KR20170107379A

KR20170107379A - 자기 센서 및 그것의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170107379A
Application number: KR1020170030182A
Authority: KR
Inventors: 다카아키 히오카; 미카 에비하라; 히로시 다카하시; 마츠오 기시; 미에이 다카하마
Original assignee: 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2017-09-25
Also published as: US10062836B2; TWI730063B; JP2017166927A; TW201803165A; CN107192969A; KR102346670B1; US20170271575A1

Abstract

자기 센서 및 그것의 제조 방법을 제공한다. 자기 센서는, 표면에 홀 소자를 구비한 반도체 기판과, 반도체 기판의 이면 상에 설치된 도전층과, 도전층 상에 설치된 자기 수속판을 구비한다. 자기 수속판은, 반도체 기판의 이면 상에 하지 도전층을 형성하고, 하지 도전층 상에 자기 수속판 형성용의 개구를 갖는 레지스트를 형성하며, 전해 도금에 의해 레지스트의 개구 내에 자기 수속판을 형성하고, 레지스트를 제거하며, 자기 수속판을 마스크로 하여 하지 도전층의 일부를 에칭 제거함으로써 반도체 기판의 이면 상에 형성된다.

Description

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

본 발명은, 홀 소자를 이용한 자기 센서 및 그것의 제조 방법에 관한 것이고, 특히, 자기 수속(收束)판을 구비하고, 수직 및 수평 방향의 자계를 검지하는 자기 센서 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다.

홀 소자는 자기 센서로서 비접촉에서의 위치 검지나 각도 검지가 가능하기 때문에 다양한 용도로 이용되고 있다.

우선, 홀 소자의 자기 검출 원리에 대해 설명한다. 물질 중에 흐르는 전류에 대해 수직인 자계를 인가하면 그 전류와 자계의 양방에 대해 수직인 방향으로 전계(홀 전압)가 발생한다. 그로 인해, 일반적인 홀 소자는, 실리콘 등으로 이루어지는 반도체 기판(웨이퍼) 표면에 전류를 흐르게 하여, 수직인 자계 성분을 검출한다.

또한, 고투자율을 갖는 재료로 제작한 자성체 박막과 조합하여, 자성체 박막을 자속의 방향을 바꾸어 홀 소자로 이끄는 자기 수속판으로서 이용함으로써, 수직 방향 자계뿐만 아니라, 수평 방향 자계를 검출하는 것이 가능해지는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

자기 수속판을 구비한 자기 센서는, 예를 들어, 실리콘 기판에 홀 소자를 형성한 후, 실리콘 기판 상에 전해 도금에 의해 자기 수속판을 형성하거나, 혹은 실리콘 기판의 표면에 폴리이미드 등의 보호막을 형성하고, 상기 보호막 상에 전해 도금에 의해 자기 수속판을 형성함으로써 제작할 수 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).

일본국 특허 공개 2002-071381호 공보 국제 공개 제WO07/119569호

홀 소자가 형성된 실리콘 기판 상에 자기 수속판을 형성한 경우, 금속인 자성체와, 실리콘 기판 또는 폴리이미드 등의 보호막에서는 열팽창율이 크게 상이하기 때문에, 큰 응력이 발생한다. 이러한 응력은, 자기 센서에 영향을 주어, 자기 특성의 시프트나 편차를 크게 한다.

따라서, 본 발명은, 응력에 의한 영향을 억제하고, 자기 특성의 시프트나 편차가 작은 자기 센서 및 그것의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 자기 센서는, 표면에 홀 소자를 구비한 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 이면 상에 설치된 도전층과, 상기 도전층 상에 설치된 자기 수속판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

발명의 일 실시예에 따르는 자기 센서의 제조 방법은, 반도체 기판의 표면에 홀 소자를 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판의 이면 상에 하지(下地) 도전층을 형성하는 공정과, 상기 하지 도전층 상에 자기 수속판 형성용의 개구를 갖는 레지스트를 형성하는 공정과, 상기 레지스트가 형성된 상태로 전해 도금을 행하여, 상기 개구 내에 자기 수속판을 형성하는 공정과, 상기 레지스트를 제거하는 공정과, 상기 자기 수속판을 마스크로 하여 상기 하지 도전층의 일부를 에칭 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 표면에 홀 소자를 구비한 반도체 기판의 이면 상에 자기 수속판이 설치되기 때문에, 반도체 기판과 자기 수속판의 열팽창율의 차에 의해 발생하는 응력이 반도체 기판의 이면측으로부터 걸리게 되어, 반도체 기판의 두께만큼, 반도체 기판의 표면측에 설치된 홀 소자에 걸리는 응력을 억제할 수 있다. 따라서, 자기 센서의 자기 특성의 경시 변화나 편차를 작게 하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 자기 센서의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 자기 센서의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.

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

도 1은, 본 발명의 실시 형태의 자기 센서의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 자기 센서는, 반도체 기판(1)과, 반도체 기판(1)의 표면에 설치되고, 서로 이격하여 배치된 한 쌍의 홀 소자(2)와, 홀 소자(2)를 포함하는 반도체 기판(1)의 표면을 덮는 보호막(3)과, 반도체 기판(1)의 이면 상에 설치된 도전층(11)과, 도전층(11)을 개재하여 반도체 기판(1)의 이면 상에 설치된 자기 수속(收束)판(10)을 구비하고 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 반도체 기판(1)은 P형 반도체 기판이며, 홀 소자(2)는, 정방형 혹은 십자형의 4회 회전축을 갖는 수직 자계 감수부와, 그 각 꼭대기점 및 단부에 동일 형상의 표면 n형 고농도 불순물 영역의 수직 자계 검출 제어 전류 입력 단자 및 수직 자계 홀 전압 출력 단자를 갖는 횡형 홀 소자이다.

특성 편차가 작은 자기 센서를 실현하기 위해서는, 홀 소자와 자기 수속판의 위치 관계가 중요하고, 자기 수속판(10)은, 한 쌍의 홀 소자(2)의 각각의 적어도 일부와 평면에서 봤을 때 겹치도록 배치되어 있다.

이러한 구성에 의해, 반도체 기판(1)과 자기 수속판(10)의 열팽창율의 차에 의해 발생하는 응력이 반도체 기판(1)의 이면측으로부터 걸리기 때문에, 반도체 기판(1)의 두께만큼, 반도체 기판(1)의 표면에 설치된 홀 소자(2)에 걸리는 응력이 억제된다. 이것에 의해, 자기 특성의 경시 변화나 편차가 작은 자기 센서를 얻을 수 있다.

여기서, 반도체 기판(1)의 두께는, 너무 크면 자기 수속판(10)과 반도체 기판(1) 표면의 홀 소자(2)의 거리가 멀어져 자기 센서의 충분한 감도가 얻어지지 않게 되고, 또 너무 작으면 반도체 기판(1)의 표면의 홀 소자(2)에 걸리는 응력이 커져 버리기 때문에, 100~400㎛ 정도인 것이 바람직하다.

또, 자기 수속판(10)의 막두께는, 너무 작으면 자기 센서의 감도가 작아져 버리고, 너무 크면 응력의 영향이 커져 버리기 때문에, 20~50㎛ 정도인 것이 바람직하다.

다음에, 도 1에 도시하는 자기 센서의 제조 방법에 대해, 도 2를 이용하여 설명한다.

도 2(a)~(f)는, 본 실시 형태의 자기 센서의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.

우선, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, P형 반도체 기판(1)의 표면에 홀 소자(2) 및 그것의 제어 회로 등의 주변 회로(도시 생략)를 통상의 반도체 제조 프로세스에 의해 형성한다.

계속 해서, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 홀 소자(2) 및 주변 회로가 형성된 반도체 기판(1)의 이면을 연삭하여, 반도체 기판(1)의 두께를 100~400㎛ 정도까지 얇게 한다.

다음에, 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(1)의 이면 상에 자기 수속판(10)의 하지 도전층(11)을 형성한다. 여기서, 자기 수속판(10)의 하지 도전층(11)은 전해 도금의 전극이 된다. 하지 도전층(11)의 두께는, 응력을 억제하기 위해, 0.3~1.0㎛ 정도가 바람직하다.

다음에, 도 2(d)에 도시하는 바와 같이, 형성하는 자기 수속판(10)의 형상을 갖는 개구(「자기 수속판 형성용의 개구」라고도 말한다)(20a)를 구비한 레지스트(20)를 포토리소그래피에 의해 형성한다. 이때, 반도체 기판(1)에 설치한 얼라인먼트 마크와, 반도체 기판(1)의 이면 상에 형성하는 레지스트(20)를 패터닝하기 위한 노광용 마스크에 설치한 얼라인먼트 마크를 맞춤으로써, 자기 수속판 형성용의 개구(20a)를 정밀도 좋게 원하는 위치에 형성할 수 있다. 여기서, 레지스트(20)의 두께는, 형성하는 자기 수속판(10)의 두께보다 크게 할 필요가 있기 때문에, 30~60㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

계속 해서, 도 2(e)에 도시하는 바와 같이, 전해 도금에 의해, 레지스트(20)의 개구(20a) 내에 20~50㎛ 정도 두께의 자기 수속판(10)을 형성한다. 자기 수속판(10)은, 퍼멀로이나 슈퍼멀로이 등의 저 보자력(保磁力)이고 고 투자율을 갖는 연자성체 재료로 제작하는 것이 바람직하다.

그리고, 도 2(f)에 도시하는 바와 같이, 레지스트(20)를 제거함으로써, 원하는 형상의 자기 수속판(10)이 얻어진다.

또한, 자기 수속판(10)을 마스크로 하여 하지 도전층(11)의 불필요한 부분을 에칭 제거함으로써, 도 1에 도시하는 바와 같이, 원하는 영역에 자기 수속판(10)이 형성된다.

이상 설명한 대로, 본 실시 형태에 의하면, 응력에 의한 자기 특성의 편차나 시프트가 작은 자기 센서 및 그것의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또, 포토리소그래피와 전해 도금에 의해 자기 수속판의 형성이 가능하기 때문에, 제조 비용을 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서는, 보호막(3)을 형성하고 있는데, 반드시 형성하고 있지 않아도 상관없다.

또, 상기 실시 형태는, 반도체 기판(1)으로서 P형 반도체 기판을 이용한 예를 개시하고 있는데, N형 반도체 기판을 이용하는 것도 가능하다.

1 반도체 기판
2 홀 소자
3 보호막
10 자기 수속판
11 하지 도전층
20 레지스트

Claims

표면에 홀 소자를 구비한 반도체 기판과,
상기 반도체 기판의 이면 상에 설치된 도전층과,
상기 도전층 상에 설치된 자기 수속(收束)판을 구비하는, 자기 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 기판의 두께가 100~400㎛인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 자기 수속판의 두께가 20~50㎛인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
반도체 기판의 표면에 홀 소자를 형성하는 공정과,
상기 반도체 기판의 이면 상에 하지(下地) 도전층을 형성하는 공정과,
상기 하지 도전층 상에 자기 수속판 형성용의 개구를 갖는 레지스트를 형성하는 공정과,
상기 레지스트가 형성된 상태로 전해 도금을 행하여, 상기 개구 내에 자기 수속판을 형성하는 공정과,
상기 레지스트를 제거하는 공정과,
상기 자기 수속판을 마스크로 하여 상기 하지 도전층의 일부를 에칭 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 반도체 기판의 이면을 연삭하여, 상기 반도체 기판의 두께를 100~400㎛로 하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 자기 수속판의 두께가 20~50㎛인 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.