JP5131775B2 - 電流センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホール素子を内蔵した電流センサの製造方法に関するものである。

図２は、特許文献１に記載されたホール素子の製造工程を示す図である。以下、この製造工程を略述する。
まず、半絶縁性ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基板１の所望の領域にＳｉイオンを注入し、熱処理を行って注入領域をｎ形にすることにより、ホール素子の能動層を形成する。この能動層にオーミック電極を形成し、ＧａＡｓ基板１の一方の面にホール素子としての感磁性部２を形成する（図２（ａ））。

次に、ＧａＡｓ基板１の感磁性部２が形成された面にガラスやセラミックからなるラッピング用治具３を貼り付け、ＧａＡｓ基板１の反対側の面（感磁性部２側ではない面）をラッピングする（図２（ｂ），（ｃ））。なお、図２（ｃ）では、ラッピングにより薄くなったＧａＡｓ基板を符号４で示してある。このラッピング後のＧａＡｓ基板４の厚さは、感度を向上させる観点から、１００［μｍ］以下（例えば１００［μｍ］）とする。

次いで、ＧａＡｓ基板４をラッピング用治具３に貼り付けたままの状態で、エポキシ樹脂を用いて、ＧａＡｓ基板４上に３００［μｍ］程度の厚さを持つ磁性体基板（例えばＮｉ−Ｚｎフェライト基板）５を貼り付ける（図２（ｄ））。
更に、ラッピング用治具３を取り外してから、ＧａＡｓ基板４を上にして、すなわち磁性体基板５の裏面に粘着テープ６を貼り付け（図２（ｅ））、ダイシングにより例えば０．５５［ｍｍ］角の個別チップに分割する（図２（ｆ））。

こうして作成した個別チップを対象として、通常のチップと同様の方法でダイボンド、ワイヤボンド、樹脂モールドを行い、図３に示すような電流センサとしての感磁性半導体装置を得るものである。
なお、図３において、４Ａは分割後のＧａＡｓ基板（チップ）、５Ａは磁性体基板（磁性体片）、７はリードフレーム、８は端子引き出し用ワイヤ、９はパッケージ樹脂である。

上記従来技術では、ラッピングにより薄くなったＧａＡｓ基板４をラッピング用治具３に貼り付けたままで、その上に磁性体基板５を貼り付けるようにしているため、ＧａＡｓ基板４の割れを防止して組み立てを容易にすると共に、磁性体基板（磁性体片）５Ａを厚くしてＧａＡｓ基板４Ａの感磁性部２に近付けることにより、磁束の収束による感度向上を可能にしている。

特開昭６３−１５２１８５号公報（第２頁右下欄第１行〜第３頁右上欄第１７行、第２図等）

しかるに、上記従来技術には、図２（ｂ）の工程において、ＧａＡｓ基板１の感磁性部２が形成された面にラッピング用治具３を貼り付ける際の接着剤の成膜条件（接着剤の種類や厚さ、温度等）や接着条件（温度、圧力、時間等）について何ら具体的に開示されていない。このため、感磁性部２とラッピング用治具３との接着面に介在する接着剤の厚さを均一にすることが難しく、割れやすいＧａＡｓ基板１を破損させずに１００［μｍ］以下の厚さまで均一にラッピングすることは困難である。
また、図２（ｄ）の工程による磁性体基板５の接着工程についても、接着剤として単にエポキシ樹脂を用いることしか開示されておらず、エポキシ樹脂の厚さの不均一に起因して接着時に荷重が偏り、ＧａＡｓ基板４が割れてしまう心配がある。

従って、上記従来技術では、エポキシ樹脂等の接着剤の厚さ、ひいては分割形成後のホール素子チップの厚さを均一にできる保証がなく、個々のホール素子チップや電流センサの感度特性にバラツキを生じたり、製品の歩留まりが低くなる等の問題があった。

そこで、本発明の解決課題は、単結晶基板の接着工程に使用される接着剤の成膜条件や接着条件を改良して単結晶基板の破損を防止し、ホール素子チップの厚さを均一化することにより、感度特性が均一で歩留まりに優れた電流センサの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、III−Ｖ族化合物半導体単結晶基板の鏡面研磨面にホール素子パターンとしての感磁性部を形成する第１工程と、
前記単結晶基板と同等以上の大きさを持ち、かつ、厚さが均一な支持基板の一面と、前記感磁性部が形成された側の前記単結晶基板の一面と、の少なくとも一方に、仮接着剤を均一の厚さに成膜する第２工程と、
前記仮接着剤を介して、前記支持基板の一面と前記感磁性部が形成された側の前記単結晶基板の一面とを所定の接着条件のもとで仮接着する第３工程と、
第３工程により得られた部材の前記単結晶基板の裏面を、前記感磁性部が露出するまで研磨する第４工程と、
第４工程により露出した前記感磁性部の表面に、本接着剤を均一の厚さに成膜する第５工程と、
個々の前記感磁性部を前記支持基板ごと切断して多数のホール素子チップを分割形成する第６工程と、
前記本接着剤を介して、前記ホール素子チップを、電流センサ用の磁性体コアに所定の接着条件のもとで本接着する第７工程と、
第７工程により前記磁性体コアに接着された前記ホール素子チップから前記支持基板を除去し、前記感磁性部に電極を形成してこの感磁性部を覆うように保護膜を形成する第８工程と、
前記磁性体コア及び前記感磁性部を含む磁気回路を構成するように他の磁性体コアを組み付ける第９工程と、
を有し、
前記第２工程では、前記支持基板または前記単結晶基板の一面に前記仮接着剤を適量滴下してスピンコートした後に、ソフトベーク、ハードベークを順次行って前記仮接着剤を均一の厚さに成膜し、更に、
前記第３工程における接着条件として、前記支持基板の一面と前記単結晶基板の一面とを、成膜後の前記仮接着剤を介して１．２２〜１．３３［ｋｇ／ｃｍ ^２ ］の圧力で加圧し、１６０〜２００［℃］にて３〜１０分間加熱し、
前記第５工程では、前記感磁性部の表面に前記本接着剤を希釈してなる混合液を適量滴下してスピンコートした後にプレキュア乾燥を行い、その後、紫外線を照射して所定時間放置することにより前記本接着剤を均一の厚さに成膜し、更に、
前記第７工程における接着条件として、前記ホール素子チップと前記磁性体コアとを、成膜後の前記本接着剤を介して３０〜４０［ｋｇ／ｃｍ ^２ ］の圧力で加圧し、１３０〜１５０［℃］にて３０〜９０分間加熱するものである。

本発明によれば、半導体単結晶基板の支持基板への仮接着工程や電流センサ用の磁性体コアとの本接着工程において、これらに使用される接着剤の成膜条件や接着条件を改良することにより、単結晶基板の破損を防止し、ホール素子チップの厚さを均一化することができる。このため、感度特性が均一で歩留まりに優れ、かつ低ノイズの電流センサを実現することができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る電流センサの製造工程を示す図である。ここでは、感磁性部を作り込む半導体基板として、電子移動度が大きいIII−Ｖ族化合物半導体単結晶基板であるＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）基板を用いた電流センサにつき説明する。

まず、厚さが例えば４５０［μｍ］で直径が例えば２インチのＩｎＳｂ単結晶基板１０の両面を鏡面研磨し、その鏡面研磨面にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、エッチングやブラスト等の方法により、十字形のホール素子パターンである感磁性部１１を多数、形成する（図１（ａ），（ｂ））。ここで、感磁性部１１の深さは１〜１０［μｍ］とすることが望ましい。

ＩｎＳｂ単結晶基板１０は非常に割れやすいため、後の研磨工程に耐え得るように、シリコンやセラミックスからなる厚さが均一な支持基板１２を準備する（図１（ｃ））。この支持基板１２の厚さは、例えば５００［μｍ］であり、その直径はＩｎＳｂ単結晶基板１０と同等以上（例えば３インチ）とする。支持基板１２の厚さにばらつきがある場合には、両面を鏡面研磨して平行度を出す。

図１（ｂ）の工程により多数の感磁性部１１が形成された側のＩｎＳｂ単結晶基板１０の一面と支持基板１２の一面との少なくとも一方に、仮接着剤１３を成膜し、両面を貼り合わせて仮接着する（図１（ｄ））。仮接着剤１３には、耐熱性、耐薬品性、膜厚均一性に優れたものが要求され、例えば「ウェハーボンド（登録商標）」（米国ブリューワーサイエンス社製）が用いられ、その成膜方法は、スピンコート、ダイコート、スリットコート、スプレーコートまたはスクリーン印刷のように、塗布膜厚を均一に制御可能な方法を使用する。
例えば、スピンコートにより成膜する場合には、感磁性部１１が形成された側のＩｎＳｂ単結晶基板１０の面の中心付近に、仮接着剤１３としての「ウェハーボンド（登録商標）」を適量滴下し、３０００［ｒ／ｍｉｎ］（６０秒間）でスピンコートする。その後、ホットプレート上で１００［℃］（２分間）のソフトベーク、１２０［℃］（２分間）のハードベークを行う。これにより、仮接着剤１３の膜厚は約６［μｍ］が得られる。

なお、ＩｎＳｂ単結晶基板１０の一面と支持基板１２の一面との接着には、真空排気機能付きの加熱貼り合わせ装置を使用すると良い。
この場合の接着条件は、例えば、ＩｎＳｂ単結晶基板１０の一面と支持基板１２の一面との加圧圧力が１．２２〜１．３３［ｋｇ／ｃｍ^２］、加熱温度が１８０［℃］、時間が５分間である。ここで、加熱温度は１６０〜２００［℃］、加熱時間は３〜１０分間の範囲であれば、所期の接着作用を得ることができる。

次に、図１（ｄ）に示す部材のＩｎＳｂ単結晶基板１０の裏面を、精密研磨装置により、感磁性部１１が露出するまで研磨する（図１（ｅ））。この研磨には、ＣＭＰ研磨（化学機械研磨）を用いることが望ましい。

図１（ｅ）の研磨工程により露出した感磁性部１１の面に、本接着剤１４を成膜する（図１（ｆ））。本接着剤１４としては、耐熱性、耐薬品性、膜厚均一性に優れ、かつ低線膨張係数が要求され、例えば、アルカリ現像型接着剤ＴＲ６１９６５（太陽インキ製造株式会社製）と希釈液（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）とを１対１の比率で混合したものを用い、仮接着時と同様に塗布膜厚を均一に制御可能なスピンコート、ダイコート、スリットコート、スプレーコートまたはスクリーン印刷等の成膜方法を用いる。
例えば、スピンコートにより成膜する場合には、感磁性部１１の面の中心付近に、本接着剤１４の混合液を適量滴下し、６０００［ｒ／ｍｉｎ］（６０秒間）でスピンコートする。その後、ホットプレート上で８０［℃］（１０分間）のプレキュア乾燥を行い、中心波長が３５２［ｎｍ］のＵＶランプにて４１０［ｍＪ／ｃｍ^２］の紫外線照射をした状態で１０分間放置する。
なお、本接着剤１４は、次工程のダイシングの際に接着性に影響を与えないように、プレキュア乾燥後に一旦、タックフリー性（粘着性が無くなること）を示すものを用いる。本接着剤１４の膜厚は、１〜５［μｍ］が望ましい。

次に、支持基板１２の裏面にダイシング用粘着フィルム（図示せず）を貼り、切断して多数のホール素子チップ１５を分割形成する（図１（ｇ））。

次いで、このようにして形成したホール素子チップ１５を用いて電流センサを形成する。すなわち、まず、クランプ式電流センサの磁性体コアとなるフェライトコア２０の表面にホール素子チップ１５を載置し、これを位置合わせ用治具により位置決めして本接着剤１４側の面を加熱接着する（図１（ｈ））。
この場合の接着条件は、例えば、加圧時の圧力が３５［ｋｇ／ｃｍ^２］、加熱温度が１５０［℃］、時間が１時間である。ここで、加圧時の圧力は３０〜４０［ｋｇ／ｃｍ^２］、加熱温度は１３０〜１５０［℃］、加熱時間は３０〜９０分間の範囲であれば、所期の接着作用を得ることができる。
なお、フェライトコア２０の表面には、図示するようにホール素子チップ１５を接着する面に厚さ０．５［μｍ］程度の金属酸化物絶縁膜２１を形成する。

次に、剥離液としてウェハーボンドリムーバーを１３０℃に加熱し、その中にホール素子チップ１５を浸漬して支持基板１２を除去する（図１（ｉ））。その後、感磁性部１１に導通するＣｒ，Ｃｕ等の電極２２とＳｉＯ_２等の金属酸化膜保護膜２３とを、真空蒸着やスパッタリングにより形成する（図１（ｊ））。

その後、図示されていないが、感磁性部１１の電極２２にフレキシブル基板やコネクタを接続し、フェライトコア２０の上面両端にＬ形コア、Ｉ形コアをそれぞれ固定してからこれらにコイルを実装してエポキシ樹脂にてポッティング等を行い、更に、Ｌ形コア、Ｉ形コアの上端部に上辺コアを開閉自在に取り付けることにより、クランプ式電流センサが作成される。ここで、感磁性部１１は各コアによって形成される磁気回路上に位置しており、各コアの内側空間を貫通する導体の電流を測定するものである。
なお、この種の構造を持つクランプ式電流センサは、例えば特許第３９４３２６３号公報に記載されている。

以上のように本実施形態によれば、図１（ｄ）の仮接着工程及び図１（ｈ）の本接着工程において、所定の接着剤を成膜して所定の条件のもとで各部材を接着することにより、ＩｎＳｂ単結晶基板１０や感磁性部１１の破損を防ぎ、ホール素子チップ１５の厚さを均一化して感度特性にバラツキのない電流センサを実現することができる。
また、直流から高周波に至る微小電流測定用の電流プローブの実現が可能であると共に、非常に割れやすいＩｎＳｂ等のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶基板の薄膜化、チップ化により、他の光センサ等のデバイスに応用することもできる。

本発明の実施形態に係る電流センサの製造工程を示す図である。 特許文献１に記載されたホール素子の製造工程を示す図である。 特許文献１に記載された感磁性半導体装置の構成図である。

符号の説明

１０：ＩｎＳｂ単結晶基板
１１：感磁性部（ホール素子パターン）
１２：支持基板
１３：仮接着剤
１４：本接着剤
１５：ホール素子チップ
２０：フェライトコア
２１：金属酸化物絶縁膜
２２：電極
２３：金属酸化膜保護膜

Claims (1)

1. III−Ｖ族化合物半導体単結晶基板の鏡面研磨面にホール素子パターンとしての感磁性部を形成する第１工程と、
   前記単結晶基板と同等以上の大きさを持ち、かつ、厚さが均一な支持基板の一面と、前記感磁性部が形成された側の前記単結晶基板の一面と、の少なくとも一方に、仮接着剤を均一の厚さに成膜する第２工程と、
   前記仮接着剤を介して、前記支持基板の一面と前記感磁性部が形成された側の前記単結晶基板の一面とを所定の接着条件のもとで仮接着する第３工程と、
   第３工程により得られた部材の前記単結晶基板の裏面を、前記感磁性部が露出するまで研磨する第４工程と、
   第４工程により露出した前記感磁性部の表面に、本接着剤を均一の厚さに成膜する第５工程と、
   個々の前記感磁性部を前記支持基板ごと切断して多数のホール素子チップを分割形成する第６工程と、
   前記本接着剤を介して、前記ホール素子チップを、電流センサ用の磁性体コアに所定の接着条件のもとで本接着する第７工程と、
   第７工程により前記磁性体コアに接着された前記ホール素子チップから前記支持基板を除去し、前記感磁性部に電極を形成してこの感磁性部を覆うように保護膜を形成する第８工程と、
   前記磁性体コア及び前記感磁性部を含む磁気回路を構成するように他の磁性体コアを組み付ける第９工程と、
   を有し、
   前記第２工程では、前記支持基板または前記単結晶基板の一面に前記仮接着剤を適量滴下してスピンコートした後に、ソフトベーク、ハードベークを順次行って前記仮接着剤を均一の厚さに成膜し、更に、
   前記第３工程における接着条件として、前記支持基板の一面と前記単結晶基板の一面とを、成膜後の前記仮接着剤を介して１．２２〜１．３３［ｋｇ／ｃｍ ^２ ］の圧力で加圧し、１６０〜２００［℃］にて３〜１０分間加熱し、
   前記第５工程では、前記感磁性部の表面に前記本接着剤を希釈してなる混合液を適量滴下してスピンコートした後にプレキュア乾燥を行い、その後、紫外線を照射して所定時間放置することにより前記本接着剤を均一の厚さに成膜し、更に、
   前記第７工程における接着条件として、前記ホール素子チップと前記磁性体コアとを、成膜後の前記本接着剤を介して３０〜４０［ｋｇ／ｃｍ ^２ ］の圧力で加圧し、１３０〜１５０［℃］にて３０〜９０分間加熱することを特徴とする電流センサの製造方法。
   

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