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公開番号2021071488
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210506
出願番号2021000318
出願日20210105
発明の名称磁気センサ
出願人エイブリック株式会社
代理人
主分類G01R 33/07 20060101AFI20210409BHJP(測定;試験)
要約【課題】応力による影響を抑え、磁気特性のシフトやばらつきが小さい磁気収束板とホール素子を備えた磁気センサを提供する。
【解決手段】磁気センサは、表面にホール素子を備えた半導体基板と、半導体基板の裏面上に設けられた接着層と、接着層上に設けられた磁気収束板とを備える。磁気収束板は、半導体基板とは別途に用意しためっき用基板上に形成した下地導電層上に電界めっきにより形成し、上記接着層となる接着剤を磁気収束板表面に塗布して半導体基板裏面に接着し、その後めっき用基板を磁気収束板上の下地導電層から剥離することにより半導体基板の裏面上に形成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に離間領域を介して離間して配置された一対のホール素子と、
磁気収束板と、を備え
前記磁気収束板は前記半導体基板の裏面のみに設けられ、且つ前記半導体基板の裏面と前記磁気収束板との間に接着層を備え、
前記磁気収束板は前記一対のホール素子のそれぞれの少なくとも一部に平面視において重なるように配置されていることを特徴とする磁気センサ。
続きを表示(約 200 文字)【請求項2】
前記磁気収束板の前記接着層と反対側の表面上に設けられた導電層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
【請求項3】
前記半導体基板の厚さが100〜400μmであることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気センサ。
【請求項4】
前記磁気収束板の厚さが20〜50μmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の磁気センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、ホール素子を用いた磁気センサに関し、特に、磁気収束板を備え、垂直及び水平方向の磁界を検知する磁気センサに関する。
続きを表示(約 5,200 文字)【背景技術】
【0002】
ホール素子は磁気センサとして非接触での位置検知や角度検知が可能であることから様々な用途に用いられる。
まず、ホール素子の磁気検出原理について説明する。物質中に流れる電流に対して垂直な磁界を印加するとその電流と磁界の双方に対して垂直な方向に電界(ホール電圧)が生じる。そのため、一般的なホール素子は、シリコンなどの半導体基板(ウェハ)表面に電流を流して、垂直な磁界成分を検出する。
【0003】
さらに、高透磁率を有する材料で作製した磁性体薄膜と組み合わせ、磁性体薄膜を磁束の向きを変えてホール素子へと導く磁気収束板として利用することにより、垂直方向磁界だけでなく、水平方向磁界を検出することが可能となることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
磁気収束板を備えた磁気センサは、例えば、シリコン基板にホール素子を形成した後、シリコン基板上に電解めっきにより磁気収束板を形成する、あるいはシリコン基板の表面にポリイミドなどの保護膜を形成し、該保護膜上に電解めっきにより磁気収束板を形成することにより作製することができる(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2002―071381号公報
国際公開第WO07/119569号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、ホール素子が形成されたシリコン基板上に磁気収束板を形成した場合、金属である磁性体と、シリコン基板またはポリイミドなどの保護膜とでは熱膨張率が大きく異なるため、大きな応力が生じる。かかる応力は、磁気センサの磁気特性に影響を与え、磁気特性のシフトやばらつきが大きくなるといった問題につながる。
したがって、本発明は、応力による影響を抑え、磁気特性のシフトやばらつきが小さい磁気センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の磁気センサは、半導体基板と、前記半導体基板の表面に離間領域を介して離間して配置された一対のホール素子と、磁気収束板と、を備え前記磁気収束板は前記半導体基板の裏面のみに設けられ、且つ前記半導体基板の裏面と前記磁気収束板との間に接着層を備え、前記磁気収束板は前記一対のホール素子のそれぞれの少なくとも一部に平面視において重なるように配置されていることを特徴とする。
【0008】
本発明の磁気センサの製造方法は、半導体基板の表面にホール素子を形成する工程と、めっき用基板上に下地導電層を形成する工程と、前記下地導電層上に磁気収束板形成用の開口を有するレジストを形成する工程と、前記レジストが形成された状態で電解めっきを行い、前記開口内に磁気収束板を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、前記磁気収束板をマスクとして前記下地導電層をエッチング除去する工程と、前記磁気収束板上に接着剤を塗布する工程と、前記半導体基板の裏面と前記めっき用基板上に形成された
前記磁気収束板とを前記接着剤により貼り合わせる工程と、前記めっき用基板を前記下地導電層から剥離する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、表面にホール素子を備えた半導体基板の裏面上に磁気収束板が設けられるため、半導体基板と磁気収束板との熱膨張率の差によって生じる応力が半導体基板の裏面側からかかることとなり、半導体基板の厚さ分、半導体基板の表面側に設けられたホール素子にかかる応力を抑制することができる。したがって、磁気センサの磁気特性の経時変化やばらつきを小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の実施形態の磁気センサの構造を示す断面図である。
本発明の実施形態の磁気センサの製造方法を示す工程断面図である。
本発明の実施形態の磁気センサの製造方法を示す工程断面図である。
本発明の実施形態の磁気センサの製造方法を示す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態の磁気センサの構造を示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態の磁気センサは、半導体基板1と、半導体基板1の表面に設けられ、互いに離間して配置された一対のホール素子2と、ホール素子2を含む半導体基板表面を覆う保護膜3と、半導体基板1の裏面上に設けられた接着層40と、接着層40を介して半導体基板1の裏面上に載置された磁気収束板10と、磁気収束板10の接着層40と反対側の表面上に設けられた導電層11とを備えている。
【0012】
本実施形態においては、半導体基板1はP型半導体基板であり、ホール素子2は、正方形もしくは十字型の4回回転軸を有する垂直磁界感受部と、その各頂点及び端部に同一形状の表面n型高濃度不純物領域の垂直磁界検出制御電流入力端子及び垂直磁界ホール電圧出力端子を有する横型ホール素子である。
【0013】
特性ばらつきの小さい磁気センサを実現するためには、ホール素子と磁気収束板の位置関係が重要であり、磁気収束板10は、一対のホール素子2のそれぞれの少なくとも一部と平面視において重なるように配置されている。
【0014】
かかる構成により、半導体基板1と磁気収束板10との熱膨張率の差によって生じる応力が半導体基板1の裏面側からかかるため、半導体基板1の厚さ分、半導体基板1の表面に設けられたホール素子2にかかる応力が抑えられる。これにより、磁気特性の経時変化やばらつきが小さい磁気センサを得ることができる。
【0015】
ここで、半導体基板1の厚さは、大きすぎると磁気収束板10と半導体基板1表面のホール素子2との距離が遠くなって磁気センサの十分な感度が得られなくなり、また小さすぎると半導体基板1の表面のホール素子2にかかる応力が大きくなってしまうため、100〜400μm程度であることが好ましい。
【0016】
また、磁気収束板10の膜厚は、小さすぎると磁気センサの感度が小さくなってしまい、大きすぎると応力の影響が大きくなってしまうため、20〜50μm程度であることが好ましい。
【0017】
次に、図1に示す磁気センサの製造方法につき、図2〜4を用いて説明する。
図2〜4は、本実施形態の磁気センサの製造方法を示す工程断面図であり、図2は、ホ
ール素子の製造プロセス、図3は、磁気収束板の製造プロセス、図4は、半導体基板と磁気収束板とを貼り合わせるプロセスを示している。
【0018】
まず、図2(a)に示すように、P型半導体基板1の表面にホール素子2およびその制御回路等の周辺回路(図示せず)を通常の半導体製造プロセスにより形成する。
続いて、図2(b)に示すように、ホール素子2及び周辺回路が形成された半導体基板1の裏面を研削し、半導体基板1の厚みを100〜400μm程度まで薄くする。
【0019】
次に、図3(a)に示すように、半導体基板1とは別途に、磁気収束板形成用のめっき用基板30を用意し、このめっき用基板30上に磁気収束板10の下地導電層11を形成する。ここで、磁気収束板10の下地導電層11は電解めっきの電極となる。また、めっき用基板30と下地電極層11とは、後のプロセスにて剥離するため、両者間の密着性は弱いことが好ましい。したがって、下地導電層11としては銅、めっき用基板30としては、シリコンウェハやアクリル板などを用いるのが好適である。また、下地導電層11の厚みは、応力を抑制するため、0.3〜1.0μm程度が好ましい。
【0020】
そして、図3(b)に示すように、形成する磁気収束板10の形状を有する開口(「磁気収束板形成用の開口」ともいう)20aを備えたレジスト20をフォトリソグラフィにより形成する。ここで、レジスト20の厚さは、形成する磁気収束板10の厚さより大きくする必要があるため、30〜60μm程度にすることが望ましい。
【0021】
続いて、図3(c)に示すように、電解めっきにより、レジスト20の開口20a内に20〜50μm程度の厚さの磁気収束板10を形成する。磁気収束板10は、パーマロイやスーパーマロイなどの低保磁力で高透磁率を持つ軟磁性体材料で作製することが望ましい。
【0022】
そして、図3(d)に示すように、レジスト20を除去することで、所望の形状の磁気収束板10が得られる。
さらに、図3(e)に示すように、磁気収束板10をマスクとして下地導電層11をエッチング除去する。
【0023】
なお、本実施形態においては、磁気収束板10をパーマロイやスーパーマロイなどの低保磁力で高透磁率を持つ軟磁性体で作製していることから、めっき後に水素雰囲気中で800〜1000℃の高温アニール処理を行うことが望ましい。これにより軟磁性を向上させ、性能の良い磁気収束板を得ることができる。これに対し、背景技術に記載したような従来の半導体基板上にめっきにより磁気収束板を形成する方法においては、半導体基板に形成されている素子へ影響を与えてしまうため、このようなアニール処理ができない。したがって、本実施形態によれば、従来の製造方法による磁気収束板よりも性能の良い磁気収束板を作製することができる。
【0024】
ただし、本実施形態においても、めっき用基板30としてアクリル板を使用した場合はアニール処理を行うことができないため、所望の軟磁性を得るためにアニール処理が必要な場合は、めっき用基板30としてシリコンウェハを用いる。
【0025】
次に、図4(a)に示すように、図3に示す工程によりめっき用基板30上に作製された磁気収束板10の上に接着剤(接着層)40を塗布する。接着剤40は、下地導電層11とめっき用基板30との密着性よりも、半導体基板1との密着性の方が強力である必要があり、例えば、エポキシ系接着剤を好適に用いることができる。
【0026】
そして、図2に示す工程により作製された、表面にホール素子2が形成された半導体基
板1の裏面に、めっき用基板30上に作製された磁気収束板10を接着剤40により貼り合わせる。
【0027】
なお、上述のように、磁気収束板10の形成後にアニール処理を行った場合、磁気収束板10が反る等、磁気収束板10に歪みが生じる場合があるが、半導体基板1と磁気収束板10とを接着剤40によって接着するため、接着剤40の厚みを調節することにより半導体基板1と磁気収束板10との間に隙間を生じさせずに両者を貼り合わせることができる。
【0028】
また、アニール処理によって生じる磁気収束板10の歪みが大きい場合には、アニール処理後にポリッシングを行って、磁気収束板10の表面を平坦化する工程を追加してもよい。なお、レジスト20の除去後にポリッシングを行うと、磁気収束板10の周縁部が削れてテーパーが付くことがあるが、これは、テーパー部に磁束が集中して感度の向上に繋がることであるため、特に問題ない。
【0029】
ここで、めっき用基板30として、半導体基板1として用いるシリコンウェハと同一または同一形状且つ同一寸法のシリコンウェハ、あるいは同一形状且つ同一寸法のアクリル板を用い、それぞれにアライメントマークを設けておくことにより、半導体基板1とめっき用基板30とをアライメントするだけで、ホール素子2と磁気収束板10との位置ばらつきを小さくすることができ、したがって、特性ばらつきの小さい磁気センサを作製することが可能となる。
【0030】
接着剤40が硬化した後、図4(b)に示すように、めっき用基板30を下地導電層11から剥離することにより、図1に示すように、所望の領域に磁気収束板10が形成される。このとき、上述のとおり、めっき用基板30と下地導電層11との密着性が弱いため、容易に剥離することが可能である。
(【0031】以降は省略されています)

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