JP2002107382A - 半導体装置およびその製造方法、並びに電流センサ - Google Patents

半導体装置およびその製造方法、並びに電流センサ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板上に形成した検出素子を測定対象
に対してより近づけることを可能にした半導体装置、磁
気センサ、電流センサの実現。 【解決手段】 半導体装置には、異方性エッチング可能
な結晶面が（１００）である半導体材料１１に異方性エ
ッチングされた貫通穴１３の底部に電極１４が形成さ
れ、エッチングされた貫通穴側１３から電極１４に対し
てワイヤ１８がボンディングされる。センサ部１２と測
定対象との距離がボンディングワイヤ１８等によって制
限されることなく近接できるので、センサの感度を大幅
に向上できる。この半導体装置の表面に絶縁層１５を介
して被測定電流の電流導体を配置することで電流センサ
が得られる。電流センサに、電流導体に流れる電流によ
り生じる磁束を収束することにより磁気センサ部での磁
場強度を高める磁気収束板を備えることは好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に測定対象物に
近接して配置する必要がある半導体磁気センサ等のセン
サに利用される半導体装置およびその製造方法、並びに
その半導体装置を用いた電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁場強度の検出を行う半導体磁気
センサとしてホール効果を用いた半導体ホールセンサが
ある。図８に示すように、従来の半導体ホールセンサ
は、半導体基板１の表面２に検出素子３が形成されてお
り、センサへの電源の供給あるいはセンサからの信号の
取り出しは、検出素子３と同一平面上で絶縁層８に形成
した接続端子４により行っている。半導体基板１は通常
リードフレーム５上に固定され、リードフレーム５の一
部により形成される接続端子と半導体基板１上の接続端
子４はワイヤ６により接続され、これら全体は樹脂７で
モールドされている。また、導体を流れる電流により生
じる磁界を上記の半導体磁気センサを用いて検出するこ
とにより、電流導体を流れる電流値を測定する電流セン
サがある（ＵＳＰ第５、９４２、８９５号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来例では、図８に示すように、リードフレーム
５の一部により形成される接続端子と半導体基板１上の
接続端子４間を接続するワイヤ６は、ワイヤ相互の接触
あるいは半導体基板１への接触等を避けるためにループ
状に形成される。検出素子３はシリコン酸化膜（絶縁
層）８で覆われているが、ループ状のワイヤ６も樹脂７
で覆う必要がある。この状態で測定対象（図示しない）
に対してこの半導体磁気センサを近接したとしても、ワ
イヤ６を保持する厚い樹脂層７のため、半導体基板１の
表面にある検出素子３は測定対象から少なくとも数百ミ
クロン離れてしまう。
【０００４】磁場強度はその磁場発生源から遠ざかるに
つれて減衰するので、より精度の高い検出を行うには、
磁場発生源（すなわち、測定対象）から検出素子３まで
の距離をさらに短くする必要がある。
【０００５】このため、検出素子３を磁場発生源に現在
よりもより近接して配置できる半導体磁気センサや電流
センサの出現が望まれる。
【０００６】また、ＵＳＰ第５、９４２、８９５号で開
示されたような従来の電流センサでは、電流導体の太さ
は測定する最大電流値によって決まる。従って、電流値
が大きい場合は、センサのチップのサイズに比べて電流
導体の方が太い場合も起こり得る。このような場合、ワ
イヤボンディングで取り出すには、チップのサイズを電
流導体よりも大きくしなければならない。チップが大き
くなるということは製造コストが高くなるということで
あるから、実用上問題である。
【０００７】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、半導体基板上に形成した検出素子を測
定対象に対してより近づけることを可能にした半導体装
置およびその製造方法、並びにその半導体装置を利用し
た電流センサを提供することにある。
【０００８】また、本発明のさらなる目的は、電流導体
の太さがチップよりも太くなっても、チップは電流導体
のサイズによらず最小寸法で製造することが可能な電流
センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の半導体装置の発明は、異方性エッチング
可能な半導体材料を基板とする半導体装置であって、該
半導体装置の外部取り出し電極が形成されている前記半
導体材料の領域に裏面から異方性エッチングされ、該異
方性エッチングされた部位からワイヤが前記外部取り出
し電極にボンディングされて該電極と電気的に接続され
ていることを特徴とする。
【００１０】上記目的を達成するため、請求項３の半導
体装置の製造方法の発明は、異方性エッチング可能な半
導体材料のほぼ同一平面上に検出素子および外部取り出
し電極を形成する工程と、前記半導体材料上の前記外部
取り出し電極の位置までに前記半導体材料の裏面からエ
ッチングを行う工程と、前記エッチングされた側から前
記外部取り出し電極にワイヤボンディングを行う工程と
を有することを特徴とする。
【００１１】ここで、前記異方性エッチング可能な半導
体材料の結晶面が（１００）であることを特徴とするこ
とができる。
【００１２】上記目的を達成するため、請求項５の電流
センサの発明は、前記半導体装置の表面に絶縁層を介し
て被測定電流の電流導体を配置したことを特徴とする。
【００１３】ここで、前記電流導体に流れる電流により
生じる磁束を収束することにより磁気センサ部での磁場
強度を高める磁気収束板を有することを特徴とすること
ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【００１５】（第１の実施形態）図１の（A）は本発明
の第１の実施形態における半導体磁気センサの構成を示
す縦断面図であり、図１の（B）はその上方から見た外
観を示す斜視図である。
【００１６】図１の（A）において、１０は半導体磁気
センサの全体を示す。１１は結晶面が（１００）の異方
性エッチング可能なシリコン基板、１２はシリコン基板
１１の表面に形成したホール素子（磁気検出素子）、１
３は異方性エッチングによりシリコン基板１１の裏面側
から開口した断面V形状の貫通穴、１４はエッチングさ
れた貫通穴１３の底部位置でかつ上記ホール素子１２と
ほぼ同一平面上に形成したボンディングパット（電極）
である。なお、シリコン基板１１の代わりに、結晶面が
（１００）の異方性エッチング可能なＧａＡｓ基板も利
用することができる。
【００１７】また、１５はホール素子１２とボンディン
グパット１４を覆うシリコン酸化膜（絶縁層）、１６は
シリコン基板１１の裏面上に配置した絶縁性接着フイル
ム、１７は絶縁性接着フイルム１６を介してシリコン基
板１１に接着させたリードフレーム、１８はエッチング
された側からボンディングパット１４とリードフレーム
１７間に接続されたワイヤ、１９はワイヤ１８等の全体
を包む樹脂でありモールドにより成形されてパッケージ
となる。
【００１８】図２および図３は、図１の半導体磁気セン
サの製造方法を示す工程図である。以下、図２および図
３を参照して本実施形態における製造方法について工程
順に順次説明する。なお、以下の（ａ）〜（ｇ）は図２
に、（ｈ）〜（ｊ）は図３に示す。
【００１９】（ａ）素子形成工程： 結晶面が（１０
０）のシリコン基板１１上に磁気センサ（ホール素子）
１２を形成し、その上にシリコン酸化膜（絶縁層）１５
を形成し、このシリコン酸化膜（絶縁層）１５中におよ
びボンディングパット（電極）１４を形成する。この素
子の形成は従来からＬＳＩ（大規模集積回路）等の製造
で用いられる周知の製造技術により行われる。シリコン
基板１１上には磁気センサ１２と同時に信号処理回路
（図示しない）も形成する。
【００２０】（ｂ）バックグラインド工程： 上述のシ
リコン基板１１の表面側の加工の後、シリコン基板１１
の裏面をバックグラインドにより所定の厚さ（例えば、
４００ミクロン程度）に加工する。本図中の太線２０は
バックグラインド加工により生じたざらついた表面の部
分を示す。
【００２１】（ｃ）平坦化（スピンエッチ）工程： 上
記のバックグラインドではシリコン基板１１の裏面を機
械的に研削するため、加工後の裏面は鏡面ではなく凹凸
となり、結晶欠陥も存在する。そこで、フッ酸、硝酸を
含む薬液を用いたエッチングによりその裏面を１００ミ
クロン程度エッチングして平坦化するとともに、結晶欠
陥を除去する。本図中の２１は平坦化され結晶欠陥が除
去された部分を示す。この平坦化は、後の工程（ｆ）で
の加工形状を良好に保つために必要であり、平坦化を行
わない場合には囲う形状が乱れる。ここで、平坦化の手
法としては、シリコン基板１１の鏡面研磨等で一般的に
用いられているケミカルメカニカルポリシングを用いて
も良い。
【００２２】（ｄ）シリコン酸化膜デポ（裏面）工程：
プラズマCVD(化学蒸着法；化学気相堆積)によりシリ
コン酸化膜２２をシリコン基板１１の裏面に堆積する。
ここでシリコン酸化膜２２は後の工程（ｆ）でのエッチ
ングマスクとして用いるもので、その工程（ｆ）でエッ
チングされ難い材料であれば何でも良く、例えばシリコ
ン窒化膜を用いてもよい。
【００２３】（ｅ）エッチングマスク形成工程： フォ
トリソグラフィーとエッチングによりシリコン酸化膜２
２のパターニングを行う。シリコン酸化膜２２に形成さ
れるパターンは、シリコン基板１１の表側に形成したボ
ンディングパット１４へシリコン基板１１の裏面から貫
通穴１３（図１の（ｆ）参照）をあけるためのもので、
この穴位置に合うようにフォトレジストをパターニング
し、次にシリコン酸化膜２２をエッチングする。
【００２４】（ｆ）異方性エッチング工程： 上記のよ
うにパターニングしたシリコン酸化膜２２をエッチング
マスクとして強アルカリ溶液によりシリコン１１の異方
性エッチングを行う。この異方性エッチングは周知の技
術であり、そのエッチング液としては、KOH水溶液、TMA
H(テトラメチールアンモニュームハイドロオキサイド)
水溶液などを用いる。シリコンの異方性エッチングでは
（１１１）面のエッチング速度が遅いために、エッチン
グ部の側面は（１１１）面が露出した後は殆どエッチン
グが進行しない。また、シリコン酸化膜はシリコンに比
べてエッチング速度が遅いので、エッチングが表側のシ
リコン酸化膜（絶縁層）１５に達した時点で、エッチン
グは進行しなくなる。
【００２５】（ｇ）酸化膜エッチング工程： ドライエ
ッチングにより裏面からシリコン酸化膜１５をエッチン
グする。シリコン基板１１に開けた穴１３をマスクに、
シリコン酸化膜１５をエッチングし、これを穴１３がボ
ンディングパット１４に到達するまで行う。このとき同
時に（ｆ）の工程で用いたエッチングマスク２２もエッ
チングする。
【００２６】（ｈ）リードフレーム接着工程： シリコ
ン基板１１をダイシングしてチップに分割した後、絶縁
性接着フィルム１６を介してチップの裏面とリードフレ
ーム１７とを接着する。
【００２７】（ｉ）ワイヤボンディング工程： リード
フレーム１７とボンディングパット１４間をAuワイヤ１
８で接続する。
【００２８】（ｊ）樹脂モールド工程： 全体を樹脂モ
ールドし、リードフレーム１７を整形する。
【００２９】本実施形態の半導体磁気センサ１０は、磁
気センサ部１２と測定対象（図示しない）との距離がボ
ンディングワイヤ１８等によって制限されることなく、
近接できるので、磁場強度の検出感度を大幅に向上する
ことができる。
【００３０】（第２の実施形態）図４の（A）は本発明
の第２の実施形態における電流センサの構成を示す縦断
面図であり、図４の（B）はその上方から見た外観を示
す斜視図である。
【００３１】第２の実施形態では、電流導体（例えばＣ
ｕを主成分とする金属）４１に流れる電流により生じる
磁束を磁気センサ（ホール素子）で検知することによ
り、電流導体４１に流れる電流値を計測する電流センサ
４０の構成例を示す。
【００３２】本図中のＡ，Ｂは磁気センサ（１２）の配
置位置を示し、基板面に対して平行な磁場を検知するこ
とができる磁気センサを基板１１に形成する場合は、本
図中のＢの位置に磁気センサを配置し、基板面に対して
垂直な磁場を検知することができる磁気センサを基板１
１に形成する場合は、本図中のＡの位置に磁気センサを
配置する。
【００３３】その他の構成は図１の（Ａ）に示す第１の
実施形態の構成とほぼ同様である。
【００３４】図５は、図４の電流センサの製造方法を示
す工程図である。
【００３５】本実施形態の（ａ）〜（ｇ）までの工程
は、図２で示す本発明の第１の実施形態の（ａ）〜
（ｇ）の工程と同じ内容であるので省略する。
【００３６】（ｈ）電流導体配置工程： シリコン基板
１１をダイシングしてチップに分割した後、電流導体４
１とリードフレーム１７をほぼ同一平面上にチップの表
側を絶縁性接着フィルム１６を介して配置する。本図中
のＡ，Ｂは磁気センサ（１２）の配置位置を示す。
【００３７】（ｉ）ワイヤボンディング工程： リード
フレーム１７とボンディングパット１４間をAuワイヤ１
８で接続する。
【００３８】（ｊ）樹脂モールド工程： 全体を樹脂モ
ールドし、リードフレーム１７を整形する。
【００３９】図６は樹脂モールドする直前の電流センサ
を上方から見た平面図である。本図中のＡ，Ｂは磁気セ
ンサ（１２）の配置位置を示す。
【００４０】本実施形態の電流センサ４０は、磁気セン
サ１２側にワイヤ１８がないので、磁気センサ１２は絶
縁層１５を介して電流導体４１に近接することができ、
高感度な電流値計測ができる。
【００４１】（第３の実施形態）図７の（A）は本発明
の第３の実施形態における電流センサの構成を示す縦断
面図であり、図７の（B）はその電流センサを上方から
見た平面図である。なお、本実施形態の電流センサも、
他の実施形態の場合と同様に、最後に樹脂モールドされ
るが、図７では分かりやすくするため、樹脂モールドの
図示は省略している。
【００４２】第３の実施形態は、図４に示す第２の実施
形態の構成に一対の磁気収束板７１を加えたものであ
る。この磁気収束板７１は、図７の（Ｂ）に示すような
電流センサの中心部分から端部に向かって広がる台形の
形状を有し、図７の（Ａ）に示すように、シリコン基板
１１の表面のシリコン酸化膜（絶縁層）１５と電流導体
４１間に配置される。磁気収束板７１は例えば強磁性材
料から成形される。
【００４３】本実施形態の電流センサは、従来例の参考
文献として既述したＵＳＰ第５、９４２、８９５号に記
載されているように、磁気収束板７１を用いて電流導体
４１に流れる電流により生じる磁束を磁気センサ部１２
に向かって収束することにより、磁気センサ部１２での
磁場強度を高めることができる。これにより、本実施形
態の電流センサは、より高感度な電流値計測ができる。
【００４４】その他の構成は図４、図６に示す第２の実
施形態の構成と同様である。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサ部と測定対象との距離がボンディングワイヤ等に
よって制限されることなく、近接できるのでセンサの感
度を大幅に向上できる。
【００４６】すなわち、従来ではセンサ部と測定対象と
の距離が数百ミクロン離れてしまっていたが、本発明に
よればその距離を例えば５０ミクロン近くまで接近でき
る。これにより、本発明によれば、半導体磁気センサと
して利用した場合は磁場強度の検出感度を大幅に向上
し、電流センサとして利用した場合は導体を流れる電流
の検出感度を大幅に向上することができる。
【００４７】また、本発明の電流センサは、磁気収束板
を用いて電流により生じる磁束を収束することで磁気セ
ンサ部での磁場強度を高めることができ、より高感度な
電流値計測ができる。
【００４８】また、本発明の電流センサは、電流導体の
太さがチップよりも太くなっても、チップの裏面からワ
イヤボンディングするので、チップは電流導体のサイズ
によらず、最小寸法で製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（A）は本発明の第１の実施形態における半導
体磁気センサの構成を示す縦断面図であり、（B）はそ
の上方から見た外観を示す斜視図である。
【図２】図１の半導体磁気センサの製造方法を示す工程
図である。
【図３】図１の半導体磁気センサの製造方法を示す工程
図である。
【図４】（A）は本発明の第２の実施形態における電流
センサの構成を示す縦断面図であり、（B）はその上方
から見た外観を示す斜視図である。
【図５】図４の電流センサの製造方法を示す工程図であ
る。
【図６】本発明の第２の実施形態における樹脂モールド
する直前の電流センサを上方から見た平面図である。
【図７】（A）は本発明の第３の実施形態における電流
センサの構成を示す縦断面図であり、（B）はその電流
センサを上方から見た平面図である。
【図８】従来例の半導体磁気センサの構成を示す縦断面
図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 表面 ３ 検出素子 ４ 接続端子 ５ リードフレーム ６ ワイヤ ７ 樹脂 ８ 絶縁層 １０ 半導体磁気センサ １１ 結晶面が（１００）の異方性エッチング可能なシ
リコン基板 １２ ホール素子（磁気センサ部） １３ 貫通穴 １４ ボンディングパット（電極） １５ シリコン酸化膜（絶縁層） １６ 絶縁性接着フイルム １７ リードフレーム １８ ワイヤ １９ 樹脂 ４０ 電流センサ ４１ 電流導体 ７１ 磁気収束板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｈ０１Ｌ 29/44 Ｂ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異方性エッチング可能な半導体材料を基
    板とする半導体装置であって、該半導体装置の外部取り
    出し電極が形成されている前記半導体材料の領域に裏面
    から異方性エッチングされ、該異方性エッチングされた
    部位からワイヤが前記外部取り出し電極にボンディング
    されて該電極と電気的に接続されていることを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記異方性エッチング可能な半導体材料
    の結晶面が（１００）であることを特徴とする請求項１
    に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 異方性エッチング可能な半導体材料のほ
    ぼ同一平面上に検出素子および外部取り出し電極を形成
    する工程と、 前記半導体材料上の前記外部取り出し電極の位置までに
    前記半導体材料の裏面からエッチングを行う工程と、 前記エッチングされた側から前記外部取り出し電極にワ
    イヤボンディングを行う工程とを有することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記異方性エッチング可能な半導体材料
    の結晶面が（１００）であることを特徴とする請求項３
    に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項１または２に記載の半導体装置の
    表面に絶縁層を介して被測定電流の電流導体を配置した
    ことを特徴とする電流センサ。
  6. 【請求項６】 前記電流導体に流れる電流により生じる
    磁束を収束することにより磁気センサ部での磁場強度を
    高める磁気収束板を有することを特徴とする請求項５に
    記載の電流センサ。
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