专利名称：薄膜器件及薄膜电感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在支持体之上层叠导电膜及磁性膜的薄膜器件及在支持体之上层叠线圈及磁性膜的薄膜电感器。
背景技术：
(当说明背景技术时，由于相比于“导电膜”和“磁性膜”，所谓“支持体”的称谓过于宽泛，所以仅通过下述第1行所列举“支持体”的一个例子(基板)，记载为“基板等的支持体”。)近年来，在各种用途的器件领域中，广泛利用在基板等的支持体之上层叠导电膜及磁性膜的薄膜器件。作为此薄膜器件的一个例子，作为上述导电膜，可列举出具备电感发生用的线圈的薄膜电感器等。此薄膜电感器主要具有在支持体之上层叠通过绝缘膜埋设的线圈和磁性膜的结构。
为了确保薄膜器件的工作性能，必须确保导电膜的粘着性及磁性膜的磁特性这两个方面。此情况下，关于薄膜器件，考虑到提高工作性能的愿望日益增长的最近的技术动向，为了确保粘着性及磁特性，认为需要最佳化的不仅包含早先的导电膜及磁性膜的结构、而且包括目前的支持体的结构。
再有，作为一种用于确保薄膜器件的工作性能的技术，过去提出了一些技术。具体地，公知一种为了实现薄膜电感器的小型化、高效率化及高输出化而在具有0.003μm～0.6μm的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)的支持体(铁氧体基板)之上电镀形成线圈的技术(例如，参照专利文献1)。此外，涉及上述支持体的表面粗糙度，公知一种为了提高非晶合金膜的粘着性、在支持体的表面上进行非晶涂层之前、将支持体的表面研磨到表面粗糙度(最大高度Rmax)为0.8μm以下的技术(例如，参照专利文献2)。
特开平11-168010号公报[专利文献2]特开平05-117838号公报
发明内容
如上所述，无论为确保薄膜器件的工作性能是否必须确保粘着性及磁特性这两方面，但在现有的薄膜器件中，就这些粘着性及磁特性而言并不充分，存在很大的改进余地。特别地，除了确保薄膜器件的工作性能之外，不仅要确保粘着性及磁特性，而且能够稳定地制造此薄膜器件也很重要。
鉴于上述问题点而实施本发明，其第1目的在于，提供一种可通过确保导电膜的粘着性及磁性膜的磁特性来确保工作性能的的薄膜器件。
此外，本发明的第2目的在于，提供一种可通过确保线圈的粘着性及磁性膜的磁特性来确保工作性能的薄膜电感器。
本发明的薄膜器件是在具有用下列式(1)及式(2)所表示的范围内的表面粗糙度的支持体之上层叠导电膜及磁性膜，Xμm≤Ra≤0.1μm ……(1)X＝[(σ2T2W2-W2P2)/16P2]0.5……(2)其中，Ra是支持体的表面粗糙度(算术平均粗糙度；μm)，σ是导电膜的内部应力(MPa)，T是导电膜的厚度(μm)，W是假定在支持体的表面之上一律相同地设置凹凸情况下的凹凸的峰点间的间距(μm)，P是导电膜的每单位长度的附着力(MPa)。
在此所说的“支持体”是指在其自身上可以形成任何膜结构，并且可以支持该结构的所有基材(base material或base member)。具体来说，除了指裸基板(bare substrate)的情况外，还包含在裸基板上设置任何结构体(包括别的裸基板或者由单层或多层构成的膜结构等)的复合基板(composite substrate)，进而还包含在裸基板的表面实施了任何改质处理的基板(modified substrate或reformed substrate)等多种情况。
在本发明的薄膜器件中，由于支持体的表面粗糙度在用上述式(1)及式(2)所表示的范围内，所以随着利用锚定效果确保导电膜的粘着性，即使在具有表面凹凸的支持体之上设置磁性膜的情况下，也能够确保磁特性(导磁率)。
此外，本发明的薄膜电感器是在具有用下列式(5)及式(6)表示的范围内的表面粗糙度的支持体之上层叠线圈及磁性膜Xμm≤Ra≤0.1μm ……(5)X＝[(σ2T2W2-W2P2)/16P2]0.5……(6)其中，Ra是支持体的表面粗糙度(算术平均粗糙度；μm)，σ是线圈的内部应力(MPa)，T是线圈的厚度(μm)，W是假定在支持体的表面一律相同地设置凹凸情况下的凹凸的峰点间的间距(μm)，P是线圈的每单位长度的附着力(MPa)。
在本发明的薄膜电感器中，由于支持体的表面粗糙度在用上述式(5)及式(6)所表示的范围内，所以与薄膜器件相同，在能够确保线圈的粘着性的同时也能够确保磁性膜的磁特性(导磁率)。
再有，本发明的薄膜器件中，优选支持体的表面粗糙度是在下列式(3)所表示的范围或下列式(4)所表示的范围。特别地，导电膜也可以从靠近支持体的一侧顺序包含籽晶膜和使用此籽晶膜生长的电镀膜。
Ra≤0.075μm ……(3)0.004μm≤Ra ……(4)发明效果根据本发明的薄膜器件，由于支持体具有上述式(1)及式(2)所表示范围内的表面粗糙度，所以通过确保导电膜的粘着性及磁性膜的磁特性就能够确保工作性能。
根据本发明的薄膜电感器，由于支持体具有上述式(5)及式(6)所表示范围内的表面粗糙度，所以在能够确保线圈的粘着性的同时确保磁性膜的磁特性。因此，能够确保工作性能。
图1是表示本发明的一个实施方式的薄膜器件的剖面结构的剖面图。
图2是放大表示图1所示的薄膜器件中的一部分的剖面图。
图3是用于说明支持体的表面粗糙度的下限的计算原理的剖面图。
图4是表示导电膜的结构例的剖面图。
图5是用于说明图4所示的导电膜的形成工序的剖面图。
图6是用于继续说明图5后续工序的的剖面图。
图7是表示本发明—实施方式的薄膜器件结构的变形例剖面图。
图8是表示本发明—实施方式的薄膜器件结构的其他变形例剖面图。
图9是表示适用本发明—实施方式薄膜器件的第一薄膜电感器平面结构的平面图。
图10是表示沿图9所示第一薄膜电感器的X-X线的剖面结构的剖面图。
图11是表示线圈结构例的剖面图。
图12是表示适用本发明—实施方式的薄膜器件的第一薄膜电感器结构的变形例剖面图。
图13是表示适用本发明一实施方式的薄膜器件的第二薄膜电感器平面结构的平面图。
图14是表示沿图13所示的第二薄膜电感器的XIV-XIV线的剖面结构的剖面图。
图15是表示沿图13所示的第二薄膜电感器的XV-XV线的剖面结构的剖面图。
图16是表示沿图13所示的第二薄膜电感器的XVI-XVI线的剖面结构的剖面图。
图17是表示表面粗糙度与导磁率之间的关系图。
具体实施例方式
下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
首先，参照图1及图2，说明本发明一个实施方式的薄膜器件的结构。图1表示薄膜器件10的剖面结构，图2放大表示图1所示的薄膜器件10中的一部分(部分P1)的剖面图。
本实施方式的薄膜器件10利用在各种用途的器件领域，例如，可以适用薄膜电感器、薄膜变压器、薄膜传感器、薄膜传动器、薄膜磁头或MEMS(微机电系统，micro electro mechanical systems)等中。
如图1所示，此薄膜器件10是在支持体1上层叠导电膜2及磁性膜3。再有，可以自由设定薄膜器件10的具体结构，不限于在支持体1上层叠导电膜2及磁性膜3。即，导电膜2的层结构(单层或多层)、磁性膜3的层结构(单层或多层)以及导电膜2及磁性膜3的叠层结构(叠层顺序)都能够根据此薄膜器件10可适用的用途等条件，进行适当地设定。此外，例如，薄膜器件10除上述导电膜2及磁性膜3以外，还可以包含未图示的其它结构要素。作为此“其它的结构要素”，例如可列举出使支持体1和导电膜2之间电隔离的绝缘膜，与从周边电隔离导电膜2的绝缘膜和使导电膜2及磁性膜3之间电隔离的绝缘膜等。
在此，例如，薄膜器件10具有在支持体1上顺序层叠单层的导电膜2、单层的磁性膜3的结构。
支持体1支撑薄膜器件10整体。例如，此支持体1是各种基板和在该各种基板上设置各种功能膜的支持体。
在此所说的“支持体1”是指在其自身上可以形成任何膜结构，并且可以支持该结构的所有基材(base material或base member)。具体来说，除了裸基板(bare substrate)的情况外，还包含在裸基板上设置任何结构体(包括别的裸基板或者由单层或多层构成的膜结构等)的复合基板(composite substrate)，进而还包含在裸基板的表面实施了任何改质处理的基板(modified substrate或reformed substrate)等多种情况。
导电膜2是利用导电性实行各种功能的功能膜。例如，此导电膜2由各种金属等所代表的导电材料构成。再有，例如，导电膜2的立体结构可根据上述各种功能自由地设定。如果举一个例子，当导电膜2作为电极起作用时可以具有平板结构，或者当导电膜2作为磁通量产生用或感应产生用的线圈起作用时可以具有绕线结构。例如，作为此绕线结构，虽可列举出螺旋结构和螺线管结构，但不限于这些结构。在图1及图2中，例如，示出了导电膜2具有平板状结构的情况。
磁性膜3是利用磁性实行各种功能的功能膜。例如，此磁性膜3由各种合金等所代表的磁性材料构成。
如图2所示，从微观上看，由于此薄膜器件10中设置有导电膜2从而覆盖具有表面凹凸结构的支持体1，所以此导电膜2在具有反映支持体1的表面凹凸结构的表面凹凸结构的同时，还设置有磁性膜3以覆盖具有此表面凹凸结构的导电膜2。
特别地，在薄膜器件10中，支持体1具有根据表面凹凸结构的表面粗糙度。此“表面粗糙度”是所谓算术平均粗糙度Ra，在用下列式(11)及式(12)所表示的范围内。再有，式(11)及式(12)中所示出的表面粗糙度Ra的下限X的计算原理将在后面加以说明。
Xμm≤Ra≤0.1μm ……(11)X＝[(σ2T2W2-W2P2)/16P2]0.5……(12)其中，Ra支持体1的表面粗糙度(μm)σ导电膜2的内部应力(MPa)T导电膜2的厚度(μm)W假设在支持体1的表面一律相同地地设置有凹凸时的凹凸的峰点间的间距(μm)P导电膜2的每单位长度的附着力(MPa)优选表面粗糙度Ra为式(12)所示的Xμm以上范围(Ra≥Xμm)的理由是因为能够确保导电膜2的粘着性。依赖于此表面粗糙度Ra的“导电膜2的粘着性”，在此是相对于基底的支持体1的粘着性，是利用所谓的锚定效果的粘着性。再有，上述导电膜2的每单位长度的附着力P)是没有利用锚定效果的附着力，即单纯地根据材料间的相关性所决定的附着力。
另一方面，优选表面粗糙度Ra为0.1μm以下的范围(Ra≤0.1μm)的理由是因为即使在具有表面凹凸结构的支持体1上设置磁性膜3的情况下，也能够确保此磁性膜3的磁特性(导磁率μ)。
此表面粗糙度Ra影响磁性膜3特性的机理如下。即，在与磁性膜3的膜面平行方向上施加磁场时，此磁性膜3的磁化反转。该磁化反转是指下述现象，通过对磁性膜3施加磁场来向磁自旋供给能量，所以利用此能量，使磁自旋反转。此时磁化反转的容易程度，是所谓的导磁率μ。在存在杂质和晶格缺陷时，妨碍磁化反转就会引起此导磁率μ下降，或者在基底的表面凹凸显著(表面粗糙度Ra大)时，磁性膜3的磁区结构混乱同样也引起此导磁率μ下降。由此，支持体1的表面粗糙度Ra对磁性膜3的磁特性有影响。更具体地，表面粗糙度Ra变得过大时，导磁率μ下降，引起磁特性劣化。
进行说明直至可以确认，在图2所示的情况下，由于导电膜2直接粘着到支持体1，所以导电膜2的粘着性表示对于支持体1的粘着性，附着力P表示对于支持体1的导电膜2的附着力。相对于此，例如，在支持体1和导电膜2之间设置作为上述其它的结构要素的绝缘膜(未图示)，在此导电膜2通过绝缘膜间接地粘着在支持体1的情况下，导电膜2粘着性实质上表示对于绝缘膜的粘着性，附着力P表示对于绝缘膜的导电膜2的附着力。
例如，优选此表面粗糙度Ra是下列式(13)所表示的范围。这是因为表面粗糙度Ra为0.075μm以下时，在磁性膜3中，就能够获得此表面粗糙度Ra几乎为零(小到可忽视表面粗糙度Ra引起的坏影响)时的导磁率μ以上的导磁率μ。
Ra≤0.075μm ……(13)此外，例如，优选表面粗糙度Ra是下列式(14)所表示的范围。这是因为表面粗糙度Ra为0.004μm以上时，如后所述，在实用的范围内设定内部应力σ、厚度T、间距W及附着力P的情况下，就能够确保导电膜2的粘着性。
0.004μm≤Ra ……(14)再有，为了构成薄膜器件10而准备的支持体1的表面粗糙度Ra不在上述式(11)及式(12)所表示的范围内的情况下，可以通过对此支持体1实施各种处理，调整表面粗糙度Ra以使其在合适的范围内。如果举一个例子，使用表面粗糙度Ra特别小的硅基板(所谓硅晶片)等作为支持体1的情况下，使用干腐蚀、喷砂器、离子铣等代表的加工方法，通过有意识地使支持体1的表面变粗糙，就能够使此表面粗糙度Ra移位在合适范围内。
接着，参照图1～图3，说明上述式(12)中所示的表面粗糙度Ra的下限X的计算原理。图3是用于说明支持体1的表面粗糙度Ra的下限的计算原理的图，放大表示支持体1的表面凹凸结构。
如上所述，表面粗糙度Ra的下限X是在确保导电膜2的粘着性的观点下所规定的阈值，通过将图1及图2所示的薄膜器件10作为二维模型考虑来计算出表面粗糙度Ra的下限X。
即，如图2所示，关于薄膜器件10，在设定支持体1的表面粗糙度Ra(μm)、导电膜2的内部应力σ(MPa)、导电膜2的厚度T(μm)及导电膜2的每单位长度的附着力P(MPa)所谓的一组参数的情况下，施加在支持体1和导电膜2之间界面的剪切应力F1(MPa·μm)用下列式(21)表示。
F1＝σ×T ……(21)在此，认为内部应力σ集中在导电膜2中的一端附近的1μm左右的长度部分(部分P2)。这是因为，在作为一端附近的部分P2中，如果导电膜2从支持体1上部分剥离，则以此剥离为开端，发展到导电膜2整体从支持体1上开始剥离。再有，上述的“长度”是图2中的横方向的尺寸。
在具有表面凹凸结构的支持体1上接合导电膜2的情况，与在平坦的支持体1上接合导电膜2的情况相比，由于此导电膜2的接合长度(实效接合长度)变大，所以附着力(实效附着力)也变大。导电膜2的每单位长度的实效接合长度为L(μm)时，此导电膜2的每单位长度的实效附着力F2(MPa·μm)用下列式(22)表示。
F2＝P×L ……式(22)基于这些式(21)及式(22)，由于导电膜2不从支持体1上剥离的条件用下列式(23)表示，所以实际上用下列式(24)表示。
F2≥F1……(23)P×L≥σ×T ……(24)此实效接合长度L满足用下列式(25)表示的关系。但是，式(25)中的“f(x)”是关于支持体1的表面凹凸结构的函数，即，表示距离特定的基准面的高度的函数。此时，表面粗糙度Ra满足用下列式(26)表示的关系。用此式(26)表示的表面粗糙度Ra是，从粗糙度曲线中仅抽取此平均线方向上的基准长度D，合计从此抽取部分的平均线到测量曲线的偏差的绝对值，取其平均的值。根据这些式(25)及式(26)，通过确定表面粗糙度Ra，就能够计算出实效接合长度L。再有，使用接触式台阶计等也能够实测表面粗糙度Ra及实效接合长度L。
L=∫1+{f(x)}2dx...(25)]]>[公式2]Ra=∫0D|f(x)|Ddx...(26)]]>在此，如图3所示，假定在支持体1的表面上一律相同地地设置凹凸。此时，如果设凹凸的峰点间的间距为W(μm)，凹凸的高度为H(μm)，则在每单位宽度(1μm宽度)存在1/W个凹凸。再有，上述的“凹凸的峰点间的间距”是所谓凹凸的间距(凹部间的距离或凸部间的距离)，“凹凸的高度”是所谓凸部的高度。此情况下的实效接合长度L用下列式(27)表示。特别地，在支持体1的表面上一律相同地地设置有凹凸的情况下，由于表面粗糙度Ra用下列式(28)表示，所以基于式(27)及式(28)，实效接合长度L用下列式(29)表示。
L＝(2/W)×[(W/2)2+H2]0.5……(27)Ra＝H/2……(28)L＝(2/W)×[(W/2)2+4Ra2]0.5……(29)因此，通过导入式(29)，上述式(24)用下列式(30)表示。通过改变此式(30)，作为在确保导电膜2的粘着性的观点下规定的阈值的表面粗糙度Ra用式(31)表示。由此，计算出式(12)中所示的表面粗糙度Ra的下限X(＝Ra)。
P×{(2/W)×[(W/2)2+4Ra2]0.5}≥σ×T ……(30)Ra＝[(σ2T2W2-W2P2)/16P2]0.5……(31)如果列举具体的表面粗糙度Ra的范围的一个例子，作为实用的薄膜器件10的结构，在包含支持体1(氧化硅(SiO2))及导电膜2(铜(Cu))，同时内部应力σ＝27.8MPa，厚度T＝20μm，间距W＝0.1μm及附着力P＝270MPa的情况下，根据上述式(11)及式(12)，能够导出表面粗糙度Ra，如果为0.004μm≤Ra≤0.1μm即可。
本实施方式的薄膜器件中，由于支持体1的表面粗糙度Ra在用上述式(11)及式(12)表示的范围内，所以如上所述，在确保导电膜2的粘着性及磁性膜3的磁特性的(导磁率)的这两方面的观点下，修正支持体1的表面粗糙度Ra。因此，通过确保导电膜2的粘着性及磁性膜3的磁特性就能够确保工作性能。
特别地，在本实施方式中，如果表面粗糙度Ra是用上述式(13)表示的范围，就能够进一步提高磁性膜3的磁特性。
此外，在本实施方式中，如果表面粗糙度Ra是用上述式(14)表示的范围，在把内部应力σ、厚度T、间距W及附着力P设定在实用的范围内的情况下，就能够确保导电膜2的粘者性。
在此，事先说明本发明的技术方面的意义。即，由于本发明通过确保导电膜2的粘着性及磁性膜3的磁特性这两方面来确保薄膜器件10的工作特性，所以，如上述式(11)及式(12)所示，规定支持体1的表面粗糙度Ra的合适范围。关于此表面粗糙度Ra，在上述专利文献1(特开平11-168010号公报)中，公开有将支持体(铁氧体基板)的表面粗糙度Ra设定为0.003μm～0.6μm的技术。但是，在规定支持体的表面粗糙度Ra的观点中，本发明和专利文献1的技术相类似、但本发明和此专利文献1的技术实质上是不同的。因为，在专利文献1的技术中，仅针对包含铁氧体基板的几种支持体，指定限定适用的表面粗糙度Ra的合适范围，并且，关于提高性能的理由，未做任何逻辑上的考察，就规定了合适范围，相反在本发明中，相对于所有的支持体(不管支持体的材质)，按普遍适用的一般式(文字式)和物理特性数据(导磁率μ)，指定表面粗糙度Ra的合适范围，并且关于提高性能的理由，从粘着性及磁特性的观点，进行逻辑考察，来规定合适范围。
再有，在本实施方式中，能够自由地设定导电膜2的结构(形成方法)。如果举一个例子，如与图1相对应的图4所示，可以通过使用电解电镀法形成导电膜2，构成自靠近支持体1一侧顺序包含籽晶膜2A和使用此籽晶膜2A生长出的电镀膜2B的导电膜2。此情况下的导电膜2的每单位长度的附着力P是籽晶膜2A的每单位长度的附着力。此籽晶膜2A的构成材料，既可以与电镀膜2B的构成材料相同，也可以不同。
例如，此导电膜2可经过对应于图4的图5及图6所示的顺序来形成。即，形成导电膜2时，首先，如图5所示，形成籽晶膜2A覆盖支持体1后，利用此籽晶膜2A，通过电解电镀，由此构图形成电镀膜2B。在此情况下，例如，使用未图示的光刻胶图形有选择地生长电镀膜2B后，去除使用过的光刻胶图形。接着，如图6所示，蚀刻籽晶膜2A中不需要的地方。此情况下，例如，使用湿腐蚀等。由此，形成含有籽晶膜2A及电镀膜2B的导电膜2。
即使在如参照图4～图6说明的构成导电膜2的情况下，也能够获得与上述实施方式相同的效果。再有，关于图4所示的薄膜器件10的上述以外的结构，与图1所示的情况相同。
特别地，在图4～图6所示的情况下，根据以下的理由，在制造工艺的观点下，能够稳定地制造薄膜器件10。即，如图5及图6所示，使用湿法蚀刻籽晶膜2A中不需要的地方的情况下，如果表面粗糙度Ra在上述式(11)所表示的范围外(Ra＞0.1μm)，由于支持体1的表面凹凸过大，腐蚀液很难到达细部(空孔部(深的凹部))。此情况下，由于容易产生蚀刻不良，稳定地制造薄膜器件10是困难的。相反，在本实施方式中，由于表面粗糙度Ra在式(11)所表示的范围内(Ra≤0.1μm)，支持体1的表面凹凸不过大，腐蚀液容易到达细部。因此，由于难于产生蚀刻不良，就能够稳定地制造薄膜器件10。
此外，在本实施方式中，如图1所示，虽然构成具有在支持体1上按顺序层叠导电膜2及磁性膜3的叠层结构这样的薄膜器件10，但并不限于此，此薄膜器件10的结构，如上所述，可以根据适用用途等条件适当地设定。具体地举一个例子，既可以如对应图1的图7所示，构成具有在支持体1上按顺序层叠磁性膜3及导电膜2的叠层结构这样的薄膜器件10，或者也可以如对应于图1的图8所示，构成具有在支持体1上按顺序层叠磁性膜3、导电膜2及磁性膜3，即由2个磁性膜3夹持导电膜2的叠层结构这样的薄膜器件10。即使在这些情况下，能够获得与上述实施方式相同的效果。再有，除有关图7及图8所示的薄膜器件10的上述以外的结构，与图1所示的情况相同。
以上，完成对本发明的一个实施方式的薄膜器件的说明。
接着，说明上述薄膜器件的适用例。再有，下面的说明中，随时参照为了说明薄膜器件10参照的图1。
(第1薄膜电感器)图9及图10表示适用薄膜器件10(参照图1)的薄膜电感器100的结构，图9表示平面结构，图10表示沿图9示出的X-X线的剖面结构。
例如，如图9及图10所示，薄膜电感器100是在支持体11上设置了自靠近此支持体11侧起顺序配置的下部磁性膜12及上部磁性膜17；和在这些下部磁性膜12和上部磁性膜17之间配置的线圈16的电感器。例如，通过配置在下部磁性膜12及上部磁性膜17之间的绝缘膜20埋设此线圈16。即，薄膜电感器100具有在支持体11上顺序层叠下部磁性膜12、由绝缘膜20埋设的线圈16、下部磁性膜17的结构。
支持体11对应于支持体1(参照图1)，具有用上述式(11)及式(12)表示的表面粗糙度Ra。例如，此支持体11是玻璃、硅(Si)、氧化硅、氧化铝(Al2O3所谓氧化铝)、陶瓷、半导体或树脂等各种基板和在此各种基板上设置各种功能膜的基板。再有，支持体11的构成材料不必限定于上述一组材料，也可以用其它材料构成。
特别是，为了提高薄膜电感器100的磁特性，例如，优选支持体11是铁氧体基板等磁性基板。其中，优选具有绝缘性的镍铜锌合金(NiCuZn)系铁氧体基板，因为能够在支持体11上直接形成线圈16，所以简化薄膜电感器100的结构及制造工艺。
下部磁性膜12及上部磁性膜17分别对应于磁性膜3(参照图1)具有提高电感的功能。这些下部磁性膜12及上部磁性膜17，例如，由钴(Co)类合金或铁(Fe)系合金等所代表的磁性材料构成。举一个例子，作为钴系合金可列举钴锆钽合金(CoZrTa)或钴锆铌(CoZrNb)合金等，作为铁系合金可列举钴铁合金(CoFe)等。
绝缘膜20从周边电隔离线圈16。例如此绝缘膜20具有自靠近下部磁性膜12侧顺序层叠支持线圈16的下部绝缘膜13、埋设在线圈16的绕线间及其周围的中间绝缘膜14、覆盖线圈16的上部绝缘膜15的3层叠层结构。例如，这些下部绝缘膜13、中间绝缘膜14及上部绝缘膜15由任意的氧化硅等绝缘材料构成。再有，绝缘膜20的结构不必限于上述的3层结构，可自由地进行变更。
对应于导电膜2(参照图1)，例如，线圈16可以由铜、镍(Ni)或银(Ag)等金属所代表的导电材料构成。例如，此线圈16具有一端部(端子16E1)及另一端部(端子16E2)向绝缘膜20的外部导出的螺旋结构，在这些端子16E1、16E2之间产生电感。再有，上述式(12)中所示的附着力P，在此对应于导电膜2的线圈16的每单位长度的附着力P，是实质上对绝缘膜20(下部绝缘膜13)的附着力。
由于在此薄膜电感器100中支持体11的表面粗糙度Ra在用上述式(11)及式(12)表示的范围内，利用与上述薄膜器件10相同的作用，在确保线圈16的粘着性的同时，确保下部磁性膜12及上部磁性膜17的磁特性(导磁率)。因此，能够确保工作性能。
特别地，在此情况下，由于由下部磁性膜12及上部磁性膜17夹持线圈16，所以薄膜电感器100的磁路状态为更接近闭磁路的状态。因此，如后述的图12所示，与不具备上部磁性膜17仅具备下部磁性膜12的情况相比较，能够提高磁特性。
毫无疑问，在薄膜电感器100中，通过将参照图4说明的导电膜2的结构例适用在线圈16，就可以如对应于图10的图11所示，构成包含籽晶膜16A及电镀膜16B这样的线圈16。此情况下，利用与上述薄膜器件10相同的作用，就能够稳定地制造薄膜电感器100。有关图11所示的薄膜电感器100的上述以外的结构，与图10所示的情况相同。
此外，例如，薄膜器件100如对应于图10的图12所示，也可以构成不具备上部磁性膜17，仅具备下部磁性膜12的结构。此情况下，也能够与图10所示的情况相同地确保工作性能。有关图12所示的薄膜电感器100的上述以外的结构，与图10所示的情况相同。
再有，有关薄膜电感器100的上述以外的结构，作用及效果与上述的薄膜器件10相同，所以省略其说明。
(第2薄膜电感器)图13～图16表示适用薄膜器件10的薄膜电感器200的结构，图13表示平面结构，图14～图16表示剖面结构。在此，图14～图16分别表示沿图13示出的IIV-IIV线、XV-XV线及XVI-XVI线的剖面结构。
例如，如图13～图16所示，薄膜电感器200具有在支持体21上层叠下部磁性膜22、由绝缘膜25埋设的上部磁性膜23及线圈24的结构。下部磁性膜22及上部磁性膜23彼此相对配置，线圈24具有在上部磁性膜23卷绕的螺线管型结构。
支持体21对应于支持体1(参照图1)具有用上述式(11)及式(12)表示的表面粗糙度Ra。例如，此支持体21由与上述薄膜电感器100中的支持体11相同的材料构成。
下部磁性膜22及上部磁性膜23分别对应于磁性膜3(参照图1)具有提高电感的功能。例如，这些下部磁性膜22及上部磁性膜23由与上述薄膜电感器100中的下部磁性膜12及上部磁性膜17相同的磁性材料或镍铁合金(NiFe)等导电磁性材料构成。
线圈24对应于导电膜2(参照图1)，例如，可以由铜等导电材料构成。此线圈24在一端部(端子24T1)及另一端部(端子24T2)之间产生电感，这些端子24T1、端子24T2向绝缘膜25的外部导出。
此线圈24是串联连接的多个长方形的下部线圈部分24A及上部线圈部分24B，和多个柱状的中间线圈部分24C。下部线圈部分24A排列在下部磁性膜22和上部磁性膜23之间的分层(下分层)中。上部线圈部分24B排列在夹持上部磁性膜23与下部线圈部分24A相反侧的分层(上分层)中，与下部线圈部分24A的一端或另一端重合地配置。这些下部线圈部分24A及上部线圈部分24B，例如具有矩形的剖面形状，具有彼此相等的间距W。中间线圈部分24C配置在下分层和上分层之间的分层中，位于下部线圈部分24A及上部线圈部分24B彼此重合的位置。再有，上述式(12)中示出的附着力P，在此对应于导电膜2的线圈24(下部线圈部分24A、上部线圈部分24B)的每单位长度的附着力P，实质上是对于绝缘膜25(下部绝缘膜25A、上部绝缘膜25C)的附着力。
线圈24的匝数可任意地进行设定。图13～图16中，例如，表示线圈24的匝数等于4匝的情况。此情况下，例如，由于将下部线圈部分24A作为端子24T1、24T2使用，在排列5个下部线圈部分24A(24A1～24A5)的同时，排列4个上部线圈部分24B(24B1～24B4)。
下部线圈部分14A的厚度TA及上部线圈部分14B的厚度TB可任意地设定。在图14～16中，例如，示出了厚度TA及厚度TB彼此相等的情况。
绝缘膜25将线圈24与下部磁性膜22及上部磁性膜23电隔离，例如，由氧化硅等绝缘非磁性材料、聚酰亚胺或抗蚀剂等绝缘树脂材料构成。例如，此缘膜25含有设置在下部磁性膜22上的下部绝缘膜25A，在此下部绝缘膜25A上埋设下部线圈部分24A这样设置的下部线圈绝缘膜25B，在此下部线圈绝缘膜25B上埋设上部磁性膜23这样设置的上部绝缘膜25C，在此上部绝缘膜25C上埋设上部线圈部分24B这样设置的上部线圈绝缘膜25D。这些下部线圈绝缘膜25B及上部绝缘膜25C中，在每个下部线圈部分24A及上部线圈部分24B彼此重合的位置设置有连接孔25H，在各连接孔25H埋入中间线圈部分24C。再有，一组的绝缘膜25A～25D的构成材料，并不限定于相同的材料，可分别进行设定。
此薄膜电感器200中，由于支持体21的表面粗糙度Ra在用上述式(11)及式(12)表示的范围内，按与上述薄膜器件10相同的作用，在确保线圈24的粘着性的同时，确保下部磁性膜22及上部磁性膜23的磁特性(导磁率)。因此，能够确保工作性能。有关薄膜电感器200的上述以外的效果及变形，与上述薄膜电感器100相同。
(实施例)以下，说明本发明的实施例。
在上述实施方式中，调查参照图7说明的薄膜器件的磁特性时，得到图17所示的结果。图17表示表面粗糙度和导磁率之间的相关性，横轴表示支持体的表面粗糙度Ra(μm)，纵轴表示磁性膜的导磁率μ(-)。调查此磁特性时，在构成由支持体(氧化硅)/磁性膜(钴锆钽合金)/导电膜(铜)形成的薄膜器件的同时，使用遮蔽环形线圈法测量导磁率。
如图17所示的结果所判定的，导磁率μ随着表面粗糙度Ra变大，变得基本上恒定后下降。更具体的，导磁率μ在初始阶段(Ra＝0.002μm～0.075μm)中，基本上恒定，继续在中期阶段(Ra＝0.075μm～0.1μm)中，缓慢下降后，在后期阶段(Ra＝0.1μm～0.12μm)中，急剧下降。基于此事实，可确认在本发明的薄膜器件中，表面粗糙度Ra在0.1μm以下的范围(Ra≤0.1μm)下，能够确保导磁率μ。此情况下，能够确认表面粗糙度Ra在0.075μm以下的范围(Ra≤0.075μm)下，可获得此表面粗糙度Ra几乎为零时的导磁率μ以上的导磁率μ。
如上所述，列举实施方式说明本发明，但本发明并不限于上述实施方式，可进行各种变形。具体地，支持体表面的表面粗糙度在用上述式(11)及式(12)表示的范围内，在能够通过确保导电膜或线圈的粘着性及磁性膜的磁特性来确保工作特性的范围内，可自由改变本发明的薄膜器件或薄膜电感器的结构。
特别地，在上述实施方式中，说明将本发明的薄膜器件适用在薄膜电感器中的情况，但并不必限于此，也可以适用于薄膜电感器以外的其它器件中。作为此“其它器件”，如上所述，例如可列举出薄膜变压器、薄膜传感器、薄膜电阻、薄膜传动器、薄膜磁头或MEMS等。在这些其它的器件中适用本发明的薄膜器件的情况下，也能够获得与上述实施方式相同效果。
工业上的可利用性本发明的薄膜器件能够适用在薄膜电感器等中。
权利要求
1.一种薄膜器件，其特征在于，具有在下列式(1)及式(2)所表示的范围内的表面粗糙度的支持体之上层叠导电膜及磁性膜，Xμm≤Ra≤0.1μm ……(1)X＝[(σ2T2W2-W2P2)/16P2]0.5……(2)其中，Ra支持体的表面粗糙度(算术平均粗糙度；μm)；σ导电膜的内部应力(MPa)；T导电膜的厚度(μm)；W假定在支持体的表面之上一律相同地设置凹凸情况下的凹凸的峰点间的间距(μm)；P导电膜的每单位长度的附着力(MPa)。
2.根据权利要求1所述的薄膜器件，其特征在于，上述支持体的表面粗糙度是下列式(3)所表示的范围，Ra≤0.075μm ……(3)
3.根据权利要求1或权利要求2中所述的薄膜器件，其特征在于，上述支持体的表面粗糙度是下列式(4)所表示的范围，0.004μm≤Ra ……(4)
4.根据权利要求1至权利要求3任意一项中所述的薄膜器件，其特征在于，上述导电膜从靠近上述支持体的一侧顺序包含籽晶膜和使用此籽晶膜生长的电镀膜。
5.一种薄膜电感器，其特征在于，具有在下列式(5)及式(6)表示的范围内的表面粗糙度的支持体之上层叠的线圈及磁性膜，Xμm≤Ra≤0.1μm ……(5)X＝[(σ2T2W2-W2P2)/16P2]0.5 ……(6)其中，Ra支持体的表面粗糙度(算术平均粗糙度；μm)；σ线圈的内部应力(MPa)；T线圈的厚度(μm)；W假定在支持体的表面之上一律相同地设置凹凸情况下的凹凸的峰点间的间距(μm)；P线圈的每单位长度的附着力(MPa)。
全文摘要
本发明提供一种通过确保导电膜的粘着性及磁性膜的磁特性来确保工作性能的薄膜器件。支持体(1)的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)处于Xμm≤Ra≤0.1μm的范围内。此表面粗糙度Ra的下限X是根据包含导电膜(2)的内部应力σ、厚度T及每单位长度的附着力P的一组参数所决定的值。能够在利用锚定效果来确保导电膜(2)的粘着性、同时在具有表面凹凸结构的支持体(1)上设置磁性膜(3)的情况下确保磁特性(导磁率)。
文档编号H01F41/14GK1967740SQ200610143760
公开日2007年5月23日 申请日期2006年9月30日 优先权日2005年9月30日
发明者政井琢 申请人:Tdk株式会社