JP4375550B2 - 縦型ホール素子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば磁気センサ等に適用して好適なホール素子に関し、詳しくは、半導体基板（ウェハ）の表面に垂直な成分を含む電流が、同半導体基板内の磁気検出部に供給されるとともに、その電流に対して発生するホール電圧を通じて半導体基板の表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子およびその製造方法に関する。

周知のように、ホール素子は、非接触での角度検出が可能であることから、例えば磁気検出素子として車載内燃機関のスロットル弁開度センサ等の角度検出センサに用いられる。まず、図５を参照して、ホール素子の磁気検出原理について説明する。

物質中を流れる電流に対して垂直な磁界（磁気）が加わると、それら電流および磁界の双方に垂直な方向に電界が生じる。そしてこの電界により移動するキャリアは、ローレンツ力を受けて、該キャリアの運動（移動）方向と上記磁界の方向との双方に垂直な方向に曲げられる。こうして、この物質の片側にキャリアが溜まるようになり、同キャリアの曲げられた方向に電界（電圧）が生じることとなる。この現象をホール効果と呼び、ここで発生する電圧をホール電圧と呼ぶ。

例えば、図５に示すようなホール素子（導体）１００を考えた場合、同素子の磁気検出部（ホールプレート）の幅をＷ、長さをＬ、厚さをｄ、同素子と磁界とのなす角度をθ、磁束密度をＢ、供給（駆動）電流（端子ＴＩ−ＴＩ’間に供給する電流）をＩとすると、ホール電圧（端子ＴＶ_H−ＴＶ_H’間に生じる電圧）Ｖ_Hは、
Ｖ_H＝（Ｒ_HＩＢ／ｄ）ｃｏｓθ、Ｒ_H＝１／（ｑｎ）
のように表せる。ここで、Ｒ_Hはホール係数であり、またｑは電荷、ｎはキャリア濃度である。

この計算式からも分かるように、ホール素子と磁界とのなす角度θに応じてホール電圧Ｖ_Hが変化するため、これを利用することで角度の検出が可能となる。このように、ホール素子を用いることで、上述の角度検出センサを実現することができる。

ところで、一般的なホール素子として、基板（ウェハ）表面に垂直な磁界成分を検出する横型ホール素子が知られているが、近年、これに加え、基板（ウェハ）表面に対して水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子も研究されている。この縦型ホール素子は、位相差の異なる２つの素子を１チップに集積化できるという特長をもつため、２つの縦型ホール素子を９０°の角度をなすように配置することで、０°〜３６０°の角度範囲でリニアな出力が得られる回転センサ等も実現可能になる。こうした縦型ホール素子としては、例えば特許文献１に記載されるものがある。以下、図６を参照して、縦型ホール素子の一例について説明する。なお、図６において、図６（ａ）はこのホール素子の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図である。

同図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、このホール素子は、半導体基板（ウェハ）内に、例えばＰ型のシリコンからなる半導体層２１と、例えばＮ型のシリコンからなる半導体領域２２とが順に積層されて構成されている。

また、上記半導体領域２２の表面には、同表面の不純物濃度（Ｎ型）が選択的に高められるかたちでコンタクト領域２３ａ〜２３ｄが形成され、これらコンタクト領域２３ａ〜２３ｄとそこに配設される電極（配線）との間にオーミックコンタクトが形成されるようになっている。そして、そのオーミックコンタクトを形成する各電極（配線）を介して、それらコンタクト領域２３ａ〜２３ｄと端子ＳおよびＧおよびＶ１およびＶ２とがそれぞれ電気的に接続されている。また、それらコンタクト領域２３ａ〜２３ｄの周囲には例えば多結晶シリコンや酸化シリコン等からなる絶縁膜２４の埋設されたトレンチＴ２が形成されており、これによって、当該ホール素子が周囲の他の素子と素子分離されている。なお、このトレンチＴ２は、半導体基板の表面に対して略垂直に形成されている。

またここで、上記コンタクト領域２３ａについてはこれが、上記コンタクト領域２３ｃおよび２３ｄに挟まれるかたちとなる。さらに、それらコンタクト領域２３ａおよび２３ｃおよび２３ｄについてはその周囲が、上記トレンチＴ２によって囲繞されるかたちとなる。そして、このホール素子においては、このトレンチＴ２によって囲繞された領域（電気的に区画された領域）にあって上記コンタクト領域２３ｃおよび２３ｄにて挟まれる領域（図６中に破線で示す領域）が、いわゆる磁気検出部（ホールプレート）ＨＰ２となる。

このようなホール素子において、例えば上記端子Ｓと端子Ｇとの間に一定の駆動電流を流すと、その電流は、図６（ｃ）中に矢印で示すように、当該半導体基板の表面に形成されたコンタクト領域２３ａから、上記トレンチＴ２により狭められて半導体領域２２の底面近傍に形成される電流通路を通じて、上記コンタクト領域２３ｂへと流れるようになる。すなわち、当該半導体基板内の磁気検出部ＨＰ２に流れる電流は、同基板の表面に垂直な成分を主に含む電流となる。そのため、この駆動電流を流した状態において、同基板の表面に水平な成分を含む磁界（図６中に矢印Ｂで示される磁界）が当該ホール素子の磁気検出部ＨＰ２に入射されたとすると、上述のホール効果によって、上記端子Ｖ１と端子Ｖ２との間にその磁界に対応するホール電圧が発生することとなる。このホール素子においては、こうして発生したホール電圧をそれら端子Ｖ１およびＶ２を通じて検出し、図５に示した先の計算式「Ｖ_H＝（Ｒ_HＩＢ／ｄ）ｃｏｓθ」を用いて、検出対象の磁界成分、すなわち当該ホール素子の基板の表面に水平な磁界成分を算出することとしている。ちなみに、このホール素子では、図６中に示す寸法ｄが磁気検出部の厚さ（上記計算式中の「ｄ」）に相当する。
特開平１−２５１７６３号公報

このように、上記図６に例示した縦型ホール素子によれば、当該ホール素子の基板の表面に水平な磁界成分を検出することは確かに可能になる。しかし、この従来の縦型ホール素子では、縦型ホール素子に特有の構造の複雑さから、その製造過程（リソグラフィ工程）において、マスク合わせ誤差による位置ずれ（アライメントずれ）が生じやすくなっている。こうしたアライメントずれ、特に、上記コンタクト領域２３ａ〜２３ｄと磁気検出部（ホールプレート）ＨＰ２との間にアライメントずれが生じた場合には、上記半導体領域２２内の電位分布にアンバランス（不平衡）が引き起こされ、ひいては磁界が印加されていないにもかかわらず出力される電圧、いわばオフセット電圧が生じるようにもなる。その結果、このオフセット電圧に起因する温度特性の悪化等を招くようにもなり、ホール素子としての磁気検出精度の低下が懸念されるようになる。

このように、上記従来の縦型ホール素子は、素子作製時のマスク合わせ誤差による位置ずれ（アライメントずれ）の生じやすい構造であるが故に、ホール素子としての磁気検出精度の低下が懸念されるようになっている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、素子作製時のマスク合わせ誤差による位置ずれ（アライメントずれ）に起因するオフセット電圧の発生を抑制して、より高い精度での磁気検出を可能とする縦型ホールの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、上記縦型ホール素子を製造する方法として、半導体基板の内部を電気的に区画して磁気検出部を形成するトレンチと、前記半導体基板の表面の所定の箇所に孤立島状の領域を区画するトレンチとを同一のマスクによるエッチングで形成した後、前記半導体基板の表面の所定の箇所に区画される孤立島状の領域に、これを区画する前記トレンチをマスクに用いて、前記半導体基板の表面の不純物濃度を選択的に高めるコンタクト領域を形成し、前記孤立島状の領域を区画するトレンチ深さは前記コンタクト領域よりも深く形成されており、前記孤立島状の領域を区画するトレンチ深さは、前記半導体基板の内部に磁気検出部を形成するトレンチよりも浅く形成されている。

このような製造方法によれば、当該半導体基板の表面の不純物濃度を選択的に高めるコンタクト領域がセルフアライン（自己整合）にて形成されるようになる。また、当該半導体基板の内部を電気的に区画して磁気検出部を形成するトレンチと、前記半導体基板の表面の所定の箇所に孤立島状の領域を区画するトレンチとを同一のマスクによるエッチングで形成するようにしているため、それらトレンチと上記コンタクト領域との間で、すなわち上記磁気検出部と電流供給用電極の配設されるコンタクト領域との間で、マスク合わせ誤差による位置ずれ（アライメントずれ）が生じることもなくなり、これに起因する前述したオフセット電圧の発生も抑制されるようになる。このように、上記製造方法を採用することで、より高い精度での磁気検出を可能とする縦型ホール素子も容易に製造することができるようになる。

またこの場合、請求項２に記載の発明のように、前記孤立島状の領域を区画するトレンチおよび前記半導体基板の内部に磁気検出部を形成するトレンチについては、これらトレンチの側壁にテーパをつけ、テーパ角を９５°〜１１０°になるようにすることが有効である。

前述したように、側壁にテーパのつけられたトレンチをエッチングにて形成する場合、同トレンチのテーパのつけられた側壁とこれに対向する同じくテーパのつけられた側壁とが交わるところまでエッチングが進むと、通常、そこからのエッチング速度は極端に低下することとなる。このため、上記製造方法を採用することで、前記孤立島状の領域を区画するトレンチと前記半導体基板の内部に磁気検出部を形成するトレンチとが異なる深さのトレンチである場合であれ、例えばそれらトレンチの開口幅やトレンチ側壁のテーパ角度を適宜の値に設定することにより、それらトレンチを容易に所望の深さに形成することができるようになる。また、半導体基板の内部において上記コンタクト領域の下には通常、前記磁気検出部（ホールプレート）等が形成されるため、前記孤立島状の領域を区画するトレンチは必要最小限の深さとすることが望まれる。こうしたことからも上記製造方法を採用する意義は大きい。

また、上記請求項１に記載の発明に関し、前記孤立島状の領域を区画するトレンチがその側壁にテーパのつけられた構造をとる場合には、請求項３に記載の発明によるように、前記孤立島状の領域を区画するトレンチと同じくテーパのつけられた側壁をもって当該ホール素子を他の素子と素子分離するトレンチとを同一のマスクによるエッチングで形成することが有効である。

こうした製造方法を採用することで、前記孤立島状の領域を区画するトレンチと当該ホール素子を他の素子と素子分離する上記トレンチとについても、これらが異なる深さのトレンチである場合であれ、例えばそれらトレンチの開口幅やトレンチ側壁のテーパ角度を適宜の値に設定することにより、容易にそれらトレンチを所望の深さに形成することができるようになる。また、これらトレンチを同一のマスクによるエッチングで形成することで、容易にそれらトレンチ間での位置合わせ精度の向上を図ることができるようになる。

また、上記請求項２または３に記載の発明に関しては、例えば請求項４に記載の発明によるように、
・前記同一のマスクによるエッチングで形成するトレンチの深さを、それらトレンチの開口幅によって調整する方法。
あるいは、請求項５に記載の発明によるように、
・前記同一のマスクによるエッチングで形成するトレンチの深さを、それらトレンチの側壁に設けられる前記テーパの角度によって調整する方法。
といった製造方法を用いることがより有効である。すなわち前述したように、側壁にテーパのつけられたトレンチについてこれをエッチングにて形成する場合、同トレンチのテーパのつけられた側壁とこれに対向する同じくテーパのつけられた側壁とが交わるところまでエッチングが進むと、通常、そこからのエッチング速度は極端に低下することとなる。このため、上記トレンチの開口幅およびトレンチ側壁のテーパ角度の少なくとも一方を所望とするトレンチ深さに対応した値に設定することで、そのエッチングで形成されるトレンチの深さを容易に調整することができるようになる。

さらに、請求項５に記載の発明に関しては、請求項６に記載の発明によるように、前記同一のマスクによるエッチングで形成するトレンチの形成をドライエッチングによって行うとともに、それらトレンチの側壁に設けられる前記テーパの角度についてはこれを、当該ドライエッチングのパワーおよびチャンバー内の圧力およびガス流量の少なくとも１つを制御することによって調整する方法とすることがより有効である。こうした製造方法を採用することで、前記トレンチ側壁のテーパ角度についてもこれを、より容易に調整することができるようになる。

図１に、この発明にかかる縦型ホール素子についてその一実施の形態を示す。
この実施の形態にかかる縦型ホール素子も、先の図６に例示した縦型ホール素子と同様、基板（ウェハ）表面に対して水平な磁界成分を検出するものであり、位相差の異なる２つのホール素子を１チップに集積化できるという特長をもつ。ただし、この実施の形態の縦型ホール素子では、図１に示すような構造とすることによって、素子作製時のマスク合わせ誤差による位置ずれ（アライメントずれ）に起因するオフセット電圧の発生を抑制して、その磁気検出精度を高めるようにしている。

以下、同図１を参照して、この実施の形態にかかる縦型ホール素子の構造について詳述する。なお、図１において、図１（ａ）はこのホール素子の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図である。また、この図１において、先の図６に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。

同図１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、このホール素子は、半導体基板（ウェハ）内に、例えばＰ型のシリコンからなる半導体層１１と、例えばＮ型のシリコンからなる半導体領域１２とが順に積層されて構成されている。

また、上記半導体領域１２の表面には、同表面の不純物濃度（Ｎ型）が選択的に高められるかたちでコンタクト領域１３ａ〜１３ｄが形成され、これらコンタクト領域１３ａ〜１３ｄとそこに配設される電極（配線）との間にオーミックコンタクトが形成されるようになっている。そして、そのオーミックコンタクトを形成する各電極（配線）を介して、それらコンタクト領域１３ａ〜１３ｄと端子ＳおよびＧおよびＶ１およびＶ２とがそれぞれ電気的に接続されている。また、この実施の形態においては、同じく半導体領域１２の表面に、それらコンタクト領域１３ａ〜１３ｄの周囲をそれぞれ囲繞するかたちで、例えば多結晶シリコンや酸化シリコン等からなる絶縁膜１４ａ〜１４ｄの埋設されたトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄが形成されている。さらに、それらコンタクト領域１３ａ〜１３ｄの周囲には、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄよりも深くて、例えば多結晶シリコンや酸化シリコン等からなる絶縁膜１４ｅの埋設されたトレンチＴ１ｅが形成されており、これによって、当該ホール素子が周囲の他の素子と素子分離されている。

ここで、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの側壁には、同一の角度「θ≒９５°〜１１０°」でテーパがつけられている。また、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの開口幅は、トレンチが深いものほど広い開口幅となっている。さらに、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面は、そのテーパのつけられた側壁とこれに対向する同じくテーパのつけられた側壁とが交わる態様で形成されている。一方、トレンチＴ１ｅの底面は、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面よりも基板表面と平行な面、すなわち平面を有する底面となっている。

また、上記コンタクト領域１３ａについてはこれが、上記コンタクト領域１３ｃおよび１３ｄに挟まれるかたちとなる。さらに、それらコンタクト領域１３ａおよび１３ｃおよび１３ｄについてはその周囲が、上記トレンチＴ１ｅによって囲繞されるかたちとなる。そして、このホール素子においては、このトレンチＴ１ｅによって囲繞された領域（電気的に区画された領域）にあって上記コンタクト領域１３ｃおよび１３ｄにて挟まれる領域（図１中に破線で示す領域）が、いわゆる磁気検出部（ホールプレート）ＨＰ１となる。

このようなホール素子において、例えば端子Ｓと端子Ｇとの間に一定の駆動電流を流すと、その電流は、図１（ｃ）中に矢印で示すように、当該半導体基板の表面に形成されたコンタクト領域１３ａから、上記トレンチＴ１ｅにより狭められて半導体領域１２の底面近傍に形成される電流通路を通じて、上記コンタクト領域１３ｂへと流れるようになる。すなわち、当該半導体基板内の磁気検出部ＨＰ１に流れる電流は、同基板の表面に垂直な成分を主に含む電流となる。そのため、この駆動電流を流した状態において、同基板の表面に水平な成分を含む磁界（図１中に矢印Ｂで示される磁界）が当該ホール素子の磁気検出部ＨＰ１に入射されたとすると、上述のホール効果によって、上記端子Ｖ１と端子Ｖ２との間にその磁界に対応するホール電圧が発生することとなる。このホール素子においては、こうして発生したホール電圧をそれら端子Ｖ１およびＶ２を通じて検出し、図５に示した先の計算式「Ｖ_H＝（Ｒ_HＩＢ／ｄ）ｃｏｓθ」を用いて、検出対象の磁界成分、すなわち当該ホール素子の基板の表面に水平な磁界成分を算出することとしている。ちなみに、このホール素子では、図１中に示す寸法ｄが磁気検出部の厚さ（上記計算式中の「ｄ」）に相当する。

次に、図２〜図４を参照して、この実施の形態にかかる縦型ホール素子の製造方法について詳述する。なお、これら各図は先の図１（ｃ）に対応する断面図であり、同各図において、先の図１（ｃ）に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。

この製造に際しては、まず、上記半導体層１１と半導体領域１２とが順に積層されて構成される基板を用意する。そして、図２（ａ）に示すように、その基板の表面に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなるマスク材１５を成膜するとともに、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの形成箇所に開口部を形成すべく、フォトリソグラフィ技術を用いてこれをパターニングする。この際、それら開口部の幅は、それぞれ所望とするトレンチ深さに対応した値に設定される。

次に、図２（ｂ）に示すように、このパターニングしたマスク材１５をマスクにして、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチングにより、上記半導体領域１２に対して異方性のエッチングを行い、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅを形成する。これにより、半導体基板の表面に４つの長方形の孤立島状の領域が区画形成されるようになる。このように、この実施の形態では、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅを同一のマスクによるエッチングで形成しているため、それらトレンチの間でアライメントずれが生じることはない。またこの際、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの側壁のテーパ角度θは、それぞれ所望とするトレンチ深さに対応した値、例えば「９５°〜１１０°」程度に設定される。また、そのトレンチ側壁のテーパ角度θは、当該ドライエッチングのパワーおよびチャンバー内の圧力およびガス流量を制御することによって調整する。

ところで、側壁にテーパのつけられたトレンチについてこれをエッチングにて形成する場合、同トレンチのテーパのつけられた側壁とこれに対向する同じくテーパのつけられた側壁とが交わるところまでエッチングが進むと、通常、そこからのエッチング速度は極端に低下することとなる。また、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅのような、同一の角度で側壁にテーパがつけられた複数のトレンチについて、これらを共にエッチングで形成する場合は、開口幅の狭いトレンチほど早く、その側壁の交わるところまでエッチングが進むようになる。そこで、この実施の形態においては、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄのほうがトレンチＴ１ｅよりも早くその側壁の交わるところまでエッチングが進むように、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの開口幅よりもトレンチＴ１ｅの開口幅をより大きく（広く）設定する。こ
うすることで、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄはその側壁の交わるところでエッチングが略停止することとなるが、トレンチＴ１ｅはさらに深くエッチングされるようになる。そして、適宜のタイミングでそのエッチングを止めることで、そのトレンチＴ１ｅの底面は上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面よりも基板表面と平行な面、すなわち平面を有する底面となる。このように、トレンチの開口幅やトレンチ側壁のテーパ角度を適宜の値に設定することで、同一のマスクによるエッチングによっても、容易に上記異なる深さのトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄおよびＴ１ｅを所望の深さに形成することができるようになる。

次に、図２（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ（化学気相成長）により、これらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの内部に、例えば多結晶シリコンや酸化シリコン等からなる絶縁膜１４を埋設する。さらに、その表面に例えばＣＭＰ（化学的機械的研磨）やエッチバック等の適宜の平坦化処理を施した後、上記マスク材１５を除去して、図３（ａ）に示すような構造とする。

次に、図３（ｂ）に示すように、例えば適宜のレジスト材からなるマスク材１６を塗布した後、フォトリソグラフィでこれをパターニングして、上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄの形成箇所に開口部１６ａを形成する。次いで、上記絶縁膜１４ａ〜１４ｄの埋設されたトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄをマスクにして、半導体領域１２に対して例えばＮ型の導電型不純物をイオン注入した後、これに熱拡散用の熱処理を施す。その後、上記マスク材１６を除去して、図３（ｃ）に示すように、上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄ（ここでは１３ａおよび１３ｂのみ図示）が形成されることとなる。このように、この実施の形態においては、上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄがセルフアライン（自己整合）にて形成されることとなる。なお、上記開口部１６ａを形成する際のフォトリソグラフィ工程においては、その開口部１６ａの端面が上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄ（ここではＴ１ａおよびＴ１ｂのみ図示）の幅方向の中心線上にくるようにマスク合わせを行うこととする。ここで実際にマスクとなるのは上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄであるため、こうすることで、そのマスク合わせを、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの幅の「１／２」までのアライメントずれ（誤差）が許容されるものとすることができるようになる。

こうして上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄを形成した後、図４（ａ）に示すように、基板表面に適宜の層間絶縁膜１７を成膜するとともに、これを適宜パターニングして、図４（ｂ）に示すように、上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄ（ここでは１３ａおよび１３ｂのみ図示）に対するコンタクトホール１７ａを形成する。さらにこれに続けて、図４（ｃ）に示すように、そのコンタクトホール１７ａを埋め込むかたちで例えばアルミニウム等からなる配線材料を成膜するとともに、これを適宜パターニングして配線１８を形成し、その上に保護膜１９を成膜する。こうして、先の図１に示したような縦型ホール素子が完成する。

このように、この実施の形態にかかる縦型ホール素子によれば、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄをマスクに用いることにより、コンタクト領域１３ａ〜１３ｄをセルフアライン（自己整合）にて形成することができるようになる。そしてこれにより、上記磁気検出部ＨＰ１と電流供給用電極の配設されるそのコンタクト領域１３ａおよび１３ｂとの間で、前述した素子作製時のマスク合わせ誤差による位置ずれ（アライメントずれ）が抑制されるようになり、ひいてはこれに起因するオフセット電圧の発生も抑制されるようになる。このため、ホール素子としてより高い精度での磁気検出が可能になる。

また、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの側壁にテーパをつけ、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面が、テーパのつけられた側壁とこれに対向する同じくテーパのつけられた側壁とが交わる態様で形成されるとともに、上記トレンチＴ１ｅの底面がそれらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面よりも基板表面と平行な面、すなわち平面を有する底面となる構造とした。これにより、同一のマスクによるエッチングによっても、容易にそれら異なる深さのトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄおよびＴ１ｅを所望の深さに形成することができるようになる。

以上説明したように、この実施の形態にかかる縦型ホール素子およびその製造方法によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
（１）半導体基板の表面に、同表面の不純物濃度を選択的に高めるコンタクト領域１３ａ〜１３ｄの周囲を囲繞するかたちでトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄが形成される構造とした。これにより、ホール素子としてより高い精度での磁気検出が可能になる。

（２）また、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの側壁にテーパがつけられた構造とした。これにより、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄを容易に所望の深さに形成することができるようになる。また、半導体基板の内部にあって上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄの下には、上記磁気検出部（ホールプレート）ＨＰ１が形成されているため、こうしたトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄは必要最小限の深さとすることが望ましい。このことからも、上記構造を採用する意義は大きい。

（３）さらに、当該ホール素子を他の素子と素子分離して且つ、半導体基板の内部を電気的に区画して磁気検出部を形成するトレンチＴ１ｅの側壁にもテーパがつけられた構造とした。これにより、このトレンチＴ１ｅについてもこれを、容易に所望の深さに形成することができるようになる。さらに、同一のマスクによるエッチングによっても、容易に上記異なる深さのトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄおよびＴ１ｅを所望の深さに形成することができるようになる。

（４）また、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅを同一のマスクで容易に形成することのできる構造をもつことで、高い精度での磁気検出を可能とするホール素子の製造も容易となる。
（５）また、同じくトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅを同一のマスクで容易に形成することのできる構造をもつことで、当該ホール素子を他の素子と素子分離する素子分離域の位置合わせ精度を向上させることも容易となる。

（６）トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面が、テーパのつけられた側壁とこれに対向する同じくテーパのつけられた側壁とが交わる態様で形成されるとともに、上記トレンチＴ１ｅの底面が、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面よりも基板表面と平行な面、すなわち平面を有する底面となる構造とした。これにより、同一のマスクによるエッチングによっても、容易にそれら異なる深さのトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄおよびＴ１ｅを所望の深さに形成することができるようになる。また、こうした複雑な構造をもつホール素子の製造が容易となることで、その設計自由度が高められることにもなる。

（７）また、同一の角度で側壁にテーパのつけられたトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅについては、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄよりもトレンチＴ１ｅのほうが広い開口幅を有する構造とした。こうした構造によっても、同一のマスクによるエッチングで形成する場合であれ、容易に上記異なる深さのトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄおよびＴ１ｅを所望の深さに形成することができるようになる。また、こうした複雑な構造をもつホール素子の製造が容易となることで、その設計自由度が高められることにもなる。

（８）また、こうした縦型ホール素子を製造する方法として、当該ホール素子を他の素子と素子分離して且つ、半導体基板の内部を電気的に区画して磁気検出部を形成するトレンチＴ１ｅと、同半導体基板の表面の所定の箇所に孤立島状の領域を区画するトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄとを同一のマスクによるエッチングで形成する。その後、その半導体基板の表面の所定の箇所に区画される孤立島状の領域に、これを区画するトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄをマスクに用いて、当該半導体基板の表面の不純物濃度を選択的に高めるコンタクト領域１３ａ〜１３ｄを形成することとした。こうすることで、より高い精度での磁気検出を可能とする縦型ホール素子も容易に製造することができるようになる。

（９）また、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅについては、これらトレンチの側壁にテーパをつけるようにした。これにより、上記異なる深さのトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄおよびＴ１ｅを、より容易に所望の深さに形成することができるようになる。また、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄは必要最小限の深さとすることが望まれることからも、上記製造方法を採用する意義が大きいことは前述したとおりである。また、こうした複雑な構造をもつホール素子を容易に製造することできるようになるため、ホール素子の設計自由度を高めることにもなる。

（１０）また、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅを同一のマスクで容易に形成することができるようになることで、より高い精度での磁気検出を可能とする縦型ホール素子をより容易に製造することができるようになる。

（１１）また、当該ホール素子を他の素子と素子分離するトレンチＴ１ｅを同一のマスクで容易に形成することができるようになるため、より高い位置合わせ精度をもつ素子分離域の形成を容易とすることにもなる。

（１２）また、トレンチの開口幅およびトレンチ側壁のテーパ角度を所望とするトレンチ深さに対応した値に設定することで、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの深さを容易に調整することができるようになる。

（１３）上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの形成をドライエッチングによって行うとともに、そのトレンチ側壁のテーパ角度についてはこれを、当該ドライエッチングのパワーおよびチャンバー内の圧力およびガス流量を制御することによって調整することとした。こうすることで、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅのトレンチ側壁のテーパ角度についてもこれを、より容易に調整することができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下の態様をもって実施することもできる。
・上記実施の形態にかかる縦型ホール素子において、半導体基板を構成する各要素の導電型を入れ替えた構造、すなわちＰ型とＮ型とを入れ替えた構造についても、この発明は同様に適用することができる。また、当該半導体基板としては、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板や、Ｐ型−Ｎ型−Ｐ型もしくはＮ型−Ｐ型−Ｎ型といった多重拡散層基板等も適宜採用することができる。

・上記実施の形態においては、半導体基板の材料にシリコンを用いるようにしたが、製造工程や構造上の条件等に応じてその他の材料を用いるようにしてもよい。例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ等の化合物半導体材料やＧｅ（ゲルマニウム）等の半導体材料も適宜採用することができる。特に、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓは温度特性の優れた材料であり、当該ホール素子の高感度化を図る上で有効である。

・上記実施の形態においては、電流供給用の端子として２つの端子、すなわち端子ＳおよびＧを備える縦型ホール素子を例示したが、これに限られることなく、例えば電流供給用の端子が３つの端子によって構成される縦型ホール素子等についても、この発明は同様に適用することができる。

・また、上記半導体領域１２よりも高濃度の不純物濃度を有して上記半導体層１１の表面に形成され、いわば下部電極として機能する埋込み層（拡散層）を備える縦型ホール素子等についても、この発明は同様に適用することができる。なお、バイポーラトランジスタを周辺回路として用いる場合は、その製造過程で形成される埋込み層（拡散層）をこうした埋込み層として流用することが多い。

・上記実施の形態においては、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄによって区画される孤立島状の領域を長方形としたが、この形状は任意である。例えば、円形や、正方形、その他の多角形などとしてもよい。

・上記実施の形態においては、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄをマスクとするイオン注入法により、上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄを形成することとした。しかし、必ずしもこの方法に限られることはない。例えば、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄをマスクとする熱拡散法により、上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄを形成するようにしてもよい。また例えば、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄ内の膜材に上記半導体領域１２とのエッチング選択性をもたせて、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄをマスクとするエッチングを行った後、そのエッチングした部分に適宜の不純物濃度をもたせた半導体膜材を例えばＣＶＤで埋設することによっても、上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄを形成することができる。

・上記実施の形態においては、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの形成をドライエッチングによって行うとともに、そのトレンチ側壁のテーパ角度についてはこれを、当該ドライエッチングのパワーおよびチャンバー内の圧力およびガス流量を制御することによって調整することとした。しかし、必ずしもこの方法に限られることはない。例えば、それらドライエッチングのパワーおよびチャンバー内の圧力およびガス流量の少なくとも１つを制御することによってそのトレンチ側壁のテーパ角度を調整することとすれば、前記（１３）の効果に準じた効果を得ることはできる。また、上記半導体基板の種類等に応じてウェットエッチングを採用するようにしてもよい。

・上記実施の形態においては、トレンチの開口幅およびトレンチ側壁のテーパ角度を所望とするトレンチ深さに対応した値に設定することによって、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの深さを調整するようにした。しかし、必ずしもこの方法に限られることはない。例えば、それらトレンチの開口幅およびトレンチ側壁のテーパ角度の少なくとも１つによって上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの深さを調整することとすれば、前記（１２）の効果に準じた効果を得ることはできる。

・上記実施の形態においては、トレンチＴ１ｅの底面が、トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面よりも基板表面と平行な面、すなわち平面を有する底面となる構造とした。しかし、これに限られることなく、トレンチＴ１ｅの底面がトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの底面と同等の構造であっても、前記（６）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることはできる。

・上記実施の形態においては、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの側壁にテーパをつけるようにした。しかし、前記（８）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得るための方法は、こうした製造方法に限られない。すなわち、上記トレンチＴ１ｅと、同半導体基板の表面の所定の箇所に孤立島状の領域を区画するトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄとを同一のマスクによるエッチングで形成した後、その半導体基板の表面に区画される孤立島状の領域に、これを区画するトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄをマスクに用いて上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄを形成することで足りる。

・上記実施の形態においては、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄとトレンチＴ１ｅとについてこれを、共に同一の角度で側壁にテーパがつけられる構造とした。しかし、これに限られることなく、それらトレンチを、各々そのテーパの角度が異なるものとしてもよい。

・また、上記実施の形態においては、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｅの側壁にテーパがつけられた構造とした。しかし、上記トレンチＴ１ｅの側壁にテーパのつけられていない構造であっても、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの側壁にテーパがつけられた構造であれば、少なくとも前記（２）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることはできるようになる。

・さらに、それらトレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄの側壁にテーパのつけられていない構造であっても、半導体基板の表面に上記コンタクト領域１３ａ〜１３ｄの周囲を囲繞するかたちで上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄが形成される構造であれば、少なくとも前記（１）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることはできるようになる。

・上記トレンチＴ１ｅについては、半導体基板の内部を電気的に区画することのできるものであれば足り、例えばトレンチ内部に絶縁膜を介して導電性膜材が埋設されたものなども適宜採用することができる。

・また、上記トレンチＴ１ａ〜Ｔ１ｄについては、コンタクト領域１３ａ〜１３ｄを形成する際にマスクとして機能するものであれば足り、例えばトレンチ内部に導電性膜材等が埋設されたものや、トレンチ内部に絶縁膜を介して導電性膜材が埋設されたものなども適宜採用することができる。

・上記実施の形態においては、上記トレンチＴ１ｅを、当該ホール素子を他の素子と素子分離して且つ、半導体基板の内部を電気的に区画して磁気検出部を形成するものとした。しかし、これに限られることはなく、例えば、半導体基板の内部を電気的に区画して磁気検出部を形成するものをトレンチとし、且つ、当該ホール素子を他の素子と素子分離するものを拡散層として構成するようにしてもよい。そしてこの場合も、その磁気検出部を形成するトレンチについて上述の構造もしくは製造方法を適用することで、前記（３）および（４）および（６）および（７）および（９）および（１０）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることはできるようになる。また例えば、半導体基板の内部を電気的に区画して磁気検出部を形成するものを拡散層とし、且つ、当該ホール素子を他の素子と素子分離するものをトレンチとして構成するようにしてもよい。そしてこの場合も、その素子分離するトレンチについて上述の構造もしくは製造方法を適用することで、前記（３）および（５）および（６）および（７）および（９）および（１１）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることはできるようになる。

この発明にかかる縦型ホール素子およびその製造方法の一実施の形態について、（ａ）はそのホール素子の平面構造を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図。 同実施の形態にかかる縦型ホール素子の製造方法について、（ａ）〜（ｃ）はその製造プロセスを示す断面図。 同実施の形態にかかる縦型ホール素子の製造方法について、（ａ）〜（ｃ）はその製造プロセスを示す断面図。 同実施の形態にかかる縦型ホール素子の製造方法について、（ａ）〜（ｃ）はその製造プロセスを示す断面図。 ホール素子の磁気検出原理を示す斜視図。 従来の縦型ホール素子の一例について、（ａ）はそのホール素子の平面構造を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図。

符号の説明

１１…半導体層、１２…半導体領域、１３ａ〜１３ｄ…コンタクト領域、１４、１４ａ〜１４ｅ…絶縁膜、Ｔ１ａ〜Ｔ１ｅ…トレンチ、ＨＰ１…磁気検出部（ホールプレート）。

Claims (6)

1. 半導体基板の内部を電気的に区画して磁気検出部を形成するトレンチと、前記半導体基板の表面の所定の箇所に孤立島状の領域を区画するトレンチとを同一のマスクによるエッチングで形成した後、前記半導体基板の表面の所定の箇所に区画される孤立島状の領域に、これを区画する前記トレンチをマスクに用いて、前記半導体基板の表面の不純物濃度を選択的に高めるコンタクト領域を形成し、前記孤立島状の領域を区画するトレンチ深さは前記コンタクト領域よりも深く形成されており、前記孤立島状の領域を区画するトレンチ深さは、前記半導体基板の内部に磁気検出部を形成するトレンチよりも浅く形成されていることを特徴とする縦型ホール素子の製造方法。
2. 前記孤立島状の領域を区画するトレンチおよび前記半導体基板の内部に磁気検出部を形成するトレンチはその側壁にテーパがつけられてなり、そのテーパ角は９５°〜１１０°にて形成されてなる請求項１に記載の縦型ホール素子の製造方法。
3. 前記孤立島状の領域を区画するトレンチはその側壁にテーパがつけられてなり、この孤立島状の領域を区画するトレンチと同じくテーパのつけられた側壁をもって当該ホール素子を他の素子と素子分離するトレンチとを同一のマスクによるエッチングで形成する請求項１に記載の縦型ホール素子の製造方法。
4. 前記同一のマスクによるエッチングで形成するトレンチの深さを、それらトレンチの開口幅によって調整する請求項２または３に記載の縦型ホール素子の製造方法。
5. 前記同一のマスクによるエッチングで形成するトレンチの深さを、それらトレンチの側壁に設けられる前記テーパの角度によって調整する請求項２または３に記載の縦型ホール素子の製造方法。
6. 前記同一のマスクによるエッチングで形成するトレンチの形成をドライエッチングによって行うとともに、それらトレンチの側壁に設けられる前記テーパの角度を、当該ドライエッチングのパワーおよびチャンバー内の圧力およびガス流量の少なくとも１つを制御することによって調整する請求項５に記載の縦型ホール素子の製造方法。

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