CN101320617A - 软磁薄膜电感器及磁性多元合金薄膜 - Google Patents

Abstract

一种适合高频操作的磁性多元合金薄膜。此磁性多元合金薄膜用于改善薄膜电感在高频操作下的品质因子，并可提高其电感值。此磁性多元合金薄膜主要是引入多元高熵合金的材料设计概念，利用多元高熵合金所具备的一些材料特性，如高无序性、纳米微晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率等，来达到高频操作时磁性多元合金薄膜仍具有良好的软磁性质。

Description

软磁薄膜电感器及磁性多元合金薄膜

技术领域

本发明涉及一种无源元件(passive element)，且特别是涉及一种软磁薄膜电感器及磁性多元合金薄膜。

背景技术

随着信息科技(Information technology，IT)产业的快速发展，提供了软磁薄膜应用于RF频段的机会，特别在800MHz～6GHz之间，其应用范围广泛。举例来说，软磁薄膜可应用于整合型无源元件、电磁噪声防制对策、感应器等。特别是，在无线通讯应用方面，WLAN(无线局域网(wireless local areanetwork))***操作频率已到达GHz频段，以应付大量数据的传输，如2.45-GHz频段的蓝牙(Bluetooth)和IEEE802.11b以及5.8GHz频段IEEE802.11a。

另一方面，为了提高移动通讯的可移植性和达到多功能整合的目的，手机元件微型化亦是研发的重点。因此在该类电子产品中不可或缺的无源元件如薄膜电感器、积层电容器等也随之越做越小，其中薄膜电感器的制作更是一大课题。

目前高频电感器主要以铁氧粉体(陶铁磁材料)为原料，可避免在高频使用下涡电流的产生，在制作时必须将铁氧粉体经过高温烧结后，再利用表面粘合技术结合到电路板上。其最大的优点是高电阻率。但陶铁磁材料的其它特点却不利于发展高频通讯用途。如陶铁磁材料的饱和磁化量较金属铁磁材料低，因此高频使用时，会受到斯那克极限(Snoek’s limit)的限制。在GHz频段下，陶铁磁材料的磁导率小于5。此外，目前Si集成电路制程的极限温度为500℃，将铁氧体无源元件整合在单一芯片上亦是另一大挑战。

另一方面，以传统铁磁合金(ex.坡莫合金(ex.Permalloy))薄膜来制作电感器，虽然具有较高的饱和磁化量，但电阻率不高，导致铁磁合金薄膜在高频操作下会有很严重的涡电流损失，使得磁性效应在高频操作下失效。为了达到高频高磁导率的目的，近期有些新的软磁合金相继被报导，如FeTaN、FeBSi、CoNbZr及FeAlO等。但这些软磁合金还是存在一些问题需要突破，举例来说，FeTaN薄膜和CoNbZr薄膜，其磁异向性场过低，在频率不到100MHz时，磁导率就迅速下降；而FeBSi薄膜的电阻值还是不够大，约为150μΩ-cm，在高频操作时，还是会有铁损的现象发生而导致整体电感效率下降。

关于薄膜电感的高频特性改良研究中，广泛利用磁性材料的辅助来放大电流通过导线时所产生的磁通量变化，藉以提高电感值及品质因子，例如美国专利US3,413,716中，利用物理沉积薄膜的方式，在薄膜电感的导线层加上一层铁氧体层，来提高薄膜电感的品质因子。但是，在频率超过100MHz以上时，磁导率会迅速下降，因此使得该薄膜电感元件在高频操作下时，无法利用原本的磁放大效应来提高其电感值及品质因子。

在薄膜电感器加入磁性材料的研究中，也可通过机构的设计来提高薄膜电感器的高频特性。例如在美国专利US6,373,369B2中，在螺旋状导线的中央部分增加一个圆柱状的磁性材料，且圆柱状磁性材料和螺旋状导线不相接触，以提高薄膜电感的高频特性。但其磁性材料形状复杂，制程繁琐、生产成本相对提高。另外，在美国专利US6,822,548B2中，在薄膜电感器的导线外包覆磁性材料，而包覆的磁性材料为不连续状，利用空气间隙(air gap)隔开磁性材料，成为一段一段的型态，以避免高频操作时涡电流的损失。但是，在此薄膜电感器中，由于磁性材料并非完全覆盖导线层整个面，所以整体薄膜电感器的单位面积电感值的提高受到限制。另一方面，由于磁性材料形状的要求复杂性高，制作成本亦相对偏高。

另一方面，在日本专利JP5,101,930中公开了利用高饱和磁化量层和软磁性层交替堆栈，如FeBN/FeN交相堆栈的多层膜。这样的层状结构设计可以有效地提高饱和磁化量，但整体的电阻值亦偏低，在高频(GHz)操作时，涡电流的损失将使其品质因子迅速下降而无法适于在高频下使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是提供一种软磁薄膜电感器及磁性多元合金薄膜，其能够整合在标准的VLSI制程中，可作为高频用软磁薄膜电感器，且其电感值及品质因子(Q factor)皆可优于空心电感(air core)。

本发明的另一目的是提供一种软磁薄膜电感器及磁性多元合金薄膜，使磁性多元合金薄膜本身的特性具有高无序性、纳米微晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率，使其在高频段操作时仍具有良好的软磁性质。

本发明提出一种软磁薄膜电感器，包括第一介电层、螺旋状导电层、第二介电层与磁性多元合金薄膜。螺旋状导电层设置于在第一介电层之上，螺旋状导电层的起点位于螺旋状的中央，且螺旋状导电层的终点位于螺旋状的最***。第二介电层设置于螺旋状导电层之上。磁性多元合金薄膜设置于第二介电层之上。磁性多元合金薄膜的组成的元素种类为3至13。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述磁性多元合金薄膜的组成的通式为AX，其中A为选自Fe、Co与Ni中的至少一种，X为选自Hf、Si、B、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，A占整体成分的比例范围介于70原子百分比(at.％)～90原子百分比(at.％)之间。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述磁性多元合金薄膜的厚度范围为50nm～2000nm之间。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述A为Fe与Co。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述X为B与M，且M为选自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，M占整体成分的比例范围介于1原子百分比(at.％)～9原子百分比(at.％)之间。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述M为选自Hf、Ta、Nb、Ti与V中的至少一种。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述X为B、Si、Al与Cr。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述第一介电层的材质包括氧化膜、氮化膜或氟化膜之一。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述第二介电层的材质包括氧化膜、氮化膜或氟化膜之一。

依照本发明的优选实施例所述的软磁薄膜电感器，前述螺旋状导电层的材质包括Al或Cu。

本发明提出一种磁性多元合金薄膜，前述磁性多元合金薄膜的组成的通式为AX，其中A为选自Fe、Co与Ni中的至少一种，X为选自Hf、Si、B、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，A占整体成分的比例范围介于70原子百分比(at.％)～90原子百分比(at.％)之间，而AX的成分元素个数为3～13个。

依照本发明的优选实施例所述的磁性多元合金薄膜，前述磁性多元合金薄膜的厚度范围为50nm～2000nm之间。

依照本发明的优选实施例所述的磁性多元合金薄膜，前述A为Fe与Co。

依照本发明的优选实施例所述的磁性多元合金薄膜，前述X为B与M，且M为选自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，M占整体成分的比例范围介于1原子百分比(at.％)～9原子百分比(at.％)之间。

依照本发明的优选实施例所述的磁性多元合金薄膜，前述M为选自Hf、Ta、Nb、Ti与V中的至少一种。

依照本发明的优选实施例所述的磁性多元合金薄膜，前述X为B、Si、Al与Cr。

本发明的磁性多元合金薄膜，由于其本身具有高无序性、纳米微晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率的特性，因此在高频段操作下，仍具有良好的软磁性质。而且，由于可利用溅镀制程方式形成该磁性多元合金薄膜，因此能够整合在标准的VLSI制程中。

此外，本发明的软磁薄膜电感器，在高频段操作下，其电感值及品质因子(Q factor)皆优于空心电感。而且，本发明的软磁薄膜电感器的制程简单，可节省时间，并降低成本。

为了使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明的一优选实施例的软磁薄膜电感器的上视图。

图2所示为图1中的软磁薄膜电感器沿A-A’的剖面图。

图3A至图3G所示为本发明的一优选实施例的软磁薄膜电感器的制造流程剖面图。

图4所示为FeCoNiAlB软磁薄膜电感器的电感值和频率对照图。

图5所示为FeCoNiAlB软磁薄膜电感器的Q值和频率对照图。

图6所示为FeCoNiAlCrSi软磁薄膜电感器的电感值和频率对照图。

图7所示为FeCoNiAlCrSi软磁薄膜电感器的Q值和频率对照图。

主要附图标记说明

100、200：基底                    104c、204b：导线接点

102、202：第一介电层              204：导电层

104：螺旋状导电层                 206、210、214、220：光刻胶层

106、208：第二介电层              204a：螺旋状导电层

108、218、218a：磁性多元合金薄膜  212：介层窗开口

104a：导线起点                    216、222：开口

104b：导线终点                    224、224a：导线层

具体实施方式

本发明引入多元高熵合金设计的概念，运用在开发高频操作下仍具有高磁导率的磁性多元合金薄膜材料，此磁性多元合金薄膜材料具备有高饱和磁化量、低矫顽磁场和高电阻等特性。在本发明中，所谓的多元高熵合金表示构成合金的成分元素种类为3～13，且每摩尔熵的变化量(ΔS)，满足下述式(1)：

1.10R≤ΔS≤2.57R(J/K mole)        (1)

其中，R为气体常数(8.314J/K mole)。

本发明的磁性多元合金薄膜的组成的通式为AX。A例如是为选自铁(Fe)、钴(Co)与镍(Ni)中的至少一种。X例如是选自铪(Hf)、硅(Si)、硼(B)、铜(Cu)、铝(Al)、钽(Ta)、铌(Nb)、铬(Cr)、锡(Sn)、锆(Zr)、钛(Ti)、钯(Pd)、金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、钌(Ru)、钼(Mo)、钒(V)与锰(Mn)中的至少一种。而且，AX的成分元素种类为3～13种。A占整体成分的比例范围介于70原子百分比(at.％)～90原子百分比(at.％)之间。

本发明的磁性多元合金薄膜，A为Fe与Co，其中X为B与M。M为选自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，M占整体成分的比例范围介于1原子百分比(at.％)～9原子百分比(at.％)之间。M优选为选自Hf、Ta、Nb、Ti与V中的至少一种。M优选为Nb与Ti。

本发明的磁性多元合金薄膜，A为Fe与Co，其中X为B与M。M选自Hf、Ta、Nb、Ti与V中的一种，M占整体成分的比例范围介于1原子百分比(at.％)～9原子百分比(at.％)之间。

本发明的磁性多元合金薄膜，A为Fe、Co与Ni。X为B与Al或Si、Al与Cr。

在磁性多元合金薄膜的组成中，A占整体成分的比例范围介于70原子百分比(at.％)～90原子百分比(at.％)之间。此70原子百分比(at.％)的下限是为了获得较高的饱和磁化量Ms，对饱和磁化量一般而言应符合稀释原则，而90原子百分比(at.％)的上限是为了有足够的合金元素，以促进纳米晶化及非晶质化，还考虑到原子大小差异及晶格扭曲以提高其电阻率。而且，磁性多元合金薄膜的厚度范围例如是50纳米(nm)～2000纳米(nm)之间。

本发明的磁性多元合金薄膜，其薄膜电阻率大于等于200μΩ-cm，易轴的矫顽场与难轴的矫顽场皆小于等于100Oe，异向场强度大于等于20Oe，饱和磁化量大于等于1.1T。当多元合金薄膜的薄膜电阻率小于200μΩ-cm时，易轴的矫顽场与难轴的矫顽场大于100Oe，异向性场强度小于20Oe，则以该多元合金薄膜制作出来的元件无法达到高频的频段。因此，本发明的磁性多元合金薄膜，在高频段操作下，仍具有良好的软磁性质。

本发明的磁性多元合金薄膜以Fe、Co、Ni三个磁性元素为基本组成，并利用多种元素的掺杂，使合金本身的特性具有高无序性、纳米微晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率。而可得到在高频段操作下，仍具有高磁导率的软磁薄膜材料。而且，该磁性多元合金薄膜可通过溅镀的制程方式而形成，因此可以整合在标准的VLSI制程中。

接着，说明本发明的软磁薄膜电感器。图1所示为本发明的一优选实施例的软磁薄膜电感器的上视图。图2所示为图1中的软磁薄膜电感器沿A-A’的剖面图。

请同时参照图1及图2，本发明的软磁薄膜电感器例如是由基底100、第一介电层102、螺旋状导电层104、第二介电层106、磁性多元合金薄膜108所构成。

基底100例如是硅晶圆，当然基底100也可以是塑料基板或玻璃基板等。

第一介电层102设置于基底100上。第一介电层102的材质例如是氧化膜、氮化膜或氟化膜之一。

螺旋状导电层104设置于在第一介电层100之上。螺旋状导电层104的导线起点104a位于螺旋状的中央，且导线终点104b位于螺旋状的最***。螺旋状导电层104例如是铝或铜。

第二介电层108设置于在螺旋状导电层104之上，且填满螺旋状导电层104间的间隙。第二介电层108例如是暴露出螺旋状导电层104的导线起点104a与导线终点104b以及用于连接导线终点104b的导线接点104c。第二介电层108的材质例如是氧化膜、氮化膜、或氟化膜之一。

磁性多元合金薄膜106例如设置于第二介电层108上，且位于螺旋状导电层104上方，并至少暴露出螺旋状导电层104的导线起点104a与导线终点104b。磁性多元合金薄膜106的材质例如是由上述多元高熵合金。多元合金薄膜106的组成的元素种类为3至13，每摩尔熵的变化量(ΔS)，满足下述式(1)：

1.10R≤ΔS≤2.57R(J/K mole)        (1)

其中，R为气体常数(8.314J/K mole)。

本发明的软磁薄膜电感器，由于设置有磁性多元合金薄膜106，且此磁性多元合金薄膜106具有高无序性、纳米微晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率等特性。因此，本发明的软磁薄膜电感器可适用于高频段操作。

接着，说明本发明的软磁薄膜电感器的制造方法。图3A至图3G所示为本发明一优选实施例的软磁薄膜电感器的制造流程剖面图。

请参照图3A，提供基底200，此基底200例如是硅晶圆。然后，在基底200上形成第一介电层202。第一介电层202的材质例如是氧化硅，其形成方法例如是热氧化法。而且，为了降低高频使用时基板200所造成的涡电流损失及后续形成的金属层与基板形成的电容所造成的寄生电容效应，第一介电层202的厚度优选为1微米左右。然后，在第一介电层202上形成一层导电层204。导电层204的材质例如是铝，其形成方法例如是蒸镀法。导电层204的厚度例如是500nm。

请参照图3B，在导电层204上形成图案化光刻胶层206。图案化光刻胶层206的形成方法例如是微影技术。然后，以图案化光刻胶层206为掩膜，移除部分导电层204而形成螺旋状导电层204a及导线接点204b。移除部分导电层204的方法例如是湿式蚀刻法，采用的蚀刻液的基本成分为磷酸。

请参照图3C，移除图案化光刻胶层206。移除图案化光刻胶层206的溶剂例如是丙酮。然后，在基底200上形成第二介电层208。第二介电层208的材质例如是氧化硅，其形成方法例如是等离子体增强化学气相沉积法。第二介电层208作为螺旋状导电层204a和后续形成的磁性薄膜之间的隔绝层。

请参照图3D，在第二介电层208上形成图案化光刻胶层210。图案化光刻胶层210的形成方法例如是微影技术。然后，以图案化光刻胶层210为掩模，移除部分第二介电层208而在第二介电层208形成多个介层窗开口212。这些介层窗开口212分别暴露出螺旋状导电层204a的导线起点与导线终点以及导线接点204b。移除部分第二介电层208的方法例如是湿式蚀刻法，采用的蚀刻液例如是缓冲的氧化物蚀刻液(Buffered Oxide Etchant，BOE)。而且，为了避免使用缓冲的氧化物蚀刻液对氧化硅下方的导电层造成伤害，也可以采用两阶段性蚀刻。举例来说，先以缓冲的氧化物蚀刻液蚀刻部分氧化硅后，再采用反应性离子蚀刻移除剩余的氧化硅。介层窗开口212用于使螺旋状导电层204a与外部连接。

请参照图3E，移除图案化光刻胶层210。移除图案化光刻胶层210的溶剂例如是丙酮。在第二介电层208上形成图案化光刻胶层214。图案化光刻胶层214的形成方法例如是微影技术。图案化光刻胶层214具有开口216，暴露出欲形成磁性薄膜层的区域。然后，在基底200上形成磁性多元合金薄膜218。磁性多元合金薄膜218的形成方法例如是溅镀法。在溅镀中所使用的靶材的制备方法例如是先将配置好的金属混合物(含有3种以上的金属元素)置于水冷铜模上。抽取真空至10^-2torr后充入纯氩气至50torr，重复此抽气、充气程序四次后才进行熔炼，以确保合金熔炼时不会产生太多的氧化。熔炼电流为300安培。每次熔炼完后，皆将铜模中凝固的合金翻面再进行熔炼。熔炼过程反复五次以上，所有合金元素皆已溶解且均匀混炼。再放入直径2时的盘状铜模熔炼，以获得直径2时的圆盘形铸锭。熔炼电流为500安培，反复翻面熔炼五次以上，而得到溅镀用的多元合金靶材。然后，为了诱发磁性多元合金薄膜218的磁异向性，采用场退火处理，将初镀薄膜加以平行膜面场退火处理。退火时外加磁场的方向平行膜面，背景压力为10^-6torr，外加场强度为500Oe～1500Oe。退火温度例如是100℃～500℃，退火时间例如是0.5hr～1.5hr。场退火处理后的薄膜电阻率为200μΩ-cm以上，磁异向场强度在20Oe以上。

请参照图3F，采用光刻胶剥落法(lift-off)剥离图案化光刻胶层214上的磁性多元合金薄膜218，而形成磁性多元合金薄膜218a。同时亦移除图案化光刻胶层214。在基底200上形成图案化光刻胶层220。图案化光刻胶层220的形成方法例如是微影技术。图案化光刻胶层220具有开口222，暴露出螺旋状导电层204a的导线起点以及导线接点204b。然后，在基底200上形成导线层224。导线层224电连接螺旋状导电层204a的导线起点以及导线接点204b。导线层224的材质例如是铝。导线层224的形成方法例如是蒸镀法。

请参照图3G，采用光刻胶剥落法(lift-off)剥离图案化光刻胶层220上的导线层224，而形成导线层224a。同时亦移除图案化光刻胶层220。后续完成软磁薄膜电感器的制造流程为本领域技术人员众所周知，在此不再赘述。

由于，磁性多元合金薄膜218可采用溅镀的方式形成在基底200上，因此本发明的软磁薄膜电感器可以与标准的VLSI制程整合在一起，因此可简化制程、并可节省时间，降低成本。

以下特举出实验例以说明本发明的软磁薄膜电感器及磁性多元合金薄膜的效果。

实验例1(FeCoNiAlB磁膜的软磁薄膜电感器)

选择五种合金元素Fe、Co、Ni、Al、B，并熔炼成合金靶材。合金靶材的成分配比为Fe₄₂Co₃₇Ni₁₀Al₅B₆，合金靶材的饱和磁束密度为1.66T，矫顽场为18Oe。

利用上述的软磁薄膜电感器的制造方法，采用FeCoNiAlB薄膜，制作铁磁薄膜电感。FeCoNiAlB薄膜的制程条件为：工作压力为5mtorr、气体流量为18sccm、背景压力小于9*10^-6torr、工作距离固定为5cm、基板为氧化硅(200nm)/n-型Si(100)、镀膜时间为30min、镀膜功率为53W，进行射频磁控溅镀镀膜。然后，为了诱发磁膜的磁异向性，采用场退火处理，将初镀薄膜加以平行膜面场退火处理。退火时外加磁场的方向平行膜面，背景压力为10^-6torr，外加场强度为1000Oe。退火温度例如是300℃，退火时间1小时，其饱和磁化量为1000emu/cm³，难轴的矫顽场5Oe，异向性场强度约25Oe，薄膜电阻率为420μΩ-cm。铁磁薄膜的厚度为200nm，电感尺寸508*508μm2，线宽13μm，线距20μm，线圈共绕四圈。

然后，利用HP8510C网络分析仪测量铁磁薄膜电感的高频电性。图4及图5为网络分析仪所测得的电感值及Q值。如图4及图5所示，在800MHz时，FeCoNiAlB铁磁薄膜电感器比空心电感器的电感值增加了32％，Q值增加了47％，也就是说，使用本发明的磁性多元合金薄膜制作的电感器确实能够提高单位表面积的电感值及Q值。

实验例2

选择六种合金元素Fe、Co、Ni、Al、Cr、Si，熔炼成合金靶材，合金靶材的成分配比为Fe₄₀Co₃₅Ni₅Al₅Cr₅Si₁₀，合金靶材的饱和磁束密度为1.18T，矫顽场为8Oe。

然后，制作FeCoNiAlCrSi铁磁薄膜电感器，除了采用FeCoNiAlCrSi薄膜作为磁性多元合金薄膜，且退火温度为200℃之外，制作流程和实验例1相同。此时FeCoNiAlCrSi薄膜的饱和磁化量为900emu/cm³，难轴的矫顽场为2Oe，异向性场强度约为20Oe，薄膜电阻率为350μΩ-cm。图6及图7为网络分析仪所测得的电感值及Q值。如图6及图7所示，在800MHz时FeCoNiAlCrSi铁磁薄膜电感器比空心电感器的电感值增加了14％，Q值增加了90％，亦再次证实使用多元高熵软磁合金薄膜制作的电感器确实能够提高单位表面积的电感值及Q值。

实验例3

选择三种合金元素Fe、Co、B，熔炼成合金靶材，合金靶材的成分配比为(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₁₀。

然后，采用与实验例1相同的制作流程，制作出(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₁₀薄膜，并测试各种磁性值。各磁性值的数据列于表一。

实验例4-8

选择四种合金元素Fe、Co、B、M(M为Hf、Ta、Nb、Ti或V之一)熔炼成合金靶材，合金靶材的成分配比如下：

实验例4：(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_7.5Ti_2.5。

实验例5：(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_7.5Nb_2.5。

实验例6：(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_7.5V_2.5。

实验例7：(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_7.5Hf_2.5。

实验例8：(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_7.5Ta_2.5

然后，采用与实验例1相同的制作流程，制作出(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_7.5M_7.5薄膜，并测试各种磁性值。各磁性值的数据列于表一。

实验例9-11

选择五种合金元素Fe、Co、B、Ti、Nb，熔炼成合金靶材，合金靶材的成分配比如下：

实验例9：(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_2.5Ti₅Nb_2.5。

实验例10：(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₅Ti_2.5Nb_2.5。

实验例11：(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₆Ti₂Nb₂。

然后，采用与实验例1相同的制作流程，制作出(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_2.5Ti₅Nb_2.5薄膜、(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₅Ti_2.5Nb_2.5薄膜、(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₆Ti₂Nb₂薄膜，并测试各种磁性值。各磁性值的数据列于表一。

表一

实验例	饱和磁化量(emu/cm3)	易轴的矫顽场(Oe)	难轴的矫顽场(Oe)	异向性场强度(Oe)	薄膜电阻率(μΩ-cm)	共振频率*(GHz)
							3	16100	64.2	13.5	310	338	～6.3
4	17000	14.2	11.0	231	285	～5.6
							5	15000	4.6	11.0	224	302	～5.1
6	16300	50.4	39.0	241	326	～5.5
							7	15200	2.5	8.3	216	239	～5.1
8	17100	5.0	1.4	100	206	～3.7
							9	15700	85.9	17.8	200	294	～5.0
10	16230	14.3	12.2	214	300	～5.2
							11	15100	7.4	2.6	214	330	～5.0

^*：理论计算

由表一的结果可知，实验例1至实验例11的薄膜电阻率大于等于200μΩ-cm，易轴的矫顽场与难轴的矫顽场皆小于等于100Oe，异向性场强度皆大于等于20Oe。当多元合金薄膜的薄膜电阻率为小于200μΩ-cm，易轴的矫顽场与难轴的矫顽场大于100Oe，异向性场强度小于20Oe时，则以该多元合金薄膜制作出来的元件无法达到高频的频段。因此，由实验例1至实验例11的结果可知，本发明的磁性多元合金薄膜在高频段操作下仍具有良好的软磁性质。

而且，由表一的结果可知，实验例3((Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₁₀)的易轴的矫顽场为64.2Oe。当以2.5at％的耐火元素(Ti(实验例4)、Nb(实验例5))、V(实验例6)、Hf(实验例7)及Ta(实验例8)置换B，而形成(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_7.5M_2.5合金薄膜时，可大幅度降低易轴的矫顽场，甚至在金属M为Nb(实验例5)、Hf(实验例7)及Ta(实验例8)时，其易轴的矫顽场都略小于约5Oe以下。

另一方面，当金属M为Ti(实验例4)及Ta(实验例8)时，饱和磁化量都由原来的16100emu/cm³提高约至17000emu/cm³左右。

由表一的结果可知，在(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₁₀的成分下，同时以2.5at％Ti及2.5at％Nb(实验例9)或5.0at％Ti及2.5at％Nb(实验例10)或2.0at％Ti及2.0at％Nb(实验例11)置换B，其合金的成分配比为(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₅Ti_2.5Nb_2.5或(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B_2.5Ti_5.0Nb_2.5或(Fe_0.55Co_0.45)₉₀B₆Ti₂Nb₂。而且，分别测量该三组多元合金薄膜的共振频率，发现其值皆可达3GHz以上。

综上所述，本发明的磁性多元合金薄膜，由于其本身具有高无序性、纳米微晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率等特性，因此在高频段操作下仍具有良好的软磁性质。而且，由于可利用溅镀的制程方式形成磁性多元合金薄膜，因此能够整合在标准的VLSI制程中。

此外，本发明的软磁薄膜电感器，在高频段操作下，其电感值及品质因子皆优于空心电感器。而且，本发明的软磁薄膜电感器的制程简单、可节省时间，并降低成本。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应可进行一些更改与润饰，因此本发明的保护范围应以所附权利要求书所限定的范围为准。

Claims (16)

1.一种软磁薄膜电感器，包括：

第一介电层；

螺旋状导电层，设置于前述第一介电层之上，前述螺旋状导电层的起点位于螺旋状的中央，且前述螺旋状导电层的终点位于螺旋状的最***；

第二介电层，设置于在前述螺旋状导电层之上；以及

磁性多元合金薄膜，设置于前述第二介电层之上，前述磁性多元合金薄膜的组成的元素种类为3至13。

2.如权利要求1所述的软磁薄膜电感器，其中前述磁性多元合金薄膜的组成的通式为AX，其中A为选自Fe、Co与Ni中的至少一种，X为选自Hf、Si、B、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，A占整体成分的比例范围介于70原子百分比～90原子百分比之间。

3.如权利要求1所述的软磁薄膜电感器，其中前述磁性多元合金薄膜的厚度范围为50nm～2000nm之间。

4.如权利要求2所述的软磁薄膜电感器，其中A为Fe与Co。

5.如权利要求4所述的软磁薄膜电感器，其中X为B与M，且M为选自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，M占整体成分的比例范围介于1原子百分比～9原子百分比之间。

6.如权利要求5所述的软磁薄膜电感器，其中M为选自Hf、Ta、Nb、Ti与V中的至少一种。

7.如权利要求2所述的软磁薄膜电感器，其中X为B、Si、Al与Cr。

8.如权利要求1所述的软磁薄膜电感器，其中前述第一介电层的材质包括氧化膜、氮化膜或氟化膜之一。

9.如权利要求1所述的软磁薄膜电感器，其中前述第二介电层的材质包括氧化膜、氮化膜或氟化膜之一。

10.如权利要求1所述的软磁薄膜电感器，其中前述螺旋状导电层的材质包括A1或Cu。

11.一种磁性多元合金薄膜，前述磁性多元合金薄膜的组成的通式为AX，其中A为选自Fe、Co与Ni中的至少一种，X为选自Si、B、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，A占整体成分的比例范围介于70原子百分比～90原子百分比之间，而AX的成分元素种类为3～13。

12.如权利要求11所述的磁性多元合金薄膜，其中前述磁性多元合金薄膜的厚度范围为50nm～2000nm之间。

13.如权利要求11所述的磁性多元合金薄膜，其中A为Fe与Co。

14.如权利要求13所述的磁性多元合金薄膜，其中X为B与M，且M为选自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn中的至少一种，M占整体成分的比例范围介于1原子百分比(at.％)～9原子百分比(at.％)之间。

15.如权利要求14所述的磁性多元合金薄膜，其中M为选自Hf、Ta、Nb、Ti与V中的至少一种。

16.如权利要求11所述的磁性多元合金薄膜，其中X为B、Si、Al与Cr。

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