JP2006292455A

JP2006292455A - 半導体磁気センサおよびその製造方法

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Publication number: JP2006292455A
Application number: JP2005110623A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Nishiwaki; 英謙西脇; Yukio Nakao; 幸夫仲尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】温度変化による出力の変化を小さくすることができ、かつ広範囲の使用環境温度でも検出精度が優れている半導体磁気センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基板４と、この基板４上に形成された半導体抵抗薄膜５と、前記基板４上に前記半導体抵抗薄膜５と電気的に接続されるように設けられた一対の外部出力取り出し用電極６とを有する半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路を少なくとも１つ備え、かつ前記２個の半導体磁気抵抗素子を抵抗温度特性が同一になるように構成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明はセンサ等に用いられている半導体磁気センサおよびその製造方法に関するものである。

一般に、この種の半導体磁気センサは、半導体磁気抵抗素子を用い、磁界に応じた電圧を出力する機能を有するものである。

上記半導体磁気抵抗素子は、半導体等の基板上に半導体抵抗薄膜を形成し、そしてこの半導体抵抗薄膜上に複数の短絡電極を形成し、さらに前記半導体抵抗薄膜を覆うように保護膜を形成してなるものである。そして前記半導体抵抗薄膜と垂直な方向に磁界が印加されると、半導体抵抗薄膜中の電子の移動距離が長くなるため、半導体磁気抵抗素子の抵抗値は高くなるもので、すなわち、半導体磁気抵抗素子は磁界の方向と強さの変化に応じて抵抗値が変化する性質を有するものである。

この性質を用いると、半導体磁気センサにおいては、被検出体の回転数等を検出することができるものである。その具体的な構成の一例としては、磁性体からなる円板で円周に凹凸を形成した歯車形状の被検出体の近傍に半導体磁気抵抗素子とバイアス磁石を配置したものがある。このような構成の半導体磁気センサは、半導体磁気抵抗素子の近傍に位置する被検出体の形状が凸部と凹部の場合では半導体磁気抵抗素子を貫くバイアス磁石からの磁界が変化するため、被検出体の回転に伴い半導体磁気抵抗素子の抵抗値が変化するものであり、これを利用することにより、被検出体の回転角度、回転数または回転速度を検知することができるものである。

半導体磁気センサは、多くの場合には半導体磁気抵抗素子を直列に２個接続してその中点電位を検出するハーフブリッジ回路で構成されるが、半導体磁気抵抗素子を直列に２個接続したものを並列に２組接続し、それぞれの直列部の中点電位の差動出力を検出するフルブリッジ回路で構成される場合もある。

ハーフブリッジ回路の場合には、２つの半導体磁気抵抗素子の位相差を１８０°にすることにより、半導体磁気抵抗素子を１つだけ使用する構成の場合に比べ大きな電圧変化を得ることができる。また、フルブリッジ回路の場合には、直列部における２つの半導体磁気抵抗素子の位相差を１８０°にし、さらにそれぞれの直列部の中点電位の位相差も１８０°になるようにすると、ハーフブリッジ回路の場合に比べ２倍の出力変動が得られるものである。

ここで、ハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路を用いると、温度変化による出力への影響を減らすこともできる。これを実現するためには、ハーフブリッジ回路、またはフルブリッジ回路の直列部に組み込んだ２つの半導体磁気抵抗素子の特性が同一視できること、言い換えるとこれらの半導体磁気抵抗素子の特性のばらつきが少ないことが求められる。このため、１つのハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路に用いられる半導体磁気抵抗素子には、特性のばらつきを少なくするために一枚のウェハから形成されたものを使用していた。

なお、半導体磁気抵抗素子を用いた半導体磁気センサの発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−２６４３２３号公報

しかしながら、このような従来の半導体磁気センサでは、検出能力の高性能化、使用環境温度の広範囲化が求められるに従って、同一のウェハから形成された２以上の半導体磁気抵抗素子を使用しても、所望のセンサ特性を得ることができないという課題を有していた。

この課題に対しては、その原因が同一ウェハ内における半導体磁気抵抗素子において特性のバラツキが生じるからであると考え、同一ウェハ内で隣接する半導体磁気抵抗素子を一組のペアにして同一の半導体磁気センサの中で使用すると、一定の効果は得られるものの、使用環境温度の広範囲化という目的を達成するには至らなかった。

そこで、本発明の発明者らは、鋭意研究の末、以下の事項を見出した。

半導体磁気抵抗素子の特性のうち、常温無磁界における抵抗値（以下、「初期抵抗値」と記す。）と、磁気抵抗変化率（以下、「ＭＲ特性」と記す。）については、ウェハ内で隣接する磁気抵抗素子同士は同一視することができるものであった。しかし、抵抗温度係数（以下、「ＴＣＲ特性」と記す。）はウェハにおける同一の同心円上の半導体磁気抵抗素子同士の特性が同一視できるものであった。

本発明は上記知見に基づき、従来の半導体磁気センサの課題を解決するもので、温度変化による出力の変化を小さくすることができ、かつ広範囲の使用環境温度でも検出精度が優れている半導体磁気センサおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、この基板上に形成された半導体抵抗薄膜と、前記基板上に前記半導体抵抗薄膜と電気的に接続されるように設けられた一対の外部出力取り出し用電極とを有する半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路を少なくとも１つ備え、かつ前記２個の半導体磁気抵抗素子を抵抗温度特性が同一になるように構成したもので、この構成によれば、半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路における２個の半導体磁気抵抗素子を抵抗温度特性（ＴＣＲ特性）が同一になるように構成しているため、温度による出力の変化を小さくすることができ、これにより、使用環境温度が広範囲にわたっても検出精度の高いものが得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、基板と、この基板上に形成された半導体抵抗薄膜と、前記基板上に前記半導体抵抗薄膜と電気的に接続されるように設けられた一対の外部出力取り出し用電極とを有する半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路を少なくとも１つ備え、かつ前記２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハの同心円上に位置するもので構成したもので、この構成によれば、半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路における２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハの同心円上に位置するもので構成しているため、この直列回路に使用する２個の半導体磁気抵抗素子の抵抗温度特性（ＴＣＲ特性）を同一視することができ、これにより、温度による出力の変化が小さくなるため、使用環境温度が広範囲にわたっても検出精度の高いものが得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハの周辺部に位置するもので構成したもので、この構成によれば、一枚のウェハの周辺部に位置する半導体磁気抵抗素子であってもこれらの２個の半導体磁気抵抗素子の抵抗温度特性（ＴＣＲ特性）を同一視することができるため、温度による出力の変化を小さくすることができ、これにより、使用環境温度が広範囲にわたっても検出精度の高いものが得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハ内の隣接するもので構成したもので、この構成によれば、２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハ内の隣接するもので構成しているため、抵抗温度特性（ＴＣＲ特性）のみならず、初期抵抗値およびＭＲ特性もほぼ等しい半導体磁気抵抗素子で半導体磁気センサを構成することにより、検出精度が良く、かつ温度特性の良い出力が得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項５に記載の発明は、ウェハ上に半導体抵抗薄膜およびこの半導体抵抗薄膜と電気的に接続される一対の外部出力取り出し用電極とをそれぞれ複数形成する工程と、前記ウェハを前記半導体抵抗薄膜と前記一対の外部出力取り出し用電極とを含んだ個片に分割して半導体磁気抵抗素子を得る工程と、前記半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続して直列回路を得る工程とを備え、前記直列回路を少なくとも１個有するとともに、前記２個の半導体磁気抵抗素子を抵抗温度特性が同一になるように構成したもので、この製造方法によれば、半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路における２個の半導体磁気抵抗素子を抵抗温度特性（ＴＣＲ特性）が同一になるように構成しているため、温度による出力の変化を小さくすることができ、これにより、使用環境温度が広範囲にわたっても検出精度の高いものが得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項６に記載の発明は、ウェハ上に半導体抵抗薄膜およびこの半導体抵抗薄膜と電気的に接続される一対の外部出力取り出し用電極とをそれぞれ複数形成する工程と、前記ウェハを前記半導体抵抗薄膜と前記一対の外部出力取り出し用電極とを含んだ個片に分割して半導体磁気抵抗素子を得る工程と、前記半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続して直列回路を得る工程とを備え、前記直列回路を少なくとも１個有するとともに、前記２個の半導体磁気抵抗素子を前記ウェハの同一の同心円上に位置するもので構成したもので、この製造方法によれば、半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路における２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハの同心円上に位置するもので構成しているため、この直列回路に使用する２個の半導体磁気抵抗素子の抵抗温度特性（ＴＣＲ特性）を同一視することができ、これにより、温度による出力の変化が小さくなるため、使用環境温度が広範囲にわたっても検出精度の高いものが得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項７に記載の発明は、ウェハ上に半導体抵抗薄膜およびこの半導体抵抗薄膜と電気的に接続される一対の外部出力取り出し用電極とをそれぞれ複数形成する工程と、前記ウェハを前記半導体抵抗薄膜と前記一対の外部出力取り出し用電極とを含んだ個片に分割して半導体磁気抵抗素子を得る工程と、前記半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続して直列回路を得る工程とを備え、前記直列回路を少なくとも１個有するとともに、前記２個の半導体磁気抵抗素子のうちの一方の半導体磁気抵抗素子が前記ウェハの中央部に位置するものである場合には他方の半導体磁気抵抗素子も前記ウェハの中央部に位置するもので構成し、かつ前記２個の半導体磁気抵抗素子のうちの一方の半導体磁気抵抗素子が前記ウェハの周辺部に位置するものである場合には他方の半導体磁気抵抗素子を前記ウェハにおける前記一方の半導体磁気抵抗素子と同一の同心円上に位置するもので構成したもので、この製造方法によれば、前記２個の半導体磁気抵抗素子のうちの一方の半導体磁気抵抗素子が前記ウェハの周辺部に位置するものである場合には他方の半導体磁気抵抗素子を前記ウェハにおける前記一方の半導体磁気抵抗素子と同一の同心円上に位置するもので構成しているため、この直列回路に使用する２個の半導体磁気抵抗素子の抵抗温度特性（ＴＣＲ特性）を同一視することができ、これにより、温度による出力の変化が小さくなるため、使用環境温度が広範囲にわたっても検出精度の高いものが得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項８に記載の発明は、特に、直列回路を形成する２個の半導体磁気抵抗素子をウェハ上の隣接するもので構成したもので、この製造方法によれば、２個の半導体磁気抵抗素子をウェハ上の隣接するもので構成しているため、抵抗温度特性（ＴＣＲ特性）のみならず、初期抵抗値およびＭＲ特性もほぼ等しい半導体磁気抵抗素子で半導体磁気センサを構成することにより、検出精度が良く、かつ温度特性の良い出力が得られるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の半導体磁気センサは、温度変化による出力変化を小さくすることができるため、使用環境温度が広範囲にわたっても検出精度の高いものが得られるという優れた効果を奏するものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜６に記載の発明について説明する。

図１（ａ）は本発明の実施の形態１における半導体磁気センサに用いられる半導体磁気抵抗素子の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図１（ａ）（ｂ）において、１は上部シリコン層で、この上部シリコン層１の厚みは２μｍである。２は上部シリコン層１の下面に位置する絶縁層で、この絶縁層２の厚みは１μｍである。３は絶縁層２のさらに下面に位置する下部シリコン層である。４は前記上部シリコン層１、絶縁層２、下部シリコン層３によって構成される基板で、この基板４の厚みは６２５μｍである。そして、この基板４の構造は、いわゆるＳＯＩの構造をなしている。５は前記上部シリコン層１の上に直接形成されたＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）からなる半導体抵抗薄膜で、この半導体抵抗薄膜５の厚さは約２μｍである。６は外部出力取り出し用電極で、この外部出力取り出し用電極６はＡｕ（金）等により構成されている。７は前記半導体抵抗薄膜５に複数個設けられた短絡電極で、この短絡電極７はＣｕ（銅）等により構成されている。また、前記外部出力取り出し用電極６を除いて半導体抵抗薄膜５および短絡電極７を覆うように保護膜（図示せず）が形成されている。なお、図１（ａ）中のハッチングは断面を示すものではなく、外部出力取り出し用電極６および短絡電極７を示すためにこれらに付しているものである。

次に、上記した半導体磁気抵抗素子を用いて半導体磁気センサについて、図面を参照しながら説明する。

図２は本発明の実施の形態１における半導体磁気センサの概略図、図３は同半導体磁気センサの主要部の正面図、図４は同半導体磁気センサの回路図である。

図２、図３、図４において、図３、図４に示した８ａは第１の半導体磁気抵抗素子、８ｂは第２の半導体磁気抵抗素子である。これら第１の半導体磁気抵抗素子８ａ、第２の半導体磁気抵抗素子８ｂは、いずれも図１に記載されたものと同様の構成を有しているものである。９は第１の半導体磁気抵抗素子８ａ、第２の半導体磁気抵抗素子８ｂを電気的に直列に接続した直列回路であるハーフブリッジ回路により構成される半導体磁気センサである。１０は磁性体からなる回転可能な円板状の被検出体で、この被検出体１０の円周上には凸部１０ａと凹部１０ｂとが交互に形成されている。なお、図２においては、被検出体１０の凸部１０ａと凹部１０ｂは省略して示している。１１は永久磁石からなるバイアス磁石で、このバイアス磁石１１の磁界は半導体磁気センサ９を貫いて被検出体１０へ届くようになっている。１２は第１の半導体磁気抵抗素子８ａ、第２の半導体磁気抵抗素子８ｂが実装されたプリント基板で、このプリント基板１２上には電極１３が形成されている。１４は第１の半導体磁気抵抗素子８ａ、第２の半導体磁気抵抗素子８ｂ上の外部出力取り出し用電極６と電極１３とを接続するワイヤボンディングである。

そして、前記第１の半導体磁気抵抗素子８ａ、第２の半導体磁気抵抗素子８ｂは、それぞれ図３に示すように被検出体１０の凹部１０ｂと凸部１０ａに対向しているもので、バイアス磁石１１からの磁界は被検出体１０の凹凸により変化する、すなわちそれぞれの半導体磁気抵抗素子８ａ，８ｂに印加される磁界が変化するものである。そしてまた、第１の半導体磁気抵抗素子８ａと第２の半導体磁気抵抗素子８ｂは、図４に示すように電気的に直列に接続されているもので、図４におけるＶｃｃは印加電極、ＧＮＤはグランド電極、Ｖ１は中点電極である。磁界の変化は、中点電極Ｖ１の出力変化で検知することができる。

次に、本発明の実施の形態１における半導体磁気センサに用いられる半導体磁気抵抗効果素子の製造方法について説明する。

本発明の実施の形態１における半導体磁気センサに用いられる半導体磁気抵抗効果素子は１枚の円板状のＳＯＩのウェハから複数個を造り出すものである。

まず、ＳＯＩからなる基板４の上部シリコン層１上に蒸着によりＩｎＳｂからなる半導体抵抗薄膜５を直接成膜し、フォトリソグラフィー、エッチングにより所定のパターン形状に加工する。

次に、半導体抵抗薄膜５上にＣｕとＣｒからなる電極膜を蒸着またはスパッタにより形成し、同様の方法により所定の形状の短絡電極７を得る。

次に、半導体抵抗薄膜５、短絡電極７を覆うようにポリイミドからなる保護膜をスピンコートによる塗布、パターニングにより形成する。この保護膜は耐熱性、耐湿性に優れ、半導体抵抗薄膜５に加わる応力がないように材料が選定されて形成されたものである。

次に、ＡｕとＮｉからなる外部出力取り出し用電極６をめっきにより形成する。この外部出力取り出し用電極６の材質と短絡電極７の材質を同じにすれば、この両者６，７は同時に形成することもできる。最後に各半導体磁気抵抗素子８をダイシングにより切断し個片にする。

次に、本発明の実施の形態１における半導体磁気センサに用いられる半導体磁気抵抗素子の組み合わせについて説明する。

図５は本発明の実施の形態１における半導体磁気センサに用いられる半導体磁気抵抗素子の組み合わせを示す図である。図５において、１５はウェハであり、既に半導体磁気抵抗素子８が個片に切断された状態のものである。図５中の矢印は半導体磁気抵抗素子８を取り出す順番であって、取り出した順に一組のペアとして半導体磁気センサ９に組み込まれる。すなわち、同心円上にある第１の半導体磁気抵抗素子８ａと第２の半導体磁気抵抗素子８ｂをペアとし、これらのＴＣＲ特性を同一にすることにより、所望の効果を得ることができる。

このように構成された本発明の実施の形態１における半導体磁気センサのＴＣＲ特性について実験を行った。図６は本発明の実施の形態１における半導体磁気センサと、比較例としての従来の半導体磁気センサのそれぞれの２５℃の出力電圧を基準としたときの、１５０℃と−４０℃の各温度における出力電圧変化を示したものである。比較例としての従来の半導体磁気センサは同心円上に無い隣接する半導体磁気抵抗素子８をペアにしている。いずれの半導体磁気センサもハーフブリッジ回路で構成しており、印加電圧は４Ｖ、サンプル数はそれぞれ１２個である。図６の各温度における縦軸方向の線はバラツキを示している。

図６からも明らかなように、比較例としての従来の半導体磁気センサに比べ、本発明の実施の形態１における半導体磁気センサの中点出力のばらつきは約１／３程度に収まっており、良好な温度特性を有していることがわかる。

このように、ウェハ１５の同一同心円上にある半導体磁気抵抗素子８を同一の半導体磁気センサ９に組み込むことにより、各半導体磁気抵抗素子８のＴＣＲ特性は実用上同一視できるため、使用環境温度範囲が広い場合であっても高精度の出力特性が得られる。

また、ＴＣＲ特性の点からはウェハ１５の同一の同心円上にある半導体磁気抵抗素子８で組み合わせればよく、隣接する半導体磁気抵抗素子８で組み合わせる必要はないが、初期抵抗値と、ＭＲ特性を同一にするためには隣接している半導体磁気抵抗素子８で組み合わせる方がよい。さらに、半導体磁気抵抗素子８を取り出す順番は図５の矢印に拘る必要は無く、同心円上の半導体磁気抵抗素子８をペアにすることができれば他の順番であってもよい。

なお、本発明は上記した本発明の実施の形態１の構成に限定されるものではなく、半導体磁気抵抗素子８とプリント基板１２との電気的な接続はワイヤボンディング１４の代わりにＩＬＢを用いてもよく、また基板４にはＳＯＩ基板の代わりに一般的なＳｉ基板やガラス基板等を用いてもよい。そしてまた、ウェハ１５内の半導体磁気抵抗素子８の中には不良品も存在すると思われるが、この様な不良品は半導体磁気センサ９には用いなければよい。

また、本発明の実施の形態１ではハーフブリッジ回路で形成したがフルブリッジ回路で形成することもできる。フルブリッジ回路はハーフブリッジ回路を構成する直列回路を２個並列に接続したもので、２つの直列回路の差動出力を取ることにより、ハーフブリッジ回路の２倍の出力を得ることができる。その回路構成を図７に示す。図７は本発明の実施の形態１における半導体磁気センサの他の回路図を示したもので、フルブリッジ回路で構成したときの図である。図７において、８ａは第１の半導体磁気抵抗素子、８ｂは第２の半導体磁気抵抗素子、８ｃは第３の半導体磁気抵抗素子、そして８ｄは第４の半導体磁気抵抗素子である。Ｖ２，Ｖ３はそれぞれ中点電極であり、この２つの電位差が出力電圧となる。上記した第１の半導体磁気抵抗素子８ａ〜第４の半導体磁気抵抗素子８ｄは、いずれも図１に記載されたものと同様の構成となっているもので、第１の半導体磁気抵抗素子８ａと第２の半導体磁気抵抗素子８ｂを電気的に直列に接続してペアとし、これらのＴＣＲ特性を同一にして、第３の半導体磁気抵抗素子８ｃと第４の半導体磁気抵抗素子８ｄも電気的に直列に接続してペアにし、これらのＴＣＲ特性も同一にすれば、所望の効果を得ることができる。ここで、第１の半導体磁気抵抗素子８ａと第３の半導体磁気抵抗素子８ｃ、第２の半導体磁気抵抗素子８ｂと第４の半導体磁気抵抗素子８ｄとの位相を等しくすることにより、中点電位Ｖ２と中点電位Ｖ３との電位変化の位相が１８０°差になるので、ハーフブリッジ回路の場合に比べて２倍の出力変化を得ることができる。

さらに、フルブリッジで使用する場合は、第１の半導体磁気抵抗素子８ａ〜第４の半導体磁気抵抗素子８ｄを全て同一の同心円上から取り出してＴＣＲ特性をすべて同一にする方がより好ましい。

以上説明したように、本発明の実施の形態１における半導体磁気センサは、ウェハ１５内の半導体磁気抵抗素子８をＴＣＲ特性が同一視できるものをペアにして組み合わせるために、ウェハ１５の同心円上に位置する半導体磁気抵抗素子８をペアにしているため、温度変化による出力変化を低減することができ、これにより、広範囲の環境温度での使用が可能となる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項７、８に記載の発明について説明する。

図８は本発明の実施の形態２における半導体磁気センサの組み合わせを示したもので、本発明の実施の形態２における半導体磁気センサと、上記した本発明の実施の形態１における半導体磁気センサとの違いは半導体磁気抵抗素子の組み合わせ方であり、その他の構成は同様である。

図８において、１５ａはウェハ１５に一点鎖線で表した円形の内側の領域である中央部であり、１５ｂはウェハ１５における中央部１５ａの外側の領域である周辺部である。中央部１５ａに位置する半導体磁気抵抗素子８のＴＣＲ特性は実用上同一視できるものであるが、周辺部１５ｂに位置する半導体磁気抵抗素子８のＴＣＲ特性は同一同心円上にあるものは同一視できるが、同一同心円上にないものはそうではない。この現象を概念的に示したものが図９である。図９は本発明の実施の形態２における半導体磁気センサのウェハ１５内の直径方向のＴＣＲ特性の分布を示す模式図であり、縦軸はＴＣＲ特性、横軸は原点をウェハ１５の中心としたウェハ上の位置を示している。なお、図９は本発明の実施の形態２における半導体磁気センサのウェハ１５内のＴＣＲ特性を分かりやすく説明するための模式図に過ぎず、実際のＴＣＲ特性を正確に示したものではない。図９のようなＴＣＲ特性の分布になる理由は、理論的に解明されてはいないが、以下のような推測ができる。半導体抵抗薄膜５の形成時にはウェハ１５を加熱するが、このとき、加熱と放熱、熱伝導等との関係でウェハ１５の中心が最も温度が高くなり、ウェハ１５の円周で最も温度が低くなると考えられる。しかし、ウェハ１５の中心でなくとも円周から十分離れた場所においては、ウェハ１５の中心とほぼ同じ温度条件になると考えられる。これにより、中央部１５ａに位置する半導体磁気抵抗素子８のＴＣＲ特性が同一視できるものになっていると考えられる。一方、周辺部１５ｂにおいては、同心円上に温度分布が異なっており、ウェハ１５の外周へ行くほど温度が低くなっていると考えられる。これにより、周辺部１５ｂにおいては、ウェハ１５の外周へ進むに従ってＴＣＲ特性が変化していると考えられる。この傾向はウェハ１５の径が大きくなるほど、またＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板等の同一の材料で構成されていない基板で大きくなり、いずれの場合も特に基板の周辺部でより大きな影響を生じると考えられる。

半導体磁気抵抗素子８の具体的な組み合わせ方法を図１０に示す。図１０は本発明の実施の形態２における半導体磁気センサのウェハの平面図である。ウェハ１５は中央部１５ａ、横ペア部１５ｃ、斜めペア部１５ｄ、そして縦ペア部１５ｅの４種類の領域に区分することができる。なお、中央部１５ａ以外の領域は周辺部１５ｂである。ここで、中央部１５ａは、ウェハ１５の中央に位置するもので、この中央部１５ａの領域内に位置する各半導体磁気抵抗素子８のＴＣＲ特性は同一として扱うことができる。また、この中央部１５ａにおける半導体磁気抵抗素子８は縦方向に隣接するものを組み合わせてもよいし、あるいは横方向、または斜め方向に隣接するものを組み合わせてもよい。取り数が最大になる組み合わせを行うのが効率的である。横ペア部１５ｃは中央部１５ａの紙面上方および下方に位置する領域であり、この横ペア部１５ｃに位置する半導体磁気抵抗素子８は紙面で横方向に隣接するものを組み合わせて用いられる。斜めペア部１５ｄは中央部１５ａの紙面斜め上方および斜め下方に位置する領域であり、この斜めペア部１５ｄに位置する半導体磁気抵抗素子８は紙面で斜め方向に隣接するものを組み合わせて用いられる。縦ペア部１５ｅは中央部１５ａの紙面右および左に位置する領域であり、この縦ペア部１５ｅに位置する半導体磁気抵抗素子８は紙面で縦方向に隣接するものを組み合わせて用いられる。このような組み合わせを行えば、ウェハ１５の周辺部１５ｂにおいて同心円状に半導体磁気抵抗素子８を組み合わせることになり、そしてＴＣＲ特性が同一の半導体磁気抵抗素子８をペアにして半導体磁気センサ９に用いることになるため温度変化に対する出力変化の小さな半導体磁気センサを得ることができる。

以上のように本発明の実施の形態２における半導体磁気センサも、上記した本発明の実施の形態１における半導体磁気センサと同様の作用効果を奏するものである。

本発明にかかる半導体磁気センサは、抵抗温度特性が同一の半導体磁気抵抗素子同士をペアとしているため、温度による出力の変化が小さく、精度が良いという効果を有し、自動車用途のセンサだけでなく、各種電子機器用途のセンサに適用できるものである。

（ａ）本発明の実施の形態１における半導体磁気センサに用いられる半導体磁気抵抗素子の平面図、（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図本発明の実施の形態１における半導体磁気センサの概略図同半導体磁気センサの主要部の正面図同半導体磁気センサの回路図同半導体磁気センサに用いられる半導体磁気抵抗素子の組み合わせを示す図同半導体磁気センサと従来の半導体磁気センサの各温度における出力電圧変化を示す図同半導体磁気センサの他の回路図本発明の実施の形態２における半導体磁気センサの組み合わせを示す図同半導体磁気センサのウェハ内のＴＣＲ特性の分布を示す模式図同半導体磁気センサのウェハの平面図

符号の説明

１上部シリコン層
２絶縁層
３下部シリコン層
４基板
５半導体抵抗薄膜
６外部出力取り出し用電極
７短絡電極
８半導体磁気抵抗素子
８ａ第１の半導体磁気抵抗素子
８ｂ第２の半導体磁気抵抗素子
８ｃ第３の半導体磁気抵抗素子
８ｄ第４の半導体磁気抵抗素子
９半導体磁気センサ
１５ウェハ
１５ａ中央部
１５ｂ周辺部

Claims

基板と、この基板上に形成された半導体抵抗薄膜と、前記基板上に前記半導体抵抗薄膜と電気的に接続されるように設けられた一対の外部出力取り出し用電極とを有する半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路を少なくとも１つ備え、かつ前記２個の半導体磁気抵抗素子を抵抗温度特性が同一になるように構成した半導体磁気センサ。
基板と、この基板上に形成された半導体抵抗薄膜と、前記基板上に前記半導体抵抗薄膜と電気的に接続されるように設けられた一対の外部出力取り出し用電極とを有する半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続した直列回路を少なくとも１つ備え、かつ前記２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハの同心円上に位置するもので構成した半導体磁気センサ。
２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハの周辺部に位置するもので構成した請求項２記載の半導体磁気センサ。
２個の半導体磁気抵抗素子を一枚のウェハ内の隣接するもので構成した請求項２または３のいずれかに記載の半導体磁気センサ。
ウェハ上に半導体抵抗薄膜およびこの半導体抵抗薄膜と電気的に接続される一対の外部出力取り出し用電極とをそれぞれ複数形成する工程と、前記ウェハを前記半導体抵抗薄膜と前記一対の外部出力取り出し用電極とを含んだ個片に分割して半導体磁気抵抗素子を得る工程と、前記半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続して直列回路を得る工程とを備え、前記直列回路を少なくとも１個有するとともに、前記２個の半導体磁気抵抗素子を抵抗温度特性が同一になるように構成した半導体磁気センサの製造方法。
ウェハ上に半導体抵抗薄膜およびこの半導体抵抗薄膜と電気的に接続される一対の外部出力取り出し用電極とをそれぞれ複数形成する工程と、前記ウェハを前記半導体抵抗薄膜と前記一対の外部出力取り出し用電極とを含んだ個片に分割して半導体磁気抵抗素子を得る工程と、前記半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続して直列回路を得る工程とを備え、前記直列回路を少なくとも１個有するとともに、前記２個の半導体磁気抵抗素子を前記ウェハの同一の同心円上に位置するもので構成した半導体磁気センサの製造方法。
ウェハ上に半導体抵抗薄膜およびこの半導体抵抗薄膜と電気的に接続される一対の外部出力取り出し用電極とをそれぞれ複数形成する工程と、前記ウェハを前記半導体抵抗薄膜と前記一対の外部出力取り出し用電極とを含んだ個片に分割して半導体磁気抵抗素子を得る工程と、前記半導体磁気抵抗素子を２個電気的に直列に接続して直列回路を得る工程とを備え、前記直列回路を少なくとも１個有するとともに、前記２個の半導体磁気抵抗素子のうちの一方の半導体磁気抵抗素子が前記ウェハの中央部に位置するものである場合には他方の半導体磁気抵抗素子も前記ウェハの中央部に位置するもので構成し、かつ前記２個の半導体磁気抵抗素子のうちの一方の半導体磁気抵抗素子が前記ウェハの周辺部に位置するものである場合には他方の半導体磁気抵抗素子を前記ウェハにおける前記一方の半導体磁気抵抗素子と同一の同心円上に位置するもので構成した半導体磁気センサの製造方法。
直列回路を形成する２個の半導体磁気抵抗素子をウェハ上の隣接するもので構成した請求項７記載の半導体磁気センサの製造方法。