JP4724264B2

JP4724264B2 - Thin film inductor

Info

Publication number: JP4724264B2
Application number: JP2002355092A
Authority: JP
Inventors: 勝黒澤; 和義小林; 邦彦中島; 謙一太田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: JP2004186638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜インダクタに関し、更に具体的には、高周波帯域での使用に好適な薄膜インダクタに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
通信帯域の高周波化に伴い、受動部品として用いられるインダクタやトランスなどの磁性部品についても、動作周波数の増大に伴う高性能化が求められている。インダクタにおいては、その品質を評価する指標としてインダクタとしての効率を示すＱ値(Quality factor)が用いられる。Ｑ値が高いことは損失が少なく高効率であり、理想的なインダクタに近いことを表す。Ｑ値の向上を図るためには、内部抵抗（導体抵抗）や寄生容量の低減を図ることが有効である。導体抵抗の低減を図る方法としては、低抵抗の導体配線，例えばＣｕ配線等を用いる方法がある。一方、寄生容量の低減を図る方法としては、導体配線下に低誘電率の層間絶縁膜を導入する方法がある。
【０００３】
低誘電率の絶縁膜上，もしくは低誘電率の絶縁膜の層間にインダクタ導体を配線する従来の方法では、インダクタ導体の面積に比例して寄生容量が発生する。このため、低抵抗化を目的としてインダクタ導体の幅を太くすると、逆に誘電損失が大きくなり、必ずしも満足し得る性能のインダクタを得ることができるとは限らない。そこで、比誘電率が小さくほぼ１である空気をインダクタ導体の下層に導入する試みもなされている。例えば、インダクタ導体下に部分的に金属製の支柱を導入して浮揚させた構造のものが知られている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２１６３５（第２，４頁，第１４，１５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、大部分のインダクタ導体の下に空気層を導入することが可能であり、寄生容量が低減される。しかしながら、インダクタ配線導体と金属支柱が電気的に接続をしていることから、寄生容量の低減が十分とは言いがたい。また、高周波帯域では貴金属支柱部分がスタブとして作用するようになり、インピーダンス不整合の原因になるといった悪影響を及ぼすことも考えられる。
【０００６】
この発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、インダクタの寄生容量を低減し、Ｑ値，自己共振周波数などの高周波特性の向上を図ることである。他の目的は、高周波特性におけるインピーダンスの不整合の防止を図ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の薄膜インダクタは、基板上に形成された第１のインダクタ導体パターン，該第１のインダクタ導体パターン上に、該導体パターンと複数箇所で交わるように形成されており、厚み方向に貫通する多数の空隙部を有する絶縁性のメッシュ状薄膜支持層，該メッシュ状薄膜支持層上に支持され、かつ、前記空隙部の上を通過するように形成されており、一端が前記空隙部を介して前記第１のインダクタ導体パターンの一端と接続された第２のインダクタ導体パターン，を備えており、前記空隙部によって、前記メッシュ状薄膜支持層と前記第１及び第２のインダクタ導体パターンとの間に、間欠的に空気層を導入したことを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つは、前記第１及び第２のインダクタ導体パターンが、同一方向に巻かれたスパイラル状に形成されていることを特徴とする。他の形態は、前記メッシュ状薄膜支持層を硬化型レジストによって形成したことを特徴とする。更に他の形態は、前記メッシュ状薄膜支持層がポリイミドであることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
＜参考例１＞……以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。最初に、図１〜図４を参照し、本発明の基本的構造を示す参考例１について説明する。図１は、参考例１の薄膜インダクタの構造を示す斜視図である。同図に示すように、本参考例の薄膜インダクタ１０は、基板１２上に形成された誘電率の低い絶縁膜による複数の支柱１４の上に、スパイラル状のインダクタ導体パターン２６が形成されている。支柱１４は、インダクタ導体パターン２６を支持できる程度の適宜間隔で要所ごとに形成されている。別言すれば、インダクタ導体パターン２６は、一部が支柱１４により支持されており、それ以外の部分は、下に空気層が導入された状態となっている。前記基板１２としては、Ｓｉなどの単体基板や、化合物半導体基板などが利用され、支柱１４としては、誘電率の低い絶縁膜，例えば、ポリイミド等のいわゆるｌｏｗ−ｋ材料（低誘電率材料）などが利用される。インダクタ導体パターン２６としては、Ｃｕ等の低抵抗金属が利用される。
【００１０】
次に、本参考例の製造方法の一例を、図２及び図３を参照して説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、Ｓｉや化合物半導体などによる基板１２，もしくは、該基板１２の上に塗布した絶縁膜（図示せず）上に、支柱１４となる絶縁層をパターニング形成する。支柱１４部分のパターニングは、感光性の材料を用いて露光プロセスにより行うか，あるいは、一様に塗布した絶縁膜をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅｉｏｎｅｔｃｈｉｎｇ）等の化学的ドライエッチングにより加工，形成を行う。このとき、支柱１４とする絶縁層の厚みは、例えば、数μｍ〜数十μｍとする。
【００１１】
次に、支柱（ないし絶縁膜）１４の形成により基板１２上に発生した凹凸を平坦化するため、図２（Ｂ）に示すように、犠牲層１６として、感光性フォトレジストを支柱１４の表面１４Ａを覆うように、支柱１４間に埋め込む。感光性フォトレジストとしては、例えば、耐熱性に優れたノボラック系やＰＭＭＡ系のものなどが利用される。そして、図２（Ｃ）に示すように、絶縁層の表面１４Ａを露出させる。この時の手段としては、露光装置を用いて絶縁膜表面のレジストを感光させてパターニングするか，あるいは、ＣＭＰ（Chemical mechanical polishing）等の研磨装置を用いて犠牲層１６の全面を平坦化するか，あるいは、スパッタ装置等で犠牲層１６の全面をエッチングするなどの方法がとられる。
【００１２】
そして、平坦化した支柱表面１４及び犠牲層１６の表面に、図２（Ｄ）に示すように、メッキ工程用のためのシード層１８を、ＥＢ（Electron beam）蒸着装置等を用いて全面に蒸着する。シード層１８としては、例えばＣｕなどが用いられ、約数百ｎｍの厚さに形成される。また、シード層１８と支柱１４の間に、必要に応じてバリア層（図示せず）を挿入するようにしてもよい。該バリア層は、必ずしも設ける必要はないが、層間の密着性が悪い場合や、直接接合すると拡散や腐食などが発生する材料間に挿入することにより、これらの不都合を解消することができる。本例のように、シード層１８にＣｕ，支柱１４にポリイミドを利用する場合には、ポリイミドの成分がＣｕを酸化させ、反応したＣｕイオンがポリイミド中に拡散するのを防止するために、例えば、Ｃｒなどを挿入すると好都合である。次に、前記シード層１８上にフォトレジストをパターニング形成し、パターンメッキ用レジスト２０を形成する（図２（Ｅ））。そして、図３（Ａ）に示すように、該パターンメッキ用レジスト２０間の空隙２２を埋めるように、Ｃｕ等のパターンメッキを行いパターン層２４を形成する。ここで、パターン層２４は、パターンメッキ用レジスト２０の表面よりも若干低めになるように成長させる。
【００１３】
パターン層２４を形成したら、図３（Ｂ）に示すようにパターンメッキ用レジスト２０を除去し、続いて、ドライもしくはウェットエッチングにより、図３（Ｃ）に示すように、不要なシード層１８を除去する。更に、犠牲層１６を、その種類に応じて専用の剥離液を用いて溶解除去することにより、図３（Ｄ）に示すように、シード層１８とパターン層２４からなるインダクタ導体パターン２６が形成される。このようにして形成されたインダクタ導体パターン２６は、図１及び図３（Ｄ）に示すように、要所ごとに支柱１４によって支持されており、その他の部分は、パターンの下側に空気層が導入された状態となっている。
【００１４】
次に、図４を参照して、本参考例の高周波特性について説明する。上述した製造方法に従って、支柱の材質のみを変化させて薄膜インダクタを作製し、各サンプルの薄膜インダクタについてシミュレーションを行った。図４には、支柱１４としてＣｕとポリイミドを用いた場合のＱ値の周波数特性がそれぞれ示されている。同図中、横軸は周波数（Ｈｚ），縦軸はＱ値である。また、横軸は対数目盛となっており、「Ｅ」は１０のべき乗を表す。例えば、「Ｅ＋０８」は、「１０^８」を表す。測定したサンプルの支柱の高さは７μｍとした。
【００１５】
同図に示すように、周波数１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ付近において、支柱材料として絶縁性のポリイミドを用いたサンプルのほうが、Ｃｕを利用した場合よりも高いＱ値を得られることが分かった。これは、
▲１▼支柱１４部分が絶縁性であることから、インダクタ導体パターン２６と基板１２との距離が大きくなり、渦電流損失が低減される，
▲２▼インダクタ導体パターン２６の下の大部分に、比誘電率が低い（比誘電率がほぼ１）の空気層の導入が可能となり、寄生容量が低減される，
▲３▼金属性の支柱を用いた場合では寄生容量の低減が不十分であるが、絶縁性の支柱１４を用いることにより層間膜として作用し、寄生容量の低減効果が得られる，
▲４▼支柱１４が絶縁性であることから、インダクタ導体パターン２６に対して高周波スタブとして作用することがない，
という理由によるものと考えられる。
【００１６】
このように、本参考例によれば、基板１２やそれらの上に塗布した絶縁膜上に、誘電率の低い絶縁材料による支柱１４を複数形成し、低抵抗の金属によるインダクタ導体パターン２６を前記複数の支柱１４上に形成して、インダクタ導体パターン２６の下側の大部分に空気層を導入し空中に浮揚させることとしたので、薄膜インダクタ１０の寄生容量を低減し、Ｑ値などの高周波特性を向上させることができる。また、支柱１４がスタブとして作用することがないため、高周波特性において、インピーダンスの不整合が生じないという効果も得られる。更に、支柱１４を硬化型レジストで形成することとしたので、薄膜プロセスに組み込むことができるとともに、ポリイミドを使用することにより他の素子形成と同一材料を使用することができ、製造プロセスの簡略化，効率化を図ることが可能となる。
【００１７】
＜参考例２＞……次に、図５を参照して、本発明の参考例２について説明する。上述した参考例１では、ポリイミド等により複数の支柱１４を要所要所に形成し、該支柱１４間にブリッジのようにインダクタ導体パターン２６を形成することとしたが、本参考例の薄膜インダクタ３０においては、基板３２上に、インダクタ導体パターン３６と同一形状の薄膜支持層３４を形成し、その上にインダクタ導体パターン３６を形成した構成となっている。すなわち、薄膜支持層３４は、壁状に形成されている。薄膜支持層３４としては、上述した参考例の支柱１４と同様に、低誘電率の絶縁性材料が用いられる。
【００１８】
本参考例では、絶縁層に対する誘電損失（寄生容量）は、上述した支柱を利用する参考例と比較して増大するが、構造的な安定性の向上が期待できる。また、本参考例においても、基板３２とインダクタ導体パターン３６の距離を大きくしている点と、インダクタ導体パターン３６の配線間を空気層としている点は、上述した参考例の場合と同様であることから、基板３２への渦電流損失の低減効果は支柱構造の場合と同様であると考えられる。これにより、本参考例によれば、構造上の安定性向上と高いＱ値を得ることができる。
【００１９】
＜参考例３＞……次に、図６を参照して、本発明の参考例３について説明する。同図（Ａ）は平面図であり、その＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断した端面拡大図が、同図（Ｂ）に示されている。上述した参考例１の支柱構造では、インダクタ導体パターンの主要部位にのみ絶縁膜からなる支柱を挿入することとしたが、本参考例は、その構造上の安定性を改善したものである。
【００２０】
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本参考例の薄膜インダクタ４０は、基板４２上に、絶縁性材料によるメッシュ状の薄膜支持層４６が形成されており、該薄膜支持層４６上にインダクタ導体パターン５０を形成することにより、インダクタ導体パターン５０を支持する部位を増大させて安定性を向上させている。本参考例の製造方法は、上述した参考例１と基本的に同様である。まず、基板４２上の適宜位置に、引出配線４４Ａ及び４４Ｂを形成する。そして、ポリイミドなどの有機絶縁膜によりメッシュ状の薄膜支持層４６を形成する。次に、薄膜支持層４６上に、スパイラル状にシード層とパターン層からなるインダクタ導体パターン５０を形成する。このとき、図６（Ｂ）の断面に示すように、インダクタ導体パターン５０の中央の端部５２Ａと引出配線４４Ａの端部が、メッシュ間の凹部４８において接続される。また、インダクタ導体パターン５０の他方の端部５２Ｂも同様にして引出配線４４Ｂと接続される。ＲＦ（高周波）モジュールなどに対する実装に際しては、前記薄膜支持層４６の適宜位置に、絶縁性の基部ないしスペーサ５４，５６を形成し、全体を図６（Ｃ）に示すように、基板５８上に逆さに返して固定する。これにより、以上のようにして形成したインダクタ導体パターン５０が基板５８と接しないように，すなわち、空中に浮揚した状態とすることができる。
【００２１】
本参考例によれば、構造上の安定性は向上するものの、薄膜支持層４６との接触面積が増えるため、寄生容量の増大が考えられる。そこで、支持構造とＱ値との相関をシミュレーションにより求めたところ、ポリイミドの支柱構造においては、２ＧＨｚでのＱ値が９．５４であり、本形態のメッシュ構造においては、２ＧＨｚでのＱ値が９．４９であった。このように、２ＧＨｚでのＱ値は、支柱構造，メッシュ構造においてほぼ同等の値が得られ、著しい寄生容量の増加は認められなかった。従って、本参考例によれば、寄生容量の低減効果を維持したまま、高い構造安定性が実現可能である。
【００２２】
＜実施形態１＞……次に、図７を参照して、本発明の実施形態１について説明する。図７（Ａ）は平面図，その＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断した端面図が同図（Ｂ）に示されている。本実施形態も、上述した参考例３と同様に、絶縁性材料によるメッシュ状の支持構造を利用したものであるが、インダクタ導体パターンを２層構造にしたものである。本形態の薄膜インダクタ６０では、まず、基板６１上に１層目の下部インダクタ導体パターン７２及び引出配線７０が直接形成され、その上にメッシュ状の薄膜支持層６２が形成される。そして、該薄膜支持層６２の主面に、２層目の上部インダクタ導体パターン６６が形成される。上部インダクタ導体パターン６６の中央側の端部６８Ａは、メッシュ間の凹部６４において下部インダクタ導体パターン７２の中央側の端部７４と接続し、上部インダクタ導体パターン６６の他方の端部６８Ｂは、薄膜支持層６２の下側に設けられた引出配線７０と接続されている。前記上部インダクタ導体パターン６６と下部インダクタ導体パターン７２は、スパイラルの巻き方向が同じであるとともに、静電容量の増大を防ぐために、各パターンが上下で重ならないように形成されている。本実施形態によれば、インダクタ導体パターンを２層構造とすることにより、小さい面積で寄生容量が小さくＬ値が高いインダクタの作製が可能となる。
【００２３】
＜参考例４＞……次に、図８を参照して、本発明の参考例４について説明する。図８（Ａ）は本参考例の構成を示す斜視図，同図（Ｂ）は主要断面図である。同図（Ｃ）は、本参考例の他の例を示す図である。上述した参考例１，３及び実施形態１では、薄膜支持層に支持されていない部分では、インダクタ導体パターンの下は空気層を介して基板のみが存在する構造であったが、本参考例のように、インダクタ導体パターンの下に空気層を導入しつつ、更にその下に薄膜支持層を挿入することも可能である。
【００２４】
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本参考例の薄膜インダクタ８０は、基板８２上に、絶縁性材料による薄膜支持層８４が所定の厚みで形成されている。該薄膜支持層８４の表面には、基板８２に達しない程度の深さの穴８６が複数形成されている。インダクタ導体パターン８８は、この複数の穴８６上を通過するように配線されている。このように、本参考例によれば、インダクタ導体パターン８８の下に比誘電率の低い空気層を導入するため、上述した参考例や実施形態と同様の効果が得られるとともに、ほぼ全体にわたって薄膜支持層８４を導入することにより、構造上の安定性も図ることができる。なお、本参考例の穴８６を、基板８２に接するように深く形成すると、図８（Ｃ）に示すように、穴８６によって分断された薄膜支持層８４が支柱のような状態となる。これは、上述した参考例１の支柱構造と同じと考えることができる。また、穴８６の形成位置を調整することにより、参考例３及び実施形態１に示すメッシュ構造となる。
【００２５】
＜他の実施形態＞……本発明には数多くの実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能である。例えば、次のようなものも含まれる。
（１）前記参考例や形態で示した基板，支柱，薄膜支持層，配線の材質は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。
（２）前記参考例や形態に示したインダクタ導体パターンの支持構造も一例であり、同様の効果を奏するように、適宜変更してよい。例えば、前記参考例１で示した支柱１４の数を増減してもよいし、参考例２で示した薄膜支持層３４に、参考例４と同様の穴を設けるようにしてもよい。また、参考例３，実施形態１で示すメッシュ構造の目の大きさなども適宜変更してもよいし、横線のみ，縦線のみ，放射状など、各種の構造としてよい。
【００２６】
（３）前記参考例に示した製造工程も一例であり、公知の各種の方法を適用してよい。
（４）前記参考例３における引出配線構造も一例であり、メッシュ構造の上部から引き出すようにしてもよい。
（５）本発明の薄膜インダクタは、部品単体として使用してもよいし、集積回路に集積形成するようにしてもよい。特に、薄膜ＲＦモジュールに組み込むようにしてもよい。また、本発明は、携帯電話など各種の電子機器に適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板上に形成された第１のインダクタ導体パターン上に、該導体パターンと複数箇所で交わるように、厚み方向に貫通する多数の空隙部を有する絶縁性のメッシュ状薄膜支持層を形成し、該メッシュ状薄膜支持層上に支持され、かつ、前記空隙部の上を通過するように、一端が前記空隙部を介して前記第１のインダクタ導体パターンの一端と接続された第２のインダクタ導体パターンを形成し、前記空隙部によって、前記メッシュ状薄膜支持層と前記第１及び第２のインダクタ導体パターンとの間に、間欠的に空気層を導入することとしたので、薄膜インダクタの寄生容量が低減されるとともに、Ｑ値などの高周波特性が向上する。また、薄膜層として絶縁性材料を用いているため、高周波帯域におけるインピーダンス不整合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例１の構造を示す斜視図である。
【図２】前記参考例の製造工程の一例を示す主要部の端面図である。
【図３】前記参考例の製造工程の一例を示す主要部の端面図である。
【図４】前記参考例のポリイミド支柱を利用したインダクタと、Ｃｕ支柱を利用したインダクタのＱ値の周波数特性例を示す図である。
【図５】本発明の参考例２の構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の参考例３を示す図であり、（Ａ）は平面図，（Ｂ）は、前記（Ａ）の＃Ａ−＃Ａ線に沿った断面図，（Ｃ）はインダクタ導体パターンの浮揚状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１を示す図であり、（Ａ）は平面図，（Ｂ）は、前記（Ａ）の＃Ｂ−＃Ｂ線に沿った断面図である。
【図８】本発明の参考例４を示す図であり、（Ａ）は斜視図，（Ｂ）は断面図，（Ｃ）は本参考例の他の例を示す断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film inductor, and more specifically to a thin film inductor suitable for use in a high frequency band.
[0002]
[Background]
As the communication band becomes higher in frequency, magnetic components such as inductors and transformers used as passive components are also required to have higher performance as the operating frequency increases. In an inductor, a Q value (Quality factor) indicating efficiency as an inductor is used as an index for evaluating the quality. A high Q value represents high loss and low efficiency, and is close to an ideal inductor. In order to improve the Q value, it is effective to reduce internal resistance (conductor resistance) and parasitic capacitance. As a method for reducing the conductor resistance, there is a method using a low-resistance conductor wiring such as a Cu wiring. On the other hand, as a method for reducing the parasitic capacitance, there is a method of introducing an interlayer insulating film having a low dielectric constant under the conductor wiring.
[0003]
In a conventional method in which an inductor conductor is wired on a low dielectric constant insulating film or between layers of a low dielectric constant insulating film, parasitic capacitance is generated in proportion to the area of the inductor conductor. For this reason, if the width of the inductor conductor is increased for the purpose of reducing the resistance, the dielectric loss increases, and an inductor having satisfactory performance cannot always be obtained. Therefore, an attempt has been made to introduce air having a small relative dielectric constant of approximately 1 into the lower layer of the inductor conductor. For example, a structure in which a metal support is partially introduced and floated under an inductor conductor is known (Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-21635 (pages 2, 4 and 14, 15)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described prior art, an air layer can be introduced under most inductor conductors, and parasitic capacitance is reduced. However, since the inductor wiring conductor and the metal support are electrically connected, it is difficult to say that the parasitic capacitance is sufficiently reduced. In addition, in the high frequency band, the noble metal support part acts as a stub, which may cause adverse effects such as impedance mismatching.
[0006]
The present invention pays attention to the above points, and its purpose is to reduce the parasitic capacitance of the inductor and to improve the high-frequency characteristics such as the Q value and the self-resonant frequency. Another object is to prevent impedance mismatch in the high frequency characteristics.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a thin film inductor according to the present invention is formed on a first inductor conductor pattern formed on a substrate, and on the first inductor conductor pattern so as to intersect the conductor pattern at a plurality of locations. cage, insulating meshed thin support layer having numerous voids extending through the thickness direction, is supported on the mesh-like thin support layer, and are formed so as to pass over the gap portion, A second inductor conductor pattern connected at one end to one end of the first inductor conductor pattern via the gap, and the mesh-shaped thin film support layer and the first and first layers are formed by the gap. The air layer is intermittently introduced between the two inductor conductor patterns.
[0008]
One of the main forms is characterized in that the first and second inductor conductor patterns are formed in a spiral shape wound in the same direction. Another embodiment is characterized in that the mesh-like thin film support layer is formed of a curable resist. Yet another embodiment is characterized in that the mesh-like thin film support layer is polyimide. The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
< Reference Example 1> The following is a detailed description of an embodiment of the present invention. First, reference example 1 showing the basic structure of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the thin film inductor of Reference Example 1. FIG. As shown in the figure, in the thin film inductor 10 of this reference example , a spiral inductor conductor pattern 26 is formed on a plurality of pillars 14 made of an insulating film having a low dielectric constant formed on a substrate 12. . The pillars 14 are formed at each important point at an appropriate interval that can support the inductor conductor pattern 26. In other words, a part of the inductor conductor pattern 26 is supported by the support column 14 and the other part is in a state in which an air layer is introduced below. As the substrate 12, a single substrate such as Si or a compound semiconductor substrate is used, and as the support 14, an insulating film having a low dielectric constant, for example, a so-called low-k material (low dielectric constant material) such as polyimide is used. Is used. As the inductor conductive pattern 26, a low resistance metal such as Cu is used.
[0010]
Next, an example of the manufacturing method of this reference example is demonstrated with reference to FIG.2 and FIG.3. First, as shown in FIG. 2A, an insulating layer to be a pillar 14 is formed by patterning on a substrate 12 made of Si or a compound semiconductor, or an insulating film (not shown) applied on the substrate 12. To do. The patterning of the column 14 is performed by an exposure process using a photosensitive material, or a uniformly coated insulating film is processed and formed by chemical dry etching such as RIE (Reactive ion etching). At this time, the thickness of the insulating layer used as the support column 14 is, for example, several μm to several tens μm.
[0011]
Next, in order to flatten the unevenness generated on the substrate 12 due to the formation of the pillars (or insulating films) 14, a photosensitive photoresist is used as the sacrificial layer 16 as shown in FIG. It is embedded between the columns 14 so as to cover 14A. As the photosensitive photoresist, for example, a novolak-based or PMMA-based one having excellent heat resistance is used. Then, as shown in FIG. 2C, the surface 14A of the insulating layer is exposed. As a means at this time, the resist on the surface of the insulating film is exposed and patterned using an exposure apparatus, or the entire surface of the sacrificial layer 16 is planarized using a polishing apparatus such as CMP (Chemical Mechanical Polishing). Alternatively, a method of etching the entire surface of the sacrificial layer 16 with a sputtering apparatus or the like is employed.
[0012]
Then, as shown in FIG. 2D, a seed layer 18 for a plating process is formed on the entire surface of the planarized column surface 14 and sacrificial layer 16 using an EB (Electron beam) vapor deposition apparatus or the like. Evaporate. As the seed layer 18, for example, Cu or the like is used, and is formed to a thickness of about several hundred nm. Moreover, you may make it insert a barrier layer (not shown) between the seed layer 18 and the support | pillar 14 as needed. The barrier layer is not necessarily provided. However, when the adhesion between the layers is poor, or when the barrier layer is inserted between materials in which diffusion or corrosion occurs when directly joined, these problems can be solved. When Cu is used for the seed layer 18 and polyimide is used for the support 14 as in this example, the component of the polyimide oxidizes Cu and prevents the reacted Cu ions from diffusing into the polyimide. It is convenient to insert Cr, etc. Next, a photoresist is patterned on the seed layer 18 to form a resist 20 for pattern plating (FIG. 2E). Then, as shown in FIG. 3A, a pattern layer 24 is formed by performing pattern plating of Cu or the like so as to fill the gap 22 between the resists 20 for pattern plating. Here, the pattern layer 24 is grown so as to be slightly lower than the surface of the resist 20 for pattern plating.
[0013]
After the pattern layer 24 is formed, the pattern plating resist 20 is removed as shown in FIG. 3B, and then an unnecessary seed layer 18 is formed by dry or wet etching as shown in FIG. Remove. Further, the sacrificial layer 16 is dissolved and removed using a special stripping solution according to the type thereof, thereby forming an inductor conductor pattern 26 composed of the seed layer 18 and the pattern layer 24 as shown in FIG. Is done. As shown in FIGS. 1 and 3D, the inductor conductor pattern 26 formed in this way is supported by the pillars 14 at each important point, and the other part is an air layer below the pattern. Has been introduced.
[0014]
Next, the high-frequency characteristics of this reference example will be described with reference to FIG. According to the manufacturing method described above, only the material of the support was changed to produce a thin film inductor, and the thin film inductor of each sample was simulated. FIG. 4 shows the frequency characteristics of the Q value when Cu and polyimide are used as the support columns 14. In the figure, the horizontal axis represents frequency (Hz) and the vertical axis represents Q value. The horizontal axis is a logarithmic scale, and “E” represents a power of 10. For example, “E + 08” represents “10 ⁸ ”. The height of the column of the measured sample was 7 μm.
[0015]
As shown in the figure, it was found that in the frequency range of 1 GHz to 10 GHz, a sample using insulating polyimide as a support material can obtain a higher Q value than when Cu is used. this is,
(1) Since the post 14 is insulative, the distance between the inductor conductor pattern 26 and the substrate 12 is increased, and eddy current loss is reduced.
(2) An air layer having a low relative permittivity (relative permittivity is approximately 1) can be introduced under most of the inductor conductor pattern 26, and parasitic capacitance is reduced.
{Circle around (3)} When the metallic support is used, the parasitic capacitance is not sufficiently reduced. However, the use of the insulating support 14 serves as an interlayer film, and the effect of reducing the parasitic capacitance is obtained.
(4) Since the support post 14 is insulative, the inductor conductor pattern 26 does not act as a high frequency stub.
This is considered to be the reason.
[0016]
As described above, according to the present reference example , a plurality of support posts 14 made of an insulating material having a low dielectric constant are formed on the substrate 12 and the insulating film applied on them, and the inductor conductor pattern 26 made of a low-resistance metal is formed in the above-described manner. Since it is formed on the plurality of pillars 14 and an air layer is introduced into most of the lower side of the inductor conductor pattern 26 and floats in the air, the parasitic capacitance of the thin film inductor 10 is reduced, and a high frequency such as a Q value is obtained. Characteristics can be improved. Moreover, since the support | pillar 14 does not act as a stub, the effect that the mismatching of impedance does not arise in a high frequency characteristic is also acquired. Furthermore, since the support 14 is formed of a curable resist, it can be incorporated into a thin film process, and by using polyimide, the same material as other element formation can be used, thereby simplifying the manufacturing process. , It becomes possible to improve efficiency.
[0017]
Reference Example 2 Next, Reference Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. In the reference example 1 described above, a plurality of pillars 14 are formed in necessary places using polyimide or the like, and the inductor conductor pattern 26 is formed between the pillars 14 like a bridge. However, the thin film inductor 30 of this reference example is used. In FIG. 2, a thin film support layer 34 having the same shape as the inductor conductor pattern 36 is formed on the substrate 32, and the inductor conductor pattern 36 is formed thereon. That is, the thin film support layer 34 is formed in a wall shape. As the thin film support layer 34, an insulating material having a low dielectric constant is used as in the support 14 of the reference example described above.
[0018]
In this reference example , the dielectric loss (parasitic capacitance) with respect to the insulating layer is increased as compared with the reference example using the above-described support, but an improvement in structural stability can be expected. Also in this reference example , the point that the distance between the substrate 32 and the inductor conductor pattern 36 is increased and the space between the wirings of the inductor conductor pattern 36 is an air layer is the same as in the case of the reference example described above. Therefore, it is considered that the effect of reducing the eddy current loss to the substrate 32 is the same as in the case of the support structure. Thereby, according to this reference example , the structural stability improvement and a high Q value can be obtained.
[0019]
Reference Example 3 Next, Reference Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a plan view, and an enlarged end view taken along line # A- # A is shown in FIG. In the support structure of the reference example 1 described above, the support pillar made of an insulating film is inserted only in the main part of the inductor conductor pattern. However, this reference example improves the structural stability.
[0020]
6A and 6B, in the thin film inductor 40 of this reference example , a mesh-like thin film support layer 46 made of an insulating material is formed on a substrate 42, and the thin film support layer 46 is formed. By forming the inductor conductive pattern 50 on the top, the number of parts supporting the inductor conductive pattern 50 is increased to improve the stability. The manufacturing method of this reference example is basically the same as that of the reference example 1 described above. First, lead wires 44A and 44B are formed at appropriate positions on the substrate 42. Then, a mesh-like thin film support layer 46 is formed of an organic insulating film such as polyimide. Next, an inductor conductor pattern 50 including a seed layer and a pattern layer is formed on the thin film support layer 46 in a spiral shape. At this time, as shown in the cross section of FIG. 6B, the center end portion 52A of the inductor conductor pattern 50 and the end portion of the lead-out wiring 44A are connected in the recess 48 between the meshes. Similarly, the other end 52B of the inductor conductor pattern 50 is connected to the lead wiring 44B. When mounting on an RF (high frequency) module or the like, an insulating base or spacers 54 and 56 are formed at appropriate positions on the thin film support layer 46, and the whole is formed on a substrate 58 as shown in FIG. Fix it upside down. Thus, the inductor conductor pattern 50 formed as described above can be brought into contact with the substrate 58, that is, in a state of being levitated in the air.
[0021]
According to this reference example , although the structural stability is improved, the contact area with the thin film support layer 46 is increased, so that an increase in parasitic capacitance can be considered. Therefore, when the correlation between the support structure and the Q value is obtained by simulation, the Q value at 2 GHz is 9.54 in the polyimide support structure, and the Q value at 2 GHz in the mesh structure of this embodiment. It was 9.49. Thus, the Q value at 2 GHz was almost the same in the support structure and the mesh structure, and no significant increase in parasitic capacitance was observed. Therefore, according to this reference example , high structural stability can be realized while maintaining the effect of reducing the parasitic capacitance.
[0022]
<Embodiment 1> ... Next, with reference to FIG. 7, described first embodiment of the present invention. FIG. 7A is a plan view, and an end view cut along the line # B- # B is shown in FIG. This embodiment also uses a mesh-like support structure made of an insulating material as in Reference Example 3 described above, but has an inductor conductor pattern with a two-layer structure. In the thin film inductor 60 of this embodiment, first, the lower inductor conductor pattern 72 and the lead wiring 70 of the first layer are directly formed on the substrate 61, and the mesh-like thin film support layer 62 is formed thereon. A second-layer upper inductor conductor pattern 66 is formed on the main surface of the thin film support layer 62. The center end 68A of the upper inductor conductor pattern 66 is connected to the center end 74 of the lower inductor conductor pattern 72 at the recess 64 between the meshes, and the other end 68B of the upper inductor conductor pattern 66 is a thin film. It is connected to a lead wiring 70 provided on the lower side of the support layer 62. The upper inductor conductor pattern 66 and the lower inductor conductor pattern 72 have the same spiral winding direction, and are formed so that the patterns do not overlap each other in order to prevent an increase in capacitance. According to the present embodiment, an inductor conductor pattern having a two-layer structure makes it possible to manufacture an inductor having a small area, a small parasitic capacitance, and a high L value.
[0023]
Reference Example 4 Next, Reference Example 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a perspective view showing the configuration of this reference example , and FIG. 8B is a main cross-sectional view. FIG. 6C is a diagram showing another example of this reference example . In Reference Examples 1, 3 and Embodiment 1 described above, at the portion that is not supported by the thin support layer beneath the inductor conductor patterns has been a structure in which only the substrate is present via the air layer, the present embodiment As described above, it is also possible to insert an air layer under the inductor conductor pattern and further insert a thin film support layer thereunder.
[0024]
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the thin film inductor 80 of this reference example, a thin film support layer 84 made of an insulating material is formed on a substrate 82 with a predetermined thickness. A plurality of holes 86 having a depth that does not reach the substrate 82 are formed on the surface of the thin film support layer 84. The inductor conductor pattern 88 is wired so as to pass over the plurality of holes 86. As described above, according to the present reference example , the air layer having a low relative dielectric constant is introduced under the inductor conductor pattern 88, so that the same effects as those of the reference example and the embodiment described above can be obtained, and the thin film is almost entirely formed. By introducing the support layer 84, structural stability can also be achieved. When the hole 86 of this reference example is formed deeply so as to be in contact with the substrate 82, the thin film support layer 84 divided by the hole 86 is in a state like a support as shown in FIG. 8C. This can be considered to be the same as the support structure of Reference Example 1 described above. Further, by adjusting the formation position of the hole 86, the mesh structure shown in Reference Example 3 and Embodiment 1 is obtained.
[0025]
Other Embodiments There are many embodiments of the present invention, and various modifications can be made based on the above disclosure. For example, the following are included.
(1) The materials of the substrate, the support, the thin film support layer, and the wiring shown in the reference examples and forms are examples, and can be appropriately changed so as to exhibit the same action.
(2) The support structure of the inductor conductor pattern shown in the reference examples and forms is also an example, and may be appropriately changed so as to achieve the same effect. For example, the number of support posts 14 shown in Reference Example 1 may be increased or decreased, and the same hole as in Reference Example 4 may be provided in the thin film support layer 34 shown in Reference Example 2. Moreover, the mesh size of the mesh structure shown in Reference Example 3 and Embodiment 1 may be changed as appropriate, and various structures such as only horizontal lines, only vertical lines, and radial shapes may be used.
[0026]
(3) The manufacturing process shown in the reference example is also an example, and various known methods may be applied.
(4) The lead wiring structure in the reference example 3 is also an example, and may be drawn from the upper part of the mesh structure.
(5) The thin film inductor of the present invention may be used as a single component, or may be integrated in an integrated circuit. In particular, it may be incorporated in a thin film RF module. The present invention is also applicable to various electronic devices such as mobile phones.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, on the first inductor conductor pattern formed on the substrate, the insulation having a large number of gaps penetrating in the thickness direction so as to cross the conductor pattern at a plurality of locations. forming a sexual meshed thin support layer, supported on the mesh-like thin support layer, and so as to pass over the gap portion, wherein one end through the gap portion first inductor conductor patterns Forming a second inductor conductor pattern connected to one end of the wire, and intermittently introducing an air layer between the mesh-like thin film support layer and the first and second inductor conductor patterns by the gap. As a result, the parasitic capacitance of the thin film inductor is reduced, and the high frequency characteristics such as the Q value are improved. In addition, since an insulating material is used as the thin film layer, it is possible to prevent impedance mismatching in the high frequency band.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of Reference Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is an end view of a main part showing an example of a manufacturing process of the reference example .
FIG. 3 is an end view of a main part showing an example of a manufacturing process of the reference example .
FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency characteristic example of a Q value of the inductor using the polyimide support of the reference example and the inductor using the Cu support.
FIG. 5 is a perspective view showing the structure of Reference Example 2 of the present invention.
6A and 6B are views showing Reference Example 3 of the present invention, where FIG. 6A is a plan view, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line # A- # A in FIG. It is sectional drawing which shows the floating state of a conductor pattern.
7A and 7B are diagrams showing Embodiment 1 of the present invention, in which FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line # B- # B in FIG.
8A and 8B are diagrams showing a reference example 4 of the present invention, in which FIG. 8A is a perspective view, FIG. 8B is a cross-sectional view, and FIG. 8C is a cross-sectional view showing another example of the reference example .

Claims

基板上に形成された第１のインダクタ導体パターン，
該第１のインダクタ導体パターン上に、該導体パターンと複数箇所で交わるように形成されており、厚み方向に貫通する多数の空隙部を有する絶縁性のメッシュ状薄膜支持層，
該メッシュ状薄膜支持層上に支持され、かつ、前記空隙部の上を通過するように形成されており、一端が前記空隙部を介して前記第１のインダクタ導体パターンの一端と接続された第２のインダクタ導体パターン，
を備えており、
前記空隙部によって、前記メッシュ状薄膜支持層と前記第１及び第２のインダクタ導体パターンとの間に、間欠的に空気層を導入したことを特徴とする薄膜インダクタ。A first inductor conductor pattern formed on the substrate;
An insulating mesh-like thin film support layer formed on the first inductor conductor pattern so as to intersect with the conductor pattern at a plurality of locations and having a large number of voids penetrating in the thickness direction;
The first thin film supporting layer is supported on the mesh-shaped thin film supporting layer and is formed so as to pass over the gap , and has one end connected to one end of the first inductor conductor pattern via the gap. 2 inductor conductor patterns,
With
A thin film inductor, wherein an air layer is intermittently introduced between the mesh-shaped thin film support layer and the first and second inductor conductor patterns by the gap.

前記第１及び第２のインダクタ導体パターンが、同一方向に巻かれたスパイラル状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜インダクタ。 2. The thin film inductor according to claim 1, wherein the first and second inductor conductor patterns are formed in a spiral shape wound in the same direction.

前記メッシュ状薄膜支持層を硬化型レジストによって形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜インダクタ。3. The thin film inductor according to claim 1, wherein the mesh-shaped thin film support layer is formed of a curable resist.

前記メッシュ状薄膜支持層がポリイミドであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜インダクタ。The thin film inductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the mesh-shaped thin film support layer is made of polyimide.