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CN108075035A - 霍尔元件 - Google Patents

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CN108075035A CN201711145587.5A CN201711145587A CN108075035A CN 108075035 A CN108075035 A CN 108075035A CN 201711145587 A CN201711145587 A CN 201711145587A CN 108075035 A CN108075035 A CN 108075035A
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induction portion
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Abstract

本发明提供一种在磁感应部上具有球部的霍尔元件。本发明提供一种霍尔元件，其中，该霍尔元件包括：基板；磁感应部，其形成于基板上；绝缘膜，其形成于磁感应部上；电极部，其形成于绝缘膜上；以及球部，其设置于电极部上，该球部与电极部电连接，在俯视状态下，球部的投影面积占磁感应部的投影面积的10％以上。而且，球部的投影面积可以占磁感应部的投影面积的20％以上。此外，该霍尔元件还可以包括接合线，该接合线与球部电连接，且自球部沿着与电极部的上表面垂直的方向延长。

Description

霍尔元件
技术领域
本发明涉及一种霍尔元件。
背景技术
以往，公知有在具有磁感应部的霍尔元件中，在焊盘电极上具有球部的霍尔元件(例如，参照专利文献1和2)。
专利文献1：日本特开昭60-175471号公报
专利文献2：日本特开昭62-12974号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在这样的霍尔元件中，存在由于入射到磁感应部的光，导致产生霍尔元件的特性变动的情况。
用于解决问题的方案
在本发明的第一技术方案中，提供一种霍尔元件，其中，该霍尔元件包括：基板；磁感应部，其形成于基板上；绝缘膜，其形成于磁感应部上；电极部，其形成于绝缘膜上；以及球部，其设置于电极部上，该球部与电极部电连接，在俯视状态下，球部的投影面积占磁感应部的投影面积的10％以上。
另外，上述的发明内容并没有列举本发明的全部特征。另外，这些特征组的子组合也能够成为发明的技术方案。
附图说明
图1A表示实施例1的霍尔元件100的俯视图的一例子。
图1B表示霍尔元件100的A-A'剖面的一例子。
图1C表示霍尔元件100的B-B'剖面的一例子。
图1D是实施例1的霍尔元件100的中央区域23的一例子。
图1E是表示电极部31～电极部34的结构的一例子的俯视图。
图2A表示霍尔传感器200的俯视图的一例子。
图2B是霍尔传感器200的剖视图的一例子。
图3表示比较例1的霍尔元件500的结构。
图4表示实施例2的霍尔元件100的结构的一例子。
图5表示实施例3的霍尔元件100的结构的一例子。
图6A是用于说明比较例2的磁感应部520的平面形状的示意图。
图6B是用于说明比较例2的磁感应部520的平面形状的示意图。
图7A表示磁感应部20和接触部50的放大图的一例子。
图7B表示磁感应部20和接触部50的放大图的一例子。
图8A表示接触部50的平面形状的一例子。
图8B表示接触部50的平面形状的一例子。
图8C表示接触部50的平面形状的一例子。
图8D表示接触部50的平面形状的一例子。
图9A表示霍尔元件100的制造方法的一例子。
图9B表示霍尔元件100的制造方法的一例子。
图9C表示霍尔元件100的制造方法的一例子。
图9D表示霍尔元件100的制造方法的一例子。
图9E表示霍尔元件100的制造方法的一例子。
图9F表示霍尔元件100的制造方法的一例子。
图10A表示霍尔传感器200的俯视图的一例子。
图10B是霍尔传感器200的剖视图的一例子。
图11表示具有球部60的霍尔元件100的放大图的一例子。
图12表示具有虚设球65的霍尔元件100的放大图的一例子。
图13表示霍尔元件100的剖面形状的一例子。
图14表示霍尔元件100的剖面形状的一例子。
图15表示霍尔元件100的剖面形状的一例子。
附图标记说明
10、基板；20、磁感应部；21、导电层；22、表面层；23、中央区域；24、周边区域；25、中心；26、顶端；30、辅助圆；31、电极部；31a、主部；31b、延伸部；31c、角部；32、电极部；32a、主部；32b、延伸部；32c、角部；33、电极部；33a、主部；33b、延伸部；33c、角部；34、电极部；34a、主部；34b、延伸部；34c、角部；40、绝缘膜；50、接触部；60、球部；65、虚设球；70、接触部；80、导电部；100、霍尔元件；200、霍尔传感器；211、引线端子；212、引线端子；213、引线端子；214、引线端子；220、保护层；230、模制构件；240、外部镀层；251、接合线；252、接合线；253、接合线；254、接合线；500、霍尔元件；510、基板；520、磁感应部；525、中心；526、顶端；531、电极部；532、电极部；533、电极部；534、电极部；550、接触部。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式说明本发明，但以下的实施方式并不用于限定权利要求书中的技术方案。另外，实施方式中说明的特征的全部组合对于发明的解决方案并不是必须的。
实施例1
图1A表示实施例1的霍尔元件100的俯视图的一例子。图1B表示霍尔元件100的A-A'剖面的一例子。图1C表示霍尔元件100的B-B'剖面的一例子。本例子的霍尔元件100包括基板10、磁感应部20、电极部31～电极部34、绝缘膜40以及接触部50。本例子的磁感应部20包括导电层21和表面层22。电极部31～电极部34以及接触部50构成导电部。
基板10为Si、化合物半导体等的半导体基板。本例子的基板10为GaAs基板。在一例子中，GaAs基板的电阻率为1.0×105Ω·cm以上。GaAs基板10的电阻率的上限也可以为1.0×109Ω·cm以下。基板10具有矩形的平面形状。在本说明书中，平面形状是指俯视时的形状。另外，俯视是指从上方观察。
磁感应部20形成于基板10上。另外，磁感应部20也可以形成于基板10内部。在一例子中，磁感应部20的平面形状为矩形、十字形等。本例子的磁感应部20具有矩形的平面形状。磁感应部20为电阻低于基板10的电阻的层。在一例子中，磁感应部20由GaAs、InSb以及InAs等化合物半导体形成。本例子的磁感应部20由GaAs形成。另外，磁感应部20可以通过在基板10中注入Si、Sn、S、Se、Te、Ge，以及C等杂质，并进行加热，而被活性化。
另外，在本实施方式的霍尔元件100中，优选被四个接触部50包围起来的区域全部被包含在磁感应部20内。通过采用被四个接触部50包围起来的区域全部被包含在磁感应部20内的形状，能够设为难以产生电流集中的形状。另外，能够最大限度地增大磁感应部20相对于基板10的面积。由此，能够抑制1/f噪声，而且能够抑制霍尔元件100的输出特性的变动，从这一点考虑是优选的。只要被四个接触部50包围起来的区域全部被包含在磁感应部20内，磁感应部20就也可以向被四个接触部50包围起来的区域的外侧扩展。例如，磁感应部20的边缘部可以不是直线，另外，可以在磁感应部20的边缘部形成有切口等。另外，被四个接触部50包围起来的区域能够如下所述地确定。首先，将磁感应部20的俯视时的重心设为磁感应部20的中心。接着，在各接触部50绘制该磁感应部20的中心与各接触部50之间的距离最小的点。然后，将这些点之间连结而形成的区域设为被四个接触部50包围起来的区域。另外，在各接触部中存在有多个与磁感应部20的中心之间的距离最小的点的情况下，将这些点全部连结而成的区域设为被四个接触部50包围起来的区域。另外，在霍尔元件100存在有无论输入和输出均不使用的接触部的情况下，可以不考虑该接触部地确定上述的区域。
本例子的磁感应部20具有至少一个角带有圆角的平面形状。在本说明书中，圆角只要是角被弄圆的形状即可，曲率半径没有特殊限定。例如，圆角是指具有相对于磁感应部20的厚度的10％～10000％的大小的曲率半径的形状。另外，还可以在一个角具有多个具有上述曲率半径的部位。存在有在霍尔元件100中流动的电流在磁感应部20的端部集中的情况。由于磁感应部20的平面形状具有圆角，因此，能够缓和在磁感应部20的端部的电流集中。另外，在基板10上以台阶状(台面状)形成磁感应部20时，该效果变得明显。本例子的磁感应部20具有四个角被弄圆的矩形的平面形状。另外，中心25是指磁感应部20的平面形状的中心点。具有相对于磁感应部20的厚度的10％以上的曲率半径，由此能够缓和在磁感应部20的端部的电流集中，从这一点考虑是优选的。另外，具有相对于磁感应部20的厚度的10000％以下的曲率半径，由此能够抑制霍尔元件100的输出电压的波动，从这一点考虑是优选的。这是因为，能够在磁感应部20的侧面减少悬挂键最小的面(例如(100)面)以外的面的露出，而难以产生载体的表面再结合。从上述观点来看，曲率半径优选为30％～5000％的大小[0]，更优选为50％～1000％。另外，特别是在磁感应部20的平面形状为矩形的情况下，向磁感应部20的端部流动的电流量变多，因此，能够更明显地获得电流集中缓和效果。
导电层21形成于基板10上。本例子的导电层21为n型GaAs。导电层21的膜厚没有特殊限定。本例子的导电层21的膜厚为50nm以上且2000nm以下。另外，导电层21的膜厚可以为100nm以上且1000nm以下。
表面层22由导电性的材料形成并形成于导电层21上。表面层22由导电性低于导电层21的导电性的GaAs层，AlGaAs或AlAs等高电阻的结晶构成。本例子的表面层22的膜厚为150nm以上。另外，表面层22的膜厚还可以为200nm以上。表面层22的膜厚的上限既可以为800nm以下，也可以为600nm以下。另外，还可以不在磁感应部20形成表面层22。
绝缘膜40形成于磁感应部20上。本例子的绝缘膜40形成于表面层22上。在绝缘膜40设有接触部用的开口。在一例子中，绝缘膜40的厚度为100nm以上，但并不限定于此。例如，绝缘膜40为氮化硅膜(Si3N4膜)、氧化硅膜(SiO2膜)、氧化铝膜(Al2O3)、聚酰亚胺膜以及层叠这些膜中的至少一个而成的多层膜。另外，为了简化，在俯视图中省略了绝缘膜40。
电极部31～电极部34形成于绝缘膜40上。在一例子中，电极部31和电极部32为用于使电流流向磁感应部20的输入用的电极部。该情况下，电极部33和电极部34为用于检测磁感应部20的霍尔电压的输出用的电极部。在本说明书中，将电极部31和电极部32作为输入用的电极部进行说明，将电极部33和电极部34作为输出用的电极部进行说明，也可以将输入用的电极和输出用的电极互换。另外，霍尔元件100还可以具有上述电极部以外的电极部。
图1D是实施例1的霍尔元件100的中央区域23的一例子。图1E是表示电极部31～电极部34的结构的一例子的俯视图。
磁感应部20具有俯视时包含磁感应部20的中心25在内的中央区域23和位于中央区域23的周边的周边区域24。中央区域23为在磁感应部20中特别有助于霍尔效果的主要的区域。另外，将该中央区域23的外侧设为周边区域24。
在一例子中，中央区域23具有正圆形状的平面形状。本例子的中央区域23表示为用虚线表示的圆的内部区域。中央区域23为在俯视时使中心与磁感应部20的中心25相同的圆，划定以自磁感应部20的重心到接触部50的最小距离为半径的辅助圆30。中央区域23设为直径为辅助圆30的直径的1/2的长度且以磁感应部20的重心为中心的圆的内部区域。另外，磁感应部20的几何学上的重心能够在俯视时在由磁感应部20和基板10之间的交界包围起来的图形中算出。另外，中央区域23可以具有矩形的平面形状。在此，各电极部具有向上述中央区域23侧延伸出的部分即可。即，具有俯视时延伸到比磁感应部20的最外表面与导电部(或接触部50)接触的部分靠磁感应部20的中央区域23侧的位置的部分即可。
电极部31和电极部32在第1方向上互相相对。另外，电极部33和电极部34在俯视时与第1方向交叉的(例如，正交)第2方向上互相相对。而且，电极部31～电极部34分别自磁感应部20的周边区域24延伸到中央区域23。
即，电极部31具有主部31a和自主部31a延伸到磁感应部20的中央区域23的延伸部31b。电极部32具有主部32a和自主部32a延伸到磁感应部20的中央区域23的延伸部32b。电极部33具有主部33a和自主部33a延伸到磁感应部20的中央区域23的延伸部33b。电极部34具有主部34a和自主部34a延伸到磁感应部20的中央区域23的延伸部34b。
如图1E所示，将第1方向上的电极部31与电极部32之间的分离距离(即，延伸部31b、32b之间的分离距离)设为D1，将第2方向上的电极部33与电极部34之间的分离距离(即，延伸部33b、34b之间的分离距离)设为D2，此时，D1、D2分别为1μm以上且40μm以下。
电极部31、电极部32、电极部33以及电极部34具有矩形的平面形状。另外，电极部31所具有的角部31c、电极部32所具有的角部32c、电极部33所具有的角部33c以及电极部34所具有的角部34c分别位于磁感应部20的上方。
在此，角部31c为包含在电极部31的延伸部31b内的部位。角部32c为包含在电极部32的延伸部32b内的部位。角部33c为包含在电极部33的延伸部33b内的部位。角部34c为包含在电极部34的延伸部34b内的部位。如图1E所示，角部31c、角部32c、角部33c以及角部34c互相相邻地配置。角部31c与角部33c和角部34c相邻，角部32c与角部33c和角部34c相邻，角部31c和角部32c在第1方向上互相相对，角部33c和角部34c在第2方向上互相相对。
在俯视时，由角部31c、角部32c、角部33c以及角部34c包围的区域的中心位置与磁感应部20的中心25重合。另外，在俯视时，电极部31、电极部32、电极部33以及电极部34的各自的外周位于由磁感应部20的外周包围的区域的内侧。
电极部31～电极部34分别配置于基板10的矩形的四角。另外，电极部31～电极部34的各边以与基板10的边平行或垂直的方式配置。在磁感应部20上形成有电极部31～电极部34的情况下，磁感应部20的至少一个角带有圆角，从而能够抑制破片的影响。在此，在将基板10单片化时，进行切割，但在基板10的外周部与磁感应部20的外周部之间不存在电极部31～电极部34的情况下，存在由破片导致磁感应部20出现缺口，并产生由该缺口引起的电流集中的情况。特别是，在磁感应部20的角不带有圆角的情况下，存在有来自绝缘膜40的应力、切割时的应力向磁感应部的角集中而成为龟裂的起点的情况。在磁感应部20的至少一个角带有圆角的情况下，通过缓和上述应力等，并抑制由破片导致的磁感应部20的端部出现缺口，从而能够缓和电流集中。本例子的电极部31～电极部34具有相同的平面形状，但也可以具有不同的平面形状。例如，可以将输入用的电极部和输出用的电极部设为彼此不同的平面形状。另外，电极部31～电极部34通过设于绝缘膜40的开口与磁感应部20电连接。本例子的电极部31～电极部34借助接触部50与磁感应部20电连接。电极部31～电极部34由金属、多晶硅等导电性材料形成。本例子的电极部31～电极部34含有金作为主要成分。
在本例子中，电极部31～电极部34在俯视时形成于磁感应部20上，但也可以是这些电极部的至少一部分在俯视时延伸到磁感应部20的外侧的区域。另外，在俯视时在磁感应部20上形成有电极部31～电极部34时，能够减小霍尔元件100的输出电压的波动，从这一点考虑是优选的。这是因为，由磁感应部20和电极部31～电极部34之间的热膨胀系数之差产生的应力难以施加于磁感应部20。
接触部50形成于磁感应部20上。接触部50将电极部31～电极部34和磁感应部20电连接起来。接触部50贯穿绝缘膜40并将电极部31～电极部34和磁感应部20电连接起来。本例子的接触部50例如由与电极部31～电极部34相同的材料形成。电极部31～电极部34以及接触部50可以作为导电部利用同一工序同时形成。但是，接触部50也可以由与电极部31～电极部34不同的材料形成。接触部50包括用于向磁感应部20输入电流的多个输入用接触部和用于输出与输入的电流相对应的霍尔电动势的多个输出用接触部。本例子的电极部31和电极部32为输入用接触部，电极部33和电极部34为输出用接触部。但是，霍尔元件100也可以通过将输入用接触部和输出用接触部互换从而进行自旋电流动作(日文：スピニングカレント動作)。另外，霍尔元件100还可以具有上述接触部以外的接触部。
另外，接触部50具有与磁感应部20的平面形状相对应的平面形状。与磁感应部20的平面形状相对应的平面形状可以是与磁感应部20相同的形状。本例子的接触部50的平面形状在与磁感应部20的外周侧相对应的外侧区域的至少一部分具有圆角。另外，接触部50的平面形状也可以在靠磁感应部20的中心25侧的内侧区域具有圆角。由此，能够缓和在磁感应部20的端部的电流集中。在磁感应部20的平面形状为矩形的情况、被四个接触部50包围起来的区域全部被包含在磁感应部20内的情况下，特别是，向接触部50的端部流动的电流量变多，因此，能够明显地获得电流集中缓和效果。接触部50的平面形状只要是能够缓和接触部50的端部的电流集中的形状，就不限定于本例子。另外，在本说明书中，外侧区域是指接触部50的外周且是与磁感应部20的外周相对的区域。另一方面，内侧区域是指除外侧区域之外的靠磁感应部20的中心25侧的区域。
如上所述，本例子的霍尔元件100能够缓和磁感应部20的电流集中。由此，难以产生由磁感应部20的电流集中引起的微小的电阻变动。因而，本例子的霍尔元件100能够抑制由电流集中产生的1/f噪声。
图2A表示霍尔传感器200的俯视图的一例子。图2B是霍尔传感器200的剖视图的一例子。霍尔传感器200包括霍尔元件100、引线端子211～引线端子214、保护层220、模制构件230、外部镀层240以及接合线251～接合线254。另外，本例子的霍尔传感器200的结构为一例子，并不限定于此。
霍尔元件100利用接合线251～接合线254与引线端子211～引线端子214连接。本例子的电极部31利用接合线251与引线端子211电连接。电极部32利用接合线252与引线端子212电连接。电极部33利用接合线253与引线端子213电连接。电极部34利用接合线254与引线端子214电连接。
接合线251～接合线254由导电性的材料形成。本例子的接合线251～接合线254为金线，但并不限定于此。接合线251～接合线254利用模制构件230覆盖。由此，将接合线251～接合线254固定。
引线端子211～引线端子214借助外部镀层240与外部电连接。引线端子211～引线端子214在与接合线251～接合线254连接的面相反的那一侧的面形成有外部镀层240。由此，霍尔元件100与霍尔传感器200的外部电连接。另外，本例子的外部镀层240由锡(Sn)形成，但并不限定于此。
保护层220覆盖霍尔元件100的与接合线251～接合线254连接的面相反的那一侧的面。在一例子中，保护层220只要为能够保护基板10的材料就没有限定。保护层220既可以是由导体、绝缘体或半导体的任一者构成的膜，也可以是含有导体、绝缘体或半导体中的两者以上的膜。在保护层220含有导体的情况下，保护层220可以是银糊等导电性树脂。在保护层220含有绝缘体的情况下，保护层220为包含环氧类的热固化型树脂和二氧化硅(SiO2)的绝缘糊剂、氮化硅以及二氧化硅等。在保护层220含有半导体的情况下，保护层220可以是Si基板、Ge基板等的粘合体。
模制构件230将霍尔元件100、接合线251～接合线254以及引线端子211～引线端子214模制。模制构件230由能够承受回流焊时的高温的材料形成。例如，模制构件230由环氧类的热固化型树脂形成。
在此，在薄型化的霍尔传感器200中，由于霍尔元件100上的模制构件230的厚度较薄，因此，存在有包含向霍尔元件100的磁感应部20入射的光在内的电磁波因光电效应而使磁感应部20的局部的传导率变动的情况。另外，由于该变动，而在霍尔元件100产生偏移电压Vu。
相对于此，在本例子中，在俯视时，电极部31～电极部34自磁感应部20的周边区域24向中央区域23延伸，中央区域23的一部分由电极部31～电极部34覆盖。例如，电极部31～电极部34形成为自矩形状的基板10的四角向磁感应部20的中央区域23延伸。而且，在中央区域23，电极部31～电极部34的延伸部31b～34b分别靠近配置，相邻的电极之间的间隙变窄。由此，磁感应部20的中央区域23的一部分由电极部31～电极部34覆盖。
在此，作为电极构件的金属极好地吸收包含光在内的电磁波。因而，电极部31～电极部34能够遮蔽向霍尔元件100的磁感应部20入射的电磁波，抑制磁感应部20的局部的传导率变动。由此，具有抑制偏移电压Vu的变动的效果。
特别是，在俯视时，若电极部31～电极部34在中央区域23上的总面积相对于磁感应部20的中央区域23的面积的比例为10％以上且小于100％，则抑制偏移电压Vu变动的效果较高。该比例优选为20％以上且99％以下，更优选为40％以上且95％以下。
另外，优选的是，在俯视时，电极部31～电极部34下的有效区域的面积相对于磁感应部20的有效区域的总面积的比例为40％以上且99％以下。在本说明书中，有效区域的面积是指俯视时磁感应部20的面积中的、除磁感应部20与电极部31～电极部34接触的接触区域的总面积以外的面积。
比较例1
图3表示比较例1的霍尔元件500的结构。本例子的霍尔元件500包括基板510、磁感应部520、电极部531～电极部534以及接触部550。基本的结构与实施例1的霍尔元件100相同。但是，在磁感应部520和接触部550的平面形状的角部不带有圆角这方面与实施例1的磁感应部20和接触部50不同。另外，在磁感应部520与电极部531～534之间设有绝缘膜，但在本例子中进行了省略。
磁感应部520具有矩形的平面形状。与磁感应部20不同，磁感应部520在矩形的角部不具有圆角。因此，在磁感应部520的角部产生电流集中。特别是，在电极部531和电极部532为输入用接触部的情况下，在磁感应部520的与电极部531和电极部532连接的角部特别容易产生电流集中。
接触部550具有三角形的平面形状。与接触部50不同，接触部550的平面形状的角部不具有圆角。因此，在接触部550的角部产生电流集中。在接触部550的与电极部531和电极部532连接的角部特别容易产生电流集中。
在此，在输入用的电极部531的接触部550与电极部532的接触部550之间通过磁感应部520输入有电流。然而，存在有应该在电极部531与电极部532之间流动的电流迂回到输出用的电极部533的接触部550的外周和电极部534的接触部550的外周的磁感应部520的情况。特别是，在本例子的霍尔元件500中，磁感应部520的外周与接触部550之间的最短距离大于实施例1的情况下的最短距离。即，向接触部550的外周的磁感应部520流动的电流的量大于实施例1的霍尔元件100的情况。这样，在作为输出用接触部的电极部533和电极部534的外周流动的电流变大，于是，存在有相对于利用电极部533和电极部534检测的霍尔电动势产生误差的情况。另外，存在有使霍尔元件500的输出产生负的灵敏度特性的情况。
相对于此，在实施例1中，磁感应部20和接触部50以使电流不向接触部50的外周的磁感应部20流动的方式设计。在一例子中，以接触部50与磁感应部20的外周之间的最短距离较短的方式确定接触部50和磁感应部20的平面形状。例如，接触部50与磁感应部20的外周之间的最短距离为0.5μm以上且20μm以下[0]。通过将接触部50与磁感应部20之间的距离设为0.5μm以上，能够抑制由接触部50的位置偏移导致的特性变动的影响。通过将接触部50与磁感应部20之间的距离设为20μm以下，能够使霍尔元件100难以显示出负的灵敏度特性，从而能够减小相对于霍尔电动势的误差。此外，从制造容易性的观点来看，该距离优选为1μm以上且15μm以下[0]，更优选为3μm以上且10μm以下。另外，接触部50越小则电流密度越高，电流越多地流入接触部50的外周的磁感应部20，因此，该效果越明显。例如，各接触部50的面积相对于磁感应部20的面积为0.1％以上且20％以下。另外，上述面积率能够通过利用光学显微镜俯视观察霍尔元件100而进行测量。通过将接触部50的面积相对于磁感应部20的面积设为0.1％以上，能够抑制由接触部50的接触电阻的偏差导致的特性变动的影响。通过将接触部50的面积相对于磁感应部20的面积设为20％以下，能够使霍尔元件100难以显现出负的灵敏度特性，从而能够减小相对于霍尔电动势的误差。此外，从制造容易性的观点来看，优选为0.3％以上且15％以下[0]，更优选为0.5％以上且10％以下。
另外，接触部50的平面形状在输入用接触部和输出用接触部可以为不同的配置。可以将输出用的接触部50的平面形状设为可切断接触部50的外周的电流的构造，而不将输入用的接触部50的平面形状设为可切断接触部50的外周的电流的构造。例如，可以以多个输出用接触部与磁感应部20的外周侧之间的距离小于多个输入用接触部与磁感应部20的外周侧之间的距离的方式配置。
实施例2
图4表示实施例2的霍尔元件100的结构的一例子。本例子的磁感应部20的平面形状为十字形。在本例子的霍尔元件100中，标注了与实施例1的霍尔元件100相同的附图标记的结构发挥与实施例1的情况相同的功能。在本例子中，对与实施例1的情况不同的方面进行特别说明。
磁感应部20具有十字形的平面形状。磁感应部20的平面形状的至少一个角具有圆角。由此，能够缓和磁感应部20的端部的电流集中。另外，在本例子的磁感应部20中，在自中心25朝向端部的方向上不具有鼓起。例如，在自中心25朝向端部的方向上不具有鼓起是指在输入用的接触部50彼此之间的磁感应部20不具有向输出用的接触部50侧鼓起的构造。另外，还可以是指自磁感应部20的中心25向延伸部的顶端方向不具有宽度变大的区域。由此，能够防止霍尔元件100的灵敏度下降。这被认为是由于能够抑制电流迂回到输出用的接触部50的外周的磁感应部20而实现的。
实施例3
图5表示实施例3的霍尔元件100的结构的一例子。本例子的磁感应部20具有重叠十字形和矩形而成的平面形状。磁感应部20具有至少一个角带有圆角的平面形状。另外，在接触部50的平面形状中，在与磁感应部20的外周侧相对应的外侧区域具有圆角。本例子的磁感应部20在自中心25朝向端部的方向上不具有鼓起。由此，本例子的霍尔元件100能够抑制电流迂回到输出用的接触部50的外周的磁感应部20。因而，本例子的霍尔元件100能够降低输出变动。
比较例2
图6A和图6B是用于说明比较例2的磁感应部520的平面形状的示意图。为了简洁，省略了磁感应部520以外的结构。
本例子的磁感应部520在具有鼓起的方面与磁感应部20不同。本例子的磁感应部520在自磁感应部520的中心525朝向磁感应部520的顶端526的方向上具有鼓起。在磁感应部520具有鼓起的情况下，磁感应部520的外周长变长，磁感应部520的侧面的露出面积变大。在此，在磁感应部520的侧面，悬挂键最小的面(例如，(100)面)以外的面较多地露出，而较多地发生载体的表面再结合。由此，存在有霍尔元件500的输出电压变动的情况。
图7A和图7B表示磁感应部20和接触部50的放大图的一例子。为了简洁，省略了电极部31～电极部34以及绝缘膜40。
在图7A中，磁感应部20和接触部50具有互相对应的平面形状。互相对应的平面形状是指以不产生电流向接触部50的外周的迂回的方式使磁感应部20和接触部50的外周相接近的形状。
磁感应部20具有矩形的平面形状。但是，本例子的磁感应部20在角部具有缓和电流的集中的构造。在本例子的磁感应部20的角部形成有带有圆角的矩形状的区域。在本说明书中，在矩形的角部设有缓和电流的集中的构造这样的情况也包含在磁感应部20的矩形的角部具有圆角的情况的一例子中。即，可以在磁感应部20的矩形的一个角部设有多个圆角。在本例子中，在磁感应部20的一个角部设有两个圆角。
接触部50具有与磁感应部20的形状相对应的形状。本例子的接触部50的平面形状在与磁感应部20的外周侧相对应的外侧区域与磁感应部20的形状相似。例如，接触部50的平面形状为沿着设于磁感应部20的角部的矩形状的区域带有圆角的矩形。由此，容易拉近磁感应部20的外周与接触部50之间的距离。而且，能够切断电流迂回到磁感应部20的外周的路径。另外，通过将磁感应部20和接触部50的平面形状设为相似形状，能够使磁感应部20的外侧和接触部50的外侧之间的距离均匀。由此，磁感应部20的端部的电流变得均匀，能够进一步缓和电流集中。
在图7B中，磁感应部20和接触部50具有互相对应的平面形状。本例子的磁感应部20的平面形状为矩形，在端部设有缓和电流的集中的构造。在磁感应部20的角部设有突出的区域。突出的区域带有圆角，从而缓和电流的集中。另外，由于磁感应部20和接触部50的外侧区域的平面形状相似，因此，能够切断电流迂回到磁感应部20的外周的路径。另外，本例子的接触部50在平面形状的内侧区域具有角部，内侧区域的角部也可以具有圆角。
图8A～图8D表示接触部50的平面形状的一例子。本例子的磁感应部20具有矩形的角部被弄圆的平面形状。为了简洁，省略了电极部31～电极部34以及绝缘膜40。
在图8A中，接触部50具有L字型的平面形状。接触部50以L字沿着磁感应部20的角延伸的方式形成。另外，接触部50的平面形状在与磁感应部20的角部相对应的外侧区域具有圆角。在本例子中，形成为接触部50的内侧区域也具有圆角。
在图8B中，接触部50具有T字型的平面形状。接触部50以T字的突出的部分朝向磁感应部20的角的方式形成。另外，T字的突出的部分具有沿着磁感应部20的角部延伸的圆角。本例子的磁感应部20和接触部50的平面形状并不相似。但是，磁感应部20可以在外侧区域具有与接触部50相似的平面形状。
在图8C中，接触部50具有矩形的平面形状。接触部50以矩形的角部朝向磁感应部20的角部的方式形成。另外，接触部50的角部沿着磁感应部20的角部具有圆角。本例子的接触部50在外侧区域具有与磁感应部20相似的平面形状。
在图8D中，接触部50具有三角形的平面形状。接触部50以三角形的角部朝向磁感应部20的角部的方式形成。另外，三角形的角部沿着磁感应部20的角部具有圆角。本例子的接触部50具有重叠三角形和圆形而成的平面形状。本例子的磁感应部20和接触部50的平面形状并不相似。但是，磁感应部20可以在外侧区域具有与接触部50相似的平面形状。
图9A～图9F表示霍尔元件100制造方法的一例子。本例子的霍尔元件100的制造方法为一例子，并不限定于此。
在图9A中，设置基板10。本例子的基板10的平面形状为矩形。在图9B中，在基板10上形成磁感应部20。在本例子中，在基板10上形成有导电层21，在导电层21上形成有表面层22。在磁感应部20的成膜阶段，导电层21和表面层22的平面形状可以与基板10的平面形状相同。例如，能够通过使用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机物化学气相沉积)法、MBE(分子束外延)法在基板10上外延生长化合物半导体而形成磁感应部20。
在图9C中，将磁感应部20蚀刻为预先确定的平面形状的图案。由此，磁感应部20的平面形状形成为矩形或十字形等。另外，可以利用该蚀刻工序将磁感应部20的平面形状的角部做成圆角。在图9D中，在磁感应部20上形成接触部50。能够使用蒸镀、溅射等任意的半导体制造工序形成接触部50。
在图9E中，在基板10、磁感应部20以及接触部50上形成绝缘膜40。在一例子中，形成厚度为300nm的SiN膜作为绝缘膜40。另外，在绝缘膜40形成有供接触部50和电极部31～电极部34电连接的开口。开口可以利用蚀刻工序来形成。在图9F中，在绝缘膜40上形成电极部31～电极部34。另外，电极部31～电极部34通过形成于绝缘膜40的开口与接触部50电连接。在一例子中，电极部31～电极部34的厚度为0.5μm，但并不限定于此。另外，电极部31～电极部34可以利用接合线251～接合线254与外部电极连接。而且，在电极部31～电极部34上可以设有金球等的球部。
另外，在本例子的霍尔元件100的制造方法中，在形成绝缘膜40的阶段之前执行形成接触部50的阶段。但是，也可以在形成绝缘膜40的阶段之后执行形成接触部50的阶段。
实施例3
图10A和图10B表示实施例3的霍尔元件100的结构的一例子。本例子的霍尔元件100还包括球部60。
球部60分别设于电极部31～电极部34与接合线251～接合线254之间。球部60由导电性的材料形成。球部60可以由与接合线251～接合线254相同的材料形成。本例子的球部60为金球。在一例子中，球部60具有俯视时为10μm以上且100μm以下的直径。另外，在球部俯视时不是正圆的情况下，接近具有与俯视的球部相同的面积的椭圆，将该椭圆的长径设为直径。本例子的球部60具有60μm的直径。另外，优选的是，球部60的厚度为5μm以上。另外，球部60的厚度是指球部60的最高的部分与配置球部60的电极部31～电极部34之间的距离。
在此，在观察利用X射线拍摄得到的霍尔传感器200的剖面透视图时，在将接合线252自引线端子212侧延伸到霍尔元件100侧的情况下，可以将宽度大于接合线的粗细度的部分定义为球部60。
在俯视时，球部60的投影面积占磁感应部20的投影面积的10％以上。在一例子中，球部60的投影面积可以为磁感应部20的投影面积的15％以上、20％以上、或30％以上。在此，球部60的投影面积表示存在于磁感应部20上的所有球部60的投影面积之和。球部60通过吸收光、或反射光从而隔绝向光磁感应部20入射的光。由此，能够抑制因光入射到磁感应部20而产生的局部传导率变动。特别是，在使霍尔元件100薄型化时，容易因磁感应部20的光电效应而产生局部的传导率的变动。因而，能够抑制偏移电压的变动。这样，从隔绝光的观点来看，优选增大球部60的投影面积相对于磁感应部20的投影面积所占的比例。而且，上述球部优选设于霍尔元件100的全部的电极部31～电极部34。而且，优选的是，在以经过俯视时的磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的部分的中心的剖面进行观察时，至少一个球部60设于比电极部32与磁感应部20接触的部分的中心靠磁感应部20的中心25侧的位置。此外，球部60在俯视时可以设于多个输入用接触部之间。另外，在球部60的材料为金的情况下，由于金能够反射红外线区域的波长以上的光，因此，能够防止红外线区域的波长的光入射到磁感应部20。为了防止光向磁感应部20入射，球部60的材料为吸收或反射预先确定的波长的材料即可，并不特别限定于本例子。此外，从隔绝光的观点来看，优选球部60的厚度较厚，例如，为5μm以上且100μm以下。此外，从制造容易性的观点来看，优选球部60的厚度为10μm以上且80μm以下，更优选为20μm以上且60m以下。
图11表示具有球部60的霍尔元件100的放大图的一例子。图11表示霍尔元件100的剖视图。本例子的剖视图示出了包含磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的区域的中心在内的剖面。另外，在本例子中，示出了形成有磁感应部20、绝缘膜40、电极部31～电极部34、球部60的结构，也可以在各层之间、各层上具有其他层。
球部60设于接合线与电极部之间。本例子的球部60设于接合线252与电极部32之间，也可以设于其他的接合线与电极部之间。本例子的球部60与电极部31～电极部34电连接，俯视时设于磁感应部20上。
接合线251～接合线254与球部60电连接，并自电极部31～电极部34垂直地延伸。通过将接合线251～接合线254自电极部31～电极部34垂直地延伸，从而难以产生与磁感应部20垂直的方向上的磁场。由此，能够抑制霍尔元件100的输出的变动，提高磁灵敏度。在一例子中，将接合线251～接合线254自电极部31～电极部34垂直延伸球部60的直径的5％以上。将接合线251～接合线254自电极部31～电极部34垂直延伸预先确定的距离以上即可，之后，可以将接合线251～接合线254朝向引线端子211～引线端子214延伸。
另外，球部60可以形成于接触部50上。通过将球部60形成于接触部50上，使在与磁感应部20平行的方向上流动的电流的成分减少，而使霍尔元件100的磁灵敏度提高。将球部60形成于接触部50上不需要将全部球部60形成于接触部50上，可以包含将球部60的至少一部分形成于接触部50上的情况。
另外，接合线251～接合线254不需要与电极部31～电极部34完全垂直，可以以产生相对于磁感应部20的磁场但不会对霍尔元件100的磁灵敏度产生影响的程度倾斜。例如，接合线251～接合线254相对于与电极部31～电极部34垂直的方向的倾斜可以在5度以内。另外，相对于与电极部31～电极部34垂直的方向的倾斜可以在10度以内、15度以内、或20度以内。通过垂直形成接合线，能够使由在接合线中流动的电流产生的磁场相对于磁感应部20平行。由此，能够降低磁场对磁感应部20的影响，能够减少输出电压的误差。另外，上述效果在磁感应部20具有矩形的平面形状的情况、被四个接触部50包围起来的区域全部被包含在磁感应部20内的情况下更好。
区域P为接触部50和磁感应部20的交界附近的区域。在区域P包含接触部50与磁感应部20之间的界面。本例子的接触部50具有缓和区域P的电流集中的构造。对于接触部50，在以经过俯视时的磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的部分的中心的剖面进行观察时，接触部50的至少一部分延伸到该剖面中的绝缘膜40的下部。例如，接触部50的侧面的至少一部分在接触部50的靠磁感应部20的中心25侧的侧面中形成于与比接触部50的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点靠磁感应部20的中心25侧的相反侧的位置。另外，接触部50的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点可以向磁感应部20的中心25侧延伸。即，接触部50的靠球部60侧的侧面可以具有正锥形状的剖面形状，也可以是上端向球部60侧延伸。由此，接触部50缓和接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点的电流集中。因而，能够抑制在接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点的发热，能够抑制霍尔元件100的特性变动。另外，由于能够抑制接触部50附近的电流集中，因此，难以产生接触部50附近的电极剥落。因而，霍尔元件100的可靠性提高。另外，上述接触部50的下端的电流集中为在本实施例这样的具有电极部31～电极部34的霍尔元件中特有的问题。这样，接触部50的靠中心25侧的侧面的上端的形状没有特殊限定。
另外，在以上述剖面进行观察时，至少一个球部60设于比电极部32与磁感应部20接触的部分的中心靠磁感应部20的中心25侧的位置。另外，球部60可以在俯视时设于多个输入用接触部之间。在该情况下，形成使在球部60与磁感应部20之间流动的电流在区域P折返这样的电流路径。于是，容易在区域P产生电流集中。因此，将接触部50设为正锥形状的效果更好。
如上所述，本例子的霍尔元件100与接合线251～接合线254垂直连接，因此，降低由在接合线中流动的电流产生的磁场对磁感应部20的影响。另外，霍尔元件100具有抑制接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点附近的电流集中的构造。由此，能够降低霍尔元件100的特性变动。
图12表示具有虚设球65的霍尔元件100的放大图的一例子。图12表示霍尔元件100的剖视图。本例子的剖视图示出了包含磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的区域的中心在内的剖面。本例子的霍尔元件100还包括虚设球65。
虚设球65设于电极部31～电极部34上。虚设球65为未与接合线连接的虚设用的球部。通过设置虚设球65，能够与设有球部60的情况相同地隔绝向磁感应部20入射的光。特别是在仅利用与接合线251～接合线254连接的球部60无法完全覆盖磁感应部20的情况下，优选设置虚设球65。
图13表示霍尔元件100的剖面形状的一例子。本例子的剖视图示出了包含磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的区域的中心在内的剖面。本例子的霍尔元件100包括导电部80。
导电部80包含电极部32、接触部50以及接触部70。导电部80的至少一部分在包含磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的区域的中心在内的剖面中延伸到绝缘膜40的下部。在本例子中，接触部50和接触部70在该剖面中延伸到绝缘膜40的下部。
接触部70利用退火形成于接触部50与磁感应部20之间的界面。接触部70为利用退火形成的合金部。接触部70形成于接触部50的下方的磁感应部20。本例子的接触部70延伸到在俯视时比接触部50靠磁感应部20的中心25侧的位置。另外，本例子的霍尔元件100由于接触部50和接触部70延伸到绝缘膜40的下部，因此，能够抑制接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点附近的电流集中。另外，接触部50越小则电流流动得越多，因此，该效果越明显。例如，接触部50的面积相对于磁感应部20的面积为0.1％以上且20％以下。通过将接触部50的面积相对于磁感应部20的面积设为0.1％以上，能够抑制由接触部50的接触电阻的偏差产生的特性变动的影响。在将接触部50的面积相对于磁感应部20的面积设为20％以下时，能够抑制接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点附近的电流集中。此外，从制造容易性的观点来看，该面积优选为0.3％以上且15％以下[0]，更优选为0.5％以上且10％以下。
Φ1表示接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面所成的角。Φ1优选为钝角。由此，能够进一步缓和接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点的电流集中。从缓和接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点的电流集中的观点来看，优选Φ1较大。在一例子中，Φ1大于90°且小于135°。
本例子的导电部80的至少一部分自接触部50的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点向磁感应部20中心侧或深度侧延伸50nm以上。导电部80的向球部60侧延伸的区域可以为100nm以上、150nm以上、200nm以上、1μm以上。通过向磁感应部20的深度侧延伸，也能够缓和电流集中，能够抑制由发热导致的可靠性变动。导电部80的向球部60侧延伸的区域通过先形成接触部50而能够形成为预先确定的形状。另外，在形成绝缘膜40后形成接触部50的情况下，通过进行退火处理，也能够使导电部80的至少一部分向球部60侧扩散。这样，导电部80的向球部60侧延伸的区域可以通过对导电部80进行蚀刻或退火等而调整为预先确定的大小。
本例子的接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点设于在俯视时比接触部50的上端靠磁感应部20的中心25侧的位置。接触部50在磁感应部20的中心25侧自接触部50的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点向磁感应部20的中心侧或深度侧延伸100nm以上。另外，导电部80的至少一部分可以自接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点向磁感应部20的中心侧或深度侧延伸绝缘膜40的厚度的1/4以上。
另外，本例子的霍尔元件100的制造方法是在形成了接触部50之后在接触部50上对绝缘膜40进行成膜。另外，在绝缘膜40形成了开口之后，以与接触部50电连接的方式在绝缘膜40上形成电极部32。通过先形成接触部50，能够以具有预先确定的Φ1的方式形成接触部50的形状。
图14表示霍尔元件100的剖面形状的一例子。本例子的剖视图示出了包含磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的区域的中心在内的剖面。本例子的霍尔元件100包括导电部80。
导电部80包含电极部32、接触部50以及接触部70。导电部80的至少一部分在包含磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的区域的中心在内的剖面中延伸到绝缘膜40的下部。在本例子中，接触部50和接触部70在该剖面中延伸到绝缘膜40的下部。
本例子的接触部50的靠中心25侧的侧面具有与磁感应部20的最外表面分离的构造。由此，在接触部50的靠中心25侧的侧面与磁感应部20之间的界面未形成接触部70。因而，本例子的接触部70以在俯视时接触部50延伸到比接触部70靠磁感应部20的中心25侧的位置的方式配置。本例子的霍尔元件100由于接触部50和接触部70延伸到绝缘膜40的下部，因此，能够抑制接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点附近的电流集中。
图15表示霍尔元件100的剖面形状的一例子。本例子的剖视图示出了包含磁感应部20的中心25和电极部32与磁感应部20接触的区域的中心在内的剖面。本例子的霍尔元件100包括导电部80。
导电部80包括接触部50和接触部70。另外，导电部80兼作电极部31～电极部34。即，导电部80包含电极部31～电极部34、接触部50以及接触部70。本例子的接触部50形成于绝缘膜40的上表面。然而，接触部70的至少一部分向绝缘膜40的下部延伸。由此，本实施例的霍尔元件100能够抑制接触部50的靠中心25侧的侧面和磁感应部20的最外表面接触的点附近的电流集中。
本例子的霍尔元件100的制造方法与图14的霍尔元件100的制造方法不同。对于本例子霍尔元件100的制造方法，在磁感应部20上形成绝缘膜40，在绝缘膜40形成供磁感应部20和导电部80连接的开口。然后，在绝缘膜40上形成导电部80。在本例子中，不需要将电极部31～电极部34和接触部50分开地进行成膜，而是一次性地形成导电部80，因此，能够削减制造工序。在设置导电部80的情况下也同样，通过对导电部80进行退火，从而在磁感应部20与导电部80之间形成接触部70。另外，通过对霍尔元件100的剖面进行SEM-EDX、TEM-EDX这样的元素分析，从而将检测出导电部80的电极材料的部分判断为接触部。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员明确的是，能够对上述实施方式施加各种变更或改良。根据权利要求书的记载能够明确的是，这样的施加了变更或改良的方式也能够包含在本发明的技术范围内。
应留意的是，对于权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序以方法中的动作、顺序、步骤以及阶段等的各处理的执行顺序，只要没有明确说明“在…之前”、“事先”等、或将在前的处理的输出使用于在后的处理中，就能够按照任意的顺序来实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，即使为了方便说明而使用“首先”、“接着”等进行了说明，也并不表示必须按照该顺序实施。

Claims (8)

1.一种霍尔元件，其中，
该霍尔元件包括：
基板；
磁感应部，其形成于所述基板上；
绝缘膜，其形成于所述磁感应部上；
电极部，其形成于所述绝缘膜上；以及
球部，其设置于所述电极部上，该球部与所述电极部电连接，
在俯视状态下，所述球部的投影面积占所述磁感应部的投影面积的10％以上。
2.根据权利要求1所述的霍尔元件，其中，
所述球部的投影面积占所述磁感应部的投影面积的20％以上。
3.根据权利要求1或2所述的霍尔元件，其中，
该霍尔元件还包括接合线，该接合线与所述球部电连接，且自所述球部沿着与所述电极部的上表面垂直的方向延长。
4.根据权利要求3所述的霍尔元件，其中，
所述接合线自所述电极部的一个面垂直地延长所述球部的直径的5％以上的长度。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的霍尔元件，其中，
所述球部由金形成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的霍尔元件，其中，
该霍尔元件还包括虚设球，该虚设球设置于所述电极部上，且不与接合线连接。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的霍尔元件，其中，
该霍尔元件还包括接触部，该接触部贯穿所述绝缘膜，将所述电极部和所述磁感应部电连接起来，
所述球部形成于所述接触部上。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的霍尔元件，其中，
所述磁感应部具有矩形的平面形状。
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