JP6767922B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
例えば、半導体素子と、シールド層と、を含む半導体装置がある。シールド層により、半導体素子から放射される電磁波がシールドされる。電磁波の減衰特性を向上させることが望まれる。
特開2012−38807号公報
本発明の実施形態は、電磁波の減衰特性を向上可能な半導体装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、半導体装置は、半導体素子と、第1部材と、を含む。前記第1部材は、第1方向において前記半導体素子から離れた第1非磁性面状領域と、前記第1方向において前記第1非磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第1磁性面状領域と、前記第1方向において前記第1磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第2非磁性面状領域と、を含む。前記第1磁性面状領域は、前記第1方向と交差する第2方向に沿って延びる第1端部を含む。前記第1磁性面状領域の第1磁化方向は、前記第2方向に対して傾斜する。
図1(a)〜図1(d)は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。 図2(a)〜図2(d)は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。 図3(a)及び図3(b)は、半導体装置の特性を例示するグラフである。 図4(a)及び図4(b)は、半導体装置の特性を例示する模式図である。 図5(a)〜図5(d)は、半導体装置の特性を例示する模式図である。 図6(a)〜図6(f)は、半導体装置の特性を例示するグラフである。 図7は、半導体装置の特性を例示するグラフである。 図8は、半導体装置の特性を例示するグラフである。 図9(a)〜図9(d)は、半導体装置の一部を例示する模式的断面図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1実施形態)
図1(a)〜図1(d)は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。 図1(a)は、斜視図である。図1(b)は、図1(a)のA1−A2線断面図である。図1(c)は、図1(a)のB1−B2線断面図である。図1(c)は、図1(a)の矢印AAから見た平面図である。
図1(a)に示すように、第1実施形態に係る半導体装置110は、半導体素子50及び第1部材10を含む。この例では、基体60がさらに設けられる。第1部材10は、半導体素子50の少なくとも一部を覆う。
図1(b)に示すように、この例では、半導体素子50は、半導体チップ53、絶縁部54、第1配線51及び第2配線52を含む。この例では、基体60において、第1電極51a、第2電極52a、第1接続部51b、第2接続部52b、第1端子51c及び第2端子52cが設けられる。第1配線51は、半導体チップ53の一部と第1電極51aとを電気的に接続する。第2配線52は、半導体チップ53の別の一部と第2電極52aとを電気的に接続する。第1接続部51bにより第1電極51aと第1端子51cとが電気的に接続される。第2接続部52bにより第2電極52aと第2端子52cとが電気的に接続される。これらの接続部は、基体60を貫通する。これらの端子は、半導体チップ53の入出力部として機能する。半導体チップ53の周りに絶縁部54が設けられる。絶縁部54は、例えば、樹脂及びセラミックなどの少なくともいずれかを含む。絶縁部54により半導体チップ53が保護される。半導体素子50は、例えば、演算回路、制御回路、記憶回路、スイッチング回路、信号処理回路、及び、高周波回路の少なくともいずれかを含む。
図1(b)に例示するように、第1部材10は、基体60に設けられた端子55と電気的に接続される。第1部材10は、端子55を介して、一定の電位(例えば接地電位)に設定される。第1部材10は、例えば、半導体素子50から放射される電磁波をシールド(減衰)する。第1部材10は、例えば、シールドとして機能する。
図1(a)〜図1(c)に示すように、第1部材10は、面状部分10pと、第1〜第4側面部分10a〜10dと、を含む。第1部材10の面状部分10pは、半導体素子50から第1方向D1に沿って離れる。
第1方向D1をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をY軸方向とする。Z軸方向及びY軸方向に対して垂直な方向をX軸方向とする。
図1(b)及び図1(c)に示すように、第1方向D1において、面状部分10pと基体60との間に、半導体素子50が位置する。
図1(c)及び図1(d)に示すように、X軸方向において、第1側面部分10aと第3側面部分10cとの間に、半導体素子50が位置する。
図1(b)及び図1(d)に示すように、Y軸方向において、第2側面部分10bと第4側面部分10dとの間に、半導体素子50が位置する。
以下に説明するように、第1部材10は、複数の膜を含む。以下、複数の膜の例について説明する。
図2(a)〜図2(d)は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。 図2(a)は、図1(b)のC1−C2線断面図である。図2(b)は、第1部材10に含まれる膜などの構成を模式的に示している。図2(b)では、図を見やすくするために、複数の膜の位置がシフトされて描かれている。図2(c)及び図2(d)は、第1部材10に含まれる一部の膜をそれぞれ示す平面図である。
図2(a)及び図2(b)に示すように、第1部材10は、第1非磁性膜21、第2非磁性膜22及び第1磁性膜11を含む。この例では、第1部材10は、第2磁性膜12及び第3非磁性膜23をさらに含んでも良い。
第1〜第3非磁性膜21〜23は、それぞれ、第1〜第3非磁性面状領域21p〜23pを含む。第1磁性膜11は、第1磁性面状領域11pを含む。第2磁性膜12は、第2磁性面状領域12pを含む。
第1非磁性面状領域21pは、第1方向D1(Z軸方向)において、半導体素子50から離れる。第1磁性面状領域11pは、第1方向D1において第1非磁性面状領域21pと半導体素子50との間に設けられる。第2非磁性面状領域22pは、第1方向D1において、第1磁性面状領域11pと半導体素子50との間に設けられる。
第2磁性面状領域12pは、第1方向D1において第2非磁性面状領域22pと半導体素子50との間に設けられる。第3非磁性面状領域23pは、第1方向D1において第2磁性面状領域12pと半導体素子50との間に設けられる。
例えば、第1磁性面状領域11pは、第1非磁性面状領域21p及び第2非磁性面状領域22pと接する。第2磁性面状領域12pは、第2非磁性面状領域22p及び第3非磁性面状領域23pと接する。
このように、実施形態においては、複数の非磁性膜(領域)の間に、磁性膜(領域)が設けられる。第1部材10に電磁波が入射したとき、非磁性膜と磁性膜との界面において、電磁波が多重反射する。界面において、電磁波の一部が吸収されても良い。これにより、第1部材10を通過する電磁波が減衰する。第1部材10は、シールドとして機能する。
図2(b)に示すように、第1磁性面状領域11pは、第1磁化方向11pmを有する。第2磁性面状領域12pは、第2磁化方向12pmを有する。第2磁化方向12pmは、第1磁化方向11pmと交差する。
以下、磁性面状領域及び磁化方向の例について説明する。
図2(c)は、第1磁性面状領域11pの平面形状を例示している。図2(d)は、第2磁性面状領域12pの平面形状を例示している。平面形状は、X−Y平面内の形状である。
図2(c)に示すように、第1磁性面状領域11pは、第1端部11paを含む。第1端部11paは、第2方向D2に沿って延びる。第2方向D2は、第1方向D1(Z軸方向)と交差する。第1端部11paは、辺部である。この例では、第2方向D2は、Y軸方向である。第1磁性面状領域11pは、さらに他の端部(端部11pb、11pc及び11pdなど)を含む。
第1方向D1及び第2方向D2を含む平面(この例では、Z−Y平面)と交差する1つの方向を、第3方向D3とする。第3方向D3は、例えば、X軸方向である。
端部11pb及び端部11pdは、第3方向D3に沿って延びる。端部11pcは、第2方向D2に沿って延びる。端部11pbから端部11pdに向かう方向は、第2方向D2に沿う。第1端部11paから端部11pcに向かう方向は、第3方向D3に沿う。第1磁性面状領域11pは、例えば、実質的に四角形(平行四辺形、長方形または正方形を含む)である。
図2(d)に示すように、第2磁性面状領域12pは、第2端部12paを含む。第2端部12paは、第2方向D2に沿って延びる。第2磁性面状領域12pは、さらに他の端部(端部12pb、12pc及び12pdなど)を含む。端部12pb及び端部12pdは、第3方向D3に沿って延びる。端部12pcは、第2方向D2に沿って延びる。端部12pbから端部12pdに向かう方向は、第2方向D2に沿う。第2端部12paから端部12pcに向かう方向は、第3方向D3に沿う。第2磁性面状領域12pは、例えば、実質的に四角形(平行四辺形、長方形または正方形を含む)である。
実施形態においては、第1磁性面状領域11pの第1磁化方向11pmは、第2方向D2に対して傾斜する。第1磁化方向11pmと第2方向D2との間の第1角度θ1(絶対値)は、0度よりも大きく90度よりも小さい。これにより、後述するように、電磁波の減衰特性を向上することができる。
実施形態において、例えば、第2磁性面状領域12pの第2磁化方向12pmは、第2方向D2に対して傾斜している。第2磁化方向12pmと第2方向D2との間の第2角度θ2(絶対値)は、0度よりも大きく90度よりも小さい。例えば、第2磁化方向12pmは、第1磁化方向11pmと交差している。これにより、電磁波の減衰特性をさらに向上することができる。
第1磁化方向11pm及び第2磁化方向12pmは、外部磁界が実質的に無い状態のときの磁化の方向である。外部磁界が実質的に無い状態において、例えば、地磁気などの弱い磁界が磁性膜に加わってもよい。
実施形態において、上記の第1磁化方向11pmは、例えば、第1磁性面状領域11pの外縁から離れた部分における磁化の方向に対応する。第1磁性面状領域11pは、外縁領域11prと、内側領域11piと、を含む。内側領域11piは、外縁領域11prの内側である。第1磁化方向11pmは、例えば、内側領域11piにおける磁化の方向に対応する。外縁領域11prの形状及び特性は、例えば、第1磁性面状領域11pの形成時の不均一性などに起因して均一でない場合がある。第1磁化方向11pmは、内側領域11piにおける均一な磁化の方向に対応する。第1磁化方向11pmは、例えば、第1磁性面状領域11pの中心領域(例えば、第1端部11paと端部11pcとの間の中心であり、端部11pbと端部11pdとの間の中心)における磁化の方向としても良い。
同様に、第2磁性面状領域12pは、外縁領域12prと、内側領域12piと、を含む。内側領域12piは、外縁領域12prの内側である。第2磁化方向12pmは、例えば、内側領域12piにおける磁化の方向に対応する。第2磁化方向12pmは、例えば、第2磁性面状領域12pの中心領域(例えば、第2端部12paと端部12pcとの間の中心であり、端部12pbと端部12pdとの間の中心)における磁化の方向としても良い。
以下、磁化方向と特性の関係の例について説明する。
図3(a)及び図3(b)は、半導体装置の特性を例示するグラフである。
これらの図は、第1部材10の第1磁性面状領域11pの磁化特性を例示している。図3(a)は、実施形態に係る半導体装置110の特性に対応する。図3(b)は、参考例の半導体装置119aの特性に対応する。
既に説明したように、半導体装置110においては、第1磁性面状領域11pの第1磁化方向11pmは、第1端部11paの延びる第2方向D2に対して傾斜している。この例では、第1磁化方向11pmと第2方向D2との間の第1角度θ1は、45度である。一方、半導体装置119aにおいては、第1磁化方向11pmは第2方向D2に対して平行であり、第1角度θ1は、0度である。
図3(a)及び図3(b)は、このような2種類の第1磁性面状領域11pのそれぞれにおいて、外部磁界Haを印加したときの、第1磁性面状領域11pの磁化M1の変化のシミュレーション結果を示している。シミュレーションは、LLG(Landau Lifshitz Gilbert)方程式を用いて行われる。シミュレーションにおいて、第1磁性面状領域11pのX軸方向の長さ及びY軸方向の長さは、それぞれ5μmである。第1磁性面状領域11pの厚さ(Z軸方向の長さ)は、50nmである。第1磁性面状領域11pの材料は、NiFeである。シミュレーションにおいては、第1磁性面状領域11pを、1辺の長さが50nmの立方体メッシュでモデル化して計算が行われる。
これらの図の横軸は、外部磁界Ha(Oe:エルステッド)である。縦軸は、磁化M1である。これらの図には、外部磁界Haが第1磁化方向11pmに対して平行であるときの特性Hapと、外部磁界Haが第1磁化方向11pmに対して垂直であるときの特性Hanと、が示されている。
図3(b)に示すように、参考例の半導体装置119aの構成においては、特性Hapにおいて、外部磁界Haの絶対値が300Oe〜1000Oeの範囲において、磁化M1が不安定である。磁化M1に関するこのような不安定な特性は、電磁波の減衰特性に悪影響を与えると考えられる。
これに対して、図3(a)に示すように、実施形態に係る半導体装置110の構成においては、磁化M1に関する上記の不安定な特性は観察されない。このため、実施形態においては、良好な減衰特性が得られる。
このような特性の差は、以下に説明するように、第1磁性面状領域11pの端部における磁荷(magnetic charge)の状態の差に起因していると考えられる。
図4(a)及び図4(b)は、半導体装置の特性を例示する模式図である。
これらの図は、第1磁性面状領域11pにおける磁荷の状態を示す。これらの図において、磁荷の状態は、「+」及び「―」の印で例示されている。図4(a)は、半導体装置110の構成(第1磁化方向11pmは第2方向D2に対して傾斜)に対応する。図4(b)は、半導体装置119aの構成(第1磁化方向11pmは第2方向D2に対して平行)に対応する。
半導体装置119aの構成においては、外部磁界Haがゼロの状態では、磁化は容易軸の方向に向く。このため、図4(b)に示すように、第1磁性面状領域11pの2つの辺(端部11pb及び端部11pd)の全体に沿って、広い範囲で、「+」の磁荷及び「−」の磁荷が発生する。この場合、端部11pb及び端部11pdの全体に沿って、強い反磁界が作用する。このため、端部11pbの近傍領域s1、及び、端部11pdの近傍領域s2において、磁化状態が乱れる。磁化が乱れた部分では、透磁率μが変動する。このため、減衰性能が部分的に変化する。その結果、素子全体としての、電磁波の減衰性能が劣化する。例えば、複数の半導体装置が作製される場合において、複数の素子の間で、減衰性能が異なる。例えば、減衰性能が不均一になる。
これに対して、図4(a)に示すように、半導体装置110の構成においては、磁荷は、第1磁性面状領域11pのコーナ部c1及びc2に局所的に集中する。磁荷が集中する領域(コーナ部c1及びc2)は、狭い。このため、第1磁性面状領域11pに作用する反磁界は、小さく、かつ、局所的である。このため、磁化の乱れが抑制される。これにより、高い減衰性能が得られる。例えば、複数の半導体装置が作製される場合において、減衰性能が均一になる。
図5(a)〜図5(d)は、半導体装置の特性を例示する模式図である。
図5(a)及び図5(c)は、半導体装置110の構成に対応する。図5(b)及び図5(d)は、半導体装置119aの構成に対応する。図5(a)及び図5(b)は、第1磁性面状領域11pにおける磁化の向きを画像の濃度で例示した模式図である。図5(c)及び図5(d)において、第1磁性面状領域11pにおける磁化の向きが矢印で示されている。
図5(b)に示すように、半導体装置119aの構成においては、画像中において、濃度が大きく変化している。これに対して、図5(a)に示すように、半導体装置110の構成においては、画像中において、濃度は実質的に均一である。
図5(d)に示すように、半導体装置119aの構成においては、第1磁性面状領域11pの端部(外縁)において、矢印(磁化)の方向が乱れている。この乱れは、磁区と呼ばれる。外部磁界Haを取り去って外部磁界Haがゼロとなった場合も、端部の不均一部分などに、磁区が、ピン止めされて残存する。これに対して、図5(c)に示すように、半導体装置110の構成においては、矢印(磁化)の方向の乱れが抑制される。
このような特性の違いが、例えば、第1磁性面状領域11pを用いたシールド層の減衰性能に影響を与える。実施形態に係る半導体装置110の構成によれば、参考例の半導体装置119aの構成と比べて、電磁波の減衰特性を向上することができる。
図6(a)〜図6(f)は、半導体装置の特性を例示するグラフである。
図6(a)〜図6(f)は、上記の第1角度θ1(第1磁化方向11pmと第2方向D2との間の角度)が、0度、5度、10度、15度、30度及び45度のときの磁場−磁化特性を示す。これらの図において、横軸は、外部磁界Haである。縦軸は、磁化M1である。これらの図には、外部磁界Haが第1磁化方向11pmに対して平行であるときの特性Hapと、外部磁界Haが第1磁化方向11pmに対して垂直であるときの特性Hanと、が示されている。
特性Hapに着目する。既に説明したように、第1角度θ1が0度のときにおいて、磁化M1において不安定な特性が観察される。このような不安定な特性は、第1角度θ1が5度以上になると実質的に観察されない。従って、第1角度θ1は、5度以上であることが好ましい。半導体装置の製造工程などにおけるばらつきなどを考慮すると、第1角度θ1は、10度以上であることがさらに好ましい。
実施形態において、第1磁性面状領域11pは、実質的に四角形である。第1端部11paの延びる方向(第2方向であり、例えば、Y軸方向)と、端部11pbの延びる方向(第3方向であり、例えば、X軸方向)と、の間の角度は、実質的に90度である。従って、実施形態において、第1磁化方向11pmと第2方向D2(この例ではY軸方向)との間の第1角度θ1は、5度よりも大きく85度よりも小さいことが好ましい。第1角度θ1は、10度よりも大きく80度よりも小さいことが、さらに好ましい。
第1磁化方向11pmは、実質的にX−Y面内に沿う。例えば、第1磁化方向11pmと第1方向D1(Z軸方向)との間の角度の絶対値は、80度以上100度以下であることが好ましい。
第1磁性面状領域11pと非磁性膜との間の界面において、第1磁化方向11pmに対して垂直な磁界成分を有する電磁波が反射される。このとき、磁化方向が互いに交差する複数の磁性面状領域を用いることで、任意の方向の磁界成分を有する電磁波を効率的に反射することができる。
実施形態において、第1磁性面状領域11pに加えて、第2磁性面状領域12pを設けることで、電磁波の減衰特性をより効果的に向上できる。
第2磁性面状領域12pにおいても、第1磁性面状領域11pと同様の構成を適用できる。第2磁性面状領域12pの第2磁化方向11pmと第2方向D2との間の第2角度θ2の絶対値は、5度よりも大きく85度よりも小さいことが好ましい。第2角度θ2は、10度よりも大きく80度よりも小さいことが、さらに好ましい。第1磁化方向11pmと第2磁化方向12pmとの間の角度の絶対値は、45度以上135度以下であることが好ましい。第1磁化方向11pmと第2磁化方向12pmとの間の角度の絶対値は、80度以上100度以下であることがさらに好ましい。第2磁化方向12pmと第1方向D1(Z軸方向)との間の角度の絶対値は、80度以上100度以下であることが好ましい。
実施形態において、第2磁性面状領域12pは、第1磁性面状領域11pの材料とは異なる材料を含んでも良い。異なる材料が用いられることで、例えば、これらの領域のそれぞれの界面において、高い効率で反射する電磁波の周波数帯域を互いに異ならせることが容易になる。例えば、高い減衰特性が得られる電磁波の周波数帯域を広げることができる。
既に説明したように、実施形態において、非磁性膜と磁性膜との界面において、電磁波の反射が起こる。これは、これらの膜におけるインピーダンスの差に基づく。導電膜(金属膜)における電磁波に対するインピーダンスは、(jωμ/σ)1/2で表される。「j」は、虚数単位である。「ω」は、電磁波の角周波数である。「μ」は、金属膜の透磁率である。「σ」は、金属膜の導電率である。非磁性膜においては、透磁率μは、1である。一方、磁性膜においては、透磁率μは、1よりも大きい。透磁率μは、図3(a)、図3(b)、及び、図6(a)〜図6(f)に例示したような、外部磁界−磁化の特性の傾きに対応する。電磁波の磁界成分が磁性膜の困難軸方向に沿う(磁化容易軸方向と直交する)ときに、透磁率μは1を超える。このときに、非磁性膜と磁性膜との間におけるインピーダンスの差が大きくなる。これにより、非磁性膜と磁性膜との間の界面で、電磁波の反射率が高くなり、非磁性膜と磁性膜との間の界面での多重反射が起こる。これにより、電磁波の透過率が低くなる。すなわち、透過する電磁波が、減衰する。電磁波の周波数が磁性膜のFMR共鳴周波数に近づくと、透磁率μは飛躍的に大きくなる。このときに、減衰性能は飛躍的に高くなる。
以下、磁性膜と非磁性膜とを含む積層膜における電磁波に対する減衰特性の例について説明する。
図7は、半導体装置の特性を例示するグラフである。
図7は、第1構成(実線)、及び、第2構成(破線)における減衰特性のシミュレーション結果を示す。第1構成においては、磁性膜と非磁性膜とが積層される。第2構成においては、1つの非磁性膜(Cu膜)だけが設けられ、磁性膜は設けられていない。第1構成においては、2つのCu膜の間にCoZrNb膜が設けられる。2つのCu膜のそれぞれの厚さは、400nmである。Cu膜において、導電率σは、5.8×10S/mであり、透磁率μは1である。CoZrNb膜の厚さは、200nmである。CoZrNb膜において、以下の値が用いられた。導電率σは8.3×10S/mであり、飽和磁化Msは1Tであり、異方性磁界Hkは800A/mであり、ダンピング定数αは、0.01である。一方、第2構成においては、Cu膜の厚さは1μmである。第1構成における合計の厚さは、1μmであり、第2構成における厚さと同じである。
図7の横軸は、周波数f(MHz)である。縦軸は、減衰性能MSE(dB)である。減衰性能MSEは、入射電磁波の磁界の振幅に対する、透過電磁波の磁界の振幅の比の対数の20倍である。
図7から分かるように、第1構成(実線)において、第2構成(破線)よりも高い減衰性能MSEが得られる。実施形態のように、磁性膜と非磁性膜とを含む積層膜により、高い減衰性能MSEが得られる。
図8は、半導体装置の特性を例示するグラフである。
図8は、CoZrNb膜における吸収率(破線)と、Cu膜とCoZrNb膜との間の界面における透過率(実線)と、のシミュレーション結果を示す。図8において横軸は、周波数f(MHz)である。縦軸は、吸収率(または透過率)A/Tを示す。
図8に示すように、CoZrNb膜における吸収率(または透過率)A/Tは、周波数fの変化に対して単調に変化する。これに対して、Cu膜とCoZrNb膜との間の界面における透過率は、極値を有する特異的な変化を示す。この極値は、図7の実線で例示した減衰性能MSEのピークに対応する。このことから、図7の実線で例示した減衰性能MSEは、Cu膜とCoZrNb膜との間の界面における透過率の減少に基づくことが分かる。上記のように、この透過率の減少は、非磁性膜と磁性膜との間の界面における反射に基づいている。このような反射により、高い減衰性能MSEが得られる。磁性膜の透磁率μの増大により、非磁性膜と磁性膜との間の界面における反射率が上昇し、反射率の上昇に伴って減衰性能MSEが高くなる。
実施形態においては、第1〜第4側面部分10a〜10dのそれぞれにおいても、磁性膜(領域)と非磁性膜(領域)と、が設けられる。以下、第1〜第4側面部分10a〜10dの例について説明する。
図9(a)〜図9(d)は、半導体装置の一部を例示する模式的断面図である。
図9(a)に示すように、第1部材10(第1側面部分10a)は、第1非磁性側面領域21aと、第1磁性側面領域11aと、第2非磁性側面領域22aと、を含む。第1非磁性側面領域21aは、第3方向D3(この例ではX軸方向)において、半導体素子50から離れる。第1非磁性側面領域21aは、例えば、第1非磁性面状領域21pと連続する。第1磁性側面領域11aは、第3方向D3において、第1非磁性側面領域21aと半導体素子50との間に設けられる。第1磁性側面領域11aは、例えば、第1磁性面状領域11pと連続する。第2非磁性側面領域22aは、第3方向D3において、第1磁性側面領域11aと半導体素子50との間に設けられる。第2非磁性側面領域22aは、第2非磁性面状領域22pと連続する。
この例では、第1部材10(第1側面部分10a)は、第1他磁性側面領域12aと、第1他非磁性側面領域23aと、をさらに含む。第1他磁性側面領域12aは、第3方向D3において、第2非磁性側面領域22aと半導体素子50との間に設けられる。第1他磁性側面領域12aは、例えば、第2磁性面状領域12pと連続する。第1他非磁性側面領域23aは、第3方向D3において、第1他磁性側面領域12aと半導体素子50との間に設けられる。第1他非磁性側面領域23aは、例えば、第3非磁性面状領域23pと連続する。
図9(b)に示すように、第1部材10(第2側面部分10b)は、第3非磁性側面領域21bと、第2磁性側面領域11bと、第4非磁性側面領域22bと、を含む。第3非磁性側面領域21bは、第2方向D2において、半導体素子50から離れる。第3非磁性側面領域21bは、例えば、第1非磁性面状領域21pと連続する。第2磁性側面領域11bは、第2方向D2において、第非磁性側面領域21bと半導体素子50との間に設けられる。第2磁性側面領域11bは、例えば、第1磁性面状領域11pと連続する。第4非磁性側面領域22bは、第2方向D2において第磁性側面領域11bと半導体素子50との間に設けられる。第4非磁性側面領域22bは、例えば、第2非磁性面状領域22pと連続する。
この例では、第1部材10(第2側面部分10b)は、第2他磁性側面領域12bと、第2他非磁性側面領域23bと、をさらに含む。第2他磁性側面領域12bは、第2方向D2において、第4非磁性側面領域22bと半導体素子50との間に設けられる。第2他磁性側面領域12bは、例えば、第2磁性面状領域12pと連続する。第2他非磁性側面領域23bは、第2方向D2において、第2他磁性側面領域12bと半導体素子50との間に設けられる。第2他非磁性側面領域23bは、例えば、第3非磁性面状領域23pと連続する。
図9(c)に示すように、第1部材10(第3側面部分10c)は、第5非磁性側面領域21cと、第3磁性側面領域11cと、第6非磁性側面領域22cと、を含む。第3方向D3において、第2非磁性側面領域22aと第5非磁性側面領域21cとの間に、半導体素子50が位置する。第3方向D3において、第5非磁性側面領域21cと半導体素子50との間に第3磁性側面領域11cが位置する。第3方向D3において、第3磁性側面領域11cと半導体素子50との間に、第6非磁性側面領域22cが位置する。第5非磁性側面領域21cは、例えば、第1非磁性面状領域21pと連続する。第3磁性側面領域11cは、例えば、第1磁性面状領域11pと連続する。第6非磁性側面領域22cは、例えば、第2非磁性面状領域22pと連続する。
この例では、第1部材10(第3側面部分10c)は、第3他磁性側面領域12cと、第3他非磁性側面領域23cと、をさらに含む。第3方向D3において、第6非磁性側面領域22cと半導体素子50との間に、第3他磁性側面領域12cが位置する。第3方向D3において、第3他磁性側面領域12cと半導体素子50との間に、第3他非磁性側面領域23cが位置する。第3他磁性側面領域12cは、例えば、第2磁性面状領域12pと連続する。第3他非磁性側面領域23cは、例えば、第3非磁性面状領域23pと連続する。
図9(d)に示すように、第1部材10(第4側面部分10d)は、第7非磁性側面領域21dと、第4磁性側面領域11dと、第8非磁性側面領域22dと、を含む。第2方向D2において、第3非磁性側面領域21bと第7非磁性側面領域21dとの間に、半導体素子50が位置する。第2方向D2において、第7非磁性側面領域21dと半導体素子50との間に第4磁性側面領域11dが位置する。第2方向D2において、第4磁性側面領域11dと半導体素子50との間に第8非磁性側面領域22dが位置する。第7非磁性側面領域21dは、例えば、第1非磁性面状領域21pと連続する。第4磁性側面領域11dは、例えば、第1磁性面状領域11pと連続する。第8非磁性側面領域22dは、例えば、第2非磁性面状領域22pと連続する。
この例では、第1部材10(第4側面部分10d)は、第4他磁性側面領域12dと、第4他非磁性側面領域23dと、をさらに含む。第2方向D2において、第8非磁性側面領域22dと半導体素子50との間に第4他磁性側面領域12dが位置する。第2方向D2において、第4他磁性側面領域12dと半導体素子50との間に、第4他非磁性側面領域23dが位置する。第4他磁性側面領域12dは、例えば、第2磁性面状領域12pと連続する。第4他非磁性側面領域23dは、例えば、第3非磁性面状領域23pと連続する。
このように、第1〜第4側面部分10a〜10dのそれぞれにおいて、磁性膜(領域)と非磁性膜(領域)と、が設けられることにより、X−Y平面内の方向に沿って進行する電磁波の透過率を低減できる。電磁波の減衰特性をさらに向上できる。
側面部分において、2つ(複数)の磁性膜(領域)における磁化の方向は、互いに交差しても良い。これにより、任意の波面を有する電磁波の透過率を低減できる。
実施形態において、第1部材10は、1つの磁性膜と、1つの非磁性膜と、を含んでも良い。例えば、第1部材10は、非磁性面状領域と、第1磁性面状領域11pと、を含む。この非磁性面状領域は、例えば、第1非磁性面状領域21p及び第2非磁性面状領域22pのいずれかである。第1磁性面状領域11pからこの非磁性面状領域に向かう方向は、半導体素子50からこの非磁性面状領域に向かう第1方向D1に沿う。この場合も、第1磁性面状領域11pは、第1方向D1と交差する第2方向D2に沿って延びる第1端部11paを含む。第1磁性面状領域11pの第1磁化方向11pmは、第2方向D2に対して傾斜する。
例えば、半導体チップ53の中の電磁波ノイズ源となる配線が、実質的に第1方向D1または第2方向D2に沿う場合には、発生する電磁波ノイズの磁界成分の方向は、実質的に第1方向D1または第2方向D2方向となる。このような場合、第1磁化方向11pmに対して平行な磁界成分を持つ電磁波は、実質的にない。このような場合において、高い減衰性能を得ることができる。
さらに、第1部材10は、第2磁性面状領域12pをさらに含んでも良い。第1方向D1において、非磁性面状領域(この場合は、第2非磁性面状領域22p)は、第1磁性面状領域11pと第2磁性面状領域12pとの間に位置する。第2磁性面状領域12pは、第2方向D2に沿って延びる第2端部12paを含む。第2磁性面状領域12pの第2磁化方向12pmは、第2方向D2に対して傾斜する。第2磁化方向12pmは、第1磁化方向11pmと交差する。
第1部材10に設けられる磁性膜または非磁性膜の数が少ない場合、第1部材10の厚さが薄くできる。これにより、半導体装置の厚さが薄くできる。
実施形態において、第1磁性面状領域11p及び第2磁性面状領域12pの少なくともいずれかは、Fe、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも1つを含む。第1磁性面状領域11p及び第2磁性面状領域12pの少なくともいずれかは、例えば、NiFe、CoZrNb、FeSi及びFeCoからなる群から選択された少なくとも1つを含む。
第1非磁性面状領域21p、第2非磁性面状領域22p及び第2非磁性面状領域22pの少なくともいずれかは、例えば、Cu、Al、Ni、Cr、Mn、Mo、Zr及びSiからなる群から選択された少なくとも1つを含む。
上記の磁性面状領域の1つの厚さ(Z軸方向に沿う長さ)は、例えば、10nm以上10μm以下である。上記の非磁性面状領域の1つの厚さ(Z軸方向に沿う長さ)は、例えば、10nm以上10μm以下である。
実施形態において、第1部材10の面状部分10pの厚さ(Z軸方向に沿う長さ)は、例えば、20nm以上20μm以下である。実施形態においては、磁性膜(領域)と非磁性膜(領域)とが設けられるため、面状部分10pの厚さが薄くても、高い減衰効果が得られる。実施形態に係る半導体装置において厚さを低減できる。
実施形態において、磁性面状領域における磁化方向に関する情報は、例えば、磁気Kerr顕微鏡観察などの手法により得られる。磁性面状領域における磁化方向に関する情報は、磁化測定によって得ても良い。例えば、振動試料型磁力計(VSM)などを用いることで、磁気ヒステリシス曲線を得ることができる。この特性から、磁化方向に関する情報が得られる。
実施形態に係る半導体装置の製造方法の例について、説明する。
製造方法は、半導体素子50を準備する工程と、半導体素子50の上に第1部材10を形成する工程と、を含む(図2(a)参照)。第1部材10は、非磁性面状領域(例えば、第1非磁性面状領域21p及び第2非磁性面状領域22pの少なくともいずれか)、及び、第1磁性面状領域11pを含む。第1磁性面状領域11pから上記の非磁性面状領域に向かう方向は、半導体素子50から上記の非磁性面状領域に向かう第1方向D1に沿う。第1磁性面状領域11pは、第1方向D1と交差する第2方向D2に沿って延びる第1端部11paを含む。第1磁性面状領域11pの第1磁化方向11pmは、第2方向D2に対して傾斜する(図2(c)参照)。
第1部材10は、第2磁性面状領域12をさらに含んでも良い。第1方向D1において、上記の磁性面状領域は、第1磁性面状領域11pと第2磁性面状領域12との間に位置する。第2磁性面状領域12pは、第2方向D2に沿って延びる第2端部12paを含む。第2磁性面状領域12pの第2磁化方向12pmは、第2方向D2に対して傾斜し、第1磁化方向11pmと交差する。
上記の製造方法において、第1磁性面状領域11pの形成は、第1磁性面状領域11pとなる膜を、第1磁場を印加しつつ堆積することを含む。第1磁場の方向は、例えば、第2方向D2に対して傾斜する。第1磁場の方向が、例えば、第1磁化方向11pmに対応する。
上記の製造方法において、第2磁性面状領域12pの形成は、第2磁性面状領域12pとなる膜を、第2磁場を印加しつつ堆積することを含む。第2磁場の方向は、例えば、第2方向D2に対して傾斜し、第1磁場の方向と交差する。第2磁場の方向が、例えば、第2磁化方向12pmに対応する。
実施形態は、以下の構成(例えば、技術案)を含んでも良い。
構成
半導体素子と、
第1部材と、
を備え、
前記第1部材は、
第1方向において前記半導体素子から離れた第1非磁性面状領域と、
前記第1方向において前記第1非磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第1磁性面状領域と、
前記第1方向において前記第1磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第2非磁性面状領域と、
を含み、
前記第1磁性面状領域は、前記第1方向と交差する第2方向に沿って延びる第1端部を含み、
前記第1磁性面状領域の第1磁化方向は、前記第2方向に対して傾斜した、半導体装置。
(構成2)
前記第1磁化方向と前記第2方向との間の角度は、5度よりも大きく85度よりも小さい、構成1記載の半導体装置。
(構成3)
前記第1磁化方向と前記第1方向との間の角度の絶対値は、80度以上100度以下である、構成1または2に記載の半導体装置。
(構成4)
前記第1部材は、
前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差した第3方向において前記半導体素子から離れた第1非磁性側面領域と、
前記第3方向において前記第1非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第1磁性側面領域と、
前記第3方向において前記第1磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2非磁性側面領域と、
をさらに含む、構成1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成5
前記第1部材は、
前記第2方向において前記半導体素子から離れた第3非磁性側面領域と、
前記第2方向において前記第非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2磁性側面領域と、
前記第2方向において前記第磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第4非磁性側面領域と、
をさらに含む、構成4記載の半導体装置。
(構成6)
前記第1部材は、
第5非磁性側面領域と、
第3磁性側面領域と、
第6非磁性側面領域と、
をさらに含み、
前記第3方向において、前記第2非磁性側面領域と前記第5非磁性側面領域との間に前記半導体素子が位置し、
前記第3方向において、前記第5非磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第3磁性側面領域が位置し、
前記第3方向において、前記第3磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第6非磁性側面領域が位置した、構成5記載の半導体装置。
(構成7)
前記第1部材は、
第7非磁性側面領域と、
第4磁性側面領域と、
第8非磁性側面領域と、
をさらに含み、
前記第2方向において、前記第3非磁性側面領域と前記第7非磁性側面領域との間に前記半導体素子が位置し、
前記第2方向において、前記第7非磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第4磁性側面領域が位置し、
前記第2方向において、前記第4磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第8非磁性側面領域が位置した、構成6記載の半導体装置。
(構成8)
前記第1部材は、
前記第1方向において前記第2非磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第2磁性面状領域と、
前記第1方向において前記第2磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第3非磁性面状領域と、
をさらに含み、
前記第2磁性面状領域は、前記第2方向に沿って延びる第2端部を含み、
前記第2磁性面状領域の第2磁化方向は、前記第2方向に対して傾斜し、前記第1磁化方向と交差した、構成1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成9)
前記第2磁化方向と前記第2方向との間の角度の絶対値は、5度よりも大きく85度よりも小さい、構成8記載の半導体装置。
(構成10)
前記第1磁化方向と前記第2磁化方向との間の角度の絶対値は、45度以上135度以下である、構成8または9に記載の半導体装置。
(構成11)
前記第2磁性面状領域は、前記第1磁性面状領域の材料とは異なる材料を含む、構成8〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成12)
前記第1部材は、
前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差した第3方向において前記半導体素子から離れた第1非磁性側面領域と、
前記第3方向において前記第1非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第1磁性側面領域と、
前記第3方向において前記第1磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2非磁性側面領域と、
前記第3方向において前記第2非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第1他磁性側面領域と、
前記第3方向において前記第1他磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第1他非磁性側面領域と、
をさらに含む、構成8〜11のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成13)
前記第1部材は、
前記第2方向において前記半導体素子から離れた第3非磁性側面領域と、
前記第2方向において前記第1非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2磁性側面領域と、
前記第2方向において前記第1磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第4非磁性側面領域と、
前記第2方向において前記第4非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2他磁性側面領域と、
前記第2方向において前記第2他磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2他非磁性側面領域と、
をさらに含む、構成12記載の半導体装置。
(構成14)
前記第1部材は、
第5非磁性側面領域と、
第3磁性側面領域と、
第6非磁性側面領域と、
第3他磁性側面領域と、
第3他非磁性側面領域と、
をさらに含み、
前記第3方向において、前記第2非磁性側面領域と前記第5非磁性側面領域との間に前記半導体素子が位置し、
前記第3方向において、前記第5非磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第3磁性側面領域が位置し、
前記第3方向において、前記第3磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第6非磁性側面領域が位置し、
前記第3方向において、前記第6非磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第3他磁性側面領域が位置し、
前記第3方向において、前記第3他磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第3他非磁性側面領域が位置した、構成13記載の半導体装置。
(構成15)
前記第1部材は、
第7非磁性側面領域と、
第4磁性側面領域と、
第8非磁性側面領域と、
第4他磁性側面領域と、
第4他非磁性側面領域と、
をさらに含み、
前記第2方向において、前記第3非磁性側面領域と前記第7非磁性側面領域との間に前記半導体素子が位置し、
前記第2方向において、前記第7非磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第4磁性側面領域が位置し、
前記第2方向において、前記第4磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第8非磁性側面領域が位置し、
前記第2方向において、前記第8非磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第4他磁性側面領域が位置し、
前記第2方向において、前記第4他磁性側面領域と前記半導体素子との間に前記第4他非磁性側面領域が位置した、構成14記載の半導体装置。
(構成16)
前記第2磁性面状領域は、前記第2非磁性面状領域及び前記第3非磁性面状領域と接した、構成12〜15のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成17)
前記第1磁性面状領域は、前記第1非磁性面状領域及び前記第2非磁性面状領域と接した、構成1〜16のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成18)
前記第1磁性面状領域は、Fe、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成1〜17のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成19)
前記第1磁性面状領域は、NiFe、CoZrNb、FeSi及びFeCoからなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成1〜9のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成20)
前記第1非磁性面状領域及び前記第2非磁性面状領域の少なくともいずれかは、Cu、Al、Ni、Cr、Mn、Mo、Zr及びSiからなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成1〜19のいずれか1つに記載の半導体装置。
実施形態によれば、電磁波の減衰特性を向上可能な半導体装置が提供できる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる半導体素子、半導体チップ、第1部材、磁性領域及び非磁性領域などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…第1部材、 10a〜10d…第1〜第4側面部分、 10p…面状部分、 11…第1磁性膜、 11a〜11d…第1〜第4磁性側面領域、 11p…第1磁性面状領域、 11pa…第1端部、 11pb、11pc、11pd…端部、 11pi…内側領域、 11pm…第1磁化方向、 11pr…外縁領域、 12…第2磁性膜、 12a〜12d…第1〜第4他磁性側面領域、 12p…第2磁性面状領域、 12pa…第2端部、 12pb、12pc、12pd…端部、 12pi…内側領域、 12pm…第2磁化方向、 12pr…外縁領域、 21…第1非磁性膜、 21a…第1非磁性側面領域、 21b…第3非磁性側面領域、 21c…第5非磁性側面領域、 21d…第7非磁性側面領域、 21p…第1非磁性面状領域、 22…第2非磁性膜、 22a…第2非磁性側面領域、 22b…第4非磁性側面領域、 22c…第6非磁性側面領域、 22d…第8非磁性側面領域、 22p…第2非磁性面状領域、 23…第3非磁性膜、 23a〜23d…第1〜第4他非磁性側面領域、 23p…第3非磁性面状領域、 50…半導体素子、 51…第1配線、 51a…第1電極、 51b…第1接続部、 51c…第1端子、 52…第2配線、 52a…第2電極、 52b…第2接続部、 52c…第2端子、 53…半導体チップ、 54…絶縁部、 55…端子、 60…基体、 θ1、θ2…第1、第2角度、 110、119a…半導体装置、 AA…矢印、 A/T…吸収率または透過率、 D1〜D3…第1〜第3方向、 Ha…外部磁界、 Han、Hap…特性、 M1…磁化、 MSE…減衰性能、 c1、c2…コーナ部、 f…周波数、 s1、s2…近傍領域

Claims (10)

  1. 半導体素子と、
    第1部材と、
    を備え、
    前記第1部材は、
    第1方向において前記半導体素子から離れた第1非磁性面状領域と、
    前記第1方向において前記第1非磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第1磁性面状領域と、
    前記第1方向において前記第1磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第2非磁性面状領域と、
    を含み、
    前記第1磁性面状領域は、前記第1方向と交差する第2方向に沿って延びる第1端部を含み、
    前記第1磁性面状領域の第1磁化方向は、前記第1方向に対して垂直な面内で、前記第2方向に対して傾斜した、半導体装置。
  2. 前記第1磁化方向と前記第2方向との間の角度は、5度よりも大きく85度よりも小さい、請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第1磁化方向と前記第1方向との間の角度の絶対値は、80度以上100度以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記第1部材は、
    前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差した第3方向において前記半導体素子から離れた第1非磁性側面領域と、
    前記第3方向において前記第1非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第1磁性側面領域と、
    前記第3方向において前記第1磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2非磁性側面領域と、
    をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
  5. 前記第1部材は、
    前記第2方向において前記半導体素子から離れた第3非磁性側面領域と、
    前記第2方向において前記第非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2磁性側面領域と、
    前記第2方向において前記第磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第4非磁性側面領域と、
    をさらに含む、請求項4記載の半導体装置。
  6. 前記第1部材は、
    前記第1方向において前記第2非磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第2磁性面状領域と、
    前記第1方向において前記第2磁性面状領域と前記半導体素子との間に設けられた第3非磁性面状領域と、
    をさらに含み、
    前記第2磁性面状領域は、前記第2方向に沿って延びる第2端部を含み、
    前記第2磁性面状領域の第2磁化方向は、前記面内で、前記第2方向に対して傾斜し、前記第1磁化方向と交差した、請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
  7. 前記第2磁化方向と前記第2方向との間の角度の絶対値は、5度よりも大きく85度よりも小さい、請求項6記載の半導体装置。
  8. 前記第1磁化方向と前記第2磁化方向との間の角度の絶対値は、45度以上135度以下である、請求項6または7に記載の半導体装置。
  9. 前記第2磁性面状領域は、前記第1磁性面状領域の材料とは異なる材料を含む、請求項6〜8のいずれか1つに記載の半導体装置。
  10. 前記第1部材は、
    前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と交差した第3方向において前記半導体素子から離れた第1非磁性側面領域と、
    前記第3方向において前記第1非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第1磁性側面領域と、
    前記第3方向において前記第1磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第2非磁性側面領域と、
    前記第3方向において前記第2非磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第1他磁性側面領域と、
    前記第3方向において前記第1他磁性側面領域と前記半導体素子との間に設けられた第1他非磁性側面領域と、
    をさらに含む、請求項6〜9のいずれか1つに記載の半導体装置。
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