本發(fā)明涉及用于檢測磁力的半導體裝置及其制造方法。更具體涉及通過具備多個霍爾元件和用于會聚通過該半導體裝置附近的磁通的磁性體、能夠高靈敏度地檢測2維或3維方向的磁力的半導體裝置及其制造方法。

背景技術：

用于通過霍爾效應來檢測磁力的半導體裝置很早就為人所知，進而，為了提高其靈敏度、性能，或者檢測來自2維或3維方向的磁力，提出了將霍爾元件和磁性體組合的半導體裝置。

例如，利用專利文獻1中記載的霍爾效應的磁場方向傳感器，配置有多個霍爾元件和在這些霍爾元件區(qū)域上部具有平坦的形狀的由軟磁性體材料構成的磁會聚板。

在該磁場方向傳感器中，磁會聚板的端部配置在霍爾元件區(qū)域，因此由磁會聚板會聚的磁通在霍爾元件表面附近沿相對于霍爾元件垂直方向集中，因此通過霍爾元件的磁通密度變高，其檢測靈敏度也變高。進而，分別檢測通過多個霍爾元件的磁通的強度，并通過運算，能夠算出磁通的方向和各個方向上的強度。由此，能夠以該傳感器為基準沿坐標軸分解相對于磁場方向傳感器的磁通的方向。相對于單純的霍爾元件的磁傳感器，能夠謀求顯著的性能提高。

另外，專利文獻2所記載的利用霍爾效應的磁傳感器基于與專利文獻1同樣的構造和原理。由于磁會聚板和搭載它的半導體襯底之間產生的材料的差異造成的應力、特別是熱膨脹差造成的應力會對傳感器特性產生較大的影響，因此具有用于減小該影響的構造。

為了達到該目標，該磁傳感器采用了在磁會聚板與半導體襯底之間形成基底層，使與該基底層的半導體襯底連接的面積小于磁會聚板的面積，并且使該基底層的至少一部分覆蓋霍爾元件區(qū)域這樣的構造。

另外，在利用專利文獻2中記載的霍爾效應的磁傳感器中，采用通過規(guī)定磁會聚板的縱截面的形狀，來提高其性能的方案。

圖6是用于說明現有的磁傳感器即專利文獻2中記載的磁傳感器的圖，示出了主要部分的縱截面圖。

圖6（a）中示出使所述基底層的面積小于磁會聚板的面積的磁傳感器，在半導體襯底101a的一個表面附近埋入而形成的霍爾元件102a及102b的表面形成絕緣保護層103，在該表面以覆蓋霍爾元件102a、102b的方式形成基底層104，進而在其上部以大于基底層104的面積的方式形成由磁性材料構成的磁會聚板105a。

圖6（b）及（c）中示出使磁會聚板105b、105c的端面方向帶有由直線構成的錐度的構造。

然而，將會在霍爾元件區(qū)域上產生應力的基底層、磁會聚板直接連接，不是優(yōu)選的，想要改善元件性能也要避免的是在霍爾元件區(qū)域上形成基底層、磁會聚板等的構造體這一點。

另外，想要將磁通效率良好地垂直會聚到沿平行方向（面方向）形成在半導體襯底的霍爾元件區(qū)域面，優(yōu)選使磁會聚板的端面朝向霍爾元件方向，進而具有如成為使磁會聚板之中通過與半導體襯底平行的方向部的磁通在磁會聚板端部相對于半導體襯底沿垂直方向效率良好地偏向的構造的曲率，以圖6（b）及（c）所示的錐度構造是不夠的。

具有磁會聚板的磁傳感器的制作方法，如在專利文獻2或專利文獻3中記載的那樣，通過光刻法、氣相鍍敷法及電解鍍敷法來進行，但是作為形成具有直線錐度的磁會聚板105b或105c的方法，能采用利用光致抗蝕劑進行的作為電解鍍用模的形狀規(guī)定。

另一方面，已知通過組合光刻法和電解鍍敷法，形成大致1/4圓形形狀的鍍敷物的方法（例如，專利文獻3）。

依據該方法，能夠通過電解鍍敷法來形成具有截面形狀中具有大致1/4圓形形狀的曲面的構造體。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002－71381號公報

專利文獻2：國際公開第w02007/119569號

專利文獻3：日本特開2008－55663號公報。

技術實現要素：

發(fā)明要解決的課題

如上所述，在霍爾元件區(qū)域搭載基底層、磁會聚板等的構造體的情形并不是優(yōu)選的。還沒有不直接在霍爾元件區(qū)域配置構造體而能夠在霍爾元件區(qū)域的正上方形成磁會聚板的有效的方案。

另外，期望具有用于使磁通對霍爾元件區(qū)域垂直偏向的更加合適的構造的磁會聚板及其制造方法。

本發(fā)明鑒于上述情況而構思，目的在于提供一種具有搭載了利用半導體制造技術來制作的具有細微構造的霍爾元件和具有能夠使磁通垂直且效率良好地通過霍爾元件區(qū)域面的端面構造的磁會聚板的磁傳感器的半導體裝置及其制造方法。

用于解決課題的方案

本發(fā)明為了解決上述課題，采用以下的方案。

本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體裝置，具有：設有多個霍爾元件的半導體襯底；以及在所述半導體襯底之上隔著保護層而設置的具備磁會聚功能的磁性體，其特征在于，

所述磁性體的縱截面的外形形狀具有外周部，

所述外周部的至少一部分包括具有曲面形狀的部分和與所述具有曲面形狀的部分相連的與所述半導體襯底大致平行的部分，

在所述大致平行的部分與所述保護層之間具有間隙。

另外，本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體裝置的制造方法，其特征在于，具有：

在半導體襯底的表面埋入形成多個霍爾元件的工序；

在所述霍爾元件上形成由絕緣物構成的保護層的工序；

形成導電性膜的工序；

形成具有不落入霍爾元件區(qū)域的開口的鍍敷抗蝕劑層的工序；以及

利用濕式鍍敷法使具有磁會聚功能的磁性體以各向同性地從鍍敷抗蝕劑開口部上部的抗蝕劑端部向抗蝕劑垂直方向及平行方向生長的工序。

發(fā)明效果

依據本發(fā)明，能夠提供搭載了具有高靈敏度的用于檢測來自2維或3維方向的磁力的磁會聚板的半導體裝置。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的實施方式所涉及的半導體裝置的主要部分的圖。（a）是從上方看的圖，（b）是沿著（a）的直線a－a’的截面圖。

圖2通過縱截面圖分別示出本發(fā)明的實施方式所涉及的半導體裝置的制造工序，其中，（a）是形成保護層的工序的圖，（b）是形成導電性膜的工序的圖，（c）及（d）是形成鍍敷抗蝕劑層的工序的圖。

圖3的（a）至（c）是通過縱截面圖依次示出本發(fā)明的實施方式所涉及的半導體裝置的制造工序之中磁性體鍍層的形成過程的圖。

圖4的（a）和（b）是通過縱截面圖分別示出本發(fā)明的實施方式所涉及的半導體裝置的制造工序之中抗蝕劑層剝離工序和蝕刻工序的圖。

圖5的（a）及（b）是分別示出本發(fā)明的實施方式的半導體裝置的其他方式的縱截面圖的圖。

圖6是搭載現有的磁性體的半導體裝置的主要部分的縱截面圖。

具體實施方式

參照圖1至圖5，對本發(fā)明所涉及的第1實施方式進行說明。

圖1（a）是示出本發(fā)明所涉及的半導體裝置的從表面上方看的概略的圖，圖1（b）是示出圖1（a）所示的直線a－a’上的縱截面圖的概略的圖。

半導體裝置201包括：在由硅襯底構成的半導體襯底202的表面分離而形成的兩個霍爾元件203a及203b；覆蓋半導體襯底202上的絕緣性的保護層204；不與霍爾元件203a和203b接觸而在它們之間的絕緣性的保護層204之上形成的基底層205；以及磁性體206，形成在基底層205之上的磁性體206包括柱狀部211和設在柱狀部211的周圍的檐形部207、207a、207b。如圖1（a）所示，檐形部207俯視下在柱狀部211的周圍以環(huán)狀形成，在截面視圖中，如圖1（b）所示，檐形部207a、207b示出大致1/4圓形形狀的曲面，檐形部的底面部210a、210b隔著間隙208a、208b而與絕緣性保護膜204平行地設置到端部209a、209b。

此外，檐形部的端部209a、209b以隔著間隙208a、208b覆蓋霍爾元件203a、203b的方式伸出。這樣由柱狀部211和檐形部207大體決定磁性體206的外周。另外，因為間隙208a、208b而基底層205以不與霍爾元件203a、203b相接的方式形成，成為不直接受到基底層205或磁性體206造成的應力的構造。

進而，在間隙208a、208b中，霍爾元件203a、203b和構成磁性體206的一部分的底面部210a、210b平行對置，聚集于磁性體206，并通過底面部210a、210b的磁通會向霍爾元件203a、203b垂直進出，因此以能效率良好地發(fā)揮霍爾元件203a、203b的霍爾效應的方式配置。

接著，通過圖2至圖4所示的主要部分的縱截面圖，說明這樣的、用于制作半導體裝置201的制造工序。

首先，準備經過了通過未圖示的硅半導體制造工藝在硅半導體襯底表面附近埋入形成1邊為30μm的矩形的兩個霍爾元件203a及203b的工序的半導體襯底202。在該半導體襯底202的表面形成由絕緣物構成的保護層204（圖2（a））。作為保護層204，能夠單獨或組合多個由氧化膜、氮化膜、氧氮化膜等的絕緣性無機化合物膜或聚酰亞胺等的有機物構成的膜而構成，但是在本實施方式中最上層使用聚酰亞胺膜。

圖2（b）是示出在設于半導體襯底202的表面的保護層204之上形成導電性膜304的工序的圖，在此作為導電性膜304，利用濺射法形成了500nm的銅膜。

圖2（c）及（d）是示出形成鍍敷抗蝕劑層的工序的圖，在該工序中，在構成半導體襯底202的當前表面的一部分的導電性膜304的表面，涂敷光致抗蝕劑305（圖2（c）），并通過曝光/顯影來形成具有抗蝕劑開口部306的鍍敷抗蝕劑層307（圖2（d））。作為光致抗蝕劑305的類型，使用正型、負型的任一種，進而，不僅可以使用液態(tài)的，也可以使用如干膜那樣的膜狀光致抗蝕劑。在本實施方式中，利用旋涂器以使厚度成為3μm的方式涂敷液態(tài)正型光致抗蝕劑。另外，抗蝕劑開口部306使得該抗蝕劑端部308a、308b和霍爾元件203a、203b的抗蝕劑開口部306側的距離成為5μm。

圖3是示出磁性體鍍層工序的圖，圖3（a）是示出向圖2（d）所示的抗蝕劑開口部306內形成磁性體鍍層406的過程的圖，圖3（b）是示出圖2（d）所示的磁性體407到抗蝕劑端部308a、308b，并且相對于縱向和沿著抗蝕劑層307的表面的方向形成各向同性的生長部408的概要的圖，圖3（c）是示出達到所期望的生長量的磁性體206的形態(tài)的圖。磁性體206的形狀可以說是由生長在抗蝕劑開口部306之上的柱狀部211和包圍其周圍的檐形部207a、207b形成?？v截面圖中的外形形狀即外周部也大體由柱狀部211和包圍其周圍的檐形部207a、207b決定。

對這樣形成的磁性體206的鍍敷方法進行描述。作為磁性體鍍敷液，將氨基磺酸鎳和氨基磺酸亞鐵分別以50g/l、5g/l金屬量含有，同時，使用了作為ph調整劑的硼酸，進而使用了作為光亮劑含有水溶性有機物的材料。圖2（d）中的出現在抗蝕劑開口部306的導電性膜304上，利用通電，以使鐵的含有量成為20wt％的方式從該鍍敷液析出鎳和鐵的合金。此外，鐵的含有量能夠通過鍍敷液內的鎳離子濃度與亞鐵離子濃度之比、和鍍敷中的電流密度的值來控制。在本實施方式中，由于各離子濃度保持恒定，所以將電流密度保持恒定，因而通過按照鍍層面積改變電流值，謀求了析出的磁性體鍍層的組份的穩(wěn)定化。

即，若設鍍層析出速度為v，則該值與電流密度成比例，因此，如果使電流密度恒定，則鍍層析出速度v成為恒定。例如，在本實施方式的鍍敷液與析出物的關系中，電流密度20ma/cm²為最佳條件，在該情況下，鍍層以v＝約0.4μm/分鐘的速度生長。另外，如果設電流密度為id，以從構成鍍層的元素求出的比例系數為k，則成為

v＝id×k

的關系。例如，在由本實施例的組份構成的鎳和鐵的合金鍍層中，當id＝20ma/cm²時，v＝約0.4μm/分鐘、k＝0.02μm/ma/分鐘。

圖3（a）中，電流密度20ma/cm²下，以與抗蝕劑開口部306的面積對應的恒定的電流值將磁性體鍍層406形成到抗蝕劑層307的厚度即3μm的厚度。為此所花費的鍍敷時間，會成為

3÷0.4＝7.5分鐘，

但是作為通式，若以抗蝕劑層307的厚度為y1、磁性體鍍層406達到該厚度為止的時間為t1，則表示為：

t1＝y(tǒng)1÷v＝y(tǒng)1÷（id×k）。

另外，抗蝕劑開口部306設為具有半徑r的圓形，若設其面積為s1，則

s1＝π×r²，

因此，若設此時的電流值為i1，則成為

i1＝id×s1＝id×π×r²。

若磁性體鍍層406進一步生長，并到達抗蝕劑端部308a、308b，則磁性體鍍層406從該部分在縱向（相對于抗蝕劑為垂直方向）和橫向（抗蝕劑面方向）以各向同性地開始生長，成為比抗蝕劑開口部306大的磁性體鍍層407（圖3（b））。

此時，磁性體鍍層407的表面積成為抗蝕劑開口部306的面積和從抗蝕劑端部308a、308b生長的大致1/4圓形形狀部的表面積之和。在本實施方式中，因為鍍敷抗蝕劑開口部306是圓形，所以大致1/4圓形形狀部的表面積，在將從鍍敷開始起的時間設為t時自超過抗蝕劑層307后的時間為t2＝t－t1，若將在此時間形成的鍍層厚度設為y2，則這成為大致1/4圓形形狀部的半徑，因此將該部分的表面積設為s2時，成為

s2＝（2×π×y2÷4）×（2×π×r）＝π²×y2×r＝π²×v×t2×r

＝π²×k×id×t2×r＝π²×k×id×（t－t1）×r，

若將對它相加抗蝕劑開口部306的面積s1后的全表面積設為s，則成為

s＝s1＋s2＝π×r²＋π²×k×id×（t－t1）×r，

若將此時的電流值設為i（t），則成為

i（t）＝s×id＝id×（π×r²＋π²×k×id×（t－t1）×r）。

即，用于以一定的生長速度形成作為本實施方式的圖3（c）所示的磁性體206的具體電流設定成為如下。若設應該形成的磁性體206的數量為n，則從時間0到抗蝕劑層307的厚度y1為止，即，時間t1為止，使電流值為

n×id×π×r²，

然后，直至期望大小的磁性體鍍層409為止，使電流值維持

i（t）＝n×id×（π×r²＋π²×k×id×（t－t1）×r）

的關系并變化。

鍍敷的結束取決于鍍層的生長量，即，抗蝕劑厚度和從抗蝕劑端部209a、209b到鍍層端部411為止的距離。如果設從抗蝕劑端部308a到鍍層端部209a為止的距離為x，則等于鍍層從抗蝕劑端部308a、308b開始生長的時間即t2＝（t－t1）和鍍敷速度v相乘后的值，因此成為

x＝v×t2＝v×（t－t1）。

因而，鍍敷結束時間t成為

t＝t1＋t2＝y(tǒng)1÷（id×k）＋x÷v＝y(tǒng)1÷（id×k）＋x÷（id×k）。

在本實施方式中，將鍍層端部209a、209b設定為霍爾元件203a、203b的外側5μm，因此成為x＝（5＋30＋5）＝40μm。由于id＝20ma/cm²、k＝0.02μm/ma/分鐘、t1＝7.5分鐘，所以鍍敷時間t2成為

t2＝40÷（20×0.02）＋7.5＝107.5分鐘。

如以上那樣設定鍍敷條件，并形成了磁性體206時，具有包含大致1/4圓形形狀部的理想形狀，且組份也成為鎳80wt％、鐵20wt％。

圖4是示出抗蝕劑層除去工序（圖4（a））和導電性膜蝕刻工序（圖4（b））的圖。

圖4（a）所示的抗蝕劑層除去工序中，用專用剝離液除去由正型光致抗蝕劑構成的抗蝕劑層307，但此時，在磁性體206的檐形部207a的底面部210a與半導體襯底202的主體表面上的導電性膜304之間形成有抗蝕劑層307的厚度即3μm的間隙。

圖4（b）所示的導電性膜蝕刻工序中，利用抗蝕劑層除去工序中形成的間隙，通過濕式蝕刻來除去半導體襯底202之中出現在主體表面的由銅構成的導電層膜304。此外，作為濕式蝕刻液，使用向過硫酸銨水溶液加入氨水，并將ph調整到12左右的溶液。由此，在覆蓋形成在半導體襯底202的表面的霍爾元件203a、203b的保護層204與磁性體206之間形成間隙208。另外，在半導體襯底202與磁性體206之間，作為基底層205殘留導電層膜304之中經蝕刻而剩下的部分，從而完成半導體裝置201。

依據以上所示的制造方法的實施例，從抗蝕劑開口部的導電膜表面開始析出/生長的磁性體膜，完全埋入抗蝕劑開口部，若達到抗蝕劑厚度，則在比抗蝕劑開口部端面更靠內側的區(qū)域沿垂直方向生長，在抗蝕劑端部的外側的區(qū)域沿著相對于抗蝕劑表面的垂直方向和平行方向以各向同性生長。在該部分中，開始以抗蝕劑端部為中心的大致1/4圓形形狀的生長，因此在該部分中的生長結束面的縱截面中，成為大致1/4圓形形狀，由于在抗蝕劑表面沿著抗蝕劑面而生長，所以成為與半導體襯底平行的面。其結果，在縱截面具有大致1/4圓形形狀，在霍爾元件區(qū)域中，能夠形成同時具有與霍爾元件面平行的面的磁會聚板。

進而，剝離鍍敷抗蝕劑層，蝕刻除去包括磁會聚板的大致1/4圓形形狀部下部的導電膜在內的導電膜，從而能夠提供在霍爾元件區(qū)域不會直接搭載基底膜、磁會聚板等的構造體的半導體裝置。

磁性體206的檐形部207a的底面部210a成為與半導體襯底202的表面平行，進而，磁性體206之中從檐形部207a的端部209a向半導體襯底202垂下的垂線的位置，從霍爾元件203a的一個端部僅向外側伸出5μm，間隙208a的內端部509從霍爾元件203a的另一個端部距離5μm，底面部210a成為完全平行且完全覆蓋霍爾元件203a的位置關系。

這樣制作的半導體裝置201搭載縱截面形狀具有大致u字型的磁性體206，成為具有優(yōu)異的磁會聚性能的霍爾元件搭載半導體裝置。即，通過該半導體裝置201附近的磁通，被由鎳80wt％－鐵20wt％構成的具有優(yōu)異的磁會聚性能的磁性體206會聚并通過，此時，由于該磁性體206的形狀接近大致u字型，所以會通過與霍爾元件203a及203b平行的底面部210a及210b，因而會對霍爾元件203a及203b垂直通過。因此，較大地產生霍爾效應，作為元件的靈敏度與圖6所示的現有構造的半導體裝置相比，能得到明顯的差距。

另外，相對于半導體裝置201而言平行方向、即相對于霍爾元件203a及203b而言平行方向的磁場，因磁性體206而偏向，相對于霍爾元件203a、203b而言沿垂直方向進出，但是在霍爾元件203a和霍爾元件203b中，其朝向處于相反方向，因此，如果算出來自霍爾元件203a和霍爾元件203b的輸出之差，就能算出相對于半導體裝置201而言在平行方向的磁場分量。

另外，相對于半導體裝置201而言垂直方向、即相對于霍爾元件203a及203b而言垂直方向的磁通，會原樣通過磁性體206，相對于霍爾元件203a、203b也以原樣的方向沿垂直方向進出，該方向在霍爾元件203a和霍爾元件203b處于相同方向，因此，如果算出來自霍爾元件203a和霍爾元件203b的輸出之和，就能算出相對于半導體裝置201而言在垂直方向的磁場分量。

由以上，依據本實施方式的例子的搭載了縱截面形狀具有朝上凸出的逆u字型，構成成為呈逆u字型的部分的兩端的檐形部的下表面的底面部與霍爾元件平行，且該底面部配置在霍爾元件上部的磁性體的半導體裝置，能夠相對于該半導體裝置將來自該半導體裝置的外部的磁場分離成平行分量和垂直分量，且以高靈敏度輸出。

此外，本實施方式的例子中，對處于圖1所示的逆u字型的端部內側的底面部覆蓋霍爾元件整體的例子進行了記載，但是如圖5（a）所示也可以使逆u字型的端部209a、209b落在霍爾元件203a、203b的區(qū)域內。

進而，如圖5（b）所示，磁性體鍍層整體的縱截面形狀為大致半圓形狀或者大致半橢圓形狀的截面形狀也能得到同樣的效果。由具有該形狀的鍍層構成的磁性體，可以通過適當設定圖2中的抗蝕劑層307的厚度、抗蝕劑開口部306的直徑、及霍爾元件203a和203b的位置關系，進而，改變?yōu)樾纬纱判泽w206而使用的鍍敷液的組份來達到。特別是，通過考慮有機類添加劑，能夠改變通過縱橫各向同性鍍層生長而得到的大致1/4圓形形狀鍍層生長中的縱橫生長比，因此能夠容易得到期望的形狀。

進而，在將本發(fā)明所涉及的半導體裝置安裝/封裝時，有時由樹脂等模制/密封，但此時，即便樹脂等填充到磁性體檐形部底面部與霍爾元件面之間存在的間隙，也不會影響本發(fā)明所涉及的半導體裝置的本質，包括在本發(fā)明是毫無疑問的。

標號說明

201半導體裝置；202半導體襯底；203a、203b霍爾元件；204保護層；205基底層；206磁性體；207、207a、207b檐形部；208a、208b間隙；209a、209b端部；210a、210b底面部；211柱狀部；304導電性膜；305光致抗蝕劑；306；抗蝕劑開口部；307抗蝕劑層；308a、308b抗蝕劑端部；408生長部；509內端部。