JP7841326B2

JP7841326B2 - コイルデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP7841326B2
Application number: JP2022059139A
Authority: JP
Inventors: 陽平鳥井; 学吉野; 靖雄山口; 拓一郎蔀; 俊博今坂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2026-04-07
Anticipated expiration: 2042-03-31
Also published as: US20230352232A1; JP2023150177A; DE102023105522A1; CN116895455A

Description

本開示は、コイルデバイスおよびその製造方法に関する。

絶縁型コイルデバイスは１次コイルと絶縁部材を介して設けられた２次コイルとを有し、信号を伝送するコイルデバイスである。このようなコイルデバイスにおいて、絶縁部材としては例えば所望の絶縁耐圧に応じた膜厚のポリイミドが用いられている。このポリイミドの膜は熱によって硬化する際に収縮して変形しやすく、膜の上面にコイルを配置できる変形の少ない領域を得るためにはコイルデバイスのサイズを大きくしなければならないという問題を有していた。

特開２００８－２１８１２１においては、ポリイミド等の絶縁物の膜を介して設けられた１次側の電極（下部電極）及び２次次側の電極（上部電極）を有し、平面視において上部電極の周辺の絶縁物の膜面に溝が形成されている信号伝送デバイスが記載されている。

特開２００８－２１８１２１号公報

特許文献１に記載された技術は、１次側の電極である１次コイル及び２次次側の電極である２次コイルを有し、平面視においてコイルの外側の領域のポリイミドの膜面に溝が形成されているという構成を有するので、ポリイミドの収縮を抑制することが難しいことがある。

本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、ポリイミドの変形を抑制したコイルデバイスとその製造方法を提供することを目的とする。

本開示に係るコイルデバイスは、第１主面と第１主面に対向した第２主面とを有する基板と、第２主面から第１主面に向かう方向を第１方向とした場合に、基板の第１方向側に接して設けられた第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の第１方向側に接して設けられ、第１方向と逆向きに見た場合の平面視において渦巻状の導体膜である第１のコイル部と、第１のコイル部の第１方向側及び第１のコイル部が設けられていない第１の絶縁膜の第１方向側を覆うようにして設けられた第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の第１方向側に接して設けられ、平面視において渦巻状の導体膜である第２のコイル部と、第２の絶縁膜に１つ又は複数設けられ、平面視において第２のコイル部の外周端より内側の領域に、第２の絶縁膜の第１方向側の面に第１方向に幅を有する第１の溝と、を備えたものである。

本開示に係るコイルデバイスの製造方法は、第１主面と第１主面に対向した第２主面を有する基板に、第２主面から第１主面に向かう方向を第１方向とした場合に、基板に第１方向側で接する第１の絶縁膜を形成する第１の絶縁膜形成工程と、第１の絶縁膜形成工程の後、第１の絶縁膜に第１方向側で接し、第１方向と逆向きに見た場合の平面視において渦巻状の導体膜である第１のコイル部を形成する第１のコイル部形成工程と、第１のコイル部形成工程の後、第１のコイル部の第１方向側を覆い、第１のコイル部が設けられていない第１の絶縁膜に第１方向側で接する第２の絶縁膜を形成し、その後第２の絶縁膜の外周の形状を形成する第２の絶縁膜形成工程と、第２の絶縁膜形成工程の後、第２の絶縁膜に第１方向側で接し、平面視において渦巻状の導体膜である第２のコイル部を形成する第２のコイル部形成工程と、第２の絶縁膜形成工程の後、又は第２のコイル部形成工程の後、加熱して第２の絶縁膜を硬化させる焼き締め工程と、第２の絶縁膜形成工程後から焼き締め工程の前までの間に、平面視において第２のコイル部の外周端より内側の領域において、エッチングによって第２の絶縁膜の第１方向側の面に１つ又は複数の溝を形成する溝形成工程と、を備えたものである。

本開示によれば、平面視において第２の絶縁膜の第２のコイル部の外周端より内側の領域に溝を配置することによって第２の絶縁膜の収縮による応力を低減及び分散し、第２の絶縁膜の変形を低減した半導体装置を得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１の絶縁型コイルデバイスの平面図である。図１の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の絶縁型コイルデバイスの製造方法の一部を示すフロー図である。本発明の実施の形態１の第１の絶縁膜形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の１次コイル形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の第２の絶縁膜形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の第２の絶縁膜形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態１の２次コイル形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。絶縁型コイルデバイスの概要を示す平面図である。絶縁型コイルデバイスの概要を示す断面図である。本発明の実施の形態２の絶縁型コイルデバイスの平面図である。図１６の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の絶縁型コイルデバイスの平面図である。図１８の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の絶縁型コイルデバイスの製造方法の一部を示すフロー図である。本発明の実施の形態３の１次コイル形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の第２の絶縁膜形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の２次コイル及び溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の２次コイル及び溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の２次コイル及び溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の２次コイル及び溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の２次コイル及び溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の２次コイル及び溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態３の２次コイル及び溝形成工程の絶縁型コイルデバイスの断面図である。本発明の実施の形態４の絶縁型コイルデバイスの平面図である。

本開示においては、コイルデバイスのベースとなる基板のコイルが配置される側の面を上面である第１主面とし、第1主面に対向した面を下面である第２主面とする。又、第２主面から第１主面に向かう方向を第１方向（Ｚ方向）と定義する。さらに第１主面に平行な方向を第２方向（Ｘ方向）、Ｘ方向と直交し、かつ第１主面に平行な方向を第３方向（Ｙ方向）と定義する。従ってＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向はそれぞれ互いに直交している。又、コイルデバイスを構成する各々の膜についてはＺ方向において基板から遠い面を上面、近い面を下面と称する。又、平面視とは例えば、第１方向と逆向き、すなわち第１主面から第２主面に向かう方向から平面にして視た視方である。

実施の形態１
図１は、実施の形態１の絶縁型コイルデバイス１０１を示す平面図である。又、図２は絶縁型コイルデバイス１０１の図１における断面ＡーＡを示す断面図である。図２に示すように絶縁型コイルデバイス１０１は基板１を有する。基板１は上面である第１主面と第１主面に対向した下面である第２主面を有する。本開示においては、第２主面から第１主面に向かう方向を第１方向と定義して説明を行う。絶縁型コイルデバイス１０１はさらに、基板１に第１方向側で接して設けられた第１の絶縁膜２、第１の絶縁膜２に第１方向側で接して設けられた導電性の膜である１次コイル３、１次コイル３の第１次方向側を覆い、第１のコイル部が設けられていない第２の絶縁膜２に第１方向側で接して設けられた第２の絶縁膜４、第２の絶縁膜４の第１方向側の面に第１方向に幅を有して設けられた溝９、第２の絶縁膜４の第１方向側の面に接して設けられた導電性の膜である２次コイル５を有する。絶縁型コイルデバイス１０１は第２の絶縁膜４を介して配置された１次コイル３と２次コイル５の間の磁気的結合により信号伝達を行うデバイスである。

基板１はＸ方向及びＹ方向に平行な辺を有する矩形の外形を備えている。基板１はシリコン（Ｓｉ）で構成される。基板１は又は例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などで構成された基板であってもよく、あるいはガラス、セラミックスなどで構成された絶縁基板であってもよい。

第１の絶縁膜２は基板１の上面を覆うように接して設けられている。第１の絶縁膜２は半導体材料であるシリコン酸化膜（ＳｉО_２）で構成される。なお第１の絶縁膜２は例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）で構成されてもよい。

１次コイル３は図１においては第２の絶縁膜４の下、すなわち第１方向の逆側にあるため図示されていないが、図２に示すように、第１の絶縁膜２の上面に接して設けられ、平面視において図１で図示されている２次コイル５と同様の形状を有している。すなわち１次コイル３は第１の絶縁膜２の上面に接して設けられた導体膜であり、平面視において円形の渦巻状の形状の第１のコイル部８、平面視で第１のコイル部８の中央部に第１のコイル部８の一端と接続して配置され、電流が入力される第１電極６及び平面視で第１のコイル部８の外周部に第１のコイル部８の他端と接続して配置され、電流が出力される第２電極７によって構成される。１次コイル２の材質は例えばアルミニウム、銅などであり、導体膜の第１方向における幅は例えば０．１～１０μｍである。又第１のコイル部８の平面視における導体幅は例えば１～２０μｍである。

第２の絶縁膜４は１次コイル３と２次コイル５の間に耐圧保持用に形成された絶縁性を有する膜であり、膜厚を調整することで両コイル間に印可される高電圧に対応した所望の耐圧性能を得ることができる。第２の絶縁膜４は第１の絶縁膜２の上面の外形よりも内側の領域に接して設けられ、平面視において外周端にＸ方向及びＹ方向に平行な辺を有する矩形の外形を備えている。第２の絶縁膜４は例えば絶縁性の有機材料であるポリイミドで構成される。第２の絶縁膜４の上面には第１方向に幅を有する溝９が形成されている。この溝９については後述する。

２次コイル５は第２の絶縁膜４の上面に接して設けられ、１次コイル３と同様の構成を備える。すなわち、図１に示すように、２次コイル５は第２の絶縁膜２の上面に接して設けられた導体膜であり、平面視において円形の渦巻状の形状の第２のコイル部１２、平面視で第２のコイル部１２の中央部に第２のコイル部１２の一端と接続して配置され、電流が入力される第３電極１０及び平面視で第２のコイル部１２の外周部に第２のコイル部１２の他端と接続して配置され、電流が出力される第４電極１１によって構成される。２次コイル５の材質は例えばアルミニウム、銅などであり、導体膜の第１方向における幅は例えば０．１～１０μｍである。又第２のコイル部１２の平面視における導体幅は例えば１～２０μｍである。なお実施の形態１においては１次コイル３と２次コイル５は同じ平面形状を有するものとしたが、これに限定されず。コイルの機能を備えているものであれば異なる形状を有してもよく、又、材質や第１方向における幅が異なるものであってよい。

ここで溝９について説明する。実施の形態１において、溝９は図１に示すように平面視において第２のコイル部１２の外周端よりも内側に配置された第１の溝であって、第２のコイル部１２の渦巻状の内側と外側で隣り合う導体膜の間の領域に配置された溝９Ａと、第２のコイル部１２の外周端よりも外側の領域、すなわち第２の絶縁膜４の周縁部に配置された第２の溝である溝９Ｂを有する。溝９Ａ及び溝９Ｂはいずれも第２のコイル部１２に重ならない位置に配置されている。すなわち、第２のコイル部１２は溝９が設けられていない第２の絶縁膜の上面と溝９の底面との段差を跨ぐことがない構成となっている。さらに溝９Ａ及び溝９ＢはいずれもＸ方向又はＹ方向に平行な方向に延伸する直線部を有している。ここで、第２のコイル部１２の外周端とは、平面視において、第３電極１０の中心から絶縁型コイルデバイス１０１の端部に向かい任意の方向で直線状に見た場合に、最も半導体装置の端部に近い位置に位置する第２のコイル部１２を指す。外周端よりも内側とはその外周端と第３電極１０を結んだ線上において外周端と第３電極１０との間を指す。図１において溝９Ａ及び溝９Ｂはそれぞれ複数配置されているが１つであってもよい。

又、図２に示すように溝９Ａは、断面視において第２のコイル部１２の隣接する導体膜の間に配置されている。また、第２の絶縁膜４の第１方向における幅、すなわち第１の絶縁膜２との界面から第２の絶縁膜４の上面までのＺ方向の寸法をｄ１、第２の絶縁膜４の上面に設けられた溝９のＺ方向の幅をｄ２としたときに、ｄ２がｄ１の５０％以下となるように形成されている。このようにｄ２を小さくすることで第１のコイル部８と第２のコイル部１２の間の絶縁性の低下を抑制する効果を奏する。

続いて、実施の形態１の絶縁型コイルデバイス１０１の製造方法を記載する。図３は製造フローを示すフロー図である。又、図４～１３は図２で示した絶縁型コイルデバイス１０１の断面に対応し、各製造工程における同じ断面を示した断面図である。

まずステップ１で基板１の上面に接して第１の絶縁膜２を成膜する。図４はステップ１実施後の絶縁型コイルデバイス１０１の断面を示す断面図である。第１の絶縁膜２は例えば熱ＣＶＤ装置を利用した蒸着によって成膜することができる。

次にステップ２で第１の絶縁膜２の上面に接して１次コイル３を形成する。図５はステップ２実施後における絶縁型コイルデバイス１０１の断面を示す断面図である。１次コイル３は例えばまずスパッタ装置などを利用して部材となるアルミ、銅などの導電体の膜を第１の絶縁膜２の上面に成膜した後、写真製版のプロセス技術を用いて１次コイル３を形成する。写真製版とは膜の上面に感光性のレジストを付与した後に所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いてレジストを露光し、レジスト現像、エッチング、レジスト剥離を経てパターンを形成するプロセス技術である。ステップ２の写真製版においてエッチングは例えばドライエッチング又はウェットエッチングを用いる。

次にステップ３で１次コイル３が形成された第１の絶縁膜２の上面に接して第２の絶縁膜４を形成する。図６及び図７はステップ３における絶縁型コイルデバイス１０１の断面を示す断面図である。実施の形態１においては第２の絶縁膜４はポリイミドで構成される。第２の絶縁膜４の形成はまず絶縁型コイルデバイス１０１の上面の全面を覆うようにポリイミドを塗布する（図６）。その後、写真製版のプロセス技術を用いて第２の絶縁膜４の外周部を除去し、矩形の外周の形状を形成する（図７）。この写真製版のプロセス技術はステップ２において説明したものと同様であるが、ステップ３の写真製版においてエッチングは例えばドライエッチングを用いる。

次にステップ４で第２の絶縁膜４の上面に溝９を形成する。溝９は写真製版のプロセス技術によって形成される。図８～１２はステップ４における絶縁型コイルデバイス１０１の断面を示す断面図である。まず絶縁型コイルデバイス１０１の上面の全面を覆うようにポジ型の感光性を有するレジスト２０を塗布する（図８）。次に溝９のパターンが形成されたフォトマスク２１を用い、ＵＶでレジスト２０を露光する（図９）。次にレジスト２０を現像する。ここでレジスト２０の感光した領域が除去される（図１０）。次にエッチングでレジスト２０が除去された領域の第２の絶縁膜４を掘りこみ（図１１）、その後レジスト２０を除去する（図１２）。ステップ４の写真製版ではポリイミドをエッチングする際に例えば異方性ドライエッチングを用いる。

ステップ５では第２の絶縁膜４の上面に接して２次コイル５を形成する。図１３はステップ５実施後における絶縁型コイルデバイス１０１の断面を示す断面図である。２次コイル５はまず例えばスパッタ装置などを利用して部材となるアルミ、銅などの導電体の膜を第２の絶縁膜４の上面に成膜した後、２次コイル５のパターンが形成されたフォトマスクを用いた写真製版のプロセスによって形成される。この写真製版のプロセス技術はステップ２において説明したものと同様である。

ステップ６では、第２の絶縁膜４を熱硬化させ膜質を安定させるために高温で加熱する焼き締め（ベーク）を行う。ステップ６実施後の断面は図１３で示したものと同じである。

なお実施の形態１の説明では、ステップ４で溝９を形成し、次にステップ５で２次コイル５を形成し、最後にステップ６で焼き締めを行ったが、これらステップ４～６は焼き締めの前に溝形成を行えば、それぞれの順番は入れ替えてもよい。すなわち２次コイル５を形成後に溝９を形成してその後焼き締めを実施してもよく（ステップ５→ステップ４→ステップ６）、あるいは溝９を形成後に焼き締めを行いその後２次コイル５を形成してもよい（ステップ４→ステップ６→ステップ５）。

続いて実施の形態１の絶縁型コイルデバイス１０１の作用を説明する。まず溝９が配置されていない場合の絶縁型コイルデバイスについて図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は焼き締め工程において、高温で焼き締めする際の絶縁型コイルデバイスの概略を示す平面図、図１５は図１４のＢ－Ｂ断面を示す断面図である。なお簡略化のため、図１４及び図１５においては２次コイル５は図示していない。絶縁型コイルデバイスにおいては、前述した製造工程のステップ６において高温での焼き締め（ベーク）を行う際に第２の絶縁膜４の硬化収縮が生じる。硬化収縮によってＸＹ方向については図１４に示すように平面視で第２の絶縁膜４の外周端から第２の絶縁膜４の中央部に向かう応力Ｆ１が発生する。又Ｚ方向については図１５に示すように断面視で第２の絶縁膜４の上面から第１の絶縁膜２に向かう方向の応力Ｆ２が発生する。これらＦ１、Ｆ２を収縮応力とする。

第２の絶縁膜４の硬化は周縁部が先に高温になるために周縁部から中央部へと進行することが複合し、収縮応力が大きくなると図１５に示すように第２の絶縁膜４が焼き締め前は点線で示す形状であったのに対して、周縁部がＺ方向に凸形状に盛り上がる変形が発生することがある。その結果、第２の絶縁膜４の上面の変形が生じていない領域である平坦領域２２が平面視において第２の絶縁膜４の中央部に向かって縮小する。

実施の形態１においては、溝９を設けることによって第２の絶縁膜４の平均膜厚を縮小し、収縮応力Ｆ１及びＦ２を低減する。そして溝９を第２のコイル部１２の外側だけではなく、第２のコイル部１２の外周端よりも内側の領域にも配置することによって、収縮応力Ｆ１及びＦ２の低減効果をさらに大きくし、第２の絶縁膜４の変形を抑制することができる。又、それと同時に溝９をＸ方向及びＹ方向に延伸する直線部を有して形成することによって、第２の絶縁膜４の上面側を分割し、収縮応力Ｆ１を分散する。そしてその結果、変形による平坦領域２２の縮小をさらに抑制することが可能となる。

続いて実施の形態１の絶縁型コイルデバイス１０１の効果を説明する。絶縁型コイルデバイスにおいては第２の絶縁膜４の上面に２次コイル５を配置するためには、上面が変形なく平坦な面であることが必要となる。しかしながら焼き締め時の周縁部の変形が発生した場合、それによって平坦領域２２が縮小する分だけ、あらかじめ絶縁型コイルデバイスのサイズを大きくしなければならないという問題を有していた。実施の形態１の絶縁型コイルデバイス１０１においては上記したように溝９を第２のコイル部１２の外周より内側にも配置することで第２の絶縁膜４の変形を低減する。これによって２次コイル５を設けることができる平坦領域２２の縮小を抑制することが可能となり、デバイスのサイズの増大を抑制し、小型化が可能となる効果を奏する。又、溝９を第２の絶縁膜４の矩形の外形の外周端に平行な方向であるＸ方向及びＹ方向に延伸する直線部を有して形成することによって、第２の絶縁膜４の収縮応力を分散し、第２の絶縁膜４の変形をさらに低減して平坦領域２２の縮小を抑制する。又、溝９を第２のコイル部１２の外周より内側の領域に配置する際に第２のコイル部１２と交差しないように形成することで、溝９の段差部における第２のコイル部１２の薄膜化を低減し、断線又は電気抵抗の増加を抑制することができる。

実施の形態１において第２の絶縁膜４は平面視においてＸ方向及びＹ方向に平行な辺を有する矩形であり、第２のコイル部１２の外周端よりも内側に配置された第１の溝である溝９Ａ及び第２のコイル部１２の外周端よりも外側に配置された第２の溝である溝９ＢはＸ方向及びＹ方向に平行な部分を有していた。コイルデバイスを外形の加工性やその後の実装作業性等を考慮して矩形の外形とし、それに合わせて第２の絶縁膜４も矩形とすると製造作業性が良い場合がある。しかし第２の絶縁膜４は矩形に限定されず、任意の形状でよい。又、第２の絶縁膜４は矩形を含めて任意の形状である場合において、溝９Ａ又は溝９Ｂの少なくとも一方を平面視においてそれぞれがその溝と最も近い部分の第２の絶縁膜４の外周端と同方向に並行して延伸する部分を有するものとすれば、第２の絶縁膜４の外周端から中央部へと向かう収縮応力を分散し、第２の絶縁膜４の変形をさらに抑制する効果を奏する。

実施の形態２
実施の形態１においては第２の絶縁膜４の外形が矩形であり、第２の絶縁膜４の上面に第２の絶縁膜４の外形の辺と平行方向に延伸する溝９が形成された絶縁型コイルデバイス１０１について説明した。実施の形態２においては、第２のコイル部の渦巻状の内側と外側で隣り合う導体膜間の領域に渦巻状の溝１３が形成された絶縁型コイルデバイス１０２について説明する。

図１６は、実施の形態２の半導体装置である絶縁型コイルデバイス１０２の平面図を示す。又図１７は絶縁型コイルデバイス１０２の図１６における断面Ｃ―Ｃの断面図を示す。図１６及び図１７に示すように絶縁型１０２コイルデバイスは実施の形態１の絶縁型コイルデバイス１０１と同様に基板１の上面に設けられた第１の絶縁膜２、第１の絶縁膜２の上面に接して渦巻状に形成された導電膜である１次コイル３、１次コイル３の上面側を覆い、第１のコイル部が設けられていない第２の絶縁膜２の上面側で接して設けられた第２の絶縁膜４、第２の絶縁膜４の上面に接して渦巻状に形成された導電膜である２次コイル５を有する。さらに絶縁型コイルデバイス１０２は実施の形態１と同様に第２の絶縁膜４の上面に第２のコイル部１２の外周端よりも内側に配置された第１の溝である溝１３が断面視において第２のコイル部１２の隣接する導体膜の間に設けられる。しかし実施の形態１と異なり、溝１３は平面視において第２のコイル部１２の渦巻状の内側と外側で隣り合う導体膜の間に渦巻状に形成されている。なお溝１３は渦巻状であれば途中で分断されていてもよい。また絶縁型コイルデバイス１０２においては第２の絶縁膜４の外形が第２のコイル部１２の外周端に沿った形となっている。

実施の形態２の絶縁型コイルデバイス１０２の製造方法は実施の形態１で示した製造方法と同じであり、以下の２点を変更すればよい。１点目はステップ３の第２の絶縁膜形成工程において、第２の絶縁膜４の外形を矩形ではなく第２のコイル部１２の外周端に沿った形とすることである。これはステップ３の工程で使用するフォトマスクを対応したものに変更すればよい。２点目はステップ４の溝形成工程において、Ｘ方向又はＹ方向に平行な溝９ではなく、渦巻状の溝１３を形成することである。これはステップ４の工程で使用するフォトマスクを対応したものに変更すればよい。

続いて実施の形態２の絶縁型コイルデバイス１０２の作用と効果を説明する。絶縁型コイルデバイス１０２においては第２のコイル部１２の断面視で隣り合う導体膜間に渦巻状の溝１３が形成することにより、第２の絶縁膜４の平均膜厚をより縮小すると同時に第２の絶縁膜４の上面を第２のコイル部１２の巻き数に従って細かく分割することができることができる。これによって第２の絶縁膜４の収縮応力をさらに低減、分散し、変形を抑制する作用をもたらす。また第２の絶縁膜４の外形を第２のコイル部１２の外周端に沿った形とすることで、第２の絶縁膜４の第２のコイル部１２の外周端より外側の領域で発生する収縮応力を低減することができる。そしてその効果として２次コイル５を設けることが可能な平坦な領域の縮小を抑制することができ、デバイスのサイズの増大を抑制し、小型化が可能となる効果を奏する。

実施の形態３
実施の形態３の半導体装置である絶縁型コイルデバイス１０３について説明する。実施の形態３は実施の形態２の変形例である。図１８は、絶縁型コイルデバイス１０３の平面図を示す。又図１９は絶縁型コイルデバイス１０３の図１８における断面Ｄ―Ｄの断面図を示す。絶縁型コイルデバイス１０３において、第２のコイル部１２の外周端よりも内側に配置された第１の溝である溝１４は平面視において第２のコイル部１２の渦巻状の内側と外側で隣り合う導体膜間の領域に渦巻状に形成されており、又第２の絶縁膜４の外形は第２のコイル部１２の外周端に沿った形となっている。実施の形態３は溝１４及び２次コイルの製造工程が実施の形態２と異なっており、それに伴って図１９に示すように断面視において第１方向に直交する方向における溝１４の幅は、第１方向に直交する方向における第２のコイル部１２の隣接する導体膜の間の幅と同じである。

実施の形態３の絶縁型コイルデバイス１０３の製造方法を記載する。図２０は製造フローを示す。又、図２１～２９は図１９で示した絶縁型コイルデバイス１０３の断面に対応し、各製造工程における同じ個所の断面を示した断面図である。

ステップ１で基板１の一方の面に第１の絶縁膜２を成膜する。次にステップ２で第１の絶縁膜２の上に１次コイル３を形成する。図２１はステップ２実施後における絶縁型コイルデバイス１０３の断面を示す断面図である。ステップ１～２の製造工程は実施の形態１におけるステップ１～２と同様のため、詳細な説明は省略する。

次にステップ３で１次コイル３が形成された第１の絶縁膜２の上面に第２の絶縁膜４を形成する。図２２はステップ３実施後における絶縁型コイルデバイス１０３の断面を示す断面図である。ステップ３の製造工程は実施の形態１におけるステップ３と同様であるが実施の形態２と同様、第２の絶縁膜４の外形を矩形ではなく第２のコイル部１２の外周端に沿った形とする。これはステップ３で使用するフォトマスクを対応したものに変更すればよい。

次にステップ４で第１の絶縁膜２の上面に２次コイル５と溝１４を形成する。このステップ４は実施の形態１及び実施の形態２と異なるため、以下で図を用いて詳細に説明する。

まず例えばスパッタ装置などを利用して２次コイル５の部材となるアルミ、銅などの導電膜２３を絶縁型コイルデバイス１０３の上面の全面に成膜する（図２３）。

次に導電膜２０の上面全面に感光性のレジスト２４を塗布する（図２４）。そして２次コイル５のパターンが形成されたフォトマスク２５を用いてレジスト２４を露光する（図２５）。その後、レジスト２４を現像して光が照射された領域のレジスト２４を除去する（図２６）。

次に第１のエッチング工程により、レジスト２４が除去された領域の導電膜２３を除去する。その結果、除去されなかった導電膜２３によって２次コイル５が形成される。この第１のエッチング工程で使用されるエッチングでは第２の絶縁膜３は除去されない。従ってこの時点において、平面視で２次コイル５となった導体膜２３以外の領域には第２の絶縁膜３が露出した状態となっている（図２７）。

次に第２のエッチング工程により、レジスト２４が除去された領域の第２の絶縁膜３の上面を掘りこみ、溝１４を形成する。なお第２のエッチング工程で使用されるエッチングでは２次コイル５の導電膜２３は除去されない。従って断面視において溝１４の幅が第２のコイル部１２の隣り合う導体膜間の寸法と等しい状態となっている（図２８）。その後レジスト２４を除去する（図２９）。

最後にステップ５として焼き締めを行って第２の絶縁膜４を硬化させる。焼き締めの後の絶縁型コイルデバイス１０３の断面は図２９で示したものと同じである。このステップ５の焼き締めのプロセスは実施の形態１のステップ６と同じものでよい。

実施の形態３においては、実施の形態２と同様に、第２のコイル部１２の隣り合う導体膜間に渦巻状の溝１４が形成されることにより、第２の絶縁膜４の収縮応力をさらに低減、分散化し、変形を抑制する作用をもたらす。また第２の絶縁膜４の外形が第２のコイル部１２の外周端に沿った形とすることで、第２の絶縁膜４の２次コイル５より外側の領域からの収縮応力を低減することができる。そしてその効果として２次コイル５を設けることが不可能な領域を縮小することができ、デバイスのサイズの小型化が可能となる効果を奏する。そして上記の効果に加え、２次コイル５と溝１４の形成工程を変更することによって、実施の形態１及び２と比較し、２次コイル５と溝１４の形成におけるレジスト付与、露光及び現像工程を２回から１回に低減するとともに、２セット使用していたフォトマスクを１セットにすることが可能となり、工期の短縮、製造コストの削減の効果を奏する。

なお上記のプロセスとは異なるプロセスでも同様の結果が得られる。例えばその１つ目の方法は、第１のエッチングでレジスト２４が形成されていない領域の導電膜２３及び第２の絶縁膜４を同時にエッチングする方法である。これは導電膜２３及び第２の絶縁膜４の両方をエッチングできるプロセスで第１のエッチングを実施すればよい。この方法であれば第２のエッチング工程が不要となる。また２つ目の方法では、まず第１のエッチング工程で２次コイル５を形成した後、レジスト２４を除去する。そしてその後、導電膜２３で形成された２次コイル５をレジストの代替として、第２の絶縁膜４に対し第２のエッチングを行えばよい。第２のエッチングを導電膜２３が除去されないプロセスで実施すればこのプロセスでも同様の形態を実現することができる。これらの内、どのプロセスを採用するかは導電膜２３及び第２の絶縁膜の部材の種類、製造装置の仕様、能力、あるいはプロセスにかかるコスト等によって最適な方を選択すればよい。

実施の形態４
実施の形態４の半導体装置である絶縁型コイルデバイス１０４について説明する。図３０は絶縁型コイルデバイス１０４の平面図を示す。図３０に示すように絶縁型コイルデバイス１０４は実施の形態１と同様に基板１、基板１の一方の面に設けられた第１の絶縁膜２、酸化膜２の上面に導電膜で形成された１次コイル３、１次コイル３と第１の絶縁膜２の上面の１次コイル３が設けられていない領域とを覆うように形成された第２の絶縁膜４、第２の絶縁膜４の上面に導電膜で形成された２次コイル５を有する。そして実施の形態４においてはさらに第２の絶縁膜４の上面に溝１５が第２のコイル部１２の外周端よりも内側に配置された第１の溝と第２のコイル部１２の外周端よりも外側に配置された第２の溝の両方を兼ね備えて設けられている。図３０において溝１５は複数配置されているが１つであってもよい。そして２次コイル５の第２のコイル部１２は溝１５が設けられていない第２の絶縁膜４の上面と溝１５の底面との段差を跨いで設けられている。

実施の形態４においては溝１５の段差を跨いで第２のコイル部１２が形成されるため、段差部での断線や薄膜化による抵抗増加の抑制を目的として、第２のコイル部１２の第１方向の幅を大きくする対応や、溝１５の第１方向の幅を小さくする対応を行ってもよい。例えば、第２のコイル部１２の第１方向の幅を溝１５の第１方向の幅と同じかそれより大きくしてもよい。

実施の形態４においては、実施の形態１と同様に、溝１５を第２のコイル部１２の外周端より内側の領域にも配置することによって、収縮応力の低減、分散効果を大きくし、第２の絶縁膜４の変形を抑制することができる。さらに実施の形態４においては２次コイル５の形状に関係なく、溝１５を配置することができる。例えば溝１５の形状や幅について、製造効率やコストにおいてメリットのあるものに自由に変更することができる。

実施の形態４の図３０では第２の絶縁膜４は平面視においてＸ方向及びＹ方向に平行な辺を有する矩形であった。又、溝１５はＸ方向及びＹ方向に延伸するように設けられていた。しかし第２の絶縁膜４は矩形に限定されず、任意の形状でよい。又、第２の絶縁膜４が矩形を含めて任意の形状である場合において、溝１５を平面視において溝１５と最も近い部分の第２の絶縁膜４の外周端と同方向に並行して延伸する部分を有するものとすれば、第２の絶縁膜４の外周端から中央部へと向かう収縮応力を分散し、第２の絶縁膜４の変形をさらに抑制する効果を奏する。

なお本開示の実施の形態１～４において、第１のコイル部８及び第２のコイル部１２はコイルの機能を有するものであれば円形に限定されず、渦巻状であればよい。又、渦巻状以外にも、円形、多角形または円形および多角形を組み合わせた形状でもよい。又第１のコイル部８及び第２のコイル部１２の形状は異なっていてもよい。さらに第１電極６及び第３電極１０をそれぞれ第１のコイル部８及び第２のコイル部１２の中央部に、又第２電極７及び第４電極１１をそれぞれ第１のコイル部８及び第２のコイル部１２の渦巻状の外周部に配置しているが、各々の配置位置についてはこれに限定されず、第１電極６と第２電極７及び第３電極１０と第４電極１１がそれぞれ第１のコイル部８及び第２のコイル部１２を介して電気的に接続されていればよい。

又、第２のコイル部１２の外周端より内側の領域と外側の領域において各実施の形態で設けた溝を組み合わせてもよい。すなわち第２のコイル部１２の外周端よりも内側に配置された第１の溝と第２のコイル部１２の外周端よりも外側に配置された第２の溝の各々の形態を組み合わせることが可能である。

そのような第１の溝と第２の溝の組み合わせの一例を説明する。実施の形態１では第２の絶縁膜４を矩形の外形とし、第２のコイル部１２の外側の領域に第２の溝である溝９Ｂを配置した。又実施の形態２では第２の絶縁膜４を第２のコイル部１２の外周端に沿ったものとし、第２のコイル部１２の外周端より内側に第１の溝である渦巻状の溝１３を配置した。例えばこれらを組み合わせて、第２の絶縁膜４をＸ方向及びＹ方向の辺を有する矩形の外形とし、第２のコイル部１２の内側の領域に渦巻状の第１の溝である溝１３を配置する一方で、第２のコイル部１２の外側の領域にＸ方向又はＹ方向に平行な第２の溝である溝９Ｂを配置してもよい。

又、第１の溝と第２の溝の組み合わせの別の一例を説明する。例えば実施の形態１や実施の形態４で示した形態において、第２の絶縁膜４の外形を第２のコイル部１２に沿ったものとしてもよい。この場合、第２のコイル部１２の外側の領域に第２の絶縁膜４が存在しないので、実施の形態２や実施の形態３と同様に第２の溝も存在しないこととなる。

本開示のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものである。そ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。また各実施の形態は組み合わせすることが可能である。また、本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

１０１、１０２、１０３、１０４絶縁型コイルデバイス、１基板、２第１の絶縁膜、３１次コイル、４第２の絶縁膜、５２次コイル、８第１のコイル部、９、１３、１４、１５溝、１２第２のコイル部、２０、２４レジスト、２３導体膜

Claims

第１主面と前記第１主面に対向した第２主面を有する基板に、前記第２主面から前記第１主面に向かう方向を第１方向とした場合に、前記基板に前記第１方向側で接する第１の絶縁膜を形成する第１の絶縁膜形成工程と、
前記第１の絶縁膜形成工程の後、前記第１の絶縁膜に前記第１方向側で接し、前記第１方向と逆向きに見た場合の平面視において渦巻状の導体膜である第１のコイル部を形成する第１のコイル部形成工程と、
前記第１のコイル部形成工程の後、前記第１のコイル部の前記第１方向側を覆い、前記第１のコイル部が設けられていない前記第１の絶縁膜に前記第１方向側で接するポリイミドで構成される第２の絶縁膜を形成し、その後前記第２の絶縁膜の外周の形状を形成する第２の絶縁膜形成工程と、
前記第２の絶縁膜形成工程の後、前記第２の絶縁膜に前記第１方向側で接し、前記平面視において渦巻状の導体膜であり、前記第１のコイル部との間で信号を伝達する第２のコイル部を形成する第２のコイル部形成工程と、
前記第２の絶縁膜形成工程の後、又は前記第２のコイル部形成工程の後、加熱して前記第２の絶縁膜を硬化させる焼き締め工程と、
前記第２の絶縁膜形成工程後から前記焼き締め工程の前までの間に、前記平面視において前記第２のコイル部に対応する領域の外周端より内側の領域において、エッチングによって前記第２の絶縁膜の前記第１方向側の面に前記第１方向に深さを有する１つ又は複数の第１の溝を形成する溝形成工程と、を備えたコイルデバイスの製造方法。
前記溝形成工程は、前記第２の絶縁膜形成工程の後に実施され、
前記第２のコイル部形成工程は前記溝形成工程の後に実施される、請求項１に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第１の溝と前記第２のコイル部とを重ならない位置に設ける請求項１又は請求項２に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記第２のコイル部形成工程は、前記第２の絶縁膜の前記第１方向側の面に導体膜を形成し、前記導体膜の上面に前記第２のコイル部の形状のレジストを形成し、前記平面視において前記レジストと重ならない領域の前記導体膜をエッチングによって除去して前記第２のコイル部を形成する工程であり、
前記溝形成工程は、前記第２のコイル部形成工程の後に実施され、前記平面視において前記レジストと重ならない領域の第２の絶縁膜にエッチングによって前記第１の溝を形成する工程である、請求項１に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記第２のコイル部形成工程は、前記第２の絶縁膜の前記第１方向側の面に導体膜を形成し、前記導体膜の上面に前記第２のコイル部の形状のレジストを形成し、前記平面視において前記レジストと重ならない領域の前記導体膜をエッチングによって除去し、前記レジストを除去して前記第２のコイル部を形成する工程であり、
前記溝形成工程は、前記第２のコイル部形成工程の後に実施され、前記平面視において前記第２のコイル部と重ならない領域の第２の絶縁膜にエッチングによって前記第１の溝を形成する工程である、請求項１に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第２の絶縁膜は前記第１主面に平行な第２方向の辺と前記第２方向と直交する第３方向の辺からなる矩形の外形を有し、前記第１の溝は前記第２方向又は前記第３方向の内で少なくとも一方の方向と平行方向に延伸する直線部を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第１の溝はそれぞれが前記第１の溝と最も近い部分の前記第２の絶縁膜の外周端と同方向に並行して延伸する部分を有する請求項１～６のいずれか１項に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第１の溝は渦巻状である請求項１～５のいずれか１項に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記基板の断面視において前記第１方向に直交する方向における前記第１の溝の幅は、前記第１方向に直交する方向における前記第２のコイル部の隣接する導体膜の間の幅と同じである請求項８に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第２のコイル部は、前記第１の溝が設けられていない領域の前記第２の絶縁膜の前記第１方向側の面と前記第１の溝の底面との段差を跨いで配置された請求項１に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第１の溝はそれぞれが前記第１の溝と最も近い部分の前記第２の絶縁膜の外周端と同方向に並行して延伸する部分を有する請求項１０に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記第２のコイル部の前記第１方向での厚みは前記第１の溝の前記第１方向での深さ以上である請求項１０又は請求項１１に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第２のコイル部に対応する領域の外周端より外側の領域に、前記第２の絶縁膜の前記第１方向側の面に前記第１方向に深さを有して１つ又は複数設けられた第２の溝を形成する請求項１～１２のいずれか１項に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第２の絶縁膜は前記第１主面に平行な第２方向の辺と前記第２方向と直交する第３方向の辺からなる矩形の外形を有し、前記第２の溝は前記第２方向又は前記第３方向の内で少なくとも一方の方向と平行方向に延伸する直線部を有する請求項１３に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第２の溝はそれぞれが前記第２の溝と最も近い部分の前記第２の絶縁膜の外周端と同方向に並行して延伸する部分を有する請求項１３又は請求項１４に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記平面視において前記第２の絶縁膜は前記第２のコイル部の外周端に沿った外形を有する請求項１～１５のいずれか１項に記載のコイルデバイスの製造方法。
前記第１の溝の第１方向での深さは、前記第２の絶縁膜の前記第１方向での厚みの５０％以下である請求項１～１６のいずれか１項に記載のコイルデバイスの製造方法。