TWI675500B - 磁性感測器及其製造方法 - Google Patents

Abstract

在配置由霍爾元件或電路等所成之半導體基板的封裝體的晶粒焊墊，形成以與磁會聚板相同的形狀及大小呈凹陷的圖案亦即磁會聚板層夾，在該處插入以與形成有霍爾元件或電路的半導體基板為不同的工程所製作的磁會聚板，在其上以由霍爾元件或電路等所成之半導體基板的背面面向晶粒焊墊及磁會聚板的方式作配置之磁性感測器及其製造方法。

Description

磁性感測器及其製造方法

本發明係關於具備有磁會聚板，感測垂直及水平方向的磁場的磁性感測器及其製造方法。

霍爾元件係可作為磁性感測器來進行以非接觸的位置感測或角度感測，因此常被使用在各種應用中。

首先，說明霍爾元件的磁性檢測原理。若對流至物質中的電流施加垂直的磁場，則以相對該電流及磁場之雙方呈垂直的方向產生電場(霍爾電壓)。因此，一般的霍爾元件係對基板(晶圓)表面流通電流，檢測垂直的磁場成分。

此外，與以具有高導磁率的材料所作成的磁性體薄膜組合，作為將磁性體薄膜改變磁通的方向而導至霍爾元件的磁會聚板加以利用，藉此不僅垂直方向磁場，亦可檢測水平方向磁場已為人所知。

為了實現縱磁場感度與橫磁場感度的比一致的磁特性不均較小的磁性感測器，霍爾元件與磁會聚板的位置關係 極為重要(參照例如專利文獻1)。

為了減小因磁會聚板的位置不均的影響所造成的磁特性不均，有在預先形成有霍爾元件及電路的Si基板之上，使用光微影等手法，將磁會聚板圖案化，或藉由鍍敷形成磁會聚板的方法(參照例如專利文獻2)。使用圖2，簡單說明一例。

首先，如圖2(A)所示，將1對霍爾元件2隔著間隔形成在P型的半導體基板1的表面。在霍爾元件2與P型的半導體基板1的表面係形成聚醯亞胺膜等絕緣體的保護膜3。

接著，如圖2(B)所示，在絕緣體的保護膜3上形成磁會聚板的基底導電層11。

接著，如圖2(C)所示，將阻劑塗布在基底導電層11之上，將形成磁會聚板的區域的阻劑去除。

接著，如圖2(D)所示，藉由鍍敷，在阻劑被去除的區域形成磁會聚板10。

最後，如圖2(E)所示，藉由去除剩餘的阻劑，可在所希望的區域形成磁會聚板10。

此外，亦有一種在形成有霍爾元件及電路的Si基板之上配置用以進行磁會聚板之對位的構造物，提升對位的精度而減小磁特性的不均的方法(參照例如專利文獻3)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2012-047708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

若藉由鍍敷或濺鍍形成磁會聚板時，為實現磁性體的保持力減低或高導磁率，一般而言，必須以居禮點(Curie point)以上的高溫進行退火。但是，在霍爾元件或電路形成後，無法對磁會聚板施加如上所示之高溫，難以形成為導磁率高、且保持力小的磁會聚板。

此外，在配置供磁會聚板對位之用的構造物時，有對位用的構造物的形成或磁會聚板配置後的構造物的去除等工程增加的困難點。

本發明之目的在提供一種在形成有霍爾元件或電路的基板上，減小位置不均地配置高導磁率且保磁力小的磁會聚板，且抑制作業工程增加的磁性感測器及其製造方法。

為解決上述課題，本發明係形成如以下所示之構成。

形成為一種具有磁會聚板之磁性感測器之製造方法，其特徵為：在配置由霍爾元件或電路等所成之半導體基板的封裝體的晶粒焊墊，形成以與磁會聚板相同的形狀及大小呈凹陷的圖案亦即磁會聚板層夾，在磁會聚板層夾插入 以與形成有霍爾元件或電路的半導體基板為不同的工程所製作的磁會聚板，在其上方配置由霍爾元件或電路等所成之半導體基板。

藉由使用上述手段，磁會聚板的位置不均受到抑制，可減小磁特性的不均。此外，由於在封裝體的晶粒焊墊形成磁會聚板的對位用磁會聚板層夾，因此不會增加工程，可抑制製造成本。此外，藉由以其他工程製作磁會聚板及電路，在磁性體膜形成後，可進行高溫熱處理，因此可作成高導磁率且低保持力的磁會聚板，可實現更為高感度高精度的磁性感測器。

此外，可實現藉由在晶圓背面側配置磁會聚板，來抑制因應力所致之偏置電壓增大的磁性感測器。

1‧‧‧P型半導體基板

2‧‧‧霍爾元件

3‧‧‧保護膜

10‧‧‧磁會聚板

10A‧‧‧直線(弦)部

10B‧‧‧凹部(切口)

10C‧‧‧凸部

10D‧‧‧凹部

10E‧‧‧角部形成缺口的部

10F‧‧‧直線(弦)部

11‧‧‧基底導電層

20‧‧‧阻劑

100‧‧‧晶粒焊墊

100A‧‧‧磁會聚板層夾

圖1係關於作為本發明之實施形態之磁性感測器之製造方法的剖面圖。

圖2係關於習知之藉由鍍敷所為之磁會聚板形成方法的說明圖。

圖3係關於本發明之磁會聚板及磁會聚板層夾的平面圖。

以下一邊參照圖示，一邊詳細說明用以實施本發明的形態。

圖1係關於表示本發明之實施形態之磁性感測器之製造方法的剖面圖。

首先，如圖1(A)所示，藉由一般的半導體製造製程，在P型的半導體基板1形成構成包含霍爾元件2的磁性感測器的半導體電路。霍爾元件2係具有：正方形或具有十字型之4次旋轉軸的垂直磁場感受部；及在其各頂點及端部具有同一形狀的表面n型高濃度雜質區域的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的橫型霍爾元件。在半導體基板1的表面係形成一對以上的霍爾元件2。其中，在形成有構成包含霍爾元件2的磁性感測器的半導體電路的半導體基板1的表面係形成有由聚醯亞胺等絕緣體所成之保護膜3。之後，形成有磁性感測器的半導體基板1係被個片化而成為半導體晶片。

接著，使用圖1(B)，說明封裝體的晶粒焊墊100。封裝體的晶粒焊墊100係具有與設有藉由半導體基板1的個片化所得之磁性感測器的半導體晶片為同程度的平面尺寸，在配置磁會聚板10的位置形成有具有與磁會聚板10相同形狀及尺寸之凹陷的圖案亦即磁會聚板層夾(folder)100A。磁會聚板層夾100A係形成為例如矩形或圓形的凹部。若在該凹部收納磁會聚板10，以晶粒焊墊100的表面高度與磁會聚板10的表面高度成為相同的方式調節凹部的深度與磁會聚板的厚度。亦可謂為磁會 聚板10的剖面形狀剛好收納在磁會聚板層夾100A的剖面形狀。此時，以在形成在半導體基板1的霍爾元件2來到磁會聚板10的邊緣附近的位置形成磁會聚板層夾100為宜。封裝體的晶粒焊墊100係藉由樹脂或陶瓷等絕緣體來製作。封裝體的晶粒焊墊100係藉由模具形成，因此若在模具先形成磁會聚板層夾圖案，在封裝體晶粒焊墊形成時，即不需要追加工程。

圖3係關於本發明之磁會聚板及磁會聚板層夾的平面圖。如圖所示，磁會聚板10係圓形、正方形、或具有十字型等4次旋轉軸的平面形狀，在外周的1處或複數處具有磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部。此外，磁會聚板層夾100A亦配合具有磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部的磁會聚板而形成為同形狀，可不勉強地收納磁會聚板。一般而言，薄膜狀的磁會聚板具有磁異向性，因此藉由使磁會聚板的旋轉方向的位置一致，使磁會聚板的結晶方向一致，抑制因磁異向性所致之磁特性不均，成為特性不均小的磁性感測器。其中，在圖3中為方便說明，存在於霍爾元件2與磁會聚板10之間的半導體基板1係呈透明，未加以描繪。

此外，磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部係以對霍爾元件2的磁特性不會造成影響的方式與磁會聚板的大小相比形成為較小為佳。此外，當將形成有磁會聚板層夾100A的磁性感測器晶片與磁會聚板10相黏貼時，由於使得磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部不會對霍爾元件 的磁特性造成影響，因此較佳為以磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部大幅遠離霍爾元件2的方式，設計磁會聚板層夾3A及磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部的位置。

順帶一提，圖3(A)的磁會聚板10及磁會聚板層夾100A係形成為具有類似定向平面(Orientation Flat)之藉由將圓形的一部分與圓的切線呈平行地形成切口所形成的直線(弦)部10A的圓形狀。圖3(B)的磁會聚板10及磁會聚板層夾100A係具有凹部(切口)10B的圓形狀，圖3(C)的磁會聚板10及磁會聚板層夾100A係具有凸部10C的圓形狀，圖3(D)的磁會聚板10及磁會聚板層夾100A係具有複數凹部10D的圓形狀，圖3(E)的磁會聚板10及磁會聚板層夾100A係具有角部形成缺口的部10E的十字型，圖3(F)的磁會聚板10及磁會聚板層夾100A係具有類似定向平面之藉由將圓形的一部分與圓的切線呈平行地形成切口所形成的直線(弦)部10F的甜甜圈形狀。

磁會聚板係與半導體製造製程獨立，藉由鍍敷等製作薄膜，將其加工成磁會聚板的形狀。

較佳為以高導磁合金(permalloy)或超導磁合金(supermalloy)等具有低保持力且高導磁率的軟磁性體材料製作磁會聚板。在此藉由鍍敷等，製作具有低保持力且高導磁率的軟磁性體薄膜時，必須在鍍敷後在氫氣體環境中在800~1200℃的溫度進行藉由高溫退火(annealing) 所為之處理。藉由鍍敷在半導體基板上形成軟磁性體薄膜時，由於無法實施該退火處理，因此難以製作性能更佳的軟磁性體的磁會聚板。

此外，磁會聚板10係圓形或正方形，加工成與磁會聚板層夾100A為相同的形狀。較佳為以可大量加工的方式，藉由使用雷射加工或模具，將磁會聚板10由薄膜進行加工。磁會聚板10的膜厚較佳為30~50μm左右。接著，將經加工的磁會聚板10黏貼在形成有磁會聚板層夾100A的封裝體晶粒焊墊100。在黏貼磁會聚板10時，係以將絕緣性接著劑滴下至磁會聚板層夾100A來進行黏貼為宜。進行該黏貼時，藉由形成磁會聚板層夾100A，對位精度提升，即使使用晶片接合器來黏貼磁會聚板10，亦可充分構裝。

形成有霍爾元件或控制電路的半導體基板1係使霍爾元件2與磁會聚板的距離近接，因此藉由背面研磨，變薄至150μm左右。

之後，如圖1(C)所示，將半導體基板1的背面構裝(黏貼)在構裝有磁會聚板10的封裝體的晶粒焊墊100表面。與磁會聚板10構裝在半導體基板1的表面的情形相比，霍爾元件2與磁會聚板10的距離會變大，但是由於實現磁特性提升的磁會聚板10，因此被維持磁靈敏度。此外，藉由在半導體基板1的背面側配置磁會聚板10，與將磁會聚板10構裝在半導體基板1的表面的情形相比，可大幅抑制磁會聚板10的應力的影響，因此可抑 制偏置電壓。

霍爾元件2係形成為離半導體基板1的表面為5μm左右的深度，因此半導體基板1的厚度亦可薄至20μm左右，此時，霍爾元件2與磁會聚板10的距離縮小，磁特性更加提升。

如以上所示，準備經高溫退火的磁會聚板，在形成有作為凹部的磁會聚板層夾的晶粒焊墊的凹部收納磁會聚板，且在此形成霍爾元件，可藉由黏貼變薄的半導體基板來製造磁性感測器。

藉由使用上述手段，磁會聚板10的位置不均受到抑制，磁特性的不均可減小。此外，由於在封裝體晶粒焊墊形成磁會聚板之對位用磁會聚板層夾，因此不會增加工程，可一邊抑制製造成本一邊減小磁特性不均。此外，藉由在其他工程製作磁會聚板及電路，可在形成磁性體膜後，進行高溫的退火處理，因此可作成高導磁率且低保持力的磁會聚板，可實現更高感度高精度的磁性感測器。

此外，藉由在半導體基板的背面配置磁會聚板，可抑制偏置電壓。

Claims (10)

1. 一種磁性感測器之製造方法，其係具備有磁會聚板之磁性感測器之製造方法，其係具有：準備將霍爾元件設在表面的半導體基板的工程；形成磁會聚板，將前述磁會聚板進行高溫退火的工程；在晶粒焊墊形成凹形狀的磁會聚板層夾的工程；將前述磁會聚板收納在前述磁會聚板層夾的工程；及在前述晶粒焊墊及前述磁會聚板的表面黏貼前述半導體基板的背面的工程。
2. 如申請專利範圍第1項之磁性感測器之製造方法，其中，前述進行高溫退火的工程中的處理溫度為800~1200℃。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之磁性感測器之製造方法，其中，經前述高溫退火的前述磁會聚板係在外周的1處或複數處形成有磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部，除了前述磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部之外，在平面視下，形成為包含圓或正方形之具有4次旋轉軸的形狀。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項之磁性感測器之製造方法，其中，將經前述高溫退火的前述磁會聚板的平面視形狀配合前述磁會聚板層夾的平面視形狀而形成為相同形狀。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項之磁性感測器之製 造方法，其中，經前述高溫退火的磁會聚板的剖面形狀係配合前述磁會聚板層夾的剖面形狀而形成為相同形狀。
6. 一種磁性感測器，其係具有：半導體基板；一對霍爾元件，其係透過分離區域而分離配置在前述半導體基板表面；保護膜，其係覆蓋前述一對霍爾元件，設在前述半導體基板之上；晶粒焊墊，其係具有在前述半導體基板的背面，以由前述分離區域至前述一對霍爾元件的各個的方式被黏貼且在與前述背面之間具備有凹部的磁會聚板層夾；及磁會聚板，其係配合前述磁會聚板層夾的前述凹部的形狀作配置。
7. 如申請專利範圍第6項之磁性感測器，其中，前述磁會聚板係被施行800~1200℃的高溫退火的軟磁性體材料。
8. 如申請專利範圍第6項之磁性感測器，其中，前述磁會聚板係在外周的1處或複數處具有磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部。
9. 如申請專利範圍第8項之磁性感測器，其中，前述磁會聚板層夾係具有配合設在前述磁會聚板的前述磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部而設之同型的凸部或凹部。
10. 如申請專利範圍第8項之磁性感測器，其中，前 述磁會聚板旋轉方向對位用的凹部或凸部係表示前述會聚板的磁異向性的方向。