JP2009182168A - 磁性薄膜および薄膜磁気デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】軟磁性薄膜における透磁率をより効果的に向上させることが可能な磁性薄膜を提供する。
【解決手段】Ｆｅ系軟磁性膜１２２よりも透磁率の高い軟磁性膜であるＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１上に、Ｆｅ系軟磁性膜１２２を形成する。これにより、Ｆｅ系軟磁性膜１２２における磁化反転が容易となり、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率が向上する。また、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との間の膜厚比を、適切な範囲内（０．００５以上かつ０．０３０以下）に設定する。これにより、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１からＦｅ系軟磁性膜１２２への応力の影響が低減し、応力の影響による磁性薄膜全体としての透磁率低下が抑えられる。
【選択図】図３
【解決手段】Ｆｅ系軟磁性膜１２２よりも透磁率の高い軟磁性膜であるＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１上に、Ｆｅ系軟磁性膜１２２を形成する。これにより、Ｆｅ系軟磁性膜１２２における磁化反転が容易となり、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率が向上する。また、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との間の膜厚比を、適切な範囲内（０．００５以上かつ０．０３０以下）に設定する。これにより、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１からＦｅ系軟磁性膜１２２への応力の影響が低減し、応力の影響による磁性薄膜全体としての透磁率低下が抑えられる。
【選択図】図３
Description
本発明は、軟磁性膜を含む磁性薄膜およびそのような磁性薄膜を備えた薄膜磁気デバイスに関する。
従来より、各種用途の電子機器分野において、集積化受動部品として、薄膜コイルおよび磁性薄膜（軟磁性薄膜）を含んで構成される薄膜インダクタや薄膜トランスなどの薄膜磁気デバイスが広く利用されている。
また、近年では、このような薄膜磁気デバイス等に用いられる軟磁性薄膜おいて、高い透磁率を示すものが求められている。そこで、例えば特許文献１には、熱処理プロセスによって軟磁性薄膜（グラニュラー膜）の透磁率向上を図るようにした技術が提案されている。
ここで、このような高周波特性を改良したグラニュラー膜では、その透磁率が一般に低いことから、高透磁率化の要求は顕著である。したがって、軟磁性薄膜における透磁率の更なる向上が望まれる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、軟磁性薄膜の透磁率をより効果的に向上させることが可能な磁性薄膜、およびそのような磁性薄膜を備えた薄膜磁気デバイスを提供することにある。
本発明の第１の磁性薄膜は、基板上に積層された第１磁性膜と、この第１磁性膜上に積層された第２磁性膜とを備えたものである。ここで、上記第１磁性膜は、コバルト（Ｃｏ）系非晶質軟磁性膜により構成されると共に、上記第２磁性膜は、鉄（Ｆｅ）系軟磁性膜により構成されている。また、第１磁性膜と第２磁性膜との膜厚比（＝第１磁性膜の膜厚／第２磁性膜の膜厚）は、０．００５以上かつ０．０３０以下である。
本発明の第１の薄膜磁気デバイスは、薄膜コイルと、この薄膜コイルの延在面の少なくとも一方側に積層された上記第１の磁性薄膜とを備えたものである。ここで、上記第１の磁性薄膜は、薄膜コイルの延在面上に積層された第１磁性膜と、この第１磁性膜上に積層された第２磁性膜とを有している。
本発明の第１の磁性薄膜および第１の薄膜磁気デバイスでは、Ｆｅ系軟磁性膜（第２磁性膜）よりも透磁率の高い軟磁性膜であるＣｏ系非晶質軟磁性膜（第１磁性膜）上にＦｅ系軟磁性膜が形成されていることにより、Ｃｏ系非晶質軟磁性膜における容易な磁化反転によってＦｅ系軟磁性膜の磁化反転がアシストされ、Ｆｅ系軟磁性膜における磁化反転が容易となる。また、これらＣｏ系非晶質軟磁性膜とＦｅ系軟磁性膜との間の膜厚比が適切な範囲内に設定されていることにより、Ｃｏ系非晶質軟磁性膜からＦｅ系軟磁性膜への応力の影響が低減され、応力に起因した磁気特性の劣化（透磁率の低下など）が低減する。
本発明の第２の磁性薄膜は、基板上に積層された第１磁性膜と、この第１磁性膜上に積層された第２磁性膜とを備えたものである。ここで、上記第１磁性膜は、第２磁性膜よりも透磁率の高い軟磁性膜により構成されると共に、上記第２磁性膜は、鉄（Ｆｅ）系軟磁性膜により構成されている。また、第１磁性膜と第２磁性膜との膜厚比（＝第１磁性膜の膜厚／第２磁性膜の膜厚）は、０．００５以上かつ０．０３０以下である。
本発明の第２の薄膜磁気デバイスは、薄膜コイルと、この薄膜コイルの延在面の少なくとも一方側に積層された上記第２の磁性薄膜とを備えたものである。ここで、上記第２の磁性薄膜は、薄膜コイルの延在面上に積層された第１磁性膜と、この第１磁性膜上に積層された第２磁性膜とを有している。
本発明の第２の磁性薄膜および第２の薄膜磁気デバイスでは、Ｆｅ系軟磁性膜（第２磁性膜）よりも透磁率の高い軟磁性膜（第１磁性膜）上にＦｅ系軟磁性膜が形成されていることにより、第１磁性膜における容易な磁化反転によってＦｅ系軟磁性膜の磁化反転がアシストされ、Ｆｅ系軟磁性膜における磁化反転が容易となる。また、これら第１磁性膜とＦｅ系軟磁性膜との間の膜厚比が適切な範囲内に設定されていることにより、第１磁性膜からＦｅ系軟磁性膜への応力の影響が低減され、応力に起因した磁気特性の劣化（透磁率の低下など）が低減する。
本発明の磁性薄膜では、上記第１磁性膜の保持力（Ｈｃ）が１．１［Ｏｅ］以下であるのが好ましい。このように構成した場合、第１磁性膜の透磁率がより高くなるため、第１磁性膜における磁化反転がより容易となる。よって、第１磁性膜によるＦｅ系軟磁性膜の磁化反転のアシスト作用がより効果的になされるようになり、磁性薄膜全体としての透磁率がさらに向上する。
本発明の磁性薄膜では、上記第１磁性膜における飽和磁化（Ｍｓ）と異方性磁界（Ｈｋ）との比（＝Ｍｓ／Ｈｋ）、および上記第２磁性膜におけるＭｓとＨｋとの比が、互いに略等しくなっているのが好ましい。このように構成した場合、第１磁性膜および第２磁性膜における磁化反転速度も互いに略等しくなるため、第１磁性膜によるＦｅ系軟磁性膜の磁化反転のアシスト作用がより効果的になされるようになり、磁性薄膜全体としての透磁率がさらに向上する。
本発明の第１の磁性薄膜または第１の薄膜磁気デバイスによれば、Ｆｅ系軟磁性膜（第２磁性膜）よりも透磁率の高い軟磁性膜であるＣｏ系非晶質軟磁性膜（第１磁性膜）上にＦｅ系軟磁性膜を形成するようにしたので、Ｆｅ系軟磁性膜における磁化反転を容易にし、磁性薄膜全体としての透磁率を向上させることができる。また、これらＣｏ系非晶質軟磁性膜とＦｅ系軟磁性膜との間の膜厚比を適切な範囲内に設定するようにしたので、応力の影響による透磁率低下を抑えることができる。よって、軟磁性薄膜の透磁率を従来よりも効果的に向上させることが可能となる。
本発明の第２の磁性薄膜または第２の薄膜磁気デバイスによれば、Ｆｅ系軟磁性膜（第２磁性膜）よりも透磁率の高い軟磁性膜（第１磁性膜）上にＦｅ系軟磁性膜を形成するようにしたので、Ｆｅ系軟磁性膜における磁化反転を容易にし、磁性薄膜全体としての透磁率を向上させることができる。また、これら第１磁性膜とＦｅ系軟磁性膜との間の膜厚比を適切な範囲内に設定するようにしたので、応力の影響による透磁率低下を抑えることができる。よって、軟磁性薄膜の透磁率を従来よりも効果的に向上させることが可能となる。
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気デバイスとしての薄膜インダクタ１の構成を表しており、図１はＸ−Ｙ平面構成を、図２は図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿ったＸ−Ｚ断面構成を表している。この薄膜インダクタ１は、基板１１上に、下部磁性膜１２Ａ、下部絶縁膜１３Ａ、薄膜状のコイル１４、上部絶縁膜１３Ｂおよび上部磁性膜１２Ｂがこの順に形成された積層構造を有している。
基板１１は、薄膜インダクタ１全体を支持ずる矩形状の基板であり、例えば、ガラス、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３；いわゆるアルミナ）、フェライト等のセラミックス、シリコン（Ｓｉ）等の半導体、その他樹脂などにより構成されている。なお、基板１１の構成材料は、必ずしも上記した一連の材料に限らず、自由に選定可能である。
下部絶縁膜１３Ａおよび上部絶縁膜１３Ｂは、コイル１４を周辺から電気的に絶縁するものであり、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの絶縁性材料により構成されている。
コイル１４は、一端（端子１４Ｔ１）と他端（端子１４Ｔ２）との間にインダクタを構成するものであり、例えば銅（Ｃｕ）などの導電性材料により構成されている。このコイル１４は、Ｘ−Ｙ平面内で端子１４Ｔ１，１４Ｔ２がいずれも外部へ導出されるように巻回された矩形状のスパイラル型構造となっている。なお、このように端子１４Ｔ１，１４Ｔ２がいずれも外部へ導出されるようにするため、図１および図２に示したように、これら端子１４Ｔ１，１４Ｔ２付近では、上部絶縁膜１３Ｂおよび上部磁性膜１２Ｂが積層されないようになっている。
下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂは、薄膜インダクタ１のインダクタンスを高めるためのものである。これら下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂは、例えば図３に示したようなＸ−Ｚ断面構成となっている。具体的には、基板１１または上部絶縁膜１３Ｂ上に、コバルト（Ｃｏ）系アモルファス軟磁性膜１２１および鉄（Ｆｅ）系軟磁性膜１２２がこの順に形成された積層構造となっている。
Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１は、Ｆｅ系軟磁性膜１２２の下地層であり、このＦｅ系軟磁性膜１２２よりも透磁率の高い軟磁性膜となっている。このＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１は、例えば、コバルトジルコニウムタンタル（ＣｏＺｒＴａ）やコバルトジルコニウムニオブ（ＣｏＺｒＮｂ）などにより構成されている。また、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１は、その保持力を持たすため、例えば１０ｎｍ微結晶であるhexagonal結晶であることが好ましく、その状態は、Ｃｏが単結晶の微粒子である状態でもある。さらに、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１は、その保持力（Ｈｃ）が１．１［Ｏｅ］以下であるのが好ましい。詳細は後述するが、これにより磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率をさらに向上させることができるからである。
Ｆｅ系軟磁性膜１２２は、好ましくは、Ｆｅ−Ｍ（Ｍ：３Ａ族、４Ａ族および５Ａ族のうちの少なくとも１種以上の金属元素）−Ｏ系により構成され、その中でも、Ｆｅ−Ｙ−Ｏ系がさらに好ましい。Ｆｅ−Ｙ−Ｏ系が特に好ましい理由としては、Ｙは希土類の中でもｇｉｂｂｓの自由エネルギーが特に高いために非常に酸化されやすいことから、ＹとＦｅとの間で層分離しやすく、下記のグラニュラー構造を作製しやすいからである。また、このＦｅ系軟磁性膜１２２は、グラニュラー膜であることが好ましい。なお、ここでいうグラニュラー膜とは、磁性体（Ｆｅ）が非磁性体中に粒子状に分散している状態のみならず、磁性体が柱状に大きく成長している状態をも含む意味である。
ここで、本実施の形態の下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂでは、いずれも、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との膜厚比（＝Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の膜厚／Ｆｅ系軟磁性膜１２２の膜厚）が、０．００５以上かつ０．０３０以下となるように設定されている。これにより、詳細は後述するが、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１からＦｅ系軟磁性膜１２２への応力の影響が低減することにより、このような応力の影響による磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）での透磁率低下が抑えられるようになっている。また、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１における飽和磁化（後述するＭｓ（Ｃｏ））と異方性磁界（後述するＨｋ（Ｃｏ））との比（＝Ｍｓ（Ｃｏ）／Ｈｋ（Ｃｏ））、およびＦｅ系軟磁性膜１２２における飽和磁化（後述するＭｓ（Ｆｅ））と異方性磁界（後述するＨｋ（Ｆｅ））との比（＝Ｍｓ（Ｆｅ）／Ｈｋ（Ｆｅ））は、互いに略等しくなっているのが好ましい。詳細は後述するが、これによりＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１およびＦｅ系軟磁性膜１２２における磁化反転速度も互いに略等しくなるため、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率をさらに向上させることができるからである。
なお、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂが、本発明における「磁性薄膜」の一具体例に対応する。また、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１が本発明における「第１磁性膜」の一具体例に対応し、Ｆｅ系軟磁性膜１２２が本発明における「第２磁性膜」の一具体例に対応する。
次に、図４〜図１０を参照して、薄膜インダクタ１の製造方法の一例について説明する。ここで図４〜図１０は、薄膜インダクタ１の製造方法の一例を表したものであり、図４〜図９はＸ−Ｚ断面構成を、図１０はＸ−Ｙ平面構成を、それぞれ表している。
まず、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示したように、前述した材料よりなる基板１１上に、下部磁性膜１２Ａを一様に形成する。この下部磁性膜１２Ａの形成は、例えばスパッタ法を用いて行う。具体的には、まず、図５（Ａ）に示したように、基板１１上に、前述した材料よりなるＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１を一様に形成したのち、図５（Ｂ）に示したように、このＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１上に、Ｆｅ系軟磁性膜１２２を一様に形成する。ここで、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１を形成する際には、成膜圧力を例えば０．６６Ｐａ程度とする。また、例えばＣｏＺｒＴａ膜を用いる場合には、組成比（at％）が、例えばＣｏ：Ｚｒ：Ｔａ＝９３：４：３程度となるようにする。また、Ｆｅ系軟磁性膜１２２を形成する際には、成膜圧力を、例えば０．３０Ｐａ程度とする。また、例えばＦｅ−Ｙ−Ｏ膜を用いる場合には、組成比（at％）が、例えばＦｅ：Ｙ：Ｏ＝７７：９：１４程度となるようにする。また、この際、前述したように、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との膜厚比が、０．００５以上かつ０．０３０以下となるように形成する。
続いて、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示したように、フォトレジストパターン２１を形成してフォトリソグラフィー法を用いることにより、下部磁性膜１２Ａを、図１および図２に示したような所定のパターンにエッチングする。
続いて、図６（Ｃ）に示したように、基板１１および下部磁性膜１２Ａの上に、前述した材料よりなる下部絶縁膜１３Ａを一様に形成する。この下部絶縁膜１３Ａの形成は、例えばスパッタ法を用いて行う。
続いて、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）および図８（Ａ）〜図８（Ｂ）に示したように、下部絶縁膜１３Ａ上に、前述した材料よりなる所定パターンのコイル１４を形成する。このコイル１４の形成は、例えばめっき法を用いて行う。具体的には、まず、図７（Ａ）に示したように、下部絶縁膜１３Ａ上に、例えばスパッタ法を用いて、例えばＣｒ／Ｃｕよりなるめっきシード層３１を一様に形成したのち、図７（Ｂ）に示したように、このめっきシード層３１上に、コイル１４のパターン形成をするためのフォトレジストパターン２２を形成する。続いて、図７（Ｃ）に示したように、めっきシード層３１上に、めっき法を用いることにより前述した材料よりなる所定パターンのコイル１４を形成する。そして図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示したように、所定のレジスト除去材料等を用いてフォトレジストパターン２２およびめっきシード層３１を除去することにより、図８（Ｂ）に示したようなコイル１４が形成される。
続いて、図８（Ｃ）に示したように、下部絶縁膜１３Ａおよびコイル１４の上に、前述した材料よりなる上部絶縁膜１３Ｂを、図１および図２に示した所定のパターンに形成する。この上部絶縁膜１３Ｂの形成は、例えば、印刷法やフォトリソグラフィー法による樹脂の充填によって行う。
続いて、図８（Ｃ）に示したように、下部絶縁膜１３Ａおよびコイル１４の上に、前述した材料よりなる上部絶縁膜１３Ｂを、図１および図２に示した所定のパターンに形成する。この上部磁性膜１３Ｂの形成は、例えばスパッタ法およびフォトリソグラフィー法を用いて行う。
続いて、図８（Ｃ）に示したように、下部絶縁膜１３Ａおよびコイル１４の上に、前述した材料よりなる上部絶縁膜１３Ｂを、図１および図２に示した所定のパターンに形成する。この上部磁性膜１３Ｂの形成は、例えばスパッタ法およびフォトリソグラフィー法を用いて行う。
続いて、図９（Ａ）に示したように、下部絶縁膜１３Ａ、上部絶縁膜１３Ｂおよびコイル１４の上に、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１およびＦｅ系軟磁性膜１２２よりなる上部磁性膜１２Ｂを一様に形成する。この上部磁性膜１２Ｂの形成は、前述した下部磁性膜１２Ａの形成と同様にして、例えばスパッタ法を用いて行う。
続いて、図９（Ｂ）に示したように、上部磁性膜１２Ｂを、例えばフォトリソグラフィー法を用いることにより、図１および図２に示した所定のパターンにエッチングする。これにより、図中に示したように端子１４Ｔ２が形成される。
最後に、図１０に示したように、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂの積層面（Ｘ−Ｙ平面）内で、回転磁場Ｈ１を印加しつつ熱処理を行う。回転磁場Ｈ１の大きさは例えば３００×１０３／４π［Ａ／ｍ］（＝３００Ｏｅ）程度とし、回転磁場Ｈ１の回転数は例えば９０[ｒｐｍ]程度とし、熱処理温度は例えば３３０℃程度とし、熱処理時間は例えば１時間程度とする。このような回転磁場中の熱処理により、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂにおける応力が緩和されると共に、各々の磁気異方性が低減する。このようにして、図１〜図３に示したような薄膜インダクタ１が製造される。
次に、図１１〜図１９を参照して、このようにして製造された薄膜インダクタ１の磁気特性を示しつつ、本実施の形態の薄膜インダクタ１の作用および効果について詳細に説明する。ここで、図１１は、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２ＢにおけるＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の平面形態の一例を拡大して示す、磁性コロイドを用いたビッター法による顕微鏡像である。また、図１３は、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２ＢにおけるＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２の膜厚比と、透磁率μの増加率との関係の一例を表したものであり、図１４は、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の厚みと透磁率μの増加率との関係の一例を表したものである。また、図１５は、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂにおける膜構成と透磁率μの増加率との関係の一例を表したものであり、図１６は、Ｆｅ系軟磁性膜１２２における膜厚とＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１における保持力Ｈｃとの関係の一例を表したものである。また、図１７は、Ｆｅ系軟磁性膜１２２における飽和磁化Ｍｓ（Ｆｅ）と異方性磁界Ｈｋ（Ｆｅ）との比（Ｍｓ（Ｆｅ）／Ｈｋ（Ｆｅ））と、透磁率μの増加効果との関係の一例を表したものである。また、図１９（Ａ）は、Ｆｅ系軟磁性膜１２２におけるＦｅの組成比と飽和磁化Ｍｓ（Ｆｅ）との関係の一例を表したものであり、図１９（Ｂ）は、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１におけるＣｏの組成比と飽和磁化Ｍｓ（Ｃｏ）との関係の一例を表したものである。
なお、各実施例における薄膜インダクタ１の製造条件は、以下の通りである。まず、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂは、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて形成している。また、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２ＢにおけるＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１としてＣｏＺｒＴａ（ＣＺＴ）薄膜を用いると共に、Ｆｅ系軟磁性膜１２２としてＦｅ−Ｙ−Ｏ（ＦｅＹＯ）薄膜を用いた。
まず、図１１中の符号Ｐ１で示したように、成膜されたＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１（ここでは、ＣＺＴ薄膜）では、その大部分がアモルファス（非晶質）構造となっていることが分かる。これにより、Ｃｏの結晶性に影響されることなく、その上層であるＦｅ系軟磁性膜１２２（ここでは、Ｆｅ−Ｙ−Ｏ薄膜）が応力の少ない状態で成膜可能となる。
ここで、本実施の形態の薄膜インダクタ１では、上記のように、Ｆｅ系軟磁性膜１２２よりも透磁率の高い軟磁性膜であるＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１上に、Ｆｅ系軟磁性膜１２２が形成されている。これにより、例えば図１２中の矢印Ｐ２１，Ｐ２２で示したように、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１において容易な（スムーズな）磁化反転（例えば、図中の磁化Ｍ１の磁化反転）が行われると、図中の矢印Ｐ３に示したようなＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との静磁エネルギーによって、Ｆｅ系軟磁性膜１２２の磁化反転（例えば、図中の磁化Ｍ２の磁化反転）がアシストされ、Ｆｅ系軟磁性膜１２２における磁化反転が容易となる。
また、本実施の形態の薄膜インダクタ１では、例えば図１３中の符号Ｐ４で示したように、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との膜厚比（＝Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の膜厚／Ｆｅ系軟磁性膜１２２の膜厚）が、０．００５以上かつ０．０３０以下となるように設定されている。これにより、これら２つの軟磁性膜間の応力（Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１：圧縮応力、Ｆｅ系軟磁性膜１２２：引っ張り応力）の影響が相殺され、このような応力の影響による磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率低下が抑えられる。
この際、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１（ここでは、ＣＺＴ薄膜）では、厚みができるだけ小さい（薄い）のが好ましく、具体的には例えば図１４中の符号Ｐ５で示したように、厚みが１ｎｍ以上かつ６ｎｍ以下程度であるのが好ましい。Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１がこれよりも厚膜である場合、その上層であるＦｅ系軟磁性膜１２２に対してかかる応力が大きすぎることになるため、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率が低下してしまう一方、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の膜厚が上記の範囲内である場合には、応力の影響をほとんど受けないからである。
また、本実施の形態の薄膜インダクタ１では、例えば図１５に示した透磁率μ増加率の下地依存性から分かるように、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の保持力（Ｈｃ）が１．１［Ｏｅ］以下であるのが好ましく、保持力（Ｈｃ）がより小さくなっているのが望ましい。このように構成した場合、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の透磁率がより高くなるため、このＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１における磁化反転がより容易となる（よりスムーズとなる）。これにより、前述したＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１によるＦｅ系軟磁性膜１２２の磁化反転のアシスト作用がより効果的になされるようになり、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率がさらに向上する。
なお、図１５では、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との膜厚比が（３．０ｎｍ／２００ｎｍ）である場合について説明したが、これらＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との膜厚比が他の値になっている場合においても、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の保持力（Ｈｃ）は１．１［Ｏｅ］以下であるのが好ましい。これは、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１では、膜厚に関わらずに保磁力がほぼ一定であることから、膜厚が変わったとしても比が同じであれば、応力バランスが同じとなるためである。ただし、Ｆｅ系軟磁性膜１２２の膜厚が大きい場合（例えば、１０μｍ以上の場合）、膜自身の応力によって磁化反転が阻害されることから、例えば図１６中の符号Ｐ６で示したように、Ｆｅ系軟磁性膜１２２の膜厚は、１００ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲内であるのが望ましい。
また、本実施の形態の薄膜インダクタ１では、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１における磁化反転速度と、Ｆｅ系軟磁性膜における磁化反転速度とが、互いに略等しくなっているのが好ましい。これにより、前述したＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１によるＦｅ系軟磁性膜１２２の磁化反転のアシスト作用がより効果的になされるようになり、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率をさらに向上させることができるからである。
ここで、磁場に対する磁化の角度をφ、時間をｔとすると、軟磁性膜における磁化反転速度は、以下の（１）式に示したように、（ｄφ／ｄｔ）により表される。また、この磁化反転速度（ｄφ／ｄｔ）は、飽和磁化Ｍｓおよび異方性磁界Ｈｋと相関があり、同じく（１）式に示したような関係式で表される。例えば、異方性磁界Ｈｋが大きくなったり、飽和磁化Ｍｓが小さくなるということは、その軟磁性膜における磁化反転速度が小さくなることを意味している。したがって、この（１）式により、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１における飽和磁化（Ｍｓ（Ｃｏ）とする）と異方性磁界（Ｈｋ（Ｃｏ）とする）との比（＝Ｍｓ（Ｃｏ）／Ｈｋ（Ｃｏ））、およびＦｅ系軟磁性膜１２２における飽和磁化（Ｍｓ（Ｆｅ）とする）と異方性磁界（Ｈｋ（Ｆｅ）とする）との比（＝Ｍｓ（Ｆｅ）／Ｈｋ（Ｆｅ））は、互いに略等しくなっているのが好ましい。これにより、上記したようにＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１およびＦｅ系軟磁性膜における磁化反転速度も互いに略等しくなるため、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１によるＦｅ系軟磁性膜１２２の磁化反転のアシスト作用がより効果的になされるようになり、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率がさらに向上する。
例えば、Ｍｓ（Ｃｏ）＝１．４［Ｔ］およびＨｋ（Ｃｏ）＝２０［Ｏｅ］である場合（Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１がＣＺＴ膜である場合）、Ｍｓ（Ｃｏ）／Ｈｋ（Ｃｏ）＝０．０７００であることから、例えば図１７に示したような結果が得られる。具体的には、Ｍｓ（Ｆｅ）／Ｈｋ（Ｆｅ）がＭｓ（Ｃｏ）／Ｈｋ（Ｃｏ）と略等しい値である場合、すなわち、Ｍｓ（Ｆｅ）／Ｈｋ（Ｆｅ）＝０．０７００±０．００４０（０．０６６０〜０．０６８０）の範囲内であれば、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率向上効果がより強まる（透磁率の増加率が１．１倍以上となる）ことが分かる。
なお、図１７に示した下部磁性膜１２Ａまたは上部磁性膜１２Ｂの評価（飽和磁化Ｍｓおよび異方性磁界Ｈｋの測定）には、試料振動型磁力計を使用した。また、サンプルサイズは１０ｍｍ角とし、測定条件としては、例えば図１８に示した磁化曲線中に示したように、最大印加磁場を２０ｋ［Ａ／ｍ（Ｏｅ）］として測定した。
また、この場合において、Ｍｓ（Ｆｅ）／Ｈｋ（Ｆｅ）とＭｓ（Ｃｏ）／Ｈｋ（Ｃｏ）との比をさらにとった場合、上記より以下の（２）式に示した関係式が得られるため、以下の（３）式に示した関係式を満たすようにするのが好ましいと言える。さらに、図１９（Ａ）に示した飽和磁化Ｍｓ（Ｆｅ）のＦｅ組成依存性および図１９（Ｂ）に示した飽和磁化Ｍｓ（Ｃｏ）のＣｏ組成依存性のグラフを考慮すると、Ｆｅ系軟磁性膜１２２におけるＦｅ組成比ｘ（Ｆｅ）と、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１におけるＣｏ組成比ｘ（Ｃｏ）とは、以下の（４）式に示した関係式を満たすようにするのが好ましいと言える。これら（３）式や（４）式の関係式を満たす場合、上記したようにＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１およびＦｅ系軟磁性膜における磁化反転速度も互いに略等しくなるため、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率がさらに向上するからである。
なお、上記実施例では、Ｆｅ系軟磁性膜１２２としてＦｅ−Ｙ−Ｏ（ＦｅＹＯ）薄膜を用いた場合について説明したが、Ｆｅ系軟磁性膜が他の材料よりなる場合であっても、同様の特性傾向が得られる。これは、以下の理由による。すなわち、グラニュラー膜は一般に、磁性金属と酸化した希土類金属とが異相を成している合金であるが、金属磁性相については粒状もしくは柱状構造となり、特にＦｅの比率が高い場合は柱状構造となりやすい。ここで柱状構造をとる理由としては、Ｆｅ自身がｂｃｃ構造をとりやすい性質を持っているからである。一方、ＹおよびＯは柱状構造の粒界に存在していると考えられることから、組成比には依存せずにこの構造となる。したがって、このＦｅ系軟磁性膜１２２では、柱状構造のサイズ（太さ）によって軟磁気特性が決定されると共に、Ｆｅの含有率によって飽和磁化Ｍｓ（Ｆｅ）が決定されることから、Ｆｅ−Ｙ−Ｏ薄膜以外のＦｅ系軟磁性膜についても、ほぼ同様の傾向が得られると言える。
以上のように本実施の形態では、Ｆｅ系軟磁性膜１２２よりも透磁率の高い軟磁性膜であるＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１上にＦｅ系軟磁性膜１２２を形成するようにしたので、Ｆｅ系軟磁性膜１２２における磁化反転を容易し、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率を向上させることができる。また、これらＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１とＦｅ系軟磁性膜１２２との間の膜厚比を適切な範囲内（０．００５以上かつ０．０３０以下）に設定するようにしたので、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１からＦｅ系軟磁性膜１２２への応力の影響が低減し、このような応力の影響による磁性薄膜全体としての透磁率低下を抑えることができる。よって、軟磁性薄膜の透磁率を従来よりも効果的に向上させることが可能となる。
また、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の保持力（Ｈｃ）が１．１［Ｏｅ］以下であるように設定した場合には、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１の透磁率がより高くなるため、このＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１によるＦｅ系軟磁性膜１２２の磁化反転のアシスト作用がより効果的にすることができる。よって、磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率をさらに向上させることが可能となる。
また、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１における飽和磁化Ｍｓ（Ｃｏ）と異方性磁界Ｈｋ（Ｃｏ）との比（＝Ｍｓ（Ｃｏ）／Ｈｋ（Ｃｏ））、およびＦｅ系軟磁性膜１２２における飽和磁化Ｍｓ（Ｆｅ）と異方性磁界Ｈｋ（Ｆｅ）との比（＝Ｍｓ（Ｆｅ）／Ｈｋ（Ｆｅ））が互いに略等しくなっているようにした場合には、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２１およびＦｅ系軟磁性膜における磁化反転速度も互いに略等しくなるため、この場合もＣｏ系アモルファス軟磁性膜１２１によるＦｅ系軟磁性膜１２２の磁化反転のアシスト作用をより効果的にすることができる。よって、この場合も磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａや上部磁性膜１２Ｂ）全体としての透磁率をさらに向上させることが可能となる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、薄膜コイルであるコイル１４の上方および下方の両側に、本発明の一実施の形態である磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂ）が設けられている薄膜インダクタ１について説明したが、このような磁性薄膜は、コイルの延在面の少なくとも一方側に設けられていればよい。具体的には、例えば図２０に示した薄膜インダクタ１Ａのように、コイル１４の下方にのみ磁性薄膜（下部磁性膜１２Ａ）が設けられているようにしてもよく、また、例えば図２１に示した薄膜インダクタ１Ｂのように、コイル１４の上方にのみ磁性薄膜（上部磁性膜１２Ｂ）が設けられているようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、コイル１４が矩形状のスパイラルコイルにより構成されている場合で説明したが、薄膜コイルであるコイル１４の形状は、これには限られない。例えば、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂが円形状（楕円形でもよい）である場合等には、コイル１４も円形状のスパイラルコイルであってよい。また、例えばコイル１４が矩形状のミアンダコイルであってもよく、また、例えば図２２に示した薄膜インダクタ１Ｃのように、下部磁性膜１２Ａおよび上部磁性膜１２Ｂに対応する磁性膜１２と、下部絶縁膜１３Ａおよび上部絶縁膜１３Ｂに対応する絶縁膜１３とを有すると共に、コイルがソレノイドコイル１４Ｃにより構成されているようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、Ｆｅ系軟磁性膜１２２よりも透磁率μの高い軟磁性膜の一例として、Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜１２２を挙げて説明したが、この場合には限られない。
また、上記実施の形態では、薄膜磁気デバイスの一例として薄膜インダクタを挙げて説明したが、本発明はこの他にも薄膜トランスなどに適用することも可能である。すなわち、上記実施の形態で説明した磁性膜と所定の電極とを備えているのであれば、薄膜インダクタには限られず、広く薄膜磁気デバイスとして適用することが可能である。
さらに、上記実施の形態において説明した各層の材料、成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、また他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
１，１Ａ〜１Ｃ…薄膜インダクタ、１１…基板、１２…磁性膜、１２Ａ…下部磁性膜、１２Ｂ…上部磁性膜、１２１…Ｃｏ系アモルファス軟磁性膜、１２２…Ｆｅ系軟磁性膜、１３…絶縁膜、１３Ａ…下部絶縁膜、１３Ｂ…上部絶縁膜、１４…コイル、１４Ｃ…ソレノイドコイル、１４Ｔ１，１４Ｔ２…端子、２１，２２…フォトレジストパターン、３１…めっきシード層、Ｈ１…回転磁場、Ｍ１，Ｍ２…磁化方向、Ｄ１…磁壁。
Claims (6)
- 基板上に積層された第１磁性膜と、
前記第１磁性膜上に積層された第２磁性膜と
を備え、
前記第１磁性膜は、コバルト（Ｃｏ）系非晶質軟磁性膜により構成され、
前記第２磁性膜は、鉄（Ｆｅ）系軟磁性膜により構成され、
前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との膜厚比（＝第１磁性膜の膜厚／第２磁性膜の膜厚）が、０．００５以上かつ０．０３０以下である
ことを特徴とする磁性薄膜。 - 前記第１磁性膜の保持力（Ｈｃ）が、１．１［Ｏｅ］以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の磁性薄膜。 - 前記第１磁性膜における飽和磁化（Ｍｓ）と異方性磁界（Ｈｋ）との比（＝Ｍｓ／Ｈｋ）、および前記第２磁性膜におけるＭｓとＨｋとの比が、互いに略等しい
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁性薄膜。 - 薄膜コイルと、
前記薄膜コイルの延在面の少なくとも一方側に積層された磁性薄膜と
を備え、
前記磁性薄膜は、
前記薄膜コイルの延在面上に積層された第１磁性膜と、
前記第１磁性膜上に積層された第２磁性膜と
を有し、
前記第１磁性膜は、コバルト（Ｃｏ）系非晶質軟磁性膜により構成され、
前記第２磁性膜は、鉄（Ｆｅ）系軟磁性膜により構成され、
前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との膜厚比（＝第１磁性膜の膜厚／第２磁性膜の膜厚）が、０．００５以上かつ０．０３０以下である
ことを特徴とする薄膜磁気デバイス。 - 基板上に積層された第１磁性膜と、
前記第１磁性膜上に積層された第２磁性膜と
を備え、
前記第１磁性膜は、前記第２磁性膜よりも透磁率の高い軟磁性膜により構成され、
前記第２磁性膜は、鉄（Ｆｅ）系軟磁性膜により構成され、
前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との膜厚比（＝第１磁性膜の膜厚／第２磁性膜の膜厚）が、０．００５以上かつ０．０３０以下である
ことを特徴とする磁性薄膜。 - 薄膜コイルと、
前記薄膜コイルの延在面の少なくとも一方側に積層された磁性薄膜と
を備え、
前記磁性薄膜は、
前記薄膜コイルの延在面上に積層された第１磁性膜と、
前記第１磁性膜上に積層された第２磁性膜と
を有し、
前記第１磁性膜は、前記第２磁性膜よりも透磁率の高い軟磁性膜により構成され、
前記第２磁性膜は、鉄（Ｆｅ）系軟磁性膜により構成され、
前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との膜厚比（＝第１磁性膜の膜厚／第２磁性膜の膜厚）が、０．００５以上かつ０．０３０以下である
ことを特徴とする薄膜磁気デバイス。
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