強磁性薄膜による携帯機器用高周波集積化インダクタの研究

利用铁磁薄膜的移动设备高频集成电感器的研究

基本信息

批准号：
02F00084
负责人：
山口正洋
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

初年度に行った設計ならびにプロセス要素技術をもとに,高周波集積化インダクタを試作した.プロセス上,絶縁層の表面を緩やかに傾斜させるテーパエッチングが不可欠となり,そのプロセスを開発した.これは,レジストのポストベーク温度を所定の温度より上昇させることによってまずレジストのエッジにテーパを付与し,さらにこのレジストを用いてSiO_2層をイオンミリングすることによって,SiO_2層のエッジにテーパを形成するものである.テーパ角度30〜45°,2箇所のテーパに挟まれた開口部の幅が1.2〜42μmという,インダクタの試作上充分なプロセス条件を明確にできた.以上の準備をもとに,試作の練習を兼ねて,コプレーナ線路の試作と,この線路上に絶縁膜を介して磁性薄膜を積層するような簡単な素子の試作を行った.これは順調に成功し,研究発表の冒頭に記した文献として発表も行った.次に本格的なインダクタを試作した.基板は200μm厚高抵抗Siとし,コイルからの漏れ磁束によって基板中で渦電流が生じる量を低減するため,1.4μmの酸化層を設けた.次にCoNbZr薄膜をRFスパッタ法により製膜し,イオンミリングによって所定のマイクロパターニングを行った.磁性層の上下には密着層として50nmのTi層を設けた.次に絶縁層としてSiO_2をスパッタ製膜し,Tiを下地としてめっきCuコイルの種層となるCuを0.1μmスパッタ製膜した.レジストフレームの形成後,硫酸浴によってCuめっきを行い3μm厚のスパイラルコイル層を形成する.次いでフレームを除去し,イオンミリングによってめっきの種層を除去する.更に絶縁層としてSiO_2をスパッタ製膜し,テーパエッチングを行った.テーパの付与されたSiO_2上に上部CoNbZr磁性層をスパッタ製膜,エッチングする.続いて,再びSiO_2を製膜しその上に引き出し線を形成する.プロセスを簡単に行うよう,引き出し線はリフトオフプロセスで形成した.最後に,CoNbZr層の磁気特性を整えるため,磁界中熱処理を行い完成した.スリットのない磁性膜設計のインダクタにおいて,1GHzでL=8nH,Q=12が得られ,これまでの高周波集積化インダクタの最高データを更新できた.またシミュレーションで予測されたとおり,スパイラルのコイル辺と磁性膜のスリットの位置関係によって,とくに5GHz以上の特性が異なることが明らかになった.

基于第一年开发的设计和工艺元件技术，我们试制出了高频集成电感器。由于该工艺，使绝缘层表面产生轻微倾斜的锥形蚀刻是必不可少的，因此我们开发了该工艺。将抗蚀剂后烘烤温度提高到预定温度以上因此，通过首先对抗蚀剂的边缘赋予锥度，然后使用该抗蚀剂对SiO_2层进行离子铣削，在SiO_2层的边缘处形成锥度。锥角为30°至45°，锥度为放置在两个位置处，两者之间的开口宽度为1.2至42μm。基于上述准备工作，我们明确了用于原型制作的工艺条件，我们还尝试制作了共面线的原型，并通过绝缘膜在该线上层压了磁性薄膜。一个简单设备的原型，取得了成功，并发表在研究演示开头提到的文献中。接下来，我们原型制作了一个全尺寸电感器。电路板由厚度为200μm的高阻Si制成，并提供1.4μm的氧化层，以减少由于漏磁而在电路板上产生的涡流量接下来，我们安装了CoNbZr薄膜，通过射频溅射形成薄膜，并通过离子铣削形成预定的微图案。在磁性层的顶部和底部提供50nm的Ti层作为粘附层，然后溅射SiO_2作为绝缘层，并在Ti基底上沉积0.1μm厚的Cu层以形成种子层。形成抗蚀剂框架后，在硫酸浴中进行Cu电镀。形成厚度为μm的螺旋线圈层。然后，去除框架，并通过离子铣削去除电镀籽晶层。此外，溅射SiO_2作为绝缘层，并进行锥形蚀刻。锥形SiO_2溅射和蚀刻顶部的上 CoNbZr 磁性层。接下来，再次沉积SiO_2并在其上形成引线，为了简化工艺，通过剥离工艺形成引线。最后，为了调节CoNbZr层的磁性能，施加磁场。经过中等热处理后，完成了无缝隙磁膜设计的电感器。获得了1GHz下的L=8nH、Q=12，更新了迄今为止高频集成电感器的最高数据。此外，正如仿真预测的那样，螺旋线圈侧与磁体狭缝之间的位置关系薄膜显示，5GHz 以上特性尤其不同。