JPS6327076A - ホール素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は化合物半導体材料を用いたホール素子に関し、
特に高出力で温度特性が良く、更には不平衡率を改善し
たホール素子に関するものである。

（ロ）従来の技術 ホール素子は、磁気を電気信号に変換する磁電変換素子
、すなわち磁気センサの一種であり、ＶＴＲ・フロッピ
ーディスク装置等のブラシレスモーフの回転制御など幅
広い分野で使用きれている。

従来のホール素子（２１）はセンサ技術（１９８５年９
月号、ＶＯｌ、　５　、嵐１０）の第６８頁乃至第７１
頁（第５図）に詳述きれている如く、半絶縁性のＧａＡ
ｓ基板（２２）と、該ＧａＡｓ基板（２２）にシリコン
イオン（Ｓｉ”）をイオン注入することで形成されたＮ
＋型のコンタクト領域（２３〉と、該コンタクト領域（
２３〉と重畳するように前記ＧａＡｓ基板（２２）にシ
リコンイオン（Ｓｉ”）をイオン注入することで形成さ
れたＮ型の活性領域（２４）と、前記コンタクト領域（
２３）とオーミックコンタクトする電極（２５）とによ
り構成きれていた。

一方上述した構成のホール素子は特開昭５９−２２８７
８３号公報にも詳しく述べられている。

（八）発明が解決しようとする問題点 一般にポール素子の材料にはＧａＡｓ、　ＩｎＳｂ等の
■−ＶＸ化合物半導体材料が用いられている。

ＧａＡｓを用いたホール素子に於いては温度特性は優れ
ているが出力電圧は劣っている。一方ＩｎＳｂを用いた
ホール素子に於いては比較的に高出力であるが温度特性
が劣っている。

従って夫々に長所・短所があるために三拍子揃った素子
がない問題点を有していた。

更にはコンタクト領域（２３）や活性領域（２４〉を形
成する際のマスク等が良好に蝕刻きれないため、所望の
コンタクト領域（２３〉や活性領域（２４）が形成でき
ず不平衡率を悪化させる問題点を有していた。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は前述の問題点に鑑みてなされ、化合物半導体材
料を用いたホール素子に於いて、少なくとも化合物半導
体材料よりなる基板（２）と、該基板（２）内に低不純
物濃度で深く注入きれた一導電型の活性領域（３）と、
該活性領域（３）の端部に形成された高不純物濃度の一
導電型のコンタクト領域（４）とを備え、該コンタクト
領域（４）は前記活性領域（３）よりも浅く形成される
ことで解決するものである。

（ホ）作用 一般に電子移動度μを大きくするとホール出力電圧■８
を大きくできることは良く知られている。

しかし第２図に示す如く不純物濃度により移動度μは制
御できるが、前記移動度μを大きくしようとして不純物
濃度を減らすと活性領域（３）のシート抵抗が上昇して
しまう。

ところが実験によると化合物半導体中に例えばシリコン
イオンを注入する際、第３図・第４図の如くドーズ量を
下げて、例えばダブルチャージイオンによりイオン注入
深きを増してゆくと、シート抵抗の上昇を押えながら移
動度が上昇することが判った。ここで第３図は従来の不
純物注入状態と本発明の不純物注入状態を説明する概略
図であり、第４図はイオン注入エネルギーとキャリア移
動度の関係を示す図である。

次に強磁性体であるフェライトを接着することで、ホー
ル素子部にかかる磁束密度を１．４〜２．２倍（ａｔｌ
ＫＧ：構造により倍率が異なる。）に増加できた。

更に前記活性領域（３）よりも浅く形成されるコンタク
ト領域（４）を形成すると、活性領域（３）とコンタク
ト領域（４）との接触面積が、コンタクト領域（４）の
底面部分だけ広くなる。ここでマスクパターン不良等に
よりコンタクト領域（４）の側面が上部から見て直線と
ならない場合、電流が部分的にかたより不平衡電圧発生
の原因となる。ところが本構造ではこのコンタクト領域
（４）の底面部分に電流が流れる分だけ、電流のかたよ
りが緩和きれ不平衡電圧が小さくなる。

（へ）実施例 以下に本発明のホール素子（１）の実施例を第１図（イ
）・第１図（ロ）を参照しながら説明する。

先ず半絶縁性の基板（２）と、該基板（２）内に形成き
れたＮ型の活性領域（３）と、該活性領域（３）の端部
に形成きれるＮ０型のコンタクト領域（４）とがある。

ここでは前記基板（２〉上にノンドープのシリコン酸化
膜をＣＶＤ法により約５０００人被覆し、イオン注入領
域と対応する開口部を介して、注入エネルギーが１５０
ＫｅＶ、　　ドーズ量がＩ　Ｘ　１０　”ｃｒｎ−”の
条件でシリコンイオンを注入してコンタクト領域（４）
を形成する。その際１．シリンフ酸化膜と開口部を形成
する時に使用したホトレジスト膜はイオン注入時のマス
クとして使用する。

また活性領域（３）も同様に注入エネルギーが３６０Ｋ
ｅＶ、　　ドーズ量が４．２Ｘ１０”ｃｍ−”でシリコ
ンイオンを注入する。更には欠陥の回復とキャリア回復
のために、前記基板（２）両面にノンドープのシリコン
酸化膜を約５０００人被覆した後に赤外加熱炉でランプ
アニールする。

そして前記基板（２）上に形成された第１の絶縁膜であ
るシリコン酸化膜（５）を蝕刻して形成きれる前記コン
タクト領域（４）のコンタクト孔（６）と、該コンタク
ト孔（６）を介して蒸着により形成される第１の電極り
７）とがある。

ここで第１の電極（７）はＡｕＱｅ、　Ｎｉ、　ｒｉ、
　Ａｕを夫々に約１１００人、４００人、１０００人、
３０００人の厚きで蒸着する。また第１の電極（７）を
形成する方法としてはリフトオフ法を採用し、第１の電
極（７）を合金化するために赤外加熱炉で約４００°Ｃ
１１分間の合金化処理をおこなう。

次に前記基板（２）表面に形成啓れる第２の絶縁膜（８
）と、該第２の絶縁膜（８）を蝕刻して形成されるコン
タクト孔（９）と、該コンタクト孔（９）を介して前記
第１の電極（７）とコンタクトする第２の電極（１０）
がある。

ここで前記第２の絶縁膜（８）としては、例えばＣＶＤ
法により基板（２）表面にシリコン窒化膜を約１５００
人形成している。また前記シリコン化膜（８）を蝕刻し
て形成されるコンタクト孔（９）を介して、前記第２の
電極（１０）は前記第１の電極（７）とオーミックコン
タクトし、ＴｉとＡｕを夫々約１０００人、３０００人
蒸着きれている。

最後に前記基板〈２）の下面に接着される強磁性体であ
るフェライトがある。

ここでは前記基板（２）の厚さが１００μｍと非常に薄
いため取扱いが難しいので、ウェファ状態でフェライト
に接着剤を用いて取付ける。また基板（２）上面に更に
フェライトを付けても良く、この場合は前記電極（１０
）にワイヤボンドした後に取付ける。

またここでは後工程となるワイヤポンド、樹脂モールド
等の構成の説明および図面は省略する。

本発明の第１の特徴とするところは、Ｎ型の活性領域（
３）にあり、ホール出力電圧Ｖ８を大きくするために、
例えば注入エネルギーが２００ＫｅＶ、ドーズ量が４　
、２Ｘ１０”ｃｍ−”の条件でシリコンイオンを注入す
ることにある。

一般には電子移動度μを大きくしようとしてキャリア濃
度を減らすと活性領域（３）のシート抵抗（シート抵抗
は４００Ω／ロ〜６００Ω／口が好ましい。）が上昇し
てしまうために、本発明ではシリコンイオンを注入する
際低不純物濃度で移動度が大きくなるように注入し、そ
の代りにシート抵抗の上昇分を加速電圧（注入エネルギ
ー）を大きくして補正している。ここでは加速電圧を大
きくするかわりにダブルチャージイオン８１〜を使用し
た。従ってシリコンイオンは深く注入きれる。また単位
体積当りの不純物濃度と注入深さとの積をほぼ一定にし
て、かつ注入深さを大きくとっても良い。

ここで第４図は横軸に注入エネルギー、縦軸にキャリア
移動度μを示したものである。図からも判るように注入
エネルギーが大きいという事はイオンの打込み深さが深
いことを意味している。

従ってイオンを深く打込むことでキャリア移動度μを大
きくすることができた。

更には注入したシリコンイオンをキャリアとして働かせ
るために、活性化アニール処理をしている。ここではア
ニール時の昇温スピードを上げる方法として赤外線加熱
によるランプヒートアニール法を活用し、従来のアニー
ル法より約１０％活性化率を大きくできた。

本発明の第２の特徴とするところは強磁性体であるフェ
ライトにある。ここで基板（２）はラップ板に接着され
厚きが約１００μｍになるまでパックラップきれる。こ
の１００μｍの厚さの基板（２）は非常に薄いために作
業性が非常に悪い。そのだめにラップされた後に、フェ
ライト上にラップ板の付いた基板り２）を接着し、その
後ラップ板を取除く。従ってフェライトがウェハーに接
着されであるため強度が増加し作業性が良好となる。

更にはこのフェライトをそのまま使用することで、ホー
ル素子（１）にかかる磁束密度は１．４〜２．２倍（ａ
ｔｌＫＧ：構造により倍率が異なる。）に増加できる。

磁束密度を増加させる方法としてはフェライトの形状、
フェライトの透磁率と飽和磁束密度、半導体薄膜層とフ
ェライトとの距離が考えられ、ここではＧａＡｓの厚さ
は１００μｍ１下側フエライトの厚さは２００μｍ、チ
ップサイズは３５０μｍ。

である。

これにより下側フェライトのみでは増加率は約１．４倍
、上側にも１５０μｍ厚で１５０１１ｍ’の寸法のもの
を装管すると約２．２倍の増加率が得られた。

第３の特徴としては前記活性領域（３）よりも浅く形成
されたコンタクト領域（４）にある。

つまり活性領域（３）とコンタクト領域（４）との接触
面積が、コンタクト領域（４）の底面部分だけ広くなる
。例えば従来ではマスクバクーン不良等によりコンタク
ト領域（４）の側面が上部から見て直線にならない場合
、ＴＩＥＦ、が部分的にかたより不平衡電圧発生の原因
となった。ところが本構造ではコンタクト領域（４）の
底面部分に１ｉ流が流れる分だけ、電流のかたよりが緩
和され不平衡電圧が小さくなる。

（））発明の効果 以上の説明からも明らかなようにシリコンイオンを深く
注入することで、シート抵抗を押えながら電子移動度μ
を４４００ｃｍ”／　Ｖ　−ｓｅｅと大きくできた。

またフェライトをウェハーの状態の時に接着するため作
業性が非常に良好で、かつ磁束密度は１．４〜２．２倍
に増加できた。

従って以上の効果によりホール出力ｖＨを３８ｍＶ〜６
０ｍＶと従来より１．５〜２．４倍と大きくでき、温度
依存性は−０，０６％１０Ｃ１磁界直線性は１．８〜２
．０４と従来にはないホール素子を形成できた。

更には活性領域（３）よりも浅くコンタクト領域（４）
を形成することで不平衡′ｗＬ圧をノ」１さくできた。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明のホール素子の平面図、第１図（
ロ）は第１図（イ）のｘ−ｘ’腺の断面図、第２図はＧ
ａＡｓの移動度と不純物濃度の関係を説明する図、第３
図は従来の不純物注入状態と本発明の不純物注入状態と
を説明する概略図、第４図はイオン注入エネルギーと移
動度の関係を示す図、第５図は従来のホール素子の断面
図である。 （１）はホール素子、　（２）は基板、　（３）は活性
領域、（４）はコンタクト領域、（５）は第１の絶縁膜
、（６）はコンタクト孔、（７）は第１の電極、（８）
は第２の絶縁膜、（９）はコンタクト孔、（１０）は第
２の電極である。 出願人　三洋電機株式会社外１名 代理人　弁理士　西野卓嗣　外１多 筒　１　　図　てイノ 第２図 不ｆｆｉ！ａｌｌＩＡ　Ｎ（Ｃｍ−勺 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体材料を用いたホール素子に於いて、
   少なくとも化合物半導体材料よりなる基板と、該基板内
   に低不純物濃度で深く注入された一導電型の活性領域と
   、該活性領域の端部に形成された高不純物濃度の一導電
   型のコンタクト領域とを備え、該コンタクト領域は前記
   活性領域よりも浅く形成されることを特徴としたホール
   素子。