(57)【要約】【課題】  感度の向上と消費電力の低減とが可能な半導体磁気センサを提供する。【解決手段】  再結合層４を有する高抵抗領域１の両側に設けられたアノード領域２及びカソード領域３のそれぞれについて、再結合層４との間に、アノード領域２及びカソード領域３と再結合層４とを離間する溝７を設けた。アノード領域２やカソード領域３から再結合層４へ高抵抗領域１を介さずにキャリアが直接流入することによる再結合電流が抑制されるから、感度の向上と消費電力の低減とが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた高抵抗領域と、半導体基板上において高抵抗領域に隣接して設けられた第１の導電領域と、半導体基板上において高抵抗領域に隣接しかつ第１の導電領域から離間して設けられ第１の導電領域とは多数キャリアが異なる第２の導電領域とを備え、高抵抗領域において第１の導電領域と第２の導電領域とが並ぶ方向に沿った少なくとも一面に、キャリアを再結合させる再結合層を設けるとともに、少なくとも一方の導電領域と再結合層との間に、導電領域と再結合層とを離間する離間手段を設けたことを特徴とする半導体磁気センサ。
【請求項２】
離間手段として、少なくとも一方の導電領域と再結合層との間に溝を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体磁気センサ。
【請求項３】
再結合層を、高抵抗領域において第１の導電領域と第２の導電領域とが並ぶ方向に沿った一面に設けた凹部の底面に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体磁気センサ。
【請求項４】
離間手段として、高抵抗領域の再結合層が設けられた面を第１の導電領域と第２の導電領域とのいずれよりも突出させる段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体磁気センサ。
【請求項５】
高抵抗領域において半導体基板に対して反対側の面に再結合層を設けたことを特徴とする請求項４記載の半導体磁気センサ。
【請求項６】
高抵抗領域の再結合層が設けられた面の、第１の導電領域と第２の導電領域とのうち正孔を多数キャリアとする一方の導電領域に対する突出寸法を、他方の導電領域に対する突出寸法よりも小さくしたことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の半導体磁気センサ。
【請求項７】
高抵抗領域の再結合層が設けられた面の、第１の導電領域及び第２の導電領域に対する突出寸法を、第１の導電領域と第２の導電領域とのうち正孔を多数キャリアとする一方の導電領域から他方の導電領域に向かって次第に大きくする傾斜面を、高抵抗領域に設けたことを特徴とする請求項６記載の半導体磁気センサ。
【請求項８】
高抵抗領域の再結合層が設けられた面の、第１の導電領域及び第２の導電領域に対する突出寸法を、第１の導電領域と第２の導電領域とのうち正孔を多数キャリアとする一方の導電領域から他方の導電領域に向かって大きくする少なくとも１個の段を、高抵抗領域に設けたことを特徴とする請求項６記載の半導体磁気センサ。
【請求項９】
高抵抗領域において半導体基板に沿った方向での端面に再結合層を設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の半導体磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果を利用して磁気を検出する半導体磁気センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁気抵抗効果を利用して磁気を検出する半導体磁気センサが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の磁気センサは、図７に示すように、例えば真性半導体領域であるｉ型半導体領域からなる高抵抗領域１と、例えばｐ＋型半導体領域からなり高抵抗領域１に隣接して設けられた第１の導電領域としてのアノード領域２と、例えばｎ＋型半導体領域からなり高抵抗領域１を挟んでアノード領域２の反対側において高抵抗領域１に隣接して設けられた第２の導電領域としてのカソード領域３とが半導体基板上に設けられてなる。高抵抗領域１においてアノード領域２とカソード領域３とが並ぶ方向に沿った一面には、例えば欠陥を設けることにより、キャリアが再結合しやすい再結合層４が設けられている。上記の高抵抗領域１、アノード領域２、カソード領域３は、例えばＳＯＩ基板において酸化膜層５によって隔てられた２個の活性層６の一方に、エッチングや不純物拡散等の半導体プロセスを施すことによって形成されている。
【０００４】
この磁気センサの動作を説明する。アノード領域２とカソード領域３との間に順方向に電圧を加えると、アノード領域２からキャリアとしての正孔が、カソード領域３からキャリアとしての電子が、それぞれ高抵抗領域１に注入されることによって電流が流れる。キャリアの一部は再結合層４に流入して再結合する。
【０００５】
このとき、電流の向きに交差する向きの磁界が磁気センサの周囲に存在すると、キャリアはローレンツ力により曲げられる。さらに、上記磁界の向きが矢印Ｈ１で示すように再結合層４に沿った向きであって電流の向きに対して左向き（図７の左下―右上方向）であれば、キャリアは再結合層４向きのローレンツ力を受けるから、再結合層４に流入して再結合するキャリアが増加することにより、アノード領域２とカソード領域３との間の電流が減少（電気抵抗が増大）する。逆に、磁界の向きが電流の向きに対して右向き（図７の右上―左下方向）であれば、キャリアは再結合層４から離れる向きのローレンツ力を受けるから、再結合層４に流入するキャリアが減少することにより、アノード領域２とカソード領域３との間の電流が増加（電気抵抗が減少）する。すなわち、アノード領域２とカソード領域３との間の電流に基いて磁界の向きや強さを検出することができる。
【特許文献１】特開２００２−１３４７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来は、アノード領域２及びカソード領域３をそれぞれ再結合層４に隣接させていたために、アノード領域２及びカソード領域３からキャリアが直接再結合層４に流入し、磁界の向きや強さに関わらず常に再結合が発生することとなり、この再結合による再結合電流が、感度の低下や消費電力の増大を招いていた。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、感度の向上と消費電力の低減とが可能な磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、半導体基板上に設けられた高抵抗領域と、半導体基板上において高抵抗領域に隣接して設けられた第１の導電領域と、半導体基板上において高抵抗領域に隣接しかつ第１の導電領域から離間して設けられ第１の導電領域とは多数キャリアが異なる第２の導電領域とを備え、高抵抗領域において第１の導電領域と第２の導電領域とが並ぶ方向に沿った少なくとも一面に、キャリアを再結合させる再結合層を設けるとともに、少なくとも一方の導電領域と再結合層との間に、導電領域と再結合層とを離間する離間手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、少なくとも一方の導電領域と再結合層とが離間されるために、導電領域から再結合層へ高抵抗領域を介さずにキャリアが直接流入することによる再結合電流が抑制されるから、感度の向上と消費電力の低減とが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、離間手段として、少なくとも一方の導電領域と再結合層との間に溝を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、再結合層を、高抵抗領域において第１の導電領域と第２の導電領域とが並ぶ方向に沿った一面に設けた凹部の底面に設けたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、凹部を設けない場合に比べ、再結合層の厚さ方向における高抵抗領域の寸法が小さくなり、キャリアが再結合層に流入しやすくなるから、感度の向上が可能となる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、離間手段として、高抵抗領域の再結合層が設けられた面を第１の導電領域と第２の導電領域とのいずれよりも突出させる段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、高抵抗領域において半導体基板に対して反対側の面に再結合層を設けたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、エッチングによって段を容易に形成することができる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５の発明において、高抵抗領域の再結合層が設けられた面の、第１の導電領域と第２の導電領域とのうち正孔を多数キャリアとする一方の導電領域に対する突出寸法を、他方の導電領域に対する突出寸法よりも小さくしたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、移動度が電子に比べて小さい正孔をキャリアとする一方の導電領域を、他方の導電領域よりも再結合層に近い位置に配置することにより、前記一方の導電領域と再結合層との距離を、前記他方の導電領域と再結合層との距離と同じにする場合に比べ、感度を向上することができる。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、高抵抗領域の再結合層が設けられた面の、第１の導電領域及び第２の導電領域に対する突出寸法を、第１の導電領域と第２の導電領域とのうち正孔を多数キャリアとする一方の導電領域から他方の導電領域に向かって次第に大きくする傾斜面を、高抵抗領域に設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項６の発明において、高抵抗領域の再結合層が設けられた面の、第１の導電領域及び第２の導電領域に対する突出寸法を、第１の導電領域と第２の導電領域とのうち正孔を多数キャリアとする一方の導電領域から他方の導電領域に向かって大きくする少なくとも１個の段を、高抵抗領域に設けたことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、請求項７の発明に比べ、製造が容易となる。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれかの発明において、高抵抗領域において半導体基板に沿った方向での端面に再結合層を設けたことを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、半導体基板に交差する向きの磁界を検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、少なくとも一方の導電領域と再結合層との間に設けた離間手段によって、少なくとも一方の導電領域と再結合層とを離間したので、導電領域から再結合層へ高抵抗領域を介さずにキャリアが直接流入することによる再結合電流が抑制されるから、感度の向上と消費電力の低減とが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、ＳＯＩ基板において酸化膜層５によって隔てられた２個の活性層６の一方に、高抵抗領域１と、高抵抗領域１に隣接して設けられ正孔を多数キャリアとする第１の導電領域としてのアノード領域２と、高抵抗領域１を挟んでアノード領域２の反対側において高抵抗領域１に隣接して設けられ電子を多数キャリアとする第２の導電領域としてのカソード領域３とが設けられてなる。つまり、他方の活性層６と酸化膜層５とが請求項の記載における半導体基板となっている。高抵抗領域１において、酸化膜層５の反対側へ向けられた面（図１の上面）には、キャリアが再結合しやすい再結合層４が設けられている。
【００２６】
また、高抵抗領域１とアノード領域２とカソード領域３との周囲の活性層は、エッチングにより除去されている。この際のエッチングの方法としては、水酸化カリウム水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液等のアルカリ水溶液による結晶異方性エッチングや、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を採用することができる。上記２種類の方法のうちでは、反応性イオンエッチングのほうが、エッチング後の端面を酸化膜層５に対して垂直とすることによる小型化が可能であるので望ましい。なお、高抵抗領域１とアノード領域２とカソード領域３との周囲の活性層の除去は必ずしも必要ではない。上記活性層を除去しない場合、イオン注入や部分酸化を施すことによって高抵抗領域１とアノード領域２とカソード領域３との周囲を高抵抗領域１よりもさらに高抵抗とし、高抵抗領域１以外への電流の流出を防止することが望ましい。
【００２７】
高抵抗領域１としては、例えば真性半導体領域であるｉ型半導体領域や、ｎ−型半導体領域や、ｐ−型半導体領域を用いることができる。アノード領域２は、例えばｐ＋型半導体領域からなる。カソード領域３は、例えばｎ＋型半導体領域からなる。
【００２８】
再結合層４は、例えば金や白金などをイオン注入や拡散で高抵抗領域１に添加することや、高抵抗領域１の表面に欠陥を設けることによって形成することができる。高抵抗領域１に欠陥を設ける方法としては、例えばアルゴンガス環境下でのアルゴンのイオンによるスパッタリングを用いてもよいし、薬品を使用する化学的手段を用いてもよいし、スパッタリングと化学的手段とを組合わせて用いてもよい。ここで、スパッタリングによって欠陥を設ける場合、経時変化により欠陥が修復されやすいので、修復を抑制するためにスパッタリング時に酸素を導入したりスパッタリング後に加熱するなどして欠陥付近を酸化させることが望ましい。
【００２９】
そして、再結合層４とアノード領域２との間と、再結合層４とカソード領域３との間とには、それぞれ離間手段としての溝７を設けてある。溝７の深さ寸法は、再結合層４の厚さ寸法よりも大きくしてある。
【００３０】
上記構成によれば、再結合層４とアノード領域２との間と、再結合層４とカソード領域３との間とがそれぞれ溝７によって隔てられているため、アノード領域２やカソード領域３からキャリアが直接再結合層４に流入することが防止される。したがって、アノード領域２とカソード領域３との間での電流や電気抵抗の磁界に対する依存性が高くなるから、感度を向上することができる。また、磁界の向きや強さによらない再結合電流が抑制されるから、消費電力の低減が可能となる。
【００３１】
なお、溝７は、再結合層４とアノード領域２との間と、再結合層４とカソード領域３との間との両方に設ける必要は必ずしもなく、一方のみに設けてもよい。上記２箇所のうち一方のみに溝７を設ける場合、電子のほうが正孔よりも移動度が高く再結合層４に流入しやすいことから、再結合層４とカソード領域３との間に溝７を設けることが望ましい。
【００３２】
また、ＳＯＩ基板を用いる代わりに、高抵抗領域１とアノード領域２とカソード領域３とを絶縁膜によって半導体基板の他の部位から電気的に分離するいわゆるＤＩ基板を用いてもよい。または、シリコンと格子定数の合う絶縁基板（例えばサファイア基板やシリコン基板）上にエピタキシャル成長させた単結晶のシリコン層に高抵抗領域１やアノード領域２やカソード領域３を設けてもよい。
【００３３】
さらに、図２に示すように高抵抗領域１に凹部を設け、凹部の底面に再結合層４を設けてもよい。凹部は例えばエッチングによって形成することができる。この構成を採用すれば、高抵抗領域１の厚さ寸法が小さくなることにより、キャリアが再結合層４に流入しやすくなるから、感度が向上する。また、凹部を形成するエッチングの前に、高抵抗領域１において凹部を形成する面に酸化膜を設けてもよい。ここで、例えば熱酸化法を用いてシリコン基板に酸化膜を設けた場合、酸化膜は、膜厚の約５５％がシリコン基板表面の上方に形成され、膜厚の約４５％がシリコン基板表面の下方に形成されることが知られている。したがって、膜厚が制御された酸化膜をエッチングで除去することにより凹部を設ければ、凹部の深さ寸法を制御することができる。
【００３４】
（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本実施形態は、溝７を設ける代わりに、図３に示すように、高抵抗領域１の再結合層４が設けられた面をアノード領域２やカソード領域３よりも突出させる離間手段としての段８を設けたことを特徴とする。アノード領域２とカソード領域３とのいずれに対しても、高抵抗領域１の突出寸法は再結合層４の厚さ寸法よりも大きくしてある。上記の段８は、例えばアノード領域２及びカソード領域３に対してそれぞれエッチングを施して厚さ寸法を小さくすることによって形成することができる。
【００３６】
上記構成によれば、段８によってアノード領域２やカソード領域３が再結合層４から離れるから、実施形態１と同様に、アノード領域２やカソード領域３からキャリアが直接再結合層４に流入することが防止されるので、感度の向上及び消費電力の低減が可能となる。
【００３７】
なお、図４に示すように、高抵抗領域１の再結合層４が設けられた面のアノード領域２及びカソード領域３に対する突出寸法をアノード領域２からカソード領域３に向かって次第に大きくする傾斜面を、高抵抗領域１に設けてもよい。上記の傾斜面を設ける方法としては、例えば光の強度分布がグラデーション状となるような露光を施したレジストを用いたドライエッチングを採用することができる。この構成を採用すれば、移動度が電子に比べて小さい正孔をキャリアとするアノード領域２を、カソード領域３よりも再結合層４に近い位置に配置することにより、アノード領域２と再結合層４との距離を、カソード領域３と再結合層４との距離と同じにする場合に比べ、感度を向上することができる。
【００３８】
または、図５に示すように、高抵抗領域１の再結合層４が設けられた面のアノード領域２及びカソード領域３に対する突出寸法を、アノード領域２からカソード領域３に向かって大きくする段９を、高抵抗領域１に設けてもよい。上記の段９は例えばエッチングによって形成することができる。この構成を採用すれば、図４の例と同様に感度向上の効果が得られる。また、図４の例と違って製造に特殊な技術を必要としないので、製造が容易である。
【００３９】
さらに、実施形態１や本実施形態において、高抵抗領域１において酸化膜層５に沿った端面に再結合層４を設けてもよい。この構成を本実施形態に適用した例を図６に示す。この場合、溝７や段８は、再結合層４を設けた側の端面に設ける。この構成を採用すれば、矢印Ｈ２で示すように酸化膜層５に交差する方向（図６の上下方向）の磁界を検出することができる。そして、それぞれ図１〜図５に示すように酸化膜層５に沿った方向であって互いに交叉する方向の磁界を検出する２個の半導体磁界センサと、図６に示すように酸化膜層５に交差する方向の磁界を検出する半導体磁界センサとを、共通の半導体基板に形成するなどして組合わせて用いれば、３軸方向の磁界を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態１を示す斜視図である。
【図２】同上の別の形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態２を示す斜視図である。
【図４】同上の別の形態を示す斜視図である。
【図５】同上の更に別の形態を示す斜視図である。
【図６】同上の別の形態を示す斜視図である。
【図７】従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  高抵抗領域
２  アノード領域
３  カソード領域
４  再結合層
５  酸化膜層
６  活性層
７  溝
８  段
【図１】
2006140419.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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