 20a is closer to the spiral center as the electrode rises. It has a tapered surface approaching S. The taper angle α of the outer peripheral standing surface 20a is about 55 to 85 °. In FIG. 1, the tapered surface (the outer peripheral rising surface 20a) is hatched.
[0023]
The pitch interval D between the inductor electrodes 20 (distance interval between the outer-peripheral rising surface 20a and the inner-peripheral rising surface 20b of the adjacent inductor electrode 20) D extends toward the upper part of the electrode (in the direction in which the film thickness increases). Is the shortest, and the pitch D2 on the upper surface of the electrode is the longest. On the other hand, the width W of the inductor electrode 20 becomes narrower above the electrode, the width W1 on the substrate surface is the longest, and the width W2 on the upper surface of the electrode is the shortest. In the present embodiment, the inductor electrode 20 is formed with a thickness of about 5 to 10 μm. The width W of the inductor electrode 20 is about 15 to 20 μm when the pitch D is about 5 to 10 μm, about 10 to 15 μm when the pitch D is about 10 to 15 μm, and the pitch D is 50 μm. When it is about 60 μm, it is ensured to be about 90 to 100 μm.
[0024]
As described above, when the outer peripheral upright surface 20a of the inductor electrode 20 is a tapered surface closer to the spiral center S as the electrode is higher, the outer peripheral upright surface is orthogonal to the substrate 10 as shown in FIG. The pitch D increases as the cross-sectional area becomes smaller and the thickness of the inductor electrode 20 increases. As described above, if the cross-sectional area of the inductor electrode 20 (the electrode material constituting the inductor electrode 20) is reduced and the pitch interval D is increased, the mutual influence between the adjacent inductor electrodes is increased even if the thickness of the inductor electrode 20 increases. Therefore, the generation of the capacitance component can be suppressed.
[0025]
The high-frequency current applied to the inductor electrode 20 intensively flows on the inner peripheral rising surface 20b of the inductor electrode 20, and as a result, hardly flows on the outer peripheral rising surface 20a of the inductor electrode 20. Therefore, no current loss occurs even when the outer peripheral rising surface 20a of the inductor electrode 20 is tapered.
[0026]
Next, an embodiment of a method for manufacturing the thin-film inductor element 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
[0027]
First, a photomask used in the exposure step is prepared. As shown in FIGS. 7 and 8, the photomask 40 has a light transmitting portion 41 that allows all light to pass through, and a spiral light shielding portion 42 corresponding to the spiral inductor electrode shape. Is provided with a light amount adjusting unit 43 whose light transmission amount decreases toward the spiral center S on the side farther from the spiral center S. The range in which the light amount adjustment unit 43 is provided is about 5 to 10 μm. 7 and 8, a portion that does not allow light to pass at all is shown in black.
[0028]
As shown in FIG. 8, the light amount adjustment unit 43 of the photomask 40 used in the present embodiment includes a large number of lattice openings 44 that allow all light to pass through, and the area of the lattice openings 44 decreases toward the spiral center S. It is formed by a lattice pattern. In this lattice pattern, the pitch interval between the lattice openings 44 is about 0.5 to 2 μm. When the light amount adjusting unit 43 (grating pattern) is provided in a range of 5 μm or more, the grating opening at a position about 2.5 μm or more away from the end of the light shielding unit 42 far from the spiral center S. The pitch interval of 44 is about 0.25 to 1 μm.
[0029]
After the photomask 40 is prepared, as shown in FIG. 2, a metal film 21 of Ti / Cu or Cr / Cu is formed on the substrate 10 by sputtering to a thickness of about 50 to 500 nm. As the substrate 10, for example, an alumina substrate, a glass substrate, a silicon substrate, or the like is used.
[0030]
Next, the negative resist film 30 is uniformly applied on the metal film 21 by spin coating. The thickness of the negative resist film 30 is about 5 to 15 μm.
[0031]
Subsequently, as shown in FIG. 3, exposure is performed through a photomask 40 (FIGS. 7 and 8) prepared in advance. In FIG. 3, the arrow indicates the direction in which light travels, and the length of the arrow is proportional to the amount of transmitted light.
[0032]
After the exposure, a developing step is performed. According to this developing step, the negative resist film 30 in the range not irradiated with light in the above-mentioned exposure step is dissolved. As a result, a negative resist 31 for forming a plating film remains on the metal film 21, as shown in FIG. The negative resist 31 has a spiral cavity 32 corresponding to the spiral shape of the photomask 40. The cavity 32 has a surface 32b on the side of the spiral center S orthogonal to the substrate 10, and a surface farther from the spiral center S is an inverted tapered surface 32a that approaches the spiral center S as it goes upward in the figure. The width of the cavity 32 is equal to the width W of the inductor electrode, and the pitch of the cavity 32 is equal to the pitch D of the inductor electrode. The angle β formed between the reverse tapered surface 32a and the metal film 21 is equal to the taper angle α of the outer peripheral rising surface of the inductor electrode to be formed.
[0033]
The angle β formed between the inverted tapered surface 32a of the cavity 32 and the metal film 21, that is, the taper angle α of the outer peripheral surface of the inductor electrode to be formed is preferably 55 ° or more and 85 ° or less. If the taper angle α is less than 55 °, it is difficult to control the amount of light transmitted by the photomask 40. If the taper angle α exceeds 85 °, the effect of using the tapered outer peripheral rising surface of the inductor electrode is sufficient. Because they cannot be obtained.
[0034]
After forming the negative resist 31 having the reverse tapered surface 32a, as shown in FIG. 5, a Cu plating film 22 is formed on the metal film 21 not covered with the negative resist 31 by an electrolytic plating method. The thickness of the Cu plating film 22 is about 4 to 10 μm.
[0035]
Subsequently, as shown in FIG. 6, the negative resist 31 is removed. Then, the metal film 21 exposed from between the Cu plating films 22 is removed by dry etching or the like. Thus, the inductor electrode 20 including the metal film 21 and the Cu plating film 22 is formed.
[0036]
Through the above steps, the thin-film inductor element 1 shown in FIG. 1 is obtained.
[0037]
As described above, in the present embodiment, the sectional shape of the inductor electrode 20 is set such that the inner peripheral rising surface 20b on the spiral center S side is substantially perpendicular to the substrate 10 and the outer peripheral rising surface 20a is closer to the spiral center S as the electrode is higher. As shown in FIG. 12, the inductor electrode 20 ′ having a conventional structure formed in a square cross section as shown in FIG. 12 (in the case where the outer peripheral upright surface 20 a ′ and the inner peripheral upright surface 20 b ′ are substantially orthogonal to the substrate 10). The cross-sectional area of the electrode 20 is reduced, and the electrode material forming the inductor electrode 20 can be reduced. Further, the pitch interval D between the inductor electrodes 20 increases as the thickness of the inductor electrode 20 increases. Thereby, even if the film thickness of the inductor electrode 20 increases, the mutual influence between the adjacent inductor electrodes can be reduced, and the generation of the capacitance component can be suppressed.
[0038]
Further, according to the present embodiment, the pitch interval D2 on the upper surface of the inductor electrode can be increased without increasing the pitch interval D1 on the surface of the substrate 10, so that the element area of the thin-film inductor element 1 can be reduced. Will be possible.
[0039]
Furthermore, according to the present embodiment, since only the outer peripheral rising surface 20a of the inductor electrode 20 is a tapered surface, no current loss occurs. If only the inner peripheral rising surface 20b of the inductor electrode 20 or both the outer peripheral rising surface 20a and the inner peripheral rising surface 20b of the inductor electrode 20 are tapered, the current loss is large and the current characteristics of the thin-film inductor element 1 are deteriorated. Will be.
[0040]
Further, in the present embodiment, the resist 31 for defining the shape of the inductor electrode 20 is formed of a negative resist material, so that the thickness of the exposed negative resist material is adjusted so as to be orthogonal to the substrate 10. And the tapered surface can be easily formed. Further, in the present embodiment, since the negative resist 30 is exposed through the photomask 40 having the light amount adjusting unit 43 having a larger light transmission amount on the outer peripheral side than on the inner peripheral side in the outer peripheral region of the light shielding unit 42, Can be easily controlled, and a desired tapered shape can be obtained.
[0041]
FIG. 11 shows the results of calculating the Q value in the 2.4 GHz band when the thickness of the inductor electrode is 5 μm and 10 μm in the present embodiment shown in FIG. 1 and the comparative example (conventional example) shown in FIG. ing. Note that the composition of the thin film inductor element is the same in the present example and the comparative example.
[0042]
[Comparative example]
In the thin-film inductor element 1 'having the conventional structure shown in FIG. 12, the cross-sectional shape of the inductor electrode 20' is made substantially square in which both the inner peripheral rising surface 20b 'and the outer peripheral rising surface 20a' are substantially perpendicular to the substrate 10. Things. The pitch d and the width w of the inductor electrode 20 'are constant in the thickness direction of the inductor electrode 20'. Specifically, the pitch d is 5 μm, and the width w is 15 μm. From FIG. 11, it can be seen that the Q value of the thin-film inductor element 1 'decreases as the thickness of the inductor electrode 20' increases. The Q value when the thickness of the inductor electrode 20 ′ is 10 μm is reduced by about 8% compared to when the thickness of the inductor electrode 20 ′ is 5 μm.
[0043]
【Example】
In the thin-film inductor element 1 shown in FIG. 1, for example, the pitch d between the inductor electrodes 20 is 5 to 10 μm, the width W is 15 to 10 μm, and the cross-sectional area of the inductor electrode 20 is smaller than that of the comparative example shown in FIG. ing. 11, it can be seen that the Q value of the thin-film inductor element 1 does not change when the thickness of the inductor electrode 20 is 5 μm or 10 μm. As compared with the comparative example shown in FIG. 12, the Q value when the film thickness of the inductor electrode 20 is 5 μm is 3% larger than that in the comparative example, and the Q value when the film thickness is 10 μm. Is 11% higher than that of the comparative example.
[0044]
As is evident from the above results, in the present example, the Q value was not reduced as compared with the comparative example, that is, a high Q value was obtained even when the film thickness was increased.
[0045]
In the present embodiment, the light amount adjustment unit 43 of the photomask 40 used in the exposure step is formed in a lattice pattern (FIG. 8), but the mode of the light amount adjustment unit 43 can be variously modified. For example, as shown in FIG. 9, a large number of slits 45 that allow all light to pass through may be provided, and the width dimension a of the slit 45 may be formed by a stripe pattern that is smaller toward the spiral center S. Alternatively, as shown in FIG. 10, a gradation pattern 46 in which the light transmission amount continuously decreases toward the spiral center S may be formed.
[0046]
Further, in the present embodiment, the plating film 22 as the upper layer of the inductor electrode 20 is formed of Cu, but the plating film 22 can be formed of Au. However, when the plating film 22 is formed of Au, the metal film 21 as a lower layer of the inductor electrode 20 is formed of Ti / Au or Cr / Au.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, the sectional shape of the inductor electrode is such that the inner peripheral rising surface on the spiral center side is substantially perpendicular to the substrate, and the outer peripheral rising surface is a tapered surface closer to the spiral center as the electrode is higher. In addition, the mutual influence of the adjacent inductor electrodes is reduced as compared with the conventional case in which the outer peripheral rising surface is substantially perpendicular to the substrate. As a result, even if the thickness of the inductor electrode increases, the generation of a capacitance component can be suppressed, and a high Q value can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing a cross-sectional structure of a thin-film inductor element according to an embodiment of the present invention.
(B) It is a top view of the thin-film inductor element shown to (a).
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing the thin-film inductor element shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a plan view of a photomask used in the exposure step shown in FIG.
8 is an enlarged cross-sectional view showing one embodiment of a light amount adjusting section of the photomask shown in FIG.
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing one embodiment of a light amount adjusting section of the photomask shown in FIG. 7;
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing one embodiment of a light amount adjusting section of the photomask shown in FIG. 7;
FIG. 11 is a graph showing a relationship between a film thickness of a plating film forming an inductor electrode and a Q value in a 2.4 GHz band.
FIG. 12A is a perspective view showing a thin-film inductor element having a conventional structure.
(B) It is a top view of the thin-film inductor element shown to (a).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin-film inductor element 10 Substrate 20 Inductor electrode 20a Outer peripheral rising surface 20b Inner peripheral rising surface 21 Metal film 22 Plating film (Cu plating film)
Reference Signs List 30 Negative resist 31 Negative resist 31a Cavity part 31b Reverse tapered surface 40 Photomask 41 Light transmitting part 42 Light shielding part 43 Light quantity adjusting part 44 Grid opening 45 Slit 46 Gradation pattern

Claims

In a thin film inductor element having an inductor electrode formed by erecting a spiral thin film ridge on a substrate,
A thin-film inductor element, wherein a cross-sectional shape of the inductor electrode is a tapered surface in which an inner peripheral rising surface on a spiral center side is substantially orthogonal to the substrate and an outer peripheral rising surface is closer to the spiral center as the electrode is located above the electrode.

2. The thin-film inductor element according to claim 1, wherein a taper angle of the outer peripheral rising surface is not less than 55 ° and not more than 85 °.

3. The thin film inductor element according to claim 1, wherein the planar shape of the inductor electrode is a spiral shape formed by combining straight lines orthogonal to each other.

4. The thin-film inductor element according to claim 1, wherein the inductor electrode includes a metal film of Ti / Cu or Cr / Cu formed on a substrate, and a Cu film formed on the metal film. A thin-film inductor element formed by a plating film.

4. The thin-film inductor element according to claim 1, wherein the inductor electrode includes a metal film made of Ti / Au or Cr / Au formed on a substrate, and Au formed on the metal film. 5. A thin-film inductor element formed by a plating film.

A photomask having a spiral light-shielding portion corresponding to the spiral inductor electrode shape, the light-shielding portion having a light amount adjusting portion on the side farther from the spiral center, the light transmission amount decreasing toward the spiral center side. Preparing;
Forming a metal film to be a lower layer of the inductor electrode on the substrate;
A step of uniformly applying a negative resist film on the metal film;
Exposing the negative resist film through the prepared photomask;
By the developing treatment, the photomask has a spiral shape corresponding to the spiral shape, and the surface on the spiral center side is orthogonal to the substrate, and the surface farther from the spiral center becomes an inverse tapered surface closer to the spiral center as the resist is higher. Obtaining a negative resist having a hollow portion; and forming a plating film as an upper layer of the inductor electrode on a metal film not covered with the negative resist by an electrolytic plating method;
A method for manufacturing a thin-film inductor element, comprising:

7. The method for manufacturing a thin film inductor element according to claim 6, wherein an angle formed between the metal film and an inversely tapered surface of the cavity is not less than 55 ° and not more than 85 °.

8. The method of manufacturing a thin film inductor element according to claim 6, wherein the light amount adjusting portion of the photomask includes a large number of lattice openings for transmitting light, and the area of the lattice openings is smaller toward the spiral center. A method for manufacturing a thin film inductor element.

8. The method for manufacturing a thin film inductor element according to claim 6, wherein the light amount adjusting portion of the photomask includes a number of slits for transmitting light, and the slit width is a stripe pattern smaller toward the spiral center. Production method.

8. The method of manufacturing a thin film inductor element according to claim 6, wherein the light amount adjusting section of the photomask has a gradation pattern in which the light transmission amount continuously decreases toward the center of the spiral. Method.

11. The thin film inductor element manufacturing method according to claim 6, wherein the metal film forming the inductor electrode is formed of Ti / Cu or Cr / Cu, and the plating film is formed of Cu. Manufacturing method of inductor element.

The method of manufacturing a thin-film inductor element according to claim 6, wherein the metal film forming the inductor electrode is formed of Ti / Au or Cr / Au, and the plating film is formed of Au. Manufacturing method of inductor element.

13. The method for manufacturing a thin-film inductor element according to claim 6, further comprising: after forming the plating film, removing the resist layer, and further removing an exposed metal film. The manufacturing method of the thin film inductor element provided.