JP4758599B2 - グラニュラ磁性薄膜及びその製造方法,積層磁性膜,磁性部品,電子機器 - Google Patents
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Description
(1)前記磁性粒子間の絶縁体の厚みが0.5nm〜1.5nmであること,もしくは、
(2)前記磁性粒子が非酸化磁性金属であること,もしくは、
(3)X線光電子分光法による測定によって磁性金属の酸化物のスペクトルのピークが観測
されないこと,
を特徴とする。
(1)5Å<WM≦130Å,WI≦10Å,
(2)10Å≦WM≦100Å,WI≦10Å,
(3)5Å<WM≦130Å,5Å≦WI≦8Å,
(4)10Å≦WM≦100Å,5Å≦WI≦8Å,
のいずれかの関係を満たすことを特徴とする。
スパッタガス圧:0.42Pa,
基板温度:20℃,
基板:Si単結晶基板,
膜厚:0.5μm,
(1)抵抗率の観点からは、WM≦130Å,好ましくは、WM≦100Å,がよい。
(2)透磁率の観点からは、5Å<WM,好ましくは、10Å≦WM,がよい。
となる。従って、全体としては、磁性層52の厚みWMは、5Å<WM≦130Å,より好ましくは、10Å≦WM≦100Åを満たす範囲とするのがよいことが分かる。
(1)抵抗率の観点からは、厚いほうがよい,
(2)透磁率の観点からは、WI≦10Åがよい,
(3)抵抗率,透磁率の両方の観点からみたより好ましい範囲は、5Å≦WI≦8Åがよい,
となる。従って、全体としては、絶縁層54の厚みWIは、WI≦10Å,好ましくは5Å≦WI≦8Åの範囲とするのがよい。
(1)絶縁層54が導入されるため、電気抵抗が上昇し、渦電流損失が軽減される,
(2)絶縁層54により磁性粒子56の粒成長が妨げられて微細化するため、粒界密度が上昇して電気抵抗が高くなり、結晶磁気異方性が低減されて軟磁気特性が向上する,
という効果が得られる。
(1)抵抗率の観点からは、WM≦90Åがよい,
(2)透磁率の観点からは、40Å≦WM≦90Å,好ましくは50Å≦WM≦75Åがよい,
となる。従って、全体として、磁性層52の厚みWMは、40Å≦WM≦90Å,好ましくは50Å≦WM≦75Åを満たす範囲とするのがよいことが分かる。
(1)抵抗率の観点からは、厚いほうがよい。
(2)透磁率の観点からは、5Å≦WI≦25Å,好ましくは7Å≦WI≦20Åがよい。
(3)従って、抵抗率及び透磁率の両方の観点からみたより好ましい範囲は、5Å≦WI≦25Å,好ましくは7Å≦WI≦25Å,より好ましくは7Å≦WI≦20Åの範囲とするのがよい。
(1)前記実施例では、磁性粒子としてCoFe合金を用いたが、各種の磁性金属を用いるようにしてよい。例えば、NiFeなどを用いることができる。また、絶縁体として酸化セラミックスであるAl2O3を用いたが、他のアモルファス絶縁体などを用いるようにしてもよい。MgO,SiO2,希土類の酸化物等の化学的に安定な酸化物なども好適である。
(2)前記実施例に示した磁性層52及び絶縁層54の材質は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。
(3)前記実施例に示した成膜条件も一例であり、所望の特性が得られるように適宜設定してよい。また、磁性層52と絶縁層54の積層数や積層磁性膜50の成膜条件についても同様である。
(4)前記実施例では磁性部品として薄膜インダクタを例に挙げ、電子機器としてMMICを挙げたが、薄膜トランスなど高周波帯域で利用される各種磁性部品や機器に適用してよく、更にはそれらを携帯電話などの機器に適用してもよい。また、前記実施例では、積層磁性膜を利用したMMICを例にあげたが、グラニュラ磁性薄膜を利用したMMICとするようにしてもよい。
(1)非反応性スパッタを行うこととしたので、磁性金属の酸化がない。このため、飽和磁化が増大して透磁率の共振周波数が高くなり、高周波帯域(特に2GHz以上)における使用が可能となる。
(2)多元同時スパッタと非反応性スパッタを組み合わせることによって、磁性粒子間の絶縁体の厚みを0.5nm〜1.5nmとしたので、優れた軟磁気特性を得られ、渦電流も抑制されて損失が低減される。
(3)磁性粒子が絶縁体に包み込まれたグラニュラ膜による磁性層と絶縁層とを交互に積層することとしたので、電気抵抗の向上,軟磁気特性の向上を図ることができる。
(4)前記磁性層をCoFeAlO膜によって形成し、前記絶縁層をAl2O3膜によって形成するとともに、磁性層の厚みWMを、5Å<WM≦130Å,好ましくは、10Å≦WM≦100Å,を満たす範囲とし、かつ、絶縁層の厚みWIを、WI≦10Å,好ましくは、5Å≦WI≦8Å,を満たす範囲としたので、電気抵抗の向上,磁気特性の向上を図ることができる。
(5)酸化防止膜を形成することとしたので、磁性粒子の酸化を防止し、更には磁気特性の劣化を低減することができる。
(6)以上のグラニュラ磁性薄膜または積層磁性膜を磁性部品や電子機器に適用することにより、磁性部品や電子機器の小型化を図ることができる。
12:磁性粒子
20:Si基板
22,28:絶縁層
23,25:酸化防止膜
24:磁性薄膜
26:保護膜(パッシベーション膜)
30:電極
50:積層磁性膜(積層グラニュラ膜)
52:磁性層
54:絶縁層
56:磁性粒子
58:絶縁体
60:酸化防止膜
100:半導体基板
102:トランジスタ
104:抵抗
106:MIMキャパシタ
108:マイクロストリップ線路
110:スパイラルインダクタ
112:層間絶縁膜
114:導体
116:引き出し電極
Q1,Q2:トランジスタ
C1〜C12:キャパシタンス
L1〜L8:インダクタンス
R:抵抗
Claims (17)
- 磁性粒子を包み込むように粒界に絶縁体が存在するグラニュラ磁性薄膜の製造方法であって、
CoFe合金ターゲットと、Al 2 O 3 ターゲットを用いた二次元同時非反応性スパッタを用いて、CoFeAlOのグラニュラ磁性薄膜を形成する際に、成膜時に酸素を流さず、かつ、スパッタガスとしてアルゴンガスを使用することで、透磁率の共振周波数が2GHzを超えるグラニュラ磁性薄膜を得ることを特徴とするグラニュラ磁性薄膜の製造方法。 - 前記磁性粒子間の絶縁体の厚みが0.5nm〜1.5nmであることを特徴とする請求項1記載のグラニュラ磁性薄膜の製造方法。
- 前記磁性粒子が非酸化磁性金属であることを特徴とする請求項1記載のグラニュラ磁性薄膜の製造方法。
- X線光電子分光法による測定によって磁性金属の酸化物のスペクトルのピークが観測されない磁性粒子を包み込むように粒界に絶縁体が存在することを特徴とする請求項1記載のグラニュラ磁性薄膜の製造方法。
- 前記絶縁体がアモルファスであることを特徴とする請求項4記載のグラニュラ磁性薄膜の製造方法。
- 前記絶縁体の厚みないし前記磁性粒子の間隔が0.5nm〜1.5nmであることを特徴とする請求項4記載のグラニュラ磁性薄膜の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法によって製造したことを特徴とするグラニュラ磁性薄膜。
- 請求項1記載の製造方法によって製造したグラニュラ磁性薄膜による磁性層と、絶縁層とを、交互に積層したことを特徴とする積層磁性膜。
- 前記絶縁層をAl2O3膜によって形成したことを特徴とする請求項8記載の積層磁性膜。
- 前記磁性層の厚みをWM,前記絶縁層の厚みをWIとしたときに、
5Å<WM≦130Å,WI≦10Å;
の関係を満たすことを特徴とする請求項9記載の積層磁性膜。 - 前記磁性層の厚みをWM,前記絶縁層の厚みをWIとしたときに、
10Å≦WM≦100Å,WI≦10Å;
の関係を満たすことを特徴とする請求項9記載の積層磁性膜。 - 前記磁性層の厚みをWM,前記絶縁層の厚みをWIとしたときに、
5Å<WM≦130Å,5Å≦WI≦8Å;
の関係を満たすことを特徴とする請求項9記載の積層磁性膜。 - 前記磁性層の厚みをWM,前記絶縁層の厚みをWIとしたときに、
10Å<WM≦100Å,5Å≦WI≦8Å;
の関係を満たすことを特徴とする請求項9記載の積層磁性膜。 - 請求項8〜13のいずれか一項に記載の積層磁性膜を利用したことを特徴とする磁性部品。
- 請求項7記載のグラニュラ磁性薄膜によって、部品中に含まれる磁性体を形成したことを特徴とする磁性部品。
- 前記グラニュラ磁性薄膜又は積層磁性膜中の磁性金属の酸化を防止する酸化防止膜を形成したことを特徴とする請求項14又は15に記載の磁性部品。
- 請求項14〜16のいずれか一項に記載の磁性部品を使用したことを特徴とする電子機器。
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