半導体装置及びその製造方法
【課題】低保磁力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、ホール素子１上に設けられた軟磁性薄膜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、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。形成された軟磁性薄膜６の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである。
【解決手段】半導体基板１に設けられたホール素子２と、ホール素子１上に設けられた軟磁性薄膜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、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。形成された軟磁性薄膜６の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである。
【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、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。
【０００４】
本発明に関する先行技術を開示したものとしては、例えば、特許文献２に記載のように、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、この絶縁材料の上に金属導電層を形成し、この金属導電層上で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された半導体装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４２７５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５９９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献２に記載されているように、軟磁性薄膜は、ホウ素系還元剤を配合した電解めっきで形成されていることを特徴としている。しかしながら、この特許文献２で用いられるテトラメチルアミンボラン（ＴＭＡＢ）のようなホウ素系還元剤では、めっき液中のＮｉイオンやＦｅイオンを還元する効果があり、めっき液を調整後数日でＮｉやＦｅイオンが沈殿し、めっきが出来なくなるという課題があった。
【０００７】
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、ホウ素系還元剤を配合しためっき液を安定化させる炭素系添加剤をめっき液に添加し、軟磁性膜中にめっき液を安定化させる添加剤由来の炭素を膜中に配合することで、膜中のホウ素量を増やすことなく低保磁力の軟磁性薄膜を実現させ、かつこの軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及び量産性の高い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】
【０００８】
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、形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである前記軟磁性薄膜を備え、該軟磁性薄膜で磁気収束することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記軟磁性薄膜の保磁力が、０．１〜１５Ａ／ｍであることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ホール素子を含む磁気センサであることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである前記軟磁性薄膜を備え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及び電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を含有した前記軟磁性薄膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記軟磁性薄膜が、ホウ素還元剤と電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝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】
【００１３】
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、少なくともホウ素および電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を更に有することを含有しているので、低保磁力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。
【００１４】
また、形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨこの軟磁性薄膜で磁気収束するので、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】
【００１５】
【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におけるクエン酸三ナトリウム添加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におけるクエン酸三ナトリウム添加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におけるクエン酸三ナトリウム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１２】実施例１及び比較例１におけるクエン酸三ナトリウム添加量と軟磁性薄膜中の炭素含有量の関係を示す図である。
【図１３】特許文献２と実施例１の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１４】実施例１における軟磁性薄膜のＴＯＦ―ＳＩＭＳでのクエン酸存在を同定宇するために実施した分析結果を示す図である。
【図１５】実施例１及び比較例２におけるクエン酸三ナトリウム添加量と保磁力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
軟磁性薄膜６は、形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルであることを特徴とする半導体装置その厚みが４〜４０μｍにコントロールすることで保磁力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１５Ａ／ｍで、かつ残留磁束密度は、０．０５乃至０．６Ｔである。
【００２１】
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。
【００２２】
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などの信号処理の回路が形成された半導体や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、感光性シリコーンなどを用いることが望ましい。
【００２３】
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。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、フェノールノボラック系のポジレジストを用いることで最大５０μｍ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５〜５０μｍが望ましい。
【００２６】
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、レジスト空隙部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、４〜４０μｍの範囲が好ましい。
【００２７】
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などの可溶解性、もしくは白金などの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。
【００２８】
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が好ましい。更に、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以上が好ましく、かつｐＨ７．０以上になるとＴＭＡＢを還元剤とする無電解めっき反応がおこりＮｉとＦｅが沈殿してしまうため、ｐＨは２．０から７．０の間が好ましい。
【００２９】
更に、ＴＭＡＢのようなホウ素還元剤は加水分解によりＯＨ−イオンを放出し、その反応はアルカリ側ではより顕著である。そのためＴＭＡＢが分解することにより更にＴＭＡＢの分解が促進されるため、ＮｉとＦｅが一日程度で無電解反応による沈殿が形成され、めっきが出来なくなってしまう。沈殿反応を防止するためにはＴＭＡＢの加水分解反応を抑制するためにｐＨ緩衝剤を加えるのがより好ましい。ｐＨ緩衝剤としては、ギ酸、シュウ酸やマロン酸やコハク酸、酒石酸、クエン酸などのカルボン酸類や、L-アスコルビン酸、もしくはそれ以外のｐＨ緩衝効果をもつ有機酸であれば例示した物質に限定しない。このときｐＨ緩衝剤を添加すると保磁力とｐＨとの関係が緩衝剤の有無により変化する。更に前記軟磁性薄膜はこの有機系のｐＨ緩衝剤に起因する炭素を含有することになる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、直流磁化測定装置を用いて測定を行った。
【００３３】
軟磁性薄膜６中のホウ素量、炭素量は、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で発光強度を測定し、濃度が既知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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
［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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、ＴＭＡＢを１２ｇ／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、ｐＨ緩衝剤としてクエン酸三ナトリウムを２．５、５．０、１０．０、２０．０、３０．０ｇ／Ｌ添加して電解めっきを行った。
【００３９】
また、比較例１としてクエン酸三ナトリウムを添加しないで、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、直流磁化測定装置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。
【００４２】
図９は、実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のクエン酸三ナトリウム添加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におけるクエン酸三ナトリウム添加量と残留磁束密度の関係を示す図で、図１１は、実施例１及び比較例１におけるクエン酸三ナトリウム添加量と軟磁性薄膜６中のホウ素含有量の関係を示す図で、図１２は、実施例１及び比較例１におけるクエン酸添加量と軟磁性薄膜６中の炭素含有量の関係を示す図である。
【００４３】
図９で示すように同じＴＭＡＢの添加量でも、めっき液中でのクエン酸三ナトリウムの添加量が２．５から２０ｇ／Ｌの間では保磁力は５Ａ／ｍ程度であり、クエン酸三ナトリウムを３０ｇ／Ｌ添加すると保磁力は３０Ａ／ｍに増加することからクエン酸三ナトリウムを２０ｇ／Ｌ以上添加するのは好ましくないと考えられる。また図１０にはクエン酸添加量と軟磁性膜中の残留磁束密度の関係を示す。クエン酸三ナトリウムを２０ｇ／Ｌ以上添加すると残留磁束密度が０．５Ｔ程度まで増加することが分かった。また、図１１では、クエン酸三ナトリウム添加量と軟磁性薄膜６中のホウ素含有量、図１２では、クエン酸三ナトリウムの量添加量と炭素含有量の関係を調査した。比較例１のクエン酸が入っていない系では、ホウ素量が０．５０重量％、炭素量が０．３重量％含有しているのに対し、クエン酸を２．５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌ添加することで、ホウ素の含有量が０．２重量％程度減少するのに対し、炭素量は０．２重量％増加することが確認できた。
【００４４】
図１３は、特許文献２と実施例１の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１３に示しように、特許文献２のホウ素含有量と保磁力の関係を比較すると、特許文献２に比較して少ないホウ素量で低保磁力を実現出来ることが分かり、同じホウ素含有量でもＴＭＡＢ単独よりも保磁力を小さくすることが出来ることを実験的に確認できた。また、特許文献２と同様に、クエン酸三ナトリウムを５．０ｇ/Ｌ添加した軟磁性薄膜の結晶構造を評価したところ、（１１１）配向度（結晶方位）は７３％であり、かつ結晶子サイズは８ｎｍと非常に小さいことを確認した。
【００４５】
更に、クエン酸の存在を確認するため、軟磁性膜中の有機酸をＣ量として同定するため併せて分析により定量された炭素が添加したクエン酸が供給源であることを同定するために、ＴＯＦ―ＳＩＭＳによりフラグメントの分析を行った。その結果を図１４に示す。
【００４６】
図１４は、実施例１における軟磁性薄膜のＴＯＦ―ＳＩＭＳでのクエン酸存在を同定宇するために実施した分析結果を示す図である。クエン酸のフラグメントイオン（Ｃ３Ｈ３Ｏ３）であるｍ／ｚ＝８７とカルボン酸由来であるｍ／ｚ＝４５のピークは検出されており、めっき液中に有機酸以外のカルボン酸源は供給していないことから、軟磁性薄膜中にクエン酸分子の存在を同定することができた。
【００４７】
また、めっき液にクエン酸三ナトリウムを加えることで、めっき液の安定性が向上した。表１に示すように比較例１のＴＭＡＢのみ添加しためっき液ではめっき液作成後２日でめっき液にＦｅの沈殿物と保磁力が５５Ａ／ｍまで大幅に増加したのに対し、実施例１のクエン酸を２．５ｇ／Ｌ、５．０ｇ／Ｌ添加した系では３０日でも保磁力は増加せずめっき可能なことを実験的に確認できた。
【００４８】
表１は、実施例１と比較例１のめっき液作成からの経時日数による保磁力の推移を示す表である。
【００４９】
【表１】
【００５０】
［比較例２］
実施例１の結果から、クエン酸にも保磁力低減効果があることが確認できたため、今度は上記実施例１の製法と基本的に同じであるが、ＴＭＡＢは添加せずにクエン酸のみを添加しためっき液を作成し、めっきを行った。その結果を図１５に示す。
【００５１】
図１５は、実施例１及び比較例２におけるクエン酸三ナトリウム添加量と保磁力の関係を示す図である。実施例１と同じようにクエン酸濃度をふっても保磁力は３０〜５０Ａ／ｍとなり、クエン酸三ナトリウム単独ではＴＭＡＢのような保磁力を下げる効果がないことを確認でききた。クエン酸三ナトリウムは、ＴＭＡＢとクエン酸三ナトリウムを共存させることで保磁力を下げる効果が発現できることを実験的に確認できた。
【００５２】
これらの結果から長期間の使用でも液が崩壊せず量産性に優れ、かつ保磁力を１５Ａ／ｍ以下に下げるためには、ＴＭＡＢのようなホウ素系還元剤とクエン酸三ナトリウムのようなｐＨ緩衝剤を共存させることが非常に重要であることを実験的に確認できた。
【００５３】
［実施例２］
半導体基板としてＧａＡｓを用い、ホール素子としては、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２として、実施例１に記載したＴＭＡＢを１２ｇ／Ｌ、クエン酸三ナトリウムを５．０ｇ／Ｌ配合しためっき液を用い１３μmの厚みで軟磁性膜を形成した。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の厚みで軟磁性膜を形成した。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】
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、０．０１ｍTと非常に小さなヒステリシス幅であることを確認できた。実際に半導体装置においても、軟磁性薄膜６中のホウ素量と炭素量を適切に管理することで、ヒステリシス量の小さい磁気センシングが実現でき、かつ量産性に優れた製造方法を提供出来ることが期待出来る。
【符号の説明】
【００５５】
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、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。
【０００４】
本発明に関する先行技術を開示したものとしては、例えば、特許文献２に記載のように、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、この絶縁材料の上に金属導電層を形成し、この金属導電層上で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された半導体装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４２７５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５９９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献２に記載されているように、軟磁性薄膜は、ホウ素系還元剤を配合した電解めっきで形成されていることを特徴としている。しかしながら、この特許文献２で用いられるテトラメチルアミンボラン（ＴＭＡＢ）のようなホウ素系還元剤では、めっき液中のＮｉイオンやＦｅイオンを還元する効果があり、めっき液を調整後数日でＮｉやＦｅイオンが沈殿し、めっきが出来なくなるという課題があった。
【０００７】
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、ホウ素系還元剤を配合しためっき液を安定化させる炭素系添加剤をめっき液に添加し、軟磁性膜中にめっき液を安定化させる添加剤由来の炭素を膜中に配合することで、膜中のホウ素量を増やすことなく低保磁力の軟磁性薄膜を実現させ、かつこの軟磁性薄膜で磁気収束する半導体装置及び量産性の高い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】
【０００８】
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、形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである前記軟磁性薄膜を備え、該軟磁性薄膜で磁気収束することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記軟磁性薄膜の保磁力が、０．１〜１５Ａ／ｍであることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、ホール素子を含む磁気センサであることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである前記軟磁性薄膜を備え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及び電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を含有した前記軟磁性薄膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記軟磁性薄膜が、ホウ素還元剤と電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝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】
【００１３】
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、少なくともホウ素および電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を更に有することを含有しているので、低保磁力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。
【００１４】
また、形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨこの軟磁性薄膜で磁気収束するので、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】
【００１５】
【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におけるクエン酸三ナトリウム添加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におけるクエン酸三ナトリウム添加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におけるクエン酸三ナトリウム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１２】実施例１及び比較例１におけるクエン酸三ナトリウム添加量と軟磁性薄膜中の炭素含有量の関係を示す図である。
【図１３】特許文献２と実施例１の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１４】実施例１における軟磁性薄膜のＴＯＦ―ＳＩＭＳでのクエン酸存在を同定宇するために実施した分析結果を示す図である。
【図１５】実施例１及び比較例２におけるクエン酸三ナトリウム添加量と保磁力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
軟磁性薄膜６は、形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルであることを特徴とする半導体装置その厚みが４〜４０μｍにコントロールすることで保磁力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１５Ａ／ｍで、かつ残留磁束密度は、０．０５乃至０．６Ｔである。
【００２１】
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。
【００２２】
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などの信号処理の回路が形成された半導体や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、感光性シリコーンなどを用いることが望ましい。
【００２３】
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。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、フェノールノボラック系のポジレジストを用いることで最大５０μｍ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５〜５０μｍが望ましい。
【００２６】
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、レジスト空隙部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、４〜４０μｍの範囲が好ましい。
【００２７】
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などの可溶解性、もしくは白金などの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。
【００２８】
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が好ましい。更に、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以上が好ましく、かつｐＨ７．０以上になるとＴＭＡＢを還元剤とする無電解めっき反応がおこりＮｉとＦｅが沈殿してしまうため、ｐＨは２．０から７．０の間が好ましい。
【００２９】
更に、ＴＭＡＢのようなホウ素還元剤は加水分解によりＯＨ−イオンを放出し、その反応はアルカリ側ではより顕著である。そのためＴＭＡＢが分解することにより更にＴＭＡＢの分解が促進されるため、ＮｉとＦｅが一日程度で無電解反応による沈殿が形成され、めっきが出来なくなってしまう。沈殿反応を防止するためにはＴＭＡＢの加水分解反応を抑制するためにｐＨ緩衝剤を加えるのがより好ましい。ｐＨ緩衝剤としては、ギ酸、シュウ酸やマロン酸やコハク酸、酒石酸、クエン酸などのカルボン酸類や、L-アスコルビン酸、もしくはそれ以外のｐＨ緩衝効果をもつ有機酸であれば例示した物質に限定しない。このときｐＨ緩衝剤を添加すると保磁力とｐＨとの関係が緩衝剤の有無により変化する。更に前記軟磁性薄膜はこの有機系のｐＨ緩衝剤に起因する炭素を含有することになる。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、直流磁化測定装置を用いて測定を行った。
【００３３】
軟磁性薄膜６中のホウ素量、炭素量は、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で発光強度を測定し、濃度が既知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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
［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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、ＴＭＡＢを１２ｇ／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、ｐＨ緩衝剤としてクエン酸三ナトリウムを２．５、５．０、１０．０、２０．０、３０．０ｇ／Ｌ添加して電解めっきを行った。
【００３９】
また、比較例１としてクエン酸三ナトリウムを添加しないで、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、直流磁化測定装置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。
【００４２】
図９は、実施例１及び比較例１における軟磁性薄膜中のクエン酸三ナトリウム添加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におけるクエン酸三ナトリウム添加量と残留磁束密度の関係を示す図で、図１１は、実施例１及び比較例１におけるクエン酸三ナトリウム添加量と軟磁性薄膜６中のホウ素含有量の関係を示す図で、図１２は、実施例１及び比較例１におけるクエン酸添加量と軟磁性薄膜６中の炭素含有量の関係を示す図である。
【００４３】
図９で示すように同じＴＭＡＢの添加量でも、めっき液中でのクエン酸三ナトリウムの添加量が２．５から２０ｇ／Ｌの間では保磁力は５Ａ／ｍ程度であり、クエン酸三ナトリウムを３０ｇ／Ｌ添加すると保磁力は３０Ａ／ｍに増加することからクエン酸三ナトリウムを２０ｇ／Ｌ以上添加するのは好ましくないと考えられる。また図１０にはクエン酸添加量と軟磁性膜中の残留磁束密度の関係を示す。クエン酸三ナトリウムを２０ｇ／Ｌ以上添加すると残留磁束密度が０．５Ｔ程度まで増加することが分かった。また、図１１では、クエン酸三ナトリウム添加量と軟磁性薄膜６中のホウ素含有量、図１２では、クエン酸三ナトリウムの量添加量と炭素含有量の関係を調査した。比較例１のクエン酸が入っていない系では、ホウ素量が０．５０重量％、炭素量が０．３重量％含有しているのに対し、クエン酸を２．５ｇ／Ｌから１０ｇ／Ｌ添加することで、ホウ素の含有量が０．２重量％程度減少するのに対し、炭素量は０．２重量％増加することが確認できた。
【００４４】
図１３は、特許文献２と実施例１の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１３に示しように、特許文献２のホウ素含有量と保磁力の関係を比較すると、特許文献２に比較して少ないホウ素量で低保磁力を実現出来ることが分かり、同じホウ素含有量でもＴＭＡＢ単独よりも保磁力を小さくすることが出来ることを実験的に確認できた。また、特許文献２と同様に、クエン酸三ナトリウムを５．０ｇ/Ｌ添加した軟磁性薄膜の結晶構造を評価したところ、（１１１）配向度（結晶方位）は７３％であり、かつ結晶子サイズは８ｎｍと非常に小さいことを確認した。
【００４５】
更に、クエン酸の存在を確認するため、軟磁性膜中の有機酸をＣ量として同定するため併せて分析により定量された炭素が添加したクエン酸が供給源であることを同定するために、ＴＯＦ―ＳＩＭＳによりフラグメントの分析を行った。その結果を図１４に示す。
【００４６】
図１４は、実施例１における軟磁性薄膜のＴＯＦ―ＳＩＭＳでのクエン酸存在を同定宇するために実施した分析結果を示す図である。クエン酸のフラグメントイオン（Ｃ３Ｈ３Ｏ３）であるｍ／ｚ＝８７とカルボン酸由来であるｍ／ｚ＝４５のピークは検出されており、めっき液中に有機酸以外のカルボン酸源は供給していないことから、軟磁性薄膜中にクエン酸分子の存在を同定することができた。
【００４７】
また、めっき液にクエン酸三ナトリウムを加えることで、めっき液の安定性が向上した。表１に示すように比較例１のＴＭＡＢのみ添加しためっき液ではめっき液作成後２日でめっき液にＦｅの沈殿物と保磁力が５５Ａ／ｍまで大幅に増加したのに対し、実施例１のクエン酸を２．５ｇ／Ｌ、５．０ｇ／Ｌ添加した系では３０日でも保磁力は増加せずめっき可能なことを実験的に確認できた。
【００４８】
表１は、実施例１と比較例１のめっき液作成からの経時日数による保磁力の推移を示す表である。
【００４９】
【表１】
【００５０】
［比較例２］
実施例１の結果から、クエン酸にも保磁力低減効果があることが確認できたため、今度は上記実施例１の製法と基本的に同じであるが、ＴＭＡＢは添加せずにクエン酸のみを添加しためっき液を作成し、めっきを行った。その結果を図１５に示す。
【００５１】
図１５は、実施例１及び比較例２におけるクエン酸三ナトリウム添加量と保磁力の関係を示す図である。実施例１と同じようにクエン酸濃度をふっても保磁力は３０〜５０Ａ／ｍとなり、クエン酸三ナトリウム単独ではＴＭＡＢのような保磁力を下げる効果がないことを確認でききた。クエン酸三ナトリウムは、ＴＭＡＢとクエン酸三ナトリウムを共存させることで保磁力を下げる効果が発現できることを実験的に確認できた。
【００５２】
これらの結果から長期間の使用でも液が崩壊せず量産性に優れ、かつ保磁力を１５Ａ／ｍ以下に下げるためには、ＴＭＡＢのようなホウ素系還元剤とクエン酸三ナトリウムのようなｐＨ緩衝剤を共存させることが非常に重要であることを実験的に確認できた。
【００５３】
［実施例２］
半導体基板としてＧａＡｓを用い、ホール素子としては、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２として、実施例１に記載したＴＭＡＢを１２ｇ／Ｌ、クエン酸三ナトリウムを５．０ｇ／Ｌ配合しためっき液を用い１３μmの厚みで軟磁性膜を形成した。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の厚みで軟磁性膜を形成した。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】
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、０．０１ｍTと非常に小さなヒステリシス幅であることを確認できた。実際に半導体装置においても、軟磁性薄膜６中のホウ素量と炭素量を適切に管理することで、ヒステリシス量の小さい磁気センシングが実現でき、かつ量産性に優れた製造方法を提供出来ることが期待出来る。
【符号の説明】
【００５５】
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】
形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである前記軟磁性薄膜を備え、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】
前記軟磁性薄膜の保磁力が、０．１〜１５Ａ／ｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
ホール素子を含む磁気センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである前記軟磁性薄膜を備え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及び電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を含有した前記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】
前記軟磁性薄膜が、ホウ素還元剤と電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝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請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである前記軟磁性薄膜を備え、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】
前記軟磁性薄膜の保磁力が、０．１〜１５Ａ／ｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
ホール素子を含む磁気センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
形成された軟磁性薄膜の総重量を１００重量％としたときの鉄含有量が１５〜３０重量％、ホウ素含有量が０．１５〜０．３５量％、電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を０．４〜０．８重量％、残部がニッケルである前記軟磁性薄膜を備え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及び電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝剤に起因する炭素を含有した前記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】
前記軟磁性薄膜が、ホウ素還元剤と電解めっき液を安定化するｐＨ緩衝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請求項４に記載の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２０１２−１５１２８５（Ｐ２０１２−１５１２８５Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９４４（Ｐ２０１１−８９４４）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【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２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【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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