半導体装置及びその製造方法
【課題】低保磁力と低い残留磁束密度をもつ軟磁性膜を備え、この軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体基板１に設けられたホール素子２と、このホール素子１上に設けられた軟磁性薄膜６とを備え、軟磁性薄膜６が、少なくともホウ素を含有している。半導体基板１上で、かつホール素子２上に設けられた有機絶縁膜４と、この有機絶縁膜４と軟磁性薄膜６との間に設けられた金属導電層５とを備え、軟磁性薄膜６が、金属導電層５上で少なくとも１個以上のホール素子２の感磁部を覆うように配置されている。
【解決手段】半導体基板１に設けられたホール素子２と、このホール素子１上に設けられた軟磁性薄膜６とを備え、軟磁性薄膜６が、少なくともホウ素を含有している。半導体基板１上で、かつホール素子２上に設けられた有機絶縁膜４と、この有機絶縁膜４と軟磁性薄膜６との間に設けられた金属導電層５とを備え、軟磁性薄膜６が、金属導電層５上で少なくとも１個以上のホール素子２の感磁部を覆うように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、低保磁力と低い残留磁束密度をもつ軟磁性薄膜を備え、この軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及びその製造方法に関し、特に、ホール素子を含んだ磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のホール素子を含んだ磁気センサは、磁気収束のために軟磁性薄膜をホール素子の直上に備えられていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような磁気センサは、ホール素子上に軟磁性薄膜を配置することで、磁気収束効果による高感度化及び磁気収束板の端部から漏れる磁束をホール素子で検知することができ、この軟磁性薄膜は、ＮｉＦｅ合金薄膜を電解めっき法により形成している特徴を有している。
【０００３】
図１は、軟磁性薄膜のヒステリシス曲線を示す図で、磁気収束を行う軟磁性薄膜は、磁性材料であるため、外部磁場に対し、磁性材料の出力する飽磁束密度は、図１に示すようなヒステリシス曲線を示している。また、ヒステリシス量は、図１に示すヒステリシス曲線において、Ｘ軸の交点となる保磁力とＹ軸との交点となる残留磁束密度の大きさで定義できる。しかし、ヒステリシス量は、同じ外部磁場量でも磁場の印加方向や外部磁場の大きさにより変化するため、より高度な磁気センシングを実現するためには、ヒステリシス量を小さくすることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４２７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒステリシス量を小さくするためには、保磁力と残留磁束密度の低減が必要である。従来の技術では、保磁力は３０〜１００Ａ／ｍ、残留磁束密度は０．６〜１．１Ｔであり、磁気センサとしては、０．１〜１．０ｍＴ程度のヒステリシスを持っていた。磁気センサの使用磁場範囲は、数ｍＴから数百ｍＴの幅広い範囲で使用され、特に、数ｍＴの使用磁場範囲では、０．１ｍＴのヒステリシスを持っていても約１０％の誤差となるため、より精度な測定を必要とする用途には適用できないという課題があった。そのため、より高精度な磁気センシングを実現するため更なる保磁力と残留磁束密度の低減行う必要があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低保磁力と低い残留磁束密度をもつ軟磁性膜を備え、この軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、軟磁性薄膜中に含まれる鉄、ニッケル、ホウ素の合計を１００重量％としたときに、鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．２〜０．６重量％、残部がニッケルであり、その厚みが４〜３０μｍである軟磁性薄膜を備え、該軟磁性薄膜で磁気収束することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項１の半導体装置において、前記軟磁性薄膜の保磁力が０．１〜３０Ａ／ｍ、かつ残留磁束密度が０．０５〜０．６Ｔであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明において、請求項１又は２の半導体装置が、ホール素子を含む磁気センサであることを特徴とする。
【００１０】
また、半導体装置の製造方法であって、１個以上のホール素子と半導体回路が設けられた半導体基板上に、絶縁材料を形成し、該絶縁材料の上に金属導電層を形成し、該金属導電層上で１個以上のホール素子の感磁部を覆うような位置に少なくともホウ素を含有した軟磁性薄膜を形成することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記軟磁性性薄膜がホウ素還元剤を配合しためっき液を用いて電解めっきで形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体基板に設けられたホール素子と、このホール素子上に設けられた軟磁性薄膜とを備え、この軟磁性薄膜が、少なくともホウ素を含有しているので、低保磁力と低い残留磁束密度をもつ軟磁性膜を備え、この軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【００１３】
また、軟磁性薄膜中に含まれる鉄、ニッケル、ホウ素の合計を１００重量％としたときに、鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．２乃至０．６重量％、残部がニッケルであり、軟磁性薄膜の厚みが４乃至３０μｍであり、この軟磁性薄膜で磁気収するので、数ｍＴの磁場環境化でも精度よく磁気センシングを行うが可能になり、また、ヒステリシス量が小さくなることで、不平衡電圧の絶対値とそのばらつきを低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】軟磁性薄膜のヒステリシス曲線を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の一実施形態を説明するための構成図である。
【図３】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、半導体回路を形成する工程図である。
【図４】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層を形成する工程図である。
【図５】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層にレジストパターンを形成する工程図である。
【図６】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、軟磁性薄膜を形成する工程図である。
【図７】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、レジストを除去する工程図である。
【図８】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層を除去する工程図である。
【図９】実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と保磁力の関係を示す図である。
【図１０】実施例１及び比較例１におけるホウ素含有量と残留磁束密度の関係を示す図である。
【図１１】実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と（１１１）配向度（結晶方位）の関係を示す図である。
【図１２】実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と結晶子サイズの関係を示す図である。
【図１３】実施例１及び比較例１におけるめっき液へのＴＭＡＢ添加量と軟磁性薄膜中のホウ素含有量の関係を示す図である。
【図１４】実施例２及び比較例２における軟磁性薄膜の膜厚と保磁力の関係を示す図である。
【図１５】実施例２及び比較例２における軟磁性薄膜の膜厚と残留磁束密度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を説明するための構成図で、図中符号１は半導体基板、２はホール素子、３は外部接続端子パッド、４は有機絶縁膜、５は下地導電層（金属導電膜）、６は軟磁性薄膜を示している。
【００１６】
本発明の半導体装置は、従来の磁性材料により磁気収束をしていた半導体装置に対して、ホウ素を所定量含有させた軟磁性薄膜をホール素子上に設けることで、ヒステリシス量の小さい半導体装置が得られたものである。なお、本発明の半導体装置は、ホール素子を備えた磁気センサであることも含まれている。
【００１７】
本発明の半導体装置は、半導体基板１に設けられたホール素子２と、このホール素子１上に設けられた軟磁性薄膜６とを備え、この軟磁性薄膜６が、少なくともホウ素を含有している。また、半導体基板１上で、かつホール素子２上に設けられた有機絶縁膜４と、この有機絶縁膜４と軟磁性薄膜６との間に設けられた金属導電層５とを備え、軟磁性薄膜６が、金属導電層５上で少なくとも１個以上のホール素子２の感磁部を覆うように配置されている。
【００１８】
つまり、本発明の半導体装置の特徴は、半導体基板１にホール素子２を備えており、半導体基板１上に有機絶縁膜４を備え、ホール素子１の直上に下地通電層５と軟磁性薄膜６を設けたものである。
【００１９】
軟磁性薄膜６は、膜中に含まれる鉄、ニッケル、ホウ素の合計を１００重量％としたときに、鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．２〜０．６重量％、残部がニッケルであり、その厚みが４〜３０μｍにコントロールすることで保磁力及び残留磁束密度の低減が可能になる。因みに、その時の軟磁性薄膜における結晶子サイズは５〜１０ｎｍで、ＮｉＦｅ（１１１）の結晶配向度は７０〜１００％である。また、軟磁性薄膜の保磁力は、０．１乃至３０Ａ／ｍで、かつ残留磁束密度は、０．０５乃至０．６Ｔである。
【００２０】
図３乃至図８は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。本発明に係る半導体装置の製造方法は、１個以上のホール素子と半導体回路が設けられた半導体基板上に有機絶縁膜４を形成し、この有機絶縁膜４上に金属導電層５を形成し、この金属導電層５上で、かつ１個以上のホール素子の感磁部を覆うような位置に少なくともホウ素を含有した軟磁性薄膜６を形成するものである。また、軟磁性性薄膜６は、ホウ素還元剤を配合しためっき液を用いて電解めっきで形成するものである。
【００２１】
以下に、本発明に係る半導体装置の製造方法を工程順に沿って説明する。
図３は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、半導体回路を形成する工程図である。まず、図３に示すように、半導体基板１上に磁気センシングを行うホール素子２が少なくとも１個以上配置され、外部電極と電気的な接続を行うため外部接続端子パッド３を開口した状態で、有機絶縁膜４を形成する。半導体基板１としてはシリコンウエハでも、ＧａＡｓ基板のいずれでもよく、ホール素子２はＳｉなどの半導体やＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ，ＧａＡｓなどの化合物半導体などが好ましく、それらの積層構造や不純物をＳｎやＺｎやＳｉなどをドープしたものを用いてもよい。また、外部接続端子パッド３の材料としては、ＡＬ系やＡｕ系の材料が一般的である。また、有機絶縁膜４は、有機材料であるポリイミド、もしくはポリベンゾオキサゾール、ベンゾシクロブテンなどを用いることが望ましい。
【００２２】
図４は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層を形成する工程図である。次に、図４に示すように、有機絶縁膜４上及び外部接続端子パッド３上に下地通電層５を配置する。下地通電層５としては積層膜を用いており、第１層としてＴｉ、ＴｉＷなどのＴｉ系材料を、第２層として、Ｃｕ系材料やＡＬ材料、ＮｉＦｅ系材料を真空蒸着法、スパッタリング法、電解・無電解めっき法により形成する。Ｔｉ系材料は外部接続端子パッド３のＡｌ系材料と下地通電層５のＣｕ系材料の拡散バリヤ層として少なくとも０．１μｍ以上の厚みが望ましい。
【００２３】
また、第２層目の、Ｃｕ系材料やＡＬ材料、ＮｉＦｅ系材料は電気抵抗を下げるため厚い方が好ましく、０．１〜１０μｍが望ましい。また、Ｃｕは（１１１）の結晶方位に配向している。軟磁性薄膜６の結晶方位のミスマッチを減らすためにも（１１１）の結晶方位を持つＣｕを、軟磁性薄膜６を堆積する層として用いた方が良い。
【００２４】
図５は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層にレジストパターンを形成する工程図である。次に、図５に示すように、下地導電層５上に軟磁性薄膜６のパターンを形成するためにレジスト７を形成し、露光、現像を行い、レジスト空隙部７ａを形成する。レジスト材料としては、ポジレジスト、ネガレジストのどちらでも良いが、一般的には、めっき時の耐酸性と剥離性を両立できるナフトキノン・ジアゾ型のポジレジストが望ましい。レジスト７の膜厚は、フトキノン・ジアゾ型のポジレジスト型のレジストを用いることで最大４０μｍの膜厚が成膜可能である。また、レジスト７の膜厚は、軟磁性薄膜６よりも厚いことが必要であるため５〜４０μｍが望ましい。
【００２５】
図６は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、軟磁性薄膜を形成する工程図である。次に、図６に示すように、レジスト開口部７ａにホウ素とニッケルと鉄から成る軟磁性薄膜６を電解めっき法により形成する。軟磁性薄膜６の膜厚は、磁気収束効果を実現するため厚い方が好ましいが、レジスト７より厚く成膜すると軟磁性薄膜６が垂直に成長せず、キノコ状に成長してしまう。そのため軟磁性薄膜６の膜厚は、レジスト７の膜厚より小さいことが望ましく、特に、４〜３０μｍの範囲が好ましい。
【００２６】
電解めっきを行うために、下地導電層５を形成したウエハをカソードとして、アノードとしてニッケルや鉄、白金などの可溶解性、もしくは不溶解性の金属板を用いて、電気を流すことでカソードの被めっき部分に軟磁性薄膜を形成することができる。めっき液としては、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸鉄、ホウ酸、サッカリン、塩化ナトリウムとホウ素系還元剤であるテトラメチルアミンボラン（ＴＭＡＢ）やジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）を用いた。ホウ素はめっき液中にＴＭＡＢやＤＭＡＢを添加することで、軟磁性薄膜中に共析させた。
【００２７】
また、本めっき液を用いて電解めっきを行う場合、めっき膜の析出電位は、めっき液の温度で変化するため、めっき液の温度を熱電対とヒーターやチラーを用いて、加熱冷却する必要がある。めっき液の温度は、電流密度やｐＨなどのめっき条件で大きく変わるが２０〜６０℃の間が好ましい。また、めっき時の陰極電流密度やｐＨも最適化する必要がある。陰極電流密度は、１〜７０ｍＡ／ｃｍ２が好ましく、ｐＨを２．０以下に下げると水素の発生量が多くなり、同じめっき時間でもめっき厚が薄くなるため、ｐＨは２．０以上が好ましい。
【００２８】
図７は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、レジストを除去する工程図である。次に、図７に示すように、レジスト７を除去する。その結果、軟磁性薄膜６が下地通電層５上に残ることになる。
【００２９】
図８は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層を除去する工程図である。最後に、図８に示すように、不要になった下地導電層５を、軟磁性薄膜６をマスクとして、ドライエッチング法、もしくはウエットエッチング法により除去する。その際、磁性材料が同時にエッチングされないようにすることが重要である。
【００３０】
また、電解めっきにより形成した軟磁性薄膜の評価法として、ホウ素の含有量は、誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ）を、ＮｉＦｅの配向度と結晶子のサイズはＸ線回折法を用いて算出した。また、磁気特性測定には、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定を行った。
【００３１】
軟磁性薄膜６中のホウ素量は、誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ）を用いて行った。塩酸（１＋１）と硝酸中に軟磁性薄膜を投入し、ヒーター上で加熱させ、軟磁性膜、下地通電層を溶解させ、ＩＣＰでニッケルと鉄とホウ素の発光強度を測定し、濃度が既知のニッケルと鉄とホウ素の標準試料を溶解させた検量線から各元素の含有量の算出を行った。軟磁性薄膜中の含有量は、ニッケルと鉄とホウ素の合計を１００重量％とした時の各元素の含有量を重量％で表した。
【００３２】
軟磁性薄膜の結晶配向性は、励起線としてＣｕ Ｋα線を用いて、ｏｕｔ ｏｆ ｐｌａｎｅ方向に２θ／ωでのＸ線回折法により測定を行い、結晶子ＮｉＦｅ合金由来の（１１１）と（２００）のピーク強度の積分値を算出し、（１１１）と（２００）のピーク積分値の合計に対し、（１１１）のピーク積分値がどの程度あるかを評価することで（１１１）への配向度（％）を評価した。また、結晶子サイズは、Ｘ線回折から得られたＮｉとＦｅの合金の（１１１）ピークの半価幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式を用いて算出した。
【００３３】
また、磁気特性測定は、軟磁性薄膜を形成した半導体装置チップを試料台にセットし、電磁石により磁場を発生しながら試料を振動した際に発生する磁化曲線を描くことで、保磁力や残留磁束密度を算出した。
【００３４】
以下、本発明の実施形態に基づき各実施例について具体的に説明する。なお、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
［実施例１及び比較例１］
まず、本発明の半導体装置に係る軟磁性薄膜の実施例１及び比較例１について説明する。
半導体基板１としてシリコン基板を用いて、信号処理回路とホール素子を組み合わせたＩＣを形成する。ＩＣの外部接続用端子パッド３は、Ａｌを用いて形成されており、Ａｌパッドを開口してポリイミドを５μｍの厚みで形成する。
【００３６】
その上に下地通電層５としてスパッタリング法でＴｉを１５００Å、Ｃｕを６０００Å形成したものに、２０μｍのポジレストを用いて、ＩＣのチップ単位毎に、円形３００μｍの開口を露光、現像処理で開口した。
【００３７】
レジスト開口を行った半導体基板１をカソードとしてめっき用ホルダにセットし、アノードとして純度が４ＮのＮｉ板を用いて、電解めっきに浸漬し、通電を行うことで電解めっきを行った。電解用めっき液としては、硫酸鉄・７水和物を５ｇ／Ｌに、硫酸ニッケル・６水和物を３５ｇ／Ｌ、塩化ニッケル・６水和物を８５ｇ／Ｌ配合しためっき液に、添加剤としてホウ酸、塩化ナトリウムをそれぞれ２５ｇ／Ｌ、サッカリン酸ナトリウムを１．５ｇ／Ｌを配合して、最後に１Ｎ塩酸を用いてめっき液のｐＨをｐ３．６で調整した薬液を用い、めっき時の陰極電流密度を６ｍＡ／ｃｍ２、液温を３０℃に固定し、実施例１としては、ＴＭＡＢを０．３、２．５、４．０、８．０、１２．０、１５．０ｇ／Ｌ添加して電解めっきを行った。
【００３８】
また、比較例１としてＴＭＡＢを添加しないで、軟磁性薄膜の膜厚が実施例と同様に１３μｍになるようめっき時間を調整し、電解めっきを行った。
【００３９】
次に、ＮＭＰからなる有機溶剤でレジスト除去を行い、ウエットエッチング法でＴｉとＣｕを除去し、本発明の半導体装置を作成した。
【００４０】
作成した半導体装置の軟磁性薄膜を塩酸（１＋１）と硝酸中に溶解させてＩＣＰ測定を行い軟磁性薄膜中のホウ素量を同定した。また、半導体装置に軟磁性薄膜が付いている状態で、Ｘ線回折を行い、結晶方位と結晶サイズ、そして、ＶＳＭにより磁気特性評価を行い、ＴＭＡＢの添加量を変えることで軟磁性薄膜中のホウ素含有量を変化させることによる磁気特性及び結晶構造の影響を実験的に確かめた。
【００４１】
図９は、実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と保磁力の関係を示す図で、図１０は、実施例１及び比較例１におけるホウ素含有量と残留磁束密度の関係を示す図である。
【００４２】
軟磁性薄膜６中にホウ素が多くなるほど、保磁力と残留磁束密度は低下することが分かった。ホウ素が軟磁性薄膜６中に含有しない比較例１では、保磁力が３７Ａ／ｍ、残留磁束密度が０．６７Ｔに対し、軟磁性薄膜６中にホウ素を０．２ｗｔ％含有させることで、保磁力は２２Ａ／ｍ、残留磁束密度は０．３５Ｔまで低下し、ホウ素含有量が０．４ｗｔ％まではホウ素含有量が増えるに従って保磁力、残留磁束密度が低下する。しかし、ホウ素量が０．６２ｗｔ％になると保磁力は１５Ａ／ｍ、残留磁束密度は０．２０Ｔまで若干上昇するが、従来技術よりヒステリシスを低減できることを確認した。これによりヒステリシスを低減させるためには、軟磁性薄膜６中のホウ素量が０．２〜０．６ｗｔ％であることが望ましいことを実験的に確認した。
【００４３】
図１１は、実施例１及び比較例１におけるＸ線回折により軟磁性薄膜中のホウ素含有量と（（１１１）配向度（結晶方位）の関係を示す図で、図１２は、実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と結晶子サイズとの関係を示す図である。
【００４４】
軟磁性薄膜６中にホウ素が取り込まれる量が多いほど、結晶方位が（１１１）方向に配向して、かつ結晶子サイズも小さくなることが分かる。よって、軟磁性薄膜６中のホウ素量が０．２ｗｔ％以上であれば、そのホウ素取り込み量によらず、（１１１）の方向に７０％以上配向して、かつ１０ｎｍ以下の結晶子サイズの軟磁性薄膜６を作成できることを実験的に確認できた。
【００４５】
図１３は、実施例１及び比較例１におけるめっき液へのＴＭＡＢ添加量と軟磁性薄膜中のホウ素含有量との関係を示す図である。軟磁性薄膜６中のホウ素含有量は、めっき液中に加えるホウ素系還元剤であるＴＭＡＢの量に依存する。ＴＭＡＢを２ｇ／Ｌ以上めっき液に添加することで軟磁性薄膜６中に０．２ｗｔ％のホウ素が含有され、ＴＭＡＢの量を増やすことで、膜中のホウ素量は増加する。今回の実験では最大添加量としてＴＭＡＢを１５ｇ／Ｌ添加した場合は軟磁性薄膜６中に０．６２ｗｔ％のホウ素を含有させることができることを確認した。
【００４６】
これにより、ＴＭＡＢをめっき液中に添加して膜中にホウ素を含有させることで、保磁力と残留磁束密度の小さい軟磁性膜をすることができた。
【００４７】
［実施例２及び比較例２］
次に、本発明の半導体装置に係る実施例２及び比較例２について説明する。
磁気センシング用途として用いる場合、磁気飽和を防ぐため、軟磁性薄膜６は厚い方が好ましい。電解めっき工程のみ、ＴＭＡＢの添加量を１２．０ｇ／Ｌに固定し、電流密度は６ｍＡ／ｃｍ２、液温を３０℃に固定して、めっき時間を変えることで膜厚を変化させた実験を実施例２として行った。また、同じように、ＴＭＡＢを添加せずにめっき時間を変えることで膜厚を変化させた比較例２として実験を行った。
【００４８】
図１４は、実施例２及び比較例２における軟磁性薄膜の膜厚と保磁力の関係を示す図で、図１５は、実施例２及び比較例２における軟磁性薄膜の膜厚と残留磁束密度の関係を示す図である。
【００４９】
膜厚を変えると保磁力と飽和磁束密度は大きく変化し、ＴＭＡＢを添加しない場合は保磁力に関しては、１μｍの薄膜では１２０Ａ／ｍで、膜厚が厚くなるほど保磁力は小さくなっていくが、８μｍ以上の厚みで４０Ａ／ｍ程度で飽和するのに対し、ＴＭＡＢを１２．０ｇ／Ｌ添加することで１μｍでも保磁力を４０Ａ／ｍまで低減でき、４μｍ以上の厚みでは２０Ａ／ｍ以下でほぼ一定になることが分かる。また、飽和磁束密度も１μｍの薄膜では０．９Ｔで、膜厚が厚くなれば若干低減するが０．７Ｔ程度までしか下がらない。これに対し、ＴＭＡＢを１２．０ｇ／Ｌ添加することで１μｍでも飽和磁束密度は０．６Ｔであり、ＴＭＡＢを増やすことで０．１Ｔ程度まで低減し、３２μｍの膜厚まで残留磁束密度が変化しないことを確認できた。
【００５０】
これにより、保磁力３０Ａ／ｍ以下、残留磁束密度０．６Ｔ以下を実現するためには軟磁性薄膜６の厚みを４〜３０μｍすることが望ましいことを実験的に確認できた。
【００５１】
［実施例３］
次に、本発明の半導体装置に係る実施例３について説明する。
電解めっきを用いて軟磁性薄膜６を作成する場合、めっき時の電流密度は、その生産性を決める上で重要なファクターである。電流密度を上げることでめっき時間の短縮が可能になり、そのまま生産性の向上に直結する。そこで、実施例３として電流密度を実施例１、２の５倍である３０ｍＡ／ｃｍ２でＴＭＡＢ添加量は１２．０ｇ／Ｌ、膜厚は１３μｍでめっきを行った。ＩＣＰによるホウ素含有量は０．５ｗｔ％で、保磁力は１５Ａ／ｍ、残留磁束密度は０．１２Ｔと電流密度を上げても低いヒステリシスの軟磁性薄膜６を作成できた。そのときの軟磁性薄膜６のＮｉＦｅ（１１１）配向度は９５％、結晶子サイズは８．５ｎｍであった。
【００５２】
［実施例４及び比較例３］
次に、本発明の半導体装置に係る実施例４及び比較例３を説明する。
半導体基板１としてＧａＡｓを用い、ホール素子２としてはＩｎＡｓからなる化合物半導体を用いた。また、外部電極はＴｉとＡｕの積層構造を蒸着法で形成した。ホール素子２の直上にはポリイミドを５μｍの厚みで形成し、その上に下地通電層５としてスパッタリング法でＴｉを１５００Å、Ｃｕを６０００Å形成したものにレジストパターンを形成し、実施例４として、実施例３に記載したＴＭＡＢを１２ｇ／Ｌ配合しためっき液を用い１３μｍの厚みで軟磁性薄膜６を形成した。
【００５３】
また、比較例２としてＴＭＡＢを添加しないめっき液を用いて、１３μｍの厚みで軟磁性薄膜６を形成した。レジスト剥離とエッチング処理を行い作成した素子に、磁場を＋４０ｍＴ→−４０ｍＴ→＋４０ｍＴに変化させながら、３Ｖ印加時のホール起電力のヒステリシス幅を評価した。
【００５４】
実施例４と比較例３のヒステリシス幅を比較した。ヒステリシス幅は、＋４０ｍＴ→−４０ｍＴに磁場を変えた時にホール出力がゼロになる磁場量と、逆に−４０ｍＴ→＋４０ｍＴに磁場を変えた時のホール出力がゼロになるときの磁場量の差で定義した場合、実施例４では、０．０１ｍＴのヒステリシス幅に対し、比較例３では０．１ｍＴと、ＴＭＡＢを加えることでヒステリシス幅が約１／１０に低減することをホール素子として実験的に確認できた。
【００５５】
こうすることによって、数ｍＴの磁場環境化でも精度よく磁気センシングを行うが可能になった。また、ヒステリシス量が小さくなることで、不平衡電圧の絶対値とそのばらつきを低減出来ることが期待できる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 半導体基板
２ ホール素子
３ 外部接続端子パッド
４ 有機絶縁膜
５ 下地導電層（金属導電膜）
６ 軟磁性薄膜
７ レジスト
７ａ レジスト空隙部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、低保磁力と低い残留磁束密度をもつ軟磁性薄膜を備え、この軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及びその製造方法に関し、特に、ホール素子を含んだ磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のホール素子を含んだ磁気センサは、磁気収束のために軟磁性薄膜をホール素子の直上に備えられていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような磁気センサは、ホール素子上に軟磁性薄膜を配置することで、磁気収束効果による高感度化及び磁気収束板の端部から漏れる磁束をホール素子で検知することができ、この軟磁性薄膜は、ＮｉＦｅ合金薄膜を電解めっき法により形成している特徴を有している。
【０００３】
図１は、軟磁性薄膜のヒステリシス曲線を示す図で、磁気収束を行う軟磁性薄膜は、磁性材料であるため、外部磁場に対し、磁性材料の出力する飽磁束密度は、図１に示すようなヒステリシス曲線を示している。また、ヒステリシス量は、図１に示すヒステリシス曲線において、Ｘ軸の交点となる保磁力とＹ軸との交点となる残留磁束密度の大きさで定義できる。しかし、ヒステリシス量は、同じ外部磁場量でも磁場の印加方向や外部磁場の大きさにより変化するため、より高度な磁気センシングを実現するためには、ヒステリシス量を小さくすることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４２７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒステリシス量を小さくするためには、保磁力と残留磁束密度の低減が必要である。従来の技術では、保磁力は３０〜１００Ａ／ｍ、残留磁束密度は０．６〜１．１Ｔであり、磁気センサとしては、０．１〜１．０ｍＴ程度のヒステリシスを持っていた。磁気センサの使用磁場範囲は、数ｍＴから数百ｍＴの幅広い範囲で使用され、特に、数ｍＴの使用磁場範囲では、０．１ｍＴのヒステリシスを持っていても約１０％の誤差となるため、より精度な測定を必要とする用途には適用できないという課題があった。そのため、より高精度な磁気センシングを実現するため更なる保磁力と残留磁束密度の低減行う必要があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低保磁力と低い残留磁束密度をもつ軟磁性膜を備え、この軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、軟磁性薄膜中に含まれる鉄、ニッケル、ホウ素の合計を１００重量％としたときに、鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．２〜０．６重量％、残部がニッケルであり、その厚みが４〜３０μｍである軟磁性薄膜を備え、該軟磁性薄膜で磁気収束することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項１の半導体装置において、前記軟磁性薄膜の保磁力が０．１〜３０Ａ／ｍ、かつ残留磁束密度が０．０５〜０．６Ｔであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明において、請求項１又は２の半導体装置が、ホール素子を含む磁気センサであることを特徴とする。
【００１０】
また、半導体装置の製造方法であって、１個以上のホール素子と半導体回路が設けられた半導体基板上に、絶縁材料を形成し、該絶縁材料の上に金属導電層を形成し、該金属導電層上で１個以上のホール素子の感磁部を覆うような位置に少なくともホウ素を含有した軟磁性薄膜を形成することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記軟磁性性薄膜がホウ素還元剤を配合しためっき液を用いて電解めっきで形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体基板に設けられたホール素子と、このホール素子上に設けられた軟磁性薄膜とを備え、この軟磁性薄膜が、少なくともホウ素を含有しているので、低保磁力と低い残留磁束密度をもつ軟磁性膜を備え、この軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【００１３】
また、軟磁性薄膜中に含まれる鉄、ニッケル、ホウ素の合計を１００重量％としたときに、鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．２乃至０．６重量％、残部がニッケルであり、軟磁性薄膜の厚みが４乃至３０μｍであり、この軟磁性薄膜で磁気収するので、数ｍＴの磁場環境化でも精度よく磁気センシングを行うが可能になり、また、ヒステリシス量が小さくなることで、不平衡電圧の絶対値とそのばらつきを低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】軟磁性薄膜のヒステリシス曲線を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の一実施形態を説明するための構成図である。
【図３】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、半導体回路を形成する工程図である。
【図４】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層を形成する工程図である。
【図５】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層にレジストパターンを形成する工程図である。
【図６】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、軟磁性薄膜を形成する工程図である。
【図７】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、レジストを除去する工程図である。
【図８】図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層を除去する工程図である。
【図９】実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と保磁力の関係を示す図である。
【図１０】実施例１及び比較例１におけるホウ素含有量と残留磁束密度の関係を示す図である。
【図１１】実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と（１１１）配向度（結晶方位）の関係を示す図である。
【図１２】実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と結晶子サイズの関係を示す図である。
【図１３】実施例１及び比較例１におけるめっき液へのＴＭＡＢ添加量と軟磁性薄膜中のホウ素含有量の関係を示す図である。
【図１４】実施例２及び比較例２における軟磁性薄膜の膜厚と保磁力の関係を示す図である。
【図１５】実施例２及び比較例２における軟磁性薄膜の膜厚と残留磁束密度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を説明するための構成図で、図中符号１は半導体基板、２はホール素子、３は外部接続端子パッド、４は有機絶縁膜、５は下地導電層（金属導電膜）、６は軟磁性薄膜を示している。
【００１６】
本発明の半導体装置は、従来の磁性材料により磁気収束をしていた半導体装置に対して、ホウ素を所定量含有させた軟磁性薄膜をホール素子上に設けることで、ヒステリシス量の小さい半導体装置が得られたものである。なお、本発明の半導体装置は、ホール素子を備えた磁気センサであることも含まれている。
【００１７】
本発明の半導体装置は、半導体基板１に設けられたホール素子２と、このホール素子１上に設けられた軟磁性薄膜６とを備え、この軟磁性薄膜６が、少なくともホウ素を含有している。また、半導体基板１上で、かつホール素子２上に設けられた有機絶縁膜４と、この有機絶縁膜４と軟磁性薄膜６との間に設けられた金属導電層５とを備え、軟磁性薄膜６が、金属導電層５上で少なくとも１個以上のホール素子２の感磁部を覆うように配置されている。
【００１８】
つまり、本発明の半導体装置の特徴は、半導体基板１にホール素子２を備えており、半導体基板１上に有機絶縁膜４を備え、ホール素子１の直上に下地通電層５と軟磁性薄膜６を設けたものである。
【００１９】
軟磁性薄膜６は、膜中に含まれる鉄、ニッケル、ホウ素の合計を１００重量％としたときに、鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．２〜０．６重量％、残部がニッケルであり、その厚みが４〜３０μｍにコントロールすることで保磁力及び残留磁束密度の低減が可能になる。因みに、その時の軟磁性薄膜における結晶子サイズは５〜１０ｎｍで、ＮｉＦｅ（１１１）の結晶配向度は７０〜１００％である。また、軟磁性薄膜の保磁力は、０．１乃至３０Ａ／ｍで、かつ残留磁束密度は、０．０５乃至０．６Ｔである。
【００２０】
図３乃至図８は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。本発明に係る半導体装置の製造方法は、１個以上のホール素子と半導体回路が設けられた半導体基板上に有機絶縁膜４を形成し、この有機絶縁膜４上に金属導電層５を形成し、この金属導電層５上で、かつ１個以上のホール素子の感磁部を覆うような位置に少なくともホウ素を含有した軟磁性薄膜６を形成するものである。また、軟磁性性薄膜６は、ホウ素還元剤を配合しためっき液を用いて電解めっきで形成するものである。
【００２１】
以下に、本発明に係る半導体装置の製造方法を工程順に沿って説明する。
図３は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、半導体回路を形成する工程図である。まず、図３に示すように、半導体基板１上に磁気センシングを行うホール素子２が少なくとも１個以上配置され、外部電極と電気的な接続を行うため外部接続端子パッド３を開口した状態で、有機絶縁膜４を形成する。半導体基板１としてはシリコンウエハでも、ＧａＡｓ基板のいずれでもよく、ホール素子２はＳｉなどの半導体やＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ，ＧａＡｓなどの化合物半導体などが好ましく、それらの積層構造や不純物をＳｎやＺｎやＳｉなどをドープしたものを用いてもよい。また、外部接続端子パッド３の材料としては、ＡＬ系やＡｕ系の材料が一般的である。また、有機絶縁膜４は、有機材料であるポリイミド、もしくはポリベンゾオキサゾール、ベンゾシクロブテンなどを用いることが望ましい。
【００２２】
図４は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層を形成する工程図である。次に、図４に示すように、有機絶縁膜４上及び外部接続端子パッド３上に下地通電層５を配置する。下地通電層５としては積層膜を用いており、第１層としてＴｉ、ＴｉＷなどのＴｉ系材料を、第２層として、Ｃｕ系材料やＡＬ材料、ＮｉＦｅ系材料を真空蒸着法、スパッタリング法、電解・無電解めっき法により形成する。Ｔｉ系材料は外部接続端子パッド３のＡｌ系材料と下地通電層５のＣｕ系材料の拡散バリヤ層として少なくとも０．１μｍ以上の厚みが望ましい。
【００２３】
また、第２層目の、Ｃｕ系材料やＡＬ材料、ＮｉＦｅ系材料は電気抵抗を下げるため厚い方が好ましく、０．１〜１０μｍが望ましい。また、Ｃｕは（１１１）の結晶方位に配向している。軟磁性薄膜６の結晶方位のミスマッチを減らすためにも（１１１）の結晶方位を持つＣｕを、軟磁性薄膜６を堆積する層として用いた方が良い。
【００２４】
図５は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層にレジストパターンを形成する工程図である。次に、図５に示すように、下地導電層５上に軟磁性薄膜６のパターンを形成するためにレジスト７を形成し、露光、現像を行い、レジスト空隙部７ａを形成する。レジスト材料としては、ポジレジスト、ネガレジストのどちらでも良いが、一般的には、めっき時の耐酸性と剥離性を両立できるナフトキノン・ジアゾ型のポジレジストが望ましい。レジスト７の膜厚は、フトキノン・ジアゾ型のポジレジスト型のレジストを用いることで最大４０μｍの膜厚が成膜可能である。また、レジスト７の膜厚は、軟磁性薄膜６よりも厚いことが必要であるため５〜４０μｍが望ましい。
【００２５】
図６は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、軟磁性薄膜を形成する工程図である。次に、図６に示すように、レジスト開口部７ａにホウ素とニッケルと鉄から成る軟磁性薄膜６を電解めっき法により形成する。軟磁性薄膜６の膜厚は、磁気収束効果を実現するため厚い方が好ましいが、レジスト７より厚く成膜すると軟磁性薄膜６が垂直に成長せず、キノコ状に成長してしまう。そのため軟磁性薄膜６の膜厚は、レジスト７の膜厚より小さいことが望ましく、特に、４〜３０μｍの範囲が好ましい。
【００２６】
電解めっきを行うために、下地導電層５を形成したウエハをカソードとして、アノードとしてニッケルや鉄、白金などの可溶解性、もしくは不溶解性の金属板を用いて、電気を流すことでカソードの被めっき部分に軟磁性薄膜を形成することができる。めっき液としては、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸鉄、ホウ酸、サッカリン、塩化ナトリウムとホウ素系還元剤であるテトラメチルアミンボラン（ＴＭＡＢ）やジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）を用いた。ホウ素はめっき液中にＴＭＡＢやＤＭＡＢを添加することで、軟磁性薄膜中に共析させた。
【００２７】
また、本めっき液を用いて電解めっきを行う場合、めっき膜の析出電位は、めっき液の温度で変化するため、めっき液の温度を熱電対とヒーターやチラーを用いて、加熱冷却する必要がある。めっき液の温度は、電流密度やｐＨなどのめっき条件で大きく変わるが２０〜６０℃の間が好ましい。また、めっき時の陰極電流密度やｐＨも最適化する必要がある。陰極電流密度は、１〜７０ｍＡ／ｃｍ２が好ましく、ｐＨを２．０以下に下げると水素の発生量が多くなり、同じめっき時間でもめっき厚が薄くなるため、ｐＨは２．０以上が好ましい。
【００２８】
図７は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、レジストを除去する工程図である。次に、図７に示すように、レジスト７を除去する。その結果、軟磁性薄膜６が下地通電層５上に残ることになる。
【００２９】
図８は、図２に示した半導体装置の製造方法を説明するための工程図で、下地導電層を除去する工程図である。最後に、図８に示すように、不要になった下地導電層５を、軟磁性薄膜６をマスクとして、ドライエッチング法、もしくはウエットエッチング法により除去する。その際、磁性材料が同時にエッチングされないようにすることが重要である。
【００３０】
また、電解めっきにより形成した軟磁性薄膜の評価法として、ホウ素の含有量は、誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ）を、ＮｉＦｅの配向度と結晶子のサイズはＸ線回折法を用いて算出した。また、磁気特性測定には、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定を行った。
【００３１】
軟磁性薄膜６中のホウ素量は、誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ）を用いて行った。塩酸（１＋１）と硝酸中に軟磁性薄膜を投入し、ヒーター上で加熱させ、軟磁性膜、下地通電層を溶解させ、ＩＣＰでニッケルと鉄とホウ素の発光強度を測定し、濃度が既知のニッケルと鉄とホウ素の標準試料を溶解させた検量線から各元素の含有量の算出を行った。軟磁性薄膜中の含有量は、ニッケルと鉄とホウ素の合計を１００重量％とした時の各元素の含有量を重量％で表した。
【００３２】
軟磁性薄膜の結晶配向性は、励起線としてＣｕ Ｋα線を用いて、ｏｕｔ ｏｆ ｐｌａｎｅ方向に２θ／ωでのＸ線回折法により測定を行い、結晶子ＮｉＦｅ合金由来の（１１１）と（２００）のピーク強度の積分値を算出し、（１１１）と（２００）のピーク積分値の合計に対し、（１１１）のピーク積分値がどの程度あるかを評価することで（１１１）への配向度（％）を評価した。また、結晶子サイズは、Ｘ線回折から得られたＮｉとＦｅの合金の（１１１）ピークの半価幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式を用いて算出した。
【００３３】
また、磁気特性測定は、軟磁性薄膜を形成した半導体装置チップを試料台にセットし、電磁石により磁場を発生しながら試料を振動した際に発生する磁化曲線を描くことで、保磁力や残留磁束密度を算出した。
【００３４】
以下、本発明の実施形態に基づき各実施例について具体的に説明する。なお、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
［実施例１及び比較例１］
まず、本発明の半導体装置に係る軟磁性薄膜の実施例１及び比較例１について説明する。
半導体基板１としてシリコン基板を用いて、信号処理回路とホール素子を組み合わせたＩＣを形成する。ＩＣの外部接続用端子パッド３は、Ａｌを用いて形成されており、Ａｌパッドを開口してポリイミドを５μｍの厚みで形成する。
【００３６】
その上に下地通電層５としてスパッタリング法でＴｉを１５００Å、Ｃｕを６０００Å形成したものに、２０μｍのポジレストを用いて、ＩＣのチップ単位毎に、円形３００μｍの開口を露光、現像処理で開口した。
【００３７】
レジスト開口を行った半導体基板１をカソードとしてめっき用ホルダにセットし、アノードとして純度が４ＮのＮｉ板を用いて、電解めっきに浸漬し、通電を行うことで電解めっきを行った。電解用めっき液としては、硫酸鉄・７水和物を５ｇ／Ｌに、硫酸ニッケル・６水和物を３５ｇ／Ｌ、塩化ニッケル・６水和物を８５ｇ／Ｌ配合しためっき液に、添加剤としてホウ酸、塩化ナトリウムをそれぞれ２５ｇ／Ｌ、サッカリン酸ナトリウムを１．５ｇ／Ｌを配合して、最後に１Ｎ塩酸を用いてめっき液のｐＨをｐ３．６で調整した薬液を用い、めっき時の陰極電流密度を６ｍＡ／ｃｍ２、液温を３０℃に固定し、実施例１としては、ＴＭＡＢを０．３、２．５、４．０、８．０、１２．０、１５．０ｇ／Ｌ添加して電解めっきを行った。
【００３８】
また、比較例１としてＴＭＡＢを添加しないで、軟磁性薄膜の膜厚が実施例と同様に１３μｍになるようめっき時間を調整し、電解めっきを行った。
【００３９】
次に、ＮＭＰからなる有機溶剤でレジスト除去を行い、ウエットエッチング法でＴｉとＣｕを除去し、本発明の半導体装置を作成した。
【００４０】
作成した半導体装置の軟磁性薄膜を塩酸（１＋１）と硝酸中に溶解させてＩＣＰ測定を行い軟磁性薄膜中のホウ素量を同定した。また、半導体装置に軟磁性薄膜が付いている状態で、Ｘ線回折を行い、結晶方位と結晶サイズ、そして、ＶＳＭにより磁気特性評価を行い、ＴＭＡＢの添加量を変えることで軟磁性薄膜中のホウ素含有量を変化させることによる磁気特性及び結晶構造の影響を実験的に確かめた。
【００４１】
図９は、実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と保磁力の関係を示す図で、図１０は、実施例１及び比較例１におけるホウ素含有量と残留磁束密度の関係を示す図である。
【００４２】
軟磁性薄膜６中にホウ素が多くなるほど、保磁力と残留磁束密度は低下することが分かった。ホウ素が軟磁性薄膜６中に含有しない比較例１では、保磁力が３７Ａ／ｍ、残留磁束密度が０．６７Ｔに対し、軟磁性薄膜６中にホウ素を０．２ｗｔ％含有させることで、保磁力は２２Ａ／ｍ、残留磁束密度は０．３５Ｔまで低下し、ホウ素含有量が０．４ｗｔ％まではホウ素含有量が増えるに従って保磁力、残留磁束密度が低下する。しかし、ホウ素量が０．６２ｗｔ％になると保磁力は１５Ａ／ｍ、残留磁束密度は０．２０Ｔまで若干上昇するが、従来技術よりヒステリシスを低減できることを確認した。これによりヒステリシスを低減させるためには、軟磁性薄膜６中のホウ素量が０．２〜０．６ｗｔ％であることが望ましいことを実験的に確認した。
【００４３】
図１１は、実施例１及び比較例１におけるＸ線回折により軟磁性薄膜中のホウ素含有量と（（１１１）配向度（結晶方位）の関係を示す図で、図１２は、実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のホウ素含有量と結晶子サイズとの関係を示す図である。
【００４４】
軟磁性薄膜６中にホウ素が取り込まれる量が多いほど、結晶方位が（１１１）方向に配向して、かつ結晶子サイズも小さくなることが分かる。よって、軟磁性薄膜６中のホウ素量が０．２ｗｔ％以上であれば、そのホウ素取り込み量によらず、（１１１）の方向に７０％以上配向して、かつ１０ｎｍ以下の結晶子サイズの軟磁性薄膜６を作成できることを実験的に確認できた。
【００４５】
図１３は、実施例１及び比較例１におけるめっき液へのＴＭＡＢ添加量と軟磁性薄膜中のホウ素含有量との関係を示す図である。軟磁性薄膜６中のホウ素含有量は、めっき液中に加えるホウ素系還元剤であるＴＭＡＢの量に依存する。ＴＭＡＢを２ｇ／Ｌ以上めっき液に添加することで軟磁性薄膜６中に０．２ｗｔ％のホウ素が含有され、ＴＭＡＢの量を増やすことで、膜中のホウ素量は増加する。今回の実験では最大添加量としてＴＭＡＢを１５ｇ／Ｌ添加した場合は軟磁性薄膜６中に０．６２ｗｔ％のホウ素を含有させることができることを確認した。
【００４６】
これにより、ＴＭＡＢをめっき液中に添加して膜中にホウ素を含有させることで、保磁力と残留磁束密度の小さい軟磁性膜をすることができた。
【００４７】
［実施例２及び比較例２］
次に、本発明の半導体装置に係る実施例２及び比較例２について説明する。
磁気センシング用途として用いる場合、磁気飽和を防ぐため、軟磁性薄膜６は厚い方が好ましい。電解めっき工程のみ、ＴＭＡＢの添加量を１２．０ｇ／Ｌに固定し、電流密度は６ｍＡ／ｃｍ２、液温を３０℃に固定して、めっき時間を変えることで膜厚を変化させた実験を実施例２として行った。また、同じように、ＴＭＡＢを添加せずにめっき時間を変えることで膜厚を変化させた比較例２として実験を行った。
【００４８】
図１４は、実施例２及び比較例２における軟磁性薄膜の膜厚と保磁力の関係を示す図で、図１５は、実施例２及び比較例２における軟磁性薄膜の膜厚と残留磁束密度の関係を示す図である。
【００４９】
膜厚を変えると保磁力と飽和磁束密度は大きく変化し、ＴＭＡＢを添加しない場合は保磁力に関しては、１μｍの薄膜では１２０Ａ／ｍで、膜厚が厚くなるほど保磁力は小さくなっていくが、８μｍ以上の厚みで４０Ａ／ｍ程度で飽和するのに対し、ＴＭＡＢを１２．０ｇ／Ｌ添加することで１μｍでも保磁力を４０Ａ／ｍまで低減でき、４μｍ以上の厚みでは２０Ａ／ｍ以下でほぼ一定になることが分かる。また、飽和磁束密度も１μｍの薄膜では０．９Ｔで、膜厚が厚くなれば若干低減するが０．７Ｔ程度までしか下がらない。これに対し、ＴＭＡＢを１２．０ｇ／Ｌ添加することで１μｍでも飽和磁束密度は０．６Ｔであり、ＴＭＡＢを増やすことで０．１Ｔ程度まで低減し、３２μｍの膜厚まで残留磁束密度が変化しないことを確認できた。
【００５０】
これにより、保磁力３０Ａ／ｍ以下、残留磁束密度０．６Ｔ以下を実現するためには軟磁性薄膜６の厚みを４〜３０μｍすることが望ましいことを実験的に確認できた。
【００５１】
［実施例３］
次に、本発明の半導体装置に係る実施例３について説明する。
電解めっきを用いて軟磁性薄膜６を作成する場合、めっき時の電流密度は、その生産性を決める上で重要なファクターである。電流密度を上げることでめっき時間の短縮が可能になり、そのまま生産性の向上に直結する。そこで、実施例３として電流密度を実施例１、２の５倍である３０ｍＡ／ｃｍ２でＴＭＡＢ添加量は１２．０ｇ／Ｌ、膜厚は１３μｍでめっきを行った。ＩＣＰによるホウ素含有量は０．５ｗｔ％で、保磁力は１５Ａ／ｍ、残留磁束密度は０．１２Ｔと電流密度を上げても低いヒステリシスの軟磁性薄膜６を作成できた。そのときの軟磁性薄膜６のＮｉＦｅ（１１１）配向度は９５％、結晶子サイズは８．５ｎｍであった。
【００５２】
［実施例４及び比較例３］
次に、本発明の半導体装置に係る実施例４及び比較例３を説明する。
半導体基板１としてＧａＡｓを用い、ホール素子２としてはＩｎＡｓからなる化合物半導体を用いた。また、外部電極はＴｉとＡｕの積層構造を蒸着法で形成した。ホール素子２の直上にはポリイミドを５μｍの厚みで形成し、その上に下地通電層５としてスパッタリング法でＴｉを１５００Å、Ｃｕを６０００Å形成したものにレジストパターンを形成し、実施例４として、実施例３に記載したＴＭＡＢを１２ｇ／Ｌ配合しためっき液を用い１３μｍの厚みで軟磁性薄膜６を形成した。
【００５３】
また、比較例２としてＴＭＡＢを添加しないめっき液を用いて、１３μｍの厚みで軟磁性薄膜６を形成した。レジスト剥離とエッチング処理を行い作成した素子に、磁場を＋４０ｍＴ→−４０ｍＴ→＋４０ｍＴに変化させながら、３Ｖ印加時のホール起電力のヒステリシス幅を評価した。
【００５４】
実施例４と比較例３のヒステリシス幅を比較した。ヒステリシス幅は、＋４０ｍＴ→−４０ｍＴに磁場を変えた時にホール出力がゼロになる磁場量と、逆に−４０ｍＴ→＋４０ｍＴに磁場を変えた時のホール出力がゼロになるときの磁場量の差で定義した場合、実施例４では、０．０１ｍＴのヒステリシス幅に対し、比較例３では０．１ｍＴと、ＴＭＡＢを加えることでヒステリシス幅が約１／１０に低減することをホール素子として実験的に確認できた。
【００５５】
こうすることによって、数ｍＴの磁場環境化でも精度よく磁気センシングを行うが可能になった。また、ヒステリシス量が小さくなることで、不平衡電圧の絶対値とそのばらつきを低減出来ることが期待できる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 半導体基板
２ ホール素子
３ 外部接続端子パッド
４ 有機絶縁膜
５ 下地導電層（金属導電膜）
６ 軟磁性薄膜
７ レジスト
７ａ レジスト空隙部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性薄膜中に含まれる鉄、ニッケル、ホウ素の合計を１００重量％としたときに、鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．２〜０．６重量％、残部がニッケルであり、その厚みが４〜３０μｍである軟磁性薄膜を備え、該軟磁性薄膜で磁気収束することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１の半導体装置において、前記軟磁性薄膜の保磁力が０．１〜３０Ａ／ｍ、かつ残留磁束密度が０．０５〜０．６Ｔであることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２の半導体装置が、ホール素子を含む磁気センサであることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
１個以上のホール素子と半導体回路が設けられた半導体基板上に、絶縁材料を形成し、該絶縁材料の上に金属導電層を形成し、該金属導電層上で１個以上のホール素子の感磁部を覆うような位置に少なくともホウ素を含有した軟磁性薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記軟磁性性薄膜がホウ素還元剤を配合しためっき液を用いて電解めっきで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
軟磁性薄膜中に含まれる鉄、ニッケル、ホウ素の合計を１００重量％としたときに、鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．２〜０．６重量％、残部がニッケルであり、その厚みが４〜３０μｍである軟磁性薄膜を備え、該軟磁性薄膜で磁気収束することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１の半導体装置において、前記軟磁性薄膜の保磁力が０．１〜３０Ａ／ｍ、かつ残留磁束密度が０．０５〜０．６Ｔであることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２の半導体装置が、ホール素子を含む磁気センサであることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
１個以上のホール素子と半導体回路が設けられた半導体基板上に、絶縁材料を形成し、該絶縁材料の上に金属導電層を形成し、該金属導電層上で１個以上のホール素子の感磁部を覆うような位置に少なくともホウ素を含有した軟磁性薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、前記軟磁性性薄膜がホウ素還元剤を配合しためっき液を用いて電解めっきで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１５９９８２（Ｐ２０１０−１５９９８２Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６８２（Ｐ２００９−６８２）
【出願日】平成２１年１月６日（２００９．１．６）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月６日（２００９．１．６）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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