DE102005005320A1

DE102005005320A1 - Magnetisches Sensorgerät und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102005005320A1
Application number: DE200510005320
Authority: DE
Inventors: Shinji Kariya Wakabayashi; Satoshi Kariya Oohira; Takashi Kariya Kawashima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2005-09-08
Also published as: US7221157B2; JP2005223221A; US20050174112A1; FR2866153A1

Abstract

Zwei Hall-Element-Ausbildungsanordnungen (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) werden auf einem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet. Jede Halb-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) beinhaltet ein Hall-Element (21a, 21b), das in einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet ist. Eine Basis (10b, 10d, 10f, 10h) ist separat von dem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet.
Dabei ist die Basis (10b, 10d, 10f, 10h) auf einer Rückoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) angeordnet und hält das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) und die Halb-Element-Ausbildungsanordnungen (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk). Die Basis (10b, 10d, 10f, 10h) beinhaltet eine Halteoberfläche (10bh), welche das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) hält, und zwei geneigte Oberflächen (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht), von denen jede bezüglich der Halteoberfläche (10bh) geneigt ist. Jede Halb-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) wird auf einer entsprechenden der zumindest einen geneigten Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Sensorgerät mit einem auf einer geneigten Oberfläche angeordneten Hall-Element sowie ein Herstellungsverfahren für das magnetische Sensorgerät.

Ein magnetisches Sensorgerät mit einem auf einer geneigten Oberfläche angeordneten Hall-Element sowie ein Herstellungsverfahren für das magnetische Sensorgerät sind beispielsweise auf den Seiten 892 bis 895 der (nachstehend als Druckschrift 1 bezeichneten) Druckschrift "Transducers 93', 1993, The 7th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators" offenbart.

Die 15A und 15B zeigen schematische Ansichten des in der Druckschrift 1 offenbarten magnetischen Sensorgerätes 90. 15A zeigt eine Draufsicht des magnetischen Sensorgerätes 90, und 15B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XVB-XVB aus 15A.

Das in den 15A und 15B dargestellte magnetische Sensorgerät 90 weist zwei Hall-Elemente 2a und 2b auf. Bei dem magnetischen Sensorgerät 90 ist eine tiefe Vertiefung 1t durch Nassätzen auf einem p-Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, welches eine {100}-Ebenenrichtung aufweist. Die Vertiefung 1t ist in der Draufsicht im Wesentlichen quadratisch und etwa 100 μm tief. N-Niederkonzentrationsdotierstoffdiffusionsbereiche 2a und 2b, die als die Hall-Elemente dienen, sind auf zwei geneigten Oberflächen des Siliziumsubstrates 1 ausgebildet, welche eine {111}-Ebenenrichtung aufweisen, und die in der Vertiefung 1t einander gegenüberliegen. Ein n-Hochkonzentrationsdotierstoffdiffusionsbereich 4 ist als mit den Hall-Elementen 2a und 2b verbundene Elektrodenleiterbahn ausgebildet. Der mit dem Bezugszeichen 3p in 15B markierte Abschnitt ist eine Polysiliziumschicht, die eine in dem Fall verwendete Gateelektrode ist, bei dem die Niederkonzentrationsdotierstoffdiffusionsbereiche (die Hall-Elemente) 2a und 2b als Transistoren verwendet werden. In 15A ist die graphische Darstellung der Polysiliziumschicht 3p zur Vereinfachung weggelassen, und es sind lediglich Gateelektrodenleiterbahnen (elektrische Leitungen) Ga und Gb gezeigt.

Wenn bezüglich 15B bei dem magnetischen Sensorgerät 90 ein magnetisches Feld Bo angelegt wird, das parallel zu der Ebene des XVB-XVB-Schnittes nach 15A gerichtet ist, werden magnetische Feldkomponenten Ba und Bb, die jeweils senkrecht zu den geneigten Oberflächen gerichtet sind, an die jeweiligen Hall-Elemente 2a und 2b angelegt. In den Hall-Elementen 2a und 2b, durch die Biasströme Ia und Ib fließen, werden Spannungen, die proportional zu den magnetischen Feldkomponenten Ba und Bb sind (Hall-Spannungen), erzeugt. Die Hall-Spannungen werden als Ausgangsspannungen Va und Vb erfasst. Somit kann beispielsweise der Drehwinkel des magnetischen Feldes Bo, das in der Ebene des XVB-XVB-Schnittes dreht, auf der Grundlage der Ausgangsspannungen Va und Vb und den beiden Signalen, die phasenverschieden sind, über den 360°-Bereich erfasst werden. Daher kann das magnetische Sensorgerät 90 als Drehwinkelsensor verwendet werden.

Ein weiteres magnetisches Sensorgerät mit einem senkrecht zu der Substratfläche angeordneten Hall-Element und ein Herstellungsverfahren für das magnetische Sensorgerät sind auf den Seiten 212 bis 215 der (nachstehend mit Druckschrift 2 bezeichneten) Druckschrift "IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines, Band 122 (4), 2002" offenbart.

16 zeigt eine schematische Schnittansicht des in der Druckschrift 2 offenbarten magnetischen Sensorgerätes 91.

Bei dem in 16 dargestellten magnetischen Sensorgerät 91 werden zwei Siliziumsubstrate 1a und 1b verwendet. Das Hall-Element 2c des magnetischen Sensorgerätes 91 ist über einem N-Siliziumsubstrat 1a ausgebildet. Eine Vertiefung 1a ist in dem Siliziumsubstrat 1a um das Hall-Element 2c ausgebildet. Die Hall-Element-Ausbildungseinrichtung 2ck, welche das Hall-Element 2c enthält, wird durch den nachstehend wiedergegebenen Ablauf bereit gestellt. Genauer werden eine über dem Siliziumsubstrat 1a geschichtete Metallschicht 6 und eine Harzschicht 7 am Übergang B gebogen, der in 16 mit einer strichpunktierten Linie eingekreist ist. Die Metallschicht 6 und die Harzschicht 7 werden dann aufwärts gebogen. Ein weiteres Siliziumsubstrat 1b wird mit dem Siliziumsubstrat 1a in Kontakt mit der Hall-Element-Ausbildungsanordnung 2ck am Verbindungsabschnitt C verbunden, der in der Figur mit einer strichpunktierten Linie eingekreist ist. Die Hall-Element-Ausbildungsanordnung 2ck wird mit der durch das Siliziumsubstrat 1b bereitgestellten senkrechten Wandfläche 1bw verbunden und dort gehalten. Die Metallschicht 6 setzt sich aus einem Laminat aus Chrom/Gold (Cr/Au) zusammen, und die Harzschicht 7 ist aus Polyimid zusammengesetzt. Der in 16 mit dem Bezugszeichen 5 markierte Bereich ist eine dielektrische isolierende Schicht.

Bezüglich dem magnetischen Sensorgerät 90 gemäß den 15A und 15B ist die Strukturierung eines Resistlackes zur Ausbildung der Niederkonzentrationsdotierstoffdiffusionsbereiche 2a und 2b als den Hall-Elementen sowie des Hochkonzentrationsdotierstoffdiffusionsbereichs 4 als der Elektrodenleiterbahn erforderlich. Es gibt jedoch Nachteile. Im Einzelnen werden die Diffusionsbereiche 2a, 2b und 4 über die geneigten Oberflächen der Vertiefung 1c ausgebildet, die ungefähr 100 μm tief ist. Daher muss eine Elektronenstrahllithographietechnologie (EB) verwendet werden, bei der eine große Brennweite erhalten wird. Selbst wenn ein Elektronenstrahl mit einer großen Brennweite verwendet wird, ist eine einzelne Bestrahlung unzureichend, und die Elektronenstrahlbestrahlung muss in vier Stufen bei verschiedenen Brennweitentiefen ausgeführt werden. Aus diesem Grund erfordert dieses Verfahren zur Herstellung des magnetischen Sensorgerätes 90 viel Verarbeitungszeit und bietet einen schlechten Durchsatz (mehrere Stück pro Stunde). Somit ist dieses Verfahren zur Massenproduktion ungeeignet.

Das magnetische Sensorgerät 91 gemäß 16 weist einen anderen Nachteil auf. Das Siliziumsubstrat 1b ragt von dem Siliziumsubstrat 1a am Verbindungsabschnitt C in der Figur aufwärts, und dies erhöht die Größe des magnetischen Sensorgerätes 91 selbst. Bei der Verarbeitung der senkrechten Wandfläche 1bw des Siliziumsubstrats 1b wird ein Schneidevorgang durch Waferzerteilung und Planarisierung durch Wärmeoxidation nach der Waferzerteilung sowie eine Oxidschichtentfernung verwendet. Die Wärmeoxidation und die Planarisierung durch Oxidschichtentfernung muss jedoch wiederholt ausgeführt werden, und dies erhöht die Verarbeitungszeit. Bei der Waferzerteilung gibt es eine Neigung zur Erzeugung von Fehlern bei dem Ausbildungswinkel der Wandfläche 1bw. Wenn es einen Fehler bei dem Ausbildungswinkel der Wandfläche 1bw gibt, weisen die von dem Hall-Element 2c erhaltenen Informationen ebenfalls einen Fehler auf.

Die vorliegende Erfindung ist auf die vorstehend beschriebenen Nachteile gerichtet. Somit ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein magnetisches Sensorgerät bereitzustellen, das zumindest ein jeweils auf einer entsprechenden geneigten Oberfläche angeordnetes Hall-Element aufweist, und das zur Massenproduktion geeignet ist, während eine relativ hohe Genauigkeit erzielt wird. Ferner wird erfindungsgemäß ein Herstellungsverfahren für ein derartiges magnetisches Sensorgerät bereitgestellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein magnetisches Sensorgerät gelöst, das ein Halbleitersubstrat, zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung und eine Basis enthält. Die zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung ist auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Die zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung beinhaltet jeweils ein Hall-Element, das in einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Die Basis ist auf einer Rückoberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet, und hält das Halbleitersubstrat und die zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung. Die Basis beinhaltet eine Halteoberfläche und zumindest eine geneigte Oberfläche. Die Halteoberfläche hält das Halbleitersubstrat. Die zumindest eine geneigte Oberfläche ist relativ zu der Halteoberfläche geneigt. Die zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung wird jeweils auf einer entsprechenden der zumindest einen geneigten Oberfläche der Basis gehalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch ein Herstellungsverfahren für ein magnetisches Sensorgerät gelöst. Gemäß diesem Verfahren wird zumindest eine Hall-Element-Ausbilddungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat hergestellt. Die zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung beinhaltet jeweils ein Hall-Element, das in einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet ist. Dann wird eine Basis zum Halten des Halbleitersubstrats hergestellt. Die Basis beinhaltet eine Halteoberfläche und zumindest eine geneigte Oberfläche. Die Halteoberfläche hält das Halbleitersubstrat. Zumindest eine geneigte Oberfläche ist relativ zu der Halteoberfläche geneigt. Danach wird das Halbleitersubstrat auf der Basis beim Anordnen der Basis auf einer Rückoberfläche des Halbleitersubstrates gehalten, so dass die zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung jeweils auf einer entsprechenden der zumindest einen geneigten Oberfläche der Basis gehalten wird.

Die Erfindung wird zusammen mit zusätzlichen Merkmalen und deren Vorteilen aus der nachstehenden Beschreibung, den beigefügten Patentansprüchen und der beiliegenden Zeichnung näher ersichtlich. Es zeigen:
1A eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Gesamtaufbaus eines magnetischen Sensorgerätes und eines drehbaren Körpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
1B eine Endansicht in Richtung des Pfeils IB aus 1A;
2 eine Darstellung einer Signalverarbeitungsschaltung des magnetischen Sensorgeräts;
3A eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einem Drehwinkel und einer Verstärkerausgabe oder eines berechneten Winkels bei dem magnetischen Sensorgerät gemäß 2;
3B eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen dem Drehwinkel und einer Ausgabe des magnetischen Sensorgerätes;
4 eine schematische Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels für das magnetische Sensorgerät;
die 5A bis 5E Schritt-für-Schritt-Zeichnungen von einem Herstellungsverfahren für das in 4 gezeigte magnetische Sensorgerät;
die 6A bis 6C weitere Schritt-für-Schritt-Zeichnungen des Herstellungsverfahrens;
die 7A bis 7C weitere Schritt-für-Schritt-Zeichnungen des Herstellungsverfahrens;
die 8A bis 8E weitere Schritt-für-Schritt-Zeichnungen des Herstellungsverfahrens;
die 9A bis 9C weitere Schritt-für-Schritt-Zeichnungen des Herstellungsverfahrens;
die 10 bis 10E weitere Schritt-für-Schritt-Zeichnungen des Herstellungsverfahrens;
11 eine Schnittansicht des Herstellungsverfahrens;
12 eine Schnittansicht zur Darstellung einer Abwandlung des magnetischen Sensorgeräts;
13 eine Schnittansicht zur Darstellung einer weiteren Abwandlung des magnetischen Sensorgeräts;
14 eine Schnittansicht zur Darstellung einer weiteren Abwandlung des magnetischen Sensorgeräts;
15A eine schematische Draufsicht eines bekannten magnetischen Sensorgeräts;
15B eine Schnittansicht entlang der Linie XVB-XVB aus 15A; und
16 eine Schnittansicht zur Darstellung eines weiteren bekannten magnetischen Sensorgeräts.
Die 1A und 1B stellen ein als Drehwinkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendetes magnetisches Sensorgerät 100 dar. Im Einzelnen zeigt 1A eine Perspektivansicht des Gesamtaufbaus des magnetischen Sensorgerätes 100 und eines durch das magnetische Sensorgerät 100 zu erfassenden drehbaren Körpers 200. 1B zeigt diese aus der Richtung des Pfeils IB aus 1A, wobei der Zusammenhang zwischen dem magnetischen Sensorgerät 100 und einem angelegten Magnetfeld dargestellt wird.
Wenn das magnetische Sensorgerät 100 als Drehwinkelsensor gemäß der Darstellung von 1A verwendet wird, werden zwei Magnete 200ma und 200mb bereitgestellt, die zusammen mit dem drehbaren Körper 200 gedreht werden. Bei dem magnetischen Sensorgerät 100, das zwischen den beiden drehenden Magneten 200ma und 200mb aufgenommen wird, wird ein homogenes drehendes Magnetfeld Bo angelegt, wie es in 1B dargestellt ist. Daher werden ähnlich zu dem in den 15A und 15B dargestellten magnetischen Sensorgerät 90 bei dem magnetischen Sensorgerät 100, das auf verschiedenen geneigten Oberflächen angeordnete Hall-Elemente 20a und 20b aufweist, (nicht gezeigte) Magnetfeldkomponenten Ba und Bb, die jeweils senkrecht zu den geneigten Oberflächen sind, an die Hall-Elemente 20a bzw. 20b angelegt.
2 zeigt eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten von Signalen, die von den beiden Hall-Elementen 20a und 20b bei dem magnetischen Sensorgerät 100 ausgegeben werden.
Biasströme 1a und 1b fließen durch die Hall-Elemente 20a und 20b. Bei jedem Hall-Element 20a, 20b wird eine zu den Magnetfeldkomponenten Ba, Bb proportionale Spannung Va, Vb (Hall-Spannungen) erzeugt. Die Hall-Spannungen Va und Vb werden durch Verstärker 31a und 31b verstärkt, und durch A/D-Wandler 32a, 32b von analog nach digital umgewandelt. Dann werden die umgewandelten digitalen Signale von den A/D-Wandlern 32a und 32b einer CPU 33 zugeführt. In der CPU 33 wird ein Drehwinkel des drehbaren Körpers 200 auf der Grundlage der zugeführten digitalen Signale berechnet.
3A stellt einen Zusammenhang zwischen den Ausgangssignalen der Verstärker 31a und 31b aus 2 und dem tatsächlichen Drehwinkel θ dar. 3A stellt ferner einen Zusammenhang zwischen dem berechneten Winkel des drehbaren Körpers 200, der in der CPU 33 gemäß 2 berechnet wird, und dem tatsächlichen Drehwinkel dar. Die Ausgangssignale der Verstärker 31a und 31b, die auf der Grundlage des drehenden Magnetfeldes Bo erhalten werden, werden zu zwei sinusförmigen Signalen mit verschiedenen Phasen, wie es in 3A dargestellt ist. Das Ergebnis der Winkelberechnung in 3A wird erhalten, indem die sinusförmigen Signale der Verstärker 31a und 31b einer Berechnung unter Verwendung einer inversen trigonometrischen Funktion unterzogen werden.
3B stellt einen Zusammenhang zwischen der Ausgabe des magnetischen Sensorgerätes und dem tatsächlichen Drehwinkel dar. Die Ausgabe des magnetischen Sensorgeräts wird durch den nachstehend wiedergegebenen Vorgang bereitgestellt. Genauer wird ein Winkelbereich aus dem Zustand der Ausgabe der Verstärker 31a und 31b bestimmt, und die Ergebnisse der Winkelberechnung werden von 0 bis 360° verbunden. Somit wird die Ausgabe des magnetischen Sensorgerätes bezüglich des Drehwinkels linear, wie es in 3B dargestellt ist.
4 zeigt ein beispielhaftes magnetisches Sensorgerät 101, das als das magnetische Sensorgerät 100 gemäß den 1 bis 2 verwendet werden kann.
Das magnetische Sensorgerät 101 gemäß 4 beinhaltet zwei Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk und einer Basis 10b. Jede der Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk beinhaltet ein Hall-Element 21a oder 21b, das in einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats 10a angeordnet ist. Die Basis 10b ist auf einer Rückoberfläche des Halbleitersubstrats 10a angeordnet, und hält das Halbleitersubstrat 10a und die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk. Das Halbleitersubstrat 10a, in dem die Hall-Elemente 21a und 21b ausgebildet sind, ist separat von der Basis 10b ausgebildet, über der die Hall-Elemente 21a und 21b angeordnet sind. Aus diesem Grund können die Hall-Elemente 21a und 21b in dem flachen Halbleitersubstrat 10a am Anfang des Herstellungsvorgangs ausgebildet werden, wie nachstehend beschrieben wird. Bei diesem Herstellungsvorgang kann eine bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen allgemein verwendete Photolithographietechnologie verwendet werden. Daher ist das magnetische Sensorgerät 101 gemäß 4 zur Massenproduktion im Vergleich zu dem magnetischen Sensorgerät 90 gemäß den 15A und 15B geeignet.
Für das Halbleitersubstrat 10a in dem magnetischen Sensorgerät 101 kann ein p- oder n-Siliziumsubstrat (Si) verwendet werden. Die Hall-Elemente 21a und 21b können auf eine ähnliche Weise wie bei dem in den 15A und 15B gezeigten magnetischen Sensorgerät 90 ausgebildet werden. Genauer können die Hall-Elemente 21a und 21b durch das Implantieren von Dotierstoffionen (mit einer Leitungsart, die entgegengesetzt zu der des Halbleitersubstrats 10a ist) in das Halbleitersubstrat 10 mit einer geringen Konzentration ausgebildet werden. Gemäß vorstehender Beschreibung werden die Hall-Elemente 21a und 21b in dem flachen Halbleitersubstrat 10a am Anfang ausgebildet. Aus diesem Grund wird, anders als bei dem in den 15a und 15b gezeigten magnetischen Sensorgerät 90, jede Elektrodenleiterbahn (elektrische Leitung), die mit dem entsprechenden Hall-Element 21a oder 21b verbunden ist, aus einer Metallschicht 6 ausgebildet, die mit einer dielektrischen isolierenden Zwischenschicht 5 darunter versehen ist.
Bei dem magnetischen Sensorgerät 101 weist die Basis 10b zwei geneigte Oberflächen 10bs und 10bt auf. Die geneigten Oberflächen 10bs und 10bt sind relativ zu den Halteoberflächen 10bh geneigt, welche das Halbleitersubstrat 10a halten. Die geneigten Oberflächen 10bs und 10bt weisen jeweils verschiedene ebene Richtungen auf. Die Basis 10b kann aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein. Die Basis 10b ist jedoch vorzugsweise aus einem Halbleitersubstrat, das zur Ausbildung der geneigten Oberflächen 10bs und 10bt durch allgemein verfügbare bekannte Bearbeitungstechniken verarbeitet werden kann, wie sie bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden. Insbesondere wenn ein einkristallines Siliziumsubstrat für die Basis 10b verwendet wird, können die geneigten Oberflächen 10bs und 10bt mit spezifizierten exakten Winkeln leicht ausgebildet werden. Hierbei können Kristallflächen des einkristallinen Siliziumsubstrats, die vorzugsweise durch anisotropes Ätzen ausgebildet werden, zur Ausbildung der geneigten Oberflächen 10bs und 10bt verwendet werden. Somit kann das magnetische Sensorgerät 101 als hochgenaues magnetisches Sensorgerät ausgebildet werden, das weniger zur Erzeugung von Fehlern neigt.
Bei dem magnetischen Sensorgerät 101 gemäß 4 wird gemäß der nachstehenden näheren Beschreibung eine (durch das Bezugszeichen 10au in 7B und das Bezugszeichen 10av in 7C deutlicher gezeigte) Vertiefung in der Rückoberfläche des Halbleitersubstrats 10a um die Hall-Elemente 2a und 2b ausgebildet. Ein Abschnitt der Vertiefung dringt durch das Halbleitersubstrat 10a bis zu den Verbindungsteilen E der Hall-Elementausbildungsanordnung 21ak und 21bk ein. Dabei ist das Verbindungsteil E jeder Hall-Elementausbildungsanordnung 21ak oder 21bk dünner als ein benachbarter Teil der Hall-Element-Ausbildungsanordnung 21ak oder 21bk, die benachbart zu dem Verbindungsteil E der Hall-Element-Ausbildungsanordnung 21ak oder 21bk ist. Zudem wird das relativ dünne Verbindungsteil E jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung 21ak oder 21bk plastisch deformiert, so dass die Hall-Element-Ausbilddungsanordnung 21ak oder 21bk auf der entsprechenden geneigten Oberfläche 10bs oder 10bt der Basis 10b angeordnet ist.
Bei dem magnetischen Sensorgerät 101 ist die Metallschicht 6 über dem Halbleitersubstrat 10a über der dielektrischen isolierenden Zwischenschicht 5 angeordnet. Aus der Metallschicht 6 ausgebildete Leiterbahnen (elektrische Verbindungsleitungen) werden mit den Hall-Elementen 21a und 21b über die Verbindungsteile E verbunden. Diese Metallschicht 6 ist vorzugsweise eine Kupferschicht (Cu) oder eine Chrom/Gold-Stapelschicht (d.h. eine Cr/Au-Stapelschicht), die eine hohe Leitfähigkeit sowie eine hinreichende Flexibilität und Festigkeit aufweist, um zu bestehen, selbst wenn sie an den Verbindungsteilen E gebogen werden.
Eine Harzschicht (alternativ eine Oxidschicht) 7 wird auf die Metallschicht 6 an den Verbindungsteilen E geschichtet. Somit wird die Metallschicht 6 an den Verbindungsteilen E mit der geschichteten Harzschicht 7 verstärkt, und die Festigkeit der Verbindungsteile E kann erhöht werden. Diese Harzschicht 7 ist vorzugsweise aus Polyimid (PI) ausgebildet, was eine hinreichende Flexibilität und Festigkeit aufweist, um die Metallschicht 6 zu verstärken, und die das Biegen an den Verbindungsteilen E übersteht.
Bei dem magnetischen Sensorgerät 101 beträgt die Dicke des Halbleitersubstrats 10a an den Verbindungsteilen E 0 μm. Das Halbleitersubstrat 10a ist mit anderen Worten bei jedem Verbindungsteil E eliminiert. Somit ist jede Hall-Element-Ausbildungsanordnung 21ak oder 21bk und der entsprechende Abschnitt des Halbleitersubstrats 10a außerhalb der Vertiefung miteinander lediglich durch die Metallschicht 6 und die Harzschicht 7 in dem entsprechenden Verbindungsteil E verbunden.
Aus diesem Grund können die Verbindungsteile E plastisch deformiert werden, und die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk können auf den geneigten Oberflächen 10bs und 10bt der Basis 10b gehalten werden.
Gemäß vorstehender Beschreibung kann die Ausbildung der Hall-Elemente 21a und 21b und die Bereitstellung der Hall-Element-Ausbildungsanordnung 21ak und 21bk auf den geneigten Oberflächen 10bs und 10bt der Basis 10b durch die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendete bekannte Verarbeitungstechnik durchgeführt werden.
Das magnetische Sensorgerät 101 gemäß 4 ist zur Erfassung der magnetischen Feldkomponenten Ba und Bb des drehenden Magnetfeldes Bo befähigt, die jeweils mit den Ebenenrichtungen der geneigten Oberflächen 10bs und 10bt zusammenfallende Richtungen aufweisen. Diese Magnetfeldkomponenten Ba und Bb werden unter Verwendung der beiden auf den geneigten Oberflächen 10bs und 10bt jeweils in verschiedenen Ebenenrichtungen angeordneten Hall-Elemente 21a und 21b erfasst. Daher kann das magnetische Sensorgerät 101 verwendet werden, wie es unter Bezugnahme auf die 1A bis 3B beschrieben ist. Genauer kann das magnetische Sensorgerät 101 als Drehwinkelsensor verwendet werden, der zum Erfassen des Drehwinkels des drehenden Magnetfeldes Bo über den Winkelbereich von 360 Grad befähigt ist. Die beiden Hall-Elemente 21a und 21b des magnetischen Sensorgerätes 101 können gleichzeitig ausgebildet werden, und sie sind bezüglich der Eigenschaften wie etwa Offset und Verstärkung homogen. Daher neigt das magnetische Sensorgerät 101 weniger dazu, Fehler zu erzeugen. Gemäß vorstehender Beschreibung ist die Basis 10b auf der Rückoberflächenseite des Halbleitersubstrats 10a angeordnet. Daher können die von den Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk verschiedenen Bereiche auf der Hauptoberflächenseite des Halbleitersubstrates 10a zur Ausbildung von anderen Elementen verwendet werden. Aus diesem Grund ist die Packungseffizienz des Halbleitersubstrates 10a höher als die des in 16 gezeigten magnetischen Sensorgerätes 91.
Gemäß vorstehender Beschreibung sind bei dem magnetischen Sensorgerät 101 gemäß 4 die Hall-Elemente 21a und 21b auf den geneigten Oberflächen 10bs und 10bt angeordnet, das magnetische Sensorgerät 101 ist zur Massenproduktion geeignet und hochgenau, und es neigt weniger dazu, Fehler zu erzeugen.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung für ein Herstellungsverfahren für das magnetische Sensorgerät 101 gemäß 4.
Die 5A bis 11 zeigen Schritt-für-Schritt-Schnittansichten zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des magnetischen Sensorgerätes 101 gemäß 4.
Die 5A bis 9C zeigen Schnittansichten zur Darstellung der Schritte zur Verarbeitung des Halbleitersubstrats 10a bei dem magnetischen Sensorgerät 101. Diese Figuren stellen einen Hall-Element-Herstellungsvorgang dar. Bei diesem Vorgang werden die Hall-Elemente 21a und 21b in der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 10a ausgebildet.
Zunächst wird ein p-Siliziumsubstrat 10a (Si) mit einer {100}-Ebenenrichtung bei dem Schritt gemäß 5A hergestellt. Alternativ kann die Ebenenrichtung des Siliziumsubstrats 10a {110} oder {111} sein. Die Substratkonzentration beträgt etwa 2 × 10¹⁵/cm³, und die Substratdicke liegt bei etwa 250 μm.
Danach werden Oxidschichten (SiO₂) 11a und 11b durch Wärmeoxidation bei dem Schritt gemäß 5B ausgebildet.
Sodann werden die Hall-Elemente 21a und 21b bei dem Schritt gemäß 5C ausgebildet. Die Ausbildung der Hall-Elemente 21a und 21b wird durch Ausbildung einer (nicht gezeigten) Resistlackmaske über der Oxidschicht 11a sowie das Ionenimplantieren eines n-Dotierstoffs wie etwa Phosphor (P) ausgeführt. Die Ausbildung der Resistlackmaske kann durch Strukturieren über eine allgemeine Photolithographietechnologie erfolgen. Nach der Ionenimplantation wird das Siliziumsubstrat 10a bei einer hohen Temperatur ausgeheilt, um den implantierten n-Dotierstoff zu diffundieren.
Daraufhin werden Elektroden 21ac und 21bc bei dem Schritt gemäß 5D ausgebildet, um gewünschte ohmsche Eigenschaften zu erhalten. Auch für die Ausbildung der Elektroden 21ac und 21bc wird eine allgemeine Photolithographietechnologie verwendet. Eine (nicht gezeigte) neue Resistlackmaske wird über der Oxidschicht 11a ausgebildet, und ein n-Dotierstoff wie etwa Arsen (As) wird mit einer hohen Konzentration ionenimplantiert. Nach der Ionenimplantation wird das Siliziumsubstrat 10a erneut bei einer hohen Temperatur ausgeheilt, um den implantierten n-Dotierstoff zu diffundieren. Bei der Darstellung des magnetischen Sensorgerätes 101 gemäß 4 wurde die graphische Darstellung der Elektroden 21ac und 21bc zur Vereinfachung weggelassen.
Sodann werden bei dem Schritt gemäß 5E Nitridschichten (SiN) 12a und 12b auf den Oxidschichten 11a bzw. 11b ausgebildet. Oxidschichten können anstelle der Nitridschichten 12a und 12b verwendet werden.
Danach werden die Oxidschicht 11a und die Nitridschicht 12a durch Trockenätzen strukturiert, und eine Ätzmaske wird dadurch bei dem Schritt gemäß 6A ausgebildet. Dies erfolgt, um Vertiefungen auf der Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats 10a auszubilden, wo die Hall-Elemente 21a und 21b ausgebildet wurden.
Danach wird ein Nassätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen Lösung aus TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) oder Kaliumhydroxid (KOH) bei dem Schritt gemäß 6B ausgeführt.
Somit werden Vertiefungen 10as auf der Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats 10a ausgebildet.
Alternativ zu dem in 6B gezeigten Vorgang können zur Reduktion der in Anspruch genommenen Fläche der gesamten Vertiefungen die Vertiefungen 10at durch einen Trockenätzvorgang ausgebildet werden, ohne TMAH oder KOH zu verwenden, wie es bei dem Schritt gemäß 6C dargestellt ist.
Danach werden bei dem Schritt gemäß 7A die Oxidschicht 10b und die Nitridschicht 12b durch einen Trockenätzvorgang zur Ausbildung eine Ätzmaske strukturiert. Dies erfolgt, um die Vertiefung auf der Rückoberflächenseite des Siliziumsubstrats 10a auszubilden.
Sodann wird ein Nassätzvorgang unter Verwendung einer wässrigen Lösung mit TMAH oder Kaliumhydroxid (KOH) bei dem Schritt gemäß 7B ausgeführt, um die Vertiefung 10au auf der Rückoberflächenseite des Siliziumssubstrats 10a auszubilden. Gemäß der Darstellung von 7B ist die Größe der Vertiefung 10au in einer zu der Hauptebene des Substrates 10a parallelen Ebene größer als die der Hall-Elemente 21a und 21b, so dass der äußere Randteil der Vertiefung 10au sich um die Hall-Elemente 21a und 21b in der Ebene parallel zu der Hauptebene des Substrates 10a erstreckt. Das Nassätzen des Siliziumsubstrates 10a unter Verwendung einer wässrigen Lösung mit TMAH oder Kaliumhydroxid (KOH) ist ein anisotropischer Ätzvorgang. Daher sind die Endfläche und die geneigten Oberflächen der Vertiefung 10au Kristallflächen, die vorzugsweise durch anisotropisches Ätzen ausgebildet werden. Aus diesem Grund weisen die Endfläche und die geneigten Oberflächen der Vertiefung 10au spezifizierte exakte Winkel auf. Vor diesem Nassätzvorgang wird die gesamte Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats 10a mit einem Resistlack oder dergleichen maskiert. Die graphische Darstellung dieser Maske ist jedoch zur Vereinfachung weggelassen.
Alternativ zu dem in 7B gezeigten Vorgang kann zur Reduktion der von der Vertiefung in Anspruch genommen Fläche die Vertiefung 10av durch einen Trockenätzvorgang oder einen D-RIE-Vorgang (Deep Reactive Ion Etching – tiefes reaktives Ionenätzen) ausgebildet werden, ohne TMAH oder KOH zu verwenden, wie es bei dem Schritt gemäß 7C dargestellt ist.
Danach werden die Oxidschichten 11a und 11b und die Nitridschichten 12a und 12b entfernt, und sodann wird die dielektrische isolierende Zwischenschicht 5 auf der Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats 10a bei dem Schritt gemäß 8A ausgebildet. Für die dielektrische isolierende Zwischenschicht 5 kann PSG (Phosphorsilikatglas), TEOS (Tetraethylorthosilikat) oder dergleichen verwendet werden.
Danach werden Kontaktlöcher durch die dielektrische isolierende Zwischenschicht 5 durch einen Ätzvorgang ausgebildet, um elektrische Verbindungen mit den Elektroden 21ac und 21bc der Hall-Elemente 21a und 21b bei dem Schritt gemäß 8B auszubilden.
Daraufhin wird bei dem Schritt gemäß 8C die Metallschicht 6 auf der dielektrischen isolierenden Zwischenschicht 5 ausgebildet, welche die Kontaktlöcher aufweist. Die Metallschicht 6 ist beispielsweise eine durch Ausbilden einer 0,25 μm dicken Goldschicht (Au) über einer 0,05 μm dicken Chromschicht (Cr) erhaltene Chrom/Gold-Stapelschicht (Cr/Au), die durch Sputtern oder dergleichen erhalten wird.
Dann wird die Metallschicht 6 durch Photolithographie und Ätzen bei dem Schritt gemäß 8D strukturiert. Somit wird ein Leiterbahnmuster erhalten, das mit den Hall-Elementen 21a und 21b zu verbinden ist.
Danach wird die Harzschicht 7 aus Polyimid (PI) auf der Metallschicht 6 bei dem Schritt gemäß 8E ausgebildet. Gemäß vorstehender Beschreibung wird die Harzschicht 7 verwendet, um die Festigkeit der in 4 dargestellten Verbindungsteile E zu erhöhen, um die Oberfläche des Siliziumsubstrats 10a zu schützen, und um die Metallschicht 6 zu isolieren. In 4 ist die Harzschicht 7 zur Vereinfachung lediglich auf den Verbindungsteilen E gezeigt.
Danach wird bei dem Schritt gemäß 9A die Harzschicht 7 zur Ausbildung einer Vertiefung 7s zur Trennung der Hall-Elemente 21a und 21b voneinander geätzt.
Daraufhin wird das Siliziumsubstrat 10a einem Plasmaätzvorgang von der Rückoberflächenseite unterzogen, bis die dielektrische isolierende Zwischenschicht 5 bei dem Schritt gemäß 9B an den Verbindungsteilen E freigelegt ist. Dabei kann Schwefelhexafluorid (SF₆) oder dergleichen als Ätzgas verwendet werden.
Schließlich werden bei dem Schritt gemäß 9C die beiden Hall-Elemente 21a und 21b durch einen Photolithographie- sowie einen Ätzvorgang zur Ausbildung der Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk voneinander getrennt. Dies schließt die Verarbeitung des Siliziumsubstrats 10a als dem Hall-Element-Verarbeitungsablauf ab.
Die 10A bis 10E zeigen Schritt-für-Schritt-Schnittansichten zur Darstellung der Verarbeitung der Basis 10B des in 4 dargestellten magnetischen Sensorgerätes 101. Im Einzelnen stellen die 10A bis 10E den Basisherstellungsvorgang für die Basis 10b mit den geneigten Oberflächen 10bs und 10bt dar, die relativ zu den Halteoberflächen, die das Halbleitersubstrat 10a halten, in geneigten Richtungen angeordnet sind.
Zunächst wird bei dem Schritt gemäß 10A ein p-Siliziumsubstrat (Si) 10b mit der {100}-Ebenenrichtung hergestellt. Die Substratkonzentration beträgt etwa 2 × 10¹⁵/cm³, und die Substratdicke liegt bei etwa 500 μm.
Dann wird eine Oxidschicht (SiO₂) 13 durch Wärmeoxidation bei dem Schritt gemäß 10B ausgebildet. Danach wird eine Nitridschicht (SiN) 14 auf der Oxidschicht 13 ausgebildet.
Sodann werden bei dem Schritt gemäß 10C die Oxidschicht 13 und die Nitridschicht 14 für den Erhalt einer Ätzmaske zur Ausbildung der geneigten Oberflächen strukturiert.
Daraufhin wird ein Nassätzvorgang bei dem Schritt gemäß 10B unter Verwendung einer wässrigen Lösung mit TMAH oder Kaliumhydroxid (KOH) ausgeführt. Dabei werden die strukturierte Oxidschicht 13 und die Nitridschicht 14 als Maske verwendet, und die geneigten Oberflächen 10bs und 10bt werden auf dem Siliziumsubstrat 10b ausgebildet. Die geätzte Endfläche 10bh wird zu den Halteflächen 10bh zum Halten des in 4 dargestellten Halbleitersubstrats 10a.
Das Nassätzen des Siliziumsubstrats 10b unter Verwendung der wässrigen Lösung mit TMAH oder Kaliumhydroxid (KOH) ist ein anisotroper Ätzvorgang. Daher sind die geneigten Oberflächen 10bs und 10bt und die Halteoberflächen 10bh Kristallflächen, die vorzugsweise durch den anisotropen Ätzvorgang ausgebildet werden. Aus diesem Grund werden die geneigten Oberflächen 10bs und 10bt zu geneigten Oberflächen mit spezifizierten exakten Winkeln relativ zu den Halteoberflächen 10bh. Daher ist das magnetische Sensorgerät 101, das durch Anordnen der Hall-Elemente 21a und 21b auf den geneigten Oberflächen 10bs und 10bt bei nachfolgenden Verarbeitungsvorgängen hergestellt wird, hochgenau und weniger zur Erzeugung von Fehlern geneigt.
Sodann werden die Oxidschicht 13 und die Nitridschicht 14 durch Phosphorsäure oder dergleichen entfernt, und dann wird eine Wärmeoxidation erneut zur Ausbildung einer Oxidschicht (SiO₂) 15 bei dem Schritt gemäß 10C ausgeführt. Danach wird Polyimid 16 auf der Oxidschicht 15 ausgebildet. Bei 4 ist die graphische Darstellung der Oxidschicht 15 und des Polyimids 16 zur Vereinfachung weggelassen.
Damit ist die Verarbeitung des Siliziumsubstrats 10b der Basis abgeschlossen.
11 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung eines Haltevorgangs. Bei diesem Vorgang werden die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk, welche die Hall-Elemente 21a und 21b aufweisen, und das Siliziumsubstrat 10a auf dem Siliziumsubstrat 10b, das als Basis dient, gehalten, das heißt gesichert.
Zunächst wird das bei dem in den 10A bis 10E dargestellten Basisherstellungsvorgang hergestellte Siliziumsubstrat 10b auf einer Stelle auf der Rückoberflächenstelle des bei dem in den 5A bis 9C dargestellten Hall-Element-Herstellungsvorgang hergestellten Siliziumsubstrat 10a angeordnet. Danach wird das Siliziumsubstrat 10b von der Rückoberflächenseite des Siliziumsubstrats 10a hochgedrückt. Die Metallschicht 6 und das Polyimid 7 werden dadurch an den Verbindungsteilen E deformiert, damit die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk auf den geneigten Oberflächen 10bs und 10bt des Siliziumsubstrats 10b angeordnet werden. Sodann werden das Siliziumsubstrat 10a und das Siliziumsubstrat 10b mit einander durch eine elektrostatische Kraft (durch Anlegen von 200V Gleichspannung) in engen Kontakt mit einander gebracht. Schließlich wird das gesamte Arbeitsstück erwärmt (bei 350°C für 30 Minuten), um das Polyimid 16, das bei der Darstellung des Schrittes gemäß 10E gezeigt ist, als Zwischenschicht zwischen dem Substrat 10a und dem Substrat 10b zu verwenden.
Dies schließt die Herstellung des magnetischen Sensorgerätes 101 mit den auf den geneigten Oberflächen 10bs und 10bt angeordneten Hall-Elementen 21a und 21b ab, wie es in 4 gezeigt ist.
Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren verwendet überwiegend die allgemeinen Verarbeitungstechniken für Halbleitervorrichtungen. Daher bietet das Herstellungsverfahren für die magnetischen Sensorgeräte einen vorteilhaften Durchsatz, und ist im Vergleich zu den bekannten Herstellungsverfahren zur Massenproduktion geeignet. Bei den in den 15A und 15B dargestellten bekannten Herstellungsverfahren für das magnetische Sensorgerät 90 wird eine Strukturierung durch eine viermalige Elektronenstrahlbelichtung ausgeführt. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann das magnetische Sensorgerät 101, das weniger anfällig für die Erzeugung von Fehlern ist, gemäß der vorstehenden Beschreibung bei geringen Kosten hergestellt werden.
Die 12 bis 14 zeigen Abwandlungen des magnetischen Sensorgerätes gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Bei den Darstellungen der magnetischen Sensorgeräte 102 bis 104 in den 12 bis 14 sind dieselben Elemente wie bei dem magnetischen Sensorgerät 101 gemäß 4 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ähnlich wie bei dem magnetischen Sensorgerät 101 beinhaltet das magnetische Sensorgerät 102 gemäß 12 zwei Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 22ak und 22bk und eine Basis 10d. Die Hall-Element-Ausbildungsanordnung 22ak und 22bk weisen die Hall-Elemente 21a beziehungsweise 21b auf, die auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats 10c angeordnet sind. Die Basis 10d ist auf der Rückoberflächenseite des Halbleitersubstrats 10c angeordnet, und hält die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 22ak und 22bk und das Halbleitersubstrat 10c. Bei dem magnetischen Sensorgerät 101 gemäß 4 wird der Abschnitt unter den Hall-Elementen 21a und 21b weitgehend durch Ätzen entfernt. Bei dem magnetischen Sensorgerät 102 gemäß 12 wird das ungeätzte Halbleitersubstrat 10c mit seiner ursprünglichen Dicke unter jedem Hall-Element 21a, 21b belassen. Aus diesem Grund sind die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk frei von durch Ätzen verursachten Dickenvariationen. Zudem ist der Anordnungswinkel der Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak und 21bk auf den geneigten Oberflächen 10bs und 10dt genau.
Bei dem magnetischen Sensorgerät 101 gemäß 4 wird das Halbleitersubstrat 10a vollständig an den Verbindungsteilen E geätzt, und seine Dicke wird auf 0 μm geätzt. Die Hall-Element-Ausbildungsanordnung 21ak und 21bk und die Abschnitte des Halbleitersubstrats 10a außerhalb der Vertiefung sind miteinander lediglich durch die Metallschicht 6 und die Harzschicht 7 verbunden. Bei dem magnetischen Sensorgerät 102 gemäß 12 wird die Dicke des Halbleitersubstrats 10c an den Verbindungsteilen F auf 20 μm oder weniger gesteuert, was dessen relativ leichte plastische Deformation erlaubt. Somit wird das Halbleitersubstrat 10c an den Verbindungsteilen F dünn belassen. Im Falle des magnetischen Sensorgerätes 102 gemäß 12 kann die erforderliche Festigkeit der Verbindungsteile F mit dem Halbleitersubstrat 10c sicher gestellt werden. Daher ist es unnötig, die Harzschicht 7 aus Polyimid oder dergleichen besonders bereitzustellen, welche sich bei dem magnetischen Sensorgerät 101 gemäß 4 findet.
Es gibt eine Gemeinsamkeit zwischen dem magnetischen Sensorgerät 101 gemäß 4 und dem magnetischen Sensorgerät 102 gemäß 12. Die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak, 21bk, 22ak, 22bk werden nämlich auf den geneigten Oberflächen 10bs, 10bt, 10ds, 10dt der Basis 10b, 10d angeordnet, so dass sie vom Rest der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 10a, 10c in Richtung weg von der Basis 10b, 10d hervorstehen.
Die magnetischen Sensorgeräte 103 und 104 gemäß den 13 und 14 sind diesbezüglich verschieden. Im Einzelnen sind die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 23ak, 23bk, 24ak, 24bk auf den geneigten Oberflächen 10fs, 10ft, 10hs, 10ht der Basis 10f, 10h angeordnet, so dass sie vertieft oder ausgehöhlt gegenüber dem Rest der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 10e, 10g in Richtung zu der Basis 10f, 10h hin sind. Die Struktur der Verbindungsteile G des magnetischen Sensorgerätes 103 gemäß 13 ist dieselbe wie die der Verbindungsteile E des magnetischen Sensorgerätes 101 gemäß 4. Die Struktur der Verbindungsteile H des magnetischen Sensorgerätes 104 gemäß 14 ist dieselbe, wie die der Verbindungsteile F des magnetischen Sensorgerätes 102 aus 12.
Wenn die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen hervorragen, wie bei den magnetischen Sensorgeräten 101 und 102, ergibt sich der folgende Vorteil. Genauer können die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen 21ak, 21bk, 22ak, 22bk leicht auf den geneigten Oberflächen 10bs, 10bt, 10ds und 10dt gehalten werden. Wenn die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen wie bei den magnetischen Sensorgeräten 103 und 104 gemäß den 13 und 14 konkav angeordnet sind, bringt dies den nachstehend beschriebenen Vorteil mit sich. Genauer werden die Hall-Elemente 21a und 21b im Vergleich zu den Fällen vorteilhafter geschützt, bei denen die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen hervorstehen.
Die magnetischen Sensorgeräte 102 bis 104 gemäß den 12 bis 14 weisen außerdem einen ähnlichen Aufbau wie das magnetische Sensorgerät 101 gemäß 4 bezüglich der nachstehend beschriebenen Punkte auf. Genauer sind die Halbleitersubstrate 10c, 10e und 10g, in denen die Hall-Elemente 21a und 21b bereitgestellt sind, von den Basen 10b, 10f, 10h separat ausgebildet, über denen die Hall-Elemente 21a und 21b schließlich angeordnet sind. Daher können die magnetischen Sensorgeräte 102 bis 104 außerdem ausgebildet werden, so dass die Hall-Elemente auf den geneigten Oberflächen angeordnet sind, und sie können zur Massenproduktion geeignet, hochgenau, und weniger zur Erzeugung von Fehlern geneigt sein. Es sei angemerkt, dass die magnetischen Sensorgeräte 102 bis 104 außerdem unter Verwendung des in den 5A bis 11 dargestellten Herstellungsverfahrens in ähnlicher Weise hergestellt werden können.
(Andere Abwandlungen)
Jedes der in den 4 und 12 bis 14 dargestellten magnetische Sensorgeräte 101 bis 104 verwendet die Basis 10b, 10d, 10f, 10h, die ein einkristallines Siliziumsubstrat aufweist. Die bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Sensorgerät verwendete Basis ist nicht darauf beschränkt, und kann eine aus einem beliebigen anderen Material ausgebildete Basis sein, wie etwa aus Metall. Bei den magnetischen Sensorgeräten 101 bis 104 sind die beiden Hall-Elemente 21a und 21b jeweils in demselben Halbleitersubstrat 10a, 10c, 10e, 10g ausgebildet. Bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Sensorgerät ist die Anzahl der in demselben Halbleitersubstrat ausgebildeten Hall-Elemente nicht auf zwei beschränkt. Eines oder eine beliebige Mehrzahl von Hall-Elementen kann in demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sein.
Zusätzliche Vorteile und Abwandlungen sind dem Fachmann leicht ersichtlich. Die Erfindung ist daher nicht auf die spezifischen Einzelheiten, die repräsentativen Geräte und die gezeigten und beschriebenen Beispiele beschränkt.
Gemäß vorstehender Beschreibung sind zwei Hall-Element-Ausbildungsanordnungen (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) auf einem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet. Jede Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) beinhaltet ein Hall-Element (21a, 21b) das in einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet ist. Eine Basis (10b, 10d 10f, 10h) ist separat von dem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet. Dabei ist die Basis (10b, 10d, 10f, 10h) auf einer Rückoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) angeordnet und hält das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) und die Hall-Element-Ausbildungsanordnungen (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk). Die Basis (10b, 10d, 10f, 10h) beinhaltet eine Halteoberfläche (10bh), welche das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) hält, und zwei geneigte Oberflächen (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht), von denen jede bezüglich der Halteoberfläche (10bh) geneigt ist. Jede Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) wird auf einer entsprechenden der zumindest einen geneigten Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) gehalten.

Claims

Magnetisches Sensorgerät mit: einem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g); zumindest einer Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk), die auf dem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet ist, wobei jede der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) ein Hall-Element (21a, 21b) beinhaltet, das in einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet ist; und einer Basis (10b, 10d, 10f, 10h), die auf einer Rückoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) angeordnet ist und das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) und die zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) hält, wobei: die Basis (10b, 10d, 10f, 10h) versehen ist mit: einer Halteroberfläche (10bh), welche das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) hält; und zumindest einer geneigten Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht), die bezüglich der Halteoberfläche (10bh) geneigt ist; und jede der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) auf einer entsprechenden der zumindest einen geneigten Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) gehalten wird.
Magnetisches Sensorgerät nach Anspruch 1, wobei: die zumindest eine Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) eine Vielzahl von Hall-Element-Ausbildungsanordnungen (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) beinhaltet; und die zumindest eine geneigte Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) eine Vielzahl von geneigten Oberflächen (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) beinhaltet, welche jeweils verschiedene Ebenenrichtungen aufweisen, und welche die Vielzahl von Hall-Element-Ausbildungsanordnungen (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) jeweils halten.
Magnetisches Sensorgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei: eine Vertiefung (10au, 10av) in der Rückoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) ausgespart ist; die Vertiefung (10au, 10av) sich um das Hall-Element (21a, 21b) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) erstreckt; ein Abschnitt der Vertiefung (10au, 10av) durch das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) dringt, mit Ausnahme eines Verbindungsteils (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk); das Verbindungsteil (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) dünner als ein benachbartes Teil der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) ist, die sich benachbart zu dem Verbindungsteil (E, F, G, H) der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) befindet; und das Verbindungsteil (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) plastisch deformiert ist, damit die Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) auf der entsprechenden geneigten Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) platziert wird.
Magnetisches Sensorgerät nach Anspruch 3, wobei: eine Metallschicht (6) über dem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) über eine dielektrische isolierende Zwischenschicht (5) angeordnet ist; und die Metallschicht (6) eine Kupferschicht (Cu) oder eine Stapelschicht aus Chrom (Cr) und Gold (Au) ist.
Magnetisches Sensorgerät nach Anspruch 4, wobei eine Harzschicht (7) oder eine Oxidschicht über der Metallschicht (6) in dem Verbindungsteil jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) ausgebildet ist.
Magnetisches Sensorgerät nach Anspruch 5, wobei die Harzschicht (7) aus Polyimid ist.
Magnetisches Sensorgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei eine Dicke des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) in dem Verbindungsteil (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) kleiner gleich 20 μm ist.
Magnetisches Sensorgerät nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Dicke des Halbleitersubstrats (10a, 10e) in dem Verbindungsteil (E, G) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk) 0 μm beträgt, so dass das Halbleitersubstrat (10a, 10e) in dem Verbindungsteil (E, G) der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 23ak, 23bk) eliminiert ist, und die Metallschicht (6) und die Harzschicht (7) des Verbindungsteils (E, G) der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 23ak, 23bk) die Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 23ak, 23bk) mit einem entsprechenden äußeren Abschnitt des Halbleitersubstrats (10a, 10e) verbindet, der außerhalb der Vertiefung (10au, 10av) angeordnet ist.
Magnetisches Sensorgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jede Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk) gegenüber dem Rest der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c) in einer Richtung von der Basis (10b, 10d) weg hervorsteht.
Magnetisches Sensorgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jede Hall-Element-Ausbildungsanordnung (23ak, 23bk, 24ak, 24bk) gegenüber dem Rest der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c) zu der Basis (10f, 10h) hin vertieft ist.
Magnetisches Sensorgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) ein erstes Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) ist; und die Basis (10b, 10d, 10f, 10h) ein zweites Halbleitersubstrat (10b, 10d, 10f, 10h) ist, das getrennt von dem ersten Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet ist.
Magnetisches Sensorgerät nach Anspruch 11, wobei: das zweite Halbleitersubstrat (10b, 10d, 10f, 10h) ein einkristallines Siliziumsubstrat ist; und jede geneigte Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) des zweiten Halbleitersubstrats (10b, 10d, 10f, 10h) eine Kristallfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats ist, die durch anisotropes Ätzen bevorzugt ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren für ein magnetisches Sensorgerät mit den Schritten: Herstellen zumindest einer Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) auf einem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10f), wobei jede der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) ein Hall-Element (21a, 21b) beinhaltet, das in einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) ausgebildet ist; Herstellen einer Basis (10b, 10d, 10f, 10h) zum Halten des Halbleitersubstrates (10a, 10c, 10e, 10g), wobei die Basis (10b, 10d, 10f, 10h) versehen ist mit: einer Halteoberfläche (10bh), die das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) hält; und zumindest einer geneigten Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht), die bezüglich der Halteoberfläche (10bh) geneigt ist; und Halten des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) auf der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) beim Anordnen der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) auf einer Rückoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g), so dass jede der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) auf einer entsprechenden der zumindest einen geneigten Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) gehalten wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, wobei: das Herstellen der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) das Ausbilden einer Vertiefung (10au, 10av) in der Rückoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) beinhaltet, wobei: die Vertiefung (10au, 10av) sich um das Hall-Element (21a, 21b) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) erstreckt; ein Abschnitt der Vertiefung (10au, 10av) durch das Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) eindringt, mit Ausnahme eines Verbindungsteils (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk); und der Verbindungsteil (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) dünner als ein benachbarter Teil der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) ist, welche sich benachbart zu dem Verbindungsteil (E, F, G, H) der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) befindet, und; das Halten des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) eine plastische Deformierung des Verbindungsteils (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) beinhaltet, damit die Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) auf der entsprechenden geneigten Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) platziert wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, wobei das Herstellen der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) ferner das Anordnen einer Metallschicht (6) über dem Halbleitersubstrat (10a, 10c, 10e, 10g) über eine dielektrische isolierende Zwischenschicht (5) auf eine Weise beinhaltet, dass eine elektrische Verbindungsleitung, die durch die Metallschicht (6) ausgebildet wird, sich durch das Verbindungsteil (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) erstreckt und mit dem Hall-Element (21a, 21b) der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) verbunden ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 15, wobei das Herstellen der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) ferner das Ausbilden einer Harzschicht (7) über der Metallschicht (6) in dem Verbindungsteil (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) beinhaltet.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei Das Herstellen der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) ferner beinhaltet, dass eine Dicke des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) in dem Verbindungsteil (E, F, G, H) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 22ak, 22bk, 23ak, 23bk, 24ak, 24bk) kleiner gleich 20 μm ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, wobei das Herstellen der zumindest einen Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 23ak, 23bk) ferner beinhaltet, dass eine Dicke des Halbleitersubstrats (10a, 10e) in dem Verbindungsteil (E, G) jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (2lak, 21kk, 23ak, 23bk) gleich 0 μm ausgebildet wird, so dass das Halbleitersubstrat (10a, 10e) in dem Verbindungsteil (E, G) der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 23ak, 23bk) eliminiert wird, und die Metallschicht (6) und die Harzschicht (7) des Verbindungsteils (E, G) der Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 23ak, 23bk) die Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 23ak, 23bk) mit einem entsprechenden äußeren Abschnitt des Halbleitersubstrats (10a, 10e) verbindet, der außerhalb der Vertiefung (10au, 10av) angeordnet ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Halten des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10f) ferner das Positionieren jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk) derart beinhaltet, dass die Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk) gegenüber dem Rest der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c) in einer Richtung weg von der Basis (10b, 10d) hervorsteht.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Halten des Halbleitersubstrats (10a, 10c, 10e, 10g) ferner das Positionieren jeder Hall-Element-Ausbildungsanordnung (21ak, 21bk, 22ak, 22bk) derart beinhaltet, dass die Hall-Element-Ausbildungsanordnung (23ak, 23bk, 24ak, 24bk) gegenüber dem Rest der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (10a, 10c) zu der Basis (10f, 10h) hin vertieft ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei das Herstellen der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) das anisotrope Ätzen der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) beinhaltet, die aus einem einkristallinen Siliziumsubstrat ausgebildet ist, damit jede geneigte Oberfläche (10bs, 10bt, 10ds, 10dt, 10fs, 10ft, 10hs, 10ht) der Basis (10b, 10d, 10f, 10h) als eine Kristallfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats (10b, 10d, 10f, 10h) ausgebildet wird.