JP4893366B2

JP4893366B2 - 薄膜磁気デバイス

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Inventors: 琢政井
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Publication date: 2012-03-07
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Description

本発明は、薄膜コイルと磁性膜とを備えた薄膜磁気デバイスに関する。

従来より、各種用途の電子機器分野において、集積化受動部品として、薄膜コイルおよび磁性膜を含んで構成される薄膜インダクタや薄膜トランスなどの薄膜磁気デバイスが広く利用されている。

図２７は、矩形状のスパイラルコイルにより構成された従来の薄膜磁気デバイス（薄膜インダクタ１０１）の一例を表したものであり、図２７（Ａ）は平面構成を、図２７（Ｂ）は図２７（Ａ）に示したＩＩＩ−ＩＩＩ部分の矢視断面構成を、それぞれ表している。この薄膜インダクタ１０１では、基板１１１上に、絶縁膜１１２、端子１１３Ｔ１，１１３Ｔ２を有する矩形状のスパイラルコイル１１３、および中央部分に開口１１５を有する磁性膜１１４がこの順にＺ軸方向に積層された積層構造をなしている。

ところで、近年ではこのような薄膜磁気デバイスにおいて、ＧＨｚ（ギガ・ヘルツ）帯域等での高周波用途が期待され、高周波特性の良好な磁性膜、具体的には高周波領域において高い透磁率を示す磁性膜が求められている。

そこで、例えば特許文献１および特許文献２には、磁性膜上に複数のスリットを形成することにより、高周波領域における透磁率向上を図るようにした技術が提案されている。

特開平８−１７２０１５号公報特開２００１−１４３９２９号公報

しかしながら、特許文献１に示された薄膜磁気デバイスでは、磁性膜に発生する応力に起因して透磁率が低下してしまうという問題があった。また、特許文献２に示された薄膜磁気デバイスでは、複数のスリットが磁性膜全体にわたって形成されているため、磁性膜に発生する過大な反磁場に起因して透磁率が低下してしまうという問題があった。

このように従来の技術では、磁性膜に発生する応力や反磁場の影響により、高周波領域での透磁率が実用上十分なレベルまでには至っていなかった。よって、高周波領域での透磁率の更なる向上が望まれる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高周波領域での透磁率をより効果的に向上させることが可能な薄膜磁気デバイスを提供することにある。

本発明の第１の薄膜磁気デバイスは、薄膜コイルと、この薄膜コイルの延在面上に積層され、積層面内の一方向に延設された複数の帯状磁性膜とを備え、これら複数の帯状磁性膜が、薄膜コイルの延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域のうちの互いに対向する一対の領域である、帯状磁性膜の磁化容易軸と薄膜コイルとが直交する領域にのみ、磁化容易軸と直交する方向を長手方向として形成されているようにしたものである。なお、「薄膜コイルの延在領域」とは、厳密な意味での薄膜コイル上の領域だけでなく、その周辺の領域をも含む意味である。

本発明の第２の薄膜磁気デバイスは、薄膜コイルと、この薄膜コイルの延在面上に積層され、積層面内の一方向に延びる複数のスリットが形成された磁性膜とを備え、これら複数のスリットが、薄膜コイルの延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域のうちの互いに対向する一対の領域である、磁性膜の磁化容易軸と薄膜コイルとが直交する領域にのみ、磁化容易軸と直交する方向を長手方向として形成されているようにしたものである。なお、「スリット」とは、短冊状や帯状の開口に加え、短冊状や帯状の凹面をも含む意味である。

本発明の薄膜磁気デバイスでは、薄膜コイルの延在面上に一方向に延びる複数の帯状磁性膜または磁性膜中の複数のスリットが形成されているため、各帯状磁性膜または各スリットの幅方向に対する応力の合算が回避され、帯状磁性膜または磁性膜における応力が低減する。よって、帯状磁性膜または磁性膜の歪み量も低減することから、透磁率が向上する。
また、これら帯状磁性膜またはスリットは、薄膜コイルの延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域のうちの互いに対向する一対の領域にのみ形成されていることから、４つの領域全てに形成されている場合と比べ、反磁場の影響による透磁率の低下が抑えられる。よって、高周波領域である程度の透磁率を維持するのが容易となる。
更に、上記帯状磁性膜またはスリットは、帯状磁性膜または磁性膜の磁化容易軸と薄膜コイルとが直交する領域（上記一対の領域に対応）にのみ、この磁化容易軸と直交する方向を長手方向として形成されている。これにより、磁化容易軸と薄膜コイルとが直交する領域の高周波での透磁率が選択的に増加される。
加えて、帯状磁性膜またはスリットの長手方向が磁化容易軸と直交していることから、この磁化容易軸の方向が帯状磁性膜またはスリットの幅方向と一致することとなり、磁化容易軸と薄膜コイルとが平行な場合のみならず直交している場合においても、高周波領域である程度の透磁率が維持される。よって、高周波領域での透磁率がより効果的に向上する。

本発明の第１の薄膜磁気デバイスでは、上記帯状磁性膜が薄膜コイルのパターンに重なるように形成するのが好ましい。また、本発明の第２の薄膜磁気デバイスでは、上記スリットを薄膜コイルのパターン間領域に形成するのが好ましい。これらのように構成した場合、帯状磁性膜または磁性膜とコイルパターンとの距離が近くなるため、透磁率がより増加する。

本発明の薄膜磁気デバイスによれば、薄膜コイルの延在面上に一方向に延びる複数の帯状磁性膜または磁性膜中の複数のスリットを形成すると共に、これら帯状磁性膜またはスリットを、薄膜コイルの延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域のうちの互いに対向する一対の領域にのみ形成するようにしたので、帯状磁性膜または磁性膜における応力を低減しつつ反磁場の影響による透磁率の低下を抑え、高周波領域でもある程度の透磁率を維持することができる。よって、高周波領域での透磁率をより効果的に向上させることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気デバイスとしての薄膜インダクタ１の構成を表しており、図１はＸ−Ｙ平面構成を、図２は図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿ったＸ−Ｚ断面構成を表している。この薄膜インダクタ１は、基板１１上に、絶縁膜１２、薄膜状のコイル１３、および磁性膜１４がこの順に形成された積層構造を有している。

基板１１は、薄膜インダクタ１全体を支持ずる矩形状の基板であり、例えば、ガラス、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃；いわゆるアルミナ）、セラミックス、半導体または樹脂などにより構成されている。なお、基板１１の構成材料は、必ずしも上記した一連の材料に限らず、自由に選定可能である。

絶縁膜１２は、コイル１３を周辺から電気的に絶縁するものであり、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの絶縁性材料により構成されている。

コイル１３は、一端（１３Ｔ１）と他端（１３Ｔ２）との間にインダクタを構成するものであり、例えば銅（Ｃｕ）などの導電性材料により構成されている。このコイル１３は、Ｘ−Ｙ平面内で端子１３Ｔ１，１３Ｔ２がいずれも外部へ導出されるように巻回された矩形状のスパイラル型構造となっており、Ｘ軸方向に沿って延在するコイルパターン（第１のコイルパターン）と、Ｙ軸方向に沿って延在するコイルパターン（第２のコイルパターン）とを有している。また、コイル１３のうちの端子１３Ｔ２に通じる部分は、コイル１３のうちの端子１３Ｔ１に通じる部分を含む巻回部分と接触せずに外部に導かれるように、その巻回部分よりも下層に配置されている。なお、図２では図示内容を簡略化するために、コイル１３のうちの端子１３Ｔ２へ通じる部分の図示を省略している。

磁性膜１４は、薄膜インダクタ１のインダクタンスを高めるためのものであり、中央部に矩形状の開口１５を有している。また、磁性膜１４は、Ｘ軸方向に磁化容易軸Ｍｅを有すると共にＹ軸方向に磁化困難軸Ｍｈを有し、一軸異方性を示している。この磁性膜１４は、例えば、コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）系合金またはニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ；いわゆるパーマロイ）などの磁性材料により構成されている。このうち、コバルト系合金としては、例えば、薄膜インダクタ１の実用上の観点から、コバルトジルコニウムタンタル（ＣｏＺｒＴａ）系合金またはコバルトジルコニウムニオブ（ＣｏＺｒＮｂ）系合金などが好ましい。なお、開口１５の形状は矩形状には限らず、任意の形状とすることができる。

磁性膜１４には、磁化容易軸Ｍｅとコイル１４とが略直交する領域、すなわちコイル１４のうちのＹ軸方向に延在する第２のコイルパターンに対応する領域に、この第２のコイルパターンと重なるように、磁化容易軸Ｍｅと略直交する方向、すなわちＹ軸方向（磁化困難軸Ｍｈ方向）に延びる短冊状（帯状）の複数のスリット１６が形成されている。また、別の観点から見ると、この磁性膜１４には、コイル１３の延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域（開口１５の上下左右に位置する４つの領域）のうちの互いに対向する一対の領域（ここでは、開口１５の左右に位置する２つの領域）にのみ、一方向（Ｙ軸方向）に延びる複数のスリット１６が形成されている。これらスリット１６の幅（スリット幅Ｓ）は５μｍ〜２０μｍ程度であり、各スリット１６間の磁性膜１４の幅（パターン幅Ｌ）は、後述するように０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。なお、ここでは各スリット１６は磁性膜１４を貫通するものとなっているが、完全に貫通するものには限られず、短冊状（帯状）の凹面であってもよい。

次に、図３〜図７を参照して、薄膜インダクタ１の製造方法の一例について説明する。ここで図３〜図７は、薄膜インダクタ１の製造方法の一例を表したものであり、図３および図５はＸ−Ｚ断面構成を、図４，図６および図７はＸ−Ｙ平面構成を、それぞれ表している。

まず、図３（Ａ）に示したように、前述した材料よりなる基板１１上に、絶縁膜１２およびコイル１３を形成する。絶縁膜１２の形成は、例えばスパッタリング法により行い、コイル１３の形成は、例えばめっき法により行う。また、図のようにコイル１３が絶縁膜１２中に埋設されるようにするため、例えば、絶縁膜１２を分割形成しつつコイル１３を形成する。

続いて、図３（Ｂ）に示したように、絶縁膜１２およびコイル１３の上に、前述した材料よりなる磁性膜１４を一様に形成する。この磁性膜１４の形成は、例えばスパッタリング法により行う。

続いて、図４に示したように、磁性膜１４の積層面（Ｘ−Ｙ平面）内で固定磁場Ｈ１を印加しつつ熱処理を行う。その際、固定磁場Ｈ１の印加方向は、コイル１３が構成する第１および第２のコイルパターンのうちの一方と略平行、すなわちこの場合Ｘ軸方向またはＹ軸方向（図４ではＸ軸方向となっている）となるようにする。また、固定磁場Ｈ１の大きさは例えば３００×１０³／４π［Ａ／ｍ］（＝３００Ｏｅ）程度とし、熱処理温度は例えば３３０℃程度とし、熱処理時間は例えば１時間程度とする。すると図５に示したように、固定磁場Ｈ１の印加方向（Ｘ軸方向）に沿って磁化容易軸Ｍｅが、印加方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に沿って磁化困難軸Ｍｈがそれぞれ生じ、磁性膜１４が一軸異方性を示すようになる。

続いて、図６（Ａ）に示したように、フォトレジスト法により、磁性膜１４に開口１５およびスリット１６を形成するためのフォトレジストパターン２を形成する。このフォトレジストパターン２の形成領域は、開口１５およびスリット１６の形成領域に対応したものであり、前述のように、磁性膜１４の中央部分を開口１５の形成領域とすると共に、磁化容易軸Ｍｅとコイル１４とが略直交する領域、すなわちコイル１４のうちのＹ軸方向に延在する第２のコイルパターンに対応する領域をスリット１６の形成領域とし、磁化容易軸Ｍｅと略直交する方向、すなわちＹ軸方向（磁化困難軸Ｍｈ方向）に沿って短冊状（帯状）の複数のスリット１６が形成されるようにする。

続いて、図６（Ｂ）に示したように、所定のエッチング材料を用いて磁性膜１４のエッチングを行い、開口１５およびスリット１６を形成する。

最後に、所定のレジスト除去材料を用いてフォトレジストパターン２を除去することにより、図１および図２に示したような薄膜インダクタ１が製造される。

なお、例えば図７に示したように、この後に磁性膜１４の積層面（Ｘ−Ｙ平面）内で回転磁場Ｈ２を印加しつつ熱処理を行うようにするのが望ましい。磁性膜１４上の応力が緩和されると共に磁気異方性が低減するため、磁化困難軸Ｍｈ方向の透磁率μｈをより高めることができ、薄膜インダクタ１のインダクタンスをより大きくすることができるからである。なお、回転磁場Ｈ２の大きさは例えば３００×１０³／４π［Ａ／ｍ］（＝３００Ｏｅ）程度とし、回転磁場Ｈ２の回転数は例えば９０[ｒｐｍ]程度とし、熱処理温度は例えば３３０℃程度とし、熱処理時間は例えば１時間程度とする。

また、上記した薄膜インダクタ１の製造方法では、固定磁場Ｈ１を印加しつつ熱処理を行い、磁化容易軸Ｍｅおよび磁化困難軸Ｍｈを形成した後にスリット１６を形成するようにしているが、逆にスリット１６（および開口１５）を形成した後に、図４に示したように固定磁場Ｈ１を印加しつつ熱処理を行い、磁化容易軸Ｍｅおよび磁化困難軸Ｍｈを形成するようにしてもよい。具体的には、磁性膜１４の積層面内においてコイル１３の一部分、すなわち第１および第２のコイルパターンのうちの一方と略平行となるようにスリット１６を形成し、磁性膜１４の積層面（Ｘ−Ｙ平面）内でこのスリット１６と直交する方向に固定磁場Ｈ１を印加しつつ熱処理を行うようにする。このように製造した場合にも、上記の場合と同様の薄膜インダクタ１を製造することができる。

さらに、上記した薄膜インダクタ１の製造方法では、磁性膜１４を形成した後に固定磁場Ｈ１を印加しつつ熱処理を行い、磁化容易軸Ｍｅおよび磁化困難軸Ｍｈを形成するようにしているが、例えばＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて固定磁場Ｈ１を印加しつつ磁性膜１４を形成することにより、磁化容易軸Ｍｅおよび磁化困難軸Ｍｈを形成するようにしてもよい。このように製造した場合にも、上記の場合と同様の薄膜インダクタ１を製造することができる。

次に、図８〜図１９を参照して、このようにして形成された薄膜インダクタ１の磁気特性について詳細に説明する。ここで、図８〜図１０は、パターン幅Ｌを６ｍｍから０．０２ｍｍまで変化させた場合における透磁率μの周波数依存性の一例を、図１１は透磁率μのパターン幅Ｌ依存性の一例を、図１２は磁化曲線（印加磁場Ｈと磁化Ｍとの関係）の一例を、図１３は透磁率μと共鳴周波数ｆｒとの関係の一例を、それぞれ表している。また、図１４〜図１７は、それぞれパターン幅Ｌ＝０．５ｍｍ，０．２ｍｍ，０．０５ｍｍ，０．０２ｍｍの場合における磁性膜１４の平面形態の一例を拡大して示す磁性コロイドを用いたビッター法による顕微鏡像であり、図１８は顕微鏡写真に示される磁区構造の詳細を模式的に表したものであり、図１９は後述する９０°ドメインの占有率とパターン幅Ｌとの関係の一例を表したものである。なお、各図におけるパターン幅Ｌ＝６ｍｍの場合は、スリット１６が形成されていない従来の場合に対応し、比較例として挙げたものである。

なお、各実施例における薄膜インダクタ１の製造条件としては、以下の通りである。まず、磁性膜１４はＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて固定磁場Ｈ１を印加しつつ形成しており、ターゲットはＣｏＺｒＴａを用いている。また、スリット１６を形成する際に、フォトレジストパターン２の形成には半導体用ポジレジストを使用し、エッチング材料（エッチャント）としては、塩化鉄（ＦｅＣｌ₃）：Ｈ₂Ｏ：フッ化水素（ＨＦ）＝１：２：０．２のものを使用し、レジスト除去剤としてはアセトンを使用している。また、製造した薄膜インダクタ１の評価にはインピーダンスアナライザを使用し、測定方法としてはフェライトヨーク法を用いている。

まず、図８〜図１０に示した透磁率μの周波数依存性によれば、固定磁場Ｈ１の印加方向の垂直方向（磁化困難軸Ｍｈ方向）の透磁率μｈは、パターン幅Ｌ＝６ｍｍ〜０．１ｍｍまでほとんど変化しない一方、固定磁場Ｈ１の印加方向の水平方向（磁化容易軸Ｍｅ方向）の透磁率μｅは、パターン幅Ｌの値が減少するにつれて（Ｌ＝６ｍｍのスリット１６が形成されていない比較例からスリット１６が形成され、パターン幅Ｌが細くなっていくのにつれて）、透磁率μｅが低下すると共に高周波領域まである程度の値を維持するように（Ｌ＝０．２ｍｍの場合で約１０⁷Ｈｚ＝約１０ＭＨｚ）なり、共鳴周波数ｆｒも増大していることが分かる。

これらの透磁率μとパターン幅Ｌとの関係をまとめると、以下の表１のようになる。なお、図１１（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、この表１に示した値をもとにグラフ化したものであり、図１１（Ａ）は周波数ｆ＝１ｋＨｚの場合のものを、図１１（Ｂ）は周波数ｆ＝１ＭＨｚの場合のものを、それぞれ表している。

表１および図１１（Ａ），（Ｂ）によれば、まず垂直方向の透磁率μｈは、周波数ｆ＝１ｋＨｚ，１ＭＨｚの場合とも、パターン幅Ｌによらず値がほとんど変化していないことが分かる。また、水平方向の透磁率μｅは、比較的低周波領域の周波数ｆ＝１ｋＨｚの場合（図１１（Ａ））ではパターン幅Ｌの値が小さくなるのにつれて単調減少している一方、高周波領域の周波数ｆ＝１ＭＨｚの場合（図１１（Ｂ））では、比較例（Ｌ＝６ｍｍ）と比べてパターン幅Ｌの値が小さくなるのにつれていったん増加し、Ｌ＝０．５ｍｍ付近にピーク値を持っていることが分かる。よって、このような高周波領域における透磁率μを増加させるためには、スリット１６を形成すると共に、図１１（Ｂ）から分かるように、複数のスリット間のパターン幅Ｌが０．１ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下程度であるのが望ましい。また、透磁率μをより増加させるためには、パターン幅Ｌが０．３ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下であるのがより好ましく、０．３ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下であるのがさらに好ましい。

ここで、図１２（Ａ），（Ｂ）を参照して、スリット１６の形成と高周波領域での透磁率μの増加との関連性について考察すると、以下のようなことが考えられる。なお、図１２（Ａ）はスリット１６が形成されていない比較例（Ｌ＝６ｍｍ）における磁化曲線を、図１２（Ｂ）はスリット１６が形成されている場合（Ｌ＝０．５ｍｍ）の磁化曲線を、それぞれ表している。

まず、磁性膜の磁化困難軸Ｍｈ方向においては、異方性磁界Ｈｋと透磁率μまたは共鳴周波数ｆｒとの間に、以下の（１）式および（２）式が成り立つことが知られているが、これら（１）式および（２）式は、磁化容易軸Ｍｅ方向についても同様に成り立つものと考えられる。なお、式中において、Ｂｓは飽和磁束を、Ｍｓは飽和磁化を、μ０は真空中の透磁率を、γは磁気回転比を、それぞれ表している。

ここで磁化容易軸Ｍｅ方向について着目した場合、図１２（Ｂ）に示した磁化曲線では、反磁場Ｈｄの影響により、図１２（Ａ）に示した比較例の磁化曲線と比べてその傾きが緩やかになっており、異方性磁界Ｈｋの値が増大（Ｈｋが（Ｈｋ＋Ｈｄ）に増大）している。よって、（１）式および（２）式により、透磁率μの値自体は減少するが共鳴周波数ｆｒは増加するため、高周波領域まで透磁率μがある程度の値を維持できるようになることが分かる。このようにして、反磁場Ｈｄの影響により異方性磁界Ｈｋの値が増加するため、高周波領域における水平方向の透磁率μｅが増加し、全体としても透磁率μが増加することが分かる。

また、表２は、パターン幅Ｌを６ｍｍから０．０２ｍｍまで変化させた場合における共鳴周波数ｆｒと水平方向の透磁率μｅとの関係をまとめたものである。なお、図１３は、この表２に示した値をもとにグラフ化したものである。

これら表２および図１３からも、スリット１６を形成すると共にパターン幅Ｌの値が小さくなるのにつれて、水平方向の透磁率μｅの値自体は減少するが、共鳴周波数ｆｒは増加していることが分かる。

次に、図１４〜図１７に示した磁性膜１４の顕微鏡写真によれば、各スリット１６の幅方向（Ｘ軸方向）に磁化された複数の磁区が、磁性膜１４のうちのスリット１６に挟まれた帯状領域の長手方向（Ｙ磁区方向）に沿って並んでいることが分かる。また、図１４から図１７までパターン幅Ｌが狭くなっていっても、横長、すなわち上記帯状領域の幅方向（Ｘ軸方向）の磁区構造は横長のままであり、磁化容易軸Ｍｅの９０°回転といった現象は生じていないことが分かる。ただし、パターン幅Ｌが狭くなるのにつれて磁区のアスペクト比（磁区の長軸方向の長さに対する短軸方向の長さの比）が変化し、徐々に正方形に近づく方向に変化（アスペクト比が増加）していることが分かる。なお、この各磁区のアスペクト比は、下記の９０°ドメインの占有率との関係により、０．３以下であることが望ましい。上述したような反磁場Ｈｄの影響によって、透磁率μをより高周波側まで維持できるようになるからである。

さらに、図１４（Ｌ＝０．５ｍｍ）中の符号Ｐ１，Ｐ２で示したようなスパイク構造が図１５〜図１７（Ｌ＝０．２，０．０５，０．０２ｍｍ）では消失し、代わりに符号Ｐ３〜Ｐ５で示したような上記帯状領域の長手方向（Ｙ軸方向）を磁化方向とする三角磁区（９０°ドメイン）が、幅方向（Ｘ軸方向）を磁化方向とする磁区の両端に対配置しつつ、長手方向（Ｙ軸方向）に沿って並んでいることが分かる。

図１８は、これらの磁区構造を模式的に表したものであり、スリット１６間に存在する帯状領域（パターン幅Ｌの磁性膜１４）に相当するものである。ここでは、上述したように、複数の磁区１４Ｄが形成され、長手方向（Ｙ軸方向、磁化困難軸Ｍｈ方向）に沿って並んでいる。また、各磁区１４Ｄは、上述した幅方向（Ｘ磁区方向、磁化容易軸Ｍｅ方向）を磁化方向とする一対の磁区１４Ｄｅと、長手方向を磁化方向とすると共に磁区１４Ｄｅの両端に位置する一対の磁区（９０°ドメイン）１４Ｄｈとから構成されている。また、磁区１４Ｄｅ，１４Ｄｈによる磁化方向は閉ループを構成し、隣り合う磁区１４Ｄ同士では閉ループの方向が互いに逆向きとなるようになっている。

また、図１９に示したパターン幅Ｌと磁区１４における９０°ドメインの占有率との関係によれば、パターン幅Ｌが０．５ｍｍ以上では、９０°ドメインの占有率はほぼ０％であり、磁区１４中にほとんど存在していないが、パターン幅Ｌが０．５ｍｍ未満では、９０°ドメインの占有率が単調増加していることが分かる。また、図１１（Ｂ）に示したように、水平方向（磁化容易軸Ｍｅ方向）の透磁率μｅは、パターン幅Ｌ＝０．５ｍｍ付近でピーク値となることから、９０°ドメインの占有率が増加すると、パターン幅Ｌが幻想するにつれて増加傾向にあった水平方向の透磁率μｅが、減少する傾向にあることも分かる。よってこれらの結果から、高周波領域での透磁率μをより効果的に向上させるためには、９０°ドメインの占有率が１２％以下であるのが望ましい。

以上のように、本実施の形態では、磁性膜１４のうちの複数のスリット１６に挟まれた帯状領域において、この帯状領域の幅方向（Ｘ磁区方向、磁化容易軸Ｍｅ方向）を長手方向とする磁区１４Ｄｅを、帯状領域の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って並んでいるようにしたので、磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが互いに略平行となっている場合および互いに略直交となっている場合のいずれにおいても、高周波領域である程度の透磁率を維持することができる。よって、高周波領域での透磁率をより効果的に向上させることが可能となる。

特に、本実施の形態では、磁性膜１４の磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが略直交する領域のみに対応してスリット１６を形成すると共にこのスリット１６を磁化容易軸Ｍｅと直交する方向（磁化困難軸Ｍｈ方向）に延在させるようにしたので、磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが略直交する領域（スリット１６が延在する第２のコイルパターンに対応する領域）の高周波での透磁率を選択的に増加させることができる。よって、磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが略平行な領域（第１のコイルパターンに対応する領域）だけでなく略直交する領域においても、高周波領域である程度の透磁率を維持することができ、高周波領域での透磁率をさらに効果的に向上させることが可能となる。

また、上記帯状領域をコイル１３の第２のコイルパターンと重なるように形成したので、この帯状領域における磁性膜１４と第２のコイルパターンとの距離を短くし、透磁率をさらに向上させることが可能となる。

また、上記帯状領域において、磁区１４Ｄｈ（９０°ドメイン）を帯状領域の幅方向（Ｘ軸方向）の両端に対配置させつつ帯状領域の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って並んでいるようにしたので、これらの一対の磁区１４Ｄｈに挟まれた磁区１４Ｄｅにおける反磁場Ｈｄに起因した共鳴周波数ｆｒの増加作用を効果的に促進させることができる。よって、高周波領域での透磁率をさらに効果的に向上させることが可能となる。

さらに、本実施の形態の薄膜磁気デバイスとしての薄膜インダクタ１の製造方法によれば、特に製造工程が複雑化することはないので、上記のように高周波領域において高い透磁率を示す薄膜磁気デバイスを簡易に得ることが可能となる。

なお、本実施の形態では、磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが略直交する領域だけに対応してスリット１６が形成されている場合で説明したが、これに加えて他の領域、例えば図２０に示した薄膜インダクタ１Ａのように、磁性膜１４Ａ上の開口１５からの対角線上などにも、スリット１６を形成するようにしてもよい。すなわち、積層面内の一方向（この場合、磁化容易軸Ｍｅ方向、Ｘ軸方向）に沿って複数の帯状磁性膜１４Ａが形成されているようにしてもよい。このように構成した場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図２１は、本実施の形態に係る薄膜磁気デバイスとしての薄膜インダクタ１Ｂの構成（Ｘ−Ｙ平面構成）を表すものである。この図において、上記第１の実施の形態の薄膜インダクタ１（図１）と同一の構成要素には同一符号を付し、適宜、説明を省略する。

本実施の形態の薄膜インダクタでは、磁性膜１４Ｂの積層面内の所定方向に延びるようにして（図２１では、磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが略平行な領域に対応して）、複数のスリット１６が形成されるようになっている。すなわち、図１に示した第１の実施の形態の薄膜インダクタ１では、磁性膜１４の磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが略直交する領域に対応してスリット１６が形成されているのに対し、本実施の形態の薄膜インダクタでは、このような磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが略直交する領域には限定せず、積層面内の所定方向に延びる複数のスリット１６が形成されるようになっている。

具体的には図２１に示した薄膜インダクタ１Ｂでは、コイル１３の延在在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域（開口１５の上下左右に位置する４つの領域）のうちの互いに対向する一対の領域（ここでは、開口１５の上下に位置する２つの領域）にのみ、一方向（Ｘ軸方向）に延びる複数のスリット１６が形成されている。また、これら複数のスリット１６はそれぞれ、コイル１３のコイルパターン間領域（図２１では、第１のコイルパターン間の領域）に形成されている。なお、薄膜インダクタ１Ｂの他の構成およびその製造方法については、薄膜インダクタ１と基本的に同様である。

このような構成により薄膜インダクタ１Ｂは、以下のような磁性膜１４Ｂにおける応力低減効果および反磁場抑制効果を生ずる。

図２２は、薄膜インダクタ１Ｂによる応力低減効果を説明するためのＹ−Ｚ断面構成であり、図２２（Ａ）は比較例として磁性膜にスリットが形成されていない従来の薄膜インダクタ１０１の断面構成を、図２２（Ｂ）は本実施の形態の薄膜インダクタ１Ｂの断面構成を、それぞれ表している。

図２２（Ａ）に示した比較例（薄膜インダクタ１０１）では、磁性膜１１４にスリットが形成されていないため、磁性膜１１４において応力Ｆ１０１が様々な方向に生じやすい。よって、図のように薄膜インダクタ１０１自体が積層方向（Ｚ軸方向）にたわみやすくなる。また、応力Ｆ１０１が大きくなることから、磁性膜１１４の磁歪定数も増加し、磁性膜１１４の透磁率μが低減してしまう。よって、高周波領域においてある程度の透磁率μを維持するのが困難である。

これに対して、図２２（Ｂ）に示した本実施の形態の薄膜インダクタ１Ｂでは、磁性膜１４Ｂの積層面内の一方向（Ｘ軸方向）に沿ってスリット１６が形成されているため、各スリット１６の幅方向（Ｙ軸方向）に対する応力Ｆ１の合算が回避され、磁性膜１４Ｂにおける応力が低減する。よって、磁性膜１４Ｂの歪み量も低減することから、比較例の磁性膜１１４と比べ、磁性膜１４Ｂの透磁率μが向上する。このようにして、薄膜インダクタ１Ｂでは、高周波領域である程度の透磁率μを維持するのが容易となる。

また、この薄膜インダクタ１Ｂでは、各スリット１６が、コイル１３の延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域（開口１５の上下左右に位置する４つの領域）のうちの互いに対向する一対の領域（ここでは、開口１５の上下に位置する２つの領域）にのみ形成されていることから、各スリット１６が磁性膜全体にわたって、すなわち４つの領域全てに形成されている場合と比べ、反磁場Ｈｄの影響による透磁率μの低下が抑えられる。よって、この薄膜インダクタ１Ｂでは、透磁率μの維持がさらに容易となる。

以上のように、本実施の形態では、磁性膜１４Ｂの積層面内の一方向（Ｘ軸方向）に延びるスリット１６を形成すると共に、各スリット１６を、コイル１３の延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域（開口１５の上下左右に位置する４つの領域）のうちの互いに対向する一対の領域（ここでは、開口１５の上下に位置する２つの領域）にのみ形成するようにしたので、磁性膜１４Ｂにおける応力を低減しつつ反磁場Ｈｄの影響による透磁率μの低下を抑え、透磁率の維持を可能とする。

また、各スリット１６をコイル１３の第１のコイルパターン間の領域に形成するようにしたので、第１の実施の形態と同様にこの帯状領域における磁性膜１４Ｂと第１のコイルパターンとの距離を短くし、透磁率をさらに向上させることが可能となる。

なお、本実施の形態では、図２１に示したように、磁化容易軸Ｍｅとコイル１３とが略平行な領域に対応してスリット１６が形成されている場合で説明したが、複数のスリット１６が磁性膜１４Ｂ上に形成されていればよく、スリット１６の形成位置はこれには限られない。

また、図２１に示したスリット１６に加えて他の領域、例えば前述の図２０に示した薄膜インダクタ１Ａのように磁性膜１４Ｂ上の開口１５からの対角線上などにも、スリット１６を形成するようにしてもよい。すなわち、積層面内の一方向（図２１の場合、磁化困難軸Ｍｈ方向、Ｙ軸方向）に沿って複数の帯状磁性膜が形成されているようにしてもよい。このように構成した場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

以上、第１および第２の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、コイル１３が互いに略直交する第１および第２のコイルパターンを有する矩形状のスパイラルコイルから構成されている場合で説明したが、薄膜コイルであるコイル１３の形状は、これには限られない。例えば、図２３（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示した薄膜インダクタ１Ｃ〜１Ｅのように、磁性膜１４Ｃ〜１４Ｅ等が円形状（楕円形でもよい）であって例えばコイル１３も円形状のスパイラルの場合であってよい。この場合、コイル１３の形状によらず、磁化容易軸Ｍｅと直交する方向（磁化困難軸Ｍｈ方向）に沿って複数のスリット１６を形成するようにすればよい。言い換えれば、複数のスリット１６の幅方向に、磁性膜１４Ｃ〜１４Ｅが磁化容易軸Ｍｅを有するようにすればよい。また、例えば図２４に示した薄膜インダクタ１Ｆのように、コイル１３が正方形状ではなく長方形状のスパイラルコイルであってもよい。

また、例えば図２５に示した薄膜インダクタ１Ｇのように、コイルが矩形状のミアンダコイル１３Ｇであってもよく、また、例えば図２６に示した薄膜インダクタ１Ｈのように、コイルがソレノイドコイル１３Ｈであってもよい。

また、上記実施の形態では、薄膜磁気デバイスの一例として薄膜インダクタを挙げて説明したが、本発明はこの他にも薄膜トランスなどに適用することも可能である。すなわち、上記実施の形態で説明した磁性膜と所定の電極とを備えているのであれば、薄膜インダクタには限られず、広く薄膜磁気デバイスとして適用することが可能である。

さらに、上記実施の形態において説明した各層の材料、成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、また他の成膜方法および成膜条件としてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気デバイスの平面構成を表す平面図である。図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った薄膜磁気デバイスの断面構成を表す断面図である。図１に示した薄膜磁気デバイスの製造方法を説明するための断面図である。図３に続く薄膜磁気デバイスの製造方法を説明するための平面図である。図４に続く薄膜磁気デバイスの製造方法を説明するための平面図である。図５に続く薄膜磁気デバイスの製造方法を説明するための断面図である。図６に続く薄膜磁気デバイスの製造方法を説明するための平面図である。図１に示した薄膜磁気デバイスにおける透磁率の周波数依存性の一例を表す特性図である。図１に示した薄膜磁気デバイスにおける透磁率の周波数依存性の一例を表す特性図である。図１に示した薄膜磁気デバイスにおける透磁率の周波数依存性の一例を表す特性図である。図１に示した薄膜磁気デバイスにおける透磁率のパターン幅依存性の一例を表す特性図である。図１に示した薄膜磁気デバイスにおける磁化曲線の一例を比較例のものと共に表す特性図である。図１に示した薄膜磁気デバイスにおける透磁率と共鳴周波数との関係の一例を表す特性図である。図１に示した磁性膜の平面形態の一例を拡大して示す顕微鏡写真である。図１に示した磁性膜の平面形態の一例を拡大して示す顕微鏡写真である。図１に示した磁性膜の平面形態の一例を拡大して示す顕微鏡写真である。図１に示した磁性膜の平面形態の一例を拡大して示す顕微鏡写真である。図１４〜図１７に示した磁区構造の詳細を説明するための模式図である。図１に示した薄膜磁気デバイスにおける９０°ドメインの占有率とパターン幅との関係の一例を表す特性図である。第１の実施の形態の変形例に係る薄膜磁気デバイスの平面構成を表す平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る薄膜磁気デバイスの平面構成を表す平面図である。図２１に示した薄膜磁気デバイスとにおける応力低減効果を説明するための断面図である。本発明の変形例に係る薄膜磁気デバイスの平面構成を表す平面図である。本発明の変形例に係る薄膜磁気デバイスの平面構成を表す平面図である。本発明の変形例に係る薄膜磁気デバイスの平面構成を表す平面図である。本発明の変形例に係る薄膜磁気デバイスの平面構成を表す平面図である。従来の薄膜磁気デバイスの構成を表す平面図および断面図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｈ…薄膜インダクタ、１１…基板、１２…絶縁膜、１３，１３Ｆ〜１３Ｈ…コイル、１３Ｔ１，１３Ｔ２…端子、１４，１４Ａ〜１４Ｈ…磁性膜、１４Ｄ，１４Ｄｈ…磁区、１４Ｄｈ…磁区（９０°ドメイン）、１５…開口、１６，１７…スリット、２…フォトレジストパターン、Ｍｅ…磁化容易軸、Ｍｈ…磁化困難軸、Ｌ…パターン幅、Ｓ…スリット幅、Ｈ１…固定磁場、Ｈ２…回転磁場、ｍ…磁化方向、Ｆ１…応力。

Claims

薄膜コイルと、
前記薄膜コイルの延在面上に積層され、積層面内の一方向に延設された複数の帯状磁性膜と
を備え、
前記複数の帯状磁性膜は、前記薄膜コイルの延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域のうちの互いに対向する一対の領域である、前記帯状磁性膜の磁化容易軸と前記薄膜コイルとが直交する領域にのみ、前記磁化容易軸と直交する方向を長手方向として形成されている
ことを特徴とする薄膜磁気デバイス。
前記帯状磁性膜は、前記薄膜コイルのパターンに重なるように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気デバイス。
薄膜コイルと、
前記薄膜コイルの延在面上に積層され、積層面内の一方向に延びる複数のスリットが形成された磁性膜と
を備え、
前記複数のスリットは、前記薄膜コイルの延在領域をその巻回方向に沿って分割してなる４つの領域のうちの互いに対向する一対の領域である、前記磁性膜の磁化容易軸と前記薄膜コイルとが直交する領域にのみ、前記磁化容易軸と直交する方向を長手方向として形成されている
ことを特徴とする薄膜磁気デバイス。
前記スリットは、前記薄膜コイルのパターン間領域に形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の薄膜磁気デバイス。