JPS63237586A - 微小ホ−ル素子の製造方法 - 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〕 関するものである。

、ｉ（（ｆ″＊ｏ方法〕　　　　　　　　　　　　　　
１第２図と第３図は、数ミクロン以上の寸法の一ホール
素子動作領域の作製に従来用いられている工程を示した
ものである。

第２図では、まず、適当な半導体基板（例えば半絶縁性
のＧａＡｓ　）の表面に、全面に亘って、イオン注入ま
たはエピタキシャル成長によシ、適当な不純物濃度を持
つ活性層を形成する。次に、レジストを塗布し、これを
光または電子ビ−ムで露光して、動作領域の形状に加工
する。

続いて、このレジストをマスクとして活性層のエツチン
グを行う。最後にレジストを除去し、動作領域を得る。

第３図の工程は第２図とは逆に、半導体基板上にまずレ
ジストを塗布し、続いて光露光または電子ビーム露光で
動作領域の形状の開口部をこのレジストに形成する。次
に、全面に不純物＝イオンを照射し、レジストをマスク
としてその開口部にのみイオン注入を行う。最後にレジ
ストを除去し、半導体基板中に埋め込まれた動作領域を
得る。

しかし、上記の従来方法で微小ホール素子を作製するに
は工程数が多いことに起因する次の様な問題点があシ、
微小ホール素子の実用生産のだめの障害となっていた。

最も本質的な問題は、ホール素子の寸法の減小と共に、
動作領域の構成に要求される仕様が厳しくなり、従来方
法がこの要求に充分に対応できないことである。

その第一の理由は、ホール素子の感度が寸法縮小と共に
低下してしまうことにある。ホール素子の出力電圧は、
素子に流す電流と動作領域の厚さの逆数とに比例し、動
作領域の平面的大きさには依存しない。一方、ホール素
子の寸法縮小に伴い、流し得る入力電流の最大値も低下
する。なぜなら、寸法縮小に従って、入力電流による発
熱密度と内部電界が増加し、素子特性素子の最大感度は
、寸法縮小に伴って減小しての縮小に従って、比例する
以上に厳しくなる。

例えば、動作領域の形状がわずかに歪むと有害な不平衡
電圧を生じさせてしまう。従来方法は動作領域の形成に
必要な工程数が多く、各工程毎に、形状の変化が生じて
しまうので、上記の要求に応えるには困難が多く、従来
方法では、実用的な検出特性を持つサブミクロン寸法の
ホール素子を生産するのは不可能であった。

第２に、素子寸法を小さくすると一般に寄生抵抗が増大
することが挙げられる。これを低減させるためには、動
作領域の不純物濃度を上げ、抵抗率を下げねばならない
。しかし、不純物濃度の増加によシ、ホール素子の感度
が減小して［７まうので、動作領域の内、磁界検知領域
とそれ以外の部分の不純物濃度を異なった値に設定する
のが望ましい。ところが、従来の方法では、−不純物濃
度を場所によって変化させるのは、事夛 突上不可能であった。まず、第２図の方法では、↑理的
に均一な不純物濃度の動作領域しか作製゛−できない。

第３図の方法では、変化させたい不純物濃度の値の数だ
け、第３図の工程を繰シ返さねばならず、実用的々生産
性が得られない。

さらに、従来の光学露光または電子ビーム露光で、サブ
ミクロン、特に０．５μｍ以下の寸法のパターンを形成
しようとすると、多層レジスト等の特別な手法を必要と
する。これは、第２図、及び第３図の工程数が多いこと
と相俟って、工程を一層複雑にし、従来方法は微小ホー
ル素子の実用生産には適用し難いものとなっていた。

微小寸法の磁界検知領域を持つ実用的な特性のホール素
子が作製できれば磁界検出や位置分解能が著しく改善さ
れ、高精度の位置検出が回転検出、磁気メモリの読み取
り等に、広範な応用が期待できる。しかし、従来は適切
な製造方法が存在しなかったために、サブミクロン寸法
の微小ホー・ル素子は末だ実用に供されてはいな−・い
。そのため、微小ホール素子の簡便で実用的な製造方法
の開発が待たれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

′」本発明の目的は、上述の従来方法が持つ問題点を根
本的に除去し、実用的な特性を持つ微小オール素子を極
めて簡単な工程で製造する方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的のため、本発明では、半導体表面に、その半
導体中で電気的に活性な不純物のイオンを含むイオンビ
ームを所定の大きさに集束して第一の方向に掃引しなが
ら照射し、続いて、第二の方向に掃引しながら照射して
、半導体中にホール素子の動作領域を作製する方法を用
いる。

〔作用及び効果〕

第１図は本発明の原理を表わす図である０第１図の工程
の目的は、適当な半導体、例えばガリウムヒ素に、電気
的に活性な不純物のイオンを部分的に注入してホール素
子の動作領域を作−服することである。このため、まず
、この不純物のイオンを含むイオンビーム２０を、所定
の動に、より小さな径、例えば０．１μｍにビームを集
束し、これを適当な速度で所定の大きさに走査して目的
の大きさのビームを形成してもよい。

この様に、ビーム走査を行った方がビーム寸法の設定精
度が高い。このイオンビーム２０を、第１図（α）の様
に第一の方向に所定の動作領域４０の長さｌに亘って掃
引しながら該半導体１０の表面に照射する。次に、同じ
イオンビーム２０を、第１図（ｂ）の様に、第一の方向
とは異なる第二の方向に掃引し力から照射し、上記の２
回の照射の半導体１０の表面上の軌跡が交って交点を持
つようにする。この交点の部分が磁界検知領域３０を構
成する。従って、磁界検知領域３０の大きさは、動作領
域４０の＠Ｗ、即ち、ビームの大きさで規定される。こ
の時、２つの工程で　ビームの大きさが同一である必要
はなく、設定したい磁界二・１検知領域３０の形状に応
じて変化させてもよい。

１以上の極めて簡単な工程のみで、該半導体１０Ｉ中へ
の動作領域４０の作製が完了する。この後、−； 必要ならば、適当な温度で熱処理を行い、注入した不純
物を電気的に活性化させればよい。上記のイオンビーム
２０の掃引は１回の照射について１回である必要はなく
、１回の照射の間に多数回の掃引を行ってもよい。この
時、掃引方向は同じ向きに限る必要はなく、往復させて
もよい。また、多数回掃引する間に、掃引方向とは異な
る方向にビーム位置を移動させ、これによって、動作領
域４０の幅Ｗを設定してもよい。

上記のサブミクロン径に集束したイオンビーム２０は、
適当なイオン源、例えば、デュオプラズマ型イオン源か
らのビームを適当なレンズ系で集束すれば、容易に得ら
れる。本発明の目的には、イオンビーム２０の電流密度
は特に高い必要はなく、イオン源の輝度も適当なものを
用いればよい。ホール素子の動作領域４０に必要な注入
不純物濃度は、高々１０１ｚ讐の程度である。従って、
例えば１７ＫＡ　／Ｃ−のビーム電流密度が得らｉれば
、必要な照射時間は、ビームの大きさに箱当する面積あ
たり、１ｒｎｓの程度であシ、極めて短時間の内に第１
図の工程を完了できる。しかし、液体金属イオン源の様
な高輝度イオン源は有用である０液体金属イオン源を用
いると、Ｉ　Ａ　／ａｒｍ”に及ぶ電流密度にイオンビ
ームを集束させることができ、必要な照射時間をさらに
低減させられる。

本発明の方法で用いるイオンビームは、目的の不純物イ
オン以外に、他のイオン、例えば、Ａｒイオン等の不活
性な不純物のイオンを含んでいてもよい。また、例えば
、ＳｉイオンはＡＴＬ−８ｉ合金を用いた液体金属イオ
ン源より容易に引き出せるが、この時、ＡｔＬイオンが
混在したビームを用いても、ＡｔＬは質量がＳｉよシ極
めて大きいので、半導体１０の極く浅い表面付近にしか
注入されず、動作領域４０の形成に影響を与えない。そ
の際、半導体１０表面上に、他の材料、例えば、５ｉ（
ｈの薄膜を堆積させ、ＡｔＬイオンがこの薄膜中−竿停
止し、Ｓｉイオンのみが該半導体１０中に注入される様
にしてもよい。しかし、一般に余分なル素子の特性を劣
化させる恐れがあるので、質量分離等の公知の方法で目
的の不純物イオンのみを単離して用いるのが望ましい。

上述の様に、極めて短い時間で動作領域４０を作製でき
るのが本発明の特長である。動作領域４０の長さ、即ち
、イオンビーム２０の掃引距離は、別の工程で作製する
電極を結ぶ長さがあればよく、それは通常、数〜１０μ
扉で充分である。従って、例えば、１ｒＩＬＡ／ｃ−程
度の電流密度のイオンビーム２０を用いても、必要な照
射時間は数１０〜ｉ　ｏ　ｏｍｓである。この様に、本
発明の方法は極めて生産性が高い。

本発明の方法は極めて簡便であシ、工程数も少ない。従
って、従来方法で問題となった様な不必要な形状歪みは
、発生しない。正しい形状を作製するためには、２つの
掃引方向とビームの大きさが設定通シに保たれているの
みでよく、−）゛ 照射位置の高精度な制御は必要としない。この様に、容
易に高精度な動作領域４０の形成が行えるのが、本発明
の方法の著しい特長である。因みに、上記の２つの掃引
方向は、互いにほぼ直交する様に採るのが不平衡電圧の
低減に望まし。

い。しかし、目的によっては、直交しない方向に選んで
もよい。

本発明の方法で、不純物濃度を場所によって変化させる
には、単にイオンビーム２０の掃引速度を変化させるの
みでよく、伺ら余分な工程を必要としない。本発明の方
法では、イオンビーム照射を２回行った際に、重複しで
照射された４シ 交点部分が、磁界検知領域を形成する。従って、交点付
近では掃引速度を増して注入不純物の濃度を低下させ、
それ以外の部分では、低抵抗になる様に高濃度の不純物
を注入すれば、極めて簡単な工程で特性の優れたホー・
ル素子を作製できる。

ガリウムヒ素は、半絶縁性材料が得られ、を子移動度も
大きい。さらに、バンドギャップが大きく、ホール係数
の温度変化が小さい。また、イオン注入によυ導電領域
を形成できる。従って、本発明の方法に最も適した半導
体材料である。しかし、本発明の方法はガリウムヒ素に
限らず、Ｓｉ、　Ｇａ、　ｂｚＰ、　ＩｒＬＳＡ　等、
様々な半導体拐料に適用することができる。

Ｓｉ及びＳルは、ガリウムヒ素等の■−■族化合物半導
体に注入された時にドナーとして働く不純物であシ、ま
た、液体金属イオン源よシ容易に引き出すことができる
。従って、本発明の方法に有用な不純物である。液体金
属イオン源よりＳｔイオンを発生させるには、例えばＡ
ｕ　Ｓｉ金合金イオン源物質として用いればよい。また
、Ｓｎイオンは単体Ｓｎより極めて容易に引き出せ、他
種のイオンを含まないビームが得られるので、質量分離
装置等の単離装置が不用であり、有用性が高い。

以上述べた本発明の方法は、任意の大きさのホール素子
の製造に用いることができる。しかし、微小ホール素子
、特に、磁界検出領域の大きさが１μｍ以下のホール素
子の製造に適用すると著しい効果が得られる。その理由
は、本発明の方法の所要時間が動作領域の縮小と共に短
くなること、及びこの寸法に対しては従来方法の適用が
困難になυ、本発明の方法の精度が従来方法を顕著に凌
駕する様になること、である。

本発明の方法を繰り返して用いることによシ、１つの半
導体基板上に容易に複数個のホール素子を作製できる。

また、その際、第一の方向に掃引しながら照射した後に
、これと交わる様に、第二の方向へ掃引しながらの照射
を位置を変えながら複数回行い、電流路を共有した複数
個のホール素子を、はとんど工程数を増すことなく作製
することもできる。

いづれにしても、本発明の方法に従えば、極めて簡単な
工程で高精度に、優れた特性を持つ微小ホール素子を製
造できる。さらに、本発明は従来の半導体集積回路製造
技術と組み合わせて用いることができ、微小ホール素子
を内蔵したセンサ集積回路の製造に適用しても、上述し
たのと同様な顕著な効果が得られる。

〔実施例〕

次Ｋ、本発明の方法によシ極めて簡便に優れた特性の微
小ホール素子を製造できることを示す実施例について詳
細に説明する。

（実施例１） ノンドープ半絶縁性ガリウムヒ素に１２０＆ｇＶのＳｔ
２＋イオンビーム２０を本発明の方法に従って照射し、
微小ホール素子を作製した。このＳｉ２＋イオンビーム
２０は、Ａｎ　Ｓｔ金合金イオン源物質とする液体金属
イオン源から引き出し、ＥＸＥ質量分離器によシ単離し
た後、瀞電型アインツエルレンズにより、ビーム径０．
３μｍに集束したものを用いた。この時、ビーム電流は
３５，１）Ａであった。このビームを、まず第一の方向
に２ｍψの掃引速度で６μｍに亘って掃引しながら照射
し、続いて、これに直交する方向に同じ速度で同距離掃
引しながら照射してホール素子の動作領域４０を作製し
た。次に、９００°Ｃで１分間熱処理をした後、電極を
形成してホール素子を完成した。

上記のイオン照射に要した時間は、はぼ５ｍｓであυ、
極めて単時間の内に作製工程を完了することができた。

この微小ホール素子は室温で次の様に実用的な特性を示
した。積感度は８５Ｖ／Ａ−Ｔであシ、老犬入力電流は
０．４ｍＡ　であった。従って、最大感度は３４ｍＶ／
Ｔであった。また、移動度は３．７Ｘ１０ｓＣｆｉ２／
Ｖ−５で、入力抵抗は１０＆Ωであった０（実施例２） 上記の実施例１とほぼ同様の条件で、掃引速度のみをＩ
ＣＩＩ／ＪＰとして微小ホール素子を作製した。この時
、ビーム照射時間は約２ｍｚに短縮された。この炸裂条
件では、次の特性が得られた。

積感度は４　Ｘ　１０”　Ｖ／Ａ−Ｔに増大し、移動度
も４．３×１０”　ｃｍ’／　Ｖ’ｓ　に達した。また
、老犬入力電流は０．１７ＸＡであり、最大感度は４０
ｍＶ／Ｔとなシ、実施例１の場合よりも磁界検出特性を
改善できた。しかし、入力抵抗が５０にΩを越え、実用
上大き過ぎる値となった。

（実施例３） そこで、上記実施例２の問題点を除去するため、掃引速
度を変化させて動作領域４０を作製した。即ち、２回の
照射の交点付近１μｍに亘っては１　ｃｍ乙の掃引速度
で掃引し、それ以外の部分では２１ｎｓ／Ｊ−の掃引速
度で掃引して照射した。その結果、磁界検出特性を実施
例２の値に保ったままで、入力抵抗をほぼ１０＆Ωに低
減させることができた。この例の様に、単に掃引速度を
変化させるのみでホール素子の特性を著しく改善できる
のが本発明の方法の特長である。

（実施例４） 半絶縁性ガリウムヒ素に、２００＆ａＶ　５ｒＬ２＋イ
オンビームを本発明の方法に従って照射しても、次の様
な微小ホール素子を装造することができた。

Ｇｎ２＋ビームは、Ｓｎをイオン源物質とする液体金属
イオン源より引き出し、約０．１μｍ径に集束した。そ
の際、質量分離は行つヤいない。そのため、約３０％の
ＳｒＬ＋イオンが混入していたが、特に問題にはならな
かった。ビーム電流は約５０７）Ａであった。このビー
ムを第１の方向に２Ｃ！ｌ／ＪＦの掃引速度で５μｍの
長さに掃引しながら照射し、次に、これに直交する方向
に同速度で同距離掃引しながら照射して　１ｍ、ｐ以下
の照射時間でホール素子の動作領域４０を作製した０続
いて、９００℃で５分間の熱処理を行った。

この微小ホール素子の積感度は１．２　Ｘ　１０”Ｖ／
Ａ−Ｔであり、移動度は約２．５　Ｘ　１０３ＣＩｍ”
／Ｖ・」、最大感度は約１ｏｍＶ／Ｔであった。

（実施例５） 本発明の方法は、半導体としてＳｉを用いても、その有
効性を確認できた。不純物濃度１０′５／ｃｔｍ”のル
型Ｓ１に、１００＆ａＶ、ビーム径α２μ勲　ビーム電
流２６０　ｐＡのＧａ＋イオンビーム２０を本発明の方
法に従って照射し、微小ホール素子の動作領域４０処理
を行い、電極を形成してホール素子を作製した。以上の
工程で、積感度１００Ｖ／Ａ−Ｔ　、最大感度０．８　
ｍＶ／Ｔの微小ホール素子を製造できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す説明図、第２図と第３図は
従来方法を示す説明図である。 図中、１０は半導体、１１は半導体基板、２０はイオン
ビーム、３０は磁界検知領域、４０は動作領域、４１は
活性層、５０はレジスト、Ｗは動作領域の幅、ｌは動作
領域の長さである。 第１図 （ａ）第一エネＬ （ｂ）　ＶＩニエ：ｆ−１ 第２ｖＡ １　　才！　　　　　　　　孝Ｓ　果 ４Ｙ レゾストＴ糸ム ３図 １果 欧 ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体中にホール素子の動作領域を作製する方法で
   あつて、少なくとも、前記半導体中で電気的に活性な不
   純物のイオンを含むイオンビームを集束して、前記半導
   体表面に第一の方向に掃引しながら照射する第一工程と
   、 前記イオンビームを、前記第一の方向と異 なる第二の方向に掃引しながら、前記半導体表面に照射
   する第二工程と、 から成ることを特徴とする微小ホール素子 の製造方法。 ２）特許請求の範囲第１）項記載の微小ホール素子の製
   造方法において、半導体がガリウムヒ素であることを特
   徴とする微小ホール素子の製造方法。 ３）特許請求の範囲第１）項記載の微小ホール素子の製
   造方法において、電気的に活性な不純物がＳｉまたはＳ
   ｎであることを特徴とする微小ホール素子の製造方法。 ４）特許請求の範囲第１）項記載の微小ホール素子の製
   造方法において、動作領域の幅が１μｍ以下であること
   を特徴とする微小ホール素子の製造方法。