具有集成磁通量聚集器的半导体设备及其产生方法技术

本申请公开了具有集成磁通量聚集器的半导体设备及其产生方法。产生包括至少一个集成磁通量聚集器(IMFC)的半导体衬底的方法，包括以下步骤：a)提供具有上表面的半导体衬底；b)在所述上表面中制作至少一个空腔；c)沉积一层或多层的一种或多种材料，包括溅射至少一层软磁材料；d)移除位于所述至少一个空腔外部的基本上所有的软磁材料，同时留下位于所述至少一个空腔内部的至少一部分软磁材料。半导体衬底，包括至少一个集成磁通量聚集器。传感器设备或传感器系统、电流传感器设备或系统、位置传感器设备或系统、接近度传感器设备或系统、集成变压器设备或系统。集成变压器设备或系统。集成变压器设备或系统。

【技术实现步骤摘要】
具有集成磁通量聚集器的半导体设备及其产生方法


[0001]本专利技术总体上涉及具有集成磁通量聚集器(IMFC或IMC)的半导体设备的领域，以及产生此类设备的方法。更具体地说，本专利技术涉及包括至少一个水平霍尔元件和至少一个集成磁通量聚集器的半导体设备的领域，以及产生此类设备的方法。

技术介绍

[0002]本领域已知包括半导体衬底和至少一个水平霍尔元件以及至少一个集成磁通量聚集器(IMFC或IMC)的半导体设备(例如，磁传感器设备)，例如来自大约20年前提交的US2002021124(A1)。此类设备的示例为线性位置传感器设备、角度位置传感器设备、电流传感器设备等。
[0003]众所周知，水平霍尔元件(顶部没有IMC)可用于测量垂直于半导体衬底定向的磁场分量(Bz)，并且垂直霍尔元件和磁阻元件可测量平行于半导体衬底的磁场分量(Bx，By)。
[0004]还已知(从专利文件中)两个水平霍尔元件布置在磁盘周缘的相对侧和附近，可用于测量平行于半导体衬底的磁场分量(Bx或By)。
[0005]多年来，已经开发了多种传感器设备，包括一个或多个水平霍尔元件和一个或多个集成磁通量聚集器(IMFC)，但在这些设备中实现IMFC的方式没有发生太多变化，除了用电镀代替胶带。
[0006]总是存在改进和替代的余地。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例的目的是提供一种产生半导体衬底(例如，半导体晶片或半导体管芯)的方法，该半导体衬底包括至少一个集成磁通量聚集器(缩写为IMFC或IMC)。
[0008]本专利技术实施例的目的也是提供半导体衬底(例如，半导体晶片或半导体管芯)和包括这种半导体衬底的半导体设备，更具体地，磁传感器设备。
[0009]本专利技术实施例的目的是提供一种产生半导体设备的方法，该半导体设备包括至少一个线圈和集成磁芯，或至少一个发射器线圈和至少一个接收器线圈以及集成磁芯。
[0010]本专利技术实施例的目的是提供一种产生半导体设备的方法，该半导体设备包括至少一个水平霍尔元件和至少一个集成磁通量聚集器(IMFC或IMC)。
[0011]本专利技术实施例的目的是提供一种产生包括多个集成磁通量聚集器(IMFC)的半导体设备的方法，该半导体设备当在汽车应用中使用时(例如，在工业或汽车环境中使用时)具有增加的寿命和/或改进的可靠性。
[0012]本专利技术实施例的目的是提供一种产生半导体晶片的方法，该半导体晶片包括多个集成磁通量聚集器(IMFC)，该多个集成磁通量聚集器(在垂直于半导体晶片的方向上)具有的厚度或者总厚度的范围为从1.0μm至10μm，或从1.0μm至100μm，或从1.5μm至100μm，或从2.0μm至100μm，或从5.0μm至100μm，或从10μm至100μm，或从15μm至100μm，或从20μm至100μm，或从25μm至100μm，或从30μm至100μm，或从35μm至100μm，或从40μm至100μm，或从55μm至
100μm，或从50μm到100μm，优选地保持良好的机械特性(例如，分离或脱层的风险较小)和/或保持良好的磁特性(例如，饱和、磁滞)和/或保持良好的可靠性(例如，长寿命)，即使当在工业或汽车环境中使用时。
[0013]本专利技术实施例的目的是提供一种产生包括多个集成磁通量聚集器(IMFC)的半导体晶片的方法，该集成磁通量聚集器(IMFC)与CMOS工艺兼容。
[0014]本专利技术实施例的目的是提供一种产生以下设备中的一个或多个设备的方法：电流传感器设备、集成变压器设备(也称为“微型变压器”设备)、集成接近度传感器设备、集成磁传感器设备、集成角度传感器设备、集成线性传感器设备，可选择地封装在单个管芯中。
[0015]本专利技术实施例的目的是提供一种集成磁传感器设备，该集成磁传感器设备能够以增大的信噪比(SNR)和/或改善的精度和/或更大的信号幅度测量磁场的一个或多个特性，而不必增加功耗，并且提供产生这种集成磁传感器设备的方法。
[0016]本专利技术实施例的目的是提供此类集成磁传感器设备，或此类位置传感器设备，此类集成磁传感器设备或位置传感器设备适合在工业和/或汽车环境中使用。
[0017]本专利技术的特定实施例的目的是提供一种具有改善的信噪比的集成磁传感器设备，具体地对于定向在垂直于半导体衬底的方向定向的Bz组件。
[0018]本专利技术的特定实施例的目的是提供一种集成磁传感器设备，该集成磁传感器设备具有多个集成磁聚集器，该多个集成磁聚集器有至少两个不同高度(在垂直于半导体衬底的方向上测量)。
[0019]本专利技术特定实施例的目的是提供一种集成磁传感器设备，该集成磁传感器设备当在用于工业或汽车应用中时具有减少的分层风险。
[0020]本专利技术的特定实施例的目的是提供一种集成磁传感器设备，该集成磁传感器设备造成设备较少的损耗或较少的加热。
[0021]本专利技术的特定实施例的目的是提供一种集成磁传感器设备，该集成磁传感器设备提供改善的生产成品率。
[0022]这些和其他目标通过本专利技术的实施例实现。
[0023]根据第一方面，本专利技术提供了一种产生包括至少一个集成磁通量聚集器的半导体衬底(例如，半导体晶片或半导体管芯)的方法，该方法包括以下步骤：a)提供具有上表面的半导体衬底；b)在所述上表面中制作至少一个空腔；c)沉积一层或多层的一种或多种材料，包括溅射至少一层软磁材料；d)移除位于所述至少一个空腔外部的基本上所有的软磁材料，同时留下位于所述至少一个空腔内部的至少一部分软磁材料。
[0024]主要优点是，当使用该方法时，软磁材料的“填充率”或“覆盖面积”，或包含IMFC的投影面积相对于总面积(有或没有IMFC)的百分比可以大于例如4％，或大于约7％，或大于约10％，同时保持良好的生产成品率。所指的“上表面”与包括集成半导体组件(例如，优选地至少一个水平霍尔元件)的“有源表面”位于同一侧。图10(d)、图11(d)、图12(d)、图13(d)和图14(d)中示出了通过该方法获得的半导体衬底的示例。
[0025]在实施例中，步骤d)包括：去除位于至少一个空腔外部的基本上所有的软磁材料，同时保留位于所述至少一个空腔内部的至少50％或至少60％或至少70％或至少80％或至少90％或基本上所有的软磁材料。
[0026]在实施例中，步骤a)可包括：提供在其上表面具有牺牲层的半导体衬底(例如，作
为其顶层)，和/或在半导体衬底顶部生长或沉积绝缘层(例如，SiO2或SiNi或SU
‑
8)，该绝缘层随后成为(新的)上表面(或顶层)。
[0027]在实施例中，步骤d)包括：去除牺牲层，从而也去除在所述牺牲层上空腔外部沉积的软磁材料。
[0028]在实施例中，软磁材料可从由以下组成的群组中选择：Fe、Fe合金、Ni、Ni合金、FeNi、FeNi合金、Co、Co合金、金属玻璃、mu金属。
[0029]在实施例中，步骤a)包括：提供具有至少一个水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产生半导体衬底(1000d、1100d、1200d、1300d、1400d)的方法(900)，所述半导体衬底包括至少一个集成磁通量聚集器(1027；1127 1227；1327；1427)，所述方法包括以下步骤：a)提供(901)半导体衬底(1000a；1100a；1200a；1300a；1400a)，所述半导体衬底(1000a；1100a；1200a；1300a；1400a)具有上表面；b)在所述上表面中制作(902)至少一个空腔(1026；1126；1226；1326；1426)；c)沉积(903)一层或多层(1331；1325)的一种或多种材料，包括溅射至少一层软磁材料(1025；1125；1225；1325；1425)；d)去除(904)位于所述至少一个空腔(1026；1126；1226；1326；1426)外部的基本上所有的所述软磁材料，同时留下在所述至少一个空腔内部的至少一部分所述软磁材料。2.如权利要求1所述的方法(900)，其中步骤d)包括通过应用化学机械抛光(CMP)去除(904)位于所述至少一个空腔(1026；1126；1226；1326)外部的基本上所有的所述软磁材料。3.如权利要求1所述的方法(900)，其中步骤d)包括通过应用剥离去除(904)位于所述至少一个空腔(1426)外部的基本上所有的所述软磁材料。4.如权利要求1所述的方法(900)，其中步骤b)包括：在所述上表面上应用(902)光致抗蚀剂层，并且对所述光致抗蚀剂层进行图案化。5.如权利要求1所述的方法(900)，其中步骤b)包括：制作(902)所述至少一个空腔(1026；1126；1226；1326；1426)，以使所述至少一个空腔(1026；1126；1226；1326；1426)在垂直于所述半导体衬底(1000a；1100a；1200a；1300a；1400a)的方向(Z)上具有预定义的第一高度(H1)；并且其中，步骤c)包括：在垂直于所述半导体衬底的方向(Z)上的第二高度(H2)上沉积(903)所述一层或多层；其中，所述第二高度(H2)大于所述第一高度(H1)。6.如权利要求1所述的方法(900)，其中步骤a)包括：提供(901)包括至少一个磁传感器元件和互连堆叠(1323)的半导体衬底(1300a)，所述互连堆叠(1323)包括至少三个或至少四个金属层(M1
‑
M4)；并且其中步骤b)包括：制作(902)所述至少一个空腔(1326)，以使所述至少一个空腔(1326)至少部分地延伸到所述互连堆叠(1326)中。7.如权利要求6所述的方法(900)，其中步骤b)包括：制作(902)所述至少一个空腔(1326)，以使所述至少一个空腔(1326)延伸至所述互连堆叠的所述金属层(M1、M2、M3、M4)之一。8.如权利要求1所述的方法(900)，其中步骤c)包括：沉积(903)聚合物层(1130)或聚酰亚胺，或应力释放层(1331.1)作为所述一层或多层的第一层。9.如权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括：在所述软磁材料层(1325.1)正下方提供(903)Al或AlN或Al2O3或SiO2或Ta2O5或Al基或Si基或Ta基材料的至少一个层(1331.1)；和/或其中步骤c)包括：直接在所述软磁材料层(1325.1)的顶部上提供Al或AlN或Al2O3或SiO2或Ta2O5或Al基或Si基或Ta基材料的至少一个层(1331.2)。10.如权利要求1所述的方法(...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：迈来芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：