(57)【要約】  一態様では、ホール効果検出素子（１００）は、約１００ナノメートル未満の厚さを有するホールプレート（１１４）と、ホールプレートと直接接触し約０．１ナノメートルから５ナノメートルの範囲の厚さを有する接着層（１１０）とを含む。別の態様では、センサがホール効果検出素子を含む。ホール効果検出素子（１００’）は、半導体材料又は絶縁体材料のうちの１つを含む基板（１０２）と、基板に直接接触する絶縁層（１０６）と、約０．１ナノメートルから５ナノメートルの範囲の厚さを有し絶縁層と直接接触する接着層（１１０）と、接着層と直接接触し約１００ナノメートル未満の厚さを有するホールプレート（１１４）とを含む。
2018512739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約１００ナノメートル未満の厚さを有するホールプレートと、
前記ホールプレートと直接接触し約０．１ナノメートルから５ナノメートルの範囲の厚さを有する接着層と
を含む、ホール効果検出素子。
【請求項２】
前記ホールプレートの前記厚さが約１０ｎｍ未満である、請求項１に記載のホール効果検出素子。
【請求項３】
前記ホールプレートが約１０１９から約１０２６の範囲のキャリア濃度を有する、請求項１に記載のホール効果検出素子。
【請求項４】
前記ホールプレートが約１０２２から１０２４の範囲のキャリア濃度を有する、請求項３に記載のホール効果検出素子。
【請求項５】
前記ホールプレートが金属窒化物材料を含む、請求項１に記載のホール効果検出素子。
【請求項６】
前記金属窒化物材料がタンタル窒化物又はチタン酸窒化物のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載のホール効果検出素子。
【請求項７】
前記ホールプレートが金属酸化物材料を含む、請求項１に記載のホール効果検出素子。
【請求項８】
前記金属酸化物材料が銅酸化物を含む、請求項７に記載のホール効果検出素子。
【請求項９】
前記銅酸化物が酸化第一銅である、請求項８に記載のホール効果検出素子。
【請求項１０】
前記接着層がルテニウム又はルテニウム酸化物を含む、請求項１に記載のホール効果検出素子。
【請求項１１】
半導体材料又は絶縁体材料のうちの１つを含む基板をさらに含み、
前記接着層がプレート材料と基板材料との間に配置された、請求項１に記載のホール効果検出素子。
【請求項１２】
前記プレート材料が銅酸化物を含む、請求項１１に記載のホール効果検出素子。
【請求項１３】
前記半導体基板材料上に集積回路をさらに含む、請求項１１に記載のホール効果検出素子。
【請求項１４】
前記ホール効果検出素子の底部すなわち基板側から前記ホール効果検出素子を前記集積回路へ接続するビアをさらに含む、請求項１３に記載のホール効果検出素子。
【請求項１５】
前記基板又は集積回路から離れた前記ホール効果検出素子の上面、すなわち最も遠い側面から前記ホール効果検出素子を前記集積回路へ接続するビアをさらに含む、請求項１３に記載のホール効果検出素子。
【請求項１６】
前記半導体材料がシリコンを含む、請求項１１に記載のホール効果検出素子。
【請求項１７】
前記絶縁体材料がガラス又はセラミック材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載のホール効果検出素子。
【請求項１８】
前記絶縁体材料がアルミナを含む、請求項１１に記載のホール効果検出素子。
【請求項１９】
前記絶縁体材料が酸化物又は窒化物を含む、請求項１１に記載のホール効果検出素子。
【請求項２０】
前記ホールプレートと直接接触するパッシベーション層をさらに含む、請求項１に記載のホール効果検出素子。
【請求項２１】
前記パッシベーション層が窒化物、酸化物、重合体、ポリイミド、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のうちの少なくとも１つである、請求項２０に記載のホール効果検出素子。
【請求項２２】
半導体材料又は絶縁体材料のうちの１つを含む基板と、
前記基板と直接接触する絶縁層と、
約０．１ナノメートルから５ナノメートルの範囲の厚さを有し、前記絶縁層と直接接触する接着層と、
前記接着層と直接接触し、約１００ナノメートル未満の厚さを有するホールプレートと
を含むホール効果検出素子
を含むセンサ。
【請求項２３】
前記接着層がルテニウム又はルテニウム酸化物を含み、前記ホールプレートが銅酸化物を含む、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記ホールプレートの前記厚さが約１０ｎｍ未満である、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２５】
前記ホールプレートが約１０２２から１０２４の範囲のキャリア濃度を有する、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２６】
前記ホールプレートが金属窒化物材料を含む、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２７】
前記金属窒化物がタンタル窒化物又はチタン酸窒化物のうちの少なくとも１つを含む、請求項２６に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記ホールプレート材料が金属酸化物材料である、請求項２７に記載のセンサ。
【請求項２９】
前記金属酸化物が銅酸化物又はルテニウム酸化物を含む、請求項２８に記載のセンサ。
【請求項３０】
前記銅酸化物が酸化第一銅である、請求項２９に記載のセンサ。
【請求項３１】
前記接着層がチタン、タンタル、又はルテニウムのうちの１つを含む、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項３２】
前記半導体材料がシリコンを含む、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項３３】
前記絶縁体材料がガラス又はセラミック材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項３４】
前記絶縁体材料がアルミナを含む、請求項３３に記載のセンサ。
【請求項３５】
前記ホールプレートと直接接触しているパッシベーション層をさらに含む、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項３６】
前記パッシベーション層が窒化物、酸化物、ポリイミド、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のうちの少なくとも１つである、請求項３５に記載のセンサ。
【請求項３７】
前記センサが電流センサ又は速度センサのうちの１つである、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項３８】
ホール効果検出素子を製造するための方法であって、
基板上に、約１００ナノメートル未満の厚さを有するプレート材料を形成するステップと、
前記ホールプレートと直接接触し約０．１ナノメートルから５ナノメートルの範囲の厚さを有する接着層を形成するステップと
を含む、方法。
【請求項３９】
前記ホールプレートが１０ｎｍ未満の厚さを有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ホールプレートが約１０１９から約１０２６の範囲のキャリア濃度を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記ホールプレートの前記厚さが１ｎｍから１０ｎｍの範囲であり、前記キャリア濃度が約１０２２から１０２４である、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記プレート材料を形成するステップが、金属窒化物を含むプレート材料を形成するステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
金属窒化物を含むプレート材料を形成するステップが、前記プレート材料を形成するためにタンタル窒化物又はチタン酸窒化物のうちの少なくとも１つをスパッタリングするステップを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記プレート材料を形成するステップが、金属酸化物を含むプレート材料を形成するステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
金属酸化物を含むプレート材料を形成するステップが、少なくとも銅酸化物又はルテニウム酸化物を含むプレート材料を形成するステップを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
少なくとも銅酸化物を含むプレート材料を形成するステップが、
真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップと、
前記チャンバ内に酸素を導入するステップと
を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップ及び前記チャンバ内に酸素を導入するステップが、チャンバ内に酸素を導入するのと同時に真空下の前記チャンバ内で銅をスパッタリングするステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップ及び前記チャンバ内に酸素を導入するステップが、チャンバ内に酸素を導入する前に真空下の前記チャンバ内で銅をスパッタリングするステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップ及び前記チャンバ内に酸素を導入するステップが、チャンバ内に酸素を導入した後に真空下の前記チャンバ内で銅をスパッタリングするステップを含む、請求項４６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ホール効果検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホール効果磁界検出素子が知られている。周知のように、ホール効果素子は、ほとんどの場合基板上のエピタキシャル領域（すなわち、ある１つの層）である、いわゆる「ホールプレート」を含む。エピタキシャル領域は、中濃度のドープ量を有すると理解される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様では、ホール効果検出素子は、約１００ナノメートル未満の厚さを有するホールプレートと、ホールプレートと直接接触し約０．１ナノメートルから５ナノメートルの範囲の厚さを有する接着層とを含む。本態様は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含んでもよい。ホールプレートの厚さは、約１０ｎｍ未満であってもよい。ホールプレートは、約１０１９から約１０２６の範囲のキャリア濃度を有してもよい。ホールプレートが有し得るキャリア濃度は、約１０２２から１０２４の範囲である。ホールプレートは、金属窒化物材料を含んでもよい。金属窒化物材料は、タンタル窒化物又はチタン酸窒化物のうちの少なくとも１つを含んでもよい。ホールプレートは、金属酸化物材料を含んでもよい。金属酸化物材料は、銅酸化物を含んでもよい。銅酸化物は、酸化第一銅であってもよい。接着層は、ルテニウム又はルテニウム酸化物を含んでもよい。ホール効果検出素子は、半導体材料又は絶縁体材料のうちの１つを含む基板と、プレート材料と基板材料との間に配置された接着層とを含んでもよい。ホール効果検出素子は、半導体基板材料上に集積回路を含んでもよい。ホール効果検出素子は、底部すなわちホール効果検出素子の基板側から、ホール効果検出素子を集積回路へ接続するビアを含んでもよい。ホール効果検出素子は、基板又は集積回路から離れたホール効果検出素子の上面、すなわち最も遠い側面からホール効果検出素子を集積回路へ接続するビアを含んでもよい。半導体材料は、シリコンを含んでもよい。絶縁体材料は、ガラス又はセラミック材料のうちの少なくとも１つを含んでもよい。絶縁体材料は、アルミナを含んでもよい。絶縁体材料は、酸化物又は窒化物を含んでもよい。ホール効果検出素子は、ホールプレートと直接接触するパッシベーション層を含んでもよい。パッシベーション層は、窒化物、酸化物、重合体、ポリイミド、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のうちの少なくとも１つであってもよい。
【０００４】
別の態様では、センサがホール効果検出素子を含む。ホール効果検出素子は、半導体材料又は絶縁体材料のうちの１つ含む基板と、基板に直接接触する絶縁層と、約０．１ナノメートルから５ナノメートルの範囲の厚さを有し絶縁層と直接接触する接着層と、接着層と直接接触し約１００ナノメートル未満の厚さを有するホールプレートとを含む。本態様は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含んでもよい。接着層は、ルテニウム又はルテニウム酸化物を含んでもよく、ホールプレートは、銅酸化物を含んでもよい。ホールプレートの厚さは、約１０ｎｍ未満であってもよい。ホールプレートが有し得るキャリア濃度は、約１０２２から１０２４の範囲である。ホールプレートは、金属窒化物材料を含んでもよい。金属窒化物は、タンタル窒化物又はチタン酸窒化物のうちの少なくとも１つを含んでもよい。ホールプレート材料は、金属酸化物材料であってもよい。金属酸化物は、銅酸化物又はルテニウム酸化物を含んでもよい。銅酸化物は、酸化第一銅であってもよい。接着層は、チタン、タンタル、又はルテニウムのうちの１つを含んでもよい。半導体材料は、シリコンを含んでもよい。絶縁体材料は、ガラス又はセラミック材料のうちの少なくとも１つを含んでもよい。絶縁体材料は、アルミナを含んでもよい。センサは、ホールプレートに直接接触するパッシベーション層を含んでもよい。パッシベーション層は、窒化物、酸化物、ポリイミド、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のうちの少なくとも１つであってもよい。センサは、電流センサ又は速度センサのうちの１つであってもよい。
【０００５】
さらなる態様では、ホール効果検出素子を製造するための方法は、基板上に、約１００ナノメートル未満の厚さを有するプレート材料を形成するステップと、ホールプレートと直接接触し約０．１ナノメートルから５ナノメートルの範囲の厚さを有する接着層を形成するステップとを含む。本態様は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含んでもよい。ホールプレートは、１０ｎｍ未満の厚さを有してもよい。ホールプレートは、約１０１９から約１０２６の範囲のキャリア濃度を有することができる。ホールプレートの厚さは、約１ｎｍから１０ｎｍの範囲であってもよく、キャリア濃度は、約１０２２から１０２４であってもよい。プレート材料を形成するステップは、金属窒化物を含むプレート材料を形成するステップを含んでもよい。金属窒化物を含むプレート材料を形成するステップは、プレート材料を形成するためにタンタル窒化物又はチタン酸窒化物のうちの少なくとも１つをスパッタリングするステップを含んでもよい。プレート材料を形成するステップは、金属酸化物を含み得るプレート材料を形成するステップを含んでもよい。金属酸化物を含むプレート材料を形成するステップは、少なくとも銅酸化物又はルテニウム酸化物を含むプレート材料を形成するステップを含んでもよい。少なくとも銅酸化物を含むプレート材料を形成するステップは、真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップと、チャンバ内に酸素を導入するステップとを含んでもよい。真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップ及びチャンバ内に酸素を導入するステップは、チャンバ内に酸素を導入するのと同時に真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップを含んでもよい。真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップ及びチャンバ内に酸素を導入するステップは、チャンバ内に酸素を導入する前に真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップを含んでもよい。真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップ及びチャンバ内に酸素を導入するステップは、チャンバ内に酸素を導入した後に真空下のチャンバ内で銅をスパッタリングするステップを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ホール効果検出素子の断面図である。
【図２】図１のホール効果検出素子内のホールプレートを形成する実施例のフロー図である。
【図３】ホールプレートを形成するスパッタリング工程で使用される装置の図である。
【図４】電流センサの等角図である。
【図５】磁界検出素子、電子回路、及び磁石を有する、従来技術の磁界センサ素子のブロック図である。
【図６】ホール効果検出素子の別の実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
多様な図面内の同様の参照符号は、同様の要素を示す。
本明細書では、ホール効果検出素子の感度を顕著に改善するホールプレートを説明する。具体的には、ホールプレートは、たとえば金属酸化物又は金属窒化物などの金属を含むプレート材料を有するように形成される。さらにホールプレートは、約０．５ナノメートルから約１００ナノメートルの厚さを有するように製造され得る。いくつかの実施例では、ホールプレートのキャリア濃度は、約１０１９から約１０２６キャリア／ｃｍ３である。ある具体的な実施例では、ホールプレートの厚さは約１０ｎｍ未満であり、キャリア濃度は約１０２２から１０２４である。Ｉがプレートの長さを横断する電流、Ｂが磁界、ｔがプレートの厚さ、ｅが電気素量、ｎがキャリア電子の電荷キャリア密度であるとき、ホール電圧ＶＨが−（ＩＢ）／（ｎｔｅ）に等しいならば、本明細書で説明するホール素子は、現在使用されているホール素子より１０から１０００倍のオーダーで高感度に増大された感度を有する。
【０００８】
図１を参照すると、感度を改善するホールプレートを有するホール効果検出素子の一例が、ホール効果検出素子１００である。ホール効果検出素子１００は正確な縮尺率ではない。ホール効果検出素子は、基板１０２、絶縁層１０６、接着層１１０、ホールプレート１１４、及びパッシベーション層１１８を含む。絶縁性材料１０６は、基板材料１０２上に配置され、接着層１１０は、絶縁層１０６上に配置される。接着層１１０によって、ホールプレート１１４を形成するために使用される材料が、たとえばスパッタリング工程中に、絶縁層１０６に接着されることが可能になる。パッシベーション層１１８は、ホールプレート１１４のプレート材料上に配置される。ホール効果検出素子の本実施例では、ホールプレート１１４は、上部貫通ビア１２２ａ、１２２ｂ、又は底部貫通ビア１２０ａ、１２０ｂから電気的にアクセスされてもよい。ビア１２０ａ、１２０ｂは、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）として示されているが、他の実施形態ではビア１２０ａ、１２０ｂは単に、絶縁層を貫通し下層の金属層又はポリシリコン層などの集積回路機能へ至ってもよい。
【０００９】
図２を参照すると、感度を改善するホールプレートを有するホール効果検出素子１００の製造プロセスの一例が、プロセス２００である。プロセス２００は、絶縁層を形成する（２０２）。たとえば、シリコン二酸化物、シリコン窒化物、又はアルミニウム窒化物（すなわちアルミナ）などの、たとえば、酸化物、窒化物、又はセラミック材料が、絶縁層１０６を形成するために基板１０２上に堆積される。これらの材料が、常に正確な化学量論量を有しなくてもよいことが、当業者には理解されよう。たとえば、酸化物は、正確にＳｉＯ２でなくてもよく、シリコン及び酸素の他の組合せであってもよい。ある実施例では、基板１０２は、たとえば、シリコンなどの半導体材料である。別の実施例では、基板材料１０２は、たとえば、ガラス、セラミック材料、又はアルミナのうちの少なくとも１つを含む絶縁体材料である。別の実施形態では、基板が集積回路であり、たとえば、限定はされないがＣＭＯＳ、ＢｉＣＭＯＳ、又は他の集積回路プロセスを含み得るシリコン集積回路である。下層基板のトポロジーに基づいて、いくつかの実施形態は、基板又は下層の集積回路開始材料への化学機械研磨（ＣＭＰ）、又は他の平坦化ステップを含んでもよい。
【００１０】
プロセス２００は、接着層を堆積する（２０６）。たとえば、チタン、タンタル、又はルテニウムのうちの少なくとも１つが、接着層１１０を形成するために絶縁層上に堆積される。いくつかの実施例では、接着層は、約０．１ナノメートルから約５ナノメートルの厚さを有する。接着材料の厚さは、ホール電流が移動する大きな電流パスを提供しないことになり、ホール素子が十分な磁界応答感度を提供できないことになるかもしれないことが、当業者には明らかであろう。この十分な感度は、本明細書で説明するホール素子の実際の用途により変化することになる。いくつかの実施例では、接着層１１０は、全体にわたって連続的又は均一でなくてもよい。たとえば、接着層にはギャップがあってもよい。
【００１１】
図２及び３を参照すると、プロセス２００は、接着層上にホールプレート材料を堆積する（２１２）。たとえば、ホールプレートは、約０．５ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の厚さを有し、約１０１９から約１０２６のキャリア濃度を有してもよい。ある具体的な実施例では、ホールプレートは、１０ナノメートル未満の厚さを有する。ある具体的な実施例では、ホールプレートは、約１０２２から１０２４の範囲のキャリア濃度を有する。
【００１２】
ある実施例では、金属は、図３で示したスパッタリングシステム３００を使用して、接着層上にスパッタされる。ある具体的な実施例では、基板／絶縁層／接着層の複合材１００’が、金属ソースすなわちターゲット３０６と共にチャンバ３０２内に配置され、排気口３１８を介したポンプ排気による真空下に配置される。ある実施例では、金属は銅又はルテニウムである。別の実施例では、タンタル窒化物又はガリウム窒化物などの金属窒化物が、接着層上にスパッタシステム３００を使用してスパッタされ、排気口３１８を介したポンプ排気による真空下に配置される。当技術分野で周知のように、複数の金属又は他の材料のターゲット又はソースが通常、スパッタリングシステムに存在する。図３は、図を簡単にするために、あるターゲット又は金属ソース３０６を限定して示している。別の実施形態では、基板／絶縁層の複合材が、スパッタリング用又は他の適切な堆積用チャンバ３０２内に配置される。ある実施例では、厚さ約１ｎｍのＲｕ接着層が堆積され、続いて銅などの金属が２層の堆積間で真空を保持したまま堆積される。他の実施形態では、それだけには限らないが、Ｒｕ、ＲｕＯ２、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ及びＷを含む他の接着層材料が、Ｃｕ、ＣｄＳｎＯ及びＲｕなどの異なる検出層材料との多様な組合せで使用されてもよい。
【００１３】
ある具体的な実施例では、たとえば、ルテニウム酸化物又は酸化第一銅などの銅酸化物を形成するために金属が酸素と組み合わされる。他の具体的な実施例では、たとえば、チタン酸窒化物を形成するために、チタン窒化物が酸素と組み合わされる。
【００１４】
酸素は、吸気口３１２を介して供給される。酸素は、スパッタリングの前、最中、又は後に供給され、このステップは繰り返されてもよい。
ある具体的な実施例では、接着層が同一の装置内でスパッタされた後に、銅が真空下のチャンバ３０２内でスパッタされ、このとき同時に酸素もまたチャンバ３０２内に導入される。別の実施例では、酸素がチャンバ３０２内に導入される前に、銅は真空下のチャンバ３０２内でスパッタされる。さらなる実施例では、酸素をチャンバ３０２内に導入した後に、銅がチャンバ３０２内でスパッタされる。
【００１５】
プロセス２００は、エッチングマスク層を形成する（２１８）。ある実施例では、エッチングマスク層は、たとえば、酸化物又はシリコン窒化物材料などの窒化物を含む誘電体である。他の実施例では、エッチングマスク層は、ポリイミド、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）すなわちフォトレジスト材料であってもよい。プロセス２００は、ホールプレート及びエッチングマスク材料をパタニングする（２２０）。
【００１６】
ホールプレートは、たとえば、イオンビームエッチングシステム又は他のエッチングシステムでエッチングされる（２２２）。場合により、任意の重合体材料がその後除去され、他の場合では、たとえば、ポリイミド又はＢＣＢ材料がホールプレートのパタニングに使用されるなら、重合体材料は残されてもよい。
【００１７】
プロセス２００は、パッシベーション層を堆積し（２２４）、パッシベーション層はたとえば、酸化物、窒化物、酸化物と窒化物の積層、又はそれだけには限らないがポリイミドもしくはＢＣＢなどの重合体材料であってもよい。
【００１８】
プロセス２００は、ビアを形成する（２２８）。ある実施例では、パッシベーション層１１８に、ビア１２２ａ及び１２２ｂを介したホールプレート１１４の上部への接続が形成されてもよい。たとえば、プレート材料に至る部分の材料を除去し、タングステン充填材を充填し、ビア１２２ａ、１２２ｂを形成する。他の実施例では、ビア１２２ａ、１２２ｂは、それだけには限らないが、アルミニウムベースのビア材料とのチタン接着層を含む、接着層を有するボンディングパッド材料であってもよい。ある実施形態では、ビア１２２ａ、１２２ｂを第一に充填されずに、ボンディングパッド材料が、ビア１２２ａ、１２２ｂの内部に堆積される。別の実施例では、ホールプレート１１４の底部からビア１２０ａ、１２０ｂを使用した接続が形成され、それは、タングステン充填剤を含んでもよい。他の実施例では、ビア１２０ａ、１２０ｂは、それだけには限らないが、アルミニウムベースのビア材料とのチタン接着層を含む、接着層を有する金属相互接続材料であってもよい。他の実施例では、他の標準的な高導電率相互接続が、ホールプレート１１４を回路へ接続するために使用されてもよい。
【００１９】
図４を参照すると、電流センサの一実施例が、電流センサ４１０である。図４では、ホール効果検出素子１００の一実施例が、ホール効果検出素子４１８である。
電流センサ４１０は、複数のリード４１２ａ〜４１２ｈを有するリードフレーム４１２を含む。リード４１２ａ及び４１２ｂは、リード４１２ｃ及び４１２ｄに結合され、電流パス、すなわち幅ｗ１の幅狭部４１４を有する電流導体を形成する。電流センサ４１０はさらに、第１の面４１６ａ及び第２の反対側の面４１６ｂを有する基板４１６を含む。ホール効果検出素子４１８は、いくつかの実施例では、第１の面４１６ａ内部に拡散されてもよく、又はその他の場合は第１の面４１６ａ上に配置されてもよい。基板４１６は、たとえば、シリコンなどの半導体材料で構成されてもよく、代替の実施形態では、基板４１６は、絶縁材料で構成されてもよい。
【００２０】
基板４１６は、第１の面４１６ａが電流導体部４１４に近接し、第２の面４１６ｂが電流導体部４１４から遠位にあり、より具体的には、ホール効果検出素子４１８が電流導体部４１４に極めて近接するように、リードフレーム４１２の上方に配置される。図示されている実施形態では、基板４１６は、集積回路パッケージで基板が実装される従来の向きに対して、逆さまの向きを有する（すなわち、第１の面４１６ａは下方に向けられる）。
【００２１】
基板４１６は、第１の面４１６ａに、ボンディングワイヤ４２２ａ〜４２２ｃが結合される、ボンディングパッド４２０ａ〜４２０ｃを有する。ボンディングワイヤは、リードフレーム４１２のリード４１２ｅ、４１２ｆ、４１２ｈにさらに結合される。
【００２２】
絶縁体４２４は、基板１６をリードフレーム４１２から分離する。絶縁体４２４は、多様な方法で設けられ得る。たとえば、ある実施形態では、絶縁体４２４の第１の部分は、基板４１６の第１の面４１６ａ上に直接堆積された厚さ４μｍのＢＣＢ樹脂材料の層を含む。絶縁体４２４の第２の部分は、リードフレーム４１２上に堆積されたアンダーフィル材料、たとえば、Ｓｔａｙ  ｃｈｉｐ（商標）  ＮＵＦ−２０７１  Ｅ（Ｃｏｏｋｓｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）の層を含んでもよい。そのような構成は、基板４１６とリードフレーム４１２との間に、１０００ボルトを超える絶縁電圧をもたらす。
【００２３】
電流導体部４１４は、しかし、電流が流れるパス全体の一部分であることが理解されよう。たとえば、矢印４２６によって示される方向を有する電流は、本明細書では平行に電気的に結合されることが示されているリード４１２ｃ、４１２ｄ内に流れこみ、電流導体部４１４を通って、同様に本明細書では平行に電気的に結合されることが示されているリード４１２ａ、４１２ｂの外に流れ出る。
【００２４】
本構成により、ホール効果検出素子４１８は、矢印４２６によって示される方向に電流導体部４１４を通過する電流によって生成される磁界が、ホール効果検出素子４１８の最大応答軸に実質的に合わせられた方向となるように、電流導体部４１４に極めて近接して、導体部４１４に対してあらかじめ定められた位置に配置される。ホール効果検出素子４１８は、磁界に比例した、したがって電流導体部４１４を通って流れる電流に比例した、電圧出力を生成する。図示されているホール効果検出素子４１８は、ｚ軸４３４に実質的に合わせられた最大応答軸を有する。電流に応じて発生した磁界は、電流導体部４１４を中心とした円形であるので、ホール効果検出素子４１８は、図示されるように、磁界が実質的にｚ軸４３４に沿って向けられる電流導体部４１４のすぐそばに（すなわち、ｙ軸４３２に沿ってわずかにオフセットして）配置される。この位置によって、ホール効果検出素子４１８からより大きい電圧出力が得られ、したがって感度が改善される。しかし、ホール効果検出素子、又は別のタイプの磁界センサ、たとえば別の方向に合わせられた最大応答軸を有する磁気抵抗素子は、電流導体部４１４に対して別の位置に、たとえば電流導体部４１４の上に（ｚ軸４３４に沿った方向で）、配置されてもよい。
【００２５】
１つのホール効果検出素子４１８が、基板４１６の第１の面４１６ａ上に示されているが、２つ以上のホール効果検出素子が使用され得ることが理解されよう。さらに、追加の回路、たとえば増幅器、が基板４１６の第１及び／又は第２の面４１６ａ、４１６ｂ内に拡散され、そうでなければそれらの上に配置され、あるいはそれらによって支持されてもよい。
【００２６】
図４の実施形態では、ホール効果検出素子４１８と電流導体４１４との間の顕著な近接が、電流導体部４１４に第２の面よりも近い第１の基板面４１６ａ上にホール効果検出素子４１８を配置することによって達成されている。他の実施形態では、この有利な顕著な近接は、第２の基板面４１６ｂ上にホール効果検出素子４１８を配置し、第２の面４１６ｂに実質的に合わせられるように電流導体部４１４を形成することによって達成される。
【００２７】
他の実施例では、電流センサ４１０はまた、はんだボール、バンプ、又は銅のスタッドバンプを用いて組み立てられたフリップチップであるかもしれない。たとえば、図４ではワイヤボンディングが接続方法として示されているが、フリップチップ・プロセスを使用して、ダイとリードフレームとの間の接続を提供することもできる。たとえばダイ４１６の活性化領域は、リードフィンガ（図示せず）とボンディングパッド又はダイ４１６上の接続点との間のはんだボール又はスタッドバンプ（たとえば、はんだを有する銅柱）を有する。ダイのリードフレームへの接続は、通常リフロー工程を通して達成される。代替の実施形態では、導電性エポキシ接着材が、リードフレームをダイに接続するために所定の位置で利用される。別法として、リード・オン・チップ・プロセスが利用されてもよい。本プロセスでは、リードフレームがダイ上に位置し、そしてリードフレーム上面からダイ上面へと電気的接続が形成され、これらの２つの面は、同一の方向を向いている。
【００２８】
幅ｗ１（図４）は、それだけには限らないが、電流センサ４１０（図４）の所望される感度、及び電流パス４１４とホール効果検出素子４１８との相対位置の製造ばらつきがもたらす性能ばらつきの所望される低減、を含む多様な要因により選択される。通常、ホール効果検出素子４１８の幅に相当する幅ｗ１を選択することで、電流センサ４１０の感度が最大となることが理解されよう。しかし、ホール効果検出素子４１８の幅より大きな幅ｗ１を選択することで、ホール素子のｘ方向４３０の配置位置の製造交差がもたらす性能ばらつきが最小となることがさらに理解されよう。
【００２９】
図５を参照すると、速度センサの一例が、磁界センサ５１０である。図５では、ホール効果検出素子１００の一例は、ホール効果検出素子５１２である。他の実施形態では、複数のホール効果検出素子が、速度に加えて方向及び振動のうちの片方又は両方を決定するために、使用されてもよい。
【００３０】
ある実施例では、磁界センサ５１０は、強磁性ギヤ歯たとえばギヤ歯５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃを有するギヤ５２２に応答する。ギヤ５２２は、磁界センサ５１０が応答し得る「強磁性の対象物体」又は単に「対象物体」の１タイプに過ぎないことを認識されたい。他の磁性システムでは、強磁性の対象物体は永久磁石（又は硬質強磁性材料）、たとえば上述の互い違いのＮＳ極を有するリング状磁石、を含んでもよい。
【００３１】
磁界センサ５１０は、電子回路５１６に結合された磁界検出素子５１２を含む。磁界検出素子５１２及び電子回路５１６は、基板５１４上に配置されて（すなわち、内部又は上に集積されて）もよい。明確にするために本明細書では、ホール効果検出素子５１２は、強調されたサイズで示され、基板５１４の面外に回転されている。さらに、明確にするために、ホール効果検出素子５１２は、基板５１４上部に示されているが、しかしホール効果検出素子は通常、集積回路基板表面上に又は内部に配置されることが理解されよう。他の実施形態では、ホール効果検出素子は、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）を利用することによって、回路とは反対側のダイ表面上に配置され得る。
【００３２】
磁界センサ５１０はまた、磁石５１８（たとえば、永久磁石又は硬質強磁性材料）を含んでもよい。磁石５１８は、通常ホール効果検出素子５１２の位置で軸５２４に沿って向けられた磁界であって磁界センサ５１０に対するギヤ歯５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃの位置による方向及び振幅の変化に従う磁界を、発生するように構成される。しかし、磁石５１８面での磁界の構造は、コア５２０により、さらに複雑であり得る。他の実施形態では、磁界は、コアなしの磁気素子によって生成されてもよい。他の実施形態では、磁石による磁化又は磁界方向は、通常の軸５２４平行と異なり、たとえば軸５２４と垂直、又は他の任意の角度であってもよい。
【００３３】
電子回路５１６は、出力信号（図示せず）を発生するように構成される。出力信号は、ギヤが動かないとき、磁界センサ５１０がギヤ歯上又はギヤの谷上、どちらにあるかを示す。したがって、磁界センサ５１０は、「エッジ検出器」とは対照的に「歯検出機」（すなわち特徴検出器）と呼ばれる場合がある。出力信号は、ギヤが回転しているとき、ギヤの回転速度を示すエッジレート又は周波数を有する。出力信号状態のエッジすなわち遷移は、ギヤ歯が磁界センサのそばを通り過ぎるとき、ギヤ歯のエッジ位置を識別するために使用され得る。他の実施形態では、センサは、歯の存在又は不在を検出できなくてもよく、しかしむしろ、対象の速度又は位置変化を検出するためだけに使用されてもよい。
【００３４】
磁石５１８は、磁石５１８内部に配置された軟質強磁性材料からなる中心コア５２０を含み得る。コアあり磁石の実施例が、２００１年８月２１日に発行された「Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（磁石構造）」という名称の米国特許第６，２７８，２６９号で説明されており、この特許は本発明の譲受人に譲渡され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。米国特許第６，２７８，２６９号で説明されるように、コア５２０を有する磁石５１８によってもたらされる極構成は、ギヤ５２２の谷が磁界センサ５１０に近接しているとき、コア５２０の表面上のいくつかの点での磁界の磁束密度のベースフィールド（又はベースライン）を押し下げる（たとえば、図示されるようにコアの左へ）。ホール効果検出素子５１２におけるあらかじめ定められたベースライン（たとえば、約＋６００ガウス以内の範囲の）、及びゼロ付近にもたらされた差動磁界信号（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｓｉｇｎａｌ）５１２ａ、５１２ｂ（すなわち、相似型の差動近接信号（ａｎａｌｏｇ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｓｉｇｎａｌ））が、適切な設計を用いて実現され得る。他の実施形態では、磁石は、中心の軟質強磁性コアを有せず、しかしむしろ、空気コアを有してもよい。他の実施形態が、２０１４年１０月３０日公開の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＰＡＣＫＡＧＥ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＳＰＬＩＴ  ＬＥＡＤ  ＦＲＡＭＥ  ＡＮＤ  Ａ  ＭＡＧＮＥＴ（分割されたリードフレーム及び磁石を有する集積回路パッケージ）」という名称の米国特許公開第２０１４−０３２０１２４号、及び２０１３年９月２６日公開の「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＰＡＣＫＡＧＥ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＳＰＬＩＴ  ＬＥＡＤ  ＦＲＡＭＥ（分割リードフレームを有する集積回路パッケージ）」という名称の米国特許公開第２０１３−０２４９５４６号の中で見つけることができ、その全体が本明細書に組み込まれ、本出願と同一の譲受人に譲渡される。
【００３５】
対照的に、ギヤ５２２のギヤ歯が、ホール効果検出素子５１２に近接しているとき、ホール素子５１２は、より高い磁界を感知し、より高い値の差動磁界信号５１２ａ、５１２ｂを発生させる。上述の通り、ベースライン磁界とより高い磁界との差は、磁界センサ５１０の最終的な精度に関わる。
【００３６】
磁界センサ５１０がギヤ５２２の谷に近接しているとき生じ得るベースライン磁界は、ギヤ５２２と磁界センサ５１０との間のエアギャップが変化しても、ほとんど変化せず比較的低いままである。低ベースラインが実質的にエアギャップに無関係となるこの有利な結果は、コア５２０（空気コアを含む）の作用及び設計によって達成され、特に、ホール効果検出素子５１２がギヤ５２２の谷に近接しているとき、対向する磁極を、磁界検出素子５１２に近接したコア５２０の面（すなわち、図示されるように左側）にもたらす。本効果もまた、１９９８年７月１４日に発行された「Ｈａｌｌ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ−  Ａｒｔｉｃｌｅ−Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｓｅｎｓｏｒ（ホール効果鉄物品近接センサ）」という名称の米国特許第５，７８１，００５号で説明されており、この特許は本発明の譲受人に譲渡され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００３７】
上述した低ベースラインは、磁界センサがギヤの谷に近接したときに発生し、電子回路５１６がギヤ歯の存在をギヤの谷と区別する能力を向上させる。
上述した低ベースラインはさらに、ベースライン磁界が比較的小さいため、より簡単に温度影響を補償する能力を提供し、したがって磁界センサ５１０がギヤ５２２の谷に近接したとき、温度により発生する回路変動の影響を低減できる。基本的に、誤差（ゼロ近くの）の任意の乗算はより小さいので、ベースライン磁界の水準又は範囲付近では、回路の任意の誤差が良好に補正され得る。したがって、温度又は湿度などのシステム動作状態全体にわたり、システムの雑音又は誤差がより少ないので、精度を維持しながら、歯を谷と区別するために使用される磁界しきい値は、より小さくすることができる。
【００３８】
図６を参照すると、感度を改善するホールプレートを有するホール効果検出素子の別の実施例が、ホール効果検出素子１００’である。ホール効果検出素子１００’は正確な縮尺率で示されていない。図６では、基板１０２内に集積回路１０５が示され、集積回路は、ビア１２０ａ、１２０ｂを介してホールプレート１１４に結合される。
【００３９】
本明細書で説明したプロセスは、説明した具体的な実施例に限定されない。たとえば、プロセス２００は、図２の具体的なプロセス順序に限定されない。むしろ、図２のどの処理ブロックも、上で明らかにした結果を達成するために、必要に応じて、再び並べられ、結合又は除去され、並行又は直列に実行されてもよい。
【００４０】
本明細書で説明した異なる実施形態の要素は、上で詳細に明らかにされなかった他の実施形態を形成するために組み合わされてもよい。単独の実施形態の文脈において説明された多様な構成要素はさらに、分離されて、又は任意の適切な部分的な組合せで、提供されてもよい。本明細書で詳細に説明されなかった他の実施形態もまた、以下の特許請求の範囲に含まれる。
【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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【国際調査報告】
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