(57)【要約】【課題】小型、薄型でかつ極めて高い感度と測定精度を有するワンパッケージ化されたハイブリッド磁気センサ、ならびにその製造方法を提供する。【解決手段】集積回路部分が形成された基板１上に、センサ部を構成している化合物半導体素子２が形成され、さらに絶縁層３を介して、該センサ部の上部に被検知部分から発生する磁束を収束させる磁束収束板４を形成させることにより、小型でかつ、これまでにない高感度なハイブリッド磁気センサを実現できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ部と該センサ部から出力される信号を処理する集積回路とを有するハイブリッド磁気センサにおいて、前記集積回路が形成された基板上に、化合物半導体からなる前記センサ部と、被検知部分から発生する磁束を収束させる磁束収束板が形成されていることを特徴とするハイブリッド磁気センサ。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド磁気センサにおいて、第一基板に前記集積回路が形成され、前記集積回路上に第二基板が配置され、該第二基板上に化合物半導体からなる前記センサ部が形成され、さらに前記センサ部および前記第二基板の上に前記磁束収束板が形成されていることを特徴とするハイブリッド磁気センサ。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド磁気センサにおいて、第一基板に前記集積回路が形成され、前記集積回路上に前記磁束収束板が形成され、さらに前記集積回路および前記磁束収束板の上に、第二基板上に形成された化合物半導体からなる前記センサ部があり、かつ前記センサ部が前記集積回路に対向するように配置されていることを特徴とするハイブリッド磁気センサ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のハイブリッド磁気センサにおいて、前記第二基板がＳｉ基板であり、前記第二基板と前記センサ部の間に酸化物系緩衝層が挿入されていることを特徴とするハイブリッド磁気センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のハイブリッド磁気センサにおいて、前記センサ部の化合物半導体にドナー不純物がドープされていることを特徴とするハイブリッド磁気センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のハイブリッド磁気センサにおいて、前記センサ部が、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮの中から選ばれた化合物半導体であることを特徴とするハイブリッド磁気センサ。
【請求項７】
集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と、磁束収束板が形成されたハイブリッド磁気センサの製造方法であって、第一基板に前記集積回路を形成する工程と、第二基板上に前記化合物半導体を結晶成長させ、所望の形状に加工して前記センサ部を形成させる工程と、前記センサ部上に、絶縁層を介して所望の形状の前記磁束収束板を形成させる工程と、前記磁束収束板が形成された前記センサ部を前記集積回路上に配置し、前記センサ部と前記集積回路の電極を接続する工程を有することを特徴とするハイブリッド磁気センサの製造方法。
【請求項８】
集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と、磁束収束板が形成されたハイブリッド磁気センサの製造方法であって、第一基板に前記集積回路を形成させる工程と、前記集積回路上に、絶縁層を介して所望の形状の前記磁束収束板を形成させる工程と、第二基板上に前記化合物半導体を結晶成長させ、所望の形状に加工して前記センサ部を形成させる工程と、前記センサ部を前記磁束収束板を挟みながら前記集積回路に対向するように配置し、前記センサと前記集積回路の電極を接続させる工程を有することを特徴とするハイブリッド磁気センサの製造方法。
【請求項９】
集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と、磁束収束板が形成されたハイブリッド磁気センサの製造方法であって、第一基板に前記集積回路を形成させる工程と、雲母基板上に前記化合物半導体を結晶成長させた後、前記化合物半導体を接着剤層を介して前記集積回路上に対向するように配置する工程と、前記雲母基板を除去し、前記化合物半導体を所望の形状に加工して前記センサ部を形成させる工程と、さらに前記センサ部上に絶縁層を介して前記磁束収束板を形成させる工程と、前記センサ部と前記集積回路の電極を接続させる工程を有することを特徴とするハイブリッド磁気センサの製造方法。
【請求項１０】
集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と、磁束収束板が形成されたハイブリッド磁気センサの製造方法であって、第一基板に前記集積回路を形成させる工程と、前記集積回路上に保護膜を形成した後、前記保護膜の所定の位置に窓開けを行う工程と、前記化合物半導体を前記窓開け部分に結晶成長させる工程と、前記化合物半導体を所望の形状に加工し、前記センサ部を形成させる工程と、さらに前記センサ部上に、絶縁層を介して前記磁束収束板を形成させる工程と、前記センサ部と前記集積回路の電極を接続させる工程を有することを特徴とするハイブリッド磁気センサの製造方法。
【請求項１１】
請求項１から６のいずれかに記載のハイブリッド磁気センサと、被測定電流が流れる被検知部分とを有し、前記被検知部分から発生する磁束を前記ハイブリッド磁気センサで検知し、前記被測定電流を測定することを特徴とする電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド磁気センサおよびハイブリッド磁気センサの製造方法に関するものである。
さらに詳述すると、本発明は、磁気センサ部である化合物半導体素子と、信号処理を行う集積回路と、被検知部分から発生する磁束を収束させる磁束収束板が複合化されたハイブリッド磁気センサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から磁気センサとしては、ホール効果を利用したホール素子、磁気抵抗素子およびこれらの素子とＩＣを組み合わせたホールＩＣ等が知られている。また、このような磁気センサを応用して、さらに電流により発生する磁束をとらえるため、磁束収束板を利用し、電流強度を測定することが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１によれば、ホール素子およびＩＣは、同一基板であるＳｉ上にＳｉモノリシックホールＩＣとして形成されている。
【０００３】
また、従来から高電子移動度を有するＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓなどの化合物半導体は、ホール素子などの磁気センサに適した材料として応用が進められてきた。また、磁気センサと、この磁気センサから出力された信号を処理する集積回路とを組み合わせたハイブリッド磁気センサが提案され、実用化されてきた（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２では、ＩｎＳｂホール素子とＳｉの集積回路から構成されたホールＩＣが開示されている。
【０００４】
また、化合物半導体素子と集積回路を組み合わせたハイブリッド磁気センサとしては、増幅用トランジスタが形成されたＩＣ基板上に、絶縁層を介して化合物半導体の感磁気部が形成された感磁気素子が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。特許文献３では、化合物半導体薄膜がスパッタや蒸着などの方法により、ＳｉＯ２などの絶縁層上に直接形成することが記述されている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５９４２８９５号明細書
【特許文献２】
特開昭６１−２２６９８２号公報（図５）
【特許文献３】
特開昭４９−９１１９６号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特許文献１に記載のＳｉモノリシックホールＩＣと磁束収束板で構成される磁気センサにおいては、感度が低く、微弱な電流によって発生する磁束の変化を検知できないという問題をかかえていた。
また、特許文献２で示されたＩｎＳｂホール素子と集積回路を組み合わせたホールＩＣでは、ホール素子とＩＣをリードフレーム上に別々に配置して、それらの素子の電極間をワイヤで接続するため、全体のチップサイズが大きくなるという問題があった。
【０００７】
また、特許文献３において示されているハイブリッド磁気センサでは、基板上に絶縁層を介して、スパッタ、蒸着や気相成長法で化合物半導体を形成している。これらの成長法では良好な結晶性の化合物半導体薄膜を形成するのが困難であり、結果的に高電子移動度の化合物半導体が得られず、高い感度が実現できないという問題があった。
よって本発明の目的は、上述の点を鑑み、小型、薄型でかつこれまでにない高感度を実現するハイブリッド磁気センサ、ならびにその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、センサ部と該センサ部から出力される信号を処理する集積回路とを有するハイブリッド磁気センサであって、前記集積回路が形成された基板上に、化合物半導体からなる前記センサ部と、被検知部分から発生する磁束を収束させる磁束収束板を設けたものである。
【０００９】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に係わるハイブリッド磁気センサにおいて、第一基板上に前記集積回路が形成され、前記集積回路上に第二基板が配置され、該第二基板上に化合物半導体からなる前記センサ部が形成され、さらに前記センサ部および前記第二基板上の所定の位置に前記磁束収束板が配置されたものである。
請求項３に記載の本発明は、請求項１に係わるハイブリッド磁気センサにおいて、第一基板上に前記集積回路が形成され、前記集積回路上の所定の位置に前記磁束収束板が形成され、さらに前記集積回路および前記磁束収束板の上の所定の位置に、第二基板上に形成された化合物半導体からなる前記センサ部が前記集積回路に対向するように配置されたものである。
【００１０】
請求項４に記載の本発明は、請求項２または３に係わるハイブリッド磁気センサにおいて、前記第二基板がＳｉ基板であり、前記第二基板と前記センサ部の間に酸化物系緩衝層が挿入された構成のものである。
請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに係わるハイブリッド磁気センサにおいて、前記センサ部の化合物半導体にドナー不純物がドープされていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の本発明は、請求項１から５のいずれかに係わるハイブリッド磁気センサにおいて、前記センサ部がＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮの中から選ばれた化合物半導体で構成される。
請求項７に記載の本発明は、集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と、磁束収束板が形成されたハイブリッド磁気センサの製造方法であって、第一基板に前記集積回路を形成する工程と、第二基板上に前記化合物半導体を結晶成長させ、所望の形状に加工して前記センサ部を形成させる工程と、前記センサ部上に、絶縁層を介して所望の形状の前記磁束収束板を形成させる工程と、前記磁束収束板が形成された前記センサ部を前記集積回路上に配置し、前記センサ部と前記集積回路の電極を接続する工程を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の本発明は、集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と、磁束収束板が形成されたハイブリッド磁気センサの製造方法であって、第一基板に前記集積回路を形成させる工程と、前記集積回路上に、絶縁層を介して所望の形状の前記磁束収束板を形成させる工程と、第二基板上に前記化合物半導体を結晶成長させ、所望の形状に加工して前記センサ部を形成させる工程と、前記センサ部を前記磁束収束板を挟みながら前記集積回路に対向するように配置し、前記センサと前記集積回路の電極を接続させる工程を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載の本発明は、集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と、磁束収束板が形成されたハイブリッド磁気センサの製造方法であって、第一基板に前記集積回路を形成させる工程と、雲母基板上に前記化合物半導体を結晶成長させた後、前記化合物半導体を接着剤層を介して前記集積回路上に対向するように配置する工程と、前記雲母基板を除去し、前記化合物半導体を所望の形状に加工して前記センサ部を形成させる工程と、さらに前記センサ部上に絶縁層を介して前記磁束収束板を形成させる工程と、前記センサ部と前記集積回路の電極を接続させる工程を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載の本発明は、集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と、磁束収束板が形成されたハイブリッド磁気センサの製造方法であって、第一基板に前記集積回路を形成させる工程と、前記集積回路上に保護膜を形成した後、前記保護膜の所定の位置に窓開けを行う工程と、前記化合物半導体を前記窓開け部分に結晶成長させる工程と、前記化合物半導体を所望の形状に加工し、前記センサ部を形成させる工程と、さらに前記センサ部上に、絶縁層を介して前記磁束収束板を形成させる工程と、前記センサ部と前記集積回路の電極を接続させる工程を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に記載の本発明は、請求項１から６のいずれかに記載のハイブリッド磁気センサと、被測定電流が流れる被検知部分とを有し、前記被検知部分から発生する磁束を前記ハイブリッド磁気センサで検知することにより、前記被測定電流を測定することを特徴とする電流センサである。
このように、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、集積回路上に、化合物半導体からなるセンサ部と磁束収束板を形成させる構造及びその製造方法を見出し、小型、薄型のハイブリッド磁気センサでこれまでにない高感度を実現し、本発明をなすに至った。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明を適用したハイブリッド磁気センサの全体構成を模式的に示した一例の断面図である。図中符号１は集積回路部分が形成された基板、１ａは第一基板、１ｂは集積回路部分、２はセンサ部を構成している化合物半導体素子、３は絶縁層、４は磁束収束板を示している。さらに、化合物半導体素子２と集積回路部分１ｂは、所定の電極がワイヤーボンディング等で電気的に接続されている。
【００１７】
図２（Ａ）は、本発明を適用したハイブリッド磁気センサの他の実施例の断面図である。図２（Ａ）において、集積回路部分が形成された基板１上に、化合物半導体素子２を形成した第二基板５が配置され、さらに、化合物半導体素子２及び第二基板５上に絶縁層３を介して、磁束収束板４が形成されていることが示されている。なお、化合物半導体素子２と集積回路部分１ｂとは、所定の電極がワイヤーボンディング等で電気的に接続されている。また、図２（Ｂ）は、本実施例の斜視図を示している。なお、図２（Ｂ）中のＸ−Ｘ’で切った断面図が、図２（Ａ）である。
【００１８】
図３は、本発明を適用したハイブリッド磁気センサの他の実施例の断面図である。図３において、集積回路部分が形成された基板１上に、化合物半導体素子２と絶縁層３を介して積層された磁束収束板４を形成した第二基板５が、集積回路部分１ｂに対向するように配置され、かつ化合物半導体素子２の電極と集積回路部分１ｂの電極が、導電性バンプ６を通して接続されていることが示されている。
【００１９】
図４は、本発明を適用したハイブリッド磁気センサの他の実施例の断面図である。図４において、集積回路部分が形成された基板１上に、絶縁層３を介して所定の形状の磁束収束板４が形成され、さらに第二基板５上に形成された化合物半導体素子２が、磁束収束板４を挟みながら集積回路部分１ｂに対向するように配置され、かつ化合物半導体素子２と集積回路部分１ｂが導電性バンプ６で電気的に接続されていることが示されている。
【００２０】
本発明のハイブリッド磁気センサに用いられる集積回路は、Ｓｉ基板上に形成されたＳｉ−ＩＣやＳｉＧｅ−ＩＣ、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）−ＩＣ、ＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ）−ＩＣ、または、ＧａＡｓ基板上に形成されたＧａＡｓ−ＩＣ等が好ましく用いられる。
集積回路を形成させる第一基板としては、Ｓｉ基板、サファイア基板、ＧａＡｓ基板等が好ましく用いられる。
【００２１】
センサ部を構成する化合物半導体素子の材料としては、きわめて高い電子移動度を有するＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓなどが最も好ましく用いられる。また、Ｓｉより大きな電子移動度を有するＧａＳｂやＩｎＰなども好ましく用いられる。また、それらの三元系混晶、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＡｓＰなども好ましい。さらにＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰなどの四元系混晶も好ましく用いられる。また、良好な温度特性が要求される場合には、バンドギャップエネルギーが大きなＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮなどもＳｉより高い電子飽和速度を有しており、好ましく用いられる。
【００２２】
さらに、温度特性を改善するために、化合物半導体にドナー不純物をドーピングすることが好ましく行われる。ドナー不純物として、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｇｅなどが好ましく用いられる。
また、より高い電子移動度を得るために、前記化合物半導体のヘテロ構造、例えば、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ／ＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ／ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮなどを用いることも好ましい。これらのヘテロ構造は、シングルへテロ構造あるいはダブルへテロ構造のどちらを用いても良い。また、これらのヘテロ構造が繰り返し積層された超格子構造が形成されていてもよい。
【００２３】
化合物半導体素子を形成させる第二基板としては、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板や雲母基板等が通常用いられる。特に、Ｓｉ基板は、大口径で安価であり、またプロセスにおいても堅牢であり、より好ましい。
化合物半導体素子を形成させる第二基板にＳｉ基板を用いた場合、化合物半導体とＳｉ基板の間に、酸化物系緩衝層を挿入することにより、その上に成長される化合物半導体薄膜の膜質や表面ラフネスが大幅に改善されることが確認できている。酸化物系緩衝層の例としては、γ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＳｉＯＮ、ＭｇＯ、ＰＺＴ、ＺｎＯ等が好ましく用いられる。これらの酸化物系の緩衝層は、無極性半導体であるＳｉと有極性半導体である化合物半導体の界面で発生するアンチフェーズドメイン欠陥を抑制する効果があると推測している。
【００２４】
化合物半導体素子が、第一化合物半導体層の緩衝層と、第二化合物半導体層の活性層に分けて成長することも好ましく行われる。例えば、第一化合物半導体層としては、格子緩和の速いＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂなどが好ましく用いられる。ＡｌＧａＡｓＳｂ系が緩衝層の場合、活性層としては、ＡｌＧａＡｓＳｂ系と格子整合するＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓＳｂが好ましい組み合わせの例である。なお、第二化合物半導体の活性層の上にさらにキャップ層が形成されていてもよい。緩衝層としての第一化合物半導体の効果は、下地の第一基板と活性層である第二化合物半導体の格子ミスマッチを小さくすることである。
【００２５】
これらの化合物半導体素子を形成するには、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、有機金属気相エピタキシー法（ＭＯＣＶＤ）、蒸着法やスパッタ法などが好ましく用いられる成長方法である。
特に、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂやＩｎＡｓＳｂなどの化合物半導体の場合、４５０℃以下という低温での結晶成長が可能であり、集積回路が形成された集積回路基板上において、所定の位置の保護膜やパッシベーション膜に窓開けを行った後、その窓開け部分に選択的に化合物半導体を成長させることも行われる。このように選択成長により化合物半導体が形成された場合、該化合物半導体を加工してセンサ部を形成し、該センサ部及び第一基板上の所定の位置に絶縁層を介して、磁束収束板を形成させれば、図１に示したようなハイブリッド磁気センサが作製できる。
【００２６】
さらに、化合物半導体を形成させる第二基板として、雲母基板を用いることによっても、図１に示したようなハイブリッド磁気センサが作製可能である。すなわち、雲母基板上に化合物半導体を結晶成長させた後、接着剤層（図示せず）を介して集積回路基板上に、集積回路に対向するように該化合物半導体を接着させ、次に雲母基板を除去し、該化合物半導体を必要な形状に加工し、センサ部を形成する。さらに、該センサ部上に絶縁層を介して磁束収束板を形成させればよい。
【００２７】
本発明における磁束収束板としては、軟磁性材料が好ましく用いられる。
本発明において磁束収束板と化合物半導体素子との位置関係は、図５（Ａ）の断面図に示すように、化合物半導体素子２上に絶縁層３を介して、磁束収束板４が形成される場合が１つの例である。この例では、化合物半導体素子２に対して垂直に働く磁場を磁束収束板４で収束する効果により、センサ部のさらなる高感度化が実現できる。
【００２８】
また、図５（Ｂ）の断面図に示すように、化合物半導体素子２上に絶縁層３を介して、化合物半導体素子２の一部が重なるように磁束収束板４が形成される場合が他の例である。この場合、化合物半導体素子２に対して平行に働く磁場を磁束収束板４で収束する効果により、センサ部の感度を向上できる。
さらに、図５（Ｃ）の断面図に示すように、磁束収束板４が所定幅の間隙をあけて配置され、一方の磁束収束板４の端部が、絶縁層３を介して、化合物半導体素子２の一部と重なるように形成されるのが他の例である。このように磁束収束板を所定幅の間隙をあけて、対で配置させることにより、外乱磁場の影響を小さくすることも好ましく行われる。
【００２９】
また、図６は、本発明におけるハイブリッド磁気センサの一例を上面から見た図である。図６（Ａ）に示したように、集積回路部分が形成された基板１上に化合物半導体素子２は、複数個形成されていても良い。図６（Ａ）中のＹ−Ｙ’で切った断面図が、図１である。また、図６（Ｂ）に示したように、化合物半導体素子２を複数個形成させ、所定幅の間隙をあけて、対となって配置させても良い。
【００３０】
さらに、図７には、本発明のハイブリッド磁気センサの一例を上面から見た図を示す。図７に示したハイブリッド磁気センサでは、集積回路部分が形成された基板１上に４対の化合物半導体素子２が、円形の磁束収束板２の円周付近に図のように配置されている例を示している。この場合、磁束収束板２の上面を、磁束収束板に沿った円形の磁石が回転することにより、本発明のハイブリッド磁気センサは、２次元回転センサとして使用することも可能である。図６や図７に示した化合物半導体素子の数はその一例であり、化合物半導体の個数に制限はない。
【００３１】
さらに本発明の磁束収束板は、図５の説明で述べたように、センサ部を構成する化合物半導体上に形成される場合、センサ部に垂直な方向（ｚ方向）の磁束に対して収束効果がある。また、磁束収束板の端部においては、ｘ方向やｙ方向に対する収束効果があり、磁束収束板と化合物半導体素子を所望の形状に加工することにより、２次元や３次元の磁気センサをきわめて小さなワンチップで実現できる。
【００３２】
図８には、本発明のハイブリッド磁気センサを用いた電流センサの一例を示す。例えば、図２で示したハイブリッド磁気センサを、被測定電流が流れる電流導体７上に配置させ、該電流導体に流れる電流量に応じて発生する磁束を、該ハイブリッド磁気センサで検出することにより、被測定電流を測定する電流センサを実現することも可能である。
本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
【００３３】
【実施例１】
ＭＢＥ法により、ＧａＡｓ基板上にノンドープＩｎＳｂを１μｍ薄膜成長した。ＩｎＳｂ薄膜の膜特性は、電子移動度が４００００ｃｍ２／Ｖｓであった。次に、該ＩｎＳｂ薄膜をフォトリソグラフィ法により、十字型を基本形状とするホール素子に加工し、センサ部を作成した。次に絶縁層を介して、センサ部上に所望の形状の磁束収束板を貼り付けた。次に、該基板をセンサ部毎にダイシングして、センサチップを作製した。
【００３４】
一方、Ｓｉ基板にＣＭＯＳプロセスにより集積回路を形成した。該集積回路上に保護膜を形成した後、電極部分の窓開けを行った。次に、保護膜上に上記センサチップをダイボンディングして、さらにセンサチップの電極と集積回路の電極をワイヤーボンディングにより接続した。
上記センサチップを接続した集積回路基板を１つのパッケージにプラスチックモールドし、図２に示したようなハイブリッド磁気センサを完成した。
【００３５】
本実施例のハイブリッド磁気センサは、プラスチックモールド上面に水平な方向の磁場に対して感度を持ち、集積回路による信号増幅も含めて前記水平磁場に対して、２Ｖ／Ｇａｕｓｓという非常に高い感度が得られた。
さらに本実施例のハイブリッド磁気センサを、幅１ｍｍ、厚さ３５μｍの銅箔配線上に配置し、被測定電流を前記銅箔配線に流して、ハイブリッド磁気センサを電流センサとして動作させ、その出力信号を測定した。本実施例のハイブリッド磁気センサでは、被測定電流が２ｍＡという非常に低い電流においても、極めて良好な感度と測定精度が得られることを確認できた。
【００３６】
【比較例１】
本発明のハイブリッド磁気センサの比較例として、Ｓｉ基板上に集積回路とセンサ部もＳｉで形成されたＳｉモノリシック構造のウェハをＣＭＯＳで作製した。Ｓｉ集積回路およびセンサ部上に絶縁層を介して、磁束収束板を貼り付けた。その後、フォトリソグラフィ法により、所望の形状に磁束収束板を加工した。さらに、ダイシング、リードフレームへのダイボンディング、ワイヤーボンディング、プラスチックモールドを行い、Ｓｉモノリシック磁気センサを完成した。
【００３７】
このセンサは、プラスチックモールド上面に水平な方向の磁場に対して感度を持ち、集積回路による信号増幅も含めて前記水平磁場に対して、２３ｍＶ／Ｇａｕｓｓの感度しか得られなかった。
更に、この比較例１のセンサを実施例１と同様の幅１ｍｍ、厚さ３５μｍの銅箔配線上に配置し、被測定電流を前記銅箔配線に流して、この比較例１のセンサを電流センサとして動作させ、その出力信号を測定した。比較例１で作製したＳｉモノリシック磁気センサでは、被測定電流が１００ｍＡ以下では、ノイズ等の影響により、十分な感度及び測定精度が得られなかった。
【００３８】
【実施例２】
Ｓｉ基板上に１ｎｍのＳｉＯ２を化学処理により形成した後、該基板をＭＢＥチャンバーに入れ、基板温度は室温で、Ａｌを１ｎｍ成長させた。その後、基板温度を８５０℃まで昇温して、３０分間アニールを行い、γ−Ａｌ２Ｏ３を約１ｎｍ形成させた。さらにその上に、ＳｎドープＩｎＳｂを１μｍ薄膜成長した。ＩｎＳｂ薄膜の膜特性は、電子移動度が３５０００ｃｍ２／Ｖｓであった。次に、該ＩｎＳｂ薄膜をフォトリソグラフィ法により、十字型を基本形状とするホール素子に加工し、センサ部を作成した。次に絶縁層を介して、センサ部上に所望の形状の磁束収束板を貼り付けた。次に、該基板をセンサ部毎にダイシングして、センサチップを作製した。
【００３９】
一方、Ｓｉ基板にＣＭＯＳプロセスにより集積回路を形成した。該集積回路上に保護膜を形成した後、電極部分の窓開けを行った。次に、窓開け部分に電導性のバンプを形成させ、その上に上記センサチップをフリップチップで接続し、プラスチックモールドを行い、図３に示したようなハイブリッド磁気センサを完成した。
本実施例のハイブリッド磁気センサは、プラスチックモールド上面に水平な方向の磁場に対して感度を持ち、集積回路による信号増幅も含めて前記水平磁場に対して、１．８Ｖ／Ｇａｕｓｓという非常に高い感度が得られた。
【００４０】
さらに本実施例のハイブリッド磁気センサを、幅１ｍｍ、厚さ３５μｍの銅箔配線上に配置し、被測定電流を前記銅箔配線に流して、ハイブリッド磁気センサを電流センサとして動作させ、その出力信号を測定した。本実施例のハイブリッド磁気センサでは、被測定電流が２．３ｍＡという非常に低い電流においても、極めて良好な感度と測定精度が得られることを確認できた。
【００４１】
【実施例３】
Ｓｉ基板上の自然酸化膜をフッ酸処理により、Ｓｉ表面を水素終端した後、ＭＢＥチャンバーに入れ、ＳｎドープＩｎＳｂを１μｍ薄膜成長した。ＩｎＳｂ薄膜の膜特性は、電子移動度が３００００ｃｍ２／Ｖｓであった。次に、該ＩｎＳｂ薄膜をフォトリソグラフィ法により、十字型を基本形状とするホール素子に加工し、センサ部を作成した。次に、フリップチップで接続するための電極を形成し、電極以外の部分はＳｉＮの保護膜で覆った。さらに、該基板をセンサ部毎にダイシングして、センサチップを作製した。
【００４２】
一方、Ｓｉ基板にＣＭＯＳプロセスにより集積回路を形成した。該集積回路上に保護膜を形成し、電極用の窓開けを行った後、絶縁層を介して磁束収束板を貼り付け、フォトリソグラフィ法により、該磁束収束板を所望の形状に加工した。次に、窓開け部分に電導性のバンプを形成させ、その上に上記センサチップをフリップチップで接続し、プラスチックモールドを行い、図４に示したようなハイブリッド磁気センサを完成した。
【００４３】
本実施例のハイブリッド磁気センサは、プラスチックモールド上面に水平な方向の磁場に対して感度を持ち、集積回路による信号増幅も含めて前記水平磁場に対して、１Ｖ／Ｇａｕｓｓという非常に高い感度が得られた。
さらに本実施例のハイブリッド磁気センサを、幅１ｍｍ、厚さ３５μｍの銅箔配線上に配置し、被測定電流を前記銅箔配線に流して、ハイブリッド磁気センサを電流センサとして動作させ、その出力信号を測定した。本実施例のハイブリッド磁気センサでは、被測定電流が２．７ｍＡという非常に低い電流においても、極めて良好な感度と測定精度が得られることを確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、集積回路基板上に、センサ部として高電子移動度の化合物半導体素子と磁束収束板を配置することにより、これまでにない高感度化が実現できる。また、本発明によれば、きわめて小型で、かつ薄型で、ワンパッケージ化されたハイブリッド磁気センサを実現しているため、より微小電流検知が必要とされている携帯電話などの移動体通信機器用途に対しても、搭載が可能となり、産業上の有用性は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるハイブリッド磁気センサの一例を示す断面図である。
【図２】本発明におけるハイブリッド磁気センサの他の実施例を示す断面図及び斜視図である。
【図３】本発明におけるハイブリッド磁気センサの他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明におけるハイブリッド磁気センサの他の実施例を示す断面図である。
【図５】磁束収束板とセンサ部である化合物半導体素子の配置の例を示す断面図である。
【図６】本発明におけるハイブリッド磁気センサの一例を上面から見た図である。
【図７】本発明におけるハイブリッド磁気センサの他の実施例を上面から見た図である。
【図８】本発明におけるハイブリッド磁気センサを用いた電流センサの一例を示す図である。
【符号の説明】
１    集積回路部分が形成された基板
１ａ  第一基板
１ｂ  集積回路部分
２    化合物半導体素子
３    絶縁層
４    磁束収束板
５    化合物半導体素子が形成されている第二基板
６    導電性バンプ
７    電流導体
【図１】
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【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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【図８】
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