JPH06267775A - Manufacture of plate-type magnetic element - Google Patents

Manufacture of plate-type magnetic element

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JPH06267775A
JPH06267775A JP5269193A JP5269193A JPH06267775A JP H06267775 A JPH06267775 A JP H06267775A JP 5269193 A JP5269193 A JP 5269193A JP 5269193 A JP5269193 A JP 5269193A JP H06267775 A JPH06267775 A JP H06267775A
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JP
Japan
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coil
film
forming
magnetic
conductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP5269193A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Inoue
哲夫 井上
Toshiro Sato
敏郎 佐藤
Tetsuhiko Mizoguchi
徹彦 溝口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH06267775A publication Critical patent/JPH06267775A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a method for easily manufacturing a plane-type magnetic element excellent in property. CONSTITUTION:The manufacturing method has a process for forming a magnetic film 3 and an insulation film 4 on foundation substrates 1, 2, a process for forming foundation conductor film patterns 5, 6 which are wider than a line of a spiral coil 9 to be formed on the insulation film 4 or a process for forming a plating auxiliary electrode 12 electrically connected to the spiral coil 9 to be formed on the insulation film 4 through a contact hole, a process for forming an insulation film pattern 7 at a position corresponding to a space of the spiral coil 9 to be formed, a process for forming the spiral coil 9 by plating the foundation conductor film patterns 5, 6 with a coil conductor, and a process for forming an insulation film 10 and a magnetic film 11 on the spiral coil 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は平面インダクタや平面ト
ランスなどの平面型磁気素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a planar magnetic element such as a planar inductor or a planar transformer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIなどに代表される集積回路
技術の進歩に伴い各種電子機器の小型化が盛んに進めら
れている。ところが機器全体における電源部の容積率増
大の傾向が顕著になってきた。これは電源部に必須なイ
ンダクタやトランスなどの磁気部品の小型・集積化が他
の部品と比較して著しく遅れているためである。近年、
この課題を解決するために平面コイルと磁性体とを組み
合わせた平面型の磁気素子が提案され、その高性能化の
検討が進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization of various electronic devices has been actively promoted with the progress of integrated circuit technology typified by LSI. However, the tendency of the volume ratio of the power supply section in the entire device to increase has become remarkable. This is because the miniaturization and integration of magnetic components such as inductors and transformers, which are essential for the power supply, are significantly delayed compared to other components. recent years,
In order to solve this problem, a flat type magnetic element in which a flat coil and a magnetic material are combined has been proposed, and studies for improving its performance are being made.

【0003】従来、平面型インダクタとしては、スパイ
ラル平面コイルの両面を絶縁層で挟み、さらにこれらの
両面を磁性体で挟んだ構造のものが知られている。同様
に、平面トランスとしては、絶縁層を介して1次側のス
パイラル平面コイルと2次側のスパイラル平面コイルと
を形成し、これらの両面を絶縁層で挟み、さらにこれら
の両面を磁性体で挟んだ構造のものが知られている。な
お、スパイラル平面コイルは1層のスパイラル状コイル
導体からなるものでもよいし、絶縁層の両面に2層のス
パイラル状コイル導体を形成して発生磁界が同一になる
ように接続したものでもよい。
Conventionally known planar inductors have a structure in which both sides of a spiral planar coil are sandwiched by insulating layers, and these both sides are sandwiched by magnetic materials. Similarly, as the plane transformer, a spiral side flat coil on the primary side and a spiral side flat coil on the secondary side are formed through an insulating layer, both sides of which are sandwiched by insulating layers, and both sides are made of a magnetic material. A sandwiched structure is known. The spiral plane coil may be composed of one layer of spiral coil conductor, or may be formed of two layers of spiral coil conductors formed on both surfaces of the insulating layer and connected so that the generated magnetic fields are the same.

【0004】また、平面型磁気素子をより一層小形化す
るために、半導体製造プロセスと同様の薄膜プロセスを
用いて製造することも検討されている。このプロセスの
うち、平面コイルの形成は重要な工程である。平面コイ
ルの形状は、前述したようにスパイラルであることが好
ましい。これは、スパイラルコイルを用いれば、インダ
クタンスが大きくなり、その結果、素子の品質係数Qが
高くなるためである。なお、Kawabeらによれば、
スパイラルコイル−磁性膜積層型の平面インダクタのイ
ンダクタンスLは、下式で表される(“Planar
Inductor”;K.Kawabe et a
l.,IEEE Trans.Mag.Vol.20,
No.5,1984,pp.1804)。
Further, in order to further miniaturize the planar magnetic element, it is also considered to manufacture it by using a thin film process similar to the semiconductor manufacturing process. Of this process, forming a planar coil is an important step. The shape of the plane coil is preferably spiral as described above. This is because the use of the spiral coil increases the inductance, resulting in a higher quality factor Q of the element. According to Kawabe et al.
The inductance L of the spiral coil-magnetic film laminated type planar inductor is expressed by the following equation (“Planar”).
Inductor "; K. Kawabe et a
l. , IEEE Trans. Mag. Vol. 20,
No. 5,1984, pp. 1804).

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】この式から明らかなように、インダクタン
スLは巻数Nの2乗に比例する。したがって、実用レベ
ルのインダクタンスLを得るためには、巻数Nを多くす
る必要があり、この結果スパイラルコイルの全長は長く
なる。
As is clear from this equation, the inductance L is proportional to the square of the number of turns N. Therefore, in order to obtain a practical level of inductance L, it is necessary to increase the number of turns N, and as a result, the total length of the spiral coil becomes long.

【0007】品質係数の高いスパイラルコイルを得るた
めには、コイル作製時にいくつかのパラメータを最適値
に設定することが好ましい。重要なパラメータとして
は、(1)コイルの膜厚、(2)コイルのライン幅/ス
ペース幅、(3)コイルの電気抵抗、(4)スパイラル
コイルの外形寸法、(5)平面インダクタの外形寸法な
どが挙げられる。このうち(2)以外のパラメータにつ
いては、コイルの動作周波数に応じて、その最適条件が
ほぼ決定される。そこで、(2)のコイルのライン幅
(δ)とスペース幅(s)との最適な関係について以下
に説明する。
In order to obtain a spiral coil having a high quality factor, it is preferable to set some parameters to optimum values when manufacturing the coil. Important parameters are (1) coil film thickness, (2) coil line width / space width, (3) coil electrical resistance, (4) spiral coil outer dimensions, (5) planar inductor outer dimensions. And so on. For parameters other than (2), optimum conditions are almost determined according to the operating frequency of the coil. Therefore, the optimal relationship between the line width (δ) of the coil and the space width (s) of (2) will be described below.

【0008】図5(a)および(b)は、それぞれ平面
インダクタを構成するスパイラルコイルのライン幅
(δ)を横軸、スペース(s)幅を縦軸とする平面内に
おいて、所定のインダクタンス(L)およびコイル抵抗
(R)が得られる条件を示す図である。図中の(a)は
磁性体の透磁率と磁性体の厚さとの積μs ・t=100
0μm、(b)はμs ・t=5000μmの場合であ
る。また、いずれの場合も、磁性体の外形の一辺の寸法
w=5mm、スパイラルコイルの外形の一辺の寸法ao
=5mm(磁性体外形寸法wに等しい)、スパイラルコ
イルの内形の一辺の寸法ai =0.2mm、スパイラル
コイルのターン数N=10、コイル導体の厚さtc =1
0μm、磁性体間ギャップg=12μmである。ここ
で、コイルの実用可能なライン/スペース(δ/s)の
範囲は、 Nδ+(N−1)s≦(w−ai )/2 となる。前記の条件では、 10δ+9s≦2400μm である。
5 (a) and 5 (b) respectively show a predetermined inductance (in a plane) in which the horizontal axis represents the line width (δ) and the vertical axis represents the space (s) width of the spiral coil forming the planar inductor. It is a figure which shows the conditions which can obtain L) and coil resistance (R). (A) in the figure is the product of magnetic permeability of magnetic material and thickness of magnetic material μ s · t = 100
0 μm, (b) is the case of μ s · t = 5000 μm. In each case, the dimension w of one side of the outer shape of the magnetic material is 5 mm, and the dimension a o of one side of the outer shape of the spiral coil.
= 5 mm (equal to the outer dimension w of the magnetic body), the dimension a i of one side of the spiral coil a i = 0.2 mm, the number of turns of the spiral coil N = 10, the thickness of the coil conductor t c = 1
0 μm, gap between magnetic bodies g = 12 μm. Here, the practical line / space (δ / s) range of the coil is Nδ + (N−1) s ≦ (w−a i ) / 2. Under the above conditions, 10δ + 9s ≦ 2400 μm.

【0009】図5から明らかなように、インダクタンス
Lはδとsの値によって種々変化する。一方、コイル抵
抗Rはsが小さくδが大きいほど小さくなる。すなわ
ち、δおよびsの影響は、LよりもRのほうが著しい。
インダクタのQ値はL/Rに比例するため、これを高く
するにはs→0(またはδ/p→1、ここでpはコイル
ピッチでありp=δ+s)近傍でδおよびsを決定する
ことが重要になる。
As is apparent from FIG. 5, the inductance L changes variously depending on the values of δ and s. On the other hand, the coil resistance R decreases as s decreases and δ increases. That is, the influence of δ and s is more remarkable in R than in L.
Since the Q value of the inductor is proportional to L / R, in order to increase it, δ and s are determined in the vicinity of s → 0 (or δ / p → 1, where p is the coil pitch and p = δ + s). Is important.

【0010】図6は、L/Rのδ/p依存性を示すもの
である。なお、縦軸は、L/R(δ/p→1)、すなわ
ちδ/pを1に近付けたときのL/Rの値、で規格化さ
れたL/Rである。また、この図では、 磁性体の外形寸法 :w=1〜5mm スパイラルコイルの内形寸法:ai =0.2mm スパイラルコイルの外形寸法:ao =0.9w 磁性体の透過率と厚さとの積:μs ・t=103 〜10
4 μm
FIG. 6 shows the δ / p dependence of L / R. The vertical axis is L / R normalized by L / R (δ / p → 1), that is, the value of L / R when δ / p approaches 1. Further, in this figure, the outer dimensions of the magnetic body: w = 1 to 5 mm, the inner dimensions of the spiral coil: a i = 0.2 mm, the outer dimensions of the spiral coil: a o = 0.9 w, and the transmittance and thickness of the magnetic body. Product of: μ s · t = 10 3 -10
Four μm

【0011】の種々の場合について計算によって得られ
るすべての値が含まれる領域を、斜線領域で示してい
る。L/Rは、δ/pが1のときに最大で、δ/pが小
さくなると減少する。このことから、図5の結論と同様
に、Q値の高い平面インダクタを得るには、δ/p=1
近傍でコイルのライン幅(δ)/スペース幅(s)を決
定することが重要になる。
The area containing all the values obtained by calculation for the various cases of is shown by the shaded area. L / R is maximum when δ / p is 1, and decreases when δ / p becomes smaller. From this fact, similar to the conclusion of FIG. 5, in order to obtain a planar inductor with a high Q value, δ / p = 1
It is important to determine the coil line width (δ) / space width (s) in the vicinity.

【0012】一方、平面インダクタを構成するコイルの
厚さは、少なくとも使用する周波数帯およびコイル導体
材料の電気抵抗によって決定されるスキンデプス程度に
設定する必要がある。このスキンデプスdは、一般に下
式により表される。 d=(ρ/πμf)1/2 ここで、ρは比抵抗、μは比透磁率、fは周波数であ
る。
On the other hand, the coil of the planar inductor
Thickness should be at least the frequency band used and the coil conductor
To the extent of skin depth determined by the electrical resistance of the material
Must be set. This skin depth d is generally
It is represented by a formula. d = (ρ / πμf)1/2  Where ρ is the specific resistance, μ is the relative permeability, and f is the frequency.
It

【0013】図7に、コイル導体の比抵抗とスキンデプ
スとの関係を動作周波数をパラメータとして示す。図7
に示すように、スキンデプスはコイルの比抵抗と正の相
関を有する。したがって、コイル導体の比抵抗を小さく
すれば、必要なコイル膜厚を小さくできるので、コイル
スペースの断面のアスペクト比(コイルのスペース幅/
コイル膜厚)を小さくできる。
FIG. 7 shows the relationship between the specific resistance of the coil conductor and the skin depth, using the operating frequency as a parameter. Figure 7
As shown in, the skin depth has a positive correlation with the resistivity of the coil. Therefore, if the specific resistance of the coil conductor is reduced, the required coil film thickness can be reduced, so that the aspect ratio (coil space width / coil space width /
The coil film thickness) can be reduced.

【0014】例えば、コイル導体材料として比抵抗が
2.7μΩ・cmのAlを用いた場合、数10MHzの
使用周波数ではコイル導体の厚さは20〜30μmとな
る。コイル導体の厚さを30μm程度に設定し、かつ理
論値に近いQ値を得るためにコイルのスペース幅を小さ
くすると、スペース部の溝のアスペクト比は10〜10
0となってしまう。
For example, when Al having a specific resistance of 2.7 μΩ · cm is used as the coil conductor material, the thickness of the coil conductor is 20 to 30 μm at the operating frequency of several tens MHz. If the thickness of the coil conductor is set to about 30 μm and the space width of the coil is reduced to obtain a Q value close to the theoretical value, the aspect ratio of the groove in the space portion is 10 to 10
It will be 0.

【0015】現在、導体膜をこのような高アスペクト比
でエッチングすることは、化学的エッチング技術(CD
EやRIEなど)、物理的エッチング技術(イオンビー
ムエッチング)のいずれでも困難である。また、エッチ
ングにより形成されたコイルスペースのアスペクト比が
高くなるにつれて、絶縁膜を充填することも困難にな
る。例えば、通常の化学的気相成長法(CVD法)や物
理的気相成長法(スパッタリング法や真空蒸着法)で
は、コイルスペースのアスペクト比が2を超えると、絶
縁膜を充填することが不可能になる。
At present, etching a conductive film with such a high aspect ratio is a chemical etching technique (CD
Both E and RIE) and physical etching techniques (ion beam etching) are difficult. Also, as the aspect ratio of the coil space formed by etching becomes higher, it becomes more difficult to fill the insulating film. For example, in a normal chemical vapor deposition method (CVD method) or physical vapor deposition method (sputtering method or vacuum deposition method), when the aspect ratio of the coil space exceeds 2, it is not possible to fill the insulating film. It will be possible.

【0016】そこで、コイル導体材料として例えば比抵
抗1.7μΩ・cmのCuを用いることができれば、ア
スペクト比に対する要求は軽減できる。しかし、膜厚の
厚いCuをフォトリソグラフィ技術を用いて選択エッチ
ングしてスパイラルコイルを形成することはできない。
Therefore, if Cu having a specific resistance of 1.7 μΩ · cm can be used as the coil conductor material, the requirement for the aspect ratio can be reduced. However, it is not possible to form a spiral coil by selectively etching Cu having a large film thickness using a photolithography technique.

【0017】また、電解メッキ法を用いてCuからなる
スパイラルコイルを形成する場合にも、問題が生じる。
従来、電解メッキ法を用いてスパイラルコイルを形成す
るには、以下のような方法が用いられている。まず、下
地基板上に磁性膜および絶縁膜を形成し、この絶縁膜上
に下地導体膜およびコイルスペースに対応する絶縁膜パ
ターンを形成する。そして、電解槽中に、一方の電極と
なる下地導体膜が形成された基板と対向電極とを浸漬
し、両電極間に電圧を印加し、電気分解によりCuから
なる導体を形成する。その後、コイルスペース部の絶縁
膜パターンを除去し、イオンミリングなどによりコイル
スペース部の下地導体膜を除去することによりスパイラ
ルコイルを形成し、再び絶縁膜を充填する。しかし、こ
の場合は、コイルスペースのアスペクト比が2を越える
と、絶縁膜を充填することが不可能になる。
A problem also occurs when the spiral coil made of Cu is formed by using the electrolytic plating method.
Conventionally, the following method has been used to form a spiral coil using an electrolytic plating method. First, a magnetic film and an insulating film are formed on a base substrate, and a base conductor film and an insulating film pattern corresponding to a coil space are formed on the insulating film. Then, the substrate on which the base conductor film serving as one of the electrodes is formed and the counter electrode are immersed in an electrolytic bath, a voltage is applied between the electrodes, and a conductor made of Cu is formed by electrolysis. After that, the insulating film pattern in the coil space portion is removed, and the underlying conductor film in the coil space portion is removed by ion milling or the like to form a spiral coil, and the insulating film is filled again. However, in this case, when the aspect ratio of the coil space exceeds 2, it becomes impossible to fill the insulating film.

【0018】また、下地基板上に磁性膜および絶縁膜を
形成し、この絶縁膜上にスパイラルコイルのライン幅と
同一幅の下地導体膜パターンおよびコイルスペースに対
応する絶縁膜パターンを形成する。そして、電気分解に
よりCuからなるスパイラルコイルを形成する。この場
合には、再び絶縁膜を充填する必要がない。しかし、前
述したように、実用レベルのインダクタンスを得るため
にコイルの巻数を多くすると、コイルの全長が長くな
る。この場合、下地導体膜パターンの抵抗が大きいた
め、電源からの電極との接点から離れた位置ほど電圧降
下が著しい。この結果、下地導体膜パターンの位置によ
ってメッキ成長速度が異なり、コイルの全長にわたって
メッキ膜厚(コイル膜厚)を均一にすることが困難であ
った。
A magnetic film and an insulating film are formed on the underlying substrate, and an underlying conductor film pattern having the same width as the line width of the spiral coil and an insulating film pattern corresponding to the coil space are formed on the insulating film. Then, a spiral coil made of Cu is formed by electrolysis. In this case, it is not necessary to fill the insulating film again. However, as described above, if the number of turns of the coil is increased to obtain a practical level of inductance, the total length of the coil becomes longer. In this case, since the resistance of the underlying conductor film pattern is large, the voltage drop is remarkable at the position farther from the contact point with the electrode from the power supply. As a result, the plating growth rate varies depending on the position of the underlying conductor film pattern, making it difficult to make the plating film thickness (coil film thickness) uniform over the entire length of the coil.

【0019】例えば、下地導体膜としてCu(0.5μ
m)/Nb(0.1μm)を用い、ライン幅20μm、
全長87mmとし、目標厚さ4μmのCuからなるスパ
イラルコイルを形成する場合、膜厚変動は10%程度と
なる。さらに、全長が120mmになると、膜厚変動は
20%弱となる。このようにスパイラルコイルの膜厚変
動が大きいと、平面型磁気素子の磁束分布が不均一とな
り、さらに上部磁性膜の局所的な反磁界などにより損失
が増大するなどの問題が生じる。
For example, as the underlying conductor film, Cu (0.5 μm)
m) / Nb (0.1 μm), line width 20 μm,
When a spiral coil made of Cu having a total length of 87 mm and a target thickness of 4 μm is formed, the film thickness variation is about 10%. Furthermore, when the total length is 120 mm, the film thickness variation is less than 20%. When the spiral coil has a large variation in film thickness as described above, the magnetic flux distribution of the planar magnetic element becomes non-uniform, and further, a loss is increased due to a local demagnetizing field of the upper magnetic film.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特性
の良好な平面型磁気素子を非常に簡単なプロセスで製造
できる方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method capable of manufacturing a planar magnetic element having good characteristics by a very simple process.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段と作用】本願第1の発明の
平面型磁気素子の製造方法は、下地基板上に磁性膜およ
び絶縁膜を形成する工程と、形成すべき平面コイルのラ
イン幅より幅の広い下地導体膜パターンを形成する工程
と、形成すべき平面コイルのスペースに対応する位置に
絶縁膜パターンを形成する工程と、前記下地導体膜パタ
ーン上にコイル導体をメッキして平面コイルを形成する
工程と、該平面コイル上に絶縁膜および磁性膜を形成す
る工程とを具備したことを特徴とするものである。
According to the method of manufacturing a flat magnetic element of the first invention of the present application, a step of forming a magnetic film and an insulating film on a base substrate and a line width of a flat coil to be formed are used. A step of forming a wide base conductor film pattern, a step of forming an insulating film pattern at a position corresponding to the space of the plane coil to be formed, and a coil conductor being plated on the base conductor film pattern to form a plane coil. The method is characterized by including a step of forming and an step of forming an insulating film and a magnetic film on the planar coil.

【0022】本願第2の発明の平面型磁気素子の製造方
法は、下地基板上に磁性膜および絶縁膜を形成する工程
と、形成すべき下地導体膜パターンの所望個所に導通さ
せるメッキ補助電極を形成する工程と、絶縁膜を形成し
選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する工
程と、この絶縁膜上にコンタクトホールを介してメッキ
補助電極と接続する下地導体膜パターンを形成する工程
と、形成すべき平面コイルのスペースに対応する部分に
絶縁膜パターンを形成する工程と、前記下地導体膜パタ
ーン上にコイル導体をメッキして平面コイルを形成する
工程と、該平面コイル上に絶縁膜および磁性膜を形成す
る工程とを具備したことを特徴とするものである。以
下、本願第1の発明の方法をさらに詳細に説明する。
In the method of manufacturing a flat magnetic element according to the second aspect of the present invention, a step of forming a magnetic film and an insulating film on a base substrate and a plating auxiliary electrode for conducting a desired portion of a base conductor film pattern to be formed are provided. A step of forming, an step of forming an insulating film and selectively etching to form a contact hole, and a step of forming a base conductor film pattern connected to the plating auxiliary electrode through the contact hole on the insulating film, A step of forming an insulating film pattern in a portion corresponding to the space of the planar coil to be formed, a step of plating a coil conductor on the underlying conductor film pattern to form a planar coil, an insulating film on the planar coil, and And a step of forming a magnetic film. Hereinafter, the method of the first invention of the present application will be described in more detail.

【0023】まず、下地基板上の磁性膜上に形成された
絶縁膜上に、形成すべき平面コイルに対応して平面コイ
ルのライン幅より幅の広い下地導体膜パターンを形成す
る。基板は特に限定されず、Si、GaAsなどの半導
体基板、絶縁基板などが用いられる。磁性膜は、半導体
基板の表面に絶縁膜を介して形成してもよいし、絶縁基
板上に直接形成してもよい。磁性膜は、各種の磁性合金
をスパッタリング、蒸着などの薄膜形成技術により形成
することが好ましい。なお、磁性膜を形成する前にバッ
ファ層を形成しておいてもよい。さらに、この磁性膜の
上に、絶縁膜を形成する。
First, an underlying conductor film pattern having a width wider than the line width of the planar coil is formed on the insulating film formed on the magnetic film on the underlying substrate so as to correspond to the planar coil to be formed. The substrate is not particularly limited, and a semiconductor substrate such as Si or GaAs, an insulating substrate or the like is used. The magnetic film may be formed on the surface of the semiconductor substrate via an insulating film, or may be formed directly on the insulating substrate. The magnetic film is preferably formed of various magnetic alloys by a thin film forming technique such as sputtering or vapor deposition. The buffer layer may be formed before the magnetic film is formed. Further, an insulating film is formed on this magnetic film.

【0024】次に、形成すべき平面コイルのライン幅よ
り幅の広い下地導体膜パターンを形成する。この下地導
体膜の材料は、平面コイルを構成する導体材料に応じて
適宜選択される。下地導体膜は、単層でもよいし、複数
層でもよい。下地導体膜パターンの幅は、形成すべき平
面コイルのライン幅よりできるだけ広いことが好まし
い。これは、下地導体膜パターンの幅が広いほど、その
断面積が大きくなり、電気抵抗が小さくなるためであ
る。
Next, an underlying conductor film pattern wider than the line width of the plane coil to be formed is formed. The material of the base conductor film is appropriately selected according to the conductor material forming the planar coil. The base conductor film may be a single layer or a plurality of layers. The width of the underlying conductor film pattern is preferably as wide as possible than the line width of the flat coil to be formed. This is because the larger the width of the underlying conductor film pattern, the larger its cross-sectional area and the smaller its electrical resistance.

【0025】次に、形成すべき平面コイルのスペースに
対応する位置に絶縁膜パターンを形成する。コイルスペ
ースに対応して形成される絶縁膜は、コイルの線間容量
を小さくするために、比誘電率が小さいことが好まし
い。絶縁膜の材料としては、種々の酸化物、窒化物、フ
ッ化物、フッ素樹脂、炭化水素系の高分子化合物、ポリ
シランなどが挙げられる。代表的な材料は、SiO2
Six y 、CaF2 、ポリイミド、サイトップなどで
ある。絶縁膜の形成方法としては、CVD法、スパッタ
リング法などの気相成長法、スピナーを用いて絶縁材料
を塗布し熱硬化させる方法などが挙げられる。このよう
にして形成された絶縁膜を平面コイルのスペースを構成
するようにパターニングする。パターニングの方法とし
ては、異方性の大きなエッチング方法を用いることが好
ましい。具体的には、化学的ドライエッチング法(CD
E)、反応性イオンエッチング法(RIE)、イオンビ
ームエッチング法などが挙げられる。
Next, an insulating film pattern is formed at a position corresponding to the space of the planar coil to be formed. The insulating film formed corresponding to the coil space preferably has a small relative permittivity in order to reduce the line capacitance of the coil. Examples of the material of the insulating film include various oxides, nitrides, fluorides, fluororesins, hydrocarbon-based polymer compounds, polysilane and the like. A typical material is SiO 2 ,
Examples include Si x N y , CaF 2 , polyimide, and Cytop. Examples of the method for forming the insulating film include a vapor deposition method such as a CVD method and a sputtering method, and a method of applying an insulating material using a spinner and thermally curing it. The insulating film thus formed is patterned so as to form a space for the planar coil. As a patterning method, it is preferable to use an etching method having large anisotropy. Specifically, the chemical dry etching method (CD
E), reactive ion etching method (RIE), ion beam etching method and the like.

【0026】さらに、下地導体膜パターン上にコイル導
体をメッキして平面コイルを形成する。コイルを構成す
る導体材料としては、電解メッキ可能なCu,Cu合
金,Au,Au合金,Ag,Ag合金などが挙げられる
が、これらに限定されない。
Further, a coil conductor is plated on the underlying conductor film pattern to form a planar coil. Examples of the conductor material forming the coil include Cu, Cu alloys, Au, Au alloys, Ag, and Ag alloys that can be electroplated, but are not limited thereto.

【0027】最後に、平面コイル上に絶縁膜および磁性
膜を形成する。この絶縁膜は、コイルと磁性膜との間を
十分に絶縁できるだけの厚さが必要である。その厚さは
絶縁膜材料によって異なり、例えばSiO2 を用いた場
合、動作電圧が20Vでは1μm程度の厚さが適当であ
る。また、上部磁性膜は、下部磁性膜と同様に形成され
る。
Finally, an insulating film and a magnetic film are formed on the plane coil. This insulating film needs to be thick enough to insulate the coil from the magnetic film. The thickness differs depending on the insulating film material. For example, when SiO 2 is used, a thickness of about 1 μm is suitable when the operating voltage is 20V. The upper magnetic film is formed similarly to the lower magnetic film.

【0028】以上のように本願第1の発明では、形成す
べき平面コイルのライン幅より幅の広い下地導体膜パタ
ーンを形成しているので、その断面積が大きくなり、従
来よりも電気抵抗が小さくなっている。したがって、電
解メッキ時に電源からの電極との接点から離れた位置で
も電圧降下が比較的小さく、コイルの全長にわたってメ
ッキ膜厚(コイル膜厚)の膜厚変動を小さくできる。こ
の結果、得られる平面型磁気素子の磁束分布を均一にす
ることができ、上部磁性膜の局所的な反磁界などによる
損失の増大を抑制できる。
As described above, in the first invention of the present application, since the underlying conductor film pattern having a width wider than the line width of the planar coil to be formed is formed, its cross-sectional area becomes large and the electric resistance becomes larger than that of the conventional one. It is getting smaller. Therefore, at the time of electrolytic plating, the voltage drop is relatively small even at the position away from the contact point with the electrode from the power supply, and the film thickness variation of the plating film thickness (coil film thickness) can be reduced over the entire length of the coil. As a result, the magnetic flux distribution of the obtained planar magnetic element can be made uniform, and an increase in loss due to a local demagnetizing field of the upper magnetic film can be suppressed.

【0029】以下、本願第2の発明の方法をさらに詳細
に説明する。本願第2の発明では、下地基板上に磁性膜
および絶縁膜を形成した後、形成すべき下地導体膜パタ
ーンの所望個所に導通するようにメッキ補助電極を形成
し、さらに絶縁膜を形成した後、選択的にエッチングし
てコンタクトホールを形成する。次いで、下地導体膜パ
ターン、平面コイルのスペースに対応する部分に絶縁膜
パターン、平面コイル、絶縁膜および磁性膜を順次形成
する。
The method of the second invention of the present application will be described in more detail below. In the second invention of the present application, after the magnetic film and the insulating film are formed on the underlying substrate, the plating auxiliary electrode is formed so as to be electrically connected to a desired portion of the underlying conductor film pattern to be formed, and then the insulating film is formed. , Selectively etching to form contact holes. Next, an insulating film pattern, a plane coil, an insulating film and a magnetic film are sequentially formed in a portion corresponding to the space of the underlying conductor film pattern and the plane coil.

【0030】前記のようにメッキ補助電極は、形成すべ
き下地導体膜パターンの所望個所に導通するように形成
される。このようなメッキ補助電極を設ければ、電解時
に下地導体膜パターンの複数個所に電圧を供給できるの
で、本願第1の発明よりさらに電圧降下を低減できる。
メッキ補助電極は、1個だけ形成してもよいが、複数個
形成することが好ましい。。
As described above, the plating auxiliary electrode is formed so as to be electrically connected to a desired portion of the underlying conductor film pattern to be formed. By providing such a plating auxiliary electrode, a voltage can be supplied to a plurality of locations of the underlying conductor film pattern during electrolysis, so that the voltage drop can be further reduced as compared with the first invention of the present application.
Although only one plating auxiliary electrode may be formed, it is preferable to form a plurality of electrodes. .

【0031】以上のような本発明の方法を用いれば、電
解メッキ法を用い比抵抗の小さい導体材料からなる平面
コイルを形成することによりコイルスペースのアスペク
ト比に対する要求を低減でき、しかも平面コイルの膜厚
変動を小さくできるので、特性の良好な平面型磁気素子
を製造できる。
By using the method of the present invention as described above, it is possible to reduce the requirement for the aspect ratio of the coil space by forming a plane coil made of a conductive material having a low specific resistance by using the electrolytic plating method. Since the variation in film thickness can be reduced, it is possible to manufacture a flat magnetic element having excellent characteristics.

【0032】[0032]

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 実施例1 図1(a)〜(d)に本実施例における平面インダクタ
の製造工程を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1 FIGS. 1A to 1D show a manufacturing process of a planar inductor in this example.

【0033】Si基板1上に熱酸化膜2を形成した後、
rfマグネトロンスパッタリングにより下部磁性膜3を
形成する。この下部磁性膜3上に、SiO2 膜4を形成
する。このSiO2 膜4上に、膜厚0.1μmのNb膜
5および膜厚0.55μmのCu膜6を形成する。これ
らの下地導体膜をフォトリソグラフィによりパターニン
グし、形成すべきスパイラルコイルに対応するスパイラ
ル形状を有し、スパイラルコイルのライン幅(20μ
m)よりも幅の広い、幅35μmの下地導体膜パターン
を形成する(図1(a))。
After forming the thermal oxide film 2 on the Si substrate 1,
The lower magnetic film 3 is formed by rf magnetron sputtering. A SiO 2 film 4 is formed on the lower magnetic film 3. On this SiO 2 film 4, a Nb film 5 having a film thickness of 0.1 μm and a Cu film 6 having a film thickness of 0.55 μm are formed. The underlying conductor film is patterned by photolithography to have a spiral shape corresponding to the spiral coil to be formed, and the line width of the spiral coil (20 μm
m), a 35 μm wide underlying conductor film pattern is formed (FIG. 1A).

【0034】次に、全面にCVD法によりサイトップ膜
7を形成する。このサイトップ7上に、形成すべきスパ
イラルコイルのスペースに対応するようにレジスト8を
形成する。このレジスト8をマスクとして、RIEによ
りサイトップ膜7を選択的にエッチングして、幅20μ
mのコイルスペースを構成するサイトップ膜パターンを
形成し、Cu膜6の一部を露出させる(図1(b))。
Next, the Cytop film 7 is formed on the entire surface by the CVD method. A resist 8 is formed on the cytop 7 so as to correspond to the space of the spiral coil to be formed. Using this resist 8 as a mask, the CYTOP film 7 is selectively etched by RIE to obtain a width of 20 μm.
A Cytop film pattern forming a coil space of m is formed to expose a part of the Cu film 6 (FIG. 1B).

【0035】次いで、電解メッキ法により、スパイラル
コイルを構成するライン幅20μmのCu膜9を形成す
る。本実施例で形成されるスパイラルコイルの全長は1
20mmである(図1(c))。
Then, a Cu film 9 having a line width of 20 μm, which constitutes the spiral coil, is formed by electrolytic plating. The total length of the spiral coil formed in this embodiment is 1
It is 20 mm (FIG. 1 (c)).

【0036】さらに、レジスト8を除去した後、全面に
SiO2 膜10を形成し、エッチバックして平坦化す
る。最後に、rfマグネトロンスパッタリングにより上
部磁性膜11を形成し、平面インダクタを製造する(図
1(d))。本実施例の方法で形成されたスパイラルコ
イルの膜厚変動は8%以下であり、従来の20%弱とい
う膜厚変動より大幅に低減できる。 実施例2 図2(a)〜(e)および図3を参照して本実施例にお
ける平面インダクタの製造工程を説明する。
Further, after removing the resist 8, a SiO 2 film 10 is formed on the entire surface and is etched back to be flattened. Finally, the upper magnetic film 11 is formed by rf magnetron sputtering to manufacture a planar inductor (FIG. 1 (d)). The film thickness variation of the spiral coil formed by the method of the present embodiment is 8% or less, which can be significantly reduced from the conventional film thickness variation of less than 20%. Example 2 A manufacturing process of a planar inductor in this example will be described with reference to FIGS.

【0037】Si基板1上に熱酸化膜2を形成した後、
rfマグネトロンスパッタリングにより下部磁性膜3を
形成する。この下部磁性膜3上に、SiO2 膜4を形成
する。このSiO2 膜4上に、メッキ補助電極用の導体
膜としてAlを成膜し、フォトリソグラフィにより所定
の形状にパターニングして4個のメッキ補助電極12を
形成する(図2(a))。
After forming the thermal oxide film 2 on the Si substrate 1,
The lower magnetic film 3 is formed by rf magnetron sputtering. A SiO 2 film 4 is formed on the lower magnetic film 3. On the SiO 2 film 4, Al is formed as a conductor film for a plating auxiliary electrode and patterned into a predetermined shape by photolithography to form four plating auxiliary electrodes 12 (FIG. 2A).

【0038】次に、CVD法によりSiO2 膜13を成
膜し、フォトリソグラフィにより選択的にエッチングし
てメッキ補助電極12と次工程で形成される下地導体膜
パターンとを電気的に接続するためのコンタクトホール
を形成する。この上に、膜厚0.1μmのNb膜5およ
び膜厚0.55μmのCu膜6を形成する。これらの下
地導体膜をフォトリソグラフィによりパターニングし、
形成すべきスパイラルコイルに対応するスパイラル形状
を有し、スパイラルコイルのライン幅(20μm)より
も幅の広い、幅35μmの下地導体膜パターンを形成す
る(図2(b))。
Next, a SiO 2 film 13 is formed by the CVD method and selectively etched by photolithography to electrically connect the plating auxiliary electrode 12 and the underlying conductor film pattern formed in the next step. Contact holes are formed. An Nb film 5 having a film thickness of 0.1 μm and a Cu film 6 having a film thickness of 0.55 μm are formed thereon. These underlying conductor films are patterned by photolithography,
A ground conductor film pattern having a spiral shape corresponding to the spiral coil to be formed and having a width of 35 μm, which is wider than the line width (20 μm) of the spiral coil, is formed (FIG. 2B).

【0039】次に、全面にCVD法によりサイトップ膜
7を形成する。このサイトップ膜7上に、形成すべきス
パイラルコイルのスペースに対応するようにレジスト8
を形成する。このレジスト8をマスクとして、RIEに
よりサイトップ膜7を選択的にエッチングして、幅20
μmのコイルスペースを構成するサイトップ膜パターン
を形成し、Cu膜6の一部を露出させる(図2
(c))。
Next, the Cytop film 7 is formed on the entire surface by the CVD method. A resist 8 is formed on the cytop film 7 so as to correspond to the space of the spiral coil to be formed.
To form. Using this resist 8 as a mask, the CYTOP film 7 is selectively etched by RIE to obtain a width 20
A Cytop film pattern that forms a coil space of μm is formed to expose a part of the Cu film 6 (see FIG. 2).
(C)).

【0040】次いで、電解メッキ法により、スパイラル
コイルを構成するライン幅20μmのCu膜9を形成す
る。本実施例で形成されるスパイラルコイルの全長は1
20mmである(図2(d))。
Then, a Cu film 9 having a line width of 20 μm, which constitutes the spiral coil, is formed by electrolytic plating. The total length of the spiral coil formed in this embodiment is 1
It is 20 mm (FIG. 2 (d)).

【0041】さらに、レジスト8を除去した後、全面に
SiO2 膜10を形成し、エッチバックして平坦化す
る。最後に、rfマグネトロンスパッタリングにより上
部磁性膜11を形成し、平面インダクタを製造する(図
2(e)、図3)。
Further, after removing the resist 8, a SiO 2 film 10 is formed on the entire surface and is etched back to be flattened. Finally, the upper magnetic film 11 is formed by rf magnetron sputtering to manufacture a planar inductor (FIGS. 2E and 3).

【0042】本実施例の方法では、4個のメッキ補助電
極12を形成したことにより、スパイラルコイルの膜厚
変動は5%以下となり、実施例1よりもさらに低減でき
る。メッキ補助電極は1個だけ形成しても十分な効果が
得られる。
According to the method of the present embodiment, since the four plating auxiliary electrodes 12 are formed, the film thickness variation of the spiral coil is 5% or less, which can be further reduced as compared with the first embodiment. Even if only one plating auxiliary electrode is formed, a sufficient effect can be obtained.

【0043】また、図4に示すように、メッキ補助電極
の一端を、ダブルスパイラルコイルの内部端子と接続さ
れるように形成すれば、素子としての使用時にはメッキ
補助電極を内部端子の取り出し電極として用いることが
できる。同様に、メッキ補助電極をダブルスパイラルコ
イルの内部端子間の接続電極として用いることもでき
る。また、下地磁性膜の一部を補助電極として用いた場
合、製造工程を低減できる。本願第2の発明において
は、下地導体膜パターンを、形成するスパイラルコイル
パターンと同一の形状、幅とした場合でも、スパイラル
コイルの膜厚変動を抑制する効果があることはいうまで
もない。
Further, as shown in FIG. 4, if one end of the plating auxiliary electrode is formed so as to be connected to the internal terminal of the double spiral coil, the plating auxiliary electrode serves as a lead electrode of the internal terminal when used as an element. Can be used. Similarly, the plating auxiliary electrode can be used as a connecting electrode between the internal terminals of the double spiral coil. Further, when a part of the underlayer magnetic film is used as the auxiliary electrode, the manufacturing process can be reduced. It goes without saying that in the second invention of the present application, even when the underlying conductor film pattern has the same shape and width as the spiral coil pattern to be formed, there is an effect of suppressing the film thickness variation of the spiral coil.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上詳述したように本発明の方法を用い
れば、電解メッキ法を用い比抵抗の小さい導体材料から
なる平面コイルを形成することによりコイルスペースの
アスペクト比に対する要求を低減でき、しかも平面コイ
ルの膜厚変動を小さくできるので、特性の良好な平面型
磁気素子を製造できる。
As described in detail above, according to the method of the present invention, it is possible to reduce the requirement for the aspect ratio of the coil space by forming a flat coil made of a conductive material having a low specific resistance by using the electrolytic plating method. Moreover, since the variation in film thickness of the plane coil can be reduced, a plane type magnetic element having excellent characteristics can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)〜(d)は本発明の実施例1における平
面インダクタの製造工程を示す断面図。
1A to 1D are cross-sectional views showing a manufacturing process of a planar inductor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(e)は本発明の実施例2における平
面インダクタの製造工程を示す断面図。
2A to 2E are cross-sectional views showing a manufacturing process of a planar inductor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例2における平面インダクタの分
解斜視図。
FIG. 3 is an exploded perspective view of a planar inductor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例における平面インダクタを
一部破断して示す斜視図。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing a planar inductor according to another embodiment of the present invention.

【図5】(a)および(b)は、平面インダクタを構成
するスパイラルコイルのライン幅(δ)を横軸、スペー
ス(s)幅を縦軸とする平面内において、所定のインダ
クタンス(L)および抵抗(R)が得られる条件を示す
特性図。
5 (a) and 5 (b) are predetermined inductances (L) in a plane in which the horizontal width is the line width (δ) of the spiral coil forming the planar inductor and the vertical axis is the space (s) width. FIG. 3 is a characteristic diagram showing conditions under which resistance (R) is obtained.

【図6】平面インダクタについて、δ/p→1の値で規
格化されたL/Rのδ/p依存性を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the δ / p dependence of L / R normalized by a value of δ / p → 1 for a planar inductor.

【図7】コイルの比抵抗とスキンデプスとの関係を動作
周波数をパラメータとして示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the specific resistance of the coil and the skin depth with the operating frequency as a parameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…Si基板、2…熱酸化膜、3…下部磁性膜、4…S
iO2 膜、5…Nb膜、6…Cu膜、7…サイトップ
膜、8…レジスト、9…Cu膜(スパイラルコイル)、
10…SiO2 膜、11…上部磁性膜、12…メッキ補
助電極、13…SiO2 膜。
1 ... Si substrate, 2 ... Thermal oxide film, 3 ... Lower magnetic film, 4 ... S
iO 2 film, 5 ... Nb film, 6 ... Cu film, 7 ... Cytop film, 8 ... Resist, 9 ... Cu film (spiral coil),
10 ... SiO 2 film, 11 ... Upper magnetic film, 12 ... Plating auxiliary electrode, 13 ... SiO 2 film.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地基板上に磁性膜および絶縁膜を形成
する工程と、形成すべき平面コイルのライン幅より幅の
広い下地導体膜パターンを形成する工程と、形成すべき
平面コイルのスペースに対応する位置に絶縁膜パターン
を形成する工程と、前記下地導体膜パターン上にコイル
導体をメッキして平面コイルを形成する工程と、該平面
コイル上に絶縁膜および磁性膜を形成する工程とを具備
したことを特徴とする平面型磁気素子の製造方法。
1. A step of forming a magnetic film and an insulating film on a base substrate, a step of forming a base conductor film pattern wider than a line width of a plane coil to be formed, and a space of the plane coil to be formed. A step of forming an insulating film pattern at a corresponding position; a step of plating a coil conductor on the underlying conductor film pattern to form a flat coil; and a step of forming an insulating film and a magnetic film on the flat coil. A method of manufacturing a planar magnetic element, comprising:
【請求項2】 下地基板上に磁性膜および絶縁膜を形成
する工程と、形成すべき下地導体膜パターンの所望個所
に導通させるメッキ補助電極を形成する工程と、絶縁膜
を形成し選択的にエッチングしてコンタクトホールを形
成する工程と、この絶縁膜上にコンタクトホールを介し
てメッキ補助電極と接続する下地導体膜パターンを形成
する工程と、形成すべき平面コイルのスペースに対応す
る部分に絶縁膜パターンを形成する工程と、前記下地導
体膜パターン上にコイル導体をメッキして平面コイルを
形成する工程と、該平面コイル上に絶縁膜および磁性膜
を形成する工程とを具備したことを特徴とする平面型磁
気素子の製造方法。
2. A step of forming a magnetic film and an insulating film on a base substrate, a step of forming a plating auxiliary electrode for conduction to a desired portion of a base conductor film pattern to be formed, and an insulating film being formed selectively. The step of etching to form a contact hole, the step of forming a base conductor film pattern connected to the plating auxiliary electrode through the contact hole on this insulating film, and the insulation corresponding to the space of the planar coil to be formed The method further comprises the steps of forming a film pattern, plating a coil conductor on the underlying conductor film pattern to form a planar coil, and forming an insulating film and a magnetic film on the planar coil. And a method for manufacturing a planar magnetic element.
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