JP2010038887A

JP2010038887A - 磁気センサおよびその製造方法

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Publication number: JP2010038887A
Application number: JP2008205834A
Authority: JP
Inventors: Takuya Ishida; 拓也石田; Hironori Ishii; 宏典石井
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】半導体基板上に磁気増幅用として磁気センシングする領域上に厚く形成された磁性体を備えた磁気センサ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の磁気センサは、半導体回路１上に絶縁膜４を介して設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなる第１の金属層８と、この第１の金属層８上に設けられたＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層９と、この第２の金属層９上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体１１とを備えている。また、半導体回路１には、外部接続端子パッド２が設けられている。また、この外部接続端子パッド２上には、Ｔｉ又はＴｉ系材料からなるＡｕ下地金属層５が設けられている。また、このＡｕ下地金属層５上には、Ａｕ又はＡｕ系材料からなるＡｕ接続金属膜７が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサおよびその製造方法に関し、より詳細には、半導体基板上に磁気増幅用として磁気センシングする領域上に厚く形成された磁性体を備えた磁気センサおよびその製造方法に関する。

従来、磁気センサとして半導体基板に作成され、さらに、磁気センシング領域上に磁気増幅用として磁性体を形成することが知られている。特に、従来技術として、特許文献１に記載されているように、磁気センサの出力特性の向上させるために、磁性体を形成する前にこの磁性体の直下にＴｉ系材料とＡｕ系材料を形成されたものがある。

そして、外部接続パッドの形成方法について、文献特許１には、半導体基板上に外部接続端子パッドとしてＡｌ系材料でパッド形成され、Ａｌパッド上部に磁性体直下の材料として、Ｔｉ又はＴｉＷ等のＴｉ系材料を用いている。磁性体の形成後は、電気接合をとるために、Ｔｉ材料をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去し、パッド部を再度露出させる構造をとっている。

図１５は、従来の磁気センサを説明するための構成図である。この従来の磁気センサは、半導体回路２１上に絶縁膜２４を介して設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなる第１の金属層２８と、この第１の金属層２８上に設けられたＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層２９と、この第２の金属層２９上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体３１とを備えている。また、半導体回路２１上には、外部接続端子パッドのＡｌパッド２２が設けられ、その上には、ＡｕワイヤーやＡｕバンプ３２が設けられている。

特開２００７−２７８７３３号公報

上述した従来技術では、外部接続端子パッドのＡｌパッド２２にＡｕワイヤーやＡｕバンプ３２を形成している。この図１４に示すように、Ａｌパッド２２とその上のＴｉ系材料とは反応しやすくＡｌ−Ｔｉ系の反応層が形成され、Ａｌ表面が荒れる可能性があり、Ａｕ−Ａｌ接合間の接合強度向上した、より強固な接合構造が求められていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体基板上に磁気増幅用として磁気センシングする領域上に厚く形成された磁性体を備え、かつ、安定した外部接続端子を有する磁気センサ及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、半導体回路上に絶縁膜を介して設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなる第１の金属層と、該第１の金属層上に設けられたＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層と、該第２の金属層上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた磁気センサにおいて、前記半導体回路に設けられた外部接続端子パッドと、該外部接続端子パッド上に設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなるＡｕ下地金属層と、該Ａｕ下地金属層上に設けられたＡｕ又はＡｕ系材料からなるＡｕ接続金属膜とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記Ａｕ接続金属膜の厚みが、０．０１〜２０μｍであることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記Ａｕ下地金属層の厚みが、０．２〜２μｍであることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記第１金属層の厚みが、０．１〜１μｍであることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第２金属層の厚みが、０．１〜１０μｍであることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、半導体回路上に絶縁膜を介して設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなる第１の金属層と、該第１の金属層上に設けられたＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層と、該第２の金属層上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた磁気センサの製造方法において、前記半導体回路に外部接続端子パッドを形成する工程と、前記外部接続端子パッド上にＴｉ又はＴｉ系材料からなるＡｕ下地金属層を形成する工程と、前記Ａｕ下地金属層Ａｕ又はＡｕ系材料からなるＡｕ接続金属膜を形成する工程とを有することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記Ａｕ接続金属膜の厚みが、０．０１〜２０μｍであることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記Ａｕ下地金属層の厚みが、０．２〜２μｍであることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項６，７又は８に記載の発明において、前記第１金属層の厚みが、０．１〜１μｍであることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項６乃至９のいずれかに記載の発明において、前記第２金属層の厚みが、０．１〜１０μｍであることを特徴とする。

本発明によれば、半導体回路上に絶縁膜を介して設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなる第１の金属層と、この第１の金属層上に設けられたＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層と、この第２の金属層上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた磁気センサにおいて、半導体回路に設けられた外部接続端子パッドと、この外部接続端子パッド上に設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなるＡｕ下地金属層と、このＡｕ下地金属層上に設けられたＡｕ又はＡｕ系材料からなるＡｕ接続金属膜とを備えたので、半導体基板上に磁気増幅用として磁気センシングする領域上に厚く形成された磁性体を備え、かつ、安定した外部接続端子を有する磁気センサ及びその製造方法を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る磁気センサを説明するための構成図で、図中符号１は半導体回路、２は外部接続端子パッド、３はホール素子、４は絶縁層、５はＡｕ下地金属層、６がレジストパターン、７はＡｕ接続金属膜、８は第１金属層、９は第２金属層、１１は磁性体を示している。

本発明の磁気センサは、半導体回路１上に絶縁膜４を介して設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなる第１の金属層８と、この第１の金属層８上に設けられたＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層９と、この第２の金属層９上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体１１とを備えている。

また、半導体回路１には、外部接続端子パッド２が設けられている。また、この外部接続端子パッド２上には、Ｔｉ又はＴｉ系材料からなるＡｕ下地金属層５が設けられている。また、このＡｕ下地金属層５上には、Ａｕ又はＡｕ系材料からなるＡｕ接続金属膜７が設けられている。

Ａｕ接続金属膜７の厚みは、０．０１〜２０μｍであることが望ましい。また、Ａｕ下地金属層５の厚みは、０．２〜２μｍであることが望ましい。また、第１金属層８の厚みは、０．１〜１μｍであることが望ましい。また、第２金属層９の厚みは、０．１〜１０μｍであることが望ましい。

図２乃至図１４は、図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図である。

まず、図２において、半導体回路１には、電気接合を有するための外部接続端子パッドが形成されている。また、この半導体回路１には、半導体に埋め込み形成されたホール素子３が形成されている。外部接続端子パッド２は、Ａｌ系の材料が一般的であるである。半導体回路１上には絶縁層４が形成されており、外部接続端子パッド２上には絶縁層４は形成せず露出させている。

次に、図３に示すように、半導体回路１の全体にＴｉ又はＴｉＷなどのＴｉ系材料からなるＡｕ下地金属層５をスパッタリング法又は真空蒸着法もしくは電解・無電解めっき法により形成する。Ａｕ下地金属層５は、外部接続端子パッド２とＡｕ接続金属膜７（後述する）との拡散防止のバリア層として機能するため、厚みは０．２〜２ｕｍが望ましい。

次に、図４に示すように、外部接続端子パッド２上が空隙６ａとなるようなレジストパターン６をＡｕ下地金属層５上に形成する。空隙部６ａの形状は、外部接続端子パッド２と同じもしくはそれより大きな形状が望ましい。

次に、図５に示すように、空隙部６ａにＡｕ又はＡｕ系材料をスパッタリング法又は真空蒸着法もしくは電解・無電解めっき法によりＡｕ接続金属膜７を形成する。このＡｕ接続金属膜７の厚みは、０．０１〜２０ｕｍが望ましい。

次に、図６に示すように、レジストパターン６を除去する。その結果、Ａｕ接続金属膜７がＡｕ下地金属層５上に残ることになる。

次に、図７に示すように、Ａｕ下地金属層５をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去する。その際、Ａｕ接続金属膜７がエッチングされないことが重要である。

次に、図８に示すように、半導体回路１の全体にＴｉ又はＴｉＷなどのＴｉ系材料からなる第１金属層８をスパッタリング法又は真空蒸着法により形成する。この第１金属層８の厚みは、０．１〜１ｕｍが望ましい。

次に、図９に示すように、第１金属層８上にＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層９をスパッタリング法又は真空蒸着法もしくはめっき法により形成する。この第２金属層９の厚みは、０．１〜１０ｕｍが望ましい。

次に、図１０に示すように、ホール素子３上が空隙１０ａとなるようなレジストパターン１０を第２金属層９上に形成する。

次に、図１１に示すように、第２金属層９上の空隙部１０ａに磁気増幅機能を有する磁性体１１を電解めっきにより形成する。この磁性体１１の膜厚は、１〜３０ｕｍが望ましい。また、磁性体１１は、Ｆｅ−ＮｉやＦｅ−Ｃｏ系等の２元系材料やＦｅ−Ｎｉ−ＢやＦｅ−Ｎｉ−ＰやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系等の３元系合金材料で軟磁性材料が望ましい。

次に、図１２に示すように、レジストパターン１０を除去する。その結果、磁性体１１が、第２金属層９上に残ることになる。

次に、図１３に示すように、第２金属層９をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去する。その際、磁性体１１及び第１金属層８がエッチングされないことが重要である。

次に、図１４に示すように、第１金属層８をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去する。その際、磁性体１１及びＡｕ接続金属膜７がエッチングエッチングされないことが重要である。このようにして、図１に示すような本発明の磁気センサを実現することができる。

＜実施例１＞
本発明の実施例１として、半導体回路１の全体にスパッタリング法によりＴｉＷを材料とするＡｕ下地金属層５を３５００Å形成した。その後、外部接続端子パッド２上が空隙部６ａとなるようなレジストパターンをフォトレジストにより形成した。その後、Ａｕ接続金属膜７を、まず、スパッタリング法によりＡｕを１０００Å形成し、さらに、電解めっきにより、Ａｕを空隙部６ａに５μｍ形成した。その後、レジストパターンを剥離液にて除去した。

その後、スパッタリング法によりＴｉＷを材料とする第１金属層８を２０００Å形成し、さらに、スパッタリング法によりＣｕを材料とする第２金属層９を６０００Å形成した。その後、ホール素子３上が空隙部１０ａとなるようなレジストパターンをフォトレジストにより形成し、電解めっきによりＮｉＦｅを材料とする磁性体１１を空隙部１０ａに１０μｍ形成した。その後、レジストパターンを剥離液にて除去した。その後、ウエットエッチングにより第２金属層９を除去し、さらに、ウエットエッチングにより第１金属層８を除去した。

このようにして製造された実施例１と比較するために、Ａｕ下地金属膜５とＡｕ接続金属膜７の形成工程を省いた同様の製造条件のウエハ（Ａｕ接続金属膜なしウエハ）を作製した。

Ａｕ接続金属膜ありのウエハ（実施例１）と、なしのウエハ上に金バンプを形成し、形成後のシェア強度の比較を行った。金バンプ形成条件・シェアテスト条件はどちらも同一条件と１０箇所測定した。

表１は、本発明のＡｕ金属接続膜と従来のＡｌパッドでのＡｕバンプ形成後のシェア強度の比較表で、Ａｕ接続金属膜が有る場合と、無い場合のウエハのシェア強度平均値の比較を示す表である。

Ａｌパッド２上の金バンプは、シェア強度が２５〜３０ｇｆに対し、Ａｕ接続金属膜７上のシェア強度は６０ｇｆ以上を有しており、明らかにＡｕ接続金属膜７で接合強度の向上が見られる。これは、Ａｕ接続金属膜７ではＡｌパッド２上のＡｌ−Ｔｉの反応層が生成しないため、Ａｕ−Ａｕの良好な接合が形成されたためと推測される。この効果は、例えば、端子数の多いフリップチップ実装で、格段に接合強度が上がるためフリップチップ実装で必須であったアンダーフィル工程を省くことができる可能性がある。

本発明に係る磁気センサを説明するための構成図である。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その１）で、半導体回路の概略断面図である。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その２）で、Ａｕ下地金属層の形成後の概略断面図である。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その３）で、レジストパターンの形成後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その４）で、Ａｕ接続金属膜の形成後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その５）で、レジストパターンの除去後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その６）で、Ａｕ下地金属層の除去後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その７）で、第１金属層の形成後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その８）で、第２金属層の形成後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その９）で、レジストパターンの形成後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その１０）で、磁性体の形成後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その１１）で、レジストパターンの除去後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その１２）で、第２金属膜の除去後の概略断面図ある。図１に示した本発明の磁気センサの製造方法を説明するための工程図（その１３）で、第１金属膜の除去後の概略断面図ある。従来の磁気センサを説明するための構成図である。

符号の説明

１半導体回路
２外部接続端子パッド
３ホール素子
４絶縁層
５Ａｕ下地金属層
６レジストパターン
６ａ空隙部
７Ａｕ接続金属膜
８第１金属層
９第２金属層
１０レジストパターン
１０ａ空隙部
１１磁性体材料
１２電気接合部

Claims

半導体回路上に絶縁膜を介して設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなる第１の金属層と、該第１の金属層上に設けられたＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層と、該第２の金属層上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた磁気センサにおいて、
前記半導体回路に設けられた外部接続端子パッドと、
該外部接続端子パッド上に設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなるＡｕ下地金属層と、
該Ａｕ下地金属層上に設けられたＡｕ又はＡｕ系材料からなるＡｕ接続金属膜と
を備えたことを特徴とする磁気センサ。
前記Ａｕ接続金属膜の厚みが、０．０１〜２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載した磁気センサ。
前記Ａｕ下地金属層の厚みが、０．２〜２μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載した磁気センサ。
前記第１金属層の厚みが、０．１〜１μｍであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載した磁気センサ。
前記第２金属層の厚みが、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した磁気センサ。
半導体回路上に絶縁膜を介して設けられたＴｉ又はＴｉ系材料からなる第１の金属層と、該第１の金属層上に設けられたＣｕ又はＣｕ系材料からなる第２金属層と、該第２の金属層上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた磁気センサの製造方法において、
前記半導体回路に外部接続端子パッドを形成する工程と、
前記外部接続端子パッド上にＴｉ又はＴｉ系材料からなるＡｕ下地金属層を形成する工程と、
前記Ａｕ下地金属層Ａｕ又はＡｕ系材料からなるＡｕ接続金属膜を形成する工程と
を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
前記Ａｕ接続金属膜の厚みが、０．０１〜２０μｍであることを特徴とする請求項６に記載した磁気センサの製造方法。
前記Ａｕ下地金属層の厚みが、０．２〜２μｍであることを特徴とする請求項６又は７に記載した磁気センサの製造方法。
前記第１金属層の厚みが、０．１〜１μｍであることを特徴とする請求項６，７又は８に記載した磁気センサの製造方法。
前記第２金属層の厚みが、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載した磁気センサの製造方法。