JP2021015909A - 磁性積層体およびこれを含む磁性構造体、磁性積層体または磁性構造体を含む電子部品ならびに磁性積層体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気飽和がより抑制され、より高い直流重畳特性を有する磁性積層体およびこれを含む磁性構造体、磁性積層体または磁性構造体を含む電子部品を提供する。【解決手段】金属磁性体層１１と金属非磁性体層１２とが交互に積層された磁性積層体１０であって、金属磁性体層同士の間に金属非磁性体層１２が配置され、金属磁性体層１１は非晶質を含み、金属非磁性体層１２は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｅおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、かつ、平均厚みが０．４ｎｍ以上１．５ｎｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性積層体およびこれを含む磁性構造体、磁性積層体または磁性構造体を含む電子部品ならびに磁性積層体の製造方法に関する。

コイル部品等の電子部品の磁心（磁気コア）に用いられる磁性材料として、透磁率および飽和磁束密度が高い材料が求められている。

特許文献１には、第１および第２磁性層ならびに非磁性スペーサー層からなる第１磁性ユニットと、第１および第２磁性層ならびに非磁性スペーサー層からなる少なくとも１つの追加の磁性ユニットと、第１磁性ユニットと少なくとも１つの追加の磁性ユニットとの間に配置される抵抗スペーサーとからなるオンチップ磁気デバイスが記載されている。

特許文献２には、下地層および強磁性体層を含む強磁性多層薄膜であって、強磁性体層が、ナノ結晶層およびアモルファス層からなり、ナノ結晶層はナノサイズの微結晶を含み、アモルファス層はナノサイズの微結晶を含まず、ナノ結晶層とアモルファス層とが強磁性体層内で膜厚方向に分離していることを特徴とする強磁性多層薄膜が記載されている。

米国特許第９５６４１６５号明細書 特開２０１８−１６４０４１号公報

電子部品の小型化および低背化等を目的として、薄膜プロセスで製造した電子部品が用いられている。このような薄膜系の電子部品（薄膜インダクタ等）は、直流重畳特性の更なる向上が求められている。

本発明の目的は、磁気飽和がより抑制され、より高い直流重畳特性を有する磁性積層体およびこれを含む磁性構造体、磁性積層体または磁性構造体を含む電子部品を提供することである。

本発明者らは、金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層された磁性積層体において、金属磁性体層が金属非磁性体層を介して反平行結合する構造を採用することにより、より高い直流重畳特性を有する磁性積層体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の第１の要旨によれば、金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層された磁性積層体であって、
金属磁性体層同士の間に金属非磁性体層が配置され、
金属磁性体層は非晶質を含み、
金属非磁性体層は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｅおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、かつ平均厚みが０．４ｎｍ以上１．５ｎｍ以下である、磁性積層体が提供される。

本発明の第２の要旨によれば、金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層された磁性積層体であって、
金属磁性体層同士の間に金属非磁性体層が配置され、
金属磁性体層は非晶質を含み、
金属磁性体層同士が、金属非磁性体層を介して反平行結合している、磁性構造体が提供される。

本発明の第３の要旨によれば、磁性層と絶縁層とが交互に積層された磁性構造体であって、
磁性層同士の間に絶縁層が配置され、
磁性層は上述のいずれかの磁性積層体である、磁性構造体が提供される。

本発明の第４の要旨によれば、上述のいずれかの磁性積層体、または上述の磁性構造体を含む電子部品が提供される。

本発明の第５の要旨によれば、上述のいずれかの磁性積層体の製造方法であって、非晶質金属磁性体と金属非磁性体とを交互に薄膜形成法により成膜して、金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層され、かつ金属磁性体層同士の間に金属非磁性体層が配置された磁性積層体を形成すること
を含む、磁性積層体の製造方法が提供される。

本発明に係る磁性積層体によれば、磁気飽和をより抑制することができ、より高い直流重畳特性を得ることができる。また、本発明に係る磁性構造体によれば、磁気飽和をより抑制することができ、より高い直流重畳特性を得ることができる。また、本発明に係る電子部品によれば、磁気飽和をより抑制することができ、より高い直流重畳特性を得ることができる。また、本発明に係る磁性積層体の製造方法によれば、磁気飽和がより抑制され、より高い直流重畳特性を有する磁性積層体を製造することができる。

本発明の一の実施形態に係る磁性積層体の概略断面図である。 本発明の一の実施形態に係る磁性構造体の概略断面図である。 本発明の一の実施形態に係る電子部品の構造を示す模式図である。 電子部品の製造方法を説明する模式図である。 異方性磁界Ｈｋの金属非磁性体層厚み依存性を示すグラフである。 シミュレーションに用いたモデル図（ａ）、シミュレーションにおいて磁気コアに与えたＢ−Ｈ曲線（ｂ）、およびインダクタンスＬの直流電流依存性のシミュレーション結果を示すグラフ（ｃ）である。 各異方性磁界における透磁率の実部μ’および虚部μ”の周波数依存性の計算結果を示すグラフである。 熱処理後の金属磁性体層の断面ＳＴＥＭ像である。 インダクタンスＬの飽和磁化Ｂｓ依存性のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。但し、以下に示す実施形態は例示を目的とするものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

［磁性積層体］
本発明の一の実施形態に係る磁性積層体の概略断面図を図１に示す。図１に示すように、磁性積層体１０は、金属磁性体層１１と金属非磁性体層１２とが交互に積層された磁性積層体１０である。金属磁性体層１１同士の間に金属非磁性体層１２が配置されている。図１に示す構成において、金属磁性体層１１は計４層、金属非磁性体層１２は計３層積層されているが、本発明はこの構成に限定されず、所望の特性等に応じて任意の積層数を選択することができる。例えば、磁性積層体１０は、第１の金属磁性体層１１、金属非磁性体層１２および第２の金属磁性体層１１をこの順に積層した３層構造（金属磁性体層１１を計２層、金属非磁性体層１２を１層含む構造）であってもよい。磁性積層体１０は、より好ましくは、金属磁性体層１１および金属非磁性体層１２を交互に５層以上積層した構造を有し、さらに好ましくは、金属磁性体層１１および金属非磁性体層１２を交互に７層以上積層した構造を有する。

金属磁性体層１１は非晶質を含む。金属磁性体層１１が非晶質を含む場合、金属磁性体層１１の保磁力を小さくすることができる。

金属非磁性体層１２は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｅおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、かつ金属非磁性体層１２は、平均厚みが０．４ｎｍ以上１．５ｎｍ以下である。金属非磁性体層１２がこのような組成および平均厚みを有することにより、金属磁性体層１１間の磁化方向を反平行配列にすることができ、金属磁性体層１１同士が金属非磁性体層１２を介して反平行結合することができる。このように金属磁性体層１１同士が反平行結合することにより、磁性積層体１０の異方性磁界が増大し、磁気飽和をより抑制することが可能になる。その結果、より高い直流重畳特性を実現することができる。

また、磁性積層体１０の異方性磁界が増大することにより、磁性積層体１０の磁気共鳴周波数が高周波側にシフトする。そのため、磁性積層体１０を薄膜インダクタ等の電子部品の磁気コアとして用いた場合、電子部品の周波数特性を向上させることができる。

金属非磁性体層１２の平均厚みは、以下に説明する方法で測定することができる。まず、磁性積層体１０を含む試料をＦＩＢ（集束イオンビーム）加工により薄片化して、磁性積層体１０の積層方向に対して平行な断面を得る。この断面をＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で撮影し、得られたＴＥＭ画像において、金属非磁性体層１２の厚みを測定する。任意の１０箇所で厚みを測定し、測定した厚みの平均値を算出し、この平均値を金属非磁性体層１２の平均厚みとする。

（金属磁性体層）
金属磁性体層１１は、非晶質の金属磁性体を含む層である。金属磁性体層１１は、非晶質中に分散したナノ結晶粒子を更に含むことが好ましい。「ナノ結晶粒子」とは、金属磁性体結晶からなる粒径がナノサイズの粒子を意味する。金属磁性体層１１がナノ結晶粒子を含む場合、金属磁性体層１１の飽和磁化をより高くすることができ、その結果、より高い透磁率を実現することが可能となる。したがって、非晶質中に分散したナノ結晶粒子を含む金属磁性体層１１で構成される磁性積層体を薄膜インダクタ等の電子部品の磁気コアとして用いた場合、電子部品のインダクタンスをより高くすることができる。さらに、金属磁性体層１１がナノ結晶粒子を含む場合、金属磁性体層１１間の反平行結合により異方性磁界をより一層増大させることができ、電流磁界による磁気飽和をより一層抑制することが可能となる。その結果、より一層高い直流重畳特性を実現することが可能となる。

ナノ結晶粒子の平均結晶粒子径は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。ナノ結晶粒子の平均結晶粒子径が上記範囲内であると、より小さい保磁力と、より高い飽和磁化とを両立することができる。ナノ結晶粒子の平均結晶粒子径は、Ｘ線回折法により得られる回折ピークの半値幅（β）から、シェラー式（平均結晶粒子径＝０．８９λ／（βｃｏｓθ）、λ：Ｘ線波長、θ：ブラッグ角）を用いて算出することができる。

金属磁性体層１１は、非晶質のみからなるものであってもよい。金属磁性体層１１が非晶質のみからなる場合、平坦性の高い層を形成することが比較的容易である。そのため、非晶質のみからなる金属磁性体層１１を用いた場合、磁性積層体１０をより容易に製造することができる。金属磁性体層１１がナノ結晶粒子を含み、かつ金属磁性体層１１の平均厚みが比較的薄い場合、結晶粒界の影響により２ｎｍ以上の凹凸が金属磁性体層１１の表面に発生し得る。そのため、この金属磁性体層１１の表面に厚み１ｎｍ程度の金属非磁性体層１２を均一に作製することは困難である場合がある。一方、金属磁性体層１１が非晶質のみからなる場合、金属磁性体層１１内に結晶粒界が存在しないため、金属磁性体層１１の表面の凹凸を小さくすることができ、例えば凹凸を０．４ｎｍ以下に抑制することができる。また、非晶質のみからなる金属磁性体層１１は、保磁力をより小さくすることができる。

金属磁性体層１１の組成は特に限定されるものではなく、例えば、一般式Ｆｅ_{１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ}Ｍ_ａＰ_ｂＣｕ_ｃＣｏ_ｄＮｉ_ｅＭ’_ｆ（モル部）（式中、ＭはＳｉ、ＢおよびＣからなる群から選択される少なくとも１種の元素、Ｍ’はＶ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、ＢｉおよびＩｎから選択される少なくとも１種の元素、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは前記一般式で表される組成の全体を１００モル部とした場合における各元素のモル部、０．５≦ａ≦２０、１≦ｂ≦１０、０．１≦ｃ≦１．５、０≦ｄ≦５、０≦ｅ≦５、０≦ｆ≦３）で表わされる組成（モル部）を有してよい。上記一般式Ｆｅ_{１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ}Ｍ_ａＰ_ｂＣｕ_ｃＣｏ_ｄＮｉ_ｅＭ’_ｆにおいて、より好ましくは３≦ａ≦２０である。金属磁性体層１１は、一般式Ｆｅ_{１００−ａ−ｂ−ｃ}Ｍ_ａＰ_ｂＣｕ_ｃ（式中、ＭはＳｉ、ＢおよびＣからなる群から選択される少なくとも１種の元素、ａ、ｂおよびｃは前記一般式で表される組成の全体を１００モル部とした場合における各元素のモル部、０．５≦ａ≦２０、１≦ｂ≦１０、０．１≦ｃ≦１．５）で表される組成（モル部）を有することが好ましい。上記一般式Ｆｅ_{１００−ａ−ｂ−ｃ}Ｍ_ａＰ_ｂＣｕ_ｃにおいて、より好ましくは３≦ａ≦２０である。なお、金属磁性体層１１は微量の不可避不純物を更に含んでよい。磁性積層体１０が複数の金属磁性体層１１を含む場合、各々の金属磁性体層１１は同じ組成を有してよく、互いに異なる組成を有してもよい。

金属磁性体層１１の平均厚みは１００ｎｍ以下であることが好ましい。平均厚みが１００ｎｍ以下であると、磁性積層体１０の内部における渦電流の発生を抑制することができ、渦電流の発生に起因する特性劣化を低減することができる。金属磁性体層１１の平均厚みは２０ｎｍ以上であることが好ましい。平均厚みが２０ｎｍ以上であると、金属磁性体層１１内に含まれるナノ結晶粒子の数が確保され、より良好な磁気特性が得られる。磁性積層体１０が複数の金属磁性体層１１を含む場合、各々の金属磁性体層１１の平均厚みは同じであってよく、互いに異なっていてもよい。金属磁性体層１１の平均厚みは、金属非磁性体層１２の平均厚みと同様の方法で測定することができる。

（金属非磁性体層）
金属非磁性体層１２は、Ｃｒ（クロム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｅ（レニウム）およびＣｕ（銅）からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む。なかでも、ＣｒおよびＲｕは、金属磁性体層１１間の反平行結合をより強くすることができるので好ましい。好ましくは、金属非磁性体層１２は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｅおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素のみからなる。この場合、金属非磁性体層１２は微量の不可避不純物を含んでよい。

金属非磁性体層１２は、その上面および下面に接する金属磁性体層１１同士が互いに接触しないように設けることが好ましい。尤も、金属非磁性体層１２は、その上面および下面に接する金属磁性体層１１同士が部分的に接触するように設けてもよい。換言すると、金属非磁性体層１２は、金属磁性体層１１の表面全体に形成することが好ましいが、金属磁性体層１１の表面の一部に断続的に形成してもよい。磁性積層体１０が複数の金属非磁性体層１２を含む場合、各々の金属非磁性体層１２は同じ組成を有してよく、互いに異なる組成を有してもよい。また、磁性積層体１０が複数の金属非磁性体層１２を含む場合、各々の金属非磁性体層１２の平均厚みは同じであってよく、互いに異なっていてもよい。

［磁性積層体の製造方法］
次に、磁性積層体１０の製造方法について以下に説明する。磁性積層体１０の製造方法は、非晶質金属磁性体と金属非磁性体とを交互に薄膜形成法により成膜して、金属磁性体層１１と金属非磁性体層１２とが交互に積層され、かつ金属磁性体層１１同士の間に金属非磁性体層１２が配置された磁性積層体１０を形成することを含む。非晶質金属磁性体は、平坦性の高い層を形成することが比較的容易である。そのため、非晶質金属磁性体を用いることにより、磁性積層体１０を容易に製造することができる。金属磁性体層１１は、厚みが２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下となるように形成することが好ましい。

金属磁性体層１１および金属非磁性体層１２は、スパッタリング、めっき、フォトリソグラフィーおよび／または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の薄膜形成法で形成することが好ましい。これらの薄膜形成法を用いることにより、薄型の（低背）製品を製造することができる。

各々の金属磁性体層１１および金属非磁性体層１２は、複数の層を連続して積層することにより形成してよいが、単一の層で形成されることが好ましい。

磁性積層体１０の製造方法は、磁性積層体１０に熱処理を施すことを更に含むことが好ましい。熱処理を施すことにより、金属磁性体層１１を構成する非晶質金属磁性体の少なくとも一部をナノ結晶化させることができ、金属磁性体層１１中にナノ結晶粒子を析出させることができる。熱処理は、１０^−２Ｐａ以下の真空下または大気中の酸素を不活性ガスで置換した雰囲気下において、４００℃／分以上６００℃／分以下の昇温速度で３５０℃以上５００℃以下まで昇温し、その後自然冷却することにより行うことができる。

このような方法により製造した磁性積層体１０は、磁気飽和がより抑制され、より高い直流重畳特性を有する。

［磁性構造体］
本発明の一の実施形態に係る磁性構造体１の概略断面図を図２に示す。図２に示すように、磁性構造体１は、磁性層１０と絶縁層２０とが交互に積層された磁性構造体１である。磁性層１０同士の間に絶縁層２０が配置されている。図２に示す構成において、磁性層１０は計３層、絶縁層２０は計４層積層されているが、本発明はこの構成に限定されず、所望の特性等に応じて任意の積層数を選択することができる。例えば、磁性構造体１は、第１の絶縁層２０、磁性層１０、第２の絶縁層２０をこの順に積層した３層構造（磁性層１０を１層、絶縁層２０を計２層含む構造）であってもよい。

（磁性層）
磁性層１０は、本発明の実施形態に係る磁性積層体１０である。磁性層１０として本発明の実施形態に係る磁性積層体１０を用いることにより、磁気飽和をより抑制することができ、より高い直流重畳特性を得ることができる。また、磁性構造体１内の渦電流の発生を抑制することができ、周波数特性を向上させることができる。すなわち、高周波領域においても磁気特性の低下を抑制することができる。磁性層１０の具体的構成は、磁性積層体に関連して上述したとおりである。磁性構造体１が複数の磁性層１０を含む場合、各々の磁性層１０は同じ構成（金属磁性体層１１および金属非磁性体層１２の層数、平均厚みおよび組成等）を有してよく、互いに異なる構成を有してもよい。

（絶縁層）
絶縁層２０は絶縁性材料で構成される層である。絶縁層２０は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。絶縁層２０は、比誘電率が低い材料で構成することが好ましく、具体的には、比誘電率が好ましくは１０以下、より好ましくは８以下、さらに好ましくは４以下の材料で構成することが好ましい。そのため、絶縁層２０は、好ましくは酸化ケイ素を含み、より好ましくは酸化ケイ素のみからなる。絶縁層２０は、上述の絶縁性材料に加えて微量の不可避不純物を含んでよい。磁性構造体１が複数の絶縁層２０を含む場合、各々の絶縁層２０は同じ組成を有してよく、互いに異なる組成を有してもよい。

絶縁層２０の平均厚みは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、７ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましく、８ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがさらに好ましく、１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが特に好ましい。平均厚みが５ｎｍ以上であると、各々の磁性層１０の間の電気的絶縁を十分確保することが可能となる。磁性構造体１が複数の絶縁層２０を含む場合、各々の絶縁層２０の平均厚みは同じであってよく、互いに異なっていてもよい。絶縁層２０の平均厚みは、金属非磁性体層１２の平均厚みと同様の方法で測定することができる。

［磁性構造体の製造方法］
次に、磁性構造体１の製造方法の一例を以下に説明する。まず、シリコン基板等の基板上に、所定の厚みの絶縁層２０を形成する。次いで、絶縁層２０の上に所定の厚みの金属磁性体層１１を形成し、その上に所定の厚みの金属非磁性体層１２を形成する。金属磁性体層１１と金属非磁性体層１２とを交互に所定回数積層して、磁性層１０を得る。絶縁層２０と磁性層１０とを交互に所定回数積層して、所定の厚みを有する磁性構造体１を得る。

金属磁性体層１１、金属非磁性体層１２および絶縁層２０は、スパッタリング、めっき、フォトリソグラフィーおよび／または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の薄膜プロセスで形成することが好ましい。これらの薄膜プロセスを用いることにより、薄型の（低背）製品を製造することができる。

各々の金属磁性体層１１、金属非磁性体層１２および絶縁層２０は、複数の層を連続して積層することにより形成してよいが、単一の層で形成されることが好ましい。

このようにして得られた磁性構造体１は、熱処理を施してよい。熱処理の条件は、上述した磁性積層体１０の熱処理条件と同様である。熱処理を施すことにより、金属磁性体層１１を構成する非晶質金属磁性体の少なくとも一部をナノ結晶化させることができ、金属磁性体層１１中にナノ結晶粒子を析出させることができる。

このような方法により製造した磁性構造体１は、磁気飽和がより抑制され、より高い直流重畳特性を有する。

［電子部品］
本発明の一の実施形態に係る電子部品１００の概略断面図を図３に示す。電子部品１００は、本発明の実施形態に係る磁性積層体１０または磁性構造体１を含む。図３に示す構成例において、電子部品１００は磁性構造体１を含むが、電子部品１００は、磁性構造体１に代えて磁性積層体１０を含んでもよい。電子部品１００は、本発明の実施形態に係る磁性積層体１０または磁性構造体１を含んでいるので、磁気飽和がより抑制され、より高い直流重畳特性を有する。なお、図３に示す電子部品１００は、コイル導体３を更に含むが、コイル導体３は必須の構成ではない。

（磁気コア）
電子部品１００は、磁性積層体１０または磁性構造体１を磁気コア（磁心）として含む。磁性積層体１０または磁性構造体１は、環状であることが好ましい。本明細書において、「環状」とは、平面視において閉空間を形成する形状を意味する。「環状」には、平面視における形状が、三角形および矩形（正方形および長方形を含む）等の多角形、円形ならびに楕円形等の種々の形状のものが包含される。磁気コア（磁性積層体１０または磁性構造体１）が環状であると、磁束が外部に漏れるのを抑制することができ、インダクタンスの損失を抑制することができる。

（コイル導体）
図３に示すように、電子部品１００はコイル導体３を更に含んでよい。コイル導体３は、Ｃｕ等の導電体で構成される。コイル導体３は、絶縁膜（図示せず）でその表面全体が覆われていることが好ましい。電子部品１００がコイル導体３を含む場合、磁性積層体１０または磁性構造体１は、コイル導体３の巻回部の内側に位置し、コイル導体３の巻回軸方向と、磁性積層体１０または磁性構造体１の積層方向とが略垂直であることが好ましい。このような構成を採用することにより、インダクタンスがより高く、かつ直流重畳特性がより高い薄膜インダクタ等の電子部品１００を製造することができる。なお、本明細書において、「略垂直」は、９０°±１０°の範囲内であることを意味する。

本実施形態に係る電子部品１００は幅広い用途に適用することができる。なかでも、本実施形態に係る電子部品１００は優れた直流重畳特性を実現できるので、高い直流重畳特性が求められる薄膜インダクタに適用することができる。

［電子部品の製造方法］
次に、図４を参照して電子部品１００の製造方法の一例を以下に説明する。図４（ａ）は電子部品１００の構造を示す模式図である。図４（ｂ）は図４（ａ）の電子部品１００のＡ−Ａ断面に対応する図である。図４（ｃ）は図４（ａ）の電子部品１００のＢ−Ｂ断面に対応する図である。なお、図４（ａ）においてコイル導体３の表面を覆う絶縁膜は省略している。

まず、シリコン基板またはガラス基板等の支持基板４上に、フォトリソグラフィーを用いてレジストを所望の形状にパターニングする。ＲＩＥ等を用いてレジストの開口部を所望の深さにエッチングする。次いで、エッチングした箇所にめっき等によりＣｕ等の導電体を埋め込み、レジストを除去して下部コイル３１を形成する（１）。次に、下部コイル３１の表面を含む支持基板４の表面全体に、フォトレジスト用樹脂またはＳｉＯ_２等の絶縁膜５を形成する。この絶縁膜５の上に、スパッタリング法等を用いて磁性構造体１（または磁性積層体１０）を形成する。レジストをパターニングした後、ＲＩＥまたはイオンミリング等により余分な磁性構造体１（または磁性積層体１０）を除去する。レジストを除去した後、磁性構造体１（または磁性積層体１０）の表面全体を覆うように絶縁膜５を形成する（２）。次いで、レジストのパターニングにより下部コイル３１の所望の箇所に対応する開口部を設ける。絶縁膜５をＲＩＥ等により下部コイル３１までエッチングする。エッチングした箇所にめっき等によりＣｕ等の導電体を埋め込んで、下部コイル３１と後述する上部コイル３３とを接続するピラー３２を形成し、レジストを除去する（３）。次いで、レジストをパターニングした後、開口部にＣｕ等の導電体を埋め込んで上部コイル３３を形成する。レジストを除去した後、上部コイル３３の表面全体を覆うように絶縁膜５を形成する。このようにして、電子部品１００を製造することができる。

［実施例１］
異方性磁界Ｈｋの金属非磁性体層厚み依存性を調べるため、以下の手順で試験１〜試験６の磁性積層体を作製した。

（試験１）
スパッタリング装置を用いて、非晶質金属磁性体および金属非磁性体の成膜を行った。まず、Ｓｉ基板上に、非晶質金属磁性体を３０ｎｍ成膜して、金属磁性体層を形成した。非晶質金属磁性体の組成は、Ｆｅ（８３．３）−Ｓｉ（４）−Ｂ（８）−Ｐ（４）−Ｃｕ（０．７）（ａｔ％）に設定した。次いで、金属磁性体層の上に、金属非磁性体としてＣｒ（クロム）を１．０ｎｍ成膜して、金属非磁性体層を形成した。同様の手順で非晶質金属磁性体と金属非磁性体とを交互に成膜して、金属磁性体層を計４層、金属非磁性体層を計３層形成した。このようにして、実施例１の磁性積層体を得た。なお、磁性積層体を構成する金属磁性体層および金属非磁性体層の平均厚みはそれぞれ、非晶質金属磁性体および金属非磁性体の成膜厚みの値と同じであると考えて差し支えない。

（試験２〜試験５）
金属非磁性体（Ｃｒ）の成膜厚みを１ｎｍ、１．５ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍにそれぞれ変更した以外は試験１と同様の手順で試験２〜５の磁性積層体を作製した。

（試験６）
スパッタリング装置を用いて、Ｓｉ基板上に非晶質金属磁性体を１２０ｎｍ成膜して金属磁性体層を形成した。この金属磁性体層を、金属非磁性体層を含まない試験６の磁性積層体とした。

振動試料型磁力計を用いて、試験１〜試験６の磁性積層体の異方性磁界Ｈｋを測定した。結果を図５に示す。図５に示すように、金属非磁性体層の厚み（平均厚み）がそれぞれ０．４ｎｍ、１ｎｍおよび１．５ｎｍであった試験１〜試験３の磁性積層体は、金属非磁性体を含まない試験６の磁性積層体よりも異方性磁界Ｈｋが増大した。これは、試験１および２の磁性積層体において、金属磁性体層同士が金属非磁性体層を介して反平行結合していることに起因すると考えられる。これに対し、金属非磁性体層の厚み（平均厚み）がそれぞれ５ｎｍおよび１０ｎｍであった試験４および試験５の磁性積層体は、金属非磁性体を含まない試験６の磁性積層体よりも異方性磁界Ｈｋが低減した。これは、金属磁性体層同士が平行結合していることに起因していると考えられる。

［実施例２］
異方性磁界がそれぞれ２０ Ｏｅ、２５ Ｏｅ、３５ Ｏｅおよび４０ Ｏｅの場合における薄膜インダクタのインダクタンスＬの直流電流依存性を調べるために、以下に説明するシミュレーションを行った。シミュレーションは、ムラタソフトウェア株式会社製の解析シミュレーションソフトＦｅｍｔｅｔ（登録商標）を用いて行った。図６（ａ）に、シミュレーションに用いた薄膜インダクタ１００のモデル図を示す。薄膜インダクタ１００は、磁気コアとして磁性構造体１を備える。磁性構造体１の構造は以下の表１に示すように設定した。なお、表１に示す値は、異方性磁界Ｈｋが４０ Ｏｅの場合のものである。異方性磁界Ｈｋが２０ Ｏｅ、２５ Ｏｅおよび３５ Ｏｅの場合には、金属非磁性体層の厚みはそれぞれ、０ｎｍ、１．５ｎｍおよび０．４ｎｍに設定し、その他の条件（金属磁性体層および絶縁層の厚み、ならびに金属磁性体層、金属非磁性体層、磁性層および絶縁層の層数）は異方性磁界Ｈｋが４０ Ｏｅの場合と同様の条件に設定した。

上述の条件下で、異方性磁界Ｈｋがそれぞれ２０ Ｏｅ、２５ Ｏｅ、３５ Ｏｅ、４０ Ｏｅの場合における薄膜インダクタのインダクタンスＬの直流電流依存性のシミュレーションを行った。異方性磁界Ｈｋが２０ Ｏｅの場合に磁気コアの材料特性として与えたＢ−Ｈ曲線を一例として図６（ｂ）に示す。

図６（ｃ）にシミュレーション結果を示す。図６（ｃ）において、インダクタンスＬおよび電流はそれぞれ規格化された値である。実施例１において、金属非磁性体層を含まない試験６の積層体の異方性磁界Ｈｋは２０ Ｏｅであった。この結果に基づいて、異方性磁界Ｈｋが２０ Ｏｅの場合を比較例として、比較例においてインダクタンスＬが急減し始める電流値を１として電流値を規格化した。図６（ｃ）に示されるように、異方性磁界Ｈｋが大きくなるにしたがって、インダクタンスＬが急減する直流電流値が大きくなった。このことは、異方性磁界が大きいほど磁気飽和が生じる電流値が大きくなることを意味する。すなわち、異方性磁界が大きいほど、高いインダクタンスＬを保持しつつ電流値を増大させることができることを意味する。したがって、シミュレーションにより、異方性磁界が大きいほど直流重畳特性が向上することが実証された。

［実施例３］
「ＭＨｚ帯薄膜透磁率の絶対値測定」（日本応用磁気学会誌、第１５巻、第２号、ｐ．３２７−３３０、１９９１年）に記載の手法を用いて、種々の異方性磁界における磁性構造体の透磁率の実部μ’および虚部μ”の周波数依存性を計算した。計算は、膜厚１００ｎｍ、比抵抗１００μΩｃｍ、飽和磁化１．５Ｔ（テスラ）の条件で行った。計算結果を図７に示す。図７に示されるように、異方性磁界が大きいほど、μ’およびμ”の共鳴周波数が高周波側にシフトした。このことから、異方性磁界が大きいほど磁性構造体の高周波磁気特性が向上することがわかった。

［実施例４］
磁性積層体または磁性構造体に熱処理を施すことにより金属磁性体層がナノ結晶化することを確認するために、以下の試験を行った。まず、シリコン基板上に非晶質金属磁性体であるＦｅ（８３．３）−Ｓｉ（４）−Ｂ（８）−Ｐ（４）−Ｃｕ（０．７）（ａｔ％）を約１００ｎｍ成膜して金属磁性体層を形成した。この金属磁性体層に、室温から昇温速度６００℃／分で３７５℃まで昇温する熱処理を施した。熱処理前の金属磁性体層および熱処理後の金属磁性体層それぞれについて、室温環境下にて５００ Ｏｅの外部磁界を印可したときの飽和磁化を測定した。結果を表２に示す。また、熱処理後の金属磁性体層の断面を走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察した。得られたＳＴＥＭ像を図８に示す。

表２に示すように、熱処理を施すことにより金属磁性体層の飽和磁化が増大した。また、図８のＳＴＥＭ像より、金属磁性体層中に約１０ｎｍ以上約２５ｎｍ以下程度のナノ結晶粒子が析出していることがわかる。これらの結果から、熱処理により金属磁性体層がナノ結晶粒子を含むものとなり、それにより飽和磁化が増大することが確認できた。

［実施例５］
薄膜インダクタのインダクタンスＬの飽和磁化Ｂｓ依存性を調べるために、実施例２と同じモデル図（図６（ａ））および解析シミュレーションソフトを用いてシミュレーションを行った。磁気コアの材料特性として、磁性構造体の異方性磁界を４０ Ｏｅに固定して飽和磁化の値を変化させた。シミュレーション結果を図９に示す。図９より、飽和磁化Ｂｓが増大するにしたがってインダクタンスＬは単調増加することがわかる。このことから、金属磁性体層の飽和磁化が大きいほど、インダクタンスが大きくなることがわかる。

本発明は以下の態様を含むが、これらの態様に限定されるものではない。
（態様１）
金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層された磁性積層体であって、
前記金属磁性体層同士の間に前記金属非磁性体層が配置され、
前記金属磁性体層は非晶質を含み、
前記金属非磁性体層は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｅおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、かつ平均厚みが０．４ｎｍ以上１．５ｎｍ以下である、磁性積層体。
（態様２）
金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層された磁性積層体であって、
前記金属磁性体層同士の間に前記金属非磁性体層が配置され、
前記金属磁性体層は非晶質を含み、
前記金属磁性体層同士が、前記金属非磁性体層を介して反平行結合している、磁性積層体。
（態様３）
前記金属磁性体層は、前記非晶質中に分散したナノ結晶粒子を更に含む、態様１または２に記載の磁性積層体。
（態様４）
前記金属磁性体層は前記非晶質のみからなる、態様１または２に記載の磁性積層体。
（態様５）
前記金属磁性体層は、一般式Ｆｅ_{１００−ａ−ｂ−ｃ}Ｍ_ａＰ_ｂＣｕ_ｃ（式中、ＭはＳｉ、ＢおよびＣからなる群から選択される少なくとも１種の元素、ａ、ｂおよびｃは前記一般式で表される組成の全体を１００モル部とした場合における各元素のモル部、０．５≦ａ≦２０、１≦ｂ≦１０、０．１≦ｃ≦１．５）で表される組成を有する、態様１〜４のいずれか１つに記載の磁性積層体。
（態様６）
前記金属磁性体層の平均厚みが１００ｎｍ以下である、態様１〜５のいずれか１つに記載の磁性積層体。
（態様７）
磁性層と絶縁層とが交互に積層された磁性構造体であって、
前記磁性層同士の間に前記絶縁層が配置され、
前記磁性層は態様１〜６のいずれか１つに記載の磁性積層体である、磁性構造体。
（態様８）
前記絶縁層は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む、態様７に記載の磁性構造体。
（態様９）
態様１〜６のいずれか１つに記載の磁性積層体、または態様７もしくは８に記載の磁性構造体を含む電子部品。
（態様１０）
コイル導体を更に含み、
前記磁性積層体または前記磁性構造体は、前記コイル導体の巻回部の内側に位置し、
前記コイル導体の巻回軸方向と、前記磁性積層体または前記磁性構造体の積層方向とが略垂直である、態様９に記載の電子部品。
（態様１１）
前記磁性積層体または前記磁性構造体は環状である、態様１０に記載の電子部品。
（態様１２）
前記電子部品が薄膜インダクタである、態様１０または１１に記載の電子部品。
（態様１３）
態様１〜６に記載の磁性積層体の製造方法であって、
非晶質金属磁性体と金属非磁性体とを交互に薄膜形成法により成膜して、金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層され、かつ前記金属磁性体層同士の間に前記金属非磁性体層が配置された磁性積層体を形成することを含む、磁性積層体の製造方法。
（態様１４）
前記磁性積層体に熱処理を施すことを更に含む、態様１３に記載の磁性積層体の製造方法。

本発明に係る磁性積層体およびこれを含む磁性構造体、磁性積層体または磁性構造体を含む電子部品ならびに磁性積層体の製造方法は、より抑制された磁気飽和およびより高い直流重畳特性を実現することができるので、高周波用途等の幅広い用途に好適に用いることができる。

１ 磁性構造体
１０ 磁性積層体（磁性層）
１００ 電子部品（薄膜インダクタ）
１１ 金属磁性体層
１２ 金属非磁性体層
２０ 絶縁層
３１ 下部コイル
３２ ピラー
３３ 上部コイル
３ コイル導体
４ 支持基板
５ 絶縁膜

Claims (14)

1. 金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層された磁性積層体であって、
   前記金属磁性体層同士の間に前記金属非磁性体層が配置され、
   前記金属磁性体層は非晶質を含み、
   前記金属非磁性体層は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｅおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、かつ平均厚みが０．４ｎｍ以上１．５ｎｍ以下である、磁性積層体。
2. 金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層された磁性積層体であって、
   前記金属磁性体層同士の間に前記金属非磁性体層が配置され、
   前記金属磁性体層は非晶質を含み、
   前記金属磁性体層同士が、前記金属非磁性体層を介して反平行結合している、磁性積層体。
3. 前記金属磁性体層は、前記非晶質中に分散したナノ結晶粒子を更に含む、請求項１または２に記載の磁性積層体。
4. 前記金属磁性体層は前記非晶質のみからなる、請求項１または２に記載の磁性積層体。
5. 前記金属磁性体層は、一般式Ｆｅ_{１００−ａ−ｂ−ｃ}Ｍ_ａＰ_ｂＣｕ_ｃ（式中、ＭはＳｉ、ＢおよびＣからなる群から選択される少なくとも１種の元素、ａ、ｂおよびｃは前記一般式で表される組成の全体を１００モル部とした場合における各元素のモル部、０．５≦ａ≦２０、１≦ｂ≦１０、０．１≦ｃ≦１．５）で表される組成を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁性積層体。
6. 前記金属磁性体層の平均厚みが１００ｎｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁性積層体。
7. 磁性層と絶縁層とが交互に積層された磁性構造体であって、
   前記磁性層同士の間に前記絶縁層が配置され、
   前記磁性層は請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁性積層体である、磁性構造体。
8. 前記絶縁層は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項７に記載の磁性構造体。
9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁性積層体、または請求項７もしくは８に記載の磁性構造体を含む電子部品。
10. コイル導体を更に含み、
    前記磁性積層体または前記磁性構造体は、前記コイル導体の巻回部の内側に位置し、
    前記コイル導体の巻回軸方向と、前記磁性積層体または前記磁性構造体の積層方向とが略垂直である、請求項９に記載の電子部品。
11. 前記磁性積層体または前記磁性構造体は環状である、請求項１０に記載の電子部品。
12. 前記電子部品が薄膜インダクタである、請求項１０または１１に記載の電子部品。
13. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁性積層体の製造方法であって、
    非晶質金属磁性体と金属非磁性体とを交互に薄膜形成法により成膜して、金属磁性体層と金属非磁性体層とが交互に積層され、かつ前記金属磁性体層同士の間に前記金属非磁性体層が配置された磁性積層体を形成することを含む、磁性積層体の製造方法。
14. 前記磁性積層体に熱処理を施すことを更に含む、請求項１３に記載の磁性積層体の製造方法。

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