JPH09191140A

JPH09191140A - ホール素子

Info

Publication number: JPH09191140A
Application number: JP8003216A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fukunaka; 敏昭福中; Fujimi Kumazawa; 富士美熊沢; Takeki Matsui; 雄毅松居
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高感度でかつ耐熱性に優れたホール素子を提
供する。【解決手段】強磁性体基板、その上にパターニングさ
れた感磁部を有する半導体薄膜、更にその上に、ほぼ直
方体の磁気集束用磁性体チップを載せた構造のホール素
子であって、該感磁部の長さをＬ、該感磁部の中心線と
感磁部に接する該チップの矩形面の一辺とのなす角度を
θとした時に、チップの一辺の長さが（Ｌｓｉｎθ＋チ
ップ載せの公差）より大きいか、（Ｌｓｉｎθーチップ
載せの公差）より小さいチップを用いるホール素子。但
し、４５°≦θ≦９０°である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感度が高く、特に
耐熱性に優れたホール素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホール素子は、ＶＴＲ、フロッピーディ
スクやＣＤ−ＲＯＭ等のドライブモータ用の回転位置検
出センサとして広く用いられている。モータの小型化に
伴って、小型で高感度なホール素子の要求が益々強まっ
ている。高感度ホール素子のペレットは、強磁性体基
板、その上に移動度の高い半導体薄膜、更にその上に、
ほぼ直方体の磁気集束用チップが載せられている構造体
をなしている。例えば、特公昭５１−４５２３４号公報
には、移動度の高い薄膜をこの構造体にするための方法
が示されている。すなわち、雲母等の結晶性基板上に化
合物半導体薄膜を形成した後、この薄膜をエポキシ等の
接着剤を用いて強磁性体基板に接着し、結晶性基板を除
去、次いで接着剤で該半導体薄膜の感磁部の上に磁気集
束用磁性体を載せることによって、上記の積層構造体を
形成する方法である。

【０００３】一方、強磁性体基板に特定の絶縁層を形成
後、半導体薄膜形成法を改良して半導体薄膜を形成し、
感磁部にやはり磁気集束用磁性体をつけて上記構造体と
する方法も提案されている（例えば、特願平７−３０２
８３５号）。近年、素子の高感度化の要求と相まって、
耐熱性への要求が強まってきた。ところが、上記のよう
にして形成した構造をもつペレットによりホール素子の
耐熱性を調べると、極めて良好なものからかなりの特性
変動を示すものまで種々存在した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐熱性が改
良された高感度のホール素子を提供することを目的とす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記耐熱
性の差がなぜ起こるのかをペレットの構造を詳細に調査
し、重大な発見をなした。一つの知見として、ペレット
のまま、例えば、室温から急激に３００℃の半田槽に浸
漬しても特性変動（抵抗値）は少ない。しかし、モール
ド工程その他を経由して素子化して同様なテストを行う
と、特性変動が２０％以上のものがある、かつその変動
が全て抵抗値アップとして現れるという知見である。本
発明者らは、この理由を特にモールド工程でストレスが
かかり、上記のようなテストをすると、そのストレスが
解放されて電極部と感磁部に剥がれが発生し抵抗値がア
ップするのではないか、と考えた。それではなぜ変動の
ないものとあるものが発生するのか。そこで、ペレット
の感磁部と磁気集束用チップの位置関係を調べた。そこ
でわかったことは、感磁部と電極部の境界の辺に、磁気
集束用チップがきているもののうちから、特性変動が大
きい素子がでるということであった。

【０００６】図１は、十字の感磁部とその四端に電極部
があるパターンの所に、直方体の磁気集束用チップを載
せた平面図であるが、上記のような不都合が生じないた
めには、感磁部の大きさに対し、チップの大きさと載せ
方が所定の条件を満たす必要があり、又、所定のサイズ
よりも大きいか、あるいは小さいチップを載せた場合に
は不都合は起こらないことも判明した。ところで、該チ
ップを載せる方法には、いわゆるダイボンダーを使う方
法や、特公平７−１３９８７号公報に記載されているウ
ェハー単位で多数のペレットに一度に載せる方法がある
が、どの方法でもチップ載せ自体に公差がある。公差の
大きさについては、チップ載せの手法にもよるが、２０
μｍ程度が限界である。従って、この公差を考えてチッ
プの大きさを決めねばならない。即ち、図１のように真
ん中にチップが載る確率は該公差によって決定されるこ
とを見出し、本発明をなすに至った。

【０００７】即ち、本発明は、強磁性体基板、その上に
パターニングされた感磁部を有する半導体薄膜、更にそ
の上に、ほぼ直方体の磁気集束用磁性体チップを載せた
構造のホール素子であって、該感磁部の長さをＬ、該感
磁部の中心線と感磁部に接する該チップの矩形面の一辺
とのなす角度をθとした時に、チップの一辺の長さが
（Ｌｓｉｎθ＋チップ載せの公差）より大きいか、（Ｌ
ｓｉｎθ−チップ載せの公差）より小さいことを特徴と
するホール素子に関する。但し、ここでθのとりうる範
囲は、４５°≦θ≦９０°である。

【０００８】図１は本発明の一例としてのホール素子の
ペレットの平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ部での切
断面での断面図である。強磁性体基板１上に絶縁層２
（樹脂やガラス、ＳｉＯ₂等の無機物からなる）を介し
て、感磁部となる半導体層３が形成され、該半導体層の
所定部分に電極４及び接着層５を介して磁気集束用チッ
プ７が載っている構造となっている。電極部４の一部に
ボンディング用電極部６が更に付与されている態様にな
っている。感磁部及び電極部の構造は上記以外にも種々
取りうるので、本発明を上記図に限定するものではな
い。

【０００９】図１のようにθが４５°の時、Ｌが４００
μｍの場合、ダイボンダーで載せる時の公差２０μｍ程
度であるから、好適なチップ辺の長さは３００μｍより
大きいかあるいは、２６０μｍより小さい、ということ
になる。勿論、チップ辺の長さとしてとりうる最大値
は、ワイヤーボンデイング等での電極とリードフレーム
とのつなぎ込みに支障のでないものでなければならな
い。又、最小値は、磁気集束効果が小さくなりすぎると
高感度ホール素子の特性が保証できないし、又、チップ
載せができなくなるので、おのずと限界がある。

【００１０】θが９０°、つまり、電極部と感磁部の境
界とチップの辺が平行に載せる場合、例えば、Ｌが４０
０μｍでチップ載せ公差２０μｍの場合、好適なチップ
辺の長さは４２０μｍより大きいか、３８０μｍより小
さい、ということになる。なお、チップの形状につい
て、ほぼ直方体とは、必ずしも正確な直方体ではなくて
もよいという意味であり、およそ一見して直方体ないし
立方体の形状であるものをいう。

【００１１】ところで、感磁部の長さＬは、その幅Ｗと
ともに素子の抵抗値と感度を決める。例えば、厚みが大
で抵抗値の低い半導体薄膜を基準抵抗値にするために
は、Ｗ／Ｌを小さくしなければならないが、そうすると
感度が低くなる。逆に抵抗値の高い半導体薄膜を基準抵
抗値にするには、Ｗ／Ｌを大きくしなければならない
が、この場合には感度は相対的に高くなる。完全に一定
の移動度、抵抗値を示す薄膜の作製は極めて困難なの
で、一般には、幾種類かのＷ／Ｌのマスクを用いてパタ
ーニングすることが行われている。その際、特に耐熱性
を常に確保するには、本発明のように感磁部の長さＬと
チップ載せの公差をもとにして、チップの大きさを決め
る必要がある、ということになる。

【００１２】感磁部を構成する半導体薄膜としては、イ
ンジウムアンチモン、インジウム砒素、ガリウム砒素等
の化合物半導体から選択できる。これらのうち、高感度
ホール素子にふさわしいのは移動度の高いインジウムア
ンチモン系薄膜である。ここにインジウムアンチモン系
とは、一般式ＩｎＳｂ_1-XＶ_X（但し、Ｖは燐、砒素か
ら選ばれた一つ以上の元素で、Ｘは０〜０．５）で表さ
れる化合物半導体である。これらの化合物半導体を感磁
部とするホール素子がセンサとして機能するためには、
実用上の抵抗値を確保する必要があり、厚みを０．５〜
１．５μｍ程度に薄膜化することが必須の要件である。
勿論、高感度を確保するために、高い移動度も当然必要
である。本発明者らは、この系の高移動度化の方法を種
々提案してきたが、これらの方法により作製した半導体
薄膜を本発明で好適に適用できる（特公平１−１３２１
１号公報、特公平１−１５１３５号公報、特公平２−４
７８４９号公報、特公平２−４７８５０号公報、特公平
３−５９５７１号公報参照）。

【００１３】強磁性体基板、磁気集束用磁性体チップの
材料としては、パーマロイ、フェロシリコン、フェライ
ト等の磁性体を用いることが出来る。そのうち、切断の
しやすさや、安価である等の理由でフェライトが好適な
素材として利用出来る。磁性体チップをペレット上に載
せる際の接着剤５としては、樹脂が好ましい。上記した
ように、磁性体チップを有するホール素子の耐熱性は、
ストレスに関係するので、柔らかいシリコーン樹脂を用
いるのが好適である。

【００１４】強磁性体基板上に担持された半導体薄膜
を、パターニング工程で所望の特性のでるＬとＷのマス
クを用いてパターン形成を行う。その際、電極形成も併
せて行う。その後、特公平７−１３９８７号公報に記載
されているような方法でウェハー単位で多数のペレット
に一度にチップ載せを行う。さらにダイシング工程によ
り、一個一個のペレットとし、これらのペレットをダイ
ボンダ等でリードフレームに固着し、ペレットの電極と
リードフレームとをワイヤボンダ等でつなぎ、さらにモ
ールド工程等によりホール素子とするのが製造の一つの
態様である。個別にチップ載せを行う場合には、パター
ン形成後ダイシングで一個一個のペレットとしたのちダ
イボンド等でリードフレームに固着し、更にダイボンド
等で一個のペレットにつき一個のチップを載せていく態
様もある。これらのチップ載せは本発明による大きさの
チップを載せるのが必須である。

【００１５】このようにしてつくったホール素子は耐熱
性が保証できる素子である。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、実施例により本発明をさら
に詳細に説明する。

【００１７】

【実施例１】３インチフェライトを強磁性体基板としス
パッタリングによりコーニング社製の７０５９ガラスを
０．５μｍ付け、これを蒸着基板にして、特願平７−３
０２８３５号明細書に記載の方法、即ち、初めにＩｎ過
剰のＩｎＳｂ複合結晶薄膜を蒸着により形成し、次いで
過剰のＳｂを蒸着してＩｎＳｂ薄膜を形成し、その後、
ＩｎＳｂ薄膜を所望の抵抗値になるまで研磨する方法で
ウエハを作製した。ホール素子パターンを形成するの
に、フォトリソグラフィーの手法を用いた。感磁部のＬ
は４００μｍ、Ｗは１７０μｍであった。電極部はＣｕ
で形成し、ボンディングのための電極としてＮｉ及びＰ
ｄを積層した構造とした。

【００１８】特公平７−１３９８７号公報に記載の方法
により、θが４５°で一辺の長さが３５０μｍの立方体
のフェライトチップをシリコーン樹脂を接着剤として載
せた。本発明におけるＬｓｉｎθは２８３μｍとなる
が、多数個のチップ載せの公差を測定したところ５０μ
ｍであったので、感磁部と電極部の境界がチップの角と
一致するようなものはなかった。

【００１９】ダイシング、ダイボンディング、ワイヤボ
ンディング、モールド等の工程を経てホール素子とし
た。この素子の感度は１Ｖ、５００Ｇで平均２８０ｍＶ
であった。このようにしてつくったホール素子の中から
１００ヶ抜き取り特性を測定した後、３５０℃の半田槽
に１０秒浸漬して特性を測定し、浸漬前後の特性の変化
を見た。５％以上変動のある素子は皆無であった。

【００２０】

【比較例１】実施例１と同一バッチのウェハーを用い、
同一のパターニングを行い、θが４５°で一辺の長さが
３００μｍの立方体のフェライトチップを実施例１と同
一の装置を用いてチップ載せを行い、各工程を経てホー
ル素子とした。実施例１と同じ耐熱性テストをしたとこ
ろ、特性変動１５％以上のものが１００ヶ中１１個発生
した。

【００２１】

【実施例２】実施例１の場合より５０％程度抵抗値の低
いＩｎＳｂ薄膜を使用し、Ｌを４９０μｍ、Ｗを１４０
μｍとするパターニングを行い、θが４５°で辺の長さ
４００μｍ、厚み２００μｍの直方体のフェライトチッ
プを実施例１と同様にして載せた。この場合、Ｌｓｉｎ
θは３４６μｍとなるので、チップ載せの公差を考慮し
ても、感磁部と電極部の境界がチップの角をあたること
はないはずである。同様にしてホール素子をつくり、同
様なテストを行ったが、１００ヶ中の不良品は皆無であ
った。

【００２２】

【比較例２】辺の長さ３５０μｍ、厚み２００μｍの直
方体のチップを用いる以外、実施例２と同様にしてホー
ル素子をつくり、耐熱性テストをおこなったところ、１
００ヶ中９ヶが特性変動率１５％以上であった。

【００２３】

【実施例３】雲母を蒸着基板にして、前記の特願平７−
３０７１９１号明細書に記載の方法、即ち、初めにＩｎ
過剰のＩｎＳｂ複合結晶薄膜を蒸着により形成し、次い
で過剰のＩｎと化合物を形成するＳｂを過剰に蒸着する
方法により化学量論組成の移動度４３，０００ｃｍ²／
Ｖ／ｓｅｃのＩｎＳｂ薄膜を作製した。

【００２４】次に、５０ｍｍ角のフェライトを準備し、
上記のＩｎＳｂ薄膜上にポリイミド樹脂を滴下し、フェ
ライトをその上に重ね、重しを置いて２００℃で１２時
間放置した。次に室温に戻し、雲母を剥ぎ取った。この
ＩｎＳｂ薄膜を担持したウェハーより実施例２と同じよ
うにしてホール素子を作り、半田槽に浸漬するテストを
行った。抜き取り品１００ヶ中５％以上特性変動する素
子は皆無であった。

【００２５】

【比較例３】実施例３のウェハーを用いて、比較例２と
同様にしてホール素子を作り耐熱テストを実施したとこ
ろ、抜き取り品１００ヶ中１５％以上変動する素子は１
３ヶ発生した。

【００２６】

【実施例４】実施例３のウェハー（感磁部のＬが４９０
μｍ、Ｗが１４０μｍ）をチップ載せ前にダイボンダー
によりリードフレームに付け、ワイヤーボンダーにより
ペレット電極とリードフレームを繋いでから、一辺の長
さが３００μｍの直方体のチップをペレットの位置を基
準にしてダイボンダーによりチップ載せした。この時の
公差は約２０μｍであった。つまり全数チップが感磁部
の一部が見える位置に載っていた。各工程を経てホール
素子を作製後、耐熱テストに抜き取り品１００ヶかけた
ところ、５％以上特性変動のあるものは皆無であった。

【００２７】

【比較例４】チップ載せを実施例１と同じ公差５０μｍ
の方法で行う以外、実施例４と同じようにホール素子を
作って耐熱性を評価した。危険領域に入るものがあるせ
いで、抜き取り品１００ヶ中３ヶが１５％以上特性変動
を起こした。

【００２８】

【発明の効果】本発明により、高感度で耐熱性に優れた
ホール素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例としてのホール素子の平面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１強磁性体２絶縁層３化合物半導体薄膜層４電極層５接着剤層６ボンディング用電極層７磁気集束用チップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性体基板、その上にパターニングさ
れた感磁部を有する半導体薄膜、更にその上に、ほぼ直
方体の磁気集束用磁性体チップを載せた構造のホール素
子であって、該感磁部の長さをＬ、該感磁部の中心線と
感磁部に接する該チップの矩形面の一辺とのなす角度を
θとした時に、チップの一辺の長さが（Ｌｓｉｎθ＋チ
ップ載せの公差、但し４５°≦θ≦９０°）より大きい
か、（Ｌｓｉｎθ−チップ載せの公差、但し４５°≦θ
≦９０°）より小さいことを特徴とするホール素子。
【請求項２】半導体薄膜がインジウムアンチモン系薄
膜であることを特徴とする請求項１記載のホール素子。
【請求項３】強磁性体基板、磁性体チップがフェライ
トであることを特徴とする請求項１又は２記載のホール
素子。
【請求項４】磁性体チップを載せる際の接着剤がシリ
コーン系樹脂であることを特徴とする請求項１又は２又
は３記載のホール素子。