JP2007221145A - マイクロインダクタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢからなる磁性コア及びこれを巻くコイルを含むマイクロインダクタが開示される。
【解決手段】
本マイクロインダクタは、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢからなる磁性コアと、コイルを絶縁させる絶縁体と、磁性コア及びコイルを保持する基板、パッドなどを更に含む。絶縁体は、アルミニウムオキサイド又はポリイミドになることができる。
これにより、高い動作特性を有するマイクロインダクタを超小型に具現することができるようになる。
【選択図】図３

Description

本発明はマイクロインダクタ及びその製造方法に関する。

電子技術の発達に伴い、様々な種類の電子機器が開発及び普及している。このような電子機器に用いられる素子の中の一つがインダクタや変圧器などのようなマグネティック素子である。一方、近年電子製品の小型化に合わせるために、高い動作特性を有しつつ超小型、超軽量に製造することができるマグネティック素子に対する開発が進行中である。
特に、磁性膜を用いるインダクタを備えたＤＣ−ＤＣコンバータの場合、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）携帯電話機、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）ネットワーク装置、コンピューターシステム、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ドライバ、ノートＰＣ、デジタルカメラ、カムコーダーなどのような各種製品に幅広く用いられる。

従来のインダクタは、磁性コアに対してコイルを機械的に巻く方式で製造されている。この方式で製造されたインダクタは、体積が大きい、重い、製造コストが高い、動作周波数帯域が低いといった問題点があった。
これを改善するために、最近ではＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術およびクアシリガ（ｑｕａｓｉ−ＬＩＧＡ）技術を用いてＮｉＦｅからなる磁性コアを使う３Ｄマイクロインダクタを製造することが一般である。

このような従来のマイクロインダクタについては、発表論文である非特許文献１、非特許文献２を参考すれば分かる。
図１Ａないし図１Ｄは、ＮｉＦｅ磁性コアを用いるマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。図１Ａないし図１Ｄは、磁性コアが二辺を備えた四角環状の薄膜として製造され、コイルが二辺をそれぞれ巻きながら互いに連結されている構造のマイクロインダクタを用いて実験した実験グラフである。

まず、図１Ａ及び図１Ｂは、四角環状のＮｉＦｅ磁性コアの縦横が２６６０μｍ×３９００μｍ、ＮｉＦｅ磁性コアの厚さが１０μｍ、磁性コアの一辺の幅が８００μｍ、各辺の幅は互いに同様である。コイルは各辺の幅方向を３２回ずつ巻いて総巻き数が６４であり、コイル幅が２０μｍ、コイル間の間隔が３５μｍ、コイル厚さが１０〜２０μｍ、コイル及び磁性コア間には厚さ１０μｍのポリイミドが絶縁体として挿入されている条件下で測定したグラフである。

次に、図１Ｃ及び図１Ｄは、四角環状のＮｉＦｅ磁性コアの縦横が３８６０μｍ×３９４０μｍ、ＮｉＦｅ磁性コアの厚さが１０μｍ、磁性コアの四辺のうちコイルが巻かれた二辺の幅がそれぞれ１４００μｍ、その他の辺の幅はそれぞれ４００μｍ、コイルは各辺を４０回ずつ巻いて総巻き数が８０であり、コイル幅が２０μｍ、コイル間の間隔が３５μｍ、コイル厚さが１０〜２０μｍ、コイル及び磁性コア間には厚さ１０μｍのポリイミドが絶縁体として挿入されている条件下で測定したグラフである。

そのうち、図１Ａ及び図１Ｃは周波数対比インダクタンスの変化特性を示し、図１Ｂ及び図１Ｄは周波数対比選択度（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ：Ｑファクタ：品質係数：Ｑ値）の変化特性を示す。
しかし、ＮｉＦｅを磁性コアとして使いつつ適切な大きさのインダクタンスやＱファクタを獲得するためには、一定値（大略１０μｍ）以上の厚さを有する磁性コアを備えなければならない。一般的に、磁性コアの磁気特性はマイクロインダクタの性能改善に大きい影響を与える。従って、磁気特性に優れた新しい物質の磁性コアを備えることにより、性能が優秀で超小型に具現することができるマイクロインダクタの開発への必要性が台頭されている。
「ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＤＣ−ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｕｓｉｎｇ Ｔｉ／ＦｅＴａＮｆｉｌｍ ｉｎｄｕｃｔｏｒ」（Ｃ.Ｓ.Ｋｉｍ, ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ, ｖｏｌ. ３７, ｎｏ.４, ２８９４−２８９６, Ｊｕｌｙ, ２００１） 「Ｕｌｔｒａｌｏｗ−ｐｒｏｆｉｌｅ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｐｏｗｅｒ ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｌｙ ｌａｍｉｎａｔｅｄ ＮＩ／Ｆｅ ｃｏｒｅｓ ： ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｌｏｗ−ｍｅｇａｈｅｒｔｚ ＤＣ−ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ」（Ｊ.Ｗ.Ｐａｒｋ, ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ, ｖｏｌ. ３９, Ｎｏ.５,３１８４−３１８６, Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００３）

本発明は前述の問題点を解決するために提出されたもので、本発明の目的は、磁気特性に優れ、超小型に具現することができるマイクロインダクタ及びその製造方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明１のマイクロインダクタは、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢからなる磁性コアと、前記磁性コアを巻くコイルと、を含む。
好ましくは、前記磁性コアを絶縁させる絶縁体を更に含むことができる。
この場合、前記絶縁体は、アルミニウムオキサイド又はポリイミドになることができる。

また好ましくは、前記磁性コア及び前記コイルを保持する基板と、前記基板上に位置し、前記コイルと連結される複数のパッドと、を更に含むことができる。
より好ましくは、前記コイルは、前記基板と前記磁性コアとの間に位置する下部コイルパターンと、前記磁性コアの上側に位置する上部コイルパターンと、前記下部コイルパターンと前記上部コイルパターンとを連結させるビアと、を含むことができる。

また好ましくは、前記磁性コアは、前記基板上にて相対向する形に配置される二辺を備えた閉磁路（ｃｌｏｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ）であることができる。
この場合、前記コイルは、前記磁性コアの二辺のうち第１辺を巻く第１コイルと、前記磁性コアの二辺のうち第２辺を巻き、一端が前記第１コイルと連結される第２コイルと、を含むことができる。

ここで、前記第１コイルの一端は前記複数のパッドのうち第１パッドと連結され、前記第１コイルの他端は前記第２コイルの一端と連結され、前記第２コイルの他端は前記複数のパッドのうち第２パッドと連結されることができる。
好ましくは、前記コイルの各巻き線の幅は２０〜４０μm、各巻き線の厚さは５〜２０μm、各巻き線間の空間は２０〜４０μmであることができる。

また好ましくは、前記磁性コアは、厚さ２〜６μmの薄膜の形態であることができる。
一方、本発明の一実施形態によると、磁性コア及び前記磁性コアを巻いたコイルを備えるマイクロインダクタを製造するマイクロインダクタの製造方法は、（ａ）基板上に下部コイルパターンを製造するステップと、（ｂ）前記下部コイルパターンが製造された基板上にＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢからなる磁性コアを所定パターンに形成するステップと、（ｃ）前記下部コイルパターンと連結されるビアパターンを製造するステップと、（ｄ）前記ビアパターンと連結された上部コイルパターンを積層し、前記磁性コアを巻いた形のコイルを製造するステップと、を含む。

好ましくは、前記（ａ）ステップは、前記基板の一表面にシード層を製造し、前記基板の少なくとも一つの表面上にアライメントマーク（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍａｒｋ）を製造するステップと、前記シード層に沿ってメッキし、前記下部コイルパターンを製造するステップと、を含むことができる。この場合、前記（ｂ）ないし（ｄ）ステップは、前記アライメントマークを基準に対応される位置において行なわれることができる。

また好ましくは、前記（ｂ）ステップは、前記下部コイルの各々から所定の距離を隔てた位置に前記磁性コアを製造し、前記磁性コアは相対向する形に配置される二辺を備えた閉磁路であることができる。
より好ましくは、前記（ｂ）ステップは、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢサンプルを用いたスパッタリング工程を行い、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ薄膜を前記下部コイルパターンが製造された基板上に積層するステップと、前記ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ薄膜をパタニングし、前記磁性コアを製造するステップと、を含む。

ここで、前記（ｃ）ステップは、前記ビアパターンとともにパッドを製造するステップを含むことができる。
一方、磁場が印加された所定温度の真空炉内に前記マイクロインダクタを配置し、アニールするステップを更に含むことも好ましい。
より好ましくは、前記スパッタリング工程は、前記下部コイルパターンが製造された基板と前記ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢサンプルが内部に配置されたスパッタリングチャンバー内において、次のようなスパッタリングの条件下で行なわれることができる。スパッタリングの条件は、スパッタリングチャンバーの内部気体：アルゴン、スパッタリングチャンバーの内部圧力：４.２Ｐａ、スパッタリング時間：１〜２ｈ、スパッタリング電力：６００Ｗ、フローレート：１３ＳＣＣＭ、磁場の大きさ：１６ｋＡ/ｍであり、磁場の方向は前記基板表面に平行した方向になる。

本発明によれば、磁気特性に優れ、超小型に具現することができるマイクロインダクタ及びその製造方法を提供することができる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳説する。
図２は、本発明のマイクロインダクタの構成を概略的に説明するための模式図である。同図によると、本マイクロインダクタは磁性コア１１０及びコイル１２０を含む。
磁性コア１１０はＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢからなる。図２において、磁性コア１１０が２つの棒状１１１、１１２をなしているが、磁性コア１１０の構造は相対向する二辺を有する四角環状のような閉磁路（ｃｌｏｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ）を形成することもできる。

コイル１２０は磁性コア１１０の二辺１１１、１１２をそれぞれ巻き、互いに連結された形に形成される。
図３は、本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの構成を示す平面図である。同図に係るマイクロインダクタは、基板２００、磁性コア２１０、コイル２２０、パッド２３１、２３２を含む。

磁性コア２１０はＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢからなり、四角環状のような閉磁路を形成する。四角環状の構造において、各辺はフィルム状に形成される。
コイル２２０は、磁性コア２１０の相対向する二辺のうち一辺を巻く第１コイル２２１及び他辺を巻く第２コイル２２２を含む。
第１コイル２２１の一端は第１パッド２３１と連結され、他端は第２コイル２２２の一端と連結される。第２コイル２２２の他端は第２パッド２３２と連結される。

第１及び第２パッド２３１、２３２は、外部電源から印加される電気信号をコイル２２０に伝達する役割を果たす。
図４は、図３のマイクロインダクタの構成を示す斜視図である。同図によると、第１コイル２２１及び第２コイル２２２は、それぞれ下部コイルパターン２２１ｃ、２２２ｃ、ビア２２１ｂ、２２２ｂ、上部コイルパターン２２１ａ、２２２ａを含む。下部コイルパターン２２１ｃ、２２２ｃは基板２００の表面、つまり磁性コア２１０の下側に製造され、上部コイルパターン２２１ａ、２２２ａは磁性コア２１０の上側に製造される。ビア２２１ｂ、２２２ｂは磁性コア２１０の第１及び第２辺２１１、２１２それぞれの両側面に製造され、下部コイルパターン２２１ｃ、２２２ｃと上部コイルパターン２２１ａ、２２２ａをそれぞれ連結する。

図５は、図３におけるマイクロインダクタの磁性コアの第１辺２１１に対し、Ｉ−Ｉの方向に切断した断面を示す断面図である。同図によると、第１コイル２２１と磁性コアの第１辺２１１との間には絶縁体２４０が配置され、磁性コアの第１辺２１１を絶縁させる。図５は第１辺２１１に対してのみ示しているが、第２辺２１２も同様の構造を有する。
絶縁体２４０としては、ポリイミド又はアルミニウムオキサイドを使うことができる。

図３ないし図５のマイクロインダクタにおいて、磁性コア２１０及びコイル２２０の規格は、所望するインピーダンス値を得るために多様なサイズで設計することができる。マイクロインダクタのインピーダンス値は、次のような式（１）に表すことができる。

式（１）において、Ｌはインダクタンス、μ_０は真空中における絶対透磁率、μ_ｒはコア物質の相対透磁率、ｌ_ｃは閉磁路コアの全長、Ｎはコイルの総巻き線数、Ａ_ｃは磁性コアの断面積を示す。従って、数１において所望するインダクタンス値を得るためには、ｌ_ｃ、Ｎ、Ａ_ｃなどを調整すれな良い。

好ましくは、コイルの各巻き線の幅は大略２０〜４０μｍ、各巻き線の厚さは大略５〜２０μｍ、各巻き線間の空間は大略２０〜４０μｍに設計することができる。また、磁性コアは、大略厚さ２〜６μｍのフィルムに設計することができる。そして、磁性コアの構造も多様に変更することができる。高いインダクタンスを有する超小型のインダクタを具現するために、巻き線数を増加させるか磁性コアの断面積を増加させることが好ましい。

図６、図７Ａ、図７Ｂは、磁性コアの多様な構造を説明するための模式図である。まず、図６は、相対向する２つの直線辺を有し、直線辺を除いた他の部分は曲線状に製造された閉磁路３１０の磁性コアを示す。図７Ａは四辺の幅が同一の四角環状の磁性コア（以下、Ａタイプ）を示し、図７Ｂは４辺のうちコイルが巻かれる二辺の幅がその他の二辺の幅より大きい四角環状の磁性コア（以下、Ｂタイプ）を示す。その他にも、磁性コアは図２に示されているように二つの棒状に製造することもできる。

図８は、一つのウエハ上において複数のマイクロインダクタを同時に製造した状態を撮影した写真である。すなわち、一つのウエハの全体領域に対し、下部コイルパターン２２１ｃ、２２２ｃ、磁性コア２１０、ビア２２１ｂ、２２２ｂ、上部コイルパターン２２１ａ、２２２ａなどの製造工程を同時に行って複数のマイクロインダクタを同時製造する。その後、ダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）過程により複数のマイクロインダクタを個々に分離して使うことができる。

図９Ａないし図９Ｅは、本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの製造方法を説明するための断面図である。図９Ａないし図９Ｅは、図３のマイクロインダクタにおいて磁性コア２１０の第１辺１１１に対応する位置を基準にマイクロインダクタの製造工程を説明する断面図であるので、第２辺２１２に対応する製造工程は図９Ａないし図９Ｅにおいて図示されない。しかし、各辺２１１、２１２に対する工程は同様に行なわれるので、以下では第１辺２１１に対する工程のみ説明する。

まず、図９Ａのように、基板２００の一表面上に下部コイルパターン２２１ｃ及び第１下部パッド２３１ａを製造する。図９Ａの工程を具体的に説明すると、まずＣｒやＣｕのような物質をスパッタリングして基板２００の一表面上に大略１００ｎｍ程度の厚さでシード層２０１を積層する。一方、マイクロインダクタの製造を容易にするために、アライメント（整列）マーク２０２を使うことができる。

通常は、基板の前面にアライメントマークを製造するが、工程の便宜上、裏面に製造することもできる。
好ましくは、Ｃｒ/Ｃｕシード層２０１は、次のようなスパッタリング条件を用いてスパッタリングすることができる。
[シード層スパッタリングの条件]
１．基板真空度：４×１０^−４Ｐａ
２．Ａｒ圧力：０.６７Ｐａ
３．スパッタリング電力：８００Ｗ
４．Ａｒフローレート：２０ＳＣＣＭ
シード層２０１が積層されると、フォトレジスト（図示せず）を用いて下部コイルパターン２２１ｃ及び第１下部パッド２３１ａを製造する。具体的には、シード層２０１をパタニングした後、フォトレジスト（図示せず）を大略厚さ１０μｍに塗布し、９０℃〜９５℃程度の温度で６０分程度加熱した後、露光及び現像過程を行い、シード層２１０を用いてメッキすることにより、下部コイルパターン２２１ｃ及び第１下部パッド２３１ａを製造することができる。メッキ物質としては、Ｃｕを使うことができる。この場合、図９Ａでは図示していないが、磁性コア２１０の第２辺２１２に対応される位置の下部コイルパターン２２２ｃ及び第２パッド２３２も同時に製造される。

図９Ｂは、コイルと磁性コアとの間の絶縁層２４０を製造する過程を示す断面図である。具体的には、ＰＲ（フォトレジスト）、ポリイミドを絶縁体として使うことができ、スパッタリング方式ではアルミニウムオキサイド（Ａｌ_２Ｏ_３）などの絶縁体２４０を積層した後にパタニングすることもできる。
絶縁体２４０は次のようなスパッタリング条件を用いてスパッタリングを行なうことができる。
[絶縁体スパッタリングの条件]
１．基板真空度（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｖａｃｕｕｍ）：４×１０^−４Ｐａ
２．Ａｒ圧力：２.６６Ｐａ
３．スパッタリング電力：４０００Ｗ
４．Ａｒフローレート：７０ＳＣＣＭ
次に、図９Ｃのように磁性コアの一辺２１１とともに磁性コア２１０を製造する。具体的にはＣｒシード層２０３を厚さ２０〜３０ｎｍにスパッタリングした後、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ薄膜を厚さ２〜６μｍにスパッタリングしてパタニングすることにより、磁性コアの一辺２１１とともに磁性コア２１０が製造される。

スパッタリングの過程をより具体的に説明すると次の通りである。まず、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢターゲットを別に製造する。具体的には、アルゴン気体が満たされた真空オーブンで、純度がそれぞれ９９.８％のＦｅ、９９.９％のＳｉ、９９.６％のＮｂ、９９.９％のＣｕ、９９.８％のＣｒをアーク溶解（ａｒｃ ｍｅｌｔｉｎｇ）し、Ｆｅ_７３.５Ｃｕ_１Ｎｂ_２Ｃｒ_１Ｓｉ_１３.５Ｂ_９の組成比を有するＦｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂの合金サンプルを製造する。Ｂの純度は任意に決定できるが、高い方が好ましい。それから、合金サンプルをカットし、厚さ３〜４ｍｍ、直径１５３ｍｍの薄いターゲットに製造する。これにより製造されたターゲットを用いて、ＳＰＦ−３１２システムでマグネトロンスパッタリングを行い、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ薄膜を積層することができる。

一方、スパッタリングパーワー、フローレート、アルゴン圧力を多様に変化させながら、各条件下で製造された磁性膜の透磁率及び保磁力を測定することにより、最適の条件を見つけることができる。
磁性体は、下記のようなスパッタリングの条件下でスパッタリングを行なうことができる。
[ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢスパッタリングの条件]
１．基板真空度（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｖａｃｕｕｍ）：１.１×１０^−４Ｐａ
２．Ａｒ圧力：４.２Ｐａ
３．スパッタリング電力：６００Ｗ
４．Ａｒフローレート：１３ＳＣＣＭ
５．スパッタリング時間：１〜２ｈ
６．磁場：１６ｋＡ/ｍ
ここで、磁場は磁性コア２１０の長辺に平行な方向に印加されることができる。また、磁場は、基板２００表面に平行な方向に印加されても良い。

一方、スパッタリング方式で製造された磁性コアの組成比は、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）分析方式などのような多様な方式で求めることができる。検出された組成比は、大略Ｆｅ_７６.２Ｓｉ_９.２Ｂ_６.９Ｃｕ_４.８Ｎｂ_０.１Ｃｒ_１.３Ｎｉ_１.５になる。磁性薄膜のＤＳＣ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｙ）曲線（図示せず）を用いると、キュリー温度は大略４４７℃、結晶化温度は大略６０２℃程度になる。

一方、上記とは相違した組成比を有するサンプルを用いて、相違したスパッタリングの条件でスパッタリングを行なうと、各成分の組成比などは相違に検出されることは言うまでもない。
以上のように、磁性コア２１０の製造が完了すると、磁性コアの一辺２１１とともに磁性コア２１０を覆うように絶縁体２４０をさらに形成する。その後、図９Ｄにように、絶縁体２４０を貫通するビア２２１ｂ及びパッド２３１を完成する。具体的には、磁性コア２１０が製造された状態で厚さ約２０μｍのフォトレジストを積層した後、露光及び現像過程を行なってビア及びパッド部位が現れるようにする。つまり、露光及び現像により、絶縁体２４０をエッチングし、下部コイルパターン２２１ｃ及び第１下部パッド２３１ａを露出する。そして、メッキ過程により第１上部パッド２３１ｂとビアパターン２２１ｂを製造する。次に、ＣＭＰにより絶縁体２４０の上面が平たくなるように研磨する。

それから、図９Ｅのように絶縁体２４０上にシード層２０４を形成し、このシード層２０４を用いて、上部コイルパターン２２１ａを製造する。これにより、磁性コアの第１辺２１１を巻く第１コイル２２１が完成される。これとともに、第２辺２１２を巻く第２コイル２２２も完成される。上部コイルパターン２２１ａの具体的な製造過程は下部コイルパターン２２１ｃと同様であるので、重複説明は省略する。

完成されたコイルの形はソレノイドの形であり、各巻き線の幅は大略２０〜４０μｍ位であり、厚さは５〜２０μｍ、巻き線間の間隔は２０〜４０μｍ位に製造することが好ましい。コイルの巻き線数は磁性コア２１０の長さに応じて相違に決定される。
このように、コイル２２０構造が完成されると、真空炉の中にマイクロインダクタを配置した後、３０分の間磁場を印加しつつ２５０℃で加熱し、マイクロインダクタの製造を完了することができる。それぞれのマイクロインダクタは基板をダイシングして分離し、このときメッキのために連結された不要の配線が断絶され得る。

図１０Ａないし図１０Ｄは、本発明の一実施形態によって製造されたマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。図１０Ａないし図１０Ｄは、磁性コアが二辺を備えた四角環状の薄膜として製造され、コイルが二辺をそれぞれ巻きながら互いに連結されている構造のマイクロインダクタを用いて実験した実験グラフである。従って、図１Ａないし図１Ｄと比較すると、本マイクロインダクタの性能と従来のマイクロインダクタの性能とを比較することができる。

まず、図１０Ａ及び図１０Ｂは、四角環状のＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ磁性コアの縦横が２６６０μｍ×３９００μｍ、磁性コアの厚さが３〜６μｍ、磁性コアの各辺の幅が８００μｍであるＡタイプであり、コイルは各辺を３２回ずつ巻いて総巻き数が６４であり、コイル幅が２０μｍ、コイル間の間隔が３５μｍ、コイル厚さが１０〜２０μｍ、コイル及び磁性コア間には厚さ１０μｍのポリイミドが絶縁体として挿入されている条件下で測定したグラフである。

次に、図１０Ｃ及び図１０Ｄは、四角環状のＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ磁性コアの縦横が３８６０μｍ×３９４０μｍ、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ磁性コアの厚さが３〜６μｍ、磁性コアの長辺の幅、つまり磁性コアの四辺のうちコイルが巻かれた二辺の幅がそれぞれ１４００μｍであり、その他の辺の幅はそれぞれ４００μｍであるＢタイプであり、コイルは各辺を４０回ずつ巻いて総巻き数が８０であり、コイル幅が２０μｍ、コイル間の間隔が３５μｍ、コイル厚さが１０〜２０μｍ、コイル及び磁性コア間には厚さ１０μｍのポリイミドが絶縁体として挿入されている条件下で測定したグラフである。

そのうち、図１０Ａ及び図１０Ｃは周波数対比インダクタンスの変化特性を示し、図１０Ｂ及び図１０Ｄは周波数対比選択度（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ：Ｑファクタ）の変化特性を示す。
図１Ａないし図１Ｄと図１０Ａないし図１０Ｄとをそれぞれ比較すると、厚さ１０μｍのＮｉＦｅ磁性コアを使った時のインピーダンス及びＱファクタの特性と、厚さ３〜６μｍのＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ磁性コアを使った時のインピーダンス及びＱファクタの特性がほぼ類似に表れることが分かる。結果的に、従来のマイクロインダクタに比べ磁性コアの厚さを半分程度に縮小させることが可能になるため、マイクロインダクタの全体のサイズも減少する。

一方、図３ないし図５に示されたマイクロインダクタで用いられたＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ磁性コアの特徴を調べるためにアニール実験を行なうことができる。
具体的には、磁性コアが製造されたサンプルをそれぞれ３００℃、４００℃、５００℃、及び６００℃の温度でそれぞれ３０分間加熱した後、一定時間が経過するとその特性変化をチェックする実験が行なわれる。

これにより、加熱前後の薄膜の構造的特性を把握するために、ヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｍｏｄｕｌｕｓ）及び硬度（ｈａｒｄｎｅｓｓ）を測定することができる。加熱温度毎に測定されたヤング率及び硬度は次の表の通りである。

その他、薄膜状の磁性コアの表面構造及び磁気特性を把握するために、Ｘ線撮影、電子顕微鏡（ＡＦＭ）撮影、又はＢ−Ｈ ｌｏｏｐｓ検出などを行なうことができる。
図１１Ａないし図１１Ｅは、各温度ごとに撮影した電子顕微鏡の撮影写真である。図１１Ａは積層されたそのままの状態、図１１Ｂは３００℃で加熱した状態、図１１Ｃは４００℃で加熱した状態、図１１Ｄは５００℃で加熱した状態、図１１Ｅは６００℃で加熱した状態で磁性コア２１０の表面を撮影した写真である。図１１Ａないし図１１Ｅを見ると、加熱前の磁性コアの表面は無定形状態であることが分かるが、４００℃の温度において定形化が開始されていることが分かる。温度が５００℃以上になると、ナノメートルサイズの微細結晶が生成される。

図１２Ａないし図１２Ｅと図１３Ａないし図１３Ｅは、各温度毎のＢ−Ｈ特性を検出したグラフである。まず、図１２Ａないし図１２Ｅは、本マイクロインダクタの磁場対比モーメントの特性を磁化容易軸（ｅａｓｙ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフであり、図１３Ａないし図１３Ｅは、本マイクロインダクタの磁場対比磁気モーメントの特性を磁化困難軸（ｈａｒｄ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。

図１２Ａ及び図１３Ａは積層されたそのままの状態、図１２Ｂ及び図１３Ｂは３００℃で加熱した状態、図１２Ｃ及び図１３Ｃは４００℃で加熱した状態、図１２Ｄ及び図１３Ｄは５００℃で加熱した状態、図１２Ｅ及び図１３Ｅは６００℃で加熱した状態を示す。図１２Ａないし図１２Ｅ、図１３Ａないし図１３Ｅを見ると、元状態の磁性薄膜は非常に優れた軟磁性を有し、３００℃で加熱された後は更に改善され、一方保磁力は小さくなることが分かる。これは、構造緩和過程（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）により応力が小さくなることに起因する。しかし、加熱温度の増加に伴い、磁性薄膜は更に硬くなり、保磁力は非常に大きくなる。そして、薄膜は等方性を有するようになる。

以上のような実験結果に基づいて、マイクロインダクタの各構成要素の大きさ、構造、形態などを多様に組合わせることにより、マイクロインダクタを多様な技術分野の製品に対して適用することができるようになる。

ＮｉＦｅからなる磁性コアを用いる従来のマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。 ＮｉＦｅからなる磁性コアを用いる従来のマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。 ＮｉＦｅからなる磁性コアを用いる従来のマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。 ＮｉＦｅからなる磁性コアを用いる従来のマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。 本発明に係るマイクロインダクタの構成を概略的に示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの構成を示す平面図である。 図３のマイクロインダクタの構成を示す斜視図である。 図３の平面図においてＡ−Ａ’の断面を示す断面図である。 図３のマイクロインダクタに用いられる磁性コア構造の例を示す模式図である。 図３のマイクロインダクタに用いられる磁性コア構造の例を示す模式図である。 図３のマイクロインダクタに用いられる磁性コア構造の例を示す模式図である。 本発明に係るマイクロインダクタを一つのウエハ上に複数製造した状態を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタの特性を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタで用いられる磁性コアの表面状態を撮影した電子顕微鏡の写真である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタで用いられる磁性コアの表面状態を撮影した電子顕微鏡の写真である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタで用いられる磁性コアの表面状態を撮影した電子顕微鏡の写真である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタで用いられる磁性コアの表面状態を撮影した電子顕微鏡の写真である。 本発明の一実施形態に係るマイクロインダクタで用いられる磁性コアの表面状態を撮影した電子顕微鏡の写真である。 本マイクロインダクタの磁場対比磁気モーメント特性を磁化容易軸（ｅａｓｙ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比磁気モーメント特性を磁化容易軸（ｅａｓｙ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比磁気モーメント特性を磁化容易軸（ｅａｓｙ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比磁気モーメント特性を磁化容易軸（ｅａｓｙ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比磁気モーメント特性を磁化容易軸（ｅａｓｙ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比モーメント特性を磁化困難軸（ｈａｒｄ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比モーメント特性を磁化困難軸（ｈａｒｄ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比モーメント特性を磁化困難軸（ｈａｒｄ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比モーメント特性を磁化困難軸（ｈａｒｄ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。 本マイクロインダクタの磁場対比モーメント特性を磁化困難軸（ｈａｒｄ ａｘｉｓ）に沿って測定したグラフである。

符号の説明

１１０、２１０ 磁性コア
１２０、２２０ コイル
２３１、２３２ パッド
２００ 基板

Claims (18)

1. ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢからなる磁性コアと、
   前記磁性コアを巻くコイルと、
   を含むことを特徴とするマイクロインダクタ。
2. 前記磁性コアを絶縁させる絶縁体を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロインダクタ。
3. 前記絶縁体は、アルミニウムオキサイドであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロインダクタ。
4. 前記絶縁体は、ポリイミドであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロインダクタ。
5. 前記磁性コア及び前記コイルを保持する基板と、
   前記基板上に位置し、前記コイルと連結される複数のパッドと、
   を更に含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロインダクタ。
6. 前記コイルは、
   前記基板と前記磁性コアとの間に位置する下部コイルパターンと、
   前記磁性コアの上側に位置する上部コイルパターンと、
   前記下部コイルパターンと前記上部コイルパターンとを連結させるビアと、
   を含むことを特徴とする請求項５に記載のマイクロインダクタ。
7. 前記磁性コアは、
   前記基板上にて相対向する形に配置される二辺を備えた閉磁路（ｃｌｏｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ）であることを特徴とする請求項５に記載のマイクロインダクタ。
8. 前記コイルは、
   前記磁性コアの二辺のうち第１辺を巻く第１コイルと、
   前記磁性コアの二辺のうち第２辺を巻き、一端が前記第１コイルと連結される第２コイルと、
   を含むことを特徴とする請求項７に記載のマイクロインダクタ。
9. 前記第１コイルの一端は前記複数のパッドのうち第１パッドと連結され、前記第１コイルの他端は前記第２コイルの一端と連結され、前記第２コイルの他端は前記複数のパッドのうち第２パッドと連結されることを特徴とする請求項８に記載のマイクロインダクタ。
10. 前記コイルの各巻き線の幅は２０〜４０μm、各巻き線の厚さは５〜２０μm、各巻き線間の間隔は２０〜４０μmであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロインダクタ。
11. 前記磁性コアは、厚さ２〜６μmの薄膜の形態であることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロインダクタ。
12. 磁性コア及び前記磁性コアを巻いたコイルを備えるマイクロインダクタを製造するマイクロインダクタの製造方法において、
    （ａ）基板上に下部コイルパターンを製造するステップと、
    （ｂ）前記下部コイルパターンが製造された基板上にＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢからなる磁性コアを所定パターンに形成するステップと、
    （ｃ）前記下部コイルパターンと連結されるビアパターンを製造するステップと、
    （ｄ）前記ビアパターンと連結された上部コイルパターンを積層し、前記磁性コアを巻いた形のコイルを製造するステップと、
    を含むことを特徴とするマイクロインダクタの製造方法。
13. 前記（ａ）ステップは、
    前記基板の一表面にシード層を製造し、前記基板の少なくとも一つの表面上にアライメントマーク（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍａｒｋ）を製造するステップと、
    前記シード層に沿ってメッキし、前記下部コイルパターンを製造するステップと、含み、
    前記（ｂ）ないし（ｄ）ステップは、前記アライメントマークを基準に対応する位置において行なわれることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロインダクタの製造方法。
14. 前記（ｂ）ステップは、
    前記下部コイルの各々から所定の距離を隔てた位置に前記磁性コアを製造し、前記磁性コアは相対向する形に配置される二辺を備えた閉磁路であることを特徴とする請求項１２に記載のマイクインダクタの製造方法。
15. 前記（ｂ）ステップは、
    ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢサンプルを用いたスパッタリング工程を行い、ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ薄膜を前記下部コイルパターンが製造された基板上に積層するステップと、
    前記ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢ薄膜をパタニングし、前記磁性コアを製造するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロインダクタの製造方法。
16. 前記（ｃ）ステップは、
    前記ビアパターンとともにパッドを製造するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロインダクタの製造方法。
17. 磁場の印加された所定温度の真空炉内に前記マイクロインダクタを配置し、アニールするステップを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロインダクタの製造方法。
18. 前記スパッタリング工程は、前記下部コイルパターンが製造された基板と前記ＦｅＣｕＮｂＣｒＳｉＢサンプルが内部に配置されたスパッタリングチャンバー内において、次のようなスパッタリングの条件下で行なわれることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロインダクタの製造方法。
    スパッタリングチャンバーの内部気体：アルゴン
    スパッタリングチャンバーの内部圧力：４.２Ｐａ
    スパッタリング時間：１〜２ｈ
    スパッタリング電力：６００Ｗ
    フローレート：１３ＳＣＣＭ
    磁場の大きさ：１６ｋＡ/ｍ
    磁場の方向：前記基板表面に平行した方向