TWI675213B - 磁性感測器及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
提供在形成有霍爾元件或電路之基板上縮小位置偏差地配置高磁導率且保磁力小之磁性收斂板，且抑制作業工程增加的磁性感測器以及其製造方法。為一種磁性感測器及其製造方法，係在矽基板上形成霍爾元件或電路之工程中，形成由與磁性收斂板相同之形狀及大小的凹陷圖案所構成之磁性收斂板座，且在上述磁性收斂板座插入以與形成有霍爾元件或電路之矽基板不同的工程所製作出的磁性收斂板。
Description
本發明係關於具備磁性收斂板，檢測垂直及水平之磁場的磁性感測器及其製造方法。
由於霍爾元件能夠當作磁性感測器進行非接觸之位置檢測或角度檢測，故經常使用於各種運用。
首先，針對霍爾元件之磁性檢測原理予以說明。當對在物質中流動之電流施加垂直的磁場時，在相對於其電流和磁場之雙方呈垂直之方向上產生電場(霍爾電壓)。因此，一般的霍爾元件在基板(晶圓)表面流通電流，檢測出垂直之磁場成分。
而且，所知的藉由與以具有高磁導率之材料所製成的磁性體薄膜組合，將磁性體薄膜當作改變磁通之方向而引導至霍爾元件的磁性收斂板使用，不僅垂直方向磁場，也能檢測出水平方向磁場。
為了實現縱磁場敏感度和橫磁場敏感度之比一致的磁特性偏差小之磁性感測器，霍爾元件和磁性收斂板之位置
關為重要(例如，參照專利文獻1)。
為了縮小由於磁性收斂板之位置偏差之影響所致的磁特性偏差，有使用光微影等之手法事先在形成有霍爾元件和電路之Si基板上圖案製作磁性收斂板，或藉由電鍍形成磁性收斂板之方法(例如參照專利文獻2)。使用圖2簡單說明一例。
首先，如圖2(A)所示般，隔著間隔在P型半導體基板1之表面形成一對霍爾元件2。在霍爾元件2和P型半導體基板1之表面形成聚醯亞胺膜等之絕緣體之保護膜3。
接著，如圖2(B)所示般，在絕緣體之保護膜3上形成磁性收斂板之基底導電層11。
接著，如圖2(C)所示般，在基底導電層11之上塗佈光阻，且除去形成磁性收斂板之區域的光阻。
而且，如圖2(D)所示般，藉由電鍍，在光阻被除去之區域，形成磁性收斂板10。
最後，如圖2(E)所示般，藉由除去剩下的光阻，可以在所期待之區域形成磁性收斂板10。
再者，也有在形成有霍爾元件和電路之Si基板上配置用以進行磁性收斂板之定位的構造物，提升定位之精度而縮小磁特性之偏差的方法(例如參照專利文獻3)。
[專利文獻1]日本特開2012-47708號公報
[專利文獻2]日本特開2012-151285號公報
[專利文獻3]日本特開2003-130936號公報
藉由電鍍或濺鍍形成磁性收斂板之時，為了實現降低磁性體之保磁力或高磁導率，一般需要在居禮點以上之高溫進行退火。但是，於霍爾元件或電路形成後，無法對磁性收斂板施加如此之高溫，難以成為磁導率高，且保磁力小的磁性收斂板。
再者，在配置用以進行磁性收斂板之定位的構造物之方法中，藉由形成定位用之構造物或於配置磁性收斂板後去除構造物等之追加工程，有工程增加之困難點。
本發明之目的係提供在形成有霍爾元件或電路之基板上縮小位置偏差地配置高磁導率且保磁力小之磁性收斂板，且抑制作業工程增加的磁性感測器之製造方法。
為了解決上述之課題，本發明成為下述般之磁性感測器之製造方法。
在矽基板上形成霍爾元件或電路之工程中，形成與磁性收斂板相同之形狀及大小的凹陷圖案，即是磁性收斂板座，且上述磁性收斂板座插入以與形成有霍爾元件或電路之矽基板不同的工程所製作出的磁性收斂板。
藉由使用上述手段，可以抑制磁性收斂板之位置偏差，且縮小磁特性之偏差。再者，因與電路形成同時形成磁性收斂板之定位用磁性收斂板座，故不會增加工程，可以抑制製造成本。再者，因藉由以不同之工程製作磁性收斂板和電路，於磁性體膜形成後，能夠進行高溫之退火，故可以製作高磁導率且低保磁力之磁性收斂板，可以實現更高敏感度高精度之磁性感測器。
1‧‧‧P型半導體基板
2‧‧‧霍爾元件
3‧‧‧保護膜
3A‧‧‧磁性收斂板座
5‧‧‧間隔區域
10‧‧‧磁性收斂板
11‧‧‧基底導電層
20‧‧‧光阻
圖1為用以說明與本發明有關之磁性感測器之製造方法之主要部分之工程順序之剖面圖。
圖2為用以說明藉由磁性收斂板之電鍍的以往形成方法之主要部分的工程順序。
圖3為與本發明有關之磁性收斂板及磁性收斂板座有關之俯視圖。
以下，一面參照圖面一面針對用以實施本發明之型態予以詳細說明。
圖1為用以說明與本發明有關之實施型態的磁性感測器之製造方法之主要部分之工程順序之剖面圖。
首先，如圖1(A)所示般，藉由通常之半導體製造
程序在P型半導體基板1之表面形成構成包含霍爾元件2的磁性感測器之半導體電路。霍爾元件2為橫型霍爾元件，其具備：擁有正方形或十字型之4圈旋轉軸的垂直磁場感受部，和在其各頂點及端部具有相同形狀之表面n型高濃度雜質區域之垂直磁場檢測控制電流輸入端子及垂直磁場霍爾電壓輸出端子。在本實施型態中，霍爾元件2為一對，配置成每個間隔開。將使一對霍爾元件2間隔開之區域稱為間隔區域5。
接著，如圖1(B)所示般，在形成有半導體電路之P型半導體基板1上形成聚醯亞胺膜等之絕緣體之保護膜3，且該半導體電路係構成包含霍爾元件2的磁性感測器。該保護膜3之膜厚以100um~30um程度為佳。保護膜3之目的雖然也有緩和配置在上方之磁性收斂板之應力，但是當膜厚過厚時，由於離霍爾元件2之距離變大，故水平磁場敏感度下降。
接著，如圖1(C)所示般，藉由蝕刻絕緣體之保護膜3，從間隔區域5到霍爾元件2形成凹形狀之磁性收斂板座3A。此時，磁性收斂板座3A形成蝕刻至保護膜之膜厚之1/2程度為佳。再者，磁性收斂板座3A以形成與磁性收斂板10相同大小，且使磁性收斂板座3A之邊緣掛在霍爾元件上為佳。蝕刻可以藉由與形成P型半導體基板1之Pad開口部相同之工程來實施。
磁性收斂板係在與半導體製造程序不同的獨立工程中，藉由電鍍等製作薄膜，且將此加工成磁性收斂板之形
狀來製造。
磁性收斂板係以高導磁合金或超導磁合金等之低保磁力且持有高導磁率之軟磁性體材料來製作為佳。在此，於藉由電鍍等製作低保磁力且持有高導磁率之軟磁性體薄膜之時，雖然於電鍍後，以高溫進行退火為佳，但是由於藉由電鍍在半導體基板上製作軟磁性體薄膜之時，無法進行該退火處理，故無法製作性能更佳之軟磁性體之磁性收斂板。對此，如本發明般，於與半導體基板獨立形成磁性收斂板之時，無須考慮高溫退火對半導體基板的影響。即是，在本發明中形成磁性收斂板10施予800~1000℃之高溫退火。
再者，磁性收斂板10係以配合磁性收斂座3A加工成相同形狀，且可以不用強制地配置為佳。以從薄膜進行加工為佳，能夠藉由使用雷射加工或模具大量加工。
再者，磁性收斂板10之膜厚以30um~50um程度為佳。
圖3為與本發明有關之磁性收斂板及磁性收斂板座有關之俯視圖。如圖示般，磁性收斂板10為具有圓、正方形或是十字型等之4圈旋轉軸之平面形狀，在外周之一處或複數處具有磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部。而且，藉由磁性收斂板座3A也配合磁性收斂板之磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部使成為同形狀，可以不用強制地收納磁性收斂板。一般而言，因薄膜狀之磁性收斂板具有磁性各向異性，故藉由使磁性收斂板之旋轉方向
之位置一致，使磁性收斂板之結晶方向一致，抑制由於磁性各向異性所致的磁特性之偏差，成為特性偏差小的磁性感測器。
再者，磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部係以形成小於磁性收斂板之尺寸使不會對霍爾元件2之磁特性造成影響為佳。而且，於黏貼形成有磁性收斂板和磁性收斂板座3A之磁性感測器晶片之時，為了使磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部不會對霍爾元件之磁特性造成影響，以設計磁性收斂板座3A及磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部之位置，以使磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部盡可能地從霍爾元件2遠離為佳。
即是，圖3(A)之磁性收斂板10及磁性收斂板座3A成為與定向平面類似，具有藉由與圓之切線平行地切斷圓形之一部分而形成的直線(弦)部10A的圓形狀。圖3(B)之磁性收斂板10及磁性收斂板座3A為具有凹部(溝槽)10B之圓形狀，圖3(C)之磁性收斂板10及磁性收斂板座3A為具有凸部10C之圓形狀，圖3(D)之磁性收斂板10及磁性收斂板座3A為具有複數凸部10D之圓形狀，圖3(E)之磁性收斂板10及磁性收斂板座3A係角部具有缺口部10E的十字型，圖3(F)之磁性收斂板10及磁性收斂板座3A係與定向平面類似，具有藉由與圓之切線平行地切斷圓形之一部分而形成的直線(弦)部10F之甜甜圈形狀。
而且，如圖1(D)所示般，將加工後之磁性收斂板
10黏貼在形成有磁性收斂板座3A之磁性感測器晶片上。於黏貼磁性收斂板10之時，以將絕緣性之黏接劑滴下於磁性收斂板座3A而進行黏貼為佳。於該黏貼之時，藉由形成有磁性收斂板座3A提升定位精度，且即使使用晶片接合器黏貼磁性收斂板10亦能夠充分安裝。由於保護膜3之厚度，有磁性收斂板10從保護膜3之表面突出之情形，也有磁性收斂板10完全收納於磁性收斂板座3A之中的情形。
藉由使用上述手段，可以抑制磁性收斂板10之位置偏差，且縮小磁特性之偏差。再者，因與電路形成同時形成磁性收斂板之定位用磁性收斂板座，故不會增加工程，可以抑制製造成本。再者，因藉由以不同之工程製作磁性收斂板和電路，於磁性體膜形成後，能夠進行高溫之退火，故可以製作高磁導率且低保磁力之磁性收斂板，可以實現更高敏感度高精度之磁性感測器。
Claims (8)
- 一種磁性感測器之製造方法，係具備有被設置在半導體基板之表面的霍爾元件，和隔著保護膜被設置在上述霍爾元件上之磁性收斂板的磁性感測器之製造方法，其特徵為，具備：在上述霍爾元件上形成保護膜之工程；部分性地除去上述保護膜而形成凹形狀之磁性收斂板座之工程；與形成有上述磁性收斂板座之上述半導體基板無關，另外形成磁性收斂板，且對上述磁性收斂板進行高溫退火之工程；及將進行上述高溫退火後之上述磁性收斂板插入且固定於上述磁性收斂板座之工程。
- 如請求項1之磁性感測器之製造方法，其中上述高溫退火之工程中的處理溫度為800~1000℃。
- 如請求項1之磁性感測器之製造方法，其中進行上述高溫退火後的上述磁性收斂板被加工成在俯視下具有圓、正方形或是十字型等之4圈旋轉軸的形狀，而且在外周之一處或複數處形成有磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部。
- 如請求項1之磁性感測器之製造方法，其中將進行上述高溫退火後之上述磁性收斂板之俯視形狀配合上述磁性收斂板座之俯視形狀而形成相同形狀。
- 一種磁性感測器，其特徵為，具備： 半導體基板；一對霍爾元件，其係在上述半導體基板表面被配置成隔著間隔區域而間隔開；保護膜，其係覆蓋上述一對霍爾元件，而被設置在上述半導體基板上；凹形狀之磁性收斂板座，其係從上述間隔區域至上述一對霍爾元件之各霍爾元件，被設置在上述保護膜上；及磁性收斂板，其係配合上述磁性收斂板座之凹形狀而配置。
- 如請求項5之磁性感測器，其中，上述磁性收斂板係在外周之一處或複數處具有磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部。
- 如請求項6之磁性感測器，其中，上述磁性收斂板座具有配合被設置在上述磁性收斂板之上述磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部而設置的同型之凸部或凹部。
- 如請求項6之磁性感測器，其中，上述磁性收斂板旋轉方向定位用之凹部或凸部表示上述收斂板之磁性各向異性之方向。
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