KR20170107402A

KR20170107402A - 자기 센서 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20170107402A
Application number: KR1020170031954A
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: 2017-03-14
Publication date: 2017-09-25
Also published as: TWI728065B; TW201735338A; CN107192406A; JP2017166926A; JP6868963B2; KR102343804B1; US20170269169A1; US10429453B2

Abstract

자기 센서는 표면에 홀 소자를 구비한 반도체 기판과, 반도체 기판의 이면 상에 설치된 접착층과, 접착층 상에 설치된 자기 수속판을 구비한다. 자기 수속판은, 반도체 기판과는 별도로 준비한 도금용 기판 상에 형성한 하지 도전층 상에 전해 도금에 의해 형성하고, 상기 접착층이 되는 접착제를 자기 수속판 표면에 도포하여 반도체 기판 이면에 접착하며, 그 후 도금용 기판을 자기 수속판 상의 하지 도전층으로부터 박리함으로써 반도체 기판의 이면 상에 형성된다.

Description

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

본 발명은 홀 소자를 이용한 자기 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히, 자기 수속판을 구비하고, 수직 및 수평 방향의 자계를 검지하는 자기 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

홀 소자는 자기 센서로서 비접촉으로의 위치 검지나 각도 검지가 가능하므로 여러 가지 용도에 이용되고 있다.

우선, 홀 소자의 자기 검출 원리에 대해 설명한다. 물질 중에 흐르는 전류에 대해 수직인 자계를 인가하면 그 전류와 자계의 쌍방에 대해 수직인 방향으로 전계(홀 전압)가 발생한다. 그 때문에, 일반적인 홀 소자는 실리콘 등의 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 인도하는 자기 수속판으로서 이용함으로써, 수직 방향 자계뿐만 아니라, 수평 방향 자계를 검출하는 것이 가능해지는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

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

일본국 특허공개 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 열팽창률이 크게 상이하므로, 큰 응력이 생긴다. 이러한 응력은 자기 센서에 영향을 주어, 자기 특성의 시프트나 편차를 크게 한다.

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

본 발명의 한 실시예에 따른 자기 센서는, 표면에 홀 소자를 구비한 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 이면 상에 설치된 접착층과, 상기 접착층 상에 설치된 자기 수속판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 자기 센서의 제조 방법은, 반도체 기판의 표면에 홀 소자를 형성하는 공정과, 도금용 기판 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 공정과, 상기 자기 수속판 상에 접착제를 도포하는 공정과, 상기 반도체 기판의 이면과 상기 도금용 기판 상에 형성된 상기 자기 수속판을 상기 접착제에 의해 붙이는 공정과, 상기 도금용 기판을 상기 하지 도전층으로부터 박리하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에 의하면, 표면에 홀 소자를 구비한 반도체 기판의 이면 상에 자기 수속판이 설치되므로, 반도체 기판과 자기 수속판의 열팽창률의 차에 의해 생기는 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.
도 3은 본 발명의 실시 형태의 자기 센서의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.
도 4는 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 나타내는 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 접착층(40)과, 접착층(40)을 통해 반도체 기판(1)의 이면 상에 재치(載置)된 자기 수속판(10)과, 자기 수속판(10)의 접착층(40)과 반대측의 표면 상에 설치된 도전층(11)을 구비하고 있다.

본 실시 형태에서는, 반도체 기판(1)은 P형 반도체 기판이며, 홀 소자(2)는 정사각형 혹은 십자형의 4회 회전축을 갖는 수직 자계 감수부(感受部)와, 그 각 꼭짓점 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 중요하며, 자기 수속판(10)은 한 쌍의 홀 소자(2)의 각각의 적어도 일부와 평면에서 볼 때 겹치도록 배치되어 있다.

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

여기에서 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 않으며, 또 너무 작으면 반도체 기판(1) 표면의 홀 소자(2)에 걸리는 응력이 커져 버리므로, 100~400μm 정도인 것이 바람직하다.

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

다음으로, 도 1에 나타내는 자기 센서의 제조 방법에 대해 도 2~4를 이용하여 설명한다.

도 2~4는 본 실시 형태의 자기 센서의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이며, 도 2는 홀 소자의 제조 프로세스, 도 3은 자기 수속판의 제조 프로세스, 도 4는 반도체 기판과 자기 수속판을 붙이는 프로세스를 나타내고 있다.

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

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

다음으로 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(1)과는 별도로, 자기 수속판 형성용의 도금용 기판(30)을 준비하고, 이 도금용 기판(30) 상에 자기 수속판(10)의 하지 도전층(11)을 형성한다. 여기에서 자기 수속판(10)의 하지 도전층(11)은 전해 도금의 전극이 된다. 또, 도금용 기판(30)과 하지 도전층(11)은 후속 프로세스에서 박리되므로, 양자간의 밀착성은 약한 것이 바람직하다. 따라서, 하지 도전층(11)으로서는 구리, 도금용 기판(30)으로서는 실리콘 웨이퍼나 아크릴판 등을 이용하는 것이 적합하다. 또 하지 도전층(11)의 두께는, 응력을 억제하기 위해 0.3~1.0μm 정도가 바람직하다.

그리고 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 형성하는 자기 수속판(10)의 형상을 갖는 개구(「자기 수속판 형성용의 개구」라고도 한다)(20a)를 구비한 레지스트(20)를 포토리소그래피에 의해 형성한다. 여기에서 레지스트(20)의 두께는, 형성하는 자기 수속판(10)의 두께보다 크게 할 필요가 있으므로, 30~60μm 정도로 하는 것이 바람직하다.

이어서 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 전해 도금에 의해, 레지스트(20)의 개구(20a) 내에 20~50μm 정도 두께의 자기 수속판(10)을 형성한다. 자기 수속판(10)은 퍼멀로이나 슈퍼멀로이 등의 저보자력으로 고투자율을 갖는 연자성체 재료로 제작하는 것이 바람직하다.

그리고 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 레지스트(20)를 제거함으로써, 원하는 형상의 자기 수속판(10)이 얻어진다.

또한 도 3(e)에 나타내는 바와 같이, 자기 수속판(10)을 마스크로 하여 하지 도전층(11)의 불필요한 부분을 에칭 제거한다.

또한 본 실시 형태에서는, 자기 수속판(10)을 퍼멀로이나 슈퍼멀로이 등의 저보자력으로 고투자율을 갖는 연자성체로 제작하고 있으므로, 도금 후에 수소 분위기 중에서 800~1000℃의 고온 어닐링 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해 연자성을 향상시켜, 성능이 좋은 자기 수속판을 얻을 수 있다. 이에 반해, 배경 기술에 기재된 바와 같은 종래의 반도체 기판 상에 도금에 의해 자기 수속판을 형성하는 방법에서는, 반도체 기판에 형성되어 있는 소자에 영향을 주어 버리므로, 이러한 어닐링 처리가 불가능하다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 종래의 제조 방법에 의한 자기 수속판보다 성능이 좋은 자기 수속판을 제작할 수 있다.

단 본 실시 형태에서도, 도금용 기판(30)으로서 아크릴판을 사용한 경우는 어닐링 처리를 행할 수 없으므로, 원하는 연자성을 얻기 위해 어닐링 처리가 필요한 경우는, 도금용 기판(30)으로서 실리콘 웨이퍼를 이용한다.

다음으로 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 도 3에 나타내는 공정에 의해 도금용 기판(30) 상에 제작된 자기 수속판(10) 상에 접착제(접착층)(40)를 도포한다. 접착제(40)는 하지 도전층(11)과 도금용 기판(30)의 밀착성보다, 반도체 기판(1)과의 밀착성 쪽이 강력할 필요가 있으며, 예를 들면, 에폭시계 접착제를 적합하게 이용할 수 있다.

그리고 도 2에 나타내는 공정에 의해 제작된, 표면에 홀 소자(2)가 형성된 반도체 기판(1)의 이면에, 도금용 기판(30) 상에 제작된 자기 수속판(10)을 접착제(40)에 의해 붙인다.

또한 상술한 바와 같이, 자기 수속판(10)의 형성 후에 어닐링 처리를 행한 경우, 자기 수속판(10)이 휘어지는 등, 자기 수속판(10)에 왜곡이 생기는 경우가 있지만, 반도체 기판(1)과 자기 수속판(10)을 접착제(40)에 의해 접착하므로, 접착제(40)의 두께를 조절함으로써 반도체 기판(1)과 자기 수속판(10)의 사이에 간극을 발생시키지 않고 양자를 붙일 수 있다.

또 어닐링 처리에 의해 생기는 자기 수속판(10)의 왜곡이 큰 경우에는, 어닐링 처리 후에 폴리싱을 행하여, 자기 수속판(10)의 표면을 평탄화하는 공정을 추가해도 된다. 또한 레지스트(20)의 제거 후에 폴리싱을 행하면, 자기 수속판(10)의 주연부가 깎여 테이퍼가 형성되는 경우가 있지만, 이것은 테이퍼부에 자속이 집중되어 감도의 향상으로 이어지므로, 특별히 문제는 없다.

여기에서 도금용 기판(30)으로서, 반도체 기판(1)으로서 이용하는 실리콘 웨이퍼와 동일 또는 동일 형상 또한 동일 치수의 실리콘 웨이퍼, 혹은 동일 형상 또한 동일 치수의 아크릴판을 이용하여, 각각에 얼라이먼트 마크를 형성해 둠으로써, 반도체 기판(1)과 도금용 기판(30)을 얼라이먼트하는 것만으로, 홀 소자(2)와 자기 수속판(10)의 위치 편차를 작게 할 수 있으며, 따라서, 특성 편차가 작은 자기 센서를 제작하는 것이 가능해진다.

접착제(40)가 경화한 후, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 도금용 기판(30)을 하지 도전층(11)으로부터 박리함으로써, 도 1에 나타내는 바와 같이, 원하는 영역에 자기 수속판(10)이 형성된다. 이때, 상술한 바와 같이, 도금용 기판(30)과 하지 도전층(11)의 밀착성이 약하므로, 용이하게 박리하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 응력에 의한 자기 특성의 편차나 시프트가 작은 자기 센서 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또, 포토리소그래피와 전해 도금에 의해 자기 수속판을 형성할 수 있으므로, 제조 비용을 억제할 수도 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 상기 실시 형태에서는 보호막(3)을 형성하고 있지만, 반드시 형성하지 않아도 상관없다.

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

1 : 반도체 기판
2 : 홀 소자
3 : 보호막
10 : 자기 수속판
11 : 하지 도전층
20 : 레지스트
30 : 도금용 기판
40 : 접착제(접착층)

Claims

표면에 홀 소자를 구비한 반도체 기판과,
상기 반도체 기판의 이면 상에 설치된 접착층과,
상기 접착층 상에 설치된 자기 수속(收束)판을 구비하는, 자기 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 자기 수속판의 상기 접착층과 반대측의 표면 상에 설치된 도전층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 기판의 두께가 100~400μm인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 자기 수속판의 두께가 20~50μm인 것을 특징으로 하는 자기 센서.
반도체 기판의 표면에 홀 소자를 형성하는 공정과,
도금용 기판 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 공정과,
상기 자기 수속판 상에 접착제를 도포하는 공정과,
상기 반도체 기판의 이면과 상기 도금용 기판 상에 형성된 상기 자기 수속판을 상기 접착제에 의해 붙이는 공정과,
상기 도금용 기판을 상기 하지 도전층으로부터 박리하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 반도체 기판의 이면을 연삭하여, 상기 반도체 기판의 두께를 100~400μm로 하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 자기 수속판의 두께가 20~50μm인 것을 특징으로 하는 자기 센서의 제조 방법.