JP2007273803A - 薄膜デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルを備える場合においてインダクタンスを向上させることが可能な薄膜デバイスを提供する。
【解決手段】上部磁性膜１３に巻き付けられたソレノイド型の薄膜コイル１４において、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３により挟まれている下部コイル部分１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ５）の厚さＴＡが、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３により挟まれていない上部コイル部分１４Ｂ（１４Ｂ１〜１４Ｂ４）の厚さＴＢよりも小さい（厚さ比ＴＢ／ＴＡ＞１）。下部コイル部分１４Ａの厚さＴＡが上部コイル部分１４Ｂの厚さＴＢ以上である場合（厚さ比ＴＢ／ＴＡ≦１）よりも、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３の間において漏れ磁束Ｊの量が少なくなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルを備えた薄膜デバイスに関する。

近年、各種用途の電子機器分野において、薄膜コイルを備えた薄膜デバイスが広く利用されている。この薄膜デバイスの一例としては、インダクタンスを有する回路素子である薄膜インダクタが挙げられる。

薄膜デバイスに搭載される薄膜コイルの形状としては、小型化（デバイス面積の縮小化）および低背化（デバイス厚さの薄型化）の要求に応じてスパイラル型が採用されているが、小型化および低背化だけでなく性能向上も併せて要求される用途ではソレノイド型が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。このソレノイド型の薄膜コイルを備えた薄膜デバイスでは、薄膜磁性体（磁心）の周りに励磁導体がソレノイド状に配設されており、スパイラル型の薄膜コイルを備える場合よりもインダクタンスを高くすることが可能である。
特開平０５−０２９１４６号公報

このソレノイド型の薄膜コイルとしては、複数のパーツに分割された構造を有するものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この薄膜コイルは、磁性絶縁基板の一面および他面にそれぞれ形成された第１および第２コイル導体と、その磁性絶縁基板を貫通する貫通孔に形成された接続導体とを接続してなるものである。第１および第２コイル導体の厚さは、直流抵抗を均一化するために互いに等しくなっている。
特開２００４−２９６８１６号公報

ソレノイド型の薄膜コイルを備えた従来の薄膜デバイスでは、小型化および低背化の観点において要求を満たしている一方で、未だ性能向上に関する要求を満たしているとは言えない。特に、薄膜デバイスを薄膜インダクタに応用する場合には、性能向上を実現するためにインダクタンスを向上させなければならない。

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、磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルを備える場合においてインダクタンスを向上させることが可能な薄膜デバイスを提供することにある。

本発明の薄膜デバイスは、互いに対向配置された第１の磁性膜および第２の磁性膜と、第２の磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルとを備え、薄膜コイルが、第１および第２の磁性膜の間に配列された複数の第１のコイル部分と、第２の磁性膜を挟んで第１のコイル部分と反対側に配列された複数の第２のコイル部分と、第１および第２のコイル部分を直列に接続する複数の第３のコイル部分とを含み、薄膜コイルの巻回方向における少なくとも末端の第１のコイル部分の厚さが第２のコイル部分の厚さよりも小さいものである。

この薄膜デバイスでは、第２の磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルにおいて、第１および第２の磁性膜により挟まれている第１のコイル部分のうちの少なくとも末端の厚さが第１および第２の磁性膜により挟まれていない第２のコイル部分の厚さよりも小さいため、第１のコイル部分のうちの少なくとも末端の厚さが第２のコイル部分の厚さ以上である場合よりも、第１および第２の磁性膜の間において漏れ磁束の量が少なくなる。

本発明の薄膜デバイスでは、各第１のコイル部分の厚さが第２のコイル部分の厚さよりも小さくてもよい。この場合には、各第１のコイル部分の厚さが互いに等しくてもよいし、あるいは各第１のコイル部分の厚さが末端以外でそれよりも大きくてもよい。後者の場合には、各第１のコイル部分の厚さが末端から中央へ向かって次第に大きくなっているのが好ましい。また、複数の第２のコイル部分が複数の第１のコイル部分の一端または他端と重なるように配置されており、第３のコイル部分が第１および第２のコイル部分が互いに重なる位置に配置されているのが好ましい。さらに、薄膜コイルの巻回方向における少なくとも末端の第１のコイル部分の厚さＴＡに対する第２のコイル部分の厚さＴＢの比ＴＢ／ＴＡが１＜ＴＢ／ＴＡ≦２．７の範囲であるのが好ましい。

本発明の薄膜デバイスによれば、第２の磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルにおいて少なくとも末端の第１のコイル部分の厚さが第２のコイル部分の厚さよりも小さいので、少なくとも末端の第１のコイル部分の厚さが第２のコイル部分の厚さ以上である場合よりも、インダクタンスを向上させることができる。この場合には、例えば、少なくとも末端の第１のコイル部分の厚さＴＡに対する第２のコイル部分の厚さＴＢの比ＴＢ／ＴＡを１＜ＴＢ／ＴＡ≦２．７の範囲とすれば、薄膜コイルの直流抵抗が増大することを抑制しつつ、十分なインダクタンスを得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図４は、本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスの応用例としての薄膜インダクタ１０の構成を表しており、図１は平面構成および図２〜図４は断面構成をそれぞれ示している。ここで、図２〜図４は、それぞれ図１に示したＩＩ−ＩＩ線、ＩＩＩ−ＩＩＩ線およびＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示している。なお、以下の説明では、基板１１に近い側を「下」、基板１１から遠い側を「上」とそれぞれ呼称する。

この薄膜インダクタ１０は、図１〜図４に示したように、基板１１上に、下部磁性膜１２と、絶縁膜１５により埋設された上部磁性膜１３および薄膜コイル１４とが積層された構成を有している。下部磁性膜１２および上部磁性膜１３は、互いに対向配置されており、薄膜コイル１４は、上部磁性膜１３に巻き付けられたソレノイド型構造を有している。

基板１１は、下部磁性膜１２、上部磁性膜１３および薄膜コイル１４を支持するものであり、例えば、ガラス、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ；いわゆるアルミナ）、セラミックス、フェライト、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、他の材料により構成されていてもよい。

下部磁性膜１２および上部磁性膜１３は、それぞれインダクタンスを高める第１および第２の磁性膜であり、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）などの導電性磁性材料により構成されている。このコバルト系合金としては、例えば、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）系合金などが挙げられる。

薄膜コイル１４は、一端（端子１４Ｔ１）と他端（端子１４Ｔ２）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。

この薄膜コイル１４は、複数の短冊状の下部コイル部分１４Ａおよび上部コイル部分１４Ｂと、複数の柱状の中間コイル部分１４Ｃとが直列に接続されたものである。下部コイル部分１４Ａは、下部磁性膜１２と上部磁性膜１３との間の階層（下階層）に配列された第１のコイル部分である。上部コイル部分１４Ｂは、上部磁性膜１３を挟んで下部コイル部分１４Ａと反対側の階層（上階層）に配列された第２のコイル部分であり、下部コイル部分１４Ａの一端または他端と重なるように配置されている。これらの下部コイル部分１４Ａおよび上部コイル部分１４Ｂは、例えば、矩形型の断面形状を有しており、互いに等しい幅Ｗを有している。中間コイル部分１４Ｃは、下階層と上階層との間の階層に配置された第３のコイル部分であり、下部コイル部分１４Ａおよび上部コイル部分１４Ｂが互いに重なる箇所に位置している。

薄膜コイル１４のターン数は、任意に設定可能である。図１〜図４では、例えば、薄膜コイル１４のターン数＝４ターンである場合を示している。この場合には、例えば、下部コイル部分１４Ａを端子１４Ｔ１，１４Ｔ２として利用することにより、５つの下部コイル部分１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ５）が配列されていると共に、４つの上部コイル部分１４Ｂ（１４Ｂ１〜１４Ｂ４）が配列されている。

薄膜コイル１４の巻回方向における少なくとも末端の下部コイル部分１４Ａの厚さＴＡは、上部コイル部分１４Ｂの厚さＴＢよりも小さくなっている。この「末端」とは、例えば、薄膜コイル１４の巻回方向に複数の下部コイル部分１４Ａが配列されているとき、その配列の末端に位置する下部コイル部分１４Ａであり、一端側の末端だけでなく、一端側および他端側の双方の末端も含む場合が挙げられる。また、「薄膜コイル１４の巻回方向」とは、例えば、薄膜コイル１４が上部磁性膜１３に巻き付きながら進行する（全体として延在する）方向であり、図１〜図４中では左右方向である。ここでは、例えば、全ての下部コイル部分１４Ａ１〜１４Ａ５の厚さＴＡが上部コイル部分１４Ｂの厚さＴＢよりも小さくなっていると共に、各下部コイル部分１４Ａ１〜１４Ａ５の厚さＴＡが互いに等しくなっている。すなわち、厚さＴＡに対する厚さＴＢの比（厚さ比）ＴＢ／ＴＡは、ＴＢ／ＴＡ＞１の範囲である。この厚さ比ＴＢ／ＴＡは、任意に設定可能である。特に、厚さ比ＴＢ／ＴＡは、例えば、薄膜コイル１４の直流抵抗が増大することを抑制する観点から、１＜ＴＢ／ＴＡ≦２．７の範囲であるのが好ましい。

絶縁膜１５は、薄膜コイル１４を下部磁性膜１２および上部磁性膜１３から電気的に分離するものであり、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）などの絶縁性非磁性材料や、ポリイミドまたはレジストなどの絶縁性樹脂材料により構成されている。この絶縁膜１５は、例えば、下部磁性膜１２上に設けられた下部絶縁膜１５Ａと、その下部絶縁膜１５Ａ上に下部コイル部分１４Ａを埋設するように設けられた下部コイル絶縁膜１５Ｂと、その下部コイル絶縁膜１５Ｂ上に上部磁性膜１３を埋設するように設けられた上部絶縁膜１５Ｃと、その上部絶縁膜１５Ｃ上に上部コイル部分１４Ｂを埋設するように設けられた上部コイル絶縁膜１５Ｄとを含んでいる。これらの下部コイル絶縁膜１５Ｂおよび上部絶縁膜１５Ｃでは、下部コイル部分１４Ａおよび上部コイル部分１４Ｂが互いに重なる位置ごとにコンタクトホール１５Ｈが設けられており、各コンタクトホール１５Ｈに中間コイル部分１４Ｃが埋め込まれている。なお、一連の絶縁膜１５Ａ〜１５Ｄの構成材料は、必ずしも同一に限らず、個別に設定可能である。

次に、図１〜図４を参照して、薄膜インダクタ１０の製造方法について簡単に説明する。なお、以下では、一連の構成要素の材質については既に説明したので、その説明を省略する。

すなわち、まず、めっき法またはスパッタリング法などを使用して、基板１１上に下部磁性膜１２を形成したのち、スパッタリング法またはスピンコート法などを使用して、下部磁性膜１２上に下部絶縁膜１５Ａを形成する。続いて、めっき法またはスパッタリング法などを使用して、下部絶縁膜１５Ａ上に複数の下部コイル部分１４Ａをパターン形成したのち、スパッタリング法またはスピンコート法などを使用して、下部コイル部分１４Ａを埋設するように下部コイル絶縁膜１５Ｂを形成する。続いて、めっき法またはスパッタリング法などを使用して、下部コイル絶縁膜１５Ｂ上に上部磁性膜１３をパターン形成したのち、スパッタリング法またはスピンコート法などを使用して、上部磁性膜１３を埋設するように上部絶縁膜１５Ｃを形成する。続いて、フォトリソグラフィ法およびエッチング法（例えばイオンミリング法）などを使用して、上部絶縁膜１５Ｃおよび下部コイル絶縁膜１５Ｂを選択的にエッチングすることにより複数のコンタクトホール１５Ｈを形成したのち、めっき法などを使用して、各コンタクトホール１５Ｈに下部コイル部分１４Ａと接続されるように中間コイル部分１４Ｃを形成する。最後に、めっき法またはスパッタリング法などを使用して、上部絶縁膜１５Ｃ上に中間コイル部分１４Ｃと接続されるように複数の上部コイル部分１４Ｂをパターン形成したのち、スパッタリング法またはスピンコート法などを使用して、上部コイル部分１４Ｂを埋設するように上部コイル絶縁膜１５Ｄを形成する。これにより、ソレノイド型の薄膜コイル１４および絶縁膜１５が形成されるため、薄膜インダクタ１０が完成する。

本実施の形態に係る薄膜デバイスとしての薄膜インダクタ１０では、上部磁性膜１３に巻き付けられたソレノイド型の薄膜コイル１４において、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３により挟まれている下部コイル部分１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ５）の厚さＴＡが下部磁性膜１２および上部磁性膜１３により挟まれていない上部コイル部分１４Ｂ（１４Ｂ１〜１４Ｂ４）の厚さＴＢよりも小さくなっているので（厚さ比ＴＢ／ＴＡ＞１）、以下の理由により、インダクタンスを向上させることができる。

図５および図６は、それぞれ第１および第２の比較例の薄膜インダクタ１００，２００の構成を表しており、いずれも図２に対応する断面構成を示している。これらの薄膜インダクタ１００，２００は、それぞれ薄膜コイル１４に代えて薄膜コイル１１４（下部コイル部分１１４Ａ，上部コイル部分１１４Ｂ）および薄膜コイル２１４（下部コイル部分２１４Ａ，上部コイル部分２１４Ｂ）を備える点を除き、薄膜インダクタ１０と同様の構成を有している。薄膜コイル１１４の構成は、下部コイル部分１１４Ａの厚さＴＡが上部コイル部分１１４Ｂの厚さＴＢに等しくなっている点を除き（厚さ比ＴＢ／ＴＡ＝１）、薄膜コイル１４の構成と同様である。一方、薄膜コイル２１４の構成は、下部コイル部分２１４Ａの厚さＴＡが上部コイル部分２１４Ｂの厚さＴＢよりも大きくなっている点を除き（厚さ比ＴＢ／ＴＡ＜１）、薄膜コイル１４の構成と同様である。なお、厚さＴＡ，ＴＢの総和は、薄膜インダクタ１０，１００，２００において一定である。

第１の比較例の薄膜インダクタ１００では、下部コイル部分１１４Ａの厚さＴＡが大きすぎるため、その下部コイル部分１１４Ａを挟んでいる下部磁性膜１２および上部磁性膜１３が互いに離間されすぎる。この場合には、下部磁性膜１２と上部磁性膜１３との間において漏れ磁束Ｊの量が多くなるため、薄膜コイル１１４のインダクタンスが低下する。これにより、第１の比較例では、インダクタンスを向上させることが困難である。

また、第２の比較例の薄膜インダクタ２００では、下部コイル部分２１４Ａの厚さＴＡが第１の比較例の場合よりもさらに大きいため、下部磁性膜１２と上部磁性膜１３との間において漏れ磁束Ｊの量がより多くなる。これにより、第２の比較例では、やはりインダクタンスを向上させることが困難である。

これに対して、本実施の形態の薄膜インダクタ１０では、下部コイル部分１４Ａの厚さＴＡが第１および第２の比較例の場合よりも小さいため、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３が互いに十分に接近する。この場合には、下部磁性膜１２と上部磁性膜１３との間において漏れ磁束Ｊの量が第１および第２の比較例の場合よりも少なくなるため、薄膜コイル１４のインダクタンスが増大する。したがって、本実施の形態では、ソレノイド型の薄膜コイル１４を備える場合において、インダクタンスを向上させることができるのである。この場合には、厚さＴＡを厚さＴＢに対して相対的に小さくし、すなわち厚さ比ＴＢ／ＴＡを大きくするほど、インダクタンスを増大させることができる。

特に、本実施の形態では、厚さ比ＴＢ／ＴＡを１．０＜ＴＢ／ＴＡ≦２．７の範囲とすれば、薄膜コイル１４の直流抵抗が増大しすぎることを抑制しつつ、十分なインダクタンスを得ることができる。

また、本実施の形態では、下部コイル部分１４Ａの厚さＴＡが上部コイル部分１４Ｂの厚さＴＢよりも小さいことに伴い、以下の観点においてもインダクタンスを向上させることができる。

すなわち、第１および第２の比較例では、下部コイル部分１１４Ａ，２１４Ａの厚さＴＡが大きすぎるため、平坦な下部絶縁膜１５Ａ上に下部コイル部分１１４Ａ，２１４Ａを形成すると、下部コイル絶縁膜１５Ｂおよび上部磁性膜１３の形成前に大きな起伏（高低差）が生じる。この場合には、下部コイル絶縁膜１５Ｂおよび上部磁性膜１３を形成すると、下地の起伏を反映して上部磁性膜１３に大きな起伏が生じ、その上部磁性膜１３の平坦性が悪くなるため、磁気特性が劣化しやすくなる。より具体的には、起伏の影響を受けて上部磁性膜１３中の磁区構造が大きく乱れるため、インダクタンスに寄与する透磁率が低下する。

これに対して、本実施の形態では、下部コイル部分１４Ａの厚さＴＡが第１および第２の比較例の場合よりも小さくなるため、下部絶縁膜１５Ａ上に下部コイル部分１４Ａを形成した場合に生じる起伏が大きくなりすぎない。この場合には、上部磁性膜１３に生じる起伏も小さくなり、その上部磁性膜１３の平坦性が良くなるため、磁気特性（透磁率）が劣化しにくくなる。したがって、本実施の形態では、上部磁性膜１３の平坦性に基づく磁気特性の観点においても、インダクタンスを向上させることができるのである。

なお、本実施の形態では、図２に示したように、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３を分離したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、図２に対応する図７に示したように、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３を互いに接続させるようにしてもよい。図７では、例えば、下部磁性膜１２と上部磁性膜１３との間に接続部１６を設けることにより、それらの一端部同士および他端部同士を接続部１６を介して接続させた場合を示している。この接続部１６を構成する磁性材料は、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３の構成材料と同一であってもよいし、あるいは異なってもよい。この場合には、磁路構造が閉磁路となるため、インダクタンスをより増大させることができる。

また、本実施の形態では、図２に示したように、各下部コイル部分１４Ａ１〜１４Ａ５の厚さＴＡが互いに等しくなるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。各下部コイル部分１４Ａ１〜１４Ａ５の厚さＴＡは、薄膜コイル１４の巻回方向における少なくとも末端の下部コイル部分１４Ａ（１４Ａ１，１４Ａ５）の厚さＴＡが上部コイル部分１４Ｂの厚さＴＢよりも小さい限り、任意に設定可能である。

具体的には、例えば、図２に対応する図８および図９に示したように、末端以外の下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の厚さＴＡが末端の下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ５の厚さＴＡよりも大きくなるようにしてもよい。この場合には、下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の厚さＴＡが互いに等しくなるようにしてもよいし（図８参照）、あるいは下部コイル部分１４Ａ１〜１４Ａ５の厚さＴＡが末端（１４Ａ１，１４Ａ５）から中央（１４Ａ３）へ向かって次第に大きくなるようにしてもよい（図９参照）。これらの場合における下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の厚さＴＡは、任意に設定可能である。これらの場合においても、図２に示した場合と同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、図２に示した場合よりも下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の断面積が大きくなるため、下部コイル部分１４Ａの直流抵抗を低下させることができる。しかも、磁束が集中しやすい末端の下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ５近傍において磁束の集中度が高まるため、インダクタンスをより向上させることができる。

図８および図９に示した場合には、下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の最大厚さＴＡ（図８では下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の厚さＴＡ，図９では下部コイル部分１４Ａ３の厚さＴＡ）を等しく設定する場合を考えると、図８よりも図９においてインダクタンスをより大きくすることができる。なぜなら、図８では、下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ２間および１４Ａ４，１４Ａ５間における厚さＴＡの差異が大きいため、上部磁性膜１３に局所的に段差が生じることにより平坦性が悪くなるのに対して、図９では、隣り合う下部コイル部分１４Ａ１〜１４Ａ５間における厚さＴＡの差異が小さいため、上部磁性膜１３に局所的に段差が生じずに平坦性が良くなるからである。

また、例えば、図２に対応する図１０に示したように、末端の下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ５の厚さＴＡが末端以外の下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の厚さＴＡよりも大きくなるようにしてもよい。図１０では、例えば、下部コイル部分１４Ａ１〜１４Ａ５の厚さＴＡが中央（１４Ａ３）から末端（１４Ａ１，１４Ａ５）へ向かって次第に大きくなる場合を示している。この場合における下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ２，１４Ａ４，１４Ａ５の厚さＴＡは、任意に設定可能である。この場合においても、図２に示した場合と同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、図２に示した場合よりも下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ２，１４Ａ４，１４Ａ５の断面積が大きくなるため、下部コイル部分１４Ａの直流抵抗を低下させることができる。しかも、末端の下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ５近傍において磁束が集中しやすい傾向がある場合に、全体として磁束の集中度が平均化するため、直流重畳特性を向上させることができる。なお、ここでは図示していないが、末端の下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ５の厚さＴＡが末端以外の下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の厚さＴＡよりも大きくなるようにする場合において、下部コイル部分１４Ａ２〜１４Ａ４の厚さＴＡが互いに等しくなるようにしてもよいことは、言うまでもない。

また、本実施の形態では、図２に示したように、下部コイル部分１４Ａを挟むように下部磁性膜１２および上部磁性膜１３を配置したことに伴い、その下部コイル部分１４Ａの厚さＴＡが上部コイル部分１４Ｂの厚さＴＢよりも小さくなるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、図２に対応する図１１に示したように、上部磁性膜１３に代えて下部磁性膜１２を配置すると共に、上部コイル絶縁膜１５Ｄ上に上部磁性膜１３を配置することにより、下部コイル部分１４Ａに代えて上部コイル部分１４Ｂを挟むように下部磁性膜１２および上部磁性膜１３を配置した場合には、その上部コイル部分１４Ａの厚さＴＢが下部コイル部分１４Ａの厚さＴＡよりも小さくなるようにしてもよい。この場合においても、図２に示した場合と同様の作用が得られるため、インダクタンスを向上させることができる。

また、本実施の形態では、薄膜コイル１４の構成を図１〜図４に示しているが、下部コイル部分１４Ａと上部コイル部分１４Ｂとの間の相対的位置関係（重なりの範囲）または端子１４Ｔ１，１４Ｔ２の引き出し方向などは、必ずしも図１〜図４に示した場合に限られず、任意に設定可能である。

また、本実施の形態では、図２に示したように、下部磁性膜１２および上部磁性膜１３を一律な厚さとなるようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、その厚さを変化させるようにしてもよい。具体的には、例えば、末端の下部コイル部分１４Ａ１，１４Ａ５に対応する末端部分の厚さを部分的に大きくしてもよい。この場合には、末端部分において下部磁性膜１２および上部磁性膜１３の飽和磁束密度が向上するため、直流重畳特性を向上させることができる。

次に、本発明に関する実施例について説明する。

有限要素法を使用した磁場解析により、図１〜図６に示したソレノイド型の薄膜コイルを備えた薄膜インダクタの諸性能を見積もったところ、図１２〜図１７に示した一連の結果が得られた。図１２〜図１５は、それぞれインダクタンスＬｄｃ（×１０^-6Ｈ）、インダクタンスＬ１Ｍ（×１０^-6Ｈ）、抵抗Ｒｄｃ（Ω）および抵抗Ｒ１Ｍ（Ω）の厚さ比ＴＢ／ＴＡ依存性を示している。また、図１６および図１７は、それぞれ抵抗Ｒｄｃに対するインダクタンスＬ１Ｍの比Ｌ１Ｍ／Ｒｄｃおよび抵抗Ｒｄｃに対するインダクタンスＬｄｃの比Ｌｄｃ／Ｒｄｃの厚さ比ＴＢ／ＴＡ依存性を示している。上記した「インダクタンスＬｄｃ」および「抵抗Ｒｄｃ」は、いずれも静磁場解析により算出した値であり、一般的にｋＨｚオーダーの低周波数領域における解析値にて近似できる。一方、「インダクタンスＬ１Ｍ」および「抵抗Ｒ１Ｍ」は、いずれも周波数＝１ＭＨｚにおける値である。

この薄膜インダクタの諸性能を見積もる際には、以下のように一連のパラメータを設定した。すなわち、薄膜コイルについては、ライン幅＝１００μｍ，ラインスペース＝２０μｍ，ターン数＝１６ターン，ギャップ＝５μｍ，下部コイル部分の厚さＴＡおよび上部コイル部分の厚さＴＢの総和＝２００μｍとしたと共に、厚さ比ＴＢ／ＴＡを０．１（１８μｍ／１８２μｍ），０．４３（６０μｍ／１４０μｍ），０．６７（８０μｍ／１２０μｍ），１（１００μｍ／１００μｍ），１．５（１２０μｍ／８０μｍ），２．３３（１４０μｍ／６０μｍ），４（１６０μｍ／４０μｍ）の７段階に変化させた。厚さ比ＴＢ／ＴＡ＜１（ＴＢ／ＴＡ＝０．１，０．４３，０．６７）は図６に示した第２の比較例、ＴＢ／ＴＡ＝１は図５に示した第１の比較例、ＴＢ／ＴＡ＞１（ＴＢ／ＴＡ＝１．５，２．３３，４）は図１〜図４に示した本発明にそれぞれ対応している。また、下部磁性膜および上部磁性膜については、厚さ＝１０μｍ，透磁率μ＝２０００，比抵抗＝１００μΩｃｍとした。なお、図１２〜図１７のうち、図１４では厚さ比ＴＢ／ＴＡを７段階に変化させており（ＴＢ／ＴＡ＝０．１を含む）、図１４以外では厚さ比ＴＢ／ＴＡを６段階に変化させている（ＴＢ／ＴＡ＝０．１を含まない）。

図１２および図１３に示したように、インダクタンスＬｄｃ，Ｌ１Ｍは、いずれも厚さ比ＴＢ／ＴＡが大きくなるにしたがって次第に増大した。また、図１４および図１５に示したように、抵抗Ｒｄｃは、厚さ比ＴＢ／ＴＡ＝１を頂点とする下向き凸型の曲線を描いたと共に、抵抗Ｒ１Ｍは、厚さ比ＴＢ／ＴＡが大きくなるにしたがって次第に増大した。このことから、本発明の薄膜インダクタでは、ソレノイド型の薄膜コイルを備える場合に、下部コイル部分の厚さＴＡを上部コイル部分の厚さＴＢよりも小さくすることにより、動作時のインダクタンスを向上させることが可能であることが確認された。

また、図１２〜図１４に示した結果から、図１６および図１７に示したように、比Ｌ１Ｍ／Ｒｄｃ，Ｌｄｃ／Ｒｄｃは、いずれも厚さ比ＴＢ／ＴＡ＝１．５を頂点とする上向き凸型の曲線を描いた。この場合には、本発明の薄膜インダクタを表している厚さ比ＴＢ／ＴＡ＞１の範囲における比Ｌ１Ｍ／Ｒｄｃ，Ｌｄｃ／Ｒｄｃは、第１および第２の比較例を表している厚さ比ＴＢ／ＴＡ≦１における比Ｌ１Ｍ／Ｒｄｃ，Ｌｄｃ／Ｒｄｃよりも、１＜ＴＢ／ＴＡ≦２．７の範囲内において大きくなった。このことから、本発明の薄膜インダクタでは、厚さ比ＴＢ／ＴＡを１＜ＴＢ／ＴＡ≦２．７の範囲とすることにより、動作周波数を１ＭＨｚに設定した場合および１ＭＨｚよりも低い低周波数（例えば、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）に設定した場合のいずれにおいても、薄膜コイルの直流抵抗が増大しすぎることを抑制しつつ、十分なインダクタンスを得ることが可能であることが確認された。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態および実施例では、本発明の薄膜デバイスを薄膜インダクタに応用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、薄膜インダクタ以外の他のデバイスに応用してもよい。この「他のデバイス」としては、例えば、薄膜トランス、薄膜磁気センサまたはＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）や、薄膜インダクタ、薄膜トランス、薄膜磁気センサまたはＭＥＭＳを含んだフィルタまたはモジュールなどが挙げられる。これらの他のデバイスに応用した場合においても、上記実施の形態および実施例と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る薄膜デバイスは、例えば薄膜インダクタ、薄膜トランス、薄膜磁気センサまたはＭＥＭＳや、それらを含んだフィルタまたはモジュールなどに応用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る薄膜デバイスの一応用例としての薄膜インダクタの平面構成を表す平面図である。 図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。 図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。 図１に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。 第１の比較例の薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。 第２の比較例の薄膜インダクタの断面構成を表す断面図である。 本発明の薄膜インダクタの構成に関する変形例を表す断面図である。 本発明の薄膜インダクタの構成に関する他の変形例を表す断面図である。 本発明の薄膜インダクタの構成に関するさらに他の変形例を表す断面図である。 本発明の薄膜インダクタの構成に関するさらに他の変形例を表す断面図である。 本発明の薄膜インダクタの構成に関するさらに他の変形例を表す断面図である。 インダクタンスＬｄｃの厚さ比ＴＢ／ＴＡ依存性を表す図である。 インダクタンスＬ１Ｍの厚さ比ＴＢ／ＴＡ依存性を表す図である。 抵抗Ｒｄｃの厚さ比ＴＢ／ＴＡ依存性を表す図である。 抵抗Ｒ１Ｍの厚さ比ＴＢ／ＴＡ依存性を表す図である。 抵抗Ｒｄｃに対するインダクタンスＬ１Ｍの比Ｌ１Ｍ／Ｒｄｃの厚さ比ＴＢ／ＴＡ依存性を表す図である。 抵抗Ｒｄｃに対するインダクタンスＬｄｃの比Ｌｄｃ／Ｒｄｃの厚さ比ＴＢ／ＴＡ依存性を表す図である。

符号の説明

１０…薄膜インダクタ、１１…基板、１２…下部磁性膜、１３…上部磁性膜、１４…薄膜コイル、１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ５）…下部コイル部分、１４Ｂ（１４Ｂ１〜１４Ｂ４）…上部コイル部分、１４Ｃ…中間コイル部分、１４Ｔ１，１４Ｔ２…端子、１５…絶縁膜、１５Ａ…下部絶縁膜、１５Ｂ…下部コイル絶縁膜、１５Ｃ…上部絶縁膜、１５Ｄ…上部コイル絶縁膜、１６…接続部、１５Ｈ…コンタクトホール、ＴＡ，ＴＢ…厚さ、Ｗ…幅。

Claims (7)

1. 互いに対向配置された第１の磁性膜および第２の磁性膜と、前記第２の磁性膜に巻き付けられた薄膜コイルとを備え、
   前記薄膜コイルは、前記第１および第２の磁性膜の間に配列された複数の第１のコイル部分と、前記第２の磁性膜を挟んで前記第１のコイル部分と反対側に配列された複数の第２のコイル部分と、前記第１および第２のコイル部分を直列に接続する複数の第３のコイル部分とを含み、
   前記薄膜コイルの巻回方向における少なくとも末端の前記第１のコイル部分の厚さは、前記第２のコイル部分の厚さよりも小さい
   ことを特徴とする薄膜デバイス。
2. 前記各第１のコイル部分の厚さは、前記第２のコイル部分の厚さよりも小さい
   ことを特徴とする請求項１記載の薄膜デバイス。
3. 前記各第１のコイル部分の厚さは、互いに等しい
   ことを特徴とする請求項２記載の薄膜デバイス。
4. 前記各第１のコイル部分の厚さは、末端以外でそれよりも大きい
   ことを特徴とする請求項２記載の薄膜デバイス。
5. 前記各第１のコイル部分の厚さは、末端から中央へ向かって次第に大きくなっている
   ことを特徴とする請求項４記載の薄膜デバイス。
6. 前記複数の第２のコイル部分は、前記複数の第１のコイル部分の一端または他端と重なるように配置されており、
   前記第３のコイル部分は、前記第１および第２のコイル部分が互いに重なる位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の薄膜デバイス。
7. 前記薄膜コイルの巻回方向における少なくとも末端の前記第１のコイル部分の厚さＴＡに対する前記第２のコイル部分の厚さＴＢの比ＴＢ／ＴＡは、１＜ＴＢ／ＴＡ≦２．７の範囲である
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の薄膜デバイス。

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