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(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】
(24)【登録日】2022-01-25
(45)【発行日】2022-02-02
(54)【発明の名称】ホール素子
(51)【国際特許分類】
H01L 43/04 20060101AFI20220126BHJP
H01L 21/60 20060101ALI20220126BHJP
【ＦＩ】
H01L43/04
H01L21/60 301N
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2017058196
(22)【出願日】2017-03-23
(65)【公開番号】P2018160633
(43)【公開日】2018-10-11
【審査請求日】2019-11-29
(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】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(72)【発明者】
【氏名】小路 智也
(72)【発明者】
【氏名】古屋 貴明
【審査官】宮本 博司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－２０４６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭４５－０２６４６１（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】実開平０６－０７２２６６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１６－０５８４２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２８９１１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１２９４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／００１６６７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－１５７３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０１１３４３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ４３／０４
Ｈ０１Ｌ ２１／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、当該基板上に形成され、上面視で四角形の形状を有する感磁部と、
当該感磁部上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に互いに離隔して形成され且つ前記絶縁膜を貫通して前記感磁部と電気的に接続された四つの導電部と、
前記導電部毎に設けられ前記導電部と電気的に接続されたボール部と、
を備え、
前記導電部のそれぞれは、
前記絶縁膜上に形成された電極部と、
上面視で前記感磁部の角部に配置され、前記絶縁膜を貫通して前記電極部と前記感磁部とを電気的に接続するコンタクト部と、
を有し、
前記コンタクト部のそれぞれの外周面は、上面視で、前記感磁部の外周で囲まれる領域の内側に位置し、
前記電極部は、上面視で、長尺形状を有すると共にその長手方向が前記四つのコンタクト部を角部とする四角形である第一の四角形の辺に沿うように配置され、前記電極部の一端が前記四つのコンタクト部のうちの一つである第一コンタクト部と重なり、前記電極部の他端が前記第一コンタクト部と、当該第一コンタクト部と前記電極部の長手方向において隣接する第二コンタクト部との間に位置するとともに、前記第一の四角形の対向する二辺それぞれの中点同士を通る線分と重なっており、
前記ボール部は、上面視で、当該ボール部が前記線分と重なるように前記電極部上に配置され、且つ、上面視で、前記第一の四角形が有する二本の対角線で挟まれた領域に配置されているホール素子。
【請求項2】
前記感磁部は上面視で正方形であり、
前記電極部は、上面視で互いに非線対称の関係となる位置に配置されている請求項１に記載のホール素子。
【請求項3】
前記感磁部は上面視で正方形であり、
前記電極部は、上面視で互いに点対称であり且つ非線対称の関係となる位置に配置されている請求項１に記載のホール素子。
【請求項4】
前記コンタクト部の外周面は、前記感磁部と交差する方向に伸びると共に前記感磁部に突き当たる面である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホール素子。
【請求項5】
前記感磁部は、前記基板上に段差状に形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホール素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホール素子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、感磁部と電極パッドとを接続するためのコンタクトを有するホール素子が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開昭６０－１７５４７１号公報
【文献】特開昭６２－１２９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来のホール素子にあっては、例えば正方形の頂点に配置された四つのコンタクトのうち対角線上に位置するコンタクト同士を結ぶ線分で囲まれた領域は、コンタクトが形成されている領域に比較して外部応力の影響を受けやすい。つまり、温度環境の変化等によって、ホール素子本体の周囲を覆うモールド樹脂の変形等が生じると、その影響を受けてホール素子本体に応力変動が生じ、ホール出力電圧に変動が生じる可能性がある。
そこで、本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、温度環境の変化等による応力変動によって生じるホール出力電圧の変動を抑制することの可能なホール素子を提供することを目的としている。
そこで、本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、温度環境の変化等による応力変動によって生じるホール出力電圧の変動を抑制することの可能なホール素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るホール素子は、基板と、当該基板上に形成され、上面視で四角形の形状を有する感磁部と、当該感磁部上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に互いに離隔して形成され且つ前記絶縁膜を貫通して前記感磁部と電気的に接続された四つの導電部と、前記導電部毎に設けられ前記導電部と電気的に接続されたボール部と、を備え、前記導電部のそれぞれは、前記絶縁膜上に形成された電極部と、上面視で前記感磁部の角部に配置され、前記絶縁膜を貫通して前記電極部と前記感磁部とを電気的に接続するコンタクト部と、を有し、前記コンタクト部のそれぞれの外周面は、上面視で、前記感磁部の外周で囲まれる領域の内側に位置し、前記電極部は、上面視で、長尺形状を有すると共にその長手方向が前記四つのコンタクト部を角部とする四角形である第一の四角形の辺に沿うように配置され、前記電極部の一端が前記四つのコンタクト部のうちの一つである第一コンタクト部と重なり、前記電極部の他端が前記第一コンタクト部と、当該第一コンタクト部と前記電極部の長手方向において隣接する第二コンタクト部との間に位置するとともに、前記第一の四角形の対向する二辺それぞれの中点同士を通る線分と重なっており、前記ボール部は、上面視で、当該ボール部が前記線分と重なるように前記電極部上に配置され、且つ、上面視で、前記第一の四角形が有する二本の対角線で挟まれた領域に配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0006】
本発明の一態様によれば、ボール部によって、外部応力の影響を受けやすい領域での応力変動が抑制されるため、応力変動に起因するホール出力電圧の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】本発明の一実施形態に係るホール素子の一例を示す上面図である。
【図1C】ボール部の配置位置を説明するための説明図である。
【図2A】ホールセンサの一例を示す上面図である。
【図2B】ホールセンサの断面の一例を示す概略図である。
【図3A】ホール素子の製造工程を説明するための断面図の一例である。
【図3B】ホール素子の製造工程を説明するための断面図の一例である。
【図3C】ホール素子の製造工程を説明するための断面図の一例である。
【図3D】ホール素子の製造工程を説明するための断面図の一例である。
【図3E】ホール素子の製造工程を説明するための断面図の一例である。
【図3F】ホール素子の製造工程を説明するための断面図の一例である。
【図3G】ホール素子の製造工程を説明するための断面図の一例である。
【図4A】ホール素子のその他の例を示す上面図である。
【図4B】ボール部の配置位置を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
【0009】
［実施形態］
図１Ａは、本発明の一実施形態に係るホール素子１００の一例を示す上面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ｏ－Ａ′断面の断面図を示す。
本発明の一実施形態に係るホール素子１００は、基板１０、感磁部２０、電極部３１～電極部３４、絶縁膜４０、コンタクト部５１～コンタクト部５４、及びボール部６１～６４を備える。感磁部２０は、導電層２１及び表面層２２を備える。電極部３１～電極部３４及びコンタクト部５１～コンタクト部５４は、導電部を構成する。
図１Ａは、本発明の一実施形態に係るホール素子１００の一例を示す上面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ｏ－Ａ′断面の断面図を示す。
本発明の一実施形態に係るホール素子１００は、基板１０、感磁部２０、電極部３１～電極部３４、絶縁膜４０、コンタクト部５１～コンタクト部５４、及びボール部６１～６４を備える。感磁部２０は、導電層２１及び表面層２２を備える。電極部３１～電極部３４及びコンタクト部５１～コンタクト部５４は、導電部を構成する。
【0010】
基板１０は、Ｓｉや化合物半導体等の半導体基板である。本発明の一実施形態に係る基板１０は、例えばＧａＡｓ基板である。基板（ＧａＡｓ基板）１０の抵抗率は１．０×１０５Ω・ｃｍ以上である。基板１０の抵抗率の上限は１．０×１０９Ω・ｃｍ以下であってよい。基板１０は、例えば略正方形の平面形状を有する。なお、基板１０の平面形状は略正方形に限るものではなく任意に設定可能であり、例えば、感磁部２０の平面形状と相似した、感磁部２０よりも大きい平面形状を有していてもよい。
【0011】
感磁部２０は、基板１０上に形成される。感磁部２０は、基板１０上であり一部が基板１０に埋まって形成されていてもよい。感磁部２０は、略正方形の平面形状を有する。
感磁部２０は、基板１０よりも低抵抗の層である。感磁部２０は、例えばＧａＡｓ、ＩｎＳｂ及びＩｎＡｓ等の化合物半導体で形成される。本発明の一実施形態に係る感磁部２０は、ＧａＡｓで形成される。感磁部２０は、基板１０にＳｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ及びＣ等の不純物を注入し、加熱することにより活性化されてもよい。また、感磁部２０は、少なくとも１つの角が丸みを帯びた平面形状を有していてもよい。感磁部２０の端部では、ホール素子１００に流れる電流が集中する場合がある。感磁部２０の平面形状が丸みを有することにより、感磁部２０の端部における電流集中が緩和される。なお、感磁部２０を基板１０上に段差状（メサ状）に形成する際にこの効果は顕著となる。特に感磁部２０の角部が感磁部２０の厚みに対して１０％以上の曲率半径を有することにより、感磁部２０の端部での電流集中を緩和することができる点で好ましい。また、感磁部２０の厚みに対して１００００％以下の曲率半径を有することにより、ホール素子１００の出力電圧の揺らぎを抑制できる点で好ましい。これは、感磁部２０の側面ではダングリングボンドの一番小さな面（例えば、（１００）面）以外の面の露出を減らすことができ、キャリアの表面再結合が生じにくくなることによると推測される。
感磁部２０は、基板１０よりも低抵抗の層である。感磁部２０は、例えばＧａＡｓ、ＩｎＳｂ及びＩｎＡｓ等の化合物半導体で形成される。本発明の一実施形態に係る感磁部２０は、ＧａＡｓで形成される。感磁部２０は、基板１０にＳｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ及びＣ等の不純物を注入し、加熱することにより活性化されてもよい。また、感磁部２０は、少なくとも１つの角が丸みを帯びた平面形状を有していてもよい。感磁部２０の端部では、ホール素子１００に流れる電流が集中する場合がある。感磁部２０の平面形状が丸みを有することにより、感磁部２０の端部における電流集中が緩和される。なお、感磁部２０を基板１０上に段差状（メサ状）に形成する際にこの効果は顕著となる。特に感磁部２０の角部が感磁部２０の厚みに対して１０％以上の曲率半径を有することにより、感磁部２０の端部での電流集中を緩和することができる点で好ましい。また、感磁部２０の厚みに対して１００００％以下の曲率半径を有することにより、ホール素子１００の出力電圧の揺らぎを抑制できる点で好ましい。これは、感磁部２０の側面ではダングリングボンドの一番小さな面（例えば、（１００）面）以外の面の露出を減らすことができ、キャリアの表面再結合が生じにくくなることによると推測される。
【0012】
感磁部２０は、略正方形に限るものではない。四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域全てが感磁部２０に含まれていればよい。
感磁部２０を略正方形、あるいは四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域全てが感磁部２０に含まれる形状とすることにより、電流集中を生じにくい形状とすることができる。また、基板１０に対する感磁部２０の面積を最大限大きくすることができる。これにより１／ｆノイズを抑制することができ、また、ホール素子１００の出力特性の変動を抑制することができる点で好ましい。
感磁部２０を略正方形、あるいは四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域全てが感磁部２０に含まれる形状とすることにより、電流集中を生じにくい形状とすることができる。また、基板１０に対する感磁部２０の面積を最大限大きくすることができる。これにより１／ｆノイズを抑制することができ、また、ホール素子１００の出力特性の変動を抑制することができる点で好ましい。
【0013】
四つのコンタクト部に囲まれた領域全てが感磁部２０に含まれていれば、感磁部２０はこの四つのコンタクト部に囲まれた領域の外側に広がっていてもよい。例えば、感磁部２０の縁部は直線でなくともよく、また、感磁部２０の縁部に切欠き等が形成されていてもよい。これに対して、感磁部２０の縁部に形成された切欠きが比較的大きく、四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域全てが感磁部２０に含まれない形状（いわゆる十字型の形状）となる場合、切欠きの近傍（即ち、十字の交点部分）で電流集中が生じやすくなる。そのため、１／ｆノイズが大きくなる場合がある。
【0014】
四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域は、次のように決めることができる。まず、感磁部２０の上面視における重心を、感磁部２０の中心とする。次に、感磁部２０の中心と各コンタクト部５１～コンタクト部５４との間の距離が最小となる点を各コンタクト部５１～コンタクト部５４に描く。そして、これらの点間を結んで形成される領域を四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域とする。なお、感磁部２０の中心との間の距離が最小となる点が各コンタクト部に複数ある場合には、これら全ての点を結んだ領域を四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域とする。また、入出力いずれにも用いられないコンタクト部が存在する場合、当該コンタクト部は考慮せずには上述の領域を決めるものとしてよい。
【0015】
導電層２１は、基板１０上に形成される。本発明の一実施形態に係る導電層２１は、ｎ型ＧａＡｓである。導電層２１の膜厚は特に限定されない。本発明の一実施形態に係る導電層２１の膜厚は、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。また、導電層２１の膜厚は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよい。
表面層２２は、導電層２１上に導電性の材料で形成される。表面層２２は、導電層２１よりも導電性の低いＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＡｓ等の高抵抗な結晶からなる。本発明の一実施形態に係る表面層２２の膜厚は、１５０ｎｍ以上である。表面層２２の膜厚は、２００ｎｍ以上であってもよい。表面層２２の膜厚の上限は、８００ｎｍ以下であっても、６００ｎｍ以下であってもよい。なお、感磁部２０には、表面層２２が形成されなくてもよい。
表面層２２は、導電層２１上に導電性の材料で形成される。表面層２２は、導電層２１よりも導電性の低いＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＡｓ等の高抵抗な結晶からなる。本発明の一実施形態に係る表面層２２の膜厚は、１５０ｎｍ以上である。表面層２２の膜厚は、２００ｎｍ以上であってもよい。表面層２２の膜厚の上限は、８００ｎｍ以下であっても、６００ｎｍ以下であってもよい。なお、感磁部２０には、表面層２２が形成されなくてもよい。
【0016】
絶縁膜４０は、感磁部２０の上面及び感磁部２０の側面を覆うように形成される。本発明の一実施形態に係る絶縁膜４０は、表面層２２全体と、導電層２１及び表面層２２の積層体の側面全体とを覆い、基板１０の上面と接するように形成される。
絶縁膜４０には、コンタクト用の開口部４０ａが設けられている。絶縁膜４０の厚みは、例えば１００ｎｍ以上であるがこれに限るものではない。絶縁膜４０は、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、アルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３）、ポリイミド膜及びこれらの膜の少なくとも１つを積層した多層膜である。なお、図１Ａに示す上面図では、簡略化のため絶縁膜４０を省略している。
絶縁膜４０には、コンタクト用の開口部４０ａが設けられている。絶縁膜４０の厚みは、例えば１００ｎｍ以上であるがこれに限るものではない。絶縁膜４０は、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、アルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３）、ポリイミド膜及びこれらの膜の少なくとも１つを積層した多層膜である。なお、図１Ａに示す上面図では、簡略化のため絶縁膜４０を省略している。
【0017】
電極部３１～電極部３４は、絶縁膜４０上に形成される。例えば、電極部３１及び電極部３２は、感磁部２０に電流を流すための入力用の電極部であり、電極部３３及び電極部３４は、感磁部２０のホール電圧を検出するための出力用の電極部である。ここでは、電極部３１及び電極部３２を入力用の電極部として説明し、電極部３３及び電極部３４を出力用の電極部として説明するが、入力用の電極部と出力用の電極部とを入れ替えてもよい。また、入力用の電極部と出力用の電極部とを逐次入れ替えることにより、ホール素子１００をスピニングカレント動作させるようにしてもよい。なお、ホール素子１００は電極部３１～電極部３４の他に電極部を備えていてもよい。
【0018】
電極部３１～電極部３４は絶縁膜４０に設けられた開口部４０ａを通じて、コンタクト部５１～コンタクト部５４を介して感磁部２０と電気的に接続される。電極部３１～電極部３４は、金属、ポリシリコン等の導電性材料により形成される。本発明の一実施形態に係る電極部３１～電極部３４は、金を主成分として含有する。
【0019】
１つのボール部に対して１つの電極部が電気的に接続されていれば、電極部３１～電極部３４の配置は特に制限はない。例えば、電極部３１～電極部３４は同一形状に形成され、例えば長方形の平面形状を有する。また、電極部３１～電極部３４は線対称の関係とはならず点対称の関係となる位置に形成され、且つそれぞれ対応するコンタクト部５１～コンタクト部５４の上に形成される。電極部３１～３４を線対称にはならず点対称となる位置に配置することにより、電極部３１～電極部３４との熱膨張係数の差による感磁部２０にかかる応力の非対称性を緩和することができ、非対称に生じる抵抗変動を抑制することができ、ホール素子１００の出力特性の変動を抑制できる。また、後述のように、コンタクト部５１～コンタクト部５４は、略正方形の頂点となる位置に配置される。例えば、図１Ａに示すように、コンタクト部５１～コンタクト部５４が略正方形の角部に配置される場合には、電極部３１～電極部３４それぞれは、各電極部の長辺が、コンタクト部５１～コンタクト部５４で囲まれた領域、つまり略正方形の各辺と平行となり、且つ電極部３１～電極部３４のそれぞれは、いずれかの角部が対応するコンタクト部５１～コンタクト部５４と上面視で重なるように配置される。さらに、例えば電極部３１は、一端がコンタクト部５１上に位置し、他端がコンタクト部５１とコンタクト部５１に隣接するコンタクト部５３との間の中央部付近に位置し、コンタクト部５１上部を覆うと共に、コンタクト部５１から、コンタクト部５１及びコンタクト部５３の中央部付近までを覆う長さを有する。他の電極部３２～３４も同一の長さを有する。
【0020】
これによって、電極部３１～電極部３４は、コンタクト部５１～コンタクト部５４で囲まれた領域からなる略正方形の領域の中心を点対称の中心として点対称の関係となるように配置され、各電極部３１～電極部３４は、一端がそれぞれ対応するコンタクト部５１～コンタクト部５４と上面視で重なる。また、電極部３１～電極部３４は線対称の関係とはならない。
【0021】
また、電極部３１～電極部３４それぞれの外周は、上面視で、感磁部２０の外周で囲まれる領域の内側に位置する。
ここで、感磁部２０の上部に電極部３１～電極部３４が形成される場合、感磁部２０は、少なくとも１つの角が丸みを帯びていることで、チッピングの影響を抑制することができる。
ここで、感磁部２０の上部に電極部３１～電極部３４が形成される場合、感磁部２０は、少なくとも１つの角が丸みを帯びていることで、チッピングの影響を抑制することができる。
【0022】
すなわち、基板１０を個片化する際にダイシングを行うが、基板１０の外周部と感磁部２０の外周部の間に電極部３１～電極部３４が配置されていない場合、チッピングにより感磁部２０が欠け、当該欠けを原因とした電流集中を生じる場合がある。特に、感磁部２０の角が丸みを帯びていない場合、絶縁膜４０からの応力やダイシング時の応力が感磁部の角へ集中し、亀裂の起点となる場合がある。感磁部２０の少なくとも１つの角が丸みを帯びている場合、上記応力等を緩和し、チッピングによる感磁部２０の端の欠けを抑制することで、電流集中を緩和することができる。
【0023】
なお、ここでは電極部３１～電極部３４が、同一の平面形状を有する場合について説明するが、電極部３１～電極部３４は異なる平面形状を有していてもよい。例えば、入力用の電極部と出力用の電極部とをそれぞれ異なる平面形状としてもよく、また、電極部３１～電極部３４のそれぞれにおいて異なる部分に切欠きを設けること等により、電極部３１～電極部３４それぞれを異なる形状としてもよい。
【0024】
また、本発明の一実施形態に係る電極部３１～電極部３４は上面視で感磁部２０の領域内に形成されているが、これらの電極部の少なくとも一部が上面視で感磁部２０の領域の外側まで延出していてもよい。なお、上面視で感磁部２０の領域内に電極部３１～電極部３４が形成されていると、ホール素子１００の出力電圧の揺らぎを小さくできる点で好ましい。これは、感磁部２０と電極部３１～電極部３４との熱膨張係数の差による応力が感磁部２０にかかりにくくなるためである。
【0025】
コンタクト部５１～コンタクト部５４は、感磁部２０上に形成される。本発明の一実施形態に係るコンタクト部５１～コンタクト部５４は、絶縁膜４０を貫通して、電極部３１～電極部３４と感磁部２０とを電気的に接続する。本発明の一実施形態では、コンタクト部５１～コンタクト部５４は、略正方形の頂点となる位置に形成される。
コンタクト部５１～コンタクト部５４は、例えば、電極部３１～電極部３４と同一の材料で形成される。電極部３１～電極部３４及びコンタクト部５１～コンタクト部５４は、導電部として、同一のプロセスにより同時に一体に形成されてもよい。なお、コンタクト部５１～コンタクト部５４は、電極部３１～電極部３４とは異なる材料で形成されてもよい。
コンタクト部５１～コンタクト部５４は、例えば、電極部３１～電極部３４と同一の材料で形成される。電極部３１～電極部３４及びコンタクト部５１～コンタクト部５４は、導電部として、同一のプロセスにより同時に一体に形成されてもよい。なお、コンタクト部５１～コンタクト部５４は、電極部３１～電極部３４とは異なる材料で形成されてもよい。
【0026】
コンタクト部５１～コンタクト部５４は、感磁部２０の平面形状に応じた平面形状を有し、感磁部２０と電極部３１～電極部３４のそれぞれとを電気的に接続可能な大きさに形成される。コンタクト部５１～コンタクト部５４の平面形状は、例えば、感磁部２０の角部部分と相似な略三角形状を有し、コンタクト部５１～コンタクト部５４は、三つの頂点が感磁部２０の頂点の外側の領域と上下方向で対向し、三辺のうちの二辺が感磁部２０の二辺と平行となるように形成される。
【0027】
また、コンタクト部５１～コンタクト部５４の平面形状は、感磁部２０の外周側に対応する外側領域の少なくとも一部に丸みを有していてもよい。また、コンタクト部５１～コンタクト部５４の平面形状は、感磁部２０の中心側の内側領域に丸みを有していてもよく、例えば全体として扇形を有していてもよい。これにより、コンタクト部５１～コンタクト部５４の端部における電流集中が緩和される。コンタクト部５１～コンタクト部５４の平面形状は、コンタクト部の端部における電流集中を緩和できるものであれば、扇形に限らず他の形状であってもよい。なお、ここでいう外側領域とは、コンタクト部５１～コンタクト部５４の外周であって、感磁部２０の外周と対向する領域を指す。一方、内側領域とは、外側領域以外の感磁部２０の中心側の領域を指す。また、四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域全てが感磁部２０に含まれている場合、特にコンタクト部５１～コンタクト部５４の端部に流れる電流量が多くなるので、顕著に電流集中緩和効果が得られる。
【0028】
ボール部６１～ボール部６４は、電極部３１～電極部３４上に形成される。このとき、ボール部６１～ボール部６４は、図１Ｃに示すように、コンタクト部５１～コンタクト部５４で囲まれた領域により形成された略正方形の二本の対角線（図１Ｃ中に一点鎖線で示す。）で挟まれる領域に配置される。具体的には、ボール部の電極部に対する接触面が、隣り合うコンタクト部、例えばコンタクト部５１とコンタクト部５３との中央部、コンタクト部５３とコンタクト部５２との中央部、コンタクト部５２とコンタクト部５４との中央部、コンタクト部５４とコンタクト部５１との中央部、それぞれの近傍に配置される。
【0029】
なお、四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４によって囲まれた領域は、上述のように定めることができる。上述のように四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４によって囲まれた領域を定めた場合、感磁部２０の中心からの距離が最も短い点が各コンタクト部につき１点のみ存在する場合は、「四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域により形成される四角形」は、四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４によって囲まれた領域と一致する。また、感磁部２０の中心からの距離が最も短い点がコンタクト部に複数存在する場合は、一つのコンタクト部につき、複数の点のうちいずれか一点を選択し、各コンタクト部につき１点、計４点を結ぶ線分で囲まれた領域を「四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４に囲まれた領域により形成される四角形」と定めるものとする。
【0030】
ボール部６１～ボール部６４は導電性の材料で形成され、電極部３１～電極部３４と電気的に接続される。ボール部６１～ボール部６４は、外部接続用のボンディングワイヤと同一の材料で形成されていてよい。ボール部６１～ボール部６４は、実装時等にボンディングワイヤを電極部３１～電極部３４に接合する際に、ボンディングワイヤと電極部３１～電極部３４との接合部分の太さをボンディングワイヤの太さよりも太くし、この太くした電極部３１～電極部３４との接合部分をボール部としてもよく、また、ワイヤバンプ形成方法を用いてボール部６１～ボール部６４のみを電極部３１～電極部３４上に形成するようにしてもよい。ボール部６１～ボール部６４は例えば金ボールやはんだボールである。
【0031】
そして、電極部３１～電極部３４は、ボール部６１～ボール部６４が電極部３１～電極部３４上の、隣り合うコンタクト部間の中央部にボール部６１～ボール部６４を形成することができ、且つ、電極部３１～電極部３４とボール部６１～ボール部６４とを電気的に接続することが可能であり、且つ面積が最小となる大きさ、又はこの最小となる面積よりも多少大きな面積を有する大きさに設定される。この電極部３１～電極部３４の大きさは、面積がより小さいことが好ましい。その理由は、電極部３１～電極部３４の、それぞれ対応するコンタクト部５１～コンタクト部５４を基点として見た場合にコンタクト部５１～コンタクト部５４上から延出している領域は、電極部３１～電極部３４と絶縁膜４０と感磁部２０との積層構造となり寄生容量が生じる可能性がある。寄生容量はホール素子１００の出力特性に影響を与えるため、電極部３１～電極部３４の面積が小さくなるようにし電極部３１～電極部３４と絶縁膜４０と感磁部２０との積層構造の領域を小さくすることによって、寄生容量を抑制し出力特性のばらつきを低減することができるからである。
【0032】
図２Ａは、本発明の一実施形態に係るホール素子１００を用いたホールセンサ２００の一例を示す上面図である。図２Ｂは、ホールセンサ２００の断面の一例を示す概略図である。
ホールセンサ２００は、ホール素子１００、リード端子２１１～リード端子２１４、保護層２２０、モールド部材２３０、外装めっき層２４０及びボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４を備える。なお、ホールセンサ２００の構成は一例であり、これに限るものではない。
ホールセンサ２００は、ホール素子１００、リード端子２１１～リード端子２１４、保護層２２０、モールド部材２３０、外装めっき層２４０及びボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４を備える。なお、ホールセンサ２００の構成は一例であり、これに限るものではない。
【0033】
ホール素子１００は、ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４によりリード端子２１１～リード端子２１４に接続される。電極部３１は、ボール部６１を介してボンディングワイヤ２５１により、リード端子２１１と電気的に接続される。電極部３２は、ボール部６２を介してボンディングワイヤ２５２により、リード端子２１２と電気的に接続される。電極部３３は、ボール部６３を介してボンディングワイヤ２５３により、リード端子２１３と電気的に接続される。電極部３４は、ボール部６４を介してボンディングワイヤ２５４により、リード端子２１４と電気的に接続される。
【0034】
ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４は、導電性の材料で形成される。ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４は、例えば金ワイヤを適用することができるが、これに限るものではない。ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４は、モールド部材２３０により覆われている。これにより、ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４が固定される。
【0035】
なお、電極部３１～電極部３４と、ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４とのそれぞれの間にボール部が設けられていてもよい。ボール部は、導電性の材料で形成される。ボール部は、ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４と同一の材料で形成されてよい。ボール部は、例えば金ボール、またははんだボールである。一例において、ボール部は、上面視で１０μｍ以上、１００μｍ以下の直径を有し、例えば、６０μｍの直径を有する。なお、ボール部が上面視で真円でない場合には、上面視したボール部と同じ面積を有する楕円に近似し、当該楕円の長径を直径としてもよい。また、ボール部の厚みは応力緩和の観点から５μｍ以上であることが好ましい。また、製造容易性の観点からボール部の厚みは１００μｍ以下であることが好ましい。なお、ボール部の厚みとは、ボール部の一番高い部分とボール部が配置された電極部３１～電極部３４との距離である。
【0036】
ここで、ホールセンサ２００のＸ線撮影にて得られた断面透過図を観察した際に、ボンディングワイヤ２５２をリード端子２１２側からホール素子１００側にたどった場合にボンディングワイヤの太さよりも幅が大きくなった部分をボール部と定義してもよい。
リード端子２１１～リード端子２１４は、外装めっき層２４０を介して外部と電気的に接続される。リード端子２１１～リード端子２１４は、ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４と接続された面と反対側の面とに外装めっき層２４０が形成される。これにより、ホール素子１００は、ホールセンサ２００の外部と電気的に接続される。なお、外装めっき層２４０は、例えばスズ（Ｓｎ）で形成されているが、これに限るものではない。
リード端子２１１～リード端子２１４は、外装めっき層２４０を介して外部と電気的に接続される。リード端子２１１～リード端子２１４は、ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４と接続された面と反対側の面とに外装めっき層２４０が形成される。これにより、ホール素子１００は、ホールセンサ２００の外部と電気的に接続される。なお、外装めっき層２４０は、例えばスズ（Ｓｎ）で形成されているが、これに限るものではない。
【0037】
保護層２２０は、ホール素子１００のボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４と接続された面とは反対側の面を覆う。保護層２２０は、例えば基板１０を保護可能な材料であれば限定されない。保護層２２０は、導体、絶縁体、又は半導体の何れか１つからなる膜であってもよく、これらのうち２つ以上を含む膜であってもよい。導体の場合、保護層２２０は、銀ペーストなどの導電性樹脂であってよい。絶縁体の場合、保護層２２０は、エポキシ系の熱硬化型樹脂とシリカ（ＳｉＯ２）とを含む絶縁ペースト、窒化ケイ素及び二酸化ケイ素等であってよい。半導体の場合、保護層２２０は、Ｓｉ基板やＧｅ基板などの貼り合わせであってよい。
【0038】
モールド部材２３０は、ホール素子１００と、ボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４と、リード端子２１１～リード端子２１４とをモールドする。モールド部材２３０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、モールド部材２３０は、エポキシ系の熱硬化型樹脂で形成される。
【0039】
ここで、ホールセンサ２００においては、温度環境の変化等に起因してモールド部材２３０が変形するとホール素子１００は応力変化の影響により局所的な抵抗変動が生じ、抵抗のバランスが崩れることでオフセット電圧が発生する。図１Ａにおいて、ホール素子１００にボール部６１～ボール部６４が設けられていない場合、隣り合うコンタクト部同士の間の領域は、応力変動により非対称な抵抗変動を生じやすい。本実施形態に係るホール素子１００は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、応力変動の影響を受けやすいと予測される、隣り合うコンタクト部同士の間にボール部６１～ボール部６４を配置している。そのため、モールド部材２３０の変形等が生じたとしても、ボール部６１～ボール部６４により、感磁部２０に伝わる応力変動が低減されることになる。その結果、ホール素子１００の非対称な抵抗変動が抑制され、オフセット電圧の変動等を抑制することができる。また、基板１０上に感磁部２０が段差状（メサ状）に形成されている場合、感磁部２０にモールド部材２３０等による応力が集中するため、ボール部６１～ボール部６４による応力緩和効果が大きくなり、ホール素子１００の出力特性の変動を抑制できる。
【0040】
また、上述のように、ホール素子１００は、感磁部２０の電流集中を緩和することができる。これにより、感磁部２０の電流集中に起因する微小な抵抗変動が生じにくくなる。したがって、ホール素子１００は、電流集中により生じる１／ｆノイズを抑制できる。
また、ボール部６１～ボール部６４は、リード端子２１１～リード端子２１４と電極部３１～電極部３４とをボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４で接続する際に必須のものである。本発明の一実施形態におけるホール素子１００では、このボンディングワイヤ２５１～２５４に電極部３１～３４を接続するためのボール部６１～ボール部６４を、応力変動による影響を低減するための保護用の部材として流用している。そのため、応力変動による影響を低減するための保護用の部材を別途設けるための工程の追加や構成品の追加等を伴うことなく実現することができ、これに伴うコストの増加を抑制しつつ、応力変動による影響を抑制することができる。
また、ボール部６１～ボール部６４は、リード端子２１１～リード端子２１４と電極部３１～電極部３４とをボンディングワイヤ２５１～ボンディングワイヤ２５４で接続する際に必須のものである。本発明の一実施形態におけるホール素子１００では、このボンディングワイヤ２５１～２５４に電極部３１～３４を接続するためのボール部６１～ボール部６４を、応力変動による影響を低減するための保護用の部材として流用している。そのため、応力変動による影響を低減するための保護用の部材を別途設けるための工程の追加や構成品の追加等を伴うことなく実現することができ、これに伴うコストの増加を抑制しつつ、応力変動による影響を抑制することができる。
【0041】
［製造方法］
図３Ａ～図３Ｇは、ホール素子１００の製造工程の一例を示す断面図である。図３Ａ～図３Ｇは、図１Ａに示すＡ－Ａ′断面を示す断面図である。なお、ホール素子１００の製造方法は、これに限るものではない。ここでは、コンタクト部５１～コンタクト部５４をコンタクト部５０として説明する。
図３Ａ～図３Ｇは、ホール素子１００の製造工程の一例を示す断面図である。図３Ａ～図３Ｇは、図１Ａに示すＡ－Ａ′断面を示す断面図である。なお、ホール素子１００の製造方法は、これに限るものではない。ここでは、コンタクト部５１～コンタクト部５４をコンタクト部５０として説明する。
【0042】
まず、後に複数個に個片化されて基板１０となる大きな基板を用意する（図３Ａ）。個片化された基板１０の平面形状は、例えば略正方形である。
次に、基板１０上に感磁部２０を形成する（図３Ｂ）。具体的には、基板１０上に導電層２１を形成し、導電層２１上に表面層２２を形成する。感磁部２０の成膜段階では、導電層２１及び表面層２２の平面形状は、基板１０の平面形状と同一であってよい。例えば、感磁部２０は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法を用いて、基板１０上に化合物半導体をエピタキシャル成長することにより形成される。
次に、基板１０上に感磁部２０を形成する（図３Ｂ）。具体的には、基板１０上に導電層２１を形成し、導電層２１上に表面層２２を形成する。感磁部２０の成膜段階では、導電層２１及び表面層２２の平面形状は、基板１０の平面形状と同一であってよい。例えば、感磁部２０は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法を用いて、基板１０上に化合物半導体をエピタキシャル成長することにより形成される。
【0043】
次に図３Ｃにおいて、感磁部２０を予め定められた平面形状のパターンにエッチングする。これにより、感磁部２０の平面形状が略正方形に形成される。また、感磁部２０の平面形状の角部は、当該エッチング工程により丸められてよい。
次に図３Ｄにおいて、感磁部２０上にコンタクト部５０を形成する。コンタクト部５０は、蒸着やスパッタ等の任意の半導体製造工程を用いて形成される。コンタクト部５０は、感磁部２０の角部近傍に形成される。
次に図３Ｄにおいて、感磁部２０上にコンタクト部５０を形成する。コンタクト部５０は、蒸着やスパッタ等の任意の半導体製造工程を用いて形成される。コンタクト部５０は、感磁部２０の角部近傍に形成される。
【0044】
次に図３Ｅにおいて、基板１０、感磁部２０及びコンタクト部５０上にこれらを覆うように絶縁膜４０を形成する。例えば絶縁膜４０として、厚みが３００ｎｍのＳｉＮ膜が形成される。また、絶縁膜４０には、コンタクト部５０と電極部３１～電極部３４とが電気的に接続されるための開口部４０ａが形成される。開口部４０ａはエッチングプロセスにより形成されていてもよい。続いて図３Ｆにおいて、絶縁膜４０上に電極部３１～電極部３４が形成される。このとき、電極部３１～電極部３４は、図１Ａに示すように、電極部３１～電極部３４は、それぞれ対応するコンタクト部５０からコンタクト部５０間の中央部付近までの領域を覆う大きさに形成される。
【0045】
また、電極部３１～電極部３４は、絶縁膜４０に形成された開口部４０ａを通じて、コンタクト部５０と電気的に接続される。一例において、電極部３１～電極部３４の厚みは、０．５μｍであるがこれに限るものではない。
次に図３Ｇにおいて、ボール部６１～ボール部６４をワイヤバンピング法やスタッドバンプボンディング法といったワイヤバンプ形成方法を用いて形成する。又は、ワイヤボンディングを行う際に、ワイヤ先端にボールを形成しこのボールを電極部３１～電極部３４に接合することで電極部３１～電極部３４上にボール部６１～ボール部６４を形成する。このとき、ボール部６１～ボール部６４を、電極部３１～電極部３４上の、コンタクト部５０間の中央部近傍となる位置に形成する。以上により、ホール素子１００が形成される。
次に図３Ｇにおいて、ボール部６１～ボール部６４をワイヤバンピング法やスタッドバンプボンディング法といったワイヤバンプ形成方法を用いて形成する。又は、ワイヤボンディングを行う際に、ワイヤ先端にボールを形成しこのボールを電極部３１～電極部３４に接合することで電極部３１～電極部３４上にボール部６１～ボール部６４を形成する。このとき、ボール部６１～ボール部６４を、電極部３１～電極部３４上の、コンタクト部５０間の中央部近傍となる位置に形成する。以上により、ホール素子１００が形成される。
【0046】
なお、ここでは、コンタクト部５０を形成する段階は、絶縁膜４０を形成する段階の前に実行されているが、コンタクト部５０を形成する段階は、絶縁膜４０を形成する段階の後に実行されてもよい。
また、上記実施形態においては、四つの電極部３１～電極部３４のそれぞれにボール部６１～ボール部６４を設ける場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、いずれか一つのみに設けることも可能である。また、例えば、出力用の電極部のみ、または入力用の電極部のみに設けることも可能である。
また、上記実施形態においては、四つの電極部３１～電極部３４のそれぞれにボール部６１～ボール部６４を設ける場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、いずれか一つのみに設けることも可能である。また、例えば、出力用の電極部のみ、または入力用の電極部のみに設けることも可能である。
【0047】
また、上記実施形態においては、ボール部６１～ボール部６４を、隣り合うコンタクト部、例えばコンタクト部５１とコンタクト部５３との中央部、コンタクト部５３とコンタクト部５２との中央部、コンタクト部５４とコンタクト部５１との中央部、それぞれの近傍に配置した場合について説明したが、これに限るものではない。コンタクト部５１～コンタクト部５４で囲まれた領域により形成された四角形の二本の対角線で挟まれる領域に配置されていればよい。図１Ａに示すように、コンタクト部５１～コンタクト部５４が感磁部２０の角部に配置されている場合には、隣り合うコンタクト部５１及びコンタクト部５４間の中央部と、隣り合うコンタクト部５２及びコンタクト部５３間の中央部とを結ぶ線分上、同様に隣り合うコンタクト部５１及びコンタクト部５３間の中央部と隣り合うコンタクト部５２及びコンタクト部５４間の中央部とを結ぶ線分上、またはこれら線分の近傍に、各ボール部６１～ボール部６４を配置してもよい。
【0048】
また、上記実施形態においては、感磁部２０の角部にコンタクト部５１～コンタクト部５４を配置した場合について説明したが、これに限るものではなく、四つのコンタクト部５１～コンタクト部５４で囲まれる領域全体が感磁部２０に含まれるように配置されていれば、感磁部２０に対して、コンタクト部５１～コンタクト部５４は、どのような位置関係に配置されていてもよい。
【0049】
例えば、図１に示すように、例えば略正方形の感磁部２０の角部と、コンタクト部５１～コンタクト部５４とが対向するのではなく、図４Ａに示すように、略正方形の感磁部２０の各辺の中央部と、コンタクト部５１～コンタクト部５４とが対向するように、コンタクト部５１～コンタクト部５４を配置してもよい。この場合も、図４Ｂに示すように、コンタクト部５１～コンタクト部５４で囲まれた領域により形成された略正方形の二本の対角線（図４Ｂ中に一点鎖線で示す。）で挟まれる領域に配置される。具体的には、コンタクト部５１～コンタクト部５４を頂点とする略正方形において隣り合うコンタクト部、例えばコンタクト部５１とコンタクト部５３との中央部、コンタクト部５３とコンタクト部５２との中央部、コンタクト部５２とコンタクト部５４との中央部、コンタクト部５４とコンタクト部５１との中央部、それぞれの近傍に配置される。つまり、ボール部６１～ボール部６４は、感磁部２０の角部となる位置近傍それぞれに配置される。感磁部２０とコンタクト部５１～コンタクト部５４との配置関係に関わらず、コンタクト部同士の間は、応力変動の影響を受けやすい。そのため、コンタクト部同士の間にボール部を配置することによって、ボール部によって応力変動による影響を低減することができる。このように、感磁部２０の各辺の中央部にコンタクト部５１～コンタクト部５４を配置した場合には、図４に示すように、コンタクト部５１～コンタクト部５４の平面形状を長方形とし、長辺が、感磁部２０の辺と平行となるようにコンタクト部５１～コンタクト部５４を配置すればよい。
【0050】
また、コンタクト部５１～コンタクト部５４の配置位置は略正方形の頂点となる位置に限るものではなく、コンタクト部５１～コンタクト部５４で囲まれた領域全面が感磁部２０に含まれれば、コンタクト部５１～コンタクト部５４の配置位置は、四角形の頂点となる位置であればよい。この場合も、四角形の二本の対角線により挟まれる領域に各ボール部６１～ボール部６４を配置すればよい。又は四角形の対向する二辺の対それぞれの、二辺の中点同士を結ぶ線分上に各ボール部６１～ボール部６４を配置すればよい。
【0051】
また、上記実施形態においては、電極部３１～電極部３４を長方形状に形成した場合について説明したが、これに限るものではなく、コンタクト部５１～コンタクト部５４とボール部６１～ボール部６４のそれぞれと電気的に接続することができる形状であればよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。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。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。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。
【符号の説明】
【0052】
１０ 基板
２０ 感磁部
２１ 導電層
２２ 表面層
３１～３４ 電極部
４０ 絶縁膜
５１～５４ コンタクト部
６１～６４ ボール部
１００ ホール素子
２００ ホールセンサ
２１１～２１４ リード端子
２５１～２５４ ボンディングワイヤ
２３０ モールド部材
２０ 感磁部
２１ 導電層
２２ 表面層
３１～３４ 電極部
４０ 絶縁膜
５１～５４ コンタクト部
６１～６４ ボール部
１００ ホール素子
２００ ホールセンサ
２１１～２１４ リード端子
２５１～２５４ ボンディングワイヤ
２３０ モールド部材
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図4A】
【図4B】