CN117043617A - 磁传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明改良具备具有多层结构的铁磁性膜的磁传感器。磁传感器(1)的传感器芯片(10)具备：磁敏元件(R1)；铁磁性膜(M1、M2)，其设置在覆盖磁敏元件(R1)的绝缘膜(32)上，并形成与磁敏元件(R1)重叠的磁隙(G1)；和钝化膜(33)，以填埋磁隙(G1)的方式设置在铁磁性膜(M1、M2)上。铁磁性膜(M1、M2)包括下部磁性膜(41)和上部磁性膜(42)，对于磁隙(G1)的宽度，上部磁性膜(42)之间的宽度(W2)比下部磁性膜(41)之间的宽度(W1)宽，下部磁性膜(41)由磁导率比上部磁性膜(42)高的材料构成。由此，将磁通高效地施加于磁敏元件，因此能够得到高的检测灵敏度。

Description

磁传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及磁传感器及其制造方法，尤其涉及具备用于将磁通集中于磁敏元件的铁磁性膜的磁传感器及其制造方法。

背景技术

在专利文献1中公开了一种具有用于将磁通集中于磁敏元件的铁磁性膜的磁传感器。例如，在专利文献1的图20中，列举了将铁磁性膜设为双层结构的例子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-219182号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在将铁磁性膜设为多层结构的情况下，根据所使用的磁性材料或成膜方法，存在无法得到充分的检测灵敏度，或者检测灵敏度产生偏差的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种具备具有多层结构的铁磁性膜的被改良了的磁传感器及其制造方法。

用于解决技术问题的手段

本发明的磁传感器的特征在于，具备：磁敏元件，其以第一方向为磁敏方向；绝缘膜，其覆盖磁敏元件；第一铁磁性膜和第二铁磁性膜，其分离地设置在绝缘膜上；和钝化膜，其以填埋第一铁磁性膜的端部与第二铁磁性膜的端部之间的分离部的方式设置在第一铁磁性膜和第二铁磁性膜上，磁敏元件在俯视时与分离部具有重叠，第一铁磁性膜和第二铁磁性膜包括设置在绝缘膜的表面的下部磁性膜和设置在下部磁性膜上的上部磁性膜，对于分离部在第一方向上的分离宽度，上部磁性膜之间的分离宽度比下部磁性膜之间的分离宽度宽，下部磁性膜由磁导率比上部磁性膜高的材料构成。

根据本发明，由于下部磁性膜由磁导率比上部磁性膜高的材料构成，因此将磁通高效地施加于磁敏元件。由此，能够得到高的检测灵敏度。

在本发明中，下部磁性膜和上部磁性膜可以不经由由其它金属材料构成的膜而直接接触。由此，下部磁性膜与上部磁性膜之间的磁阻降低，因此能够得到更高的检测灵敏度。

本发明的磁传感器的制造方法的特征在于，具备：第一工序，用绝缘膜覆盖以第一方向为磁敏方向的磁敏元件；第二工序，通过溅射法在绝缘膜上形成第一铁磁性膜和第二铁磁性膜的下部磁性膜；第三工序，通过电解电镀在第一铁磁性膜和第二铁磁性膜的下部磁性膜上形成第一铁磁性膜和第二铁磁性膜的上部磁性膜；和第四工序，在第一铁磁性膜和第二铁磁性膜上形成钝化膜，在第二工序中，以俯视时磁敏元件的第一方向上的一个端部与第一铁磁性膜的下部磁性膜重叠，磁敏元件的第一方向上的另一个端部与第二铁磁性膜的下部磁性膜重叠，且磁敏元件的一个端部与另一个端部之间的区域不与第一铁磁性膜和第二铁磁性膜的下部磁性膜中的任一个重叠的方式形成下部磁性膜，在第三工序中，以第一铁磁性膜的上部磁性膜的端部与第二铁磁性膜的上部磁性膜的端部之间的第一方向上的分离宽度比第一铁磁性膜的下部磁性膜的端部与第二铁磁性膜的下部磁性膜的端部之间的第一方向上的分离宽度宽的方式形成上部磁性膜。

根据本发明，由于通过溅射法形成下部磁性膜，因此提高了相对于磁敏元件的位置精度。由此，能够降低产品间的检测灵敏度的偏差。而且，由于通过电解电镀形成上部磁性膜，因此能够在短时间内得到充分的膜厚。

在第三工序中，可以将下部磁性膜作为种子层进行电解电镀。由此，在下部磁性膜与上部磁性膜之间不存在由其它金属材料构成的种子层，因此下部磁性膜与上部磁性膜之间的磁阻降低，能够得到更高的检测灵敏度。

在第四工序中，可以通过溅射法形成钝化膜。由此，磁敏元件不会暴露于高温，因此能够防止磁敏元件的特性劣化。

在本发明中，下部磁性膜可以由磁导率比上部磁性膜高的材料构成。由此，将磁通高效地施加于磁敏元件，因此能够得到高的检测灵敏度。

发明效果

这样，根据本发明，能够提高磁传感器的检测灵敏度，并且能够降低检测灵敏度的偏差。

附图说明

[图1]图1是用于说明本发明的一个实施方式的磁传感器1的结构的大致立体图。

[图2]图2是磁传感器1的大致分解立体图。

[图3]图3是传感器芯片10的大致俯视图。

[图4]图4是沿着图3所示的A-A线的大致截面图。

[图5]图5是第一变形例的传感器芯片10的大致截面图。

[图6]图6是第二变形例的传感器芯片10的大致截面图。

[图7]图7是用于说明传感器芯片10的制造方法的工序图。

[图8]图8是用于说明传感器芯片10的制造方法的工序图。

[图9]图9是用于说明传感器芯片10的制造方法的工序图。

符号说明

1磁传感器

10传感器芯片

11元件形成面

12背面

13～16侧面

21、22外部磁性体

30基板

31、32绝缘膜

33钝化膜

41下部磁性膜

42、43上部磁性膜

51掩模

52抗蚀剂

G1～G4磁隙

M1～M3、M11、M12、M21、M22、M31、M32铁磁性膜

R1～R4磁敏元件

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图1是用于说明本发明的一个实施方式的磁传感器1的结构的大致立体图。此外，图2是磁传感器1的大致分解立体图。

如图1和图2所示，本实施方式的磁传感器1具备传感器芯片10和将磁通集中于传感器芯片10的外部磁性体21、22。传感器芯片10具有构成yz面的元件形成面11及背面12、构成xy面的侧面13、14、以及构成xz面的侧面15、16。在传感器芯片10的元件形成面11上形成有后述的磁敏元件和铁磁性膜M1～M3。外部磁性体21是以x方向为长边方向的棒状体，其x方向上的一端以覆盖铁磁性膜M1的一部分的方式被定位在元件形成面11的z方向上的大致中央部。外部磁性体22具有以x方向为长边方向的棒状形状，覆盖铁磁性膜M2、M3的一部分，并且覆盖传感器芯片10的背面12及侧面13、14。

图3是传感器芯片10的大致俯视图。

如图3所示，在传感器芯片10的元件形成面11形成有四个磁敏元件R1～R4和三个铁磁性膜M1～M3。磁敏元件R1～R4只要是电阻根据磁通的方向而变化的元件，就没有特别限制，例如可以使用MR元件等。磁敏元件R1～R4的固定磁化方向一致设为相同的方向(例如，z方向上的正侧)。

在此，在将铁磁性膜M1～M3中的位于y方向上的一侧(图3中的上侧)的部分定义为铁磁性膜M11、M21、M31，将位于y方向上的另一侧(图3中的下侧)的部分定义为铁磁性膜M12、M22、M32的情况下，在俯视时(从x方向看)，磁敏元件R1配置在与由铁磁性膜M11和铁磁性膜M21形成的磁隙G1重叠的位置，磁敏元件R2配置在与由铁磁性膜M12和铁磁性膜M22形成的磁隙G2重叠的位置，磁敏元件R3配置在与由铁磁性膜M11和铁磁性膜M31形成的磁隙G3重叠的位置，磁敏元件R4配置在与由铁磁性膜M12和铁磁性膜M32形成的磁隙G4重叠的位置。由此，通过磁隙G1～G4的磁场被施加于磁敏元件R1～R4。在此，施加于磁敏元件R1、R2的磁场的方向与施加于磁敏元件R3、R4的磁场的方向彼此相差180°，因此通过将磁敏元件R1～R4桥接，能够检测经由外部磁性体21而被施加的磁通的方向和强度。

在图3中，符号21a所示的区域表示被外部磁性体21覆盖的区域，符号22a、22b所示的区域表示被外部磁性体22覆盖的区域。如图3所示，外部磁性体21覆盖铁磁性膜M1，外部磁性体22覆盖铁磁性膜M2、M3。

图4是沿着图3所示的A-A线的大致截面图。

如图4所示，传感器芯片10具有基板30和设置在其表面的绝缘膜31，绝缘膜31的表面构成元件形成面11。在元件形成面11设置有磁敏元件R1～R4。磁敏元件R1～R4被绝缘膜32覆盖，在绝缘膜32的表面设置有铁磁性膜M1～M3。铁磁性膜M1～M3被钝化膜33覆盖。

铁磁性膜M1～M3由与绝缘膜32接触的下部磁性膜41和设置在下部磁性膜41上的上部磁性膜42构成。下部磁性膜41和上部磁性膜42由相互不同的磁性材料构成，下部磁性膜41比上部磁性膜42磁导率高，上部磁性膜42比下部磁性膜41膜厚厚。作为一例，可以使用坡莫合金等NiFe系材料作为下部磁性膜41的材料，使用CoFe系材料作为上部磁性膜42的材料。下部磁性膜41起到将磁通高效地施加于磁敏元件R1～R4的作用，上部磁性膜42起到减小铁磁性膜M1～M3整体的磁阻的作用。

下部磁性膜41的z方向上的端部在俯视时(从x方向看)与对应的磁敏元件R1～R4具有重叠。在图4所示的截面中，磁敏元件R1的z方向上的一端与构成铁磁性膜M1的下部磁性膜41重叠，磁敏元件R1的z方向上的另一端与构成铁磁性膜M2的下部磁性膜41重叠。磁敏元件R1中的不与下部磁性膜41重叠的区域与磁隙G1重叠。

在此，在将构成磁隙G1～G4的下部磁性膜41的z方向上的分离宽度设为W1，并将构成磁隙G1～G4的上部磁性膜42的z方向上的分离宽度设为W2的情况下，W1＜W2。根据这样的结构，通过磁隙G1～G4的磁通集中于磁导率高的下部磁性膜41的边缘，因此能够将磁通高效地施加于磁敏元件R1～R4，并得到高检测灵敏度。与此相对，若下部磁性膜41比上部磁性膜42磁导率低，则通过磁隙G1～G4的磁通避开上部磁性膜42间，结果施加于磁敏元件R1～R4的磁通减少。在本实施方式中，下部磁性膜41使用比上部磁性膜42磁导率高的材料，因此能够抑制因这样的避开现象而引起的检测灵敏度的降低。

而且，由于由上部磁性膜42形成的磁隙G1～G4的分离宽度被扩大为W2，因此即使在分离宽度W1窄的情况下，也能够利用钝化膜33可靠地填埋磁隙G1～G4，产品的可靠性提高。

此外，也可以如图5所示，上部磁性膜42的上部边缘是倾斜面。由此，由上部磁性膜42形成的磁隙G1～G4的分离宽度W2越靠上方越宽，因此容易将钝化膜33埋入磁隙G1～G4。此外，也可以如图6所示，在上部磁性膜42上进一步设置上部磁性膜43。在这种情况下，在将构成磁隙G1～G4的上部磁性膜43的z方向上的分离宽度设为W3的情况下，通过设为W2＜W3，容易将钝化膜33埋入磁隙G1～G4。即使在这种情况下，下部磁性膜41也使用比上部磁性膜42、43磁导率高的材料。

接着，对传感器芯片10的制造方法进行说明。

图7～图9是用于说明传感器芯片10的制造方法的工序图，与沿着图3所示的A-A线的截面对应。

首先，如图7所示，在基板30上形成绝缘膜31后，在绝缘膜31的表面形成磁敏元件R1～R4，并利用绝缘膜32覆盖磁敏元件R1～R4。接着，通过溅射法，在绝缘膜32的整个面形成下部磁性膜41。如果使用溅射法形成下部磁性膜41，则能够高精度地控制下部磁性膜41的膜厚。接着，如图8所示，在下部磁性膜41上形成掩模51，通过刻蚀去除未被掩模51覆盖的区域的下部磁性膜41。由此，下部磁性膜41被分离为构成铁磁性膜M1～M3的部分。在此，掩模51通过利用光刻法进行图案化而形成，因此能够确保相对于磁敏元件R1～R4的高的位置精度。或者，可以通过经由未图示的金属掩模等进行溅射，形成分离为构成铁磁性膜M1～M3的部分的下部磁性膜41。在这种情况下，通过高精度地对准金属掩模，也能够提高下部磁性膜41的位置精度。

接着，在去除掩模51之后，如图9所示形成抗蚀剂52，在该状态下进行将下部磁性膜41作为种子层(供电体)的电解电镀，由此形成上部磁性膜42。通过电解电镀进行的成膜与溅射法相比，虽然位置精度低，但能够在短时间内得到充分的膜厚。而且，由于将下部磁性膜41直接用作种子层，因此在下部磁性膜41与上部磁性膜42之间不残留由其它金属材料构成的膜。即，能够得到下部磁性膜41与上部磁性膜42直接接触的结构，因此能够充分降低下部磁性膜41与上部磁性膜42之间的磁阻。

然后，只要在去除抗蚀剂52后，以填埋磁隙G1～G4的方式形成覆盖铁磁性膜M1～M3的钝化膜33，则本实施方式中使用的传感器芯片10完成。作为钝化膜33的成膜方法，优选使用溅射法。这是因为，当使用CVD法等高温工艺形成钝化膜33时，磁敏元件R1～R4暴露于高温，特性有可能劣化。与此相对，如果通过作为低温工艺的溅射法形成钝化膜33的话，则能够防止磁敏元件R1～R4的特性劣化。另一方面，与CVD法相比，溅射法覆盖率低，因此若磁隙G1～G4窄，则有可能磁隙G1～G4未被钝化膜33完全填埋，产生空隙。然而，在本实施方式中，磁隙G1～G4的上方的分离宽度被扩大为W2，并且构成分离宽度W1的下部磁性膜41的膜厚较薄，因此即使在使用溅射法的情况下，也不会产生空隙，能够由钝化膜33完全填埋磁隙G1～G4。

如以上说明的那样，根据本实施方式，通过溅射法形成下部磁性膜41，并将下部磁性膜41作为种子层通过电解电镀形成上部磁性膜42，由此能够在短时间内制作具有高的位置精度且磁阻低的铁磁性膜M1～M3。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更，不言而喻，这些变更也包含在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种磁传感器，其特征在于，

具备：

磁敏元件，其以第一方向为磁敏方向；

绝缘膜，其覆盖所述磁敏元件；

第一铁磁性膜和第二铁磁性膜，其分离地设置在所述绝缘膜上；和

钝化膜，其以填埋所述第一铁磁性膜的端部与所述第二铁磁性膜的端部之间的分离部的方式设置在所述第一铁磁性膜和所述第二铁磁性膜上，

所述磁敏元件在俯视时与所述分离部具有重叠，

所述第一铁磁性膜和所述第二铁磁性膜包括设置在所述绝缘膜的表面的下部磁性膜和设置在所述下部磁性膜上的上部磁性膜，

对于所述分离部在所述第一方向上的分离宽度，所述上部磁性膜之间的分离宽度比所述下部磁性膜之间的分离宽度宽，

所述下部磁性膜由磁导率比所述上部磁性膜高的材料构成。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，

所述下部磁性膜和所述上部磁性膜不经由由其它金属材料构成的膜而直接接触。

3.一种磁传感器的制造方法，其特征在于，

具备：

第一工序，用绝缘膜覆盖以第一方向为磁敏方向的磁敏元件；

第二工序，通过溅射法在所述绝缘膜上形成第一铁磁性膜和第二铁磁性膜的下部磁性膜；

第三工序，通过电解电镀在所述第一铁磁性膜和所述第二铁磁性膜的所述下部磁性膜上形成所述第一铁磁性膜和所述第二铁磁性膜的上部磁性膜；和

第四工序，在所述第一铁磁性膜和所述第二铁磁性膜上形成钝化膜，

在所述第二工序中，以俯视时所述磁敏元件的所述第一方向上的一个端部与所述第一铁磁性膜的所述下部磁性膜重叠，所述磁敏元件的第一方向上的另一个端部与所述第二铁磁性膜的所述下部磁性膜重叠，且所述磁敏元件的所述一个端部与所述另一个端部之间的区域不与所述第一铁磁性膜和所述第二铁磁性膜的所述下部磁性膜中的任一个重叠的方式，形成所述下部磁性膜，

在所述第三工序中，以所述第一铁磁性膜的所述上部磁性膜的端部与所述第二铁磁性膜的所述上部磁性膜的端部之间的所述第一方向上的分离宽度比所述第一铁磁性膜的所述下部磁性膜的端部与所述第二铁磁性膜的所述下部磁性膜的端部之间的所述第一方向上的分离宽度宽的方式，形成所述上部磁性膜。

4.根据权利要求3所述的磁传感器的制造方法，其特征在于：

在所述第三工序中，将所述下部磁性膜作为种子层进行电解电镀。

5.根据权利要求3或4所述的磁传感器的制造方法，其特征在于：

在所述第四工序中，通过溅射法形成所述钝化膜。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的磁传感器的制造方法，其特征在于：

所述下部磁性膜由磁导率比所述上部磁性膜高的材料构成。