各向异性镀敷方法以及薄膜线圈的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2013年9月23日、申请号为201310435022.6、发明名称为各向 异件镀敷方法以及薄腊线圈的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及各向异性镀敷方法，特别是涉及在纵横比高且狭窄的间距的线和间隔 图形的形成中优选的各向异性镀敷方法。另外，本发明涉及使用这样的各向异性镀敷方法 制造的薄膜线圈。
【背景技术】
[0003] 作为薄膜线圈的一个形成方法，已知有各向异性镀敷方法（参照专利文献1、2)。 一般的各向异性镀敷方法，如图23所示，首先将薄的基底金属膜11成膜于基板10的表 面（图23(a))。接着，通过光刻以及干式蚀刻形成由抗蚀图形构成的预镀用的框架12 (图 23(b))。接着，进行电解镀（预镀），使露出于框架12的开口部的基底金属膜11镀敷成长 (图23 (c))。接着，除去框架12 (图23 (d))，由湿式蚀刻除去剩余的基底金属膜11而使预 镀图形13表面化（图23(d))。其后，进一步进行电解镀，使预镀图形13在没有框架下沿纵 向镀敷成长。由此，能够形成纵横比高的螺旋状图形。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本专利第4046827号公报
[0007] 专利文献2 :日本专利第4260913号公报
【发明内容】
[0008] 发明所要解决的问题
[0009] 然而，上述的现有的各向异性镀敷方法不能够可靠而且高精度地控制镀敷的表面 状态、各向异性成长、图形间隔。因此，制造成品率差，存在由于镀层烧焦引起的图形的变形 或邻接线之间发生短路的问题。
[0010] -直以来，可以认为各向异性镀敷成长机理是通过电流集中于导体图形的上方而 使镀敷各向异性成长。但是，为什么电流会集中于导体图形的上方还不清楚，因而真正的机 理还不明确。另外，也存在由于镀敷液未侵入到邻接线图形之间的间隔内而抑制横向的镀 敷成长的观点。但是，在该原理中，不能够说明间隔开始出现的理由，再有，即使是相同的间 隔宽度也存在正确地镀敷成长的情况和未正确地镀敷成长的情况，产生这样的差异的理由 还不明确。实际上，镀敷图形完全浸于镀敷液，在间隔内应该一定存在有镀敷液，镀敷液不 侵入到间隔内的理由也不明确。因此，要求弄明白真正的各向异性镀敷成长机理并更加正 确地控制各向异性镀敷成长。
[0011] 本发明是为了解决上述问题而完成的发明，本发明的目的在于，可靠而且高精度 地控制镀敷的表面状态、各向异性成长、图形间隔并且提高各向异性镀敷图形的制造成品 率。另外，本发明的其它的目的在于，提供一种使用这样的各向异性镀敷方法制造的小型而 且高性能的薄膜线圈。
[0012] 解决问题的技术手段
[0013] 本申请发明人对于各向异性成长机理反复进行悉心研究，其结果，反现了通过伴 随着施加高电流的金属离子稀薄层的形成和由于镀敷液的搅拌引起的金属离子稀薄层的 部分破坏，可以形成纵横比高的镀敷图形，通过控制施加电流和搅拌速度从而能够可靠地 形成所希望的高纵横比的图形。
[0014] 本发明是基于这样的技术见解的结果，本发明的各向异性镀敷方法，其特征在于， 在施加电流来形成涂膜的各向异性镀敷方法中，一边由镀敷液的搅拌部分地破坏在镀敷形 成用的金属膜或者形成于该金属膜的表面的所述涂膜的表面产生的所述镀敷液的金属离 子稀薄层中的、存在于想要选择性地镀敷成长的方向上的该金属离子稀薄层一边形成所述 涂月旲。
[0015] 在本发明中，优选，所述涂膜的形成方向的截面形状为圆弧状，维持该圆弧状而进 行镀敷成长。据此，能够由所述镀敷液的搅拌而容易地破坏在想要镀敷成长的方向上存在 的金属离子稀薄层，并且能够可靠地形成高纵横比的镀敷图形。
[0016] 在本发明中，优选，所述涂膜的平面形状为线和间隔图形（line and space pattern)。据此，能够以在邻接线之间的间隔内残留金属离子稀薄层的状态破坏在其上部 所产生的金属离子稀薄层，由此，能够形成高纵横比且间距（pitch)非常狭窄的线和间隔 图形。
[0017] 在本发明中，所述涂膜形成时的电流密度优选为30~70A/100cm2。如果电流密度 在该范围内的话，则能够在涂膜的表面上产生具有一定程度的厚度的金属离子稀薄层，由 此，能够可靠地控制各向异性镀敷成长。
[0018] 在本发明中，所述镀敷液优选含有铜离子以及二硫化物。
[0019] 优选，本发明的各向异性镀敷方法控制选自所述电流的电流密度、所述镀敷液的 组成、所述镀敷液的搅拌速度以及自所述涂膜至所述镀敷液的搅拌位置的距离中的至少一 个参数，控制所述线和间隔图形的间隔宽度。由此，能够高精度地控制各向异性成长。
[0020] 另外，为了解决上述问题，本发明的薄膜线圈，其特征在于，具有由本发明的上述 各向异性镀敷方法形成的螺旋状图形。由此，能够高精度地形成高纵横比且间距非常狭窄 的螺旋状图形。因此，能够提供一种直流电阻低且电感高的高性能的薄膜线圈。
[0021] 另外，本发明的各向异性镀敷方法，其特征在于，具备：将由具有第1线宽度、第1 间隔宽度以及第1厚度的第1线和间隔图形构成的预镀图形形成于基板的主面的工序；在 将所述基板浸于镀敷液中的状态下使第1电流流向所述预镀图形，在没有个别地强制各个 线图形的各向异性成长的框架的状态下使所述预镀图形各向同性地镀敷成长，从而形成由 具有宽于所述第1线宽度的第2线宽度、小于所述第1间隔宽度的第2间隔宽度以及厚于 第1厚度的第2厚度并且在各个线图形的上部具有弯曲面的第2线和间隔图形构成的第1 镀敷图形的工序；在将所述基板浸于所述镀敷液中的状态下使大于所述第1电流的第2电 流流向所述第1镀敷图形，在所述第1镀敷图形的表面上产生金属离子稀薄层，并且搅拌所 述镀敷液而部分地破坏各个线图形的上部的所述金属离子稀薄层，从而在没有个别地强制 各个线图形的各向异性成长的框架的状态下，使所述第1镀敷图形各向异性地镀敷成长， 形成由具有所述第2线宽度、所述第2间隔宽度以及厚于所述第2厚度的第3厚度并且在 各个线图形的上部具有弯曲面的第3线和间隔图形构成的第2镀敷图形的工序。
[0022] 在本发明中，所述镀敷液优选为包含铜离子以及光亮剂的硫酸铜镀敷液。另外， 所述第1电流的电流密度优选为3~20A/100cm2,所述第2电流的电流密度优选为30~ 70A/100cm2。据此，可以高精度地控制各向异性成长。
[0023] 优选，本发明的各向异性镀敷方法将所述镀敷液的搅拌构件配置于所述基板的所 述主面的上方，使所述搅拌构件在与所述基板相平行的方向上反复进退移动来搅拌所述镀 敷液，由此部分地破坏各个线图形的上部的所述金属离子稀薄层。在此情况下，搅拌构件可 以是由截面为三角形的棒状体构成的桨，也可以是由具有格子构造的板状构件构成的搅拌 格子。由此，能够高精度地控制金属离子稀薄层的部分的破坏，并且能够可靠地控制各向异 性镀敷成长。
[0024] 优选，本发明的各向异性镀敷方法使所述基板自身在与该基板相平行的方向上反 复进退移动来搅拌所述镀敷液，由此部分地破坏各个线图形的上部的所述金属离子稀薄 层。根据该方法，不使用搅拌构件而能够高精度地控制金属离子稀薄层的部分的破坏，并且 能够可靠地控制各向异性镀敷成长。
[0025] 在本发明中，所述第1~第3线和间隔图形优选为螺旋状图形。由此，能够形成高 纵横比且非常狭窄的间距的螺旋状图形。因此，能够提供直流电阻低且电感高的薄膜线圈。
[0026] 优选，本发明的各向异性镀敷方法在形成所述第1镀敷图形之前进一步具备形成 包围所述预镀图形的至少最外侧的外部框架的工序，所述外部框架具有垂直于所述基板的 主面的侧面，该侧面形成于与所述最外侧的线图形的侧面隔开第3间隔宽度的位置。在此 情况下，所述第3间隔宽度优选宽于所述第2间隔宽度。由此，能够防止最外侧的线图形的 变粗，并且能够形成全部具有均等的线宽度的线和间隔图形。
[0027] 另外，本发明的薄膜线圈，其特征在于，具备基板和形成于所述基板上的螺旋状图 形，所述螺旋状图形具备：预镀层，形成于所述基板上，由具有第1线宽度、第1间隔宽度以 及第1厚度的第1螺旋状图形所构成；第1无框架镀层，由具有宽于所述第1线宽度的第2 线宽度、小于所述第1间隔宽度的第2间隔宽度以及厚于第1厚度的第2厚度、在各个线图 形的上部具有弯曲面并且覆盖所述预镀层的所述第1螺旋状图形的上面以及侧面的第2螺 旋状图形所构成；第2无框架镀层，由具有厚于所述第2厚度的第3厚度、在各个线图形的 上部具有弯曲面并且覆盖所述第1无框架镀层的所述第2螺旋状图形的第3螺旋状图形所 构成。根据本发明，能够形成高纵横比且非常狭窄的间距的螺旋状图形，由此，能够实现直 流电阻低且电感高的薄膜线圈。
[0028] 发明的效果
[0029] 根据本发明，能够可靠而且高精度地控制镀敷的表面状态、各向异性成长、图形间 隔，并且能够提供可以形成纵横比高且非常狭窄的间距的线和间隔图形的各向异性镀敷方 法。另外，根据本发明，能够提供使用这样的各向异性镀敷方法制造的小型且高性能的薄膜 线圈。
【附图说明】
[0030] 图1是用于说明本发明的第1实施方式的各向异性镀敷方法的模式图。
[0031] 图2是表示预镀图形13的更为具体的图形形状的平面图。
[0032] 图3是用于说明金属离子稀薄层17的模式图。
[0033] 图4是表示镀敷图形的详细的构造的大致截面图。
[0034] 图5是表示镀敷装置的结构的第1例子的模式图。
[0035] 图6是表示镀敷装置的结构的第2例子的模式图。
[0036] 图7是表示镀敷装置的结构的第3例子的模式图。
[0037] 图8是表示图7中的搅拌格子的结构的大致立体图。
[0038] 图9是表示镀敷装置的结构的第4例子的模式图。
[0039] 图10是表示电流密度与搅拌速度的关系的图表。
[0040] 图11是表示镀敷的表面状态的光学显微镜照片。
[0041] 图12是用于说明本发明的第2实施方式的各向异性镀敷方法的模式图。
[0042] 图13是表示外部框架16的更为具体的图形的平面图，并且对应于图2所表示的 螺旋状的预镀图形13。
[0043] 图14是分别表示晶圆（wafer)上的螺旋状镀敷图形的各个试样的光学显微镜照 片的缩略图和图形的厚度的模式图。
[0044] 图15是螺旋状镀敷图形的详细的SEM图像照片。
[0045] 图16是分别表示晶圆上的螺旋状镀敷图形的各