JPH07153912A - インダクタ、モノリシックマイクロ波集積回路及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高インダクタンスを有し占有面積が縮小され
たインダクタ及び該インダクタを搭載したＭＭＩＣを提
供する。 【構成】 ＭＭＩＣ２０は、インダクタ２２とＭＥＳＦ
ＥＴ２１とを半絶縁性基板２３上に搭載している。イン
ダクタ２２は、所定の形状を有する導体層３６と、導体
層３６に付設されたニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性
薄膜からなる軟磁性層３７とで構成されている。ニッケ
ル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜はスピネル構造を有
し、高い初透磁率を示すので、軟磁性層と導体層とを積
層したインダクタ２２は高いインダクタンスを有する。
したがって、インダクタ２２の占有面積を低減し得る。
特に軟磁性層３７を形成する際、レーザーアブレーショ
ン法又はプラズマＭＯＣＶＤ法を用いることで、低温条
件でＭＥＳＦＥＴ２１の特性を害することなく、良好な
スピネル構造を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モノリシックマイクロ
波集積回路に用いられるインダクタ、インダクタを搭載
したモノリシックマイクロ波集積回路及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＡｓ基板上に形成されたモノリシッ
クマイクロ波集積回路（以下、ＭＭＩＣと称する）は８
００ＭＨｚ以上の高周波帯のＩＣとして期待され、移動
体通信分野を中心にその需要が高まっている。この様な
ＭＭＩＣは、ＧａＡｓなどの化合物半導体基板上に形成
された金属半導体電界効果型トランジスタ（以下、ＭＥ
ＳＦＥＴと称する）、ヘテロ接合型電界効果型トランジ
スタ（以下、ヘテロＪＦＥＴと称する）、ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと称する）等の能
動素子と、キャパシタやインダクタ等の受動素子を含ん
でいる。

【０００３】従来のＭＭＩＣにおいて、受動素子、特に
インダクタやキャパシタはＦＥＴ等の能動素子に較べ、
大きな面積を占めている。従って、チップ面積を縮小
し、ＭＭＩＣの製造コストを低減するために、受動素子
が占める面積を縮小することが課題となっている。

【０００４】キャパシタは一対の金属電極と、そのあい
だに挟まれた誘電体とからなり、高誘電率を有する誘電
体を用いることによって、キャパシタの占める面積を縮
小することができる。近年、ＳｒＴｉＯ3 やＢａＳｒＴ
ｉＯ3 などの高誘電体材料が開発され、ＭＭＩＣ内のキ
ャパシタへ応用する試みがなされている。これらの高誘
電材料は、誘電材料として従来用いられていた窒化ケイ
素の数十倍の誘電率を有するので、これらの高誘電材料
を用いることにより、キャパシタの面積は大幅に縮小さ
れる。

【０００５】インダクタは所定のパターンを有する配線
からなる。図１２（ａ）及び１２（ｂ）は従来のＭＭＩ
Ｃに用いられるインダクタの断面図及び平面図をそれぞ
れ示している。半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１上に窒化ケ
イ素膜１０２及び１０３が堆積されており、窒化ケイ素
膜１０３上に、金からなり、スパイラル形状を有する配
線１０５が形成されている。配線１０５の一端は窒化ケ
イ素膜１０３と窒化ケイ素膜１０５との間に設けられた
金からなる配線１０４に接続されている。配線１０５が
実質的にインダクタとして機能する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術においては、スパイラル形状を有するインダク
タは大きなインダクタンスを得ることができるが、所望
のインダクタンスを得るために、所定の回数巻かれた配
線が必要となるため、インダクタの面積を縮小すること
は困難であった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、小さな占有
面積で高インダクタンスを有するインダクタ及びそのよ
うなインダクタを有するＭＭＩＣを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が講じた手段は、インダクタの構造を、導体層
とニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性膜との積層構造に
することにある。

【０００９】具体的に請求項１の発明の講じた手段は、
モノリシックマイクロ波集積回路に用いられるインダク
タとして、上記モノリシックマイクロ波集積回路内の信
号を授受するための入出力端部を有し所定のパターンで
形成された導体層と、該導体層に付設されたニッケル−
亜鉛−フェライト軟磁性薄膜からなり、上記導体層に流
れる電流の変化に応じた誘導起電力を生ぜしめる少なく
とも１つの軟磁性層とを設ける構成としたものである。

【００１０】請求項２の発明の講じた手段は、請求項１
記載のインダクタにおいて、上記導体層と上記軟磁性層
とを、直接接触させたものである。

【００１１】請求項３の発明の講じた手段は、請求項１
又は２記載のインダクタにおいて、上記導体層を、１つ
の平面内でスパイラル形状、つづら折り形状及びループ
形状のうちのいずれか一つの形状を有するように構成し
たものである。

【００１２】請求項４の発明の講じた手段は、請求項３
記載のインダクタにおいて、上記軟磁性層を、上記導体
層が有する形状と同じ形状にしたものである。

【００１３】請求項５の発明の講じた手段は、請求項３
記載のインダクタにおいて、上記導体層を上記軟磁性層
の下方に設ける。そして、上記導体層の側方に形成さ
れ、上記導体層の側面と上記軟磁性層との間を電気的に
絶縁する絶縁層をさらに設けたものである。

【００１４】請求項６の発明の講じた手段は、請求項
１，２，３又は４記載のインダクタにおいて、上記軟磁
性層を、上記導体層を介して相対向する２か所に設けた
ものである。

【００１５】請求項７の発明の講じた手段は、請求項６
記載のインダクタにおいて、上記導体層の側方に形成さ
れ、上記導体層の側面と上記軟磁性層との間を電気的に
絶縁する絶縁層をさらに設けたものである。

【００１６】請求項８の発明の講じた手段は、化合物半
導体基板と、該化合物半導体基板上に形成された能動素
子と、該化合物半導体基板上に形成され、かつ該能動素
子と電気的に接続されたインダクタとを備えたモノリシ
ックマイクロ波集積回路を対象とする。そして、インダ
クタに、電気信号の入出力端部を有し所定のパターンで
形成された導体層と、該導体層に付設されたニッケル−
亜鉛−フェライト軟磁性薄膜からなり、上記導体層に流
れる電流の変化に応じた誘導起電力を生ぜしめる少なく
とも１つの軟磁性層とを設ける構成としたものである。

【００１７】請求項９の発明の講じた手段は、請求項８
記載のモノリシックマイクロ波集積回路において、上記
化合物半導体基板を、ＧａＡｓで構成したものである。

【００１８】請求項１０の発明の講じた手段は、請求項
８記載のモノリシックマイクロ波集積回路において、上
記能動素子を、電界効果型トランジスタとヘテロ接合バ
イポーラトランジスタとのうちのいずれか一方で構成し
たものである。

【００１９】請求項１１の発明の講じた手段は、モノリ
シックマイクロ集積回路の製造方法として、化合物半導
体基板上に能動素子を形成する工程と、上記能動素子と
電気的に接続された配線を形成する工程と、上記配線と
電気的に接続された導体層と、該導体層に付設されたニ
ッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜からなる少なくと
も１つの軟磁性層とで構成されるインダクタを形成する
工程とを設ける方法である。

【００２０】請求項１２の発明の講じた手段は、請求項
１１記載のモノリシックマイクロ波集積回路の製造方法
において、上記インダクタを形成する工程では、レーザ
アブレーション法によって上記軟磁性層を形成する方法
である。

【００２１】請求項１３の発明の講じた手段は、請求項
１１記載のモノリシックマイクロ波集積回路の製造方法
において、上記インダクタを形成する工程では、ニッケ
ルを含む化合物、亜鉛を含む化合物、及び鉄を含む化合
物と酸素ガスとの混合ガスを減圧下プラズマ中で反応さ
せるプラズマＭＯＣＶＤ法によって、上記軟磁性層を形
成する方法である。

【００２２】請求項１４の発明の講じた手段は、請求項
１３記載のモノリシックマイクロ波集積回路の製造方法
において、上記プラズマＣＶＤ法は、高周波電源により
発生する高周波プラズマ、マグネトロン放電により発生
するマイクロ波プラズマ及び電子サイクロトロン共鳴に
より発生するプラズマのうちいずれかのプラズマを用い
る方法である。

【００２３】請求項１５の発明の講じた手段は、請求項
１１、１２、１３又は１４記載のモノリシックマイクロ
波集積回路の製造方法において、上記インダクタを形成
する工程では、３５０℃以下の温度で上記軟磁性層を形
成する方法である。

【００２４】請求項１６の発明の講じた手段は、請求項
１１，１２，１３，１４又は１５記載のモノリシックマ
イクロ波集積回路の製造方法において、上記インダクタ
を形成する工程では、金属膜を堆積し、これをスパイラ
ル形状，つづら折り形状及びループ形状のうちのいずれ
か一つの形状にパターニングして導体層を形成する方法
である。

【００２５】請求項１７の発明の講じた手段は、請求項
１６記載のモノリシックマイクロ波集積回路の製造方法
において、上記インダクタを形成する工程では、金属膜
とニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性膜との積層膜を形
成した後、この積層膜を、スパイラル形状，つづら折り
形状及びループ形状のうちのいずれか一つの形状にパタ
ーニングして、導体層及び軟磁性層を形成する方法であ
る。

【００２６】請求項１８の発明の講じた手段は、請求項
１１，１２，１３，１４，１５，１６又は１７記載のモ
ノリシックマイクロ波集積回路の製造方法において、上
記インダクタを形成する工程では、軟磁性層を酸素を含
む雰囲気中で３５０℃以下の低温下で熱処理する方法で
ある。

【００２７】

【作用】以上の構成及び方法により、各請求項の発明で
は、下記の作用が得られる。

【００２８】請求項１，８又は１１の発明では、ニッケ
ル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜からなる軟磁性層はス
ピネル構造を有し、優れた磁性を示す。そして、この軟
磁性層と導体層の積層からなるインダクタは、高インダ
クタンスを有するため、インダクタの占有面積が小さく
て済む。また、ニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜
は高抵抗を有するため、渦電流損失も小さい。したがっ
て、高周波帯に十分適用可能な特性を有する、しかも占
有面積の小さいインダクタ又はＭＭＩＣが得られる。

【００２９】請求項２の発明では、導体層と軟磁性層と
が絶縁膜を介さずに積層されているので、浮遊容量が低
減され、高周波帯における特性が向上する。

【００３０】請求項３，４，１６又は１７の発明では、
小さな占有面積で高いインダクタンスが得られることに
なる。

【００３１】請求項５又は７の発明では、絶縁層の介在
により、導体層と軟磁性層との接触が妨げられ、特性の
悪化が防止される。

【００３２】請求項６の発明では、２つの軟磁性層によ
りさらに高いインダクタンスが得られる。

【００３３】請求項９の発明では、特にＧａＡｓは高周
波特性が優れているので、ＭＭＩＣの特性も良好とな
る。

【００３４】請求項１０の発明によって、高周波特性の
優れたＭＭＩＣが提供される。

【００３５】請求項１２，１３又は１４の発明では、レ
ーザアブレーション法あるいはプラズマＭＯＣＶＤ法に
よって形成されたニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄
膜は特に良好なスピネル構造を有するので、軟磁性層は
高い初透磁率を有し、軟磁性層を形成した後のアニール
処理が不要となる。また、レーザアブレーション法ある
いはプラズマＭＯＣＶＤ法によって、３５０℃程度以下
の低温でニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜を形成
することが可能となるため、すでに形成されている能動
素子の特性の劣化を来すことなく、従来のＭＭＩＣプロ
セスと整合した製造工程となる。すなわち、化合物半導
体基板上に能動素子が形成された後、インダクタが形成
されることによって、チップ面積の小さいＭＭＩＣが作
製されることになる。

【００３６】請求項１５の発明では、低温下で軟磁性層
が形成されることで、同じ基板上に搭載される能動素子
の特性が確実に良好に保たれる。

【００３７】請求項１８の発明では、軟磁性層を形成し
た後に低温熱処理（アニール）を施すことにより、同じ
基板上に搭載される能動素子の特性を害することなく、
軟磁性層のインダクタンスがさらに向上する。

【００３８】

【実施例】以下に、本発明の実施例について、図１−図
６を参照しながら説明する。

【００３９】図１（ａ）−（ｃ）は実施例に係るＭＭＩ
Ｃの製造工程を示し、そのうち図１（ｃ）は、最終的に
形成されるＭＭＩＣ２０の断面を部分的に示している。
そこで、まず、図１（ｃ）を参照しながら、以下に、Ｍ
ＭＩＣ２０の構造について説明する。

【００４０】ＭＭＩＣ２０はＭＥＳＦＥＴ２１及びイン
ダクタ２２を有しており、ＭＥＳＦＥＴ２１及びインダ
クタ２２はそれぞれ能動素子及び受動素子として機能す
る。ＭＥＳＦＥＴ２１は、ＧａＡｓからなる半絶縁性基
板２３の表面付近に形成された活性領域２４と、半絶縁
性基板２３上に設けられたソース電極２５及びドレイン
電極２６と、ソース電極２５及びドレン電極２６に挟ま
れ、活性領域２４上に形成されたゲート電極２７とを有
している。ソース電極２５及びドレイン電極２６はそれ
ぞれ半絶縁性基板２３中に設けられたｎ+ 領域２８及び
２９を介してそれぞれ活性領域２４に電気的に接続され
ている。

【００４１】第１保護膜３０がＭＥＳＦＥＴ２１を覆う
ように半絶縁性基板２３上に形成されており、ソース電
極２５の一部及びドレン電極２６の一部が露出するよう
に、コンタクトホール３１及び３２が第１保護膜３０中
に設けられている。配線３３及び３４がコンタクトホー
ルを介してソース電極２５の一部及びドレン電極２６に
それぞれ電気的に接続されている、さらに、配線３３及
び３４を覆うように第２保護膜３５が第１保護膜３０上
に設けられている。

【００４２】インダクタ２２は第２保護膜３５上に形成
された導体層３６及び導体層３６上に形成された軟磁性
層３７を有している。導体層３６は金などの低抵抗金属
からなり、軟磁性層３７はスピネル構造を有するニッケ
ル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜からなる。

【００４３】図２は、インダクタ２２の導体層３６の部
分を抜き出した平面図である。図２に示されるように、
インダクタ２２はスパイラル形状を有しており、導体層
３６の外方の端部３８はＭＭＩＣ２０内の他の能動素子
や受動素子に電気的に接続されている。導体層３６の中
心端部３９は第２保護膜３５中に形成された配線４１
（図１（ｃ）参照）を介して配線３４に電気的に接続さ
れている。図２では示されていないが、図１（ｃ）から
明らかなように、導体層３６上には、導体層３６と実質
的に同じスパイラル形状をした軟磁性膜３７が形成され
ている。

【００４４】次に、ＭＭＩＣ２０の製造方法について、
図１（ａ）−（ｃ）を参照しながら説明する。

【００４５】図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓからな
る半絶縁性基板２３上に、通常のプロセス、例えばイオ
ン注入法により、活性領域２４、ｎ+ 領域２８及び２９
を形成後、ソース電極２５、ドレイン電極２６、及びゲ
ート電極２７を形成し、ＭＥＳＦＥＴ２１を作製する。
ソース電極２５及びドレイン電極２６としてＡｕＧｅＮ
ｉ系のオーミック電極を形成する。また、ゲート電極２
７としてＡｌ系のショットキー電極を形成する。ＭＥＳ
ＦＥＴ２１を作製した後、ＭＥＳＦＥＴ２１全体を覆う
ように、窒化ケイ素からなる第１保護膜３０を半絶縁性
基板２３上に形成する。

【００４６】次に、図１（ｂ）に示すように、第１保護
膜３０にコンタクトホール３１および３２を形成した
後、配線３３及び３４を、コンタクトホール３１及び３
２を覆って第１保護膜３０の上に形成する。配線３３及
び３４はＴｉＡｕからなり、イオンミリング法やリフト
オフ法によって形成される。続いて、層間絶縁膜とし
て、窒化ケイ素からなる第２保護膜３５を第１保護膜３
０上に形成する。

【００４７】第２保護膜にコンタクトホール４０をドラ
イエッチング法等により形成した後、リフトオフ法等を
用いてコンタクトホール４０をＴｉＡｕからなる配線４
１で埋め込み、更に、金属膜３６ａ（Ｔｉ／Ａｕ二層
膜）を第２保護膜３５上に真空蒸着法で形成する。

【００４８】次に、レーザーアブレーション法により、
この金属膜３６ａ上に軟磁性膜３７ａを形成する。その
際、図３に示すように、真空チャンバー装置４２のヒー
ター４３上に半絶縁性基板２３を配置しておく。そし
て、ＫｒＦエキシマレーザー４４を用いて、波長２４８
ｎｍのパルスレーザー光を水晶窓４５を通して、ターゲ
ット４６に４５度の角度で入射させる。ターゲット４６
はレーザ光により溶融し、その蒸発物が半絶縁性基板２
３上に堆積され、軟磁性膜３７ａ（図１（ｂ））が形成
される。

【００４９】ここで、上記ターゲット４６として（Ｆｅ
2 ０3 ）：（ＮｉＯ）：（ＺｎＯ）＝５：２：３の組成
を有するニッケル−亜鉛−フェライト板を用い、ヒータ
４３によって半絶縁性基板２３を２００〜３５０℃に加
熱し、チャンバー内をＮ2 Ｏガスで１〜１０Ｐａに保ち
ながらレーザーパワー３００〜５００ｍＪ／パルスでタ
ーゲット４６を溶融させニッケル−亜鉛−フェライト軟
磁性膜３７ａを形成するようにしている。堆積されたニ
ッケル−亜鉛−フェライト軟磁性膜３７ａは、Ｎｉ_0.4
Ｚｎ_0.6 Ｆｅ₂ Ｏ₄ の組成比を有するスピネル構造を有
しており、比抵抗０．３ＭΩｃｍ、初透磁率２００であ
る。この工程において、すでに形成されているＭＥＳＦ
ＥＴ２１のデバイス特性は、基板温度が低いため劣化し
ない。

【００５０】次に、図１（ｃ）に示すように、フォトレ
ジスト膜（図示せず）をマスクとしてＡｒイオンミリン
グ法により、ニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜３
７ａ及び金属膜３６ａを選択的にエッチングして、スパ
イラル形状を有する導体層３６及び軟磁性層３７を得
る。

【００５１】図４及び図５は本実施例で示される方法に
よって作製したＧａＡｓパワーＭＭＩＣの平面図及びそ
の等価回路をそれぞれ示している。図示されているチッ
プの大きさは１．０ｍｍ×１．５ｍｍである。従来のイ
ンダクタに較べ本発明のインダクタは約２倍のインダク
タンスを有しているため、インダクタの占有面積を従来
の約６０％に縮小することができる。

【００５２】なお、上記実施例では、ニッケル−亜鉛−
フェライト軟磁性膜３７ａをレーザアブレーション法に
よって作成したが、以下に示すような、プラズマＭＯＣ
ＶＤ法によっても軟磁性膜を形成することができる。

【００５３】図６に示すように、プラズマＭＯＣＶＤ装
置４６は、反応室４７と、反応室４７を低圧に保つため
の排気装置４８と、高周波電源４９とを有している。高
周波電源４９は１３．５６ＭＨｚの交流電圧を発生し、
発生した電圧は電極５０間に印加される。反応室４７内
には基板ヒータ５１が設けられており、金属膜３６ａ
（図１（ｂ）参照）が形成された半絶縁性基板２３が電
極５０に保持されている。反応原料の入った気化器５
２，５３及び５４は反応室４７及びキャリアガスボンベ
５５へそれぞれ接続されている。また、反応ガスボンベ
５６が反応室４７へ接続されている。反応ガス及びキャ
リアガスとして酸素及び窒素を用いる。

【００５４】反応原料には、亜鉛アセチルアセトナート
［Ｚｎ（Ｃ5 Ｈ7 Ｏ2 ）2 ・Ｈ2 Ｏ］、ニッケルアセチ
ルアセトナート［Ｎｉ（Ｃ5 Ｈ7 Ｏ2 ）2 ・Ｈ2 Ｏ］、
及び鉄アセチルアセトナート［Ｆｅ（Ｃ5 Ｈ7 Ｏ2 ）3
］を用いる。真空中１００℃で２時間それぞれ脱水処
理した亜鉛アセチルアセトナート及びニッケルアセチル
アセトナートを気化器５２及び５３に入れる。気化器５
４に鉄アセチルアセトナートをいれる。各気化器５２，
５３及び５４を７０℃、１８０℃、及び１４０℃にそれ
ぞれ保ちながら、キャリアガスボンベ５５から窒素を５
ＳＣＣＭの流量で流し、反応室４７へ原料ガスを導入す
る。また、反応ガスボンベ５６から酸素を１２ＳＣＣＭ
の流量で流し、反応室４７へ反応ガスを導入する。ヒー
タ５１を用いて半絶縁性基板２３を２００から３５０℃
に保ち、排気装置４８により反応室４７内を０．２〜１
００Ｐａの圧力に保ちながら、高周波電源４９を介して
ＲＦ電力を２００〜５００Ｗ電極５０間に印加する。こ
のような条件下で、半絶縁性基板２３の上にニッケル−
亜鉛−フェライト軟磁性薄膜を堆積させる。

【００５５】このようにして作製されたニッケル−亜鉛
−フェライト軟磁性薄膜は、Ｎｉ_{0. 4} Ｚｎ_0.6 Ｆｅ₂ Ｏ
₄ の組成比からなるスピネル構造を有しており、比抵抗
０．５ＭΩｃｍ、初透磁率１８０である。この工程にお
いて、すでに形成されているＭＥＳＦＥＴ２１のデバイ
ス特性は、基板温度が低いため劣化しない。

【００５６】なお、反応原料として、上記原料以外にジ
エチル亜鉛［Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ］、ニッケルビスシク
ロペンタジエニル［Ｎｉ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ］、鉄ビスシク
ロペンタジエニル［Ｆｅ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ］、鉄ペンタカ
ルボニル［Ｆｅ（ＣＯ）5 ］などを用いてもよい。ま
た、反応ガスとしてＮ2 Ｏガスを用いてもよい。また、
プラズマ源としてマイクロ波プラズマあるいは電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）によって発生させられたプラ
ズマを用いてもよい。

【００５７】このように軟磁性層を導体層上に設けるこ
とにより、高インダクタンスを有するインダクタを形成
することができるため、インダクタのパターンサイズを
縮小できる。特に、ＭＭＩＣに用いられるＧａＡｓ等の
化合物半導体基板は、高温状態になるとＦＥＴ等の能動
素子の特性が劣化するという問題があるが、上記実施例
のように、レーザーアブレーション法あるいはプラズマ
ＭＯＣＶＤ法を用いることで、基板を高温まで昇温する
ことなくニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜を形成
することができるため、ＦＥＴ等の能動素子の劣化を防
止し得る利点がある。また、形成されたニッケル−亜鉛
−フェライト軟磁性薄膜はスピネル構造を有しており、
高い初透磁率を有しているため、この薄膜を形成した後
アニールする必要はなく、ＭＭＩＣ内の能動素子の特性
を劣化させることがない。

【００５８】更に、ニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性
薄膜からなる軟磁性層３７は高抵抗を有しているため、
渦電流損失が小さい。

【００５９】また、軟磁性層３７と導体層３６とは必ず
しも直接接触していなくてもよい。例えば極めて薄い絶
縁層を介して積層されていても導体層３６に流れる電流
の変化に応じて軟磁性層３７に誘導起電力が生じれば足
りる。ただし、本発明では、両者を絶縁物を介すること
なく密着させることができるために、浮遊容量を低減す
ることができる。したがって、ニッケル−亜鉛−フェラ
イト薄膜からなる軟磁性層３７を利用したインダクタ
は、１００ＭＨｚ〜５ＧＨｚ帯の周波数で動作する受動
素子として適している。

【００６０】上述したように、レーザアブレーション法
あるいはプラズマＭＯＣＶＤ法を用いて形成したニッケ
ル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜３７ａは、スピネル構
造を有しており、アニールをしなくても十分満足な磁気
特性を示す。しかし、軟磁性層３７の膜質を更に改善す
るために、軟磁性層３７を形成した後、酸素を含む雰囲
気下、３５０℃以下の低温で適当な時間、軟磁性層３７
をアニールしてもよい。例えば、酸素ガス下で３００
℃、３０分間熱処理することにより、能動素子に悪影響
を与えることなく、後述するインダクタ２２のインダク
タンスを５．２ｎＨから５．４ｎＨに向上させることが
できる。

【００６１】なお、本発明のインダクタは、上記実施例
で示される以外の種々の構造を有していてもよく、この
ようなインダクタの構造例を以下に説明する。以下に説
明されるインダクタにおいて、図１（ｃ）に示されるＭ
ＭＩＣ２０と同じ構成要素には同じ参照符号を付してい
る。同じ構成要素の説明を繰り返すことを避け、構造の
違いを明確にするために、これら同じ構成要素の説明を
一部省略している。

【００６２】本発明のインダクタにおいて、軟磁性層と
導体層とは、上記実施例とは上下逆に形成されていても
よい。図７は斯かる構造例を示し、インダクタ６０は、
第２保護膜３５上に形成された軟磁性層６１と、軟磁性
層６１上に形成された導体層６２とを有している。製造
工程は図示しないが、第２保護膜３５上に軟磁性層６１
となるニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜を堆積し
た後、配線４１の上方に位置するニッケル−亜鉛−フェ
ライト軟磁性薄膜のみを除去し、全面に導体層６２とな
る金属膜を堆積する。これにより、配線４１と金属膜で
形成される導体層６２とが電気的に接続することができ
る。その後金属膜及びニッケル−亜鉛−フェライト軟磁
性薄膜を選択的にエッチングして、導体層６２及び軟磁
性層６１をパターニングする。

【００６３】また、軟磁性層は必ずしもスパイラル形状
にエッチングしなくてもよい。図８（ａ），（ｂ）はス
パイラル形状を有しない軟磁性層を設けた構造例を示
す。

【００６４】図８（ａ）に示されるインダクタ６５は、
第２保護膜３５上に形成された平板状つまりスパイラル
形状を有しない軟磁性層６６と、軟磁性層６６上に形成
されたスパイラル形状の導体層６７とを有している。こ
の場合、製造工程は図示しないが、インダクタ６５は、
上述のようにニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜と
金属膜とを堆積後、金属膜のみをスパイラル形状を有す
るようにエッチングすることにより得られる。

【００６５】図８（ｂ）に示されるインダクタの例で
は、スパイラル形状を有する導体層７１の上に平板状
（つまりスパイラル形状を有しない）軟磁性層７２が設
けられている。同図において、スパイラル形状の導体層
７１の間を埋める絶縁層７３が設けられており、この絶
縁層７３は、ニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜を
堆積する際に、導体層７１の側面に、ニッケル−亜鉛−
フェライト軟磁性薄膜が付着しないようにマスクとして
機能する。製造工程は図示しないが、この構造のインダ
クタは、以下の工程により形成される。まず、第２保護
膜３５中にコンタクトホール４０を形成し、配線４１を
形成した後、金属膜を第２保護膜上に堆積する。次に、
金属膜を選択的にエッチングしてスパイラル形状の導体
層７１を形成した後、導体層７１の間を埋めかつ導体層
７１を完全に覆うように絶縁層７３を堆積する。さら
に、この堆積した絶縁層７３を導体層７１の表面が露出
するまでエッチバックした後、絶縁層４３及び導体層７
１の上に、平板状のニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性
薄膜からなる軟磁性層７２を形成する。このような平板
状の軟磁性層７２を形成する場合、工程を簡素化し得る
利点がある。

【００６６】更に、上記インダクタは、導体層を２つの
軟磁性層で挟み込んだ構造としてもよい。図９（ａ），
（ｂ）は、かかる構造を有するインダクタの断面形状を
示す。

【００６７】図９（ａ）に示されるインダクタ７５は、
図７に示される構造を有するインダクタ６０の導体層６
２の上に、さらに軟磁性層７６を設けることにより得ら
れる。インダクタ７５は、軟磁性層６１及び７６に挟ま
れた導体層６２を有しているので、インダクタ６０に較
べ、より高いインダクタンスを有している。

【００６８】図９（ｂ）に示されるインダクタ８０は、
図８（ａ）に示される構造を有するインダクタ６５の導
体層６７の上に、さらに軟磁性層７２を設けることによ
り得られる。この場合、ニッケル−亜鉛−フェライト軟
磁性薄膜が導体層６７の側面に付着しないように、絶縁
層７３で導体層６７の側方の空間を埋め込んでおくこと
が好ましい。

【００６９】次に、本発明のインダクタの特性について
説明する。

【００７０】

【表１】 表１は内径５０μｍ、配線幅６μｍ、配線間隔４μｍタ
ーン数５の導体層からなる本発明のインダクタ２２（図
１（ｃ）に示す構造）及び７５（図９（ａ）に示す構
造）のインダクタンス値を示し、比較のために従来のイ
ンダクタが有するインダクタンス値も示している。イン
ダクタ２２及び７５の軟磁性層はレーザアブレーション
法によって形成するが、プラズマＭＯＣＶＤ法を用いて
作製しても同様の結果が得られる。

【００７１】表１から明らかなように、本発明のインダ
クタと従来のインダクタとに同じパターンからなる導体
層を設けた場合、本発明のインダクタ２２及び７５は、
従来のインダクタに較べ、それぞれ２倍及び約５倍のイ
ンダクタンスを有する。インダクタ２２及び７５が有す
るインダクタンスとほぼ等しいインダクタンスを有する
従来のインダクタとの面積比で比較すると、本発明のイ
ンダクタでは、従来のインダクタのそれぞれ約６０％、
約３５％に縮小されることが分かる。更に、軟磁性層の
厚さ等を最適化することによって、インダクタンス値を
従来の値の約１０倍、占有面積を従来の面積の約２０％
に縮小することが可能である。

【００７２】図１０は、表１に示されるインダクタの周
波数特性を示している。曲線Ａは従来のインダクタの周
波数特性を示し、曲線Ｂ及びＣは本発明のインダクタ２
２及び７５の周波数特性を示している。図１０から明ら
かなように、本発明のインダクタ２２及び７５の共振周
波数は従来のものに較べほとんど低下しておらず、１０
ＧＨｚまで使用できることが分かる。

【００７３】特に、インダクタを形成する工程で、レー
ザアブレーション法あるいはプラズマＭＯＣＶＤ法を用
いることで、３５０℃以下の温度条件でインダクタを形
成できるため、化合物半導体デバイスの製造工程中に適
切に組み込むことができる。従って、ＭＭＩＣの他の能
動素子や受動素子の製造工程に組み込んで本発明のイン
ダクタを形成することができる。

【００７４】上記実施例では、ＭＭＩＣの能動素子とし
てＭＥＳＦＥＴを有しているが、ＨＢＴ等他の能動素子
を有していてもよいことは容易に理解される。また、半
導体化合物基板としてＧａＡｓ基板以外に、ＩｎＰ等他
の化合物半導体基板を用いたＭＭＩＣに本発明が適用で
きることもいうまでもない。

【００７５】さらに、本発明のインダクタの形状は、上
記実施例のごときスパイラル形状に限定されるものでは
ない。例えば、図１１（ａ）に示されようなつづら折り
型、あるいは図１１（ｂ）に示されるようなループ型を
有するインダクタに本発明を適用してもよい。

【００７６】また、導体層と軟磁性層との積層構造は、
上記実施例の二層構造や三層構造に限定されるものでは
なく、四層以上の積層構造であってもよい。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、モノリシックマイクロ
波集積回路におけるインダクタを、導体層と、ニッケル
−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜からなる少なくとも１つ
の軟磁性層とで構成したので、高インダクタンスを有す
るインダクタが得られ、インダクタの占有面積を低減す
ることができる。本発明のインダクタは３５０℃以下の
低温で作製することができるので、ＦＥＴ等の能動素子
のデバイス特性を劣化することなく、ＭＭＩＣ内に組み
込みことができ、ＭＭＩＣのチップサイズを縮小でき、
コストダウンを図ることができる。

【００７８】特に、ＭＭＩＣの製造方法として、インダ
クタ内のニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜からな
る軟磁性層を形成する際に、レーザーアブレーション
法，プラズマＭＯＣＶＤ法を用いることで、低温条件下
で軟磁性層を形成することができ、能動素子の特性の悪
化を有効に防止しながら、良好なスピネル構造の軟磁性
層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るＭＭＩＣの製造工程における構造
の変化を示す部分断面図である。

【図２】実施例に係るインダクタの平面図である。

【図３】実施例におけるレーザアブレーション法に用い
る装置を説明する図である。

【図４】実施例に係るＭＭＩＣの平面図である。

【図５】図４に示されるＭＭＩＣの等価回路図である。

【図６】プラズマＭＯＣＶＤ法に用いる装置の一例を説
明する図である。

【図７】実施例に係るインダクタの導体層と軟磁性層と
の上下を逆にした構造の例を示す断面図である。

【図８】実施例に係るインダクタの軟磁性層を平板状と
した構造の例を示す断面図である。

【図９】実施例に係るインダクタの軟磁性層を導体層の
上下２か所に設けた構造の例を示す断面図である。

【図１０】本発明のインダクタと従来のインダクタとに
おける周波数特性を比較する特性図である。

【図１１】実施例に係るインダクタの導体層のパターニ
ング形状の変形例を示す平面図である。

【図１２】従来のインダクタの構造を示す断面図及び平
面図である。

【符号の説明】

２０ ＭＭＩＣ ２１ ＭＥＳＦＥＴ ２２ インダクタ ２３ 半絶縁性基板 ３３、３４、３５、４１ 配線 ３６ 導体層 ３６ａ 金属膜 ３７ 軟磁性層 ３７ａ ニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜

フロントページの続き (72)発明者 藤井 映志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モノリシックマイクロ波集積回路に用い
   られるインダクタであって、 該インダクタは、 上記モノリシックマイクロ波集積回路内の信号を授受す
   るための入出力端部を有し所定のパターンで形成された
   導体層と、 該導体層に付設されたニッケル−亜鉛−フェライト軟磁
   性薄膜からなり、上記導体層に流れる電流の変化に応じ
   た誘導起電力を生ぜしめる少なくとも１つの軟磁性層と
   を備えたことを特徴とするインダクタ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインダクタにおいて、 上記導体層と上記軟磁性層とは、直接接触していること
   を特徴とするインダクタ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のインダクタにおい
   て、 上記導体層は、１つの平面内でスパイラル形状、つづら
   折り形状及びループ形状のうちのいずれか一つの形状を
   有することを特徴とするインダクタ。
4. 【請求項４】 請求項３記載のインダクタにおいて、 上記軟磁性層は、上記導体層が有する形状と同じ形状を
   有することを特徴とするインダクタ。
5. 【請求項５】 請求項３記載のインダクタにおいて、 上記導体層は、上記軟磁性層の下方に設けられており、 上記導体層の側方に形成され、上記導体層の側面と上記
   軟磁性層との間を電気的に絶縁する絶縁層をさらに備え
   たことを特徴とするインダクタ。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３又は４記載のインダク
   タにおいて、 上記軟磁性層は、上記導体層を介して相対向する２か所
   に設けられていることを特徴とするインダクタ。
7. 【請求項７】 請求項６記載のインダクタにおいて、 上記導体層の側方に形成され、上記導体層の側面と上記
   軟磁性層との間を電気的に絶縁する絶縁層をさらに備え
   たことを特徴とするインダクタ。
8. 【請求項８】 化合物半導体基板と、 該化合物半導体基板上に形成された能動素子と、 該化合物半導体基板上に形成され、かつ該能動素子と電
   気的に接続されたインダクタとを備え、 該インダクタは、 電気信号の入出力端部を有し所定のパターンで形成され
   た導体層と、 該導体層に付設されたニッケル−亜鉛−フェライト軟磁
   性薄膜からなり、上記導体層に流れる電流の変化に応じ
   た誘導起電力を生ぜしめる少なくとも１つの軟磁性層と
   を有することを特徴とするモノリシックマイクロ波集積
   回路。
9. 【請求項９】 請求項８記載のモノリシックマイクロ波
   集積回路において、 上記化合物半導体基板は、ＧａＡｓで構成されているこ
   とを特徴とするモノリシックマイクロ波集積回路。
10. 【請求項１０】 請求項８記載のモノリシックマイクロ
    波集積回路において、 上記能動素子は、電界効果型トランジスタとヘテロ接合
    バイポーラトランジスタとのうちのいずれか一方からな
    ることを特徴とするモノリシックマイクロ波集積回路。
11. 【請求項１１】 化合物半導体基板上に能動素子を形成
    する工程と、 上記能動素子と電気的に接続された配線を形成する工程
    と、 上記配線と電気的に接続された導体層と、該導体層に付
    設されたニッケル−亜鉛−フェライト軟磁性薄膜からな
    る少なくとも１つの軟磁性層とで構成されるインダクタ
    を形成する工程とを有することを特徴とするモノリシッ
    クマイクロ集積回路の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のモノリシックマイク
    ロ波集積回路の製造方法において、 上記インダクタを形成する工程では、レーザアブレーシ
    ョン法によって上記軟磁性層を形成することを特徴とす
    るモノリシックマイクロ波集積回路の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載のモノリシックマイク
    ロ波集積回路の製造方法において、 上記インダクタを形成する工程では、ニッケルを含む化
    合物、亜鉛を含む化合物、及び鉄を含む化合物と酸素ガ
    スとの混合ガスを減圧下プラズマ中で反応させるプラズ
    マＭＯＣＶＤ法によって、上記軟磁性層を形成すること
    を特徴とするモノリシックマイクロ波集積回路の製造方
    法。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載のモノリシックマイク
    ロ波集積回路の製造方法において、 上記プラズマＣＶＤ法は、高周波電源により発生する高
    周波プラズマ、マグネトロン放電により発生するマイク
    ロ波プラズマ及び電子サイクロトロン共鳴により発生す
    るプラズマのうちいずれかのプラズマを用いることを特
    徴とするモノリシックマイクロ波集積回路の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１１、１２、１３又は１４記載
    のモノリシックマイクロ波集積回路の製造方法におい
    て、 上記インダクタを形成する工程では、３５０℃以下の温
    度で上記軟磁性層を形成することを特徴とするモノリシ
    ックマイクロ波集積回路の製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１１，１２，１３，１４又は１
    ５記載のモノリシックマイクロ波集積回路の製造方法に
    おいて、 上記インダクタを形成する工程では、金属膜を堆積し、
    これをスパイラル形状，つづら折り形状及びループ形状
    のうちのいずれか一つの形状にパターニングして導体層
    を形成することを特徴とするモノリシックマイクロ波集
    積回路の製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載のモノリシックマイク
    ロ波集積回路の製造方法において、 上記インダクタを形成する工程では、金属膜とニッケル
    −亜鉛−フェライト軟磁性膜との積層膜を形成した後、
    この積層膜を、スパイラル形状，つづら折り形状及びル
    ープ形状のうちのいずれか一つの形状にパターニングし
    て、導体層及び軟磁性層を形成することを特徴とするモ
    ノリシックマイクロ波集積回路の製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１１，１２，１３，１４，１
    ５，１６又は１７記載のモノリシックマイクロ波集積回
    路の製造方法において、 上記インダクタを形成する工程では、軟磁性層を酸素を
    含む雰囲気中で３５０℃以下の低温下で熱処理すること
    を特徴とするモノリシックマイクロ波集積回路の製造方
    法。