JP4466276B2 - Vertical Hall element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、ホール素子およびその製造方法に関し、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基板内の磁気検出部に供給された状態で、同基板の表面に水平な磁界成分が磁気検出部に印加されたとき、その磁界成分に対応したホール電圧を発生させる縦型ホール素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a Hall element and a method for manufacturing the same, and more specifically, in a state where a current including a component perpendicular to the surface of a semiconductor substrate (wafer) is supplied to a magnetic detection unit in the substrate, The present invention relates to a vertical Hall element that generates a Hall voltage corresponding to a magnetic field component when a magnetic field component is applied to a magnetic detection unit, and a manufacturing method thereof.
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。現在、こうしたホール素子として実用化されているものの多くは、基板(ウェハ)表面に対して垂直な磁界成分を検出する横型ホール素子であるが、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、異なる位相(角度)を検出する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、例えば非特許文献1に記載のホール素子がある。以下、図27を参照して、このホール素子(縦型ホール素子)について説明する。なお、図27(a)はこのホール素子の平面図、図27(b)は図27(a)のL1−L1線に沿った断面図である。 As is well known, since the Hall element can detect the angle without contact, it is used as an angle detection sensor such as a throttle valve opening sensor of an in-vehicle internal combustion engine as a magnetic detection element. Currently, many of these Hall elements that have been put into practical use are horizontal Hall elements that detect a magnetic field component perpendicular to the substrate (wafer) surface, but in recent years, in addition to this, Vertical Hall elements that detect horizontal magnetic field components have also been studied. Since this vertical Hall element has a feature that two elements that detect different phases (angles) can be integrated on one chip, the two vertical Hall elements are arranged at an angle of “90 °”. Thus, a rotation sensor or the like that can obtain a linear output in an angle range of “0 ° to 360 °” can be realized. As such a vertical Hall element, for example, there is a Hall element described in Non-Patent Document 1. Hereinafter, the Hall element (vertical Hall element) will be described with reference to FIG. FIG. 27A is a plan view of the Hall element, and FIG. 27B is a cross-sectional view taken along line L1-L1 in FIG.
同図27(a)および(b)に示すように、このホール素子は、半導体基板内に、例えばP型のシリコンからなる半導体層21と、この上に絶縁層22を介してエピタキシャル成長にて形成されるN型の半導体領域23とを有して構成されている。このうち、半導体領域23には、当該ホール素子を他の素子と素子分離する態様で、上記絶縁層22に接続されるようなトレンチT22が形成されており、このトレンチT22には絶縁膜IL22が埋設されている。
As shown in FIGS. 27A and 27B, this Hall element is formed in a semiconductor substrate by epitaxial growth through a
また、半導体領域23の表面には、同領域の不純物濃度(N型)が選択的に高められるかたちでN+拡散層24a〜24dが形成され、これらN+拡散層24a〜24d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N+拡散層24a〜24d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。
Further, N + diffusion layers 24a to 24d are formed on the surface of the
また、上記絶縁膜IL22により囲繞される領域にあって、上記N+拡散層24aおよび24cおよび24dの形成される領域と上記N+拡散層24bの形成される領域との間にはトレンチT21が形成され、このトレンチT21には絶縁膜IL21が埋設されている。これにより、それら領域は、互いに上記絶縁膜IL21を隔てた位置関係になる。さらに、絶縁膜IL21によって上記半導体領域23の底面近傍が選択的に狭められ、そこに電流通路が形成されることとなる。
Further, in the region surrounded by the insulating film IL22, a trench T21 is formed between the region where the N + diffusion layers 24a, 24c and 24d are formed and the region where the N + diffusion layer 24b is formed. An insulating film IL21 is embedded in the trench T21. As a result, these regions are in a positional relationship with the insulating film IL21 therebetween. Furthermore, the vicinity of the bottom surface of the
そして、このホール素子においては、上記N+拡散層24aおよび24cおよび24dの形成される領域にあって、すなわち絶縁膜IL21およびIL22により電気的に区画される領域にあって、N+拡散層24cおよび24dにて挟まれる領域が、いわば磁気検出部(ホールプレート)HPとなる。また、ホール電圧を検出するための配線の組(端子V1およびV2)とそれぞれ電気的に接続されるN+拡散層24cおよび24dは、上記磁気検出部HP内をN+拡散層24aからその下方へ、あるいは逆にその下方からN+拡散層24aへと流れる電流に対して発生するホール電圧を検出し得るように、N+拡散層24aを挟むかたちで形成されている。 In this Hall element, in the region where the N + diffusion layers 24a, 24c and 24d are formed, that is, in the region electrically separated by the insulating films IL21 and IL22, the N + diffusion layer 24c The region sandwiched between 24 and 24d is, so to speak, a magnetic detection unit (hole plate) HP. Further, N + diffusion layers 24c and 24d electrically connected to a set of wirings (terminals V1 and V2) for detecting the Hall voltage are provided in the magnetic detection unit HP from the N + diffusion layer 24a below. Alternatively, conversely, the N + diffusion layer 24a is sandwiched so as to detect the Hall voltage generated with respect to the current flowing from the lower side to the N + diffusion layer 24a.
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、例えば半導体基板の表面に形成された上記N+拡散層24aから、上記絶縁膜IL21により選択的に狭められるかたちで半導体領域23の底面近傍に形成された電流通路を通じて上記N+拡散層24bへと、もしくはその逆に流れることとなる。すなわち、その駆動電流は、少なくとも上記磁気検出部HPにおいては、半導体基板(ウェハ)の表面に垂直な成分を主に含む電流となる。このため、上記駆動電流を流した状態において、半導体基板(ウェハ)の表面に水平な成分を含む磁界が当該ホール素子の磁気検出部HPに印加されたとすると、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。そして、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、周知の計算式「VH=(RHIB/d)cosθ」を用いて、検出の対象とする磁界成分を、すなわち当該ホール素子に用いられる半導体基板(ウェハ)の表面に水平な磁界成分を算出することとしている。なお、上記計算式において、VHはホール電圧、RHはホール係数、Iは駆動電流、Bは磁気検出部に印加される磁束密度、dは磁気検出部の幅、θはホール素子と磁界とのなす角度、qは電荷、nはキャリア濃度にそれぞれ相当する。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VHが変化することとなるため、これを利用することで角度検出が可能となる。
このように、図27に例示したような縦型ホール素子によれば、当該ホール素子に用いられる半導体基板(ウェハ)の表面に水平な磁界成分を検出することは確かに可能である。しかし、このホール素子においては、ホール電圧を検出するための配線の組と磁気検出部HPとのコンタクトが、半導体基板の表面にて、より詳しくはN+拡散層24cおよび24dの表面にて形成されることとなる。このため、磁気検出部HPにおける抵抗成分の等価回路は、図28に示すように、抵抗R1〜R4が逆三角形の各辺を構成するかたちで接続された回路となる。この回路においては、電流の流れる方向(角度)が抵抗R1およびR2と抵抗R3およびR4とで異なるため、それら各抵抗成分を流れる電流に対して発生するホール電圧の方向にもばらつきが生じることとなり、このホール電圧に基づく磁気(磁界)強度の特定も困難である。このように、上記従来の縦型ホール素子の場合、オフセット電圧のずれが発生しやすく、磁気検出部HPへ印加される磁気(磁界)強度の特定が困難な構造となっており、磁気検出素子としての感度低下が避けられないものとなっている。 As described above, according to the vertical Hall element as illustrated in FIG. 27, it is certainly possible to detect a magnetic field component horizontal to the surface of the semiconductor substrate (wafer) used for the Hall element. However, in this Hall element, the contact between the set of wirings for detecting the Hall voltage and the magnetic detection part HP is formed on the surface of the semiconductor substrate, more specifically on the surfaces of the N + diffusion layers 24c and 24d. Will be. For this reason, as shown in FIG. 28, the equivalent circuit of the resistance component in the magnetic detection unit HP is a circuit in which resistors R1 to R4 are connected to form sides of an inverted triangle. In this circuit, since the current flowing direction (angle) is different between the resistors R1 and R2 and the resistors R3 and R4, the direction of the Hall voltage generated with respect to the current flowing through these resistance components also varies. Therefore, it is difficult to specify the magnetic (magnetic field) intensity based on the Hall voltage. As described above, in the case of the conventional vertical Hall element, the offset voltage is likely to be shifted, and it is difficult to specify the strength of the magnetic (magnetic field) applied to the magnetic detection unit HP. As a result, a decrease in sensitivity is inevitable.
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、磁気検出部における抵抗成分の対称性を高めてオフセット電圧ずれの発生を抑制し、同磁気検出部へ印加される磁気(磁界)強度についてもこれをより高い精度にて検出することのできる縦型ホール素子およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and improves the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit to suppress the occurrence of offset voltage deviation, and the magnetic (magnetic field) intensity applied to the magnetic detection unit Another object of the present invention is to provide a vertical Hall element capable of detecting this with higher accuracy and a method for manufacturing the same.
こうした目的を達成すべく、請求項1に記載の発明では、半導体基板の表面に垂直な成分を含む電流が同基板内の磁気検出部に供給された状態で、同基板の表面に水平な磁界成分が前記磁気検出部に印加されたとき、その磁界成分に対応したホール電圧を発生させる縦型ホール素子として、前記半導体基板内にて絶縁膜により電気的に区画された前記磁気検出部と前記ホール電圧を検出するための配線の組とのコンタクトは、前記半導体基板の内部で且つ、前記磁気検出部の中央部に対向させて選択的に除去された前記絶縁膜の一部に配線材料が埋設されるかたちで形成されており、同じく半導体基板の内部には、前記配線の組の各配線を前記コンタクトへと導くかたちで前記半導体基板よりも高いエッチング耐性を有するエッチストッパ膜が残存する構造とする。 In order to achieve such an object, according to the first aspect of the present invention, a magnetic field horizontal to the surface of the substrate is supplied in a state in which a current containing a component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is supplied to the magnetic detection unit in the substrate. When a component is applied to the magnetic detection unit, the magnetic detection unit electrically partitioned by an insulating film in the semiconductor substrate as a vertical Hall element that generates a Hall voltage corresponding to the magnetic field component and the magnetic detection unit A contact with a set of wirings for detecting the Hall voltage is formed in a part of the insulating film that is selectively removed inside the semiconductor substrate and facing the central part of the magnetic detection unit. An etch stopper film having a higher etching resistance than that of the semiconductor substrate, which is formed in an embedded manner, and is also formed inside the semiconductor substrate so as to lead each wiring of the wiring set to the contact. A structure that remains.
こうした構造によれば、ホール電圧を検出するための配線の組と磁気検出部とのコンタクトが、半導体基板の内部にて形成されることとなる。これにより、磁気検出部における抵抗成分の対称性はより高められて、オフセット電圧ずれの発生は抑制されることとなり、ひいては同磁気検出部へ印加される磁気(磁界)強度についてもこれをより高い精度にて検出することができるようになる。
また、上記構成によるように、前記ホール電圧を検出するための配線の組と磁気検出部とのコンタクトを、前記磁気検出部の中央部に対向するかたちの配置とすることで、前記磁気検出部における抵抗成分はその等価回路としてホイットストーンブリッジをなすような配置となる。すなわち、その対称性は極めて優れたものとなるため、オフセット電圧ず
れの発生はさらに抑制され、磁気検出素子としての感度をより高めることができるようになる。
さらに、上記構成のように、前記磁気検出部が、前記半導体基板内に絶縁膜によって電気的に区画されるとするとき、前記ホール電圧を検出するための配線の組と磁気検出部とのコンタクトを、該磁気検出部を区画する絶縁膜の選択的に除去された一部に配線材料が埋設されるかたちで形成されるものとすることとすれば、より容易に上記構造が実現されることとなり、より現実的なかたちで磁気検出素子としての高感度化を図ることができるようになる。
しかも、上記構成によるように、前記半導体基板の内部に、前記ホール電圧を検出するための配線の組の各配線を前記磁気検出部とのコンタクトへと導くかたちで、前記半導体基板よりも高いエッチング耐性を有するエッチストッパ膜を残存させる構造とすることで、同エッチストッパ膜にエッチング経路を案内させて、高い検出精度を有する縦型ホール素子を、周知の半導体製造プロセスを用いてより容易に製造することができるようになる。
According to such a structure, a contact between the set of wirings for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit is formed inside the semiconductor substrate. As a result, the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit is further enhanced, and the occurrence of offset voltage deviation is suppressed, and as a result, the magnetic (magnetic field) intensity applied to the magnetic detection unit is also higher. It becomes possible to detect with accuracy.
Further, as described above, the magnetic detection unit is configured such that the contact between the set of wirings for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit is opposed to the central part of the magnetic detection unit. The resistance component in is arranged so as to form a Whitstone bridge as its equivalent circuit. In other words, the symmetry is extremely excellent, so there is no offset voltage.
The occurrence of this is further suppressed, and the sensitivity as a magnetic detection element can be further increased.
Further, as in the above configuration, when the magnetic detection unit is electrically partitioned by an insulating film in the semiconductor substrate, a contact between the set of wirings for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit If the wiring material is embedded in the selectively removed part of the insulating film that partitions the magnetic detection portion, the above structure can be realized more easily. Thus, higher sensitivity as a magnetic detecting element can be achieved in a more realistic form.
Moreover, according to the above configuration, the semiconductor substrate is etched higher than the semiconductor substrate in such a manner that each wiring of the wiring set for detecting the Hall voltage is led to a contact with the magnetic detection unit. By adopting a structure in which an etch stopper film having resistance is left, a vertical Hall element having high detection accuracy can be more easily manufactured by using a known semiconductor manufacturing process by guiding the etching path to the etch stopper film. Will be able to.
また、請求項1に記載の縦型ホール素子に関しては、請求項2に記載の発明によるように、前記磁気検出部と該磁気検出部に前記電流を供給するための配線の組とのコンタクトが、前記半導体基板の表面側および裏面側に対向するかたちで配置される構造とすることで、前記磁気検出部における抵抗成分の対称性はさらに高められてオフセット電圧ずれの発生がより抑制されることとなり、ひいては磁気検出素子としての感度についてもこれをさらに高めることができるようになる。 According to the vertical Hall element of the first aspect of the present invention, as in the second aspect of the present invention, there is a contact between the magnetic detection unit and a set of wirings for supplying the current to the magnetic detection unit. By adopting a structure in which the semiconductor substrate is disposed so as to face the front surface side and the back surface side, the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit is further enhanced and the occurrence of offset voltage deviation is further suppressed. As a result, the sensitivity as a magnetic detection element can be further increased.
さらに、前記半導体基板がシリコンからなるときには、請求項3に記載のように、前記エッチストッパ膜として酸化シリコンからなるものを用いることで、同エッチストッパ膜のエッチング耐性は前記半導体基板に対し十分高いものとされ、そのエッチストッパ機能を通じて当該縦型ホール素子の製造をより容易に行うことができるようになる。しかも、上記構造によれば、エッチストッパ膜自体も、前記半導体基板を酸化させるなどして、容易に形成することができるようになる。
Further, when the semiconductor substrate is made of silicon, as described in
そして、こうした縦型ホール素子の製造方法としては、請求項4に記載の発明によるように、半導体基板の表面に垂直な成分を含む電流が同基板内の磁気検出部に供給された状態で、同基板の表面に水平な磁界成分が前記磁気検出部に印加されたとき、その磁界成分に対応したホール電圧を発生させる縦型ホール素子を製造する方法であって、前記半導体基板内の一部の領域を電気的に区画してその領域を前記磁気検出部とする絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板内に該半導体基板よりも高いエッチング耐性を有するエッチストッパ膜を形成する工程と、この形成されたエッチストッパ膜にエッチング経路を案内させることによって前記半導体基板の表面からのエッチングにより前記磁気検出部の中央部に対向するかたちで前記絶縁膜の一部を選択的にエッチング除去する工程と、該半導体基板の表面からのエッチングにより形成されるトレンチに配線材料を埋設して前記ホール電圧を検出するための配線の組を形成する工程とを備える製造方法が有効である。 And, as a manufacturing method of such a vertical Hall element, as in the invention according to claim 4 , in a state where a current containing a component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is supplied to the magnetic detection unit in the substrate, A method of manufacturing a vertical Hall element that generates a Hall voltage corresponding to a magnetic field component when a magnetic field component horizontal to the surface of the substrate is applied to the magnetic detection unit. Electrically insulating the region and forming an insulating film having the region as the magnetic detection portion, and forming an etch stopper film having higher etching resistance than the semiconductor substrate in the semiconductor substrate, The insulating film is formed so as to face the central portion of the magnetic detection portion by etching from the surface of the semiconductor substrate by guiding the etching path to the formed etch stopper film. A step of selectively etching and removing a portion, and a step of burying a wiring material in a trench formed by etching from the surface of the semiconductor substrate to form a set of wirings for detecting the Hall voltage. The manufacturing method is effective.
このような製造方法によれば、ホール電圧を検出するための配線の組と磁気検出部とのコンタクトが、上記磁気検出部を区画する絶縁膜の選択的に除去された一部に配線材料が埋設されるかたちで形成されることとなる。これにより、当該製造方法により形成される縦型ホール素子の構造として、磁気検出部における抵抗成分の対称性はより高められてオフセット電圧ずれの発生がより抑制されるようになり、ひいては同磁気検出部へ印加される磁気(磁界)強度についてもこれをより高い精度にて検出することができるようになる。
また、上記製造方法によるように、前記半導体基板の表面からのエッチングによる絶縁膜の一部を除去する工程に先立ち、前記半導体基板内に該半導体基板よりも高いエッチング耐性を有するエッチストッパ膜を形成する工程を備え、該形成されたエッチストッパ膜にエッチング経路を案内させるかたちで、前記半導体基板の表面からのエッチングによる絶縁膜の除去を行うことが有効である。
これにより、前記半導体基板の表面からのエッチングによる絶縁膜の除去を行うに際して、上記エッチストッパ膜にエッチング経路を案内させ、所望とする箇所の前記絶縁膜の一部を的確にエッチング除去することができるようになる。このため、上記構造の実現がより容易且つ適切に行われるようになる。
加えて、上記製造方法では、前記半導体基板の表面からのエッチングにより選択的にエッチング除去される前記絶縁膜の一部が、前記磁気検出部の中央部に対向するかたちで形成されるようにする。こうすることで、ホール電圧を検出するための配線の組と磁気検出部とのコンタクトについてはこれが、前記磁気検出部の中央部に対向するかたちで形成されることとなる。これにより、前記磁気検出部における抵抗成分の対称性はさらに高められてオフセット電圧ずれの発生がより抑制されるようになり、ひいては磁気検出素子としての感度についてもこれをさらに高めることができるようになる。
According to such a manufacturing method, the contact between the set of wires for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit is selectively removed from the insulating film that partitions the magnetic detection unit. It will be formed in the form of being buried. As a result, as a structure of the vertical Hall element formed by the manufacturing method, the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit is further enhanced, and the occurrence of offset voltage deviation is further suppressed, and consequently the magnetic detection The magnetic (magnetic field) intensity applied to the part can be detected with higher accuracy.
Further, as in the above manufacturing method, an etch stopper film having higher etching resistance than the semiconductor substrate is formed in the semiconductor substrate prior to the step of removing a part of the insulating film by etching from the surface of the semiconductor substrate. It is effective to remove the insulating film by etching from the surface of the semiconductor substrate in such a manner that the etching path is guided by the formed etch stopper film.
Accordingly, when the insulating film is removed from the surface of the semiconductor substrate by etching, the etching stopper film is guided by the etching stopper film, and a part of the insulating film at a desired location can be accurately removed by etching. become able to. For this reason, the above-described structure can be realized more easily and appropriately.
In addition, in the above manufacturing method, a part of the insulating film that is selectively removed by etching from the surface of the semiconductor substrate is formed so as to face the central portion of the magnetic detection unit. . By doing so, the contact between the set of wirings for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit is formed so as to face the central part of the magnetic detection unit. As a result, the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit is further increased, and the occurrence of offset voltage deviation is further suppressed, and as a result, the sensitivity as a magnetic detection element can be further increased. Become.
またこの場合、前記エッチストッパ膜の形成についてはこれを、請求項5に記載のように、前記半導体基板内へのイオン注入を通じて行うようにすることで、所望とする箇所に上記エッチストッパ膜をより容易に形成することができるようになる。 In this case, the etch stopper film is formed through ion implantation into the semiconductor substrate as described in claim 5 so that the etch stopper film is formed at a desired location. It can be formed more easily.
さらに、前記半導体基板がシリコンからなるときには、請求項6に記載のように、前記エッチストッパ膜の形成を、前記半導体基板内への酸素(O2)のイオン注入によって
行うようにすることで、前記半導体基板を酸化させてそこに、前記エッチストッパ膜を、前記半導体基板に対して十分高いエッチング耐性を有する酸化シリコン膜として形成することができるようになる。なお、こうした酸素のイオン注入方法は、SOI(Silicon On Insulator)基板の形成方法であるSIMOX(Silicon
IMplanted OXide)法などにおいて用いられている。
Furthermore, when the semiconductor substrate is made of silicon, the etch stopper film is formed by ion implantation of oxygen (O 2) into the semiconductor substrate, as described in claim 6. By oxidizing the semiconductor substrate, the etch stopper film can be formed there as a silicon oxide film having a sufficiently high etching resistance to the semiconductor substrate. Note that such an oxygen ion implantation method is a SIMOX (Silicon) method for forming an SOI (Silicon On Insulator) substrate.
(IM planted OXide) method and the like.
また、請求項4に記載の縦型ホール素子の製造方法に関し、前記エッチストッパ膜を形成する工程についてはこれを、請求項7に記載のように、前記半導体基板内にトレンチを形成して該トレンチの内壁面に前記エッチストッパ膜を成膜した後、再びそのトレンチに半導体膜を埋設するかたちで行うこととしても、前記エッチストッパ膜をより適切に形成することができるようになる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing the vertical Hall element, wherein the etch stopper film is formed by forming a trench in the semiconductor substrate as described in the seventh aspect. Even if the etching stopper film is formed on the inner wall surface of the trench and then the semiconductor film is buried again in the trench, the etching stopper film can be formed more appropriately.
(第1の実施の形態)
以下、この発明に係る縦型ホール素子およびその製造方法についてその第1の実施の形態を示す。
(First embodiment)
A first embodiment of a vertical Hall element and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below.
この実施の形態に係る縦型ホール素子も、先の図27に例示した縦型ホール素子と同様、基板(ウェハ)表面に水平な磁界成分を検出するものであり、異なる位相(角度)を検出する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、磁気検出部における抵抗成分の対称性を高めてオフセット電圧ずれの発生を抑制し、同磁気検出部へ印加される磁気(磁界)強度についてもこれをより高い精度にて検出するようにしている。 Similarly to the vertical Hall element illustrated in FIG. 27, the vertical Hall element according to this embodiment detects a magnetic field component horizontal on the substrate (wafer) surface, and detects a different phase (angle). The two Hall elements can be integrated on one chip. However, in the vertical Hall element according to this embodiment, the structure as shown in FIG. 1 is used to increase the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit and suppress the occurrence of offset voltage deviation, thereby reducing the magnetic detection unit. The magnetic (magnetic field) intensity applied to is also detected with higher accuracy.
はじめに、同図1を参照して、この実施の形態に係る縦型ホール素子の構造について詳述する。なお、この図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。 First, the structure of the vertical Hall element according to this embodiment will be described in detail with reference to FIG. 1A is a plan view of the Hall element, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line L1-L1 in FIG. 1A, and FIG. 1C is FIG. It is sectional drawing along the L2-L2 line of (a).
同図1(a)〜(c)に示すように、このホール素子は、半導体基板内に、例えばP型のシリコンからなる半導体層11と、この上に酸化シリコン等からなる絶縁層12を介して例えばエピタキシャル成長にて形成される、例えばN型のシリコンからなる半導体領域13とを有して構成されている。このうち、半導体領域13には、当該ホール素子を他の素子と素子分離する態様で、上記絶縁層12に接続されるようなトレンチT3が形成されており、このトレンチT3には絶縁膜IL3が埋設されている。
As shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c), the Hall element is formed in a semiconductor substrate via a
また、半導体領域13の表面には、同領域の不純物濃度(N型)が選択的に高められるかたちでN+拡散層14aおよび14bが形成され、これらN+拡散層14aおよび14b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N+拡散層14aおよび14bと端子SおよびGとがそれぞれ電気的に接続されている。また、この半導体領域13の表面にはさらに、基板内部にまで至る例えばアルミニウム等からなる導体膜W1aおよびW1bが形成されている。これら導体膜W1aおよびW1bは、ホール電圧を検出するための配線の組として、それぞれ端子V1およびV2と電気的に接続されている。
In addition, on the surface of the
また、上記絶縁膜IL3により囲繞される領域にあって、上記導体膜W1aおよびW1bの形成される領域と上記N+拡散層14aの形成される領域との間にはトレンチT2aおよびT2bが形成され、これらトレンチT2aおよびT2bには絶縁膜IL2aおよびIL2bが埋設されている。また、上記N+拡散層14aの形成される領域と上記N+拡散層14bの形成される領域との間にはトレンチT1が形成され、このトレンチT1には絶縁膜IL1が埋設されている。そしてこれにより、それらN+拡散層14aの形成される領域とN+拡散層14bの形成される領域とは、互いに上記絶縁膜IL1を隔てた位置関係になる。さらに、絶縁膜IL1によって上記半導体領域13の底面近傍が選択的に狭められ、そこに電流通路が形成されることとなる。
Further, trenches T2a and T2b are formed between the region where the conductor films W1a and W1b are formed and the region where the N + diffusion layer 14a is formed in the region surrounded by the insulating film IL3. Insulating films IL2a and IL2b are buried in these trenches T2a and T2b. A trench T1 is formed between a region where the N + diffusion layer 14a is formed and a region where the N + diffusion layer 14b is formed, and an insulating film IL1 is buried in the trench T1. As a result, the region where the N + diffusion layer 14a is formed and the region where the N + diffusion layer 14b is formed are in a positional relationship with the insulating film IL1 therebetween. Furthermore, the vicinity of the bottom surface of the
そして、このホール素子においては、上記N+拡散層14aの形成される領域、すなわち絶縁膜IL2aおよびIL2b、並びに絶縁膜IL1およびIL3により電気的に区画される領域が、いわば磁気検出部(ホールプレート)HPとなる。また、ホール電圧を検出するための配線の組たる上記導体膜W1aおよびW1bは、上記磁気検出部HP内をN+拡散層14aからその下方へ、あるいは逆にその下方からN+拡散層14aへと流れる電流に対して発生するホール電圧を検出し得るように、N+拡散層14aを挟むかたちで形成されている。 In this Hall element, the region where the N + diffusion layer 14a is formed, that is, the region electrically partitioned by the insulating films IL2a and IL2b, and the insulating films IL1 and IL3 is, so to speak, a magnetic detector (hole plate). ) HP. In addition, the conductor films W1a and W1b, which form a wiring for detecting the Hall voltage, pass through the magnetic detection part HP from the N + diffusion layer 14a downward, or conversely from the lower part to the N + diffusion layer 14a. Are formed so as to sandwich the N + diffusion layer 14a so that the Hall voltage generated for the flowing current can be detected.
また、これら導体膜W1aおよびW1bは、上記半導体基板の内部で、上記磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbをとっている。ここで、それらコンタクトCTaおよびCTbは、上記磁気検出部HPを区画する絶縁膜IL2aおよびIL2bの選択的に除去された一部に適宜の配線材料が埋設されるかたちで形成されるとともに、上記磁気検出部HPの中央部に対向するかたちの配置をとっている。このため、上記磁気検出部HPにおける抵抗成分は、その等価回路としてホイットストーンブリッジをなすような配置となる。すなわち、ここに流れる電流の方向(角度)についてもこれが、各抵抗で等しい方向となり、前述したホール電圧の発生する方向のばらつきも抑制され、ひいては磁気検出素子としてさらなる高感度化が図られるようになる。 In addition, the conductor films W1a and W1b are in contact with the magnetic detection part HP within the semiconductor substrate. Here, the contacts CTa and CTb are formed in such a manner that an appropriate wiring material is embedded in a selectively removed part of the insulating films IL2a and IL2b that partition the magnetic detection unit HP, and the magnetic field The arrangement is such that it faces the center of the detector HP. For this reason, the resistance component in the magnetic detection unit HP is arranged to form a Whitstone bridge as an equivalent circuit thereof. In other words, the direction (angle) of the current flowing here is the same for each resistance, and the variation in the direction in which the Hall voltage is generated is suppressed, and as a result, further enhancement of sensitivity as a magnetic detection element is achieved. Become.
さらに、上記半導体基板の内部には、上記導体膜W1aおよびW1bの各々を上記コンタクトCTaおよびCTbへと導くかたちで、上記半導体領域13よりも高いエッチング耐性を有する例えば酸化シリコンからなるエッチストッパ膜ESaおよびESbが残存している。これにより、当該ホール素子をより容易に製造することが可能になる。
Further, in the semiconductor substrate, an etch stopper film ESa made of, for example, silicon oxide having higher etching resistance than the
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、例えば半導体基板の表面に形成された上記N+拡散層14aから、上記絶縁膜IL1により選択的に狭められるかたちで半導体領域13の底面近傍に形成された電流通路を通じて上記N+拡散層14bへと、もしくはその逆に流れることとなる。すなわち、その駆動電流は、少なくとも上記磁気検出部HPにおいては、半導体基板(ウェハ)の表面に垂直な成分を主に含む電流となる。このため、上記駆動電流を流した状態において、半導体基板(ウェハ)の表面に水平な成分を含む磁界が当該ホール素子の磁気検出部HPに印加されたとすると、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。そして、このホール素子においても、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、先に示した周知の計算式「VH=(RHIB/d)cosθ」を用いて、検出の対象とする磁界成分、すなわち当該ホール素子に用いられる半導体基板(ウェハ)の表面に水平な磁界成分を算出することとしている。
In such a Hall element, for example, when a constant driving current is passed between the terminal S and the terminal G, the current flows from the N + diffusion layer 14a formed on the surface of the semiconductor substrate, for example, to the insulating film. It flows to the N + diffusion layer 14b or vice versa through a current path formed in the vicinity of the bottom surface of the
次に、図2〜図4を参照して、上記縦型ホール素子の製造方法について詳述する。なお、これらの断面図は先の図1(c)の断面図に対応するものであり、同図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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 Next, a method for manufacturing the vertical Hall element will be described in detail with reference to FIGS. These cross-sectional views correspond to the cross-sectional view of FIG. 1 (c), and the same elements as those shown in FIG. 1 (c) are denoted by the same reference numerals. I will not repeat the explanation of these elements.
この製造に際しては、まず、図2(a)に示すように、例えばP型のシリコンからなる半導体層11と、例えば酸化シリコンからなる絶縁層12と、例えばN型のシリコンからなる半導体領域13とが順に積層されて構成されるSOI(Silicon On Insulator)基板を用意する。そして、図2(b)に示すように、例えばフォトリソグラフィを通じてパターニングされたマスクを用いたRIE(反応性イオンエッチング)等によって、上記トレンチT2aおよびT2bおよびT3を形成するとともに、これに適宜の酸化処理および平坦化処理を施して、上記絶縁膜IL2aおよびIL2bおよびIL3を形成する。なおこの際、上記酸化処理に代えて、CVD(化学気相成長)法等を用いるようにしてもよい。また、上記平坦化処理としては、例えばCMP(化学的機械的研磨)やエッチバック等の方法を採用することができる。
In this manufacturing, first, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(c)に示すように、例えばレジスト等からなる適宜のマスク材MK11を成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィによってこれをパターニングし、そのパターニングされたマスク材MK11をマスクとして、上記半導体基板(SOI基板)内への酸素(O2)のイオン注入を行う。そして、これに適宜の熱処理を施して、図3(a)に示すように、上記エッチストッパ膜ESaおよびESbを形成する。 Next, as shown in FIG. 2C, an appropriate mask material MK11 made of, for example, a resist is formed, and this is patterned by, for example, photolithography, and the patterned mask material MK11 is used as a mask. Ion implantation of oxygen (O 2 ) into the semiconductor substrate (SOI substrate) is performed. Then, an appropriate heat treatment is performed to form the etch stopper films ESa and ESb as shown in FIG.
次に、図3(b)に示すように、例えばレジスト等からなる適宜のマスク材MK12を成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィによってこれをパターニングする。そして、そのパターニングされたマスク材MK12をマスクとしての基板表面からのエッチング(例えばウェットエッチング)により、図3(c)に示すように、トレンチA11aおよびA11bを形成する。この際、上記エッチストッパ膜ESaおよびESbが上記半導体領域13よりも高いエッチング耐性を有しているため、上記エッチングは、いわゆるノッチ効果により、エッチストッパ膜ESaおよびESbに沿うかたちで図の横方向に進むことになり、やがて上記磁気検出部HPを区画する絶縁膜IL2aおよびIL2bに到達することとなる。さらに、このエッチングが進むと、図4(a)に示すように、上記絶縁膜IL2aおよびIL2bの、上記磁気検出部HPの中央部に対向する一部が、選択的にエッチング除去されることとなる。このように、上記エッチングは、エッチストッパ膜ESaおよびESbにエッチング経路を案内されるかたちで進行する。そのため、所望とする箇所の上記絶縁膜IL2aおよびIL2bの一部が的確にエッチング除去されることとなる。なお、エッチストッパ膜ESaおよびESbは、当該エッチング後においてもエッチング除去されない程度に十分厚く形成されることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 3B, an appropriate mask material MK12 made of, for example, a resist is formed and patterned by, for example, photolithography. Then, as shown in FIG. 3C, trenches A11a and A11b are formed by etching (for example, wet etching) from the substrate surface using the patterned mask material MK12 as a mask. At this time, since the etch stopper films ESa and ESb have higher etching resistance than the
次いで、例えばスパッタリング等によりアルミニウム等からなる配線材料を成膜するとともに、これに対しCMPやエッチバック等の平坦化処理を施して、図4(b)に示すように、上記トレンチA11aおよびA11bに上記導体膜W1aおよびW1bを埋設する。こうして、先の図1に例示したような縦型ホール素子が完成することとなる。 Next, for example, a wiring material made of aluminum or the like is formed by sputtering or the like, and a planarization process such as CMP or etch back is performed on the wiring material, thereby forming the trenches A11a and A11b in the trenches A11a and A11b as shown in FIG. The conductor films W1a and W1b are embedded. Thus, the vertical Hall element as illustrated in FIG. 1 is completed.
以上説明したように、この実施の形態に係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)ホール電圧を検出するための配線の組たる導体膜W1aおよびW1bが、半導体基板の内部で磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbをとる態様で形成される構造とした。これにより、磁気検出部における抵抗成分の対称性はより高められて、オフセット電圧ずれの発生は抑制されることとなり、ひいては同磁気検出部へ印加される磁気(磁界)強度についてもこれをより高い精度にて検出することができるようになる。
As described above, according to the vertical Hall element and the manufacturing method thereof according to this embodiment, the following excellent effects can be obtained.
(1) The structure is such that the conductor films W1a and W1b formed of wiring for detecting the Hall voltage are formed in such a manner as to take the contacts CTa and CTb with the magnetic detection part HP inside the semiconductor substrate. As a result, the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit is further enhanced, and the occurrence of offset voltage deviation is suppressed, and as a result, the magnetic (magnetic field) intensity applied to the magnetic detection unit is also higher. It becomes possible to detect with accuracy.
(2)ホール電圧を検出するための配線の組たる導体膜W1aおよびW1bと磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbを、磁気検出部HPの中央部に対向するかたちの配置とすることとした。これにより、磁気検出部HPにおける抵抗成分はその等価回路としてホイットストーンブリッジをなすような配置となる。このため、ここに流れる電流の方向(角度)についてもこれが、各抵抗で等しい方向となり、前述したホール電圧の発生する方向のばらつきも抑制され、ひいては磁気検出素子としてさらなる高感度化が図られるようになる。 (2) The contacts CTa and CTb between the conductor films W1a and W1b and the magnetic detection part HP, which are wiring lines for detecting the Hall voltage, are arranged so as to face the central part of the magnetic detection part HP. . Accordingly, the resistance component in the magnetic detection unit HP is arranged to form a Whitstone bridge as an equivalent circuit thereof. For this reason, the direction (angle) of the current flowing here is the same for each resistance, and the variation in the direction in which the Hall voltage is generated is suppressed, and as a result, the sensitivity of the magnetic detection element can be further increased. become.
(3)ホール電圧を検出するための配線の組たる導体膜W1aおよびW1bと磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbを、磁気検出部HPを区画する絶縁膜IL2aおよびIL2bの選択的に除去された一部に配線材料が埋設されるかたちで形成されるものとした。これにより、より容易に上記構造が実現されることとなり、より現実的なかたちで磁気検出素子としての高感度化を図ることができるようになる。 (3) The contacts CTa and CTb between the conductor films W1a and W1b and the magnetic detection part HP, which form a wiring for detecting the Hall voltage, are selectively removed from the insulating films IL2a and IL2b that partition the magnetic detection part HP. In addition, the wiring material is embedded in a part of it. As a result, the above structure can be realized more easily, and higher sensitivity as a magnetic detection element can be achieved in a more realistic manner.
(4)半導体基板の内部に、ホール電圧を検出するための配線の組の各配線(導体膜W1aおよびW1b)を磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbへと導くかたちで、半導体領域13よりも高いエッチング耐性を有するエッチストッパ膜ESaおよびESbを残存させる構造とした。これにより、高い検出精度を有する縦型ホール素子を、周知の半導体製造プロセスを用いてより容易に製造することができるようになる。
(4) Inside the semiconductor substrate, each wiring (conductor films W1a and W1b) of the wiring set for detecting the Hall voltage is led from the
(5)半導体領域13がシリコンからなって、エッチストッパ膜ESaおよびESbが酸化シリコンからなる構造とした。これにより、同エッチストッパ膜ESaおよびESbのエッチング耐性は半導体領域13に対し十分高いものとされ、そのエッチストッパ機能を通じて当該縦型ホール素子の製造をより容易に行うことができるようになる。しかも、こうした構造によれば、エッチストッパ膜ESaおよびESb自体も、半導体領域13を酸化させるなどして、容易に形成することができるようになる。
(5) The
(6)また、その製造に際しては、半導体基板内の一部の領域を電気的に区画してその領域を磁気検出部HPとする絶縁膜IL2aおよびIL2bを形成するとともに、半導体基板の表面からのエッチングによりそれら絶縁膜IL2aおよびIL2bの一部を選択的にエッチング除去する。そして、該半導体基板の表面からのエッチングにより形成されるトレンチA11aおよびA11bに配線材料を埋設して、ホール電圧を検出するための配線の組たる導体膜W1aおよびW1bを形成することとした。こうすることで、ホール電圧を検出するための配線の組(導体膜W1aおよびW1b)と磁気検出部HPとのコンタクトが、上記磁気検出部HPを区画する絶縁膜IL2aおよびIL2bの選択的に除去された一部に配線材料が埋設されるかたちで形成されることとなる。このため、当該製造方法により形成される縦型ホール素子の構造として、磁気検出部HPにおける抵抗成分の対称性はより高められてオフセット電圧ずれの発生は抑制されることとなり、ひいては同磁気検出部へ印加される磁気(磁界)強度についてもこれをより高い精度にて検出することができるようになる。 (6) Further, in the manufacture thereof, a part of the region in the semiconductor substrate is electrically partitioned to form the insulating films IL2a and IL2b having the region as the magnetic detection part HP, and from the surface of the semiconductor substrate A part of the insulating films IL2a and IL2b is selectively removed by etching. Then, a wiring material is embedded in trenches A11a and A11b formed by etching from the surface of the semiconductor substrate to form conductor films W1a and W1b in which wiring for detecting the Hall voltage is formed. Thus, the contact between the set of wirings (conductor films W1a and W1b) for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit HP is selectively removed from the insulating films IL2a and IL2b that partition the magnetic detection unit HP. The wiring material is embedded in the part that is formed. For this reason, as a structure of the vertical Hall element formed by the manufacturing method, the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit HP is further increased and the occurrence of the offset voltage deviation is suppressed, and consequently the magnetic detection unit The magnetic (magnetic field) intensity applied to can be detected with higher accuracy.
(7)さらに、上記絶縁膜IL2aおよびIL2bの一部を除去するに先立って、半導体基板内に半導体領域13よりも高いエッチング耐性を有するエッチストッパ膜ESaおよびESbを形成することとする。そして、それらエッチストッパ膜ESaおよびESbにエッチング経路を案内させるかたちで、上記絶縁膜IL2aおよびIL2bの一部を選択的にエッチング除去することとした。こうすることで、上記絶縁膜IL2aおよびIL2bの一部を除去するに際して、エッチストッパ膜ESaおよびESbにエッチング経路を案内させ、所望とする箇所の上記絶縁膜IL2aおよびIL2bの一部を的確にエッチング除去することができるようになる。このため、上記構造の実現がより容易且つ適切に行われるようになる。
(7) Further, prior to removing part of the insulating films IL2a and IL2b, etch stopper films ESa and ESb having higher etching resistance than the
(8)このとき、上記エッチストッパ膜ESaおよびESbの形成を、半導体基板内への酸素(O2)のイオン注入によって行うこととした。こうすることで、半導体領域13を酸化させてそこに、エッチストッパ膜ESaおよびESbを、シリコンからなる半導体領域13に対して十分高いエッチング耐性を有する酸化シリコン膜として形成することができるようになる。すなわち、上記エッチストッパ膜ESaおよびESbを、所望とする箇所により容易且つ的確に形成することができるようになる。
(8) At this time, the etch stopper films ESa and ESb are formed by ion implantation of oxygen (O 2 ) into the semiconductor substrate. By so doing, the
(9)半導体基板の表面からのエッチングにより、絶縁膜IL2aおよびIL2bの、磁気検出部HPの中央部に対向する一部を選択的にエッチング除去するようにした。こうすることで、ホール電圧を検出するための配線の組(導体膜W1aおよびW1b)と磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbについてはこれが、磁気検出部HPの中央部に対向するかたちで形成されることとなる。これにより、磁気検出部HPにおける抵抗成分の対称性はさらに高められて、オフセット電圧ずれの発生は抑制されることとなり、ひいては磁気検出素子としての感度についてもこれをさらに高めることができるようになる。 (9) By etching from the surface of the semiconductor substrate, a part of the insulating films IL2a and IL2b opposed to the central part of the magnetic detection part HP is selectively etched away. Thus, the contact CTa and CTb between the set of wirings (conductor films W1a and W1b) for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit HP are formed so as to face the central part of the magnetic detection unit HP. Will be. As a result, the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit HP is further increased, and the occurrence of offset voltage deviation is suppressed. As a result, the sensitivity as the magnetic detection element can be further increased. .
(第2の実施の形態)
以下、この発明に係る縦型ホール素子およびその製造方法についてその第2の実施の形態を示す。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the vertical Hall element and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described below.
はじめに、図5を参照しつつ、先の第1の実施の形態との相違点を中心に、この実施の形態に係る縦型ホール素子の構造について説明する。なお、この図5の断面図は先の図1(c)の断面図に対応するものであり、同図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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 First, the structure of the vertical Hall element according to this embodiment will be described with reference to FIG. 5, focusing on the differences from the first embodiment. The cross-sectional view of FIG. 5 corresponds to the cross-sectional view of FIG. 1 (c), and the same elements as those shown in FIG. 1 (c) are denoted by the same reference numerals. The overlapping explanation about these elements is omitted.
同図5に示されるように、この縦型ホール素子も、基本的には、図1に例示した先の第1の実施の形態のホール素子と略同様の構造を有しており、その動作態様も前述したとおりである。ただし、この実施の形態においては、先の絶縁膜IL2aおよびIL2b、並びにエッチストッパ膜ESaおよびESb(図1)に代えて、例えば酸化シリコンからなる膜材TFaおよびTFbを採用することとしている。ここで、これら膜材TFaおよびTFbは、基板内部に磁気検出部(ホールプレート)HPを電気的に区画するとともに、半導体領域13よりも高いエッチング耐性を有し、いわばエッチストッパとして機能するようになっている。また、この実施の形態においても、ホール電圧を検出するための配線の組たる導体膜W2aおよびW2bは、上記磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbを基板内部でとっている。そして、それらコンタクトCTaおよびCTbは、上記膜材TFaおよびTFbの選択的に除去された一部に配線材料が埋設されるかたちで形成されるとともに、上記磁気検出部HPの中央部に対向するかたちの配置をとっている。また、上記膜材TFaおよびTFbは、上記導体膜W2aおよびW2bの各々を上記コンタクトCTaおよびCTbへと導くかたちで残存している。
As shown in FIG. 5, this vertical Hall element basically has the same structure as the Hall element of the first embodiment illustrated in FIG. The aspect is also as described above. However, in this embodiment, film materials TFa and TFb made of, for example, silicon oxide are employed instead of the previous insulating films IL2a and IL2b and etch stopper films ESa and ESb (FIG. 1). Here, these film materials TFa and TFb electrically partition the magnetic detection part (hole plate) HP inside the substrate, and have higher etching resistance than the
次に、図6〜図8を参照して、上記縦型ホール素子の製造方法について詳述する。なお、これらの断面図は先の図5の断面図に対応するものであり、同図5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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 Next, with reference to FIGS. 6-8, the manufacturing method of the said vertical Hall element is explained in full detail. These cross-sectional views correspond to the cross-sectional view of FIG. 5 described above, and the same elements as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals and overlapped with each other. I will omit the explanation.
この製造に際しては、まず、図6(a)に示すように、例えばP型のシリコンからなる半導体層11と、例えば酸化シリコンからなる絶縁層12と、例えばN型のシリコンからなる半導体領域13とが順に積層されて構成されるSOI基板を用意する。そして、図6(b)に示すように、例えばフォトリソグラフィを通じてパターニングされたマスクを用いたRIE等によって、トレンチT3を形成するとともに、これに適宜の酸化処理および平坦化処理を施して、上記絶縁膜IL3を形成する。なおこの際、上記酸化処理に代えて、CVD法等を用いるようにしてもよい。また、上記平坦化処理としては、例えばCMPやエッチバック等の方法を採用することができる。
In this manufacturing, first, as shown in FIG. 6A, a
次に、図6(c)に示すように、例えばレジスト等からなる適宜のマスク材MK21を成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィによってこれをパターニングし、そのパターニングされたマスク材MK21をマスクとして、例えばKOH等により、上記半導体基板(SOI基板)のエッチングを行う。そして、図7(a)に示すように、そこに形成されたトレンチA21aおよびA21bの内壁面に適宜の酸化処理を施して上記膜材TFaおよびTFbを成膜するとともに、図7(b)に示すように、再びそれらトレンチA21aおよびA21bに例えばシリコンからなる半導体膜13aおよび13bを埋設する(埋め込みエピ)。
Next, as shown in FIG. 6C, an appropriate mask material MK21 made of, for example, a resist is formed, and this is patterned by, for example, photolithography. Using the patterned mask material MK21 as a mask, for example, The semiconductor substrate (SOI substrate) is etched by KOH or the like. Then, as shown in FIG. 7A, the inner wall surfaces of the trenches A21a and A21b formed there are appropriately oxidized to form the film materials TFa and TFb. As shown,
次いで、適宜の平坦化処理を施した後、図7(c)に示すように、例えばレジスト等からなる適宜のマスク材MK22を成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィによってこれをパターニングする。そして、そのパターニングされたマスク材MK22をマスクとしての基板表面からのエッチング(例えばウェットエッチング)により、図8(a)に示すように、トレンチA22aおよびA22bを形成する。この際、上記膜材TFaおよびTFbが上記半導体領域13よりも高いエッチング耐性を有しているため、上記エッチングは、いわゆるノッチ効果により、膜材TFaおよびTFbに沿うかたちで図の横方向に進むことになる。さらに、このエッチングが進むと、図8(b)に示すように、上記膜材TFaおよびTFbの、上記磁気検出部HPの中央部に対向する一部が、選択的にエッチング除去されることとなる。このように、この実施の形態においても、上記エッチングは、上記膜材TFaおよびTFbにエッチング経路を案内されるかたちで進行する。
Next, after performing an appropriate planarization process, as shown in FIG. 7C, an appropriate mask material MK22 made of, for example, a resist is formed and patterned by, for example, photolithography. Then, as shown in FIG. 8A, trenches A22a and A22b are formed by etching (for example, wet etching) from the substrate surface using the patterned mask material MK22 as a mask. At this time, since the film materials TFa and TFb have higher etching resistance than the
次いで、例えばスパッタリング等によりアルミニウム等からなる配線材料を成膜するとともに、これに対しCMPやエッチバック等の平坦化処理を施して、図8(c)に示すように、上記トレンチA22aおよびA22bに上記導体膜W2aおよびW2bを埋設する。こうして、先の図5に例示したような縦型ホール素子が完成することとなる。 Next, for example, a wiring material made of aluminum or the like is formed by sputtering or the like, and a planarization process such as CMP or etch back is performed on the wiring material, so that the trenches A22a and A22b are formed in the trenches A22a and A22b as shown in FIG. The conductor films W2a and W2b are embedded. Thus, the vertical Hall element as illustrated in FIG. 5 is completed.
以上説明したように、この第2の実施の形態に係る縦型ホール素子およびその製造方法によっても、先の第1の実施の形態による上記(1)〜(7)および(9)の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、これに加えて、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, the effects of the above (1) to (7) and (9) according to the first embodiment are also achieved by the vertical Hall element and the manufacturing method thereof according to the second embodiment. Similar or equivalent effects can be obtained, and in addition to this, the following effects can be newly obtained.
(10)エッチストッパ膜(膜材TFaおよびTFb)の形成を、半導体基板内にトレンチA21aおよびA21bを形成して該トレンチA21aおよびA21bの内壁面に上記エッチストッパ膜を成膜した後、再びそのトレンチA21aおよびA21bに半導体膜13aおよび13bを埋設するかたちで行うこととした。こうすることで、上記エッチストッパ膜を適切に形成することができるようになる。
(10) Etch stopper films (film materials TFa and TFb) are formed by forming trenches A21a and A21b in the semiconductor substrate and depositing the etch stopper film on the inner wall surfaces of the trenches A21a and A21b. The
(第3の実施の形態)
以下、この発明に係る縦型ホール素子およびその製造方法についてその第3の実施の形態を示す。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the vertical Hall element and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described.
はじめに、図9を参照しつつ、先の第1の実施の形態との相違点を中心に、この実施の形態に係る縦型ホール素子の構造について説明する。なお、この図9の断面図は先の図1(c)の断面図に対応するものであり、同図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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 First, the structure of the vertical Hall element according to this embodiment will be described with reference to FIG. 9, focusing on the differences from the first embodiment. The cross-sectional view of FIG. 9 corresponds to the cross-sectional view of FIG. 1 (c), and the same elements as those shown in FIG. 1 (c) are denoted by the same reference numerals. The overlapping explanation about these elements is omitted.
同図9に示されるように、この縦型ホール素子も、基本的には、図1に例示した先の第1の実施の形態のホール素子と略同様の構造を有しており、その動作態様も前述したとおりである。ただし、この実施の形態においては、先のエッチストッパ膜ESaおよびESb(図1)が割愛された構造とするとともに、上記導体膜W1aおよびW1b(図1)に代えて、図9に示される態様の導体膜W3aおよびW3bを採用することとしている。すなわち、この実施の形態においても、ホール電圧を検出するための配線の組たる上記導体膜W3aおよびW3bは、上記磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbを基板内部でとっている。そして、それらコンタクトCTaおよびCTbは、上記磁気検出部HPを区画する絶縁膜IL2aおよびIL2bの選択的に除去された一部に適宜の配線材料が埋設されるかたちで形成されるとともに、上記磁気検出部HPの中央部に対向するかたちの配置をとっている。ただし、この実施の形態においては、上記導体膜W3aおよびW3bが、基板表面から上記コンタクトCTaおよびCTbへ向かって斜めに延設される構造となっている。 As shown in FIG. 9, this vertical Hall element also basically has the same structure as that of the Hall element of the first embodiment illustrated in FIG. The aspect is also as described above. However, in the present embodiment, the structure shown in FIG. 9 is used instead of the conductor films W1a and W1b (FIG. 1), while the previous etch stopper films ESa and ESb (FIG. 1) are omitted. The conductor films W3a and W3b are employed. That is, also in this embodiment, the conductor films W3a and W3b, which form a wiring for detecting the Hall voltage, have contacts CTa and CTb with the magnetic detection part HP inside the substrate. The contacts CTa and CTb are formed in such a manner that appropriate wiring materials are embedded in selectively removed portions of the insulating films IL2a and IL2b that partition the magnetic detection unit HP, and the magnetic detection It is arranged in a form facing the central part of the part HP. However, in this embodiment, the conductor films W3a and W3b are structured to extend obliquely from the substrate surface toward the contacts CTa and CTb.
次に、図10〜図12を参照して、上記縦型ホール素子の製造方法について詳述する。なお、これらの断面図は先の図9の断面図に対応するものであり、同図9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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 Next, a method for manufacturing the vertical Hall element will be described in detail with reference to FIGS. These cross-sectional views correspond to the cross-sectional view of FIG. 9 described above, and the same elements as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals and overlapped with each other. I will omit the explanation.
この製造に際しては、まず、図10(a)に示すように、例えばP型のシリコンからなる半導体層11と、例えば酸化シリコンからなる絶縁層12と、例えばN型のシリコンからなる半導体領域13とが順に積層されて構成されるSOI基板を用意する。そして、図10(b)に示すように、例えばフォトリソグラフィを通じてパターニングされたマスクを用いたRIE等によって、上記トレンチT2aおよびT2bおよびT3を形成するとともに、これに適宜の酸化処理および平坦化処理を施して、上記絶縁膜IL2aおよびIL2bおよびIL3を形成する。なおこの際、上記酸化処理に代えて、CVD法等を用いるようにしてもよい。また、上記平坦化処理としては、例えばCMPやエッチバック等の方法を採用することができる。
In this manufacturing, first, as shown in FIG. 10A, a
次に、図11(a)に示すように、例えばレジスト等からなる適宜のマスク材MK31を成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィによってこれをパターニングし、図11(b)に示すように、そのパターニングされたマスク材MK31をマスクとして、異方性エッチングによる斜め方向へのエッチングを行う。そして、このエッチングをさらに進めることによって、上記絶縁膜IL2aおよびIL2bの、上記磁気検出部HPの中央部に対向する一部が、選択的にエッチング除去され、図11(c)に示すようなトレンチA31aおよびA31bが形成されることとなる。 Next, as shown in FIG. 11A, an appropriate mask material MK31 made of, for example, a resist is formed, and is patterned by, for example, photolithography, and the patterning is performed as shown in FIG. 11B. Etching in an oblique direction by anisotropic etching is performed using the mask material MK31 thus formed as a mask. Then, by further proceeding with this etching, a part of the insulating films IL2a and IL2b facing the central part of the magnetic detection part HP is selectively removed by etching, and a trench as shown in FIG. A31a and A31b will be formed.
次いで、例えばスパッタリング等によりアルミニウム等からなる配線材料を成膜するとともに、これに対しCMPやエッチバック等の平坦化処理を施して、図12に示すように、上記トレンチA31aおよびA31bに上記導体膜W3aおよびW3bを埋設する。その後、上記マスク材MK31を除去することにより、先の図9に例示したような縦型ホール素子が完成することとなる。 Next, for example, a wiring material made of aluminum or the like is formed by sputtering or the like, and a planarization process such as CMP or etchback is performed on the wiring material. As shown in FIG. 12, the conductor film is formed in the trenches A31a and A31b. W3a and W3b are buried. Thereafter, by removing the mask material MK31, a vertical Hall element as illustrated in FIG. 9 is completed.
以上説明したように、この第3の実施の形態に係る縦型ホール素子およびその製造方法によっても、先の第1の実施の形態による上記(1)〜(3)および(6)および(9)の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、これに加えて、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, the above-described (1) to (3), (6) and (9) according to the first embodiment are also obtained by the vertical Hall element and the manufacturing method thereof according to the third embodiment. In addition to this, the following effects can be newly obtained.
(11)ホール電圧を検出するための配線の組たる上記導体膜W3aおよびW3bを、それぞれ半導体基板の表面から磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbへ向かって斜めに延設させる構造とした。これにより、例えば異方性エッチングによる斜め方向へのエッチングにより、当該ホール素子をより容易に製造することが可能になる。 (11) The conductor films W3a and W3b, each of which forms a wiring for detecting the Hall voltage, are configured to extend obliquely from the surface of the semiconductor substrate toward the contacts CTa and CTb with the magnetic detection unit HP. Accordingly, the Hall element can be more easily manufactured by, for example, etching in an oblique direction by anisotropic etching.
(12)また、その製造に際して、半導体基板の表面から、異方性エッチングによる斜め方向へのエッチングを行うこととした。こうすることで、上記構造の実現がより容易且つ適切に行われるようになる。 (12) Further, during the production, etching in an oblique direction by anisotropic etching is performed from the surface of the semiconductor substrate. By doing so, the above structure can be realized more easily and appropriately.
(第4の実施の形態)
次いで、図13および図14に、この発明に係る縦型ホール素子の第4の実施の形態を示す。
(Fourth embodiment)
Next, FIGS. 13 and 14 show a fourth embodiment of the vertical Hall element according to the present invention.
まず、図13を参照しつつ、先の第1の実施の形態との相違点を中心に、この実施の形態に係る縦型ホール素子の構造について説明する。なお、この図13は、先の図1(a)の平面図におけるL2−L2線を上に平行移動させてN+拡散層14a上を通るようにした線に沿った断面図に相当するものであり、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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 First, with reference to FIG. 13, the structure of the vertical Hall element according to this embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. FIG. 13 corresponds to a cross-sectional view taken along a line in which the line L2-L2 in the plan view of FIG. 1A is translated upward to pass over the N + diffusion layer 14a. The same elements as those shown in FIG. 1C are denoted by the same reference numerals, and redundant description of these elements is omitted.
同図13に示されるように、この縦型ホール素子も、基本的には、図1に例示した先の第1の実施の形態のホール素子と略同様の構造を有しており、その動作態様も前述したとおりである。ただし、この実施の形態においては、例えばKOH等による基板裏面からのエッチングを通じて形成されるトレンチの側壁に、例えば酸化シリコン等からなる絶縁膜IL4aおよびIL4bを形成するとともに、そのトレンチに導体膜W1cを埋設するようにしている。すなわち、磁気検出部HPと同磁気検出部HPに電流を供給するための配線の組(端子Sおよび端子G)とのコンタクトCTcおよびCTdが、基板の表面側および裏面側に対向するかたちで配置されることになる。これにより、磁気検出部HPにおける抵抗成分の対称性はさらに高められることとなり、図14に示すように、磁気検出部HPにおける抵抗成分は、その等価回路としてホイットストーンブリッジ(4つの抵抗R1〜R4が菱形の各辺を構成するかたちで接続されたブリッジ回路)をなすような配置となる。このため、オフセット電圧のずれが発生しにくくなり、磁気検出素子としての感度についてもこれをさらに高めることができるようになる。また、先の図1中に示したN+拡散層14b等の形成も割愛することができるようになるため、縦型ホール素子としての構造の簡素化が図られるようにもなる。 As shown in FIG. 13, this vertical Hall element basically has the same structure as that of the Hall element of the first embodiment illustrated in FIG. The aspect is also as described above. However, in this embodiment, for example, the insulating films IL4a and IL4b made of, for example, silicon oxide are formed on the sidewalls of the trench formed by etching from the back surface of the substrate with, for example, KOH, and the conductor film W1c is formed in the trench. I am trying to bury it. That is, the contacts CTc and CTd with the magnetic detection unit HP and a set of wirings (terminal S and terminal G) for supplying current to the magnetic detection unit HP are arranged so as to face the front surface side and the back surface side of the substrate. Will be. As a result, the symmetry of the resistance component in the magnetic detection unit HP is further enhanced. As shown in FIG. 14, the resistance component in the magnetic detection unit HP is a Whitstone bridge (four resistors R1 to R4) as an equivalent circuit. Are arranged so as to form a bridge circuit connected in the form of each side of the rhombus. For this reason, it is difficult for the offset voltage to shift, and the sensitivity as the magnetic detection element can be further increased. Further, since the formation of the N + diffusion layer 14b and the like shown in FIG. 1 can be omitted, the structure as a vertical Hall element can be simplified.
以上説明したように、この第4の実施の形態に係る縦型ホール素子によっても、先の第1の実施の形態による上記(1)〜(5)の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、これに加えて、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, the vertical Hall element according to the fourth embodiment also obtains the same or similar effects as the effects (1) to (5) of the previous first embodiment. In addition to this, the following effects can be newly obtained.
(13)磁気検出部HPとこの磁気検出部HPに電流を供給するための配線の組(端子Sおよび端子G)とのコンタクトCTcおよびCTdが、半導体基板の表面側および裏面側に対向するかたちで配置される構造とした。これにより、磁気検出素子としての感度についてもこれをさらに高めることができるようになる。 (13) Contact CTc and CTd between the magnetic detection unit HP and a set of wirings (terminal S and terminal G) for supplying current to the magnetic detection unit HP are opposed to the front surface side and the back surface side of the semiconductor substrate. It was set as the structure arrange | positioned by. As a result, the sensitivity as a magnetic detection element can be further increased.
(14)また、縦型ホール素子としての構造の簡素化が図られるようにもなる。
(第5の実施の形態)
さらに、図15および図16に、この発明に係る縦型ホール素子の第5の実施の形態を示す。
(14) Further, the structure as the vertical Hall element can be simplified.
(Fifth embodiment)
15 and 16 show a fifth embodiment of the vertical Hall element according to the present invention.
まず、図15を参照しつつ、先の第2の実施の形態との相違点を中心に、この実施の形態に係る縦型ホール素子の構造について説明する。なお、この図15も、先の図1(a)の平面図におけるL2−L2線を上に平行移動させてN+拡散層14a上を通るようにした線に沿った断面図に相当するものである。また、同図15において、先の図5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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 First, with reference to FIG. 15, the structure of the vertical Hall element according to this embodiment will be described with a focus on differences from the second embodiment. FIG. 15 also corresponds to a cross-sectional view taken along a line in which the line L2-L2 in the plan view of FIG. 1A is translated upward to pass over the N + diffusion layer 14a. It is. In FIG. 15, the same elements as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description of these elements is omitted.
同図15に示されるように、この縦型ホール素子も、基本的には、図5に例示した先の第2の実施の形態のホール素子と略同様の構造を有しており、その動作態様も前述したとおりである。ただし、この実施の形態においては、先のSOI基板に代えて、単一の導電型(例えばN型)からなる半導体基板11aを採用することとしている。そして、半導体基板11aの裏面側には、同基板11aの表面側に形成されたN+拡散層14aに対向するかたちで、同基板11aの不純物濃度(N型)の選択的に高められたN+拡散層14cが形成されている。すなわち、磁気検出部HPと同磁気検出部HPに電流を供給するための配線の組(端子Sおよび端子G)とのコンタクトCTcおよびCTdが、半導体基板11aの表面側および裏面側に対向するかたちで配置されることになる。これにより、磁気検出部HPにおける抵抗成分の対称性はさらに高められることとなり、図16に示すように、磁気検出部HPにおける抵抗成分は、その等価回路としてホイットストーンブリッジ(4つの抵抗R1〜R4が菱形の各辺を構成するかたちで接続されたブリッジ回路)をなすような配置となる。このため、オフセット電圧のずれが発生しにくくなり、磁気検出素子としての感度についてもこれをさらに高めることができるようになる。また、先の図1中に示したN+拡散層14b等の形成も割愛することができるようになるため、縦型ホール素子としての構造の簡素化が図られるようにもなる。なおここでは、SOI基板に代えて単一の導電型からなる半導体基板を採用することとしているため、素子分離用の絶縁膜IL3は、図15に示されるように、膜材TFaおよびTFbに接続される態様で形成されることとなる。
As shown in FIG. 15, this vertical Hall element also basically has the same structure as that of the Hall element of the second embodiment illustrated in FIG. The aspect is also as described above. However, in this embodiment, a semiconductor substrate 11a made of a single conductivity type (for example, N type) is employed instead of the previous SOI substrate. Then, on the back surface side of the semiconductor substrate 11a, the impurity concentration (N type) of the substrate 11a is selectively increased so as to face the N + diffusion layer 14a formed on the front surface side of the substrate 11a. A +
以上説明したように、この第5の実施の形態に係る縦型ホール素子によっても、先の第1あるいは第4の実施の形態による上記(1)〜(5)および(13)および(14)の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができる。 As described above, also by the vertical Hall element according to the fifth embodiment, the above (1) to (5), (13) and (14) according to the first or fourth embodiment. An effect similar to or equivalent to the effect of can be obtained.
(他の実施の形態)
なお、上記各実施の形態は、以下の態様をもって実施することもできる。
・上記第2の実施の形態に係る縦型ホール素子の製造方法では、エッチストッパ膜の形成を、半導体基板内にトレンチを形成して該トレンチの内壁面にエッチストッパ膜を成膜した後、再びそのトレンチに半導体膜を埋設するかたちで行うようにした。こうしたエッチストッパ膜の形成方法は、上記第1の実施の形態に係る縦型ホール素子の製造方法に対しても適用することができる。すなわち、先の図2(b)〜図3(a)に示した工程に代えて、図17(a)〜図18(b)に示すような工程を採用することとしてもよい。以下、図17(a)〜図18(b)を参照しつつ、同工程について説明する。なお、これら各図の断面図は先の図1(c)の断面図に対応するものであり、同図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、それら要素についての重複する説明は割愛する。
(Other embodiments)
In addition, each said embodiment can also be implemented with the following aspects.
In the method of manufacturing the vertical Hall element according to the second embodiment, the etch stopper film is formed by forming a trench in the semiconductor substrate and forming the etch stopper film on the inner wall surface of the trench. Again, the semiconductor film was buried in the trench. Such a method of forming the etch stopper film can also be applied to the method for manufacturing the vertical Hall element according to the first embodiment. That is, instead of the steps shown in FIGS. 2B to 3A, steps as shown in FIGS. 17A to 18B may be adopted. Hereinafter, the process will be described with reference to FIGS. 17 (a) to 18 (b). The cross-sectional views of these figures correspond to the cross-sectional view of FIG. 1 (c), and the same elements as those shown in FIG. 1 (c) are denoted by the same reference numerals. The overlapping explanation about these elements is omitted.
図17(a)に示すように、ここでは、先の図2(b)に示した状態から説明を開始する。すなわち、こうした基板に対して、例えばレジスト等からなる適宜のマスク材MK13を成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィによってこれをパターニングする。そして、図17(b)に示すように、そのパターニングされたマスク材MK13をマスクとして、例えばKOH等により、半導体基板(SOI基板)のエッチングを行う。次いで、図17(c)に示すように、そこに形成されたトレンチA12aおよびA12bの底面(内壁面)に適宜の酸化処理を施して、あるいはCVD法を用いて、エッチストッパ膜ESaおよびESbを成膜する。さらに、図18(a)に示すように、それらトレンチA12aおよびA12bに再び例えばシリコンからなる半導体膜13aおよび13bを埋設(埋め込みエピ)した後、適宜の平坦化処理を施すことによって、図18(b)に示すように、先の図3(a)に示した構造に準じた構造を有する基板が作製されることとなる。
As shown in FIG. 17A, here, the description starts from the state shown in FIG. That is, an appropriate mask material MK13 made of, for example, a resist is formed on such a substrate, and is patterned by, for example, photolithography. Then, as shown in FIG. 17B, using the patterned mask material MK13 as a mask, the semiconductor substrate (SOI substrate) is etched using, for example, KOH. Next, as shown in FIG. 17C, the bottom surfaces (inner wall surfaces) of the trenches A12a and A12b formed therein are subjected to appropriate oxidation treatment, or the etch stopper films ESa and ESb are formed by using the CVD method. Form a film. Further, as shown in FIG. 18A, after the
・上記第2の実施の形態に係る縦型ホール素子の製造方法においては、上記膜材TFaおよびTFbを酸化処理によって成膜することとしたが、これに限られることなく、同膜材TFaおよびTFbの成膜方法は任意である。例えばこれを、CVD法にて成膜することとした場合、先の図6(c)〜図7(b)に示した工程は、例えば図19(a)〜図20(c)に示すような工程となる。以下、図19(a)〜図20(c)を参照しつつ、同工程について説明する。なお、これら各図の断面図は先の図5の断面図に対応するものであり、同図5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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 In the method for manufacturing the vertical Hall element according to the second embodiment, the film materials TFa and TFb are formed by oxidation treatment. However, the film material TFa and TFa are not limited to this. The film formation method of TFb is arbitrary. For example, when this is formed by the CVD method, the steps shown in FIGS. 6C to 7B are performed as shown in FIGS. 19A to 20C, for example. Process. Hereinafter, the process will be described with reference to FIGS. 19 (a) to 20 (c). The cross-sectional views in these figures correspond to the cross-sectional view in FIG. 5, and the same elements as those shown in FIG. Duplicate explanations are omitted.
図19(a)に示すように、ここでは、先の図6(c)に示した状態から説明を開始する。なお、同図19(a)中のマスク材MK23は、図6(c)に示したマスク材MK21に対応するものである。すなわち、図19(b)に示すように、こうしたマスク材MK23をマスクとして、例えばKOH等により、半導体基板(SOI基板)のエッチングを行った後、同マスク材MK23を除去することによって、図19(c)に示すような構造とする。次いで、図20(a)に示すように、適宜の原料を用いたCVD法により、上記エッチングにより形成されたトレンチA23aおよびA23bの内壁面を含めた基板全面に例えば酸化シリコン等からなる膜材TFを成膜する。そして、図20(b)に示すように、それらトレンチA23aおよびA23bに再び例えばシリコンからなる半導体膜13aおよび13bを埋設(埋め込みエピ)した後、適宜の平坦化処理を施すことによって、図20(c)に示すように、先の図7(b)に示した構造に準じた構造を有する基板が作製されることとなる。
As shown in FIG. 19A, the description starts here from the state shown in FIG. Note that the mask material MK23 in FIG. 19A corresponds to the mask material MK21 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 19B, using such a mask material MK23 as a mask, the semiconductor substrate (SOI substrate) is etched using, for example, KOH, and then the mask material MK23 is removed to remove the mask material MK23. The structure is as shown in (c). Next, as shown in FIG. 20A, a film material TF made of, for example, silicon oxide or the like is formed on the entire surface of the substrate including the inner wall surfaces of the trenches A23a and A23b formed by the above-described etching by a CVD method using an appropriate raw material. Is deposited. Then, as shown in FIG. 20B, after the
・上記第4の実施の形態の図13に例示した縦型ホール素子では、導体膜W1cと基板との間に絶縁膜IL4aおよびIL4bを形成することとしたが、図21に示すように、これを割愛した構造としてもよい。 In the vertical Hall element illustrated in FIG. 13 of the fourth embodiment, the insulating films IL4a and IL4b are formed between the conductor film W1c and the substrate. However, as shown in FIG. The structure may be omitted.
・上記第1〜第4の実施の形態において、SOI基板の絶縁層12の界面(半導体領域13の底面近傍)の不純物濃度(N型)を選択的に高めて、ここにもN+拡散層(埋込層)を形成するようにしてもよい。こうした構造では、その埋込層が駆動電流の電流経路となるため、ホール素子としての特性変化が抑制されることとなり、ひいては安定した磁気検出が可能となる。また、その製造に際しては、
(イ)SOIを張り合わせる前に導電型不純物をドーピングする。
(ロ)高加速インプラ(イオン注入)後、熱拡散等の拡散処理を行う。
(ハ)絶縁層12の界面に上記N+拡散層(埋込層)を形成した後、その上にこれよりも不純物濃度の低い半導体膜(N-エピ膜)を上記半導体領域13として成膜する。
等々の方法を用いることができる。
In the above first to fourth embodiments, the impurity concentration (N-type) at the interface (near the bottom surface of the semiconductor region 13) of the insulating
(A) Conductive impurities are doped before bonding SOI.
(B) After high acceleration implantation (ion implantation), diffusion treatment such as thermal diffusion is performed.
Forming a - (epitaxial film N) as the semiconductor region 13 (c) forming the N + diffusion layer (buried layer) at the interface of the insulating
Etc. can be used.
・上記第1〜第4の実施の形態においてはSOI基板を用いることとしたが、これに限らず、任意の基板を採用することができる。例えば、上記第2の実施の形態の図5に例示した縦型ホール素子において、絶縁層12を割愛した場合は、図22に示すような構造となる。こうした構造のホール素子に対しても、この発明は同様に適用することができる。なお、この図22の断面図は先の図5の断面図に対応するものである。また、この図22においては、図5に示した要素と同一の要素に各々同一の符号を付して示している。
In the first to fourth embodiments, the SOI substrate is used. However, the present invention is not limited to this, and any substrate can be used. For example, in the vertical Hall element illustrated in FIG. 5 of the second embodiment, when the insulating
・上記各実施の形態に係る縦型ホール素子においては、当該ホール素子を素子分離するために絶縁膜IL3を用いることとしたが、これに限られることはなく、例えば拡散層による電位障壁を通じて素子分離するようにしてもよい。図23に、上記第2の実施の形態の図5に例示した縦型ホール素子において、絶縁膜IL3の代わりに拡散層DFを用いるようにしたときの構造を示す。また、図24〜図26には、こうした構造を有するホール素子の製造工程の一例を示す。なお、これら各図の断面図は先の図5の断面図に対応するものであり、同図5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、それら要素についての重複する説明は割愛する。 In the vertical Hall element according to each of the above embodiments, the insulating film IL3 is used to isolate the Hall element. However, the present invention is not limited to this, and the element is not limited to this, for example, through a potential barrier by a diffusion layer. You may make it isolate | separate. FIG. 23 shows a structure when the diffusion layer DF is used in place of the insulating film IL3 in the vertical Hall element exemplified in FIG. 5 of the second embodiment. FIGS. 24 to 26 show an example of the manufacturing process of the Hall element having such a structure. The cross-sectional views in these figures correspond to the cross-sectional view in FIG. 5, and the same elements as those shown in FIG. Duplicate explanations are omitted.
図24(a)に示すように、この製造に際しては、まず、例えばP型のシリコンからなる半導体層11と、例えば酸化シリコンからなる絶縁層12と、例えばN型のシリコンからなる半導体領域13とが順に積層されて構成されるSOI基板を用意する。そして、図24(b)に示すように、例えばフォトリソグラフィを通じてパターニングされたマスクを用いて、この基板に対して例えば硼素(B)等のP型不純物をイオン注入するとともに、例えば熱拡散によりこの注入した不純物を拡散して上記拡散層DFを形成する。そして、図24(c)に示すように、例えばレジスト等からなる適宜のマスク材MK24を成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィによってこれをパターニングする。次いで、そのパターニングされたマスク材MK24をマスクとして、例えばKOH等により、上記半導体基板(SOI基板)のエッチングを行うとともに、図25(a)に示すように、そこに形成されたトレンチA24aおよびA24bの内壁面に適宜の酸化処理を施して膜材TFaおよびTFbを成膜する。そして、図25(b)に示すように、それらトレンチA24aおよびA24bに例えばシリコンからなる半導体膜13aおよび13bを埋設する(埋め込みエピ)。さらにこれに、適宜の平坦化処理を施した後、図25(c)に示すように、例えばレジスト等からなる適宜のマスク材MK25を成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィによってこれをパターニングする。その後、図26(a)〜(c)に示すような、先の図8(a)〜(c)に示した工程に準じた工程を経て、図23に例示するような縦型ホール素子が完成することとなる。
As shown in FIG. 24A, in this manufacturing, first, a
・上記各実施の形態に係る縦型ホール素子においては、半導体基板内に磁気検出部HPを区画するために酸化シリコン膜を用いることとしたが、これに限られることはなく、例えばその他の絶縁膜を用いるようにしてもよい。さらに絶縁膜にも限られることなく、例えば拡散層による電位障壁を通じて半導体基板内に上記磁気検出部HPを区画するようにしてもよい。 In the vertical Hall element according to each of the above embodiments, the silicon oxide film is used for partitioning the magnetic detection unit HP in the semiconductor substrate. However, the present invention is not limited to this. A film may be used. Further, the magnetic detection unit HP may be partitioned in the semiconductor substrate through a potential barrier formed by a diffusion layer, for example, without being limited to the insulating film.
・上記各実施の形態においては、半導体基板の材料として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適宜採用するようにしてもよい。例えば、GaAs、InSb、InAs、SiC等の化合物半導体材料やGe(ゲルマニウム)等の半導体材料も用いることができる。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。また一般に、シリコン等の半導体材料は、P型からなる半導体よりもN型からなる半導体のほうが大きなキャリア移動度をもっているため、磁気検出素子としての高感度化を図る上では、上記半導体領域13の材料としてN型の半導体材料を用いることが望ましい。 In each of the above embodiments, silicon is used as the material for the semiconductor substrate. However, other materials may be appropriately employed depending on the manufacturing process, structural conditions, and the like. For example, a compound semiconductor material such as GaAs, InSb, InAs, and SiC or a semiconductor material such as Ge (germanium) can be used. In particular, GaAs and InAs are materials having excellent temperature characteristics, and are effective in increasing the sensitivity of the Hall element. In general, a semiconductor material such as silicon has a higher carrier mobility in an N-type semiconductor than in a P-type semiconductor. Therefore, in order to achieve high sensitivity as a magnetic detection element, It is desirable to use an N-type semiconductor material as the material.
・上記第1および第2および第4および第5の実施の形態においては、エッチストッパ膜(エッチストッパ膜ESaおよびESbや、膜材TFaおよびTFb)の材料として、酸化シリコンを用いるようにした。しかし、これに限られることなく、例えば窒化シリコン等も適宜採用することができる。特に窒化シリコンは、酸化シリコンの一般的なエッチャントに対する耐性が高いため、酸化シリコンをエッチングする際に用いて有効である。また、半導体基板(半導体領域13)がシリコン以外の材料からなるものであっても、その材料に応じて適宜の材料を選択することができる。要は、半導体基板よりも高いエッチング耐性を有するものであれば任意の膜材を上記エッチストッパ膜として用いることができる。そして、同エッチストッパ膜の形成を、半導体基板内へのイオン注入を通じて行うこととすれば、少なくとも第1の実施の形態による上記(8)の効果に準じた効果は得ることができる。なお、こうしたエッチストッパ膜の材料が、半導体基板内に磁気検出部HPを区画する膜材と同一の材料である必要はない。 In the first, second, fourth and fifth embodiments, silicon oxide is used as the material of the etch stopper film (etch stopper films ESa and ESb and film materials TFa and TFb). However, the present invention is not limited to this, and silicon nitride or the like can be used as appropriate. In particular, silicon nitride is effective in etching silicon oxide because it has high resistance to a general etchant of silicon oxide. Even if the semiconductor substrate (semiconductor region 13) is made of a material other than silicon, an appropriate material can be selected according to the material. In short, any film material can be used as the etch stopper film as long as it has higher etching resistance than the semiconductor substrate. If the etch stopper film is formed through ion implantation into the semiconductor substrate, at least the effect according to the effect (8) according to the first embodiment can be obtained. Note that the material of the etch stopper film does not have to be the same material as the film material that partitions the magnetic detection unit HP in the semiconductor substrate.
・また、こうしたエッチストッパ膜の形成態様も、上記第1または第2または第4または第5の実施の形態において例示したものに限られることなく、ホール電圧を検出するための配線の組の各配線を、磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbへと導くかたちで形成されていればそれで足りる。 The manner of forming such an etch stopper film is not limited to that illustrated in the first, second, fourth, or fifth embodiment, and each of the sets of wirings for detecting the Hall voltage It is sufficient if the wiring is formed so as to lead to the contacts CTa and CTb with the magnetic detection unit HP.
・上記各実施の形態においては、ホール電圧を検出するための配線の組(導体膜)の材料として例えばアルミニウムを用いることとしたが、これに限られることなく、任意の配線材料を採用することができる。例えば銅等、その他の金属材料を採用してもよい。 In each of the above embodiments, for example, aluminum is used as the material of the wiring set (conductor film) for detecting the Hall voltage. However, the present invention is not limited to this, and any wiring material is used. Can do. For example, other metal materials such as copper may be used.
・上記各実施の形態におけるN+拡散層14aについてこれを、これが形成される絶縁膜で囲繞される領域の全面にわたって形成することで、電極(配線)のアライメントずれに起因する特性変化等も好適に抑制されるようになる。 The N + diffusion layer 14a in each of the above embodiments is formed over the entire region surrounded by the insulating film on which the N + diffusion layer 14a is formed, so that characteristic changes caused by misalignment of electrodes (wiring) are also suitable. Will be suppressed.
・上記各実施の形態においては、配線とのオーミックコンタクトを実現するために、N+拡散層14a〜14cを形成することとしたが、これは必須ではない。すなわち、こうしたN+拡散層を割愛した構造とすることもできる。 In each of the above embodiments, the N + diffusion layers 14a to 14c are formed in order to realize ohmic contact with the wiring, but this is not essential. That is, a structure in which such an N + diffusion layer is omitted can be used.
・上記各実施の形態においては、ホール電圧を検出するための配線の組と磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbを、磁気検出部HPの中央部に対向するかたちの配置とすることとしたが、これは必須の構造ではない。すなわち、それらホール電圧を検出するための配線の組と磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbを、磁気検出部HPにおける抵抗成分がその等価回路としてホイットストーンブリッジをなすように配置することで、第1の実施の形態による上記(2)の効果に準じた効果は得ることができる。 In each of the above embodiments, the contact CTa and CTb between the wiring set for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit HP are arranged so as to face the central part of the magnetic detection unit HP. But this is not an essential structure. That is, by arranging the contact CTa and CTb between the set of wirings for detecting the Hall voltage and the magnetic detection unit HP so that the resistance component in the magnetic detection unit HP forms a Whitstone bridge as an equivalent circuit, The effect according to the effect (2) of the first embodiment can be obtained.
・また、こうした構造でさえ必須ではなく、ホール電圧を検出するための配線の組が、半導体基板の内部で磁気検出部HPとのコンタクトCTaおよびCTbをとる態様で形成される構造であれ、第1の実施の形態による上記(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。 Further, even such a structure is not essential, and the wiring set for detecting the Hall voltage is formed in such a manner that the contact CTa and CTb with the magnetic detection part HP are formed inside the semiconductor substrate. An effect similar to or equivalent to the effect (1) of the first embodiment can be obtained.
11…半導体層、11a…半導体基板、12…絶縁層、13…半導体領域、13a、13b…半導体膜、14a〜14c…N+拡散層、CTa〜CTd…コンタクト、DF…拡散層、ESa、ESb…エッチストッパ膜、HP…磁気検出部(ホールプレート)、IL1、IL2a、IL2b、IL3、IL4a、IL4b…絶縁膜、TF、TFa、TFb…膜材、W1a〜W3a、W1b〜W3b、W1c…導体膜。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体基板内にて絶縁膜により電気的に区画された前記磁気検出部と前記ホール電圧を検出するための配線の組とのコンタクトは、前記半導体基板の内部で且つ、前記磁気検出部の中央部に対向させて選択的に除去された前記絶縁膜の一部に配線材料が埋設されるかたちで形成されており、同じく半導体基板の内部には、前記配線の組の各配線を前記コンタクトへと導くかたちで前記半導体基板よりも高いエッチング耐性を有するエッチストッパ膜が残存してなる
ことを特徴とする縦型ホール素子。 When a magnetic field component horizontal to the surface of the semiconductor substrate is applied to the magnetic detection unit in a state where a current including a component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is supplied to the magnetic detection unit in the substrate, the magnetic field component A vertical Hall element that generates a corresponding Hall voltage,
A contact between the magnetic detection unit electrically partitioned by an insulating film in the semiconductor substrate and a set of wirings for detecting the Hall voltage is inside the semiconductor substrate and at the center of the magnetic detection unit A wiring material is embedded in a part of the insulating film selectively removed so as to face the portion. Similarly, each wiring of the wiring set is connected to the contact inside the semiconductor substrate. A vertical Hall element characterized in that an etch stopper film having higher etching resistance than the semiconductor substrate remains.
請求項1に記載の縦型ホール素子。 The contact of the said magnetic detection part and the group of wiring for supplying the said electric current to this magnetic detection part is arrange | positioned in the form facing the surface side and back surface side of the said semiconductor substrate. Vertical Hall element.
請求項1または2に記載の縦型ホール素子。 The semiconductor substrate is made of silicon, the vertical Hall element of the etch stopper film according to claim 1 or 2 made of silicon oxide.
前記半導体基板内の一部の領域を電気的に区画してその領域を前記磁気検出部とする絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板内に該半導体基板よりも高いエッチング耐性を有するエッチストッパ膜を形成する工程と、この形成されたエッチストッパ膜にエッチング経路を案内させることによって前記半導体基板の表面からのエッチングにより前記磁気検出部の中央部に対向するかたちで前記絶縁膜の一部を選択的にエッチング除去する工程と、該半導体基板の表面からのエッチングにより形成されるトレンチに配線材料を埋設して前記ホール電圧を検出するための配線の組を形成する工程とを備える
ことを特徴とする縦型ホール素子の製造方法。 When a current including a current component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is supplied to the magnetic detection unit in the substrate and a magnetic field component horizontal to the surface of the substrate is applied to the magnetic detection unit, the magnetic field component A method of manufacturing a vertical Hall element that generates a Hall voltage corresponding to
A step of electrically partitioning a partial region in the semiconductor substrate and forming an insulating film using the region as the magnetic detection part; and an etch stopper having higher etching resistance than the semiconductor substrate in the semiconductor substrate. A step of forming a film, and a part of the insulating film is formed so as to face the central portion of the magnetic detection unit by etching from the surface of the semiconductor substrate by guiding an etching path to the formed etch stopper film. A step of selectively etching and a step of embedding a wiring material in a trench formed by etching from the surface of the semiconductor substrate to form a set of wirings for detecting the Hall voltage. A method for manufacturing a vertical Hall element.
請求項4に記載の縦型ホール素子の製造方法。 The etch stopper film is formed through ion implantation into the semiconductor substrate.
The manufacturing method of the vertical Hall element of Claim 4 .
請求項4または5に記載の縦型ホール素子の製造方法。 The method for manufacturing a vertical Hall element according to claim 4, wherein the semiconductor substrate is made of silicon, and the etch stopper film is formed by implanting oxygen ions into the semiconductor substrate.
請求項4に記載の縦型ホール素子の製造方法。 The step of forming the etch stopper film is performed by forming a trench in the semiconductor substrate, forming the etch stopper film on the inner wall surface of the trench, and then embedding the semiconductor film in the trench again. Item 5. A method for producing a vertical Hall element according to Item 4 .
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