JP6604730B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関する、特に、磁気の方向を検出するセンサを有する半導体装置に関する。
従来から、ホール素子と磁気の増幅機能を有する磁性体（磁気収束板）とを組み合わせた磁気センサの技術は周知されている。例えば、特許文献１で開示されている技術は、垂直磁場と水平磁場を検出できるようにした磁場方向検出センサに関するものである。半導体チップ表面に形成された平らな形状を有する磁気収束板と、複数のホール素子とを備え、これらのホール素子が磁気収束板の端部領域に配置されてなるものである。このような構成により、ホール素子の領域の磁気を増幅することができるという効果を有している。
図５は従来の磁気センサを説明するための構成図（特許文献２参照）で、半導体基板１、ホール素子（２ａ，２ｂ）、保護層３、下地金属層４、磁気収束板５を有している。この従来の磁気センサは、磁気の増幅機能を有する磁気収束板を備え、その磁気収束板の端部より漏れる磁束をホール素子により検出する磁気センサの製造方法に関するもので、半導体基板１上に保護層３を介して下地金属層４を設け、さらにその上に磁気の増幅機能を有する厚さ１５μｍの磁気収束板５を設けたものである。このような製造方法により、ホール素子及び軟磁性材料による磁気収束板を有する磁気センサが、小型かつ容易に製造でき、ホール素子に磁気収束板を近づけることができ、磁気センサの高感度化が実現できるという効果を有している。
図６は従来の磁気センサの磁気収束板の製造方法を説明するための工程図で、磁性体テープを半導体基板１１に貼り付けるプロセスを示している。まず、ＩＣ加工済みウエハを準備する。次に、ウエハ上にエポキシ接着剤を用いて磁性体テープ（非晶質金属テープ）を接着する。次に、磁束収束パターン１４をフォトリソグラフィーにより形成する。次に、非晶質金属エッチングを行なう。このようにして、半導体基板１１上に磁気収束板を形成する。この場合の磁気収束板の膜厚は２０μｍ以上である。
このように、図５に示した磁気センサにおいては、磁気収束板の膜厚は１５μｍ以上であり、また、図６に示した磁気センサにおいては、半導体基板１１上に設けられた磁気収束板の厚さは、磁性体テープにより２０μｍ以上の厚さで構成されている。このような磁性体テープを用いる場合には、半導体基板１１上にエポキシ接着剤１２を用いて接着するので、下方のホール素子に大きな応力が発生するという問題があった。
そこで、図７はこのような問題を解決するため(特許文献３参照)、複数のホール素子が設けられた半導体基板と、半導体基板上に設けられてホール素子の各々を少なくとも部分的に覆っている磁気増幅機能を有する単一の磁性体(磁気収束板)とを備え、ホール素子が磁気収束板の端部近傍に位置した磁気センサにおいて、磁気収束板が、電解めっきで形成されており、その磁気収束板の膜厚が６．１〜１４μｍであり、ホール素子に大きな応力が発生しないようにして、ピエゾ効果によるオフセット電圧の発生が抑制され効果を有している。
特許第４９３６２９９号公報 特開２００３−１４２７５２号公報 特許第５０６４７０６号公報
しかし、特許文献３によって開示された技術(図７参照)では、磁性体(磁気収束板)の膜厚が薄くなり磁気増幅機能が低下してしまう問題を有している。また、磁気収束板の膜厚が薄くても、磁性体がホール素子を一部から全部覆っているため応力が発生し、ピエゾ効果によるオフセット電圧などの発生を十分抑制できないという問題を有している。また、磁性体の下にはホール素子以外の素子も配置されるため、同様に応力による特性変動も問題となる。本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、ホール素子と磁気増幅機能を有する磁性体である磁気収束板とを組み合わせ、この磁気収束板の厚さに関係なくホール素子に応力が極力発生しないようにした磁気センサを提供することである。
本発明は、半導体基板上に設けられた複数のホール素子と、前記半導体基板上に設けられ、前記複数のホール素子の各々の少なくとも一部を覆っている磁気収束板とを有する磁気センサを備え、
前記磁気収束板は、外縁から内側にかけて設けられた複数のスリットを有し、
前記磁気収束板の中心には前記複数のスリットが到達しておらず、前記磁気収束板は、２つ以上の部分に分離されていないことを特徴とする半導体装置とする。
また、半導体基板上に設けられた複数のホール素子と、前記半導体基板上に設けられ、前記複数のホール素子の各々の少なくとも一部を覆っている磁気収束板とを有する磁気センサを備え、
前記磁気収束板は、内側に開口部である複数のスロットを有しており、前記磁気収束板は、前記複数のスロットにより２つ以上の部分に分離されていないことを特徴とする半導体装置とする。
また、前記磁気収束板のスリットまたはスロットの幅が１〜５０μｍであることを特徴とする半導体装置とする。
本発明では、磁性体(磁気収束板)にスリットまたはスロットが入っているため、ホール素子のみならず磁性体下に配置されているトランジスタ、抵抗、容量などの素子全てに応力が極力発生しないようにでき、応力調整が可能な半導体装置を安価で簡単に提供する事ができる。
本発明の半導体装置の一実施例である平面図である。 本発明の半導体装置の一実施例を示す模式断面図である。 本発明の半導体装置の一実施例である平面図である。 本発明の半導体装置の一実施例である平面図である。 従来の磁気センサを説明するための模式断面図である。 従来の磁気センサの磁気収束板の製造方法を説明するための工程図である。 従来の磁気センサを説明するための模式断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の半導体装置である磁気センサの一実施例を示す平面図である。半導体基板３１の表面にホール素子３２ａ、３２ｂが離間して配置され、そのうえに磁気収束板３３が、ホール素子３２ａ、３２ｂの上に設けられた保護膜を介して設けられている。磁気収束板３３は外周であるその縁がホール素子３２ａ、３２ｂの上に来るように配置されている。磁気収束板３３にはスリット６が設けられている。ここで、スリット６とは、磁気収束板３３の外周（縁）から内部にかけて設けられた溝のこととする。溝は磁気収束板３３の上面から下面まで貫通している。
磁気収束板３３は電解メッキにより形成することが可能である。また、磁気収束板３３は磁性体箔を加工して形成することも可能である。
本発明の磁気センサはホール素子３２ａ、３２ｂと磁気増幅機能を有する磁性体（磁気収束板）３３とを有している。磁気収束板３３は軟磁性材料から成り、より高い透磁率で保持力の低い膜が望ましい。そのため、磁気収束板３３の材料としてパーマロイ、ミューメタル,メタルガラスまたはスーパーマロイ(Supermalloy)が好ましい。また、磁気収束板３３の形状は円形でも多角形でもよい。磁気収束板３３は、複数のホール素子３２a,３２ｂの占める領域を少なくとも部分的に覆うように配置されている。磁気収束板３３の縁が複数のホール素子３２a,３２ｂの領域を横断している。ホール素子３２a,３２ｂは磁気収束板が円形であれば、その直径程度、磁気収束板が多角形であれば、その向かい合う辺の長さ程度離間して配置される。
上述の特許文献３では、磁気収束板の膜厚の上限値は１４μｍになっているが、膜厚が薄いと前述したように磁気増幅機能が低下してしまう。そこで、本発明では磁気収束板３３にスリットを入れることにより応力を緩和する。図１（ａ）に示すように、円形の磁気収束板３３の中心部分に印加される磁気方向に対して垂直方向にスリット６が設けられており、磁気収束板３３は２つの部分に分割されている。そのスリットの幅Ａは１μｍ〜５０μｍの間で設けられている。スリット幅が大きくすぎると、磁気収束板端部下にあるホール素子３２aとホール素子３２ｂの感度に差が生じてしまう原因になるため、５０μｍ以下にする必要がある。しかし、必ずしもこの構造にする必要はなく、ホール素子の特性に合わせてスリット６を図１（ｂ）のように２本入れて磁気収束板３３を３つの部分に分割してもよい。また、スリット６を３本以上いれても構わない。また、図１（ｃ）のように中心部分は残し、上下にスリット６を入れてもかまわない。ただし、全ての場合においてスリットの幅は１μｍ〜５０μｍにする必要がある。
図７（ｂ）で示した従来例においては、磁気収束板２３端部に配置されたホール素子２２ａ，２２ｂにかかるストレスはスリットがないので磁気収束板２３の膜厚が厚いと大きくなり、オフセットがピエゾ効果で増大する。しかし、図２（ａ）で示すように、スリットを入れることによりホール素子３２ａ，３２ｂにかかるストレスは低減する。それにより、オフセットの変化が小さくなり、検出精度の低下が抑制される。図２（ｂ）に示すように、スリットを２本入れれば更にホール素子３２ａ，３２ｂにかかるストレスは低減でき、更なる検出精度の低下が抑制される。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は四角形あるいは長方形の形状の磁気収束板３３を有する本発明の半導体装置の一実施例を示す平面図である。図３（ａ）に示すようにスリットを１本入れても、または図３（ｂ）に示すようにスリット６を２本いれてもよい。いずれの場合も印加される磁場の方向と垂直方向にスリット６が入れられている。スリット６は２本以上入れても良い。また、図３（ｃ）に示すように中心部分は残し、上下にスリット６を入れてもよい。
図４（ａ）から（ｄ）は円形の磁気収束板３３を有する本発明の半導体装置の一実施例である平面図である。本実施例においては図４（ａ）に示すように、円形の磁気収束板３３の中心部分にスロット７を入れることにより応力の緩和が可能である。スロット７はいわゆる開口部であり、磁気収束板３３の外周にかかることは無いとする。そのため、磁気収束板３３はスロット７によって、２つ以上の部分に分割されることはない。スロットの幅Ａは１μｍ〜５０μｍに設定する必要がある。スロットの入れ方は必ずしも印加される磁場の方向と垂直方向に入れる必要はなく、図４（ｃ）に示すように並行方向に入れてよい。また、スロット７は１本ではなく応力に応じて図４（ｂ）あるいは（ｄ）に示すように複数いれてもよい。また、磁気収束板の形状は円形である必要はなく、四角形または長方形などの多角形でもよい。
このように、磁気収束板の膜厚を薄く１４μｍ以下にせずともスリットまたはスロットのすくとも一方を入れることにより、応力緩和は可能であり、応力によるオフセット電圧の発生を抑制する事が可能となる。
１、１１、３１ 半導体基板
２ａ、２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ ホール素子
３ 保護層
４ 下地金属層
５、２１、２３、３３ 磁気収束板
６、７ スリット
１２ エポキシ接着剤
１４ 磁束収束パターン

Claims (4)

  1. 半導体基板上に設けられた複数のホール素子と、前記半導体基板上に設けられ、前記複数のホール素子の各々の少なくとも一部を覆っている磁気収束板とを有する磁気センサを備え、
    前記磁気収束板は、外縁から内側にかけて設けられた複数のスリットを有し、
    前記磁気収束板の中心には前記複数のスリットが到達しておらず、前記磁気収束板は、２つ以上の部分に分離されていないことを特徴とする半導体装置。
  2. 半導体基板上に設けられた複数のホール素子と、前記半導体基板上に設けられ、前記複数のホール素子の各々の少なくとも一部を覆っている磁気収束板とを有する磁気センサを備え、
    前記磁気収束板は、内側に開口部である複数のスロットを有しており、前記磁気収束板は、前記複数のスロットにより２つ以上の部分に分離されていないことを特徴とする半導体装置。
  3. 前記スリットの幅は１〜５０umである事を特徴とする請求項第１記載の半導体装置。
  4. 前記スロットの幅は１〜５０umである事を特徴とする請求項第２記載の半導体装置。
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