JP2007273870A - Manufacturing method of thin film magnetic element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電性膜及び磁性膜を有する薄膜磁気素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film magnetic element having a conductive film and a magnetic film.
従来、基体上でパターニングされた導電性膜からなる配線と、磁性膜等の機能性膜とを有する素子の製造方法として、配線のリークを防止するために絶縁層を配線を覆い、その上に機能性膜を形成する方法が知られている(例えば、特許文献1。)。一方、薄膜素子の機能性膜を平坦化するために、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等の手法が活用されてきた(例えば、特許文献2、3。)。
溝が形成されるようにパターニングされた導電性膜を覆う絶縁層を形成させると、多くの場合、溝の上部に位置する絶縁層の表面に凹みが生じる。特に硬化性樹脂の塗布及び硬化によって絶縁層を形成させる場合、硬化収縮等に起因して表面が大きく凹み易い傾向にある。 When an insulating layer that covers the conductive film patterned so as to form a groove is formed, in many cases, a dent is generated on the surface of the insulating layer located above the groove. In particular, when an insulating layer is formed by application and curing of a curable resin, the surface tends to be easily dented due to curing shrinkage or the like.
表面に凹みが形成された絶縁層上に形成された磁性膜は、絶縁層の凹みに沿って溝内部に向かって屈曲した状態となる。磁性膜がこのように屈曲すると、得られる薄膜磁気素子の信頼性が低下するといった問題が生じ得る。例えばインダクタの場合、インダクタンスの向上のためには導電性膜と磁性層との間隔を小さくすることが望ましいが、そのために導電性膜と磁性膜の間の絶縁層の厚さを薄くすると、絶縁層の凹みに由来するインダクタンスの低下、高周波特性の劣化、直流重畳特性の低下等の問題が顕在化する傾向にある。 The magnetic film formed on the insulating layer having a recess formed on the surface is bent toward the inside of the groove along the recess of the insulating layer. If the magnetic film is bent in this way, there may arise a problem that the reliability of the obtained thin film magnetic element is lowered. For example, in the case of an inductor, it is desirable to reduce the distance between the conductive film and the magnetic layer in order to improve the inductance. However, if the thickness of the insulating layer between the conductive film and the magnetic film is reduced, insulation is reduced. There is a tendency for problems such as a decrease in inductance, deterioration in high-frequency characteristics, a decrease in DC superimposition characteristics, and the like due to the dents in the layer to become apparent.
絶縁層を平坦化する方法としては、十分に厚い絶縁層を形成してからこれをCMP等によって表面の凹みがなくなる所定の厚さまで研磨する方法が考えられる。しかし、この方法では研磨工程の追加による生産効率の低下や高価な装置の導入による製造コストの上昇を招くという問題がある。 As a method of planarizing the insulating layer, a method of forming a sufficiently thick insulating layer and polishing it to a predetermined thickness that eliminates the surface dent by CMP or the like is conceivable. However, this method has a problem in that the production efficiency is reduced due to the addition of a polishing step and the manufacturing cost is increased due to the introduction of an expensive apparatus.
そこで、本発明は、高い信頼性の薄膜磁気素子を簡易な工程で製造することを可能にする製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a manufacturing method that enables a highly reliable thin film magnetic element to be manufactured by a simple process.
本発明は、基体上に設けられ溝が形成されるようにパターニングされた導電性膜を覆う絶縁層を形成させる絶縁層形成工程と、該絶縁層上に磁性膜を形成させる磁性膜形成工程と、を備える薄膜磁気素子の製造方法であって、絶縁層形成工程は、硬化性樹脂の硬化体からなり上記溝の少なくとも一部を埋める第1の絶縁部を、導電性膜の基体と反対側の面の少なくとも一部が露出するようなパターンで形成させる工程と、第1の絶縁部及び導電性膜を覆う第2の絶縁部を形成させる工程と、を含むものである。 The present invention provides an insulating layer forming step of forming an insulating layer that covers a conductive film provided on a substrate and patterned so as to form a groove, and a magnetic film forming step of forming a magnetic film on the insulating layer. In the method of manufacturing a thin film magnetic element, the insulating layer forming step includes forming a first insulating portion made of a cured curable resin and filling at least a part of the groove on the side opposite to the base of the conductive film. Forming a pattern in which at least a part of the surface is exposed, and forming a second insulating portion that covers the first insulating portion and the conductive film.
上記本発明に係る製造方法においては、導電性膜を覆う絶縁層を、溝を埋める第1の絶縁部と、第1の絶縁部とともに導電性膜を覆う第2の絶縁部の2段階に分けて形成させる。磁性膜側に位置する第2の絶縁部を形成させる前に第1の絶縁部によって導電性膜の溝を予め埋めておくことにより、溝上部における絶縁層の表面の凹みが抑制されるか、又は逆に絶縁層の表面が盛り上がった状態となり、絶縁層上に形成される磁性膜が溝内部に向かって屈曲することが防止される。その結果、CMP等の手法を用いずとも、高い信頼性の薄膜磁気素子を簡易な工程で製造することが可能となった。 In the manufacturing method according to the present invention, the insulating layer covering the conductive film is divided into two stages: a first insulating part that fills the groove and a second insulating part that covers the conductive film together with the first insulating part. To form. By pre-filling the groove of the conductive film with the first insulating portion before forming the second insulating portion located on the magnetic film side, the depression of the surface of the insulating layer in the upper portion of the groove is suppressed, Or conversely, the surface of the insulating layer is raised, and the magnetic film formed on the insulating layer is prevented from bending toward the inside of the groove. As a result, it is possible to manufacture a highly reliable thin film magnetic element by a simple process without using a technique such as CMP.
本発明に係る製造方法においては、上記第1の絶縁部を、基体と反対側の方向に導電性膜よりも突出するように形成させることが好ましい。この場合、第2の絶縁部はその表面が溝上部において盛り上がった状態となる。その結果、磁性膜が溝内部に向かって屈曲することがより確実に防止される。 In the manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the first insulating portion is formed so as to protrude from the conductive film in a direction opposite to the base. In this case, the surface of the second insulating portion is raised at the upper portion of the groove. As a result, the magnetic film is more reliably prevented from bending toward the inside of the groove.
本発明に係る製造方法においては、第1の絶縁部を、導電性膜の基体と反対側の面上に張り出すように形成させることが好ましい。この場合も、磁性膜が溝内部に向かって屈曲することがより確実に防止される。また、導電性膜の基体と反対側の面と溝の壁面とで直角又は鋭角が形成されている場合、この部分を絶縁層で確実に覆って絶縁を維持することが困難になる傾向にあるが、上記のように第1の絶縁部を形成させることにより、このような場合でも絶縁を維持することが容易になる。 In the manufacturing method according to the present invention, it is preferable to form the first insulating portion so as to project on the surface of the conductive film opposite to the base. Also in this case, the magnetic film is more reliably prevented from bending toward the inside of the groove. Also, when a right angle or acute angle is formed between the surface of the conductive film opposite to the base and the wall surface of the groove, it tends to be difficult to maintain insulation by reliably covering this portion with an insulating layer. However, by forming the first insulating portion as described above, it becomes easy to maintain insulation even in such a case.
本発明によれば、高い信頼性の薄膜磁気素子を簡易な工程で製造することが可能である。また、本発明は、第2の絶縁部の厚さを適宜調整することにより、導電性膜と磁性膜の間隔の大きさを制御することが容易であるという利点も有する。 According to the present invention, a highly reliable thin film magnetic element can be manufactured by a simple process. The present invention also has an advantage that the size of the distance between the conductive film and the magnetic film can be easily controlled by appropriately adjusting the thickness of the second insulating portion.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明に係る製造方法によって得られる薄膜磁気素子の一実施形態を示す平面図であり、図2は図1のII−II線に沿った概略断面図である。薄膜磁気素子1は、基体5と、基体5上に設けられた導電性膜20と、導電性膜20を覆う絶縁層3と、絶縁層3を覆う磁性膜41とから構成される。薄膜磁気素子1は、コイルパターンを形成している導電性膜20と、磁性膜41とを備える薄膜インダクタである。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a thin film magnetic element obtained by the manufacturing method according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line II-II in FIG. The thin film
基体5は、基板10、下部磁性膜40及び下部絶縁層30がこの順で積層された積層体である。基体5の下部絶縁層30側の面上に導電性膜20が形成されている。
The
基板10としては、例えば、フェライトを主成分として構成されたフェライト基板が用いられる。この場合、フェライト基板は、薄膜磁気素子1全体を支持する基板として機能するとともに、インダクタンスを高めるための磁性層としても機能する。当然なことに、基板10としては、シリコンやガリウム砒素などの半導体ウェハ、または、アルミナ、ガラス、酸化ケイ素などのセラミックスを用いることが可能である。
As the
下部磁性膜40は、軟磁性金属磁性体から構成される。軟磁性金属磁性体としては、CoZrTa系合金、CoZrNb系合金、CoFeSiB系合金等のCo系非晶質合金や、FeSi、FeNi、Fe、CoFeを主成分とする合金が挙げられる。これらの中でも、磁歪定数が低く、高透磁率、且つ、高抵抗が得られるため、CoZrNb系合金又はCoZrTa系合金が好ましい。更には、インダクタの直流重畳特性を考慮すると、飽和磁化が大きいCoZrTa系合金が特に好ましい。
The lower
下部絶縁層30は、下部磁性膜40と導電性膜20との絶縁を保つことを主な目的として設けられている。下部絶縁層30を構成する絶縁材料は特に限定されず、セラミックや硬化性樹脂の硬化体等により下部絶縁層30が形成される。
The lower
導電性膜20は基体5上でスパイラル型のコイルパターンを形成している。導電性膜20のコイルパターンの端部20Tが外部に露出するように、絶縁層3及び磁性膜41に開口が形成されている(図1)。導電性膜20の厚さは、典型的には5〜100μm程度である。導電性膜20はCu等の導電体から構成される。導電性膜20のコイルパターンの形状、幅、間隔、ターン数等は、要求特性等に応じて適宜変更が可能である。
The
絶縁層3は、導電性膜20及び基体5によって形成されている溝2を埋める第1の絶縁部31と、第1の絶縁部31及び導電性膜20を覆う第2の絶縁部32とから構成されている。絶縁層3が介在することによって、導電性膜20と磁性膜41とが電気的に絶縁されている。
The
第1の絶縁部31の溝2における厚さは、導電性膜20の厚さよりも大きくなっている。すなわち、第1の絶縁部31は基体5と反対側の方向に向かって導電性膜20よりも突出するように形成されている。また、第1の絶縁部31は、導電性膜20の基体と反対側の面S上に張り出している。第1の絶縁部31は、熱硬化性樹脂、感光性樹脂等の硬化性樹脂の硬化により形成された硬化体によって形成されている。フォトリソグラフィー法により導電性膜20の基体5と反対側の面が露出するようにパターニングすることが容易である点等から、第1の絶縁部31は感光性樹脂の硬化体として形成されることが好ましい。第1の絶縁部31を形成させるための硬化性樹脂は、アクリルモノマー等の架橋性モノマーやオリゴマー等の他、熱可塑性樹脂や低分子量成分等の他の添加成分を更に含んでいてもよい。
The thickness of the first
第2の絶縁部32は、第1の絶縁部31の突出した部分の形状を反映して、溝2の上部に位置する部分において盛り上がった形状を有している。第2の絶縁部32は、上記第1の絶縁部31と同様の硬化性樹脂の硬化体から形成されていてもよいし、セラミック等の他の絶縁性材料から形成されていてもよい。
The second
磁性膜41は、第2の絶縁部32の形状を反映して、溝2の上部において、基体5と反対側の方向に屈曲した形状を有している。従来の製造方法の場合、本実施形態とは逆に、磁性膜が溝の内部に向かう方向に屈曲した形状となる傾向が強く、これによりインダクタンスの低下、高周波特性の劣化、直流重畳特性の低下等の信頼性の低下を招いていた。これに対して、本実施形態に係る製造方法によれば、磁性膜41が溝2の内部に向かう方向へ屈曲することを防止できる。磁性膜41は、下部磁性膜40と同一又は異なる組成の軟磁性金属磁性体から形成されている。軟磁性金属磁性体から構成される下部磁性膜の作成方法としては、スパッタリング方法、蒸着方法、めっき方法などがある。軟磁性金属磁性体と非磁性絶縁体を相互に成膜した積層構成を有し渦電流損失を抑制した高周波化磁性体層も採用することができる。磁性膜41の厚さは、デバイスの仕様によるが、0.5〜10μmであることが好ましく、電源用インダクタの場合は5〜10μm、信号系の場合は0.5〜1μmであることがより好ましい。
The
図3は、本発明に係る薄膜磁気素子の製造方法の一実施形態を示す概略断面図である。図3に示す製造方法においては、まず、基体5の下部絶縁層30側の面上に、コイルパターンが形成されるようにパターニングされた導電性膜20が形成される(図3の(a))。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing a thin film magnetic element according to the present invention. In the manufacturing method shown in FIG. 3, first, a
基体5は、例えば、基板10上に下部磁性膜40及び下部絶縁層30を順次形成させることにより、得られる。基板10として用いるフェライト基板は、従来公知の方法により得ることが可能である。一般的には、セラミックス焼成方法による焼結体から所定の形状、厚さに切り出されたフェライト基板が使用される。フェライト基板は商業的にも入手可能である。下部磁性膜40及び下部絶縁層30はスパッタ法、ペースト法等の通常の方法により形成させることができる。当然なことに、基板10としては、シリコンやガリウム砒素などの半導体ウェハ、または、アルミナ、ガラス、酸化ケイ素などのセラミックスを用いることが可能である。
The
導電性膜20のコイルパターンは、フォトリソグラフィーを利用した方法によって好適に形成させることができる。具体的には、例えば、基体5の一面上にスパッタ法等の薄膜プロセスにより導電体からなるシード層を形成させ、これの所定部分が露出するようにコイルパターンに対応するフォトレジストパターンを形成し、露出しているシード層上にCu等の導電体からなる層をめっき法によって形成してからフォトレジストパターンを除去し、露出したシード層をエッチングにより除去する方法で、導電性膜20を形成させることができる。
The coil pattern of the
導電性膜20の形成の後、第1の絶縁部31を、導電性膜20の基体5と反対側の面の一部が露出するようなパターンで、基体と反対側の方向に突出するように、且つ、導電性膜20の基体5と反対側の面S上に張り出すように形成させる。第1の絶縁部31は、硬化性樹脂としての感光性樹脂を、溝2が充填されるとともに導電性膜20全体が覆われるように塗布して硬化性樹脂層(感光性樹脂層)31aを形成する工程(図3の(b))と、硬化性樹脂層31aの露光及び現像により導電性膜20の基体5と反対側の面の一部が露出するようにパターニングされた第1の絶縁部31を形成させる工程(図3の(c))とを経て形成される。
After the formation of the
続いて、第2の絶縁部32を第1の絶縁部31及び導電性膜20を覆うように形成させる(図3の(d))。これにより、第1の絶縁部31及び第2の絶縁部からなる絶縁層3が形成される。第2の絶縁部32は、硬化性樹脂を用いて形成させる場合、硬化性樹脂を第1の絶縁部31及び導電性膜20を覆うように塗付し、これを露光や加熱等により硬化して、形成させることができる。酸化ケイ素等の無機系の絶縁性材料を用いる場合、スパッタ法、CVD法等の方法により第2の絶縁部32を形成させることができる。
Subsequently, the second insulating
第2の絶縁部32上に磁性膜41を成膜して、薄膜磁気素子1が得られる。磁性膜41は、軟磁性金属磁性体を用いて、絶縁層3上にスパッタリング方法、蒸着方法、めっき方法等により形成させることができる。
The thin film
本発明は、上記実施形態のような薄膜インダクタの製造方法に限られず、導電性膜及び磁性膜と、これらの間に介在する絶縁層とが設けられた構成を含む他の薄膜磁気素子の製造方法としても好適に採用されるものである。 The present invention is not limited to the method of manufacturing a thin film inductor as in the above embodiment, and other thin film magnetic elements including a configuration in which a conductive film and a magnetic film, and an insulating layer interposed therebetween are provided. The method is also preferably employed.
1…薄膜磁気素子、2…溝、3…絶縁層、5…基体、10…基板、20…導電性膜、30…下部絶縁層、31…第1の絶縁部、32…第2の絶縁部、40…下部磁性膜、41…磁性膜。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記絶縁層形成工程は、
硬化性樹脂の硬化体からなり前記溝の少なくとも一部を埋める第1の絶縁部を、前記導電性膜の前記基体と反対側の面の少なくとも一部が露出するようなパターンで形成させる工程と、
前記第1の絶縁部及び前記導電性膜を覆う第2の絶縁部を形成させる工程と、
を含む、製造方法。 A thin film comprising: an insulating layer forming step for forming an insulating layer covering a conductive film provided on a substrate and patterned so as to form a groove; and a magnetic film forming step for forming a magnetic film on the insulating layer A method of manufacturing a magnetic element,
The insulating layer forming step includes
Forming a first insulating portion made of a cured resin of a curable resin and filling at least a part of the groove in a pattern in which at least a part of the surface of the conductive film opposite to the base is exposed; ,
Forming a second insulating portion covering the first insulating portion and the conductive film;
Manufacturing method.
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JP2019140349A (en) * | 2018-02-15 | 2019-08-22 | Tdk株式会社 | Coil component and method of manufacturing the same |
-
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