JP2595743B2 - 半導体装置およびそれを用いた磁気検出装置 - Google Patents

半導体装置およびそれを用いた磁気検出装置

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JP2595743B2 JP2024880A JP2488090A JP2595743B2 JP 2595743 B2 JP2595743 B2 JP 2595743B2 JP 2024880 A JP2024880 A JP 2024880A JP 2488090 A JP2488090 A JP 2488090A JP 2595743 B2 JP2595743 B2 JP 2595743B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ノイズ等による大電圧が半導体素子に印加
されてしまい、その半導体素子を破壊するのを防止する
ようにした半導体装置およびそれを用いた磁気検出装置
に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、磁気を検出する手段として、強磁性体を主成分
とした強磁性磁気抵抗素子の薄膜を基板上に形成した磁
気検出装置が提案されている。
そのような磁気検出装置は強磁性磁気抵抗素子が磁気
(磁界)を受ける事によりその抵抗値が変化する事を利
用して、その磁気の変化を例えば電圧変化として出力す
るように構成されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
そして、例えば自動車用部品として、このような強磁
性磁気抵抗素子を使用する場合、自動車では点火装置か
らのノイズやL(リアクタンス)成分に蓄積されたエネ
ルギーなどの大電圧がデバイスに印加され、強磁性磁気
抵抗素子からの信号を処理する半導体素子等のデバイス
を破壊する可能性があるものであり、従来ではこのよう
な不具合を防ぐために、容量の大きなツェナーダイオー
ドを入れ、大電圧を吸収していた。しかし、このツェナ
ーダイオードはデイスクリートで構成されており、非常
に大きく、集積化の大きなネックとなっていた。したが
って、集積化しようとする場合、チップ上に保護抵抗を
形成して内部回路を保護する方法が一般に行われている
が、この保護抵抗を拡散抵抗で形成すると、エネルギー
耐量が小さいことと接合の耐圧強度の兼合いからかなり
形状が大きくなってしまう。また、Si(シリコン)酸化
膜上にポリ(多結晶)Si抵抗を形成する手法もあるが、
このポリSi抵抗もエネルギー耐量が小さいために素子の
集積化において限界があり、また、現状の磁気検出装置
は、磁気抵抗素子からの信号を処理する処理回路の回路
構成としてゲートにポリSiを使用するMOSFETを使用する
ことなく、主にバイポーラトランジスタを使用している
ので、ポリSiを形成する工程を新たに追加する必要があ
る。
そこで本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであ
って、耐ノイズ性が高く、しかも集積化が可能な半導体
装置およびそれを用いた磁気検出装置を提供することを
目的としている。
さらに、低コストにて形成可能な磁気検出装置を提供
することを他の目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置で
は基板上に、 半導体素子と、 該半導体素子に電気接続する電源用あるいは出力用外
部端子と、 前記半導体素子と前記外部端子との間に、電気接続し
て介在し、Niを含む強磁性体材料からなる保護抵抗と を具備することを特徴としている。
又、本発明の磁気検出装置は、Niを含む強磁性体材料
から成る磁気抵抗素子と、 該磁気抵抗素子から得られる信号を処理する半導体素
子と、 該半導体素子に電気接続する電源用あるいは出力用外
部端子と、 該外部端子と前記半導体素子との間に電気接続して介
在し、Niを含む強磁性体材料から成る保護抵抗と、 を具備することを特徴としている。
又、前記磁気抵抗素子と前記保護抵抗は、同じ材料か
ら成るものとしてもよい。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す断面図であり、半導
体素子としてバイポーラトランジスタから成る信号処理
回路を同一基板内に集積化した磁気検出装置の例であ
る。図において、1はP型半導体基板であり、その主表
面上に公知の半導体加工技術を用いて、N+型埋込層2、
N-型エピタキシャル層3、P+素子分離領域4、P+型拡散
領域5、N+型拡散領域6,7を形成している。ここで、N+
埋込層2、N-型エピタキシャル層3、P+型拡散領域5、
及びN+型拡散領域6,7にて縦形NPNバイポーラトランジス
タを構成しており、このトランジスタにて後述する強磁
性磁気抵抗素子10からの信号を増幅している。
そして、上述のように加工された基板の主表面上にス
パッタ装置にてシリコン酸化膜8を被覆する。その後、
前述のトランジスタとの電気接続を行う為にこのシリコ
ン酸化膜8にフォトリソ工程を用いて選択的に開口部を
形成する。
そして、全面にA1を蒸着した後、所定のパターンにエ
ッチングして配線導体9を形成する。
その後、前記接続部分及びシリコン酸化膜8上にFe,C
o,Ni等の強磁性体から成るNiを主成分としたNi−Fe,Ni
−Co等の薄膜から成る強磁性体材料を厚さ1000Åになる
ように蒸着し、引き続きエッチングする事により所定パ
ターンに形成し、バイポーラトランジスタのベース領域
であるP+型拡散領域5に電気接続する強磁性磁気抵抗素
子10、およびバイポーラトランジスタのコレクタ領域で
あるN-型エピタキシャル層3、N+型拡散領域6に電気接
続する保護抵抗11を同時に形成する。そして、この上か
ら表面保護膜12を形成し、導通用端子部のみこの表面保
護膜12をエッチングして開口部を設けた後、適当な熱処
理を施して、本実施例の磁気検出装置を構成する。
そこで本実施例によると、被測定磁気に応じて強磁性
磁気抵抗素子10の抵抗値が変化するので、その変化を例
えば電圧変化として同一基板内に形成した処理回路、即
ち前述したトランジスタに送り、その信号を増幅した状
態で後段の回路に出力するようにしており、その際、バ
イポーラトランジスタに対する保護抵抗は、従来技術の
ように特別な工程を追加して形成したものではなく、磁
気の変化を検出するための強磁性磁気抵抗素子10を形成
する際に同時に形成される保護抵抗11を用いているの
で、その分工程数が減少し、安価に形成できる。しか
も、強磁性磁気抵抗材料で形成されるこの保護抵抗11は
耐ノイズ性に優れている。第2図は保護抵抗に流す電流
密度とその時の故障時間との関係を示しており、この図
から各種材料の耐ノイズ性(耐高電流性)がわかる。図
中、特性A,Bは、上述した本実施例の強磁性磁気抵抗材
料から形成される保護抵抗11の特性であり、それぞれNi
−Co合金(特性A),Ni−Fe合金(特性B)を用いたも
のである。特性Cは半導体分野においてよく用いられて
いるAlの場合、特性Dは薄膜抵抗として使用されている
Si−Cr系のものであり、特性EはSiの拡散抵抗を用いた
場合、特性Fはポリシリコンを用いた場合である。この
図より、通常のものに比し、本発明のものは2〜20倍以
上の耐量があることがわかる。尚、Ni−Co合金の組成N
i;10〜90wt%,Co;90〜10wt%まで変化させたが、第2図
の特性Aで表されるものと殆んど同じであった。又、同
様にNi−Fe合金についても組成をNi;60〜90wt%,Fe:40
〜10wt%まで変化させても特性Bで表されるものとはほ
ぼ同様であった。Ni−Co合金の方がNi−Fe合金より、若
干、耐量が強い傾向にある。
尚、この強磁性磁気抵抗材料はある一定磁界以上では
抵抗値変化が飽和し、一定値になる性質があるが、通常
のものではこの抵抗値変化は6%以下でありこの程度の
抵抗値変化では保護抵抗11として用いても何ら影響はな
い。
第3図は、上記実施例の磁気検出装置の電気回路構成
例であり、以下、これを説明する。図中、101〜104が上
述した強磁性磁気抵抗素子であり、これら4つの素子に
よるフルブリッジ回路を構成する。尚、被測定磁気が印
加された場合に、強磁性磁気抵抗素子102,104と強磁性
磁気抵抗素子101,103は磁気に対して逆相になるように
位相をずらしてある。即ち、その場合には強磁性磁気抵
抗素子102,104と強磁性磁気抵抗素子101,103の抵抗値変
化は逆の関係となる。強磁性磁気抵抗素子102と103の接
続点および強磁性磁気抵抗素子101と104の接続点の電位
はそれぞれコンパレータ105に入力される。コンパレー
タ105は上述したバイポーラトランジスタをその構成要
素として有しているものであり、ブリッジ回路からの電
位に応じた電圧を後段の出力トランジスタ106に出力す
る。出力トランジスタはこの電圧によりON−OFFし、こ
の出力トランジスタの状態に応じて出力端子(Vout)10
7からの出力電圧が変化し、延いては磁気の検出状態が
検出される。
108〜110は上述した強磁性磁気抵抗材料から形成され
る保護抵抗であり、保護抵抗108は電源端子(VB)112と
ボルテージレギュレータ111との間に電気接続し、保護
抵抗109は電源端子(VB)112と出力トランジスタ106と
の間に電気接続し、保護抵抗110は出力端子(Vout)107
と出力トランジスタ106との間に電気接続する。又、そ
れぞれの機能について説明すると保護抵抗108は、外部
装置から電源端子(VB)112を介して大電圧が(ジャイ
アントサージ)が入力された場合にその電圧がボルテー
ジレギュレータ111,ブリッジ回路等に印加され、それら
を破壊するのを防ぐためにその電圧をなます機能を有し
ており、保護抵抗109は電源端子(VB)112を介して大電
圧が入力された場合に、その電圧が出力トランジスタ10
6に印加され、それを破壊するのを防ぐためにその電圧
をなます機能を有しており、保護抵抗110は出力端子(V
out)107を介して大電圧が入力された場合に、その電圧
が出力トランジスタ106に印加され、それを破壊するの
を防ぐためにその電圧をなます機能を有する。
ボルテージレギュレータ111は、電源端子112から供給
される電圧を例えば5Vのような一定電圧にして後段の回
路に供給するものであり、ツェナーダイオード113は、
上述したような大電圧が入力された場合に、それを接地
端子(G)114側に流すためのものである。又、コンデ
ンサ115,116は高周波ノイズを吸収するためのものであ
る。尚、これらのコンデンサ115,116以外の構成は1チ
ップに形成される。
以上、本発明を一実施例を用いて説明したが、本発明
はそれに限定される事なく、その主旨を逸脱しない限り
例えば以下に示す如く種々変形可能である。
上記実施例では磁気抵抗素子とICを一体1チップ化し
た集積化センサについて説明したが、ICと磁気抵抗素子
を用いた2チップ構成のものについても同様の結果が得
られることはいうまでもない。
上記実施例において、同一基板内に形成する信号処理
回路としては、増幅回路以外のものを形成してもよく、
例えば、本発明の磁気検出装置を回転制御等に使用する
場合にはシュミットトリガ回路等のヒステリシス回路を
形成してもよい。
第4図に示すように、保護抵抗11を形成する位置をバ
イポーラトランジスタ等の半導体素子が形成された領域
から離して形成しても良い。このように形成すると、装
置がノイズを受け保護抵抗11によりそれをなます時に発
熱するが、そのような熱が半導体素子に悪影響を与える
のを防止することができる。
上記実施例においては、本発明を磁気検出装置に適用
した例を示したが、Niを主成分とする強磁性体材料から
なる抵抗を保護抵抗として用いることにより耐ノイズ性
が高く、集積化が可能となるものであるから、磁気検出
装置以外にも自動車用の装置,モータを使用した装置等
の大電圧のノイズが印加される可能性のある半導体装置
であれば有効に適用できる。尚、磁気検出装置に適用す
る場合には、上述したように磁気抵抗素子と保護抵抗と
を同時に形成でき、工程を簡略化できるという効果があ
る。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によると、保護抵抗を強磁
性体材料から形成しているので、耐ノイズ性を高くする
ことができ、しかも集積化が可能となるという効果があ
る。
又、磁気検出装置に適用する場合には、新たな工程の
追加がなく低コストにて製造できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は電流
密度と故障時間との関係を表わす特性図、第3図は第1
図の実施例の電気回路構成例を示す図、第4図は本発明
の他の実施例を示す断面図である。 1……P型半導体基板,8……シリコン酸化膜,9……配線
導体,10……強磁性磁気抵抗素子,11……保護抵抗。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に、 半導体素子と、 該半導体素子に電気接続する電源用あるいは出力用外部
    端子と、 前記半導体素子と前記外部端子との間に、電気接続して
    介在し、Niを含む強磁性体材料からなる保護抵抗と を具備することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】Niを含む強磁性体材料から成る磁気抵抗素
    子と、、 該磁気抵抗素子から得られる信号を処理する半導体素子
    と、 該半導体素子に電気接続する電源用あるいは出力用外部
    端子と、 該外部端子と前記半導体素子との間に電気接続して介在
    し、Niを含む強磁性体材料から成る保護抵抗と、 を具備することを特徴とする磁気検出装置。
  3. 【請求項3】前記磁気抵抗素子と前記保護抵抗は、同じ
    材料から成るものである請求項(2)の磁気検出装置。
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