KR20160104561A

KR20160104561A - 자기 센서 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20160104561A
Application number: KR1020160021255A
Authority: KR
Inventors: 다카아키 히오카; 미카 에비하라
Original assignee: 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-09-05
Also published as: JP2016164549A; TW201644077A; JP6632373B2; TWI675500B

Abstract

홀 소자나 회로 등으로 이루어지는 반도체 기판을 배치하는 패키지의 다이 패드에 자기 집속판과 같은 형상 및 크기로 오목한 패턴인 자기 집속판 폴더를 형성하고, 거기에 홀 소자나 회로를 형성한 반도체 기판과는 다른 공정에서 제작한 자기 집속판을 삽입하고, 그 위에 홀 소자나 회로 등으로 이루어지는 반도체 기판의 이면이 다이 패드 및 자기 집속판에 면하도록 배치된 자기 센서 및 그 제조 방법으로 한다.

Description

자기 센서 및 그 제조 방법{MAGNETIC SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 자기 집속판을 구비하고, 수직 및 수평 방향의 자계를 검지하는 자기 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

홀 소자는 자기 센서로서 비접촉에서의 위치 검지나 각도 검지가 가능하므로 여러가지 응용에 자주 이용된다.

우선, 홀 소자의 자기 검출 원리에 대해 설명한다. 물질 중에 흐르는 전류에 대해서 수직인 자계를 인가하면 그 전류와 자계의 쌍방에 대해서 수직인 방향으로 전계(홀 전압)가 생긴다. 그 때문에, 일반적인 홀 소자는, 기판(웨이퍼) 표면에 전류를 흐르게 하여, 수직인 자계 성분을 검출한다.

또한, 고투자율을 갖는 재료로 작성한 자성체 박막과 조합하여, 자성체 박막을 자속의 방향을 바꾸어 홀 소자로 이끄는 자기 집속판으로서 이용함으로써, 수직 방향 자계뿐만 아니라, 수평 방향 자계를 검출하는 것이 가능해지는 것이 알려져 있다.

종자장 감도와 횡자장 감도의 비가 일정한 자기 특성의 편차가 작은 자기 센서를 실현하기 위해서는, 홀 소자와 자기 집속판의 위치 관계가 중요하다고 되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

자기 집속판의 위치 어긋남의 영향에 따른 자기 특성 편차를 작게 하기 위해, 미리 홀 소자와 회로가 형성된 Si 기판 상에 포토리소그래피 등의 수법을 사용하여 자기 집속판을 패터닝하거나, 자기 집속판을 도금에 의해 형성하거나 하는 방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 도 2를 이용하여 일례를 간단하게 설명한다.

우선, 도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 1쌍의 홀 소자(2)를, 간격을 두고 P형의 반도체 기판(1)의 표면에 형성한다. 홀 소자(2)와 P형의 반도체 기판(1)의 표면에는 폴리이미드막 등의 절연체의 보호막(3)을 형성한다.

계속해서, 도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 자기 집속판의 하지 도전층(11)을 절연체의 보호막(3) 상에 형성한다.

다음에, 도 2(C)에 나타내는 바와 같이, 레지스트를 하지 도전층(11) 상에 도포하고, 자기 집속판을 형성하는 영역의 레지스트를 제거한다.

그리고, 도 2(D)에 나타내는 바와 같이, 도금에 의해, 레지스트가 제거된 영역에, 자기 집속판(10)을 형성한다.

마지막으로, 도 2(E)에 나타내는 바와 같이, 남아 있는 레지스트를 제거함으로써, 원하는 영역에 자기 집속판(10)을 형성할 수 있다.

또, 홀 소자와 회로가 형성된 Si 기판 상에 자기 집속판의 위치 맞춤을 하기 위한 구조물을 배치하고, 위치 맞춤의 정밀도 향상을 하여 자기 특성의 편차를 작게 하는 방법도 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).

일본국 특허공개 2012-047708호 공보 일본국 특허공개 2012-151285호 공보 일본국 특허공개 2003-130936호 공보

도금이나 스패터에 의해 자기 집속판을 형성한 경우, 자성체의 유지력 저감이나 고유자율을 실현하기 위해서는 일반적으로, 퀴리점 이상의 고온으로 어닐링할 필요가 있다. 그러나, 홀 소자나 회로 형성 후에 이러한 고온을 자기 집속판에 인가할 수 없고, 유자율이 높고, 유지력이 작은 자기 집속판으로 하는 것이 어렵다.

또, 자기 집속판의 위치 맞춤을 위한 구조물을 배치하는 경우에 있어서는, 위치 맞춤용의 구조물의 형성이나 자기 집속판 배치 후의 구조물의 제거 등, 공정이 증가한다는 난점이 있다.

본 발명은, 고유자율로 또한 보자력이 작은 자기 집속판을 홀 소자나 회로를 형성한 기판 상에 위치 어긋남을 작게 배치하고 또한 작업 공정의 증가를 억제한 자기 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하와 같은 구성을 했다.

홀 소자나 회로 등으로 이루어지는 반도체 기판을 배치하는 패키지의 다이패드에 자기 집속판과 같은 형상 및 크기로 오목한 패턴, 즉 자기 집속판 폴더를 형성하고, 홀 소자나 회로를 형성한 반도체 기판과는 다른 공정으로 제작한 자기 집속판을 자기 집속판 폴더에 삽입하고, 그 상방에 홀 소자나 회로 등으로 이루어지는 반도체 기판을 배치하는 것을 특징으로 하는 자기 집속판을 갖는 자기 센서의 제조 방법으로 했다.

상기 수단을 이용함으로써, 자기 집속판의 위치 어긋남이 억제되고, 자기 특성의 편차를 작게 할 수 있다. 또, 패키지의 다이패드에 자기 집속판의 위치 맞춤용 자기 집속판 폴더를 형성하기 때문에, 공정의 증가 없고, 제조 코스트를 억제할 수 있다. 또, 자기 집속판과 회로를 다른 공정으로 제작함으로써, 자성체막 형성 후, 고온 열처리가 가능해지기 때문에, 고유자율로 저유지력의 자기 집속판을 작성할 수 있고, 보다 고감도 고정밀도의 자기 센서를 실현할 수 있다.

또, 웨이퍼 이면측에 자기 집속판이 배치됨으로써 응력에 의한 오프셋 전압의 증대가 억제된 자기 센서를 실현할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태인 자기 센서의 제조 방법에 관한 단면도이다.
도 2는, 종래의 도금에 의한 자기 집속판 형성 방법에 관한 설명도이다.
도 3은, 본 발명의 자기 집속판 및 자기 집속판 폴더에 관한 평면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태를 나타내는 자기 센서의 제조 방법에 관한 단면도이다.

우선, 도 1(A)에 나타내는 바와 같이, P형의 반도체 기판(1)에 홀 소자(2)를 포함하는 자기 센서를 구성하는 반도체 회로를 통상의 반도체 제조 프로세스에 의해 형성한다. 홀 소자(2)는, 정방형 혹은 십자형의 4회 회전축을 갖는 수직 자계 감수부와, 그 각 정점 및 단부에 동일 형상의 표면 n형 고농도 불순물 영역의 수직 자계 검출 제어 전류 입력 단자 및 수직 자계 홀 전압 출력 단자를 갖는 횡형 홀 소자이다. 반도체 기판(1)의 표면에는 홀 소자(2)를 한 쌍 이상 형성한다. 또한, 홀 소자(2)를 포함하는 자기 센서를 구성하는 반도체 회로가 형성된 반도체 기판(1)의 표면에는 폴리이미드 등의 절연체로 이루어지는 보호막(3)이 형성되어 있다. 이후, 자기 센서가 형성된 반도체 기판(1)은 개편화(個片化)되고, 반도체 칩이 된다.

이어서, 패키지의 다이패드(100)에 대해 도 1(B)를 이용하여 설명한다. 패키지의 다이패드(100)는, 반도체 기판(1)의 개편화에 의해 얻어지는 자기 센서가 설치된 반도체 칩과 동일한 정도의 평면 사이즈를 가지며, 자기 집속판(10)을 배치하는 위치에, 자기 집속판(10)과 같은 형상 및 사이즈를 갖는 오목한 패턴인 자기 집속판 폴더(100A)가 형성되어 있다. 자기 집속판 폴더(100A)는, 예를 들면 직사각형 혹은 원형의 오목부로 되어 있다. 이 오목부에 자기 집속판(10)을 수납하면, 다이패드(100)의 표면 높이와 자기 집속판(10)의 표면 높이는 동일해지도록 오목부의 깊이와 자기 집속판의 두께는 조절되어 있다. 자기 집속판 폴더(100A)의 단면 형상에 자기 집속판(10)의 단면 형상이 딱 들어간다고 해도 된다. 이때, 반도체 기판(1)에 형성된 홀 소자(2)가 자기 집속판(10)의 엣지 부근에 오는 위치에 자기 집속판 폴더(100A)를 형성하는 것이 바람직하다. 패키지의 다이패드(100)는 수지 혹은 세라믹 등의 절연체에 의해 제작한다. 패키지의 다이패드(100)는, 금형에 의해 형성하기 때문에, 금형에 자기 집속판 폴더 패턴을 형성해 두면, 패키지 다이패드 형성시에 추가의 공정은 불필요하다.

도 3은, 본 발명에 따른 자기 집속판 및 자기 집속판 폴더에 관한 평면도이다. 도시하는 바와 같이, 자기 집속판(10)은, 원, 정방형, 혹은 십자형 등의 4회 회전축을 갖는 평면 형상이며, 외주의 1개소 혹은 복수 개소에 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부를 갖고 있다. 또한, 자기 집속판 폴더(100A)나 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부를 갖는 자기 집속판에 맞추어 동형상으로 함으로써 무리없이 자기 집속판을 수납할 수 있다. 일반적으로 박막상의 자기 집속판은 자기 이방성을 갖기 때문에, 자기 집속판의 회전 방향의 위치를 일정하게 함으로써, 자기 집속판의 결정 방향이 일정해지고, 자기 이방성에 의한 자기 특성의 편차를 억제하고, 특성 편차가 작은 자기 센서가 된다. 또한, 도 3에 있어서는 설명을 위해서 홀 소자(2)와 자기 집속판(10)의 사이에 존재하는 반도체 기판(1)은 투명하게 하고 있고, 묘사하지 않았다.

또, 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부는, 홀 소자(2)의 자기 특성에 영향을 주지 않도록 자기 집속판의 크기에 비해 작게 형성하는 것이 바람직하다. 또한 자기 집속판(10)과 자기 집속판 폴더(100A)를 형성한 자기 센서 칩을 붙였을 때, 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부가 홀 소자의 자기 특성에 영향을 주지 않게 하기 위해, 홀 소자(2)로부터 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부가 크게 멀어지도록, 자기 집속판 폴더(3A) 및 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부의 위치를 설계하는 것이 바람직하다.

또한, 도 3(A)의 자기 집속판(10) 및 자기 집속판 폴더(100A)는 오리엔테이션 플랫과 유사한, 원형의 일부를 원의 접선과 평행하게 절결함으로써 형성되는 직선(현)부(10A)를 갖는 원형상으로 되어 있다. 도 3(B)의 자기 집속판(10) 및 자기 집속판 폴더(100A)는 오목부(노치)(10B)를 갖는 원형상, 도 3(C)의 자기 집속판(10) 및 자기 집속판 폴더(100A)는 볼록부(10C)를 갖는 원형상, 도 3(D)의 자기 집속판(10) 및 자기 집속판 폴더(100A)는 복수의 오목부(10D)를 갖는 원형상, 도 3(E)의 자기 집속판(10) 및 자기 집속판 폴더(100A)는 모서리부가 빠진 부(10E)를 갖는 십자형, 도 3(F)의 자기 집속판(10) 및 자기 집속판 폴더(100A)는 오리엔테이션 플랫과 유사한, 원형의 일부를 원의 접선과 평행하게 절결함으로써 형성되는 직선(현)부(10F)를 갖는 도너츠 형상이다.

자기 집속판은 반도체 제조 프로세스와는 독립하여 도금 등에 의해 박막을 제작하고, 그것을 자기 집속판의 형상으로 가공한다.

퍼멀로이나 슈퍼멀로이 등의 저유지력으로 고투자율을 갖는 연자성체 재료로 자기 집속판을 제작하는 것이 바람직하다. 여기서 도금 등에 의해 저유지력으로 고투자율을 갖는 연자성체 박막을 제작하는 경우에는 도금 후에 수소 분위기 중에서 800~1200℃의 온도에 있어서 고온 어닐링(소둔)에 의한 처리를 할 필요가 있다. 반도체 기판 상에 연자성체 박막을 도금에 의해 형성하는 경우에 있어서는 이 어닐링 처리를 실시할 수 없기 때문에, 보다 성능이 좋은 연자성체의 자기 집속판을 제작하는 것이 곤란하다.

또, 자기 집속판(10)은 원 또는 정방형으로 자기 집속판 폴더(100A)와 같은 형상으로 가공한다. 대량으로 가공이 가능해지도록, 레이저 가공이나 금형을 이용함으로써 자기 집속판(10)을 박막으로부터 가공하는 것이 바람직하다. 자기 집속판(10)의 막두께는 30~50㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이어서, 가공한 자기 집속판(10)을 자기 집속판 폴더(100A)가 형성된 패키지 다이패드(100)에 부착한다. 자기 집속판(10)을 부착할 때에는 절연성의 접착제를 자기 집속판 폴더(100A)에 적하하여 부착하는 것이 바람직하다. 이 부착시에는, 자기 집속판 폴더(100A)를 형성함으로써 위치 맞춤 정밀도가 향상하고, 칩 본더를 이용하여 자기 집속판(10)을 부착해도 충분히 실장이 가능해진다.

홀 소자나 제어 회로가 형성된 반도체 기판(1)은 홀 소자(2)와 자기 집속판의 거리를 근접시키기 위해 150㎛ 정도까지 백그라인드에 의해 얇게 해 둔다.

그 후, 도 1(C)에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(1)의 이면을 자기 집속판(10)이 실장된 패키지의 다이패드(100) 표면에 실장(부착)한다. 자기 집속판(10)이 반도체 기판(1)의 표면에 실장되는 경우에 비해, 홀 소자(2)와 자기 집속판(10)의 거리가 커지지만, 자기 특성이 향상된 자기 집속판(10)이 실현되기 때문에, 자기 감도는 유지된다. 또, 반도체 기판(1)의 이면측에 자기 집속판(10)이 배치됨으로써, 자기 집속판(10)을 반도체 기판(1)의 표면에 실장한 경우에 비해, 자기 집속판(10)의 응력의 영향을 크게 억제할 수 있기 때문에, 오프셋 전압을 억제하는 것이 가능하다.

홀 소자(2)는 반도체 기판(1)의 표면으로부터 5㎛ 정도의 깊이에 형성되기 때문에, 반도체 기판(1)의 두께는 20㎛ 정도까지 얇게 해도 되고, 이 경우는 홀 소자(2)와 자기 집속판(10)의 거리가 작아지고 자기 특성이 더욱 향상된다.

이상과 같이, 고온 어닐링한 자기 집속판을 준비하고, 오목부인 자기 집속판 폴더를 형성한 다이패드의 오목부에 자기 집속판을 수납하고, 이것에 홀 소자를 형성하고, 얇게 한 반도체 기판을 부착함으로써 자기 센서를 제조할 수 있다.

상기 수단을 이용함으로써, 자기 집속판(10)의 위치 어긋남이 억제되고, 자기 특성의 편차를 작게 할 수 있다. 또, 패키지 다이패드에 자기 집속판의 위치 맞춤용 자기 집속판 폴더를 형성하기 때문에, 공정의 증가 없이, 제조 코스트를 억제하면서, 자기 특성의 편차를 작게 할 수 있다. 또, 자기 집속판과 회로를 다른 공정으로 제작함으로써, 자성체막 형성 후, 고온의 소둔처리가 가능해지기 때문에, 고유자율로 저유지력의 자기 집속판을 작성할 수 있고, 보다 고감도 고정밀도의 자기 센서를 실현할 수 있다.

또한, 반도체 기판의 이면에 자기 집속판이 배치됨으로써 오프셋 전압을 억제할 수 있다.

1:P형의 반도체 기판 2:홀 소자
3:보호막 10:자기 집속판
11:하지 도전층 20:레지스트
100:다이패드 100A:자기 집속판 폴더

Claims

자기 집속판을 구비한 자기 센서의 제조 방법으로서,
홀 소자를 표면에 설치한 반도체 기판을 준비하는 공정과,
자기 집속판을 형성하고, 상기 자기 집속판을 고온 어닐링하는 공정과,
오목형상의 자기 집속판 폴더를 구비한 다이패드를 형성하는 공정과,
상기 자기 집속판을 상기 자기 집속판 폴더에 수납하는 공정과,
상기 다이패드 및 상기 자기 집속판의 표면에 상기 반도체 기판의 이면을 부착하는 공정을 갖는 자기 센서의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 고온 어닐링하는 공정에 있어서의 처리 온도가 800~1200℃인 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 고온 어닐링된 상기 자기 집속판은, 외주의 1개소 혹은 복수 개소에 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부가 형성되고 있고, 상기 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부를 제외하고, 평면에서 볼 때, 원 혹은 정방형을 포함하는 4회 회전축을 갖는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 고온 어닐링된 상기 자기 집속판의 평면에서 본 형상을 상기 자기 집속판 폴더의 평면에서 본 형상에 맞추어 같은 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 고온 어닐링된 자기 집속판의 단면 형상은, 상기 자기 집속판 폴더의 단면 형상에 맞추어 같은 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
반도체 기판과,
상기 반도체 기판 표면에 이격 영역을 개재하여 이격하여 배치된 한 쌍의 홀 소자와,
상기 한 쌍의 홀 소자를 덮고, 상기 반도체 기판 상에 설치된 보호막과,
상기 반도체 기판의 이면에 있어서, 상기 이격 영역으로부터 상기 한 쌍의 홀 소자의 각각에 걸치도록 부착된, 상기 이면과의 사이에 오목부를 구비한 자기 집속판 폴더를 갖는 다이패드와,
상기 자기 집속판 폴더의 상기 오목부의 형상에 맞추어 배치된 자기 집속판을 갖는 자기 센서.
청구항 6에 있어서,
상기 자기 집속판은, 800~1200℃의 고온 어닐링이 실시되어 있는 연자성체 재료인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
청구항 6에 있어서,
상기 자기 집속판은, 외주의 1개소 혹은 복수 개소에 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부를 갖는 자기 센서.
청구항 8에 있어서,
상기 자기 집속판 폴더는, 상기 자기 집속판에 설치된 상기 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부에 맞추어 설치된 동형의 볼록부 또는 오목부를 갖는 자기 센서.
청구항 8에 있어서,
상기 자기 집속판 회전 방향 위치 맞춤용의 오목부 또는 볼록부는 상기 집속판의 자기 이방성의 방향을 나타내고 있는 자기 센서.