(57)【要約】  本発明は、ウェハ上で感度調整が可能で、かつ量産性に優れた特性バラツキの小さい磁気センサに関する。磁気センサは、基板（２６）に設けられた化合物半導体からなる十字形状パターンの感磁部（２１）を備えている。この感磁部（２１）は、入力端子（２１ａ，２１ｂ）と出力端子（２１ｃ，２１ｄ）とを備え、入力端子（２１ａ，２１ｂ）の少なくとも一方の入力端子（２１ａ）に、化合物半導体を有するトリミング部（２３）が接続電極（２４）を介して直列接続されている。接続電極（２４）を介して感磁部（２１）に直列接続されたトリミング部（２３）を、ウェハプロービング（電気的検査）を行いながら、レーザートリミングすることにより、定電圧感度の調整を可能とした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた化合物半導体からなる感磁部を備えた磁気センサにおいて、
前記感磁部は、入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子の少なくとも一方の入力端子に、前記化合物半導体を有するトリミング部が接続電極を介して直列接続されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記トリミング部は、トリミング層と、該トリミング層上に設けられた第１の化合物半導体層とを備え、該第１の化合物半導体層は、トリミング用レーザー光が透過する材料であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記トリミング部は、トリミング層と、該トリミング層下に設けられた第２の化合物半導体層とを備え、該第２の化合物半導体層は、トリミング用レーザー光が透過する材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１及び第２の化合物半導体層がＡｌＧａＡｓＳｂ層からなり、前記トリミング層がＩｎＡｓ層からなることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体からなる感磁部を備えた磁気センサに関し、より詳細には、感磁部と感度の調整を可能とするトリミング部とを備えた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、磁気センサは、電流検出素子や位置検出素子などに広く応用されており、近年では、高精度化が進むとともに、磁気センサの特性（感度及びオフセット電圧）に対して、ばらつき低減の要求が強まってきている。通常は、磁気センサが実装されるセンサモジュールの回路上で、可変抵抗などにより特性調整されるが、ウェハ上で磁気センサのばらつきを低減することができれば、回路上での個々の調整が簡略化され、低コスト化及び小型軽量化が可能となる。【０００３】
図１Ａ及び図１Ｂは、従来の磁気センサを説明するための構成図で、図１Ａは上面図、図１Ｂは図１ＡにおけるＩＢ−ＩＢ’線断面図、図２は図１Ａの等価回路を示す回路図である。図中符号１は感磁部、１ａ，１ｂは感磁部の入力端子、１ｃ，１ｄは感磁部の出力端子、２はボンディング電極パッド、５は保護層、６は基板を示している。【０００４】
従来の磁気センサは、図１Ａ及び図１Ｂに示されているように、基板６に設けられた化合物半導体からなる十字形状パターンの感磁部１を有している。この感磁部１は、図２に示されているように、ブリッジ回路を構成し、入力端子１ａ，１ｂと出力端子１ｃ，１ｄとを備えている。これらの入力端子１ａ，１ｂと出力端子１ｃ，１ｄにはそれぞれボンディング電極パッド２が接続されている。また、感磁部１上には保護層５が設けられている。【０００５】
このような構成の従来の磁気センサは、トリミング部を有していないため、図２に示されているように、感磁部１の入力端子１ａ，１ｂ間には定電圧Ｖｉｎがそのまま印加される。磁気センサの定電圧感度は、化合物半導体の移動度及び感磁部１の形状（長さと幅の比）と定電圧Ｖｉｎで決定されるため、素子間（ウェハ面内及びウェハ間）における半導体層の移動度及び感磁部形状のばらつきが、そのまま定電圧感度のばらつきとなるため定電圧感度を調整することはできない。【０００６】
このような磁気センサの特性ばらつきを低減させる方法としては、例えば、特許文献１及び２に示されるようなトリミングを磁気センサに施すことが知られている。特許文献１に記載のものは、不平衡電圧が小さいホール素子に関するもので、ホール電圧端子間の電圧を測定しながら、ホール電圧端子と取付部に必要な量だけスリットを入れる方法、及び感磁部に金属めっきする方法が採られており、そのような方法によりオフセット電圧を調整している。【０００７】
図３は、上述した特許文献１に記載されている磁気センサの等価回路を示す回路図で、図中符号１１ａ，１１ｂは感磁部の入力端子、１１ｃ，１１ｄは感磁部の出力端子を示している。この特許文献１には、感磁部をトリミングすることによりオフセット電圧を調整できることが記載されているが、感磁部（ブリッジ回路）に印加される電圧Ｖｉｎは一定であるために定電圧感度を調整することはできない。【０００８】
また、特許文献２に記載のものは、スピードセンサや磁気エンコーダに用いられる磁気センサに関するもので、磁気抵抗素子におけるブリッジを構成する抵抗体にレーザー照射することによりトリミングしてオフセット電圧を調整している。【０００９】
このように、上述した特許文献１及び２に記載のいずれの方法において、オフセット電圧をウェハ上で調整することは可能であるが、感度の調整を行うことは不可能であった。【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ウェハ上で感度の調整が可能で、かつ量産性に優れた特性バラツキの小さい磁気センサを提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭５５−１３４９９２号公報
【特許文献２】特開平１−１９９１８０号公報
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、基板に設けられた化合物半導体からなる感磁部を備えた磁気センサにおいて、前記感磁部は、入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子の少なくとも一方の入力端子に、前記化合物半導体を有するトリミング部が接続電極を介して直列接続されていることを特徴とする（図６の実施例１に相当）。
【００１３】
また、前記トリミング部は、トリミング層と、該トリミング層上に設けられた第１の化合物半導体層とを備え、該第１の化合物半導体層は、トリミング用レーザー光が透過する材料であることを特徴とする（図７の実施例２に相当）。
【００１４】
また、前記トリミング部は、トリミング層と、該トリミング層下に設けられた第２の化合物半導体層とを備え、該第２の化合物半導体層は、トリミング用レーザー光が透過する材料であることを特徴とする（図１２の実施例３に相当）。
【００１５】
また、前記第１及び第２の化合物半導体層がＡｌＧａＡｓＳｂ層からなり、前記トリミング層がＩｎＡｓ層からなることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、磁気センサの感磁部の入力端子に、感磁部と同じ化合物半導体を有するトリミング部が接続電極を介して直列に接続し、ウェハプロービング（電気的検査）を行いながら、レーザートリミングを用いてトリミング部の抵抗値を変化させることにより、感度の調整が可能となり、量産性に優れた特性バラツキの小さい磁気センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、従来の磁気センサを説明するための構成図で、上面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡにおけるＩＢ−ＩＢ’線断面図である。
【図２】図２は、図１Ａの等価回路を示す回路図である。
【図３】図３は、特許文献１に記載されている磁気センサの等価回路を示す回路図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の磁気センサの実施形態を説明するための構成図で、上面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の磁気センサの実施形態を説明するための構成図で、図４ＡにおけるＩＶＢ−ＩＶＢ’線断面図である。
【図５】図５は、図４Ａの等価回路を示す回路図である。
【図６】図６は、本発明の磁気センサにおける基板とトリミング部の実施例１を示す構成図である。
【図７】図７は、本発明の磁気センサにおける基板と第１の化合物半導体層を備えたトリミング部の実施例２を示す構成図である。
【図８Ａ】図８Ａは、低パワーでトリミングされたＩｎＡｓ層断面の概念図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、高パワーでトリミングされたＩｎＡｓ層断面の概念図である。
【図９Ａ】図９Ａは、低パワーでトリミングされたＩｎＡｓ層断面の概念図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、高パワーでトリミングされたＩｎＡｓ層断面の概念図である。
【図１０】図１０は、トリミング部カット率と定電圧感度変化率との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、カット幅と感磁部幅の比率を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の磁気センサにおける基板と第１及び第２の化合物半導体層を備えたトリミング部の実施例３を示す構成図である。
【図１３】図１３は、低パワーのレーザー光でもＩｎＡｓ層全体が溶融・固化する様子を示す図である。
【図１４】図１４は、トリミング部カット率と定電圧感度変化率との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の磁気センサにおける実施例４を示す構成図である。
【図１６】図１６は、図１５の等価回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の磁気センサの実施形態を説明するため構成図で、図４Ａは上面図、図４Ｂは図４ＡにおけるＩＶＢ−ＩＶＢ’線断面図で、図５は図４Ａの等価回路を示す回路図である。図中符号２１は感磁部、２１ａ，２１ｂは感磁部の入力端子、２１ｃ，２１ｄは感磁部の出力端子、２２はボンディング電極パッド、２３はトリミング部、２４は接続電極、２５は保護層、２６は基板を示している。
【００１９】
本発明の磁気センサは、基板２６に設けられた化合物半導体からなる十字形状パターンの感磁部２１を備えている。この感磁部２１は、入力端子２１ａ，２１ｂと出力端子２１ｃ，２１ｄとを備え、入力端子２１ａ，２１ｂの少なくとも一方の入力端子２１ａに、化合物半導体を有するトリミング部２３が接続電極２４を介して直列接続されている。
【００２０】
このような構成により、トリミング部２３と感磁部２１は接続電極２４を介して直列接続されており、例えば、レーザートリミングによりトリミング部２３の抵抗値Ｒを調整することにより、磁気センサに印加される電圧は一定であるが、直列に接続されているトリミング部２３と感磁部２１の抵抗値Ｒの比を変えることにより、感磁部２１に印加される電圧を任意に調整することができる。
【００２１】
つまり、定電圧感度などの電気特性をウェハプロービングで測定する際、定電圧感度をモニタしながら、トリミング部２３の抵抗値Ｒを変化させることにより、移動度及び感磁部２１の形状に起因した磁気センサ間での感度ばらつきを一定値に調整することが可能となる。このように、図３に示されている従来の磁気センサの等価回路と、図５に示されている本発明の磁気センサの等価回路とを比較すると、従来のものが、感磁部（ブリッジ回路）１に印加される電圧は一定であるため定電圧感度を調整することができないのに対して、本発明のものは、感磁部（ブリッジ回路）２１に印加される電圧をトリミング部２３の抵抗値Ｒを変化させることにより任意に調整することができる点が相違している。
【実施例１】
【００２２】
図６は、本発明の磁気センサにおける基板とトリミング部の実施例１を示す構成図で、図中符号２６はＧａＡｓ基板、２８はＩｎＡｓ層（トリミング層）を示している。なお、ＩｎＡｓ層（トリミング層）２８は、図４におけるトリミング部２３に対応している。【００２３】
本発明のトリミング部２３の材料としては、感磁部２１と同一の化合物半導体であれば特に限定されるものではない。ＧａＡｓやＳｉなどの基板２６上に、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法やＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法により化合物半導体薄膜を形成する方法や、化合物半導体のＧａＡｓ基板、例えば、ＧａＡｓ基板にＳｉなどをイオン注入し、その後、活性化アニールすることによりトリミング部を形成する方法がある。【００２４】
酸化シリコンや窒化シリコンなどの保護層２５で覆われたトリミング部２３にレーザー光を照射すると、レーザー光は、保護層２５を透過して、トリミング層２８で吸収され、このトリミング層２８が溶融・固化することにより抵抗値Ｒが変化する。本発明においては、トリミング層材料が化合物半導体であるために、メタル材料を蒸発させリンク除去する、一般的なトリミング方法と異なり、完全に除去することなくとも保護層２５へのダメージを抑制しながらトリミングすることが可能となる。【００２５】
保護層２５は、水分などの外部雰囲気による化合物半導体層の腐食を抑制する役割があり、信頼性の高いデバイスとするためには必要である。レーザートリミングをした後に、保護層２５を形成することも不可能ではないが、保護層２５を形成する工程での熱履歴によりトリミングにより調整した特性がシフトしてしまう可能性があり、特性ばらつき低減に適していないこと、工程の途中でトリミングするためデバイス完成後のウェハ検査時にトリミングする場合と比較してプロービング回数が増えること、保護層２５のない状態でトリミングをするとＡｓなどが飛散する可能性があり、環境に対して適していないことから、保護層２５を形成した状態で、つまりデバイス完成後にトリミングすることが好ましい。【００２６】
トリミング部２３の層構造は、化合物半導体の単層構造でも良いし、積層構造（多層構造）でも良く、特に限定されるものではないが、トリミング用レーザー光が吸収されるトリミング層の上にトリミング用レーザー光が透過する第１の化合物半導体層を備えることが好ましい（後述する実施例２参照）。また、トリミング用レーザー光が吸収されるトリミング層の下にトリミング用レーザー光が透過する第２の化合物半導体層を備えることがさらに好ましい（後述する実施例３参照）。
【実施例２】
【００２７】
図７は、本発明の磁気センサにおける基板とトリミング部の実施例２を示す構成図で、図中符号２６はＧａＡｓ基板、３８はＩｎＡｓ層（トリミング層)、３９はＡｌＧａＡｓＳｂ層（第１の化合物半導体層）を示している。なお、ＩｎＡｓ層（トリミング層）３８とＡｌＧａＡｓＳｂ層（第１の化合物半導体層）３９は、図４におけるトリミング部２３に対応している。【００２８】
保護層２５で覆われたトリミング部２３にレーザー光を照射すると、レーザー光は、保護層２５、第１の化合物半導体層３９を透過して、トリミング層３８で吸収され、このトリミング層３８が溶融・固化することにより抵抗値Ｒが変化する。保護層２５とトリミング層３８が接していると、トリミング層３８の溶融・固化時に保護層２５にストレスがかかるが、トリミング用レーザー光が透過し吸収されない第１の化合物半導体層３９をトリミング層３８と保護層２５の間に備えることにより保護層２５へのストレスを抑制することができる。【００２９】
トリミングされたＩｎＡｓ層断面の概念図を図８Ａ及び図８Ｂ（実施例１）、図９Ａ及び図９Ｂ（実施例２）に示す。低パワーでのトリミングでは、いずれの構造においても保護層にストレスがほとんどかかることなく抵抗を変化させることができるが、ＩｎＡｓ層のより深い部分まで溶融・固化し抵抗変化率を高めるために高パワーでトリミングすると、図８Ａ及び図８Ｂの構造においては、溶融・固化される部分と保護層が接しているために保護層へのストレスが大きくクラックが入り品質が劣化することもある。それに対して、図９Ａ及び図９Ｂの構造においては、保護層とトリミング層の間に第１の化合物半導体層が存在することにより、高パワーにおいても保護層へのストレスが低減されトリミングが可能となる。第１の化合物半導体層はレーザー光を吸収しない禁制帯幅であり、またトリミング層に対して十分に高抵抗な材料である。【００３０】
本発明におけるトリミング部カット率と定電圧感度変化率との関係を図１０に示す（カット率：図１１に示すカット幅と感磁部幅の比率）。レーザー出力により定電圧感度変化率は異なり、カット率０〜７５％の範囲における感度調整幅（定電圧感度変化率）は、レーザー出力が０．０７μＪで５％、０．３０μＪで１７％であった。
【実施例３】
【００３１】
図１２は、本発明の磁気センサにおける基板とトリミング部の実施例３を示す構成図で、図中符号２６はＧａＡｓ基板、４７は下部ＡｌＧａＡｓＳｂ層（第２の化合物半導体層）、４８はＩｎＡｓ層（トリミング層)、４９は上部ＡｌＧａＡｓＳｂ層（第１の化合物半導体層）を示している。なお、下部ＡｌＧａＡｓＳｂ層（第２の化合物半導体層）４７とＩｎＡｓ層（トリミング層）４８と上部ＡｌＧａＡｓＳｂ層（第１の化合物半導体層）４９は、図４におけるトリミング部２３に対応している。上部ＡｌＧａＡｓＳｂ層の表面酸化を防止するために、その上に、さらにＧａＡｓ層を形成すると品質的に好ましい。【００３２】
第２の化合物半導体層４７は、トリミング用レーザー光が透過する、すなわち、吸収されない材料を選定することにより、トリミング層４８のみでレーザー光が吸収されるので低パワーのレーザー光で効率的にトリミングすることができる。また、第２の化合物半導体層４７の材料としては、トリミング層４８の材料と格子定数の近いものを選定することが好ましい。【００３３】
以下に具体例を用いて説明する。
ＧａＡｓ基板２６上に、トリミング層４８として直接ＩｎＡｓ層を形成する場合、ＧａＡｓとＩｎＡｓの格子定数が大きく異なるため、高品質なＩｎＡｓ層とするためには３００ｎｍ以上を形成する必要があり、ＩｎＡｓ層全体をトリミングして高抵抗化するには、高パワーのレーザー光が必要となる。それに対して、ＧａＡｓ基板２６上にＩｎＡｓと格子定数の近いＡｌＧａＡｓＳｂ層を形成してから、その上にＩｎＡｓ層を形成することにより、薄くても高品質なトリミング層（ＩｎＡｓ層）４８を形成することができる。ＩｎＡｓ層の上下に格子定数の近いＡｌＧａＡｓＳｂ層を備えた構造において、高性能な磁気センサを作製するために、また、低パワーで保護層にダメージを与えることなくトリミングするためには、ＩｎＡｓ層の厚さは１〜２００ｎｍが好ましく、生産上は３０〜１００ｎｍがさらに好ましい。ＧａＡｓ基板２６上にトリミング層４８を直接形成する場合と比較して、ＩｎＡｓ層を薄くすることができ、図１３に示されるように、低パワーのレーザー光でもＩｎＡｓ層全体が溶融・固化し、トリミング部の抵抗値を効率的に調整することができる。低パワーでトリミングできると溶融・固化される面積を小さくし、トリミング部の長さを短くできるのでペレットサイズを小さくすることが可能でありコスト的にも有利である。また、本発明におけるトリミング部カット率と定電圧感度変化率との関係を図１４に示す。カット率０〜７５％の範囲における感度調整幅（定電圧感度変化率）は、レーザー出力０．０７μＪにおいて３５％であった。ＩｎＡｓ膜が厚い場合（実施例２）と比較して、感度調整幅が広いことがわかる。言い換えると短いカット長で特性調整が可能である。したがって、トリミング層の上下に、トリミング用レーザー光を透過して、かつトリミング層と格子定数の近い化合物半導体層を備えた積層構造はトリミング部の構造として適している。【００３４】
以下に図１２に基づいて、本発明におけるＭＢＥ法により形成される化合物半導体積層構造について説明する。この化合物半導体積層構造４７，４８，４９は、先ず、ＧａＡｓ基板２６上に順次、５００ｎｍの下部ＡｌＧａＡｓＳｂ層４７と、５０ｎｍのＩｎＡｓ層４８と、５０ｎｍの上部ＡｌＧａＡｓＳｂ層４９と、さらにその上にＡｌＧａＡｓＳｂの酸化防止層として１０ｎｍのＧａＡｓ層を形成する。その後、リソグラフィー、エッチングなどのプロセス技術を用いて、これら化合物半導体積層構造４７，４８，４９を感磁部２１及びトリミング部２３とした図４に示される磁気センサを作製した。化合物半導体積層構造の構成材料の禁制帯幅は、ＡｌＧａＡｓＳｂ層４７，４９が１．３ｅＶ、ＩｎＡｓ層４８が０．３６ｅＶ、ＧａＡｓ層が１．４３ｅＶである。【００３５】
次に、この磁気センサに対するトリミング方法について説明する。  
定電圧感度を調整するため、ウェハ上の磁気センサに磁場を印加することができるよう電磁コイルを内蔵したウェハトリミング装置を用いた。トリミング用レーザーとしては、化合物半導体積層構造のＧａＡｓ層及びＡｌＧａＡｓＳｂ層４７，４９を透過し、かつＩｎＡｓ層４８で吸収される波長１０６４ｎｍ（１．１７ｅＶ）のＹＡＧレーザーを用いた。定電圧感度をモニタしながら、トリミング部２３にレーザー光を照射して特性調整を行った結果を以下に説明する。【００３６】
トリミング前の定電圧感度（入力電圧３Ｖ、印加磁場５０ｍＴ）が、ウェハ全面（素子数５００００個）での平均が１２０ｍＶ、標準偏差σが５ｍＶであったのに対して、定電圧感度が１０５ｍＶとなるようにトリミングしたところ、平均が１０５ｍＶ、標準偏差σが０．４ｍＶとなった。ウェハ面内のばらつきを＜３σ／平均＞で表すと、トリミング前の１２．５％から１．１％へと１桁以上のばらつき改善であった。【００３７】
以上説明したように、接続電極２４を介して感磁部２１に直列に接続されたトリミング部２３を、ウェハプロービング（電気的検査）を行いながら、レーザートリミングすることにより、定電圧感度の調整が可能となり、量産性に優れた特性バラツキの小さい磁気センサを提供することができる。
【実施例４】
【００３８】
図１５は、本発明の磁気センサにおける実施例４を示す構成図で、図１６は等価回路である。感磁部の入力端子にトリミング部を並列に接続することにより定電流感度が調整可能となる。【００３９】
実施例３と同じ膜構造で図１５のホール素子を作製した。定電流感度をモニタしながら、トリミング部２３にレーザー光を照射して特性調整を行った結果を以下に説明する。【００４０】
トリミング前の定電流感度（入力電流５ｍＡ、印加磁場５０ｍＴ）が、ウェハ全面（素子数５００００個）での平均が１４５ｍＶ、標準偏差σが７ｍＶであったのに対して、定電流感度が１７０ｍＶとなるようにトリミングしたところ、平均が１７０ｍＶ、標準偏差σが０．９ｍＶとなった。ウェハ面内のばらつきを＜３σ／平均＞で表すと、トリミング前の１４．４％から１．６％へと約１桁のばらつき改善であった。【００４１】
以上説明したように、感磁部３１に並列に接続されたトリミング部３３を、ウェハプロービング（電気的検査）を行いながら、レーザートリミングすることにより、定電流感度の調整が可能となり、量産性に優れた特性バラツキの小さい磁気センサを提供することができる。符号３２はボンディング電極パッドを示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
2011001667.tif 000023
2011001667.tif 000024