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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024127278
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】デバイス及びデバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
G01R 33/20 20060101AFI20240912BHJP
G01R 15/20 20060101ALI20240912BHJP
G01R 33/06 20060101ALI20240912BHJP
H01L 29/82 20060101ALI20240912BHJP
H10N 52/80 20230101ALI20240912BHJP
【ＦＩ】
G01R33/20 101
G01R15/20 Z
G01R33/06
H01L29/82 Z
H10N52/80 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023036316
(22)【出願日】2023-03-09
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「先導研究プログラム未踏チャレンジ２０５０」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000173809
【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所
(71)【出願人】
【識別番号】301032942
【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 久典
(74)【代理人】
【識別番号】100206081
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 央
(72)【発明者】
【氏名】村田 晃一
(72)【発明者】
【氏名】浅田 聡志
(72)【発明者】
【氏名】坂本 邦博
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 真一郎
(72)【発明者】
【氏名】増山 雄太
【テーマコード（参考）】
2G017
2G025
5F092
【Ｆターム（参考）】
2G017AA02
2G017AC07
2G017AD58
2G017AD61
2G017AD63
2G025AA01
2G025AB01
5F092AB01
5F092AC21
5F092BD15
5F092BE02
5F092CA02
5F092CA11
5F092CA25
5F092CA40
5F092EA06
5F092FA08
(57)【要約】
【課題】過酷な環境で使用される場合や長時間使用される場合等でも、校正無しに精度よく電流を測定できるデバイス及びデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＣを有する基材と、前記基材上に設けられる回路素子と、前記基材上に設けられ、ＳｉＣ単結晶を有し、かつ前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥により磁場を計測することで、前記回路素子に流れる電流を計測できる、量子磁気センサと、を備えることを特徴とするデバイス。
【選択図】図１
【解決手段】ＳｉＣを有する基材と、前記基材上に設けられる回路素子と、前記基材上に設けられ、ＳｉＣ単結晶を有し、かつ前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥により磁場を計測することで、前記回路素子に流れる電流を計測できる、量子磁気センサと、を備えることを特徴とするデバイス。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＳｉＣを有する基材と、
前記基材上に設けられる回路素子と、
前記基材上に設けられ、ＳｉＣ単結晶を有し、かつ前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥により磁場を計測することで、前記回路素子に流れる電流を計測できる、量子磁気センサと、を備える
ことを特徴とするデバイス。
前記基材上に設けられる回路素子と、
前記基材上に設けられ、ＳｉＣ単結晶を有し、かつ前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥により磁場を計測することで、前記回路素子に流れる電流を計測できる、量子磁気センサと、を備える
ことを特徴とするデバイス。
【請求項2】
前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記回路素子の少なくとも一部を周状に取り囲むように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に隣接して配置され、かつＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体を備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項4】
さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に電磁波を照射する照射装置を備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項5】
前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥は、空孔欠陥又は不純物イオンである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項6】
さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に励起光を照射する光源装置を備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項7】
前記光源装置は、光ファイバーを介して前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に励起光を照射する
ことを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
ことを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
【請求項8】
前記回路素子は、半導体素子である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項9】
前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記半導体素子の終端部に設けられる
ことを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
ことを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
【請求項10】
請求項１又は２に記載のデバイスの製造方法であって、
前記ＳｉＣを有する基材上に、前記回路素子を設ける工程と、
前記バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程と、を備える
ことを特徴とするデバイスの製造方法。
前記ＳｉＣを有する基材上に、前記回路素子を設ける工程と、
前記バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程と、を備える
ことを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項11】
前記バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける前記工程は、ＳｉＣ単結晶に欠陥を設ける工程、ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる工程、又はＳｉＣ単結晶にイオン注入する工程、を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
【請求項12】
前記バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける前記工程で、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記回路素子の少なくとも一部を周状に取り囲むように配置される
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
【請求項13】
さらに、ＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体を前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に隣接して設ける工程を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
【請求項14】
前記回路素子は、半導体素子である
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
【請求項15】
前記バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程で、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶を、前記半導体素子の終端部に設ける
ことを特徴とする請求項１４に記載のデバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１４に記載のデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、デバイス及びデバイスの製造方法に関し、特にＳｉＣデバイス及びＳｉＣデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウエハが用いられるようになっている。
【0003】
特許文献１には、測定量を検出するセンサエレメントと、それぞれ１つの測定回路及びエネルギー源を有する少なくとも２つの制御装置とを備えた車両用センサ装置であって、前記センサエレメントの第１の端子は、前記少なくとも２つの制御装置の第１の制御装置のエネルギー源に接続されており、前記センサエレメントの第２の端子は、前記少なくとも２つの制御装置の第２の制御装置の測定回路を介してグラウンド端子に接続されており、前記センサエレメントを通って流れるセンサ電流は、検出された測定量に関する情報によって変調されており、前記第１の制御装置の測定回路は、前記エネルギー源と前記センサエレメントとの間のハイサイド路において検出されたセンサ電流を評価し、同時に、前記第２の制御装置の第２の測定回路は、前記センサエレメントと前記グラウンド端子との間のローサイド路において検出されたセンサ電流を評価し、第１の非常時保護回路が、前記ローサイド路に対して並列に配置されていて、前記センサエレメントの前記第２の端子における電圧降下を監視し、前記電圧降下が設定されたブレークオーバ電圧値に到達した場合、前記第１の非常時保護回路は、前記センサエレメントのための代替のローサイド路を形成してセンサ電流を記録し、これにより、少なくとも前記第１の測定回路が、検出されたセンサ電流をさらに評価することが可能であり、前記第１の非常時保護回路は、付加的に、前記電圧降下を、前記ブレークオーバ電圧値より低いホールド電圧値へ低下させる、センサ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表２０２２－５２７５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載の電流センサは、ダイオード構造やトランジスタ等のデバイス、又は抵抗素子を使用している。そのため、過酷な環境で使用される場合や長時間使用される場合等で、センサを構成する材料の特性が変化して、電流を精度よく測定することが難しい。そのため、ダイオード構造を構成する材料の特性が変化するような場合において、特許文献１に記載の電流センサは校正を必要とするという問題があった。もしくは、材料の特性が変化しない環境下での使用を想定している。
【0006】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、過酷な環境で使用される場合や長時間使用される場合等でも、電流を測定できる機能を有し、校正無しに精度よく電流を測定できるデバイス及びデバイス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】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
（１）本発明に係るデバイスの一様態は、ＳｉＣを有する基材と、
前記基材上に設けられる回路素子と、
前記基材上に設けられ、ＳｉＣ単結晶を有し、かつ前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥により磁場を計測することで、前記回路素子に流れる電流を計測できる、量子磁気センサと、を備える
ことを特徴とする。
（２）前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記回路素子の少なくとも一部を周状に取り囲むように配置される
ことを特徴とする（１）に記載のデバイス。
（３）さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に隣接して配置され、かつＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体を備える
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（４）さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に電磁波を照射する照射装置を備える
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（５）前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥は、空孔欠陥又は不純物イオンである
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（６）さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に励起光を照射する光源装置を備える
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（７）前記光源装置は、光ファイバーを介して前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に励起光を照射する
ことを特徴とする（６）に記載のデバイス。
（８）前記回路素子は、半導体素子である
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（９）前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記半導体素子の終端部に設けられる
ことを特徴とする（８）に記載のデバイス。
（１０）本発明に係るデバイスの製造方法の一様態は、
（１）又は（２）に記載のデバイスの製造方法であって、
ＳｉＣを有する基材上に、回路素子を設ける工程と、
バンドギャップ中に孤立した準位を生成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程と、を備える
ことを特徴とする。
（１１）バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける前記工程は、ＳｉＣ単結晶に欠陥を設ける工程、ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる工程、又はＳｉＣ単結晶にイオン注入する工程、を備える
ことを特徴とする（１０）に記載のデバイスの製造方法。
（１２）バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける前記工程で、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記回路素子の少なくとも一部を周状に取り囲むように配置される
ことを特徴とする（１０）に記載のデバイスの製造方法。
（１３）さらに、ＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体を前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に隣接して設ける工程を備える
ことを特徴とする（１０）に記載のデバイスの製造方法。
（１４）前記回路素子は、半導体素子である
ことを特徴とする（１０）に記載のデバイスの製造方法。
（１５）バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程で、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶を、前記半導体素子の終端部に設ける
ことを特徴とする（１４）に記載のデバイスの製造方法。
（１）本発明に係るデバイスの一様態は、ＳｉＣを有する基材と、
前記基材上に設けられる回路素子と、
前記基材上に設けられ、ＳｉＣ単結晶を有し、かつ前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥により磁場を計測することで、前記回路素子に流れる電流を計測できる、量子磁気センサと、を備える
ことを特徴とする。
（２）前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記回路素子の少なくとも一部を周状に取り囲むように配置される
ことを特徴とする（１）に記載のデバイス。
（３）さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に隣接して配置され、かつＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体を備える
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（４）さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に電磁波を照射する照射装置を備える
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（５）前記ＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥は、空孔欠陥又は不純物イオンである
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（６）さらに、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に励起光を照射する光源装置を備える
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（７）前記光源装置は、光ファイバーを介して前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に励起光を照射する
ことを特徴とする（６）に記載のデバイス。
（８）前記回路素子は、半導体素子である
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載のデバイス。
（９）前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記半導体素子の終端部に設けられる
ことを特徴とする（８）に記載のデバイス。
（１０）本発明に係るデバイスの製造方法の一様態は、
（１）又は（２）に記載のデバイスの製造方法であって、
ＳｉＣを有する基材上に、回路素子を設ける工程と、
バンドギャップ中に孤立した準位を生成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程と、を備える
ことを特徴とする。
（１１）バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける前記工程は、ＳｉＣ単結晶に欠陥を設ける工程、ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる工程、又はＳｉＣ単結晶にイオン注入する工程、を備える
ことを特徴とする（１０）に記載のデバイスの製造方法。
（１２）バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける前記工程で、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶は、前記回路素子の少なくとも一部を周状に取り囲むように配置される
ことを特徴とする（１０）に記載のデバイスの製造方法。
（１３）さらに、ＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体を前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶に隣接して設ける工程を備える
ことを特徴とする（１０）に記載のデバイスの製造方法。
（１４）前記回路素子は、半導体素子である
ことを特徴とする（１０）に記載のデバイスの製造方法。
（１５）バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程で、前記量子磁気センサの前記ＳｉＣ単結晶を、前記半導体素子の終端部に設ける
ことを特徴とする（１４）に記載のデバイスの製造方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一様態によれば、電流を測定できる機能を有し、過酷な環境で使用される場合や長時間使用される場合等でも、校正無しに精度よく電流を測定できるデバイス及びデバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施形態に係るデバイスの模式図である。
【図2】本発明の実施形態に係るデバイスの断面図である。
【図3】本発明の他の実施形態に係るデバイスの模式図である。
【図4】本発明の他の実施形態に係るデバイスの断面図である。
【図5】本発明の変形例に係るデバイスの模式図である。
【図6】従来のデバイスの製造方法を示す図である。
【図7】本発明の一実施形態に係るデバイスの製造方法を示す図である。
【図8】本発明の一実施形態に係るデバイスの製造方法を示す図である。
【図9】本発明の一実施形態に係るデバイスの製造方法を示す図である。
【図10】本発明の一実施形態に係るデバイスの製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明の一形態は、以下の説明に限定されず、本発明の趣旨その範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明の一形態は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0011】
以下に示される複数の実施の形態は適宜組み合わせることが可能である。また１の実施の形態中に、複数の構成例（作製方法例、動作方法例等も含む。）が示される場合は、互い構成例を適宜組み合わせること、及び他の実施の形態に記載された１又は複数の構成例と適宜組み合わせることも可能である。
【0012】
図面において、同一の要素又は同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【0013】
なお、本明細書中において、数値の下限値から数値の上限値までの数値範囲を表す記載表現として「～」を用いた説明箇所あるが、この説明箇所における数値範囲は、下限値自体及び上限値自体を含む下限値以上、上限値以下として特定される数値範囲である。
【0014】
＜デバイス＞
まず、本発明の実施形態に係るデバイスについて説明する。本発明の一実施形態に係るデバイス１００は、ＳｉＣを有する基材１５０と、基材１５０上に設けられる回路素子１１０と、基材１５０上に設けられ、ＳｉＣ単結晶を有し、かつＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥により磁場を計測することで、回路素子１１０に流れる電流を計測できる、量子磁気センサ１３０と、を備えることを特徴とする。
まず、本発明の実施形態に係るデバイスについて説明する。本発明の一実施形態に係るデバイス１００は、ＳｉＣを有する基材１５０と、基材１５０上に設けられる回路素子１１０と、基材１５０上に設けられ、ＳｉＣ単結晶を有し、かつＳｉＣ単結晶のバンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥により磁場を計測することで、回路素子１１０に流れる電流を計測できる、量子磁気センサ１３０と、を備えることを特徴とする。
【0015】
図１は、本発明の一実施形態に係るデバイス１００の模式図である。図１に示すように、デバイス１００は、回路素子１１０と、量子磁気センサ１３０とを備える。図２は、本発明の実施形態に係るデバイス１００の断面図である。図２の左側の図はデバイス１００の一断面図であり、図２の右側の図は左側の図とは異なる断面の断面図である。図２に示すように、回路素子１１０及び量子磁気センサ１３０は基材１５０上に設けられている。
【0016】
（基材）
本実施形態において、基材１５０はＳｉＣを有する。基材１５０はＳｉＣ単結晶を有することが好ましい。基材１５０はＳｉＣ半導体であってもよい。図１に示すように、基材１５０はｎ型ＳｉＣ半導体であってもよい。基材１５０がｎ型ＳｉＣ半導体である場合、回路素子１１０及び磁気量子センサをモノリシックに集積しやすくなる。ここで、ＳｉＣ単結晶とは、成分がＳｉＣであり、単結晶である材料、を意味する。ここで、ＳｉＣ半導体とは、成分がＳｉＣであり、ドーピングにより半導体の性質を有する材料、を意味する。
本実施形態において、基材１５０はＳｉＣを有する。基材１５０はＳｉＣ単結晶を有することが好ましい。基材１５０はＳｉＣ半導体であってもよい。図１に示すように、基材１５０はｎ型ＳｉＣ半導体であってもよい。基材１５０がｎ型ＳｉＣ半導体である場合、回路素子１１０及び磁気量子センサをモノリシックに集積しやすくなる。ここで、ＳｉＣ単結晶とは、成分がＳｉＣであり、単結晶である材料、を意味する。ここで、ＳｉＣ半導体とは、成分がＳｉＣであり、ドーピングにより半導体の性質を有する材料、を意味する。
【0017】
ＳｉＣの結晶構造は特に限定されず、例えば４Ｈであってもよい。回路素子１１０及び磁気量子センサを集積できれば、基材１５０の形状及び厚みは特に限定されず、例えば板状の基材であってもよい。
【0018】
基材１５０はＳｉＣに加えて、ＳｉＣ以外の材料をさらに有してもよい。ＳｉＣ以外の材料を有する基材１５０として、例えば絶縁体基材、半導体基材、及び導電体基材等が挙げられる。
【0019】
絶縁体基材としては、例えば、ガラス基材、石英基材、サファイア基材、安定化ジルコニア基材、樹脂基材等が挙げられる。
【0020】
半導体基材としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の単体半導体基材、又はシリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基材等が挙げられる。さらに、前述の半導体基材内部に絶縁体領域を有する半導体基材、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基材等が挙げられる。
【0021】
導電体基材としては、黒鉛基材、金属基材、合金基材、導電性樹脂基材等が挙げられる。又は、金属の窒化物を有する基材、金属の酸化物を有する基材等が挙げられる。さらに、絶縁体基材に導電体又は半導体が設けられた基材、半導体基材に導電体又は絶縁体が設けられた基材、導電体基材に半導体又は絶縁体が設けられた基材等が挙げられる。
【0022】
（回路素子）
本実施形態において、回路素子１１０は回路２２０を構成する素子である。ここで言う、回路２２０を構成する素子には導線も含まれる。回路素子１１０は、能動素子、及び受動素子であってもよい。回路素子１１０は、半導体素子であってもよい。回路素子１１０は、パワーデバイスであってもよい。
本実施形態において、回路素子１１０は回路２２０を構成する素子である。ここで言う、回路２２０を構成する素子には導線も含まれる。回路素子１１０は、能動素子、及び受動素子であってもよい。回路素子１１０は、半導体素子であってもよい。回路素子１１０は、パワーデバイスであってもよい。
【0023】
図２に示すように、回路素子１１０は、基材１５０上に設けられている。回路素子１１０が、基材１５０上に設けられているとは、回路素子１１０が基材１５０に接するように、直接基材１５０上に設けられる場合のみではなく、回路素子１１０と基材１５０との間に他の物が存在してもよい。
【0024】
図２に示す回路素子１１０は、ＭＯＳＦＥＴである。図２の左側の図に示すように、基材１５０上にはｎ－層が設けられている。ｎ－層の上にはｐ＋が設けられている。ｐ＋の上には、ｐ＋＋が設けられている。ｐ＋＋に接するようにｎ＋＋が設けられている。ｐ＋＋及びｎ＋＋と電気的に接続するように、金属のＮｉが設けられている。ｎ＋＋の上にはＳｉＯ２が設けられている。金属のＮｉとＳｉＯ２とが直接接しないように、バリア層であるＴｉＮが設けられている。図２の右側の図に示すように、ｎ－層の上にはｐ（ＪＴＥ１：Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）及びｐ－（ＪＴＥ２）が設けられている。また、ｎ－層の上にはｐ（ＪＴＥ１）及びｐ－（ＪＴＥ２）とは離間して、チャネルストッパー（ＣＳ）が設けられている。
【0025】
（量子磁気センサ）
図１に示すように、量子磁気センサ１３０は、回路素子１１０に流れる電流によって生じる磁場を計測できるように回路素子１１０に隣接して配置される。量子磁気センサ１３０は、基材１５０上に設けられる。ここで、量子磁気センサ１３０が、基材１５０上に設けられるとは、量子磁気センサ１３０が基材１５０に接するように、直接基材１５０上に設けられる場合のみではなく、量子磁気センサ１３０と基材１５０との間に他の物が存在してもよい。
図１に示すように、量子磁気センサ１３０は、回路素子１１０に流れる電流によって生じる磁場を計測できるように回路素子１１０に隣接して配置される。量子磁気センサ１３０は、基材１５０上に設けられる。ここで、量子磁気センサ１３０が、基材１５０上に設けられるとは、量子磁気センサ１３０が基材１５０に接するように、直接基材１５０上に設けられる場合のみではなく、量子磁気センサ１３０と基材１５０との間に他の物が存在してもよい。
【0026】
本実施形態において、量子磁気センサ１３０は、量子磁気センサ１３０により電流が測定される回路素子１１０と一体に形成されている。すなわち、量子磁気センサ１３０と量子磁気センサ１３０により電流が測定される回路素子１１０とが、基材１５０から取り外しできないように設けられている。
【0027】
量子磁気センサ１３０は、ＳｉＣ単結晶を備える。量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶は、バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備える。バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥は、例えば、空孔欠陥、及び不純物イオンが挙げられる。空孔欠陥は例えばシリコン空孔である。不純物イオンは例えば、バナジウムである。以下、これらをスピン欠陥と総称する。
【0028】
本実施形態において、量子磁気センサ１３０を有することにより、過酷な環境で使用される場合や長時間使用される場合等でも、量子磁気センサ１３０を構成する材料の特性の変化を受けにくい。そのため、過酷な環境で使用される場合や長時間使用される場合等でも、校正無しに精度よく回路素子１１０の電流を測定できる。
【0029】
スピン欠陥が空孔欠陥である場合、スピン欠陥の密度は１×１０１１～１×１０１８ｃｍ－３であることが好ましい。スピン欠陥が不純物イオンである場合、不純物イオンは、遷移金属元素であることが好ましい。遷移金属元素の密度が１×１０１１～１×１０１７ｃｍ－３であることが好ましい。信号強度を増強させる場合においてスピン欠陥の密度は１×１０１４ｃｍ－３以上であることがより好ましく、１×１０１５ｃｍ－３以上であることがより好ましい。これにより、量子磁気センサ１３０の室温を超える温度での測定精度が更に向上する。
【0030】
遷移金属元素は、バナジウム、チタン、クロム及びモリブデンからなる群の中の少なくとも一種以上であることがさらに好ましい。これにより、量子磁気センサ１３０の室温を超える温度での長期安定性が更に向上する。
【0031】
量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶は欠陥として、炭素空孔を有する場合がある。量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶中の炭素空孔の格子欠陥密度は、１×１０１３ｃｍ－３以下であることが好ましい。ここで、炭素空孔は、ＳｉＣ単結晶を構成する炭素原子の欠損である。ＳｉＣ単結晶中の炭素空孔は、バンドギャップ中に欠陥準位を形成し、キャリアトラップや再結合中心として作用する。炭素空孔密度の増加に伴い、炭化珪素のキャリア寿命が低下することが知られている。例えば、非特許文献 Ｋａｔｓｕｎｏｒｉ Ｄａｎｎｏ， Ｄａｉｓｕｋｅ Ｎａｋａｍｕｒａ ａｎｄ Ｔｓｕｎｅｎｏｂｕ Ｋｉｍｏｔｏ， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９０， ２０２１０９ （２００７）にキャリア寿命と炭素空孔密度の関係が示されている。
【0032】
すなわち、炭素空孔はスピン欠陥起因の発光強度や電気信号強度の低下を引き起こし、量子磁気センサ１３０の検出感度や測定精度を低下させる要因となる。したがって、炭素空孔密度を低減させることで、量子磁気センサ１３０の室温を超える温度での測定精度が向上する。量子磁気センサ１３０が有するＳｉＣ単結晶中の炭素空孔の格子欠陥密度は、スピン欠陥密度よりも低いことが好ましく、例えば、１×１０１１ｃｍ－３以下であることがより好ましい。また格子間炭素起因の点欠陥は、例えば、ＳｉＣ単結晶中に含まれなくてもよい。
【0033】
格子間炭素起因の点欠陥とは、格子の隙間に存在する炭素に起因した欠陥である。格子間炭素起因の点欠陥は、例えば、ＥＨ１センター、ＥＨ３センター、ＲＤ３センター、ＯＮ１センター、ＯＮ２センターである。ＥＨ１センター、ＥＨ３センター、ＲＤ３センターのそれぞれの密度が１×１０１１ｃｍ－３以下であることが好ましく、ＯＮ１センター、ＯＮ２センターのそれぞれの密度は１×１０１１ｃｍ－３以下であることが好ましい。これにより、量子磁気センサ１３０の室温を超える温度での検出感度や測定精度がさらに向上する。
【0034】
図１に示すように、量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶は、回路素子１１０の少なくとも一部を周状に取り囲むように配置されてもよい。これにより、回路素子１１０に流れる電流をさらに精度よく測定することができる。また、量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶は、半導体素子の終端部に設けられてもよい。これにより、回路素子１１０は量子磁気センサ１３０の影響をより受けにくくなる。さらに、量子磁気センサ１３０と回路素子１１０とを同じ基材上に集積させても、製造プロセスが複雑にならない。その結果、量子磁気センサ１３０と回路素子１１０とを同じ基材上に簡単に集積させることができる。量子磁気センサ１３０を複数以上デバイス１００に設けられてもよい。
【0035】
（磁性体）
本発明の他の実施形態に係るデバイス１００Ｂの模式図である。図３に示すように、本実施形態において、デバイス１００Ｂは、量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶に隣接して配置され、かつＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体１７０を備えてもよい。これにより、電流の測定精度が更に向上する。図３に示すように、量子磁気センサ１３０に光を照射できるように、磁性体１７０にはギャップＧが設けられてもよい。
本発明の他の実施形態に係るデバイス１００Ｂの模式図である。図３に示すように、本実施形態において、デバイス１００Ｂは、量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶に隣接して配置され、かつＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体１７０を備えてもよい。これにより、電流の測定精度が更に向上する。図３に示すように、量子磁気センサ１３０に光を照射できるように、磁性体１７０にはギャップＧが設けられてもよい。
【0036】
図４は、本発明の他の実施形態に係るデバイス１００Ｂの断面図である。図４に示すように、磁性体１７０は回路素子１１０の終端部に設けられてもよい。これにより、回路素子１１０の耐圧特性に影響を与えにくくなる。また、デバイス１００Ｂの大きさを変更せずに、回路素子１１０、量子磁気センサ１３０、及び磁性体１７０を同じ基材上に集積させることができる。
【0037】
磁性体１７０の種類は、ＳｉＣよりも透磁率が大きければ特に限定されない。本実施形態において、磁性体１７０は金属のＮｉである。図４では、磁性体１７０であるＮｉとＳｉＯ２が反応することを防ぐために、ＮｉとＳｉＯ２との間にバリアメタル１７５であるＴｉＮが設けられている。
【0038】
（照射装置）
本発明の実施形態で、デバイス１００Ｂはさらに照射部１２０（図示しない）を有してもよい。照射部１２０は量子磁気センサ１３０に電磁波を照射してもよい。照射部１２０が量子磁気センサ１３０に照射する電磁波は、例えば、超短波（ＶＨＦ：Very High Frequency）からマイクロ波（ＳＨＦ：Super High Frequency）の領域の電磁波であってもよい。これにより、量子磁気センサ１３０の検出精度がさらに向上する。照射部１２０は、例えば共振器であってもよい。本発明の実施形態では、量子磁気センサ１３０からの発光強度の電磁波周波数依存性を評価し、共鳴ピーク周波数の値もしくはシフト量から環境の磁場を定量的に評価することができる。
本発明の実施形態で、デバイス１００Ｂはさらに照射部１２０（図示しない）を有してもよい。照射部１２０は量子磁気センサ１３０に電磁波を照射してもよい。照射部１２０が量子磁気センサ１３０に照射する電磁波は、例えば、超短波（ＶＨＦ：Very High Frequency）からマイクロ波（ＳＨＦ：Super High Frequency）の領域の電磁波であってもよい。これにより、量子磁気センサ１３０の検出精度がさらに向上する。照射部１２０は、例えば共振器であってもよい。本発明の実施形態では、量子磁気センサ１３０からの発光強度の電磁波周波数依存性を評価し、共鳴ピーク周波数の値もしくはシフト量から環境の磁場を定量的に評価することができる。
【0039】
本発明の実施形態で、デバイス１００Ｂはさらに、量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶に励起光を照射する光源装置１４０を備えてもよい。また、光源装置１４０は、光ファイバーを介して量子磁気センサ１３０のＳｉＣ単結晶に励起光を照射してもよい。
【0040】
（変形例）
続いて本発明の変形例に係るデバイス１００Ｃを図面に基づいて説明する。なお、同一の構成の場合は同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
続いて本発明の変形例に係るデバイス１００Ｃを図面に基づいて説明する。なお、同一の構成の場合は同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【0041】
図５は、本発明の変形例に係るデバイス１００Ｃの模式図である。図５に示すように、本発明の変形例に係るデバイス１００Ｃは、量子磁気センサ１３０と光源装置１４０と検出部１６０とケーブル１８０とを有する。光源装置１４０と検出部とが一体として設けられている。
【0042】
（ケーブル）
ケーブル１８０は、量子磁気センサ１３０に接続している。ケーブル１８０は、量子磁気センサ１３０で発生する電磁波を媒介する。また、ケーブル１８０は、光源装置１４０及び検出部に接続している。ケーブルは、光源装置１４０から発せられる電磁波を媒介する。つまり、ケーブル１８０は、光源装置１４０から発せられる電磁波を回路素子１１０へ送信し、また回路素子１１０から発せられる電磁波を検出部へ送信する。これにより、送信又は受信される電磁波が外部環境に影響を受けるのを防ぐことができる。その結果、デバイス１００Ｃの検出精度が更に向上させることができる。電磁波が可視光又は赤外線等の光である場合、ケーブル１８０は、例えば光ファイバーであってもよい。
ケーブル１８０は、量子磁気センサ１３０に接続している。ケーブル１８０は、量子磁気センサ１３０で発生する電磁波を媒介する。また、ケーブル１８０は、光源装置１４０及び検出部に接続している。ケーブルは、光源装置１４０から発せられる電磁波を媒介する。つまり、ケーブル１８０は、光源装置１４０から発せられる電磁波を回路素子１１０へ送信し、また回路素子１１０から発せられる電磁波を検出部へ送信する。これにより、送信又は受信される電磁波が外部環境に影響を受けるのを防ぐことができる。その結果、デバイス１００Ｃの検出精度が更に向上させることができる。電磁波が可視光又は赤外線等の光である場合、ケーブル１８０は、例えば光ファイバーであってもよい。
【0043】
（変形例）
続いて本発明の変形例に係るデバイス１００Ｄを説明する。なお、同一の構成の場合は同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
続いて本発明の変形例に係るデバイス１００Ｄを説明する。なお、同一の構成の場合は同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【0044】
本発明の変形例に係るデバイス１００Ｄは、量子磁気センサ１３０と、光源装置１４０と、検出部１６０と、ケーブル１８０と、照射部１２０と、信号線２００（図示しない）とを有してもよい。本発明の変形例では、光源装置１４０と検出部とが一体として設けられていてもよい。
【0045】
本発明の変形例に係るデバイス１００Ｄによれば、量子磁気センサ１３０が、光源装置１４０、検出部及び照射部と離れている。これにより、デバイス１００Ｄの量子磁気センサ１３０のみを測定したい箇所に近づけて測定することができる。その結果、本発明の変形例に係るデバイス１００Ｄは、光源装置１４０、検出部及び照射部の動作に影響を及ぼす高温環境でも高い検出精度を有することができる。
【0046】
（変形例）
続いて本発明の変形例に係るデバイス１００Ｅを説明する。なお、同一の構成の場合は同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
続いて本発明の変形例に係るデバイス１００Ｅを説明する。なお、同一の構成の場合は同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【0047】
本発明の変形例に係るデバイス１００Ｅは、量子磁気センサ１３０と、光源装置１４０と、検出部１６０と、ケーブル１８０と、照射部１２０と、信号線２００と、回路２２０とを有してもよい。本発明の変形例では、光源装置１４０と検出部とが一体として設けられている。
【0048】
スピン欠陥の密度は、電子スピン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ＥＰＲ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、；ＥＳＲ）や光検出磁気共鳴法（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｄｅｔｅｃｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、；ＯＤＭＲ）、もしくは半導体中深い準位評価法（Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＤＬＴＳ）を利用して測定することができる。
【0049】
シリコン空孔及び炭素空孔の密度は、半導体中深い準位評価法（Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＤＬＴＳ）を利用して測定することができる。
【0050】
ＳｉＣ単結晶の組成は、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；ＳＩＭＳ）で測定することができる。
【0051】
＜デバイスの製造方法＞
本発明者は、下記の方法で本発明の実施形態に係るデバイスを製造できることを確認しているが、本発明に係るデバイスの製造方法は下記の方法に限定されない。
本発明者は、下記の方法で本発明の実施形態に係るデバイスを製造できることを確認しているが、本発明に係るデバイスの製造方法は下記の方法に限定されない。
【0052】
本発明の実施形態において、デバイスの製造方法は、ＳｉＣを有する基材上に、回路素子を設ける工程と、バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程と、を備える。
【0053】
また、バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程は、ＳｉＣ単結晶に欠陥を設ける工程、ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる工程、又はＳｉＣ単結晶にイオン注入する工程、を備えてもよい。欠陥は、点欠陥であってもよい。点欠陥は、空孔欠陥又は不純物、ならびに複合欠陥であってもよい。欠陥は具体的に、シリコン空孔であってもよい。
【0054】
また、バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程で、量子磁気センサのＳｉＣ単結晶は、回路素子の少なくとも一部を周状に取り囲むように配置されてもよい。
【0055】
本発明の実施形態において、デバイスの製造方法は、さらに、ＳｉＣよりも透磁率が大きい磁性体を量子磁気センサのＳｉＣ単結晶に隣接して設ける工程を備えてもよい。
【0056】
本発明の実施形態において、回路素子は、半導体素子であってもよい。
【0057】
バンドギャップ中に孤立した準位を形成する欠陥を備えるＳｉＣ単結晶を設ける工程で、量子磁気センサのＳｉＣ単結晶を、半導体素子の終端部に設けてもよい。
【0058】
以下に、回路素子がＭＯＳＦＥＴである場合のデバイスの製造方法の例を示す。
【0059】
外周部に量子磁気センサを集積させた構造（Ｉ）
（Ｓ１）ｎ型ＳｉＣ単結晶上に、ＣＶＤエピタキシャル成長法を用いてｎ－層を形成
（Ｓ２）多段のリソグラフィ・マスク形成工程により、ｐ層（ＪＴＥ２）、ｐ層（ＪＴＥ１）、ｐ＋層の順にイオン注入法を用いてアルミニウムを注入
（Ｓ３）同様に、ＣＳ層を窒素イオン注入法により形成
（Ｓ４）リソグラフィ・マスク形成、ソースコンタクトのｐ＋＋層をアルミイオン注入により形成
（Ｓ５）リソグラフィ・マスク形成、ソースコンタクト横のｎ＋＋層を窒素注入により形成
（Ｓ６）高温活性化アニール処理により、注入した不純物を活性化
（Ｓ７）リソグラフィ・マスク形成、高エネルギー粒子線照射（例えば、電子線照射）により、スピン欠陥（シリコン空孔）を形成。もしくは、イオン注入を用いて、スピン欠陥（不純物）を形成
（Ｓ８）ＣＶＤ酸化により、ＳｉＯ２層を形成
（Ｓ９）リソグラフィ、エッチングにより、ＳｉＯ２にコンタクトホールを形成
（Ｓ１０）スパッタ等により、バリアメタルＴｉＮ層を堆積
（Ｓ１１）スパッタ等により、Ｎｉ電極を形成
（Ｓ１２）スパッタ等を用いて下側にＡｌ電極を堆積
（Ｓ１３）コンタクトアニール
（Ｓ１４）スパッタ等により、Ａｌパッドを形成
（Ｓ１５）スピンコートを用いてポリイミド保護膜を形成
具体的な様態は図７に示した。図６は、従来のデバイスの製造方法を示す図である。
（Ｓ１）ｎ型ＳｉＣ単結晶上に、ＣＶＤエピタキシャル成長法を用いてｎ－層を形成
（Ｓ２）多段のリソグラフィ・マスク形成工程により、ｐ層（ＪＴＥ２）、ｐ層（ＪＴＥ１）、ｐ＋層の順にイオン注入法を用いてアルミニウムを注入
（Ｓ３）同様に、ＣＳ層を窒素イオン注入法により形成
（Ｓ４）リソグラフィ・マスク形成、ソースコンタクトのｐ＋＋層をアルミイオン注入により形成
（Ｓ５）リソグラフィ・マスク形成、ソースコンタクト横のｎ＋＋層を窒素注入により形成
（Ｓ６）高温活性化アニール処理により、注入した不純物を活性化
（Ｓ７）リソグラフィ・マスク形成、高エネルギー粒子線照射（例えば、電子線照射）により、スピン欠陥（シリコン空孔）を形成。もしくは、イオン注入を用いて、スピン欠陥（不純物）を形成
（Ｓ８）ＣＶＤ酸化により、ＳｉＯ２層を形成
（Ｓ９）リソグラフィ、エッチングにより、ＳｉＯ２にコンタクトホールを形成
（Ｓ１０）スパッタ等により、バリアメタルＴｉＮ層を堆積
（Ｓ１１）スパッタ等により、Ｎｉ電極を形成
（Ｓ１２）スパッタ等を用いて下側にＡｌ電極を堆積
（Ｓ１３）コンタクトアニール
（Ｓ１４）スパッタ等により、Ａｌパッドを形成
（Ｓ１５）スピンコートを用いてポリイミド保護膜を形成
具体的な様態は図７に示した。図６は、従来のデバイスの製造方法を示す図である。
【0060】
外周部に量子磁気センサを集積させた構造（ＩＩ）
（Ｕ１）ｎ型ＳｉＣ単結晶上に、ＣＶＤエピタキシャル成長法を用いてｎ－層を形成
（Ｕ２）ＣＶＤエピタキシャル成長法により、ｎ－層上に半絶縁層（例えば、バナジウム添加）を形成
（Ｕ３）リソグラフィによりマスク形成、外周部（スピン欠陥生成領域）以外の領域をｎ－層までドライエッチングにより除去
以下、外周部に量子磁気センサを集積させた構造（Ｉ）と同じ
この構造の場合、半絶縁層の形成時にスピン欠陥（バナジウム）を形成するため、イオン注入は不要である。
具体的な様態は図８、図９に示した。
（Ｕ１）ｎ型ＳｉＣ単結晶上に、ＣＶＤエピタキシャル成長法を用いてｎ－層を形成
（Ｕ２）ＣＶＤエピタキシャル成長法により、ｎ－層上に半絶縁層（例えば、バナジウム添加）を形成
（Ｕ３）リソグラフィによりマスク形成、外周部（スピン欠陥生成領域）以外の領域をｎ－層までドライエッチングにより除去
以下、外周部に量子磁気センサを集積させた構造（Ｉ）と同じ
この構造の場合、半絶縁層の形成時にスピン欠陥（バナジウム）を形成するため、イオン注入は不要である。
具体的な様態は図８、図９に示した。
【0061】
磁気回路を集積させた構造（Ｉ）
（Ｖ１）ｎ型ＳｉＣ単結晶上に、ＣＶＤエピタキシャル成長法を用いてｎ－層を形成
（Ｖ２）多段のリソグラフィ・マスク形成工程により、ｐ層（ＪＴＥ２）、ｐ層（ＪＴＥ１）、ｐ＋層の順にイオン注入法を用いてアルミニウムを注入
（Ｖ３）リソグラフィによりマスク形成、ＣＳ層をイオン注入法を用いて窒素を注入
ただし、スピン欠陥を形成する領域のみ、窒素を注入しない
（Ｖ４）リソグラフィによりマスク形成、ｐ＋＋層をアルミイオン注入により形成
（Ｖ５）リソグラフィによりマスク形成、ｎ＋＋層を窒素注入により形成
（Ｖ６）活性化アニール処理により、注入した不純物を活性化
（Ｖ７）リソグラフィによりマスクを形成、高エネルギー粒子線照射（例えば、電子線照射）により、スピン欠陥（シリコン空孔）を形成
もしくは、リソグラフィによりマスクを形成、イオン注入を用いて、スピン欠陥（不純物）を形成、（３）で注入しなかった領域のみをリソグラフィであける
（Ｖ８）ＣＶＤ酸化により、ＳｉＯ２層を形成
（Ｖ９）リソグラフィ、エッチングにより、ＳｉＯ２にコンタクトホールを形成
（Ｖ１０）スパッタ等により、バリアメタルＴｉＮ層を堆積、（７）でスピン欠陥を導入した領域には、堆積しない
（Ｖ１１）スパッタ等により、Ｎｉ電極を形成、（７）でスピン欠陥を導入した領域には、堆積しない
＊（１０），（１１）の工程について、外周部の磁性体を別の工程で堆積する場合、ＴｉＮ／Ｎｉである必要はなし
（Ｖ１２）コンタクトアニール
（Ｖ１３）スパッタ等により、Ａｌパッドを形成
（Ｖ１４）スピンコートを用いてポリイミド保護膜を形成
具体的な様態は図１０に示した。
（Ｖ１）ｎ型ＳｉＣ単結晶上に、ＣＶＤエピタキシャル成長法を用いてｎ－層を形成
（Ｖ２）多段のリソグラフィ・マスク形成工程により、ｐ層（ＪＴＥ２）、ｐ層（ＪＴＥ１）、ｐ＋層の順にイオン注入法を用いてアルミニウムを注入
（Ｖ３）リソグラフィによりマスク形成、ＣＳ層をイオン注入法を用いて窒素を注入
ただし、スピン欠陥を形成する領域のみ、窒素を注入しない
（Ｖ４）リソグラフィによりマスク形成、ｐ＋＋層をアルミイオン注入により形成
（Ｖ５）リソグラフィによりマスク形成、ｎ＋＋層を窒素注入により形成
（Ｖ６）活性化アニール処理により、注入した不純物を活性化
（Ｖ７）リソグラフィによりマスクを形成、高エネルギー粒子線照射（例えば、電子線照射）により、スピン欠陥（シリコン空孔）を形成
もしくは、リソグラフィによりマスクを形成、イオン注入を用いて、スピン欠陥（不純物）を形成、（３）で注入しなかった領域のみをリソグラフィであける
（Ｖ８）ＣＶＤ酸化により、ＳｉＯ２層を形成
（Ｖ９）リソグラフィ、エッチングにより、ＳｉＯ２にコンタクトホールを形成
（Ｖ１０）スパッタ等により、バリアメタルＴｉＮ層を堆積、（７）でスピン欠陥を導入した領域には、堆積しない
（Ｖ１１）スパッタ等により、Ｎｉ電極を形成、（７）でスピン欠陥を導入した領域には、堆積しない
＊（１０），（１１）の工程について、外周部の磁性体を別の工程で堆積する場合、ＴｉＮ／Ｎｉである必要はなし
（Ｖ１２）コンタクトアニール
（Ｖ１３）スパッタ等により、Ａｌパッドを形成
（Ｖ１４）スピンコートを用いてポリイミド保護膜を形成
具体的な様態は図１０に示した。
【0062】
磁気回路を集積させた構造（ＩＩ）
（Ｗ１）ｎ型ＳｉＣ単結晶上に、エピタキシャル成長によりｎ－層を形成
（Ｗ２）エピタキシャル成長により、ｎ－層上に半絶縁層（例えば、バナジウム添加）を形成
（Ｗ３）リソグラフィによりマスク形成、外周部（スピン欠陥生成領域）以外の領域をｎ－層までドライエッチングにより除去
以下、外周部に量子磁気センサを集積させた構造（Ｉ）と同じ
この構造の場合、半絶縁層の形成時にスピン欠陥（バナジウム）を形成するため、イオン注入は不要
（Ｗ１）ｎ型ＳｉＣ単結晶上に、エピタキシャル成長によりｎ－層を形成
（Ｗ２）エピタキシャル成長により、ｎ－層上に半絶縁層（例えば、バナジウム添加）を形成
（Ｗ３）リソグラフィによりマスク形成、外周部（スピン欠陥生成領域）以外の領域をｎ－層までドライエッチングにより除去
以下、外周部に量子磁気センサを集積させた構造（Ｉ）と同じ
この構造の場合、半絶縁層の形成時にスピン欠陥（バナジウム）を形成するため、イオン注入は不要
【0063】
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「有する」や「備える」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。
【0064】
また、明細書に記載の「…部」の用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェア又はソフトウェアとして具現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで具現されてもよい。
【0065】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、上記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0066】
以上のことから、本発明によれば、電流を測定できる機能を有し、過酷な環境で使用される場合や長時間使用される場合等でも、校正無しに精度よく電流を測定できるデバイス及びデバイスの製造方法を提供することができるので、産業上の利用価値が高い。
【符号の説明】
【0067】
１００ デバイス
１００Ｂ デバイス
１００Ｃ デバイス
１１０ 回路素子
１３０ 量子磁気センサ
１４０ 光源装置
１５０ 基材
１７０ 磁性体
２２０ 回路
１００Ｂ デバイス
１００Ｃ デバイス
１１０ 回路素子
１３０ 量子磁気センサ
１４０ 光源装置
１５０ 基材
１７０ 磁性体
２２０ 回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】