JP3441328B2 - 平面型インダクタンス素子 - Google Patents
平面型インダクタンス素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性膜を具備す
る平面インダクタや平面トランス等の平面型インダクタ
ンス素子に関する。
る平面インダクタや平面トランス等の平面型インダクタ
ンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、各種電子機器の小形化について多
くの研究開発が進められている。しかし、電源部の小形
化については電子機器本体に比べて大きく遅れているの
が現状である。このため、電子機器全体に対して電源部
の占める容積比率は増大の一途をたどっている。電子機
器の小形化は各種回路のＬＳＩ化によるところ大である
が、電源部に必須なインダクタやトランス等の磁気部品
については、このような小形化・集積化が遅れており、
容積比率増大の主な原因となっている。
くの研究開発が進められている。しかし、電源部の小形
化については電子機器本体に比べて大きく遅れているの
が現状である。このため、電子機器全体に対して電源部
の占める容積比率は増大の一途をたどっている。電子機
器の小形化は各種回路のＬＳＩ化によるところ大である
が、電源部に必須なインダクタやトランス等の磁気部品
については、このような小形化・集積化が遅れており、
容積比率増大の主な原因となっている。
【０００３】上記の課題を解決するために、平面コイル
と強磁性体を組み合わせた平面型の磁気素子が提案さ
れ、その高性能化の検討が進められてきた。これに用い
る強磁性膜には、通常１００ｋＨｚ以上の高周波数領域
において低損失であり、かつ高い飽和磁化の値を有する
ことが要求される。
と強磁性体を組み合わせた平面型の磁気素子が提案さ
れ、その高性能化の検討が進められてきた。これに用い
る強磁性膜には、通常１００ｋＨｚ以上の高周波数領域
において低損失であり、かつ高い飽和磁化の値を有する
ことが要求される。
【０００４】高周波領域では透磁率は主に回転磁化過程
により生じる。理想的な回転磁化過程を得るためには、
一様な面内１軸磁気異方性を有する強磁性膜に対して、
磁化困難軸方向に高周波の励磁を行うことが必要であ
り、磁化困難軸方向の透磁率と保磁力が強磁性膜に求め
られる重要な物性値となる。
により生じる。理想的な回転磁化過程を得るためには、
一様な面内１軸磁気異方性を有する強磁性膜に対して、
磁化困難軸方向に高周波の励磁を行うことが必要であ
り、磁化困難軸方向の透磁率と保磁力が強磁性膜に求め
られる重要な物性値となる。
【０００５】高周波透磁率は試料の様々な物性と複雑に
関連するが、高周波透磁率との相関がもっとも高いもの
として異方性磁場が挙げられる。すなわち、高周波透磁
率はおよそ異方性磁場の逆数に比例する。薄膜インダク
タ等の磁気素子においては、設計に応じてそれぞれ最適
な透磁率の値が変化する。したがって、高周波領域にお
いて薄膜インダクタ等の磁気素子に適した高い透磁率を
実現するには、強磁性膜の面内において１軸異方性を有
することと、異方性磁場の制御性を有することが必要で
ある。
関連するが、高周波透磁率との相関がもっとも高いもの
として異方性磁場が挙げられる。すなわち、高周波透磁
率はおよそ異方性磁場の逆数に比例する。薄膜インダク
タ等の磁気素子においては、設計に応じてそれぞれ最適
な透磁率の値が変化する。したがって、高周波領域にお
いて薄膜インダクタ等の磁気素子に適した高い透磁率を
実現するには、強磁性膜の面内において１軸異方性を有
することと、異方性磁場の制御性を有することが必要で
ある。
【０００６】薄膜インダクタ等の磁気素子は、強磁性膜
の飽和磁化が高いほど使用電力範囲の増大と、飽和電流
の増大が期待できるので、高飽和磁化特性も薄膜インダ
クタ等の磁気素子用強磁性膜にとって重要な特性であ
る。なお、薄膜磁気へッドにおいても、記録密度の増大
と媒体の高保磁力・高エネルギー積化、及び動作周波数
の高周波化に伴い、低損失でかつ高飽和磁化を有する高
周波領域の強磁性膜が有効な素材であることはいうまで
もない。
の飽和磁化が高いほど使用電力範囲の増大と、飽和電流
の増大が期待できるので、高飽和磁化特性も薄膜インダ
クタ等の磁気素子用強磁性膜にとって重要な特性であ
る。なお、薄膜磁気へッドにおいても、記録密度の増大
と媒体の高保磁力・高エネルギー積化、及び動作周波数
の高周波化に伴い、低損失でかつ高飽和磁化を有する高
周波領域の強磁性膜が有効な素材であることはいうまで
もない。
【０００７】これらの要求はその他の磁気素子において
も一般に共通するものである。一方、前記強磁性膜を、
薄膜インダクタ等の磁気素子中で単層または積層した強
磁性膜として使用する際、磁気特性が強磁性膜単体の特
性からある程度変化することが問題になっている。
も一般に共通するものである。一方、前記強磁性膜を、
薄膜インダクタ等の磁気素子中で単層または積層した強
磁性膜として使用する際、磁気特性が強磁性膜単体の特
性からある程度変化することが問題になっている。
【０００８】一般に薄膜プロセス技術を用いて基板上に
多数の磁気素子を形成する際、強磁性膜の下地は基板ウ
エハのほか樹脂層、絶縁膜、導電性金属膜、保護膜、付
着膜、パタ−ニング用のマスク層等、通常１種または数
種の膜が積層される。また強磁性膜形成後、その上部に
前記各種の膜を再び積層する場合が多い。
多数の磁気素子を形成する際、強磁性膜の下地は基板ウ
エハのほか樹脂層、絶縁膜、導電性金属膜、保護膜、付
着膜、パタ−ニング用のマスク層等、通常１種または数
種の膜が積層される。また強磁性膜形成後、その上部に
前記各種の膜を再び積層する場合が多い。
【０００９】これらの膜や層を形成する際、ＰＶＤ(Phy
sical Vapor Deposition) やＣＶＤ(Chemical Vapor De
position) 、鍍金、スピンコーター等による塗布、及び
キュアのためのベーキング等が逐次実施される。ＰＶＤ
やＣＶＤにおいては、とくに基板温度を高くしない場合
でも、膜堆積時にはある程度温度上昇することが避けら
れない。
sical Vapor Deposition) やＣＶＤ(Chemical Vapor De
position) 、鍍金、スピンコーター等による塗布、及び
キュアのためのベーキング等が逐次実施される。ＰＶＤ
やＣＶＤにおいては、とくに基板温度を高くしない場合
でも、膜堆積時にはある程度温度上昇することが避けら
れない。
【００１０】さらに電極形成や強磁性膜のスリット形
成、貫通孔形成、素子分離、これらを用いた磁気回路の
設計等のため、強磁性膜をはじめとする各構成要素のパ
夕ーニングが必要となる。パターニングは各種の手法で
マスクを形成したのち、ドライエッチングまたはウェッ
トエッチングすることにより実施される。
成、貫通孔形成、素子分離、これらを用いた磁気回路の
設計等のため、強磁性膜をはじめとする各構成要素のパ
夕ーニングが必要となる。パターニングは各種の手法で
マスクを形成したのち、ドライエッチングまたはウェッ
トエッチングすることにより実施される。
【００１１】これらの処理により強磁性膜が表面または
界面から受ける応力の変化、及びその応力の場所による
大きさや方向の変化、すなわち量と方向の２者について
の応力の分散が生じる場合が多い。さらに、強磁性膜に
含まれる内部応力が熱処理に伴う緩和により変化するこ
ともある。これらの応力及び応力分散の変化は強磁性膜
の磁気特性に大きく影響し、強磁性膜の磁気特性の付与
・制御の観点と前記回転磁化過程につながる低保磁力、
低損失の軟磁性維持の観点から、もっとも注意すべき問
題点となっている。
界面から受ける応力の変化、及びその応力の場所による
大きさや方向の変化、すなわち量と方向の２者について
の応力の分散が生じる場合が多い。さらに、強磁性膜に
含まれる内部応力が熱処理に伴う緩和により変化するこ
ともある。これらの応力及び応力分散の変化は強磁性膜
の磁気特性に大きく影響し、強磁性膜の磁気特性の付与
・制御の観点と前記回転磁化過程につながる低保磁力、
低損失の軟磁性維持の観点から、もっとも注意すべき問
題点となっている。
【００１２】強磁性膜の磁気異方性は応力に起因する強
磁性膜の歪に感応し、異方的応力が生じればこれに対応
した磁気異方性が誘導される。この誘導磁気異方性のエ
ネルギーは磁歪定数に比例する。
磁性膜の歪に感応し、異方的応力が生じればこれに対応
した磁気異方性が誘導される。この誘導磁気異方性のエ
ネルギーは磁歪定数に比例する。
【００１３】従って平面型インダクタンス素子中の強磁
性膜に設計通りの磁気特性を発揮させるには、磁気素子
の製造プロセスにおける異方的応力を減少させるか、個
々の磁気素子のスルー・プロセスによって生じる異方的
応力を異方性制御の目的に積極的に利用する等の対策が
必要である。しかし発明者の検討結果によれば、後者の
積極的制御は高度な技術が要求され、これを用いて磁性
膜の磁気特性を制御することは極めて困難と考えられ
る。
性膜に設計通りの磁気特性を発揮させるには、磁気素子
の製造プロセスにおける異方的応力を減少させるか、個
々の磁気素子のスルー・プロセスによって生じる異方的
応力を異方性制御の目的に積極的に利用する等の対策が
必要である。しかし発明者の検討結果によれば、後者の
積極的制御は高度な技術が要求され、これを用いて磁性
膜の磁気特性を制御することは極めて困難と考えられ
る。
【００１４】一般に平面型インダクタンス素子のインダ
クタンスの値は、これに用いる強磁性膜の異方性磁場の
変化、すなわち回転磁化過程に基づく磁化困難軸励磁に
よる高周波透磁率の変化にほぼ比例する。従ってインダ
クタの製造プロセス、マイクロ電源への実装、モールド
等の際、異方的な応力や応力の分散が発生すればインダ
クタンスＬや損失を与えるＱ値等、平面型インダクタン
ス素子のインダクタ特性が変化することになる。これは
ロット全体の典型値からのずれやロット内のばらつき拡
大を生じ、特性未達やコスト上昇の原因となっていた。
クタンスの値は、これに用いる強磁性膜の異方性磁場の
変化、すなわち回転磁化過程に基づく磁化困難軸励磁に
よる高周波透磁率の変化にほぼ比例する。従ってインダ
クタの製造プロセス、マイクロ電源への実装、モールド
等の際、異方的な応力や応力の分散が発生すればインダ
クタンスＬや損失を与えるＱ値等、平面型インダクタン
ス素子のインダクタ特性が変化することになる。これは
ロット全体の典型値からのずれやロット内のばらつき拡
大を生じ、特性未達やコスト上昇の原因となっていた。
【００１５】上述した従来の平面型インダクタンス素子
に含まれる問題点の検討は製造プロセス側からのアプロ
ーチによりなされたものであるが、第２のアプローチと
して強磁性膜の側から考えれば、上記強磁性膜に加わる
応力の透磁率等に与える影響を避けるため、磁歪定数が
小さいことが強磁性膜の重要な性質の一つとなる。
に含まれる問題点の検討は製造プロセス側からのアプロ
ーチによりなされたものであるが、第２のアプローチと
して強磁性膜の側から考えれば、上記強磁性膜に加わる
応力の透磁率等に与える影響を避けるため、磁歪定数が
小さいことが強磁性膜の重要な性質の一つとなる。
【００１６】しかし、平面型インダクタンス素子用強磁
性膜に適した高飽和磁化を有し、かつ十分な面内１軸磁
気異方性を有する強磁性材料は磁歪定数が大きい場合が
少なくない。また、磁歪定数低減のためにＳｉ等を一定
量添加すれば、同時に自発磁化も減少するため、１．５
Ｔ以上の高飽和磁化を有することを目的とする強磁性材
料に対しては、ごく一部の特定の組成を除いて、磁歪定
数零の特性を獲得することは極めて困難である。
性膜に適した高飽和磁化を有し、かつ十分な面内１軸磁
気異方性を有する強磁性材料は磁歪定数が大きい場合が
少なくない。また、磁歪定数低減のためにＳｉ等を一定
量添加すれば、同時に自発磁化も減少するため、１．５
Ｔ以上の高飽和磁化を有することを目的とする強磁性材
料に対しては、ごく一部の特定の組成を除いて、磁歪定
数零の特性を獲得することは極めて困難である。
【００１７】従って第３のアプローチとして、平面型イ
ンダクタンス素子の設計・構成自身に磁歪、逆磁歪効果
に起因する実効的な透磁率変化を低減させる手段を採用
しなければならない。すなわち、上記高周波透磁率の変
化に対してインダクタンス素子のインダクタンス値が変
化しにくいように構成された強磁性膜、及びこれを用い
たインダクタンス素子の設計が必要となる。なお、ここ
でいう実効的な透磁率とは、平面型インダクタンス素子
中における高周波磁場励磁に対してインダクタンス値に
寄与する透磁率のことである。
ンダクタンス素子の設計・構成自身に磁歪、逆磁歪効果
に起因する実効的な透磁率変化を低減させる手段を採用
しなければならない。すなわち、上記高周波透磁率の変
化に対してインダクタンス素子のインダクタンス値が変
化しにくいように構成された強磁性膜、及びこれを用い
たインダクタンス素子の設計が必要となる。なお、ここ
でいう実効的な透磁率とは、平面型インダクタンス素子
中における高周波磁場励磁に対してインダクタンス値に
寄与する透磁率のことである。
【００１８】以上示したように、小型化対応の磁気素子
においては、強磁性膜の高飽和磁化、軟磁性、良好な高
周波透磁率を維持しつつ、磁気素子製造プロセスにおい
て磁歪効果、逆磁歪効果、磁気弾性効果に起因する実効
的な高周波透磁率の変化が小さい、すなわち磁気素子製
造プロセスにより実効的な透磁率が影響されにくい強磁
性膜と、これを用いたインダクタンス素子を提供するこ
とが従来から切望されていた。
においては、強磁性膜の高飽和磁化、軟磁性、良好な高
周波透磁率を維持しつつ、磁気素子製造プロセスにおい
て磁歪効果、逆磁歪効果、磁気弾性効果に起因する実効
的な高周波透磁率の変化が小さい、すなわち磁気素子製
造プロセスにより実効的な透磁率が影響されにくい強磁
性膜と、これを用いたインダクタンス素子を提供するこ
とが従来から切望されていた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
平面型インダクタンス素子は、製造プロセス中に強磁性
膜が受ける各種の処理過程により、場所による応力の大
きさや方向の変化を生じ、強磁性膜の磁気特性が変化す
るという問題があった。
平面型インダクタンス素子は、製造プロセス中に強磁性
膜が受ける各種の処理過程により、場所による応力の大
きさや方向の変化を生じ、強磁性膜の磁気特性が変化す
るという問題があった。
【００２０】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、生産性の向上と歩止まり向上の要望に答える
ため、上記応力の変化に対する実効的な高周波透磁率の
変化や劣化が小さい強磁性膜と、これを用いた平面型イ
ンダクタンス素子を提供することを目的とする。
たもので、生産性の向上と歩止まり向上の要望に答える
ため、上記応力の変化に対する実効的な高周波透磁率の
変化や劣化が小さい強磁性膜と、これを用いた平面型イ
ンダクタンス素子を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の平面型インダク
タンス素子は、所定の方向に面内１方向磁気異方性を誘
起した単数又は複数の強磁性膜を前記平面型インダクタ
ンス素子に適用することを解決のための手段とし、強磁
性膜の良好な実効的高周波透磁率を有しつつ、かつ平面
型インダクタンス素子の製造プロセス中、又はその後強
磁性膜が受ける応力に対して、実効的な高周波透磁率の
変化や劣化が少ない軟磁性を具備する強磁性膜を用いた
平面型インダクタンス素子を実現するものである。
タンス素子は、所定の方向に面内１方向磁気異方性を誘
起した単数又は複数の強磁性膜を前記平面型インダクタ
ンス素子に適用することを解決のための手段とし、強磁
性膜の良好な実効的高周波透磁率を有しつつ、かつ平面
型インダクタンス素子の製造プロセス中、又はその後強
磁性膜が受ける応力に対して、実効的な高周波透磁率の
変化や劣化が少ない軟磁性を具備する強磁性膜を用いた
平面型インダクタンス素子を実現するものである。
【００２２】具体的には本発明の平面型インダクタンス
素子は、強磁性膜が少なくとも１軸磁気異方性を有する
ものであって、単体の強磁性膜又は他の磁性膜と積層し
た複合膜からなるものであり、かつ前記単体又は複合磁
性膜に少なくとも熱的、磁気的及び力学的な処理のいず
れか１つを加えることにより、１方向に前記強磁性膜の
磁気モーメントが揃えられた面内１方向磁気異方性を具
備するものであることを特徴とする。
素子は、強磁性膜が少なくとも１軸磁気異方性を有する
ものであって、単体の強磁性膜又は他の磁性膜と積層し
た複合膜からなるものであり、かつ前記単体又は複合磁
性膜に少なくとも熱的、磁気的及び力学的な処理のいず
れか１つを加えることにより、１方向に前記強磁性膜の
磁気モーメントが揃えられた面内１方向磁気異方性を具
備するものであることを特徴とする。
【００２３】好ましくは強磁性膜の平面形状はその垂直
軸に対して回転２回対称性又は回転４回対称性を有する
ものであり、かつ前記強磁性膜の面内１方向磁気異方性
の示す方向が、１軸磁気異方性の軸方向及び面内におい
てこれと垂直な軸方向とのいずれか１つに対して面内で
３０度±１０度の角度を有することを特徴とする。
軸に対して回転２回対称性又は回転４回対称性を有する
ものであり、かつ前記強磁性膜の面内１方向磁気異方性
の示す方向が、１軸磁気異方性の軸方向及び面内におい
てこれと垂直な軸方向とのいずれか１つに対して面内で
３０度±１０度の角度を有することを特徴とする。
【００２４】さらに好ましくは強磁性膜の平面形状は、
矩形又は正方形であり、かつ前記強磁性膜の面内１方向
磁気異方性の示す方向が、前記矩形又は正方形の一辺と
平行な方向又は面内においてこれに垂直な方向に対し
て、面内で３０度±１０度の角度を有することを特徴と
する。
矩形又は正方形であり、かつ前記強磁性膜の面内１方向
磁気異方性の示す方向が、前記矩形又は正方形の一辺と
平行な方向又は面内においてこれに垂直な方向に対し
て、面内で３０度±１０度の角度を有することを特徴と
する。
【００２５】本発明の平面型インダクタンス素子におい
て、前記強磁性膜は、面内に生ずる異方的な引張り応力
または圧縮応力の方向及び面内においてこれと垂直な方
向に対して３０度±１０度の角度を示す面内１方向磁気
異方性を有することを特徴とする。
て、前記強磁性膜は、面内に生ずる異方的な引張り応力
または圧縮応力の方向及び面内においてこれと垂直な方
向に対して３０度±１０度の角度を示す面内１方向磁気
異方性を有することを特徴とする。
【００２６】また面内１方向磁気異方性は、前記単体の
強磁性膜又は他の磁性膜と積層した複合膜の上部保護膜
として用いた樹脂層のキュア時の熱処理により面内に生
じた異方的な引張り応力又は圧縮応力によるものである
ことを特徴とする。
強磁性膜又は他の磁性膜と積層した複合膜の上部保護膜
として用いた樹脂層のキュア時の熱処理により面内に生
じた異方的な引張り応力又は圧縮応力によるものである
ことを特徴とする。
【００２７】本発明の平面型インダクタンス素子におい
て、前記強磁性膜は少なくとも面内における１軸磁気異
方性を有するものであって、単体の強磁性膜又は他の磁
性膜と積層した複合膜からなるものであり、かつ前記他
の磁性膜は反強磁性膜であることを特徴とする。
て、前記強磁性膜は少なくとも面内における１軸磁気異
方性を有するものであって、単体の強磁性膜又は他の磁
性膜と積層した複合膜からなるものであり、かつ前記他
の磁性膜は反強磁性膜であることを特徴とする。
【００２８】本発明の平面型インダクタンス素子は、面
内１方向磁気異方性を有する強磁性膜を複数有すること
を特徴とする。また前記複数の強磁性膜において、少な
くとも１つの強磁性膜の面内１方向磁気異方性の方向
が、他の強磁性膜の面内１方向磁気異方性の方向と異な
ることを特徴とする。
内１方向磁気異方性を有する強磁性膜を複数有すること
を特徴とする。また前記複数の強磁性膜において、少な
くとも１つの強磁性膜の面内１方向磁気異方性の方向
が、他の強磁性膜の面内１方向磁気異方性の方向と異な
ることを特徴とする。
【００２９】また前記複数の強磁性膜において、少なく
とも１つの強磁性膜の面内１方向磁気異方性の方向が、
他の強磁性膜の面内１方向磁気異方性の方向と平行か又
は面内において直交することを特徴とする。
とも１つの強磁性膜の面内１方向磁気異方性の方向が、
他の強磁性膜の面内１方向磁気異方性の方向と平行か又
は面内において直交することを特徴とする。
【００３０】また好ましくは、面内１方向磁気異方性を
有する強磁性膜の有する飽和磁歪定数の絶対値が０．１
ｐｐｍ以上であることを特徴とする。また好ましくは、
面内１方向磁気異方性を有する強磁性膜は、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｂ、及び４Ｂ族元素を含む非晶質膜、または微結晶
と非晶質との複合相からなる膜が含まれることを特徴と
するものである。
有する強磁性膜の有する飽和磁歪定数の絶対値が０．１
ｐｐｍ以上であることを特徴とする。また好ましくは、
面内１方向磁気異方性を有する強磁性膜は、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｂ、及び４Ｂ族元素を含む非晶質膜、または微結晶
と非晶質との複合相からなる膜が含まれることを特徴と
するものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。はじめに本発明の全ての実
施の形態に共通する事項や強磁性膜の面内１方向磁気異
方性の定義について説明する。
施の形態を詳細に説明する。はじめに本発明の全ての実
施の形態に共通する事項や強磁性膜の面内１方向磁気異
方性の定義について説明する。
【００３２】図１は、本発明の平面型インダクタンス素
子の構成例を示す概念図である。１は少なくとも１層の
面内１方向磁気異方性を有する強磁性膜である。図では
前記強磁性膜を４枚配置した場合が示されている。２は
平面型インダクタンス素子のコイル導体層である。なお
図１は本発明の構成概念を一例として示すものであり、
素子の構成要素の数や形状、磁化容易方向などを限定す
るものではない。
子の構成例を示す概念図である。１は少なくとも１層の
面内１方向磁気異方性を有する強磁性膜である。図では
前記強磁性膜を４枚配置した場合が示されている。２は
平面型インダクタンス素子のコイル導体層である。なお
図１は本発明の構成概念を一例として示すものであり、
素子の構成要素の数や形状、磁化容易方向などを限定す
るものではない。
【００３３】図１を用いて面内１方向磁気異方性を有す
る強磁性膜の定義について説明する。３は矩形平面型イ
ンダクタンス素子の主軸方向を示す。強磁性膜の磁気の
異方性は、膜の形状及び膜を形成する磁性材料の短距離
の空間的対称性から定められる。このように、強磁性膜
の形状と磁性材料の短距離の空間的対称性のみから定ま
る、膜面内の１軸方向に磁化容易軸が存在することを強
磁性膜が面内１軸磁気異方性を有するという。方向性規
則配列などの短距離秩序、異方的な応力による歪みなど
は、前記の空間的対称性に作用し、１軸磁気異方性を誘
導する代表例である。
る強磁性膜の定義について説明する。３は矩形平面型イ
ンダクタンス素子の主軸方向を示す。強磁性膜の磁気の
異方性は、膜の形状及び膜を形成する磁性材料の短距離
の空間的対称性から定められる。このように、強磁性膜
の形状と磁性材料の短距離の空間的対称性のみから定ま
る、膜面内の１軸方向に磁化容易軸が存在することを強
磁性膜が面内１軸磁気異方性を有するという。方向性規
則配列などの短距離秩序、異方的な応力による歪みなど
は、前記の空間的対称性に作用し、１軸磁気異方性を誘
導する代表例である。
【００３４】通常の１軸磁気異方性は磁化容易軸に平行
な２方向が磁化容易方向になる。この互いに平行な２方
向の磁気ポテンシャルは等しい。この２方向のポテンシ
ャルに一定の差を与える新たな要素が導入された場合、
本来の容易軸に平行な２方向の内の一方がよりポテンシ
ャルの低い方向となる。これを本明細書において１方向
磁気異方性を有する強磁性膜という。
な２方向が磁化容易方向になる。この互いに平行な２方
向の磁気ポテンシャルは等しい。この２方向のポテンシ
ャルに一定の差を与える新たな要素が導入された場合、
本来の容易軸に平行な２方向の内の一方がよりポテンシ
ャルの低い方向となる。これを本明細書において１方向
磁気異方性を有する強磁性膜という。
【００３５】例えば磁化反転に必要な外部磁場が前記強
磁性膜の異方性磁場よりも大きく、磁気素子に適用した
場合に実質的に磁化反転が生じない第２の強磁性膜を想
定し、この第２の強磁性膜が前記強磁性膜と静磁気的結
合を有する場合、前記強磁性膜は実質的に１方向磁気異
方性が誘導されたといえる。
磁性膜の異方性磁場よりも大きく、磁気素子に適用した
場合に実質的に磁化反転が生じない第２の強磁性膜を想
定し、この第２の強磁性膜が前記強磁性膜と静磁気的結
合を有する場合、前記強磁性膜は実質的に１方向磁気異
方性が誘導されたといえる。
【００３６】例えば前記強磁性膜がその他の反強磁性膜
や強磁性膜と交換相互作用を有する場合、その作用が強
磁性的、反強磁性的であるにかかわらず、対称性によっ
ては１方向磁気異方性が誘導される可能性がある。
や強磁性膜と交換相互作用を有する場合、その作用が強
磁性的、反強磁性的であるにかかわらず、対称性によっ
ては１方向磁気異方性が誘導される可能性がある。
【００３７】図１を用いて強磁性膜中における前記面内
１方向磁気異方性の発生状況をさらに具体的に説明す
る。強磁性膜に外部処理の一つとして、例えば図１に示
すように、矩形平面型インダクタンス素子の主軸方向３
と平行に異方性応力４が加えられたとする。
１方向磁気異方性の発生状況をさらに具体的に説明す
る。強磁性膜に外部処理の一つとして、例えば図１に示
すように、矩形平面型インダクタンス素子の主軸方向３
と平行に異方性応力４が加えられたとする。
【００３８】この時、面内の異方的応力４の方向を容易
軸、または困難軸とする新たな１軸磁気異方性エネルギ
ーが、磁性膜に生ずる。その結果、膜本来の面内１方向
磁気異方性エネルギーと前記の新たな１軸磁気異方性エ
ネルギーの合成による新たな実質的な磁化容易方向６が
生ずる。この方向６は一般に、膜本来の面内１方向磁気
異方性の磁化容易方向５とは異なる方向に生ずる。
軸、または困難軸とする新たな１軸磁気異方性エネルギ
ーが、磁性膜に生ずる。その結果、膜本来の面内１方向
磁気異方性エネルギーと前記の新たな１軸磁気異方性エ
ネルギーの合成による新たな実質的な磁化容易方向６が
生ずる。この方向６は一般に、膜本来の面内１方向磁気
異方性の磁化容易方向５とは異なる方向に生ずる。
【００３９】一般には外的処理を加えることにより強磁
性膜中に誘起される面内１軸磁気異方性の磁化容易軸方
向と、強磁性膜に何らかの方法により予め付与された１
方向磁気異方性による磁化容易方向とは異なっている。
性膜中に誘起される面内１軸磁気異方性の磁化容易軸方
向と、強磁性膜に何らかの方法により予め付与された１
方向磁気異方性による磁化容易方向とは異なっている。
【００４０】しかし、両者の方向が一致するように前記
磁気的及び力学的なストレスを加えることもできる。こ
のとき例えば強磁性膜中の面内異方性エネルギーの容易
方向と困難方向のエネルギー差などがストレスの印加に
より大きく変化する。このように方向のみに着目すれば
両者は一致しているが、膜の状態は外的処理により変化
した場合を含めて、本明細書において面内１方向磁気異
方性を有する強磁性膜ということにする。
磁気的及び力学的なストレスを加えることもできる。こ
のとき例えば強磁性膜中の面内異方性エネルギーの容易
方向と困難方向のエネルギー差などがストレスの印加に
より大きく変化する。このように方向のみに着目すれば
両者は一致しているが、膜の状態は外的処理により変化
した場合を含めて、本明細書において面内１方向磁気異
方性を有する強磁性膜ということにする。
【００４１】外的処理としては、強磁性膜を用いて平面
型インダクタンス素子を製造する際、製造工程中に強磁
性膜に加わる熱的、磁気的、及び力学的なストレスとこ
れらの組み合わせが含まれることはいうまでもない。
型インダクタンス素子を製造する際、製造工程中に強磁
性膜に加わる熱的、磁気的、及び力学的なストレスとこ
れらの組み合わせが含まれることはいうまでもない。
【００４２】このほか反強磁性材料に隣接する強磁性材
料において、磁場中成膜や磁場中熱処理を行うことによ
り反強磁性材料の側に磁場中冷却効果を生じ、反強磁性
材料の界面層に生じる副格子の磁気モーメントと強磁性
材料界面近傍の磁気モーメントの交換相互作用により、
強磁性材料側に磁気モーメントの固着効果が生じる場合
がある。
料において、磁場中成膜や磁場中熱処理を行うことによ
り反強磁性材料の側に磁場中冷却効果を生じ、反強磁性
材料の界面層に生じる副格子の磁気モーメントと強磁性
材料界面近傍の磁気モーメントの交換相互作用により、
強磁性材料側に磁気モーメントの固着効果が生じる場合
がある。
【００４３】反強磁性材料としては、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ
−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−
Ｍｎ、Ｃｏ−Ｍｎ及びＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の酸化物が適
している。
−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−
Ｍｎ、Ｃｏ−Ｍｎ及びＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の酸化物が適
している。
【００４４】前記磁気モーメントの固着効果は、１方向
磁気異方性の一例として特徴的なものである。このよう
な１方向磁気異方性が強磁性膜面内に存在する場合、膜
の高周波領域の透磁率に対して、通常の面内１軸磁気異
方性の示す役割と同様な作用を示すことができる。ま
た、一様な磁区構造を得るという点では、通常の面内１
軸磁気異方性より、さらに好ましい作用を示すことがで
きる。
磁気異方性の一例として特徴的なものである。このよう
な１方向磁気異方性が強磁性膜面内に存在する場合、膜
の高周波領域の透磁率に対して、通常の面内１軸磁気異
方性の示す役割と同様な作用を示すことができる。ま
た、一様な磁区構造を得るという点では、通常の面内１
軸磁気異方性より、さらに好ましい作用を示すことがで
きる。
【００４５】以上、強磁性膜が通常有する面内１軸磁気
異方性に対して、さらに面内１方向磁気異方性へと特徴
づける変化を付与する方法の一例について説明したが、
本発明は１方向磁気異方性の誘導及び付与の方法、及び
そのための構成を限定するものではない。バルク磁気回
路、あるいは薄膜磁気回路との複合、硬質磁性膜との静
磁結合による実質的な面内１方向磁気異方性の付与、強
磁性膜の表面酸化などの処理に起因する１方向磁気異方
性の付与などであってもよい。
異方性に対して、さらに面内１方向磁気異方性へと特徴
づける変化を付与する方法の一例について説明したが、
本発明は１方向磁気異方性の誘導及び付与の方法、及び
そのための構成を限定するものではない。バルク磁気回
路、あるいは薄膜磁気回路との複合、硬質磁性膜との静
磁結合による実質的な面内１方向磁気異方性の付与、強
磁性膜の表面酸化などの処理に起因する１方向磁気異方
性の付与などであってもよい。
【００４６】従来の面内１軸磁気異方性の付与・制御に
加えて、面内１方向磁気異方性の付与・制御をおこなう
理由は、磁壁移動を抑制して高周波領域における強磁性
膜の損失を低減しようとする際、従来主として強磁性膜
の形状で固定されるインダクタ主軸と磁化容易方向の関
係を互いに自由に選ぶことができるようにして、前記損
失の低減や高周波透磁率改善のための各種対策が講じら
れるようにすることにある。
加えて、面内１方向磁気異方性の付与・制御をおこなう
理由は、磁壁移動を抑制して高周波領域における強磁性
膜の損失を低減しようとする際、従来主として強磁性膜
の形状で固定されるインダクタ主軸と磁化容易方向の関
係を互いに自由に選ぶことができるようにして、前記損
失の低減や高周波透磁率改善のための各種対策が講じら
れるようにすることにある。
【００４７】ここで各種対策には、前記強磁性膜を含む
平面型インダクタンス素子の製造工程や実装やモールド
等の後工程において、工程中の特性値の劣化、変動及び
ばらつきの発生を最小限に抑え、平面型インダクタンス
素子の特性を設計仕様通りのものとするための対策が含
まれる。
平面型インダクタンス素子の製造工程や実装やモールド
等の後工程において、工程中の特性値の劣化、変動及び
ばらつきの発生を最小限に抑え、平面型インダクタンス
素子の特性を設計仕様通りのものとするための対策が含
まれる。
【００４８】すなわち、平面型インダクタンス素子にイ
ンダクタンスを付与する強磁性膜の実効的な高周波透磁
率や高周波損失を設計仕様通りに保持し、劣化、変動、
ばらつき等を最小限に抑えることである。
ンダクタンスを付与する強磁性膜の実効的な高周波透磁
率や高周波損失を設計仕様通りに保持し、劣化、変動、
ばらつき等を最小限に抑えることである。
【００４９】素子製造プロセスでは一般に試料が高温に
なる工程がある。高温時に外部磁場が存在すれば外部磁
場印加装置の有する磁場スキューや、素子作製基板の外
部磁場に対する取り付け角度の精度に応じて上記のばら
つきが導入される。その結果、素子の高周波励磁方向と
軟磁性膜の平均磁化困難軸方向とのずれや、特定の場所
における高周波励磁方向と磁化困難軸方向のずれを生じ
る可能性がある。
なる工程がある。高温時に外部磁場が存在すれば外部磁
場印加装置の有する磁場スキューや、素子作製基板の外
部磁場に対する取り付け角度の精度に応じて上記のばら
つきが導入される。その結果、素子の高周波励磁方向と
軟磁性膜の平均磁化困難軸方向とのずれや、特定の場所
における高周波励磁方向と磁化困難軸方向のずれを生じ
る可能性がある。
【００５０】高温時に印加磁場が零であっても、前述の
強磁性膜の磁気異方性の固着や強磁性膜自身の反磁場や
磁化のサーキュレーション等により磁化容易方向の方位
の乱れが生じ易い。非高温時においても、前述のように
プロセスに起因する各種応力や応力分散などによる磁気
弾性エネルギーの誘導により、磁化容易方向の方位のば
らつきが発生する。
強磁性膜の磁気異方性の固着や強磁性膜自身の反磁場や
磁化のサーキュレーション等により磁化容易方向の方位
の乱れが生じ易い。非高温時においても、前述のように
プロセスに起因する各種応力や応力分散などによる磁気
弾性エネルギーの誘導により、磁化容易方向の方位のば
らつきが発生する。
【００５１】これらのばらつきにより例えば磁化困難軸
方向に直交しない１８０度磁壁等を生じ、高周波励磁に
対して磁壁移動の原動力が存在する状態を作り出すこと
になる。磁壁移動は低周波域で確実に損失を生じる。ま
た、通常磁壁移動が困難とされる高周波域においても、
磁壁内での磁気モーメントの高速回転が発生し損失源の
ーつとなる。
方向に直交しない１８０度磁壁等を生じ、高周波励磁に
対して磁壁移動の原動力が存在する状態を作り出すこと
になる。磁壁移動は低周波域で確実に損失を生じる。ま
た、通常磁壁移動が困難とされる高周波域においても、
磁壁内での磁気モーメントの高速回転が発生し損失源の
ーつとなる。
【００５２】強磁性膜の良好な高周波励磁を行うための
対策を明らかにするために、次のような共通条件で各実
施の形態に用いる平面型インダクタンス素子の強磁性膜
と、各実施の形態の効果を検証するための比較例として
用いる強磁性膜を作成した。
対策を明らかにするために、次のような共通条件で各実
施の形態に用いる平面型インダクタンス素子の強磁性膜
と、各実施の形態の効果を検証するための比較例として
用いる強磁性膜を作成した。
【００５３】強磁性膜の形成基板には熱酸化膜を被覆し
た１２５ｍｍ径のＳｉウエハを用いた。強磁性膜の形成
直前に前記基板に対して、Ａｒガスによるドライエッチ
ングによりクリ−ニングを行い、引き続きマグネトロン
スパッタリング装置を用いて各実施の形態に用いる強磁
性膜と比較例の強磁性膜とを各２枚づつ前記基板上に形
成した。膜厚の測定は触針型表面粗さ／膜厚計を用いて
行った。高周波透磁率はインダクタンス法で、飽和磁歪
定数は光てこ法でそれぞれ評価した。強磁性膜の形成方
法と形成条件の詳細を表１に示す。なお膜形成後磁場中
熱処理を行う場合の条件も併せて示した。
た１２５ｍｍ径のＳｉウエハを用いた。強磁性膜の形成
直前に前記基板に対して、Ａｒガスによるドライエッチ
ングによりクリ−ニングを行い、引き続きマグネトロン
スパッタリング装置を用いて各実施の形態に用いる強磁
性膜と比較例の強磁性膜とを各２枚づつ前記基板上に形
成した。膜厚の測定は触針型表面粗さ／膜厚計を用いて
行った。高周波透磁率はインダクタンス法で、飽和磁歪
定数は光てこ法でそれぞれ評価した。強磁性膜の形成方
法と形成条件の詳細を表１に示す。なお膜形成後磁場中
熱処理を行う場合の条件も併せて示した。
【００５４】図１及び表１、表２に基づき本発明の第１
の実施の形態について説明する。第１の実施の形態にお
いては、長方形の平面型インダクタンス素子の長辺に平
行に面内１方向磁気異方性を誘導する。すなわち強磁性
膜が長辺と平行に１軸磁気異方性のみを有する場合、図
１に示す角度αが零、従って角度βも零となる面内１方
向磁気異方性を誘導する方法を、平行１方向の誘導と呼
ぶことにする。平行１方向の誘導を行うことにより、平
面型インダクタンス素子を構成する強磁性・軟磁性膜の
磁化困難軸及び磁化容易方向の製造工程における方位の
ばらつきの発生が抑制され、磁気モーメントの方向が揃
った強磁性膜を得ることができる。
の実施の形態について説明する。第１の実施の形態にお
いては、長方形の平面型インダクタンス素子の長辺に平
行に面内１方向磁気異方性を誘導する。すなわち強磁性
膜が長辺と平行に１軸磁気異方性のみを有する場合、図
１に示す角度αが零、従って角度βも零となる面内１方
向磁気異方性を誘導する方法を、平行１方向の誘導と呼
ぶことにする。平行１方向の誘導を行うことにより、平
面型インダクタンス素子を構成する強磁性・軟磁性膜の
磁化困難軸及び磁化容易方向の製造工程における方位の
ばらつきの発生が抑制され、磁気モーメントの方向が揃
った強磁性膜を得ることができる。
【００５５】第１の実施の形態においては逆磁区すなわ
ち１８０度磁区の発生自体を抑制するため磁壁が消失
し、上記磁壁移動に関連する損失を回避することができ
る。また、製造工程の前にあらかじめ１方向磁気異方性
を誘導すれば、磁化容易方向のばらつきは誘導された１
方向磁気異方性の強さに応じて軽減される。
ち１８０度磁区の発生自体を抑制するため磁壁が消失
し、上記磁壁移動に関連する損失を回避することができ
る。また、製造工程の前にあらかじめ１方向磁気異方性
を誘導すれば、磁化容易方向のばらつきは誘導された１
方向磁気異方性の強さに応じて軽減される。
【００５６】第１の実施の形態及び比較例１の強磁性膜
作成に用いた膜の材料と形成方法及び成膜条件等の詳細
を表１に示す。なおこれらの事項は、他の実施の形態と
比較例の強磁性膜にも適用されるものである。
作成に用いた膜の材料と形成方法及び成膜条件等の詳細
を表１に示す。なおこれらの事項は、他の実施の形態と
比較例の強磁性膜にも適用されるものである。
【００５７】
【表１】
【００５８】第１の実施の形態及び比較例１の強磁性・
軟磁性膜には複相非晶質Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ膜を用い、
その飽和磁歪定数は約＋２０ｐｐｍであった。また磁場
中成膜において誘導される強磁性・軟磁性層の面内１軸
磁気異方性の異方性磁場は１．５ｋＡ／ｍ〜１．６ｋＡ
／ｍ程度であり、下地・反強磁性膜との交換相互作用で
前記強磁性・軟磁性膜に誘導される面内の１方向磁気異
方性の異方性磁場は１００Ａ／ｍ〜１５０Ａ／ｍ程度で
あった。下地・反強磁性膜としてはＩｒ20Ｍｎ80を用い
た。
軟磁性膜には複相非晶質Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ膜を用い、
その飽和磁歪定数は約＋２０ｐｐｍであった。また磁場
中成膜において誘導される強磁性・軟磁性層の面内１軸
磁気異方性の異方性磁場は１．５ｋＡ／ｍ〜１．６ｋＡ
／ｍ程度であり、下地・反強磁性膜との交換相互作用で
前記強磁性・軟磁性膜に誘導される面内の１方向磁気異
方性の異方性磁場は１００Ａ／ｍ〜１５０Ａ／ｍ程度で
あった。下地・反強磁性膜としてはＩｒ20Ｍｎ80を用い
た。
【００５９】表１に示す各共通条件におけるプロセスを
経て各２枚ずつ作製した試料の一方の基板ウエハ表面
に、スピンコータを用いて樹脂を約１０μｍ塗布し、ソ
フトキュアの後ダイサーを用いてウエハを約４ｍｍ×８
ｍｍの矩形形状に分割した。
経て各２枚ずつ作製した試料の一方の基板ウエハ表面
に、スピンコータを用いて樹脂を約１０μｍ塗布し、ソ
フトキュアの後ダイサーを用いてウエハを約４ｍｍ×８
ｍｍの矩形形状に分割した。
【００６０】その後、前記矩形試料に対して再度キュア
を行った。これらの処理は強磁性膜を平面形インダクタ
ンス素子へ適用する際の１プロセスを模擬したものであ
る。この場合、矩形試料の長手方向を図１に示す平面形
インダクタンス素子の主軸方向３とみなすことができ
る。
を行った。これらの処理は強磁性膜を平面形インダクタ
ンス素子へ適用する際の１プロセスを模擬したものであ
る。この場合、矩形試料の長手方向を図１に示す平面形
インダクタンス素子の主軸方向３とみなすことができ
る。
【００６１】上記プロセスの結果、表面の樹脂層内部に
引っ張り応力が発生し、矩形試料には表面を凹とする反
りが生じる。このとき矩形試料の長手方向に垂直に、樹
脂層の線状クラックが観察された。これは矩形試料長手
方向に沿った樹脂層の引っ張り応力が、上記プロセスに
よりある程度解放されたことを示唆するものである。
引っ張り応力が発生し、矩形試料には表面を凹とする反
りが生じる。このとき矩形試料の長手方向に垂直に、樹
脂層の線状クラックが観察された。これは矩形試料長手
方向に沿った樹脂層の引っ張り応力が、上記プロセスに
よりある程度解放されたことを示唆するものである。
【００６２】面内における等方的な応力成分を除いて考
えれば、矩形試料の長手方向に垂直な方向に異方的な圧
縮応力が、すなわち矩形試料長手方向に平行な方向に異
方的な引っ張り応力が生じていると考えられる。各試料
２枚ずつ作製した基板の内、他方は前記樹脂層塗布及び
キュア処理を未実施として基板ウエハをそのまま約４ｍ
ｍ×８ｍｍの矩形形状に分割し、これを基準として前記
応力の効果を規格化し、高周波励磁特性を評価した。な
お前記応力の効果の規格化等についても、他の実施の形
態と比較例に対して同様に適用した。
えれば、矩形試料の長手方向に垂直な方向に異方的な圧
縮応力が、すなわち矩形試料長手方向に平行な方向に異
方的な引っ張り応力が生じていると考えられる。各試料
２枚ずつ作製した基板の内、他方は前記樹脂層塗布及び
キュア処理を未実施として基板ウエハをそのまま約４ｍ
ｍ×８ｍｍの矩形形状に分割し、これを基準として前記
応力の効果を規格化し、高周波励磁特性を評価した。な
お前記応力の効果の規格化等についても、他の実施の形
態と比較例に対して同様に適用した。
【００６３】樹脂層塗布及びキュア処理後の矩形試料に
ついて、長手方向に垂直な面内方向に励磁周波数１ＭＨ
ｚの高周波磁場を印加し高周波透磁率を測定した。これ
は各種プロセス後の平面形インダクタンス素子の実効的
な高周波透磁率に相当する。
ついて、長手方向に垂直な面内方向に励磁周波数１ＭＨ
ｚの高周波磁場を印加し高周波透磁率を測定した。これ
は各種プロセス後の平面形インダクタンス素子の実効的
な高周波透磁率に相当する。
【００６４】本発明の第１の実施の形態における強磁性
膜の構造と製造条件、及び高周波透磁率、ｔａｎδの値
を表２に示す。また本実施の形態の効果を明らかにする
ために比較例１として作成した強磁性膜の構造と製造条
件、特性値を並べて示した。
膜の構造と製造条件、及び高周波透磁率、ｔａｎδの値
を表２に示す。また本実施の形態の効果を明らかにする
ために比較例１として作成した強磁性膜の構造と製造条
件、特性値を並べて示した。
【００６５】
【表２】
【００６６】ここに示した高周波透磁率、ｔａｎδは前
述の通り、プロセス後の値をそれぞれ樹脂層塗布及びキ
ュア処理未実施の矩形試料のプロセス前の値で規格化し
たものである。なおｔａｎδは高周波透磁率の虚数成分
を実数成分で除したものである。
述の通り、プロセス後の値をそれぞれ樹脂層塗布及びキ
ュア処理未実施の矩形試料のプロセス前の値で規格化し
たものである。なおｔａｎδは高周波透磁率の虚数成分
を実数成分で除したものである。
【００６７】表２に示すように第１の実施の形態の強磁
性膜は、下地反強磁性膜上に積層されており、前述の磁
気モーメントの固着効果による１方向磁気異方性が生じ
るようにした。下地となる反強磁性膜成膜時と成膜後熱
処理時における面内磁場印加方向を示す角度αは零であ
る。
性膜は、下地反強磁性膜上に積層されており、前述の磁
気モーメントの固着効果による１方向磁気異方性が生じ
るようにした。下地となる反強磁性膜成膜時と成膜後熱
処理時における面内磁場印加方向を示す角度αは零であ
る。
【００６８】比較例１は下地反強磁性膜がないことを除
き第１の実施の形態と同一条件であるため、両者の比較
から下地反強磁性膜による磁気モーメントの固着から生
じた面内１方向磁気異方性の効果を抽出することができ
る。また反強磁性膜を下地として面内１方向磁気異方性
を生じさせる試みは従来なされていないので、比較例１
との対比は従来の強磁性膜と、第１の実施の形態の強磁
性膜との対比とみることができる。
き第１の実施の形態と同一条件であるため、両者の比較
から下地反強磁性膜による磁気モーメントの固着から生
じた面内１方向磁気異方性の効果を抽出することができ
る。また反強磁性膜を下地として面内１方向磁気異方性
を生じさせる試みは従来なされていないので、比較例１
との対比は従来の強磁性膜と、第１の実施の形態の強磁
性膜との対比とみることができる。
【００６９】表２に示す結果から、長方形の平面型イン
ダクタンス素子の長辺に平行に面内１方向磁気異方性を
誘導する本第１の実施の形態における面内１方向磁気異
方性の誘導方法がプロセスダメージ後のｔａｎδの値を
低くすること、すなわち長方形の平面型インダクタンス
素子の低損失化に有効であることが確認された。
ダクタンス素子の長辺に平行に面内１方向磁気異方性を
誘導する本第１の実施の形態における面内１方向磁気異
方性の誘導方法がプロセスダメージ後のｔａｎδの値を
低くすること、すなわち長方形の平面型インダクタンス
素子の低損失化に有効であることが確認された。
【００７０】何等かの生産上の理由で第１の実施の形態
の面内１方向磁気異方性に若干のずれを生じた場合、あ
るいは、平面形インダクタンス磁気素子の主軸に対して
若干ずれた角度（α＝５度）に沿って異方的な面内応力
が導入された場合を第１の実施の形態の変形例とし、こ
れと比較例２との対比を表３に示す。
の面内１方向磁気異方性に若干のずれを生じた場合、あ
るいは、平面形インダクタンス磁気素子の主軸に対して
若干ずれた角度（α＝５度）に沿って異方的な面内応力
が導入された場合を第１の実施の形態の変形例とし、こ
れと比較例２との対比を表３に示す。
【００７１】
【表３】
【００７２】表３における変形例のサンプルは表２に示
すサンプルと成膜後の熱処理がなされていない点が異な
り、また比較例２の形成条件との対応も必ずしも十分と
はいえないが、表３からも第１の実施の形態の有効性が
示されたと考えることができる。
すサンプルと成膜後の熱処理がなされていない点が異な
り、また比較例２の形成条件との対応も必ずしも十分と
はいえないが、表３からも第１の実施の形態の有効性が
示されたと考えることができる。
【００７３】次に図２〜図６及び表４に基づき、本発明
の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形
態においては、長方形の平面型インダクタンス素子の長
辺方向に対して約３０度又は約６０度の方向に面内１方
向磁気異方性を誘導する。これを傾斜１方向の誘導とい
うことにする。
の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形
態においては、長方形の平面型インダクタンス素子の長
辺方向に対して約３０度又は約６０度の方向に面内１方
向磁気異方性を誘導する。これを傾斜１方向の誘導とい
うことにする。
【００７４】傾斜１方向の誘導の作用は、インダクタン
ス素子の製造工程における平面型矩形インダクタンス素
子の面内主軸方向に沿った異方的な圧縮応力、引っ張り
応力の導入に対し、実効的な高周波透磁率変化がほぼ
零、すなわち素子のインダクタンス変化がほぼ零にな
り、素子特性のプロセス耐性が高まる点にある。また、
第１の実施の形態に述べた平行１方向の誘導と同様の機
構で、素子を構成する軟磁性膜の磁化困難軸及び磁化容
易方向の方位のばらつきの抑制作用も得られる利点があ
る。
ス素子の製造工程における平面型矩形インダクタンス素
子の面内主軸方向に沿った異方的な圧縮応力、引っ張り
応力の導入に対し、実効的な高周波透磁率変化がほぼ
零、すなわち素子のインダクタンス変化がほぼ零にな
り、素子特性のプロセス耐性が高まる点にある。また、
第１の実施の形態に述べた平行１方向の誘導と同様の機
構で、素子を構成する軟磁性膜の磁化困難軸及び磁化容
易方向の方位のばらつきの抑制作用も得られる利点があ
る。
【００７５】一般に素子に導入される異方的な面内応力
は、各素子の外形形状やコイル膜形状、磁性膜形状の対
称性と密接な相関がある。磁性膜の磁化困難軸励磁を生
かすには、コイルやインダクタ形状を矩形にするのが自
然であり、半導体薄膜プロセスを援用してウエハ上に素
子を形成する場合にも、素子の収率やダイシング適合性
のため一般に矩形パターンが選ばれる。
は、各素子の外形形状やコイル膜形状、磁性膜形状の対
称性と密接な相関がある。磁性膜の磁化困難軸励磁を生
かすには、コイルやインダクタ形状を矩形にするのが自
然であり、半導体薄膜プロセスを援用してウエハ上に素
子を形成する場合にも、素子の収率やダイシング適合性
のため一般に矩形パターンが選ばれる。
【００７６】このため、各種プロセスにより面内に異方
的な応力が導入されれば、素子形状の異方性を反映し
て、素子外形の主軸となる長手方向に平行又は垂直な方
向に異方的応力が発生することが多い。
的な応力が導入されれば、素子形状の異方性を反映し
て、素子外形の主軸となる長手方向に平行又は垂直な方
向に異方的応力が発生することが多い。
【００７７】矩形薄膜インダクタの長軸方向に対して磁
化容易方向が面内で角度αをなす面内１方向磁気異方性
を有する強磁性膜に、インダクタの長軸に対して平行ま
たは垂直な面内で異方的な応力ｓが後プロセスで導入さ
れれば、前記角度αの磁気異方性と前記応力ｓによる磁
気異方性の主要成分が合成され、新たな磁化容易方向と
面内磁気異方性エネルギーの値が得られる。
化容易方向が面内で角度αをなす面内１方向磁気異方性
を有する強磁性膜に、インダクタの長軸に対して平行ま
たは垂直な面内で異方的な応力ｓが後プロセスで導入さ
れれば、前記角度αの磁気異方性と前記応力ｓによる磁
気異方性の主要成分が合成され、新たな磁化容易方向と
面内磁気異方性エネルギーの値が得られる。
【００７８】すなわち、前記角度αの磁気異方性によっ
て与えられていた本来の方向と大きさが変化する。この
とき総合的な面内磁気異方性の大きさと磁化容易方向は
簡単な三角関数を用いて式（１）、式（２）のように表
現される。これらを用いて平面型インダクタンス素子の
矩形コイルが発生する磁場により磁性膜が駆動される場
合のインダクタンスに寄与する実効的な高周波透磁率、
すなわち回転磁化過程による可逆的な初透磁率は式
（３）のように表現される。
て与えられていた本来の方向と大きさが変化する。この
とき総合的な面内磁気異方性の大きさと磁化容易方向は
簡単な三角関数を用いて式（１）、式（２）のように表
現される。これらを用いて平面型インダクタンス素子の
矩形コイルが発生する磁場により磁性膜が駆動される場
合のインダクタンスに寄与する実効的な高周波透磁率、
すなわち回転磁化過程による可逆的な初透磁率は式
（３）のように表現される。
【００７９】
【数１】
ここに、
α：面内１方向磁気異方性の磁化容易方向と矩形平面型
インダクタンス素子の長辺方向とのなす角 β：合成された面内磁気異方性エネルギーＥa の磁化容
易方向と矩形平面型インダクタンス素子の長辺方向との
なす角 Ｅ0 ：面内１方向磁気異方性エネルギー Ｅ1 ：面内の異方的応力によって導入された異方的磁気
弾性エネルギー Ｅa ：Ｅ0 とＥ1 から合成される１軸磁気異方性主要項
（２θ成分）の磁気異方性エネルギー μ（ハット）：本発明の実効的な高周波透磁率を従来の
インダクタンス素子が面内の異方的応力零の場合の磁化
困難軸励磁における高周波透磁率で規格化した規格化実
効透磁率 である。
インダクタンス素子の長辺方向とのなす角 β：合成された面内磁気異方性エネルギーＥa の磁化容
易方向と矩形平面型インダクタンス素子の長辺方向との
なす角 Ｅ0 ：面内１方向磁気異方性エネルギー Ｅ1 ：面内の異方的応力によって導入された異方的磁気
弾性エネルギー Ｅa ：Ｅ0 とＥ1 から合成される１軸磁気異方性主要項
（２θ成分）の磁気異方性エネルギー μ（ハット）：本発明の実効的な高周波透磁率を従来の
インダクタンス素子が面内の異方的応力零の場合の磁化
困難軸励磁における高周波透磁率で規格化した規格化実
効透磁率 である。
【００８０】幾つかのαの値に対して初透磁率の異方的
応力に対する依存性の数値計算を行い、α＝３０度近傍
では、応力の増減に対する初透磁率の変化がほぼ零とな
り、高周波透磁率のプロセス耐性がいちじるしく高まっ
て設計仕様通りの平面型インダクタンス素子が得られる
ことが発明者により始めて見いだされた。
応力に対する依存性の数値計算を行い、α＝３０度近傍
では、応力の増減に対する初透磁率の変化がほぼ零とな
り、高周波透磁率のプロセス耐性がいちじるしく高まっ
て設計仕様通りの平面型インダクタンス素子が得られる
ことが発明者により始めて見いだされた。
【００８１】種々のαの値における実効透磁率μ（ハッ
ト）、合成面内異方性エネルギーを面内１方向磁気異方
性エネルギーで割ったＥa ／Ｅ0 、インダクタ主軸に対
する合成面内異方性の方向を示す角β（ｒａｄ）の、磁
化容易方向の異方的応力（異方的磁気弾性エネルギーを
面内１方向磁気異方性エネルギーで割ったＥ1 ／Ｅ0）
に対する依存性を図２から図６に示す。
ト）、合成面内異方性エネルギーを面内１方向磁気異方
性エネルギーで割ったＥa ／Ｅ0 、インダクタ主軸に対
する合成面内異方性の方向を示す角β（ｒａｄ）の、磁
化容易方向の異方的応力（異方的磁気弾性エネルギーを
面内１方向磁気異方性エネルギーで割ったＥ1 ／Ｅ0）
に対する依存性を図２から図６に示す。
【００８２】図２においてはα＝０度の場合、磁化容易
方向の異方的応力Ｅ1 ／Ｅ0 を変化してもβ＝０度とな
っている。これは前記第１の実施の形態における平行一
方向の場合に相当する。このときμ（ハット）の値はＥ
1 ／Ｅ0 ＝０の近傍で磁化容易方向の異方的応力と共に
減少している。従って第１の実施の形態においては、表
２に示したようにプロセスダメージ後のｔａｎδの値を
低くすることには極めて有効であるが、μ（ハット）は
規格化値１から変化していることがわかる。
方向の異方的応力Ｅ1 ／Ｅ0 を変化してもβ＝０度とな
っている。これは前記第１の実施の形態における平行一
方向の場合に相当する。このときμ（ハット）の値はＥ
1 ／Ｅ0 ＝０の近傍で磁化容易方向の異方的応力と共に
減少している。従って第１の実施の形態においては、表
２に示したようにプロセスダメージ後のｔａｎδの値を
低くすることには極めて有効であるが、μ（ハット）は
規格化値１から変化していることがわかる。
【００８３】α＝２２．５度におけるμ（ハット）、Ｅ
a ／Ｅ0 、βの、Ｅ1 ／Ｅ0 に対する依存性を図３に示
す。Ｅ1 ／Ｅ0 ＝０の近傍でμ（ハット）のＥ1 ／Ｅ0
に対する減少率が小さくなることがわかる。
a ／Ｅ0 、βの、Ｅ1 ／Ｅ0 に対する依存性を図３に示
す。Ｅ1 ／Ｅ0 ＝０の近傍でμ（ハット）のＥ1 ／Ｅ0
に対する減少率が小さくなることがわかる。
【００８４】α＝２８．１７５度におけるμ（ハッ
ト）、Ｅa ／Ｅ0 、βの、Ｅ1 ／Ｅ0 に対する依存性を
図４に示す。Ｅ1 ／Ｅ0 ＝０の近傍でμ（ハット）のＥ
1 ／Ｅ0に対する減少率が図３に比べて更に小さくなっ
ている。
ト）、Ｅa ／Ｅ0 、βの、Ｅ1 ／Ｅ0 に対する依存性を
図４に示す。Ｅ1 ／Ｅ0 ＝０の近傍でμ（ハット）のＥ
1 ／Ｅ0に対する減少率が図３に比べて更に小さくなっ
ている。
【００８５】α＝３０度におけるμ（ハット）、Ｅa ／
Ｅ0 、βの、Ｅ1 ／Ｅ0 に対する依存性を図５に示す。
Ｅ1 ／Ｅ0 ＝０においてμ（ハット）は極大値となり、
従ってＥ1 ／Ｅ0 ＝０の近傍でμ（ハット）のＥ1 ／Ｅ
0 に対する変化率が零となることがわかる。
Ｅ0 、βの、Ｅ1 ／Ｅ0 に対する依存性を図５に示す。
Ｅ1 ／Ｅ0 ＝０においてμ（ハット）は極大値となり、
従ってＥ1 ／Ｅ0 ＝０の近傍でμ（ハット）のＥ1 ／Ｅ
0 に対する変化率が零となることがわかる。
【００８６】α＝３３．７５度におけるμ（ハット）、
Ｅa ／Ｅ0 、βの、Ｅ1 ／Ｅ0 に対する依存性を図６に
示す。図３、図４と異なり、Ｅ1 ／Ｅ0 ＝０の近傍でμ
（ハット）のＥ1 ／Ｅ0 に対し増加に転じていることが
わかる。
Ｅa ／Ｅ0 、βの、Ｅ1 ／Ｅ0 に対する依存性を図６に
示す。図３、図４と異なり、Ｅ1 ／Ｅ0 ＝０の近傍でμ
（ハット）のＥ1 ／Ｅ0 に対し増加に転じていることが
わかる。
【００８７】以上の解析結果から、α＝３０度とすれば
μ（ハット）の磁化容易方向の異方的応力Ｅ1 ／Ｅ0 、
すなわちプロセス中に導入される外部応力に対するプロ
セス耐性が最大となることがわかった。これらの知見に
基づき、後述するようにこれらの効果の検証実験を行
い、裏付けを得ることができた。
μ（ハット）の磁化容易方向の異方的応力Ｅ1 ／Ｅ0 、
すなわちプロセス中に導入される外部応力に対するプロ
セス耐性が最大となることがわかった。これらの知見に
基づき、後述するようにこれらの効果の検証実験を行
い、裏付けを得ることができた。
【００８８】異方的圧縮応力と異方的引っ張り応力と
は、面内における応力方向が９０度異なる場合と等価で
あるから、α＝３０度近傍における実効的透磁率の高い
耐プロセス性は、α＝６０度近傍においても得られるこ
とは自明である。
は、面内における応力方向が９０度異なる場合と等価で
あるから、α＝３０度近傍における実効的透磁率の高い
耐プロセス性は、α＝６０度近傍においても得られるこ
とは自明である。
【００８９】以上示したように、一般にプロセスに起因
する異方的応力が平面型インダクタンス素子の主軸に対
して平行または垂直の方向に生じること、異方的応力に
対して３０度または６０度の面内方向に磁化容易方向を
有する場合に、実効的な高周波透磁率が異方的応力の変
化に対して示す変化量が小さいことから、平面型インダ
クタンス素子の主軸方向に対して、３０度または６０度
の面内方向に磁化容易方向を有する軟磁性膜の実効的高
周波透磁率は、高いプロセス耐性を示すということがで
きる。
する異方的応力が平面型インダクタンス素子の主軸に対
して平行または垂直の方向に生じること、異方的応力に
対して３０度または６０度の面内方向に磁化容易方向を
有する場合に、実効的な高周波透磁率が異方的応力の変
化に対して示す変化量が小さいことから、平面型インダ
クタンス素子の主軸方向に対して、３０度または６０度
の面内方向に磁化容易方向を有する軟磁性膜の実効的高
周波透磁率は、高いプロセス耐性を示すということがで
きる。
【００９０】この効果の本質的な部分は１方向磁気異方
性ばかりでなく、面内１軸磁気異方性を有する場合にも
期待されるが、このように傾斜した磁化容易軸を有する
磁性膜では、前述のように１８０度磁壁が存在し、これ
が高周波励磁に対して運動する力を与えられるため、い
わゆる異常損を生じる。面内１方向磁気異方性を付与し
た本発明の強磁性膜では前述の機構によりこれが回避さ
れるため、実効的高周波透磁率の高いプロセス耐性を十
分に生かすことができる。
性ばかりでなく、面内１軸磁気異方性を有する場合にも
期待されるが、このように傾斜した磁化容易軸を有する
磁性膜では、前述のように１８０度磁壁が存在し、これ
が高周波励磁に対して運動する力を与えられるため、い
わゆる異常損を生じる。面内１方向磁気異方性を付与し
た本発明の強磁性膜では前述の機構によりこれが回避さ
れるため、実効的高周波透磁率の高いプロセス耐性を十
分に生かすことができる。
【００９１】第２の実施の形態においては、長方形の平
面型インダクタンス素子の長辺方向に対して約３０度ま
たは約６０度の方向に面内１方向磁気異方性を誘導す
る。これを傾斜１方向の誘導ということにする。
面型インダクタンス素子の長辺方向に対して約３０度ま
たは約６０度の方向に面内１方向磁気異方性を誘導す
る。これを傾斜１方向の誘導ということにする。
【００９２】前記傾斜１方向の誘導を行った第２の実施
の形態における強磁性膜と前記第１の実施の形態におけ
る強磁性膜、比較例３〜５の強磁性膜の構造と製造条
件、及び高周波透磁率、ｔａｎδの値を表４に示す。
の形態における強磁性膜と前記第１の実施の形態におけ
る強磁性膜、比較例３〜５の強磁性膜の構造と製造条
件、及び高周波透磁率、ｔａｎδの値を表４に示す。
【００９３】
【表４】
【００９４】表４に示す傾斜１方向の誘導を行った本第
２の実施の形態の強磁性膜は、前記第１の実施の形態に
比べて、高周波透磁率μの値が規格化値１に近く、かつ
ｔａｎδの値も第１の実施の形態に比べて遜色がないこ
とがわかった。表４にみられるように両者の製造条件上
の相違は、面内１方向磁気異方性の磁化容易方向と矩形
平面型インダクタンス素子の長辺方向とのなす角αのみ
であるから、この結果から傾斜１方向の誘導が平行１方
向の誘導に比べて更にプロセス耐性に優れた磁気モーメ
ントの誘導方法であることがわかる。
２の実施の形態の強磁性膜は、前記第１の実施の形態に
比べて、高周波透磁率μの値が規格化値１に近く、かつ
ｔａｎδの値も第１の実施の形態に比べて遜色がないこ
とがわかった。表４にみられるように両者の製造条件上
の相違は、面内１方向磁気異方性の磁化容易方向と矩形
平面型インダクタンス素子の長辺方向とのなす角αのみ
であるから、この結果から傾斜１方向の誘導が平行１方
向の誘導に比べて更にプロセス耐性に優れた磁気モーメ
ントの誘導方法であることがわかる。
【００９５】第２の実施の形態と第１の実施の形態及び
比較例２、比較例３との比較より、α＝０度、２０度、
４０度と変化するにつれて、μの値はほぼ図２、図３、
図５のμ（ハット）の理論曲線により説明できる動きを
示しており、予想通りα＝３０度に近付くほどプロセス
耐性が向上することがわかる。理論解析の結果は表４に
より十分に裏付けられたと考えられる。
比較例２、比較例３との比較より、α＝０度、２０度、
４０度と変化するにつれて、μの値はほぼ図２、図３、
図５のμ（ハット）の理論曲線により説明できる動きを
示しており、予想通りα＝３０度に近付くほどプロセス
耐性が向上することがわかる。理論解析の結果は表４に
より十分に裏付けられたと考えられる。
【００９６】更に表４の比較例５と本第２の実施の形態
を対比すれば、下地反強磁性膜を設けない場合には、α
＝３０度としてもｔａｎδの値が大幅に劣化しており、
成膜時に磁気モーメントの固着効果がなければ面内１方
向磁気異方性が得られないことを示している。
を対比すれば、下地反強磁性膜を設けない場合には、α
＝３０度としてもｔａｎδの値が大幅に劣化しており、
成膜時に磁気モーメントの固着効果がなければ面内１方
向磁気異方性が得られないことを示している。
【００９７】以上のべたように、矩形インダクタの主軸
に約３０度の面内角度を有する磁化容易方向を持つ強磁
性膜が、製造プロセス中における面内の異方的応力の導
入による透磁率変化を優れて抑制すること、従来の矩形
インダクタ主軸に平行な磁化容易軸方向を持つ強磁性膜
に比較して、面内角度４０度、２０度の場合でも透磁率
の耐プロセス性の改善がみられること、面内角度３０度
でも１方向磁気異方性を有しない場合にはｔａｎδに著
しい劣化が生じることが確認された。次に表５に基づき
本発明の第３、第４の実施の形態を説明する。
に約３０度の面内角度を有する磁化容易方向を持つ強磁
性膜が、製造プロセス中における面内の異方的応力の導
入による透磁率変化を優れて抑制すること、従来の矩形
インダクタ主軸に平行な磁化容易軸方向を持つ強磁性膜
に比較して、面内角度４０度、２０度の場合でも透磁率
の耐プロセス性の改善がみられること、面内角度３０度
でも１方向磁気異方性を有しない場合にはｔａｎδに著
しい劣化が生じることが確認された。次に表５に基づき
本発明の第３、第４の実施の形態を説明する。
【００９８】
【表５】
【００９９】第３の実施の形態においては、方向の異な
る１方向磁気異方性を有する複数の磁性薄膜を平面型イ
ンダクタンス素子の構成要素として用いる。異なる面内
１方向磁気異方性を有する磁性薄膜を直接又は間接的に
積層することにより、透磁率一定を維持したり、磁歪損
失を低減する組み合わせが存在する。
る１方向磁気異方性を有する複数の磁性薄膜を平面型イ
ンダクタンス素子の構成要素として用いる。異なる面内
１方向磁気異方性を有する磁性薄膜を直接又は間接的に
積層することにより、透磁率一定を維持したり、磁歪損
失を低減する組み合わせが存在する。
【０１００】例えば、インダクタ主軸とのなす角が０
度、＋４５度、−４５度の磁化容易方向を有する強磁性
膜を組み合わせれば、主軸に沿った異方的応力に対して
０度の強磁性膜の実効透磁率が増大する場合には、＋４
５度，−４５度の強磁性膜の実効透磁率が減少するの
で、強磁性膜の体積比を最適化することにより、実質的
に実効透磁率一定の状態を作りだすことができる。
度、＋４５度、−４５度の磁化容易方向を有する強磁性
膜を組み合わせれば、主軸に沿った異方的応力に対して
０度の強磁性膜の実効透磁率が増大する場合には、＋４
５度，−４５度の強磁性膜の実効透磁率が減少するの
で、強磁性膜の体積比を最適化することにより、実質的
に実効透磁率一定の状態を作りだすことができる。
【０１０１】例えば、インダクタ主軸とのなす角が＋３
０度、−３０度の磁化容易方向を有する強磁性膜の組み
合わせでは、主軸に沿った異方的応力に対して強磁性膜
の実効透磁率が実質的に一定であるのみならず、異方的
応力の方位がインダクタ主軸からある程度のずれを示す
場合にも、一方で実効透磁率の減少、他方で実効透磁率
の増加を生じ、３０度の単一方向の磁化容易方向を有す
る強磁性膜のみで平面型インダクタンス素子が構成され
るよりも、更に耐プロセス性が高い状態を実現すること
ができる。
０度、−３０度の磁化容易方向を有する強磁性膜の組み
合わせでは、主軸に沿った異方的応力に対して強磁性膜
の実効透磁率が実質的に一定であるのみならず、異方的
応力の方位がインダクタ主軸からある程度のずれを示す
場合にも、一方で実効透磁率の減少、他方で実効透磁率
の増加を生じ、３０度の単一方向の磁化容易方向を有す
る強磁性膜のみで平面型インダクタンス素子が構成され
るよりも、更に耐プロセス性が高い状態を実現すること
ができる。
【０１０２】インダクタ主軸とのなす角が＋４５度、−
４５度の磁化容易方向を有する強磁性膜の組み合わせで
は、磁化の方向に沿った自発的な磁歪が＋４５度と−４
５度との間でほぼ相殺されるため、例えば両者を直接積
層すれば、高周波励磁における磁気モーメントの運動に
対して結晶格子に与える歪みの変化を軽減し、磁気・機
械結合におけるエネルギーのやりとりの際に生じる損失
を低減することができる。
４５度の磁化容易方向を有する強磁性膜の組み合わせで
は、磁化の方向に沿った自発的な磁歪が＋４５度と−４
５度との間でほぼ相殺されるため、例えば両者を直接積
層すれば、高周波励磁における磁気モーメントの運動に
対して結晶格子に与える歪みの変化を軽減し、磁気・機
械結合におけるエネルギーのやりとりの際に生じる損失
を低減することができる。
【０１０３】表５に示す第３の実施の形態の強磁性膜
は、α＝３０度とα＝−３０度の強磁性膜が積層された
ものであり、第４の実施の形態の強磁性膜は、前記強磁
性膜に更にα＝４５度とα＝−４５度の強磁性膜が積層
されたものである。
は、α＝３０度とα＝−３０度の強磁性膜が積層された
ものであり、第４の実施の形態の強磁性膜は、前記強磁
性膜に更にα＝４５度とα＝−４５度の強磁性膜が積層
されたものである。
【０１０４】このように異なる方位を持つ面内１方向磁
気異方性膜の複合においても、異方的な面内応力に対し
て高周波透磁率の変化を抑制しつつ損失増加防止が図れ
ることが示される。第４の実施の形態の強磁性膜が第３
の実施の形態の強磁性膜よりも低いｔａｎδを示す理由
のーつは、磁歪による自発歪みに起因する損失が抑制さ
れたためと考えられる。
気異方性膜の複合においても、異方的な面内応力に対し
て高周波透磁率の変化を抑制しつつ損失増加防止が図れ
ることが示される。第４の実施の形態の強磁性膜が第３
の実施の形態の強磁性膜よりも低いｔａｎδを示す理由
のーつは、磁歪による自発歪みに起因する損失が抑制さ
れたためと考えられる。
【０１０５】以上のべたように、無視できない磁歪を有
する軟磁性薄膜、及びこれを具備する平面型インダクタ
ンス素子が各種プロセスによって異方的な面内応力を受
けた場合に、所定の面内磁化容易方向を有する面内１方
向磁気異方性膜の単数または複数の組み合わせによっ
て、異方的な面内応力に対して実効的な高周波透磁率が
影響され難い軟磁性・強磁性膜を得ることができる。
する軟磁性薄膜、及びこれを具備する平面型インダクタ
ンス素子が各種プロセスによって異方的な面内応力を受
けた場合に、所定の面内磁化容易方向を有する面内１方
向磁気異方性膜の単数または複数の組み合わせによっ
て、異方的な面内応力に対して実効的な高周波透磁率が
影響され難い軟磁性・強磁性膜を得ることができる。
【０１０６】すなわち、インダクタンス値の変化や劣
化、ばらつきの増大が抑制された平面型インダクタンス
素子が得られる。その結果、制御性が優れ耐プロセス性
が高く、設計値を正確に反映し、ばらつきの少ない強磁
性膜と平面型インダクタンス素子の生産を実現できるこ
とが確認された。
化、ばらつきの増大が抑制された平面型インダクタンス
素子が得られる。その結果、制御性が優れ耐プロセス性
が高く、設計値を正確に反映し、ばらつきの少ない強磁
性膜と平面型インダクタンス素子の生産を実現できるこ
とが確認された。
【０１０７】次に図７及び表６に基づき本発明の第５の
実施の形態を説明する。第５の実施の形態においては、
第３の実施の形態と同一の手法で基板ウエハ上に強磁性
膜を形成し、樹脂塗布、熱処理、及びダイシング未実施
状態の前記強磁性膜基板ウエハを用いて、平面形インダ
ダタンス素子を作製した。
実施の形態を説明する。第５の実施の形態においては、
第３の実施の形態と同一の手法で基板ウエハ上に強磁性
膜を形成し、樹脂塗布、熱処理、及びダイシング未実施
状態の前記強磁性膜基板ウエハを用いて、平面形インダ
ダタンス素子を作製した。
【０１０８】平面型インダクタンス素子の模式図を図７
に示す。熱酸化膜８で被覆したシリコン基板７の上に前
記第１の強磁性膜９を形成し、スパッタ法を用いてＳｉ
Ｏ2膜１０を形成し、その上にＣｕ鍍金を用いて導体コ
イル部１１を作製した。鍍金用の下地電極はスパッタ法
を用いて作製した。導体コイル部１１のパタ−ニングは
フォト工程によりマスクパターンを転写し、ウエットエ
ッチングすることにより行った。
に示す。熱酸化膜８で被覆したシリコン基板７の上に前
記第１の強磁性膜９を形成し、スパッタ法を用いてＳｉ
Ｏ2膜１０を形成し、その上にＣｕ鍍金を用いて導体コ
イル部１１を作製した。鍍金用の下地電極はスパッタ法
を用いて作製した。導体コイル部１１のパタ−ニングは
フォト工程によりマスクパターンを転写し、ウエットエ
ッチングすることにより行った。
【０１０９】スピンコーターを用いて導体コイル部上に
樹脂層としてポリイミド１２を充填し、その上に、絶縁
層としてＡｌＮ膜１３を形成し、更にその上に第２の強
磁性膜１４を形成した。ここに前記第１、第２の強磁性
膜９、１４はいずれも前記第３の実施の形態と同一手法
で形成した膜である。
樹脂層としてポリイミド１２を充填し、その上に、絶縁
層としてＡｌＮ膜１３を形成し、更にその上に第２の強
磁性膜１４を形成した。ここに前記第１、第２の強磁性
膜９、１４はいずれも前記第３の実施の形態と同一手法
で形成した膜である。
【０１１０】コイル電極上の第２の強磁性膜１４をフォ
ト工程と選択的ウエットエッチングを用いてパタ−ン形
成し、コイル電極を露出させた。強磁性膜を素子毎に分
離するためのパターニングも同様にウエットエッチング
を用いて行い、ダイシングで個々の素子を切り出した。
ト工程と選択的ウエットエッチングを用いてパタ−ン形
成し、コイル電極を露出させた。強磁性膜を素子毎に分
離するためのパターニングも同様にウエットエッチング
を用いて行い、ダイシングで個々の素子を切り出した。
【０１１１】以上のプロセスにより表６に示す第５の実
施の形態における平面型インダクタンス素子を作製し
た。また比較例１と同一手法の成膜を２回施した樹脂塗
布、熱処理、及びダイシング未実施の強磁性膜基板ウエ
ハを用い、同様に平面形インダクタンス素子を作製し、
これを比較例６とした。
施の形態における平面型インダクタンス素子を作製し
た。また比較例１と同一手法の成膜を２回施した樹脂塗
布、熱処理、及びダイシング未実施の強磁性膜基板ウエ
ハを用い、同様に平面形インダクタンス素子を作製し、
これを比較例６とした。
【０１１２】
【表６】
【０１１３】なお比較例６の強磁性膜は従来の強磁性膜
の形成方法であり、これに比べて本発明の第５の実施の
形態における強磁性膜の構造と形成条件は複雑である
が、表６に示す結果から、高周波磁気特性を示すμとｔ
ａｎδの値は、従来に比べて格段に優れ、高い耐プロセ
ス性を示すことがわかる。
の形成方法であり、これに比べて本発明の第５の実施の
形態における強磁性膜の構造と形成条件は複雑である
が、表６に示す結果から、高周波磁気特性を示すμとｔ
ａｎδの値は、従来に比べて格段に優れ、高い耐プロセ
ス性を示すことがわかる。
【０１１４】第５の実施の形態の平面型インダクタンス
素子と比較例６に示す従来の平面型インダクタンス素子
のインダクタンスの実測値を、設計値で規格化した規格
化インダクタンス値と、１ＭＨｚにおける品質係数Ｑの
値を表６の下段に示す。このように、本発明は０．９５
と、設計値によく対応したインダクタンス値が得られ
る。Ｑ値に関しても、従来法の比較例６に比較して、約
２倍という格段に優れた値が得られることが確認され
た。
素子と比較例６に示す従来の平面型インダクタンス素子
のインダクタンスの実測値を、設計値で規格化した規格
化インダクタンス値と、１ＭＨｚにおける品質係数Ｑの
値を表６の下段に示す。このように、本発明は０．９５
と、設計値によく対応したインダクタンス値が得られ
る。Ｑ値に関しても、従来法の比較例６に比較して、約
２倍という格段に優れた値が得られることが確認され
た。
【０１１５】以上に示したように、面内１方向磁気異方
性を付与・誘導した本発明の強磁性膜が高飽和磁化・軟
磁性に優れると同時に、磁歪の値が零ではない強磁性・
軟磁性膜に高い耐プロセス性を付与することが確認され
た。
性を付与・誘導した本発明の強磁性膜が高飽和磁化・軟
磁性に優れると同時に、磁歪の値が零ではない強磁性・
軟磁性膜に高い耐プロセス性を付与することが確認され
た。
【０１１６】また、本発明の強磁性膜を用いた平面型イ
ンダクタンス素子では、設計に即した実効的な高周波透
磁率がえられ、そのプロセス中における変動が抑制され
ることが確認された。一方、比較例に示すように従来の
強磁性膜を用いた平面型インダクタンス素子では、面内
の異方的応力に対する実効的な高周波透磁率の変化が大
きく、設計通りの素子特性が得られないことが確認され
た。
ンダクタンス素子では、設計に即した実効的な高周波透
磁率がえられ、そのプロセス中における変動が抑制され
ることが確認された。一方、比較例に示すように従来の
強磁性膜を用いた平面型インダクタンス素子では、面内
の異方的応力に対する実効的な高周波透磁率の変化が大
きく、設計通りの素子特性が得られないことが確認され
た。
【０１１７】なお本発明は上記の実施の形態に限定され
るものではない。上記の実施の形態においては強磁性膜
の材料としてＦｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ軟磁性膜を用いたが、
このほかＦｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ−Ｓｍ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−
Ｃ−Ｓｎ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓ
ｎ−Ｔａ−Ｎ等の５元系、Ｃｏ−Ｈｆ−Ｂ等の３元系、
Ｎｉ−Ｆｅ等の２元系、Ｆｅ系の微結晶膜を同様の目的
に用いることができる。また面内１方向磁気異方性を誘
導する反強磁性膜の材料としてＩｒ20Ｍｎ80を用いたが
同様にＦｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍ
ｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｃｏ−Ｍｎ及びＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉを含む酸化物等の反強磁性材料を用いることが
できる。
るものではない。上記の実施の形態においては強磁性膜
の材料としてＦｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ軟磁性膜を用いたが、
このほかＦｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ−Ｓｍ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−
Ｃ−Ｓｎ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｃ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓ
ｎ−Ｔａ−Ｎ等の５元系、Ｃｏ−Ｈｆ−Ｂ等の３元系、
Ｎｉ−Ｆｅ等の２元系、Ｆｅ系の微結晶膜を同様の目的
に用いることができる。また面内１方向磁気異方性を誘
導する反強磁性膜の材料としてＩｒ20Ｍｎ80を用いたが
同様にＦｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍ
ｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｃｏ−Ｍｎ及びＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉを含む酸化物等の反強磁性材料を用いることが
できる。
【０１１８】また複数の面内１方向磁気異方性を有する
膜を組み合わせて高周波における磁気特性を改善しよう
とする時、前記複数の膜を積層しても良いし、一定の間
隔を設けて平行に配置しても良い。このほか本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することがで
きる。
膜を組み合わせて高周波における磁気特性を改善しよう
とする時、前記複数の膜を積層しても良いし、一定の間
隔を設けて平行に配置しても良い。このほか本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することがで
きる。
【０１１９】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、平面型
インダクタンス素子に用いられる強磁性膜に関し高飽和
磁化、軟磁性、及び面内１軸磁気異方性の制御性を有し
つつ、かつ平面型磁気素子作製プロセス中、またはプロ
セス後の異方的応力、応力の分散の発生や変化に対し
て、実効的な高周波透磁率の変化が小さく、磁気特性が
劣化しにくい強磁性膜、及びこれを用いた平面型インダ
クタンス素子を提供することができる。
インダクタンス素子に用いられる強磁性膜に関し高飽和
磁化、軟磁性、及び面内１軸磁気異方性の制御性を有し
つつ、かつ平面型磁気素子作製プロセス中、またはプロ
セス後の異方的応力、応力の分散の発生や変化に対し
て、実効的な高周波透磁率の変化が小さく、磁気特性が
劣化しにくい強磁性膜、及びこれを用いた平面型インダ
クタンス素子を提供することができる。
【図１】本発明の平面型インダクタンス素子の構成の概
念図。
念図。
【図２】α＝０度におけるμ（ハット）、Ｅa ／Ｅ0 、
β（ｒａｄ）のＥ1 ／Ｅ0 に対する依存性を示す図。
β（ｒａｄ）のＥ1 ／Ｅ0 に対する依存性を示す図。
【図３】α＝２２．５度におけるμ（ハット）、Ｅa ／
Ｅ0 、β（ｒａｄ）のＥ1 ／Ｅ0 に対する依存性を示す
図。
Ｅ0 、β（ｒａｄ）のＥ1 ／Ｅ0 に対する依存性を示す
図。
【図４】α＝２８．１７５度におけるμ（ハット）、Ｅ
a ／Ｅ0 、β（ｒａｄ）のＥ1／Ｅ0 に対する依存性を
示す図。
a ／Ｅ0 、β（ｒａｄ）のＥ1／Ｅ0 に対する依存性を
示す図。
【図５】α＝３０度におけるμ（ハット）、Ｅa ／Ｅ
0 、β（ｒａｄ）のＥ1 ／Ｅ0 に対する依存性を示す
図。
0 、β（ｒａｄ）のＥ1 ／Ｅ0 に対する依存性を示す
図。
【図６】α＝３３．７５度におけるμ（ハット）、Ｅa
／Ｅ0 、β（ｒａｄ）のＥ1 ／Ｅ0 に対する依存性を示
す図。
／Ｅ0 、β（ｒａｄ）のＥ1 ／Ｅ0 に対する依存性を示
す図。
【図７】平面型インダクタンス素子の模式図。
１…面内１方向磁気異方性を有する強磁性膜
２…コイル導体層
３…矩形平面型インダクタンス素子の主軸方向
４…面内の異方的応力
５…面内１方向磁気異方性の磁化容易方向
６…異方的応力による磁気異方性エネルギーと磁性膜本
来の磁気異方性エネルギーより合成された面内磁気異方
性エネルギーから定まる磁化容易方向 ７…シリコン基板 ８…シリコン酸化膜 ９…第１の強磁性膜 １０…ＳｉＯ2 スパッタ膜 １１…導体コイル部 １２…樹脂層（ポリイミド） １３…ＡｌＮ絶縁膜 １４…第２の強磁性膜 １５…平面型インダクタンス素子の主軸方向 １６…高周波磁場
来の磁気異方性エネルギーより合成された面内磁気異方
性エネルギーから定まる磁化容易方向 ７…シリコン基板 ８…シリコン酸化膜 ９…第１の強磁性膜 １０…ＳｉＯ2 スパッタ膜 １１…導体コイル部 １２…樹脂層（ポリイミド） １３…ＡｌＮ絶縁膜 １４…第２の強磁性膜 １５…平面型インダクタンス素子の主軸方向 １６…高周波磁場
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(56)参考文献 特開 平４−368105（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−240315（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−264861（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−279112（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−347013（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−40102（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−75570（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−220922（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01F 17/00
H01F 10/08
Claims (10)
- 【請求項１】 強磁性膜を有し、平面インダクタや平面
トランスに用いられる平面型インダクタンス素子におい
て、 前記強磁性膜は少なくとも面内における１軸磁気異方性
を有するものであって、単体の強磁性膜又は他の磁性膜
と積層した複合膜からなるものであり、かつ少なくとも
熱的、磁気的及び力学的な処理のいずれか１つを加える
ことにより、面内において１方向に磁気モーメントが揃
えられた面内１方向磁気異方性を具備し、 前記強磁性膜の平面形状は、その垂直軸に対して回転２
回対称性、又は回転４回対称性を有するものであり、か
つ前記強磁性膜の面内１方向磁気異方性の示す方向は、
前記面内における１軸磁気異方性の軸方向、又はこれと
垂直な軸方向に対して面内で３０度±１０度の角度を有
する ことを特徴とする平面型インダクタンス素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の強磁性膜の平面形状は、
矩形又は正方形であり、かつ前記強磁性膜の面内１方向
磁気異方性の示す方向が、矩形又は正方形の１辺と平行
な方向又は面内においてこれに垂直な方向に対して、面
内で３０度±１０度の角度を有することを特徴とする平
面型インダクタンス素子。 - 【請求項３】 強磁性膜を有し、平面インダクタや平面
トランスに用いられる平面型インダクタンス素子におい
て、 前記強磁性膜は少なくとも面内における１軸磁気異方性
を有するものであって、単体の強磁性膜又は他の磁性膜
と積層した複合膜からなるものであり、かつ面内に生ず
る異方的な引張り応力又は圧縮応力の方向、又は面内に
おいて前記引張り応力又は圧縮応力の方向と垂直な方向
に対して３０度±１０度の角度を示す面内１方向磁気異
方性を有するものであることを特徴とする平面型インダ
クタンス素子。 - 【請求項４】 請求項３記載の面内１方向磁気異方性
は、前記単体の強磁性膜又は他の磁性膜と積層した複合
膜の上部保護膜として用いた樹脂層のキュア時の熱処理
により面内に生じた異方的な引張り応力又は圧縮応力に
よるものであることを特徴とする平面型インダクタンス
素子。 - 【請求項５】 前記他の磁性膜は反強磁性膜であること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の平面
型インダクタンス素子。 - 【請求項６】 前記面内１方向磁気異方性を有する前記
単体の強磁性膜又は他の磁性膜と積層した複合膜のいず
れか１つを含む、複数の強磁性膜を具備することを特徴
とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の平面型イン
ダクタンス素子。 - 【請求項７】 前記複数の強磁性膜を具備する場合にお
いて、少なくとも１つの面内１方向磁気異方性の方向
が、他の面内１方向磁気異方性の方向と異なることを特
徴とする請求項６記載の平面型インダクタンス素子。 - 【請求項８】 前記複数の強磁性膜を具備する場合にお
いて、少なくとも１つの面内１方向磁気異方性の方向
が、他の面内１方向磁気異方性の方向と平行か又は面内
において直交することを特徴とする請求項６記載の平面
型インダクタンス素子。 - 【請求項９】 前記強磁性膜の有する飽和磁歪定数の絶
対値が０．１ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項
１〜８のいずれか１つに記載の平面型インダクタンス素
子。 - 【請求項１０】 前記強磁性膜は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂ、及
び４Ｂ族元素を含む非晶質膜、又は微結晶と非晶質との
複合相からなる膜が含まれることを特徴とする請求項１
〜９のいずれか１つに記載の平面型インダクタンス素
子。
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|---|---|---|---|
| JP02166397A JP3441328B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 平面型インダクタンス素子 |
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