JPH04113684A - 高感度ホール素子 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、ホール素子の大きさが０．５　ｍｍ角以下の
小型ホール素子に於いて、強磁性材料を用いて磁気増幅
を行うことで高感度化をはかった小型高感度ホール素子
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ホール素子の磁気増幅方法としては第４図に示す
ようにホール素子を形成する基板の裏面に強磁性材料を
接着する方法、第５図に示すようにホール素子感磁部の
表面に強磁性材料よりなる磁気増幅チップを配置する方
法、第６図に示すようにホール素子感磁部の表面に強磁
性材料の粉体を混入した樹脂をポツティングする方法な
どが行われている。また、より大きな磁気増幅効果を得
るために基板側に強磁性材料を配置する前記第１の方法
とホール素子感磁部の表面に強磁性材料を配置する前記
第２および第３の方法を組み合わせることも良く行われ
ている。

しかし、前記第２の方法ではホール素子の大きさがコス
トダウン等のために小さくなると、素子組立上の機械的
精度のため対応できず、特にホール素子ペレットサイズ
が０．５０ｍ角以上の場合、ホール素子感磁部の表面に
量産的に磁気増幅チップを配置することは不可能である
。また前記第３の方法では、樹脂の存在によりチップを
配置した場合のような充分な磁気増幅効果を得ることは
不可能である。

更に、ホール素子ペレットサイズが０．５０ｍ角以下の
場合、ホール素子感磁部の表面に磁気増幅チップを配置
すると電極、ボンディングワイヤ等との電気的絶縁の問
題があり、ホール素子の信較性を低下させる原因となっ
ていた。

〔本発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は以上説明した問題点を解消し、磁気増幅
効果により高感度特性を持ち、かつ量産性のある信顧性
の高い小型のホール素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のホール素子は、ホール素子の大きさが０、５　
ｍ角以下の小型ホール素子に於いて、ホール素子感磁部
上に従来組立上精度のために不可能であった磁気増幅チ
ップを量産的に精度良く形成することを可能にしたもの
であり、かつ絶縁不良等に起因するトラブルを防止し、
信転性を大幅に向上させたものである。

本発明のホール素子を第１図に示す。

本発明のホール素子は基板表面に感磁部が形成されたホ
ール素子基板と磁気増幅効果を得るために絶縁保護膜を
介して前記感磁部上に接着された金属磁性材料と前記金
属磁性材料上面に形成された絶縁保護膜よりなる。本発
明で用いられる金属磁性材料は残留磁化の小さい、透磁
率の高い材料なら何でも良いが、パーマロイは特に好ま
しい。

またホール素子の信顛性を高めるため用いられる前記金
属磁性材料とホール素子の間の絶縁保護膜は絶縁がはか
れるものなら何でも良いが、有機物絶縁膜は良く、ポリ
イミド樹脂、シリコン樹脂などは特に好ましい。更に前
記金属磁性材料とホール素子の間の接着剤として有機物
接着剤を用いることにより絶縁保護膜としても良い。

前記金属磁性材料とホール素子の間の絶縁をはかる絶縁
保護膜は前記金属磁性材料とホール素子の接着面にあれ
ば良いが、感光性ポリイミド樹脂、感光性シリコン樹脂
等を用いて予めホール素子パターン表面の電極部以外の
部分に形成しておくことは特に好ましい。

前記金属磁性材料の上面に形成される絶縁保護膜は、絶
縁がはかれるものなら何でも良いが、有機物絶縁膜が良
く、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂などは特に好ましい
。上面だけでなく、側面まで絶縁保護膜で被うことは特
に好ましい。またワイヤポンディング後にホール素子上
面にシリコン樹脂等のポツティングを行い、ホール素子
パターン、金属磁性材料、ボンディングワイヤを被うこ
とで、絶縁をはかっても良い。

本発明の０．５諺角以下の小型ホール素子の感磁部上に
形成される金属磁性材料よりなる磁気増幅チップは以下
のような方法で形成される。

第２図（ａ）に示すごとくホール素子パターンの形成さ
れた基板の表面に、第２図（ｂ）に示すごとく予め接着
面に絶縁層としてポリイミド樹脂層が形成された金属磁
性材料よりなる薄板を接着した後、第２図（Ｃ）に示す
ごとく前記基板表面のホール素子パターンに合わせて前
記薄板の表面にフォトリソにより磁気増幅チップパター
ンのレジストを形成する０次いでダイシングソーを用い
て前記薄板を第２図（ｄ）のごとく磁気増幅チップ形状
に半切断する。続いて第２図（ｅ）に示すごとく前記レ
ジストをマスクとして前記薄板をエツチングすることに
より磁気増幅チップに分離する。

これをダイシングにより個別のホール素子ペレットに切
断し、ダイポンド、ワイヤボンド、モールドをすること
で、第１図に示すごとくホール素子感磁部の表面に磁気
増幅チップを精度良く配置し、かつ磁気増幅チップの上
面及び接着面に絶縁層の形成された小型のホール素子を
作製することができる。

以上のように、本発明のホール素子はダイシングソー等
による半切新技術を基本とし、フォトリソエツチング技
術を用いて個別に分離された磁気増幅チップを形成する
もので、従来不可能であった小型のホール素子（ペレッ
トサイズが０．５０ｍｎ角以下１においても、ウェハー
単位で大面積にわたり、−度に精度良く磁気増幅チップ
を形成することを可能としたものである。

〔作　用〕

本発明のホール素子は、従来不可能であった小型のホー
ル素子（ペレットサイズが０．５０ｍｍ角以下１におい
ても、ホール素子感磁部の表面に量産的に磁気増幅チッ
プを配置することかを可能としたものであり、従来の素
子組立上の機械的精度に比べて磁気増幅チップの形成精
度を飛躍的に向上させることができることから、高感度
でかつ感度ばらつきが少ないという特徴を持ち、かつ高
い信鯨性を有する。

〔実施例１〕 半絶縁性で厚さ０．３　ｍｍ、片面を鏡面研磨した直径
２インチのＧａＡｓ基板を１２枚セットしたホルダーを
基板導入室より準備室を通して大型の分子線エピタキシ
ー装置の超高真空である成長室ヘセットした。この基板
ホルダーを水平回転させるとともにＧａＡｓ基板を基板
加熱ヒーターにより輻射加熱し、基板の鏡面側に対向し
て装着されているＩｎ、　Ａｓの蒸発源より、Ｉｎ、　
Ａｓを６０分分間光させ、厚さ１．０μｍのＩｎＡｓ鏡
面単結晶薄膜をＧａＡｓの基板の鏡面側に成長させた。

次に、このＧａＡｓ基板上に成長したＩｎＡｓ薄膜の表
面にフォトリソグラフィーの手法によりレジストパター
ンを所要の形状で形成したのち、電極となる金属層を形
成し、しかるのちレジストを除去した。次いで表面に第
２回目のレジストパターンをフォトリソグラフィーの手
法により形成した。このレジストをマスクとして、ウェ
ットエツチングにより、ＩｎＡｓ上に形成した電極層の
一部とＩｎＡｓ１膜をメサエッチングした。さらに、全
面に絶縁層として厚さ０．３μｍ　Ｓｉ３Ｎ、をプラズ
マＣＶＤ法により基板加熱温度３００°Ｃで形成した。

前述のフォトリソグラフィー法によりレジストパターン
を形成し、電極部上のＳｉＪ＊を反応性イオンエツチン
グにより除去した。これらの工程により、１枚の基板上
に約８，５００個の第２図（ａ）に示したような０．３
６ｍ角のホール素子パターンを作製した。

次にホール素子パターンの形成された基板の表面に第２
図℃）に示すごとく予め接着面に絶縁層としてポリイミ
ド樹脂層の形成された厚さ０．２ｍのパーマロイ（Ｎｉ
　７８％）の薄板をエポキシ樹脂を用いて接着した。次
に第２図（Ｃ）のごとく前記基板表面のホール素子パタ
ーンに合わせて前記薄板の表面にフォトリソにより磁気
増幅チップパターンのレジストを形成した。続いて第２
図（ｄ）に示すごとくダイシングソーを用いて深さ１８
０　ｕ　ｍまで前記薄板を磁気増幅チップ形状に半切断
した。次に前記レジストをマスクとして塩化第２鉄・塩
酸系エッチャント（超純水ｌｌ：塩化第２鉄６００ｇ：
塩酸５０ｃｃ）を用いて前記薄板を２０分間エツチング
することにより、第２図（ｅ）に示すごとく個別の磁気
増幅チップに分離した。次いでアッシング装置を用いて
０□ガスプラズマ中で１時間アッシングを行い、電極部
のポリイミド樹脂及びエポキシ樹脂を除去した。続いて
感光性ポリイミド樹脂をウェハー全面に塗布した後、露
光・現像を行うことにより磁気増幅チップ上面の絶縁層
を形成した。

これをダイシングにより０．４　ｍ角の個別のホール素
子ペレットに切断し、自動ダイボンダーによりリード上
にこのチップをグイポンドし、次に自動ワイヤーボンダ
ーでリードとホール素子の電極部をＡｕワイヤーで接続
した。トランスファーモールダーによりエポキシモール
ドしたのち、このモールドされた素子のダイパーカット
、リードカットを行い、個々の樹脂モールドされた第１
図に示すごとくホール素子感磁部の表面に磁気増幅チッ
プを精度良く配置し、かつ磁気増幅チップの上面及び接
着面に絶縁層の形成された小型のホール素子を作製した
。

このようにして作製したホール素子の代表的な特性を第
１表に示す、磁気増幅構造を持たない素子に比べて、磁
気増幅効果により１．６倍の高感度化を実現した。

第１表 （測定　６Ｖ　・５００Ｇ） また、第２表に本発明のホール素子の感度ばらつきの量
を比較のため、従来の機械的方法で磁気増幅チップをの
せた０、　８　ｍ角の大きなホール素子の感度ばらつき
の量と比較した。

第２表 本発明のホール素子の感度ばらつき 本発明のホール素子は、磁気増幅チップの高さ、のせる
位置等が従来の機械的精度で決まる素子に比べて厳密に
精度良く決まることから、従来磁気増幅チップを量産的
にのせることが不可能であった０、５閣角以下という小
型のホール素子ペレットサイズでありながら、得られた
素子の感度ばらつきは従来法の１７３程度となっている
。

〔実施例２〕 半絶縁性で厚さ０．３閣、直径２インチのＧａＡｓ基板
にイオン注入装置を用いて、シリコンイオン（Ｓｉ”）
を加速エネルギー３００ＫｅＶ、ドーズ量２．３×１０
”／ｄで注入した。そして、アルシン（ＡｓＨｚ）雰囲
気中８５０°Ｃの温度で１０秒間のラピッドアニール処
理を行い、ＧａＡｓ基板の表面にｎ型の導電層を形成し
た。次にこのＧａＡｓ基板の表面にフォトリソグー７フ
イーの手法によりレジストパターンを所要の形状で形成
したのち、このレジストをマスクとしてウェットエツチ
ングにより、ホール素子感磁部パターンを形成したのち
レジストを除去した。次いで、全面に絶縁層として厚さ
０．３μｍのＳｉ３Ｎ。

をプラズマＣＶＤ法により基板加熱温度３００°Ｃで形
成した。続いて、電極金属とオーム性接触を形成する部
分の５ｉＪａをエツチングするために、表面に第２回目
のレジストパターンをフォトリソグラフィーの手法によ
り形成した。このレジストをマスクとして、ウェットエ
ツチングにより、５ｉＪ４をエツチングした後、ＡｕＧ
ｅ、　Ｎｉ、Ａｕを各々０．２５　ｇ　０１．０．０５
μｔａ　、０．３５μｍの厚さで蒸着し、ついでリフト
オフ法によりレジスト及びレジスト上の金属を除去した
。更に、オーミック性接触を得るために、赤外線加熱炉
Ｎ２ガス雰囲気中で４００’Ｃ５分間の合金化処理を行
い１枚の基板上に約８．５００個の第２図（ａ）に示す
ごと＜　０．３６−角のホール素子パターンを作製した
。次にこの基板を裏面より研磨することで基板の厚みを
１２０μ−とした後、エポキシ樹脂を用いて３００ｕｌ
Ｉのフェライトを基板の裏面に接着した。

次に、ホール素子パターンの形成された基板の表面に第
２図５）に示すように予め接着面に絶縁層としてポリイ
ミド樹脂層の形成された厚さ０．２ｍのパーマロイ（Ｎ
ｉ　７８％）の薄板をエポキシ樹脂を用いて接着した０
次に第２図（Ｃ）に示すごとく前記基板表面のホール素
子パターンに合わせて前記薄板の表面にフォトリソによ
り磁気増幅チップパターンのレジストを形成した。続い
て、第２図（ｄ）に示すようにグイシングツ−を用いて
深さ１８０μ難まで前記薄板を磁気増幅チップ形状に半
切断した。

次に、前記レジストをマスクとして、塩化第２鉄・塩酸
系エッチャント（超純水１２：塩化第２鉄６００ｇ：塩
酸５０ｃｃ）を用いて前記薄板を２０分間エツチングす
ることで、第２図（ｅ）に示すごとく個別に磁気増幅チ
ップに分離した。次いでアッシング装置を用いて０２ガ
スプラズマ中で１時間アッシングを行い、電極部のポリ
イミド樹脂及びエポキシ樹脂を除去した。続いて感光性
ポリイミド樹脂をウェハー全面に塗布した後、露光・現
像を行うことにより磁気増幅チップ上面の絶縁層を形成
した。

これをダイシングにより０．４　ｍｍ角の個別のホール
素子ペレットに切断し、自動タイボンダーによりリード
上にこのチップをダイボンドし、続いて、自動車ワイヤ
ーボンダーでリードとホール素子の電極部をＡｕワイヤ
ーで接続した。トランスファーモールダーによりエポキ
シモールドしたのち、このモールドされた素子のダイパ
ーカット、リードカットを行い、個々の樹脂モールドさ
れた第３図に示すごとくホール素子感磁部の表面に磁気
増幅チップを精度良く配置し、基板の裏面に第２の強磁
性材料であるフェライトを配置し、更に磁気増幅チップ
の上面及び接着面に絶縁層を形成した小型ホール素子を
作製した。

このようにして作製したホール素子の代表的な特性を第
３表に示す。磁気増幅構造を持たない素子に比べて、磁
気増幅効果により２．８倍の高感度化を実現した。

第３表 本発明のホール素子の代表的な特性 （測定　６Ｖ　−５００Ｇ） 〔発明の効果〕 以上説明したごとく、本発明のホール素子は、従来不可
能であった小型のホール素子（ペレットサイズが０．５
０ｍ角以下）においても、ホール素子感磁部の表面に量
産的に磁気増幅チップを配置することを可能としたもの
であり、従来の素子組立上の機械的精度に比べて、磁気
増幅チップの形成精度が飛躍的に向上することから、高
感度で、かつ感度ばらつきが少ないという特徴を持つ。

すなわち本発明のホール素子は、ホール素子ペレットの
小型化とともに、チップ形成精度の向上による小さな感
度ばらつきにより、大幅な歩留まり向上及びコストダウ
ンを可能としたものであり、更に小型素子を磁気増幅構
造にした場合の絶縁不良等の問題点を解決し、信鎖性を
大きく向上させたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のホール素子を示す構造図、第２図（ａ
）乃至（ｅ）は本発明のホール素子の作製工程を示す説
明図、第３図は本発明のホール素子の他の構造を示す構
造図、第４図乃至第６図はホール素子の磁気増幅構造を
示す説明図である。図中１・・・基板、２・・・ホール
素子感磁部、３・・・電極、４・・・半導体薄膜、５・
・・強磁性材料、６・・・絶縁層、７・・・レジスト、
８・・・パッシベーション膜、９・・・Ａｕワイヤー、
１０・・・リード線、１１・・・接着剤、１２・・・モ
ールド樹脂。 特許出願人　　旭化成工業株式会社 第２図 「 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ホール素子の大きさが０．５ｍｍ角以下の小型ホー
   ル素子において、基板表面に感磁部が形成されたホール
   素子基板と絶縁保護膜を介して該感磁部上に接着された
   金属磁性材料と該金属磁性材料上面に形成された絶縁保
   護膜とを有することを特徴とする高感度ホール素子 ２、ホール素子基板の裏面に第２の強磁性材料が配置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   高感度ホール素子