(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のホール素子が設けられた半導体基板と、該半導体基板上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた磁気センサにおいて、前記半導体基板上に前記磁性体の下地となる下地層が設けられ、前記下地層は、前記複数のホール素子と異なる熱膨張率を有し、前記複数のホール素子の領域を少なくとも部分的に覆う面積を有し、前記磁性体は前記下地層の面積より大きい面積を有することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記磁性体及び前記下地層は、円形であ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】
前記磁性体及び前記下地層は、多角形であ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４】
前記下地層は、樹脂であ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５】
前記下地層は、金属であ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６】
前記磁性体の膜厚は、１μｍ以上１５μｍ未満であ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７】
前記磁性体の膜厚は、５μｍ以上１４μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁性体は、電解めっきにより形成されてい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９】
前記下地層は、前記半導体基板上に設けられたＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜と、該第１の金属膜上に設けられたＣｕを含み第２の金属膜とからな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１０】
前記第２の金属膜の膜厚は、０．１〜２μｍであることを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第２の金属膜の熱膨張率が、１５〜２０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
前記磁性体は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏのうちの２種類以上を含む合金からなり、その熱膨張率が、１０〜１５ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記半導体基板と前記第１の金属膜との間にポリイミドの保護層が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記下地層は、前記半導体基板上に設けられたＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜からなり、前記磁性体は、該第１の金属膜上にスパッタリング法又は真空蒸着法により形成され、膜厚０．１〜３μｍのＮｉＦｅからなる第２の金属膜と、該第２の金属膜上に設けられ、電解めっきにより形成されるＮｉＦｅからなる磁性体合金膜とからなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記第１の金属膜の膜厚が、０．０１〜１μｍであることを特徴とする請求項１４に記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記半導体回路と前記第１の金属膜との間に保護層を設けることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の磁気センサ。
【請求項１７】
前記複数のホール素子の感磁面の中心位置は、前記磁性体の中心位置から半径距離の０．５８〜０．９９倍の領域内に位置していることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項１８】
前記ホール素子の上面から前記磁性体の底面までの距離が９〜２０μｍであることを特徴とする請求項１７に記載の磁気センサ。
【請求項１９】
前記磁性体の底面が、前記複数のホール素子の領域の少なくとも一部を覆うように配置され、該磁性体の側面がテーパー形状を有してい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２０】
前記磁性体が、前記半導体基板の表面と前記磁性体の側面の内側のテーパー角αが鈍角である逆テーパー形状であることを特徴とする請求項１９に記載の磁気センサ。
【請求項２１】
前記テーパー角αが、９０°＜α≦１２０°であることを特徴とする請求項２０に記載の磁気センサ。
【請求項２２】
前記磁性体が、前記半導体基板の表面と前記磁性体の側面の内側のテーパー角αが鋭角である順テーパー形状であることを特徴とする請求項１９に記載の磁気センサ。
【請求項２３】
複数のホール素子が設けられた半導体基板と、該半導体基板上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた磁気センサの製造方法において、前記半導体基板の表面に前記複数のホール素子を埋め込み形成する工程と、前記複数のホール素子上に保護層を形成する工程と、前記保護層上に該複数のホール素子と異なる熱膨張率を有し、該複数のホール素子の領域の少なくとも部分的に覆う面積を有する下地層を形成する工程と、該下地層上に、該下地層の面積よりも大きい面積の磁性体を形成する工程とを有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項２４】
前記下地層を形成する工程と前記磁性体を形成する工程は、前記保護層上に電解めっき用の下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上に、前記複数のホール素子の上面周辺が開口部となるように、フォトリソグラフィーによりレジストを形成する工程と、前記下地金属層上の前記開口部に前記磁性体を電解めっきにより形成する工程とを有することを特徴とする請求項２３に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項２５】
前記磁性体の膜厚を１μｍ以上１５μｍ未満に制御可能に形成することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項２６】
前記磁性体の膜厚を５μｍ〜１４μｍに制御可能に形成することを特徴とする請求項２５に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項２７】
前記下地層を形成する工程と前記磁性体を形成する工程は、前記保護上にＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜上にＣｕを含む第２の金属膜を形成する工程と、前記第２の金属膜上に磁気増幅機能を有する磁性体合金膜を形成する工程とを有することを特徴とする請求項２３に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項２８】
前記第２の金属膜の膜厚を０．１〜２μｍに形成することを特徴とする請求項２７に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項２９】
前記第２の金属膜は、スパッタリング法又は真空蒸着法により形成することを特徴とする請求項２７又は２８に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３０】
前記第２の金属膜上に磁気増幅機能を有する磁性体合金膜を電解めっきにより形成することを特徴とする請求項２７，２８又は２９に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３１】
前記下地層を形成する工程と前記磁性体を形成する工程は、前記保護層上にＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜をスパッタリング法又は真空蒸着法により形成する工程と、該第１の金属膜上に、スパッタリング法又は真空蒸着法により膜厚０．１〜３μｍのＮｉＦｅからなる第２の金属膜を形成する工程と、該第２の金属膜上にＮｉＦｅからなる磁性体合金膜を電解めっきにより形成する工程とを有することを特徴とする請求項２３に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３２】
前記第１の金属膜の膜厚を、０．０１〜１μｍに形成することを特徴とする請求項３１に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３３】
前記下地層を形成する工程と前記磁性体を形成する工程は、前記保護層上に電解めっき用の下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上に、前記複数のホール素子上がテーパー形状を有する開口部となるようにレジストパターンニングによりレジストを形成する工程と、前記下地金属層上の前記開口部に前記磁気増幅機能を有する磁性体を電解めっきにより形成し、該磁性体の底面が前記複数のホール素子の領域を少なくとも部分的に覆うようにする工程とを有することを特徴とする請求項２３に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３４】
前記磁性体を、前記半導体基板の表面と前記磁性体の側面の内側のテーパー角αが鈍角である逆テーパー形状になるようにフォトリソグラフィーにより形成することを特徴とする請求項３３に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３５】
前記テーパー角αが、９０°＜α≦１２０°にすることを特徴とする請求項３４に記載の磁気センサの製造方法。
【請求項３６】
前記磁性体を、前記半導体基板の表面と前記磁性体の側面の内側のテーパー角αが鋭角である順テーパー形状になるようにフォトリソグラフィーにより形成することを特徴とする請求項３３に記載の磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ及びその製造方法に関し、より詳細には、複数のホール素子と磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた２次元または３次元方向の磁気を検出できる磁気センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ホール素子と磁気増幅機能を有する磁性体（磁気収束板）とを組み合わせた磁気センサは知られている。例えば、特許文献１に記載のものは、３次元の磁場の方向を検出できるようにした磁場方向検出センサに関するもので、平らな形状を有する磁気収束板と、ホール効果素子が磁気収束板の端部領域に配置してなるものである。【０００３】
このような構成により、磁気収束板により水平磁場を検出できると共に、さらにホール効果素子の存在する領域の磁場を増幅することができるという効果を有している。【０００４】
また、ホール効果素子は、磁場の水平成分が最大である回転軸領域に位置されているため、このホール効果素子を集積するホール効果素子の配置は永久磁石の端部の位置に独立して行うことができ、また、磁気収束板によりさらにホール効果素子の領域の磁場を増幅することができるという効果を有している。【０００５】
図１は、従来の磁気センサを説明するための構成図（特許文献１参照）で、図中符号１半導体基板、２ａ，２ｂはホール素子、３は保護層、４は下地層、５は磁気収束板を示している。【０００６】
図２は、従来の磁気センサの磁気収束板の製造方法を説明するための工程図で、磁性体テープを半導体基板１１に貼り付けるプロセスを示している。まず、ＩＣ加工済みウエハを準備する。次に、ウエハ上にエポキシ接着剤を用いて磁性体テープ（非晶質金属テープ）を接着する。次に、磁束収束パターン１４をフォトリソグラフィーにより形成する。次に、非晶質金属エッチングを行なう。このようにして、半導体基板１１上に磁気収束板を形成する。この場合に、ホール素子の感磁面の中心位置を磁気収束板の円周縁付近に配置するように作製されていた。また、この場合の磁気収束板の膜厚は２０μｍ以上である。この磁気収束板は、厚い磁性体テープをウエットエッチングで加工して作製していた。この場合のエポキシ接着剤の厚みは、およそ２〜４μｍで、ホール素子の上面から磁気収束板の底面までの距離は、およそ６〜８μｍとなっていた。また、この場合の磁気収束板５の厚さは１５μｍである。そして、この場合、半導体基板１の表面と磁気収束板５の側面とのなす角度は略９０°である。【０００７】
また、特許文献２に記載のものは、磁気増幅機能を有する磁気収束板を備え、その磁気収束板の端部より漏れる磁束を半導体ホール素子により検出する磁気センサに関するもので、半導体ホール素子を形成した後、電解鍍金により軟磁性薄膜を堆積して磁気収束板を形成するようにしたもので、スパッタリングにより第１の金属膜であるＴｉ薄膜を０．０５μｍに堆積させた後、ドライフィルムレジストにより磁性体に相当するパターンを開口した状態で形成し、第２の金属膜であるＮｉ−Ｆｅ合金薄膜を０．０７μｍに堆積させたもので、２層構造を有しており、第１の金属層であるＴｉ薄膜は、下地絶縁層とＮｉ−Ｆｅ合金薄膜の密着性を上げるためのものである。【０００８】
このような製造方法により、ホール素子及び軟磁性材料による磁気収束板を有する磁気センサが、ＬＳＩの製造工程に準拠した製造方法により小型かつ容易に製造でき、半導体ホール素子に磁気収束板を近づけることができ、磁気センサの高感度化が実現できるという効果を有している。【０００９】
磁気収束板として、磁性体テープを用いる場合には、半導体基板上にエポキシ接着剤を用いて接着するので、下方のホール素子に大きな応力が発生するという問題があった。また、磁性体テープを用いる場合には、磁性体の厚みを制御することは不可能であるという問題があった。【００１０】
さらに、図１に示した磁気センサにおいて、半導体回路１と磁気収束板２との間に用いられる接着剤は、固まると収縮するためウエハ上に高張力がかかり、ウエハ全体が反ってしまうというは問題が生じる。この接着剤を厚くすると接着力が高まるが感度は低下して益々収縮し、塗布する接着剤を薄く均一に加工・成型する事は難しい。また、薄すぎると接着力は弱まるが、薄くする事でセンサ感度が高くなる。【００１１】
このように、接着力を維持しながら（応力を緩和しながら）接着剤の厚みを考慮しつつ感度の向上及び感度バラツキの低減を図ることは難しかった。【００１２】
また、従来、所定の感度を得るという観点から接着剤の厚みは２〜４μｍ前後としており、この接着剤の厚さを均一性に保つことは容易ではなかった。その結果、従来の磁気センサにおけるホール素子の上面から磁気収束板の底面までの距離は、６〜８μｍ以下に制限しなければならず、また、この距離を保ちながら感度のバラツキを抑制することは難しいという問題があった。【００１３】
次に、図１のような構成の磁気センサを特許文献２に記載の製造方法を用いて、製造する場合を考えると、下地金属層の面積と磁気収束板の面積は同じ大きさの面積を有して半導体基板と接触しているため、ホール素子や搭載されるＩＣにかかる応力が大きくなり、結果として、オフセット電圧が発生する原因となっていた。【００１４】
そこで、磁性体及び下地金属層の面積を小さくして半導体基板との接触面積を小さくしても、磁性体の位置ずれによるホール素子の存在する領域の磁束密度のばらつきや磁気飽和が早くなり、ある程度の磁性体及び下地金属層の面積は必要であるという問題があった。【００１５】
さらに、このように製造された磁気センサにおいては、スパッタリングにより第１の金属膜であるＴｉ薄膜を０．０５μｍに堆積させた後、第２の金属膜であるＮｉ−Ｆｅ合金薄膜を０．０７μｍに堆積し、半導体基板と磁気収束板との間に２層構造の金属膜を設けているものの、第１の金属層であるＴｉ薄膜は、下地絶縁層とＮｉ−Ｆｅ合金薄膜の密着性を上げるためのものであって、これらの２層の金属膜と磁気収束板との熱膨張率に関しては何ら着目されていないため、金属膜のＴｉやＷやＴｉＷ合金と、磁気収束板２のＮｉＦｅとの熱膨張差による磁気歪が発生し、その結果、ホール素子と磁性体を組み合わせた磁気センサの磁気特性が不安定になるという問題があった。【００１６】
さらに、図１に示した磁気センサにおいて、ホール素子の感磁面の中心位置を磁気収束板の円周縁付近に配置してあるので、磁気収束板の直径変動や水平面内の位置ずれに対して、Ｘ軸・Ｙ軸の感度のバラツキが大きくなり、Ｘ軸・Ｙ軸の感度とＺ軸の感度のバランスが悪くなるという問題があった。【００１７】
なお、上述した特許文献においては、ホール素子の上面から磁気収束板の底面までの距離については特段の言及は無く、接着力や加工性と感度・感度バラツキの点を勘案してその距離は、凡そ、６〜８μｍであると考えられる。【００１８】
さらに、他の問題としては、図１に示した磁気センサにおいては、半導体基板１の表面と磁気収束板５の側面とのなす角度は略９０°になっているため、ホール素子の直近に磁気収束板の垂直な側面が位置するようになり、その側面に磁束が集中して感磁機能は向上するものの、磁束が集中しすぎると磁気飽和が生じてセンサ出力の線形性の確保が劣化するという問題があった。【００１９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ホール素子と磁気増幅機能を有する磁性体とを組み合わせ、磁性体の下地層と半導体基板との接触面積を考慮して磁気特性の極めて安定した磁気センサ及びその製造方法を提供することにある。【００２０】
また、本発明の目的は、磁性体の厚さを制御可能にしてホール素子に大きな応力が発生しないようにした磁気センサ及びその製造方法を提供することにある。【００２１】
さらに、本発明の目的は、半導体基板と磁性体との間に２層構造の金属膜を設けて磁気特性の極めて安定した磁気センサ及びその製造方法を提供することにある。【００２２】
さらに、本発明の目的は、ホール素子と磁気増幅機能を有する磁性体とを組み合わせ、ホール素子の感磁面の中心位置を磁性体の端部から所定の距離だけ内側に配置されて、Ｘ軸・Ｙ軸の感度変動とＺ軸の感度変動を制御した２次元又は３次元磁気センサの提供、そしてＸ軸・Ｙ軸の感度とＺ軸の感度とのバランスを良好にした３次元磁気センサ及びこれらの製造方法を提供することにある。【００２３】
さらに、本発明の目的は、ホール素子と磁性体との距離を考慮して感度のバラツキを抑制するようにした磁気センサ及びその製造方法を提供することにある。【００２４】
さらに、本発明の目的は、磁性体の側面をテーパー形状にして磁性体への磁束の集中度合いを勘案して磁気飽和を考慮しつつ、感度の向上あるいは感度の低下を招くことなしに線形性が確保できるようにした磁気センサ及びその製造方法を提供することにある。【００２５】
【特許文献１】特開２００２−７１３８１号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２７５２号公報
【発明の開示】
【００２６】
上記の目的を達成するために、本発明は、複数のホール素子が設けられた半導体基板と、該半導体基板上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた磁気センサにおいて、前記半導体基板上に前記磁性体の下地となる下地層が設けられ、前記下地層は、前記複数のホール素子と異なる熱膨張率を有し、前記複数のホール素子の領域を少なくとも部分的に覆う面積を有し、前記磁性体は前記下地層の面積より大きい面積を有することを特徴とする。
【００２７】
また、前記磁性体及び前記下地層は、円形または多角形であることが好ましい。
【００２８】
また、前記下地層は、樹脂または金属であることが好ましい。
【００２９】
また、前記磁性体の膜厚は、１μｍ以上１５μｍ未満であることが好ましく、５μｍ以上１４μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３０】
また、前記磁性体は、電解めっきにより形成されていることが好ましい。
【００３１】
また、前記下地層は、前記半導体基板上に設けられたＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜と、該第１の金属膜上に設けられたＣｕを含み第２の金属膜とからなることが好ましい。
【００３２】
その場合、前記第２の金属膜の膜厚は、０．１〜２μｍであることが好ましい。あるいは、前記第２の金属膜の熱膨張率が、１５〜２０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。
【００３３】
また、前記磁性体は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏのうちの２種類以上を含む合金からなり、その熱膨張率が、１０〜１５ｐｐｍ／℃であることが好ましい。
【００３４】
そして、前記半導体基板と前記第１の金属膜との間にポリイミドの保護層が設けられていることが好ましい。
【００３５】
さらに、前記下地層は、前記半導体基板上に設けられたＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜からなり、前記磁性体は、該第１の金属膜上にスパッタリング法又は真空蒸着法により形成され、膜厚０．１〜３μｍのＮｉＦｅからなる第２の金属膜と、該第２の金属膜上に設けられ、電解めっきにより形成されるＮｉＦｅからなる磁性体合金膜とからなることも好ましい。
【００３６】
この場合、前記第１の金属膜の膜厚が、０．０１〜１μｍであることが好ましい。また、前記半導体回路と前記第１の金属膜との間に保護層を設けてもよい。
【００３７】
また、前記複数のホール素子の感磁面の中心位置は、前記磁性体の中心位置から半径距離の０．５５〜１．０倍の領域内に位置していることが好ましい。
【００３８】
また、前記ホール素子の上面から前記磁性体の底面までの距離が９〜２０μｍであることが好ましい。
【００３９】
さらに、前記磁性体の底面が、前記複数のホール素子の領域の少なくとも一部を覆うように配置され、該磁性体の側面がテーパー形状を有していることも好ましい。
【００４０】
特に、前記磁性体が、前記半導体基板の表面と前記磁性体の側面の内側のテーパー角αが鈍角である逆テーパー形状である場合も好ましい。
【００４１】
さらに、前記テーパー角αが、９０°＜α≦１２０°であることも好ましい。
一方、前記磁性体が、前記半導体基板の表面と前記磁性体の側面の内側のテーパー角αが鋭角である順テーパー形状である場合も好ましい。
【００４２】
上記のような磁気センサは、前記半導体基板の表面に前記複数のホール素子を埋め込み形成する工程と、前記複数のホール素子上に保護層を形成する工程と、前記保護層上に該複数のホール素子と異なる熱膨張率を有し、該複数のホール素子の領域の少なくとも部分的に覆う面積を有する下地層を形成する工程と、該下地層上に、該下地層の面積よりも大きい面積の磁性体を形成する工程とによって製造することができる。
【００４３】
特に、前記下地層を形成する工程と前記磁性体を形成する工程は、前記保護層上に電解めっき用の下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上に、前記複数のホール素子の上面周辺が開口部となるように、フォトリソグラフィーによりレジストを形成する工程と、前記下地金属層上の前記開口部に前記磁性体を電解めっきにより形成する工程とを含む場合は好ましい。
【００４４】
このような方法によれば、前記磁性体の膜厚を１μｍ以上１５μｍ未満、特に５μｍ〜１４μｍに制御可能に形成することができる。
【００４５】
さらに、他の製造方法として、前記下地層を形成する工程と前記磁性体を形成する工程は、前記保護上にＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜上にＣｕを含む第２の金属膜を形成する工程と、前記第２の金属膜上に磁気増幅機能を有する磁性体合金膜を形成する工程とを含むことも好ましい。この場合、前記第２の金属膜の膜厚を０．１〜２μｍに形成することが好ましい。
【００４６】
また、前記第２の金属膜は、スパッタリング法又は真空蒸着法により形成することが好ましい。
【００４７】
また、前記第２の金属膜上に磁気増幅機能を有する磁性体合金膜を電解めっきにより形成することも好ましい。
【００４８】
さらに、他の製造方法として、前記下地層を形成する工程と前記磁性体を形成する工程は、前記保護層上にＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜をスパッタリング法又は真空蒸着法により形成する工程と、該第１の金属膜上に、スパッタリング法又は真空蒸着法により膜厚０．１〜３μｍのＮｉＦｅからなる第２の金属膜を形成する工程と、該第２の金属膜上にＮｉＦｅからなる磁性体合金膜を電解めっきにより形成する工程とからなることも好ましい。
【００４９】
その場合、前記第１の金属膜の膜厚を、０．０１〜１μｍに形成することが好ましい。
【００５０】
さらに、他の製造方法として、前記下地層を形成する工程と前記磁性体を形成する工程は、前記保護層上に電解めっき用の下地金属層を形成する工程と、前記下地金属層上に、前記複数のホール素子上がテーパー形状を有する開口部となるようにレジストパターンニングによりレジストを形成する工程と、前記下地金属層上の前記開口部に前記磁気増幅機能を有する磁性体を電解めっきにより形成し、該磁性体の底面が前記複数のホール素子の領域を少なくとも部分的に覆うようにする工程とからなることも好ましい。
【００５１】
この場合、前記磁性体を、前記半導体基板の表面と前記磁性体の側面の内側のテーパー角αが鈍角である逆テーパー形状になるようにフォトリソグラフィーにより形成することも好ましい。特に、前記テーパー角αが、９０°＜α≦１２０°にすることも好ましい。
【００５２】
また、前記磁性体を、前記半導体基板の表面と前記磁性体の側面の内側のテーパー角αが鋭角である順テーパー形状になるようにフォトリソグラフィーにより形成することも好ましい。
【００５３】
本発明によれば、半導体基板上に設けられ、複数のホール素子と異なる熱膨張率を有し、この複数のホール素子の領域の少なくとも部分的に覆う面積を有する下地層と、この下地層上に設けられ、この下地層の面積よりも大きい面積の磁気増幅機能を有する磁性体とを備えたので、磁性体の下地層と半導体基板との接触面積を小さくしてオフセット電圧の発生を少なくし、磁気特性の極めて安定した磁気センサが実現できるという効果を奏する。
また、従来のようなエポキシ接着剤を用いずにポリイミド層を一旦設けて、その後、磁気収束板を形成しているので、エポキシ接着剤によるウエハの反りが加工途中で問題にならなくなるという効果を奏する。
【００５４】
さらに、本発明によれば、半導体回路上に設けられたＴｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる第１の金属膜と、この第１の金属膜上に設けられたＣｕを含む第２の金属膜と、この第２の金属膜上に設けられた磁気増幅機能を有する磁性体合金膜とを備えたので、この磁性体合金膜である磁気収束板と接する金属膜を２層構造とし、この金属膜の熱膨張率を調整して磁気収束板との界面の熱膨張率を磁気収束板と一致させることにより、磁気特性の極めて安定した磁気センサが達成できるという効果を奏する。
【００５５】
さらに、本発明によれば、磁性体の膜厚を１μｍ以上１５μｍ未満にするとともに、磁性体を電解めっきで形成することにより膜厚の制御を可能にして、ホール素子に大きな応力が発生しないようにした磁気センサを実現することができる。特に、Ｓｉモノリシックのホール素子では、ピエゾ効果によるオフセット電圧の発生が抑制され、より高精度な磁気測定が実現できる。
【００５６】
さらに、本発明によれば、複数のホール素子の感磁面の中心位置が、磁気収束板の中心位置から半径距離の０．５５〜０．９５及び０．９５〜１．０倍の領域内に位置したので、磁気収束板の直径変動や水平面内の位置ずれに対して、Ｘ軸・Ｙ軸の感度のバラツキが小さくなり、Ｘ軸・Ｙ軸の感度とＺ軸の感度とのバランスを良好にした磁気センサを実現できるという効果を奏する。
【００５７】
さらに、本発明によれば、ホール素子の上面から磁気収束板の底面までの距離を９〜２０μｍとしたので、感度絶対値は低下するものの、磁気収束板の平面内位置ずれや垂直方向の距離変化に対して、感度変化が小さくなる。また、中間層の厚みが得られることにより厚み調整が可能となって感度のバラツキが抑制されるという効果を奏する。中間層の厚みが取れることから、磁気収束板底面側の空洞などによる感度変動も抑制される効果を有する。
【００５８】
さらに、本発明によれば、磁性体の側面がテーパー形状を有しているので、この磁性体の側面をテーパー形状にして磁性体への磁束の集中度合いを勘案して磁気飽和を考慮しつつ、感度の向上あるいは感度の低下を招くことなしに線形性が確保できるようにした磁気センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、従来の磁気センサを説明するための構成図である。
【図２】図２は、従来の磁気センサの磁気収束板の製造方法を説明するための工程図である。
【図３】図３は、本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するための構成図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、磁気収束板が円形の場合のその直径とオフセット電圧の関係について説明するための図で、磁気収束板の直径が２００μｍの場合を示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、磁気収束板が円形の場合のその直径とオフセット電圧の関係について説明するための図で、磁気収束板の直径が２３０μｍの場合を示している。
【図６】図６は、図５Ａ，図５Ｂに示したデータに基づいてグラフ化した図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明に係る磁気センサの磁気収束板の膜厚を示す図で、薄膜の場合を示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明に係る磁気センサの磁気収束板の膜厚を示す図で、厚膜の場合を示している。
【図８】図８は、磁気収束板による磁気増幅率と磁気収束板膜厚の関係を示す図である。
【図９】図９は、本発明の磁気センサにおける磁気収束板の半径と磁気増幅度の関係、およびホール素子（感磁面の中心位置）から磁気収束板の縁が離れていったときの感度変動傾向を示す図である。
【図１０】図１０は、積分要素法を用いた静磁場３次元解析による、磁気収束板の直径に対するＸ軸・Ｙ軸の磁気感度の関係を示す図である。
【図１１】図１１は、積分要素法を用いた静磁場３次元解析による、磁気収束板の直径に対するＺ軸の磁気感度の関係を示す図である。
【図１２】図１２は、磁気収束板の直径に対するＸ軸・Ｙ軸の磁気感度／Ｚ軸の磁気感度の比の関係を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の磁気センサにおけるホール素子の周辺の磁束分布を示す図である。
【図１４】図１４は、磁気収束板の半径に対する感度変化量の関係を示す図である。
【図１５】図１５は、印加磁界と平行な方向に磁気収束板の位置がシフトした量に対する感度変化量の関係を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するための構成図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明と従来のホール素子の磁気特性を比較した図で、磁性体に歪がある場合のホール素子の磁気特性を示している。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本発明と従来のホール素子の磁気特性を比較した図で、磁性体に歪のない場合のホール素子の磁気特性を示している。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明に係るＩＣウエハを示す図で、ＩＣウエハを示している。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図１８ＡのＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線概略断面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図１９Ｅ】図１９Ｅは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図１９Ｆ】図１９Ｆは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図２０】図２０は、磁性体合金膜の熱膨張率により磁気歪みの関係を表に示した図である。
【図２１】図２１は、本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するための構成図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図２２Ｄ】図２２Ｄは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図２２Ｅ】図２２Ｅは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図２２Ｆ】図２２Ｆは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。
【図２３】図２３は、磁性体合金膜の熱膨張率により磁気歪みの関係を表に示した図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するための構成図で、磁気収束板の側面を順テーパー形状にしたものを示している。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するための構成図で、磁気収束板の側面を逆テーパー形状にしたものを示している。
【図２５Ａ】図２５Ａは、磁気収束板に側面を順テーパー形状及びに逆テーパー形状にする方法について説明するための図で、順テーパー形状の作製方法を示している。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、磁気収束板に側面を順テーパー形状及びに逆テーパー形状にする方法について説明するための図で、逆テーパー形状の作製方法を示している。
【図２６Ａ】図２６Ａは、テーパー形状の特徴を示す図で、順テーパー形状を示している。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、テーパー形状の特徴を示す図で、逆テーパー形状を示している。
【図２７】図２７は、テーパー角αの変化に対する非線形性の印加磁場依存性を示す図である。
【図２８】図２８は、印加磁場が６００Ｇの入力時のテーパー角αと非線形性の関係を示す図である。
【図２９】図２９は、磁気感度とテーパー角αとの関係を示す図である。
【図３０】図３０は、磁気収束板厚み１２μｍで、磁気収束板半径が１６５μｍの構成で、感度比変化がゼロとなる極点位置を表す数値解析例を示す図である。
【図３１】図３１は、図３０と同じ構成で、感度比変化率ゼロの位置を表す数値解析例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。【００６１】
図３は、本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するための構成図で、図中符号１１１は半導体基板、１１２ａ，１１２ｂはホール素子、１１３は保護層、１１４は下地層、１１５は磁気収束板を示している。【００６２】
本発明の磁気センサは、複数のホール素子１１２ａ，１１２ｂが埋め込み形成された半導体基板１１１と磁気増幅機能を有する磁気収束板１１５とを組み合わせたものである。半導体基板１１１上には、この半導体基板１１１の表面と同一の平面になるように互いに所定の距離を隔てて埋め込まれた複数のホール素子１１２ａ，１１２ｂが設けられている。【００６３】
また、ホール素子１１２ａ，１１２ｂ上及び半導体基板１１１上には、保護層が設けられていて、この保護膜１１５上には、金属あるいは樹脂からなり、複数のホール素子１１２ａ，１１２ｂと異なる熱膨張率を有し、この複数のホール素子１１２ａ，１１２ｂの領域の少なくとも部分的に覆う面積を有する下地層１１４が設けられている。また、この下地層１１４上には、この下地層１１４の面積よりも大きい面積の磁気増幅機能を有する磁気収束板１１５が設けられている。この磁気収束板１１５は、ＮｉＦｅからなっている。また、磁気収束板１１５及び下地層１１４は、円形又は多角形であることが好ましい。【００６４】
図４Ａ乃至図４Ｅは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。【００６５】
まず、図４Ａに示すように、ＬＳＩ製造プロセスとしてＩＣ回路とホール素子をＳｉ基板１１１上に形成する。つまり、ＳｉやＧａＡｓからなる半導体基板１１１中に、この半導体基板１１１の表面と同一の平面になるように互いに所定の距離を隔てて複数のホール素子１１２ａ，１１２ｂを埋め込み形成する（磁気センサチップの作製）。さらにその上に、ポリイミドをパターニングすることにより、半導体基板１１１上にポリイミドからなる保護層１１３を形成する（ポリイミドパターニング）。【００６６】
次に、図４Ｂに示すように、半導体基板１１１上に、電解めっきの下地層１１４としてＴｉＷとＣｕの層をスパッタリング法または真空蒸着法により形成し、磁気収束板１１５のパターンをフォトリソグラフィーにより作製する。つまり、保護層１１３上に、金属（あるいは樹脂）からなり、複数のホール素子１１２ａ，１１２ｂと異なる熱膨張率を有する下地層１１４をスパッタリング法により形成する（下地層形成）。次に、下地層１１４上に、ホール素子１１２ａ，１１２ｂ上が開口部１１６ａとなるようなレジストパターンニングによりレジスト１１６を形成する（レジストパターン形成）。【００６７】
次に、図４Ｃに示すように、磁気収束板１１５を電解めっきによりパターン上に形成する。つまり、下地層１１４上の開口部１１６ａに、ＮｉＦｅからなる磁気増幅機能を有する磁気収束板１１５を電解めっきで形成する（磁性体メッキ処理）。この磁気収束板１１５は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金を電解メッキにより作製したもので、パーマロイやスーパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）からなることが好ましく、それにＣｏを添加したものは、磁気ヒステリシスが減少するのでより好ましい。さらには、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ系合金）又はセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金）からなることが好ましい。【００６８】
次に、図４Ｄに示すように、レジストパターン１１６を剥離する（レジストパターン除去）。その結果、磁気収束板１１５が下地層１１４上に残ることになる。【００６９】
次に、図４Ｅに示すように、下地層１１４が磁気収束板１１５よりも小さくなるようにオーバーエッチングする。つまり、ＮｉＦｅをマスクとして下地層１１４をオーバーエッチングする。この場合、ＮｉＦｅはエッチングされずに下地層１１４のみが選択エッチングされる。これにより、複数のホール素子１１２ａ，１１２ｂの領域の少なくとも部分的に覆う面積を有し、磁気収束板１１５よりも面積の小さな下地層１１４ができあがるので、磁気収束板１１５の下地層１１４と半導体基板１１１との接触面積を小さくしてオフセット電圧の発生を少なくし、磁気特性の極めて安定した磁気センサができる。【００７０】
最後に、複数の磁気センサチップをダイシングにより単体のチップに分離する（ダイシング）。【００７１】
図５Ａ，図５Ｂ及び図６は、磁気収束板と下地金属層が円形で、面積が等しい場合のその直径とオフセット電圧の関係について説明するための図で、図５Ａは、磁気収束板の直径が２００μｍの場合のホール素子のオフセット電圧（ｍＶ／ｍＡ／√個；３サンプル数）を示し、図５Ｂは、磁気収束板の直径が２３０μｍの場合のホール素子のオフセット電圧（ｍＶ／ｍＡ／√個；１５サンプル数）を示している。また、図６は、図５Ａ，図５Ｂに示したデータに基づいてグラフ化したものである。【００７２】
直径の異なる磁気収束板の下地層と半導体基板との接触面積比は、磁気収束板の直径が２３０μｍの場合と２００μｍの場合とを比較すると、（２３０×２３０）：（２００×２００）＝１：０．７５になる。この場合のホール素子のオフセット電圧比は、１：０．６（実測値）となる。つまり、磁気収束板１５の直径を小さくして半導体基板１１との接触面積を小さくすればオフセット電圧も小さくなることを意味している。このことは、図６に示したグラフより明らかである。【００７３】
磁気収束板１１５は、磁気増幅機能を有するもので複数のホール素子の配置の領域に対してある程度の面積が必要になり、その面積を小さくすることには当然のこととして限界がある。そこでこの磁気収束板１１５の下地層１１４と半導体基板１１１との接触面積を小さくすることによりオフセット電圧を小さくすることができる。本発明は、このようにオフセット電圧の実測値に基づいて、下地層と半導体基板との接触面積を小さくすることにより、オフセット電圧を小さくすることができることを見出したものである。【００７４】
このように、本発明は、下地金属層の面積と磁気収束板の面積が同じ大きさの面積を有して半導体基板と接触して、ホール素子や搭載されるＩＣにかかる応力が大きくなることによるオフセット電圧が発生するという原因をなくすべく、磁気収束板の下地層と半導体基板との接触面積を小さくすることによりオフセット電圧の発生を少なくし、磁気特性の極めて安定した磁気センサを得るものである。
＜磁気収束板の膜厚＞
図７Ａ及び図７Ｂは、異なる膜厚の磁気収束板を有する磁気センサを示す図で、図７Ａは薄膜の場合、図７Ｂは厚膜の場合を示している。【００７５】
半導体基板１２１上には、この半導体基板１２１の表面と略同一の平面になるように互いに所定の距離を隔てて埋め込まれた複数のホール素子１２２ａ，１２２ｂが設けられている。実際には、ホール素子と磁気収束板の間には、ＩＣ配線層などが設けられている。【００７６】
また、ホール素子１２２ａ，１２２ｂ上及び半導体基板１２１上には、磁気収束板１２３を電解めっきするための下地金属層（図示せず）が設けられている。また、この下地金属層上には、磁気増幅機能を有する磁気収束板１２３が電解めっきにより膜厚の厚さを制御可能に形成されている。この磁気収束板１２３は、ＮｉＦｅからなり、磁性体が用いられる。また、磁気収束板１２３及び下地金属層は、円形又は多角形であることが好ましい。【００７７】
また、磁気収束板１２３の底面は、複数のホール素子１２２ａ，１２２ｂの領域を少なくとも部分的に覆うように配置されている。また、磁気収束板１２３の膜厚は、１〜１５μｍ未満であることが好ましく、５〜１４μｍであることが最適である。【００７８】
図８は、磁気収束板による磁気増幅率と磁気収束板膜厚の関係を示す図である。磁気増幅率は、膜厚の他に磁性体の透磁率にも依存し、膜厚が薄く、透磁率が低いほど磁気増幅率は低下する。磁気収束板膜厚が１μｍとなっても、磁性体の透磁率が３０００以上確保できれば、磁気増幅率の低下は招かない。３０００という透磁率の磁性体は、電解めっきプロセスでも十分に達成可能な値である。【００７９】
以下に、磁気収束板の膜厚の下限値５μｍ及び上限値１４μｍが最適である根拠について説明する。【００８０】
磁性体は、薄ければ薄いほど磁気飽和が早くなる。現在、このコンセプトを用いたアプリケーションとして、方向角センサや回転角度センサがある。通常、手に入る磁性材料の飽和磁束密度の値（典型的には１Ｔ前後）では、５μｍ以下の膜厚では、おそらく２０ｍＴ前後で磁気飽和が始まってしまう。磁気飽和が早いとアプリケーションや磁気設計的にかなりの制限を受けると考えられる。そのため、５μｍ以下で使用するのは実用的には特殊な用途を除いては難しいと言わざるを得ない。【００８１】
また、方向角センサでは、磁気収束板の厚み方向（垂直方向）に若干の磁気収束効果を有し、方位角センサの感度が１０％程度増加する。５μｍ以下の膜厚では、垂直方向の磁気収束効果がほぼ零になり、Ｓ／Ｎ低下をもたらす。また、極端に膜厚が薄いと（例えば、１μｍ以下）、横方向（ＸＹ方向）の磁気増幅効果も低下して実用的ではない。そこで、膜厚の下限値を５μｍとした。【００８２】
その他、プロセス上のメリットとしては、図８から明らかなように、膜厚を５μｍ以上とすることで、磁性体に求められる透磁率のスペックを大幅にリラックスでき、成膜のプロセスマージンを確保することが可能である。【００８３】
上述した特許文献では、磁気収束板の膜厚は１５μｍになっている。この１５μｍ以上の膜厚になると、上述したように、ホール素子に大きな応力が発生することになる。そこで、本発明では上限値を１４μｍ以下としたものである。【００８４】
図７Ｂに示すように、磁気収束板１２３の膜厚を厚膜にした場合には、ホール素子１２２ａ，１２２ｂにかかるストレスが大きくなり、オフセットがピエゾ効果で増大する。これによりホール素子による検出精度が低下する。【００８５】
そこで、図７Ａに示すように、磁気収束板１２３の膜厚を薄膜にした場合には、ホール素子１２２ａ，１２２ｂにかかるストレスが小さくなり、オフセット変化が小さくなる。これによりホール素子による検出精度の低下が少なくなる。【００８６】
このように、半導体基板上に設けられる磁気収束板の膜厚を１μｍ以上１５μｍ未満、好ましくは５〜１４μｍと、従来の膜厚１５〜２０μｍよりも薄くし、また、電解めっきにより膜厚を制御可能にしたので、ホール素子に大きな応力が発生することのない磁気センサが実現できる。【００８７】
このように、従来の磁気収束板の膜厚が、１５〜２０μｍであったものが、電解めっきにより５〜１４μｍまで薄くすることができるようになり、ホール素子にかかる応力を少なくすることができる。特に、Ｓｉモノリシックのホール素子では、ピエゾ効果によるオフセット電圧の発生が抑制され、より高精度な磁気測定が実現できる。
＜ホール素子と磁性体の距離＞
本発明におけるホール素子１４ａ，１４ｂの上面から磁気収束板１２の底面までの距離Ａは、９〜２０μｍになっている。これにより、感度絶対値は低下するものの、磁気収束板の平面内位置ずれや垂直方向の距離変化に対して、感度変化が小さくなり、中間層の厚みが得られることにより厚み調整が可能となって感度のバラツキが抑制される。【００８８】
図９は、積分要素法を用いた静磁場３次元解析による、本発明の磁気センサにおける磁気収束板の半径と磁気増幅度の関係を示す図である。ある点で、実測で求めた磁気増幅度と比較して約７％の食い違いしかない事を確かめた。この図９から分かるように、半径Ｒ＝１００μｍの時、ホール素子の上面から磁気収束板の底面までの距離Ａが６μｍのケースでは、磁気収束板の厚み１０μｍで約２．０５倍、距離＝９で厚みＴ＝１５で約１．７２、距離＝１１で厚みＴ＝１５で約１．６、距離Ａ＝１５で厚みＴ＝１５で約１．６である。半径Ｒ＝１１０μｍの時、距離＝９で厚みＴ＝１５で約１．４２、距離＝１１で厚みＴ＝１５で約１．３６、距離＝１５で厚みＴ＝１５で約１．３２、距離＝２０で厚みＴ＝１３で約１．１７である。【００８９】
このように、ホール素子の上面から磁気収束板の底面までの距離を９〜２０μｍにしても、要求する感度増幅度に対して磁気収束板の半径Ｒを選択すれば、実用的な磁気センサが得られることが分かる。なお、感度の低下に関しては、感度が高いホール素子の構成を適当に選んだり、ＩＣの積分機能との併用とにより、初段での磁気増幅度を補うことができて、垂直距離が離れたことによる実質的な感度の低下は実用上の問題にならない。【００９０】
図１０は、積分要素法を用いた静磁場３次元解析による、磁気収束板の直径に対するＸ軸・Ｙ軸の磁気感度の関係を示す図で、水平方向の磁気感度を示している。ホール素子の水平面・垂直面内位置を固定した状態で、磁気収束板の厚みと半径Ｒと、ホール素子の上面と磁気収束板の底面間距離をパラメータとして計算したものである。【００９１】
ホール素子１１２ａ，１１２ｂの上面から磁気収束板１１５の底面までの距離が、９〜２０μｍになるにつれて感度絶対値は低下するものの、磁気収束板の垂直方向の距離変化に対して、感度変化が小さくなることが分かる。これから同様にして、水平面内位置ずれに関しても、感度変化が小さくなることが分かる。中間層の厚みが得られることにより厚み調整が可能となって感度のバラツキが抑制される。【００９２】
図１１は、積分要素法を用いた静磁場３次元解析による、磁気収束板の直径に対するＺ軸の磁気感度の関係を示す図で、垂直方向の磁気感度を示している。ホール素子の水平面・垂直面内位置を固定した状態で、磁気収束板の厚みと半径Ｒと、ホール素子の上面と磁気収束板の底面間距離をパラメータとして計算したものである。【００９３】
ホール素子１１２ａ，１１２ｂの上面から磁気収束板１１５の底面までの距離が、９〜２０μｍになるにつれて感度絶対値は低下するものの、磁気収束板の垂直方向の距離変化に対して、感度変化が小さくなることが分かる。これから同様にして、水平面内位置ずれに関しても、感度変化が小さくなることが分かる。中間層の厚みが得られることにより厚み調整が可能となって感度のバラツキが抑制される。【００９４】
図１２は、積分要素法を用いた静磁場３次元解析による、磁気収束板の直径に対するＸ軸・Ｙ軸の磁気感度／Ｚ軸の磁気感度の比の関係を示す図で、水平方向の磁気感度と垂直方向の磁気感度の比を示している。ホール素子の水平面・垂直面内位置を固定した状態で、磁気収束板の厚みと半径Ｒと、ホール素子の上面と磁気収束板の底面間距離をパラメータとして計算したものである。【００９５】
ホール素子１１２ａ，１１２ｂの上面から磁気収束板１１５の底面までの距離が、９〜２０μｍになるにつれて感度比絶対値は低下し、１に近づくものの、磁気収束板の垂直方向の距離変化に対して、感度変化が小さくなることが分かる。これから同様にして、水平面内位置ずれに関しても、感度変化が小さくなることが分かる。中間層の厚みが得られることにより厚み調整が可能となって、感度や感度比のバラツキが抑制される。【００９６】
仮に、感度比絶対値（Ｘ／Ｚ、或いは、Ｙ／Ｚ）の目安を１以上とした場合において、本数値解析例では、ホール素子上面―磁気収束板底面間距離＝２０μｍ、磁気収束板の直径が２４０μｍ、磁気収束板の厚みが１６μｍで、感度比絶対値が１をクロスする。Ｘ・Ｙ軸とＺ軸間の感度バランスを求めない場合は、例えば、直径２００μｍなどの半径を狭い側に選び、距離を９〜２０μｍから更に外側に範囲を広くとる事も可能である。【００９７】
このように、本発明の磁気センサにおけるホール素子の上面から磁気収束板の底面までの距離を９〜２０μｍとしたので、磁気収束板の平面内位置ずれや垂直方向の距離変化に対して、感度変化が小さくなり感度のバラツキが抑制された磁気センサを実現することができる。
＜ホール素子の磁性体の半径方向に対する位置＞
本発明において、複数のホール素子の感磁面の中心位置と磁気収束板の端部間の距離は、複数のホール素子１１２ａ，１１２ｂの感磁面の中心位置が磁気収束板１１５の中心位置から半径距離の約６０〜約９０％の領域内に位置するような距離である。あるいは、磁性体（円盤状の磁気収束板の幾何学的な）中心から半径距離の約０．６〜約０．９倍の領域内に位置するような距離である。例えば、磁気収束板の半径が１１５μｍの場合には、１１５×０．６〜１１５×０．９＝６９〜１０３．５μｍの領域内にホール素子の感磁面の中心位置が配置されるようにする。つまり、磁気収束板の端部から１１．５〜４６μｍ内側の領域内に感磁面の中心位置を配置する。【００９８】
実際には、半導体基板に設けられたホール素子の位置に対してその上に磁気収束板が最終的に形成されることになるので、複数のホール素子間距離の中心から、ホール素子の感磁面の中心位置を水平方向に８７μｍの距離を離して、そこから２８μｍ離れた位置に磁気収束板の端部を配置するようにするためには、半径が１１５μｍの磁気収束板を形成することになる。【００９９】
例えば、磁気収束板の半径が１３５μｍの場合には、１３５×０．６〜１３５×０．９＝８１〜１２１μｍの領域内にホール素子の感磁面の中心位置が配置されるようにする。つまり、磁気収束板の端部から１４〜５７μｍ内側の領域内に感磁面の中心位置を配置する。【０１００】
図１３は、本発明の磁気センサにおけるホール素子の周辺の磁束分布を示す図である。図中実線で示した曲線は、水平−垂直磁気変換特性を示している。半導体基板２１３の端部でそれぞれピーク値を示し、中心に向かってなだらかな傾斜を有している。この特性図から分かるように、半導体基板の内側になだらかな傾斜が存在し、その傾斜部分にホール素子を配置することにより、磁気収束板の直径変動や水平面内の位置ずれに対して、Ｘ軸・Ｙ軸の感度のバラツキが小さくなり、Ｘ軸・Ｙ軸の感度とＺ軸の感度とのバランスを良好にすることができる。【０１０１】
図９を参照すると、ホール素子（感磁面の中心位置）から磁気収束板の縁が離れていったときの感度変動傾向を示す図である。磁気収束板の半径（サイズ）が増えていき、ホール素子と磁気収束板の縁との距離が離れていくにつれて感度は低下していくものの、感度変化が小さくなっていくのが分かる。以下では、積分要素法に基づく３次元静磁場解析の結果を示す。比透磁率、ホール素子の水平面内位置を固定して計算してある。縦軸は入力磁界強度に対する磁気増幅度を示している。磁場プロファイル中の直線的な領域になるほど磁気増幅度の変化は一様であることが分かる。【０１０２】
また、図１０を参照すると、ホール素子の水平面内位置から磁気収束板の縁位置が遠くに離れるにつれて（半径Ｒが増えていくにつれて）、Ｘ軸とＹ軸の感度が小さくなっていき、磁気収束板の厚みが１５μｍでは、およそ直径２Ｒが２７０μｍ強で、水平方向の磁気的な増幅度が１となることが分かる。磁気収束板の厚みもバリエーションをいくつか考えると、例えば、磁気収束板の厚みが４乃至５μｍ前後も考慮するならば、磁気収束板の直径は２８０μｍ程度が妥当である（半径Ｒでは１４０μｍ相当であり、ホール素子の感磁面の中心位置８７μｍから磁気収束板の端部まで５３μｍの距離だけ離れており、比では８７／１４０＝０．６２となる）。【０１０３】
仮に、２Ｒ＝２００μｍならば、比は８７／１００＝０．８７となる。磁気収束板の出来上がり寸法の公差も加味すると、上限は、０．９位は必要となる。【０１０４】
また、図１１を参照すると、ホール素子の水平面内位置を固定した状態で、磁気収束板の厚みと半径Ｒと、ホール素子の上面と磁気収束板の底面間距離をパラメータとして計算している。【０１０５】
ホール素子の水平面内位置から磁気収束板の縁位置が遠くに離れるにつれて（半径Ｒが増えていくにつれて）、Ｚ軸の感度が小さくなっていき、磁気収束板の厚みが１５μｍでは、およそ直径２Ｒが３００μｍ強で、水平方向の磁気的な増幅度が１となることが分かる。磁気収束板の厚みもバリエーションをいくつか考えると、例えば、磁気収束板の厚み３０μｍも考慮するならば、磁気収束板の直径は３００μｍ以上が妥当である（半径Ｒでは１５０μｍ相当であり、ホール素子の感磁面の中心位置８７μｍから磁気収束板の端部まで６３μｍの距離だけ離れており、比では８７／１５０＝０．５８となる）。【０１０６】
図１２において、水平方向の磁気感度と垂直方向の磁気感度の比を示している。ホール素子の水平面内位置を固定した状態で、磁気収束板の厚みと半径Ｒと、ホール素子の上面と磁気収束板の底面間距離をパラメータとして計算したものである。【０１０７】
ホール素子の水平面内位置から磁気収束板の縁位置が遠くに離れるにつれて（半径Ｒが増えていくにつれて）、Ｘ軸とＹ軸の感度が小さくなっていき、およそ直径２Ｒが２６０μｍ強で、水平方向の磁気的な増幅度と垂直方向の磁気的な増幅度との比が１となることが分かる。磁気収束板の厚みもバリエーションをいくつか考えると、例えば、磁気収束板の厚み４μｍも考慮するならば、磁気収束板の直径は２８０μｍ程度が妥当である（半径Ｒでは１４０μｍ相当であり、ホール素子の感磁面の中心位置８７μｍから磁気収束板の端部まで５３μｍの距離だけ離れており、比では８７／１４０＝０．６２となる）。磁気収束板の出来上がり寸法の公差も加味すると、下限は少なくとも０．６位は必要である。【０１０８】
仮に、ホール素子が（Ｘ，Ｙ）＝（８７，２０）μｍの位置にある場合は、正確には、各感磁面中心の幾何学的な中心からホール素子の感磁面中心迄の距離は、８９．２７μｍとなる。従って、８７から８９．２７に変更し、プロセスによる磁気収束板の変動幅を仮に２〜３μｍ程度とし、半径を１００〜１５０μｍとした場合は、比は以下の表１のようになる。従って、このケースでは、最小０．５８、最大０．９２の範囲であれば良い。【０１０９】
【表１】
0004805344.tif 000002
【０１１０】
図１４は、磁気収束板の半径に対する感度変化量の関係を示す図で、磁気収束板のサイズの変動及び垂直方向の離間距離変動に関する磁気感度変動を示している。相対的な感度変化に置き換えて、磁気収束板のサイズ変化に対してプロットしたものである。ホール素子の水平面内位置を固定した状態で、磁気収束板の水平平面内の位置・垂直方向の位置と厚みと半径Ｒの中心とホール素子上面―磁気収束板底面間距離を決めて、中心半径での感度を基準１として、半径を増減させたときの磁気増幅度の変化をプロットしたものである。基準とした半径を中心として表示した。ホール素子の水平面内位置から磁気収束板の縁位置が遠くに離れるにつれて（半径Ｒが増えていくにつれて）、感度変化が一様になっていくことが分かる。【０１１１】
図１５は、印加磁界と平行な方向に磁気収束板の位置がシフトした量に対する感度変化量の関係を示す図で、水平面内の磁気収束板の位置ずれに関する磁気感度変動を示している。感度変化を相対的な変化に置き換えて、磁気収束板の位置のシフト量に対してプロットしたものである。ホール素子の水平面内位置を固定した状態で、磁気収束板の厚みと半径Ｒと、ホール素子の上面と磁気収束板の底面間距離を固定して、（複数のホール素子の各感磁面中心からなる幾何学的な中心と円形状磁気収束板の半径中心が一致した条件の下で）目標半径をセンタとした時の感度を基準に感度変化を表している。ホール素子との水平面内の位置関係において、磁気収束板の縁位置が遠くに離れるにつれて（半径Ｒが増えていくにつれて）、感度変化が小さくなっていくことが分かる。【０１１２】
図９乃至図１５及び表１を基にして、実用的な範囲を挙げる。例えば、磁気収束板半径Ｒ＝９６〜１００〜１３０〜１５０μｍ、ホール素子―磁気収束板底面間垂直離間距離＝９〜１０〜１１〜１２〜２０μｍ、磁気収束板厚みＴ＝４〜１０〜１６〜３０μｍ位が実際的な範囲である。【０１１３】
その時の各ホール素子の感磁面中心位置と磁気収束板端部間の距離を磁気収束板半径に対する比で表すと、例えば、半径の０．５８〜０．９２の領域内に各ホール素子の感磁面中心があるのが、感度バラツキの低減、或いは、Ｘ軸・Ｙ軸の感度とＺ軸の感度比のバランシングを図る上で望ましい。多少の条件の違いも考慮すると、“半径の０．５５〜０．９５なる領域”が目安となる。【０１１４】
磁気収束板・ホール素子以降の集積回路による信号処理アルゴリズムによっては、ホール素子感磁面でのＸ，Ｙ軸としての換算感度とＺ軸としての換算感度の比を１前後以外にする場合があり、この場合は、上述した“半径の０．５５〜０．９５なる領域”に限定されない。【０１１５】
例えば、ホール素子感磁面での、Ｘ，Ｙ軸としての換算感度とＺ軸としての換算感度の比が２倍程度のケースでは、１例として、磁気収束板厚み１０μｍ前後から１６μｍ前後で、磁気収束板半径が１５５〜１６５〜１７５μｍ程度では、ホール素子感磁面中心が円形磁気収束板端部から内側に凡そ−５乃至−６μｍの位置に配置する。この磁気収束板端部から凡そ−５乃至−６μｍ付近の内側位置は感度変化の小さい極点領域である。【０１１６】
（ホール素子感磁面での、Ｘ，Ｙ軸としての換算感度とＺ軸としての換算感度の比が１倍程度として、）収束板半径とホール素子感磁面（中心）位置の関係０．５５〜０．９５なる領域のケースと較べて、このケースでは、感度変動やクロストーク（他軸間での信号漏れに伴う角度誤差）が小さい事が分かった。【０１１７】
図３０は、磁気収束板厚み１２μｍで、磁気収束板半径が１６５μｍの構成で、感度比変化がゼロとなる極点位置を表す数値解析例を示す図で、図３１は、同じ構成で、感度比変化率ゼロの位置を表す数値解析例を示す図である。【０１１８】
クロストークに関しては、磁気収束板厚み１２μｍで、磁気収束板半径が１１５μｍ、ホール素子―磁気収束板底面間離間距離が１０μｍ、ホール素子感磁面（中心）位置が（Ｘ、Ｙ）＝（８７、２０）μｍの構成では、Ｘ軸Ｚ軸間他軸角度誤差が  数値計算では約１．３度／μｍであるのに対して、磁気収束板厚み１２μｍで、磁気収束板半径が１６５μｍ、ホール素子―磁気収束板底面間離間距離が１０μｍ、ホール素子感磁面（中心）位置が（Ｘ、Ｙ）＝（１６０、２０）μｍの構成では、Ｘ軸Ｚ軸間他軸角度誤差が数値計算では約０．４度／μｍであった。【０１１９】
このように、（ホール素子感磁面での、Ｘ，Ｙ軸としての換算感度とＺ軸としての換算感度の比が２倍程度のケースでは、）感度変動が小さく、クロストークが小さい、有用な領域がある事が分かる。プロセス的には、磁気収束板の位置ズレを±２〜３μｍ程度以内に抑える事で実現される。【０１２０】
磁気収束板半径に対するホール素子感磁面（中心）位置の関係で表すと、上記の構成では、１５０／１５５＝０．９６７７、１６０／１６５＝０．９６９６付近であるが、磁気収束板半径の公差を２〜３μｍ程度として、磁気収束板半径とホール素子感磁面（中心）の関係を以下に示す。ホール素子感磁面位置が  磁気収束板端から中心に向かって水平方向に−５μｍ（半径１６５μｍならば磁気収束板中心からＸ軸方向に沿って１６０μｍの座標位置）で、垂直方向に２０μｍ（磁気収束板中心からＹ軸方向に沿って２０μｍの座標位置）の時は、０．９４９３〜０．９８８３である。或いは、Ｘ座標・Ｙ座標位置から計算される動径方向の長さで表される、磁気収束板中心からホール素子の感磁面（中心）迄の距離を指標とすると、表２のようになり、磁気収束板半径に対する感磁面（中心）位置の関係は、０．９６０８〜０．９９２３となる。したがって、位置関係として、０．９５〜１も有用である事がわかった。【０１２１】
【表２】
0004805344.tif 000003
【０１２２】
０．５５〜０．９５が有用である事を上述したが、本例のように、０．９５〜１も有用であることから、纏めると、０．５５〜１が最も有用な範囲である事が分かる。
＜下地金属層＞
ホール素子が形成される基板と、磁性体の下に形成される下地層とは、熱膨張率が異なるため、応力が発生し、オフセットが発生する原因になっていた。そこで、本発明では、下地金属層の構造を工夫することで、よりオフセットの発生が少ない磁気センサを形成することができる。【０１２３】
図１６は、下地金属層を改良した本発明に係る磁気センサの一実施例を説明するための構成図で、図中符号３１１は半導体回路、３１２は磁気収束板（磁性体合金膜）、３１３は半導体基板、３１４ａ，３１４ｂはホール素子、３１５は保護膜、３１６ａは第１の金属膜、３１６ｂは第２の金属膜を示している。【０１２４】
磁気収束板３１２は、ＮｉＦｅからなり、その膜厚は５〜３０μｍが好ましい。また、金属膜は、第１の金属膜３１６ａと第２の金属膜３１６ｂとからなる２層構造を有し、第１層の第１の金属膜３１６ａは、Ｔｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなり、その膜厚は０．０１〜１μｍが好ましく、０．０５μｍが最適である。また、第２層の第２の金属膜３１６ｂは、ＮｉＦｅからなり、その膜厚は０．１〜３μｍが好ましい。【０１２５】
図１７Ａ，図１７Ｂは、本発明と従来のホール素子の磁気特性（磁場強度に対するホール出力）を比較した図で、図１７Ａは磁性体に歪がある場合のホール素子の磁気特性、図１７Ｂは磁性体に歪のない場合のホール素子の磁気特性を示している。【０１２６】
このことから分かるように、金属膜を２層構造とするとともに、第２の金属膜の膜厚を０．１〜３μｍとしたので、金属膜と磁気収束板との熱膨張率による磁気歪が解消され、磁性体に歪のない場合のホール素子の磁気特性の方がリニアな磁気特性が得られる。【０１２７】
図１８Ａ，図１８Ｂは、本発明に係るＩＣウエハを示す図で、図１８Ａは、ＩＣウエハ、図１８Ｂは、図１８ＡのＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線概略断面図である。図１８ＢにおけるＣ領域が後述する図１９Ａに示す磁気センサチップを示している。【０１２８】
図１９Ａ乃至図１９Ｆは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。【０１２９】
まず、図１９Ａに示すように、ＳｉやＧａＡｓからなる半導体基板３１３中に、この半導体基板３１３の表面と同一の平面になるように互いに所定の距離を隔てて複数のホール素子３１４ａ，３１４ｂを埋め込み形成し、次に、半導体基板３１３上に、ＳｉＯ２やＳｉＮなどでＩＣ配線層３１７を形成して、半導体回路３１１を形成する（磁気センサチップの作製）。さらにその上に、ポリイミドをパターニングすることにより、半導体回路３１１上にポリイミドからなる保護層３１５を形成する（ポリイミドパターニング）。【０１３０】
次に、図１９Ｂに示すように、保護層３１５上に、Ｔｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる膜厚０．０１〜１μｍの第１の金属膜３１６ａをスパッタリング法又は真空蒸着法により形成する（下地層形成）。【０１３１】
次に、図１９Ｃに示すように、第１の金属膜３１６ａ上に、ＮｉＦｅからなる膜厚０．１〜３μｍの第２の金属膜３１６ｂをスパッタリング法又は真空蒸着法により形成する（中間層形成）。【０１３２】
次に、図１９Ｄに示すように、第２の金属膜３１６ｂ上に、ホール素子３１４ａ，３１４ｂ上が開口部３１８ａとなるようなレジストパターンニングによりレジスト３１８を形成する（レジストパターン形成）。【０１３３】
次に、図１９Ｅに示すように、第２の金属膜３１６ｂ上の開口部３１８ａに、膜厚５〜３０μｍの磁気増幅機能を有する磁性体合金膜（磁気収束板）３１２を電解めっきにより形成する（磁性体メッキ処理）。この磁性体合金膜３１２は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金を電解メッキにより作製したもので、パーマロイやスーパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）からなることが好ましく、それにＣｏを添加したものは、磁気ヒステリシスが減少するのでより好ましい。さらには、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ系合金）又はセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金）からなることが好ましい。【０１３４】
次に、図１９Ｆに示すように、レジストパターン３１８を除去する（レジストパターン除去）。その結果、磁性体合金膜３１２が、第２の金属膜３１６ｂ上に残ることになる。【０１３５】
次に、図示しないが、ＮｉＦｅをマスクとしてＣｕエッチングする。この場合、ＮｉＦｅはエッチングされずにＣｕのみ選択エッチングされる。エッチング液は、アルカリ系あるいは酸系のどちらでもよい（Ｃｕエッチング）。また、ＮｉＦｅをマスクとしてＴｉエッチングする。この場合、ＮｉＦｅはエッチングされずにＴｉのみ選択エッチングされる。エッチング液は、アルカリ系あるいは酸系のどちらでもよい（Ｔｉエッチング）。  
最後に、複数の磁気センサチップをダイシングにより単体のチップに分離する（ダイシング）。【０１３６】
図２０は、第２の金属膜の膜厚と磁気歪みとの関係を表に示した図である。この図から明らかなように、第２の金属膜の膜厚を０．０５μｍ及び０．０７μｍにした場合には磁気歪が残っていたが、０．１〜３μｍにした場合には磁気歪は発生しなかった。【０１３７】
このようにして作製された磁気センサは、従来のような、金属膜のＴｉやＷやＴｉＷ合金と磁気収束板のＮｉＦｅとの熱膨張差による磁気歪の発生をなくすため、磁気収束板と接する金属膜を２層構造とし、第２の金属膜の膜厚を０．１〜３μｍとすることで、第１の金属膜と磁性体合金膜との熱膨張差から生じる磁気歪を遮断することができ、極めて安定した磁気センサが実現できる。【０１３８】
図２１は、下地金属層を改良した本発明に係る磁気センサの他の実施例を説明するための構成図で、図中符号４１１は半導体回路、４１２は磁気収束板（磁性体合金膜）、４１３は半導体基板、４１４ａ，４１４ｂはホール素子、４１５は保護膜、４１６ａは第１の金属膜、４１６ｂは第２の金属膜を示している。【０１３９】
本発明の磁気センサは、ホール素子４１４ａ，４１４ｂが形成された半導体回路４１１と磁性体合金膜である磁気収束板４１２とを組み合わせたものである。半導体回路４１１は、半導体基板４１３と、この半導体基板４１３の表面と同一の平面になるように互いに所定の距離を隔てて半導体基板４１３の表面に埋め込まれた複数のホール素子４１４ａ，４１４ｂとから構成されている。【０１４０】
また、保護膜４１５は、ホール素子４１４ａ，４１４ｂの上方に配置されるように半導体回路４１１上に設けられ、この保護膜４１５上には、第１の金属膜４１６ａと、さらにその上に第２の金属膜４１６ｂとが設けられている。また、この第２の金属膜４１６ｂ上には、磁気増幅機能を有する磁気収束板４１２が設けられている。【０１４１】
なお、図２１には示されていないが、実際には半導体回路４１１と保護層４１５の間には、ＩＣ配線層が設けられている（後述する図２２Ａ以降の製造方法を説明する図においては図示してある）。【０１４２】
磁気収束板４１２は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏのうちの２種類以上を含む合金からなり、その熱膨張率が、１０〜１５ｐｐｍ／℃であることが好ましく、特に、その熱膨張率が１２ｐｐｍ／℃であることが最適である。また、この磁気収束板４１２の膜厚は５〜３０μｍが好ましい。【０１４３】
また、金属膜は、第１の金属膜４１６ａと第２の金属膜４１６ｂとからなる２層構造を有し、第１層の第１の金属膜４１６ａは、Ｔｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなっており、その熱膨張率が、４〜１０ｐｐｍ／℃が好ましく、Ｔｉの熱膨張率は８ｐｐｍ／℃、Ｗの熱膨張率は４ｐｐｍ／℃が最適である。この第１層の第１の金属膜４１６ａの膜厚は０．０１〜１μｍが好ましい。【０１４４】
また、第２層の第２の金属膜４１６ｂは、Ｃｕを含んでおり、その熱膨張率が、１５〜２０ｐｐｍ／℃が好ましく、この第２層の第２の金属膜４１６ｂの膜厚は０．１〜２μｍが好ましい。【０１４５】
このような金属膜を２層構造とするとともに、各層の熱膨張率を考慮してあるので、金属膜と磁気収束板との熱膨張率による磁気歪が解消され、磁性体に歪のない場合のホール素子の磁気特性の方がリニアな磁気特性が得られる。【０１４６】
図２２Ａ乃至図２２Ｆは、本発明に係る磁気センサの製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。【０１４７】
まず、図２２Ａに示すように、ＳｉやＧａＡｓからなる半導体基板４１３中に、この半導体基板４１３の表面と同一の平面になるように互いに所定の距離を隔てて複数のホール素子４１４ａ，４１４ｂを埋め込み形成し、次に、半導体基板４１３上に、ＳｉＯ２やＳｉＮなどでＩＣ配線層４１７を形成して、半導体回路４１１を形成する（磁気センサチップの作製）。さらにその上に、ポリイミドをパターニングすることにより、半導体回路４１１上にポリイミドからなる保護層４１５を形成する（ポリイミドパターニング）。なお、この保護層４１５の形成は、場合により省略することが可能である。【０１４８】
次に、図２２Ｂに示すように、保護層４１５上に、Ｔｉ、Ｗ又はＴｉＷ合金からなる膜厚０．０１〜１μｍの第１の金属膜４１６ａをスパッタリング法又は真空蒸着法により形成する（下地層形成）。この第１の金属膜４１６ａの熱膨張率は、上述したように、４〜１０ｐｐｍ／℃が好ましく、Ｔｉの熱膨張率は８ｐｐｍ／℃、Ｗの熱膨張率は４ｐｐｍ／℃が最適である。【０１４９】
次に、図２２Ｃに示すように、第１の金属膜４１６ａ上に、Ｃｕを含む膜厚０．１〜２μｍの第２の金属膜４１６ｂをスパッタリング法又は真空蒸着法により形成する（中間層形成）。この第２の金属膜４１６ｂの熱膨張率は、上述したように、１５〜２０ｐｐｍ／℃が好ましい。【０１５０】
次に、図２２Ｄに示すように、第２の金属膜４１６ｂ上に、ホール素子４１４ａ，４１４ｂ上が開口部４１８ａとなるようなレジストパターンニングによりレジスト４１８を形成する（レジストパターン形成）。【０１５１】
次に、図２２Ｅに示すように、第２の金属膜４１６ｂ上の開口部４１８ａに、膜厚５〜３０μｍの磁気増幅機能を有する磁性体合金膜（磁気収束板）４１２を電解めっきで形成する（磁性体メッキ処理）。この磁性体合金膜４１２は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金を電解メッキにより作製したもので、パーマロイやスーパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）からなることが好ましく、それにＣｏを添加したものは、磁気ヒステリシスが減少するのでより好ましい。さらには、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ系合金）又はセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金）からなることが好ましい。【０１５２】
次に、図２２Ｆに示すように、レジストパターン４１８を除去する（レジストパターン除去）。その結果、磁性体合金膜４１２が、第２の金属膜４１６ｂ上に残ることになる。【０１５３】
次に、図示しないが、ＮｉＦｅをマスクとしてＣｕエッチングする。この場合、ＮｉＦｅはエッチングされずにＣｕのみ選択エッチングされる。エッチング液は、アルカリ系あるいは酸系のどちらでもよい（Ｃｕエッチング）。また、ＮｉＦｅをマスクとしてＴｉエッチングする。この場合、ＮｉＦｅはエッチングされずにＴｉのみ選択エッチングされる。エッチング液は、アルカリ系あるいは酸系のどちらでもよい（Ｔｉエッチング）。【０１５４】
最後に、複数の磁気センサチップをダイシングにより単体のチップに分離する（ダイシング）。【０１５５】
図２３は、磁性体合金膜の熱膨張率により磁気歪みの関係を表に示した図である。この図２３は、ＴｉＷの合金比を１００〜０％（１００％時は純Ｗで、０％時は純Ｔｉ）における熱膨張率係数とホール素子の磁気特性を示している。この図２３により、磁性体合金膜の熱膨張率が１０〜１５ｐｐｍ／℃の場合には、磁気歪みがないことが分かる。【０１５６】
このようにして作製された磁気センサは、金属膜のＴｉやＷやＴｉＷ合金と磁気収束板のＮｉＦｅとの熱膨張差による磁気の歪の発生をなくすため、磁気収束板と接する金属膜を２層構造とし、この金属膜の熱膨張率を調整して磁気収束板との界面の熱膨張率を磁気収束板と一致させることにより、磁気特性の極めて安定した磁気センサを得ることができる。
＜磁性体側面の形状＞
図２４Ａ，図２４Ｂは、本発明に係る磁気センサの他の実施例を説明するための構成図で、図２４Ａは磁気収束板の側面を順テーパー形状にしたもの、図２４Ｂは磁気収束板の側面を逆テーパー形状にしたものである。図中符号５１１は半導体基板、５１２ａ，５１２ｂはホール素子、５１５は磁気収束板を示している。【０１５７】
磁気収束板５１５の底面は、複数のホール素子５１２ａ，５１２ｂの領域を少なくとも部分的に覆うように配置され、この磁気収束板５１５の側面は順テーパー形状あるいは逆テーパー形状を有している。【０１５８】
つまり、図２４Ａに示すように、磁気収束板５１５は、半導体基板５１１の表面と磁気収束板５１５の側面の内側のテーパー角αが鋭角である順テーパー形状である。また、図２４Ｂに示すように、半導体基板５１１の表面と磁気収束板５１５の側面の内側のテーパー角αが鈍角である逆テーパー形状である。この逆テーパー角αは、９０°＜α≦１２０°であることが好ましい。【０１５９】
このように構成することにより、順テーパー形状においては、ホール素子の直近に鋭角的な磁気収束板の側面が配置されるので、その鋭角的な部分に磁束が集中しやすくなり、感度を向上させることができる。一方、逆テーパー形状においては、ホール素子の直近に鈍角的な磁気収束板の端面が配置されるので、ホール素子の近傍での磁気収束板の飽和が起きづらくなり、その結果として、感度の低下を招くことなく線形性の確保が容易になる。【０１６０】
以下、図２４Ａに示した磁気収束板に側面を順テーパー形状にしたものと、図２４Ｂに示した磁気収束板の側面を逆テーパー形状にしたものとを比較しながらその特徴について説明する。【０１６１】
図２５Ａ，図２５Ｂは、磁気収束板に側面を順テーパー形状及びに逆テーパー形状にする方法について説明するための図で、図２５Ａは順テーパー形状の作製方法、図２５Ｂは逆テーパー形状の作製方法を示している。【０１６２】
図２５Ａにおいて、半導体プロセスによって形成されたホール素子上に形成された磁性体５１３上にレジスト５１４を形成し、このレジスト５１４をマスクにして磁気収束板をウエットエッチングしてレジスト５１４を除去する。このようにして、磁性体５１３をウエットエッチングすることにより、磁性体５１３の側面に順テーパー形状が形成される。【０１６３】
しかしながら、この順テーパー形状のものは、図２６Ａに示すように、鋭角的な部分に磁束が集中しやすくなり、磁気増幅機能の点では従来のように側面が垂直面である磁気収束板よりも感度を向上させる点で有利であるが、磁束が集中しすぎると磁気飽和が生じるという問題があり、そのため鋭角度合いによっては線形性が低下するという問題がある。【０１６４】
これに対して、図２５Ｂにおいては、半導体プロセスによって形成されたホール素子上に電解めっきにより磁気収束板を形成し、フォトリソグラフィーの条件を工夫して逆テーパー形状の磁気収束板５１５を作製する。ホール素子上が逆テーパー形状の開口部５１６ａとなるようにフォトリソグラフィーの条件によりレジスト５１６の側面にテーパーを形成し、その後この開口部５１６ａに磁気増幅機能を有する磁気収束板５１５を電解めっきにより形成してレジスト５１６を除去する。このようにして、磁気収束板５１５の側面に逆テーパー形状が形成される。この場合の、半導体基板の表面と磁気収束板の側面の内側のテーパー角αは、９０°＜α≦１２０°であることが好ましい。つまり、この逆テーパー形状のものは、図２６Ｂに示すように、鈍角的にすることにより磁束の集中を緩和して磁気飽和が起きづらくなり、感度の低下を招くことなく線形性の向上を図ることができる。【０１６５】
このように、磁気収束板５１５の側面に順テーパー形状あるいは逆テーパー形状を備えることにより、従来の垂直形状のものよりもそれぞれの特徴を有する。順テーパー形状にすることで、磁束が磁気収束板端部に集中しやすくなり、その結果、感度が向上する。また、その他の効果として、磁気収束板へのパッケージ応力を緩和するために、更にその上にポリイミドによる保護層を形成する場合、順テーパー形状にすることで鋭角部分へのカバレージ不足が改善されるという効果が期待できる。この場合にはセンサの使用レンジで磁気飽和が生じない程度の鋭角度合いが要求される。これに対して、逆テーパー形状とした場合には、磁束の集中を緩和することができるため、線形性が向上するという効果が得られる。このように、使用目的に応じて適宜選択が可能となり、磁気センサの利用形態が大幅に向上する。従来の磁気収束板の側面と半導体基板の表面との角度は略９０°であり、本発明のようなテーパー形状にするといった発想は皆無であった。この点からも本発明による磁気収束板の利用価値の高さが分かる。【０１６６】
以上において、図２５Ａ，図２５Ｂ及び図２６Ａ，図２６Ｂに基づいて、磁気収束板の側面を順テーパー形状にした場合と逆テーパー形状にした場合についてその特徴を説明したが、特に、逆テーパー形状にした場合の直線性についてさらに説明する。【０１６７】
図２７は、テーパー角αの変化に対する非線形性の印加磁場依存性を示す図である。非線形性スペックを０．２％とすると、印加可能な磁場は逆テーパー形状にすることで広がる（レンジ拡大）ことが分かる。【０１６８】
図２８は、印加磁場が６００Ｇの入力時のテーパー角αと非線形性の関係を示す図である。この図２８より、逆テーパー形状にした場合の方が安定した線形性が得られることが分かる。また、図２９は、磁気感度とテーパー角αとの関係を示す図である。この図２９より順テーパーにすることで感度が向上することがわかる。【０１６９】
次に、本発明に係る磁気センサの製造方法（逆テーパー形状）の一実施例について説明する。【０１７０】
まず、ＳｉやＧａＡｓからなる半導体基板５１１中に、この半導体基板５１１の表面と同一の平面になるように互いに所定の距離を隔てて複数のホール素子１２ａ，１２ｂを埋め込み形成する（磁気センサチップの作製）。【０１７１】
次に、複数のホール素子上に電解めっき用の下地金属層をスパッタリング法又は真空蒸着法により形成する（下地金属層の形成）。【０１７２】
次に、図２５Ｂに示すように、下地金属層上に、ホール素子５１２ａ，５１２ｂ上が逆テーパー形状の開口部５１６ａとなるようなレジストパターンニングによりレジスト５１６を形成する（レジストパターン形成）。【０１７３】
次に、下地金属層上の開口部５１６ａに、磁気増幅機能を有する磁気収束板５１５を逆テーパー形状に電解めっきにより磁気収束板５１５の底面がホール素子５１２ａ，５１２ｂの領域を少なくとも部分的に覆うように形成する（磁性体めっき処理）。【０１７４】
この場合、磁気収束板５１５を、半導体基板５１１の表面と磁気収束板５１５の側面の内側のテーパー角αが鈍角である逆テーパー形状になるようにフォトリソグラフィーにより形成する。【０１７５】
この磁気収束板５１５は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金を電解めっきにより作製したもので、パーマロイやスーパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）からなることが好ましく、それにＣｏを添加したものは、磁気ヒステリシスが減少するのでより好ましい。さらには、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ系合金）又はセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金）からなることが好ましい。【０１７６】
次に、レジストパターン５１６を除去する（レジストパターン除去）。その結果、磁気収束板５１５が、下地金属層上に残ることになる。【０１７７】
最後に、複数の磁気センサチップをダイシングにより単体のチップに分離する（ダイシング）。【０１７８】
以上は、逆テーパー形状を作製する場合について説明したが、順テーパー形状を作製する場合にも同様な工程を経て作製することができることは明らかである。【０１７９】
このようにして、磁気収束板の底面が、複数のホール素子の領域を少なくとも部分的に覆うように配置され、この磁気収束板の側面がテーパー形状を有しているので、この磁性体の側面をテーパー形状にして磁性体への磁束の集中度合いを勘案して磁気飽和を考慮しつつ、感度の向上あるいは線形性の向上を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８０】
本発明は、複数のホール素子と磁気増幅機能を有する磁性体とを備えた２次元または３次元方向の磁気を検出できる磁気センサおよびその製造方法に関し、特に、ホール素子と磁気増幅機能を有する磁性体とを組み合わせ、磁性体の下地層と半導体基板との接触面積を考慮して磁気特性の極めて安定した磁気センサ及びその製造方法を提供するので、磁性体の下地層と半導体基板との接触面積を小さくしてオフセット電圧の発生を少なくし、磁気特性の極めて安定した磁気センサが実現できる。また、従来のようなエポキシ接着剤を用いずにポリイミド層を一旦設けて、その後、磁気収束板を形成しているので、エポキシ接着剤によるウエハの反りが加工途中で問題にならなくなるという効果を奏する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図１９Ｅ】
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【図１９Ｆ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【図２２Ｆ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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