[go: up one dir, main page]

JP2011238881A - Composite semiconductor element, method for manufacturing the same, magnetic sensor, and image formation device - Google Patents

Composite semiconductor element, method for manufacturing the same, magnetic sensor, and image formation device Download PDF

Info

Publication number
JP2011238881A
JP2011238881A JP2010111370A JP2010111370A JP2011238881A JP 2011238881 A JP2011238881 A JP 2011238881A JP 2010111370 A JP2010111370 A JP 2010111370A JP 2010111370 A JP2010111370 A JP 2010111370A JP 2011238881 A JP2011238881 A JP 2011238881A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
compound semiconductor
thin film
magnetic sensor
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010111370A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Nagumo
章 南雲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Oki Digital Imaging Corp
Original Assignee
Oki Data Corp
Oki Digital Imaging Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Data Corp, Oki Digital Imaging Corp filed Critical Oki Data Corp
Priority to JP2010111370A priority Critical patent/JP2011238881A/en
Publication of JP2011238881A publication Critical patent/JP2011238881A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

【課題】化合物半導体ウェハー素材を用いてホール素子などを作成するに当たり、無駄となる部分が多くコストの増加を招いていた。
【解決手段】 複合半導体素子が、基板(11)と、基板上(11)に備えられ有機材料を主材料とする平坦化層(14)と、例えばホール素子を構成する化合物半導体素子を含み平坦化層(14)上にボンディングされた半導体薄膜(12)を有する。化合物半導体薄膜(12)との電気的接続のための金属配線膜(23)をさらに備え、化合物半導体薄膜(12)と金属配線膜(23)との間に、より高い不純物濃度の化合物半導体層(17)を介在させても良い。
【選択図】図1
[PROBLEMS] To create a Hall element or the like using a compound semiconductor wafer material, there are many wasted parts, resulting in an increase in cost.
A composite semiconductor element includes a substrate (11), a flattening layer (14) which is provided on the substrate (11) and is mainly made of an organic material, and a compound semiconductor element which forms, for example, a Hall element. A semiconductor thin film (12) bonded on the insulating layer (14). A metal wiring film (23) for electrical connection with the compound semiconductor thin film (12) is further provided, and a compound semiconductor layer having a higher impurity concentration is provided between the compound semiconductor thin film (12) and the metal wiring film (23). (17) may be interposed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、複合半導体素子、その製造方法、磁気センサ及び画像形成装置に関する。本発明は特に、化合物半導体素子とシリコン基板とが複合された複合半導体素子およびその製造方法に関し、例えば、GaAsなどを活性層としたホール素子(Hall Device)とシリコンウェハーとが複合化された複合半導体素子、シリコンICとホール素子とが複合集積された磁気センサに関する。本発明はさらに、磁気センサを用いた画像形成装置に関する。   The present invention relates to a composite semiconductor element, a manufacturing method thereof, a magnetic sensor, and an image forming apparatus. In particular, the present invention relates to a composite semiconductor device in which a compound semiconductor device and a silicon substrate are combined, and a method for manufacturing the same. For example, a composite in which a Hall device having a GaAs or the like as an active layer and a silicon wafer are combined. The present invention relates to a magnetic sensor in which a semiconductor element, a silicon IC, and a Hall element are combined and integrated. The present invention further relates to an image forming apparatus using a magnetic sensor.

高い電子移動度を有するGaAs、InAs、InSbなどの化合物半導体は、高感度ホール素子や磁気センサの材料として適している。
また、これら素子とシリコン集積回路による信号処理部とが一体化された磁気センサが知られているが(特許文献1)、これらはGaAs基板によるチップとシリコン基板によるチップとが一つのパッケージに収容されたマルチチップモジュールやハイブリッドICの構成として実現されていた。
Compound semiconductors such as GaAs, InAs, and InSb having high electron mobility are suitable as materials for high-sensitivity Hall elements and magnetic sensors.
Further, there is known a magnetic sensor in which these elements and a signal processing unit using a silicon integrated circuit are integrated (Patent Document 1). In these sensors, a chip made of a GaAs substrate and a chip made of a silicon substrate are accommodated in one package. It has been realized as a configuration of a multi-chip module or a hybrid IC.

特開2003−243646号公報JP 2003-243646 A

ホール素子は高価な化合物半導体ウェハー素材を用いて製造されるものであるが、前記ウェハーを個片化して作成されるチップにおいてホール素子部が占める面積の割合は僅かであって、端子パッド部や配線部の面積がチップの大部分を占めており、不経済であるという課題があった。   The Hall element is manufactured using an expensive compound semiconductor wafer material, but the ratio of the area occupied by the Hall element part in a chip formed by dividing the wafer into a small piece is small, and the terminal pad part or There is a problem that the area of the wiring portion occupies most of the chip, which is uneconomical.

また、ホール素子を用いた磁気センサ等も、GaAs基板を用いたホール素子チップとシリコン基板を用いた信号処理部チップとが一つのパッケージに収容された、マルチチップモジュールやハイブリッドIC構成として実現されていた。ホール素子チップと信号処理部チップを用いる磁気センサICは、前記チップをリードフレーム上にそれぞれ搭載して、前記チップ相互の電極パッド間をワイヤーで接続する必要から、パッケージサイズが大型化してしまうという課題があった。   In addition, a magnetic sensor using a Hall element is realized as a multi-chip module or hybrid IC configuration in which a Hall element chip using a GaAs substrate and a signal processing unit chip using a silicon substrate are housed in one package. It was. A magnetic sensor IC using a Hall element chip and a signal processing unit chip has a need to mount the chip on a lead frame and connect the electrode pads between the chips with wires, which increases the package size. There was a problem.

さらにまた、前記化合物半導体からなるホール素子には温度依存性が不可避であって、温度変化によって磁界測定の結果に誤差を生じるという問題があった。   Furthermore, the Hall element made of the compound semiconductor inevitably has temperature dependency, and there is a problem that an error occurs in the magnetic field measurement result due to temperature change.

本発明の複合半導体素子は、
基板と、
前記基板上に備えられ有機材料を主材料とする平坦化層と、
化合物半導体素子を含み前記平坦化層上にボンディングされた半導体薄膜を有することを特徴とする。
The composite semiconductor element of the present invention is
A substrate,
A planarization layer comprising an organic material as a main material provided on the substrate;
A semiconductor thin film including a compound semiconductor element and bonded on the planarizing layer is provided.

本発明の磁気センサーは、
集積回路を含む半導体基板と、
前記基板上層に設けられた有機材料を主材料とする平坦化層と、
前記平坦化層上にボンディングされた化合物半導体薄膜を有することを特徴とする。
The magnetic sensor of the present invention is
A semiconductor substrate including an integrated circuit;
A planarization layer mainly composed of an organic material provided on the upper layer of the substrate;
It has a compound semiconductor thin film bonded on the planarizing layer.

本発明によれば、複合半導体素子の作成に当たり、無駄となる化合物半導体を少なくすることができる。また、温度依存性の小さい磁気センサを得ることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce a compound semiconductor that is wasted in producing a composite semiconductor element. In addition, a magnetic sensor with low temperature dependence can be obtained.

(a)及び(b)は、本発明の実施の形態1に係る複合半導体素子を示す平面図及び断面図である。(A) And (b) is the top view and sectional drawing which show the composite semiconductor element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に係る複合半導体素子の製造方法の一段階を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating one stage of a method for manufacturing the composite semiconductor element according to the first embodiment. 実施の形態1に係る複合半導体素子の製造方法の一段階を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating one stage of a method for manufacturing the composite semiconductor element according to the first embodiment. (a)及び(b)は、実施の形態1に係るホール素子の動作を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows operation | movement of the Hall element based on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る複合半導体素子の製造方法の変形例における一段階を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing one stage in a modified example of the method for manufacturing the composite semiconductor element according to the first embodiment. 図6は本発明の実施の形態2の磁気センサを示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention. 図6の基準電圧回路の構成例を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a reference voltage circuit in FIG. 6. 図6の制御電圧発生回路の構成例を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a control voltage generation circuit of FIG. 6. (a)〜(d)は、本発明の実施の形態2に係るホール素子を搭載した複合チップ及び該複合チップを用いた磁気センサの構成を概略的に示す図であり、図9(a)は磁気センサチップの上面図、図9(b)は図9(a)のA−A’部に対応する断面図、図9(c)は前記磁気センサチップを樹脂モールドパッケージに組立てたパッケージ品の上面透視図、図9(d)は同様の側面透視図である。(A)-(d) is a figure which shows roughly the structure of the composite chip which mounts the Hall element based on Embodiment 2 of this invention, and a magnetic sensor using this composite chip, FIG.9 (a) 9B is a top view of the magnetic sensor chip, FIG. 9B is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ portion of FIG. 9A, and FIG. 9C is a package product in which the magnetic sensor chip is assembled in a resin mold package. FIG. 9D is a similar side perspective view. 実施の形態2に係る構成を用いたチップを樹脂封止して作成した磁気センサと、比較のための従来の磁気センサを示す平面図である。It is a top view which shows the magnetic sensor produced by resin-sealing the chip | tip using the structure which concerns on Embodiment 2, and the conventional magnetic sensor for a comparison. 図6の基準電圧回路から出力される基準電圧の温度係数を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature coefficient of the reference voltage output from the reference voltage circuit of FIG. 図9に示したホール素子のホール電圧の温度特性と図6の構成の磁気センサ回路の出力の温度特性を比較して示すグラフである。10 is a graph showing a comparison between a temperature characteristic of the Hall voltage of the Hall element shown in FIG. 9 and an output temperature characteristic of the magnetic sensor circuit having the configuration of FIG. 6. 実施の形態2に係る磁気センサを搭載した画像形成装置を示す概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing an image forming apparatus equipped with a magnetic sensor according to Embodiment 2. FIG. 図13を参照して説明したプリンタのトナーカートリッジの構成を概略的に示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a toner cartridge of the printer described with reference to FIG. 13.

以下の説明で、信号と、該信号の入出力のための端子を同じ符号で示す場合がある。   In the following description, a signal and a terminal for inputting / outputting the signal may be indicated by the same symbol.

実施の形態1.
(実施の形態1の構成)
図1(a)及び(b)は本発明の実施の形態1に係るホール素子を形成した複合半導体素子チップ10の構成を概略的に示す図であって、図1(a)はチップの上面図、図1(b)は図1(a)のA−A’部に対応する断面図である。
Embodiment 1 FIG.
(Configuration of Embodiment 1)
FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically showing a configuration of a composite semiconductor element chip 10 in which a Hall element according to Embodiment 1 of the present invention is formed, and FIG. FIG. 1 and FIG. 1B are cross-sectional views corresponding to the AA ′ portion of FIG.

図1(a)において、複合半導体素子10は、シリコンウェハー基材からなるチップ11を有する。該チップ11は、図示しないシリコンウェハー上に多数形成され、公知のダイシング技術を用いて個片化することにより得られたものである。
略十文宇状にハッチングして示すホール素子12はGaAs半導体層からなり、後述するようにGaAsウェハ一基材上からエピタキシャル層をフィルム状に剥離し、前記シリコンウェハー上に貼付した後、所要部をエッチング形成したものである。この貼付に当たっては、接着剤を用いることなく、密着させて接合(ボンディング)させる。
In FIG. 1A, a composite semiconductor element 10 has a chip 11 made of a silicon wafer substrate. A large number of the chips 11 are formed on a silicon wafer (not shown) and obtained by dividing into pieces using a known dicing technique.
The Hall element 12 shown hatched in a substantially ten-bundle shape is composed of a GaAs semiconductor layer. As will be described later, the epitaxial layer is peeled off from the base material of the GaAs wafer and pasted on the silicon wafer, and then required. The portion is formed by etching. At the time of this pasting, it is bonded and bonded (bonded) without using an adhesive.

複合半導体素子チップ10はさらに、チップ11上に形成された電極パッド15と、パッド15とホール素子12の間を接続する薄膜配線(メタル配線)16と、ホール素子部12の上面に形成したコンタクト部17とを有する。   The composite semiconductor element chip 10 further includes an electrode pad 15 formed on the chip 11, a thin film wiring (metal wiring) 16 connecting the pad 15 and the Hall element 12, and a contact formed on the upper surface of the Hall element portion 12. Part 17.

なお、破線13で囲まれる領域は、GaAsエピタキシャルフィルムの貼付領域であって、GaAsエピタキシャルフィルムが貼付される領域が破線13で示されている。エピタキシャルフィルムは、前述したGaAsウェハー基材上のエピタキシャル層をフィルム状に分離及び剥離することで得られるものである。
図示の例では、エピタキシャルフィルムが矩形状、より具体的には正方形状であり、一片の長さがL2として図示されている。
In addition, the area | region enclosed with the broken line 13 is a sticking area | region of a GaAs epitaxial film, and the area | region where a GaAs epitaxial film is stuck is shown with the broken line 13. FIG. The epitaxial film is obtained by separating and peeling the above-described epitaxial layer on the GaAs wafer substrate into a film.
In the illustrated example, the epitaxial film has a rectangular shape, more specifically a square shape, and the length of one piece is shown as L2.

一点鎖線14で囲んで示す平坦化領域は、前記エピタキシャルフィルムの貼付前にチップ11の表面粗さ(表面凹凸部の谷部と山部の高低差に相当する)を小さくして、エピタキシャルフィルムとの密着性を良くするため設けられるものであって、高温処理に耐える耐熱性と弾力性に優れたポリイミドなどを用いることができる。
平坦化した後の前記ポリイミド層の表面粗さは5nm以下とすることが望ましい。
The flattened region surrounded by the alternate long and short dash line 14 reduces the surface roughness of the chip 11 (corresponding to the height difference between the valleys and peaks of the surface irregularities) before attaching the epitaxial film, For example, polyimide having excellent heat resistance and elasticity that can withstand high-temperature treatment can be used.
The surface roughness of the polyimide layer after planarization is preferably 5 nm or less.

感光性ポリイミドを用いて平坦化領域14が形成されたシリコン基材11は、前記ポリイミド層の表面状態を活性化するためプラズマ洗浄装置を用いて減圧環境下でプラズマ処理される。
次いで、平坦化領域14の上面に前述したエピタキシャルフィルム13を積載した後、前記エピタキシャルフィルム13を挟んで加圧することで、前記ポリイミド層が僅かに弾性変形して前記表面粗さが解消することで密着して、エピタキシャルフィルムとポリイミド層とは分子間力によって強固に接合される。
このとき、前述した加圧時においてシリコン基材を加熱しておくことで密着力をより高めることができる。
The silicon substrate 11 on which the planarized region 14 is formed using photosensitive polyimide is subjected to plasma treatment in a reduced pressure environment using a plasma cleaning apparatus in order to activate the surface state of the polyimide layer.
Next, after the above-described epitaxial film 13 is loaded on the upper surface of the flattened region 14, the polyimide layer is slightly elastically deformed by pressurizing the epitaxial film 13 so that the surface roughness is eliminated. Adhering to each other, the epitaxial film and the polyimide layer are firmly bonded by intermolecular force.
At this time, the adhesive force can be further increased by heating the silicon substrate during the pressurization described above.

次いで、公知のフォトリソグラフィー法を用いて前記したエピタキシャルフィルム領域13の必要な部分以外をエッチング除去することで、符号12で示す略十文字形状のホール素子部を形成することができる。なお、ホール素子部12を、一例として略十文字形状に形成するものとしているが、本発明はこれに限定されない。   Next, by using a well-known photolithography method, except the necessary portion of the epitaxial film region 13 is removed by etching, a substantially cross-shaped Hall element portion indicated by reference numeral 12 can be formed. In addition, although the Hall element part 12 shall be formed in a substantially cross-shaped shape as an example, this invention is not limited to this.

図1(a)においては、ホール素子部12を形成する元となったGaAs領域13の一辺の長さをL2とし、シリコン基材からなるチップの一辺を長さL1として図中に記載しているが、当然ながらL2<L1であり、チップ11に占めるGaAs領域13の面積は僅少である。
後述するように、GaAs領域13はそれが形成されるGaAsウェハーの上層に微小な隙間をもって多数形成されていたものであって、前記GaAsウェハーからGaAs領域13を剥離してチップ11に積載することでGaAsエピタキシャル層を無駄なく配置し、GaAsウェハーを無駄なく利用することができる。
In FIG. 1A, the length of one side of the GaAs region 13 from which the Hall element portion 12 is formed is L2, and the side of a chip made of a silicon substrate is shown as a length L1. Of course, L2 <L1, and the area of the GaAs region 13 occupying the chip 11 is very small.
As will be described later, a large number of GaAs regions 13 are formed in the upper layer of the GaAs wafer on which the GaAs regions 13 are formed with minute gaps. The GaAs regions 13 are peeled off from the GaAs wafer and loaded on the chip 11. Thus, the GaAs epitaxial layer can be disposed without waste, and the GaAs wafer can be utilized without waste.

図1(b)は図1(a)のA−A’部に対応する断面図である。
図1(b)に示すように、シリコンウェハー基材11上に、電極パッドを形成するメタル層15と、前記パッド15の周縁部を含むウェハー基材11の上層を覆うように形成されたパッシベーション保護膜21と、前述したポリイミドからなる平坦化層14と、及び前記したGaAs層12とが設けられている。GaAs層12は、エピタキシャルフィルム13を積層した後必要部分が残るようにエッチングにより形成したものである。
保護膜21は、例えば、酸化けい素膜及び窒化けい素膜のうちの少なくとも一方を含む単層又は多層構造のものである。
コンタクト層22は、GaAs層12の上層に形成されており、GaAs層12よりも高濃度の不純物を含むGaAs層からなる。コンタクト層22は、図1(a)のコンタクト部17に相当する。
FIG.1 (b) is sectional drawing corresponding to the AA 'part of Fig.1 (a).
As shown in FIG. 1B, a passivation is formed on a silicon wafer base 11 so as to cover a metal layer 15 that forms electrode pads and an upper layer of the wafer base 11 including the peripheral edge of the pad 15. The protective film 21, the planarizing layer 14 made of polyimide, and the GaAs layer 12 described above are provided. The GaAs layer 12 is formed by etching so that a necessary portion remains after the epitaxial film 13 is laminated.
The protective film 21 has, for example, a single layer or multilayer structure including at least one of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
The contact layer 22 is formed on the upper layer of the GaAs layer 12 and is made of a GaAs layer containing a higher concentration of impurities than the GaAs layer 12. The contact layer 22 corresponds to the contact portion 17 in FIG.

メタル配線層23は、ホール素子12と電極パッド15との間を接続する薄膜配線で構成されており、図1(a)における配線層16に相当する。
このように、コンタクト層22の上部所定箇所にメタル配線層23をオーバラップさせることでコンタクト領域17を形成することができる。
The metal wiring layer 23 is composed of a thin film wiring for connecting the Hall element 12 and the electrode pad 15 and corresponds to the wiring layer 16 in FIG.
In this manner, the contact region 17 can be formed by overlapping the metal wiring layer 23 at a predetermined position on the contact layer 22.

なお、メタル配線層23はコンタクト層22を形成するGaAs層とオーミックに接続可能な素材であることが望ましく、Au−GeやAu−Ge−Niなどの材料を用いることができる。
また、図1(b)に示したように、メタル配線層23をパッド15の上層に渡って配置することで、ダイシング時におけるパッド15の表面腐食防止やワイヤーボンディング時の金線との接続強度を増すことができるなどの効果が得られて、より好ましい。
The metal wiring layer 23 is preferably a material that can be connected to the GaAs layer forming the contact layer 22 in an ohmic manner, and a material such as Au—Ge or Au—Ge—Ni can be used.
Further, as shown in FIG. 1B, by disposing the metal wiring layer 23 over the upper layer of the pad 15, the surface corrosion prevention of the pad 15 during dicing and the connection strength with the gold wire during wire bonding. It is more preferable because an effect such as an increase in the thickness can be obtained.

(エピタキシャルフィルムの製造法)
図1に示したGaAs層13を構成するために必要となるエピタキシャルフィルムの製造プロセスを説明する。
図2及び図3はエピタキシャルフィルムの製造プロセスを概略的に説明する断面図である。
(Epitaxial film manufacturing method)
An epitaxial film manufacturing process necessary for forming the GaAs layer 13 shown in FIG. 1 will be described.
2 and 3 are cross-sectional views schematically illustrating the epitaxial film manufacturing process.

エピタキシャル層122(剥離される前はエピタキシャル層122と記載し、剥離された後はエピタキシャルフィルム122と記載する)の製造は有機金属気相成長法(MO−CVD: Metal Organic−Chemical Vapor Deposition)や分子線エピタキシー(MBE: Molecular Beam Epitaxy)等を用いて行うことができる。   The epitaxial layer 122 (described as an epitaxial layer 122 before being peeled and described as an epitaxial film 122 after being peeled off) is manufactured by metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD) or metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD). It can be performed using molecular beam epitaxy (MBE: Molecular Beam Epitaxy) or the like.

図2は前述したエピタキシャルフィルムの製造工程途中の一段階を示す図である。
図2に示すように、化合物半導体ウェハー、例えばGaAsウェハー100の上面に、バッファ層やエッチングストップ層101、及び剥離層102を順に成膜する。
なお、エッチングストップ層101としてはInGaP、剥離層102としてはAlAsなどを用いることができ、後述するようにエピタキシャルフィルムを剥離層102から剥離した後のGaAs基材を含む基材121は製造開始時の形態を留めており、新しいエピタキシャル層を成膜するために再利用することができる。
FIG. 2 is a diagram showing a stage in the process of manufacturing the epitaxial film described above.
As shown in FIG. 2, a buffer layer, an etching stop layer 101, and a release layer 102 are sequentially formed on the upper surface of a compound semiconductor wafer, for example, a GaAs wafer 100.
Note that InGaP can be used as the etching stop layer 101, and AlAs can be used as the release layer 102. The substrate 121 including the GaAs substrate after the epitaxial film is peeled from the release layer 102, as will be described later, is manufactured. This can be reused to form a new epitaxial layer.

次に、AlAs剥離層(犠牲層)102の上にドナー不純物を含むGaAs層103、エッチングストップ層104、及び比較的高濃度のドナー不純物を含むGaAs層105を順に成膜する。   Next, a GaAs layer 103 containing a donor impurity, an etching stop layer 104, and a GaAs layer 105 containing a relatively high concentration of donor impurities are sequentially formed on the AlAs separation layer (sacrificial layer) 102.

後述するように、公知のフォトリソグラフィー法とウェットエッチング法を用いることでAlAs剥離層102を選択的に除去することができる。
前記ウェットエッチングに用いる薬液の組成を適切に選択することで、AlAs剥離層102に対するエッチング速度を、GaAs層103やエッチングストップ層101に対するエッチング速度に比べ格段に大きくすることができ、AlAs剥離層102を選択的にエッチングすることが可能となる。
これによって、エピタキシャルフィルム122をエピタキシャルフィルム製造基板121から剥がすことができる。
As will be described later, the AlAs release layer 102 can be selectively removed by using a known photolithography method and wet etching method.
By appropriately selecting the composition of the chemical used for the wet etching, the etching rate for the AlAs release layer 102 can be remarkably increased as compared with the etching rate for the GaAs layer 103 and the etching stop layer 101. Can be selectively etched.
Thereby, the epitaxial film 122 can be peeled from the epitaxial film manufacturing substrate 121.

図3は前述したエピタキシャルフィルムの製造工程中の、エピタキシャルフィルム122をエピタキシャルフィルム製造基板121から剥がす工程の一段階を示している。   FIG. 3 shows one stage of the process of peeling the epitaxial film 122 from the epitaxial film manufacturing substrate 121 during the above-described epitaxial film manufacturing process.

図3に示されるようにエピタキシャル層122を剥離するに際し、予め溝112を形成し、溝によりエピタキシャル層122を小領域に分割しておく。この溝により分割される小領域は、各々1個のホール素子を構成する部分となる。   As shown in FIG. 3, when the epitaxial layer 122 is peeled off, the groove 112 is formed in advance, and the epitaxial layer 122 is divided into small regions by the groove. Each of the small areas divided by the grooves is a part constituting one Hall element.

溝112の形成は、溝の予定領域以外をレジスト等によりマスクするフォトリソグラフィー工程とウェットエッチング工程を用いて行うことができる。
なお、図3においてはAlAs剥離層102の一部が残されている状態(エッチング途中の状態)が示されているが、エピタキシャルフィルム122を図示しない手段で保持した状態で最終的にAlAs剥離層102は完全に除去される。
The groove 112 can be formed using a photolithography process and a wet etching process in which a region other than the predetermined region of the groove is masked with a resist or the like.
Note that FIG. 3 shows a state in which a part of the AlAs release layer 102 remains (the state in the middle of etching), but the AlAs release layer is finally held with the epitaxial film 122 held by means not shown. 102 is completely removed.

エピタキシャルフィルム122の剥離に際して、エピタキシャルフィルムを支持および保護する支持体をエピタキシャルフィルム122上に設けることができる。例えば、エピタキシャルフィルム122の上に支持体を設けた場合、エピタキシャルフィルム支持体表面を例えば真空吸着や光硬化性粘着シート(光照射によって粘着性を失わせる機能を備えた粘着シート)等により吸着し、所定の位置に移動することができる。   When the epitaxial film 122 is peeled off, a support for supporting and protecting the epitaxial film can be provided on the epitaxial film 122. For example, when a support is provided on the epitaxial film 122, the surface of the epitaxial film support is adsorbed by, for example, vacuum adsorption or a photocurable adhesive sheet (adhesive sheet having a function of losing adhesiveness by light irradiation). , Can move to a predetermined position.

このようにして溝部112と剥離層102とを用いて略矩形のフィルム状に形成されたエピタキシャルフィルム(図1に符号13で示す)はポリイミドからなる平坦化層14の上部に密着させられ、エピタキシャルフィルム13とポリイミド層14の表面同士の間に働く分子間力によって強固に接合される。   The epitaxial film (indicated by reference numeral 13 in FIG. 1) formed in the shape of a substantially rectangular film using the groove portion 112 and the release layer 102 in this manner is brought into close contact with the upper portion of the planarizing layer 14 made of polyimide. The film 13 and the polyimide layer 14 are firmly bonded by the intermolecular force acting between the surfaces.

ついでフォトリソグラフイ一法によって図1のコンタクト領域17以外のコンタクト層105がエッチング除去され、ついで前記InGaP用のエッチャントを用いてエッチングストップ層104も除去され、さらにフォトリソグラフィー法によって図1のホール素子部12以外の領域のGaAs層103が除去することでホール素子部12は形成される。   Next, the contact layer 105 other than the contact region 17 in FIG. 1 is removed by etching by a photolithographic method, the etching stop layer 104 is also removed by using the InGaP etchant, and the Hall element in FIG. 1 is further obtained by photolithography. The Hall element portion 12 is formed by removing the GaAs layer 103 in a region other than the portion 12.

このようにして図3のGaAs層105の一部が、図1(a)のコンタクト部17となり、図3のGaAs層103の一部が図1(a)のホール素子部12となる。
上記のようにして図1(b)のメタル配線層23とホール素子部12の間にコンタクト部22を設けることでコンタクト層22とメタル配線層23の界面部分の合金化が促進されその接触抵抗を最小化することができる。
In this way, a part of the GaAs layer 105 in FIG. 3 becomes the contact part 17 in FIG. 1A, and a part of the GaAs layer 103 in FIG. 3 becomes the Hall element part 12 in FIG.
By providing the contact portion 22 between the metal wiring layer 23 and the hall element portion 12 in FIG. 1B as described above, alloying of the interface portion between the contact layer 22 and the metal wiring layer 23 is promoted, and the contact resistance thereof is increased. Can be minimized.

(ホール素子の動作)
図4は図1(a)及び(b)に示す構成のホール素子12の要部を簡略化して示すものであって、図4(a)はその平面拡大図、図4(b)は図4(a)のA−A’線に沿う断面図である。
(Hall element operation)
FIG. 4 shows a simplified view of the main part of the Hall element 12 having the structure shown in FIGS. 1A and 1B. FIG. 4A is an enlarged plan view, and FIG. It is sectional drawing which follows the AA 'line of 4 (a).

電子物性の理論から良く知られているように、
ホール素子部12においてはHT1〜HT4の各端子を備え、図4(a)の紙面に垂直な方向に磁界を掛けた状態で、矢印にて示すように端子HT1から端子HT2方向に電流Idを流したとき、端子HT3−HT4間に次式で示されるホール電圧Vhが生じる。
Vh=Rh×Id×B/d …(1)
ここで、Rhはホール係数、
Bは磁束密度であって、ホール素子12について紙面に垂直に貫く向きの磁界を示す。
また、dは図4(b)に示されるように、ホール素子を構成する半導体層の厚さを示す。
As is well known from the theory of electronic properties,
The Hall element section 12 includes terminals HT1 to HT4, and applies a current Id from the terminal HT1 to the terminal HT2 as indicated by an arrow in a state where a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. When flowing, a Hall voltage Vh represented by the following equation is generated between the terminals HT3 and HT4.
Vh = Rh × Id × B / d (1)
Where Rh is the Hall coefficient,
B is a magnetic flux density, and indicates a magnetic field in a direction penetrating the Hall element 12 perpendicular to the paper surface.
Moreover, d shows the thickness of the semiconductor layer which comprises a Hall element, as FIG.4 (b) shows.

ホール係数Rhは次式で与えられる。
Rh=1/(N×q) …(2)
ここで、qは電子の電荷、
Nはキャリア密度である。
一方、ρを抵抗率、μを移動度とするとき、
Rh=ρ×μ …(3)
と表すことができる。
The Hall coefficient Rh is given by the following equation.
Rh = 1 / (N × q) (2)
Where q is the charge of the electron,
N is the carrier density.
On the other hand, when ρ is resistivity and μ is mobility,
Rh = ρ × μ (3)
It can be expressed as.

式(1)を参照して明らかなように、ホール電圧Vhを測定することで磁束密度Bを検出することができ、また式(3)に示すように、温度変化等により移動度μが変動した場合でも移動度の温度係数を打ち消すように電流Idを変化させることでホール電圧の変動を補償することができる。   As apparent from the equation (1), the magnetic flux density B can be detected by measuring the Hall voltage Vh, and as shown in the equation (3), the mobility μ varies due to a temperature change or the like. Even in this case, the variation of the Hall voltage can be compensated by changing the current Id so as to cancel the temperature coefficient of mobility.

図4(b)において、シリコン基材からなるチップ11の上層に、形成されたパッシベーション保護膜21、その上に形成されたポリイミドなどからなる平坦化層14、さらにその上に形成されたドナー不純物を含むGaAs半導体層12が示されている。
式(1)で示したように、ホール電圧Vhは半導体層の厚さdに反比例するので、磁束密度Bに対するホール電圧Vhを大きくするためには、すなわち磁束の検出感度を高めるためには厚さdを薄くすると良く、また式(2)から、ホール係数を大きくするためキャリア密度を低くすると良いことが判る。
In FIG. 4B, the passivation protection film 21 formed on the upper layer of the chip 11 made of a silicon base material, the planarization layer 14 made of polyimide or the like formed thereon, and the donor impurity formed thereon. A GaAs semiconductor layer 12 containing is shown.
As shown in the equation (1), the Hall voltage Vh is inversely proportional to the thickness d of the semiconductor layer. Therefore, in order to increase the Hall voltage Vh with respect to the magnetic flux density B, that is, to increase the detection sensitivity of magnetic flux, It can be seen that the thickness d should be reduced, and from equation (2) it can be seen that the carrier density should be lowered in order to increase the Hall coefficient.

一方、キャリア濃度を増加させるとホール素子の感度が低下して高精度な磁界測定には適しないのであるが、ホール電圧の温度変化率を小さくできる利点もあって、これらを勘案した条件設定が必要である。
このため半導体層(図2の103)の不純物濃度は、10−17〜5×10−17cm−3とし、特に2〜3×10−17cm−3とするのが好ましい。
On the other hand, increasing the carrier concentration lowers the sensitivity of the Hall element and is not suitable for high-precision magnetic field measurement, but has the advantage of reducing the temperature change rate of the Hall voltage. is necessary.
Therefore, the impurity concentration of the semiconductor layer (103 in FIG. 2) is preferably 10 −17 to 5 × 10 −17 cm −3 , particularly preferably 2 to 3 × 10 −17 cm −3 .

また、前記半導体層は電子密度が低いために、薄くしすぎると空乏化して電気伝導が生じなくなる。そこで、それを回避するためには半導体層の厚みdは0.1μm以上とするのが好ましい。   Also, since the semiconductor layer has a low electron density, if it is made too thin, it will be depleted and no electrical conduction will occur. In order to avoid this, the thickness d of the semiconductor layer is preferably 0.1 μm or more.

(変形例)
図5は図2を参照して説明した製造方法の変形例を示す。図2と同一の符号は同一の層を示す。
(Modification)
FIG. 5 shows a modification of the manufacturing method described with reference to FIG. The same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same layers.

図5は、この変形例において、エピタキシャルフィルムの製造工程途中の一段階を示す図である。エピタキシャル層122(剥離される前はエピタキシャル層122と記載し、剥離された後はエピタキシャルフィルム122と記載する)の製造は有機金属気相成長法(MO−CVD:Metal Organic−Chemical Vapor Deposition)や分子線エピタキシー法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)等を用いて行うことができる。   FIG. 5 is a diagram showing a stage in the process of manufacturing the epitaxial film in this modification. The epitaxial layer 122 (described as an epitaxial layer 122 before being peeled off and described as an epitaxial film 122 after being peeled off) is manufactured by metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD) or metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD). Molecular beam epitaxy (MBE: Molecular Beam Epitaxy) or the like can be used.

図5に示すように、GaAsウェハー100の上面に、バッファ層やエッチングストップ層101、剥離層102を順に成膜する。
なお、エッチングストップ層101としてはInGaP、剥離層102としてはAlAsなどを用いることができ、後述するようにエピタキシャルフィルムを剥離層102から剥離した後のGaAs基材を含む基材121は製造開始時の形態を留めており、新しいエピタキシャル層を成膜するために再利用することができる。
As shown in FIG. 5, a buffer layer, an etching stop layer 101, and a release layer 102 are sequentially formed on the upper surface of the GaAs wafer 100.
Note that InGaP can be used as the etching stop layer 101, and AlAs can be used as the release layer 102. The substrate 121 including the GaAs substrate after the epitaxial film is peeled from the release layer 102, as will be described later, is manufactured. This can be reused to form a new epitaxial layer.

次に、AlAs剥離層(犠牲層)102の上に、GaAs層103、バッファ層131、ドナー不純物を含む化合物半導体層132、エッチングストップ層133、比較的高濃度(GaAs層103よりも高濃度)のドナー不純物を含むGaAs層134を順に成膜する。   Next, on the AlAs release layer (sacrificial layer) 102, the GaAs layer 103, the buffer layer 131, the compound semiconductor layer 132 containing donor impurities, the etching stop layer 133, and a relatively high concentration (higher concentration than the GaAs layer 103). A GaAs layer 134 containing a donor impurity is sequentially formed.

図5で示した化合物半導体層132として、InAs、InSb、InGaAsSbなどGaAsよりもキャリア移動度の大きな材料を用いることで、前述したホール係数をさらに大きくすることができ、より高感度な磁気センサを実現することができる。   The compound semiconductor layer 132 shown in FIG. 5 is made of a material having a higher carrier mobility than GaAs such as InAs, InSb, InGaAsSb, etc., so that the Hall coefficient can be further increased, and a more sensitive magnetic sensor can be obtained. Can be realized.

図5で示した化合物半導体のエピタキシャル層122は、図3で示したのと同様に、公知のフォトリソグラフィー法とウェットエッチング法を用いて、前述したAlAs剥離層102を選択的に除去することで剥離することができる。   The compound semiconductor epitaxial layer 122 shown in FIG. 5 is formed by selectively removing the aforementioned AlAs release layer 102 using a known photolithography method and a wet etching method, as shown in FIG. Can be peeled off.

前記ウェットエッチングに用いる薬液の組成を適切に選択することで、AlAs剥離層102に対するエッチング速度を、GaAs層103やエッチングストップ層101に対するエッチング速度に比べ格段に大きくすることができ、AlAs剥離層102を選択的にエッチングすることが可能となる。
これによって、エピタキシャルフィルム122をエピタキシャルフィルム製造基板121から剥がすことができる。
このためには、図3に示すのと同様にエピタキシャル層122を剥離するに際し、予め溝112を形成しておくと良い。
By appropriately selecting the composition of the chemical used for the wet etching, the etching rate for the AlAs release layer 102 can be remarkably increased as compared with the etching rate for the GaAs layer 103 and the etching stop layer 101. Can be selectively etched.
Thereby, the epitaxial film 122 can be peeled from the epitaxial film manufacturing substrate 121.
For this purpose, the groove 112 is preferably formed in advance when the epitaxial layer 122 is peeled in the same manner as shown in FIG.

(実施の形態1の効果)
ホール素子は高価な化合物半導体ウェハーを用いて製造されるものであるが、
前記ウェハーを個片化して作成されるチップにおいてホール素子部が占める面積の割合は僅かであって、端子パッド部や配線部の面積がチップの大部分を占めており、不経済であるという課題があった。
(Effect of Embodiment 1)
Hall elements are manufactured using expensive compound semiconductor wafers,
The ratio of the area occupied by the Hall element part in the chip produced by dividing the wafer into pieces is small, and the area of the terminal pad part and the wiring part occupies most of the chip, which is uneconomical. was there.

それに対して実施の形態1の構成(図1)においては、前記化合物半導体ウェハー上の成膜されたエピタキシャル層を区分的に剥離して、基材とするシリコンウェハー上の必要な部分に接合する構成としたので、前記化合物半導体に無駄を生じることがない。
さらに、前記したエピタキシャル層を剥離した後の化合物半導体ウェハー基材はエピタキシャル層の成膜のために再利用することができる。
このように、材料資源の無駄を無くすことで経済性に優れたホール素子を実現することができる。
On the other hand, in the configuration of the first embodiment (FIG. 1), the epitaxial layer formed on the compound semiconductor wafer is separated in a piecewise manner and bonded to a necessary portion on the silicon wafer as a base material. Since the configuration is adopted, the compound semiconductor is not wasted.
Furthermore, the compound semiconductor wafer substrate after peeling off the above-described epitaxial layer can be reused for the formation of the epitaxial layer.
In this way, it is possible to realize a Hall element having excellent economic efficiency by eliminating waste of material resources.

実施の形態2.
(実施の形態2の構成)
図6は本発明の実施の形態2に係る磁気センサを、一部機能ブロックにより示す回路図である。基準電圧回路201は、出力端子VREFを備え、該端子から基準電圧Vrefを発生させる。基準電圧Vrefは温度に対して正の温度係数を持つものであるが、後述するようにその温度係数は正の値のみならず、負の値とすることもでき、温度係数が略ゼロとすることもできる。基準電圧回路201の内部構成については後述する。
Embodiment 2. FIG.
(Configuration of Embodiment 2)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a part of the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention using functional blocks. The reference voltage circuit 201 includes an output terminal VREF, and generates a reference voltage Vref from the terminal. Although the reference voltage Vref has a positive temperature coefficient with respect to the temperature, the temperature coefficient can be not only a positive value but also a negative value as described later, and the temperature coefficient is substantially zero. You can also. The internal configuration of the reference voltage circuit 201 will be described later.

制御電圧発生回路(ADJブロック)202は、基準電圧の入力端子VREF、補正信号の入力端子SA3〜SA0、制御電圧の出力端子Vを備えている。制御電圧発生回路202の内部構成については後述する。
図示の磁気センサはさらにPMOSトランジスタ203と、実施の形態1に関して説明したのと同様のGaAs半導体からなるホール素子部12と、増幅回路204を有する。増幅回路204は、演算増幅器215と、抵抗211〜214を有する。抵抗211〜214の抵抗値をRA1〜RA4として図中に記載している。
The control voltage generation circuit (ADJ block) 202 includes a reference voltage input terminal VREF, correction signal input terminals SA3 to SA0, and a control voltage output terminal V. The internal configuration of the control voltage generation circuit 202 will be described later.
The illustrated magnetic sensor further includes a PMOS transistor 203, a Hall element portion 12 made of a GaAs semiconductor similar to that described in connection with the first embodiment, and an amplifier circuit 204. The amplifier circuit 204 includes an operational amplifier 215 and resistors 211 to 214. Resistance values of the resistors 211 to 214 are shown as RA1 to RA4 in the drawing.

基準電圧回路201の出力端子VREFは制御電圧回路202の入力端子VREFに接続される。制御電圧回路202の論理入力端子SA3〜SA0は図示しないポリシリコンヒューズと端子パッドとに接続されている。前記構成を採用する目的は製造ばらつきの補正のためであって、その概要は次のようなものである。   The output terminal VREF of the reference voltage circuit 201 is connected to the input terminal VREF of the control voltage circuit 202. Logic input terminals SA3 to SA0 of the control voltage circuit 202 are connected to a polysilicon fuse and a terminal pad (not shown). The purpose of adopting the above configuration is to correct manufacturing variations, and the outline thereof is as follows.

まず、図6に示す磁気センサ回路の製造完了後のプロービング試験において電気測定を行い、半導体製造プロセスに起因する特性ばらつきの程度を把握する。次いで、ホール素子の駆動電流が所定値となるように論理入力端子SA3〜SA0の論理レベルを決定する。   First, electrical measurement is performed in the probing test after the manufacture of the magnetic sensor circuit shown in FIG. 6 is completed, and the degree of characteristic variation due to the semiconductor manufacturing process is grasped. Next, the logic levels of the logic input terminals SA3 to SA0 are determined so that the drive current of the Hall element becomes a predetermined value.

さらに、論理入力端子SA3〜SA0の論理レベルを固定するように、試験装置によって前記ポリシリコンヒューズを選択的に溶断する。前述した補正処理はホール素子の駆動電流の調整を目的とするが、同様な構成を基準電圧回路201や増幅回路204に適用することも可能であり、温度特性の補償や磁気センサの出力特性の補償を行うこともできる。   Further, the polysilicon fuse is selectively blown by the test device so as to fix the logic levels of the logic input terminals SA3 to SA0. Although the above-described correction processing is intended to adjust the drive current of the Hall element, a similar configuration can be applied to the reference voltage circuit 201 and the amplifier circuit 204, and compensation of temperature characteristics and output characteristics of the magnetic sensor can be improved. Compensation can also be performed.

図6のその他箇所の説明に戻ると、PMOSトランジスタ203のソース端子は電源VDDと接続され、ゲート端子は制御電圧回路202の出力端子Vと接続され、ドレーン端子はホール素子12の端子HT1と接続される。なお、PMOSトランジスタ203のドレーン電流、すなわちホール素子12の端子HT1を駆動する電流を符号Idで示している。   Returning to the description of the other parts of FIG. 6, the source terminal of the PMOS transistor 203 is connected to the power supply VDD, the gate terminal is connected to the output terminal V of the control voltage circuit 202, and the drain terminal is connected to the terminal HT1 of the Hall element 12. Is done. A drain current of the PMOS transistor 203, that is, a current for driving the terminal HT1 of the Hall element 12 is indicated by a symbol Id.

また、ホール素子の端子HT2はグランドと接続され、ホール素子の端子HT4は増幅回路204の入力端子204Aと、ホール素子の端子HT3は増幅回路204の入力端子204Bとそれぞれ接続される。また、増幅回路204の出力端子204Cは端子Voと接続される。   The Hall element terminal HT2 is connected to the ground, the Hall element terminal HT4 is connected to the input terminal 204A of the amplifier circuit 204, and the Hall element terminal HT3 is connected to the input terminal 204B of the amplifier circuit 204. The output terminal 204C of the amplifier circuit 204 is connected to the terminal Vo.

図6に示す増幅回路204において、端子204Aは抵抗211の一端と接続され、抵抗211の他端は抵抗212の一端及び演算増幅器215の反転入力端子と接続される。
端子204Bは抵抗213の一端と接続され、抵抗213の他端は抵抗214の一端及び演算増幅器215の非反転入力端子と接続される。抵抗214の他端はグランドと接続されている。抵抗212の他端は演算増幅器215の出力端子に接続され、増幅回路204の出力端子204Cとも接続されている。また、演算増幅器215の出力端子は磁気センサの出力端子Voと接続される。
In the amplifier circuit 204 illustrated in FIG. 6, the terminal 204 </ b> A is connected to one end of the resistor 211, and the other end of the resistor 211 is connected to one end of the resistor 212 and the inverting input terminal of the operational amplifier 215.
The terminal 204B is connected to one end of the resistor 213, and the other end of the resistor 213 is connected to one end of the resistor 214 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 215. The other end of the resistor 214 is connected to the ground. The other end of the resistor 212 is connected to the output terminal of the operational amplifier 215, and is also connected to the output terminal 204C of the amplifier circuit 204. The output terminal of the operational amplifier 215 is connected to the output terminal Vo of the magnetic sensor.

いま、入力端子204Aの電位をVa、入力端子204Bの電位をVbとする。このとき、増幅回路204の出力電圧Voは
Vo=[(RA1+RA2)/(RA3+RA4)]×(RA4/RA1)×Vb−(RA2/RA1)×Va
として求めることができる。
Now, the potential of the input terminal 204A is Va, and the potential of the input terminal 204B is Vb. At this time, the output voltage Vo of the amplifier circuit 204 is Vo = [(RA1 + RA2) / (RA3 + RA4)] × (RA4 / RA1) × Vb− (RA2 / RA1) × Va.
Can be obtained as

ここで簡略化のため、RA1=RA3、RA2=RA4とおき、
ホール素子12の端子HT3、端子HT4間に生じるホール電圧Vhを
Vh=Vb−Va
とおいて整理すると、
Vo=(RA2/RA1)×Vh
となる。
Here, for simplification, RA1 = RA3, RA2 = RA4,
The Hall voltage Vh generated between the terminals HT3 and HT4 of the Hall element 12 is expressed as Vh = Vb−Va
If you sort it out,
Vo = (RA2 / RA1) × Vh
It becomes.

このように、抵抗RA1、RA2の比を適切に設定することで、ホール素子に生じるホール電圧Vhを増幅して所望の電圧レベルを持つ出力電圧Voを得ることができる。   Thus, by appropriately setting the ratio of the resistors RA1 and RA2, the Hall voltage Vh generated in the Hall element can be amplified to obtain the output voltage Vo having a desired voltage level.

なお、図6の増幅回路204においては説明を簡略化するため1個の演算増幅器を用いて増幅する場合を例として説明したが、増幅回路204に替えて2個もしくは3個の演算増幅器からなる計装アンプ(インスツルメンテーションアンプ)を用いることもできる。   Note that the amplification circuit 204 in FIG. 6 has been described as an example in which amplification is performed using one operational amplifier in order to simplify the description. However, the amplification circuit 204 includes two or three operational amplifiers instead of the amplification circuit 204. An instrumentation amplifier (instrumentation amplifier) can also be used.

(基準電圧回路)
図7は実施の形態2における基準電圧回路(VREF)201の構成を示す。
図示の基準電圧回路201は、PMOSトランジスタ221及び222と、NPNバイポーラトランジスタ223及び224と、抵抗225及び226とを有する。
PMOSトランジスタトランジスタ221、222のソース端子は電源VDDと接続され、両者のゲート端子は互いに接続されている。
また、PMOSトランジスタ222のゲート端子とドレーン端子とは接続される。
(Reference voltage circuit)
FIG. 7 shows the configuration of the reference voltage circuit (VREF) 201 in the second embodiment.
The illustrated reference voltage circuit 201 includes PMOS transistors 221 and 222, NPN bipolar transistors 223 and 224, and resistors 225 and 226.
The source terminals of the PMOS transistor transistors 221 and 222 are connected to the power supply VDD, and their gate terminals are connected to each other.
Further, the gate terminal and the drain terminal of the PMOS transistor 222 are connected.

PMOSトランジスタ221のドレーン端子は抵抗226を介してバイポーラトランジスタ223のベース端子と接続され、NPNトランジスタ223のベース端子とコレクタ端子とは抵抗225を介して接続されている。   The drain terminal of the PMOS transistor 221 is connected to the base terminal of the bipolar transistor 223 via the resistor 226, and the base terminal and collector terminal of the NPN transistor 223 are connected via the resistor 225.

PMOSトランジスタ222のドレーン端子はNPNトランジスタ224のコレクタ端子と接続され、NPNトランジスタ224のベース端子はNPNトランジスタ223のコレクタ端子と接続されている。   The drain terminal of the PMOS transistor 222 is connected to the collector terminal of the NPN transistor 224, and the base terminal of the NPN transistor 224 is connected to the collector terminal of the NPN transistor 223.

NPNトランジスタ223及び224のエミッタ端子はグランドと接続されている。また、PMOSトランジスタ221のドレーン端子は出力端子VREFと接続されており、基準電圧Vrefを発生している。   The emitter terminals of the NPN transistors 223 and 224 are connected to the ground. Further, the drain terminal of the PMOS transistor 221 is connected to the output terminal VREF, and generates the reference voltage Vref.

ここで、NPNトランジスタ224のエミッタ面積は、NPNトランジスタ223のエミッタ面積のN倍(N>1)に設定されている。   Here, the emitter area of the NPN transistor 224 is set to N times the emitter area of the NPN transistor 223 (N> 1).

図7においてはPMOSトランジスタ221及び222のドレーン電流をそれぞれ符号I1、I2で示し、抵抗225の抵抗値をRB1、抵抗226の抵抗値をRB2、抵抗226と抵抗225との接続点を符号223B、NPNトランジスタのコレクタ部を符号223Cで示し、さらにNPNトランジスタ223のベース・エミッタ間電圧をVbe1、NPNトランジスタ224のべ一ス・エミッタ間電圧をVbe2として図中に記載している。   In FIG. 7, the drain currents of the PMOS transistors 221 and 222 are denoted by reference numerals I1 and I2, respectively, the resistance value of the resistor 225 is RB1, the resistance value of the resistor 226 is RB2, and the connection point between the resistor 226 and the resistor 225 is denoted by reference numeral 223B. The collector portion of the NPN transistor is denoted by reference numeral 223C, and the base-emitter voltage of the NPN transistor 223 is denoted as Vbe1, and the base-emitter voltage of the NPN transistor 224 is denoted as Vbe2.

(制御電圧発生回路(ADJ回路)の構成)
図8は図6の制御電圧発生回路(ADJ回路)202の内部構成の一例を示す。
図示の制御電圧発生回路202は、
演算増幅器231と、PMOSトランジスタ232と、アナログマルチプレクサ回路233と、抵抗列RCHとを有する。
PMOSトランジスタ232のソースは電源VDDに接続され、ゲート端子は演算増幅器231の出力端子に接続されると共に端子Vに接続され、該端子Vから制御電圧Vcontrolを出力する。
(Configuration of control voltage generation circuit (ADJ circuit))
FIG. 8 shows an example of the internal configuration of the control voltage generation circuit (ADJ circuit) 202 of FIG.
The control voltage generation circuit 202 shown in FIG.
An operational amplifier 231, a PMOS transistor 232, an analog multiplexer circuit 233, and a resistor string RCH are included.
The source of the PMOS transistor 232 is connected to the power supply VDD, the gate terminal is connected to the output terminal of the operational amplifier 231 and the terminal V, and the control voltage Vcontrol is output from the terminal V.

PMOSトランジスタ232は図6のPMOSトランジスタ203とはゲート長が等しく構成されている。また、PMOSトランジスタ232のドレーン電流が図中に符号Irefで示されている。   The PMOS transistor 232 has the same gate length as the PMOS transistor 203 of FIG. Further, the drain current of the PMOS transistor 232 is indicated by a symbol Iref in the drawing.

演算増幅器231の反転入力端子はVREF端子に接続され、基準電圧Vrefが印加され、非反転入力端子は後述するマルチプレク233の出力端子Yと接続され、演算増幅器231の出力端子はPMOSトランジスタ232のゲート端子と接続されるとともに、端子Vに接続され、図6のPMOSトランジスタ203のゲート端子に接続される。抵抗列RCHは、16個の抵抗R00〜R15を直列接続したものである。   The inverting input terminal of the operational amplifier 231 is connected to the VREF terminal, the reference voltage Vref is applied, the non-inverting input terminal is connected to the output terminal Y of the multiplex 233 described later, and the output terminal of the operational amplifier 231 is connected to the PMOS transistor 232. The gate terminal is connected to the terminal V, and is connected to the gate terminal of the PMOS transistor 203 in FIG. The resistor string RCH is formed by connecting 16 resistors R00 to R15 in series.

マルチプレクサ回路233は、アナログ電圧が入力される16個の入力端子P0〜P15と、アナログ電圧を出力する出力端子Yと、論理信号が入力される4個の入力端子SB3〜SB0を備え、該4本の論理信号により設定される16通りの信号論理の組み合わせによって、入力端子P0〜P15のうち、何れかの端子が選択され、当該端子に印加される電位が出力端子Yから出力される。換言すれば、入力端子SB3〜SB0の論理信号レベルによって、入力端子P0〜P15のうち何れかの端子が選択され、出力端子Yとの間に電流経路が形成される。   The multiplexer circuit 233 includes 16 input terminals P0 to P15 to which analog voltages are input, an output terminal Y to output analog voltages, and four input terminals SB3 to SB0 to which logic signals are input. One of the input terminals P <b> 0 to P <b> 15 is selected by a combination of 16 signal logics set by the logic signal, and the potential applied to the terminal is output from the output terminal Y. In other words, any one of the input terminals P0 to P15 is selected according to the logic signal level of the input terminals SB3 to SB0, and a current path is formed between the input terminals P0 to P15.

演算増幅器231と抵抗列RCHと、PMOSトランジスタ232とで構成される回路でフィードバック制御回路を構成しており、演算増幅器231の非反転入力端子の電位は略Vrefと等しくなるように制御される。
このため、図8のPMOSトランジスタ232のドレーン電流Irefは、抵抗R00〜R15のうち、マルチプレクサ233により選択される部位の合成抵抗値(マルチプレクサ223により選択される部位からグランドまでの合成抵抗値)と、演算増幅器231に入力される基準電圧Vrefとから決定されることになる。
A feedback control circuit is configured by a circuit including the operational amplifier 231, the resistor string RCH, and the PMOS transistor 232, and the potential of the non-inverting input terminal of the operational amplifier 231 is controlled to be substantially equal to Vref.
For this reason, the drain current Iref of the PMOS transistor 232 of FIG. 8 is the combined resistance value of the portion selected by the multiplexer 233 (the combined resistance value from the portion selected by the multiplexer 223 to the ground) of the resistors R00 to R15. And the reference voltage Vref input to the operational amplifier 231.

さらに具体的に説明すれば、例えば、入力端子SB3〜SB0の論理値が“1111”となっていて、補正状態が最大と指令されているとき、マルチプレクサ233の入力端子P15と出力端子Yとが導通状態とされ、入力端子P15の電位が基準電圧Vrefと略等しくなるように制御される。この結果、PMOSトランジスタ232のドレーン電流Irefは、
Iref=Vref/R00
となる。
More specifically, for example, when the logical values of the input terminals SB3 to SB0 are “1111” and the correction state is commanded to be maximum, the input terminal P15 and the output terminal Y of the multiplexer 233 are The conduction state is set, and the potential of the input terminal P15 is controlled to be substantially equal to the reference voltage Vref. As a result, the drain current Iref of the PMOS transistor 232 is
Iref = Vref / R00
It becomes.

また、入力端子SB3〜SB0の論理値が“0111”となっていて、補正状態の中心が指令されているとき、マルチプレクサ233の入力端子P7と出力端子Yとが導通状態とされ、入力端子P7の電位が基準電圧Vrefと略等しくなるように制御される。この結果、PMOSトランジスタ232のドレーン電流Irefは、
Iref=Vref/(R00+R01+・・・+R07+R08)
となる。
Further, when the logical values of the input terminals SB3 to SB0 are “0111” and the center of the correction state is commanded, the input terminal P7 and the output terminal Y of the multiplexer 233 are brought into conduction, and the input terminal P7. Is controlled to be substantially equal to the reference voltage Vref. As a result, the drain current Iref of the PMOS transistor 232 is
Iref = Vref / (R00 + R01 +... + R07 + R08)
It becomes.

さらにまた、入力端子SB3〜SB0の論理値が“0000”となっていて、補正状態の最小が指令されているとき、マルチプレクサ233の入力端子P0と出力端子Yとが導通状態とされ、入力端子P0の電位が基準電圧Vrefと略等しくなるように制御される。この結果、PMOSトランジスタ232のドレーン電流Irefは、
Iref=Vref/(R00+R01+・・・+R14+R15)
となる。
Furthermore, when the logical values of the input terminals SB3 to SB0 are “0000” and the minimum correction state is instructed, the input terminal P0 and the output terminal Y of the multiplexer 233 are brought into conduction, and the input terminal Control is performed such that the potential of P0 is substantially equal to the reference voltage Vref. As a result, the drain current Iref of the PMOS transistor 232 is
Iref = Vref / (R00 + R01 +... + R14 + R15)
It becomes.

前述したように、図6のPMOSトランジスタ203とPMOSトランジスタ232とはゲート長があい等しく構成され、これらトランジスタは飽和領域で動作するように制御されているので、これらの両トランジスタはカレントミラーの関係となり、PMOSトランジスタ203には基準電流Irefに比例するドレーン電流Idを生じる。   As described above, the PMOS transistor 203 and the PMOS transistor 232 in FIG. 6 are configured to have the same gate length and are controlled so as to operate in the saturation region. Thus, a drain current Id proportional to the reference current Iref is generated in the PMOS transistor 203.

この結果、マルチプレクサ233の入力端子SB3〜SB0に与える論理値状態により、PMOSトランジスタ232のドレーン電流Irefを16段階に調整することができ、図6のPMOSトランジスタ203のドレーン電流もまた16段階に調整することができる。   As a result, the drain current Iref of the PMOS transistor 232 can be adjusted to 16 stages according to the logical value state applied to the input terminals SB3 to SB0 of the multiplexer 233, and the drain current of the PMOS transistor 203 of FIG. can do.

(磁気センサ)
図9(a)〜(d)は実施の形態2に係るホール素子を搭載した複合チップ241及び該複合チップを用いた磁気センサの構成を概略的に示す。
図9(a)は磁気センサチップの上面図、図9(b)は図9(a)のA−A’部に対応する断面図、図9(c)は前記磁気センサチップを樹脂モールドパッケージに組立てたパッケージ品の上面透視図、図9(d)は同様の側面透視図である。
(Magnetic sensor)
FIGS. 9A to 9D schematically show a configuration of a composite chip 241 on which the Hall element according to the second embodiment is mounted and a magnetic sensor using the composite chip.
9A is a top view of the magnetic sensor chip, FIG. 9B is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ portion of FIG. 9A, and FIG. 9C is a resin mold package for the magnetic sensor chip. FIG. 9D is a similar side perspective view of the package product assembled in FIG.

図9(a)において、シリコンウェハー基材からなるチップ(その外形線が符号241で示される)は、図示しないシリコンウェハー上に多数形成され、公知のダイシング技術を用いて個片化されたものである。
ハッチングで示す略十文字状のGaAs半導体層からなるホール素子部12は、実施の形態1に関し図1(a)及び(b)、図2及び図3を参照して説明した方法を用いて作成され、GaAsウェハー基材上からエピタキシャル層をフィルム状に剥離し前記シリコンウェハー上に貼付した後、所要部をエッチング形成したものである。
In FIG. 9 (a), a number of chips made of a silicon wafer substrate (the outline of which is indicated by reference numeral 241) are formed on a silicon wafer (not shown) and separated into pieces using a known dicing technique. It is.
The Hall element portion 12 made of a substantially cross-shaped GaAs semiconductor layer indicated by hatching is formed using the method described with reference to FIGS. 1A and 1B, FIG. 2 and FIG. After the epitaxial layer is peeled off from the GaAs wafer base material and pasted on the silicon wafer, the required portion is formed by etching.

チップ241上には、パッド電極15が形成されている。図6に示した出力端子Voの他、電源VDD端子、グランド端子として3個のパッド電極15が図示されている。   A pad electrode 15 is formed on the chip 241. In addition to the output terminal Vo shown in FIG. 6, three pad electrodes 15 are shown as a power supply VDD terminal and a ground terminal.

なお、破線で囲んで示す242Aは、図6の基準電圧回路201、制御電圧発生回路202、PMOSトランジスタ203、増幅回路204等からなるシリコン半導体を用いて形成された制御回路部の配置領域を示し、ワイヤーボンディング時のパッド電極下層に与えられる機械的な損傷に配慮して、前記制御回路部はパッド部15を避けた領域(242A)内に配置される。
また、チップ241の面積を有効に活用するため、ホール素子部12は制御回路配置領域242Aの上部に配置することができる。
Note that 242A surrounded by a broken line indicates an arrangement region of a control circuit portion formed using a silicon semiconductor including the reference voltage circuit 201, the control voltage generation circuit 202, the PMOS transistor 203, the amplifier circuit 204, and the like in FIG. In consideration of mechanical damage given to the lower layer of the pad electrode at the time of wire bonding, the control circuit unit is disposed in a region (242A) avoiding the pad unit 15.
Further, in order to effectively use the area of the chip 241, the Hall element unit 12 can be arranged on the upper part of the control circuit arrangement region 242A.

図9(b)は図9(a)を参照して説明した磁気センサチップの上面図のA−A’部に対応する断面図であって、シリコン基材11、パッド電極15、及び回路配置領域242内に配置された制御回路部242C、パッシベーション保護膜21、薄膜配線(メタル配線)23、平坦化層14及びホール素子部12が示されている。   FIG. 9B is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ portion of the top view of the magnetic sensor chip described with reference to FIG. 9A, and includes the silicon substrate 11, the pad electrode 15, and the circuit arrangement. A control circuit part 242C, a passivation protection film 21, a thin film wiring (metal wiring) 23, a planarization layer 14 and a Hall element part 12 arranged in the region 242 are shown.

制御回路部242Cは、図6の基準電圧回路201、制御電圧発生回路202、PMOSトランジスタ203、増幅回路204等の回路部材からなる。
薄膜配線(メタル配線)23は、図9においてはパッド電極15の上層にも配置されているが、ホール素子12の図示しないコンタクト部と回路配置領域242に配置された制御回路部の所定端子とを接続している。
The control circuit unit 242C includes circuit members such as the reference voltage circuit 201, the control voltage generation circuit 202, the PMOS transistor 203, and the amplification circuit 204 shown in FIG.
Although the thin film wiring (metal wiring) 23 is also arranged in the upper layer of the pad electrode 15 in FIG. 9, the contact portion (not shown) of the Hall element 12 and the predetermined terminal of the control circuit portion arranged in the circuit arrangement region 242 Is connected.

平坦化層14は、前記エピタキシャルフィルムの貼付前にチップ11の表面粗さ(表面凹凸部の谷部と山部の高低差に相当する)を小さくして、エピタキシャルフィルムとの密着性を良くするため設けられるものであって、高温処理に耐える耐熱性と弾力性に優れたポリイミドなどを用いることができる。なお、平坦化した後の表面粗さは5nm以下とすることが望ましい。   The planarization layer 14 reduces the surface roughness of the chip 11 (corresponding to the height difference between the valleys and peaks of the surface irregularities) before attaching the epitaxial film, thereby improving the adhesion with the epitaxial film. Therefore, it is possible to use polyimide that is provided with high heat resistance and elasticity that can withstand high temperature processing. The surface roughness after planarization is preferably 5 nm or less.

感光性ポリイミドを用いて平坦化層14が形成されたシリコンウェハーは、前記ポリイミド層の表面状態を活性化するためプラズマ洗浄装置を用いて減圧環境下でプラズマ処理される。
次いで、平坦化層14の上面に前述したエピタキシャルフィルムを積載した後、前記エピタキシャルフィルムを挟んで加圧することで、前記ポリイミド層が僅かに弾性変形して前記表面粗さが解消することで密着して、エピタキシャルフィルムとポリイミド層とは分子間力によって強固に接合される。なお、前述した加圧時においてシリコン基材を加熱しておくことで密着力をより高めることができる。
The silicon wafer on which the planarization layer 14 is formed using photosensitive polyimide is subjected to plasma treatment in a reduced pressure environment using a plasma cleaning apparatus in order to activate the surface state of the polyimide layer.
Next, after the above-described epitaxial film is loaded on the upper surface of the flattening layer 14, the polyimide layer is slightly elastically deformed by pressing with the epitaxial film interposed therebetween, and the surface roughness is eliminated, thereby being adhered. Thus, the epitaxial film and the polyimide layer are firmly bonded by intermolecular force. In addition, the adhesive force can be further increased by heating the silicon base material during the pressurization described above.

次いで、公知のフォトリソグラフィー法を用いて前記したエピタキシャルフィルム領域の必要な部分以外をエッチング除去することで略十文字形状のホール素子部12を形成することができる。なお、ホール素子部12は一例として略十文字形状に形成されるものとしているが、本発明はこれに限定されない。   Next, a substantially cross-shaped Hall element portion 12 can be formed by etching and removing a portion other than the necessary portion of the epitaxial film region using a known photolithography method. In addition, although the Hall element part 12 shall be formed in the substantially cross shape as an example, this invention is not limited to this.

図9(a)及び(b)を参照して明らかなように、チップ11(外形線241)に占めるGaAs領域12の面積は僅少であって、それを形成するのに要するエピタキシャルフィルム面積も極小である。前記エピタキシャルフィルムはGaAsウェハー上層に微小な隙間をもって多数形成されていたものであって、前記GaAsウェハーからエピタキシャルフィルムを剥離してチップ11に積載することで図3に示したGaAsエピタキシャル層122を無駄なく配置し、GaAsウェハーを無駄なく利用することができる。   As is apparent with reference to FIGS. 9A and 9B, the area of the GaAs region 12 occupying the chip 11 (outline 241) is very small, and the epitaxial film area required to form it is also minimal. It is. A large number of the epitaxial films are formed on the upper layer of the GaAs wafer with minute gaps, and the epitaxial film is peeled off from the GaAs wafer and loaded on the chip 11 to waste the GaAs epitaxial layer 122 shown in FIG. The GaAs wafer can be used without waste.

実施の形態2の構成を用いる複合チップ(図6)は、前述したシリコンチップ241とホール素子12とを複合して形成されたものである。
図9(c)は前記複合チップを樹脂封止してなる磁気センサの上面透視図である。
図示の磁気センサは、前記樹脂封止してなる磁気センサのリードフレーム端子部251、252、253と、前記複合チップ241が搭載されるリードフレームのアイランド部254と、前記複合チップのパッド部15とリードフレームの端子部とを接続するボンディングワイヤー256と、樹脂封止のためのエポキシモールド部255とを備えている。
A composite chip (FIG. 6) using the configuration of the second embodiment is formed by combining the silicon chip 241 and the Hall element 12 described above.
FIG. 9C is a top perspective view of a magnetic sensor formed by resin-sealing the composite chip.
The illustrated magnetic sensor includes lead frame terminal portions 251, 252, and 253 of the magnetic sensor formed by resin sealing, an island portion 254 of a lead frame on which the composite chip 241 is mounted, and a pad portion 15 of the composite chip. And a bonding wire 256 for connecting the lead frame terminal portion and an epoxy mold portion 255 for resin sealing.

図9(d)は図9(c)に対応するものであって、前記複合チップを樹脂封止してなる磁気センサの側面透視図である。   FIG. 9D corresponds to FIG. 9C and is a side perspective view of a magnetic sensor formed by resin-sealing the composite chip.

(従来構成との比較)
図10(a)及び(b)は実施の形態2の構成を用いたチップを樹脂封止して作成した磁気センサと、比較のための従来の磁気センサを示す図である。
(Comparison with conventional configuration)
10A and 10B are diagrams showing a magnetic sensor produced by resin-sealing a chip using the configuration of the second embodiment, and a conventional magnetic sensor for comparison.

図10(a)は実施の形態2に係る磁気センサの上面透視図であって、図9(c)に対応するものである。一方、図10(b)は従来構成における同様な磁気センサの上面透視図である。
図10(b)に示される磁気センサにおいて、GaAs基材を用いたホール素子チップ301は、ハッチングして示すホール素子部や電極パッドなどからなる。制御回路チップ302は、シリコン基材を用いてその上層に形成されたものである。ホール素子チップ301及び制御回路チップ302はリードフレームのアイランド部254に搭載され、制御回路チップ302のパッド電極とリードフレーム端子間とはボンディングワイヤー256で接続されるのと同時に、ホール素子チップ301及び制御回路チップ302の所定の端子パッド部との間もボンディングワイヤーにて接続されている。
FIG. 10A is a top perspective view of the magnetic sensor according to the second embodiment, and corresponds to FIG. 9C. On the other hand, FIG. 10B is a top perspective view of a similar magnetic sensor in the conventional configuration.
In the magnetic sensor shown in FIG. 10B, a Hall element chip 301 using a GaAs substrate is composed of a Hall element portion, an electrode pad, and the like that are hatched. The control circuit chip 302 is formed on the upper layer using a silicon substrate. The Hall element chip 301 and the control circuit chip 302 are mounted on the island portion 254 of the lead frame, and the pad electrode and the lead frame terminal of the control circuit chip 302 are connected by the bonding wire 256 and at the same time. The control circuit chip 302 is also connected to predetermined terminal pad portions by bonding wires.

図10(a)、図10(b)を比較して明らかなように、従来構成の制御回路チップ302には図6において示した出力端子Vo、電源VDD端子、グランド端子のみならず、ホール素子との接続のためさらに4個のパッド電極を配置する必要があって、そのチップサイズは図10(a)のものと比べ大型になる。それに加えて、従来構成においてはリードフレームのアイランド上に複数のチップを搭載してなるものであるため、その構成のために必要な面積が大きく、樹脂封止されたパッケージ外形255もまた大型化してしまう。それに対して、実施の形態2の構成とすることで樹脂封止されたパッケージ外形の小型化が可能となる。   10A and 10B, the control circuit chip 302 having the conventional configuration includes not only the output terminal Vo, the power supply VDD terminal, and the ground terminal shown in FIG. It is necessary to dispose four pad electrodes for connection to the chip, and the chip size is larger than that of FIG. In addition, in the conventional configuration, since a plurality of chips are mounted on the island of the lead frame, the area required for the configuration is large, and the resin-sealed package outer shape 255 is also enlarged. End up. On the other hand, by adopting the configuration of the second embodiment, it is possible to downsize the package shape sealed with resin.

(基準電圧回路201の動作)
図6及び図7を参照して説明した基準電圧回路201において、出力端子VREFに生じる出力電圧Vrefを計算してみよう。そのために、まず電流I1を求める。電子物性の理論から良く知られているように、バイポーラトランジスタのエミッタ電流Ieとベース・エミッタ間電圧Vbeとの間には下記の関係が成り立つ。
Ie≒Is×exp(qVbe/(kT))
ここで、Isは飽和電流であり、バイポーラトランジスタの素子面積に比例して決まる定数である。
exp( )は指数関数、
qは電子の電荷であり、q=1.6×10−19[C]、
kはボルツマン定数であり、k=1.38×10−23[J/K]、
Tは絶対温度であり、室温25[℃]において約298[K]である。
(Operation of the reference voltage circuit 201)
Let us calculate the output voltage Vref generated at the output terminal VREF in the reference voltage circuit 201 described with reference to FIGS. For this purpose, first, the current I1 is obtained. As is well known from the theory of electronic properties, the following relationship holds between the emitter current Ie of the bipolar transistor and the base-emitter voltage Vbe.
Ie≈Is × exp (qVbe / (kT))
Here, Is is a saturation current, which is a constant determined in proportion to the element area of the bipolar transistor.
exp () is an exponential function,
q is the charge of the electron, q = 1.6 × 10 −19 [C],
k is Boltzmann's constant, k = 1.38 × 10 −23 [J / K],
T is an absolute temperature and is about 298 [K] at a room temperature of 25 [° C.].

上式を変形して次式を得る。
Vbe=(kT/q)×ln(Ie/Is)
なお、ln( )は自然対数関数である。
ここで、NPNトランジスタ223、224について、
エミッタ間電圧をVbe1、Vbe2、
エミッタ電流をIe1、Ie2、
飽和電流をIs1、Is2
と表記することにする。
The above equation is transformed to obtain the following equation.
Vbe = (kT / q) × ln (Ie / Is)
Note that ln () is a natural logarithmic function.
Here, for the NPN transistors 223 and 224,
The emitter-to-emitter voltage is Vbe1, Vbe2,
The emitter current is Ie1, Ie2,
The saturation current is Is1, Is2
Will be written.

このとき、バイポーラトランジスタ223及び224について次式が成り立つ。
Vbe1=(kT/q)×ln(Ie1/Is1)
Vbe2=(kT/q)×ln(Ie2/Is2)
図7を参照すると、抵抗RB1の一端の電位はVbe1であり、他の一端の電位はVbe2である。
このため抵抗RB1の両端に生じる電位差ΔVbeは
ΔVbe=Vbe1−Vbe2
である。前式に上の2式を代入して整理すると、
△Vbe=(kT/q)×[ln(Ie1/Isl)−ln(Ie2/Is2)]
=(kT/q)×ln[(Is2/Isl)×(Ie1/Ie2)]
が得られる。
前述したように、バイポーラトランジスタ223と224のエミッタ面積比は1:N、(N>1)と設定しており、前記飽和電流はトランジスタの素子面積に比例するので、
Is2=Is1×N
となる。
At this time, the following equation holds for the bipolar transistors 223 and 224.
Vbe1 = (kT / q) × ln (Ie1 / Is1)
Vbe2 = (kT / q) × ln (Ie2 / Is2)
Referring to FIG. 7, the potential at one end of the resistor RB1 is Vbe1, and the potential at the other end is Vbe2.
Therefore, the potential difference ΔVbe generated across the resistor RB1 is ΔVbe = Vbe1−Vbe2
It is. Substituting the above two formulas into the previous formula,
ΔVbe = (kT / q) × [ln (Ie1 / Isl) −ln (Ie2 / Is2)]
= (KT / q) × ln [(Is2 / Isl) × (Ie1 / Ie2)]
Is obtained.
As described above, the emitter area ratio of the bipolar transistors 223 and 224 is set to 1: N and (N> 1), and the saturation current is proportional to the element area of the transistor.
Is2 = Is1 × N
It becomes.

また、前述したように、PMOSトランジスタ221及び222はカレントミラーの関係が設定され、I1=I2とすることができる。こうすれば、Ie1とIe2とは略等しくなるので、
ΔVbe=(kT/q)×ln(N)
の関係が得られる。
Further, as described above, the PMOS transistors 221 and 222 have a current mirror relationship, and I1 = I2. In this way, Ie1 and Ie2 are substantially equal,
ΔVbe = (kT / q) × ln (N)
The relationship is obtained.

図7に示す電流I1は抵抗RB1に流れる電流に略等しいので、
I1=ΔVbe/RB1
=(1/RB1)×(kT/q×ln(N)
である。
前記した電流I1は抵抗RB2を介して流れるので、これよりVREF出力端子の電位Vrefは
Vref=I1×RB2+Vbe1
=(RB2/RB1)×(kT/q)×ln(N)+Vbe1 …(4)
と求まる。
Since the current I1 shown in FIG. 7 is substantially equal to the current flowing through the resistor RB1,
I1 = ΔVbe / RB1
= (1 / RB1) × (kT / q × ln (N)
It is.
Since the current I1 flows through the resistor RB2, the potential Vref at the VREF output terminal is Vref = I1 × RB2 + Vbe1.
= (RB2 / RB1) × (kT / q) × ln (N) + Vbe1 (4)
It is obtained.

式(4)の第1項は絶対温度に対して正の温度係数を示すのに対して、第2項であるバイボーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧の温度係数は約−2mV/℃と負の依存性を持つ。
この結果、上式の抵抗RB2、RB1の比を適切に設定することでVref電位の温度依存性を正の値や負の値にしたり、略ゼロに設定することもできる。
The first term of the equation (4) shows a positive temperature coefficient with respect to the absolute temperature, whereas the temperature coefficient of the base-emitter voltage of the bipolar transistor, which is the second term, is about −2 mV / ° C., which is negative. With dependencies.
As a result, the temperature dependence of the Vref potential can be set to a positive value, a negative value, or substantially zero by appropriately setting the ratio of the resistors RB2 and RB1 in the above equation.

(基準電圧Vrefの温度係数)
図11は基準電圧回路201から出力される基準電圧Vrefの温度係数を示すグラフであって、横軸に電圧Vrefの設定値、縦軸には電圧Vrefの温度係数を示す。
(Temperature coefficient of reference voltage Vref)
FIG. 11 is a graph showing the temperature coefficient of the reference voltage Vref output from the reference voltage circuit 201. The horizontal axis shows the set value of the voltage Vref, and the vertical axis shows the temperature coefficient of the voltage Vref.

グラフ上に記した点SDは前記抵抗値RB2(図7の抵抗226の抵抗値)を略ゼロとする場合であって、このときの電圧VrefはNPNトランジスタ223のベース・エミッタ間電圧Vbe1に相当しており、前述したようにその温度依存性は約一2mV/℃であって、ベース・エミッタ間電圧を0.6Vとするとき、その温度係数Tcは、
Tc=−2×10−3/0.6=−0.33[%/℃]
である。
A point SD shown on the graph is when the resistance value RB2 (resistance value of the resistor 226 in FIG. 7) is substantially zero, and the voltage Vref at this time corresponds to the base-emitter voltage Vbe1 of the NPN transistor 223. As described above, the temperature dependency is about 12 mV / ° C., and when the base-emitter voltage is 0.6 V, the temperature coefficient Tc is
Tc = -2 × 10 −3 /0.6=−0.33 [% / ° C.]
It is.

一方、グラフの点SEは電圧Vrefが約1.25Vの場合に相当するものであって、この電圧はバンドギャップリファレンス電圧と呼ばれ、その温度係数が略ゼロとなることは良く知られている。   On the other hand, the point SE in the graph corresponds to the case where the voltage Vref is about 1.25 V, and this voltage is called a bandgap reference voltage, and it is well known that its temperature coefficient is substantially zero. .

さらに、抵抗値RB2を大きく選び、電圧Vrefを高く設定する場合においては、上記の電圧Vrefの式(4)において、その第1項が第2項よりも大きくなり支配的となる。このとき第1項の温度係数Tcは(1/T)であり、室温T=300[K]の場合には
Tc=+0.33[%/℃]
となる。
Further, when the resistance value RB2 is selected to be large and the voltage Vref is set to be high, the first term becomes larger than the second term and becomes dominant in the above equation (4) of the voltage Vref. At this time, the temperature coefficient Tc of the first term is (1 / T), and when the room temperature T = 300 [K], Tc = + 0.33 [% / ° C.]
It becomes.

図11のグラフにおいては、温度係数ゼロの箇所を破線で示し、電圧Vrefを高く設定する場合におけるグラフの漸近線(+0.33%/℃の線)を一点鎖線にて図示している。   In the graph of FIG. 11, a portion having a temperature coefficient of zero is indicated by a broken line, and an asymptotic line (+ 0.33% / ° C. line) of the graph when the voltage Vref is set high is indicated by a one-dot chain line.

図11を参照して明らかなように、図7の構成の基準電圧回路を用いることで、その温度係数を−033%/℃から+0.33%/℃にまで所望の値に設定することができる。また、これに伴い電圧Vrefの値も増減することになるが、それに応じて図8に示したR00〜R15の抵抗値を調整することで図8における基準電流Irefの値を所定値に保つことができる。   As apparent from FIG. 11, by using the reference voltage circuit having the configuration of FIG. 7, the temperature coefficient can be set to a desired value from -033% / ° C. to + 0.33% / ° C. it can. As a result, the value of the voltage Vref also increases or decreases, and the resistance value of R00 to R15 shown in FIG. 8 is adjusted accordingly to keep the value of the reference current Iref in FIG. 8 at a predetermined value. Can do.

(ホール素子の温度依存性)
図12は、図9において示したホール素子12のホール電圧Vhの温度特性(曲線CF)と、図6の構成の磁気センサ回路の出力の温度特性(曲線CG)を比較して示すグラフであって、両者を比較しやすいように室温時の値を100%とし、温度に対する変化分をパーセント表示している。
(Temperature dependence of Hall element)
FIG. 12 is a graph showing a comparison between the temperature characteristic (curve CF) of the Hall voltage Vh of the Hall element 12 shown in FIG. 9 and the temperature characteristic (curve CG) of the output of the magnetic sensor circuit having the configuration of FIG. For easy comparison, the value at room temperature is 100%, and the change with respect to temperature is displayed as a percentage.

図9の構成におけるホール素子はGaAs半導体のエピタキシャルフィルムを用いており、ホール電圧Vhは曲線CFにて示すように、温度−50℃において+4%、+150℃において−6%変化している。   The Hall element in the configuration of FIG. 9 uses an epitaxial film of a GaAs semiconductor, and the Hall voltage Vh changes by + 4% at a temperature of −50 ° C. and −6% at + 150 ° C. as indicated by the curve CF.

前記温度範囲(−50℃〜150℃)においてホール電圧の変動幅は10%であり、温度変化に対しては、
−10%/(150−(−50))=−0.05[%/℃]
の温度依存性を生じており、これはGaAs半導体層のキャリア移動度が温度によって変動することに原因している。
このことから、ホール係数Rhは前記した温度依存性を生じていることになる。
In the temperature range (−50 ° C. to 150 ° C.), the fluctuation range of the Hall voltage is 10%.
−10% / (150 − (− 50)) = − 0.05 [% / ° C.]
This is due to the fact that the carrier mobility of the GaAs semiconductor layer varies with temperature.
From this, the Hall coefficient Rh has the temperature dependency described above.

一方、曲線CGは図6の構成の磁気センサにおいて、出力電圧Voの温度特性を示している。図6においては、曲線CFの温度特性−0.05[%/℃]を補正するように、図6に示した基準電圧回路201の出力電圧Vrefの温度係数を+0.05[%/℃]と設定している。   On the other hand, the curve CG shows the temperature characteristic of the output voltage Vo in the magnetic sensor having the configuration of FIG. In FIG. 6, the temperature coefficient of the output voltage Vref of the reference voltage circuit 201 shown in FIG. 6 is +0.05 [% / ° C.] so as to correct the temperature characteristic −0.05 [% / ° C.] of the curve CF. Is set.

この結果、図8の基準電流Irefは温度に対して+0.05[%/℃]の割合で電流増加し、電流Irefとカレントミラーの関係が与えられたホール素子の駆動電流Idもまた温度に対して+0.05[%/℃]の割合で増加する。   As a result, the reference current Iref in FIG. 8 increases at a rate of +0.05 [% / ° C.] with respect to the temperature, and the drive current Id of the Hall element given the relationship between the current Iref and the current mirror also changes to the temperature. On the other hand, it increases at a rate of +0.05 [% / ° C.].

前述したように、ホール素子12から得られるホール電圧Vhは次式で与えられる。
Vh=Rh×Id×B/d
上式から、ホール素子の駆動電流Idが前記正の温度係数を備えることでホール係数Rhの負の温度依存性を補償して、温度変化に対して略一定なセンサ出力電圧を得ることができる。
As described above, the Hall voltage Vh obtained from the Hall element 12 is given by the following equation.
Vh = Rh × Id × B / d
From the above equation, the Hall element drive current Id has the positive temperature coefficient, so that the negative temperature dependence of the Hall coefficient Rh can be compensated, and a substantially constant sensor output voltage can be obtained with respect to the temperature change. .

このようにすることで、図12の曲線CGにおいては温度変化に対しても略一定となる特性となっており、その温度依存性が著しく改善されていることが判る。   By doing so, it can be seen that the curve CG of FIG. 12 has a characteristic that is substantially constant with respect to a temperature change, and its temperature dependency is remarkably improved.

以上のように、基準電圧発生回路201は、化合物半導体薄膜で構成されたホール素子12から生じるホール電圧の温度係数と逆極性であってその絶対値が略等しい出力電圧を発生し、これにより、ホール素子の温度依存性を補償する温度補償回路として動作する。基準電圧回路201から出力される基準電圧で制御される制御電圧発生回路202及びPMOSトランジスタ203は、基準電圧発生回路201の出力に制御され、温度に応じた駆動電流を発生させ化合物半導体薄膜で構成されたホール素子12を駆動する。   As described above, the reference voltage generation circuit 201 generates an output voltage having a polarity opposite to that of the temperature coefficient of the Hall voltage generated from the Hall element 12 formed of the compound semiconductor thin film and having substantially the same absolute value. It operates as a temperature compensation circuit that compensates for the temperature dependence of the Hall element. The control voltage generation circuit 202 and the PMOS transistor 203 controlled by the reference voltage output from the reference voltage circuit 201 are controlled by the output of the reference voltage generation circuit 201 to generate a drive current corresponding to the temperature, and are composed of a compound semiconductor thin film. The hall element 12 is driven.

(実施の形態2の効果)
従来構成のホール素子を用いた磁気センサは、GaAs基材上に化合物半導体が形成されたホール素子チップとシリコン基板を用いた信号処理部チップとが一つのパッケージに収容された、マルチチップモジュールやハイブリッドIC構成として実現されていた。前記したホール素子チップと信号処理部チップを用いる磁気センサICは、前記チップをリードフレーム上にそれぞれ搭載して、前記チップ相互の電極パッド間をワイヤーで接続する必要から、パッケージサイズが大型化してしまうという課題があった。
それに対して、実施の形態2の構成(図9)においては、前記化合物半導体ウェハー上の成膜されたエピタキシャル層を区分的に剥離して、基材とするシリコンウェハー上の要部に接合する構成としたので、前記化合物半導体に無駄を生じることがない。
(Effect of Embodiment 2)
A conventional magnetic sensor using a Hall element includes a multi-chip module in which a Hall element chip in which a compound semiconductor is formed on a GaAs substrate and a signal processing unit chip using a silicon substrate are housed in one package. It was realized as a hybrid IC configuration. Since the magnetic sensor IC using the Hall element chip and the signal processing unit chip described above needs to mount the chip on a lead frame and connect the electrode pads between the chips with wires, the package size is increased. There was a problem of ending up.
On the other hand, in the configuration of the second embodiment (FIG. 9), the epitaxial layer formed on the compound semiconductor wafer is sectioned and bonded to the main part on the silicon wafer as a base material. Since the configuration is adopted, the compound semiconductor is not wasted.

それに加えて、前記シリコンウェハー上には前記したホール素子を定電流駆動すると共に、ホール素子の温度依存性を補償する駆動回路を備えており、前記ホール素子を備えてなる磁気センサの温度依存性を抑制することができるという効果が得られる。
このように、材料資源の無駄を無くすことで経済性に優れ、さらに温度特性に優れた磁気センサを実現することができる。
In addition, on the silicon wafer, there is provided a drive circuit for driving the Hall element at a constant current and compensating for the temperature dependence of the Hall element, and the temperature dependence of the magnetic sensor comprising the Hall element. The effect that it can suppress is acquired.
Thus, by eliminating the waste of material resources, it is possible to realize a magnetic sensor that is excellent in economy and excellent in temperature characteristics.

(利用形態)
以上実施の形態1及び2に関して説明したホール素子および磁気センサは、電子写真プリンタにおけるブラシレスモータの回転速度検出や各種センサとして利用することができる。以下その一例としてタンデムカラープリンタをとりあげ、図13及び図14を参照してその動作を説明する。
(Usage form)
The Hall elements and magnetic sensors described in connection with Embodiments 1 and 2 above can be used for detecting the rotational speed of brushless motors and various sensors in electrophotographic printers. Hereinafter, a tandem color printer will be taken as an example, and the operation will be described with reference to FIGS.

(タンデムカラープリンタ)
図13は、実施の形態2に係る磁気センサを搭載した画像形成装置を示す概略断面図であって、実施の形態2の構成による磁気センサを画像形成装置の現像装置を構成するトナーカートリッジ内のトナー残量センサとして用いる場合の適用例を示す。
(Tandem color printer)
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating an image forming apparatus equipped with the magnetic sensor according to the second embodiment. The magnetic sensor according to the second embodiment is included in a toner cartridge constituting the developing device of the image forming apparatus. An example of application when used as a toner remaining amount sensor will be described.

図13において、画像形成装置600は、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)およびシアン(C)の各色の画像を各々に形成する4つのプロセスユニット601〜604を有し、これらが記録媒体605の搬送経路620の上流側から順に配置されている。これらプロセスユニット601〜604の内部構成は共通しているため、以下ではマゼンタのプロセスユニット603を例に取り、その内部構成を説明する。   In FIG. 13, an image forming apparatus 600 includes four process units 601 to 604 that respectively form black (K), yellow (Y), magenta (M), and cyan (C) images. Are arranged in order from the upstream side of the conveyance path 620 of the recording medium 605. Since the internal configurations of the process units 601 to 604 are common, the internal configuration will be described below using the magenta process unit 603 as an example.

プロセスユニット603には、像担持体としての感光体ドラム603aが矢印方向に回転可能に配置され、この感光体ドラム603aの周囲には、その回転方向上流側から順に、帯電装置603b、露光装置603c、現像装置603d及びクリーニング装置603eが配設されている。   In the process unit 603, a photosensitive drum 603a as an image carrier is rotatably arranged in the direction of an arrow. Around the photosensitive drum 603a, a charging device 603b and an exposure device 603c are sequentially arranged from the upstream side in the rotation direction. A developing device 603d and a cleaning device 603e are provided.

帯電装置603bは、感光体ドラム603aの表面に電荷を供給して帯電させる。
露光装置603cは、帯電された感光体ドラム603aの表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する。露光装置603cとしては、例えばLEDへッドが用いられる。
The charging device 603b supplies a charge to the surface of the photosensitive drum 603a to charge it.
The exposure device 603c selectively irradiates light on the surface of the charged photosensitive drum 603a to form an electrostatic latent image. For example, an LED head is used as the exposure apparatus 603c.

現像装置603dは、静電潜像が形成された感光体ドラム603aの表面に、マゼンタ(所定色)のトナーを付着させて顕像を発生させるものであり、後述のトナーカートリッジで構成されている。
クリーニング装置603eは、感光体ドラム603a上のトナーの顕像を転写した際に残留したトナーを除去する。
なお、これら各装置に用いられているドラム又はローラは、図示しない駆動源からギアなどを経由して動力が伝達され回転する。
The developing device 603d generates a visible image by attaching magenta (predetermined color) toner to the surface of the photosensitive drum 603a on which the electrostatic latent image is formed. The developing device 603d includes a toner cartridge described later. .
The cleaning device 603e removes the toner remaining when the visible image of the toner on the photosensitive drum 603a is transferred.
The drums or rollers used in these devices rotate by receiving power from a drive source (not shown) via gears.

また、画像形成装置600は、その下部に、紙などの記録媒体605を堆積した状態で収納する用紙カセット606を装着し、その上方には記録媒体605を1枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ607が配設されている。さらに、記録媒体605の搬送方向における、ホッピングローラ607の下流側にはピンチローラ608、609と共に記録媒体605を挟持することによって、記録媒体を搬送する搬送ローラ610及び、記録媒体605の斜行を修正し、プロセスユニット601に搬送するレジストローラ611を配設している。これらのホッピングローラ607、搬送ローラ610及びレジストローラ611は図示されない駆動源からギア等を経由して動力が伝達され回転する。   In addition, the image forming apparatus 600 has a paper cassette 606 for storing a recording medium 605 such as paper stacked in a lower portion thereof, and a recording medium 605 is separated and transported one by one above the paper cassette 606. A hopping roller 607 is provided. Further, by sandwiching the recording medium 605 together with the pinch rollers 608 and 609 on the downstream side of the hopping roller 607 in the conveying direction of the recording medium 605, the conveying roller 610 for conveying the recording medium and the recording medium 605 are skewed. A registration roller 611 that is corrected and conveyed to the process unit 601 is disposed. The hopping roller 607, the transport roller 610, and the registration roller 611 are rotated by power transmitted from a driving source (not shown) via a gear or the like.

プロセスユニット601〜604の各感光体ドラムに対向する位置には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ612が配設されている。これら転写ローラ612には感光ドラム603a上に付着されたトナーによる顕像を記録媒体605に転写する転写時に、感光体ドラム601a〜604aの表面電位とこれら各転写ローラ612の表面電位に電位差を持たせるための電位が印加される。   Transfer rollers 612 made of semiconductive rubber or the like are disposed at positions facing the respective photosensitive drums of the process units 601 to 604. These transfer rollers 612 have a potential difference between the surface potentials of the photosensitive drums 601 a to 604 a and the surface potentials of the respective transfer rollers 612 at the time of transferring the visible image by the toner attached on the photosensitive drum 603 a to the recording medium 605. A potential is applied for the purpose.

定着装置613は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体605上に転写されたトナーを加圧・加熱することによって定着する。この下流の排出ローラ614及び615は、定着装置613から排出された記録媒体605を、排出部のピンチローラ616及び617と共に挟持し、記録媒体スタッカ部618に搬送する。これら定着装置613、排出ローラ614等は図示しない駆動源からギアなどを経由して動力が伝達され回転される。   The fixing device 613 includes a heating roller and a backup roller, and fixes the toner transferred on the recording medium 605 by pressurizing and heating. The downstream discharge rollers 614 and 615 sandwich the recording medium 605 discharged from the fixing device 613 together with the pinch rollers 616 and 617 of the discharge unit and convey them to the recording medium stacker unit 618. The fixing device 613, the discharge roller 614, and the like are rotated by transmission of power from a drive source (not shown) via gears.

次に上記構成の画像記録装置の動作を説明する。
まず、用紙カセット606に堆積した状態で収納されている記録媒体605がホッピングローラ607によって、上から1枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この記録媒体605は、搬送ローラ610及びレジストローラ611並びにピンチローラ608及び609に挟持されて、プロセスユニット601の感光体ドラム601aと転写ローラ612の間に搬送される。その後、記録媒体605は、感光体ドラム601a及び転写ローラ612に挟持され、その記録面にトナー像が転写されると同時に感光体ドラム601aの回転によって搬送される。
Next, the operation of the image recording apparatus having the above configuration will be described.
First, the recording medium 605 stored in a stacked state in the paper cassette 606 is separated and transported one by one from the top by the hopping roller 607. Subsequently, the recording medium 605 is sandwiched between the conveyance roller 610, the registration roller 611, and the pinch rollers 608 and 609 and is conveyed between the photosensitive drum 601 a of the process unit 601 and the transfer roller 612. Thereafter, the recording medium 605 is sandwiched between the photosensitive drum 601a and the transfer roller 612, and a toner image is transferred to the recording surface thereof and is simultaneously conveyed by the rotation of the photosensitive drum 601a.

同様にして、記録媒体605は、順次プロセスユニット602〜604を通過し、その通過過程で、各露光装置601c〜604cにより形成された静電潜像を、現像装置601d〜604dによって現像した各色のトナー像がその記録面に順次転写され、重ね合わせられる。   Similarly, the recording medium 605 sequentially passes through the process units 602 to 604, and the electrostatic latent images formed by the exposure devices 601c to 604c in the passing process are developed for the respective colors developed by the developing devices 601d to 604d. The toner images are sequentially transferred onto the recording surface and superimposed.

そして、その記録面上に各色のトナー像が重ね合わせられた後、定着装置613によってトナー像が定着された記録媒体605は、排出ローラ614及び615並びにピンチローラ616及び617に挟持されて、画像記録装置600の外部の記録媒体スタッカ部618に排出される。以上の過程を経て、カラー画像が記録媒体605上に形成される。   Then, after the toner images of the respective colors are superimposed on the recording surface, the recording medium 605 on which the toner image is fixed by the fixing device 613 is sandwiched between the discharge rollers 614 and 615 and the pinch rollers 616 and 617, and the image is transferred. The recording medium is ejected to a recording medium stacker 618 outside the recording apparatus 600. Through the above process, a color image is formed on the recording medium 605.

(トナーカートリッジ)
図14は図13を参照して説明した画像形成装置の現像装置(例えば603d)を構成するトナーカートリッジの構成を概略的に示す断面図である。
図示のトナーカートリッジにおいては、トナーカートリッジ本体700内に設けられたロッド701を有する。
ロッド701は、その一端部(下端)が、クランク部を成す撹拌シャフト705に回転自在に接続されている。
ロッド701の他端部(上端)はトナーカートリッジケース700の上部に設けたガイド部702に摺動自在に接続してある。
ロッド701の上記他端部(上端)には磁石703が取り付けられ、ガイド部702の上壁に設けたフィルム704を介して磁気センサ710に磁力を及ぼすようにしている。
この磁気センサ710として実施の形態2の構成によるものを用いることができる。
(Toner cartridge)
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a toner cartridge constituting the developing device (for example, 603d) of the image forming apparatus described with reference to FIG.
The illustrated toner cartridge has a rod 701 provided in the toner cartridge main body 700.
One end (lower end) of the rod 701 is rotatably connected to an agitation shaft 705 forming a crank portion.
The other end (upper end) of the rod 701 is slidably connected to a guide portion 702 provided on the upper portion of the toner cartridge case 700.
A magnet 703 is attached to the other end portion (upper end) of the rod 701 so as to exert a magnetic force on the magnetic sensor 710 via a film 704 provided on the upper wall of the guide portion 702.
The magnetic sensor 710 having the structure of the second embodiment can be used.

なお、トナーカートリッジ本体700内にはさらに、揺動部707、及びノブ部708が設けられている。ノブ部708は、トナーカートリッジと感光ドラムユニット(図示しない)とを固定する固定爪(図14には示していない)を移動させる。   The toner cartridge main body 700 is further provided with a swinging portion 707 and a knob portion 708. The knob portion 708 moves a fixing claw (not shown in FIG. 14) that fixes the toner cartridge and the photosensitive drum unit (not shown).

また、トナーカートリッジ本体700内にはトナー706が収納されており、
該トナー706の残量により撹拌シャフト705の矢印方向への回転の速度が変動する。
即ち、トナー706が満杯の場合には撹拌シャフト705の回転に対する抵抗が大きく、攪拌シャフトの回転が遅くなる一方、トナー706を消費してその残量が少なくなった場合には上部空隙の容積が増して、撹拌シャフト705の回転に対する抵抗が減少し、その結果回転が速くなる。
The toner cartridge body 700 contains toner 706,
The rotation speed of the stirring shaft 705 in the arrow direction varies depending on the remaining amount of the toner 706.
That is, when the toner 706 is full, the resistance to the rotation of the stirring shaft 705 is large, and the rotation of the stirring shaft is slowed. On the other hand, when the toner 706 is consumed and the remaining amount decreases, the volume of the upper gap is increased. In addition, the resistance to rotation of the agitation shaft 705 is reduced, resulting in faster rotation.

撹拌シャフト705の回転はロッド701を介して磁石703の上下動として伝達され、磁気センサ710への磁力変化波形のデューティー比となって現れる。この結果、前記磁気センサから得られる波形のデューティー比を検出することで、トナーカートリッジ内のトナー残量を検出することが可能となる。   The rotation of the stirring shaft 705 is transmitted as the vertical movement of the magnet 703 via the rod 701 and appears as a duty ratio of a magnetic force change waveform to the magnetic sensor 710. As a result, the remaining amount of toner in the toner cartridge can be detected by detecting the duty ratio of the waveform obtained from the magnetic sensor.

以上の樣に、実施の形態2に関して説明した磁気センサを用いることで、的確なトナー残量検知を行なうことができる高品質の画像形成装置(プリンタ、コピー機など)を提供することができる。
また、上記説明したフルカラーの画像形成装置に限らずモノクロ、マルチカラーの画像形成装置においても同様な効果が得られる。
In addition to the above, by using the magnetic sensor described in connection with the second embodiment, it is possible to provide a high-quality image forming apparatus (printer, copier, etc.) that can accurately detect the remaining amount of toner.
The same effect can be obtained not only in the above-described full-color image forming apparatus but also in a monochrome or multi-color image forming apparatus.

以上、実施の形態1及び2に関して説明した構成を備えるホール素子をプリンタ等の画像形成装置に用いる場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、ブラシレスモータにおける着磁されたロータ部の回転速度検出、電線に電流が流れるときにその周囲に生じる磁界を検出することで電流値を検出する電流センサ、GPS(Global Positioning System;全地球測位システム)機能を備えた携帯電話機に搭載され、地磁気の方位、強度を測定する地磁気センサなど、広範囲の用途に用いることができる。   The case where the Hall element having the configuration described with respect to Embodiments 1 and 2 is used in an image forming apparatus such as a printer has been described above. However, the present invention is not limited to this, and the magnetized rotor portion of the brushless motor is Rotation speed detection, current sensor that detects the current value by detecting the magnetic field generated around the current when the current flows through the electric wire, mounted on the mobile phone with GPS (Global Positioning System) function, It can be used for a wide range of applications such as a geomagnetic sensor that measures the direction and intensity of geomagnetism.

11 基板、 12 半導体薄膜、 14 平坦化層、 17 コンタクト層、 23 金属配線膜、 201 基準電圧回路、 202 制御電圧発生回路、 203 PMOSトランジスタ、 204 増幅回路、 700 トナーカートリッジ、 710 磁気センサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate, 12 Semiconductor thin film, 14 Planarization layer, 17 Contact layer, 23 Metal wiring film, 201 Reference voltage circuit, 202 Control voltage generation circuit, 203 PMOS transistor, 204 Amplifier circuit, 700 Toner cartridge, 710 Magnetic sensor

Claims (13)

基板と、
前記基板上に備えられ有機材料を主材料とする平坦化層と、
化合物半導体素子を含み前記平坦化層上にボンディングされた半導体薄膜を有することを特徴とする
複合半導体素子。
A substrate,
A planarization layer comprising an organic material as a main material provided on the substrate;
A composite semiconductor element comprising a semiconductor thin film including a compound semiconductor element and bonded onto the planarizing layer.
上記半導体薄膜はGaAs、InAsInSb、InGaAsSbのいずれかを含む化合物半導体であることを特徴とする
請求項1に記載の複合半導体素子。
The composite semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor thin film is a compound semiconductor containing any one of GaAs, InAsInSb, and InGaAsSb.
上記化合物半導体薄膜は不純物濃度が10−17〜5×10−17cm−3であることを特徴とする
ことを特徴とする請求項2に記載の複合半導体素子。
The compound semiconductor thin film according to claim 2, wherein the compound semiconductor thin film has an impurity concentration of 10 −17 to 5 × 10 −17 cm −3 .
前記化合物半導体薄膜との電気的接続のための金属配線膜をさらに備え、前記化合物半導体薄膜と金属配線膜との間に、前記化合物半導体素子薄膜よりもより高い不純物濃度の化合物半導体層を介在させたことを特徴とする
請求項3に記載の複合半導体素子。
A metal wiring film for electrical connection with the compound semiconductor thin film is further provided, and a compound semiconductor layer having a higher impurity concentration than the compound semiconductor element thin film is interposed between the compound semiconductor thin film and the metal wiring film. The composite semiconductor device according to claim 3.
シリコンウェハー基材上に平坦化層を形成するステップと、
化合物半導体ウェハーの上面に、
剥離層を成膜するステップと、
剥離層の上に、
第1の化合物半導体層を含むエピタキシャル層を成膜するステップと、
上記エピタキシャル層に溝を形成して、複数の小領域に分割するステップと、
剥離層をエッチングすることにより、上記分割されたエピタキシャル層を基板から剥離することで、エピタキシャルフィルムを得るステップと、
エピタキシャルフィルムを上記シリコンウェハー上の上記平坦化層の上に密着させるステップとを含む複合半導体素子の製造方法。
Forming a planarization layer on a silicon wafer substrate;
On the upper surface of the compound semiconductor wafer,
Forming a release layer; and
On the release layer,
Depositing an epitaxial layer including a first compound semiconductor layer;
Forming a groove in the epitaxial layer and dividing it into a plurality of small regions;
Etching the release layer to release the divided epitaxial layer from the substrate to obtain an epitaxial film;
Adhering an epitaxial film onto the planarizing layer on the silicon wafer.
上記エピタキシャルフィルムを密着させたシリコンウェハーをダイシングにより個片化するステップをさらに有することを特徴とする請求項5に記載の複合半導体素子の製造方法。   6. The method of manufacturing a composite semiconductor element according to claim 5, further comprising a step of dicing the silicon wafer to which the epitaxial film is closely attached by dicing. 上記エピタキシャル層が、第1の化合物半導体層よりも不純物濃度のより高い、第2の化合物半導体層をさらに含み、
上記第2の化合物半導体層をフォトリソグラフィー及びエッチングにより、コンタクト層を形成することを特徴とする請求項6に記載の複合半導体素子の製造方法。
The epitaxial layer further includes a second compound semiconductor layer having a higher impurity concentration than the first compound semiconductor layer;
7. The method of manufacturing a composite semiconductor element according to claim 6, wherein a contact layer is formed on the second compound semiconductor layer by photolithography and etching.
集積回路を含む半導体基板と、
前記基板上層に設けられた有機材料を主材料とする平坦化層と、
前記平坦化層上にボンディングされた化合物半導体薄膜を有することを特徴とする
磁気センサ。
A semiconductor substrate including an integrated circuit;
A planarization layer mainly composed of an organic material provided on the upper layer of the substrate;
A magnetic sensor comprising a compound semiconductor thin film bonded on the planarizing layer.
前記基板は集積回路を含む半導体基板であって、その表層には酸化けい素膜及び窒化けい素膜の内の少なくとも一方を含む単層又は多層構造の保護膜を備える
ことを特徴とする請求項8に記載の磁気センサ。
The said board | substrate is a semiconductor substrate containing an integrated circuit, Comprising: The surface layer is provided with the protective film of the single layer or multilayer structure containing at least one of a silicon oxide film and a silicon nitride film. The magnetic sensor according to 8.
前記半導体薄膜が、前記集積回路が形成された領域上に備えられたことを特徴とする請求項8に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 8, wherein the semiconductor thin film is provided on a region where the integrated circuit is formed. 前記集積回路を含む半導体基板には
温度に応じた出力電圧を生じる電圧発生回路と
電流駆動回路とを備え、
前記電圧発生回路の出力により前記電流駆動回路が制御されて、温度に応じた駆動電流を発生させ、前記電流により前記化合物半導体薄膜を駆動する
ことを特徴とする請求項8に記載の磁気センサ。
A semiconductor substrate including the integrated circuit includes a voltage generation circuit that generates an output voltage corresponding to temperature, and a current driving circuit.
The magnetic sensor according to claim 8, wherein the current driving circuit is controlled by an output of the voltage generating circuit to generate a driving current corresponding to a temperature, and the compound semiconductor thin film is driven by the current.
前記化合物半導体薄膜がホール電圧を発生するものであり、
前記電圧発生回路は、前記化合物半導体薄膜から生じるホール電圧の温度依存性を補償するように、前記ホール電圧の温度係数と逆極性であってその絶対値が略等しい出力電圧を生じる
ことを特徴とする請求項11に記載の磁気センサ。
The compound semiconductor thin film generates a Hall voltage,
The voltage generation circuit generates an output voltage having a polarity opposite to the temperature coefficient of the Hall voltage and approximately equal in absolute value so as to compensate for the temperature dependence of the Hall voltage generated from the compound semiconductor thin film. The magnetic sensor according to claim 11.
請求項8乃至12のいずれかに記載の磁気センサを、トナーカートリッジ内のトナー残量センサとして用いたことを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus using the magnetic sensor according to claim 8 as a toner remaining amount sensor in a toner cartridge.
JP2010111370A 2010-05-13 2010-05-13 Composite semiconductor element, method for manufacturing the same, magnetic sensor, and image formation device Withdrawn JP2011238881A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010111370A JP2011238881A (en) 2010-05-13 2010-05-13 Composite semiconductor element, method for manufacturing the same, magnetic sensor, and image formation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010111370A JP2011238881A (en) 2010-05-13 2010-05-13 Composite semiconductor element, method for manufacturing the same, magnetic sensor, and image formation device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011238881A true JP2011238881A (en) 2011-11-24

Family

ID=45326506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010111370A Withdrawn JP2011238881A (en) 2010-05-13 2010-05-13 Composite semiconductor element, method for manufacturing the same, magnetic sensor, and image formation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011238881A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014163702A (en) * 2013-02-21 2014-09-08 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Magnetic sensor device
JP2014215426A (en) * 2013-04-25 2014-11-17 株式会社沖データ Optoelectronic semiconductor device and method for manufacturing the same
WO2016071370A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-12 Melexis Technologies Nv Magnetic field sensor and method for making same
US11067643B2 (en) 2014-11-03 2021-07-20 Melexis Technologies Nv Magnetic field sensor and method for making same
US11230471B2 (en) 2016-02-05 2022-01-25 X-Celeprint Limited Micro-transfer-printed compound sensor device
CN119110671A (en) * 2024-11-06 2024-12-10 宁波中车时代传感技术有限公司 A compound Hall integrated chip and preparation method thereof

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014163702A (en) * 2013-02-21 2014-09-08 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Magnetic sensor device
JP2014215426A (en) * 2013-04-25 2014-11-17 株式会社沖データ Optoelectronic semiconductor device and method for manufacturing the same
WO2016071370A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-12 Melexis Technologies Nv Magnetic field sensor and method for making same
JP2018500538A (en) * 2014-11-03 2018-01-11 メレクシス・テクノロジーズ・ナムローゼフェンノートシャップ Magnetic field sensor and manufacturing method thereof
US10620277B2 (en) 2014-11-03 2020-04-14 Melexis Technologies Nv Magnetic field sensor and method for making same
US11067643B2 (en) 2014-11-03 2021-07-20 Melexis Technologies Nv Magnetic field sensor and method for making same
US11230471B2 (en) 2016-02-05 2022-01-25 X-Celeprint Limited Micro-transfer-printed compound sensor device
CN119110671A (en) * 2024-11-06 2024-12-10 宁波中车时代传感技术有限公司 A compound Hall integrated chip and preparation method thereof
CN119110671B (en) * 2024-11-06 2025-05-30 宁波中车时代传感技术有限公司 Compound Hall integrated chip and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011238881A (en) Composite semiconductor element, method for manufacturing the same, magnetic sensor, and image formation device
JP5623038B2 (en) Manufacturing method of sensor device having stress relaxation layer
US7430920B2 (en) Apparatus for measuring a mechanical quantity
JP3362858B2 (en) Magnetic sensor
US4657658A (en) Semiconductor devices
JP6263819B2 (en) Sensor device and manufacturing method thereof
US20230086851A1 (en) Current sensor device
US20090004811A1 (en) Semiconductor composite device, method for manufacturing the semiconductor composite device, led head that employs the semiconductor composite device, and image forming apparatus that employs the led head
CN103890973B (en) Light-receiving and light-emitting device and sensor device using a light-receiving and light-emitting integrated element
JP2015015390A (en) Offset voltage correction method of hall device and hall sensor employing the same
JP4045979B2 (en) Pressure detection device
JP2002299599A (en) Integrated magnetic sensor and method of manufacturing the same
JP2007076094A (en) Light emitting integrated circuit, optical head, and image forming apparatus using the same
JP3471986B2 (en) Hall element and watt hour meter using the same
JP2002124629A (en) Semiconductor device
TWI631737B (en) Light emitting element, light emitting element package, and method of manufacturing light emitting element
JP2013207097A (en) Hall element
JP2012204539A (en) Magnetoresistive element
JP6017152B2 (en) Magnetoresistive element
JP2015126189A (en) Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, optical print head, and image forming apparatus
JP7511368B2 (en) Semiconductor Device
JP5467579B2 (en) Manufacturing method of semiconductor composite device
CN111584451A (en) semiconductor device
WO2012176362A1 (en) Electromagnetic wave detecting device and method of manufacturing said electromagnetic wave detecting device
JPS5946564A (en) Magnetic detector

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20130806