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JP2008224438A - Magnetic pressure sensor and its manufacturing method - Google Patents

Magnetic pressure sensor and its manufacturing method Download PDF

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JP2008224438A
JP2008224438A JP2007063631A JP2007063631A JP2008224438A JP 2008224438 A JP2008224438 A JP 2008224438A JP 2007063631 A JP2007063631 A JP 2007063631A JP 2007063631 A JP2007063631 A JP 2007063631A JP 2008224438 A JP2008224438 A JP 2008224438A
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JP
Japan
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insulating layer
layer
substrate
conductive member
pressure sensor
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Withdrawn
Application number
JP2007063631A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Sato
清 佐藤
Shigeaki Yamauchi
茂昭 山内
Takuya Adachi
卓也 足立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic pressure sensor capable of performing reliable measurement of pressure. <P>SOLUTION: This magnetic pressure sensor comprises a glass substrate 11 having a main surface, a GMR (Giant MagnetoResistance) element 16 formed on the main face of the glass substrate 11 via an insulating layer 14, a wiring pattern 15 that is formed on the insulating layer 14 and is electrically connected with the GMR element 16, a silicon substrate 18 that is joined onto the insulating layer 14 so as to form a cavity 20 between it and the glass substrates 11 and has a diaphragm 18a having a hard magnetism layer 19 facing the GMR element 16, an extraction electrode 12 that is formed between the insulating layer 14 and the glass substrate 11 in a region including the joint region in the plan view and extracts the output of the GMR element 16 out of the cavity 20, and a conductive member 13 for electrically connecting the wiring pattern 15 to the extraction electrode 12. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁力を用いて圧力を検知する磁気式圧力センサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a magnetic pressure sensor for detecting pressure using magnetic force and a method for manufacturing the same.

圧力センサとして、静電容量型圧力センサの固定電極の代わりに磁気抵抗効果素子を用い、ダイヤフラム側にハード磁性層を用いて磁石を形成した磁気式圧力センサが開発されている(特許文献1)。この磁気式圧力センサにおいては、2つの基板で形成されたキャビティ内に磁気抵抗効果素子及びハード磁性層が配設されており、ダイヤフラムに圧力が加わるとダイヤフラムが変形し、これによりダイヤフラムに設けられたハード磁性層を用いて形成した磁石と磁気抵抗効果素子との間隔が変わる。この間隔の変化により磁気抵抗効果素子に印加される磁界が変化し、この磁界の変化に基づく磁気抵抗効果素子の磁気抵抗の変化を利用して圧力の変化を検出する。
米国特許第6,507,187号
As a pressure sensor, a magnetic pressure sensor has been developed in which a magnetoresistive element is used instead of a fixed electrode of a capacitive pressure sensor, and a magnet is formed using a hard magnetic layer on the diaphragm side (Patent Document 1). . In this magnetic pressure sensor, a magnetoresistive effect element and a hard magnetic layer are disposed in a cavity formed by two substrates, and when a pressure is applied to the diaphragm, the diaphragm is deformed, thereby being provided in the diaphragm. The distance between the magnet formed using the hard magnetic layer and the magnetoresistive element changes. The change in the interval changes the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element, and the change in pressure is detected using the change in magnetoresistance of the magnetoresistive effect element based on the change in magnetic field.
US Pat. No. 6,507,187

しかしながら、上述した磁気式圧力センサにおいては、キャビティ内に配設されている磁気抵抗効果素子の出力を取り出す際に、通常2つの基板の接合部分に引き出し電極を設ける。この場合、2つの基板の接合部分に引き出し電極が存在するために、キャビティ内の気密性が低下してしまい、圧力測定の信頼性が低下するという問題がある。   However, in the above-described magnetic pressure sensor, when the output of the magnetoresistive effect element disposed in the cavity is taken out, a lead electrode is usually provided at the joint portion of the two substrates. In this case, since the extraction electrode is present at the joint portion between the two substrates, there is a problem that the airtightness in the cavity is lowered and the reliability of pressure measurement is lowered.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い圧力測定を行うことができる磁気式圧力センサを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the magnetic type pressure sensor which can perform a reliable pressure measurement.

本発明の磁気式圧力センサは、主面を有する第1基板と、前記第1基板の主面上に絶縁層を介して形成された磁気抵抗効果素子と、前記絶縁層上に形成されており、前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続された配線パターンと、前記第1基板との間でキャビティを形成するように前記絶縁層上に接合されており、前記磁気抵抗効果素子と対向するようにハード磁性層を有するダイヤフラムを持つ第2基板と、平面視において前記接合の領域を含む領域の前記絶縁層と前記第1基板との間に形成され、前記磁気抵抗効果素子の出力を前記キャビティ外に引き出す引き出し電極と、前記配線パターンと前記引き出し電極とを電気的に接続する導電部材と、を具備することを特徴とする。   The magnetic pressure sensor of the present invention is formed on a first substrate having a main surface, a magnetoresistive effect element formed on the main surface of the first substrate via an insulating layer, and the insulating layer. The wiring pattern electrically connected to the magnetoresistive effect element is joined to the insulating layer so as to form a cavity between the first substrate and the wiring pattern so as to face the magnetoresistive effect element. Formed between the second substrate having a diaphragm having a hard magnetic layer and the insulating layer in the region including the junction region in plan view, and the output of the magnetoresistive element in the cavity It is characterized by comprising a lead-out electrode led out and a conductive member for electrically connecting the wiring pattern and the lead-out electrode.

この構成によれば、絶縁層と第2基板との間の接合領域を用いることなしに磁気抵抗効果素子の出力をキャビティ外に引き出しているので、キャビティ内の気密性を確保することができ、これにより圧力測定の信頼性を高めることができる。   According to this configuration, since the output of the magnetoresistive effect element is drawn out of the cavity without using the junction region between the insulating layer and the second substrate, airtightness in the cavity can be ensured, Thereby, the reliability of pressure measurement can be improved.

本発明の磁気式圧力センサにおいては、前記引き出し電極は、配線層と、前記配線層を挟持する一対のバリア層と、により構成されており、前記導電部材と前記配線層とが電気的に接続されていることが好ましい。   In the magnetic pressure sensor according to the present invention, the extraction electrode includes a wiring layer and a pair of barrier layers that sandwich the wiring layer, and the conductive member and the wiring layer are electrically connected to each other. It is preferable that

本発明の磁気式圧力センサにおいては、前記引き出し電極は、前記キャビティ外で導電部材により電極パッドと電気的に接続されていることが好ましい。   In the magnetic pressure sensor of the present invention, it is preferable that the extraction electrode is electrically connected to the electrode pad by a conductive member outside the cavity.

本発明の磁気式圧力センサの製造方法は、第1基板の主面上に引き出し電極を形成する工程と、前記引き出し電極上に柱状の導電部材を立設する工程と、前記導電部材を埋め込むように前記第1基板上に絶縁層を形成し、前記絶縁層を平坦化して前記導電部材を露出させる工程と、前記絶縁層上に磁気抵抗効果素子を形成する工程と、前記導電部材及び前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続するように前記絶縁層上に配線パターンを形成する工程と、第2基板にハード磁性層を有するダイヤフラムを形成する工程と、前記磁気抵抗効果素子と前記ハード磁性層とが対向するように前記第2基板を前記絶縁層に接合する工程と、を具備することを特徴とする。   The method of manufacturing a magnetic pressure sensor according to the present invention includes a step of forming an extraction electrode on a main surface of a first substrate, a step of standing a columnar conductive member on the extraction electrode, and embedding the conductive member. Forming an insulating layer on the first substrate, planarizing the insulating layer to expose the conductive member, forming a magnetoresistive element on the insulating layer, the conductive member, and the magnetic layer Forming a wiring pattern on the insulating layer so as to be electrically connected to the resistance effect element; forming a diaphragm having a hard magnetic layer on the second substrate; and the magnetoresistance effect element and the hard magnetic layer Bonding the second substrate to the insulating layer so as to face each other.

この方法によれば、キャビティ内の気密性を確保することができ、これにより圧力測定の信頼性を高めた磁気式圧力センサを得ることができる。また、この方法によれば、絶縁層を平坦化した後に磁気抵抗効果素子を形成しているので、磁気抵抗効果素子とハード磁性層との間の間隔を正確に確保することができ、圧力測定の信頼性を高めることができる。   According to this method, the airtightness in the cavity can be ensured, whereby a magnetic pressure sensor with improved pressure measurement reliability can be obtained. Further, according to this method, since the magnetoresistive effect element is formed after the insulating layer is flattened, the distance between the magnetoresistive effect element and the hard magnetic layer can be accurately ensured, and pressure measurement is performed. Can improve the reliability.

本発明の磁気式圧力センサによれば、主面を有する第1基板と、前記第1基板の主面上に絶縁層を介して形成された磁気抵抗効果素子と、前記絶縁層上に形成されており、前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続された配線パターンと、前記第1基板との間でキャビティを形成するように前記絶縁層上に接合されており、前記磁気抵抗効果素子と対向するようにハード磁性層を有するダイヤフラムを持つ第2基板と、平面視において前記接合の領域を含む領域の前記絶縁層と前記第1基板との間に形成され、前記磁気抵抗効果素子の出力を前記キャビティ外に引き出す引き出し電極と、前記配線パターンと前記引き出し電極とを電気的に接続する導電部材と、を具備するので、磁気抵抗効果素子及びハード磁性層が配設されるキャビティ内の気密性を高く保つことができ、信頼性を高く維持した状態で圧力測定を行うことができる。   According to the magnetic pressure sensor of the present invention, a first substrate having a main surface, a magnetoresistive effect element formed on the main surface of the first substrate via an insulating layer, and formed on the insulating layer. And is bonded to the insulating layer so as to form a cavity between the wiring pattern electrically connected to the magnetoresistive effect element and the first substrate, and is opposed to the magnetoresistive effect element. Formed between the second substrate having a diaphragm having a hard magnetic layer and the insulating layer in the region including the junction region in plan view and the output of the magnetoresistive element. Since the lead-out electrode led out of the cavity and a conductive member that electrically connects the wiring pattern and the lead-out electrode are provided, the air in the cavity where the magnetoresistive effect element and the hard magnetic layer are disposed is provided. Can be kept high sex, it is possible to perform pressure measurements while maintaining a high reliability.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る磁気式圧力センサの断面図である。また、図2は、本発明の実施の形態に係る磁気式圧力センサの平面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic pressure sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the magnetic pressure sensor according to the embodiment of the present invention.

図1に示す磁気式圧力センサ1は、ベース基板であるガラス基板11を有する。ベース基板としては、ガラス基板以外にアルミナ基板、シリコン基板、LTCC基板(低温焼成セラミック基板)、HTCC基板(高温焼成セラミック基板などを挙げることができる。ガラス基板11の一方の主面上には、後述する磁気抵抗効果素子の出力をキャビティ20外に引き出す引き出し電極12が形成されている。この引き出し電極12は、後述する第2基板であるシリコン基板18との間の接合領域Aに対応するガラス基板11上の領域にわたって形成される。なお、この引き出し電極12は、キャビティ20内に配置された磁気抵抗効果素子の出力をキャビティ20外に引き出す機能を果たすので、少なくとも接合領域Aに対応するガラス基板11上の領域に形成されていれば良い。   A magnetic pressure sensor 1 shown in FIG. 1 has a glass substrate 11 as a base substrate. Examples of the base substrate include an alumina substrate, a silicon substrate, an LTCC substrate (low temperature fired ceramic substrate), an HTCC substrate (high temperature fired ceramic substrate), etc. On one main surface of the glass substrate 11, A lead electrode 12 is formed to draw out the output of a magnetoresistive effect element, which will be described later, out of the cavity 20. This lead electrode 12 is a glass corresponding to a bonding region A between the silicon substrate 18 as a second substrate to be described later. The lead electrode 12 is formed over a region on the substrate 11. The lead electrode 12 functions to pull out the output of the magnetoresistive effect element disposed in the cavity 20 to the outside of the cavity 20, and therefore, glass corresponding to at least the junction region A. It may be formed in the region on the substrate 11.

ガラス基板11及び引き出し電極12上には、絶縁層14が形成されている。したがって、引き出し電極12は、絶縁層14とガラス基板12との間に形成される。絶縁層14を構成する材料としては、アルミナ、シリコン酸化物などを挙げることができる。絶縁層14上のキャビティ20内の領域には、磁気抵抗効果素子としてGMR(Giant MagnetoResistance)素子16及びそのGMR素子16と電気的に接続する配線パターン15が形成されている。したがって、GMR素子16は、キャビティ20内のキャビティ20内の領域においてガラス基板11上に絶縁層14を介して形成されている。また、絶縁層14上のキャビティ20外の領域には、ボンディングパッドである電極パッド17が形成されている。   An insulating layer 14 is formed on the glass substrate 11 and the extraction electrode 12. Therefore, the extraction electrode 12 is formed between the insulating layer 14 and the glass substrate 12. Examples of the material constituting the insulating layer 14 include alumina and silicon oxide. In a region in the cavity 20 on the insulating layer 14, a GMR (Giant MagnetoResistance) element 16 as a magnetoresistive effect element and a wiring pattern 15 electrically connected to the GMR element 16 are formed. Therefore, the GMR element 16 is formed on the glass substrate 11 via the insulating layer 14 in a region within the cavity 20 within the cavity 20. An electrode pad 17 that is a bonding pad is formed in a region outside the cavity 20 on the insulating layer 14.

キャビティ20内における絶縁層14内には、配線パターン15と引き出し電極12とを電気的に接続する導電部材13が埋め込まれるように形成されており、キャビティ20外における絶縁層14内には、電極パッド17と引き出し電極12とを電気的に接続する導電部材13が埋め込まれるように形成されている。このように、キャビティ20内においてGMR素子16と配線パターン15とが電気的に接続されており、配線パターン15と導電部材13とが電気的に接続されており、導電部材13と接合領域Aを跨ぐ引き出し電極12とが絶縁層14内で電気的に接続されており、キャビティ20外において導電部材13と引き出し電極12とが電気的に接続されており、導電部材13と電極パッド17とが電気的に接続されているので、GMR素子16は、シリコン基板18との間の接合領域Aでシリコン基板18と接触しないように、配線パターン15、絶縁層14内に埋め込まれた導電部材13及び引き出し電極12によりキャビティ20外の電極パッド17と電気的に接続されている。導電部材13については、図2に示すように、平面視において配線パターン15と引き出し電極12とがオーバーラップしている領域で絶縁層14を貫通する導電部材13により鉛直方向に沿って両者が電気的に接続されており、電極パッド17と引き出し電極12とがオーバーラップしている領域で絶縁層14を貫通する導電部材13により鉛直方向に沿って両者が電気的に接続されている。なお、導電部材13を構成する材料としては、シリコン、Cu,Ni,Auなどの金属を挙げることができる。なお、導電部材13を構成する材料をAuにすることにより、電極パッド17を設けずに、絶縁層14で露出した導電部材13をボンディングパッドとすることができ、Au線のワイヤボンディングを導電部材13上に直接行うことができる。なお、図2において参照符号21は固定抵抗を示す。   A conductive member 13 that electrically connects the wiring pattern 15 and the lead electrode 12 is embedded in the insulating layer 14 in the cavity 20, and an electrode is formed in the insulating layer 14 outside the cavity 20. The conductive member 13 that electrically connects the pad 17 and the extraction electrode 12 is embedded. Thus, the GMR element 16 and the wiring pattern 15 are electrically connected in the cavity 20, the wiring pattern 15 and the conductive member 13 are electrically connected, and the conductive member 13 and the bonding region A are connected to each other. The extending lead electrode 12 is electrically connected in the insulating layer 14, the conductive member 13 and the lead electrode 12 are electrically connected outside the cavity 20, and the conductive member 13 and the electrode pad 17 are electrically connected. Therefore, the GMR element 16 is connected to the wiring pattern 15, the conductive member 13 embedded in the insulating layer 14, and the lead-out so that the GMR element 16 does not come into contact with the silicon substrate 18 in the junction region A with the silicon substrate 18. The electrode 12 is electrically connected to the electrode pad 17 outside the cavity 20. As shown in FIG. 2, the conductive member 13 is electrically connected along the vertical direction by the conductive member 13 penetrating the insulating layer 14 in a region where the wiring pattern 15 and the extraction electrode 12 overlap in a plan view. They are electrically connected along the vertical direction by a conductive member 13 that penetrates the insulating layer 14 in a region where the electrode pad 17 and the extraction electrode 12 overlap. Examples of the material constituting the conductive member 13 include metals such as silicon, Cu, Ni, and Au. In addition, by using Au as the material constituting the conductive member 13, the conductive member 13 exposed in the insulating layer 14 can be used as a bonding pad without providing the electrode pad 17, and wire bonding of Au wire can be performed with the conductive member. 13 can be done directly. In FIG. 2, reference numeral 21 indicates a fixed resistor.

図1におけるX部の引き出し電極12は、例えば、図3に示す構成を有することが好ましい。すなわち、引き出し電極12は、配線層122と、配線層122を挟持する一対のバリア層121,123とにより構成されており、導電部材13と配線層122とが電気的に接続されていることが好ましい。配線層122を構成する材料としては、Cu,Auなどを挙げることができ、バリア層121,123を構成する材料としては、Cr,Tiなどを挙げることができる。例えば、配線層122及びバリア層121,123の組み合わせとしては、Cr/Cu/Cr,Ti/Cu/Ti,Ti/Au/Ti,Cr/Au/Auなどを挙げることができる。   The lead electrode 12 in the X part in FIG. 1 preferably has, for example, the configuration shown in FIG. That is, the lead electrode 12 is configured by a wiring layer 122 and a pair of barrier layers 121 and 123 that sandwich the wiring layer 122, and the conductive member 13 and the wiring layer 122 are electrically connected. preferable. Examples of the material constituting the wiring layer 122 include Cu and Au, and examples of the material constituting the barrier layers 121 and 123 include Cr and Ti. For example, examples of combinations of the wiring layer 122 and the barrier layers 121 and 123 include Cr / Cu / Cr, Ti / Cu / Ti, Ti / Au / Ti, and Cr / Au / Au.

絶縁層14上には、ガラス基板11との間でキャビティ20を形成するようにシリコン基板18が接合されている。絶縁層14とシリコン基板18との間の接合においては、GMR素子16の耐熱温度を考慮して、加熱温度を約300以下で行うことが好ましい。また、絶縁層14とシリコン基板18との間の接合領域AにSiO2などで構成される層を形成し、表面を活性化することにより、比較的低温の接合処理で絶縁層14とシリコン基板18との間の接合強度を向上させることができる。 A silicon substrate 18 is bonded on the insulating layer 14 so as to form a cavity 20 with the glass substrate 11. In the bonding between the insulating layer 14 and the silicon substrate 18, it is preferable that the heating temperature is about 300 or less in consideration of the heat resistant temperature of the GMR element 16. Further, by forming a layer made of SiO 2 or the like in the bonding region A between the insulating layer 14 and the silicon substrate 18 and activating the surface, the insulating layer 14 and the silicon substrate can be bonded at a relatively low temperature. The joint strength between the two can be improved.

シリコン基板18は、GMR素子16と対向する位置に磁石であるハード磁性層19を有するダイヤフラム18aを持つ。ハード磁性層19を構成する材料としては、CoPt合金、CoCrPt合金などを挙げることができる。このように絶縁層14とシリコン基板18とが接合されることにより、絶縁層14とシリコン基板18との間にキャビティ20が形成され、このキャビティ20内に互いに対向してGMR素子16及びハード磁性層19が配置される。これにより、GMR素子16に磁界が印加できるようになっている。   The silicon substrate 18 has a diaphragm 18 a having a hard magnetic layer 19 that is a magnet at a position facing the GMR element 16. Examples of the material constituting the hard magnetic layer 19 include a CoPt alloy and a CoCrPt alloy. Thus, the insulating layer 14 and the silicon substrate 18 are joined to form a cavity 20 between the insulating layer 14 and the silicon substrate 18. The GMR element 16 and the hard magnetic material 16 are opposed to each other in the cavity 20. Layer 19 is disposed. Thereby, a magnetic field can be applied to the GMR element 16.

GMR素子16は、図4に示すように、絶縁層14上に下から順に、IrMnやPtMnなどで形成された反強磁性層161、NiFeやCoFeなどの強磁性材料で形成された固定磁性層162、Cuなどで形成された非磁性材料層163及びNiFeやCoFeなどの強磁性材料で形成されたフリー磁性層164の積層構造を有する。図4に示す形態においては、反強磁性層161の下に結晶配向を整えるためにNiFeCrあるいはCrで形成されたシード層165が設けられているが、シード層165は必須ではない。   As shown in FIG. 4, the GMR element 16 includes an antiferromagnetic layer 161 made of IrMn, PtMn, or the like, and a pinned magnetic layer made of a ferromagnetic material, such as NiFe or CoFe, on the insulating layer 14 in order from the bottom. 162, a non-magnetic material layer 163 made of Cu or the like and a free magnetic layer 164 made of a ferromagnetic material such as NiFe or CoFe. In the form shown in FIG. 4, a seed layer 165 made of NiFeCr or Cr is provided under the antiferromagnetic layer 161 to adjust the crystal orientation, but the seed layer 165 is not essential.

また、フリー磁性層164の上には、Taなどで形成された保護層166が形成されている。GMR素子16では、反強磁性層161と固定磁性層162とが接して形成されているため、磁場中で熱処理を施すことにより反強磁性層161と固定磁性層162との間の界面に交換結合磁界(Hex)が生じ、固定磁性層162の磁化方向162aは一方向に固定される。図4では、磁化方向162aは図示X1方向に固定される。   A protective layer 166 made of Ta or the like is formed on the free magnetic layer 164. In the GMR element 16, since the antiferromagnetic layer 161 and the pinned magnetic layer 162 are formed in contact with each other, the interface between the antiferromagnetic layer 161 and the pinned magnetic layer 162 is exchanged by performing a heat treatment in a magnetic field. A coupling magnetic field (Hex) is generated, and the magnetization direction 162a of the pinned magnetic layer 162 is pinned in one direction. In FIG. 4, the magnetization direction 162a is fixed in the X1 direction shown.

一方、フリー磁性層164の磁化方向164aは、例えば、図4の形態では、固定磁性層162の磁化方向162aと反平行に揃えられている。すなわち、磁化方向164aは図示X2方向に向けられる。フリー磁性層164は、固定磁性層162のように磁化固定されておらず外部磁場により磁化方向は変動する。   On the other hand, the magnetization direction 164a of the free magnetic layer 164 is aligned antiparallel to the magnetization direction 162a of the pinned magnetic layer 162, for example, in the form of FIG. That is, the magnetization direction 164a is oriented in the X2 direction shown in the drawing. The free magnetic layer 164 is not magnetization fixed like the pinned magnetic layer 162, and its magnetization direction varies with an external magnetic field.

ハード磁性層19から発せられる外部磁場のうち、磁気抵抗効果素子を構成する各層の膜面と平行な方向に向く水平磁場Hが図4に示すように図示X1方向に作用すると、フリー磁性層164の磁化方向164aが変動し、固定磁性層162の磁化方向162aとフリー磁性層164の磁化方向164aの関係で電気抵抗が変化する。これはスピンバルブ型の巨大磁気抵抗(Giant MagnetoResistance)効果と呼ばれ、巨大磁気抵抗効果を発現させるには、上記のような反強磁性層161、固定磁性層162、非磁性材料層163及びフリー磁性層164の4層基本構造が必要となる。また、磁気抵抗効果素子として、GMR素子16でなく、トンネル磁気抵抗効果を有するトンネル磁気抵抗(Tunnel MagnetoResistance : TMR)素子を用いても良い。TMR素子の場合には、非磁性材料層163がトンネル障壁の材料である酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどの非磁性絶縁材料に置き換えられる。   When a horizontal magnetic field H directed in a direction parallel to the film surface of each layer constituting the magnetoresistive effect element in the external magnetic field generated from the hard magnetic layer 19 acts in the X1 direction shown in FIG. 4, the free magnetic layer 164 The magnetization direction 164a of the magnetic layer 162 fluctuates, and the electrical resistance changes depending on the relationship between the magnetization direction 162a of the pinned magnetic layer 162 and the magnetization direction 164a of the free magnetic layer 164. This is called a spin valve type Giant MagnetoResistance effect. In order to develop the giant magnetoresistive effect, the antiferromagnetic layer 161, the fixed magnetic layer 162, the nonmagnetic material layer 163 and the free magnetic layer as described above are used. A four-layer basic structure of the magnetic layer 164 is required. Further, as the magnetoresistive effect element, a tunnel magnetoresistive (TMR) element having a tunnel magnetoresistive effect may be used instead of the GMR element 16. In the case of the TMR element, the nonmagnetic material layer 163 is replaced with a nonmagnetic insulating material such as aluminum oxide or magnesium oxide which is a material of the tunnel barrier.

また、図2に示すように、上述のGMR素子16は2つ並べて形成されており、GMR素子16の固定磁性層162の磁化方向は、2つのGMR素子と同じ方向になっている。また、図2に示すように、GMR素子16は、固定抵抗21を介して配線パターンで接続されており、いわゆるブリッジ回路を構成している。この場合、例えば、導電部材13aの一方をGNDとし、導電部材13a−13a間に電源電圧を印加し、導電部材13b−13b間の出力電圧を磁気式圧力センサの出力とすることができる。   As shown in FIG. 2, the two GMR elements 16 described above are formed side by side, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 162 of the GMR element 16 is the same as that of the two GMR elements. Further, as shown in FIG. 2, the GMR elements 16 are connected by a wiring pattern via a fixed resistor 21 to form a so-called bridge circuit. In this case, for example, one of the conductive members 13a can be GND, a power supply voltage can be applied between the conductive members 13a-13a, and the output voltage between the conductive members 13b-13b can be used as the output of the magnetic pressure sensor.

このような構成を有する磁気式圧力センサにおいては、ハード磁性層19によりGMR素子16に磁界が印加されている。ダイヤフラム18aに圧力が加わると、ダイヤフラム18aが圧力に応じて可動する。これにより、ダイヤフラム18aが変位して、ハード磁性層19とGMR素子16との間隔が変わる。このとき、GMR素子16に印加される磁界が変化する。したがって、この磁界の変化に基づくGMR素子16の磁気抵抗の変化をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。   In the magnetic pressure sensor having such a configuration, a magnetic field is applied to the GMR element 16 by the hard magnetic layer 19. When pressure is applied to the diaphragm 18a, the diaphragm 18a moves according to the pressure. Thereby, the diaphragm 18a is displaced, and the distance between the hard magnetic layer 19 and the GMR element 16 is changed. At this time, the magnetic field applied to the GMR element 16 changes. Therefore, the change in magnetic resistance of the GMR element 16 based on the change in the magnetic field can be used as a parameter, and the change can be used as a pressure change.

この磁気式圧力センサにおいては、絶縁層14とシリコン基板18との間の接合領域Aを用いることなしにGMR素子16の出力をキャビティ20外に引き出しているので、キャビティ20内の気密性を確保することができ、これにより圧力測定の信頼性を高めることができる。   In this magnetic pressure sensor, since the output of the GMR element 16 is drawn out of the cavity 20 without using the junction region A between the insulating layer 14 and the silicon substrate 18, airtightness in the cavity 20 is ensured. This can increase the reliability of pressure measurement.

次に、本実施の形態の磁気式圧力センサの製造方法について説明する。図5(a)〜(c)及び図6(a)〜(e)は、本発明の実施の形態に係る磁気式圧力センサの製造方法を説明するための図である。   Next, a method for manufacturing the magnetic pressure sensor of the present embodiment will be described. FIGS. 5A to 5C and FIGS. 6A to 6E are views for explaining a method for manufacturing a magnetic pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

本発明の磁気式圧力センサにおいては、ガラス基板11の主面上に引き出し電極12を形成し、引き出し電極12上に柱状の導電部材13を立設し、導電部材13を埋め込むようにガラス基板上に絶縁層14を形成し、絶縁層14を平坦化して導電部材13を露出させ、絶縁層14上にGMR素子16を形成し、導電部材13及びGMR素子16と電気的に接続するように絶縁層14上に配線パターン15を形成し、シリコン基板18にハード磁性層19を有するダイヤフラム18aを形成し、GMR素子16とハード磁性層19とが対向するようにシリコン基板18を絶縁層14に接合する。   In the magnetic pressure sensor of the present invention, a lead electrode 12 is formed on the main surface of the glass substrate 11, a columnar conductive member 13 is erected on the lead electrode 12, and the conductive member 13 is embedded on the glass substrate. An insulating layer 14 is formed on the insulating layer 14, the insulating layer 14 is planarized to expose the conductive member 13, a GMR element 16 is formed on the insulating layer 14, and the conductive member 13 and the GMR element 16 are electrically connected. A wiring pattern 15 is formed on the layer 14, a diaphragm 18a having a hard magnetic layer 19 is formed on the silicon substrate 18, and the silicon substrate 18 is bonded to the insulating layer 14 so that the GMR element 16 and the hard magnetic layer 19 face each other. To do.

図5(a)に示すように、ガラス基板11の一方の主面の接合領域を含む領域に引き出し電極12を形成する。引き出し電極12は、ガラス基板11に電極材料をスパッタリング法などにより被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことにより形成する。次いで、平面視において、引き出し電極12と配線パターン15及び電極パッド17とがオーバーラップする引き出し電極12の領域に導電部材13を立設する。導電部材13は、メッキなどの方法により形成する。次いで、図5(b)に示すように、導電部材13を埋め込むように、ガラス基板11上に絶縁層14を形成する。絶縁層14は、スパッタリングなどの方法により形成する。次いで、図5(c)に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により絶縁層14を平坦化処理して、導電部材13を露出させる。これにより配線パターン15や導電パッド17のコンタクト部が形成される。このように絶縁層14を平坦化処理することにより、GMR素子16とハード磁性層19との間の間隔を正確に確保することができ、圧力測定の信頼性を高めることができる。   As shown in FIG. 5A, the extraction electrode 12 is formed in a region including the bonding region of one main surface of the glass substrate 11. The extraction electrode 12 is formed by depositing an electrode material on the glass substrate 11 by sputtering or the like, and performing photolithography and etching. Next, in plan view, the conductive member 13 is erected in the region of the extraction electrode 12 where the extraction electrode 12 overlaps the wiring pattern 15 and the electrode pad 17. The conductive member 13 is formed by a method such as plating. Next, as illustrated in FIG. 5B, an insulating layer 14 is formed on the glass substrate 11 so as to embed the conductive member 13. The insulating layer 14 is formed by a method such as sputtering. Next, as shown in FIG. 5C, the insulating layer 14 is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to expose the conductive member 13. As a result, contact portions of the wiring pattern 15 and the conductive pads 17 are formed. By flattening the insulating layer 14 in this way, the interval between the GMR element 16 and the hard magnetic layer 19 can be ensured accurately, and the reliability of pressure measurement can be improved.

ここで、図5(c)に示す構造を作製する際の詳細な工程について説明する。まず、図6(a)に示すように、ガラス基板11上にバリア層121、配線層122及びバリア層123を積層する。この積層膜は、それぞれの層を構成する材料をスパッタリングすることにより形成する。次いで、図6(b)に示すように、配線層122と導電部材13とを接触させるように、上層のバリア層123に開口部123aを形成して配線層122を露出させる。この場合、開口部123aは、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことにより形成する。   Here, a detailed process for manufacturing the structure shown in FIG. 5C will be described. First, as illustrated in FIG. 6A, a barrier layer 121, a wiring layer 122, and a barrier layer 123 are stacked on the glass substrate 11. This laminated film is formed by sputtering the material constituting each layer. Next, as shown in FIG. 6B, an opening 123 a is formed in the upper barrier layer 123 to expose the wiring layer 122 so that the wiring layer 122 and the conductive member 13 are brought into contact with each other. In this case, the opening 123a is formed by performing photolithography and etching.

次いで、図6(c)に示すように、引き出し電極12を形成したガラス基板11上にメッキレジスト層22を形成し、フォトリソグラフィにより配線層122が露出された領域を含む領域に開口部22aを形成する。次いで、図6(d)に示すように、レジスト層22をマスクとして配線層122上にメッキにより導電部材13を形成する。その後、レジスト層22を除去した後に、図6(e)に示すように、導電部材13を埋め込むように、ガラス基板11上に絶縁層14を形成する。次いで、CMPにより絶縁層14を平坦化処理して導電部材13を露出させる。   Next, as shown in FIG. 6C, a plating resist layer 22 is formed on the glass substrate 11 on which the extraction electrode 12 is formed, and an opening 22a is formed in a region including the region where the wiring layer 122 is exposed by photolithography. Form. Next, as shown in FIG. 6D, the conductive member 13 is formed on the wiring layer 122 by plating using the resist layer 22 as a mask. Thereafter, after removing the resist layer 22, as shown in FIG. 6E, the insulating layer 14 is formed on the glass substrate 11 so as to embed the conductive member 13. Next, the insulating layer 14 is planarized by CMP to expose the conductive member 13.

次いで、キャビティ形成領域の絶縁層14にGMR素子16を形成する。GMR素子16は、例えばスパッタリング、リフトオフにより形成する。次いで、キャビティ形成領域の絶縁層14にGMR素子16と電気的に接続するように配線パターン15を形成する。配線15は、絶縁層14に配線材料をスパッタリング法などにより被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことにより形成する。次いで、キャビティ外の絶縁層14に、導電部材13と電気的に接続するように電極パッド17を形成する。電極パッド17は、絶縁層14上に電極材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことにより形成する。   Next, the GMR element 16 is formed on the insulating layer 14 in the cavity forming region. The GMR element 16 is formed by sputtering or lift-off, for example. Next, a wiring pattern 15 is formed on the insulating layer 14 in the cavity forming region so as to be electrically connected to the GMR element 16. The wiring 15 is formed by depositing a wiring material on the insulating layer 14 by sputtering or the like, and performing photolithography and etching. Next, an electrode pad 17 is formed on the insulating layer 14 outside the cavity so as to be electrically connected to the conductive member 13. The electrode pad 17 is formed by depositing an electrode material on the insulating layer 14 and performing photolithography and etching.

次いで、シリコン基板18のダイヤフラム用の凹部の底面上にハード磁性層で形成した磁石(ハード磁性層)19を形成する。ハード磁性層19は、シリコン基板18上にハード磁性材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことにより形成する。その後、シリコン基板18を研磨して、数十μm程度の所定の厚さのダイヤフラム18aを形成する。   Next, a magnet (hard magnetic layer) 19 made of a hard magnetic layer is formed on the bottom surface of the diaphragm concave portion of the silicon substrate 18. The hard magnetic layer 19 is formed by depositing a hard magnetic material on the silicon substrate 18 and performing photolithography and etching. Thereafter, the silicon substrate 18 is polished to form a diaphragm 18a having a predetermined thickness of about several tens of μm.

次いで、ハード磁性層19がGMR素子16と所定の間隔をおいて位置するようにして、絶縁層14側にシリコン基板18を載置して絶縁層14上にシリコン基板18を接合する。このようにして図1に示す構成の磁気式圧力センサが作製される。   Next, the silicon substrate 18 is placed on the insulating layer 14 side and the silicon substrate 18 is bonded onto the insulating layer 14 so that the hard magnetic layer 19 is positioned at a predetermined distance from the GMR element 16. In this way, the magnetic pressure sensor having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured.

このようにして得られた磁気式圧力センサおいては、キャビティ内の気密性を確保することができ、これにより圧力測定の信頼性を高めることができる。また、上記のような方法によれば、絶縁層14を平坦化した後にGMR素子16を形成しているので、GMR素子16とハード磁性層19との間の間隔を正確に確保することができ、圧力測定の信頼性を高めることができる。   In the magnetic pressure sensor thus obtained, the airtightness in the cavity can be ensured, thereby improving the reliability of pressure measurement. Further, according to the above method, since the GMR element 16 is formed after the insulating layer 14 is flattened, the interval between the GMR element 16 and the hard magnetic layer 19 can be accurately ensured. , Can improve the reliability of pressure measurement.

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態で説明した素子構造、寸法、材質については特に制限はない。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. For example, the element structure, dimensions, and materials described in the above embodiment are not particularly limited. Further, the process described in the above embodiment is not limited to this, and the process may be performed by changing the order as appropriate. Other modifications may be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

本発明の実施の形態に係る磁気式圧力センサを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetic type pressure sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る磁気式圧力センサを示す平面図である。It is a top view which shows the magnetic type pressure sensor which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す磁気式圧力センサのX部を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the X section of the magnetic type pressure sensor shown in FIG. GMR素子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a GMR element. (a)〜(c)は、本発明の実施の形態に係る磁気式圧力センサの製造方法を説明するための図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating the manufacturing method of the magnetic-type pressure sensor which concerns on embodiment of this invention. (a)〜(e)は、本発明の実施の形態に係る磁気式圧力センサの製造方法を説明するための図である。(A)-(e) is a figure for demonstrating the manufacturing method of the magnetic type pressure sensor which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 ガラス基板
12 引き出し電極
13,13a,13b 導電部材
14 絶縁層
15 配線パターン
16 GMR素子
17 電極パッド
18 シリコン基板
18a ダイヤフラム
19 ハード磁性層で形成した磁石
20 キャビティ
21 固定抵抗
22 レジスト層
22a,123a 開口部
121,123 バリア層
122 配線層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Glass substrate 12 Lead electrode 13, 13a, 13b Conductive member 14 Insulating layer 15 Wiring pattern 16 GMR element 17 Electrode pad 18 Silicon substrate 18a Diaphragm 19 Magnet formed with hard magnetic layer 20 Cavity 21 Fixed resistance 22 Resist layer 22a, 123a Opening Part 121, 123 Barrier layer 122 Wiring layer

Claims (4)

主面を有する第1基板と、前記第1基板の主面上に絶縁層を介して形成された磁気抵抗効果素子と、前記絶縁層上に形成されており、前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続された配線パターンと、前記第1基板との間でキャビティを形成するように前記絶縁層上に接合されており、前記磁気抵抗効果素子と対向するようにハード磁性層を有するダイヤフラムを持つ第2基板と、平面視において前記接合の領域を含む領域の前記絶縁層と前記第1基板との間に形成され、前記磁気抵抗効果素子の出力を前記キャビティ外に引き出す引き出し電極と、前記配線パターンと前記引き出し電極とを電気的に接続する導電部材と、を具備することを特徴とする磁気式圧力センサ。   A first substrate having a main surface, a magnetoresistive effect element formed on the main surface of the first substrate via an insulating layer, and formed on the insulating layer, electrically connected to the magnetoresistive effect element A diaphragm having a hard magnetic layer so as to be opposed to the magnetoresistive element and bonded to the insulating layer so as to form a cavity between the wiring pattern connected to the first substrate and the first substrate A lead electrode formed between the second substrate, the insulating layer in a region including the bonding region in plan view, and the first substrate, and pulling out an output of the magnetoresistive effect element out of the cavity; and the wiring A magnetic pressure sensor comprising: a conductive member that electrically connects a pattern and the extraction electrode. 前記引き出し電極は、配線層と、前記配線層を挟持する一対のバリア層と、により構成されており、前記導電部材と前記配線層とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の磁気式圧力センサ。   The lead electrode is constituted by a wiring layer and a pair of barrier layers sandwiching the wiring layer, and the conductive member and the wiring layer are electrically connected. The magnetic pressure sensor according to 1. 前記引き出し電極は、前記キャビティ外で導電部材により電極パッドと電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の磁気式圧力センサ。   The magnetic pressure sensor according to claim 1, wherein the lead electrode is electrically connected to the electrode pad by a conductive member outside the cavity. 第1基板の主面上に引き出し電極を形成する工程と、前記引き出し電極上に柱状の導電部材を立設する工程と、前記導電部材を埋め込むように前記第1基板上に絶縁層を形成し、前記絶縁層を平坦化して前記導電部材を露出させる工程と、前記絶縁層上に磁気抵抗効果素子を形成する工程と、前記導電部材及び前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続するように前記絶縁層上に配線パターンを形成する工程と、第2基板にハード磁性層を有するダイヤフラムを形成する工程と、前記磁気抵抗効果素子と前記ハード磁性層とが対向するように前記第2基板を前記絶縁層に接合する工程と、を具備することを特徴とする磁気式圧力センサの製造方法。   Forming an extraction electrode on the main surface of the first substrate; erecting a columnar conductive member on the extraction electrode; and forming an insulating layer on the first substrate so as to embed the conductive member. Flattening the insulating layer to expose the conductive member; forming a magnetoresistive element on the insulating layer; and electrically connecting the conductive member and the magnetoresistive element to each other. Forming the wiring pattern on the insulating layer; forming a diaphragm having a hard magnetic layer on the second substrate; and setting the second substrate so that the magnetoresistive element and the hard magnetic layer face each other. And a step of bonding to the insulating layer.
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Cited By (2)

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JP2012047725A (en) * 2010-07-30 2012-03-08 Canon Anelva Corp Capacitive pressure sensor
JP2020169881A (en) * 2019-04-03 2020-10-15 Tdk株式会社 Physical quantity sensor element, pressure sensor, microphone, ultrasonic sensor, and touch panel

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012047725A (en) * 2010-07-30 2012-03-08 Canon Anelva Corp Capacitive pressure sensor
JP2020169881A (en) * 2019-04-03 2020-10-15 Tdk株式会社 Physical quantity sensor element, pressure sensor, microphone, ultrasonic sensor, and touch panel
JP7234750B2 (en) 2019-04-03 2023-03-08 Tdk株式会社 Physical quantity sensor elements, pressure sensors, microphones, ultrasonic sensors and touch panels

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