TWI728065B - 磁性感測器及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
磁性感測器包括:半導體基板,在表面具備霍耳元件;黏接層,設置於半導體基板的背面上;以及磁性收斂板,設置於黏接層上。磁性收斂板是利用電鍍形成於基底導電層上,所述基底導電層形成於與半導體基板分開準備的鍍敷用基板上,將成為所述黏接層的黏接劑塗佈於磁性收斂板表面而黏接於半導體基板背面,然後,將鍍敷用基板自磁性收斂板上的基底導電層剝離,由此形成於半導體基板的背面上。
Description
本發明是有關於一種使用了霍耳元件(Hall elements)的磁性感測器及其製造方法,特別是有關於一種具備磁性收斂板且感測垂直及水平方向的磁場的磁性感測器及其製造方法。
霍耳元件因作為磁性感測器能夠進行非接觸下的位置感測或角度感測,故可用於各種用途。
首先,對霍耳元件的磁性檢測原理進行說明。若對物質中流過的電流施加垂直的磁場則會在相對於該電流與磁場的雙方垂直的方向上產生電場(霍耳電壓)。因此,一般的霍耳元件是在矽等半導體基板(晶圓)表面流過電流,檢測垂直的磁場成分。
進而可知,與由具有高磁導率的材料製作的磁性體薄膜加以組合,將磁性體薄膜用作改變磁通的方向並向霍耳元件引導的磁性收斂板,由此不僅能夠檢測垂直方向磁場,亦能夠檢測水平方向磁場(例如參照專利文獻1)。
具備磁性收斂板的磁性感測器可藉由如下而製作,即,例如在矽基板形成了霍耳元件後,利用電鍍在矽基板上形成磁性收斂板,或者在矽基板的表面形成聚醯亞胺等的保護膜,利用電鍍在該保護膜上形成磁性收斂板(例如參照專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-071381號公報 [專利文獻2]國際公開第WO07/119569號
[發明所欲解決之課題] 當在形成著霍耳元件的矽基板上形成了磁性收斂板時,因作為金屬的磁性體與矽基板或聚醯亞胺等保護膜的熱膨脹率大有不同,故會產生大的應力。該應力對磁性感測器造成影響,增大磁性特性的偏移或不均。
因此,本發明的目的在於提供抑制應力的影響且磁性特性的偏移或不均小的磁性感測器及其製造方法。 [解決課題之手段]
本發明的一實施例的磁性感測器的特徵在於包括:半導體基板,在表面具備霍耳元件;黏接層,設置於所述半導體基板的背面上;以及磁性收斂板,設置於所述黏接層上。
本發明的一實施例的磁性感測器的製造方法的特徵在於包括:在半導體基板的表面形成霍耳元件的步驟;在鍍敷用基板上形成基底導電層的步驟;在所述基底導電層上形成具有磁性收斂板形成用的開口的抗蝕劑的步驟;在形成著所述抗蝕劑的狀態下進行電鍍,在所述開口內形成磁性收斂板的步驟;將所述抗蝕劑去除的步驟;將所述磁性收斂板作為遮罩而將所述基底導電層的一部分蝕刻去除的步驟;在所述磁性收斂板上塗佈黏接劑的步驟;利用所述黏接劑將所述半導體基板的背面與形成於所述鍍敷用基板上的所述磁性收斂板貼合的步驟;以及將所述鍍敷用基板自所述基底導電層剝離的步驟。 [發明的效果]
根據本發明的一實施例,因在表面具備霍耳元件的半導體基板的背面上設置著磁性收斂板,故因半導體基板與磁性收斂板的熱膨脹率之差而產生的應力會自半導體基板的背面側施加,從而可相應於半導體基板的厚度的量,抑制施加至設置於半導體基板的表面側的霍耳元件的應力。因此,能夠減小磁性感測器的磁性特性的經時變化或不均。
以下,一方面參照圖式一方面對用以實施本發明的形態進行詳細說明。
圖1是表示本發明的實施形態的磁性感測器的構造的剖視圖。
如圖1所示,本實施形態的磁性感測器包括:半導體基板1;一對霍耳元件2,設置於半導體基板1的表面且彼此隔開配置;保護膜3,覆蓋包含霍耳元件2的半導體基板1的表面;黏接層40,設置於半導體基板1的背面上;磁性收斂板10,經由黏接層40載置於半導體基板1的背面上;以及基底導電層11,設置於磁性收斂板10的與黏接層40相反側的表面上。
本實施形態中,半導體基板1為P型半導體基板,霍耳元件2為橫置式霍耳元件,包括:具有正方形或十字型的四次旋轉軸的垂直磁場感受部,以及在其各頂點及端部具有同一形狀的表面n型高濃度雜質區域的垂直磁場檢測控制電流輸入端子及垂直磁場霍耳電壓輸出端子。
為了實現特性不均小的磁性感測器,霍耳元件與磁性收斂板的位置關係重要,磁性收斂板10以與一對霍耳元件2的各自的至少一部分俯視時重疊的方式配置。
利用該構成,因半導體基板1與磁性收斂板10的熱膨脹率之差而產生的應力自半導體基板1的背面側施加,因而以與半導體基板1的厚度相應的量,抑制施加至設置於半導體基板1的表面的霍耳元件2的應力。由此,可獲得磁性特性的經時變化或不均小的磁性感測器。
此處,關於半導體基板1的厚度,若過大則磁性收斂板10與半導體基板1表面的霍耳元件2的距離變遠而無法獲得磁性感測器的充分的感度,若過小則施加至半導體基板1的表面的霍耳元件2的應力增大,因而較佳為100 μm~400 μm左右。
而且,關於磁性收斂板10的膜厚,若過小則磁性感測器的感度減小,若過大則應力的影響增大,因而較佳為20 μm~50 μm左右。
接下來,使用圖2(a)、圖2(b)~圖4(a)、圖4(b)對圖1所示的磁性感測器的製造方法進行說明。
圖2(a)、圖2(b)~圖4(a)、圖4(b)是表示本實施形態的磁性感測器的製造方法的步驟剖視圖,圖2(a)、圖2(b)表示霍耳元件的製造製程,圖3(a)~圖3(e)表示磁性收斂板的製造製程,圖4(a)、圖4(b)表示貼合半導體基板與磁性收斂板的製程。
首先,如圖2(a)所示,利用通常的半導體製造製程在P型半導體基板1的表面形成霍耳元件2及其控制電路等周邊電路(未圖示)。
繼而,如圖2(b)所示,對形成著霍耳元件2及周邊電路的半導體基板1的背面進行研磨,使半導體基板1的厚度變薄至100 μm~400 μm左右。
接下來,如圖3(a)所示,於半導體基板1之外,準備磁性收斂板形成用的鍍敷用基板30,在該鍍敷用基板30上形成磁性收斂板10的基底導電層11。此處,磁性收斂板10的基底導電層11為電鍍的電極。而且,鍍敷用基板30與基底導電層11因要在之後的製程中剝離,故較佳為兩者間的密接性弱。因此,作為基底導電層11,較佳為使用銅,作為鍍敷用基板30,較佳為使用矽晶圓或壓克力板等。而且,為了抑制應力,基底導電層11的厚度較佳為0.3 μm~1.0 μm左右。
而且,如圖3(b)所示,藉由光微影法(photolithography)形成抗蝕劑20,該抗蝕劑20具備具有所形成的磁性收斂板10的形狀的開口(亦稱作「磁性收斂板形成用的開口」)20a。此處,抗蝕劑20的厚度因需要大於所形成的磁性收斂板10的厚度,故理想的是設為30 μm~60 μm左右。
繼而,如圖3(c)所示,利用電鍍,在抗蝕劑20的開口20a內形成20 μm~50 μm左右的厚度的磁性收斂板10。磁性收斂板10理想的是由高導磁合金(permalloy)或超透磁合金(supermalloy)等具有低保磁力且高磁導率的軟磁性體材料而製作。
而且,如圖3(d)所示,藉由將抗蝕劑20去除,而獲得所需形狀的磁性收斂板10。
進而,如圖3(e)所示,以磁性收斂板10作為遮罩而將基底導電層11的多餘部分蝕刻去除。
再者,本實施形態中,因磁性收斂板10由鎳鐵合金或超透磁合金等具有低保磁力且高磁導率的軟磁性體製作,故理想的是鍍敷後在氫氣環境中進行800℃~1000℃的高溫退火處理。由此,可獲得提高軟磁性且性能佳的磁性收斂板。與此相對,在如背景技術記載般的利用鍍敷在現有的半導體基板上形成磁性收斂板的方法中,會對形成於半導體基板的元件造成影響,因而無法進行此種退火處理。因此,根據本實施形態,可製作較之現有的製造方法實現磁性收斂板性能更佳的磁性收斂板。
然而,本實施形態中,因在使用壓克力板作為鍍敷用基板30的情況下無法進行退火處理,故在為了獲得所需的軟磁性而需要退火處理的情況下,使用矽晶圓來作為鍍敷用基板30。
接下來,如圖4(a)所示,對利用圖3(a)~圖3(e)所示的步驟在鍍敷用基板30上製作的磁性收斂板10之上塗佈黏接劑(黏接層)40。黏接劑40中,較之基底導電層11與鍍敷用基板30的密接性,與半導體基板1的密接性需要更強力,例如,可較佳地使用環氧系黏接劑。
然後,在利用圖2(a)、圖2(b)所示的步驟製作的表面形成著霍耳元件2的半導體基板1的背面,利用黏接劑40貼合鍍敷用基板30上製作的磁性收斂板10。
再者,如所述般,在磁性收斂板10形成後進行退火處理的情況下,存在如磁性收斂板10翹曲等磁性收斂板10中產生應變的情況,但因將半導體基板1與磁性收斂板10利用黏接劑40黏接,故可藉由調節黏接劑40的厚度,而不在半導體基板1與磁性收斂板10之間產生間隙地將兩者貼合。
而且,在因退火處理而產生的磁性收斂板10的應變大的情況下,亦可在退火處理後追加進行拋光,而使磁性收斂板10的表面平坦化的步驟。另外,若在抗蝕劑20的去除後進行拋光,則存在將磁性收斂板10的周緣部削去而形成錐形的情況,這樣是為了使磁通集中於錐形部而提高感度,並無問題。
此處,作為鍍敷用基板30,使用與用作半導體基板1的矽晶圓相同的矽晶圓或同一形狀且同一尺寸的矽晶圓、或者同一形狀且同一尺寸的壓克力板,藉由在各者設置對準標記,僅將半導體基板1與鍍敷用基板30對準,便可減小霍耳元件2與磁性收斂板10的位置不均,因此,可製作特性不均小的磁性感測器。
在黏接劑40硬化後,如圖4(b)所示,藉由將鍍敷用基板30自基底導電層11剝離,而如圖1所示,在所需的區域形成著磁性收斂板10。此時,如所述般,因鍍敷用基板30與基底導電層11的密接性弱,故容易剝離。
如以上說明般,根據本實施形態,可提供應力引起的磁性特性的不均或偏移小的磁性感測器及其製造方法。而且,因可利用光微影法與電鍍形成磁性收斂板,故亦可抑制製造成本。
以上,已對本發明的實施形態進行了說明,但本發明不限定於所述實施形態,當然可在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠進行各種變更。
例如,所述實施形態中,形成著保護膜3,但亦可不必設置。
而且,所述實施形態表示使用P型半導體基板作為半導體基板1的示例,但亦能夠使用N型半導體基板。
1‧‧‧半導體基板
2‧‧‧霍耳元件
3‧‧‧保護膜
10‧‧‧磁性收斂板
11‧‧‧基底導電層
20‧‧‧抗蝕劑
20a‧‧‧開口
30‧‧‧鍍敷用基板
40‧‧‧黏接劑(黏接層)
圖1是表示本發明的實施形態的磁性感測器的構造的剖視圖。 圖2(a)、圖2(b)是表示本發明的實施形態的磁性感測器的製造方法的步驟剖視圖。 圖3(a)~圖3(e)是表示本發明的實施形態的磁性感測器的製造方法的步驟剖視圖。 圖4(a)、圖4(b)是表示本發明的實施形態的磁性感測器的製造方法的步驟剖視圖。
1‧‧‧半導體基板
2‧‧‧霍耳元件
3‧‧‧保護膜
10‧‧‧磁性收斂板
11‧‧‧基底導電層
40‧‧‧黏接劑(黏接層)
Claims (7)
- 一種磁性感測器,其包括:半導體基板;一對霍耳元件,設置於所述半導體基板的表面且隔著隔開區域而隔開配置;黏接層,設置於所述半導體基板的背面上;以及磁性收斂板,設置於所述黏接層上,所述磁性收斂板隔著所述黏著層只設置在所述半導體基板的背面,並以與所述一對霍耳元件的各自的至少一部分俯視時重疊的方式配置。
- 如申請專利範圍第1項所述的磁性感測器,其進而包括基底導電層,所述基底導電層設置於所述磁性收斂板的與所述黏接層相反側的表面上。
- 如申請專利範圍第1項所述的磁性感測器,其中所述半導體基板的厚度為100μm~400μm。
- 如申請專利範圍第1項所述的磁性感測器,其中所述磁性收斂板的厚度為20μm~50μm。
- 一種磁性感測器的製造方法,其特徵在於包括:在半導體基板的表面形成霍耳元件的步驟;在鍍敷用基板上形成基底導電層的步驟;在所述基底導電層上形成具有磁性收斂板形成用的開口的抗蝕劑的步驟; 在形成著所述抗蝕劑的狀態下進行電鍍,在所述開口內形成磁性收斂板的步驟;將所述抗蝕劑去除的步驟;將所述磁性收斂板作為遮罩而將所述基底導電層的一部分蝕刻去除的步驟;在所述磁性收斂板上塗佈黏接劑的步驟;利用所述黏接劑將所述半導體基板的背面與形成於所述鍍敷用基板上的所述磁性收斂板貼合的步驟;以及將所述鍍敷用基板自所述基底導電層剝離的步驟。
- 如申請專利範圍第5項所述的磁性感測器的製造方法,其進而包括對所述半導體基板的背面進行研磨,將所述半導體基板的厚度設為100μm~400μm的步驟。
- 如申請專利範圍第5項所述的磁性感測器的製造方法,其中所述磁性收斂板的厚度為20μm~50μm。
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