集積回路用GHz駆動磁性薄膜インダクタの開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12305025
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山口 正洋 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (10174632)
• 研究分担者: 薮上 信 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (00302232) ; 石山 和志 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (20203036) ; 荒井 賢一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40006268) ; 島田 寛 東北大学, 科学計測研究所, 教授 (00006157)
• キーワード: RF集積化磁性薄膜インダクタ / Q値 / 強磁性共鳴 / マイクロパターン化磁性薄膜 / イオンミリング

研究概要

(1)磁性薄膜の開発GHz帯では、磁気モーメントの強磁性共鳴による損失、ならびに渦電流損失を抑制する新技術が必要である。これに応える新しい手法として、磁性膜に細いスリットを入れて細長い形状とした。これによってまず、(a)異方性分散がほぼ零に抑制され、同時に渦電流損失が低減されることを明らかにした。次に、(b)マイクロパターン化した磁性膜の膜幅、膜厚、スリット幅を変化させることによって強磁性共鳴周波数を高周波側にシフトでき、2GHz帯では強磁性共鳴損失をほぼ零に出来る。CoNbZr膜の場合、膜厚0.1μm、膜幅7μm、膜間隔(スリット幅)4μmの場合にこの条件が満足されることをシミュレーションと実験の両面から確認した。FeAlO、(CoFeB)SiO_2については、シミュレーション上で寸法要件を明らかにした。(c)コイル辺の方向に応じて直交する2方向にスリットを入れれば、2方向に磁化され易い性質を人工的に付与できることを明らかにした。
(2)プロセス開発次年度で製作するインダクタにおいて、磁性膜の下地膜としてTiが適当であることを示した。る。また、Si-MMIC用外部コイル形磁性薄膜インダクタの試作準備として、(a)コイル導体としてCu膜を用いる場合のプロセス方法を立案し、実験により妥当性を明らかにしたこと、(b)コイルと磁性層の間の絶縁層として使用する膜厚6μmのポリイミド層について平坦化処理条件を明らかにしたこと、さらにまた、軟エッチング材料として知られる磁性薄膜をエッチングするためのイオンミリング装置を購入し、テストエッチングと、事項のインダクタ試作を行った。
(3)インダクタ試作イオンミリング装置が早期に導入できたため、スパイラルコイルの下部にも磁性膜を配置した「サンドイッチ型インダクタ」を試作した。磁性膜には(1)で検討したマイクロパターン化膜を適用し、コイル材料には(2)項で検討したCuを用いた。その結果、2GHzにおいてL=7.9nH、Q=13を200x400μm^2で実現できた。これは従来に比べて周波数を2倍にし、寸法を半減させ、Q値を約2倍に出来たことを意味している。

研究成果

• [文献書誌] 馬場誠: "RF集積化インダクタにおける二方向マイクロパターン化膜の効果"電気学会マグネティックス研究会. MAG-00-145. 21-26 (2000)
• [文献書誌] 茂泉孝: "RF集積化インダクタ用CoNbZr膜の微細寸法設計"第24回日本応用磁気学会学術講演会. 211 (2000)
• [文献書誌] 馬場誠: "二方向マイクロパターン化膜を用いたRF集積化インダクタ"第24回日本応用磁気学会学術講演会. 212 (2000)
• [文献書誌] 茂泉孝: "RF集積化インダクタの漂遊容量"第24回日本応用磁気学会学術講演会. 213 (2000)
• [文献書誌] 茂泉孝: "RF集積化インダクタ用CoNbZrの微細寸法設計"スピニクス特別研究会. 10 (2000)
• [文献書誌] 茂泉孝: "コプレーナ構造の地導体面を有するRF集積化インダクタ"電気学会マグネティックス研究会. MAG-00-336. 57-60 (2000)
• [文献書誌] 馬場誠: "2GHz,Q=25を目指すサンドイッチ型RF集積化インダクタの試作"電気学会マグネティックス研究会. MAG-01-21. 45-50 (2001)
• [文献書誌] 山口正洋: "RF集積化インダクタの漂遊容量"日本応用磁気学会誌. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 山口正洋: "高周波集積化インダクタの研究動向"日本応用磁気学会誌. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 馬場誠: "二方向マイクロパターン化磁性膜を用いたRF集積化インダクタ"日本応用磁気学会誌. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 山口正洋: "グローバルインテグレーション時代のマイクロ磁気デバイス 総論"平成13年電気学会全国大会. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 馬場誠: "二方向マイクロパターン化磁性膜における熱処理効果"平成13年電気学会全国大会. (印刷中). (2001)