JP2009111036A - Thin film transformer and its production process - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、渦巻き状の薄膜コイルが互いに対向してなる薄膜トランスとその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transformer in which spiral thin film coils are opposed to each other and a method for manufacturing the same.
シリコンなどの半導体基板上に形成される薄膜トランスは、そのコイルが薄膜形成技術をもって形成されるため、小型化が可能なトランスとして知られ、半導体集積デバイスなどを構成する素子のひとつである。ここで、コイルには導電性配線（導体または半導体）が用いられ、コイルの形状は、コイルの長さ（または面積）当たりのインダクタンスを大きく、すなわち、大きなＱ値（Ｑ＝ωＬ／Ｒ、ω：角周波数、Ｌ：相互インダクタンス、Ｒ：コイル抵抗）を確保するために、渦巻き状（平面コイル状）に形成される。このようにして形成された薄膜トランスの一例を図５に示す。
図９は、従来の薄膜トランスの構成図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は要部断面図である。同図（ａ）ではシリコン酸化膜１２は省略されている。またコイル導体１３、１４の厚みは省略して描いている。
薄膜トランスはシリコン基板１１上に厚さが０．１〜２μｍのシリコン酸化膜１２ａが形成され、その表面側にアルミや銅などからなる導電性の金属材料がスパッタリング法または真空蒸着法などにより、厚さが１〜５μｍの金属膜として形成されている。この後、金属膜は、リソグラフィーで第１コイル導体１３の渦巻きパターンを転写し、エッチングの工程を経て、幅が１０〜１００μｍ、配線間隔（コイル導体間の距離）が１０〜１００μｍの第１コイル導体１３が形成され、この第１コイル導体１３を渦巻き状にして１次コイルを形成する。第１コイル導体１３のピッチＷはコイル導体の幅と配線間隔を合わせたもので第２コイル導体１４のピッチも同じである。
A thin film transformer formed on a semiconductor substrate such as silicon is known as a transformer that can be miniaturized because its coil is formed by a thin film formation technique, and is one of elements constituting a semiconductor integrated device or the like. Here, conductive wiring (conductor or semiconductor) is used for the coil, and the shape of the coil has a large inductance per length (or area) of the coil, that is, a large Q value (Q = ωL / R, ω : Angular frequency, L: Mutual inductance, R: Coil resistance) are formed in a spiral shape (planar coil shape). An example of the thin film transformer thus formed is shown in FIG.
9A and 9B are configuration diagrams of a conventional thin film transformer, in which FIG. 9A is a perspective view, and FIG. The
In the thin film transformer, a
次に、その表面側に厚さが０．１〜３μｍのシリコン酸化膜１２ｂを形成した後に、第１コイル導体１３と同様な方法によって第２コイル導体１４を厚さ１〜５μｍで第１コイル導体１３の直上に同一パターンで形成して２次コイルとし、この２次コイルの表面側に厚さが１〜２μｍのシリコン酸化膜１２ｃを形成する。このようにして、シリコン酸化膜１２に埋め込まれた第１コイル導体１３、第２コイル導体１４で構成される薄膜トランスが形成される。
次に、第１コイル導体１３の両端および第２コイル導体１４の両端を電気的に接続が可能とする端子を形成するために、第１、第２コイル導体１３、１４の上部のシリコン酸化膜１２ｃをリソグラフィーおよびエッチングの工程により除去し、薄膜トランスを形成する。図９の薄膜トランスにおいて、１次、２次コイルのコイル巻数は共に４ターンであり、また、２次コイルを１次コイルに対して上下方向に対向させて同一パターンで形成する。
このような構成の薄膜トランスは、例えば、１次コイルの両端に電流を流し、この電流に変化を与えると、１次コイルの周囲に発生している磁界が変化するため、２次コイルの両端に電位差が生じ、２次コイルに起電力が生じる。ここで、２次コイルに発生する誘導起電力（誘導電流）は、２次コイルの巻数に比例する。
Next, after a
Next, in order to form terminals that can electrically connect both ends of the
In the thin film transformer having such a configuration, for example, when a current flows through both ends of the primary coil and the current is changed, the magnetic field generated around the primary coil changes. A potential difference is generated in the secondary coil, and an electromotive force is generated in the secondary coil. Here, the induced electromotive force (induced current) generated in the secondary coil is proportional to the number of turns of the secondary coil.
また、１次コイルの巻数が多ければその周囲に発生する磁界が強調されるため、大きな起電力を誘導させることができる。
このように、相互インダクタンスの効果により起電力を得る薄膜トランスにおいては、１次、２次コイル相互のコイル巻数が増大すれば、各コイル線による磁界が強調されるため、インダクタンス量が増加し、結合係数としても大きくなるので、１次コイルから２次コイルへのエネルギー変換の効率が向上する。
また、特許文献１によると、平面インダクタなどに代表される磁気素子内の平面コイルを作成する際に、あらかじめ作製すべきコイル導体幅と等しい幅のスペースをとるようなパターンを作製しておき、それに基づいて下地表面にコイル導体を形成し、その後にコイル導体部分の表面全体を覆うように薄い絶縁層を形成し、最後に残りのスペース部分を金属材料で埋めて、コイルを製作することで、隣接するコイル導体間の絶縁膜の厚さを非常に薄くすることができて、高いＱ値を有する平面インダクタを製作できることことが開示されている。
また、特許文献２によると、磁性膜上にコイル導体間スペースを構成する絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜をコイル導体間スペースの形状にパターニングする工程と、この絶縁膜のパターンを導体膜が選択的に成長できるように表面改質する工程と、この絶縁膜のパターンの隙間に選択的に導体膜を充填してコイル導体を形成する工程と、全面に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜上に磁性膜を形成する工程で平面型磁気素子を製造することで、コイル導体間スペースの幅を小さくでき、かつ十分な厚さのコイル導体を有する高性能の平面型磁気素子を非常に簡単なプロセスで製造できる方法が開示されている。
Thus, in a thin film transformer that obtains an electromotive force due to the effect of mutual inductance, if the number of coil turns between the primary and secondary coils increases, the magnetic field by each coil wire is emphasized, and the amount of inductance increases. Since the coupling coefficient is also increased, the efficiency of energy conversion from the primary coil to the secondary coil is improved.
According to
According to
しかしながら、上述の図９の構造の薄膜トランスにおいては、１次コイルおよび２次コイルの巻数を増大させると薄膜トランス自体の面積が大きくなり、トランスの小型化を図る上で支障となるという問題がある。また、コイル巻数の増大はコイル線の長大化につながり、特に薄膜コイルにおいては、その抵抗値が一般的な導線の抵抗値に比して非常に大きいため、コイル線の長大化による抵抗値の増大がエネルギー損失の増大、すなわち、エネルギー変換効率の目安となるＱ値の低下を招来する可能性があるという問題がある。
このように、従来の薄膜トランスにおいては、そのエネルギー変換効率の向上を目的としたコイル巻数の増大とトランスの小型化とがトレードオフの関係にあり、また、コイル巻数の増大がエネルギー変換効率の低下を招く可能性が指摘されている。
さらに、１次コイルと２次コイルを形成するために、２層の金属膜（第１コイル導体１３となる金属膜と第２コイル導体１４となる金属膜の２層）を形成する工程が必要となり、工程数が多く製造コストが高くなる。
また、前記の特許文献１、２では薄膜インダクタについての開示はあるが、薄膜トランスに関する具体的な記述はされていない。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、占有面積を拡張することなく、エネルギー変換効率を容易に向上できて、さらに低コストの薄膜トランスとその製造方法を提供することにある。
However, in the above-described thin film transformer having the structure shown in FIG. 9, when the number of turns of the primary coil and the secondary coil is increased, the area of the thin film transformer itself increases, which hinders miniaturization of the transformer. is there. In addition, an increase in the number of coil turns leads to an increase in the length of the coil wire, and in particular, in a thin film coil, the resistance value is very large compared to the resistance value of a general conducting wire. There is a problem that the increase may lead to an increase in energy loss, that is, a decrease in Q value that is a measure of energy conversion efficiency.
As described above, in the conventional thin film transformer, there is a trade-off relationship between an increase in the number of coil turns for the purpose of improving the energy conversion efficiency and a reduction in the size of the transformer. It has been pointed out that this could lead to a decline.
Furthermore, in order to form the primary coil and the secondary coil, a step of forming a two-layer metal film (a two-layer metal film serving as the
Moreover, although the said
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a thin film transformer and a method for manufacturing the same that can easily improve the energy conversion efficiency without expanding the occupied area.
前記の目的を達成するために、支持基板と、該支持基板上に形成された第１絶縁膜と、該第１絶縁膜に形成された１条の溝と、該溝の一方の側壁に形成された第１コイル導体と、該溝の他方の側壁に形成された第２コイル導体と、前記第１コイル導体と前記第２コイル導体に挟まれて形成された第２絶縁膜とを備える構成とする。
また、支持基板と、該支持基板上に形成された第１絶縁膜と、該第１絶縁膜に形成された平行に配置される２条の溝と、該溝の一方に形成された第１コイル導体と、該溝の他方に形成された第２コイル導体と、前記第１コイル導体と前記第２コイル導体に挟まれて形成された第２絶縁膜とを備える構成とする。
また、前記支持基板が半導体基板もしくは絶縁基板であるとよい。
また、絶縁性磁性基板と、該絶縁磁性基板に形成された１条の溝と、該溝の一方の側壁に形成された第１コイル導体と、該溝の他方の側壁に形成された第２コイル導体と、前記第１コいる導体と前記第２コイル導体に挟まれて形成された絶縁膜とを備える構成とする。
また、絶縁性磁性基板と、該絶縁性磁性基板に形成された平行に配置される２条の溝と、該溝の一方に形成された第１コイル導体と、該溝の他方に形成された第２コイル導体と、前記第１コイル導体と前記第２コイル導体に挟まれて形成された第２絶縁膜とを備える構成とする。
To achieve the above object, a support substrate, a first insulating film formed on the support substrate, a single groove formed in the first insulating film, and formed on one side wall of the groove A first coil conductor, a second coil conductor formed on the other side wall of the groove, and a second insulating film formed between the first coil conductor and the second coil conductor. And
A supporting substrate; a first insulating film formed on the supporting substrate; two parallel grooves formed on the first insulating film; and a first formed on one of the grooves. A coil conductor, a second coil conductor formed on the other side of the groove, and a second insulating film formed between the first coil conductor and the second coil conductor are provided.
The support substrate may be a semiconductor substrate or an insulating substrate.
An insulating magnetic substrate; a groove formed in the insulating magnetic substrate; a first coil conductor formed on one side wall of the groove; and a second coil formed on the other side wall of the groove. A coil conductor and an insulating film formed between the first coil conductor and the second coil conductor are provided.
And an insulating magnetic substrate, two parallel grooves formed in the insulating magnetic substrate, a first coil conductor formed in one of the grooves, and formed in the other of the grooves. A second coil conductor and a second insulating film formed between the first coil conductor and the second coil conductor are provided.
また、前記溝の平面形状が渦巻き状であるとよい
また、前記絶縁膜が、シリコン酸化膜、ポリイミド膜もしくはレジスト膜のいずれかであるとよい。
また、前記第１コイル導体および前記第２コイル導体のそれぞれの端部にパッド電極が接続するとよい。
また、支持基板上に第１絶縁膜を形成し、該第１絶縁膜に１条の溝を形成する工程と、前記溝内を含む前記第１絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、該金属膜を異方性エッチングで除去し、前記溝内の前記金属膜を残す工程と、該金属膜を第１コイル導体と第２コイル導体に分離する工程と、前記第１コイル導体と第２コイル導体の隙間を第２絶縁膜で充填する工程とを備える製造方法とする。
また、支持基板上に第１絶縁膜を形成し、該第１絶縁膜に平行に配置される２条の溝を形成する工程と、前記２条の溝内を含む前記第１絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、該金属膜を異方性エッチングで除去し、前記２条の溝内の前記金属膜を残第１のコイル導体と第２のコイル導体を形成する工程とを備える製造方法とする。
また、絶縁性磁性基板上に２条の溝を形成する工程と、前記溝内を含む前記絶縁性磁性基板上に金属膜を形成する工程と、該金属膜を異方性エッチングで除去し、前記溝内の前記金属膜を残す工程と、該金属膜を第１コイル導体と第２コイル導体に分離する工程とを備える製造方法とする。
Further, the planar shape of the groove may be spiral, and the insulating film may be any one of a silicon oxide film, a polyimide film, and a resist film.
A pad electrode may be connected to each end of the first coil conductor and the second coil conductor.
A step of forming a first insulating film on the support substrate and forming a groove on the first insulating film; and a step of forming a metal film on the first insulating film including the inside of the groove; Removing the metal film by anisotropic etching to leave the metal film in the groove; separating the metal film into a first coil conductor and a second coil conductor; and And a step of filling a gap between two coil conductors with a second insulating film.
A step of forming a first insulating film on the support substrate and forming two grooves disposed in parallel to the first insulating film; and on the first insulating film including the inside of the two grooves. Forming a metal film; and removing the metal film by anisotropic etching, leaving the metal film in the two grooves, and forming a first coil conductor and a second coil conductor. Let it be a manufacturing method.
A step of forming two grooves on the insulating magnetic substrate; a step of forming a metal film on the insulating magnetic substrate including the inside of the groove; and removing the metal film by anisotropic etching; A manufacturing method includes a step of leaving the metal film in the groove and a step of separating the metal film into a first coil conductor and a second coil conductor.
また、絶縁性磁性基板上に平行に配置される２条の溝を形成する工程と、前記２条の溝内を含む前記絶縁性磁性基板上に金属膜を形成する工程と、該金属膜を異方性エッチングで除去し、前記２条の溝内の前記金属膜を残して第１のコイル導体と第２のコイル導体を形成する工程とを備える製造方法とする。
また、前記支持基板が半導体基板であり、前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜がシリコン酸化膜であるとよい。
また、前記第１、第２コイル導体を形成した後、表面を第３絶縁膜で被覆し、該第３絶縁膜にコンタクトホールを形成し、前記第１コイル導体の端部および第２コイル導体の端部とコンタクトホールを介して接続するパッド電極を形成する工程を備えるとよい。
A step of forming two grooves arranged in parallel on the insulating magnetic substrate; a step of forming a metal film on the insulating magnetic substrate including the inside of the two grooves; and It is set as a manufacturing method provided with the process of removing by anisotropic etching and forming the 1st coil conductor and the 2nd coil conductor leaving the said metal film in the said 2 groove | channel.
The support substrate may be a semiconductor substrate, and the first insulating film and the second insulating film may be silicon oxide films.
In addition, after forming the first and second coil conductors, the surface is covered with a third insulating film, a contact hole is formed in the third insulating film, and the end of the first coil conductor and the second coil conductor are formed. It is preferable to provide a step of forming a pad electrode that is connected to the end of the electrode through a contact hole.
この発明によれば、渦巻き状の薄膜トランスにおいて、支持基板上の絶縁膜に溝を形成するか絶縁性磁性基板に溝を形成して、その溝内に１次コイルおよび２次コイルを形成することによって、占有面積を増加することなく、エネルギー変換効率の向上ができる。
また、１次コイルと２次コイルを同時に形成できるために、従来に比べると工程数が小さくなり、製造コストを低減することができる。
According to the present invention, in a spiral thin film transformer, a groove is formed in an insulating film on a support substrate or a groove is formed in an insulating magnetic substrate, and a primary coil and a secondary coil are formed in the groove. As a result, the energy conversion efficiency can be improved without increasing the occupied area.
Further, since the primary coil and the secondary coil can be formed at the same time, the number of processes is reduced as compared with the conventional case, and the manufacturing cost can be reduced.
実施の形態を以下の実施例で説明する。 Embodiments will be described in the following examples.
図１は、この発明の第１実施例の薄膜トランスの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ１−Ｘ１線で切断した要部断面図である。同図（ａ）は、同図（ｂ）のＸ２−Ｘ２線で切断した要部平面図である。
半導体基板であるシリコン基板１上に形成したシリコン酸化膜によりなる絶縁膜２、６これらの番号はシリコン酸化膜にも付す）内に渦巻き状（平面スパイラル状）の１次コイルを構成する第１コイル導体４、２次コイルを構成する第２コイル導体５互いに横方向に対向するように形成されている。これは絶縁膜２に形成した渦巻き状からなる１条の溝３の一方の側壁に第１コイル導体４を形成し、他方の側壁に第２コイル導体５形成することで得られる。第１コイル導体４と第２コイル導体５との間および表面には保護膜であるシリコン酸化膜６を形成し、その上にシリコン窒化膜７が被覆される。第１コイル導体４および第２コイル導体５の幅は２．５μｍで厚さは１．０μｍである。第１コイル導体４と第２コイル導体５の間隔（縦方向の間隔）は０．５μｍで、渦巻きの間隔（横方向の間隔）は０．５μｍである。第１コイル導体４、第２コイル導体５は例えば銅で形成する。また、本実施例では、絶縁膜２はシリコン酸化膜であるがポリイミド膜やレジスト膜などであってもよい。本発明品では第１コイル導体４、第２コイル導体５の幅は垂直方向となり、占有面積に影響するのは第１コイル導体４、第２コイル導体５の厚さである。
FIG. 1 is a configuration diagram of a thin film transformer according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of an essential part, and FIG. 1 (b) is cut along line X1-X1 in FIG. 1 (a). It is principal part sectional drawing. The figure (a) is the principal part top view cut | disconnected by the X2-X2 line | wire of the figure (b).
Insulating
図９に示す従来の薄膜トランスを上記のコイル諸元で製作した場合は、従来品では、コイル導体のピッチＷは、コイル導体の幅＋コイル導体同士の間隔(渦巻き間隔)＝２．５μｍ＋０．５μｍ＝３．０μｍである。
一方、本発明品の場合は、第１コイル導体４（又は第２コイル導体５）のピッチＴは、第１コイル導体４の厚さ（１μｍ）＋第２コイル導体５の厚さ（１μｍ）＋第１コイル導体４と第２コイル導体５の間隔（０．５μｍ）＋渦巻き間隔（０．５μｍ）＝１μｍ＋１μｍ＋０．５μｍ＋０．５μｍ＝３．０μｍとなり従来品と占有面積が同じになる。従って、本発明の薄膜トレンスの占有面積が、従来の薄膜トランスより占有面積が小さくなるのは、コイル導体の幅が３．０μｍを超えた場合である。
例えば、エネルギー変換効率を大幅に高めるために、従来の薄膜トランスのコイル導体の幅を１０μｍ、厚みを１μｍとし、コイル導体同士の間隔（渦巻き間隔）を０．５μｍとした場合は、コイル導体のピッチＷは１０．５μｍとなる。一方、本発明品のピッチＴは、コイル導体の幅に依存せず、前記したように３．０μｍで形成できるため、従来品より占有面積を１／３．５にできる。
また、従来品と同じ占有面積とした場合、巻数を従来品より３．５倍に増やすことができる。つまり、占有面積を大幅に低減できたり、エネルギー変換効率を大幅に高めることができる。
When the conventional thin film transformer shown in FIG. 9 is manufactured with the above-described coil specifications, in the conventional product, the pitch W of the coil conductors is the width of the coil conductor + the interval between the coil conductors (swirl interval) = 2.5 μm + 0. 5 μm = 3.0 μm.
On the other hand, in the case of the present invention product, the pitch T of the first coil conductor 4 (or second coil conductor 5) is the thickness of the first coil conductor 4 (1 μm) + the thickness of the second coil conductor 5 (1 μm). + Distance between
For example, in order to greatly increase the energy conversion efficiency, when the width of the coil conductor of the conventional thin film transformer is 10 μm, the thickness is 1 μm, and the interval between the coil conductors (swirl interval) is 0.5 μm, The pitch W is 10.5 μm. On the other hand, the pitch T of the product of the present invention does not depend on the width of the coil conductor and can be formed with a thickness of 3.0 μm as described above.
Further, when the occupied area is the same as that of the conventional product, the number of turns can be increased 3.5 times that of the conventional product. That is, the occupied area can be greatly reduced, and the energy conversion efficiency can be greatly increased.
また、絶縁膜２の膜厚を厚くして溝３を深くすることで第１コイル導体４および第２コイル導体５の幅を広くして、エネルギー変換効率を容易に高めることができる。但し、そのときの絶縁膜２としてはシリコン酸化膜より膜厚を大きくできるポリイミド膜やレジスト膜などを用いるとよい。
また、前記シリコン基板１は支持基板の役割をしているので、絶縁膜２にポリイミド膜やレジスト膜を用いる場合などは、シリコン基板以外に、例えば、フェライトなどの絶縁性磁性基板やプラスチックスなどの絶縁基板を用いても構わない。絶縁性磁性基板を用いると磁束密度が高まりエネルギー変換効率をシリコン基板などより高めることができる。
しかし、導電性基板は磁界による渦電流の発生がありエネルギー変換効率の悪化を招くので好ましくない。
図２は、図１の薄膜トランスの製造方法を示す工程図であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
シリコン基板１表面側にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって厚さが３μｍのシリコン酸化膜２を形成し、リソグラフィーおよびエッチングによって、幅２．５μｍ、間隔０．５μｍ、深さ２．５μｍの渦巻き状からなる１条の溝３を形成する。続いて、スパッタリング法によって、厚さが１μｍの銅８をシリコン酸化膜２上に形成する。尚、銅８の代わりに電気抵抗の小さな金属膜を形成しても構わない（同図（ａ））。
In addition, the width of the
Further, since the
However, the conductive substrate is not preferable because eddy current is generated due to a magnetic field and energy conversion efficiency is deteriorated.
2A to 2C are process diagrams showing a method of manufacturing the thin film transformer of FIG. 1, and FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views of main part manufacturing processes shown in the order of processes.
A
次に、異方性のドライエッチングによって、銅８をエッチングして、溝３内の側壁の銅を残し底部の銅と溝以外の箇所の銅を除去し、１次コイルと２次コイルを構成する第１コイル導体４と第２コイル導体５を形成する。この時点では第１コイル導体４と第２コイル導体５は溝３内で繋がっている。続いて、溝３端部の側壁の銅８を除去するため、全面にレジストを被覆し、パターニングで溝３の端部のみレジストを開口して、ウェットエッチングで溝３の端部側壁の銅８を除去する。このようにして溝３の銅８は第１コイル導体４と第２コイル導体５に分離される（同図（ｂ））。
次に、ＣＶＤ法によって、厚さが、例えば、０．２５μｍのシリコン酸化膜６を被覆し、リソグラフィーおよびエッチングによって図示しない箇所の１次コイル、２次コイルのコンタクトホールを形成し、スパッタリング法によって、銅上にチタンを形成しその上に、例えば、厚さ１μｍのアルミニウム膜を形成する。続いて、リソグラフィーおよびエッチングによって、１次コイルおよび２次コイルの図示しないパッド電極を形成し、ＣＶＤ法によって、例えば、厚さが１μｍのシリコン窒化膜７を形成する。このシリコン窒化膜７は薄膜トランスの表面保護膜となる。続いて、リソグラフィーおよびエッチングによって、図示しないパッド電極部を開口する（同図（ｃ））。
Next, the
Next, a
このようにして形成された渦巻き状の１次コイル、２次コイルである第１コイル導体４、第２コイル導体５は溝３内で互いに横方向に対向するように形成されるので、１次コイルと２次コイルの重なりが大きくなり伝達効率が向上し、相互インダクタンスが高くなり、Ｑ値が向上して前記したようにエネルギー変換効率を高めることができる。
この構造においては、第１コイル導体４、第２コイル導体５の基板垂直方向（図面の上下方向）の長さ（第１コイル導体４、第２コイル導体５の幅に相当する）を長くすることで、１次コイルと２次コイルの重なりが大きくなり、面積を増加することなくＱ値を向上することが可能となる。また、コイル導体の基板垂直方向の長さを長くすることで、１次コイルおよび２次コイルの断面積が増加し、コイル抵抗が減少する効果もある。
また、１次コイルと２次コイルを１層の金属膜（銅８）で同時に形成できるために、従来に比べると工程数が小さくなり、製造コストを低減することができる。
The
In this structure, the length of the
In addition, since the primary coil and the secondary coil can be formed simultaneously with a single layer of metal film (copper 8), the number of steps can be reduced as compared with the conventional case, and the manufacturing cost can be reduced.
図３は、この発明の第２実施例の薄膜トランスの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ１−Ｘ１線で切断した要部断面図である。同図（ａ）は、同図（ｂ）のＸ２−Ｘ２線で切断した要部平面図である。
図１との違いは、図１の支持基板に相当する部分に絶縁性磁性基板１ａを用い、この絶縁性磁性基板１ａに溝３を形成した点である。この場合も図１と同様に占有面積を大幅に低減できたり、エネルギー変換効率を大幅に高める効果がある。また、図１に比べて、絶縁性磁性基板１ａを用いているため、磁束密度が高まり、エネルギー変換効率を図１の場合より高めることができる。
図４は、図３の薄膜トランスの製造方法を示す工程図であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
絶縁性磁性基板１ａ表面側に、リソグラフィーおよびエッチングによって、例えば、幅２．５μｍ、間隔０．５μｍ、深さ２．５μｍの渦巻き状からなる１条の溝３を形成する。続いて、スパッタリング法によって、厚さが１μｍの銅を形成する（同図（ａ））。
次に、異方性のドライエッチングによって、銅８をエッチングして、溝３内の側壁の銅を残し底部の銅と溝以外の箇所の銅を除去し、１次コイルと２次コイルを構成する第１コイル導体４と第２コイル導体５を形成する。この時点では第１コいる導体４と第２コイル導体５は溝３内で繋がっている。続いて、溝３端部の側壁の銅８を除去するため、全面にレジストを被覆し、パターニングで溝３の端部のみレジストを開口して、ウェットエッチングで溝３の端部側壁の銅８を除去する。このようにして溝３の銅８は第１コイル導体４と第２コイル導体５に分離される（同図（ｂ））。
FIGS. 3A and 3B are configuration diagrams of a thin film transformer according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a plan view of the main part, and FIG. 3B is cut along line X1-X1 in FIG. It is principal part sectional drawing. The figure (a) is the principal part top view cut | disconnected by the X2-X2 line | wire of the figure (b).
The difference from FIG. 1 is that an insulating magnetic substrate 1a is used in a portion corresponding to the support substrate of FIG. 1, and a
4A to 4C are process diagrams showing a method of manufacturing the thin film transformer of FIG. 3, and FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views of main part manufacturing processes shown in the order of processes.
On the surface side of the insulating magnetic substrate 1a, a
Next, the
次に、ＣＶＤ法によって、例えば、厚さが０．２５μｍのシリコン酸化膜５で表面を被覆し、リソグラフィーおよびエッチングによって図示しない箇所の１次コイル、２次コイルのコンタクトホールを形成し、スパッタリング法によって、銅上にチタンを形成しその上に、例えば、厚さ１μｍのアルミニウム膜を形成する。続いて、リソグラフィーおよびエッチングによって、１次コイルおよび２次コイルの図示しないパッド電極を形成し、ＣＶＤ法によって、例えば、厚さが１μｍのシリコン窒化膜７を形成する。このシリコン窒化膜７は薄膜トランスの表面保護膜となる。続いて、リソグラフィーおよびエッチングによって、図示しないパッド電極部を開口する（同図（ｃ））。
この構造によって、コイル導体４，５間距離が近くなり、また絶縁性磁性基板１ａを用いることで磁束密度が高められエネルギー変換効率を高めることができる。
また、この製造方法によって、従来、アルミニウムや銅などの金属膜を上下に２回成膜していたものを、溝内に１回の成膜で１次コイルと２次コイルを同時に形成できるようになり、製造工数を削減できる。
また、この構造においては、第１コイル導体４、第２コイル導体５の基板垂直方向（図面の上下方向）の長さ（第１コイル導体４、第２コイル導体５の幅に相当する）を長くすることで、１次コイルと２次コイルの重なりが大きくなり、面積を増加することなくＱ値を向上することが可能となる。また、コイル導体の基板垂直方向の長さを長くすることで、１次コイルおよび２次コイルの断面積が増加し、コイル抵抗が減少する効果もある。
Next, by CVD, for example, the surface is covered with a
With this structure, the distance between the
In addition, with this manufacturing method, it is possible to form a primary coil and a secondary coil at the same time by forming a metal film such as aluminum or copper twice in the vertical direction in a single film. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced.
In this structure, the length of the
また、１次コイルと２次コイルを１層の金属膜（銅８）で同時に形成できるために、従来に比べると工程数が小さくなり、製造コストを低減することができる。 In addition, since the primary coil and the secondary coil can be formed simultaneously with a single layer of metal film (copper 8), the number of steps can be reduced as compared with the conventional case, and the manufacturing cost can be reduced.
図５は、この発明の第３実施例の薄膜トランスの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ１−Ｘ１線で切断した要部断面図である。同図（ａ）は、同図（ｂ）のＸ２−Ｘ２線で切断した要部平面図である。
図１との違いは、絶縁膜２に２条の線が平行して走る渦巻き状の溝を形成し、一方の溝に第１コイル導体を形成し、他方の溝に第２コイル導体を形成して、２本のコイル導体間を後から絶縁膜を充填して分離する必要をなくした点である。後から絶縁膜を充填する必要がなく溝を形成する絶縁膜で第１コイル導体と第２コイル導体が分離されるので気泡の導入などによる信頼性の低下がない。また絶縁膜を充填する工程が簡略化される。
図６は、図５の薄膜トランスの製造方法を示す工程図であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
シリコン基板１表面側にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、例えば、厚さが３μｍのシリコン酸化膜２を形成し、リソグラフィーおよびエッチングによって、例えば、幅１μｍ、間隔０．５μｍ、深さ２．５μｍの２条の平行して走る渦巻き状の溝３を間隔０．５μｍで形成する。続いて、スパッタリング法によって、例えば、厚さが１μｍの銅８をシリコン酸化膜３上に形成する（同図（ａ））。
FIGS. 5A and 5B are configuration diagrams of a thin film transformer according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5A is a plan view of the main part, and FIG. 5B is cut along line X1-X1 in FIG. It is principal part sectional drawing. The figure (a) is the principal part top view cut | disconnected by the X2-X2 line | wire of the figure (b).
The difference from FIG. 1 is that a spiral groove in which two lines run in parallel in the insulating
FIG. 6 is a process diagram showing a method of manufacturing the thin film transformer of FIG. 5, and FIG. 6A to FIG.
A
次に、異方性のドライエッチングによって、銅８をエッチングして、溝３内の側壁の銅を残し底部の銅と溝以外の箇所の銅を除去し、１次コイルと２次コイルを構成する第１コイル導体４と第２コイル導体５を形成する（同図（ｂ））。
次に、ＣＶＤ法によって、例えば、厚さが０．２５μｍのシリコン酸化膜５で表面を被覆し、リソグラフィーおよびエッチングによって図示しない箇所の１次コイル、２次コイルのコンタクトホールを形成し、スパッタリング法によって、銅上にチタンを形成しその上に、例えば、厚さ１μｍのアルミニウム膜を形成する。続いて、リソグラフィーおよびエッチングによって、１次コイルおよび２次コイルの図示しないパッド電極を形成し、ＣＶＤ法によって、例えば、厚さが１μｍのシリコン窒化膜７を形成する。このシリコン窒化膜７は薄膜トランスの表面保護膜となる。続いて、リソグラフィーおよびエッチングによって、図示しないパッド電極部を開口する（同図（ｃ））。
第１コイル導体４と第２コイル導体５の間を絶縁膜６で充填する必要がなく工程が簡略化される。
また、１次コイルと２次コイルを１層の金属膜（銅８）で同時に形成できるために、従来に比べると工程数が小さくなり、製造コストを低減することができる。
Next, the
Next, by CVD, for example, the surface is covered with a
It is not necessary to fill the space between the
In addition, since the primary coil and the secondary coil can be formed simultaneously with a single layer of metal film (copper 8), the number of steps can be reduced as compared with the conventional case, and the manufacturing cost can be reduced.
図７は、この発明の第４実施例の薄膜トランスの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ１−Ｘ１線で切断した要部断面図である。同図（ａ）は、同図（ｂ）のＸ２−Ｘ２線で切断した要部平面図である。
図３との違いは、絶縁性磁性基板１ａに２条の線が平行して走る渦巻き状の溝を形成し、一方の溝に第１コイル導体を形成し、他方の溝に第２コイル導体を形成して、２本のコイル導体４，５間を後から絶縁膜６を充填して分離する必要をなくした点である。後から絶縁膜６を充填する必要がなく溝３を形成する絶縁膜２で第１コイル導体４と第２コイル導体５が分離されるので気泡の導入などによる信頼性の低下がない。また絶縁膜６を充填する工程が簡略化される。
図８は、図７の薄膜トランスの製造方法を示す工程図であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。
絶縁性磁性基板１ａ表面側に、リソグラフィーおよびエッチングによって、例えば、幅１μｍ、間隔０．５μｍ、深さ２．５μｍの２条の平行して走る渦巻き状の溝３を０．５μｍの間隔で形成する。続いて、スパッタリング法によって、例えば、厚さが１μｍの銅を形成する（同図（ａ））。
FIGS. 7A and 7B are configuration diagrams of a thin film transformer according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7A is a plan view of an essential part, and FIG. 7B is cut along line X1-X1 in FIG. It is principal part sectional drawing. The figure (a) is the principal part top view cut | disconnected by the X2-X2 line | wire of the figure (b).
The difference from FIG. 3 is that the insulating magnetic substrate 1a is formed with a spiral groove in which two lines run in parallel, the first coil conductor is formed in one groove, and the second coil conductor is formed in the other groove. This eliminates the need for filling and separating the insulating
FIG. 8 is a process diagram showing a method of manufacturing the thin film transformer of FIG. 7, and FIGS. 8A to 8C are cross-sectional views of the main part manufacturing process shown in the order of processes.
Two
次に、異方性のドライエッチングによって、銅８をエッチングして、溝３内の側壁の銅を残し底部の銅と溝以外の箇所の銅を除去し、１次コイルと２次コイルを構成する第１コイル導体４と第２コイル導体５を形成する（同図（ｂ））。
次に、ＣＶＤ法によって、例えば、厚さが０．２５μｍのシリコン酸化膜５で表面を被覆し、リソグラフィーおよびエッチングによって図示しない箇所の１次コイル、２次コイルのコンタクトホールを形成し、スパッタリング法によって、銅上にチタンを形成しその上に、例えば、厚さ１μｍのアルミニウム膜を形成する。続いて、リソグラフィーおよびエッチングによって、１次コイルおよび２次コイルの図示しないパッド電極を形成し、ＣＶＤ法によって、例えば、厚さが１μｍのシリコン窒化膜７を形成する。このシリコン窒化膜７は薄膜トランスの表面保護膜となる。続いて、リソグラフィーおよびエッチングによって、図示しないパッド電極部を開口する（同図（ｃ））。
第１コイル導体４と第２コイル導体５の間を絶縁膜６で充填する必要がなく工程が簡略化される。
また、１次コイルと２次コイルを１層の金属膜（銅８）で同時に形成できるために、従来に比べると工程数が小さくなり、製造コストを低減することができる。
Next, the
Next, by CVD, for example, the surface is covered with a
It is not necessary to fill the space between the
In addition, since the primary coil and the secondary coil can be formed simultaneously with a single layer of metal film (copper 8), the number of steps can be reduced as compared with the conventional case, and the manufacturing cost can be reduced.
１ シリコン基板
１ａ 絶縁性磁性基板
２、６ 絶縁膜（シリコン酸化膜にも同一番号を付す）
３ 溝
４ 第１コイル導体
５ 第２コイル導体
７ シリコン窒化膜
Ｔ ピッチ
DESCRIPTION OF
3
Claims (14)
前記溝内を含む前記第１絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、
該金属膜を異方性エッチングで除去し、前記溝内の前記金属膜を残す工程と、
該金属膜を第１コイル導体と第２コイル導体に分離する工程と、
を備えることを特徴とする薄膜トランスの製造方法。 Forming a first insulating film on a support substrate and forming a groove in the first insulating film;
Forming a metal film on the first insulating film including the inside of the groove;
Removing the metal film by anisotropic etching, leaving the metal film in the groove;
Separating the metal film into a first coil conductor and a second coil conductor;
A method of manufacturing a thin film transformer, comprising:
前記２本の溝内を含む前記第１絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、
該金属膜を異方性エッチングで除去し、前記２条の溝内の前記金属膜を残して第１のコイル導体と第２のコイル導体を形成する工程と、
を備えることを特徴とする薄膜トランスの製造方法。 Forming a first insulating film on the support substrate, and forming two grooves disposed in parallel to the first insulating film;
Forming a metal film on the first insulating film including the inside of the two grooves;
Removing the metal film by anisotropic etching, leaving the metal film in the two grooves, and forming a first coil conductor and a second coil conductor;
A method of manufacturing a thin film transformer, comprising:
前記溝内を含む前記絶縁性磁性基板上に金属膜を形成する工程と、
該金属膜を異方性エッチングで除去し、前記溝内の前記金属膜を残す工程と、
該金属膜を第１コイル導体と第２コイル導体に分離する工程と、
を備えることを特徴とする薄膜トランスの製造方法。 Forming a groove on the insulating magnetic substrate;
Forming a metal film on the insulating magnetic substrate including in the groove;
Removing the metal film by anisotropic etching, leaving the metal film in the groove;
Separating the metal film into a first coil conductor and a second coil conductor;
A method of manufacturing a thin film transformer, comprising:
前記２本の溝内を含む前記絶縁性磁性基板上に金属膜を形成する工程と、
該金属膜を異方性エッチングで除去し、前記２条の溝内の前記金属膜を残して第１のコイル導体と第２のコイル導体を形成する工程と、
を備えることを特徴とする薄膜トランスの製造方法。 Forming two grooves arranged in parallel on the insulating magnetic substrate;
Forming a metal film on the insulating magnetic substrate including the two grooves;
Removing the metal film by anisotropic etching, leaving the metal film in the two grooves, and forming a first coil conductor and a second coil conductor;
A method of manufacturing a thin film transformer, comprising:
After forming the first and second coil conductors, the surface is covered with a third insulating film, a contact hole is formed in the third insulating film, and an end of the first coil conductor and an end of the second coil conductor are formed. The method for manufacturing a thin film transformer according to claim 9, further comprising a step of forming a pad electrode connected to the portion through a contact hole.
Priority Applications (1)
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| JP (1) | JP2009111036A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013504891A (en) * | 2009-09-16 | 2013-02-07 | マラディン テクノロジーズ リミテッド | Micro-coil device and manufacturing method thereof |
| JP2016509373A (en) * | 2013-02-13 | 2016-03-24 | クアルコム，インコーポレイテッド | In-substrate coupled inductor structure |
| JP2016122771A (en) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | ローム株式会社 | Chip component |
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2007
- 2007-10-29 JP JP2007279762A patent/JP2009111036A/en active Pending
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| JP2019062217A (en) * | 2013-02-13 | 2019-04-18 | クアルコム，インコーポレイテッド | In-substrate coupled inductor structure |
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| US10586774B2 (en) | 2014-12-25 | 2020-03-10 | Rohm Co., Ltd. | Structure comprising an inductor and resistor |
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