JP2597774Y2 - Hall element - Google Patents

Hall element

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JP2597774Y2
JP2597774Y2 JP1993012906U JP1290693U JP2597774Y2 JP 2597774 Y2 JP2597774 Y2 JP 2597774Y2 JP 1993012906 U JP1993012906 U JP 1993012906U JP 1290693 U JP1290693 U JP 1290693U JP 2597774 Y2 JP2597774 Y2 JP 2597774Y2
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【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】ヘテロ接合から成る磁電変換素子
に係わり、特にその素子の高感度特性の安定化に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoelectric conversion element comprising a heterojunction, and more particularly to stabilization of the high sensitivity characteristic of the element.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁界を検知し、その強度に応じて電気信
号を発生する、いわゆる磁電変換素子の一つとしてホー
ル(Hall)素子が知られている。このホール素子は
磁場を印加した際に、ホール素子を構成する半導体内の
電子の運動によって発生するホール(Hall)電圧を
被検知量とする一種の磁気センサーであり、回転、位置
検出センサー等として産業界の広範囲に亘り利用されて
いる。
2. Description of the Related Art A Hall element is known as one of the so-called magnetoelectric conversion elements which detects a magnetic field and generates an electric signal according to the strength. This Hall element is a kind of magnetic sensor that uses a Hall (Hall) voltage generated by the movement of electrons in the semiconductor constituting the Hall element when a magnetic field is applied as a detection amount. It is used extensively in industry.

【0003】ホール素子用の半導体材料としてはシリコ
ン(Si)、ゲルマニウム(Ge)などの元素半導体の
他、アンチモン化インジウム(InSb)、ヒ化インジ
ウム(InAs)やヒ化ガリウム(GaAs)等の元素
周期律表の第 III族に属する元素と、同じく第V族に属
する二つの元素を化合させてなる III−V族2元化合物
半導体も使用される。
As semiconductor materials for the Hall element, in addition to elemental semiconductors such as silicon (Si) and germanium (Ge), elements such as indium antimonide (InSb), indium arsenide (InAs) and gallium arsenide (GaAs) are used. A group III-V binary compound semiconductor obtained by combining an element belonging to Group III of the periodic table with two elements belonging to Group V is also used.

【0004】しかし、従来の化合物半導体からなるホー
ル素子を見れば、用いる半導体の物性に依ってホール素
子の特性上に一長一短が存在する。例えば、GaAsか
ら成るホール素子はGaAs半導体のバンドギャップが
比較的大きい事により素子特性の温度変化は少ないもの
の逆に電子移動度が低いため、積感度はInSbから成
るホール素子に比較し低いという欠点がある。一方、I
nSbホール素子はInSb半導体のバンドギャップが
低いため特性の温度変化は大きいが、高い積感度が得ら
れる利点を有している。
However, looking at conventional Hall elements made of compound semiconductors, there are advantages and disadvantages in the characteristics of Hall elements depending on the physical properties of the semiconductor used. For example, a Hall element composed of GaAs has a relatively small band gap of a GaAs semiconductor and thus has a small temperature change in element characteristics, but has a low electron mobility, and consequently has a lower product sensitivity than a Hall element composed of InSb. There is. On the other hand, I
The nSb Hall element has a large characteristic temperature change due to the low band gap of the InSb semiconductor, but has the advantage of obtaining high product sensitivity.

【0005】最近では、自動車エンジンの精密な回転制
御等、高温環境下に於ける精密センシング技術の必要性
が高まり、高いホール電圧を出力する能力を有し、且つ
温度による素子特性の変化を低く抑制した新たな高性能
ホール素子が要望されるに至っている。ここで、ホール
電圧は半導体材料のホール(Hall)係数に依存し、
ホール係数が大きい程、ホール電圧の出力能力は高い。
また、このホール係数は半導体材料の移動度に比例して
増加する。従って、高いホール出力電圧を得るには、即
ち高感度なホール素子を得るには高い電子移動度を発現
する半導体材料を使用する必要がある。
Recently, the need for precision sensing technology in a high-temperature environment, such as precise rotation control of an automobile engine, has increased, and the device has a capability of outputting a high Hall voltage and has a low change in element characteristics due to temperature. There has been a demand for a new suppressed high-performance Hall element. Here, the Hall voltage depends on the Hall coefficient of the semiconductor material,
The higher the Hall coefficient, the higher the output capability of the Hall voltage.
The Hall coefficient increases in proportion to the mobility of the semiconductor material. Therefore, in order to obtain a high Hall output voltage, that is, to obtain a high-sensitivity Hall element, it is necessary to use a semiconductor material that exhibits high electron mobility.

【0006】このため、産業界からの高性能ホール素子
の要望と相まって半導体材料の物性面からの検討も進
み、極く最近では従来と同様の III−V族化合物半導体
でも三種類の元素を混合させてなる、ヒ化ガリウム・イ
ンジウム(GaInAs)三元混晶とリン化インジウム
(InP)から構成されるヘテロ接合を具備した材料
を、新たな高感度ホール素子の材料として応用する試み
もなされている(奥山 忍他、1992年秋季第53回
応用物理学会学術講演会予稿集No.3(応用物理学会
発行)、16a−SZC−16、1078頁)。このG
aInAsホール素子は特性の温度変化も比較的小さ
く、且つまた室温における電子移動度が極めて高いため
に優れた積感度を有する。以下、ヘテロ接合を具備して
なるホール素子の一例として、この III−V族化合物半
導体であるGaInAs/InPヘテロ接合を使用した
ホール素子を挙げて説明を加える。
[0006] For this reason, in consideration of the demand for high-performance Hall elements from the industry, studies have been made on the physical properties of semiconductor materials. More recently, three types of elements have been mixed even in the same group III-V compound semiconductors as before. Attempts have been made to apply a material having a heterojunction composed of a ternary mixed crystal of gallium indium arsenide (GaInAs) and indium phosphide (InP) as a material for a new high-sensitivity Hall element. (Shinobu Okuyama et al., Proceedings of the 53rd Japan Society of Applied Physics, Fall 1992, No. 3 (published by the Japan Society of Applied Physics), 16a-SZC-16, p. 1078). This G
The aInAs Hall element has a relatively small change in characteristics with temperature, and also has excellent product sensitivity because of extremely high electron mobility at room temperature. Hereinafter, as an example of a Hall element having a heterojunction, a Hall element using a GaInAs / InP heterojunction, which is a III-V compound semiconductor, will be described.

【0007】この様なGaInAsホール素子は、通常
Feを適量添加してなる高抵抗の半絶縁性InP単結晶
基板上に成長させたGaX In1-X As(x は混晶比を
表す)膜を感磁部として構成される。しかしながら、単
にGaX In1-X As膜をFe添加InP単結晶基板上
に堆積させただけでは、このGaX In1-X As膜に高
電子移動度が安定的に付与されるとは限らない。それは
主に、基板として利用する高抵抗InP単結晶中に含有
されるFe不純物が、当該InP単結晶上に所望のGa
X In1-X As膜をエピタキシャル成長させるべく或る
高温の成長環境下に曝した際に、InP単結晶基板側よ
り成長しつつあるGaX In1-X As膜の内部へ熱拡散
することに起因している。即ち、Fe不純物がいわゆる
電子トラップ(trap)として働き、電子の移動を妨げる
ために移動度の向上を阻害するからである。これを防止
する目的で通常は高抵抗の、例えばInP層をバッファ
(buffer)層(緩衝層)としてGaX In1-X As感磁
部膜とInP基板との中間に挿入し、InP基板結晶中
の不純物なり或はまた結晶欠陥なりの感磁部層への伝幡
を低減することが行われる。
[0007] Such a GaInAs Hall element is generally composed of Ga x In 1 -x As (x represents a mixed crystal ratio) grown on a high-resistance semi-insulating InP single crystal substrate to which an appropriate amount of Fe is added. The film is configured as a magnetic sensing part. However, simply depositing a Ga x In 1 -x As film on a Fe-doped InP single crystal substrate does not necessarily stably impart high electron mobility to the Ga x In 1 -x As film. Absent. This is mainly because Fe impurities contained in a high-resistance InP single crystal used as a substrate have a desired Ga content on the InP single crystal.
When the X In 1-X As film is exposed to a certain high-temperature growth environment for epitaxial growth, it is thermally diffused into the Ga X In 1-X As film growing from the InP single crystal substrate side. Is due. That is, the Fe impurity acts as a so-called electron trap and hinders the movement of electrons, thereby hindering the improvement of the mobility. In order to prevent this, a high-resistance, for example, an InP layer is inserted as a buffer layer between the Ga x In 1-x As magnetic sensing part film and the InP substrate, and the InP substrate crystal is formed. The propagation of impurities or crystal defects to the magnetic sensing layer is reduced.

【0008】この様なInPバッファ層とGaX In
1-X As感磁部層との層から構成されてなる、いわゆる
異種(ヘテロ;hetero)接合を有するエピタキシャルウ
エハを母体材料として素子化するわけである。ホール素
子となすには素子を動作させるための動作電流を流通さ
せる入力電極、並びにホール電圧を出力する出力電極を
感磁部に電気的に接触させる如く形成しなければならな
い。これらの入・出力電極にはオーミック(Ohmic )性
を保有することが当然要求される。金属膜からなる電極
にオーミック性を付与させるには、通常感磁部層上に被
着してなる金属電極にアロイング(alloying)と称され
る熱処理を施す。
[0008] Such an InP buffer layer and Ga x In
An element is formed from an epitaxial wafer having a so-called hetero junction composed of a layer with a 1-X As magnetic sensing layer and having a so-called hetero junction. In order to form a Hall element, an input electrode for passing an operating current for operating the element and an output electrode for outputting a Hall voltage must be formed so as to be in electrical contact with the magnetosensitive part. Naturally, these input / output electrodes are required to have ohmic properties. In order to impart ohmic properties to an electrode made of a metal film, a heat treatment called alloying is usually applied to the metal electrode deposited on the magnetosensitive layer.

【0009】しかしながら、上記のアロイングは一般的
には400℃〜500℃の温度で適宣、時間を設定して
施されるが、このアロイング時の加熱操作により電極に
オーミック性を付与出来るものの、前記のヘテロ接合の
界面に熱的な衝撃が加わり同界面の急峻性が損なわれる
などの欠点を生じ、結果としてGaX In1-X As感磁
部層の電子移動度を低下させ、高感度ホール素子の実現
を阻害するという重大な欠点があった。
However, the above-mentioned alloying is generally performed at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. for an appropriate period of time. However, although the ohmic property can be given to the electrode by the heating operation at the time of this alloying, A thermal shock is applied to the interface of the heterojunction to cause a defect such as a loss of steepness of the interface. As a result, the electron mobility of the Ga x In 1-x As magnetic sensing layer is reduced, and the sensitivity is reduced. There is a serious drawback that the realization of the Hall element is hindered.

【0010】係る事態を防止するため、例えばGaIn
As感磁部層上で且つ電極部の直下に高いキャリア濃度
を有する低抵抗の結晶層を挿入し、アロイングを施さず
ともオーミック性を呈する電極を形成する方法が採用さ
れることが行われている。この方法によりオーミック電
極を形成する方法は、アロイングを要しないことからノ
ンアロイ(nonalloy)コンタクト法と称され、n形の伝
導型を呈する半導体結晶に対するオーミック性電極材料
として通常利用される金(Au)・ゲルマニウム(G
e)合金を使用せずとも、アルミニウム(Al)等の単
体の金属からなるオーミック性電極を形成ならしめるこ
とができる。
To prevent such a situation, for example, GaIn
A method is employed in which a low-resistance crystal layer having a high carrier concentration is inserted on the As-sensitive layer and directly below the electrode to form an electrode exhibiting ohmic properties without alloying. I have. A method of forming an ohmic electrode by this method is called a non-alloy contact method because alloying is not required, and gold (Au) which is usually used as an ohmic electrode material for a semiconductor crystal exhibiting an n-type conductivity type is used.・ Germanium (G
e) An ohmic electrode made of a single metal such as aluminum (Al) can be formed without using an alloy.

【0011】上記の高いキャリア濃度を有する低抵抗の
結晶層とは、例えばキャリア濃度が1019〜1020cm
-3程度のGaInAs層やInP層であってもよいが、
GaInAs層上にこの様な高キャリア濃度層を設ける
場合にあっては、結晶相互の歪の発生等の観点からGa
InAsの高キャリア濃度層をエピタキシャル成長法に
より堆積することが多い。また、最近ではイオン注入法
を駆使し、電極を形成する領域にGaInAsに対しn
形の不純物として働くシリコン(Si)、セレン(S
e)等のイオンを注入し、当該領域を選択的に高キャリ
ア濃度領域とし、ここに単体金属を真空蒸着法、スパッ
タリング(sputtering)法などにより被着してノンアロ
イ形のオーミック性電極となす場合もある。いずれの高
キャリア濃度層の形成方法に於いても従来のAu・Ge
の如くの合金ではなく単体の金属材料でオーミック性電
極が形成できるため、例えば蒸着時の合金組成の変動な
どによる電極の接触抵抗の変動等を低減できる優位性が
ある。
The low-resistance crystal layer having a high carrier concentration is, for example, a carrier layer having a carrier concentration of 10 19 to 10 20 cm.
-3 GaInAs layer or InP layer may be used,
In the case of providing such a high carrier concentration layer on the GaInAs layer, from the viewpoint of the occurrence of mutual crystal distortion, etc.
A high carrier concentration layer of InAs is often deposited by an epitaxial growth method. Recently, the ion implantation method has been used, and GaInAs has n
(Si) and selenium (S)
e) Injecting ions such as e) to selectively make the region a high carrier concentration region, and depositing a single metal on the region by a vacuum deposition method, a sputtering (sputtering) method, etc. to form a non-alloy type ohmic electrode. There is also. Regardless of the method of forming the high carrier concentration layer, the conventional Au.Ge
Since the ohmic electrode can be formed of a single metal material instead of the alloy as described above, there is an advantage that variation in contact resistance of the electrode due to, for example, variation in alloy composition at the time of vapor deposition can be reduced.

【0012】係るノンアロイオーミック電極を有するウ
エハからホール素子を得る訳であるが、素子化に当たっ
ては従来のアロイングを施した電極を設けてなるホール
素子の素子化とほぼ同一で、別段特異な手法は必要とし
ない。係るホール素子にあっては、入・出力電極の各々
にリード(lead)線を結線し、所望の支持体に支持せし
めパッケージ(package )化し製品とするの一般的であ
る。この結線は、通常超音波ボンデング(bonding )法
等により行われるが、リード線のボンデング時には電極
にリード線を接着、固定せしめるために相当なる機械的
な圧力、衝撃が加わることとなり、これに起因して電極
を形成する領域の近傍に存在するGaInAs層とIn
Pとのヘテロ界面が結晶的に破壊され、しいてはGaI
nAs感磁部層の電子移動度を低下させるという重大な
欠点があった。
A Hall element is obtained from a wafer having such a non-alloy ohmic electrode. The element is substantially the same as the conventional Hall element provided with an alloyed electrode, and is a unique method. Does not require. In such a Hall element, a lead wire is generally connected to each of the input / output electrodes, and the input / output electrodes are supported on a desired support and packaged to produce a product. This connection is usually performed by an ultrasonic bonding method or the like, but when bonding the lead wire, considerable mechanical pressure and impact are applied to bond and fix the lead wire to the electrode. And the GaInAs layer existing near the region where the electrode is formed
The heterointerface with P is crystallized, and the GaI
There was a serious drawback that the electron mobility of the nAs magnetic sensing layer was reduced.

【0013】このため従来からボンデング用の電極、い
わゆるパッド(pad )電極を入・出力用となす電極表面
上に新たに付加させることも考えられている。図1にボ
ンデング用のパッド電極を備えてなる従来のGaInA
sホール素子の模式的な平面図の一例を示す。図中の
(101)は入・出力用のオーミック性電極を示し、
(102)は入・出力電極(101)上に設けてなるボ
ンデング用のパッド電極を各々示す。同図に示す如くパ
ッド電極(102)は入・出力電極と相似の形状とする
のが従来からの極く一般的な手法であり、またパッド電
極(102)の形状的な中心点(103)は感磁部層か
ら成るホール素子の機能部領域(104)の幅方向の中
心線(105)上に存在している。しかしながら、単に
パッド電極を従来の如く感磁部層上に具備させただけで
は、実際には上記のヘテロ界面を破壊から保護する有力
な手段とはなっていないのが現状である。本考案者はこ
の点につき鋭意検討を加えた結果、単にボンデング用の
パッド電極を設けたのみでは容易にヘテロ界面へのボン
デング時の機械的衝撃は回避できず、ボンデングパッド
となす電極材料の膜厚を増加させてボンデング時の機械
的衝撃を緩和するよりも、入・出力電極上に設けるパッ
ド電極の位置により多大なる影響を受けることを見出
し、本考案に至った。
For this reason, conventionally, it has been considered to add a bonding electrode, that is, a so-called pad electrode, on the surface of an electrode for input / output. FIG. 1 shows a conventional GaInA having a pad electrode for bonding.
FIG. 1 shows an example of a schematic plan view of an s Hall element. (101) in the figure indicates an input / output ohmic electrode,
(102) denotes bonding pad electrodes provided on the input / output electrodes (101). As shown in the figure, it is a very general technique that the pad electrode (102) has a shape similar to the input / output electrodes, and the shape center point (103) of the pad electrode (102). Exists on the center line (105) in the width direction of the functional portion region (104) of the Hall element composed of the magnetic sensing portion layer. However, at present, merely providing a pad electrode on the magneto-sensitive layer as in the prior art is not, in fact, an effective means for protecting the above-mentioned heterointerface from destruction. As a result of intensive studies on this point, the present inventors cannot easily avoid mechanical shock at the time of bonding to the hetero interface simply by providing a pad electrode for bonding. The present inventors have found that the thickness of the film is more greatly affected by the position of the pad electrode provided on the input / output electrode than by reducing the mechanical shock at the time of bonding by increasing the film thickness.

【0014】[0014]

【考案が解決しようとする課題】本考案は上記の従来か
らの欠点に鑑みなされたもので、GaX In1-X As結
晶層並びにInPとのヘテロ界面を破壊することなく入
・出力電極へリード線をボンデング可能とする方法を新
たに考案し、もってGaInAs感磁部層が元来有する
高い電子移動度を維持させ高感度のホール素子を顕現す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional drawbacks, and has been described in connection with an input / output electrode without destroying a Ga X In 1 -X As crystal layer and a hetero interface with InP. A new method for bonding a lead wire is newly devised, and a high sensitivity Hall element is realized by maintaining the high electron mobility inherent in the GaInAs magnetosensitive layer.

【0015】ホール素子の入・出力電極と電気的に接触
させてボンデング用のパッド電極を設けるに際し、当該
ボンデングパッド用の電極を感磁部以外の基板領域に設
け、ボンデング時に被ボンデング電極にかかる機械的圧
力が感磁部などの素子感磁機能部直接印加されるのを回
避するとともに、ヘテロ接合構造部に高キャリア濃度の
ノンアロイオーミックコンタクト層を介して単体金属か
らなるオーミック電極を設け、熱処理工程を経ることな
くオーミック電極を形成して、熱歪みの発生を防ぎ、も
って感磁部の電子移動度の低下を防止するようにした。
When the bonding pad electrode is provided in electrical contact with the input / output electrodes of the Hall element, the bonding pad electrode is provided in the substrate area other than the magnetic sensing portion, and the bonding pad electrode is provided at the time of bonding. In addition to avoiding such mechanical pressure from being directly applied to the magneto-sensitive part such as the magneto-sensitive part, an ohmic electrode made of a single metal is provided in the hetero junction structure part through a non-alloy ohmic contact layer having a high carrier concentration. An ohmic electrode is formed without going through a heat treatment step to prevent the occurrence of thermal distortion, thereby preventing a decrease in the electron mobility of the magnetosensitive part.

【0016】以下、GaInAs/InPヘテロ接合ホ
ール素子を例にして本考案を説明する。通常、GaIn
As/InPヘテロ接合ホール素子の形成に当たっては
半絶縁性を有する高抵抗のInP単結晶基板が使用され
る。実用上は比抵抗が106Ω・cm以上のInP単結
晶基板を用いるのが一般的であり、これらの結晶は液体
封止チョクラルスキー(Liquid Encapsulated Czochral
ski ;LEC )法や、最近ではVB(Vertical Bridgma
n)法と称される垂直ブリッジマン法等により容易に製
作できる。また、Fe添加InP単結晶中のFe不純物
が結晶層の電子移動度等の電気的特性に与える悪影響が
懸念される場合にあっては、InP単結晶を塩酸等によ
り溶解し、純水などで定溶とし原子吸光分光分析法や高
周波誘導アルゴンプラズマ分光分析法などの湿式機器分
析法、或は2次イオン質量分析法など固体機器分析法等
によりFe不純物の濃度を定量分析し、所望のFe濃度
を有する結晶を選択すれば事足りる。従って本考案に係
わるホール素子の実現に必要な、Fe濃度が規定された
範囲にあるInP基板結晶の入手に支障を来す恐れはな
い。
Hereinafter, the present invention will be described using a GaInAs / InP heterojunction Hall element as an example. Usually, GaIn
In forming an As / InP heterojunction Hall element, a high-resistance semi-insulating InP single crystal substrate is used. In practice, an InP single crystal substrate having a specific resistance of 10 6 Ω · cm or more is generally used, and these crystals are formed of a liquid-encapsulated Czochralski (Liquid Encapsulated Czochralski).
ski; LEC) method and recently VB (Vertical Bridgma)
n) It can be easily manufactured by a vertical Bridgman method called a method. Further, when there is a concern that the Fe impurity in the Fe-added InP single crystal adversely affects the electrical characteristics such as the electron mobility of the crystal layer, the InP single crystal is dissolved with hydrochloric acid or the like, and the solution is purified with pure water or the like. The concentration of Fe impurities is quantitatively analyzed by wet instrument analysis such as atomic absorption spectroscopy or high-frequency induction argon plasma spectroscopy, or solid instrument analysis such as secondary ion mass spectrometry. It is sufficient to select crystals having a concentration. Therefore, there is no risk of obstructing the acquisition of an InP substrate crystal having a Fe concentration within a specified range, which is necessary for realizing the Hall element according to the present invention.

【0017】これらInP単結晶基板上にInP層とG
X In1-X As層とを堆積せしめヘテロ接合を形成す
るが、これらのエピタキシャル層の積層順序に制限はな
く、InP単結晶基板上に先ずInP層を成長させ、然
る後GaInAsを堆積させても良く、これとは逆の順
序で堆積させても差し支えはない。しかし、通常は感磁
部とするGaInAs層の電子移動度を向上させるため
に、InP単結晶基板からのFe不純物のGaInAs
エピタキシャル成長層への拡散の抑制などを期して、先
ずInP単結晶基板上にInPをバッファ(buffer)層
として堆積するのが一般的である。このバッファ層を設
けることにより結晶欠陥等のエピタキシャル成長層への
伝幡を抑制するなどの効果を生じるため、GaInAs
層の電子移動度をいたずらに低下させずにGaInAs
ホール素子の高感度特性を保持できるなどの利点を招
く。係る構成の層を有するウエハに、更にキャリア濃度
が1019cm-3の低抵抗GaInAs層をノンアロイオ
ーミックコンタクトを形成に供するために成長させる。
On these InP single crystal substrates, an InP layer and a G
a X In 1-X As layer is deposited to form a heterojunction, but there is no limitation on the order of stacking these epitaxial layers. First, an InP layer is grown on an InP single crystal substrate, and then GaInAs is deposited. Alternatively, they may be deposited in the reverse order. However, usually, in order to improve the electron mobility of the GaInAs layer serving as the magnetic sensing part, GaInAs of Fe impurity from the InP single crystal substrate is used.
Generally, first, InP is generally deposited as a buffer layer on an InP single crystal substrate in order to suppress diffusion into the epitaxial growth layer. By providing this buffer layer, effects such as suppression of propagation of crystal defects and the like to the epitaxial growth layer are produced.
GaInAs without unnecessarily lowering the electron mobility of the layer
Advantages such as the high sensitivity characteristic of the Hall element can be maintained. A low-resistance GaInAs layer having a carrier concentration of 10 19 cm −3 is further grown on the wafer having the layer having such a configuration in order to provide a non-alloy ohmic contact.

【0018】上記のInPバッファ層並びにGaInA
s層の成長方法には、特に制限はなく液相エピタキシャ
ル成長法(Liquid Phase Epitaxial;LPE法)、分子
線エピタキシャル成長法(Molecular Beam Epitaxial;
MBE 法)や有機金属熱分解気相成長法、いわゆるMOV
PE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxial ;MOC
VD法とかOMVPE法とも呼ばれる場合もある。)法
や、またはMOVPE 法とMBE 法双方を複合させたMO・M
BE法などが適用できると考えられる。しかし、現状で
は蒸気圧が比較的高いリン(P)を含むInP等の半導
体薄膜の成長には、MBE法よりも化学量論的な組成制
御性の観点からもっぱらMOVPE法が多用されてお
り、特にInの出発原料として結合価が1価のシクロペ
ンタジエニルインジウム(C55 In)を使用するM
OVPE法では、従来困難とされていた常圧(大気圧)
下に於いても高品位のInP並びにGaInAsなどを
得ることができる。また、InP層を例えばMOVPE
法で成長させ、Pを含まないGaX In1-X As層はM
BE法で成長させるなど層毎に成長方法を異にしても支
障は無く、唯一の成長法で当該ヘテロ接合を形成する各
層を設ける必要はなく、層毎に成長方法を異にしても良
いのは勿論である。
The above InP buffer layer and GaInA
The growth method of the s layer is not particularly limited, and is, for example, a liquid phase epitaxial growth method (LPE method) or a molecular beam epitaxial growth method (Molecular Beam Epitaxial;
MBE method) or metal-organic thermal decomposition vapor deposition method, so-called MOV
PE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxial; MOC)
It may also be called VD method or OMVPE method. ) Method, or MO ・ M combining MOVPE method and MBE method
It is considered that the BE method or the like can be applied. However, at present, the MOVPE method is frequently used for growing semiconductor thin films such as InP containing phosphorus (P) having a relatively high vapor pressure from the viewpoint of stoichiometric composition control rather than the MBE method. In particular, M using cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In) having a monovalent valence as a starting material of In
With the OVPE method, normal pressure (atmospheric pressure), which has been considered difficult in the past
Even below, high-quality InP and GaInAs can be obtained. Further, the InP layer is formed, for example, by MOVPE.
The Ga x In 1 -x As layer not containing P is grown by the M method.
There is no problem even if the growth method is different for each layer, such as by the BE method, and it is not necessary to provide each layer for forming the heterojunction by only one growth method, and the growth method may be different for each layer. Of course.

【0019】また、前記GaX In1-X Asの混晶比x
については、0.37≦x≦0.53とするのが望まし
い。何故ならば、InPに格子整合するGaX In1-X
Asの混晶比x=0.47から混晶比がずれるに伴い、
GaX In1-X AsとInPとの格子定数の差、即ち格
子不整合度も顕著となり、多量の結晶欠陥等を誘発し結
晶性の低下を招くばかりか電子移動度の低下等の電気的
特性をも悪化させ、ホール素子の特性上積感度の改善に
多大な支障を来すからである。
Further, the mixed crystal ratio x of the Ga X In 1 -X As
Is preferably set to 0.37 ≦ x ≦ 0.53. Because Ga x In 1-x lattice-matched to InP
As the mixed crystal ratio of As deviates from the mixed crystal ratio x = 0.47,
The difference between the lattice constants of Ga X In 1 -X As and InP, that is, the degree of lattice mismatch, is also remarkable. This is because the characteristics are also deteriorated, and the characteristics of the Hall element are greatly impaired in improving the product sensitivity.

【0020】また、本考案に係わる上記GaX In1-X
As層の膜厚については特段の制限はない。但し、ホー
ル素子の実際の製作に当たっては素子間を電気的に絶縁
するため、メサエッチングと称する特定領域の結晶層を
除去するための工程が一般的に採用されるが、この際素
子間絶縁のためにメサエッチングにより除去すべき導電
性を呈する層の膜厚、とりもなおさずエピタキシャル成
長層の全体的な厚みが増すと必然的にメサエッチングに
要する時間の増大を伴い、結晶方位に因るエッチング量
並びにエッチング形状に顕著な差異を生じさせる。この
ことがしいてはホール素子の重要な特性の一つである不
平衡率の増大をもたらし、素子特性の高品位化を妨げる
と共に良品素子収率の低下を招く。従って、本考案に記
すヘテロ構造を構成するにあたっては、その構成要素で
あるGaX In1-X As層の膜厚をおおよそ5μmより
薄く設定すると好結果が得られる。
Further, the Ga x In 1-X according to the present invention
There is no particular limitation on the thickness of the As layer. However, in the actual manufacture of the Hall element, a step called mesa etching for removing a crystal layer in a specific region is generally adopted in order to electrically insulate the elements. Therefore, if the thickness of the layer exhibiting conductivity to be removed by mesa etching and the overall thickness of the epitaxial growth layer increase, the time required for mesa etching necessarily increases, and etching due to the crystal orientation is inevitable. Significant differences in volume as well as in etched shape. This leads to an increase in the unbalance rate, which is one of the important characteristics of the Hall element, which hinders the high quality of the element characteristics and lowers the yield of non-defective elements. Therefore, in forming the heterostructure described in the present invention, good results can be obtained by setting the thickness of the Ga x In 1 -x As layer, which is a constituent element thereof, to less than about 5 μm.

【0021】上述の如くのエピタキシャルウエハを母体
材料とし、GaX In1-X AsとInPとのヘテロ接合
を具備してなるホール素子を製作する。この製作に当た
っては公知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術
等の加工技術を駆使し感磁部並びに入・出力電極部とな
す領域をメサ(mesa)エッチング法により形成す
る。このメサ構造を得る方法につきここで説明を加える
に、先ず当該母体材料の最表面であるGaX In1-X
s層の表面に一般的なフォトレジスト材を塗布し、その
後通常のフォトリソグラフィー技術により入力用並びに
出力用電極の形成領域及び感磁部とする領域のみの該レ
ジスト材を残存させ、それ以外の領域に或るレジスト材
は剥離除去する。然る後、無機酸を用いてGaInAs
及びInP層にエッチング加工を施す。このエッチング
により電極形成部及び感磁部領域はそれらの領域を垂直
方向の断面から見れば台形状、いわゆるメサ形状か結晶
の軸方向に依っては逆台形状いわゆる逆メサ状の台地
(メサ)として残存させ得る。当該メサエッチングにつ
いては成長層の全厚が5μmを超えると上記の如く結晶
軸(結晶方位)に基づくエッチング形状の差異が顕著と
なり、これによりホール素子の特性の一つである不平衡
電圧の増加を招き、もって不平衡率の悪化をもたらす。
よって、前述の様に当該ホール素子の製作に供するエピ
タキシャル成長層の全体の膜厚は、概ね5μm以下に設
定した方が不平衡率を増大させないという点で好都合で
ある。
Using the epitaxial wafer as described above as a host material, a Hall element having a heterojunction between Ga x In 1 -x As and InP is manufactured. In this manufacturing, a region serving as a magnetic sensing portion and an input / output electrode portion is formed by a mesa etching method using a processing technology such as a known photolithography technology and an etching technology. A method for obtaining the mesa structure will be described here. First, Ga x In 1 -x A which is the outermost surface of the base material is used.
A general photoresist material is applied to the surface of the s layer, and thereafter, the resist material is left only in a region for forming an input and output electrode and a region to be a magnetically sensitive portion by a normal photolithography technique. The resist material in the region is peeled and removed. After that, GaInAs using inorganic acid
And the InP layer is etched. By this etching, the electrode forming portion and the magneto-sensitive portion region are trapezoidal when they are viewed from a vertical cross section, so-called mesa shape or inverted trapezoidal shape depending on the axial direction of the crystal, so-called inverted mesa plateau (mesa). As a residual. In the mesa etching, when the total thickness of the growth layer exceeds 5 μm, the difference in the etching shape based on the crystal axis (crystal orientation) becomes remarkable as described above, thereby increasing the unbalance voltage, which is one of the hall element characteristics. , Which leads to a worsening of the imbalance rate.
Therefore, as described above, it is advantageous to set the total thickness of the epitaxial growth layer used for manufacturing the Hall element to approximately 5 μm or less in that the imbalance rate is not increased.

【0022】係るメサエッチングを施した後、入力用並
びに出力用電極を形成する。この形成に当たってはメサ
エッチングされたウエハの表面全体に一般のフォトレジ
スト材を塗布する。その後、公知のフォトリソグラフィ
ー法により入・出力電極を形成する領域に在るフォトレ
ジスト材のみを剥離、除去し、直下に存在する高キャリ
ア濃度のGaInAs層の表面を露出させる。次に電極
材料となる単体のAlを当該加工を施したレジスト材上
に真空蒸着する。ここでは電極材料としてAlを使用し
たが、電極材料としては別段、これに限定されることは
なくAuであっても勿論差し支えはない。電極材料を真
空蒸着した後、レジスト材を剥離するのと併行していわ
ゆるリフトオフ(lift off)法を利用して当該レジスト
材上に被着されたAl膜を除去する。この時点で既にア
ロイングを施さずともAl電極にはオーミック性が付与
されている。ちなみにこれらのAl電極の形状は長方形
の平面でも円形でも、或はまた楕円形などであっても支
障はない。
After the mesa etching, input and output electrodes are formed. In this formation, a general photoresist material is applied to the entire surface of the mesa-etched wafer. Thereafter, only the photoresist material in the region where the input / output electrodes are formed is peeled off and removed by a known photolithography method, thereby exposing the surface of the GaInAs layer having a high carrier concentration immediately below. Next, a single piece of Al serving as an electrode material is vacuum-deposited on the processed resist material. Here, Al was used as the electrode material. However, the electrode material is not limited to this, and Au may of course be used. After vacuum deposition of the electrode material, the Al film deposited on the resist material is removed by using a so-called lift-off method while removing the resist material. At this point, the ohmic property is given to the Al electrode without alloying. Incidentally, there is no problem if the shape of these Al electrodes is a rectangular plane, a circle or an ellipse.

【0023】上述では、メサエッチングにより素子形成
領域をメサ形状に加工し他の領域との電気的に絶縁化を
果たしたが、素子領域と他の領域との絶縁化は別段、こ
れに限ることはなく、例えば水素や酸素などの非金属性
のイオンや鉄などの遷移金属のイオンを素子形成領域外
にイオン注入することにより当該領域を絶縁化させても
良い。この場合はメサエッチング時の様に深さ方向に段
差を生ずることなく絶縁化を達成でき、よってホール素
子の不平衡電圧の増加を抑制できる利点がある。
In the above description, the element formation region is processed into a mesa shape by mesa etching to electrically insulate it from other regions. However, the insulation between the element region and other regions is limited to this. Instead, for example, nonmetallic ions such as hydrogen and oxygen or ions of a transition metal such as iron may be implanted outside the element formation region to insulate the region. In this case, there is an advantage that the insulation can be achieved without generating a step in the depth direction as in the case of the mesa etching, and the increase in the unbalance voltage of the Hall element can be suppressed.

【0024】更に、電極が形成されたウエハの表面全面
をフォトレジスト材で再び覆い、公知のフォトリソグラ
フィー技術を応用してパッド電極を形成すべくパターニ
ング(patterning)を施す。このパッド電極は、各々一
対をなす入力、並びに出力電極の計4個の各電極上の素
子感磁機能部以外の領域に設ける。この様な位置にボン
デング用のパッド電極を配置するのは、ボンデング時に
於ける機械的な圧力等が素子機能部を構成する半導体結
晶層に直接加わるのを回避させるためである。パターニ
ング終了後Alを全面に真空蒸着し、再びリフトオフ法
によりパッド電極形成領域以外のフォトレジスト材上に
被着したAl被膜を排除する。このパッド電極形成領域
では当然ながらAl被膜の膜厚は他の電極領域に比較し
厚くなっている。
Further, the entire surface of the wafer on which the electrodes are formed is again covered with a photoresist material, and patterning is performed by using a known photolithography technique to form pad electrodes. This pad electrode is provided in a region other than the element magneto-sensitive function part on each of a total of four electrodes of a pair of input and output electrodes. The bonding pad electrode is arranged at such a position in order to prevent mechanical pressure or the like during bonding from being directly applied to the semiconductor crystal layer constituting the element function part. After patterning is completed, Al is vacuum-deposited on the entire surface, and the Al film deposited on the photoresist material other than the pad electrode formation region is removed again by the lift-off method. In this pad electrode formation region, the thickness of the Al film is naturally thicker than in other electrode regions.

【0025】次に公知のプラズマCVD法により絶縁性
を有する二酸化珪素(SiO2 )を堆積させウエハ表面
を被覆する。本考案では一般的なSiO2 を絶縁被覆膜
として採用したが他の絶縁性を有する膜、例えば窒化珪
素(SiN)などであっても良い。次に、上記の如く製
作されたSiO2 絶縁膜を一般的なレジスト材で被覆す
る。然る後、パッド電極部と個々の素子に分離する、い
わゆるダイシング(dicing)のために必要なダイシング
ラインを形成するための位置に相当する部分のレジスト
材を、公知のフォトリソグラフィー技術により除去し直
下のSiO2 絶縁膜を露出させる。更に、露出したSi
2 絶縁膜をフッ化水素酸(化学式HF)に浸し、当該
部分のSiO2 絶縁膜を溶解し除去する。これにより入
・出力電極の表面並びにダイシングラインの形成部にあ
ってはGaInAs層表面を露出せしめる。実際に個々
の素子に分離するにあっては、ダイシングラインに相当
する部分に露出しているGaInAs層を適当な無機酸
を利用しエッチング除去すれば良い。然る後、GaIn
As層の直下にあるInP層をこれまた無機酸により除
去する。通常は、更にエッチングを進行させInP単結
晶基板の表層部の一部迄除去する。この様に図るのはダ
イシングに使用するスクライバー(sucriber)やブレー
ド(brade )などが素子の分離の際にエピタキシャル成
長層やヘテロ界面に機械的な損傷を与えるのを予め低減
するためである。上記した絶縁膜の形成、加工過程、並
びにダイシングラインの形成、加工方法はメサエッチン
グかイオン注入かの絶縁化の方法に依らず変わりはな
い。
Next, silicon dioxide (SiO 2 ) having an insulating property is deposited by a known plasma CVD method to cover the wafer surface. In the present invention, general SiO 2 is used as the insulating coating film, but another insulating film such as silicon nitride (SiN) may be used. Next, the SiO 2 insulating film manufactured as described above is covered with a general resist material. Thereafter, the resist material at a portion corresponding to a position for forming a dicing line necessary for so-called dicing, which separates the pad electrode portion and the individual elements, is removed by a known photolithography technique. The immediately underlying SiO 2 insulating film is exposed. In addition, the exposed Si
The O 2 insulating film is immersed in hydrofluoric acid (chemical formula HF) to dissolve and remove the SiO 2 insulating film in the relevant portion. As a result, the surface of the GaInAs layer is exposed on the surface of the input / output electrode and the portion where the dicing line is formed. In actual separation into individual elements, the GaInAs layer exposed at a portion corresponding to the dicing line may be removed by etching using an appropriate inorganic acid. After that, GaIn
The InP layer immediately below the As layer is also removed with an inorganic acid. Usually, etching is further advanced to remove a part of the surface layer of the InP single crystal substrate. This is done in order to reduce in advance that a scriber or a blade used for dicing mechanically damages the epitaxial growth layer or the hetero interface at the time of element isolation. The formation and processing steps of the above-described insulating film and the formation and processing method of the dicing line are not changed irrespective of the insulating method such as mesa etching or ion implantation.

【0026】係る加工を施された後、上記のダイシング
ラインに沿って公知のスクライビング(sucribing )を
施し製作されたホール素子を個々に分離しホール素子チ
ップ(chip)となす。然る後、一つの素子チップを金属
支持体上に載置し、同支持体に付帯するリード端子と各
電極パッドとを一般的なリード線を用い超音波ボンデン
グ法により結線する。その後、結線を完了したチップを
一般的な半導体封止用のエポキシ樹脂で囲繞し、外囲
(モールド;mold)する。
After the above processing, known scribing is performed along the dicing line to separate the manufactured Hall elements into individual Hall element chips. Thereafter, one element chip is mounted on a metal support, and the lead terminals attached to the support and each electrode pad are connected to each other by ultrasonic bonding using a general lead wire. After that, the connected chip is surrounded by a general semiconductor sealing epoxy resin, and is surrounded (molded).

【0027】本考案に係る新たなGaInAsホール素
子の電気的主要特性、特に積感度につき従来のGaIn
Asホール素子のそれらと比較した。その結果、ホール
素子の優劣を決定付ける重要な特性である積感度に関
し、顕著な差異が認められ、本考案に因る新規なGaI
nAsホール素子に於いては格段の積感度の向上が果た
された。この原因を探るにこれは本考案に記載した如
く、高い電子移動度を発現するGaInAs/InPヘ
テロ界面に機械的に損傷を与えかねない要因をホール素
子の製作プロセスから極力、排除した事に因るものと判
断される。
The main electrical characteristics of the new GaInAs Hall element according to the present invention, especially the product sensitivity, are the same as those of the conventional GaInAs Hall element.
These were compared with those of the As Hall element. As a result, a remarkable difference was recognized in the product sensitivity, which is an important characteristic that determines the superiority or inferiority of the Hall element.
In the nAs Hall element, the product sensitivity was remarkably improved. The reason for this is that, as described in the present invention, a factor that could mechanically damage the GaInAs / InP hetero interface that exhibits high electron mobility was eliminated as much as possible from the manufacturing process of the Hall element. Is determined.

【0028】ボンデング用パッド電極を入・出力電極の
特定位置に設けるという簡便な方法により、ヘテロ接合
界面に機械的圧力が直接及ぶのを回避でき、高キャリア
濃度のノンアロイオーミックコンタクト層を介して熱処
理することなく、金属単体のオーミックコンタクトを形
成するので、熱歪みの発生を回避でき、ヘテロ接合が持
つ高い電子移動度を損なうことなく、もって高感度なホ
ール素子の安定的な実現を可能とする。
By a simple method of providing a bonding pad electrode at a specific position of an input / output electrode, it is possible to avoid direct application of mechanical pressure to a heterojunction interface, and to provide a high carrier concentration through a non-alloy ohmic contact layer. The formation of ohmic contacts made of a single metal without heat treatment avoids the occurrence of thermal distortion and enables the stable realization of highly sensitive Hall elements without impairing the high electron mobility of the heterojunction. I do.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本考案を実施例を基に具体的に説明す
る。図2は本考案に係わるGaInAs/InPヘテロ
構造ホール素子の模式的な平面図の一例を示す。また、
図3は図2に掲げるホール素子の破線A−A’に沿う垂
直方向の断面模式図である。図2の(201)は、当該
ヘテロ接合を形成するにあたり、基板として使用した鉄
(Fe)を添加してなる面方位(100)の半絶縁性の
InP単結晶である。また、InP単結晶(201)の
厚さは約350μmであった。本実施例では、比抵抗が
約107 Ω・cmの結晶を用いた。同図中(202)は
結晶基板(201)上にC55 InをIn源とする常
圧のMOCVD法でエピタキシャル成長させた、膜厚が
約100nmの無添加(アンドープ)InPバッファ層
である。バッファ層(202)は温度610℃にて成長
させた。更に、InPバッファ層(202)上に混晶比
が0.47で、約400nmの膜厚を有するn形のGa
0.47In0.53Asエピタキシャル感磁部層(203)を
常圧MOCVD成長法で設けた。このGa0.47In0.53
As感磁部層(203)の成長温度もバッファ層(20
2)と同じく610℃である。また、Ga0.47In0.53
As感磁部層(203)上にキャリア濃度が2×1019
cm-3のn形の伝導を呈する膜厚が120nmのGa
0.47In0.53As高キャリア濃度層(204)を設け
た。これは、本文中にも記載した様に、従来の合金では
なく単体金属により簡便にノンアロイオーミックコンタ
クトを形成するためである。尚、上記のInPバッファ
層(202)及びn形GaInAs感磁部層(203)
のキャリア濃度は各々、2×1015cm-3及び2×10
16cm-3であった。上記エピタキシャル層(202〜2
04)は全て上記のMOCVD法で成長させた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on embodiments. FIG. 2 shows an example of a schematic plan view of a GaInAs / InP heterostructure Hall element according to the present invention. Also,
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the Hall element shown in FIG. 2 in a vertical direction along a broken line AA ′. (201) in FIG. 2 is a semi-insulating InP single crystal having a plane orientation (100) obtained by adding iron (Fe) used as a substrate in forming the hetero junction. The thickness of the InP single crystal (201) was about 350 μm. In this embodiment, a crystal having a specific resistance of about 10 7 Ω · cm was used. In the figure, reference numeral (202) denotes an undoped (undoped) InP buffer layer having a thickness of about 100 nm, which is epitaxially grown on a crystal substrate (201) by MOCVD under normal pressure using C 5 H 5 In as an In source. . The buffer layer (202) was grown at a temperature of 610 ° C. Further, an n-type Ga having a mixed crystal ratio of 0.47 and a thickness of about 400 nm is formed on the InP buffer layer (202).
A 0.47 In 0.53 As epitaxial magnetosensitive layer (203) was provided by a normal pressure MOCVD growth method. This Ga 0.47 In 0.53
The growth temperature of the As-sensitive layer (203) is also controlled by the buffer layer (20).
It is 610 ° C as in 2). Ga 0.47 In 0.53
The carrier concentration is 2 × 10 19 on the As magnetic sensing layer (203).
Ga having a thickness of 120 nm exhibiting n-type conduction of cm −3
A 0.47 In 0.53 As high carrier concentration layer (204) was provided. This is because, as described in the text, a non-alloy ohmic contact can be easily formed using a single metal instead of a conventional alloy. The InP buffer layer (202) and the n-type GaInAs magnetosensitive layer (203)
Have a carrier concentration of 2 × 10 15 cm −3 and 2 × 10
It was 16 cm -3 . The epitaxial layer (202-2)
No. 04) was grown by the MOCVD method described above.

【0030】この様な構造のウエハを、前述の如く公知
のフォトリソグラフィー法並びにエッチング法を駆使し
て先ずホール素子の機能を発揮する素子機能部領域(2
05)を台形(メサ;mesa)状に残存させるメサエッチ
ングを施し、感磁部等を含むメサ領域を形成した。然る
後、一般的なフォトレジスト材でウエハ表面を覆い、パ
ターニング、レジスト剥離リフトオフ等の工程を経て入
力用並びに出力用電極となすべく高純度のAlを約60
0nmの厚さに真空蒸着せしめ、これによりオーミック
性入・出力電極(206)を形成した。これらの電極
(206)の形状は全て同一で平面は長辺が約200μ
mで短辺が約70μmの長方形となっている。
As described above, the wafer having such a structure is firstly subjected to the well-known photolithography method and the etching method to first form an element function portion region (2) which exhibits the function of the Hall element.
05) was subjected to mesa etching to leave a trapezoidal (mesa) shape to form a mesa region including a magnetically sensitive portion and the like. Thereafter, the surface of the wafer is covered with a general photoresist material, and through a process such as patterning and resist peeling lift-off, high-purity Al is applied to form an input and output electrode by about 60%.
Vacuum evaporation was performed to a thickness of 0 nm, thereby forming ohmic input / output electrodes (206). All of these electrodes (206) have the same shape, and the plane has a long side of about 200 μm.
m is a rectangle with a short side of about 70 μm.

【0031】次に、再度ウエハの表面を一般のフォトレ
ジスト材で覆い平面が長方形のパッド電極(207)を
形成すべき領域、即ち、感磁部を除く図2に示す様な領
域をパターニングし、当該領域のみに於いて入・出力電
極(206)の表面を露出させた。本考案に於いては従
来とは異なり、パッド電極(207)の中心点(20
8)が、素子機能部領域(205)を形成する相互に直
交する半導体感磁部層(209)の幅方向の中心線(2
10)上に位置しない様に配置した。然る後、再び高純
度Alを真空蒸着し、パッド電極(207)を感磁部層
(209)以外の領域に形成した。パッド電極部を含め
た合計の膜厚は約1500nmに達した。
Next, the surface of the wafer is covered again with a general photoresist material, and a region where a pad electrode (207) having a rectangular plane is to be formed, that is, a region as shown in FIG. The surface of the input / output electrode (206) was exposed only in this area. In the present invention, unlike the related art, the center point (20) of the pad electrode (207) is different.
8) is a center line (2) in the width direction of the semiconductor magneto-sensitive layer (209) which is orthogonal to each other and forms the element function part region (205).
10) Arranged so as not to be positioned above. Thereafter, high-purity Al was vacuum-deposited again to form a pad electrode (207) in a region other than the magneto-sensitive layer (209). The total film thickness including the pad electrode portion reached about 1500 nm.

【0032】更にウエハ全面を一旦プラズマCVD法に
よるSiO2 絶縁膜(211)で被覆した。SiO2
(211)の厚さは約300nmとした。次に、当該絶
縁膜(211)上に一般のフォトレジスト材を塗布し、
前述の如くのフォトリソグラフィー、パターニング各工
程等を経てパッド電極(207)の表面を後の電気結線
のために露出させた。これに工程的に継続させて個々の
ホール素子に分離するためのダイシングライン(21
2)を形成した。然る後、ダイシングライン(212)
に沿ってスクライブを施し、個々の素子(チップ)に分
離せしめた。このチップ化に際しては、InP単結晶基
板(201)の裏面の一部をエッチング除去することに
より、当該基板の厚さを初期厚さ350μmから約13
0μmの厚さとし、スクライブを容易ならしめた。
Further, the entire surface of the wafer was once covered with an SiO 2 insulating film (211) by a plasma CVD method. The thickness of the SiO 2 film (211) was about 300 nm. Next, a general photoresist material is applied on the insulating film (211),
The surface of the pad electrode (207) was exposed for electrical connection later through the photolithography and patterning steps as described above. A dicing line (21) is used to separate the individual Hall elements by continuing the process.
2) was formed. After that, dicing line (212)
Was scribed along the line, and separated into individual elements (chips). In forming the chip, a part of the back surface of the InP single crystal substrate (201) is removed by etching to reduce the thickness of the substrate from the initial thickness of 350 μm to about 13 μm.
The thickness was set to 0 μm, and scribing was facilitated.

【0033】スクライビングによるチップ化後、チップ
を極く一般的な金属フレームにマウント(mount )し、
その後超音波ボンデング法によりリード線の一端をパッ
ド電極にボンデングし、リード線の他端を金属フレーム
に付随してなるリード端子に結線した。然る結線操作の
後、当該ホール素子を半導体素子の封止用として一般的
に使用されるエポキシ樹脂で囲繞しモールドした。
After scribing into chips, the chips are mounted on a very common metal frame,
Thereafter, one end of the lead wire was bonded to a pad electrode by an ultrasonic bonding method, and the other end of the lead wire was connected to a lead terminal attached to a metal frame. After such a connection operation, the Hall element was surrounded and molded with an epoxy resin generally used for sealing a semiconductor element.

【0034】上述の如く作成したホール素子を電気的な
特性評価に供した。特性上の比較を行うため従来のGa
InAsホール素子の特性も評価した。ここで、従来の
ホール素子とはパッド電極が素子機能部のほぼ延長線上
に位置しているものである。但し、InPバッファ層の
膜厚は、双方で100nmと同一である。特性を比較し
た結果の中で、特にホール素子の感度に直接影響を与え
る室温電子移動度について本考案に係わる新規なホール
素子と従来のホール素子では顕著な差異が認められた。
図4に示す如く本考案に基づく新たなホール素子にあっ
ては室温電子移動度が素子化工程を経ていない未加工の
ウエハ状態での室温移動度と殆ど変化が見られないのに
対し、従来のホール素子では素子製作工程を経るに従い
室温移動度が未加工のウエハ状態から約15〜20%程
度低下していた。この室温移動度の低下原因につき工程
を追って調査した結果、ノンアロイAl電極を形成した
後迄は本考案並びに従来例共に室温移動度にさしたる変
化は認められなかった。しかし、ボンデング工程の終了
後に於いては、上記の差異が明白に現れた。これに関
し、結晶欠陥の導入、発生の観点から原因を調査した結
果、従来のボンデングパッドの配置を有する従来のホー
ル素子にあってはボンデングにより転位などの多量の欠
陥がGaInAs結晶層内部、並びにInP層とのヘテ
ロ界面に誘発され導入されているのが当該ウエハの垂直
方向の断面の高分解能透過型電子顕微鏡による観察から
確認された。一方、本考案に係わる場合にあっては、ボ
ンデングパッドの直下近傍のGaInAs結晶層にあっ
ては従来例とほぼ同じくして結晶欠陥が導入されている
ものの、素子特性を発揮させる上で重要な素子機能部位
には殆ど転位などが導入されていないことが判明した。
これらの実験事実を考え併せるに、従来のホール素子に
認められる室温移動度の極端な低下には、ボンデングの
際の機械的な圧力等に因って誘発される結晶欠陥が関与
していることは明白であり、誘発される結晶欠陥等が移
動度に及ぼす悪影響を緩和させるためにも、本考案の如
くボンデングパッドを配置せしめ、素子機能部への直接
的な結晶欠陥の導入を避けることが大きな効果をもたら
すのは明らかである。
The Hall element prepared as described above was subjected to electrical characteristics evaluation. The conventional Ga
The characteristics of the InAs Hall element were also evaluated. Here, the conventional Hall element is one in which the pad electrode is located substantially on the extension of the element function part. However, the thickness of the InP buffer layer is the same as 100 nm in both cases. Among the results of the comparison of the characteristics, a remarkable difference was observed between the new Hall element according to the present invention and the conventional Hall element, particularly at room temperature electron mobility which directly affects the sensitivity of the Hall element.
As shown in FIG. 4, in the new Hall element based on the present invention, the room-temperature electron mobility hardly changes from the room-temperature mobility in an unprocessed wafer state which has not been subjected to the element conversion step, whereas In the Hall element, the room temperature mobility was reduced by about 15 to 20% from the state of the unprocessed wafer as the element manufacturing process was performed. As a result of step-by-step investigation of the cause of the decrease in room temperature mobility, no change was observed in room temperature mobility in both the present invention and the conventional example until the non-alloy Al electrode was formed. However, at the end of the bonding step, the above differences were clearly apparent. In this regard, as a result of investigating the cause from the viewpoint of the introduction and generation of crystal defects, a large amount of defects such as dislocations due to bonding in the conventional Hall element having a conventional bonding pad arrangement were found inside the GaInAs crystal layer, and The induction and introduction at the hetero interface with the InP layer was confirmed by observation of a vertical cross section of the wafer with a high-resolution transmission electron microscope. On the other hand, in the case of the present invention, in the GaInAs crystal layer immediately below the bonding pad, crystal defects are introduced almost in the same manner as in the conventional example, but it is important for exhibiting device characteristics. It has been found that dislocations and the like are hardly introduced into the element functional portions.
Taking these experimental facts into account, the extreme decrease in room temperature mobility observed in conventional Hall elements is related to crystal defects induced by mechanical pressure during bonding. In order to mitigate the adverse effects of induced crystal defects on the mobility, bond pads should be arranged as in the present invention to avoid the direct introduction of crystal defects into the element function part. Clearly has a significant effect.

【0035】尚、上記の実施例ではGaInAs/In
Pヘテロ接合ホール素子を例にして本考案の説明を加え
たが、本考案はGaInAs/InPヘテロ接合ホール
素子に限らず、例えばGaAsとヒ化アルミニウム・ガ
リウム(AlGaAs)、またはヒ化アルミニウム・イ
ンジウム(AlInAs)とGaInAsとのヘテロ接
合から成るホール素子等にも適用できる。
In the above embodiment, GaInAs / In
Although the present invention has been described by taking the P heterojunction Hall element as an example, the present invention is not limited to the GaInAs / InP heterojunction Hall element, but includes, for example, GaAs and aluminum gallium arsenide (AlGaAs) or aluminum indium arsenide. The present invention can also be applied to a Hall element or the like including a heterojunction of (AlInAs) and GaInAs.

【0036】ボンデング用のパッド電極の構造及び配置
につき新たな考案を加えることにより、素子製作過程で
誘発、導入される、応力歪みに起因する結晶欠陥の素子
機能部への影響を回避でき、よって高感度特性を維持し
た新たなホール素子が得られる。
By adding a new idea to the structure and arrangement of the pad electrode for bonding, it is possible to avoid the influence of crystal defects due to stress strain induced and introduced during the device fabrication process on the device functional portion, and A new Hall element maintaining high sensitivity characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のGaInAsホール素子の平面の概略図
である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional GaInAs Hall element.

【図2】本考案に係わるGaInAsホール素子の平面
の概略図である。
FIG. 2 is a schematic plan view of the GaInAs Hall element according to the present invention.

【図3】図2に示すホール素子の破線A−A’に沿う垂
直方向の模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the Hall element shown in FIG. 2 in a vertical direction along a broken line AA ′.

【図4】本考案と従来例に係わるGaInAsホール素
子の室温電子移動度の素子製作加工前後での変化を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in room-temperature electron mobility of a GaInAs Hall device according to the present invention and a conventional example before and after device fabrication.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(101) オーミック性入力・出力電極 (102) ボンデングパッド用電極 (103) ボンデングパッド用電極の形状の中心点 (104) メサ状に加工された素子機能部領域 (105) 素子の機能部を構成する半導体層の幅方向
の中心線 (201) InP半絶縁性単結晶基板 (202) アンドープInPバッファ層 (203) 感磁部層 (204) 高キャリア濃度層 (205) メサ状に加工された素子機能部領域 (206) オーミック性入力・出力電極 (207) ボンデングパッド用電極 (208) ボンデングパッド用電極の形状の中心点 (209) 素子の機能部を構成する相互に直交してな
る半導体層 (210) 素子の機能部を構成する半導体層の幅方向
の中心線 (211) SiO2 絶縁膜 (212) ダイシングライン
(101) Ohmic input / output electrodes (102) Bonding pad electrode (103) Center point of the shape of the bonding pad electrode (104) Mesa-shaped element functional area (105) Element functional area (201) InP semi-insulating single crystal substrate (202) Undoped InP buffer layer (203) Magnetic sensing layer (204) High carrier concentration layer (205) Processed in a mesa shape (206) Ohmic input / output electrode (207) Bonding pad electrode (208) Center point of the shape of the bonding pad electrode (209) the semiconductor layer (210) the center line in the width direction of the semiconductor layer constituting the functional part of the device (211) SiO 2 insulating film (212) dicing line comprising

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−20378(JP,A) 特開 平1−239489(JP,A) 実開 昭62−2268(JP,U) 実開 平6−70262(JP,U) 奥山忍、外2名,“GaInAs/i nPヘテロ接合エピウェハーを用いた高 感度ホール素子”,1992年秋季第53回応 用物理学会学術講演会予稿集,No. 3,16a−SZC−16,p.1078 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 43/06 G01R 33/07 Continuation of front page (56) References JP-A-61-20378 (JP, A) JP-A-1-239489 (JP, A) JP-A-62-2268 (JP, U) JP-A-6-70262 (JP , U) Shinobu Okuyama, et al., "Highly Sensitive Hall Devices Using GaInAs / inP Heterojunction Epi-Wafer", Proceedings of the 53rd Autumn Meeting of the 19th Applied Physics Society of Japan, No. 3, 16a-SZC -16, p. 1078 (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 43/06 G01R 33/07

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】ヘテロ接合構造部を感磁部として具備して
なるホール素子に於いて、ヘテロ接合構造部に高キャリ
ア濃度のノンアロイオーミックコンタクト層を介して単
体金属からなるオーミック電極を設け、該オーミック電
極をヘテロ接合構造部以外の領域に引き出し、該ヘテロ
接合構造部以外の領域に引き出したオーミック電極にボ
ンデングパッド電極を設けてなることを特徴とするヘテ
ロ接合ホール素子。
In a Hall element having a heterojunction structure as a magnetic sensing portion, an ohmic electrode made of a single metal is provided on the heterojunction structure via a non-alloy ohmic contact layer having a high carrier concentration. A heterojunction Hall element wherein the ohmic electrode is drawn to a region other than the heterojunction structure, and a bonding pad electrode is provided on the ohmic electrode drawn to a region other than the heterojunction structure.
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奥山忍、外2名,"GaInAs/inPヘテロ接合エピウェハーを用いた高感度ホール素子",1992年秋季第53回応用物理学会学術講演会予稿集,No.3,16a−SZC−16,p.1078

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