JPH09213894A - 平滑回路素子 - Google Patents

平滑回路素子

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JPH09213894A
JPH09213894A JP8044157A JP4415796A JPH09213894A JP H09213894 A JPH09213894 A JP H09213894A JP 8044157 A JP8044157 A JP 8044157A JP 4415796 A JP4415796 A JP 4415796A JP H09213894 A JPH09213894 A JP H09213894A
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JP
Japan
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thin film
film
conductive
smoothing circuit
circuit element
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JP8044157A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Yanai
利明 谷内
Masato Mino
正人 三野
Kazuo Tsukamoto
一男 塚本
Keiichi Yanagisawa
佳一 柳沢
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カード内に内装できる厚さ0.5mm程度の平
滑回路素子を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 導電性基板と高誘電体薄膜と導電性薄膜
とで構成されるコンデンサを薄膜技術によって形成し、
上記コンデンサ上に絶縁膜を介して、磁性薄膜と絶縁膜
と導電性コイル薄膜とで構成されるインダクタを薄膜技
術によって形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
に用いる平滑回路素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】パーソナルコンピュータや携帯電話等の
電子機器では、商用電源や電池からの電力を、電子回路
が必要とする電圧に変換して供給するスイッチング電源
が一般に用いられている。
【0003】図6は、従来のスイッチング電源回路を示
す回路図である。
【0004】図6に示すスイッチング電源回路は、スイ
ッチング回路、整流回路、平滑回路素子で構成されてい
る。
【0005】平滑回路素子は、インダクタとコンデンサ
とで構成され、従来の平滑回路素子では、それぞれ個別
のインダクタ、コンデンサが用いられている。インダク
タとしては、フェライトコアに巻線が施されたものや、
フェライト内にコイル部が形成されているいわゆるチッ
プインダクタが用いられている。また、コンデンサとし
ては、誘電性セラミックと導電薄膜とを積層にしたいわ
ゆるセラミックコンデンサ等が用いられている。これら
は、たとえば、「T. Serada, et al., "Small,Highly E
ffecient Battery Input Type 1 W Class DC-DC Conver
ters," Proceedings of IPEC-Yokohama '95, pp.417-42
1, April 3-7, 1995.」に記載されている。
【0006】一方、LSI等の高集積化によって電子機
器の電子回路部の小形化は急激に進展し、カードコンピ
ュータやカード電話の実現が期待されている。これら電
子機器に用いるスイッチング電源においても小形化や薄
形化の要望が極めて強い。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスイッ
チング電源において、半導体素子で構成されているスイ
ッチング回路や整流回路が使用され、このような半導体
素子で構成されている回路の厚さは0.5mm程度を実現
でき、これらをカードに内装することができるが、しか
し、チップインダクタや積層セラミックコンデンサによ
って平滑回路素子を構成した場合、その厚さが3mm以上
にも及び、その平滑回路素子をカード内へ内装すること
は困難であるという問題がある。
【0008】本発明は、カード内に内装できる厚さ0.
5mm程度の平滑回路素子を提供することを目的とするも
のである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電性基板と
高誘電体薄膜と導電性薄膜とで構成されるコンデンサを
薄膜技術によって形成し、上記コンデンサ上に絶縁膜を
介して、磁性薄膜と絶縁膜と導電性コイル薄膜とで構成
されるインダクタを薄膜技術によって形成するものであ
る。また、本発明は、コンデンサの容量を増しチップサ
イズを小さくするために、導電性基板に溝を形成してコ
ンデンサ面積を増大したものである。さらに、本発明
は、コンデンサの導電性薄膜で構成されている電極と、
渦巻き状導電性コイル薄膜の中央部コイル端とが接続さ
れているものである。
【0010】
【発明の実施の形態および実施例】図1は、本発明の一
実施例である平滑回路素子E1の説明図である。図1
(1)は、その平面図であり、図1(2)は、図1
(1)のX−Y線から見た断面図である。
【0011】平滑回路素子E1は、導電性基板1と、高
誘電体薄膜2と、導電性薄膜3と、第2の絶縁膜4と、
磁性薄膜5、9と、第1の絶縁膜6、7と、導電性コイ
ル薄膜8とが設けられている。
【0012】つまり、平滑回路素子E1は、導電性基板
と高誘電体薄膜と導電性薄膜とで構成されたコンデンサ
と、磁性薄膜と第1の絶縁膜と導電性コイル薄膜とで構
成されたインダクタと、上記コンデンサと上記インダク
タンスとの間に設けられている第2の絶縁膜とを有し、
上記コンデンサと上記インダクタとの直列回路で構成さ
れる平滑回路素子である。
【0013】導電性基板1として、たとえば低抵抗シリ
コン基板、低抵抗ゲルマニウム基板等が用いられ、高誘
電体薄膜2として、BST(Ba1-x Srx TiO
3 )、STO(SrTiO3 )、BTO(BaTiO
3 )、PLZT(Pb1-x Lax Zr1-y Tiy
3 )、PZT(PbZr1-x Tix3 )等が用いら
れ、導電性薄膜3として、Al、W、Mo、Pt、A
u、Cu等が用いられている。また、第2の絶縁膜4と
して、酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミド等が用
いられ、磁性薄膜5、9として、CoZrTa、CoZ
rRe、CoFeSiB、CoZrNb、CoFeAl
N、FeSiB、FeAlN、FeAlBO、FeAl
O、FeBO、FeBN、パーマロイ等が用いられ、第
1の絶縁膜6、7として、酸化シリコン、窒化シリコン
ポリイミド等が用いられ、導電性コイル薄膜8として、
Cu、Al等が用いられている。
【0014】次に、平滑回路素子E1の製法の一例につ
いて説明する。
【0015】まず、導電性基板1の厚さを0.2〜0.
4mm程度にし、その比抵抗を0.5mΩ・cm程度にした
低抵抗シリコン基板を構成し、この導電性基板1上に、
スパッタ法でBST薄膜等の高誘電体薄膜2を厚さ0.
1〜0.2μm程度堆積し、800度程度で熱処理を施
す。BST膜の堆積には、CVD法やゾルゲル法等を用
いてもよい。また、BST膜堆積前に、50mm厚さ程度
の酸化イリジウム等のバッファ層を設けてもよい。その
後、スパッタ法、蒸着法等でCu等を厚さ1〜5μm程
度堆積し、パターニングを行い、導電性薄膜3を形成す
る。
【0016】そして、スパッタ法、プラズマCVD法等
で酸化シリコン膜等を、導電性薄膜3に厚さ5〜10μ
m程度堆積させることによって、第2の絶縁膜4を形成
する。この第2の絶縁膜4を形成する場合、バイアスス
パッタ法やエッチバック法を用いて、平坦化も併せて行
う。そして、CoZrTa等をイオンビームスパッタ法
等によって厚さ5〜10μm程度堆積し、パターニング
を行うことによって、磁性薄膜5を形成する。
【0017】さらに、酸化シリコン膜等をスパッタ法、
プラズマCVD法等で堆積することによって、第1の絶
縁膜6、7の一部を形成する。その後、導電性薄膜3と
導電性コイル薄膜8とを接続するためのコンタクトホー
ルを形成する。この場合、第1の絶縁膜6、7と第2の
絶縁膜4とをイオンビームエッチング法、反応性イオン
エッチング法等で加工して、渦巻き状導電性コイル薄膜
8の中央部端Bの位置に、上記コンタクトホールを形成
する。次に、Cu等をスパッタ法、蒸着法等によって厚
さ5〜10μm程度堆積し、パターニングを行うことに
よって、導電性コイル薄膜8を形成する。
【0018】そして、酸化シリコン等をスパッタ法、プ
ラズマCVD法等によって5〜10μm程度堆積するこ
とによって、第1の絶縁膜6、7を形成する。平坦化処
理を施した後、磁性薄膜5と接続する位置に、コンタク
トホールを形成し、CoZrTa等をスパッタ法、イオ
ンビームスパッタ法等によって厚さ5〜10μm程度堆
積し、パターニングを行うことによって、磁性薄膜9を
形成する。最後に、導電性コイル薄膜8の端子位置A、
Bに、コンタクトホールを形成すれば、厚さ0.5mm以
下である平滑回路素子E1を得ることができる。
【0019】平滑回路素子E1は、5mm角程度のチップ
で、容量が約1μFでインダクタンスが3μHの素子を
得ることができる。
【0020】また、導電性基板1と高誘電体薄膜2と導
電性薄膜3とで構成されているコンデンサと、磁性薄膜
5と第1の絶縁膜6、7と渦巻き状導電性コイル薄膜7
とで構成されているインダクタとが、チップ中央部で接
続されているので、コンデンサに内在する等価直列抵抗
(ESR)を低減することができる。
【0021】図6で示したスイッチング電源回路に平滑
回路素子E1を適用すれば、厚さ0.5mm以下でカード
に内装が可能で、かつ出力電圧3.3Vで数Wの電力供
給が可能になる。
【0022】図2は、本発明の他の実施例である平滑回
路素子E2の説明図である。図2(1)は、その平面図
であり、図2(2)は、図2(1)のX−Y線から見た
断面図である。
【0023】平滑回路素子E2は、導電性基板1と、高
誘電体薄膜2と、導電性薄膜3と、第2の絶縁膜4と、
磁性薄膜5、9と、第1の絶縁膜6、7と、導電性コイ
ル薄膜8とを有する。
【0024】導電性基板1としては、たとえば低抵抗シ
リコン基板、低抵抗ゲルマニウム基板等が用いられ、こ
の導電性基板1には溝10が形成され、高誘電体薄膜2
としては、BST(Ba1-x Srx TiO3 )、STO
(SrTiO3 )、BTO(BaTiO3 )、PLZT
(Pb1-x Lax Zr1-y Tiy3 )、PZT(Pb
Zr1-x Tix3 )等が用いられ、導電性薄膜3とし
ては、Al、W、Mo、Pt、Au、Cu等が用いられ
ている。
【0025】また、第2の絶縁膜4としては、酸化シリ
コン、窒化シリコン、ポリイミド等が用いられ、磁性薄
膜5、9としては、CoZrTa、CoZrRe、Co
FeSiB、CoZrNb、CoFeAlN、FeSi
B、FeAlN、FeAlBO、FeAlO、FeB
O、FeBN、パーマロイ等が用いられ、第1の絶縁膜
6、7としては、酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイ
ミド等が用いられ、導電性コイル薄膜8としては、C
u、Al等が用いられている。
【0026】次に、平滑回路素子E2の製法の一例につ
いて説明する。
【0027】まず、導電性基板1の厚さを0.2〜0.
4mm程度にした低抵抗シリコン基板を構成し、この導電
性基板1上に、反応イオンエッチング法、スパッタエッ
チング法等によって、深さ3〜10μm程度の溝10を
形成し、上記導電性基板1上にスパッタ法、CVD法等
でBST膜等の高誘電体薄膜2を、厚さ0.1〜0.2
μm程度堆積し、800度程度で熱処理を施す。BST
膜体積前に、酸化イリジウム等のバッファ層を設けるよ
うにしてもよい。溝部10のステップカバレジをよくす
るために(溝側壁に設けられた膜にピンホール等が発生
することによって耐圧が減少しないようにするため
に)、溝側壁に傾斜を付与したり、溝の角部に曲線を付
与することも有効である。その後は、平滑回路素子E1
で説明した製法と同様に製造すれば、厚さ0.5mm以下
の平滑回路素子E2を得ることができる。
【0028】次に、実施例2における溝の形成パタンの
例を、図3、図4、図5に示す。
【0029】図3は、平滑回路素子E2における溝形成
パタンの一例を示す図である。
【0030】図3に示す溝形成パタンにおいては、図
1、図2における導電性薄膜3と導電性コイル薄膜8と
を接続するコンタクトホール11を中心に、チップの四
隅に向う部分に溝10を形成しない部分が設けられ、し
かもチップの辺に垂直に溝10が形成されている。つま
り、溝10は、導電性基板1の辺に垂直に設けられてい
る複数の四角形の溝である。このように溝10を設ける
ことによって容量が増加し、また、コンタクトホール1
1を中心にチップの四隅に向う部分に溝10を形成しな
い部分を設けることによって、溝10を横断せずに、チ
ップ周辺まで導電性薄膜3を形成できるので、溝横断に
よる抵抗の増大を防ぐことができ、コンデンサに内在す
る等価直列抵抗(ESR)が増大することがない。
【0031】図4は、平滑回路素子E2における他の溝
10aの形成パタンの例を示す図である。
【0032】図4に示す溝10aの形成パタンにおいて
は、導電性薄膜3と導電性コイル薄膜8とを接続するコ
ンタクトホール11を中心に、チップの四隅に向かう部
分に溝10aを形成しない部分が設けられ、しかもコン
タクトホール11の長辺に平行に溝が形成され、コンタ
クトホール11の長辺に平行なチップの辺に向う領域で
は、溝パタンが適度に短く切断され、このようにするこ
とによって、チップ周辺まで溝を横断することなく導電
性薄膜を形成でき、コンデンサに内在する等価直列抵抗
(ESR)の増大が抑制されている。
【0033】図5は、平滑回路素子E2における別の溝
10bの形成パタンの例を示す図である。
【0034】溝10bの形成パタンは、複数の円状の溝
であり、導電性基板1の辺と垂直の方向に列状に配置さ
れているものである。このように溝を形成することによ
って、上記各溝パタンと同様に、チップ周辺まで溝を横
断することなく、導電性薄膜を形成できるので、コンデ
ンサに内在する等価直列抵抗(ESR)の増大が抑制さ
れる。
【0035】たとえば、図3に示した平滑回路素子E2
では、5mm角程度のチップで溝深さを5μmとし、溝パ
タン間隔を10μmラインアンドスペースとすると、図
1に示す平滑回路素子E1と比較すると、約1.5倍の
容量である約1.5μFを得ることができる。これによ
って、電力供給能力を増大することができる。
【0036】なお、図5に示す平滑素子における溝10
bによる壁面の面積が、図3における溝10による壁面
の面積の場合よりも広いので、図3の平滑素子における
コンデンサの容量よりも、図5の平滑素子におけるコン
デンサの容量が大きい。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、スイッチング回路や整
流回路を構成する半導体チップと同様に、インダクタと
コンデンサとで構成され、厚さ0.5mm程度のチップで
平滑回路素子を提供することができ、したがって、カー
ドに内装できる厚さのスイッチング電源を製作すること
ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である平滑回路素子E1の説
明図である。
【図2】本発明の他の実施例である平滑回路素子E2の
説明図である。
【図3】平滑回路素子E2における溝形成パタンの一例
を示す図である。
【図4】平滑回路素子E2における溝形成パタンの他の
例を示す図である。
【図5】平滑回路素子E2における溝形成パタンの別の
例を示す図である。
【図6】従来のスイッチング電源回路を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
E1、E2…平滑回路素子、 1…導電性基板、 2…高誘電体薄膜、 3…導電性薄膜、 4…第2の絶縁膜、 5…磁性薄膜、 6、7…第1の絶縁膜、 8…導電性コイル薄膜、 9…磁性薄膜、 10、10a、10b…溝、 11…コンタクトホール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 7/09 H01L 27/04 C (72)発明者 柳沢 佳一 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンデンサとインダクタとの直列回路で
    構成される平滑回路素子において、 導電性基板と高誘電体薄膜と導電性薄膜とで構成された
    コンデンサと;磁性薄膜と第1の絶縁膜と導電性コイル
    薄膜とで構成されたインダクタと;上記コンデンサと上
    記インダクタンスとの間に設けられている第2の絶縁膜
    と;を有することを特徴とする平滑回路素子。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 上記導電性コイル薄膜が渦巻き状に形成され、この渦巻
    き状導電性コイル薄膜の中央部端が上記コンデンサを構
    成する導電性薄膜と接続されていることを特徴とする平
    滑回路素子。
  3. 【請求項3】 請求項1において、 上記導電性基板に溝が形成され、上記溝を覆うように高
    誘電体薄膜が形成されていることを特徴とする平滑回路
    素子。
  4. 【請求項4】 請求項3において、 上記溝は、上記導電性基板の辺に垂直に設けられている
    複数の四角形の溝であることを特徴とする平滑回路素
    子。
  5. 【請求項5】 請求項3において、 上記溝は、複数の円状の溝であり、上記導電性基板の辺
    と垂直方向に列状に配置されているものであることを特
    徴とする平滑回路素子。
JP8044157A 1996-02-06 1996-02-06 平滑回路素子 Pending JPH09213894A (ja)

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