CN105988091B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

具有检测磁方向的磁传感器的半导体装置，其特征在于由磁性体即磁收敛板造成的应力较小。磁传感器具备：设在半导体衬底表面的霍尔元件；以及具有磁放大功能的由磁性体构成的磁收敛板，其至少局部地覆盖各个所述霍尔元件，在所述磁性体加入有狭缝或狭槽，抑制在霍尔元件产生的应力。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置，特别涉及具有检测磁方向的传感器的半导体装置。
背景技术
一直以来，组合了霍尔元件和具有磁放大功能的磁性体（磁收敛板）的磁传感器的技术是众所周知的。例如，在专利文献1公开的技术与使得能够检测垂直磁场和水平磁场的磁场方向检测传感器相关。该传感器是具备形成在半导体芯片表面的具有平坦形状的磁收敛板和多个霍尔元件，这些霍尔元件配置于磁收敛板的端部区域而成的传感器。通过这样的结构，具有能够放大霍尔元件的区域的磁性这一效果。
图5是用于说明现有的磁传感器的结构图（参照专利文献2），磁传感器具有半导体衬底1、霍尔元件（2a、2b）、保护层3、基底金属层4、磁收敛板5。该现有的磁传感器具备具有磁放大功能的磁收敛板，与用霍尔元件检测从该磁收敛板的端部泄漏的磁通的磁传感器的制造方法相关，在半导体衬底1上隔着保护层3设置基底金属层4，进而在其上设置具有磁放大功能的厚度15μm的磁收敛板5。通过这样的制造方法，具有霍尔元件及由软磁性材料形成的磁收敛板的磁传感器具有如下效果，即小型且能够易于制造，能够使磁收敛板靠近霍尔元件，能够实现磁传感器的高灵敏度化。
图6是用于说明现有的磁传感器的磁收敛板的制造方法的工序图，示出了将磁性体带粘贴到半导体衬底11的工艺。首先，准备IC加工完成晶圆。接着，利用环氧粘接剂在晶圆上粘接磁性体带（非晶质金属带）。接着，通过光刻形成磁通收敛图案14。接着，进行非晶质金属蚀刻。这样制作，在半导体衬底11上形成磁收敛板。在该情况下的磁收敛板的膜厚为20μm以上。
这样，在图5所示的磁传感器中，磁收敛板的膜厚为15μm以上，另外，在图6所示的磁传感器中，设在半导体衬底11上的磁收敛板的厚度，通过磁性体带构成为20μm以上的厚度。在使用这样的磁性体带的情况下，利用环氧粘接剂12粘接在半导体衬底11上，因此存在在下方的霍尔元件产生较大的应力这一问题。
因此，图7为了解决这样的问题（参照专利文献3），在具备设有多个霍尔元件的半导体衬底和设在半导体衬底的表面并至少局部地覆盖各个霍尔元件的具有磁放大功能的单个磁性体（磁收敛板），并且霍尔元件位于磁收敛板的端部附近的磁传感器中，磁收敛板用电解镀形成，该磁收敛板的膜厚为6.1～14μm，以在霍尔元件不会产生较大的应力而压电效应带来的偏移（offset）电压的产生得到抑制，具有效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4936299号公报；
专利文献2：日本特开2003－142752号公报；
专利文献3：日本特许第5064706号公报。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在由专利文献3公开的技术（参照图7）中，存在磁性体（磁收敛板）的膜厚变薄，会降低磁放大功能的问题。另外，即便磁收敛板的膜厚较薄，也因磁性体部分至全部覆盖霍尔元件而产生应力，存在不能充分抑制产生压电效应带来的偏移电压等的问题。另外，在磁性体下方还配置霍尔元件以外的元件，因此同样地应力造成的特性变动也成为问题。本发明鉴于这样的问题而成，作为其课题的是提供一种磁传感器，组合霍尔元件和具有磁放大功能的磁性体即磁收敛板，使得与该磁收敛板的厚度无关系地尽量不在霍尔元件产生应力。
用于解决课题的方案
本发明为了解决上述课题，在组合霍尔元件和具有磁放大功能的磁性体（磁收敛板）的磁传感器中，设为如下构成的半导体装置，在具备设在半导体衬底上的霍尔元件、和设在该半导体衬底的表面并至少局部地覆盖各个所述霍尔元件的具有磁放大功能的磁性体的磁传感器中，其特征在于：对所述磁性体加入狭缝或狭槽，使得与所述磁性体的膜厚无关系地尽量不在所述霍尔元件产生应力。
另外，其特征在于：所述磁性体通过电解镀来形成。
另外，所述磁性体也可以加工磁性体箔而形成。
另外，其特征在于：所述磁性体的狭缝及狭槽的宽度为1～50μm。
发明效果
在本发明中，对磁性体（磁收敛板）加入狭缝或狭槽，因此不仅能对霍尔元件尽量不产生应力，而且对配置在磁性体下的晶体管、电阻、电容等的全部元件也能尽量不产生应力，能够廉价且简单地提供能够调整应力的半导体装置。
附图说明
图1是本发明的半导体装置的一实施例的平面图。
图2是示出本发明的半导体装置的一实施例的示意截面图。
图3是本发明的半导体装置的一实施例的平面图。
图4是本发明的半导体装置的一实施例的平面图。
图5是用于说明现有的磁传感器的示意截面图。
图6是用于说明现有的磁传感器的磁收敛板的制造方法的工序图。
图7是用于说明现有的磁传感器的示意截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1（a）、（b）、（c）是示出本发明的半导体装置即磁传感器的一实施例的平面图。在半导体衬底31的表面分开配置有霍尔元件32a、32b，其上隔着设于霍尔元件32a、32b上的保护膜设有磁收敛板33。磁收敛板33以使外周即其边缘来到霍尔元件32a、32b上的方式配置。在磁收敛板33设有狭缝6。在此，所谓狭缝6是指从磁收敛板33的外周（边缘）设置到内部的槽。槽从磁收敛板33的上表面贯通到下表面。
磁收敛板33能够通过电解镀来形成。另外，磁收敛板33也能够加工磁性体箔而形成。
本发明的磁传感器具有霍尔元件32a、32b和具有磁放大功能的磁性体（磁收敛板）33。磁收敛板33由软磁性材料构成，优选更高导磁率且顽磁力低的膜。因此，作为磁收敛板33的材料优选坡莫合金、镍铁高导磁合金、金属玻璃或镍钼铁超导磁合金（Supermalloy）。另外，磁收敛板33的形状可为圆形也可为多边形。磁收敛板33以至少局部地覆盖多个霍尔元件32a、32b所占的区域的方式配置。磁收敛板33的边缘横断多个霍尔元件32a、32b的区域。关于霍尔元件32a、32b，如果磁收敛板为圆形，则以其直径左右分开配置，如果磁收敛板为多边形，则以其相对的边之间的长度左右分开配置。
在上述专利文献3中，磁收敛板的膜厚的上限值成为14μm，但是若膜厚较薄则如前述那样磁放大功能会下降。因此，在本发明中通过对磁收敛板33加入狭缝来缓冲应力。如图1（a）所示，相对于施加在圆形的磁收敛板33的中心部分的磁方向在垂直方向设置狭缝6，磁收敛板33被分割成两个部分。该狭缝的宽度A设在1μm～50μm之间。若狭缝宽度过大，则会成为使处于磁收敛板端部下的霍尔元件32a和霍尔元件32b的灵敏度出现差异的原因，因此需要设为50μm以下。然而，未必一定设为该构造，也可以对照霍尔元件的特性如图1（b）那样加入2条狭缝6而将磁收敛板33分割为三个部分。另外，加入3条以上的狭缝6也无妨。另外，如图1（c）那样即使保留中心部分而在上下加入狭缝6也无妨。但是，在所有的情况下狭缝的宽度有必要设为1μm～50μm。
在图7（b）所示的现有例中，由于没有狭缝，所以施加到配置在磁收敛板23的端部下方的霍尔元件22a、22b的应力在磁收敛板23的膜厚较厚时变大，偏移因压电效应而增大。然而，如图2（a）所示，通过加入狭缝，施加到霍尔元件32a、32b的应力减小。由此，偏移的变化变小，检测精度的下降得到抑制。如图2（b）所示，如果加入2条狭缝就更能减小施加到霍尔元件32a、32b的应力，进一步抑制检测精度的下降。
图3（a）、（b）、（c）是示出具有四边形或者长方形的形状的磁收敛板33的本发明的半导体装置的一实施例的平面图。如图3（a）所示可以加入1条狭缝，或者也可以如图3（b）所示加入2条狭缝6。在哪一种情况下都沿着与施加的磁场的方向垂直的方向加入狭缝6。狭缝6也可以加入3条以上。另外，如图3（c）所示也可以保留中心部分而在上下加入狭缝6。
图4（a）到（d）是具有圆形的磁收敛板33的本发明的半导体装置的一实施例的平面图。本实施例中如图4（a）所示，在圆形的磁收敛板33的中心部分加入狭槽7，从而能够缓冲应力。狭槽7是所谓的开口部，不会加到磁收敛板33的外周。因此，磁收敛板33不会因狭槽7而被分割为2个以上的部分。狭槽的宽度A需要设定为1μm～50μm。狭槽的加入方式未必一定沿与施加的磁场的方向垂直的方向加入，可以如图4（c）所示沿并行方向加入。另外，狭槽7也可以不是1条而对应应力如图4（b）或者（d）所示那样加入多个。另外，磁收敛板的形状无需为圆形，也可为四边形或长方形等的多边形。
这样，即便不使磁收敛板的膜厚薄至14μm以下，都能够通过加入狭缝或狭槽中至少一种来缓冲应力，能够抑制应力造成的偏移电压的产生。
标号说明
1、11、31 半导体衬底；2a、2b、22a、22b、32 霍尔元件；3 保护层；4 基底金属层；5、21、23、33 磁收敛板；6、7 狭缝；12 环氧粘接剂；14 磁通收敛图案。

Claims (4)

1.一种半导体装置，具备磁传感器，该磁传感器具有：多个霍尔元件，设置在半导体衬底的表面；以及磁收敛板，设置在所述半导体衬底上，所述磁收敛板覆盖所述多个霍尔元件的每一个霍尔元件的至少一部分，其特征在于：
所述磁收敛板具有从外边缘设置到内侧的多个狭缝，
所述多个狭缝不会到达所述磁收敛板的中心，所述磁收敛板不会分离成2个以上的部分。
2.一种半导体装置，具备磁传感器，该磁传感器具有：多个霍尔元件，设置在半导体衬底的表面；以及磁收敛板，设置在所述半导体衬底上，所述磁收敛板覆盖所述多个霍尔元件的每一个霍尔元件的至少一部分，其特征在于：
所述磁收敛板在内侧具有开口部即狭槽，所述磁收敛板不会被所述狭槽分离成2个以上的部分。
3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：所述狭缝的宽度为1～50μm。
4.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于：所述狭槽的宽度为1～50μm。
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Address after: Chiba County, Japan

Applicant after: ABLIC Inc.

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Applicant before: DynaFine Semiconductor Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
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Address after: Nagano

Patentee after: ABLIC Inc.

Address before: Chiba County, Japan

Patentee before: ABLIC Inc.

CP02 Change in the address of a patent holder