特許 6693735 ホールセンサ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6693735

(24)【登録日】2020年4月20日

(45)【発行日】2020年5月13日

(54)【発明の名称】ホールセンサ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 43/06 20060101AFI20200427BHJP

   H01L 43/14 20060101ALI20200427BHJP

【ＦＩ】

   H01L43/06 H

   H01L43/06 S

   H01L43/14

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-242575(P2015-242575)

(22)【出願日】2015年12月11日

(65)【公開番号】特開2017-108077(P2017-108077A)

(43)【公開日】2017年6月15日

【審査請求日】2018年9月10日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】丸山 雄大

(72)【発明者】

【氏名】藤本 佳伸

(72)【発明者】

【氏名】宮阪 豊光

【審査官】 上田 智志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１６８６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８８６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０９１７１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−１９０５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４５４３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ４３／０６，４３／１４

Ｇ０１Ｒ ３３／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、前記半導体基板に形成された感磁部と、前記感磁部上に形成された電極と、前記感磁部上に形成された保護膜とを有するホール素子と、
リード端子と、
前記ホール素子の電極と前記リード端子とを接続する導線と、
前記ホール素子の前記電極が形成される面とは反対側の面を覆う保護層と、
前記導線と前記ホール素子とを覆う封止部と、を備え、
前記保護層の少なくとも一部と、前記リード端子の前記導線と接続する面の反対側の面の少なくとも一部とが、前記封止部から露出し、かつ、
前記感磁部と前記保護膜との間の酸素の面密度が、１．４７Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下であるホールセンサ。

【請求項2】

前記感磁部と前記保護膜との間の酸素の面密度が、１．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下である請求項１に記載のホールセンサ。

【請求項3】

前記ホール素子は、前記半導体基板がＧａＡｓ基板であり、前記保護膜が窒化ケイ素膜である請求項１又は２に記載のホールセンサ。

【請求項4】

前記感磁部と前記保護膜との間における酸素の被覆率が６３％以下である請求項１乃至３のいずれか一項に記載のホールセンサ。

【請求項5】

半導体基板上に感磁部を形成する工程と、
前記感磁部が形成された前記半導体基板を、塩酸又は純水で洗浄する工程と、
前記洗浄後に、前記感磁部上に保護膜を形成する工程と、
前記感磁部上に電極を形成する工程と、
前記半導体基板をダイシングして、前記感磁部と前記保護膜及び前記電極を有するホール素子を形成する工程と、
リード端子と隣り合う領域に保護層を配置する工程と、
前記保護層上に前記ホール素子を載置する工程と、
前記ホール素子の前記電極と前記リード端子とを導線で接続する工程と、
前記ホール素子と、前記リード端子の前記導線で接続された面と、前記導線とを封止樹脂で封止する工程と、を備え、
前記洗浄する工程では、
前記感磁部と前記保護膜との間の酸素の面密度が１．４７Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下となるように、洗浄条件を予め設定するホールセンサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホールセンサ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のホールセンサとして、特許文献１に記載のアイランドレス構造のホールセンサが知られている。
特許文献１に記載のホールセンサは、半絶縁性基板、半絶縁性基板上に形成された半導体薄膜、半絶縁性基板上に形成された複数の電極部を有するホール素子と、ホール素子の周囲に配置された複数のリード端子と、複数の電極部と複数のリード端子とをそれぞれ電気的に接続する複数の導線と、半絶縁性基板を有するホール素子の複数の電極部を有する面の反対側の面に接して覆う絶縁樹脂層と、ホール素子と複数の導線とを封止するモールド樹脂と、を備え、絶縁樹脂層の少なくとも一部と、複数のリード端子の各々において導線と接続する面の反対側の面の少なくとも一部は、モールド樹脂からそれぞれ露出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１４／０９１７１４号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のアイランドレス構造のホールセンサは、ホール素子のうちモールド樹脂で保護されている部分とモールド樹脂の外表面との間の距離が比較的短く、ホールセンサの外部からホールセンサ内部のホール素子に不純物が到達しやすい。このため、従来のアイランドレス構造のホールセンサを過酷な使用環境下に置き続けると、使用環境の影響を受けて、信頼性が低下する可能性があった。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、使用環境の影響を受けにくく、信頼性の高いホールセンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るホールセンサは、半導体基板と、前記半導体基板に形成された感磁部と、前記感磁部上に形成された電極と、前記感磁部上に形成された保護膜とを有するホール素子と、リード端子と、前記ホール素子の電極と前記リード端子とを接続する導線と、前記ホール素子の前記電極が形成される面とは反対側の面を覆う保護層と、前記導線と前記ホール素子とを覆う封止部と、を備え、前記保護層の少なくとも一部と、前記リード端子の前記導線と接続する面の反対側の面の少なくとも一部とが、前記封止部から露出し、かつ、前記感磁部と前記保護膜との間の酸素の面密度が、２．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下であることを特徴とする。

【0006】

本発明の一態様に係るホールセンサの製造方法は、半導体基板上に感磁部を形成する工程と、前記感磁部が形成された前記半導体基板を、酸性の液体、アルカリ性の液体、又は、中性の液体で洗浄する工程と、前記洗浄後に、前記感磁部上に保護膜を形成する工程と、前記感磁部上に電極を形成する工程と、前記半導体基板をダイシングして、前記感磁部と前記保護膜及び前記電極を有するホール素子を形成する工程と、リード端子と隣り合う領域に保護層を配置する工程と、前記保護層上に前記ホール素子を載置する工程と、前記ホール素子の前記電極と前記リード端子とを導線で接続する工程と、前記ホール素子と、前記リード端子の前記導線で接続された面と、前記導線とを封止樹脂で封止する工程と、を備え、前記半導体基板を洗浄する工程では、前記感磁部と前記保護膜との間の酸素の面密度が２．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下となるように、洗浄条件を予め設定しておくことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、使用環境の影響を受けにくく、信頼性の高いホールセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１に係るホールセンサ１００の構成例を示す平面図及び断面図である。

【図2】実施形態１に係るホール素子１０の構成例を示す断面図である。

【図3】ホール素子１０の構成例を示す平面図である。

【図4】ホール素子１０の製造方法を示す断面図である。

【図5】ホール素子１０の製造方法を示す断面図である。

【図6】ホールセンサ１００の製造工程を示す平面図及び断面図である。

【図7】ホールセンサ１００の製造工程を示す平面図及び断面図である。

【図8】ホールセンサ１００の製造工程を示す平面図及び断面図である。

【図9】ホールセンサ１００の製造工程を示す平面図及び断面図である。

【図10】ホールセンサ１００の製造工程を示す平面図及び断面図である。

【図11】ホールセンサ１００の製造工程を示す平面図及び断面図である。

【図12】実施形態２に係るホール素子１０Ａの構成例を示す断面図である。

【図13】ホール素子１０Ａの製造方法を示す断面図である。

【図14】実施形態３に係るホール素子１０Ｂの構成例を示す断面図である。

【図15】ホール素子１０Ｂの製造方法を示す断面図である。

【図16】実施例１の測定結果を示すグラフである。

【図17】比較例１の測定結果を示すグラフである。

【図18】図１７の一部を拡大したグラフである。

【図19】比較例２の測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。また、図面は模式的なものであり、各図における各層の長さ、厚さの寸法は現実のものとは異なり、それらの比等も現実のものとは異なる場合がある。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0010】

＜実施形態１＞
［構成］
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態１に係るホールセンサ１００の構成例を示す平面図と断面図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、実施形態１に係るホールセンサ１００は、ホール素子１０と、リード端子２０と、ホール素子１０の電極１７とリード端子２０とを接続する導線３０と、ホール素子１０の電極１７が形成された面とは反対側の面を覆う保護層４０と、導線３０とホール素子１０とを覆う封止部５０と、を備える。また、リード端子２０は第１から第４のリード端子２１〜２２を有する。電極１７は第１から第４の電極１７１〜１７４を有する。導線３０は第１〜第４の導線３１〜３４を有する。

【0011】

以下、ホール素子１０の電極が形成された面を電極形成面と称し、ホール素子１０の電極形成面とは反対側の面をホール素子の裏面と称する。また、リード端子２０の導線３０と接続する面を導線接続面と称し、リード端子の導線接続面とは反対側の面をリード端子の裏面と称する。
このホールセンサ１００は、保護層４０の少なくとも一部と、リード端子２０の裏面の少なくとも一部とが、封止部５０からそれぞれ露出した、アイランドレス構造のホールセンサである。

【0012】

ホール素子１０は、ＧａＡｓ等の半導体基板と、半導体基板上に形成された感磁部と、感磁部上に形成された電極１７と、感磁部１２上に形成された保護膜とを有する。ホール素子１０のより具体的な構成は、図２を参照しながら後で説明する。
リード端子２０は、ホール素子１０の周囲に配置された端子であり、ホールセンサ１００の内部と外部との間の電気的接続を得るための端子である。リード端子２０の導線接続面とは反対側の面（すなわち、裏面）の一部には、凹んだ部分（すなわち、厚みが薄い部分）が形成されていてもよい。凹んだ部分は、例えばエッチングで形成されていてもよい。また、リード端子２０の導線接続面とその反対側の裏面のうち、少なくとも一部には、メッキ層が形成されてもよい。

【0013】

上述したように、リード端子２０は、第１のリード端子２１、第２のリード端子２２、第３のリード端子２３及び第４のリード端子２４を有する。第１から第４のリード端子２１〜２４は、第１から第４の電極１７１〜１７４にそれぞれ対応し、平面視でホール素子１０の四隅近傍に配置される。
なお、リード端子２０は、銅（Ｃｕ）等の配線用の金属で形成されている。また、リード端子２０の表面は、電気的接続の観点からＡｇめっきが施されていてもよい。

【0014】

導線３０は、例えば金（Ａｕ）で形成されたワイヤであり、ホール素子１０が有するコンタクト電極と、リード端子２０とを電気的に接続している。上述したように、導線３０は、第１の導線３１、第２の導線３２、第３の導線３３及び第４の導線３４を有する。
また、電極１７は、第１の電極１７１、第２の電極１７２、第３の電極１７３及び第４の電極１７４を有する。

【0015】

そして、第１の導線３１の一端は第１の電極１７１に接合しており、第１の導線３１の他端は第１のリード端子２１に接合している。同様に、第２の導線３２の一端は第２の電極１７２に接合しており、第２の導線３２の他端は第２のリード端子２２に接合している。第３の導線３３の一端は第３の電極１７３に接合しており、第３の導線３３の他端は第３のリード端子２３に接合している。第４の導線３４の一端は第４の電極１７４に接合しており、第４の導線３４の他端は第４のリード端子２４に接合している。これにより、第１から第４の導線３１〜３４は、第１から第４の電極１７１〜１７４と第１から第４のリード端子２１〜２４とをそれぞれ電気的に接続している。

【0016】

保護層４０は、ホール素子１０の裏面に接触し、かつ、ホールセンサ１００の裏面側で封止部５０から露出して形成されている。保護層４０は、絶縁シートや絶縁ペーストで構成してもよく（すなわち、絶縁保護層でもよく）、例えば、熱硬化型エポキシ樹脂等であり、フィラーのシリカ（ＳｉＯ_２）を含んでもよい。保護層４０は、ホール素子１０の半導体基板の裏面全体を直接覆うことが好ましい。ホール素子１０の裏面は、前述したようにホール素子１０の電極形成面の反対側の面であり、ホール素子１０の感磁部１２が形成された面とは反対側の面でもある。保護層４０は、ホール素子１０の裏面全体を覆うことにより、ホール素子１０のリーク電流を低減する。保護層４０の厚さは５μｍ以上が好ましい。

【0017】

封止部５０は、ホール素子１０と、リード端子２０の導線接続面と、導線３０とを封止する。封止部５０を構成する部材は、モールド樹脂であることが好ましい。封止部５０は、保護層４０のホール素子１０と接触する面とは反対側の面の少なくとも一部と、リード端子２０の導線接続面の反対側の面の少なくとも一部と、を除いて、ホールセンサ１００を封止する。封止部５０は、リフロー時の高熱に耐えられる材料で形成される。例えば、封止部５０は、エポキシ系の熱硬化型樹脂からなるモールド樹脂である。

【0018】

ホールセンサ１００は、平面視で長方形状に形成されることが好ましく、長方形状の裏面の四隅にリード端子２０の外部接続面が配され、長方形の裏面の中央部に保護層４０の露出面が配されることが好ましい。
次に、ホール素子１０のより具体的な構成について説明する。
図２は、実施形態１に係るホール素子１０の構成例を示す断面図である。ホール素子１０は、外部磁場を検出して、その大きさに比例した信号を出力する磁気変換素子である。図２に示すように、ホール素子１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１に形成されたｎ型導電層を有する感磁部１２と、感磁部１２上に形成された電極１７と、感磁部１２及び電極１７の端部を覆う保護膜１４とを有する。また、電極１７は、コンタクト電極１３と、コンタクト電極１３上に形成された電極パッド１５と、を有する。コンタクト電極１３の上面側に電極パッド１５の下面側が接合しており、コンタクト電極１３と電極パッド１５は電気的に接続している。

【0019】

半導体基板１１は、半導体プロセスで一般的に使用される材料を用いて形成される。本例の半導体基板１１は、半絶縁性のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板である。半導体基板１１は、ＧａＡｓに限らず、シリコン（Ｓｉ）基板等であってよい。本例の半導体基板１１は、エッチングにより形成されたメサ部１６を有する。
感磁部１２は、半導体基板１１の表面に形成された低抵抗層である。例えば、感磁部１２は、半導体基板１１に不純物をインプラントすることにより形成される。本例では、メサ部１６に感磁部１２を形成したが、メサ構造はなくてもよい。

【0020】

保護膜１４は、半導体基板１１上に形成される。保護膜１４は、絶縁保護膜であることが好ましく、窒化ケイ素（ＳｉＮ）で形成される。また、窒化ケイ素は、Ｓｉ_３Ｎ_４の組成を有してよい。保護膜の膜厚は、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。保護膜１４は、感磁部１２から電流が漏れ出るのを防止する。また、保護膜１４は、半導体基板１１を、外部からの物理的なダメージから保護する。

【0021】

コンタクト電極１３は、半導体基板１１上に形成され、感磁部１２に電気的に接続される。コンタクト電極１３の材料は、感磁部１２との接触抵抗が小さくなるように、半導体基板１１の材料に応じて適宜選択される。本例の構造では、コンタクト電極１３の形成は、保護膜１４の形成前に行うが、必要に応じて保護膜１４の形成後に行ってもよい（例えば、後述の実施形態３参照）。

【0022】

電極パッド１５は、コンタクト電極１３及び保護膜１４上に形成される。電極パッド１５は、ワイヤボンディング時にホール素子１０への物理的なダメージによる影響を低減し、ホール素子１０の信頼性を向上する。但し、電極パッド１５を形成せずに、コンタクト電極１３に直接ワイヤボンディングしてもよい。なお、本例のコンタクト電極１３及び電極パッド１５は、互いに同一のパターンで形成されるが、異なるパターンで形成されてもよい。

【0023】

図３は、ホール素子１０の構成例を示す平面図である。図３に示すように、電極パッド１５は、第１から第４の電極パッド１５１〜１５４を有する。また、コンタクト電極１３は、第１から第４のコンタクト電極１３１〜１３４を有する。そして、第１から第４の電極パッド１５１〜１５４は、第１から第４のコンタクト電極１３１〜１３４にそれぞれ対応して配置されている。これにより、第１から第４の電極１７１〜１７４がそれぞれ構成されている。

【0024】

すなわち、第１のコンタクト電極１３１上に第１の電極パッド１５１が形成されており、第１のコンタクト電極１３１と第１の電極パッド１５１とで第１の電極１７１が構成されている。また、第２のコンタクト電極１３２上に第２の電極パッド１５２が形成されており、第２のコンタクト電極１３２と第２の電極パッド１５２とで第２の電極１７２が構成されている。また、第３のコンタクト電極１３３上に第３の電極パッド１５３が形成されており、第３のコンタクト電極１３３と第３の電極パッド１５３とで第３の電極１７３が構成されている。また、第４のコンタクト電極１３４上に第４の電極パッド１５４が形成されており、第４のコンタクト電極１４３と第４の電極パッド１５４とで第４の電極１７４が構成されている。

【0025】

図３に示すように、本例の感磁部１２は、平面視で十字（クロス）型である。クロスの４つの先端部に、第１から第４の電極１７１〜１７４がそれぞれ接続されている。第１から第４の電極１７１〜１７４は、第１の電極１７１と第３の電極１７３とを結ぶ仮想直線と、第２の電極１７２と第４の電極１７４とを結ぶ仮想直線とが交差する位置にそれぞれ配置されている。

【0026】

第１の電極１７１及び第３の電極１７３は、平面視で、感磁部１２を挟んで互いに対向するように配置されている。第１の電極１７１及び第３の電極１７３は、ホール素子１０に電流を流すための入力端子として機能する。ホール素子１０は、流れる電流と半導体基板１１に垂直に入力された磁場に応じてホール電圧を生じる。
第２の電極１７２及び第４の電極１７４は、平面視で、感磁部１２を挟んで互いに対向し、かつ、ホール素子１０に流れる電流と直交する方向で向かい合うように配置されている。第２の電極１７２及び第４の電極１７４は、ホール電圧を出力する出力端子として機能する。

【0027】

本発明の実施形態１、及び後述の実施形態２、３では、感磁部１２の上面と保護膜１４の下面との間の界面の酸素濃度に着目した。ホール素子１０の信頼性に、この界面付近の酸素濃度の最大値が影響することを本発明者らは見出した。
本発明の実施形態１、及び後述の実施形態２、３では、ＳＩＭＳにより求められる感磁部（半導体基板１１の活性層が形成された部分）１２と保護膜１４との間の酸素の面密度が、２．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下となっている。なお、「Ｅ＋１５」は、「×１０^１５」のことを意味する。

【0028】

上記のように、保護膜１４と感磁部１２との間の酸素の面密度を、２．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下とすると、保護膜１４と感磁部１２とが酸化物を介さずに直接化学結合を形成するため、感磁部１２上に保護膜１４がより強固に形成される。その結果、水分等の不純物の侵入、あるいは外部応力の変化により感磁部１２上から保護膜１４が剥がれることを防ぐことができ、高い信頼性を実現することができる。より好ましくは、保護膜１４と感磁部１２との間の酸素の面密度が、１．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下である。

【0029】

保護膜１４と感磁部１２との間の酸素の面密度が、２．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）より大きい場合、半導体基板の表面が原子１層以上の酸化物で覆われるため、半導体基板と保護膜は相対的に結合力の弱い、酸化物を介した結合となり、外部からの影響に対する信頼性が低下する。
しかし、保護膜と感磁部との間の酸素の面密度が、２．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下の場合、半導体基板の表面が原子１層未満の酸化物で覆われるため、半導体基板と保護膜は相対的に結合力が強く、酸化物を介さない直接結合となり、外部からの影響に対する信頼性が高い。酸素の面密度が、２．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下であれば、保護膜と感磁部との間における酸素の被覆率が約８０％以下となるため、信頼性が向上する。

【0030】

なお、保護膜１４形成の前処理として、感磁部１２が形成された半導体基板１１を酸性の薬液（液体）、アルカリ性の薬液（液体）、オゾン水、純水等の中性の薬液（液体）、有機溶剤、純水による洗浄、あるいはアッシング処理を行うことで、保護膜１４と感磁部１２との間に、所望のピーク濃度を持つ酸化物層を形成することができる。
実施形態１に係るホールセンサ１００は、保護膜１４と半導体基板１１との間の酸素の面密度を、２．０Ｅ＋１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）以下とすることで、保護膜１４と半導体基板１１を、酸化物を介さずに結合させる。これにより、高信頼性を有するホールセンサ１００を実現することができる。

【0031】

［測定方法］
実施形態１における、感磁部１２と保護膜１４との間の酸素ピーク濃度の測定方法について以下で説明する。
・装置：ＣＡＭＥＣＡ ＩＭＳ−７ｆ
・一次イオン種：Ｃｓ＋
・一次加速電圧：１５．０ ｋＶ
・一次イオン電流：０．６５ ｎＡ
・ラスター領域：３０ μｍ × ３０ μｍ
・質量分解能：Ｎｏｒｍａｌ
・検出領域：１２ μｍ × １２ μｍ
・測定真空度：３×１０^−７ （Ｐａ）以下
・帯電補正：電子銃照射により帯電補正

【0032】

後述の実施例１で測定した酸素ピーク濃度の測定について、図１６に示すグラフ縦軸の酸素の二次イオン強度（ｃｏｕｎｔｓ／ｓ）から濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）への換算は、ＧａＡｓ中に酸素をイオン注入した標準試料を用いて実施した。図１６に示すグラフ横軸のスパッタ時間（ｓ）から深さ（ｎｍ）への換算は、ＳｉＮ標準試料のスパッタレートにより算出した。ここで、ＳｉＮ膜とＧａＡｓ基板との界面酸化膜のような極めて薄い領域の不純物濃度をＳＩＭＳで測定する場合は、測定値が測定条件および測定装置に依存することが知られている。

【0033】

例えば、深さ方向の分解能が低い測定条件では、ピーク濃度の値が低くなるとともに、半値幅が広くなる。その一方、深さ方向の分解能が高い測定条件では、ピーク濃度の値が高くなるとともに、半値幅が狭くなる。また、測定装置の分解能が低い場合には、ピーク濃度の値が低くなるとともに、半値幅が広くなる。その一方、測定装置の分解能が高い場合には、ピーク濃度の値が高くなるとともに、半値幅が狭くなる。

【0034】

このため、ＳＩＭＳ測定データの測定条件は上記の条件で測定すること、更に、ＳｉＮ膜とＧａＡｓ基板との界面の酸素原子の量を、酸素原子のピーク濃度を深さ方向に積分した面密度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）で規定する。積分する際の酸素原子の濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）はＧａＡｓ基板中の酸素原子のバックグラウンド濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）を差し引いた濃度とする。例えば、後述の比較例１のＳｉＮ膜とＧａＡｓ基板との界面の酸素原子面密度は、図１８の破線で示す領域の積分値（図中の斜線部の面積）であり、約２．４×１０^１５（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）となる。

【0035】

［製造方法］
実施形態１に係るホールセンサ１００の製造方法を図４〜１１を用いて説明する。
図４及び図５は、ホール素子１０の製造工程の一例を示す断面図である。図４（ａ）は、インプラント工程の一例を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、本例では、半導体基板１１として半絶縁性のＧａＡｓ基板を用意する。そして、半導体基板１１にＳｉ等の不純物をインプラントすることにより、感磁部１２を形成する。

【0036】

図４（ｂ）は、メサエッチング工程の一例を示す断面図である。本例では、形成するメサ部１６の形状に合わせてフォトレジストをパターニングし、半導体基板１１をエッチングすることによりメサ部１６を形成する。例えば、等方性のエッチングにより台形型のメサ部１６を形成する。
図４（ｃ）は、コンタクト電極１３の形成工程の一例を示す断面図である。本例では、リフトオフ法を用いてコンタクト電極１３を形成する。リフトオフ法では、半導体基板１１上にフォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジストをコンタクト電極の形状に合わせてパターニングした後に、半導体基板１１の上方全面に金属膜を形成し、金属膜の不要部分をフォトレジストと共に除去する。これにより、金属膜からなるコンタクト電極１３を形成する。コンタクト電極１３は、感磁部１２に電気的に接続されるように、メサ部１６の端部に形成される。

【0037】

なお、コンタクト電極１３の形成は、リフトオフ法に限られず、エッチング法であってもよい。また、コンタクト電極１３は、蒸着及びスパッタ等の半導体製造工程で一般的に用いられる方法で形成される。
図５（ａ）は、保護膜１４の形成工程の一例を示す断面図である。本例では、エッチング法を用いて保護膜１４を形成する。保護膜１４を形成する前に、半導体基板１１に前処理を施し、半導体基板１１上の酸化物量を調整する。保護膜１４形成の前処理として、メサ部が形成された半導体基板１１を酸性の薬液、アルカリ性の薬液、オゾン水、純水等の中性の薬液による洗浄を行うことで、酸素ピーク濃度を低下させた酸化物層を半導体基板１１上に形成することができる。好ましくは、酸性薬液による洗浄である。なお、洗浄の条件によって、酸素ピーク濃度を制御することが可能である。例えば、薬液の濃度を高くし、洗浄時間を長くすると、酸素ピーク濃度を低下させることができる。薬液の濃度を低くし、洗浄時間を短くすると、酸素ピーク濃度を上昇させることができる。また、アッシング処理を行うと、酸素ピーク濃度を高めることが可能となる。

【0038】

その後、半導体基板１１の上方全面に、例えば絶縁膜を形成する。次に、保護膜１４の形状に合わせて絶縁膜上にフォトレジストをパターニングし、絶縁膜の不要部分をエッチングする。これにより、絶縁膜からなる保護膜１４を形成する。保護膜１４の形成は、エッチング法に限られず、リフトオフ法であってもよい。また、保護膜１４は、ＣＶＤ法及びスパッタ法等の半導体製造工程で一般的に用いられる方法で形成される。

【0039】

図５（ｂ）は、電極パッド１５の形成工程の一例を示す断面図である。本例では、リフトオフ法を用いて電極パッド１５を形成する。リフトオフ法では、半導体基板１１上にフォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジストを電極パッドの形状に合わせてパターニングした後に、半導体基板１１の上方全面に金属膜を形成し、金属膜の不要部分をフォトレジストと共に除去する。これにより、金属膜からなる電極パッド１５を形成する。電極パッド１５は、コンタクト電極１３に電気的に接続されるように形成される。

【0040】

なお、電極パッド１５の形成は、リフトオフ法に限られず、エッチング法であってもよい。また、電極パッド１５は、蒸着及びスパッタ等の半導体製造工程で一般的に用いられる方法で形成される。
図５（ｃ）は、半導体基板１１のダイシング工程の一例を示す断面図である。本例では、半導体基板１１上にコンタクト電極１３が形成されていない領域１９（図５（ｂ）参照）をダイシングする。これにより、半導体基板１１に形成された複数個のホール素子１０を個々に分離する（すなわち、個片化）する。

【0041】

図６〜図１１は、ホールセンサ１００の製造工程（後工程）の一例を示す平面図と断面図である。本明細書において、後工程とはホール素子１０を個片化してから、ホールセンサ１００にパッケージングするまでの工程を指す。ホールセンサ１００は、複数個のホールセンサ１００が水平方向に連なった状態で同時に作成され、パッケージング工程が終了した後で封止部等がダイシングされて個片化されてもよい。

【0042】

図６（ａ）及び（ｂ）は、リード端子２０の裏面側へのテープ貼付け工程の一例を示す平面図と断面図である。本工程では、リード端子２０の裏面側に裏面テープ６０を貼付ける。また、初めからリード端子２０の裏面側に裏面テープ６０が貼り付けられた製品を用いてもよい。裏面テープ６０の一方の面には例えば絶縁性の粘着層が塗布される。この粘着層により、裏面テープ６０の一方の面がリード端子２０の裏面側に貼り付けられる。

【0043】

粘着層の成分は、例えばシリコン樹脂がベースとなる。粘着層によって、裏面テープ６０にリード端子２０を貼り付けし易くなる。なお、裏面テープ６０としては、粘着性を有すると共に、耐熱性を有する樹脂製のテープが用いられることが好ましい。リード端子２０は、例えばＡｕ／Ｎｉ／Ｐｄにより形成される。Ａｕが下層側で、Ｐｄが上層側である。

【0044】

図７（ａ）及び（ｂ）は、保護層４０の形成工程の一例を示す平面図と断面図である。ここでは、保護層４０として絶縁ペーストを用いる。絶縁ペーストは、裏面テープ６０の粘着層を有する面のうち、複数のリード端子２０で囲まれた領域（すなわち、リード端子２０と隣り合う領域）に塗布される。ここでは、完成後のホールセンサ１００において、ホール素子１０の裏面の一部が封止部５０から露出することがないように、絶縁ペーストの塗布条件を調整する。例えば、絶縁ペーストの塗布条件とは、塗布する範囲及び塗布する厚さ等である。

【0045】

図８（ａ）及び（ｂ）は、ダイボンディング工程の一例を示す平面図と断面図である。ダイボンディング工程では、裏面テープ６０のうち、絶縁ペーストが塗布された領域にホール素子１０を載置する。ダイボンディング後にキュアと呼ばれる熱処理を行うことにより、絶縁ペーストを硬化させる。
図９（ａ）及び（ｂ）は、ワイヤボンディング工程の一例を示す平面図と断面図である。ワイヤボンディング工程では、電極パッド１５とリード端子２０とを導線（ワイヤ）３０を用いて電気的に接続する。導線３０を介して、４つの電極パッド１５は、周囲に形成された４つのリード端子２０のそれぞれに接続される。本例の導線３０は、直径が１８μｍの金線を用いて、小ボールでボンディングされる。また、本例のワイヤボンディング工程は、第１のボンド点が電極パッド１５で、第２のボンド点がリード端子２０となる正ボンドを用いて低ループで行われる。すなわち、導線３０の一端を電極パッド１５に接合した後で、この導線３０の他端をリード端子２０に接合する。

【0046】

図１０（ａ）及び（ｂ）は、パッケージング工程の一例を示す平面図と断面図である。パッケージング工程では、封止部５０が、ホール素子１０、複数のリード端子２０及び複数の導線３０をそれぞれ封止する。例えば、パッケージング工程は、トランスファーモールド技術を用いて行われる。
図１１（ａ）及び（ｂ）は、テープ剥がし工程の一例を示す平面図と断面図である。テープ剥がし工程では、保護層４０及び封止部５０から裏面テープ６０を剥離する。これにより、ホール素子１０の裏面に保護層４０を残しつつ、保護層４０及び封止部５０から裏面テープ６０を剥離する。テープ剥がし工程の次に、ホールセンサ１００全体を熱処理するキュア工程を実施する。
本例の製造工程では、ホールセンサ１００の外装めっき無しで、封止部５０等をダイシングすることによりホールセンサ１００が完成する。

【0047】

［実施形態１の効果］
本発明の実施形態１によれば、ホール素子１０を保護する保護膜１４と、感磁部１２（半導体基板１１）との間の不純物を減らすことで、保護膜１４の外部環境の変化に対する耐性を向上させ、従来と比べて高い信頼性を有するホールセンサ１００とホール素子１０を提供することができる。

【0048】

＜実施形態２＞
［構成］
図１２は、本発明の実施形態２に係るホール素子１０Ａの構成例を示す断面図である。図１２に示すように、実施形態２に係るホール素子１０Ａは、保護膜１４がコンタクト電極１３の端部を覆っている点で、実施形態１に係るホール素子１０と異なる。それ以外の構成は、ホール素子１０Ａとホール素子１０とで同じである。
保護膜１４は、コンタクト電極１３の端部上から半導体基板１１上にかけて形成されており、コンタクト電極１３の側面を覆い、且つ、半導体基板１１にも接している。

【0049】

［製造方法］
図１３は、ホール素子１０Ａの製造工程の一例を示す断面図である。詳しくは、図１３（ａ）はインプラント工程の一例を示す断面図である。図１３（ｂ）はメサエッチング工程の一例を示す断面図である。図１３（ｃ）はコンタクト電極１３の形成工程の一例を示す断面図である。図１３（ｄ）は保護膜１４の形成工程の一例を示す断面図である。図１３（ｅ）は電極パッド１５の形成工程の一例を示す断面図である。

【0050】

図１３（ｄ）に示す保護膜１４の形成工程が、実施形態１で説明したホール素子１０の製造方法と異なる。実施形態２では、図１３（ｄ）に示すように、コンタクト電極１３の側面を覆い、且つ、半導体基板１１にも接するように、保護膜１４を形成する。それ以外は、実施形態１で説明したホール素子１０の製造方法と同じである。
このように、実施形態２に係るホール素子１０Ａの製造は、実施形態１の製造方法において保護膜１４を形成するパターンを変更することで可能となる。

【0051】

［実施形態２の効果］
本発明の実施形態２によれば、上述した実施形態１と同様の効果を奏する。また、保護膜１４は、コンタクト電極１３の側面を覆い、且つ、半導体基板１１にも接するので、コンタクト電極１３が半導体基板１１の外周部上から剥がれることをさらに防止することができる。

【0052】

＜実施形態３＞
［構成］
図１４は、本発明の実施形態３に係るホール素子１０Ｂの構成例を示す断面図である。図１４に示すように、ホール素子１０Ｂは、保護膜１４がコンタクト電極１３の下部で半導体基板１１を覆っている点で、実施形態１に係るホール素子１０と異なる。それ以外の構成は、ホール素子１０Ｂとホール素子１０とで同じである。

【0053】

保護膜１４は、コンタクト電極１３の端部下から外周側の半導体基板１１上にかけて形成されており、コンタクト電極１３の側面を覆い、且つ、半導体基板１１にも接している。

【0054】

［製造方法］
図１５は、ホール素子１０Ｂの製造工程の一例を示す断面図である。詳しくは、図１５（ａ）はインプラント工程の一例を示す断面図である。図１５（ｂ）はメサエッチング工程の一例を示す断面図である。図１５（ｃ）はコンタクト電極１３の形成工程の一例を示す断面図である。図１５（ｄ）は保護膜１４の形成工程の一例を示す断面図である。図１５（ｅ）は電極パッド１５の形成工程の一例を示す断面図である。

【0055】

図１５（ｄ）に示す保護膜１４の形成工程が、実施形態１で説明したホール素子１０の製造方法と異なる。実施形態３では、図１５（ｄ）に示すように、コンタクト電極１３の側面を覆い、且つ、半導体基板１１にも接するように、保護膜１４を形成する。それ以外は、実施形態１で説明したホール素子１０の製造方法と同じである。
このように、実施形態３に係るホール素子１０Ｂの製造は、実施形態１の製造方法において保護膜１４を形成するパターンを変更することで可能となる。

【0056】

［実施形態３の効果］
本発明の実施形態３によれば、上述した実施形態１と同様の効果を奏する。また、保護膜１４は、コンタクト電極１３の側面を覆い、且つ、半導体基板１１にも接するので、コンタクト電極１３が半導体基板１１の外周部上から剥がれることをさらに防止することができる。

【実施例】

【0057】

［実施例１］
実施例１では、イオン注入法を用いて活性層を形成する。先ず、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にシリコンイオン（Ｓｉ＋）を注入した。次に、このシリコンイオンの活性化、さらには欠陥の回復のためにアルシン（ＡｓＨ_３）雰囲気中でラピッドアニール処理をし、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にｎ型の導電性をもつＧａＡｓ活性層を形成した。

【0058】

キャリア濃度のピークは、表面からの深さおおよそ０．２μｍに形成され、深さ０．１μｍ以下の基板の表面はキャリア濃度５×１０^１５／ｃｍ^３以下の導電性の小さい表面層を形成する。
次に、ＧａＡｓ活性層が形成されたＧａＡｓ基板上にフォトレジストを塗布し、十字型の所定のパターンを作り、これをマスクとしてＧａＡｓ基板を所定の深さエッチングする。次に、レジスト剥離液またはＯ_２プラズマを用いた灰化法によりフォトレジストを除去し、ホール素子の感磁部を形成した。

【0059】

ホール素子の感磁部を形成した後、このＧａＡｓ基板の上にフォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジストをパターニングし、次に、金属膜を蒸着した。その後、リフトオフ法により、フォトレジストおよびフォトレジスト上の金属膜を除去し、電極パターン（コンタクト電極）を形成した。次に、コンタクト電極と感磁部との間のオーミック性接触を得るために、赤外加熱炉でＧａＡｓ基板を加熱し、コンタクト電極と感磁部との合金化処理を行った。

【0060】

実施例１では、保護膜形成の前処理として、０．３６ｗｔ％（０．１ｍｏｌ／Ｌ）の塩酸を使用し、５分間、ＧａＡｓ基板を洗浄した。
その後、プラズマＣＶＤ法により、０．３μｍの膜厚を有するＳｉ_３Ｎ_４からなる絶縁膜をＧａＡｓ基板の上方全面に形成した。次に、絶縁膜上にフォトレジストを塗布し、コンタクト電極と外部電極との接続を確保する部分（すなわち、コンタクト部分）に穴が開くようにフォトレジストをパターニングした。しかる後、このフォトレジストをマスクとして、絶縁膜に反応性ドライエッチングを施して、絶縁膜のコンタクト部分を開口した。

【0061】

次に、レジスト剥離液またはＯ_２プラズマを用いた灰化法によりフォトレジストを除去した。次に、絶縁膜上にフォトレジストを塗布し、コンタクト電極と重なる領域を開口するようにフォトレジストをパターニングし、その上に金属膜を蒸着した。その後、リフトオフ法により、フォトレジストおよびフォトレジスト上の金属膜を除去し、パッド電極を形成した。このようにして、一枚のＧａＡｓ基板上に多数のＧａＡｓホール素子を形成した。
その後、ＧａＡｓ基板にダイシングを行い、個々のＧａＡｓホール素子（ペレット）に切り離した。次に、ＧａＡｓホール素子（ペレット）にダイボンド、トランスファーモールドの各処理を行い、ホールセンサを製作した。

【0062】

［実施例２］
実施例２は、保護膜形成の前処理として、塩酸の濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌ、洗浄時間が３分の条件で、ＧａＡｓ基板を洗浄した。これ以外は、実施例１と同様の方法でホールセンサを制作した。
［実施例３］
実施例３は、保護膜形成の前処理として、塩酸に変えて純水による洗浄を室温で５分間実施した。これ以外は、実施例１と同様の方法でホールセンサを制作した。

【0063】

［比較例１］
比較例１は、保護膜形成の前処理として、塩酸に変えて有機溶剤であるアセトンによる洗浄を室温で５分間実施した。これ以外は、実施例１と同様の方法でホールセンサを制作した。
［比較例２］
比較例２は、保護膜形成の前処理として、洗浄工程を行わず、アッシング処理を実施した。これ以外は、実施例１と同様の方法でホールセンサを制作した。

【0064】

＜酸素ピーク濃度の測定＞
前述の測定方法に従って、酸素ピーク濃度の測定を行った。測定した結果を表１に示す。また、実施例１のＳＩＭＳ結果を図１６に、比較例１のＳＩＭＳ結果を図１７に、比較例２のＳＩＭＳ結果を図１９にそれぞれ示す。
保護膜１４と感磁部１２との間における酸素の被覆率を酸素濃度ピークから算出した結果、実施例１〜実施例３では７０％未満であったのに対し、比較例１及び２では９０％以上であることが分かった。特に実施例１では、被覆率が１０％未満であり、良好な結果であることがわかる。

【0065】

＜信頼性評価＞
実施例１〜３及び比較例１、２の各ホールセンサについて、ＨＡＳＴ試験（１３０℃、８５％ＲＨの槽中で連続通電４００時間（５Ｖ通電））実施後のオフセット電圧の変動量を測定した。
その結果、実施例１のホールセンサのオフセット電圧の変動量は、±１ｍＶであった。
それに対して、比較例１のオフセット電圧の変動量は±１２ｍＶであった。実施例１〜３及び比較例１、２の各ホールセンサについて、信頼性評価の結果を表１に示す。

【0066】

【表1】

【符号の説明】

【0067】

１０、１０Ａ、１０Ｂ ホール素子
１１ 半導体基板
１２ 感磁部
１３ コンタクト電極
１４ 保護膜
１５ 電極パッド
１６ メサ部
２０ リード端子
２１ 第１のリード端子
２２ 第２のリード端子
２３ 第３のリード端子
２４ 第４のリード端子
３０ 導線
３１ 第１の導線
３２ 第２の導線
３３ 第３の導線
３４ 第４の導線
４０ 保護層
５０ 封止部
６０ 裏面テープ
１００ ホールセンサ
１３１ 第１のコンタクト電極
１３２ 第２のコンタクト電極
１３３ 第３のコンタクト電極
１３４ 第４のコンタクト電極
１５１ 第１の電極パッド
１５２ 第２の電極パッド
１５３ 第３の電極パッド
１５４ 第４の電極パッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】