JP7201194B1 - Method for manufacturing magnetic field detection element - Google Patents

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Abstract

Figure 0007201194000001

【課題】
Si基板上に磁界検出素子を作成する際に、逆台形状の溝内にコイルピッチを微細化しようとすると、溝の上部の段差や底面のエッジにより断線しやすくなり、検出コイルを構成する上部コイルや下部コイルの形成が困難である。
【解決手段】
溝部にネガレジスト系樹脂被膜の塗布とキュア熱処理により、溝底部の形状をR形状とすることにより下部コイルの断線の防止を図る。また、溝の上部の磁性ワイヤとの段差はポジレジスト系樹脂被膜の塗布とキュア熱処理によりなだらかな形状にして上部コイルの断線の防止を図る。
【選択図】図3































Figure 0007201194000001

【Task】
When creating a magnetic field detection element on a Si substrate, if the coil pitch is reduced in the groove of an inverted trapezoid, disconnection is likely to occur due to the step at the top of the groove and the edge of the bottom surface. Formation of the coil and lower coil is difficult.
[Solution]
By applying a negative resist resin film to the groove and curing heat treatment, the bottom of the groove is formed into an R shape, thereby preventing disconnection of the lower coil. In addition, the step between the upper part of the groove and the magnetic wire is smoothed by applying a positive resist resin film and curing heat treatment to prevent disconnection of the upper coil.
[Selection drawing] Fig. 3































Description

本発明は、Si基板に逆台形状の溝を形成して10μm以下の微細コイルピッチよりなる磁界検出素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a magnetic field detecting element having a fine coil pitch of 10 μm or less by forming inverted trapezoidal grooves in a Si substrate.

高感度磁気センサには、ホールセンサ、GMRセンサ、TMRセンサ、高周波キャリアセンサ、FGセンサ、MIセンサ、GSRセンサなどがある。これらのセンサのうち、ホールセンサ、GMRセンサ、TMRセンサ、高周波キャリアセンサは素子とASICが一体化されて小型化、薄型化が実現されているが、検出感度の改善が課題である。
一方、FGセンサ、MIセンサ、GSRセンサは高い感度を有するが、素子とASICが別々に配置されてワイヤボンディングで接合されており、センサの薄型化・小型化、およびさらなる高感度化が課題である。
High-sensitivity magnetic sensors include Hall sensors, GMR sensors, TMR sensors, high-frequency carrier sensors, FG sensors, MI sensors, GSR sensors, and the like. Among these sensors, Hall sensors, GMR sensors, TMR sensors, and high-frequency carrier sensors have been made smaller and thinner by integrating elements with ASICs, but improvement in detection sensitivity is a problem.
On the other hand, the FG sensor, MI sensor, and GSR sensor have high sensitivity, but the element and ASIC are arranged separately and joined by wire bonding, and the problem is to make the sensor thinner and smaller, and to further increase its sensitivity. be.

この課題の解決のため、本発明者らは、磁界検出素子のコイルピッチを微細化して高感度化・小型化を図る技術開発を取り組んだ結果、センサの小型化・感度化を実現した(特許文献1)。
特許文献1にて、コイルピッチ14μmのMI素子が開示されている。しかし、その製造方法についてはその後の改良が続けられているが、現時点ではその技術の詳細な開示はされていない。
また、さらなるコイルピッチの微細化として10μm、5μmそして3μmが課題となっている。
In order to solve this problem, the present inventors worked on the development of technology for miniaturizing the coil pitch of the magnetic field detection element to increase sensitivity and miniaturization. Reference 1).
Patent Document 1 discloses an MI element with a coil pitch of 14 μm. However, although the manufacturing method has been continuously improved since then, no detailed disclosure of the technology has been made at present.
In addition, 10 μm, 5 μm, and 3 μm are the issues for further miniaturization of the coil pitch.

また、本発明者らは、磁気特性とGSR特性を両立できる最適な張力熱処理条件を見出した(特許文献2)。しかし、その製造方法についてはその後の改良が続けられているが、現時点ではその技術の詳細な開示はされていない。 In addition, the present inventors have found the optimum tension heat treatment conditions for achieving both magnetic properties and GSR properties (Patent Document 2). However, although the manufacturing method has been continuously improved since then, no detailed disclosure of the technology has been made at present.

特許第5747294号公報Japanese Patent No. 5747294 特許第6924453号公報Japanese Patent No. 6924453

磁界検出素子の磁性ワイヤを配置する溝を基板に形成する方法としては、一般的に知られているのはRIE(Reactive Ion Etching)である。しかし、RIEで形成された溝は直方体形状となり、溝の側面にコイルを形成することが困難である。 RIE (Reactive Ion Etching) is generally known as a method of forming a groove in a substrate for arranging a magnetic wire of a magnetic field detecting element. However, a groove formed by RIE has a rectangular parallelepiped shape, and it is difficult to form a coil on the side surface of the groove.

台形状の溝を形成するには、Si基板にその方位によりエッチング速度が異なるため、結晶方位<100>のSi基板10を用いることで、異方性エッチングにより図1に示すような逆台形状の溝11を形成することができる。
しかし、このような逆台形状の形状であっても、Si基板特有のシャープなエッジが溝の上部101、底部102には生じてしまう。このようなエッジは、コイルピッチが微細化すればするほどコイル形成の際に金属膜の段切れが発生(断線)しやすくなり、微細なコイルピッチの形成がより困難となる
In order to form a trapezoidal groove, the etching rate differs depending on the orientation of the Si substrate. Therefore, by using the Si substrate 10 with the <100> crystal orientation, an inverse trapezoidal groove as shown in FIG. 1 is formed by anisotropic etching. of grooves 11 can be formed.
However, even with such an inverted trapezoidal shape, sharp edges peculiar to the Si substrate are generated at the upper portion 101 and the bottom portion 102 of the groove. With such an edge, the more the coil pitch becomes finer, the more likely it is that the metal film will be disconnected (disconnection) during coil formation, making it more difficult to form a fine coil pitch.

結晶方位<100>のSi基板上には100nm程度のSiOからなる熱酸化膜が形成されている。
まず、最初にこの熱酸化膜12を除去するため、レジストをSi基板10の全体に塗布し、下部コイル、上部コイルおよび磁性ワイヤを配置する帯状範囲に相当するライン状のマスクを用いて露光、現像し、RIEで熱酸化膜を除去し、溝形成部のSi面を露出させる。この時、アライメントマーク部に相当する部分には、十字マーク型と複数の長方形状を配置したマスクを用いて、ライン状マスクと同時に露光、現像、RIEを行い、アライメントマークを同時に形成する。
A thermal oxide film made of SiO 2 having a thickness of about 100 nm is formed on a Si substrate of crystal orientation <100>.
First, in order to remove the thermal oxide film 12, a resist is applied to the entire Si substrate 10, exposed using a line-shaped mask corresponding to a band-shaped range for arranging the lower coil, the upper coil and the magnetic wire. Development is performed, and the thermal oxide film is removed by RIE to expose the Si surface of the groove forming portion. At this time, in the portion corresponding to the alignment mark portion, a cross mark type mask and a plurality of rectangular masks are used, and exposure, development, and RIE are performed at the same time as the line mask to form alignment marks at the same time.

次に、アルカリ系のエッチング液(例えば、水酸化カリウム溶液)に浸漬する。Si基板はその方位によりエッチング速度が異なるため、結晶方位<100>のSi基板10を用いることで、異方性エッチングにより図1に示すような逆台形状の溝11を形成することができる。
磁性ワイヤを周回する微細なコイルピッチからなるコイルを磁性ワイヤ近傍に形成する必要から、溝の形状は逆台形型であることが必須である。
Next, it is immersed in an alkaline etchant (for example, potassium hydroxide solution). Since the Si substrate has different etching rates depending on its orientation, the use of the Si substrate 10 with the <100> crystal orientation enables the formation of the inverted trapezoidal groove 11 as shown in FIG. 1 by anisotropic etching.
Since it is necessary to form a coil having a fine coil pitch around the magnetic wire in the vicinity of the magnetic wire, it is essential that the shape of the groove is an inverted trapezoid.

所定の溝の深さまでエッチングした後、RIEで溝以外のSi基板上に残存している熱酸化膜12を除去する。これは、ウェットエッチングは、溝深さ方向だけでなく溝幅方向にも進むために熱酸化膜の下部のSiがエッチングされることにより、熱酸化膜が庇状121に残ってしまう。この庇の下側には下部コイル形成時の金属膜が付きまわらないので断線の原因となる。また、溝の底部についてもそのエッジ102はシャープなままであり、これも断線の原因となる。 After etching to a predetermined groove depth, the thermal oxide film 12 remaining on the Si substrate other than the groove is removed by RIE. This is because wet etching progresses not only in the groove depth direction but also in the groove width direction, so that the Si under the thermal oxide film is etched, leaving the thermal oxide film in the form of eaves 121 . Since the metal film used for forming the lower coil is not attached to the underside of the eaves, disconnection may occur. Also, the edge 102 of the bottom of the groove remains sharp, which also causes disconnection.

次に、図2に示すようにSi基板と下部コイルを絶縁するためのSi絶縁膜21を基板全体に成膜後、ネガレジスト系の樹脂被膜22を塗布し、露光、ベーク、現像後、溝部のみに樹脂被膜を残し、キュア熱処理をする。これにより、溝の底部にはR形状(R部)201が形成される。ここで、キュア熱処理の温度は250~350℃である。 Next, as shown in FIG. 2, after forming a Si 3 N 4 insulating film 21 for insulating the Si substrate and the lower coil over the entire substrate, a negative resist-based resin film 22 is applied, exposed, baked, and developed. After that, the resin film is left only in the grooves and cured by heat treatment. As a result, an R shape (R portion) 201 is formed at the bottom of the groove. Here, the temperature of the curing heat treatment is 250-350.degree.

次に、下部コイルを形成するため、金属膜を成膜する。その後、レジスト塗布、露光、現像工程で下部コイルパターンを形成する。この時、アライメントマーク部には下部コイル以降の工程のための十字パターンと複数の長方形状を配置することで、アライメントマークも同時に形成する。
そして、メッキ、ウェット後にレジストを除去することで溝部に厚さ0.2~1.0μmの下部コイルが形成される。溝部の底部にはR部が形成されており、線幅0.5~2μmの微細配線でも下部コイルは断線することなく形成できる。
Next, a metal film is deposited to form the lower coil. Thereafter, a lower coil pattern is formed through resist coating, exposure, and development processes. At this time, an alignment mark is also formed at the same time by arranging a cross pattern and a plurality of rectangular shapes for processes after the lower coil in the alignment mark portion.
By removing the resist after plating and wetting, a lower coil having a thickness of 0.2 to 1.0 μm is formed in the groove. An R portion is formed at the bottom of the groove, and even fine wiring with a line width of 0.5 to 2 μm can form the lower coil without disconnection.

次に、下部コイルが形成された溝に、張力50~100kg/mmの張力を負荷して磁性ワイヤを配置する。この時、磁性ワイヤはその張力を維持するため、接着剤、テープ等で治具に固定される。その後、ネガレジスト系樹脂被膜を塗布し、磁性ワイヤの仮固定のため、90℃の熱処理を行う。そして、露光、ベーク、現像、キュア熱処理をすることで磁性ワイヤを溝内部に固定するとともに、ワイヤは張力を維持したまま熱処理されるため、GSR特性が改善できる。ここで、キュア熱処理の温度は250~350℃である。 Next, a magnetic wire is placed in the groove in which the lower coil is formed by applying a tension of 50 to 100 kg/mm 2 . At this time, the magnetic wire is fixed to the jig with an adhesive, tape, or the like in order to maintain its tension. After that, a negative resist resin film is applied, and heat treatment is performed at 90° C. for temporary fixing of the magnetic wire. Then, the magnetic wires are fixed inside the grooves by performing exposure, baking, development, and curing heat treatment, and the wires are heat-treated while maintaining tension, so that the GSR characteristics can be improved. Here, the temperature of the curing heat treatment is 250-350.degree.

溝内部に固定された磁性ワイヤにワイヤ端子(磁性ワイヤの両端部)を設けるために磁性ワイヤを被覆している絶縁性ガラスの一部を除去する。
一般的には、フッ酸処理が知られているが、試作の結果はワイヤ端子周辺の損傷が大きく、素子形成に多大な影響を及ぼしてしまう。そこで、鋭意検討してCFガスを用いたRIE法でガラス除去できることを見出し、以降、RIE法でガラス除去を行なう。
A portion of the insulating glass covering the magnetic wire is removed in order to provide wire terminals (both ends of the magnetic wire) to the magnetic wire fixed inside the groove.
Generally, hydrofluoric acid treatment is known, but as a result of the trial production, the damage around the wire terminal is large, and it has a great influence on the device formation. Therefore, after intensive investigation, it was found that the glass can be removed by the RIE method using CF 4 gas, and henceforth the glass is removed by the RIE method.

次に、磁性ワイヤの上部にポジレジスト系樹脂被膜を塗布し、キュア熱処理を行なう。これにより、溝と磁性ワイヤとの段差を解消することができる。 Next, a positive resist resin film is applied to the upper portion of the magnetic wire, and a curing heat treatment is performed. Thereby, the step between the groove and the magnetic wire can be eliminated.

一般的には、構造物として残すレジストとしてはネガタイプのレジストが知られている。しかし、ネガタイプのレジストはエッジ形状が急峻となるため、次工程以降でこの部分に上部コイルに必要な金属膜がうまくつきまわらず、断線の懸念がある。
そこで、キュア熱処理後に形状が変化することから構造物として残すレジストとしては一般的に使われないポジレジスト系樹脂被膜について検討した。その結果、ポジレジスト系樹脂被膜はキュア熱処理後にそのエッジ形状をなだらかに改善でき、断線の懸念なく段差を解消することができる。
Generally, a negative type resist is known as a resist to be left as a structure. However, since the negative-type resist has sharp edges, the metal film necessary for the upper coil does not stick well to this portion in the subsequent processes, and there is a concern of disconnection.
Therefore, a positive resist-based resin film, which is not generally used as a resist to be left as a structure because the shape changes after the curing heat treatment, was investigated. As a result, the edge shape of the positive resist resin coating can be smoothly improved after the curing heat treatment, and steps can be eliminated without fear of disconnection.

そして、上部コイルを形成するために金属膜を成膜する。その後、レジスト塗布、露光、現像工程により、磁性ワイヤの上には上部コイル、基板上には電極パターン(ワイヤ端子、配線を含む。)を形成し、めっき、ウェット後にレジストを除去することで上部コイルが形成される。
下部コイルとの接続部はなだらかな形状をしており、断線もなく上部コイルを形成できることにより磁性ワイヤを周回する検出コイルを得ることができる。
Then, a metal film is deposited to form the upper coil. After that, the upper coil is formed on the magnetic wire and the electrode pattern (including wire terminals and wiring) is formed on the substrate by resist coating, exposure, and development processes. A coil is formed.
The connecting portion with the lower coil has a gentle shape, and the upper coil can be formed without wire breakage, so that a detection coil that encircles the magnetic wire can be obtained.

このように磁性ワイヤを配置するSi基板の逆台形状の溝底部、および上部コイルと下部コイルとの接続部の形状をR形状にしてなだらかにすることにより、10μm以下の微細なピッチコイルの形成が可能となる。 Formation of a fine pitch coil of 10 μm or less by making the shape of the inverted trapezoidal groove bottom of the Si substrate on which the magnetic wire is arranged and the shape of the connecting portion between the upper coil and the lower coil smooth with an R shape. becomes possible.

本発明により、コイルの断線を防止することが可能となり、Si基板上に10μm以下の微細なピッチコイルを有するより高感度の磁界検出素子の製造が可能となる。 According to the present invention, it is possible to prevent disconnection of the coil and to manufacture a highly sensitive magnetic field detection element having a fine pitch coil of 10 μm or less on a Si substrate.

Si基板に形成された逆台形状の溝における上部エッジ、下部エッジおよび庇を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing upper edges, lower edges, and eaves in an inverted trapezoidal groove formed in a Si substrate; Si基板の全面にSi絶縁膜を成膜し、ネガレジスト系樹脂被膜により溝底部はR形状を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an Si 3 N 4 insulating film formed on the entire surface of the Si substrate, and the bottom of the groove having an R shape due to the negative resist resin coating. Si基板上に配置された、磁界検出素子とアライメントマークを示す平面図A plan view showing a magnetic field detection element and alignment marks arranged on a Si substrate. Si基板上に絶縁性ガラスに被覆された磁性ワイヤ、前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルとからなる検出コイルおよび電極を備える磁界検出素子の平面図A plan view of a magnetic field detection element provided with a magnetic wire coated with insulating glass on a Si substrate, a detection coil composed of a lower coil and an upper coil surrounding the magnetic wire, and electrodes. 図4のA1-A2線の断面図Cross-sectional view of A1-A2 line in FIG.

幅0.40mm、長さ0.50mmのSi基板10からなるGSR素子の製造方法を、図1~3を用いて以下に説明する。 A method of manufacturing a GSR element comprising a Si substrate 10 having a width of 0.40 mm and a length of 0.50 mm will be described below with reference to FIGS.

工程(a)
結晶方位<100>のSi基板上には100nm程度のSiOからなる熱酸化被膜が形成されている。
まず、最初にこの熱酸化膜を除去するために、基板全体にレジストを塗布し、ライン状のマスクを用いて露光、現像し、CFガスを使い、RIE(Reactive Ion Etching)で熱酸化膜を除去し、Si面を露出させる。
step (a)
A thermal oxide film made of SiO 2 with a thickness of about 100 nm is formed on a Si substrate having a crystal orientation <100>.
First, in order to remove this thermal oxide film, the entire substrate is coated with a resist, exposed using a line - shaped mask, developed, and CF4 gas is used to remove the thermal oxide film by RIE (Reactive Ion Etching). is removed to expose the Si surface.

工程(b)
次に、水酸化カリウム溶液に浸漬する。Si基板はその方位によりエッチング速度が異なるため、結晶方位<100>のSi基板10を用いることで、異方性エッチングにより図1に示すような逆台形状の溝11を形成することができる。
step (b)
Next, it is immersed in a potassium hydroxide solution. Since the Si substrate has different etching rates depending on its orientation, the use of the Si substrate 10 with the <100> crystal orientation enables the formation of the inverted trapezoidal groove 11 as shown in FIG. 1 by anisotropic etching.

工程(c)
所定の溝の深さまでエッチングした後、CFRIEで熱酸化膜12を除去する。
step (c)
After etching to a predetermined groove depth, the thermal oxide film 12 is removed by CF 4 RIE.

工程(d)
Si基板と下部コイルとの絶縁するためのSi絶縁膜21を基板全体に300nm成膜後、ネガレジスト系の樹脂被膜22を塗布し、露光、ベーク、現像後、溝部のみに樹脂被膜を残し、280℃にて1時間キュア熱処理をする。これにより、溝の底部にはR形状(R部)201が形成される(図2)。
step (d)
After a Si 3 N 4 insulating film 21 for insulating the Si substrate and the lower coil is formed over the entire substrate to a thickness of 300 nm, a negative resist-based resin film 22 is applied, and after exposure, baking, and development, the resin film is applied only to the grooves. A curing heat treatment is performed at 280° C. for 1 hour. As a result, an R shape (R portion) 201 is formed at the bottom of the groove (FIG. 2).

工程(e)
次に、下部コイルを形成するため、金属膜を100nm程度成膜する。その後、レジスト塗布、露光、現像工程で下部コイルパターンを形成する。
そして、メッキ、ウェット後にレジストを除去することで溝部に線幅1.2μm、厚さ0.7μmの下部コイルが形成される。溝部の底部にはR部が形成されており、線幅1μmの微細配線でも下部コイルは断線することなく形成できる。
step (e)
Next, in order to form the lower coil, a metal film is formed to a thickness of about 100 nm. Thereafter, a lower coil pattern is formed through resist coating, exposure, and development processes.
By removing the resist after plating and wetting, a lower coil having a line width of 1.2 μm and a thickness of 0.7 μm is formed in the groove. An R portion is formed at the bottom of the groove, and the lower coil can be formed without disconnection even with fine wiring having a line width of 1 μm.

工程(f)
下部コイルが形成された溝に、張力70kg/mmの張力を負荷して磁性ワイヤを配置する。この時、磁性ワイヤはその張力を維持するため、接着剤、テープ等で治具に固定される。その後、ネガレジスト系樹脂被膜を塗布し、磁性ワイヤの仮固定のため、90℃の熱処理を行う。そして、露光、ベーク、現像、280℃にて1時間のキュア熱処理をすることで磁性ワイヤを溝内部に固定するとともに、ワイヤは張力を維持したまま熱処理されるため、GSR特性が改善できる。
step (f)
A magnetic wire is placed in the groove in which the lower coil is formed with a tension of 70 kg/mm 2 applied. At this time, the magnetic wire is fixed to the jig with an adhesive, tape, or the like in order to maintain its tension. After that, a negative resist resin film is applied, and heat treatment is performed at 90° C. for temporary fixing of the magnetic wire. Then, exposure, baking, development, and curing heat treatment at 280° C. for 1 hour fix the magnetic wire inside the groove, and the wire is heat treated while maintaining tension, so that the GSR characteristics can be improved.

工程(g)
磁性ワイヤにワイヤ端子(磁性ワイヤの両端部)を設けるために磁性ワイヤを被覆している絶縁性ガラスの一部を、CFガスを用いたRIE法で除去する。
step (g)
In order to provide wire terminals (both ends of the magnetic wire) to the magnetic wire, part of the insulating glass covering the magnetic wire is removed by RIE using CF 4 gas.

工程(h)
次に、溝と磁性ワイヤの段差を解消するため、ポジレジスト系の樹脂被膜を基板全体に塗布、露光、現像、280℃にて1時間のキュア熱処理をして溝内部に固定する。
process (h)
Next, in order to eliminate the step between the groove and the magnetic wire, the entire substrate is coated with a positive resist resin film, exposed, developed, and cured at 280° C. for 1 hour to be fixed inside the groove.

工程(i)
上部コイルを形成するため、100nm程度の金属膜を成膜する。その後、レジスト塗布、露光、現像工程で磁性ワイヤの上部に上部コイルと電極パターンとを形成し、メッキ、ウェット後にレジストを除去することで磁性ワイヤの上部に線幅1.2μm、厚さ0.8μmの上部コイルが形成される。下部コイルとの接続部はなだらか形状をしており、断線もなく、上部コイルも形成される。併せて、ワイヤ端子、電極および配線も形成される。
step (i)
A metal film having a thickness of about 100 nm is formed to form the upper coil. After that, an upper coil and an electrode pattern are formed on the upper part of the magnetic wire by resist coating, exposure, and development processes. After plating and wetting, the resist is removed to form a line width of 1.2 μm and a thickness of 0.2 μm on the upper part of the magnetic wire. An 8 μm top coil is formed. The connecting part with the lower coil has a gentle shape, and the upper coil is also formed without disconnection. At the same time, wire terminals, electrodes and wiring are also formed.

以上の工程で製造されるGSR素子について、Si基板上に配置された、複数の磁界検出素子(集合体)と、複数のアライメントマークを示す平面図(a)とSi基板上に絶縁性ガラスに被覆された磁性ワイヤ、前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルとからなる検出コイルおよび電極を備える磁界検出素子の平面図(b)および平面図(b)のA1-A2線の断面図(c)に示し、説明する。
まず、図3(a)の平面図から説明する。
Si基板30は20mm角に切断され、その上には、多数個の磁界検出素子30aと、基板の4隅にアライメントマーク30bが配置されている。磁界検出素子はこの基板単位で製造し、最後に個片化を行う。
Regarding the GSR element manufactured by the above steps, a plan view (a) showing a plurality of magnetic field detection elements (aggregates) arranged on a Si substrate and a plurality of alignment marks, and insulating glass on the Si substrate. A plan view (b) of a magnetic field detection element including a coated magnetic wire, a detection coil consisting of a lower coil and an upper coil surrounding the magnetic wire, and electrodes, and a cross-sectional view of the A1-A2 line in the plan view (b) ( c) is shown and described.
First, the plan view of FIG. 3(a) will be described.
The Si substrate 30 is cut into 20 mm squares, on which a large number of magnetic field detection elements 30a and alignment marks 30b are arranged at the four corners of the substrate. The magnetic field detection element is manufactured in units of this substrate, and finally separated into individual pieces.

次に、図3(b)の平面図を説明する。
Si基板30は、表面全体がSi絶縁膜301により被覆され、そのサイズは幅(左右方向)0.4mm、長さ(上下方向)0.5mmよりなる。厚さは0.55mmである。
Next, the plan view of FIG. 3(b) will be described.
The entire surface of the Si substrate 30 is covered with a Si 3 N 4 insulating film 301 and has a width (horizontal direction) of 0.4 mm and a length (vertical direction) of 0.5 mm. The thickness is 0.55 mm.

Si基板上30に逆台形状の溝31、下部コイル32が形成され、磁性ワイヤ33が配置・固定されている。磁性ワイヤの周囲は、下部コイル32および上部コイル34からなる検出コイルが周回している。検出コイルのコイルピッチは3.0μmで、線幅は1.2μm、厚さ0.7μmである。 An inverted trapezoidal groove 31 and a lower coil 32 are formed on a Si substrate 30, and a magnetic wire 33 is arranged and fixed. A detection coil consisting of a lower coil 32 and an upper coil 34 wraps around the magnetic wire. The detection coil has a coil pitch of 3.0 μm, a line width of 1.2 μm, and a thickness of 0.7 μm.

磁性ワイヤ33には、ワイヤ端子331が2個形成され、それぞれワイヤ端子331と接続する配線332およびワイヤ電極333が形成されている。また、下部コイル32及び上部コイル34と接続する配線321,341およびコイル電極342が2個形成されている。 Two wire terminals 331 are formed on the magnetic wire 33, and a wire 332 and a wire electrode 333 are formed to be connected to the wire terminals 331, respectively. Two wirings 321 and 341 and two coil electrodes 342 are formed to connect the lower coil 32 and the upper coil 34 .

次に、図3(c)に示すA1-A2線の断面図でもって説明する。
Si基板上30に逆台形状の溝31が形成され、溝31内の表面はSi絶縁膜301により被覆されている。そのSi絶縁膜301に被覆されている溝底部にR形状(104)からなるネガレジスト系樹脂被膜302が形成されている。
Next, description will be made with reference to a cross-sectional view taken along the line A1-A2 shown in FIG. 3(c).
An inverted trapezoidal groove 31 is formed on a Si substrate 30 , and the surface in the groove 31 is covered with a Si 3 N 4 insulating film 301 . A negative resist resin film 302 having an R shape (104) is formed on the bottom of the trench covered with the Si 3 N 4 insulating film 301 .

そのネガレジスト系樹脂被膜302の上に、下部コイル32を形成した後、磁性ワイヤ33が配置され、ネガレジスト系樹脂被膜303により固定されている。
磁性ワイヤ33は、厚さ1.0μmの絶縁性ガラスにより被覆され、その直径は12μmである。
After forming the lower coil 32 on the negative resist resin film 302 , the magnetic wire 33 is arranged and fixed by the negative resist resin film 303 .
The magnetic wire 33 is covered with insulating glass with a thickness of 1.0 μm and has a diameter of 12 μm.

Si絶縁膜301に被覆されている溝31と磁性ワイヤ33との段差を解消するために、溝31と磁性ワイヤ33との間にポジレジスト系樹脂被膜304が形成されている。
このポジレジスト系樹脂被膜304は、磁性ワイヤ33の上にも行き渡って
おり、その上に上部コイル34が形成されている。
下部コイル32と上部コイル34とは、それぞれの接続部(321、341)でもってなだらかな形状で接続されている。
A positive resist-based resin film 304 is formed between the groove 31 and the magnetic wire 33 in order to eliminate the step between the groove 31 covered with the Si 3 N 4 insulating film 301 and the magnetic wire 33 .
This positive resist-based resin film 304 is also spread over the magnetic wire 33, and the upper coil 34 is formed thereon.
The lower coil 32 and the upper coil 34 are connected in a gentle shape with respective connecting portions (321, 341).

以上の工程により、Si基板を用いて磁性ワイヤを配置する溝底部、および上部コイルと下部コイルの接続部にそれぞれR形状としてなだらかにすることにより、10μm以下の微細なコイルピッチを形成し、より高感度な磁気検出素子を製造することが可能となる。 Through the above steps, the bottom of the groove where the magnetic wire is arranged and the connecting portion of the upper coil and the lower coil using the Si substrate are each rounded to form a gentle R shape, thereby forming a fine coil pitch of 10 μm or less. It becomes possible to manufacture a highly sensitive magnetic detection element.

本発明は、Si基板を用いて微細なコイルピッチからなる磁界検出素子の製造を実現するもので、高感度な磁界検出装置としての利用が期待できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention realizes the manufacture of a magnetic field detection element having a fine coil pitch using a Si substrate, and is expected to be used as a highly sensitive magnetic field detection device.

1:溝形成されたSi基板
10:Si基板、101:溝上部のエッジ、102:溝底面のエッジ、121:

11:Si基板に形成された逆台形状の溝
2:溝底部のR形状
201:溝底部のR部
21:SiN絶縁膜
22:樹脂被膜
3a:磁界検出素子(集合体)とアライメントマークの平面図
3b:磁界検出素子の平面図
3c:磁界検出素子の断面図
30:Si基板、
30a:磁界検出素子
30b:アライメントマーク
301:Si絶縁膜、302:ネガレジスト系樹脂被膜、303:ネガレジスト系樹脂被膜(磁性ワイヤ固定用)、304:ポジレジスト系樹脂被膜(段差解消用)
31:逆台形状の溝
32:下部コイル
33:磁性ワイヤ
331:ワイヤ端子、332:配線、333:ワイヤ電極
34:上部コイル
341:配線、342:コイル電極









1: Si substrate with grooves formed 10: Si substrate 101: Edge of top of groove 102: Edge of bottom of groove 121:
Eaves 11: Inverted trapezoidal groove formed in Si substrate 2 : R shape at groove bottom 201: R portion at groove bottom 21: Si3N4 insulating film 22: Resin coating 3a: Magnetic field detection element (aggregate) Plan view of alignment mark 3b: Plan view of magnetic field detection element 3c: Cross-sectional view of magnetic field detection element 30: Si substrate,
30a: magnetic field detection element 30b: alignment mark 301: Si3N4 insulating film, 302: negative resist resin coating, 303: negative resist resin coating ( for fixing magnetic wires), 304: positive resist resin coating (removing steps) for)
31: inverted trapezoidal groove 32: lower coil 33: magnetic wire 331: wire terminal, 332: wiring, 333: wire electrode 34: upper coil 341: wiring, 342: coil electrode









Claims (2)

熱酸化膜SiOに被覆されたSi基板、前記Si基板上に絶縁性ガラスに被覆された磁性ワイヤ、前記磁性ワイヤを周回する下部コイルと上部コイルとからなる検出コイルおよび電極を備える複数個の磁界検出素子からなる磁界検出素子の製造方法において、
(1) 前記Si基板の全面にレジストを塗布し、素子形成部にはライン状のマスク、アライメントマーク形成部にはアライメントマークとなる十字型と複数の長方形状を配置したマスクを用いて露光、現像し、CFガスを使ったRIEにより熱酸化膜SiOを除去してSi面を露出する工程と、
(2)前記Si面が露出した前記Si基板を水酸化カリウム溶液(40wt%)に浸漬して複数本の逆台形状の溝と十字型と複数の長方形状を配置したアライメントマークを形成する工程と、
(3)前記溝以外に残存する熱酸化膜SiOはCFガスを使ってRIEにより除去する工程と、
(4)前記Si基板の全面にSi絶縁膜を成膜した後、ネガレジスト系の樹脂被膜を塗布し、露光、現像して溝部のみに樹脂被膜を残してキュア熱処理によって溝の底部にR形状を形成する工程と、
(5)前記逆台形状の溝に沿って前記下部コイルと基板上の電極配線と下部コイル以降のアライメントマークを形成する工程と、
(6)前記複数本の溝に沿って前記磁性ワイヤを張力50~100kg/mmの張力を負荷して挿置・仮固定・切断して配置し仮固定する工程と、
(7)基板全面にネガレジスト系樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記磁性ワイヤ部のみにネガレジスト系樹脂被膜を残し、前記張力を付加したまま、キュア熱処理をして前記ワイヤを前記溝内に固定する工程と、
(8)前記ワイヤと電極配線を接合するためのワイヤ電極部にある前記ワイヤを被覆している絶縁性ガラスをCF-RIEにより除去する工程と、
(9)基板全面にポジレジスト系樹脂被膜を塗布し、露光、現像して前記溝と磁性ワイヤ部のみにポジレジスト系樹脂被膜を残し、キュア熱処理して段差部を滑らかにする工程と、
(10)上部コイルおよび電極配線を形成する工程と、
(11)前記磁性ワイヤと前記検出コイルと前記電極からなる前記磁界検出素子の集合体を個片化する工程と、
からなることを特徴とする磁界検出素子の製造方法。
A Si substrate coated with a thermally oxidized SiO2 film, a magnetic wire coated with insulating glass on the Si substrate, a detection coil consisting of a lower coil and an upper coil surrounding the magnetic wire, and a plurality of electrodes. In a method for manufacturing a magnetic field detection element comprising a magnetic field detection element,
(1) A resist is applied to the entire surface of the Si substrate, and exposure is performed using a line-shaped mask in the element forming portion and a mask having a cross shape and a plurality of rectangular shapes arranged as alignment marks in the alignment mark forming portion, a step of developing and removing the thermal oxide film SiO 2 by RIE using CF 4 gas to expose the Si surface;
(2) A step of immersing the Si substrate with the Si surface exposed in a potassium hydroxide solution (40 wt %) to form alignment marks in which a plurality of inverted trapezoidal grooves, a cross shape, and a plurality of rectangular shapes are arranged. When,
( 3 ) removing the thermal oxide film SiO2 remaining outside the groove by RIE using CF4 gas;
(4) After a Si 3 N 4 insulating film is formed on the entire surface of the Si substrate, a negative resist-based resin film is applied, exposed and developed to leave the resin film only in the grooves, and the bottoms of the grooves are cured by heat treatment. forming an R shape in the
(5) forming alignment marks for the lower coil, the electrode wiring on the substrate, and the lower coil and thereafter along the inverted trapezoidal groove;
(6) a step of inserting, temporarily fixing, cutting, arranging and temporarily fixing the magnetic wires along the plurality of grooves while applying a tension of 50 to 100 kg/ mm2 ;
(7) Applying a negative resist resin film on the entire surface of the substrate, exposing and developing to leave the negative resist resin film only on the magnetic wire portion, and performing a curing heat treatment while applying the tension to remove the wire from the wire. fixing in the groove;
(8) removing, by CF 4 -RIE, the insulating glass covering the wire in the wire electrode portion for joining the wire and the electrode wiring;
(9) a step of applying a positive resist-based resin coating to the entire surface of the substrate, exposing and developing to leave the positive resist-based resin coating only in the grooves and magnetic wire portions, and performing a curing heat treatment to smooth the steps;
(10) forming an upper coil and electrode wiring;
(11) singulating an assembly of the magnetic field detection elements each composed of the magnetic wire, the detection coil, and the electrode;
A method of manufacturing a magnetic field detection element, comprising:
請求項1の工程(6)において、
張力を弾性限界以上の張力を負荷して基板上の溝に沿って整列させた後、磁性ワイヤを接着剤で仮固定し、10kg/mm~76kg/mmの張力を残存させ、かつ工程(7)において、250℃~350℃の温度で張力熱処理を実施することを特徴とする磁界検出素子の製造方法。

In step (6) of claim 1,
After aligning the magnetic wires along the grooves on the substrate by applying a tension higher than the elastic limit, the magnetic wires are temporarily fixed with an adhesive, leaving a tension of 10 kg/mm 2 to 76 kg/mm 2 , and performing the process. A method of manufacturing a magnetic field detecting element according to (7), characterized in that tension heat treatment is performed at a temperature of 250°C to 350°C.

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