TWI730063B - 磁性感測器及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供磁性感測器及其製造方法。磁性感測器包括：表面具備霍耳元件的半導體基板，設置於半導體基板的背面上的導電層，以及設置於導電層上的磁性收斂板。磁性收斂板藉由如下而形成於半導體基板的背面上，即，在半導體基板的背面上形成基底導電層，在基底導電層上形成具有磁性收斂板形成用的開口的抗蝕劑，利用電鍍在抗蝕劑的開口內形成磁性收斂板，將抗蝕劑去除，將磁性收斂板作為遮罩而將基底導電層的一部分蝕刻去除。

Description

磁性感測器及其製造方法
本發明是有關於一種使用了霍耳元件（Hall element）的磁性感測器及其製造方法，特別是有關於一種具備磁性收斂板且探測垂直及水平方向的磁場的磁性感測器及其製造方法。
霍耳元件因作為磁性感測器能夠進行非接觸下的位置探測或角度探測，故用於各種用途。
首先，對霍耳元件的磁性檢測原理進行說明。若對物質中流過的電流施加垂直的磁場則會在相對於該電流與磁場的雙方垂直的方向上產生電場（霍耳電壓）。因此，一般的霍耳元件是在包含矽等的半導體基板（晶圓）表面流過電流，檢測垂直的磁場成分。
進而已知，與由具有高導磁率的材料製作的磁性體薄膜加以組合，將磁性體薄膜改變磁通的方向並向霍耳元件引導而用作磁性收斂板，由此不僅能夠檢測垂直方向磁場，亦能夠檢測水平方向磁場（例如參照專利文獻1）。
具備磁性收斂板的磁性感測器可藉由如下而製作，即，例如在矽基板形成了霍耳元件後，利用電鍍在矽基板上形成磁性收斂板，或者在矽基板的表面形成聚醯亞胺等保護膜，利用電鍍在該保護膜上形成磁性收斂板（例如參照專利文獻2）。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-071381號公報 [專利文獻2]國際公開第WO07/119569號
[發明所欲解決之課題] 當在形成著霍耳元件的矽基板上形成了磁性收斂板時，因作為金屬的磁性體與矽基板或聚醯亞胺等保護膜的熱膨脹率大有不同，故會產生大的應力。該應力對磁性感測器造成影響，增大磁性特性的偏移或不均。
因此，本發明的目的在於提供抑制應力的影響且磁性特性的偏移或不均小的磁性感測器及其製造方法。 [解決課題之手段]
本發明的一實施例的磁性感測器的特徵在於包括：半導體基板，在表面具備霍耳元件；導電層，設置於所述半導體基板的背面上；以及磁性收斂板，設置於所述導電層上。
本發明的一實施例的磁性感測器的製造方法的特徵在於包括下述步驟：在半導體基板的表面形成霍耳元件；在所述半導體基板的背面上形成基底導電層；在所述基底導電層上形成具有磁性收斂板形成用的開口的抗蝕劑；在形成著所述抗蝕劑的狀態下進行電鍍，所在述開口內形成磁性收斂板；將所述抗蝕劑去除；以及將所述磁性收斂板作為遮罩而將所述基底導電層的一部分蝕刻去除。 [發明的效果]
根據本發明的一實施例，因在表面具備霍耳元件的半導體基板的背面上設置著磁性收斂板，故因半導體基板與磁性收斂板的熱膨脹率之差而產生的應力會自半導體基板的背面側施加，從而能夠以與半導體基板的厚度相應的量，抑制施加至設置於半導體基板的表面側的霍耳元件的應力。因此，能夠減小磁性感測器的磁性特性的經時變化或不均。
以下，一方面參照圖式一方面對用以實施本發明的形態進行詳細說明。
圖1是表示本發明的實施形態的磁性感測器的構造的剖面圖。
如圖1所示，本實施形態的磁性感測器包括：半導體基板1；一對霍耳元件2，設置於半導體基板1的表面且彼此隔開配置；保護膜3，覆蓋包含霍耳元件2的半導體基板1的表面；導電層11，設置於半導體基板1的背面上；以及磁性收斂板10，經由導電層11設置於半導體基板1的背面上。
本實施形態中，半導體基板1為P型半導體基板，霍耳元件2為橫置式霍耳元件，包括具有正方形或十字型的4次旋轉軸的垂直磁場感受部，且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耳電壓輸出端子。
為了實現特性不均小的磁性感測器，霍耳元件與磁性收斂板的位置關係重要，磁性收斂板10以與一對霍耳元件2的各自的至少一部分俯視時重疊的方式配置。
利用該構成，因半導體基板1與磁性收斂板10的熱膨脹率之差而產生的應力自半導體基板1的背面側施加，因而以與半導體基板1的厚度相應的量，抑制施加至設置於半導體基板1的表面的霍耳元件2的應力。由此，可獲得磁性特性的經時變化或不均小的磁性感測器。
此處，關於半導體基板1的厚度，若過大則磁性收斂板10與半導體基板1表面的霍耳元件2的距離變遠而無法獲得磁性感測器的充分的感度，而且若過小則施加至半導體基板1的表面的霍耳元件2的應力增大，因而較佳為100 μm～400 μm左右。
而且，關於磁性收斂板10的膜厚，若過小則磁性感測器的感度減小，若過大則應力的影響增大，因而較佳為20 μm～50 μm左右。
接下來，使用圖2對圖1所示的磁性感測器的製造方法進行說明。
圖2（a）～圖2（f）是表示本實施形態的磁性感測器的製造方法的步驟剖面圖。
首先，如圖2（a）所示，利用通常的半導體製造製程在P型半導體基板1的表面形成霍耳元件2及其控制電路等周邊電路（未圖示）。
繼而，如圖2（b）所示，對形成著霍耳元件2及周邊電路的半導體基板1的背面進行研磨，使半導體基板1的厚度變薄至100 μm～400 μm左右。
接下來，如圖2（c）所示，在半導體基板1的背面上形成磁性收斂板10的基底導電層11。此處，磁性收斂板10的基底導電層11為電鍍的電極。為了抑制應力，基底導電層11的厚度較佳為0.3 μm～1.0 μm左右。
接下來，如圖2（d）所示，藉由光微影法（photolithography）形成抗蝕劑20，該抗蝕劑20具備具有所形成的磁性收斂板10的形狀的開口（亦稱作「磁性收斂板形成用的開口」）20a。此時，將設置於半導體基板1的對準標記與設置於曝光用遮罩的對準標記進行對準，由此可精度佳地將磁性收斂板形成用的開口20a形成於所需的位置，所述曝光用遮罩是用以將形成於半導體基板1的背面上的抗蝕劑20圖案化。此處，抗蝕劑20的厚度需要大於所形成的磁性收斂板10的厚度，因而理想的是設為30 μm～60 μm左右。
繼而，如圖2（e）所示，利用電鍍，在抗蝕劑20的開口20a內形成20 μm～50 μm左右的厚度的磁性收斂板10。磁性收斂板10理想的是由高導磁合金（permalloy）或超導磁率合金（supermalloy）等低保磁力且具有高導磁率的軟磁性體材料而製作。
而且，如圖2（f）所示，藉由將抗蝕劑20去除，而獲得所需形狀的磁性收斂板10。
進而，將磁性收斂板10作為遮罩而將基底導電層11的多餘部分蝕刻去除，由此如圖1所示，在所需的區域形成磁性收斂板10。
如以上說明，根據本實施形態，可提供應力引起的磁性特性的不均或偏移小的磁性感測器及其製造方法。而且，因可利用光微影法與電鍍形成磁性收斂板，故亦可抑制製造成本。
以上，已對本發明的實施形態進行了說明，但本發明不限定於所述實施形態，當然能夠在不脫離本發明的主旨的範圍內進行各種變更。
例如，所述實施形態中，形成著保護膜3，但亦可不必設置。
而且，所述實施形態表示使用P型半導體基板作為半導體基板1的示例，但亦能夠使用N型半導體基板。
1‧‧‧半導體基板2‧‧‧霍耳元件3‧‧‧保護膜10‧‧‧磁性收斂板11‧‧‧基底導電層20‧‧‧抗蝕劑20a‧‧‧磁性收斂板形成用的開口
圖1是表示本發明的實施形態的磁性感測器的構造的剖面圖。 圖2（a）～圖2（f）是表示本發明的實施形態的磁性感測器的製造方法的步驟剖面圖。
1‧‧‧半導體基板
2‧‧‧霍耳元件
3‧‧‧保護膜
10‧‧‧磁性收斂板
11‧‧‧基底導電層

Claims (6)

  1. 一種磁性感測器，其特徵在於包括：半導體基板；一對霍耳元件，經由間隔區域隔開配置於所述半導體基板的表面；導電層，設置於所述半導體基板的背面上；以及磁性收斂板，經由所述導電層設置於所述半導體基板的背面上，所述磁性收斂板是以與所述一對霍耳元件的各自的至少一部分俯視時重疊的方式配置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磁性感測器，其中所述半導體基板的厚度為100μm~400μm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的磁性感測器，其中所述磁性收斂板的厚度為20μm~50μm。
  4. 一種磁性感測器的製造方法，其特徵在於包括下述步驟：在半導體基板的表面形成霍耳元件；在所述半導體基板的背面上形成基底導電層；在所述基底導電層上形成具有磁性收斂板形成用的開口的抗蝕劑；在形成著所述抗蝕劑的狀態下進行電鍍，以磁性收斂板經由所述基底導電層設置於所述半導體基板的背面上的方式，在所述 開口內形成磁性收斂板；將所述抗蝕劑去除；以及將所述磁性收斂板作為遮罩而將所述基底導電層的一部分蝕刻去除。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的磁性感測器的製造方法，更包括對所述半導體基板的背面進行研削，使所述半導體基板的厚度為100μm~400μm的步驟。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的磁性感測器的製造方法，其中所述磁性收斂板的厚度為20μm~50μm。
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