WO2006098367A1 - 磁気センサ及びその製造方法 - Google Patents

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slope
giant magnetoresistive
thick film
groove
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Hiroshi Naito
Hideki Sato
Yukio Wakui
Masayoshi Omura
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Yamaha Corporation
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Priority claimed from JP2005098498A external-priority patent/JP4972871B2/ja
Priority claimed from JP2005131857A external-priority patent/JP4984424B2/ja
Priority claimed from JP2005350487A external-priority patent/JP4961736B2/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor and a method for manufacturing the same, and in particular, a small-sized magnetic sensor that detects the strength of a magnetic field in three axes by arranging three or more giant magnetoresistive elements on a single substrate, and It relates to the manufacturing method.
  • This application consists of seven Japanese patent applications: Japanese Patent Application No. 2005-77010 (Filing date: March 17, 2005), Japanese Patent Application No. 2005-91616 (Application No .: March 28, 2005), Application No. 2005-8882 8 (Application filing: March 25, 2005), Japanese Patent Application No. 2005-131857 (Application filing: April 28, 2005), Japanese Patent Application No. 2005-350487 (Application filing: December 2005) 5)), Japanese Patent Application 2005-91617 (Filing date: March 28, 2005) and Japanese Patent Application 2005-98498 (Filing date: March 30, 2005) Is hereby incorporated by reference.
  • a groove is formed in a silicon substrate, a giant magnetoresistive element for the Z axis is disposed on the oblique surface of the groove, and an X axis is formed on the flat surface of the silicon substrate.
  • the giant magnetoresistive element and the giant magnetoresistive element for the Y-axis are arranged to reduce the size.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-6752
  • An object of the present invention is to arrange three or more giant magnetoresistive elements on a single substrate in a triaxial direction.
  • the magnetic sensor for detecting the strength of the magnetic field in the direction is to further reduce the size and improve the detection accuracy.
  • the first point of the present invention is that a thick film formed on a semiconductor substrate is processed to form a plurality of grooves in parallel, and a magnetic sensing part provided on the slope of the groove is electrically connected to the magnetic sensing part.
  • a Z-axis sensor comprising a plurality of giant magnetoresistive elements composed of bias magnets connected in series, and an X-axis sensor comprising a plurality of giant magnetoresistive elements disposed at predetermined positions on a flat surface of the thick film, and
  • a magnetic sensor is configured by providing a Y-axis sensor.
  • a flattening layer that covers and flattens a wiring layer of a semiconductor substrate is formed, a passivation film is formed on the flattening layer, and a passivation film is formed on the flattening layer.
  • a thick film is formed, a resist film is formed on the thick film, a part of the resist film is removed, a heat treatment is applied to the resist film, the side surface is inclined, and the resist film and the thick film are etched.
  • the semiconductor substrate on which the giant magnetoresistive element film is formed is placed close to the magnet array and subjected to heat treatment, and a part of the giant magnetoresistive element film is removed by etching, so that the thick film is flattened. Huge on surface and slope of groove Forming a that magnetic sensing section to form a magnetic resistance element, a protective film.
  • the passivation film may be composed of an upper layer and a lower layer.
  • a part of the flat layer is removed to expose the via and the pad
  • the upper layer of the passivation film is removed from the via and the pad
  • the thick film existing in the central portion of the via is removed.
  • the thick film covering the pad and the lower layer of the passivation film are removed to expose the pad conductor.
  • the second point of the present invention is to form a plurality of grooves in the resist film before forming the plurality of grooves in the thick film. That is, after the resist film is formed, a plurality of grooves are formed by pressing a mold provided with a plurality of protrusions corresponding to the shape of the plurality of grooves formed in the thick film against the resist film. The Alternatively, after the resist film is formed, a photomask having a fine pattern in which the number per unit area gradually increases from the central part of the groove formed in the thick film toward both end parts is opposed to the resist film. Then, the resist film is exposed and developed to form grooves in the resist film.
  • the third point of the present invention is that after the heat treatment of the resist film, a reactive ion etching method is performed on the resist film and the thick film under high ionic etching conditions. Forming a number of grooves.
  • an oxide film is deposited on the thick film by a high-density plasma CVD method to form an insulating film, and a plurality of protrusions having linear ridge lines are formed on a part of the insulating film.
  • the insulating film having a plurality of protrusions and the thick film are etched under high-ion etching conditions to form a plurality of grooves in the thick film and remain in the via and the node. You may make it reduce the thickness of the thick film to perform.
  • the fourth point of the present invention is to provide a constant inclination angle to the inclined surface of the groove by facilitating etching control, thereby forming a giant magnetoresistive element having good characteristics. .
  • an etching stagger film is formed between the thick film and the semiconductor substrate. Specifically, an insulating film is formed between the thick film and the passivation film, and this is used as an etching stopper to perform etching.
  • the etching selectivity between the resist film and the thick film can be increased, and the groove is formed by etching so that the thick film is recessed toward the etching stubber film. It is out.
  • the fifth point of the present invention is the sensing accuracy of the magnetic sensor caused by the variation in the inclination angle of the slope of the groove formed in the thick film, in particular, the variation in the inclination angle between the upper side and the lower side of the slope.
  • the slope of each groove is composed of an upper first slope and a lower second slope, and the slope of the second slope is larger than the slope of the first slope. Is formed on the second slope. This improves the flatness of the surface of the magnetic sensing part, so that the sensing direction of the giant magnetoresistive element is aligned in the Z-axis direction, In addition, a highly sensitive magnetic sensor can be realized.
  • the sixth point of the present invention is that the shape of the peripheral portion of the groove becomes uncertain due to the difficulty of performing plasma etching uniformly, and a desired flatness is obtained at the peripheral portion and the central portion of the groove. In view of the fact that it is difficult to obtain a tilt angle, a giant magnetoresistive element is formed only for a groove having a predetermined shape.
  • the first dummy slope is formed for at least one of the plurality of grooves, and the giant magnetoresistive element is not formed on the first dummy slope. Also, a second dummy slope is formed in the vicinity of the longitudinal ends of the plurality of grooves.
  • the seventh point of the present invention is to make the slope shape and the inclination angle uniform by rounding the end of the slope of the groove formed in the thick film on the semiconductor substrate.
  • a giant three-axis magnetic sensor is mounted on a single semiconductor substrate by mounting a giant magnetoresistive element that detects magnetic field strength in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • a thick film formed on a semiconductor substrate is processed to form a groove, and a magnetosensitive element of a giant magnetoresistive element is formed in a portion having a good flatness on the slope of the groove, thereby producing a magnetic sensor with good performance. realizable. Since the giant magnetoresistive element film is laminated on the wiring made of the magnet film at the edge of the via recess, disconnection of the wiring at the corner of the step portion can be prevented. Also, a giant magnetoresistive element having strong magnetic field stability can be realized.
  • a groove having a predetermined shape can be easily formed in the thick film during etching, and the flatness of the slope of the groove is improved. It can be shown. As a result, a sensitive Z-axis sensor having a predetermined sensing direction can be formed.
  • FIG. 1 An X-axis sensor disposed on a semiconductor substrate of a magnetic sensor according to a first embodiment of the invention. It is a top view which shows the giant magnetoresistive element which makes a shaft, a Y-axis sensor, and a saddle-axis sensor. 2] A plan view showing an example of the internal structure of the giant magnetoresistive element.
  • FIG. 3 is a plan view showing a structure of a giant magnetoresistive element constituting the saddle axis sensor.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for forming a giant magnetoresistive element constituting a saddle axis sensor.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an arrangement example of giant magnetoresistive elements constituting the saddle axis sensor.
  • FIG. 6 is a perspective view showing another arrangement example of the giant magnetoresistive elements constituting the saddle axis sensor.
  • FIG. 7 is a connection diagram showing a connection method of a giant magnetoresistive element in a saddle axis sensor, a saddle axis sensor, and a saddle axis sensor.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the magnetic sensor according to the first example, following FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the magnetic sensor according to the first example, following FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the magnetic sensor according to the first embodiment, following FIG.
  • FIG. 13 is a plan view and a cross-sectional view showing the relationship between the polarities of the magnets used in the magnet array and the giant magnetoresistive elements on the semiconductor substrate during the pinning process of the magnetic sensor manufacturing method according to the first embodiment. It is.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the direction of magnetic lines of force acting on a giant magnetoresistive element in the pinching process shown in FIG. 13 (b).
  • FIG. 15 is a plan view showing a structure of a giant magnetoresistive element constituting a saddle axis sensor in the second embodiment.
  • FIG. 16 A cross-sectional view showing a method of forming the giant magnetoresistive element of the saddle shaft sensor shown in FIG. 15.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the magnetic sensor according to the second embodiment. This corresponds to Fig. 10.
  • FIG. 18 As shown in FIG. 17 (c), protrusions on the zigzag at the groove forming portion by the stamper method It is sectional drawing which shows the process of forming a groove
  • FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the magnetic sensor according to the second embodiment, following FIG.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the magnetic sensor according to the second embodiment, following FIG.
  • FIG. 22 is a graph showing the relationship between the pattern rate and the resist thickness after exposure.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing the shape of a groove formed by a photomask.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing a method of forming protrusions having a plurality of inclined surfaces on the insulating film in the groove forming portion by high-density plasma CVD in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a magnetic sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the magnetic sensor according to the fourth embodiment, continuing from FIG.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the magnetic sensor according to the fourth embodiment, following FIG. 27;
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the magnetic sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the magnetic sensor according to the fourth example, following FIG. 29.
  • FIG. 31 is a plan view showing a giant magnetoresistive element constituting a Z-axis sensor mounted on a magnetic sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 32 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 33 is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a broken line in FIG.
  • FIG. 34 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the magnetic sensor according to the fifth embodiment, continued from FIG. Will be executed.
  • FIG. 35 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the magnetic sensor according to the fifth embodiment, following FIG. 34;
  • FIG. 36 A plan view showing a giant magnetoresistive element constituting a Z-axis sensor mounted on a magnetic sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 37 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 38 A sectional view showing the method of manufacturing the magnetic sensor according to the sixth example.
  • FIG. 39 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the magnetic sensor according to the sixth example, following FIG. 38.
  • FIG. 40 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the magnetic sensor according to the sixth example, following FIG. 39.
  • FIG. 41 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the magnetic sensor according to the sixth example, following FIG.
  • FIG. 42 A plan view showing a structure of a giant magnetoresistive element constituting a Z-axis sensor mounted on a magnetic sensor according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 43 is a perspective view showing an arrangement example of giant magnetoresistive elements constituting the Z-axis sensor according to the seventh embodiment.
  • FIG. 44 A perspective view showing another arrangement example of the giant magnetoresistive elements constituting the Z-axis sensor according to the seventh embodiment.
  • FIG. 45 is a conceptual diagram showing that the end of the slope of the groove formed in the thick film is continuously rounded in the method of manufacturing the magnetic sensor according to the seventh example.
  • the present invention realizes a magnetic sensor using a giant magnetoresistive element that is reduced in size and improved in detection accuracy, and will be described with reference to the accompanying drawings according to various embodiments.
  • FIG. 1 schematically shows a magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention, and shows a layout of a plurality of giant magnetoresistive elements arranged on a semiconductor substrate.
  • reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate made of silicon, in which a semiconductor integrated circuit such as a magnetic sensor driving circuit, a signal processing circuit, and a wiring layer are formed in advance, and a wiring layer is formed thereon. Then, a flattening film, a passivation film, and an oxide film (not shown) are sequentially stacked to form a thick film.
  • an X-axis sensor 2 On the thick film of the semiconductor substrate 1, an X-axis sensor 2, a Y-axis sensor 3, and a Z-axis sensor 4 are provided to detect the intensity of an external magnetic field in the three-axis directions.
  • X-axis sensor 2 has sensitivity in the X-axis direction
  • Y-axis sensor 3 has sensitivity in the Y-axis direction
  • Z-axis sensor 4 has sensitivity in the Z-axis direction.
  • the X-axis sensor 2 is composed of four giant magnetoresistive elements 2a, 2b, 2c, 2d
  • the Y-axis sensor 3 is composed of four giant magnetoresistive elements 3e, 3f, 3g, 3h
  • the Z-axis sensor 4 is composed of four giant magnetoresistive elements 4i, 4j, 4k, and 4 beams.
  • the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 are provided on the flat surface of the thick film of the semiconductor substrate 1, and the Z-axis sensor 4 is provided on the slope of the groove formed in the thick film. Details will be described later.
  • the giant magnetoresistive elements 2a and 2b are arranged adjacent to each other at the substantially central portion of the semiconductor substrate 1, and the giant magnetoresistive elements 2c and 2d are Adjacent to the end of the semiconductor substrate 1. That is, the giant magnetoresistive elements 2c and 2d are spaced apart from the giant magnetoresistive elements 2a and 2b and are disposed opposite to each other.
  • the giant magnetoresistive elements 3e and 3f are arranged adjacent to one end of the semiconductor substrate 1, and the giant magnetoresistive elements 3g and 3h are half
  • the conductor substrate 1 is disposed adjacent to the other end portion. That is, the giant magnetoresistive elements 3e and 3f are spaced apart from the giant magnetoresistive elements 3g and 3h, and are disposed opposite to each other.
  • the giant magnetoresistive elements 4k and 41 are arranged close to the giant magnetoresistive elements 3e and 3f, and the giant magnetoresistive elements 4i and 4j Is adjacent to the giant magnetoresistive elements 2a and 2b.
  • the arrangement of the giant magnetoresistive elements in the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis sensor 4 is determined based on the following regularity.
  • broken lines LA, LB, and LC are virtual lines that bisect the semiconductor substrate 1 in the longitudinal direction
  • broken lines LD are virtual lines that bisect the semiconductor substrate 1 in the short direction.
  • SA The intersection of broken lines LA and LD
  • SB the intersection of broken lines LB and LD
  • the giant magnetoresistive elements 2a and 2b and the giant magnetoresistive elements 2c and 2d are arranged symmetrically with respect to the intersection SA.
  • the giant magnetoresistive elements 4i and 4j and the giant magnetoresistive elements 4k and 41 are arranged symmetrically with respect to the intersection SB.
  • each giant magnetoresistive element described above is configured in the same manner as a conventional giant magnetoresistive element.
  • each giant magnetoresistive element includes four magnetosensitive parts 5 and electrically connected them. It consists of three noisy magnets 6 connected in series.
  • the magnetic sensing part 5 forms the main body of a giant magnetoresistive element, and has a long and narrow belt-like planar shape. Further, the magnetic sensitive part 5 is arranged in parallel with the longitudinal direction of the groove formed in the semiconductor substrate 1.
  • the magnetic sensing unit 5 includes a bind layer whose magnetic direction is fixed, and a free layer whose magnetization direction changes in accordance with an external magnetic field.
  • a multilayer metal thin film laminate is formed by sequentially laminating a spacer layer, a bind layer, and a caving layer.
  • the free layer has a three-layer structure including an amorphous magnetic layer of cobalt zirconium niobium, a nickel-iron magnetic layer, and a cobalt-iron magnetic layer.
  • the spacer layer is made of copper
  • the bind layer has a two-layer structure consisting of a ferromagnetic iron layer and a platinum-manganese diamagnetic layer
  • the caving layer is made of tantalum.
  • the nose magnet 6 electrically connects the four magnetic sensing parts 5 in series and applies a bias magnetic field for adjusting the magnetic characteristics of the magnetic sensing part 5 to the magnetic sensing part 5.
  • the noisy magnet 6 is formed of, for example, a thin film metal laminate having a two-layer structure including a cobalt platinum chromium layer and a chromium layer.
  • the giant magnetoresistive elements 2a, 2b, 2c, 2d, 3e, 3f, 3g, and 3h constituting the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 provided on the flat surface of the semiconductor substrate 1 are shown in FIG. As shown in the figure, it is composed of four magnetic sensing parts 5 and three bias magnets 6. The two outer magnetic sensing parts 5 are not connected to the bias magnet 6, and their ends are connected to the wiring layer 7, respectively. The wiring part 7 is connected to a via (not shown).
  • FIGS. 3 to 5 show the detailed structures of the giant magnetoresistive elements 4i and 4j among the four giant magnetoresistive elements constituting the Z-axis sensor 4. FIG. Since the detailed structures of the other giant magnetoresistive elements 4k and 41 are the same, the description thereof is omitted.
  • FIG. 3 is a plan view showing giant magnetoresistive elements 4i and 4j
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing the arrangement of the magnetic sensing part 5 and the bias magnet 6 included in the giant magnetoresistive elements 4i and 4j.
  • reference numeral 11 denotes a thick film made of acid silicon deposited on the semiconductor substrate 1.
  • the thick film 11 is partially scraped to form four V-shaped grooves 8 in parallel.
  • Each groove 8 is an elongated recess having a predetermined dimension, a depth of 3 to 8 / zm, a length of 200 to 40 O / zm, and a slope width of 3 to 16 / ⁇ ⁇ . ing.
  • the angle between the slope and the surface of the thick film 11 is set to 30 to 80 °, and preferably about 70 °.
  • FIG. 4 In Fig. 4, four grooves 8 are shown, and eight giant magnetoresistive resistors are located along the longitudinal direction of the eight adjacent slopes and in a flat position at the center of the slope.
  • a magnetosensitive part 5 of the element is provided.
  • a bias magnet 6 is formed from the magnetic sensing part 5 formed on one slope of the groove 8 to the magnetic sensing part 5 formed on the other slope through the bottom, and the groove 8 The adjacent magnetic sensing parts 5 are electrically connected.
  • the bias magnet 6 is formed from the magnetic sensing part 5 formed on the slope of the groove 8 to the magnetic sensing part 5 formed on the slope of the adjacent groove 8 through the apex.
  • the magnetic sensing part 5 in the groove 8 to be connected is electrically connected.
  • the four magnetosensitive parts 5 are electrically connected by the three bias magnets 6.
  • each giant magnetoresistive element constituting the Z-axis sensor 4 similarly to the giant magnetoresistive element constituting the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 provided on the flat surface of the thick film 11.
  • the outer two magnetic sensing parts 5 are not connected to the bias magnet 6, but are connected to the wiring layer 7, and the wiring part 7 is connected to a via (not shown).
  • the wiring part 7 is formed of a magnet film constituting the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element. This allows each giant magnetoresistive element Thus, the bias magnet 6 and the wiring part 7 can be formed simultaneously.
  • the giant magnetoresistive elements forming the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 are set so that the sensing direction is perpendicular to the longitudinal direction of the magnetic sensing part 5 and parallel to the surface of the semiconductor substrate 1, as shown in FIG. It has been done.
  • the magnetization direction of the magnetic sensing part 5 and the magnetization direction of the bias magnetic field of the bias magnet 6 are inclined by 30 to 60 °, preferably 45 °, with respect to the longitudinal direction of the magnetic sensing part 5. Parallel to the surface.
  • the giant magnetoresistive elements 4i, 4j included in the Z-axis sensor 4 have a sensing direction orthogonal to the longitudinal direction of the magnetic sensing part 5, parallel to the slope of the groove 8, and Is set upward.
  • the pinning direction of the magnetic sensing portion 5 and the magnetization direction of the bias magnet 6 are inclined by 30 to 60 °, preferably 45 ° with respect to the longitudinal direction of the magnetic sensing portion 5, and are parallel to and above the slope of the groove 8. The orientation is set.
  • the giant magnetoresistive elements 4k and 41 included in the Z-axis sensor 4 have a sensing direction orthogonal to the longitudinal direction of the magnetosensitive part 5, parallel to the slope of the groove 8, and downward Is set. Further, the magnetization direction of the magnetic sensing portion 5 and the bias magnetic field of the bias magnet 6 are inclined by 30 to 60 °, preferably 45 ° with respect to the longitudinal direction of the magnetic sensing portion 5, and the inclined surface of the groove 8 Parallel and downward
  • the semiconductor substrate is heated at a temperature of 260 to 290 ° C for 3 to 5 hours with the magnet array approaching from the upper side of the semiconductor substrate. .
  • This method is the same as the conventional pigging process.
  • the sensing direction and the pinning direction in the giant magnetoresistive element are both set to be orthogonal to the longitudinal direction of the magnetosensitive part 5 and parallel to the surface of the semiconductor substrate. Are different from each other in the direction of the piston, which improves the stability of the strong magnetic field.
  • FIG. 7 shows four giant magnetoresistive elements 2a, 2b, 2c, 2d constituting the X-axis sensor 2, and four giant magnetoresistive elements 3e, 3f, 3g constituting the Y-axis sensor 3. 3h and the four giant magnetoresistive elements 4i, 4j, 4k, and 41 that make up the Z-axis sensor 4 are shown. The four giant magnetoresistive elements included in each sensor are bridge-connected. Has been.
  • a magnetic field is generated in the positive direction of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the coordinate axes shown in FIG.
  • the outputs of X-axis sensor 2, Y-axis sensor 3, and Z-axis sensor 4 increase, and when a magnetic field is applied in the opposite direction of X-axis, Y-axis, and Z-axis, X-axis sensor 2, Y
  • Each output of axis sensor 3 and Z axis sensor 4 decreases.
  • the entire surface of the semiconductor substrate 1 including all giant magnetoresistive elements constituting the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis sensor 4 is nitrided. It is covered with a non-basic film made of silicon and a protective film made of polyimide, and is protected from the external environment.
  • FIG. 8 shows the structure of vias formed in the semiconductor substrate 1, and reference numeral 21 a shows a conductor portion made of aluminum that forms the vias.
  • the conductor portion 21a is electrically connected to a wiring layer formed in the lower layer.
  • the peripheral portion of the surface of the conductor portion 21 a is covered with the flat film 22, the first passivation film 23, and the thick film 11.
  • the end surface of the thick film 11 is an inclined surface.
  • the central portion of the surface of the conductor portion 21a is covered with the wiring film 25.
  • the wiring film 25 is connected to the wiring layer 7 of the giant magnetoresistive element. Similar to the wiring layer 7, the wiring film 25 is also formed of a magnet film forming the bias magnet 6. For this reason, the wiring film 25 can be formed simultaneously with the bias magnet 6.
  • a step portion is formed in the wiring film 25.
  • the thickness of the wiring film 25 is reduced due to the manufacturing process, and there is a risk of disconnection. There is. For this reason, the protective conductor film 26 is laminated so as to cover the stepped portion and the central portion.
  • the giant magnetoresistive element film forming the magnetosensitive part 5 is used as the protective conductor film 26.
  • the protective conductor film 26 can be stacked on the wiring film 25 at the same time as the formation of the magnetic sensitive part 5, and thus disconnection of the wiring film 25 can be avoided.
  • the via having the above structure is covered with a passivation film 27 made of nitride nitride and a protective film 28 made of polyimide, and external environmental forces are also protected.
  • the magnetic sensor according to the present embodiment has an X-axis sensor 2, a Y-axis sensor 3, and a Z-axis sensor 4 arranged on one semiconductor substrate 1 and functions as a small three-axis magnetic sensor.
  • the magnetosensitive element 5 of the giant magnetoresistive element is formed in a portion where the flatness of the slope of the groove 8 is good, a magnetic sensor having good sensitivity can be manufactured.
  • a protective conductor film 26 made of a giant magnetoresistive element film is laminated on the wiring film 25 made of a noisy magnet film, so that the wiring film 25 is disconnected at the corner of the stepped portion. Is avoiding.
  • a giant magnetoresistive element having strong magnetic field stability can be produced by inclining the pinning direction of the magnetic sensitive part 5 with respect to the longitudinal direction by 30 to 60 °.
  • FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12 show sectional views of the via 7A, the node, and the groove forming portion C in the method of manufacturing the magnetic sensor according to the present embodiment, respectively.
  • the semiconductor substrate 1 is prepared.
  • a magnetic sensor driving circuit a semiconductor integrated circuit such as a signal processing circuit, and a wiring layer are formed in advance on the semiconductor substrate 1 made of silicon.
  • the semiconductor substrate 1 is formed with vias A and pads B that constitute part of the uppermost wiring layer, and the vias also have an aluminum force.
  • a conductor portion 21a is formed, and the pad B is formed with a conductor portion 21b made of aluminum.
  • a planarizing film 31 is formed on the semiconductor substrate 1 described above.
  • the planarizing film 31 is formed by a plasma CVD process (plasma chemical vapor deposition) with a 300 nm thick oxide film, a 600 nm thick SOG film, and a 50 nm thick silicon oxide film made of triethoxysilane. Films are sequentially stacked.
  • a first passivation film 32 (corresponding to the first passivation film 23 shown in FIG. 8) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1.
  • the first passivation film 32 is formed by sequentially laminating a 250 nm thick silicon oxide film 33 by a plasma CVD method and a 600 nm thick silicon nitride film 34 by a plasma CVD method.
  • the silicon nitride film 34 deposited on the conductor portion 21a of the via A and the conductor portion 21b of the pad B is removed by etching.
  • the acid film 33 The removal range of the nitride nitride film 34 is smaller than the opening width of the flat film 31.
  • the end portions of the flat film 31 are exposed in the openings of the via A and the pad B, thereby preventing moisture from entering the wiring layer and the semiconductor integrated circuit.
  • a thick film 35 having a thickness of about 5 m is formed by an oxygen CVD method by a plasma CVD method.
  • the thick film 35 corresponds to the thick film 11 shown in FIGS. 4 and 8, and the groove 8 is formed.
  • a resist film 36 having a thickness of about 3 m is formed on the entire surface of the thick film 35. Thereafter, a part of the resist film 36 is removed by etching to form a predetermined resist pattern. As a result, the groove area in the via A, the pad B, and the groove forming portion C is exposed.
  • the remaining resist film 36 is subjected to a heat treatment at a temperature of 150 ° C. for about 10 minutes to melt the resist film 36. Due to the surface tension of the melt generated by the dissolution of the resist by this heat treatment, the upper surface of the resist film 36 rises and the end face is inclined at the same time.
  • the resist film 36 in the groove forming portion C is deformed into a protruding portion having a plurality of linear ridgelines, and the height of the cross-sectional shape is about 5 m.
  • dry etching is performed on the resist film 36 and the thick film 35 under the condition that the etching selection ratio between the resist and the silicon oxide is approximately 1: 1. Dry etching is performed under the following conditions.
  • Etching gas CF / CHF / N / O mixed gas, and its mixing ratio
  • Electrode temperature 15 ° C.
  • the width of the recesses of the via A and the pad B is set so as not to be larger than the width of the recesses of the passivation film 32. Thereafter, the resist film 36 remaining on the thick film 35 is removed.
  • a plurality of grooves 8 are formed in the thick film 35 in the groove forming portion C. It is formed.
  • the thick film 35 and the oxide film 33 covering the conductor portion 21a of the via A are removed, thereby exposing the conductor portion 21a.
  • a magnet film to be the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering, and then unnecessary portions are removed by resist work and etching. As shown in FIG. 11 (c), the bias magnet 6 is formed along the inclined surface of the groove 8, and at the same time, the wiring film 25 is formed on the conductor portion 21a of the via A. A wiring layer 7 connecting the bias magnet 6 of the magnetoresistive element is formed.
  • the magnet film is formed as a multilayer metal thin film made of, for example, Co—Cr—P.
  • the wiring layer 7 corresponding to the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element constituting the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 is also formed on the flat surface of the thick film 35.
  • the resist film on which the predetermined pattern is formed is subjected to heat treatment, and the end face of the resist film Is preferably inclined.
  • a giant magnetoresistive element film to be the magnetosensitive part 5 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering. As described above, the giant magnetoresistive element film is formed as a multilayer metal thin film.
  • the semiconductor substrate 1 is placed on the magnet array, and the temperature is 260 to 290 ° C for 3 hours.
  • a giant magnetoresistive element film is left on the wiring film 25 made of a magnet film formed in advance on the conductor portion 21a of the via A, and this is used as the protective conductor film 26.
  • a via A structure as shown in FIG. 8 is obtained.
  • the magnetosensitive portion 5 is formed on the flat surface of the thick film 35 to produce a giant magnetoresistive element.
  • a passivation film 27 made of a nitride nitride film having a thickness of about Lm is formed by plasma CVD, and a protective film 28 made of polyimide is further formed. To do. The portions of the protective film 28 and the passivation film 27 in the pad B are removed to form a recess.
  • etching is performed using the protective film 28 as a mask, and the passivation film 32 and the thick film 35 covering the conductor portion 21b of the node B are removed. Expose 2 lb of conductor. Thereby, the creation of the magnetic sensor of this embodiment is completed.
  • Figure 13 shows the arrangement of the magnets in the magnet array.
  • the magnet array is arranged above the surface on which the giant magnetoresistive element on the semiconductor substrate 1 is formed.
  • FIG. 13 (a) shows the positional relationship between the giant magnetoresistive element on the surface of the semiconductor substrate 1 and the magnets in the magnet array, and S and N are the magnets facing the surface of the semiconductor substrate 1. Polarity is shown.
  • FIG. 13 (b) shows the polarity and the arrangement of the magnets in the cross section of the broken line Q in FIG. 13 (a).
  • FIG. 13 (c) shows the polarity and the arrangement of the magnets in the cross section of the broken line R in FIG. 13 (a).
  • FIG. 14 is an enlarged view of FIG. 13 (b), showing the direction of magnetic lines of force acting on one giant magnetoresistive element.
  • the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis sensor 4 can be formed on one semiconductor substrate 1, Via A and pad B can also be created at the same time, so a small three-axis magnetic sensor can be quickly manufactured in a series of continuous processes.
  • the second embodiment forms the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis sensor 4 using a plurality of giant magnetoresistive elements formed on the semiconductor substrate 1.
  • the same reference numerals as in the first embodiment are used, and the description of the overlapping parts is omitted.
  • FIGS. 15 and 16 show the giant magnetoresistive elements 4i and 4j of the Z-axis sensor 4.
  • the slopes, bottoms, and tops of adjacent grooves 8 are each labeled.
  • each groove 8 is an elongated recess having a predetermined dimension, a depth of 3 to 7 m, a length force of 250 to 300 / ⁇ ⁇ , and a slope width of 3 to 8 m. ing.
  • the angle between the slope and the surface of the thick film 11 is set to 30 to 80 °, preferably about 70 °. Note that, in FIG. 16, the force that draws the slope of the groove 8 flatly. In the process, the slope is slightly protruding and curved toward the outside (that is, the upper side of the semiconductor substrate 1).
  • the magnetic sensing part 5 is formed on the slope 8a via the bias magnet 6.
  • the magnetic sensing part 5 formed on the slope 8c adjacent to the slope 8a via the bottom 8b is electrically connected by the bias magnet 6 and the magnetic sensing part 5 formed on the slope 8e adjacent to the slope 8c via the top 8d.
  • a magnetic sensing part 5 is formed via a bias magnet 6 on the slope 8g adjacent to the slope 8e via the bottom 8f.
  • the detailed structure of the magnetic sensor according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment as shown in FIGS.
  • a thick film 35 with a thickness of about 5 m is formed by the plasma CVD method. To do. In a later process, a plurality of grooves 8 are formed using the thick film 35.
  • a resist film 36 having a thickness of about 5 m is formed on the entire surface of the thick film 35.
  • a part of the resist film 36 is removed by etching, and the via A and the pad B are exposed.
  • a continuous zigzag shape is formed by molding a part of the resist film 36 in the groove forming portion C by a stamper method. That is, a plurality of protrusions and grooves are formed, the cross-sectional shape of each protrusion is substantially triangular, and the top is sharp.
  • a process of forming a plurality of grooves in the resist film 36 in the groove forming portion C by the above stamper method will be described with reference to FIG.
  • the stamper method when forming the uppermost wiring layer of the semiconductor substrate 1, at least one pair of alignment marks is provided in advance on both ends of the semiconductor substrate 1.
  • a resist is applied to the entire surface of the thick film 35 to form a resist film 36.
  • the resist film 36 is subjected to heat treatment at a temperature of 120 ° C. for 5 minutes.
  • the adhesion between the thick film 35 and the resist film 36 is improved, and the mold placed in contact with the resist film 36 can be easily peeled off from the resist film 36 in a later step.
  • the semiconductor substrate 1 on which the resist film 36 is formed is placed at a predetermined position on the contact liner.
  • the mold 37 is disposed opposite to the resist film 36 formed on the semiconductor substrate 1.
  • the alignment mark applied to the semiconductor substrate 1 is aligned with the alignment mark applied to the position facing the semiconductor substrate 1 in the mold 37, so that the semiconductor substrate 1 and the mold 37 are aligned. Perform accurate alignment.
  • the mold 37 is made of quartz, and an alignment mark is provided at a position facing the semiconductor substrate 1 as described above. Further, in the mold 37, a plurality of zigzag-shaped projections 37a (the cross section of which is an acute triangular shape having apexes) are formed at positions corresponding to the groove forming portion C of the thick film 35. Yes.
  • the mold 37 is pressed against the resist film 36 formed on the semiconductor substrate 1.
  • the contact surface of the mold 37 with the resist film is covered with a fluorine resin, Desired surface treatment (or silicon treatment) is desired.
  • the resist film 36 is subjected to a heat treatment at a temperature of 150 ° C for about 10 minutes to dissolve the resist film 36.
  • a heat treatment at a temperature of 150 ° C for about 10 minutes to dissolve the resist film 36.
  • the end surfaces of the via A and the pad B are inclined, and a groove corresponding to the protrusion 37a is formed in the groove forming portion C.
  • the resist film 36 softens at 150 ° C when the room temperature force increases, and when the temperature force exceeds S200 ° C, it hardens. That is, the resist film 36 does not solidify at a temperature of 150 ° C.
  • the groove forming portion C is deformed into a shape corresponding to the projection 37a by pressing the die 37 while the resist film 36 is soft.
  • mold 37 is placed on semiconductor substrate 1.
  • the resist film 36 is cooled while being pressed against the resist film 36, and then the mold 37 is separated, so that the resist film 36 is cured without changing the formed groove shape.
  • the heating temperature exceeds 100 ° C., the solvent starts to volatilize, thereby improving the adhesion between the semiconductor substrate 1 and the resist film 36.
  • the mold 37 is separated from the resist film 36.
  • a groove 36 a corresponding to the shape of the protrusion 37 a of the mold 37 is formed in the resist film 36 on the semiconductor substrate 1.
  • the pattern 37 of the resist film 36 and the formation of the groove 36a may be simultaneously performed by providing the die 37 integrally with the photomask.
  • the dry etching is performed under the following conditions.
  • Etching gas CF / CHF / N / O, mixing ratio 60Zl80Zl0Zl00sccm.
  • Electrode temperature 15 ° C.
  • the width of the recesses of the via A and the pad B is set not to be larger than the width of the recesses of the passivation film 32 as shown in FIG. 19 (a). Thereafter, the resist film 36 remaining on the thick film 35 is removed.
  • a plurality of grooves 8 are formed in the groove forming portion C of the thick film 35.
  • the thick film 36 and the oxide film 33 covering the via A are removed by resist work and etching, so that the conductor portion 21a of the via A is exposed. .
  • a magnet film for forming the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering. Thereafter, unnecessary portions of the magnet film are removed by resist work and etching, so that bias magnets 6 are formed on the inclined surfaces of the plurality of grooves 8 as shown in FIG. Wiring film 25 on 21a Form. In addition, a wiring layer 7 that connects the wiring film 25 and the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element is formed.
  • the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element and the wiring layer 7 constituting the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 are formed on the flat surface of the thick film 35.
  • the resist film 36 after the predetermined pattern is formed is subjected to heat treatment, and its end surface is inclined. .
  • a giant magnetoresistive element film for forming the magnetosensitive part 5 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering.
  • the multilayer metal thin film described above is used as the giant magnetoresistive element film.
  • the semiconductor substrate 1 is placed on the magnet array, and heat treatment is performed at a temperature of 260 to 290 ° C. for 3 to 5 hours.
  • the giant magnetoresistive element film is subjected to a pinning process.
  • the giant magnetoresistive element film is left on the wiring film 25 made of the magnet film formed on the conductor portion 21 a of the via A to form the protective conductor film 26.
  • via A having the structure shown in FIG. 8 can be formed.
  • the magnetosensitive part 5 is also formed on the flat surface of the thick film 35, so that the creation of the giant magnetoresistive elements constituting the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 is completed.
  • a passivation film 27 made of a silicon oxide having a thickness of Lm is formed by plasma CVD, and a protective film 28 made of polyimide is formed thereon.
  • the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis sensor 4 are arranged on one semiconductor substrate 1, and the via A and the pad are arranged. B can be formed, and a small three-axis magnetic sensor can be easily manufactured by a series of continuous processes.
  • the groove 8 is formed by pressing a mold 37 provided with a plurality of protrusions 37a corresponding to the shape of the plurality of grooves 8 formed in the thick film 35 against the resist film 36 formed on the semiconductor substrate 1.
  • the groove 8 can be easily formed in the etching of the thick film 35.
  • the flatness of the slope of the groove 8 can be improved.
  • the process of forming the plurality of grooves 8 in the groove forming portion C of the resist film 36 formed on the semiconductor substrate 1 can be changed as follows. it can.
  • a photomask 40 made of a gray reticle as shown in FIG. 21 (a) is used.
  • a large number of patterns 41 having a resolution finer than the resolution of the resist forming the resist film 36 are formed on the photomask 40.
  • the number of fine patterns 41 per unit area (hereinafter referred to as the number of micropatterns 41 per unit area) from the central part of the groove 8 formed in the resist film 36 in the photomask 40 toward both ends of the groove 8 "Pattern rate”) is gradually increasing.
  • the pattern ratio can be appropriately adjusted according to the shape of the groove 8 or the inclination of the slope of the groove 8.
  • the pattern rate is high, and the region is exposed as soon as the region is exposed, and the region with the low pattern rate is exposed immediately. That is, as shown in FIG. 22, the resist thickness after exposure changes according to the pattern rate. As a result, as shown in FIG. 23, a groove 36a is formed in the resist film 36 such that the thickness gradually increases from the center to both ends.
  • grooves are formed in the thick film by etching to manufacture a desired magnetic sensor.
  • a positive resist is used in forming the groove 36a in the resist film 36 using the photomask 40.
  • the rate of change in the pattern ratio of the photomask 40 is opposite to that in FIG.
  • a negative resist is formed by setting the A desired groove may be formed in the film 36.
  • the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis sensor 4 can be formed on one semiconductor substrate 1, and at the same time. Via A and pad B can also be formed. As a result, a small three-axis magnetic sensor can be rapidly manufactured by a series of continuous processes.
  • a photomask 40 provided with a large number of fine patterns 41 such that the central force of the groove is directed toward both ends and the number per unit area gradually increases.
  • a photomask 40 is disposed opposite the resist film 36, and the resist film 36 is exposed and developed to form a desired groove 36a. Accordingly, it becomes easy to form a groove having a predetermined shape in etching of the thick film 35, and the flatness of the slope of the groove can be improved. That is, a highly sensitive Z-axis sensor having a certain sensing direction can be formed by providing a magnetosensitive part of a giant magnetoresistive element on the slope of the groove with improved flatness.
  • the magnetic sensor according to the third embodiment is similar to the magnetic sensor according to the first and second embodiments, but is partially different in the manufacturing method. That is, after performing the process of FIGS. 9 and 10 described in the first embodiment, the resist film 36 and the thick film 35 are formed on the resist film 36 and the thick film 35 in accordance with a reactive ion etching (RIE) method under high ionic etching conditions. Then, dry etching is performed to form a plurality of grooves 8 in the thick film 35, and at the same time, the thick film 35 in the via A and the pad B is thinned.
  • RIE reactive ion etching
  • Etching gas CF / CHF / O ZAr, mixing ratio is 30Z90Z50 ⁇ : L00Z50 ⁇ 20
  • RF Power 750 ⁇ 1200W.
  • the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis are formed on one semiconductor substrate 1.
  • the via A and the pad B can be formed at the same time, so that a small three-axis magnetic sensor can be rapidly manufactured by a series of continuous processes.
  • the cross-sectional shape of the plurality of grooves 8 formed in the thick film 35 in the groove forming portion C can be continued on the zigzag. The flatness of the slope of the groove 8 can be improved.
  • a thick film 35 having a thickness of about 5 m and also having an acid key is formed by plasma CVD.
  • the groove forming portion C is formed with a plurality of protrusions 35a having a rectangular cross section.
  • an oxide film is deposited on the thick film 35 by a high-density plasma CVD method to form an insulating film 37 having a thickness of about 3 to 5 m. To do. Where via A and pad
  • an insulating film 37 having a flat surface is formed, but for the groove forming portion C, a protrusion 37a having a slope is formed.
  • High-density plasma CVD is a high-density plasma (for example, electron density 1 X 10 9 to 5 X 10
  • the insulating film 37 made of oxide silicon is deposited on the protruding portion 35a of the thick film 35 and protrudes upward from the peripheral portion thereof.
  • groove forming part C the insulating film 37 made of oxide silicon is deposited on the protruding portion 35a of the thick film 35 and protrudes upward from the peripheral portion thereof.
  • the upper corner of the insulating film 37 is scraped off, thereby forming a projection 37a having a slope.
  • Monosilane flow rate 50-150 sccm.
  • Oxygen flow rate 100-200sccm.
  • the entire thick film 35 and the insulating film 37 are etched back by a reactive ion etching method, a plasma dry etching method, or an ion milling method to form a protrusion having a slope in the thick film 35 (Fig. (See the groove forming portion C shown in FIG. 19). In this way, a plurality of grooves are formed.
  • the resist film 36 having an opening pattern only for the via A and the pad B is used as a mask, and the thick film 35 is dry-etched, so that the thickness of the thick film 35 remaining in the via A and the pad B is increased. Decrease.
  • the etching conditions applied to the reactive ion etching method performed when forming the plurality of grooves 8 are as follows.
  • Etching gas CF / CHF / O ZAr, mixing ratio is 30Z90Z50 ⁇ : LOOZ50 ⁇
  • RF Power 750 ⁇ 1200W.
  • Etching conditions applied to the plasma etching method performed when the plurality of grooves 8 are formed are as follows.
  • Etching gas Ar, 100 sccm.
  • Electrode temperature 100 ° C.
  • the conditions applied to the ion milling method performed when forming the plurality of grooves 8 are as follows.
  • Ar gas 4 ⁇ : L0sccm.
  • Acceleration voltage 50 ⁇ : L000W.
  • Electrode angle that is, the angle formed by the traveling direction of the accelerated particles and the normal of the wafer: 0 ⁇ 45 °.
  • the magnetic sensor according to the fourth embodiment is the same as the magnetic sensor according to the first embodiment and the second embodiment, but is partially different in its manufacturing method. Unlike the structure shown in FIGS. 4 and 16, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 25, an etching stopper layer 12 made of a notch film or an insulating film is inserted between the semiconductor substrate 1 and the thick film 11. It has been.
  • the resist film is formed by using the nitride nitride film 34, which is the upper layer of the noisy film 32, as an etching stopper.
  • 36 and the thick film 35 are dry-etched to form a plurality of grooves 8 in the thick film 35, and at the same time, reduce the thickness of the thick film 35 remaining in the via A and the pad B.
  • dry etching is terminated when the nitride nitride film 34 is exposed in the groove forming portion C.
  • RIE reactive ion etching
  • Etching gas C F / Ar / CH F, mixing ratio is 7Z500Z4sccm.
  • the etching selectivity between the resist forming the resist film 36 and the oxide film forming the thick film 35 can be increased.
  • the film 34 can be used as an etching stopper.
  • the groove 8 formed in the thick film 35 is formed so as to be dented by the directional force on the nitride nitride film 34.
  • the etching selectivity can be set to “6”, for example.
  • FIGS. 11 (b) and 11 (c) and FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c) are executed.
  • an insulating film 37 having a thickness of about 0.2 ⁇ m is formed by sputtering.
  • the insulating film 37 is formed of, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3), boron nitride (BN), diamond-like Made of carbon.
  • a resist film 38 having a thickness of about 3 ⁇ m is formed on the entire surface of the insulating film 37.
  • a part of the resist film 38 is removed by etching to form a predetermined resist pattern.
  • the resist pattern only regions corresponding to the via A and the pad B are opened, and thereby the insulating film 37 is exposed.
  • the insulating film 37 in the region corresponding to the via A and the pad B is removed by ion milling, and the oxide film 33 is exposed. Thereafter, as shown in FIG. 27B, the resist film 38 is removed.
  • a thick film 35 having a thickness of about 5 m and made of oxygenated silicon is formed by plasma CVD.
  • a plurality of grooves 8 are formed in the thick film 35.
  • a resist film 36 having a thickness of about 3 m is formed on the entire surface of the thick film 35. Thereafter, a part of the resist film 36 is removed by etching to form a predetermined resist pattern. In the resist pattern, a region corresponding to the groove 8 formed in the groove forming portion C and a region corresponding to the via A and the pad B are opened.
  • the remaining resist film 36 is heated at 150 ° C. for 10 minutes to dissolve the resist film 36. Due to the surface tension of the solution generated as a result of the resist being dissolved by the heat treatment, the upper surface of the resist film 36 is raised and the end surface thereof is inclined.
  • the resist film 36 has a plurality of protrusions having straight ridge lines, and the height thereof is about 5 ⁇ m.
  • the resist is etched under the condition that the etching selection ratio between the resist and the silicon oxide is 1: 1.
  • the film 36 and the thick film 35 are dry-etched, so that a plurality of grooves 8 are formed in the thick film 35 and, at the same time, the thickness of the remaining thick film 35 is reduced in the via A and the pad B. Let me.
  • RIE reactive ion etching
  • Etching gas CF / CHF / N, mixing ratio is 30Z90Z5sccmn
  • the resist forming the resist film 36 and the acid forming the thick film 35 Since the etching selectivity ratio with respect to silicon can be set to 1: 1, the insulating film 37 can be used as an etchant stopper. As a result, as shown in FIG. 29 (a), each groove 8 is formed so as to dent the thick film 35 against the insulating film 37.
  • the width of the recesses in the via A and the pad B must be larger than the width of the recesses in the passivation film 32! / Thereafter, the resist film 36 remaining on the thick film 35 is removed.
  • FIG. 29 (a) a plurality of grooves 8 are formed in the thick film 35m in the groove forming portion C.
  • FIG. 29 (b) the thick film 35 and the oxide layer 33 covering the conductor part 21a of the via A are removed by etching, so that the conductor part 21a is exposed.
  • a magnet film forming the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element 6 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering, and unnecessary portions are removed by resist work and etching, as shown in FIG. 29 (c).
  • a noise magnet 6 is formed on the slopes of the plurality of grooves 8, and simultaneously, a wiring film 25 is formed on the conductor portion 21a of the via A. Further, the wiring film 25 and the bias magnet 6 of the giant magnetic resistance element are formed.
  • a wiring layer 7 is formed to connect the two.
  • a multilayer metal thin film is used as the magnet film.
  • the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element and the wiring layer 7 constituting the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 are formed on the flat surface of the thick film 35.
  • a giant magnetoresistive element film forming the magnetosensitive part 5 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface by sputtering.
  • a multilayer metal thin film is used as the giant magnetoresistive element film.
  • the semiconductor substrate 1 on which the giant magnetoresistive element film is formed is placed on a magnet array and heat treated at a temperature of 260 to 290 ° C. for 3 to 5 hours to pin the giant magnetoresistive element film. Apply processing.
  • the magnetosensitive part 5 is also formed on the flat surface of the thick film 35 to form a giant magnetoresistive element. Thereby, the creation of the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 is completed.
  • a 1 ⁇ m-thick passivation film 27 made of nitride nitride is formed by plasma CVD, and a protective film 28 made of polyimide is further formed. . Thereafter, the protective film 28 and the passivation film 27 are removed from the region corresponding to the bad B, and the pad B is exposed.
  • the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis sensor 4 are formed on one semiconductor substrate 1, and the via A And pad B can be formed at the same time, so that a small three-axis magnetic sensor can be rapidly manufactured by a series of processes.
  • the insulating film 37 formed on the nozzle film 32 as an etch stopper, the resist film 36 and the thick film 35 are etched so that the thick film 35 is recessed toward the insulating film 37.
  • a groove 8 can be formed.
  • the insulating film 37 is formed on the passivation film 32, so that the formation of grooves in the depth direction can be easily controlled.
  • the magnetic sensor according to the fifth embodiment of the present invention has the same configuration as that of the first embodiment. However, the difference will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 31 is a plan view of the giant magnetoresistive elements 4i and 4j
  • FIG. 32 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 31
  • FIG. 33 is an enlarged sectional view of a portion surrounded by a broken line in FIG.
  • a thick film 11 that is also an oxide layer is formed on the semiconductor substrate 1, and the thick film 11 is partially scraped to form four V-shaped grooves 8 in parallel. Is formed.
  • the groove 8 is an elongated recess having a predetermined dimension, and has a depth of 3 to 8 ⁇ m, a length of 200 to 400 ⁇ m, and a slope width of 3 to 16 ⁇ .
  • the inclined surface of the groove 8 is composed of the upper first inclined surfaces 8A, 8E, 8G, etc. and the lower second inclined surfaces 8B, 8D, 8H, etc., and each has a different inclination angle.
  • the angle between the second slope and the second slope is larger than that of the first slope.
  • each groove 8 is depicted as being formed by flat first and second slopes, but in an actual manufacturing process, the slope of each groove 8 is slightly curved outward.
  • the slope of each groove 8 is such that the angle between the second slope 8D and the nitride nitride film 34 (or the semiconductor substrate 1) is 0 (0 ° ⁇ ⁇ 90 °). If the angle between the first slope 8E and the silicon nitride film 34 (or semiconductor substrate 1) is 0 (0 ° ⁇ ⁇ 90 °), the relationship ⁇ > ⁇ is satisfied.
  • a magnetosensitive element 5 of a giant magnetoresistive element is formed on the second slope 8D having a large tilt angle 0.
  • the sensing direction of the Z-axis sensor 4 can be aligned and the sensitivity can be increased.
  • the lower second slope is along the longitudinal direction and has a good flatness center.
  • the magnetosensitive element 5 of the giant magnetoresistive element is provided in the part.
  • the magnetosensitive part 5 formed on the second slope 8D passes through the first slope 8E, the top part 8F, and the adjacent first slope 8G, and the magnetosensitive part formed on the second slope 8H. It is electrically connected via part 5 and noisy magnet 6!
  • the magnetic sensing portion 5 formed on the second slope 8N Via the part 80, the magnetically sensitive part 5 formed on the adjacent second slope 8P and the bias magnet 6 are electrically connected.
  • FIGS. 9A to 9D and FIGS. 10A to 10C are executed.
  • each groove 8 is bent in the middle by the dry etching,
  • the second slope on the side of the nitrided carbon film 34 and the first slope on the top side are continuous.
  • each groove 8 has an angle between the second slope and the nitride nitride film 34 (or the semiconductor substrate 1) of 0 (0 ° ⁇ ⁇ 90 °), and the first slope and the nitride nitride.
  • the angle of the film 34 (or the semiconductor substrate 1) is 0 (0 ° ⁇ 90 °)
  • the film 34 (or semiconductor substrate 1) is formed so as to satisfy the relationship ⁇ > ⁇ .
  • the magnetosensitive part 5 of the giant magnetoresistive element is formed on the second slope having a large tilt angle 0 with respect to the semiconductor substrate 1. Note that the angles 0 and 0 are the angles when forming the groove 8.
  • the force angle fluctuating depending on the ching condition is preferably as close to 90 ° as possible.
  • the thick film 35 and the oxide film 33 covering the conductor part 21a of the via A are removed by etching, so that the conductor part 21a To expose.
  • a magnet film to be the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering, and then unnecessary portions are removed by resist work and etching.
  • a nose magnet 6 is formed on each of the second inclined surfaces of the plurality of grooves 8, and at the same time, a wiring film 25 is formed on the conductor portion 21a of the via A.
  • a wiring layer 7 that connects the wiring film 25 and the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element is formed.
  • a multilayer metal thin film is used for the magnet film.
  • the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element and the wiring layer 7 constituting the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 are formed on the flat surface of the thick film 35.
  • the resist film is subjected to heat treatment after the predetermined resist pattern is formed in order to appropriately etch the magnet film on the second slope of the groove 8. Then, the end face of the resist film is inclined.
  • a giant magnetoresistive element film to be the magnetosensitive part 5 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface by sputtering.
  • a multilayer metal thin film is used for the giant magnetoresistive element film.
  • the semiconductor substrate 1 is placed on the magnet array, and heat treatment is performed at 260 to 290 ° C. for 3 to 5 hours.
  • the giant magnetoresistive element film is subjected to a pinning process.
  • the giant magnetoresistive element film remaining on the wiring film 25 made of the magnet film formed in advance on the conductor portion 21a of the via A is used as the protective conductor film 26.
  • the via A structure shown in Fig. 8 is obtained.
  • a magnetosensitive element 5 is formed on the flat surface of the thick film 35 to produce a giant magnetoresistive element. This completes the creation of X-axis sensor 2 and Y-axis sensor 3.
  • a passivation film 27 made of nitride nitride having a thickness of L m is formed by plasma CVD, and a protective film 28 made of polyimide is formed thereon. Form . Further, the region corresponding to the pad B is removed from the protective film 28 and the passivation film 27, so that the pad B is exposed.
  • etching is performed using the protective film 28 as a mask to remove the oxide film 33 and the thick film 35 covering the conductor portion 21b of the node B. , Pad B is completely exposed. Thereby, the manufacture of the magnetic sensor according to the present embodiment is completed.
  • a plurality of giant magnetoresistive elements are arranged on the semiconductor substrate 1 to form the X-axis sensor 2, the Y-axis sensor 3, and the Z-axis sensor 4.
  • FIG. 36 is a plan view of giant magnetoresistive elements 4i and 4j constituting the Z-axis sensor 4, and FIG. 37 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • a thick film 11 made of silicon oxide is formed on a semiconductor substrate 1.
  • the thick film 11 is partially scraped to form six V-shaped grooves 8 in parallel.
  • Each groove 8 is an elongated recess having a predetermined dimension, a depth of 3-7 / ⁇ ⁇ , a length of 250-300 ⁇ m, and a slope width of 3-8 ⁇ m.
  • the angle formed by the thick film 11 is 60 to 80 °, preferably about 70 °. In the actual manufacturing process, the slope of the groove 8 is not flat but slightly curved outward.
  • Fig. 37 among the six adjacent grooves 8, the eight adjacent inclined surfaces of the four grooves 8 located in the center are along the longitudinal direction and have good flatness. Eight magnetosensitive parts 5 constituting a giant magnetoresistive element are formed in the center.
  • the magnetosensitive part 5 formed on the slope of the groove 8 passes through the apex and is electrically connected via the magnetosensitive part 5 and the bias magnet 6 formed on the slope of the adjacent groove 8. Connected.
  • the magnetic sensing part 5 formed on one slope of the groove 8 is electrically connected via the bottom part and the magnetic sensing part 5 formed on the other slope through the bias magnet 6. ing.
  • a total of four first grooves are formed by using the two grooves 8 provided outside the four grooves 8 in which the giant magnetoresistive elements are formed. 1 Dummy slope 91 is formed. In addition, the longitudinal ends of a total of 12 slopes formed in the six grooves 8 are extended, and a total of 24 second dummy slopes 92 are formed via gaps.
  • the first dummy slope 91 has the same shape as the other slopes, and has a rectangular shape in plan view, but the inclination angle is set small.
  • the second dummy slope 92 has a trapezoidal shape in plan view, tapers toward both ends of each groove 8, and the inclination angle is set small.
  • the first dummy slope 91 and the second dummy slope 92 are not provided with the magnetosensitive part 5 and the bias magnet 6 that constitute the giant magnetoresistive element. Further, the first dummy slope 91 and the second dummy slope 92 are formed at the same time when the groove 8 is formed. Details will be described later.
  • the stability of the giant magnetoresistive element with respect to the strong magnetic field can be improved by setting the pinning direction of the magnetic sensing portion 5 to 30 to 60 ° with respect to the longitudinal direction.
  • a planarizing film 31 is formed on the semiconductor substrate 1.
  • the flat film 31 is formed by sequentially stacking a 300 nm thick silicon oxide film by a plasma CVD method, a 600 nm thick SOG film, and a 50 nm thick trimethylsilane acid silicon film. It is.
  • a passivation film 32 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1.
  • the passivation film 32 is formed by laminating a 250 nm thick silicon oxide film 33 by plasma CVD and a 600 nm thick nitride film 34 by plasma CVD.
  • a thick film 35 having a thickness of about 5 m and also having an acid key is formed by plasma CVD.
  • a plurality of grooves 8 are formed in a later step.
  • a resist film 36 having a thickness of about 3 m is formed on the entire surface of the thick film 35. Thereafter, a part of the resist film 36 is removed by etching to form a predetermined resist pattern. In the resist pattern, a region corresponding to each groove in the groove forming portion is opened. In this embodiment, since the first dummy inclined surface 91 and the second dummy inclined surface 92 are simultaneously formed, the resist pattern is appropriately treated for the corresponding region.
  • the remaining resist film 36 is subjected to a heat treatment at a temperature of 150 ° C. for about 10 minutes to dissolve the resist film 36. Due to the surface tension of the solution generated by the dissolution of the resist by the heat treatment, the upper surface of the resist film 36 rises, and at the same time, the end surface is inclined. As a result, a protrusion having a plurality of linear ridgelines is formed, and the height thereof is about 5 ⁇ m.
  • the resist film 36 and the thick film were etched at a one-to-one etching selection ratio of resist to oxygen
  • Electrode temperature 15 ° C.
  • a plurality of grooves 8 are formed in the groove forming portion of the thick film 35.
  • a magnet film to be the bias magnet 6 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering, and then unnecessary portions are removed by resist work and etching.
  • the bias magnet 6 and its wiring film are appropriately formed on the slopes of the plurality of grooves 8 except for the first dummy slope 91 and the second dummy slope 92.
  • a multilayer metal thin film is used for the magnet film.
  • a bias magnet 6 and a wiring layer 7 of a giant magnetic resistance element constituting the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 are formed.
  • the resist film 36 is subjected to a heat treatment after a predetermined resist pattern is formed.
  • the end face is inclined.
  • a giant magnetoresistive element film to be the magnetosensitive part 5 of the giant magnetoresistive element is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering.
  • a multilayer metal thin film is used for the giant magnetoresistive element film.
  • the semiconductor substrate 1 is placed in a magnet array, and heat treatment is performed at a temperature of 260 to 290 ° C. for 3 to 5 hours.
  • heat treatment is performed at a temperature of 260 to 290 ° C. for 3 to 5 hours.
  • a giant magnetoresistive element film is subjected to a pinning process.
  • the magnetosensitive part 5 is also formed on the flat surface of the thick film 35 to form a giant magnetoresistive element. .
  • the creation of the X-axis sensor 2 and the Y-axis sensor 3 is completed.
  • a passivation film 27 having a nitride key strength of about Lm is formed by plasma CVD, and a protective film 28 made of polyimide is further formed. The Thereby, the creation of the magnetic sensor according to the present embodiment is completed.
  • the plurality of grooves 8 are formed in the thick film, and the first dummy inclined surface 91 and the second dummy inclined surface 92 that are similarly realized by the groove shape are formed.
  • the groove shape is not necessarily formed.
  • a plurality of bank-shaped protrusions may be formed on the semiconductor substrate 1 and the slopes of the protrusions may be used.
  • the protrusions are formed in the same manner as the formation of the grooves 8. That is, in FIG. 39 (c), the resist film 36 is subjected to patterning and heat treatment, and the resist film 36 and the thick film are etched at an etching selection ratio of 1: 1 between the resist and the oxide silicon. Perform plasma etching on 35.
  • the thick film 35 is etched so that the surface of the thick film 35 is flat except for the region where the groove 8 is formed, and most of the thick film 35 is removed, thereby forming a plurality of bank-like shapes. Protrusions are formed.
  • a predetermined resist pattern is applied to the resist film 36 so as to obtain a protrusion that realizes the first dummy slope 91 and the second dummy slope 92 when forming the protrusion.
  • the magnetic sensor according to the seventh embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, the overlapping description will be omitted and the differences will be described below.
  • FIG. 42 is a plan view of giant magnetoresistive elements 4i and 4j constituting the Z-axis sensor 4.
  • FIG. 43 is a perspective view showing an arrangement example of giant magnetoresistive elements 4i, 4j
  • FIG. 44 is a perspective view showing an arrangement example of giant magnetoresistive elements 4k, 41.
  • the end in the longitudinal direction of each groove 8 is a semicircular curved slope.
  • the resist film is patterned to match the shape of the groove 8 and is heat-molded.
  • the longitudinal end of the groove slope in the resist pattern must be semicircular. To prevent the end of the slope from becoming narrower after thermoforming It is.
  • the shape of the end portion of the groove slope need not be limited to a semicircular shape, but may be any other shape as long as it has a predetermined roundness.
  • the manufacturing method of the magnetic sensor according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment and the sixth embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the slope 50 becomes as shown in FIG. That is, the slope 50 is formed with the same width until the central portion reaches the end in the longitudinal direction, thereby realizing a uniform plane shape and an inclined angle.
  • the end of the slope 50 in the longitudinal direction is a continuous curved slope, so that the adjacent slopes are connected, and the end of the groove 8 has a semicircular shape.
  • a thick film formed on a semiconductor substrate is cut to form a groove or a protrusion having a straight ridgeline, and a giant magnetoresistive element constituting a Z-axis sensor is disposed on the slope.
  • a giant magnetoresistive element constituting a Z-axis sensor is disposed on the slope.
  • the present invention can be applied to an electronic compass mounted on various portable electronic devices such as a mobile phone.

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Abstract

　１枚の半導体基板上に複数の巨大磁気抵抗素子を配置して三軸方向の磁界の強さを検知する小型の磁気センサが提供される。半導体基板には厚膜が形成され、その平坦面にＸ軸センサ及びＹ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子が設けられ、一方、Ｚ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子は厚膜に形成された複数の溝の斜面を利用して形成される。溝形成について、反応性イオンエッチングや高密度プラズマＣＶＤ法を採用してもよい。また、厚膜とパッシベーション膜との間に絶縁膜を形成し、これをエッチングストッパとして利用してもよい。各溝の斜面を第１斜面と第２斜面とで構成し、感磁部を傾斜角の大きい第２斜面に形成してもよい。各溝の斜面形状や傾斜を適正化するため、巨大磁気抵抗素子の形成には直接関与しないダミー斜面を形成するようにしてもよい。

Description

明 細 書
磁気センサ及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、磁気センサ及びその製造方法に関し、特に 1枚の基板上に 3個以上の 巨大磁気抵抗素子を配置して三軸方向の磁界の強さを検知する小型の磁気センサ 及びその製造方法に関する。
本願は、 7件の日本国特許出願、即ち、特願 2005— 77010号（出願日： 2005年 3 月 17曰）、特願 2005— 91616号（出願曰： 2005年 3月 28曰）、特願 2005— 8882 8号（出願曰： 2005年 3月 25曰）、特願 2005— 131857号（出願曰： 2005年 4月 28 曰）、特願 2005— 350487号（出願曰： 2005年 12月 5曰）、特願 2005— 91617号 (出願日： 2005年 3月 28日）、及び特願 2005— 98498号（出願日： 2005年 3月 30 日）に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 従来より、種々の磁気センサが開発されており、例えば、特開 2004— 6752号公報 には 1枚の基板上に 3個以上の巨大磁気抵抗素子を配置して三軸方向の磁界の強 さを検知する磁気センサを開示して 、る。
[0003] 上記の公報に開示された磁気センサでは、シリコン基板に溝を形成し、その溝の斜 面に Z軸用の巨大磁気抵抗素子を配置し、シリコン基板の平坦面には X軸用の巨大 磁気抵抗素子と Y軸用の巨大磁気抵抗素子を配置しており、これにより小型化を図 つている。
また、シリコン基板上に酸ィ匕ケィ素カもなる山部を形成し、当該山部の斜面に Z軸 用の巨大磁気抵抗素子を配置し、シリコン基板の平坦面には X軸用の巨大磁気抵抗 素子と Y軸用の巨大磁気抵抗素子を配置した三軸磁気センサも知られている。 特許文献 1：特開 2004— 6752号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 本発明の目的は、 1枚の基板上に 3個以上の巨大磁気抵抗素子を配置して三軸方 向の磁界の強さを検知する磁気センサにおいて、更に小型化を図るとともに検知精 度を向上させることにある。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明の第 1のポイントは、半導体基板上に形成された厚膜を処理して複数の溝を 並列に形成し、溝の斜面に設けた感磁部と、感磁部を電気的に直列接続するバイァ ス磁石とにより構成した複数の巨大磁気抵抗素子よりなる Z軸センサを設けるとともに 、厚膜の平坦面の所定位置に配置した複数の巨大磁気抵抗素子よりなる X軸センサ 及び Y軸センサとを設けて磁気センサを構成したことにある。
[0006] 上記の磁気センサの製造方法によると、半導体基板の配線層を覆って平坦化する 平坦化層を形成し、平坦ィ匕層の上にパッシベーシヨン膜を形成し、ノ ッシベーシヨン 膜の上に厚膜を形成し、厚膜の上にレジスト膜を形成し、レジスト膜の一部を除去し、 レジスト膜に加熱処理を施してその側面を傾斜させ、レジスト膜と厚膜とをエッチング 選択比 1対 1でエッチングして、厚膜に複数の溝を形成し、厚膜の平坦面並びに溝の 斜面及び頂部及び底部に巨大磁気抵抗素子を構成するマグネット磁石を形成し、巨 大磁気抵抗素子膜を形成し、巨大磁気抵抗素子膜が形成された半導体基板をマグ ネットアレイに近接配置して熱処理を施し、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチング により除去し、以つて、厚膜の平坦面並びに溝の斜面に巨大磁気抵抗素子を構成す る感磁部を形成し、保護膜を形成する。
[0007] 上記において、ノ ッシベーシヨン膜を上層及び下層で構成してもよい。この場合、 平坦ィ匕層の一部を除去してビア及びパッドを露出し、ビア及びパッドからパッシベー シヨン膜の上層を除去し、レジスト膜のエッチング後、ビアの中央部に存在する厚膜と ノ ッシベーシヨン膜の下層を除去して、ビアの導体部を露出させ、バイアス磁石の形 成後、ノィァス磁石とビアの導体部とを接続する配線膜を形成し、保護膜の形成後、 ノ^ドを覆う厚膜とパッシベーシヨン膜の下層を除去して、パッドの導体部を露出させ る。
[0008] 本発明の第 2のポイントは、厚膜に複数の溝を形成する前に、レジスト膜に複数の 溝を形成することである。即ち、レジスト膜の形成後、厚膜に形成される複数の溝の 形状に相当する複数の突起を設けた型をレジスト膜に押し当てて複数の溝を形成す る。或いは、レジスト膜の形成後、厚膜に形成される溝の中央部から両端部に向かつ て単位面積当たりの数が徐々に増加するような微細パターンを有するフォトマスクを レジスト膜に対向配置し、レジスト膜を露光して現像することによりレジスト膜に溝を形 成する。
[0009] 本発明の第 3のポイントは、レジスト膜の加熱処理後、レジスト膜と厚膜に対して高 イオン性エッチング条件にて反応性イオンエッチング法を実行し、以つて、厚膜に複 数の溝を形成することである。また、厚膜の上に高密度プラズマ CVD法により酸ィ匕ケ ィ素を堆積して絶縁膜を形成し、かつ、絶縁膜の一部について直線状の稜線を有す る複数の突起部を形成し、その後、複数の突起部を有する絶縁膜と厚膜とを高ィォ ン性エッチング条件にてエッチングして、厚膜に複数の溝を形成し、かつ、ビア及び ノ ッドにおいて残存する厚膜の厚さを減少せしめるようにしてもよい。
これにより、ジグザグ状に連続する複数の溝を厚膜に形成するとともに、各溝の斜 面の平坦度を向上せしめることができる。
[0010] 本発明の第 4のポイントは、エッチング制御を容易にすることで溝の斜面に一定の 傾斜角度を付与し、以つて、良好な特性を有する巨大磁気抵抗素子を形成すること にある。
即ち、磁気センサにおいて、厚膜と半導体基板との間にエッチングストツバ膜を形 成する。詳細には、厚膜とパッシベーシヨン膜との間に絶縁膜を形成し、これをエッチ ングストッパとして利用してエッチングを実行する。
[0011] これにより、レジスト膜と厚膜とのエッチング選択比を大きくすることができ、また、ェ ツチングにより厚膜をエッチングストツバ膜に向力 て凹ませるようにして溝を形成す ることがでさる。
[0012] 本発明の第 5のポイントは、厚膜に形成される溝の斜面の傾斜角度のバラツキ、特 に、斜面の上側と下側との傾斜角度のバラツキに起因する磁気センサの感知精度の ノ ツキを改善することである。即ち、各溝の斜面を上側の第 1斜面と下側の第 2斜 面とで構成し、第 2斜面の傾斜角度が第 1斜面の傾斜角度に比べて大きぐまた、巨 大磁気抵抗素子の感磁部を第 2斜面に形成する。これにより、感磁部の表面の平坦 度を向上せしめ、以つて、 Z軸方向において巨大磁気抵抗素子の感知方向を揃え、 かつ、感度の高い磁気センサを実現することができる。
[0013] 本発明の第 6のポイントは、均一にプラズマエッチングを実行することの困難さに起 因して溝の周辺部形状が不確定となり、溝の周辺部と中央部において所望の平坦度 や傾斜角度を得ることが困難となることに鑑み、所定の形状を有する溝についてのみ 巨大磁気抵抗素子を形成することである。
[0014] 即ち、複数の溝の内、少なくとも 1つについて第 1ダミー斜面を形成し、第 1ダミー斜 面には巨大磁気抵抗素子を形成しない。また、複数の溝の長手方向の端部に近接 して第 2ダミー斜面を形成する。
[0015] 本発明の第 7のポイントは、半導体基板上の厚膜に形成される溝の斜面の端部に 丸みをもたせることにより、斜面形状及び傾斜角度を均一化することである。
発明の効果
[0016] 本発明では、 1枚の半導体基板上に X軸、 Y軸、及び Z軸方向の磁界の強さを検知 する巨大磁気抵抗素子を搭載し、以つて、小型の三軸磁気センサを実現している。 半導体基板に形成された厚膜を処理して溝を形成し、溝の斜面の良好な平坦性を 有する部分に巨大磁気抵抗素子の感磁部を形成することにより、性能のよい磁気セ ンサを実現できる。ビアの凹部縁部において、マグネット膜からなる配線の上に巨大 磁気抵抗素子膜を積層しているので、段差部の隅部における配線の断線を防止で きる。また、強磁界安定性を有する巨大磁気抵抗素子を実現することができる。
[0017] 上記の磁気センサの製造方法によれば、溝の形成と、溝の斜面における巨大磁気 抵抗素子の形成とを一連のプロセスで実行することができる。更に、ビア及びパッド についても一連のプロセスで形成することができる。これにより、効率的に磁気センサ を製造することができる。
[0018] 半導体基板上のレジスト膜に複数の溝を予め形成することにより、エッチングの際、 厚膜に所定形状の溝を容易に形成することができ、また、溝の斜面の平坦度を向上 せしめることができる。これにより、所定の感知方向を有した感度の良い Z軸センサを 形成することができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]本発明の第 1実施例に係る磁気センサの半導体基板上に配置される X軸セン サ、 Y軸センサ、及び Ζ軸センサをなす巨大磁気抵抗素子を示す平面図である。 圆 2]巨大磁気抵抗素子の内部構造の一例を示す平面図である。
圆 3]Ζ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の構造を示す平面図である。
圆 4]Ζ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の形成方法を示す断面図である。 圆 5]Ζ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の配置例を示す斜視図である。 圆 6]Ζ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の他の配置例を示す斜視図である。
[図 7]Χ軸センサ、 Υ軸センサ、及び Ζ軸センサにおける巨大磁気抵抗素子の結線方 法を示す結線図である。
圆 8]第 1実施例に係る磁気センサにおけるビアの構造を示す断面図である。
圆 9]第 1実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図である。
圆 10]図 9に引き続き、第 1実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 11]図 10に引き続き、第 1実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 12]図 11に引き続き、第 1実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
[図 13]第 1実施例に係る磁気センサの製造方法のピユング処理にぉ 、て使用される マグネットアレイの磁石の極性と半導体基板上の巨大磁気抵抗素子との関係を示す 平面図及び断面図である。
[図 14]図 13 (b)に示すピユング処理において巨大磁気抵抗素子に作用する磁力線 の向きを示す断面図である。
圆 15]第 2実施例において、 Ζ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の構造を示す 平面図である。
[図 16]図 15に示す Ζ軸センサの巨大磁気抵抗素子の形成方法を示す断面図である 圆 17]第 2実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であり、第 1実施例に おける図 10に相当する。
[図 18]図 17 (c)に示すようにスタンパ法により溝形成部においてジグザグ上の突起及 び溝を形成するプロセスを示す断面図である。
圆 19]図 17に引き続き、第 2実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 20]図 19に引き続き、第 2実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 21]半導体基板上のレジスト膜に溝を形成する際用いられる多数の微細パターン を有するフォトマスクを示す概念図及びパターン率を示すグラフである。
[図 22]パターン率及び露光後のレジスト厚さとの関係を示すグラフである。
圆 23]フォトマスクにより形成された溝の形状を模式的に示す断面図である。
圆 24]本発明の第 3実施例において、高密度プラズマ CVD法により溝形成部の絶縁 膜に複数の斜面を有する突起を形成する方法を示す断面図である。
圆 25]本発明の第 4実施例において、 Z軸を構成する巨大磁気抵抗素子の形成方法 を示す断面図である。
圆 26]本発明の第 4実施例係る磁気センサの製造方法を示す断面図であり、図 9に 弓 Iき続 、て実行されるプロセスを示す。
圆 27]図 26に引き続き、第 4実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 28]図 27に引き続き、第 4実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 29]図 28に引き続き、第 4実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 30]図 29に引き続き、第 4実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 31]本発明の第 5実施例に係る磁気センサに搭載される Z軸センサを構成する巨 大磁気抵抗素子を示す平面図である。
[図 32]図 31において IV— IV視断面図である。
[図 33]図 32において破線で囲んだ部分の拡大断面図である。
圆 34]第 5実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であり、図 10に引き続 さ実行される。
圆 35]図 34に引き続き、第 5実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 36]本発明の第 6実施例に係る磁気センサに搭載される Z軸センサを構成する巨 大磁気抵抗素子を示す平面図である。
[図 37]図 36において IV— IV視断面図である。
圆 38]第 6実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図である。
圆 39]図 38に引き続き、第 6実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 40]図 39に引き続き、第 6実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 41]図 40に引き続き、第 6実施例に係る磁気センサの製造方法を示す断面図であ る。
圆 42]本発明の第 7実施例に係る磁気センサに搭載される Z軸センサを構成する巨 大磁気抵抗素子の構造を示す平面図である。
圆 43]第 7実施例に係る Z軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の配置例を示す斜 視図である。
圆 44]第 7実施例に係る Z軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の他の配置例を示 す斜視図である。
圆 45]第 7実施例に係る磁気センサの製造法において、厚膜に形成される溝の斜面 の端部を連続して丸みをもたせたことを示す概念図である。
符号の説明
A ビア
B ノ ッド、
C 溝形成部
1 半導体基板
2aゝ 2b、 2c、 2d X軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子
5Θ、 3fゝ 3gゝ 3h Y軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子 4i、 4j、 4k、 41 Z軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子
5 感磁部
6 バイアス磁石
7 配線層
8 溝
8A、 8E、 8G、 8K、 8Μ、 8Q、 8S、 8W 第 1斜面
8B、 8D、 8H、 8J、 8N、 8P、 8T、 8V 第 2斜面
21a ビア Aの導体咅
21b パッド Bの導体部
27 パッシベーシヨン膜
28 保護膜
31 平坦化膜
32 パッシベーシヨン膜
33 酸化ケィ素膜
34 窒化ケィ素膜
35 厚膜
36 レジスト膜
37 絶縁膜
38 レジスト膜
40 フォトマスク
41 微細パターン
50 斜面
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本願発明は小型化及び検知精度の向上を図った巨大磁気抵抗素子を用いた磁気 センサを実現するものであり、種々の実施例に従い添付図面とともに説明する。
[0022] (第 1実施例）
図 1は、本願発明の第 1実施例に係る磁気センサを模式的に示しており、半導体基 板上に配置した複数の巨大磁気抵抗素子のレイアウトを示している。 [0023] 図 1において、符号 1はシリコンよりなる半導体基板を示し、ここには磁気センサの 駆動回路、信号処理回路等の半導体集積回路、並びに配線層が予め形成されてお り、その上に、平坦化膜、ノ ッシベーシヨン膜、酸ィ匕ケィ素膜 (図示せず)が順次積層 されて厚膜を形成している。
[0024] 半導体基板 1の厚膜上には、 X軸センサ 2、 Y軸センサ 3、及び Z軸センサ 4、が設け て、三軸方向における外部磁界の強さを検知する。図 1に示す座標軸において、 X 軸センサ 2は X軸方向の感度、 Y軸センサ 3は Y軸方向の感度、 Z軸センサ 4は Z軸方 向の感度を有している。
詳述すると、 X軸センサ 2は 4個の巨大磁気抵抗素子 2a、 2b、 2c、 2dより構成され 、 Y軸センサ 3は 4個の巨大磁気抵抗素子 3e、 3f、 3g、 3hより構成され、 Z軸センサ 4 は 4個の巨大磁気抵抗素子 4i、 4j、 4k、 4はり構成される。
X軸センサ 2及び Y軸センサ 3は半導体基板 1の厚膜の平坦面に設けられ、 Z軸セ ンサ 4は厚膜に形成された溝の斜面に設けられている。詳細については、後述する。
[0025] X軸センサ 2をなす 4個の巨大磁気抵抗素子の内、巨大磁気抵抗素子 2a、 2bは半 導体基板 1の略中央部において隣接配置されており、巨大磁気抵抗素子 2c、 2dは 半導体基板 1の端部に隣接配置されている。即ち、巨大磁気抵抗素子 2c、 2dは巨 大磁気抵抗素子 2a、 2bと距離をおき、かつ、対向配置されている。
[0026] Y軸センサ 3をなす 4個の巨大磁気抵抗素子の内、巨大磁気抵抗素子 3e、 3fは半 導体基板 1の一端部において隣接配置されており、巨大磁気抵抗素子 3g、 3hは半 導体基板 1の他端部に隣接配置されている。即ち、巨大磁気抵抗素子 3e、 3fは巨大 磁気抵抗素子 3g、 3hと距離をおき、かつ、対向配置されている。
[0027] Z軸センサ 4をなす 4個の巨大磁気抵抗素子の内、巨大磁気抵抗素子 4k、 41は巨 大磁気抵抗素子 3e、 3fに近接配置されており、巨大磁気抵抗素子 4i、」4jは巨大磁 気抵抗素子 2a、 2bから少し離れて隣接配置されて ヽる。
[0028] 上記の X軸センサ 2、 Y軸センサ 3、 Z軸センサ 4における巨大磁気抵抗素子の配置 は以下の規則性に基づき決定される。
図 1において、破線 LA、 LB、 LCは半導体基板 1をその長手方向に四等分する仮 想線であり、破線 LDは半導体基板 1をその短手方向に二等分する仮想線である。ま た、破線 LAと LDの交点を SAとし、破線 LBと LDの交点を SBとする。
[0029] 即ち、 X軸センサ 2において、巨大磁気抵抗素子 2a、 2bと巨大磁気抵抗素子 2c、 2 dは交点 SAに対して対称に配置される。 Y軸センサ 3において、巨大磁気抵抗素子
3e、 3fと巨大磁気抵抗素子 3g、 3hは交点 SAに対して対称に配置される。 Z軸セン サ 4において、巨大磁気抵抗素子 4i、 4jと巨大磁気抵抗素子 4k、 41は交点 SBに対 して対称に配置される。
[0030] 上記の巨大磁気抵抗素子は従来の巨大磁気抵抗素子と同様に構成されており、 例えば、図 2に示すように各巨大磁気抵抗素子は 4個の感磁部 5とそれらを電気的に 直列接続する 3個のノ ィァス磁石 6より構成される。
感磁部 5は巨大磁気抵抗素子の本体をなしており、細長い帯状の平面形状を有し ている。また、感磁部 5は半導体基板 1に形成される溝の長手方向に平行に配置さ れる。
[0031] 感磁部 5は、磁ィヒ方向が固定されたビンド層と、磁化方向が外部磁界に応じて変化 するフリー層を備えており、詳細には、フリー層上に導電性のスぺーサ層、ビンド層、 及びキヤッビング層を順次積層してなる多層金属薄膜積層物カゝら構成される。
[0032] 例えば、フリー層はコバルト ジルコニウム ニオブのアモルファス磁性層とニッ ケル—鉄の磁性層とコバルト—鉄の磁性層よりなる三層構造を有している。また、ス ぺーサ層は銅よりなり、ビンド層はコノ レト 鉄の強磁性層と白金 マンガンの反磁 性層よりなる二層構造を有し、キヤッビング層はタンタルよりなる。
[0033] ノ ィァス磁石 6は、 4個の感磁部 5を電気的に直列接続するととともに、感磁部 5の 磁気特性を整えるためのバイアス磁界を感磁部 5に印加する。ノ ィァス磁石 6は、例 えば、コバルト 白金 クロム層とクロム層よりなる二層構造を有する薄膜金属積層 物より構成される。
[0034] 半導体基板 1の平坦面に設けられた X軸センサ 2及び Y軸センサ 3を構成する巨大 磁気抵抗素子 2a、 2b、 2c、 2d、 3e、 3f、 3g、 3hは夫々図 2に示すように 4個の感磁 部 5と 3個のバイアス磁石 6より構成され、外側の 2個の感磁部 5はバイアス磁石 6と接 続されておらず、その端部は配線層 7と夫々接続され、当該配線部 7はビア（図示せ ず）と接続されている。 [0035] 図 3乃至図 5は Z軸センサ 4を構成する 4個の巨大磁気抵抗素子のうち、巨大磁気 抵抗素子 4i、 4jの詳細な構造を示している。尚、他の巨大磁気抵抗素子 4k、 41の詳 細構造も同様であるため、その説明を省略する。
[0036] 図 3は、巨大磁気抵抗素子 4i、 4jを示す平面図であり、図 4は図 3における IV— IV 視断面図である。図 5は巨大磁気抵抗素子 4i、 4jに含まれる感磁部 5とバイアス磁石 6の配置を模式的に示した斜視図である。
[0037] 図 4において、符号 11は半導体基板 1上に堆積された酸ィ匕ケィ素からなる厚膜を 示す。厚膜 11を部分的に削り取って 4個の V字状の溝 8を平行に形成する。
[0038] 各溝 8は、所定寸法を有する細長い凹部であり、深さが 3〜8 /z m、長さが 200〜40 O /z mであり、斜面の幅が 3〜16 /ζ πιとなっている。斜面と厚膜 11の表面との角度は 30〜80° に設定されており、好ましくは、 70° 程度に設定される。
尚、図 4では溝 8の斜面を平坦に描いている力 実際の製造プロセスでは、斜面は 外側 (即ち、半導体基板 1の上側）に向けてやや張り出して湾曲している。
[0039] 図 4には、 4つの溝 8が示されており、互いに隣接する 8つの斜面にはその長手方 向に沿い、かつ、斜面の中央部の平坦な位置に 8個の巨大磁気抵抗素子の感磁部 5が設けられる。また、巨大磁気抵抗素子 4jにおいて、溝 8の一方の斜面に形成され た感磁部 5から底部を経て他方の斜面に形成された感磁部 5にかけてバイアス磁石 6 が形成されており、溝 8内において隣接する感磁部 5が電気的に接続される。更に、 巨大磁気抵抗素子 4iにおいて、溝 8の斜面に形成された感磁部 5から頂部を経て隣 接する溝 8の斜面に形成された感磁部 5にかけてバイアス磁石 6が形成されており、 隣接する溝 8内の感磁部 5が電気的に接続される。
上記のようにして、各巨大磁気抵抗素子において、 4個の感磁部 5が 3個のバイアス 磁石 6により電気的に接続される。
[0040] 前述したように、厚膜 11の平坦面に設けられた X軸センサ 2及び Y軸センサ 3をな す巨大磁気抵抗素子と同様に、 Z軸センサ 4をなす各巨大磁気抵抗素子において、 外側の 2個の感磁部 5はバイアス磁石 6と接続されておらず、配線層 7と接続され、配 線部 7はビア（図示せず）に接続される。配線部 7は巨大磁気抵抗素子のバイアス磁 石 6を構成するマグネット膜により形成されている。これにより、各巨大磁気抵抗素子 において、バイアス磁石 6と配線部 7を同時に作成することができる。
[0041] X軸センサ 2及び Y軸センサ 3をなす巨大磁気抵抗素子は夫々図 2に示すように感 知方向は感磁部 5の長手方向に直交し、半導体基板 1の表面に平行に設定されて いる。また、感磁部 5のピユング方向及びバイアス磁石 6のバイアス磁界の着磁方向 は、感磁部 5の長手方向に対して 30〜60° 、好ましくは 45° 傾いており、半導体基 板 1の表面に平行となっている。
[0042] Z軸センサ 4に含まれる巨大磁気抵抗素子 4i、 4jは、図 5に示すように、感知方向は 感磁部 5の長手方向に対して直交し、溝 8の斜面に平行、かつ、上向きに設定されて いる。また、感磁部 5のピユング方向及びバイアス磁石 6の着磁方向は、感磁部 5の 長手方向に対して 30〜60° 、好ましくは 45° 傾いており、溝 8の斜面に平行かつ上 向きに設定されている。
[0043] Z軸センサ 4に含まれる巨大磁気抵抗素子 4k、 41は、図 6に示すように、感知方向 は感磁部 5の長手方向に対して直交し、溝 8の斜面に平行かつ下向きに設定されて いる。また、感磁部 5のピユング方向及びバイアス磁石 6のバイアス磁界の着磁方向 は、感磁部 5の長手方向に対して 30〜60° 、好ましくは 45° 傾いており、溝 8の斜 面に平行かつ下向きに設定されている
[0044] 上記のような感知方向を実現するためには、マグネットアレイを半導体基板の上側 から接近させた状態で当該半導体基板を 260〜290°Cの温度で 3〜5時間加熱処 理を行う。この方法は、従来のピユング処理と同様である。
[0045] 通常、巨大磁気抵抗素子における感知方向とピニング方向はともに感磁部 5の長 手方向に対して直交し、半導体基板の表面に平行に設定されるが、本実施例では、 感知方向とピユング方向とを異ならせており、これにより強磁界安定性を向上せしめ ている。
[0046] 図 7は、 X軸センサ 2を構成する 4個の巨大磁気抵抗素子 2a、 2b、 2c、 2d、 Y軸セ ンサ 3を構成する 4個の巨大磁気抵抗素子 3e、 3f、 3g、 3h、及び Z軸センサ 4を構成 する 4個の巨大磁気抵抗素子 4i、 4j、 4k、 41の夫々の結線方法を示しており、各セン サに含まれる 4個の巨大磁気抵抗素子はブリッジ接続されている。
[0047] 上記のブリッジ接続により、図 1に示す座標軸の X軸、 Y軸、 Z軸の正方向に磁界が 印加されると、 X軸センサ 2、 Y軸センサ 3、 Z軸センサ 4の各出力が増加し、 X軸、 Y 軸、 Z軸の逆方向に磁界が印加されると X軸センサ 2、 Y軸センサ 3、 Z軸センサ 4の各 出力が減少する。
[0048] 図 1乃至図 6には示されていないが、 X軸センサ 2、 Y軸センサ 3、 Z軸センサ 4を構 成する全ての巨大磁気抵抗素子を含む半導体基板 1の全面は、窒化ケィ素よりなる ノッシベーシヨン膜、及びポリイミドよりなる保護膜により被覆されており、外部環境か ら保護されている。
[0049] 図 8は、半導体基板 1に形成されたビアの構造を示しており、符号 21aはビアを構 成するアルミニウムカゝらなる導体部を示す。導体部 21aはその下層に形成される配線 層と電気的に接続されて ヽる。
導体部 21aの表面の周辺部は、平坦ィ匕膜 22、第 1のパッシベーシヨン膜 23、及び 厚膜 11で覆われて 、る。厚膜 11の端面は傾斜面となって 、る。
[0050] 導体部 21aの表面の中央部は、配線膜 25で被覆されている。配線膜 25は前記の 巨大磁気抵抗素子の配線層 7に接続される。配線層 7と同様に、配線膜 25もバイァ ス磁石 6をなすマグネット膜より形成されている。このため、配線膜 25はバイアス磁石 6と同時に作成することができる。
[0051] 厚膜 11の端部近辺において、配線膜 25には段差部が形成されており、当該段差 部の隅部では製造プロセスに起因して配線膜 25の厚さが薄くなり断線の虞がある。 このため、段差部及び中央部を覆うように保護導体膜 26を積層している。
[0052] 本実施例では、前記感磁部 5をなす巨大磁気抵抗素子膜を保護導体膜 26として 用いている。これにより、感磁部 5の形成と同時に配線膜 25上に保護導体膜 26を積 層することができ、以つて、配線膜 25の断線を回避することができる。
また、上記の構造を有するビアは、窒化ケィ素よりなるパッシベーシヨン膜 27、及び ポリイミドよりなる保護膜 28により被覆され、外部環境力も保護されている。
[0053] 本実施例に係る磁気センサは、 1枚の半導体基板 1上に X軸センサ 2、 Y軸センサ 3 、 Z軸センサ 4を配置しており、小型の三軸磁気センサとして機能する。また、溝 8の 斜面の平坦性が良好な部分に巨大磁気抵抗素子の感磁部 5を形成しているため、 良好な感知度を有する磁気センサを製造することができる。 [0054] ビアの開口縁部において、ノィァス磁石膜よりなる配線膜 25上に巨大磁気抵抗素 子膜よりなる保護導体膜 26が積層され、以つて、段差部の隅部における配線膜 25の 断線を回避している。
また、感磁部 5のピユング方向をその長手方向に対して 30〜60° 傾けることにより 、強磁界安定性を有する巨大磁気抵抗素子を作成することができる。
[0055] 次に、本実施例に係る磁気センサの製造方法について説明する。
以下においては、溝 8の斜面に形成された Z軸センサ 4を構成する巨大磁気抵抗素 子、ビア、及びパッドの製造方法を主に説明している。
図 9、図 10、図 11、及び図 12は本実施例に係る磁気センサの製造方法におけるビ 7A、 ノ ッド 、及び溝形成部 Cの断面図を夫々示している。
先ず、半導体基板 1を用意する。即ち、シリコンよりなる半導体基板 1には磁気セン サの駆動回路、信号処理回路等の半導体集積回路、及び配線層が予め形成されて いる。
[0056] 図 9 (a)に示すように、半導体基板 1には、その最上層である配線層の一部を構成 するビア Aとパッド Bとが形成されており、ビア Aにはアルミニウム力もなる導体部 21a が形成され、パッド Bにはアルミニウム力 なる導体部 21bが形成されている。
[0057] 上記の半導体基板 1上に平坦化膜 31を形成する。例えば、平坦化膜 31は、プラズ マ CVD法（plasma chemical vapor deposition)による厚さ 300nmの酸ィ匕ケィ 素膜、厚さ 600nmの SOG膜、及びトリエトキシシランよりなる厚さ 50nmの酸化ケィ素 膜を順次積層して形成する。
[0058] 次に、図 9 (b)に示すように、エッチングにより、ビア Aの導体部 21a及びパッド Bの 導体部 21b上から平坦ィ匕膜 31を取り除き、以つて、導体部 21a及び 21bを露出させ る。次に、図 9 (c)に示すように、半導体基板 1の全面に第 1のパッシベーシヨン膜 32 (図 8に示す第 1のパッシベーシヨン膜 23に対応する。）を形成する。例えば、第 1の パッシベーシヨン膜 32は、プラズマ CVD法による厚さ 250nmの酸化ケィ素膜 33、及 びプラズマ CVD法による厚さ 600nmの窒化ケィ素膜 34を順次積層して形成する。
[0059] 次に、図 9 (d)に示すように、エッチングにより、ビア Aの導体部 21a及びパッド Bの 導体部 21b上に堆積している窒化ケィ素膜 34を除去する。その際、酸ィ匕ケィ素膜 33 は残し、窒化ケィ素膜 34の除去範囲は平坦ィ匕膜 31の開口幅よりも小さいものとする 。これにより、ビア A及びパッド Bの開口部において、平坦ィ匕膜 31の端部が露出し、 以つて、水分が配線層や半導体集積回路に侵入することを防止している。
[0060] 次に、図 10 (a)に示すように、プラズマ CVD法により、酸ィ匕ケィ素よりなる厚さ 5 m程度の厚膜 35を形成する。この厚膜 35は、図 4及び図 8に示した厚膜 11に相当し 、溝 8が形成されるものである。
[0061] 次に、図 10 (b)に示すように、厚膜 35の全面に厚さ 3 m程度のレジスト膜 36を形 成する。その後、レジスト膜 36の一部をエッチングにより除去して、所定のレジストパ ターンを形成する。これにより、ビア A及びパッド B,並びに溝形成部 Cにおける溝領 域を露出させる。
[0062] 次に、図 10 (c)に示すように、残存しているレジスト膜 36に対して温度 150°C、時 間 10分程度の加熱処理を施し、当該レジスト膜 36を溶融させる。この加熱処理によ るレジスト溶解により発生する溶融液の表面張力に起因して、レジスト膜 36の上面が 盛り上がり、同時に端面が傾斜する。特に溝形成部 Cにおけるレジスト膜 36は複数の 直線状の稜線を有する突起部に変形し、その断面形状の高さは約 5 mとなる。
[0063] その後、レジストと酸ィ匕ケィ素のエッチング選択比が略 1対 1となるような条件で、レ ジスト膜 36と厚膜 35に対してドライエッチングを行う。ドライエッチングは以下の条件 で実行される。
エッチングガス： CF /CHF /N /Oの混合ガスであり、その混合比を
4 3 2 2 60Z180
ZlOZlOOsccmとした。
処理圧力： 400mトール（53. 2Pa)。
RFパワー： 750W。
電極温度： 15°C。
チャンバ一温度： 15°C。
[0064] ドライエッチングにおいて、図 11 (a)に示すように、ビア A及びパッド Bの凹部の広さ はパッシベーシヨン膜 32の凹部の広さより大きくならな 、ように設定されて!、る。その 後、厚膜 35上に残存しているレジスト膜 36を除去する。
[0065] これにより、図 11 (a)に示すように、溝形成部 Cにおける厚膜 35には複数の溝 8が 形成される。次に、図 11 (b)に示すように、ビア Aの導体部 21aを覆っている厚膜 35 及び酸ィ匕ケィ素膜 33を除去し、以つて、導体部 21aを露出させる。
[0066] 次に、半導体基板 1の全面に、巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6となるマグネット 膜をスパッタリングにより形成し、その後、レジストワーク及びエッチングにより不要部 分を除去する。図 11 (c)に示すように、溝 8の斜面に沿ってバイアス磁石 6を形成し、 同時に、ビア Aの導体部 21a上に配線膜 25を形成し、以つて、当該配線膜 25と巨大 磁気抵抗素子のバイアス磁石 6とを繋ぐ配線層 7を形成する。
[0067] 前述したように、マグネット膜は、例えば、 Co— Cr— P りなる多層金属薄膜として 形成される。その際、厚膜 35の平坦面において、 X軸センサ 2及び Y軸センサ 3を構 成する巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6と対応する配線層 7も形成する。
[0068] ノィァス磁石 6を形成するレジストワークの際、溝 8の斜面においてマグネット膜の エッチングを適切に行うため、所定のパターンが形成されたレジスト膜に対して加熱 処理を施してレジスト膜の端面を傾斜させることが好ましい。
[0069] 次に、半導体基板 1の全面に、巨大磁気抵抗素子の感磁部 5となる巨大磁気抵抗 素子膜をスパッタリングにより形成する。前述したように、巨大磁気抵抗素子膜は多 層金属薄膜として形成される。
その後、半導体基板 1をマグネットアレイ上に設置して、温度 260〜290°C、時間 3
〜5時間の熱処理を実行し、以つて、巨大磁気抵抗素子膜に対してピユング処理を 施す。ピニング処理の詳細については後述する。
[0070] その後、巨大磁気抵抗素子膜に対してレジストワーク及びエッチングを行い、不要 部分を除去する。これにより、図 12 (a)に示すように、溝 8の斜面上に感磁部 5を形成 し、以つて、巨大磁気抵抗素子の形成を完了する。即ち、 Z軸センサ 4の作成を完了 する。
[0071] 同時に、ビア Aの導体部 21a上において事前に形成されているマグネット膜からな る配線膜 25上において、巨大磁気抵抗素子膜を残し、これを保護導体膜 26とする。 これにより、図 8に示すようなビア Aの構造を得る。また、同時に、厚膜 35の平坦面に おいても感磁部 5を形成して巨大磁気抵抗素子を作成する。これにより、 X軸センサ 2 と Y軸センサ 3の作成を完了する。 [0072] 次に、図 12 (b)に示すように、プラズマ CVD法により厚さ: L m程度の窒化ケィ素 膜からなるパッシベーシヨン膜 27を形成し、更に、ポリイミドからなる保護膜 28を形成 する。パッド Bにおける保護膜 28及びパッシベーシヨン膜 27の部分を除去し、凹部を 形成する。
[0073] 次に、図 12 (c)に示すように、保護膜 28をマスクとしてエッチングを行い、ノッド Bの 導体部 21bを覆っているパッシベーシヨン膜 32と厚膜 35を除去し、以つて、導体部 2 lbを露出させる。これにより、本実施例の磁気センサの作成を完了する。
[0074] 前記のピニング処理について図 13及び図 14を参照して説明する。図 13は、マグ ネットアレイ内の磁石の配置を示している。マグネットアレイは半導体基板 1上の巨大 磁気抵抗素子が形成される表面の上方に配置される。
[0075] 図 13 (a)は、半導体基板 1の表面における巨大磁気抵抗素子とマグネットアレイ内 の磁石との位置関係を示すものであり、 S、 Nは半導体基板 1の表面に対向する磁石 の極性を示している。図 13 (b)は、図 13 (a)の破線 Qの断面における極性及び磁石 の配置を示す。図 13 (c)は、図 13 (a)の破線 Rの断面における極性及び磁石の配置 を示す。また、図 14は、図 13 (b)の拡大図であり、 1個の巨大磁気抵抗素子に作用 する磁力線の向きを示して 、る。
[0076] 本実施例に係る磁気センサの製造方法によれば、 1枚の半導体基板 1上に X軸セ ンサ 2、 Y軸センサ 3、及び Z軸センサ 4を形成することができ、また、ビア A及びパッド Bも同時に作成することができるため、一連の連続したプロセスで小型の三軸磁気セ ンサを迅速に製造することができる。
[0077] (第 2実施例）
次に、本発明の第 2実施例について説明する。
第 2実施例は第 1実施例と同様に、半導体基板 1上に形成された複数の巨大磁気 抵抗素子を用いて X軸センサ 2、 Y軸センサ 3、及び Z軸センサ 4を形成するため、第 1実施例と同様の符号を用い、重複する部分の説明を省略する。
[0078] 第 2実施例についても、図 1及び図 2に示す構成が採用されている。第 1実施例と 第 2実施例との構造上の相違について図 15及び図 16を参照して説明する。即ち、 図 3及び図 4と同様に、図 15及び図 16は Z軸センサ 4の巨大磁気抵抗素子 4i、 4jを 示しているが、隣接する溝 8の斜面、底部、及び頂部には夫々符号が付されている。 図 16に示すように、各溝 8は所定寸法を有する細長い凹部であり、深さが 3〜7 m、長さ力 250〜300 /ζ πιであり、斜面の幅が 3〜8 mとなっている。斜面と厚膜 11 の表面との角度は 30〜80° に設定されており、好ましくは、 70° 程度に設定される 尚、図 16では溝 8の斜面を平坦に描いている力 実際の製造プロセスでは、斜面 は外側 (即ち、半導体基板 1の上側）に向けてやや張り出して湾曲している。
[0079] 図 15及び図 16に示す巨大磁気抵抗素子 4iにおいて、斜面 8aにはバイアス磁石 6 を介して感磁部 5が形成されている。底部 8bを経て斜面 8aに隣接する斜面 8cに形 成された感磁部 5は、頂部 8dを経て斜面 8cに隣接する斜面 8eに形成された感磁部 5とバイアス磁石 6により電気的に接続されている。また、底部 8fを経て斜面 8eに隣 接する斜面 8gにはバイアス磁石 6を介して感磁部 5が形成されている。
第 2実施例に係る磁気センサの詳細構造は、図 5乃至図 8に示すように第 1実施例 と同様である。
[0080] 次に、第 2実施例に係る磁気センサの製造方法について説明する。
前記第 1実施例における図 9に示した製造プロセスについては、第 2実施例につい ても同様であるため、その説明を省略する。
図 9 (a)〜（d)に示すプロセスを経た後、図 17 (a)に示すように、プラズマ CVD法に より酸ィ匕ケィ素カもなる厚さ 5 m程度の厚膜 35を形成する。後のプロセスにおいて 、複数の溝 8が厚膜 35を利用して形成される。
[0081] 次に、図 17 (b)に示すように、厚膜 35の上に厚さ 5 m程度のレジスト膜 36を全面 に形成する。その後、図 17 (c)に示すように、エッチングによりレジスト膜 36の一部を 除去して、ビア A及びパッド Bを露出させる。また、スタンパ法により溝形成部 Cにおけ るレジスト膜 36の一部を成形して連続するジグザグ形状を形成する。即ち、複数の突 起及び溝が形成され、各突起の断面形状は略三角形状であり、その頂部は尖ってい る。
[0082] 上記のスタンパ法により溝形成部 Cにおけるレジスト膜 36に複数の溝を形成するプ ロセスについて図 18を参照して説明する。 スタンパ法を用いる場合、半導体基板 1の最上層の配線層を形成する際に、半導 体基板 1の両端部には少なくとも 1対の位置決め用のァライメントマークを予め設ける
[0083] 先ず、図 18 (a)に示すように、厚膜 35の全面にレジストを塗布して、レジスト膜 36を 形成する。その後、レジスト膜 36に対して温度 120°C、 5分間の加熱処理を施す。こ れにより、厚膜 35とレジスト膜 36との密着性が向上し、後工程において、レジスト膜 3 6に接触配置した型をレジスト膜 36から容易に剥離できるようになる。
[0084] 次に、図 18 (b)に示すように、コンタクトァライナー（図示せず）に型 37を取り付けた 後、レジスト膜 36が形成された半導体基板 1をコンタクトァライナーの所定位置に配 置し、以つて、型 37を半導体基板 1に形成されたレジスト膜 36に対向配置する。この 際、半導体基板 1に付与されたァライメントマークと型 37において半導体基板 1に対 向する位置に付与されたァライメントマークとの位置合せを行い、以つて、半導体基 板 1と型 37と正確な位置合せを行う。
[0085] 型 37は石英よりなり、上述のように、半導体基板 1に相対する位置にァライメントマ ークが付与されている。また、型 37において厚膜 35の溝形成部 Cに対応する位置に は、ジグザグ状に連続する複数の突起 37a (その断面は頂点を有する鋭角な三角形 状となっている。）が形成されている。
[0086] 次に、図 18 (c)に示すように、型 37を半導体基板 1上に形成されたレジスト膜 36に 押し当てる。後工程における、レジスト膜 36と型 37との離間を容易にするため、型 37 におけるレジスト膜との接触面 (特に、突起 37aが設けられている下面）にはフッ素榭 脂を被覆したり、所定の表面処理 (或いはシリコン処理)を施すことが望ま 、。
[0087] その後、レジスト膜 36に対して温度 150°C、 10分間程度の加熱処理を実行し、以 つて、レジスト膜 36を溶解する。これにより、ビア A及びパッド Bの端面は傾斜し、溝形 成部 Cにおいて突起 37aに相当する溝が形成される。
尚、レジスト膜 36は室温力も温度を上げてゆくと 150°Cにおいて軟ィ匕し、更に温度 力 S200°Cを超えると、焼き固まってしまう。即ち、レジスト膜 36は 150°Cの温度では固 化しない。本実施例では、レジスト膜 36が軟ィ匕した状態で型 37を押し付けることによ り、溝形成部 Cを突起 37aに応じた形状に変形する。次に、型 37を半導体基板 1上 のレジスト膜 36に押し付けたまま、当該レジスト膜 36を冷却し、その後、型 37を離間 させ、以つて、レジスト膜 36は形成された溝形状を変化させずに硬化する。また、加 熱温度が 100°Cを超えた時点から、溶媒が揮発し始め、以つて、半導体基板 1とレジ スト膜 36との密着性を向上せしめる。
[0088] 次に、図 18 (d)に示すように、レジスト膜 36から型 37を離間する。これにより、型 37 の突起 37aの形状に相当する溝 36aが半導体基板 1上のレジスト膜 36に形成される 。尚、上記の型 37をフォトマスクと一体に設けて、レジスト膜 36のパターン形成と溝 3 6aの形成とを同時に行ってもよい。
[0089] 次に、図 19 (a)に示すように、レジストと酸ィ匕ケィ素のエッチング選択比 1対 1にて、 レジスト膜 36と厚膜 35に対してドライエッチングを行い、以つて、厚膜 35に複数の溝 8を形成し、同時に、ビア A及びパッド Bにおいて薄くなつた厚膜 35を残す。
上記のドライエッチングは以下の条件にて実行する。
エッチングガス： CF /CHF /N /O、混合比 60Zl80Zl0Zl00sccm。
4 3 2 2
圧力： 400mTorr。
RF Power : 750Wo
電極温度： 15°C。
チャンバ温度： 15°C。
[0090] 上記のドライエッチングの際、図 19 (a)に示すように、ビア A及びパッド Bの凹部の 幅をパッシベーシヨン膜 32の凹部の幅よりも大きくならないように設定する。その後、 厚膜 35上に残存しているレジスト膜 36を除去する。
[0091] これにより、図 19 (a)に示すように、厚膜 35の溝形成部 Cには複数の溝 8が形成さ れる。その後、図 19 (b)に示すように、ビア Aを覆っている厚膜 36及び酸ィ匕ケィ素膜 33をレジストワーク及びエッチングにより除去し、以つて、ビア Aの導体部 21aを露出 する。
[0092] 次に、半導体基板 1の全面に、巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6を形成するた めのマグネット膜をスパッタリングにより形成する。その後、マグネット膜の不要部分を レジストワーク及びエッチングにより除去し、以つて、図 19 (c)に示すように、複数の 溝 8の斜面にバイアス磁石 6を形成し、同時に、ビア Aの導体部 21a上に配線膜 25を 形成する。また、配線膜 25と巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6を繋ぐ配線層 7を 形成する。
[0093] 前述したように、マグネット膜として多層金属薄膜が用いられる。
この際、厚膜 35の平坦面において、 X軸センサ 2及び Y軸センサ 3を構成する巨大 磁気抵抗素子のバイアス磁石6とその配線層7を形成する。
[0094] バイアス磁石 6形成時のレジストワークにおいて、溝 8の斜面におけるマグネット膜 のエッチングを適切に行うため、所定のパターン形成後のレジスト膜 36に対して加熱 処理を行い、その端面を傾斜させる。
[0095] 次に、巨大磁気抵抗素子の感磁部 5を形成するための巨大磁気抵抗素子膜をスパ ッタリングにより半導体基板 1の全面に形成する。巨大磁気抵抗素子膜として、先に 述べた多層金属薄膜を用いる。
その後、半導体基板 1をマグネットアレイ上に設置して、温度 260〜290°C、 3〜5 時間の熱処理を施し、以つて、巨大磁気抵抗素子膜に対してピユング処理を施す。
[0096] その後、巨大磁気抵抗素子膜に対してレジストワーク及びエッチングを行い、不要 部分を除去する。これにより、図 20 (a)に示すように、溝 8の斜面に感磁部 5を形成し て、巨大磁気抵抗素子を作成する。これにより、 Z軸センサ 4の作成を完了する。
[0097] 上記にぉ 、て、ビア Aの導体部 21a上に形成されたマグネット膜からなる配線膜 25 上において巨大磁気抵抗素子膜を残し、保護導体膜 26とする。これ〖こより、図 8に示 すような構造のビア Aを形成することができる。
同時に、厚膜 35の平坦面にも感磁部 5を形成し、以つて、 X軸センサ 2及び Y軸セ ンサ 3を構成する巨大磁気抵抗素子の作成を完了する。
[0098] 次に、図 20 (b)に示すように、プラズマ CVD法により厚さ: L mの酸化ケィ素よりな るパッシベーシヨン膜 27を形成し、その上に、ポリイミドよりなる保護膜 28を形成する
。その後、パッド Bにおける保護膜 28及びパッシベーシヨン膜 27を除去し、ノ ッド Bを 露出させる。
[0099] 次に、図 20 (c)に示すように、保護膜 28をマスクとしてエッチングを行って、ノ ッド B の導体部 21bを覆っている酸ィ匕ケィ素膜 33と厚膜 35を除去し、以つて、ノ ッド Bを露 出させる。これにより、本実施例に係る磁気センサの製造を完了する。 [0100] 本実施例に係る磁気センサの製造方法によれば、 1枚の半導体基板 1上に X軸セ ンサ 2、 Y軸センサ 3、及び Z軸センサ 4を配置するとともに、ビア A及びパッド Bを形成 することができ、以つて、一連の連続したプロセスにより小型の三軸磁気センサを簡 易に製造することができる。また、厚膜 35に形成される複数の溝 8の形状に相当する 複数の突起 37aを設けた型 37を半導体基板 1上に形成されたレジスト膜 36に押し当 てて当該溝 8を形成するようにしたので、厚膜 35のエッチングにおいて、容易に溝 8 を形成することができる。これにより、溝 8の斜面を平坦度を向上させることができる。 このような溝 8の斜面において巨大磁気抵抗素子を構成する感磁部を形成すること により、一定の感知方向を有し、感度の高い Z軸センサを形成することができる。
[0101] 本実施例に係る磁気センサの製造方法において、半導体基板 1上に形成されたレ ジスト膜 36の溝形成部 Cにおいて複数の溝 8を形成するプロセスを以下のように変更 することができる。
[0102] 即ち、図 21 (a)に示すようなグレーレチクルよりなるフォトマスク 40を用いる。フォト マスク 40には、レジスト膜 36をなすレジストの解像度よりも微細な解像度を有する多 数のパターン 41が形成されている。図 21 (b)に示すように、フォトマスク 40において レジスト膜 36に形成される溝 8の中央部から当該溝 8の両端部に向力つて、単位面 積当たりの微細パターン 41の数 (以下、「パターン率」という。）が次第に増加するよう になっている。パターン率は溝 8の形状或いは溝 8の斜面の傾きに応じて適宜調整 することができる。
[0103] 上記のフォトマスク 40を用いてレジスト膜 36を露光すると、パターン率が高!、領域 ほど露光されやすぐパターン率の低い領域は露光されに《なる。即ち、図 22に示 すように、露光後のレジスト厚さはパターン率に応じて変化する。この結果、図 23に 示すように、レジスト膜 36には、中央部から両端部に向力つて厚みが徐々に増加す るような溝 36aが形成される。
その後、エッチングにより厚膜に溝を形成して、所望の磁気センサを製造する。
[0104] 上記の変形例では、フォトマスク 40を用いたレジスト膜 36に対する溝 36aの形成に おいてポジティブ型レジストを用いているが、当該フォトマスク 40のパターン率の変化 率を図 22と反対に設定することによりネガティブ型レジストを形成し、これによりレジス ト膜 36に所望の溝を形成してもよい。
[0105] 本実施例に係る磁気センサの製造方法によれば、 1枚の半導体基板 1に X軸セン サ 2、 Y軸センサ 3、及び Z軸センサ 4を形成することができ、また、同時に、ビア A及 びパッド Bも形成することができる。これにより、一連の連続したプロセスにより小型の 三軸磁気センサを迅速に製造することができる。
また、溝形成に当たって、溝の中央部力も両端部に向力つて単位面積当たりの数 が徐々に増加するような微細パターン 41を多数設けたフォトマスク 40を用いることが できる。フォトマスク 40をレジスト膜 36に対向配置し、レジスト膜 36を露光及び現像し て、所望の溝 36aを形成する。これにより、厚膜 35のエッチングにおいて所定形状の 溝を形成し易くなるとともに、溝の斜面の平坦度を向上することができる。即ち、平坦 度が向上された溝の斜面に巨大磁気抵抗素子の感磁部を設けて、一定の感知方向 を有する感度の高 、Z軸センサを形成することができる。
[0106] (第 3実施例）
第 3実施例に係る磁気センサは、第 1及び第 2実施例に係る磁気センサと同様であ るものの、その製造方法において一部異なっている。即ち、第 1実施例において説明 した図 9及び図 10のプロセスを実行した後、高イオン性エッチング条件による反応性 イオンエッチング（RIE : reactive ion etching)法に従い、レジスト膜 36と厚膜 35 に対してドライエッチングを行い、以つて、厚膜 35に複数の溝 8を形成し、同時に、ビ ァ A及びパッド Bにおける厚膜 35を薄くする。
[0107] 反応性イオンエッチングにおける高イオン性エッチング条件は以下の通りである。
エッチングガス： CF /CHF /O ZAr、混合比は 30Z90Z50〜： L00Z50〜20
4 3 2
0sccmo
圧力： 100〜400mTorr。
RF Power : 750〜1200W。
[0108] 上記のような高イオン性エッチング条件により、第 2実施例で用いた図 19 (a)に示 すような形状を実現する。その後、第 2実施例で説明したように図 19 (b)、（c)及び図 20 (a) , (b)、（c)のプロセスが実行される。
[0109] 第 3実施例によれば、 1枚の半導体基板 1上に X軸センサ 2、 Y軸センサ 3、及び Z 軸センサ 4を形成するとともに、ビア A及びパッド Bも同時に形成することができ、以っ て、一連の連続したプロセスにより小型の三軸磁気センサを迅速に製造することがで きる。また、高イオン性エッチング条件による反応性イオンエッチング法に従い、ドライ エッチングを行うことにより、溝形成部 Cにおける厚膜 35に形成される複数の溝 8の 断面形状をジグザグ上に連続することができ、溝 8の斜面の平坦度を向上せしめるこ とがでさる。
[0110] 尚、図 9 (a)〜（d)に示すプロセスを実行した後、図 24 (a)、 (b)に示すプロセスを 実行するようにしてもよ ヽ。
即ち、図 24 (a)に示すように、プラズマ CVD法により厚さ 5 m程度の酸ィ匕ケィ素 力もなる厚膜 35を形成する。ここで、溝形成部 Cについてのみ、矩形上の断面を有 する複数の突起部 35aが形成される。
[0111] 次に、図 24 (b)に示すように、高密度プラズマ CVD法により厚膜 35上に酸ィ匕ケィ 素を堆積して、厚さ 3〜5 m程度の絶縁膜 37を形成する。ここで、ビア A及びパッド
Bについては、平坦面を有する絶縁膜 37が形成されるが、溝形成部 Cについては、 斜面を有する突起部 37aが形成される。
[0112] 高密度プラズマ CVD法は、高密度のプラズマ（例えば、電子密度 1 X 109〜5 X 10
10/cm3)により酸ィ匕ケィ素を合成して堆積し、同時に、堆積された酸化ケィ素の一部 をプラズマエッチングするものである。
上記の高密度プラズマ CVD法により、酸ィ匕ケィ素よりなる絶縁膜 37は厚膜 35の突 起部 35aに堆積され、かつ、その周辺部よりも上方に突出する。溝形成部 Cにおいて
、絶縁膜 37はその上部の隅部が削り取られ、これにより、斜面を有する突起部 37aが 形成される。
[0113] 高密度プラズマ CVD法の条件は以下の通りである。
モノシラン流量： 50〜 150sccm。
酸素流量： 100〜200sccm。
圧力： 1〜： LOPa。
温度： 250〜450。C。
高周波出力： 2〜5kW。 周波数： 10〜20MHz。
[0114] その後、反応性イオンエッチング法、プラズマドライエッチング法、イオンミリング法 により、厚膜 35及び絶縁膜 37の全体をエッチバックして、厚膜 35に斜面を有する突 起を形成する（図 19に示す溝形成部 C参照)。このようにして、複数の溝を形成する。 その後、ビア A及びパッド Bのみについて開口パターンを有するレジスト膜 36をマス クとして用い、厚膜 35に対してドライエッチングを行い、以つて、ビア A及びパッド Bに 残存する厚膜 35の厚さを減少せしめる。
[0115] 複数の溝 8を形成する際に実行される反応性イオンエッチング法に適用されるエツ チング条件は以下の通りである。
エッチングガス： CF /CHF /O ZAr、混合比は 30Z90Z50〜： LOOZ50〜
4 3 2 20
0sccmo
圧力： 100〜400mTorr。
RF Power : 750〜1200W。
[0116] また、複数の溝 8を形成する際に実行されるプラズマエッチング法に適用されるエツ チング条件は以下の通りである。
エッチングガス： Ar、 100sccm。
RF Power: 1200Wo
圧力： 100mTorr。
電極温度： 100°C。
[0117] 更に、複数の溝 8を形成する際に実行されるイオンミリング法に適用される条件は 以下の通りである。
Arガス： 4〜： L0sccm。
圧力： 1 X 10_4〜1 X 10_3Torr。
加速電圧： 50〜： L000W。
電流： 150〜350mA。
電極角度 (即ち、加速粒子の進行方向とウェハの法線とがなす角度）：0±45° 。
[0118] 上記のプロセスの後、第 2実施例において説明したように図 19及び図 20に示すプ 口セスが実行される。 [0119] (第 4実施例）
第 4実施例に係る磁気センサは第 1実施例及び第 2実施例に係る磁気センサと同 様であるものの、その製造方法において一部異なっている。尚、図 4及び図 16に示し た構成と異なり、第 4実施例では図 25に示すように半導体基板 1と厚膜 11との間に ノ ッシベーシヨン膜又は絶縁膜からなるエッチングストッパ層 12が挿入されて 、る。
[0120] 次に、第 4実施例に係る磁気センサの製造方法について説明する。
第 1実施例と同様に、図 9及び図 10に示したプロセスの後、図 11 (a)において、ノ ッシベーシヨン膜 32の上層をなす窒化ケィ素膜 34をエッチングストッパとして利用し て、レジスト膜 36と厚膜 35に対してドライエッチングを行い、厚膜 35に複数の溝 8を 形成し、同時に、ビア A及びパッド Bにおいて残存する厚膜 35の厚さを減少せしめる 窒化ケィ素膜 34をエッチングストツバとして利用することにより、溝形成部 Cにおい て、窒化ケィ素膜 34が露出した時点でドライエッチングを終了する。
[0121] 即ち、以下の条件で反応性イオンエッチング (RIE)を行う。
エッチングガス： C F /Ar/CH F、混合比は 7Z500Z4sccm。
4 8 2 2
ガス圧： 50mTorr。
RFパワー： 1500W。
[0122] 上記の条件によりドライエッチングを実行することにより、レジスト膜 36をなすレジス トと厚膜 35をなす酸ィ匕ケィ素とのエッチング選択比を大きくすることができるため、窒 化ケィ素膜 34をエッチングストツバとして利用することができる。これにより、図 11 (a) に示すように、厚膜 35に形成される溝 8は窒化ケィ素膜 34に向力つて凹むように形 成される。また、エッチング選択比は例えば「6」とすることができる。
その後、第 1実施例と同様に、図 11 (b)、 (c)、及び図 12 (a)、 (b)、 （c)に示したプ 口セスが実行される。
[0123] 次に、第 4実施例に係る磁気センサの製造方法について説明する。
先ず、第 1実施例と同様に、図 9 (a)〜(d)に示したプロセスを実行する。その後、図 26 (a)に示すように、スパッタリングにより厚さ 0. 2 μ m程度の絶縁膜 37を形成する。 絶縁膜 37は、例えば、酸ィ匕アルミニウム (Al O )、窒化ホウ素（BN)、ダイヤモンド状 炭素よりなる。
[0124] 次に、図 26 (b)に示すように、絶縁膜 37上に厚さ 3 μ m程度のレジスト膜 38を全面 に形成する。その後、図 26 (c)に示すように、レジスト膜 38の一部をエッチングにより 除去して、所定のレジストパターンを形成する。レジストパターンは、ビア A及びパッド Bに相当する領域のみが開口しており、これにより絶縁膜 37を露出させる。
[0125] 次に、図 27 (a)に示すように、ビア A及びパッド Bに相当する領域の絶縁膜 37をィ オンミリングにより除去し、酸ィ匕ケィ素膜 33を露出する。その後、図 27 (b)に示すよう に、レジスト膜 38を除去する。
[0126] 次に、図 28 (a)に示すように、プラズマ CVD法により酸ィ匕ケィ素からなる厚さ 5 m 程度の厚膜 35を形成する。厚膜 35には複数の溝 8が形成される。
[0127] 次に、図 28 (b)に示すように、厚さ 3 m程度のレジスト膜 36を厚膜 35の全面に形 成する。その後、レジスト膜 36の一部をエッチングにより除去して、所定のレジストパ ターンを形成する。レジストパターンは溝形成部 Cに形成される溝 8に相当する領域、 及びビア A及びパッド Bに相当する領域が開口している。
[0128] 次に、図 28 (c)に示すように、残存しているレジスト膜 36に対して温度 150°C、時 間 10分間の加熱処理を施して、レジスト膜 36を溶解させる。加熱処理によりレジスト が溶解した結果発生する溶解液の表面張力に起因して、レジスト膜 36の上面が盛り 上がり、かつ、その端面が傾斜する。特に、溝形成部 Cにおいて、レジスト膜 36は直 線状の稜線を有する突起部が複数形成され、その高さは約 5 μ m程度となる。
[0129] 次に、図 29 (a)に示すように、絶縁膜 37をエッチングストッパとして利用し、レジスト と酸ィ匕ケィ素のエッチング選択比が 1対 1となるような条件にて、レジスト膜 36と厚膜 3 5に対してドライエッチングを行い、以つて、厚膜 35に複数の溝 8を形成すると同時に 、ビア A及びパッド Bにお 、て残存する厚膜 35の厚さを減少せしめる。
[0130] 即ち、以下の条件にて枚葉式反応性イオンエッチング (RIE)を行う。
エッチングガス： CF /CHF /N、混合比は 30Z90Z5sccmn
4 3 2
ガス圧力： 200mTorr。
RFパワー： 750W。
[0131] 上記のドライエッチング条件により、レジスト膜 36をなすレジストと厚膜 35をなす酸 化ケィ素とのエッチング選択比を 1対 1に設定することができるため、絶縁膜 37をエツ チンダストッパとして利用することができる。これにより、図 29 (a)に示すように、各溝 8 を絶縁膜 37に向力 て厚膜 35を凹ませるように形成する。
[0132] 上記のドライエッチングの際、図 29 (a)に示すように、ビア A及びパッド Bにおける凹 部の幅がパッシベーシヨン膜 32の凹部の幅よりも大きくならな!/、ようにして!/、る。その 後、厚膜 35上に残存しているレジスト膜 36を除去する。
[0133] これにより、図 29 (a)に示すように、溝形成部 Cにおける厚膜 35mには複数の溝 8 が形成される。その後、図 29 (b)に示すように、ビア Aの導体部 21aを覆っている厚 膜 35及び酸ィ匕ケィ素 33をエッチングにより取り除き、以つて、導体部 21aを露出させ る。
[0134] その後、半導体基板 1の全面に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6をなすマグネ ット膜をスパッタリングにより形成し、レジストワーク及びエッチングにより不要部分を 除去し、図 29 (c)に示すように複数の溝 8の斜面上にノィァス磁石 6を形成し、同時 に、ビア Aの導体部 21a上に配線膜 25を形成し、更に、当該配線膜 25と巨大磁気抵 抗素子のバイアス磁石 6とを繋ぐ配線層 7を形成する。
[0135] マグネット膜には多層金属薄膜が用いられる。
また、 X軸センサ 2及び Y軸センサ 3を構成する巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6とその配線層 7を厚膜 35の平坦面に形成する。
[0136] バイアス磁石 6形成時のレジストワークにおいて、溝 8の斜面でのマグネット膜のェ ツチングを適切に行うため、所定のレジストパターン形成後のレジスト膜 36に対して 加熱処理を施し、以つて、レジスト膜 36の端面を傾斜させる。
[0137] その後、巨大磁気抵抗素子の感磁部 5をなす巨大磁気抵抗素子膜をスパッタリン グにより全面に形成する。巨大磁気抵抗素子膜としては、多層金属薄膜が用いられ る。
上記の巨大磁気抵抗素子膜が形成された半導体基板 1をマグネットアレイ上に設 置して、温度 260〜290°C、 3〜5時間の熱処理を行い、巨大磁気抵抗素子膜に対 してピユング処理を施す。
[0138] 次に、巨大磁気抵抗素子膜に対してレジストワーク及びエッチングを行い、不要部 分を除去し、図 30 (a)に示すように複数の溝 8の斜面上に夫々感磁部 5を形成し、以 つて、巨大磁気抵抗素子の作成を完了する。これにより、 Z軸センサ 4の作成が完了 する。
[0139] 同時に、ビア Aの導体部 21a上に予め形成されたマグネット膜からなる配線膜 25上 に巨大磁気抵抗素子膜を一部残存せしめ、これを保護導体膜 26とする。これにより 、図 8に示すようなビア Aの構造が得られる。
また、同時に、厚膜 35の平坦面にも感磁部 5を形成し、巨大磁気抵抗素子を形成 する。これにより、 X軸センサ 2と Y軸センサ 3の作成が完了する。
[0140] 次に、図 30 (b)に示すように、プラズマ CVD法により窒化ケィ素からなる厚さ 1 μ m のノ ッシベーシヨン膜 27を形成し、更に、ポリイミドからなる保護膜 28を形成する。そ の後、バッド Bに相当する領域について、保護膜 28及びパッシベーシヨン膜 27を除 去し、以つて、パッド Bを露出せしめる。
[0141] 最後に、図 30 (c)に示すように、保護膜 28をマスクとしてエッチングを行い、パッド Bの導体部 21bを覆っている酸ィ匕ケィ素膜 33と厚膜 35を除去し、以つて、ノッド Bの 導体部 21bを露出せしめる。これにより、第 4実施例に係る磁気センサの製造を完了 する。
[0142] 第 4実施例に係る磁気センサの聖像方法によれば、 1枚の半導体基板 1上に X軸セ ンサ 2、 Y軸センサ 3、及び Z軸センサ 4を形成するとともに、ビア A及びパッド Bも同時 に形成することができ、以つて、一連のプロセスにより小型の三軸磁気センサを迅速 に製造することができる。また、ノッシベーシヨン膜 32上に形成した絶縁膜 37をエツ チンダストッパとして利用して、レジスト膜 36と厚膜 35をエッチングすることにより、厚 膜 35を絶縁膜 37に向けて凹ませるように複数の溝 8を形成することができる。これに より、所定角度の斜面を厚膜 35に形成し、以つて、半導体基板 1の表面に対して垂 直方向の感度を具現ィ匕するような巨大磁気抵抗素子を用いた磁気センサを作成す ることができる。第 4実施例の特徴として、絶縁膜 37をパッシベーシヨン膜 32上に形 成して、深さ方向の溝形成の制御が容易となる。
[0143] (第 5実施例）
本発明の第 5実施例に係る磁気センサは、前記第 1実施例と同様の構成を有して いるが、その相違点について図 31乃至図 33を参照して説明する。
図 31は、巨大磁気抵抗素子 4i、 4jの平面図であり、図 32は図 31において IV— IV 視断面図であり、図 33は図 32において破線で囲んだ部分の拡大断面図である。
[0144] 図 32において、酸ィ匕ケィ素カもなる厚膜 11が半導体基板 1上に形成されており、 厚膜 11を部分的に削り取って 4個の V字状の溝 8が平行に形成されている。
溝 8は、所定の寸法を有する細長い凹部となっており、深さが 3〜8 μ m、長さが 20 0~400 μ m,斜面の幅が 3〜16 πιとなっている。
溝 8の斜面は、上側の第 1斜面 8A、 8E、 8G、等と下側の第 2斜面 8B、 8D、 8H、 等よりなり、夫々異なる傾斜角度を有するが、いずれも厚膜 11の表面との角度は 60 〜80° であり、第 2斜面の方が第 1斜面よりも傾斜角度が大きくなつている。
図 32は、各溝 8の斜面を平坦な第 1及び第 2斜面より形成されるものとして描いてい るが、実際の製造プロセスでは、各溝 8の斜面は外側にやや湾曲した形状となる。
[0145] 図 33に示すように、各溝 8の斜面は、第 2斜面 8Dと窒化ケィ素膜 34 (或いは、半導 体基板 1)の角度を 0 (0° < Θ く 90° )とし、第 1斜面 8Eと窒化ケィ素膜 34 (或い は、半導体基板 1)の角度を 0 (0° < Θ < 90° )とした場合、 θ > Θ の関係を満
2 2 1 2 たすように形成される。
また、大きな傾斜角度 0 を有する第 2斜面 8Dに巨大磁気抵抗素子の感磁部 5が 形成されている。
このように、大きな傾斜角度 0 を有する第 2斜面 8Dに対して巨大磁気抵抗素子の 感磁部 5を設けることにより、 Z軸センサ 4の感知方向を揃え、かつ、感度を高めること ができる。
[0146] 上記の如ぐ図 32に示した 4つの溝 8において互いに隣接する 8つの斜面の夫々に おいて、下側の第 2斜面においてその長手方向に沿い、かつ、良好な平坦度の中央 部に巨大磁気抵抗素子の感磁部 5が設けられている。
巨大磁気抵抗素子 4iにおいて、第 2斜面 8Dに形成された感磁部 5は、第 1斜面 8E 、頂部 8F、及び、隣接する第 1斜面 8Gを経て、第 2斜面 8Hに形成された感磁部 5と ノィァス磁石 6を介して電気的に接続されて!、る。
一方、巨大磁気抵抗素子 4jにおいては、第 2斜面 8Nに形成された感磁部 5は、底 部 80を経て、隣接する第 2斜面 8Pに形成された感磁部 5とバイアス磁石 6を介して 電気的に接続されている。
[0147] 次に、第 5実施例に係る磁気センサの製造方法について説明する。
前記第 1実施例と同様に、図 9 (a)〜（d)及び図 10 (a)〜（c)に示すプロセスを実行 する。
[0148] その後、図 34 (a)に示すように、溝形成部 Cにおける厚膜 35には複数の溝が形成 される力 前記のドライエッチングにより各溝 8の斜面は途中で折れ曲がっており、窒 化ケィ素膜 34側の第 2斜面と頂部側の第 1斜面が連続した形状となっている。
[0149] 即ち、各溝 8の斜面は、第 2斜面と窒化ケィ素膜 34 (或いは、半導体基板 1)の角度 を 0 (0° < Θ く 90° )とし、第 1斜面と窒化ケィ素膜 34 (或いは、半導体基板 1) の角度を 0 (0° < Θ く 90° )とした場合、 θ > Θ の関係を満たすように形成さ
2 2 1 2
れる。
[0150] 本実施例では、半導体基板 1に対して大きな傾斜角度 0 を有する第 2斜面に巨大 磁気抵抗素子の感磁部 5を形成する。尚、角度 0 と 0 は、溝 8を形成する際のエツ
1 2
チング条件により変動する力 角度 0 は出来るだけ大きぐ 90° に近いことが好まし い。
[0151] 次に、図 34 (b)に示すように、ビア Aの導体部 21aを覆っている厚膜 35及び酸ィ匕ケ ィ素膜 33をエッチングにより除去し、以つて、導体部 21aを露出する。
[0152] 次に、半導体基板 1の全面に、巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6となるマグネット 膜をスパッタリングにより形成し、その後、レジストワーク及びエッチングにより不要部 分を除去する。この結果、図 34 (c)に示すように複数の溝 8の第 2斜面上に夫々ノ ィ ァス磁石 6を形成し、同時に、ビア Aの導体部 21aに配線膜 25を形成し、当該配線 膜 25と巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6とを繋ぐ配線層 7を形成する。マグネット 膜には多層金属薄膜が用いられる
[0153] また、厚膜 35の平坦面にも X軸センサ 2、 Y軸センサ 3を構成する巨大磁気抵抗素 子のバイアス磁石 6とその配線層 7を形成する。
[0154] バイアス磁石 6形成時のレジストワークにおいて、溝 8の第 2斜面でのマグネット膜の エッチングを適切に行うため、所定レジストパターン形成後、レジスト膜に加熱処理を 施して、当該レジスト膜の端面を傾斜させる。
[0155] 次に、巨大磁気抵抗素子の感磁部 5となる巨大磁気抵抗素子膜をスパッタリングに より全面に形成する。巨大磁気抵抗素子膜には、多層金属薄膜が用いられる。 その後、半導体基板 1をマグネットアレイに設置して、温度 260〜290°C、 3〜5時 間の熱処理を施し、以つて、巨大磁気抵抗素子膜に対してピユング処理を施す。
[0156] その後、巨大磁気抵抗素子膜に対してレジストワーク及びエッチングを行い、不要 部分を除去し、図 35 (a)に示すように、複数の溝 8の第 2斜面に感磁部 5を形成して 巨大磁気抵抗素子を作成する。これにより、 Z軸センサ 4の作成が完了する。
[0157] また、ビア Aの導体部 21aに事前に形成されたマグネット膜よりなる配線膜 25上に おいて残存する巨大磁気抵抗素子膜を保護導体膜 26とする。これにより、図 8に示 すビア Aの構造が得られる。同時に、厚膜 35の平坦面にも感磁部 5を形成して巨大 磁気抵抗素子を作成する。これにより、 X軸センサ 2と Y軸センサ 3の作成が完了する
[0158] 次に、図 35 (b)に示すように、プラズマ CVD法により厚さ: L mの窒化ケィ素よりな るパッシベーシヨン膜 27を形成し、その上に、ポリイミドからなる保護膜 28を形成する 。また、保護膜 28とパッシベーシヨン膜 27のうち、パッド Bに相当する領域を除去し、 以つて、パッド Bを露出する。
[0159] 次に、図 35 (c)に示すように、保護膜 28をマスクとしてエッチングを行い、ノッド Bの 導体部 21bを覆っている酸ィ匕ケィ素膜 33と厚膜 35を除去し、パッド Bを完全に露出 する。これにより、本実施例に係る磁気センサの製造を完了する。
[0160] (第 6実施例）
次に、本発明の第 6実施例について説明するが、前記第 1実施例と同様の構成要 素については、その説明を省略する。
即ち、第 6実施例は、第 1実施例と同様に、半導体基板 1上に複数の巨大磁気抵抗 素子を配置して、 X軸センサ 2、 Y軸センサ 3、及び Z軸センサ 4を形成するものである が、 Z軸センサ 4を構成する巨大磁気抵抗素子につ！/、て相違して！/、る。
[0161] 図 36は、 Z軸センサ 4を構成する巨大磁気抵抗素子 4i、 4jの平面図であり、図 37 は図 36の IV— IV視断面図である。 図 37において、酸化ケィ素からなる厚膜 11が半導体基板 1上に形成されている。 厚膜 11を部分的に削り取って、 6個の V字状の溝 8が平行に形成されている。各溝 8 は所定寸法を有する細長い凹部となっており、深さは 3〜7 /ζ πι、長さは 250〜300 μ m、斜面の幅は 3〜8 μ mとなっており、斜面と厚膜 11とのなす角度は 60〜80° 、 好ましくは、 70° 程度となっている。尚、実際の製造プロセス上、溝 8の斜面は平坦 ではなく外側にやや湾曲している。
[0162] 図 37においては、隣接する 6個の溝 8のうち、中央に位置する 4個の溝 8の互いに 隣接する 8個の斜面について、その長手方向に沿い、かつ、良好な平坦度を有する 中央部に巨大磁気抵抗素子を構成する 8個の感磁部 5が形成されている。
[0163] 巨大磁気抵抗素子 4iにおいて、溝 8の斜面に形成された感磁部 5は、頂部を経て、 隣接する溝 8の斜面に形成された感磁部 5とバイアス磁石 6を介して電気的に接続さ れている。また、巨大磁気抵抗素子 4jにおいて、溝 8の一方の斜面に形成された感 磁部 5は底部を経て他方の斜面に形成された感磁部 5とバイアス磁石 6を介して電気 的に接続されている。
[0164] 本実施例では、図 36及び図 37に示すように、巨大磁気抵抗素子を形成した 4個の 溝 8の外側に設けられた 2個の溝 8を利用して合計 4個の第 1ダミー斜面 91を形成し ている。また、 6個の溝 8に形成される合計 12個の斜面の長手方向の両端を延長し、 かつ、ギャップを介して合計 24個の第 2ダミー斜面 92を形成して 、る。
[0165] 第 1ダミー斜面 91は、他の斜面と同様の形状を有しており、平面視、矩形状となつ ているが、傾斜角度は小さく設定されている。第 2ダミー斜面 92は、図 36に示すよう に、平面視、台形状となっており、各溝 8の両端側に向けて先細りとなり、かつ、傾斜 角度は小さく設定されている。
[0166] 第 1ダミー斜面 91及び第 2ダミー斜面 92については、巨大磁気抵抗素子を構成す る感磁部 5及びバイアス磁石 6が設けられない。また、第 1ダミー斜面 91及び第 2ダミ 一斜面 92は、溝 8を形成する際に、同時に形成される。詳細については、後述する。
[0167] 本実施例では、第 1ダミー斜面 91及び第 2ダミー斜面 92を形成することにより、溝 8 の形成に起因して周辺部の形状や斜面の傾斜角度にバラツキが生じても、その領域 には巨大磁気抵抗素子を設ける必要が無ぐ即ち、巨大磁気抵抗素子の性能のバラ ツキを回避することができ、以つて、良好な磁気検知特性を有する巨大磁気抵抗素 子を作成することができる。これにより、良好な性能の Z軸センサを得ることができる。 また、感磁部 5のピユング方向をその長手方向に対して 30〜60° とすることにより、 巨大磁気抵抗素子の強磁界に対する安定度を向上することができる。
[0168] 次に、本実施例に係る磁気センサの製造方法について説明する。
先ず、図 38 (a)に示すように、半導体基板 1上に平坦化膜 31を形成する。平坦ィ匕 膜 31は、プラズマ CVD法による厚さ 300nmの酸化ケィ素膜、厚さ 600nmの SOG 膜、及び厚さ 50nmのトリエトキシシランよりなる酸ィ匕ケィ素膜を順次積層して形成さ れる。
[0169] 次に、図 38 (b)に示すように、半導体基板 1の全面にパッシベーシヨン膜 32を形成 する。パッシベーシヨン膜 32は、プラズマ CVD法による厚さ 250nmの酸化ケィ素膜 33と、プラズマ CVD法による厚さ 600nmの窒化ケィ素膜 34を積層して形成される。
[0170] 次に、図 39 (a)に示すように、プラズマ CVD法により厚さ 5 m程度の酸ィ匕ケィ素 力もなる厚膜 35を形成する。厚膜 35には、後工程において、複数の溝 8が形成され る。
[0171] 次に、図 39 (b)に示すように、厚さ 3 m程度のレジスト膜 36を厚膜 35の全面に形 成する。その後、レジスト膜 36の一部をエッチングして除去し、所定のレジストパター ンを形成する。レジストパターンでは、溝形成部の各溝に対応する領域が開口してい る。また、本実施例では、レジストパターンは、第 1ダミー斜面 91及び第 2ダミー斜面 92も同時に形成するため、それらに対応する領域についても適宜処置されている。
[0172] 次に、図 39 (c)に示すように、残存しているレジスト膜 36に対して温度 150°C、時 間 10分程度の加熱処理を施し、レジスト膜 36を溶解させる。加熱処理によるレジスト 溶解により発生する溶解液の表面張力に起因して、レジスト膜 36の上面が盛り上がり 、同時に、端面が傾斜する。これにより、複数の直線状の稜線を有する突起部が形成 され、その高さは 5 μ m程度となる。
[0173] その後、レジストと酸ィ匕ケィ素とのエッチング選択比 1対 1にて、レジスト膜 36と厚膜
35に対してドライエッチングを行う。ドライエッチングの条件は以下の通りである。 エッチングガス： CH /CHF /N /O、混合比は 60Zl80Zl0Zl00sccm。 圧力： 400mTorr (53. 2Pa)。
RFパワー： 750W。
電極温度： 15°C。
チャンバ温度： 15°C。
[0174] その後、厚膜 35上に残存するレジスト膜 36を除去する。
これにより、図 40 (a)に示すように、厚膜 35の溝形成部には複数の溝 8が形成され る。
[0175] 次に、半導体基板 1の全面に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石 6となるマグネット 膜をスパッタリングにより形成し、その後、レジストワーク及びエッチングにより不要部 分を除去する。これにより、図 40 (b)に示すように、第 1ダミー斜面 91及び第 2ダミー 斜面 92を除き、複数の溝 8の斜面上に適宜バイアス磁石 6とその配線膜を形成する
[0176] マグネット膜には、多層金属薄膜が用いられる。
また、厚膜 35の平坦面にも、 X軸センサ 2及び Y軸センサ 3を構成する巨大磁気抵 抗素子のバイアス磁石 6とその配線層 7を形成する。
[0177] バイアス磁石 6形成時のレジストワークの際、溝 8の斜面でのマグネット膜のエッチ ングを適切に行うため、所定のレジストパターン形成後、レジスト膜 36に対して加熱 処理を施し、その端面を傾斜させる。
[0178] 次に、巨大磁気抵抗素子の感磁部 5となる巨大磁気抵抗素子膜をスパッタリングに より半導体基板 1の全面に形成する。巨大磁気抵抗素子膜には、多層金属薄膜が用 いられる。
上記の半導体基板 1をマグネットアレイに設置して、温度 260〜290°C、 3〜5時間 の熱処理を行い、以つて、巨大磁気抵抗素子膜に対してピユング処理を施す。
[0179] その後、巨大磁気抵抗素子膜に対してレジストワーク及びエッチングを行い、不要 部分を除去して、図 41 (a)に示すように、第 1ダミー斜面 91及び第 2ダミー斜面 92を 除き、溝 8の斜面上に感磁部 5を形成し、以つて、巨大磁気抵抗素子を形成する。こ れにより、 Z軸センサ 4の作成を完了する。
[0180] 同時に、厚膜 35の平坦面にも感磁部 5を形成して、巨大磁気抵抗素子を形成する 。これにより、 X軸センサ 2と Y軸センサ 3の作成を完了する。
[0181] 次に、図 41 (b)に示すように、プラズマ CVD法により厚さ： L m程度の窒化ケィ素 力もなるパッシベーシヨン膜 27を形成し、更に、ポリイミドからなる保護膜 28を形成す る。これにより、本実施例に係る磁気センサの作成を完了する。
[0182] 本実施例では、厚膜に複数の溝 8を形成するとともに、同様に溝形状により実現さ れる第 1ダミー斜面 91及び第 2ダミー斜面 92を形成したが、必ずしも溝形状を形成 する必要は無ぐ例えば、半導体基板 1上に複数の堤状の突起部を形成し、その突 起部の斜面を利用するようにしてもよい。
[0183] 上記の突起部の形成は溝 8の形成と同様な方法で行われる。即ち、図 39 (c)にお いて、レジスト膜 36にパターユングを施し、かつ、加熱処理を施し、更に、レジストと酸 化ケィ素のエッチング選択比 1対 1にてレジスト膜 36と厚膜 35に対してプラズマエツ チングを行う。
[0184] プラズマエッチングの際、溝 8を形成する領域を除いて、厚膜 35の表面が平坦とな るようエッチングして、その大部分の厚膜 35を除去することにより、複数の堤状の突 起部を形成する。
また、突起部形成時に、第 1ダミー斜面 91及び第 2ダミー斜面 92を実現するような 突起部が得られるようにレジスト膜 36に所定のレジストパターンを付与しておく。
[0185] (第 7実施例）
本発明の第 7実施例に係る磁気センサは、第 1実施例と同様であるため、重複する 記述を省略し、相違点について以下に記載する。
[0186] 図 42は、 Z軸センサ 4を構成する巨大磁気抵抗素子 4i、 4jの平面図である。尚、図 42の IV— IV視断面図は図 4と同じである。図 43は、巨大磁気抵抗素子 4i、 4jの配 置例を示す斜視図であり、図 44は巨大磁気抵抗素子 4k、 41の配置例を示す斜視図 である。
[0187] 本実施例では、各溝 8の長手方向の端部を半円形状の曲斜面としている。エツチン グによる溝 8の形成において、レジスト膜を溝 8の形状に合致するようパターユングし て加熱成形するが、その際、レジストパターンにおける溝斜面の長手方向の端部を 半円形状とすることにより、加熱成形後に斜面の端部の幅が狭まることを防止するた めである。尚、溝斜面の端部の形状は半円形状に限定する必要はなぐ所定の丸み を有するものであれば他の形状でもよ 、。
[0188] 尚、本実施例に係る磁気センサの製造方法は第 1実施例及び第 6実施例と同様で あるため、その説明を省略する。但し、溝形成時において、加熱処理後、斜面 50は 図 45に示すようになる。即ち、斜面 50はその中央部力も長手方向の端部に至るまで 同じ幅に形成されており、以つて、均一な平面形状及び傾斜角度を実現する。また、 斜面 50の長手方向の端部は連続した曲斜面となっており、以つて、隣接して対向す る斜面は繋がっており、溝 8の端部は半円形状となっている。
産業上の利用可能性
[0189] 本発明は、半導体基板上に形成した厚膜を削って溝或いは直線上の稜線を有す る突起を形成し、その斜面に Z軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子を配置するよ うにしたので、 1枚の半導体基板上に三軸センサを設けた小型の磁気センサに適用 しうるちのである。
また、本発明は携帯電話等の種々の携帯型電子機器に搭載する電子コンパスに 適用できるものである。

Claims

請求の範囲
[1] 半導体基板上に形成された厚膜を処理して複数の溝を並列に形成し、前記溝の斜 面に設けた感磁部と、前記感磁部を電気的に直列接続するバイアス磁石とにより構 成した複数の巨大磁気抵抗素子よりなる Z軸センサと、
前記厚膜の平坦面の所定位置に配置した複数の巨大磁気抵抗素子よりなる X軸セ ンサ及び Y軸センサとを具備することを特徴とする磁気センサ。
[2] 半導体基板の配線層を覆って平坦化する平坦化層を形成し、
前記平坦化層の上にパッシベーション膜を形成し、
前記パッシベーシヨン膜の上に厚膜を形成し、
前記厚膜の上にレジスト膜を形成し、
前記レジスト膜の一部を除去し、
前記レジスト膜に加熱処理を施してその側面を傾斜させ、
前記レジスト膜と前記厚膜とをエッチング選択比 1対 1でエッチングして、前記厚膜 に複数の溝を形成し、
前記厚膜の平坦面並びに前記溝の斜面及び頂部及び底部に巨大磁気抵抗素子 を構成するマグネット磁石を形成し、
巨大磁気抵抗素子膜を形成し、
前記巨大磁気抵抗素子膜が形成された前記半導体基板をマグネットアレイに近接 配置して熱処理を施し、
前記巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去し、以つて、前記厚膜の 平坦面並びに前記溝の斜面に前記巨大磁気抵抗素子を構成する感磁部を形成し、 保護膜を形成することを特徴とする磁気センサの製造方法。
[3] 前記平坦ィ匕層の一部を除去してビア及びパッドを露出し、
前記ビア及び前記パッドから前記パッシベーシヨン膜の上層を除去し、 前記レジスト膜のエッチング後、前記ビアの中央部に存在する前記厚膜と前記パッ シベーシヨン膜の下層を除去して、前記ビアの導体部を露出させ、
前記バイアス磁石の形成後、前記バイアス磁石と前記ビアの導体部とを接続する配 線膜を形成し、 前記保護膜の形成後、前記パッドを覆う前記厚膜と前記パッシベーシヨン膜の下層 を除去して、前記パッドの導体部を露出させる請求項 2記載の磁気センサの製造方 法。
[4] 前記レジスト膜の形成後、前記厚膜に形成される複数の溝の形状に相当する複数 の突起を設けた型を前記レジスト膜に押し当てて複数の溝を形成するようにした請求 項 2記載の磁気センサの製造方法。
[5] 前記レジスト膜の形成後、前記厚膜に形成される溝の中央部力 両端部に向かつ て単位面積当たりの数が徐々に増加するような微細パターンを有するフォトマスクを 前記レジスト膜に対向配置し、
前記レジスト膜を露光して現像することにより前記レジスト膜に前記溝を形成するよ うにした請求項 2記載の磁気センサの製造方法。
[6] 前記レジスト膜の加熱処理後、前記レジスト膜と前記厚膜に対して高イオン性エツ チング条件にて反応性イオンエッチング法を実行し、以つて、前記厚膜に複数の溝 を形成するようにした請求項 2記載の磁気センサの製造方法。
[7] 前記厚膜の上に高密度プラズマ CVD法により酸ィ匕ケィ素を堆積して絶縁膜を形成 し、かつ、前記絶縁膜の一部について直線状の稜線を有する複数の突起部を形成 し、
前記複数の突起部を有する前記絶縁膜と前記厚膜とを高イオン性エッチング条件 にてエッチングして、前記厚膜に複数の溝を形成し、かつ、ビア及びパッドにおいて 残存する厚膜の厚さを減少せしめるようにした請求項 2記載の磁気センサの製造方 法。
[8] 前記厚膜と前記半導体基板との間にエッチングストツバ膜を形成したことを特徴と する請求項 1記載の磁気センサ。
[9] 前記厚膜と前記パッシベーシヨン膜との間に絶縁膜を形成し、これをエッチングスト ツバとして利用して前記エッチングを実行するようにした請求項 2記載の磁気センサ の製造方法。
[10] 各溝の斜面は上側の第 1斜面と下側の第 2斜面とで構成され、第 2斜面の傾斜角 度が第 1斜面の傾斜角度に比べて大きぐまた、前記感磁部は第 2斜面に設けられる 請求項 1記載の磁気センサ。
[11] 前記エッチングにより形成される各溝の斜面は上側の第 1斜面と下側の第 2斜面と で構成され、第 2斜面の傾斜角度が第 1斜面の傾斜角度に比べて大きぐまた、前記 感磁部は第 2斜面に形成されるようにした請求項 2記載の磁気センサの製造方法。
[12] 前記複数の溝の内、少なくとも 1つについてダミー斜面を形成し、当該ダミー斜面に は前記巨大磁気抵抗素子を形成しないようにした請求項 1記載の磁気センサ。
[13] 前記複数の溝の長手方向の端部に近接して第 2のダミー斜面を形成するようにした 請求項 1記載の磁気センサ。
[14] 前記複数の溝の長手方向の端部に丸みをもたせた請求項 1記載の磁気センサ。
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