JP5193943B2 - Hall element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ホール素子の製造方法に関し、さらに詳しく言えば、移動度の高い化合物半導体膜からなるホール素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a Hall element, and more particularly to a method for manufacturing a Hall element made of a compound semiconductor film having high mobility.
ホール素子は、厚さが数μmの化合物半導体薄膜で形成され、ホール効果を利用して電界や磁界を電気信号に変換して出力する磁気センサであり、通常、化合物半導体薄膜にはInSbあるいはInAs等が用いられている。 The Hall element is a magnetic sensor that is formed of a compound semiconductor thin film having a thickness of several μm, and converts an electric field or a magnetic field into an electric signal using the Hall effect and outputs the electric signal. Usually, the compound semiconductor thin film has InSb or InAs. Etc. are used.
その製造方法には、いくつかの方法が知られているが、例えば特許文献1に記載されている発明では、まず、図2aに示すように、シリコンウエハー26を支持体とし、このシリコンウエハー26の一方の面側に酸化処理を施して二酸化シリコンの薄い絶縁層28を形成する。そして、この絶縁層28上に化合物半導体薄膜30を形成する。
There are several known manufacturing methods. For example, in the invention described in Patent Document 1, first, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2bに示すように、化合物半導体薄膜30にフォトリソグラフィ等により素子32を形成するとともに、素子32の周りに入力用電極および出力用電極として用いられるオーミック電極34を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, an
そして、図2cに示すように、Si3N4(窒化ケイ素)等により、素子32とオーミック電極34とを覆う絶縁膜36を形成したのち、図2dに示すように、その絶縁膜36上に接着剤層40を介して素子基板38を接着する。
Then, as shown in FIG. 2c, an
次に、図2eに示すように、シリコンウエハー26をエッチングにより除去して、絶縁層28を露出させたのち、絶縁層28をエッチングして、図2fに示すように、電極形成用の穴42を開ける。
Next, as shown in FIG. 2e, the
その後、図2gに示すように、穴42を埋めるようにオーミック電極34の電極端子44を形成し、残りの絶縁層28上に絶縁膜46を形成する。電気的特性試験を行ったのちに、最終工程として、一点鎖線48の位置でダイシングして個々のホール素子を得る。
Thereafter, as shown in FIG. 2 g, the
この製造方法によれば、シリコンウエハー26上に表面酸化によって二酸化シリコンの絶縁層28を形成するようにしているため、薄膜でありながら緻密で絶縁性能に優れた絶縁膜が得られ、これにより素子全体の薄型化と低磁気抵抗化とがはかれる。
According to this manufacturing method, since the
しかしながら、上記従来技術では、化合物半導体薄膜30を多結晶構造である絶縁層28上で形成しているため、移動度の高い単結晶の化合物半導体薄膜が得られず、これがより高感度化をはかることを困難にしている。
However, in the above-described prior art, since the compound semiconductor
したがって、本発明の課題は、移動度の高い単結晶の化合物半導体薄膜からなるホール素子の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Hall element comprising a single crystal compound semiconductor thin film having high mobility.
上記課題を解決するため、本発明のホール素子の製造方法は、半導体薄膜形成用の支持基板に、第1シリコン層の一方の面側に酸化皮膜よりなる絶縁層を介して上記第1シリコン層よりも薄層の第2シリコン層が形成されているSOI基板を用い、上記第2シリコン層上にホール素子に用いられる単結晶の化合物半導体薄膜を形成して4層構造の積層体とし、上記積層体の化合物半導体薄膜側に接着剤を介してホール素子のコア基板をさらに積層したのち、上記SOI基板を除去して上記化合物半導体薄膜を露出させ、露出した上記化合物半導体薄膜を所定にパターニングして複数の素子チップを作成し、上記各素子チップにそれぞれ一対の入力用電極と出力用電極とを含む電極部を形成したのち、上記コア基板をダイシングして複数のホール素子を得ることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing a Hall element according to the present invention includes: a first support layer for forming a semiconductor thin film, wherein the first silicon layer is interposed between an insulating layer made of an oxide film on one surface side of the first silicon layer. A single-crystal compound semiconductor thin film used for a Hall element is formed on the second silicon layer using a SOI substrate on which a thinner second silicon layer is formed, to form a four-layer structure, After further laminating the core substrate of the Hall element via the adhesive on the compound semiconductor thin film side of the laminate, the SOI substrate is removed to expose the compound semiconductor thin film, and the exposed compound semiconductor thin film is patterned as required. After forming a plurality of element chips and forming an electrode portion including a pair of input electrodes and output electrodes on each element chip, the core substrate is diced to form a plurality of hoses. It is characterized by obtaining the element.
本発明において、上記SOI基板の除去を上記第1シリコン層側から行い、上記第1シリコン層は研磨もしくはウェットエッチングにより除去し、上記絶縁層は所定のエッチングにより除去し、上記第2シリコン層についてはガスエッチングにより除去することが好ましい。 In the present invention, the SOI substrate is removed from the first silicon layer side, the first silicon layer is removed by polishing or wet etching, the insulating layer is removed by predetermined etching, and the second silicon layer is removed. Is preferably removed by gas etching.
これとは別の態様として、上記第2シリコン層をガスエッチングして上記SOI基板を一気に除去することもできる。 As another aspect, the SOI substrate can be removed at once by gas etching the second silicon layer.
上記コア基板は、非磁性体であってもよいが、フェライト等の磁性体が好ましく用いられる。 The core substrate may be a non-magnetic material, but a magnetic material such as ferrite is preferably used.
本発明によれば、半導体薄膜形成用の支持基板に、第1シリコン層の一方の面側に酸化皮膜よりなる絶縁層を介して第1シリコン層よりも薄層の第2シリコン層が形成されているSOI基板を用い、その第2シリコン層上に化合物半導体薄膜を形成するようにしたことにより、単結晶で移動度の高い化合物半導体薄膜からなるホール素子を得ることができる。 According to the present invention, the second silicon layer thinner than the first silicon layer is formed on the support substrate for forming the semiconductor thin film via the insulating layer made of the oxide film on one surface side of the first silicon layer. By using a SOI substrate and forming a compound semiconductor thin film on the second silicon layer, a Hall element made of a compound semiconductor thin film having a single crystal and high mobility can be obtained.
また、SOI基板を除去して化合物半導体薄膜を露出させる際、第2シリコン層については、その厚さが薄いことから、化合物半導体薄膜にストレスをかけることなく、ガスエッチングにより容易に除去することができる。 Further, when the compound semiconductor thin film is exposed by removing the SOI substrate, since the second silicon layer is thin, it can be easily removed by gas etching without applying stress to the compound semiconductor thin film. it can.
次に、図1a〜図1iを参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1a to 1i, but the present invention is not limited to this.
まず、図1aに示すように、半導体薄膜形成用の支持基板として、SOI基板10Aを用意する。SOIは、Silicon On Insulatorの略であり、SOI基板10Aには、第1シリコン層11と、第1シリコン層11の一方の面に形成された絶縁層12と、絶縁層12上に形成された第2シリコン層(単結晶)13の3層が含まれている。SOI基板10Aは、LSI等の製造に用いられている汎用品が適用されてよい。
First, as shown in FIG. 1a, an
この実施形態において、第1シリコン層11の厚さは約500μm,絶縁層12の厚さは約5μm,第2シリコン層13の厚さは約5μmであるが、各層厚は適宜決められてよい。絶縁層12は、シリコンの酸化皮膜(SiO2)であることが好ましい。
In this embodiment, the thickness of the
次に、図1bに示すように、SOI基板10Aの第2シリコン層13上に、ホール素子に用いられる化合物半導体薄膜14を例えば蒸着法等により成膜して4層構造の積層体10Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 1b, a compound semiconductor
第2シリコン層13は単結晶であるため、第2シリコン層13上に移動度の高い単結晶の化合物半導体薄膜14を形成することができる。化合物半導体薄膜14は、通常のホール素子に用いられているInSb(インジウムアンチモン),InAs(インジウムヒ素)等から形成されてよい。
Since the
次に、図1cに示すように、積層体10Bの化合物半導体薄膜14側を接着剤22を介してコア基板21の一方の面に重ね合わせて、図1dに示すように、積層体10Bとコア基板21とを一体化する。コア基板21はフェライト等の磁性体であることが好ましいが、場合によっては、非磁性体が採用されてもよい。
Next, as shown in FIG. 1c, the compound semiconductor
SOI基板10Aの第1シリコン層11は分厚く、ある程度の剛性を有していることから、化合物半導体薄膜14にヒビや割れが生じさせることなく、積層体10Bとコア基板21とを一体化することができる。
Since the
次に、SOI基板10Aを第1シリコン層11側から順次除去して、化合物半導体薄膜14を露出させる。図1eに第1シリコン層11を除去した状態を示す。
Next, the
第1シリコン層11の除去は、XeF2(フッ化キセノン)などのSiに特異的に作用するガスエッチングにより行ってもよいが、第1シリコン層11は分厚く完全に除去するには高価なエッチャントガスを多量に必要とすることから、コスト的には、研磨もしくはウェットエッチングによることが好ましい。
The
ウェットエッチングによる場合、SOI基板10A内に存在する絶縁層(SiO2)12がエッチストップ層として機能する。そのため、エッチングレートの違いにより被エッチング表面の凹凸が粗くなるという、ウェットエッチングのデメリットをカバーすることができる。
In the case of wet etching, the insulating layer (SiO 2 ) 12 present in the
次に、絶縁層12をエッチングにより除去する。図1fに絶縁層12を除去した状態を示す。
Next, the insulating
そして、最後に残された第2シリコン層13を除去して化合物半導体薄膜14を露出させ、その露出した化合物半導体薄膜14にフォトリソグラフィ等によりパターニングを施して、図1gに示すように、ホール素子の核となる複数のチップ14aを形成する。
Then, the last remaining
第2シリコン層13の除去は、上記したガスエッチングにより行うことが好ましい。これによれば、化合物半導体薄膜14にストレスをほとんどかけることなく、薄層の第2シリコン層13をきれいに除去することができる。
The removal of the
次に、図1h,図1iを参照して、各チップ14aの周りに、それぞれ一対の入力用電極23,23と出力用電極24,24とを含む電極部25を形成したのち、図1hの1点鎖線で示す位置でコア基板21をダイシングして、図1iに示す個々のホール素子1を得る。
Next, referring to FIG. 1h and FIG. 1i, an
その後、好ましくは各ホール素子1の電気的特性を検査したのち、最終工程として、SiO2(二酸化ケイ素)、Si3N4(窒化ケイ素)等により、チップ14aおよび電極部25上に保護膜を形成するとよい。
Thereafter, preferably after the electrical characteristics of each Hall element 1 are inspected, as a final process, a protective film is formed on the
SOI基板10Aを除去するにあたって、上記実施形態では、第1シリコン層11側から順次除去するようにしているが、第2シリコン層13の部分をガスエッチングして、SOI基板10Aを一気に除去することもでき、このような態様も、本発明に含まれる。
In removing the
1 ホール素子
10 SOI基板
11 第1シリコン層
12 絶縁層
13 第2シリコン層
14 化合物半導体薄膜
14a チップ
21 コア基板
22 接着剤
23 入力用電極
24 出力用電極
25 電極部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hall element 10
Claims (4)
上記第2シリコン層上にホール素子に用いられる単結晶の化合物半導体薄膜を形成して4層構造の積層体とし、上記積層体の化合物半導体薄膜側に接着剤を介してホール素子のコア基板をさらに積層したのち、上記SOI基板を除去して上記化合物半導体薄膜を露出させ、露出した上記化合物半導体薄膜を所定にパターニングして複数の素子チップを作成し、上記各素子チップにそれぞれ一対の入力用電極と出力用電極とを含む電極部を形成したのち、上記コア基板をダイシングして複数のホール素子を得ることを特徴とするホール素子の製造方法。 An SOI substrate in which a second silicon layer thinner than the first silicon layer is formed on a support substrate for forming a semiconductor thin film via an insulating layer made of an oxide film on one surface side of the first silicon layer. Use
A single-crystal compound semiconductor thin film used for a Hall element is formed on the second silicon layer to form a four-layered laminate, and a core substrate of the Hall element is attached to the compound semiconductor thin film side of the laminate via an adhesive. After further stacking, the SOI substrate is removed to expose the compound semiconductor thin film, and the exposed compound semiconductor thin film is patterned in a predetermined manner to form a plurality of element chips. A hall element manufacturing method comprising: forming an electrode portion including an electrode and an output electrode; and then dicing the core substrate to obtain a plurality of hall elements.
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