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JP2589393B2 - GaAs Hall element - Google Patents

GaAs Hall element

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Publication number
JP2589393B2
JP2589393B2 JP2036202A JP3620290A JP2589393B2 JP 2589393 B2 JP2589393 B2 JP 2589393B2 JP 2036202 A JP2036202 A JP 2036202A JP 3620290 A JP3620290 A JP 3620290A JP 2589393 B2 JP2589393 B2 JP 2589393B2
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JP
Japan
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gaas
layer
hall element
substrate
active layer
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JP2036202A
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一郎 柴崎
孝志 吉田
和宏 永瀬
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.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホール素子に関し、特に製造工程中に特性の
劣化が起こりにくく、かつ、オフセット電圧の小さい構
造をもつ高感度GaAsホール素子に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Hall element, and more particularly to a high-sensitivity GaAs Hall element having a structure in which characteristics are unlikely to deteriorate during a manufacturing process and has a small offset voltage. is there.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、GaAs単結晶基板を用いたホール素子は第2図の
ように、半絶縁性GaAs基板1上にエピタキシャル成長さ
せたn型GaAs層2あるいは、半絶縁性単結晶GaAs基板1
の表面にSi+やS+等のイオンを注入し、800℃以上の高温
でアニールしてできたn型GaAsの薄層2をホール素子感
磁部として用いていた。表面のn型GaAs層には、電極
4、Sa3N4やSiO2等の絶縁膜5が直接接して形成されて
いた。そのため、スパッタやプラズマCVDによるSi3N4
SiO2等の絶縁膜の成膜条件によってホール素子の出力や
抵抗値等の基本特性が大きく変わり、製造上大きな問題
となっていた。つまりGaAs上の絶縁膜はGaAsとその界面
でGaAsの結晶特性を大きく変化させてしまう性質があ
り、その結果GaAsホール素子特性が変わってしまってい
た。
Conventionally, a Hall element using a GaAs single crystal substrate has an n-type GaAs layer 2 epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate 1 or a semi-insulating single-crystal GaAs substrate 1 as shown in FIG.
A thin layer 2 of n-type GaAs obtained by implanting ions such as Si + or S + into the surface of the substrate and annealing at a high temperature of 800 ° C. or higher was used as the magnetic sensing part of the Hall element. On the n-type GaAs layer on the surface, an electrode 4 and an insulating film 5 such as Sa 3 N 4 or SiO 2 were formed in direct contact. Therefore, Si 3 N 4 by sputtering or plasma CVD
The basic characteristics such as the output and the resistance value of the Hall element change greatly depending on the film forming conditions of the insulating film such as SiO 2 , which is a major problem in manufacturing. In other words, the insulating film on GaAs has the property of greatly changing the crystal characteristics of GaAs at the interface with GaAs, and as a result, the characteristics of the GaAs Hall element have changed.

ところがこの絶縁膜はGaAsホール素子では必ず必要で
あり、樹脂等でモールドされた素子では、水分に対する
保護膜として重要である。
However, this insulating film is indispensable for a GaAs Hall element, and is important as a protective film against moisture in an element molded with resin or the like.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述したように、従来のホール素子ではn型GaAsの表
面に直接Si3N4やSiO2等の絶縁膜5が触れている構造で
ある。このため、Si3N4やSiO2等の絶縁膜を表面に形成
することによって活性層の表面に転位、点欠陥が発生
し、さらにその後のアニールなどの加熱工程による注入
不純物の異常拡散、あるいは活性層の表面の熱変形が生
じ、素子特性が変わるという問題があった。すなわち、
Si3N4やSiO2等の絶縁膜形成の工程で、製作するGaAsホ
ール素子の入力抵抗、出力抵抗の大きな変化や、ホール
出力の低下を生ずる。そこで、本発明の目的は製造プロ
セスで特性の劣化のない、かつ歩留まりの良いオフセッ
トの少ない構造をもつ高感度、高品質、高信頼性をもつ
GaAsホール素子を提供することである。
As described above, the conventional Hall element has a structure in which the insulating film 5 such as Si 3 N 4 or SiO 2 directly contacts the surface of n-type GaAs. For this reason, dislocations and point defects occur on the surface of the active layer by forming an insulating film such as Si 3 N 4 or SiO 2 on the surface, and abnormal diffusion of implanted impurities due to a subsequent heating step such as annealing, or There has been a problem that the surface of the active layer is thermally deformed and the element characteristics are changed. That is,
In the process of forming an insulating film such as Si 3 N 4 or SiO 2 , a large change in input resistance and output resistance of a GaAs Hall element to be manufactured and a decrease in Hall output occur. Therefore, an object of the present invention is to have high sensitivity, high quality, and high reliability with a structure that does not deteriorate the characteristics in the manufacturing process and has a good yield and a small amount of offset.
The purpose is to provide a GaAs Hall element.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明のGaAsホール素子は、絶縁性基板上に形成され
たn型GaAs導電層からなる活性層と、該活性層上に形成
された導電性の小さいGaAsまたはGaAlAsからなる表面保
護層と、前記活性層上に形成されたオーミック電極と、
前記表面保護層を覆う絶縁層とを具えたことを特徴とす
る。
The GaAs Hall element of the present invention has an active layer made of an n-type GaAs conductive layer formed on an insulating substrate, a surface protective layer made of GaAs or GaAlAs having small conductivity formed on the active layer, An ohmic electrode formed on the active layer,
An insulating layer covering the surface protective layer.

〔作 用〕(Operation)

従来の構造では、Si3N4やSiO2等の絶縁膜を形成した
時、GaAs活性層そのものがいたんでしまい、電気的特性
が変化してしまう。ところが、活性層の上に電気的に不
活性な層を形成し、その上に絶縁膜を形成すると、Si3N
4やSiO2等の絶縁膜を形成した時いためられるのは電気
的に不活性な層であり、この層はGaAsホール素子の電気
的特性に寄与しない。したがって、製作されたGaAsホー
ル素子の特性変動が極めて少なくなり、安定し、特性の
そろったGaAsホール素子が再現よく量産可能となる。
In the conventional structure, when an insulating film such as Si 3 N 4 or SiO 2 is formed, the GaAs active layer itself is damaged, and the electrical characteristics are changed. However, when an electrically inactive layer is formed on the active layer and an insulating film is formed thereon, the Si 3 N
When an insulating film such as 4 or SiO 2 is formed, it is an electrically inactive layer that does not contribute to the electrical characteristics of the GaAs Hall element. Therefore, fluctuations in the characteristics of the manufactured GaAs Hall element are extremely reduced, and a GaAs Hall element with stable and uniform characteristics can be mass-produced with good reproducibility.

〔実施例〕〔Example〕

以下に実施例によって本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.

第1図に本発明による素子の実施例の構造を示す。こ
の素子は、半絶縁性GaAs基板1上にn型GaAsからなる活
性層2、さらにその上に導電性の小さいGaAs層3あるい
はそのGaの一部をAlで置換したAlGaAs層3を有し、この
電気的に不活性な層3上に電極4および保護膜5が設け
られた構造である。すなわち、活性層と絶縁膜の中間に
電気的に不活性でGaAs活性層と格子整合のとれた半導体
層3を形成した構造である。
FIG. 1 shows the structure of an embodiment of the device according to the present invention. This device has an active layer 2 made of n-type GaAs on a semi-insulating GaAs substrate 1, and further thereon an GaAs layer 3 having small conductivity or an AlGaAs layer 3 in which a part of Ga is replaced by Al. The electrode 4 and the protective film 5 are provided on the electrically inactive layer 3. That is, a semiconductor layer 3 which is electrically inactive and lattice-matched to the GaAs active layer is formed between the active layer and the insulating film.

本発明ホール素子は以下のようにして作製される。す
なわち、感磁部形成のために半絶縁性の基板1の表面に
Si,S,SnやGe等のn型の不純物が2×1016〜1×1018/cm
3ドープされたGaAs層2をMEB法、あるいはMOCVD法等の
方法により0.15〜0.50μmの厚さで形成し、ついでトナ
ー不純物をドープしないGaAs層などの電気的に導電性の
ない層3を0.20μm以下の厚さで形成し、表面の不活性
層とする。この層はn型の不純物がドープされたGaAs活
性層と格子整合がとれており、活性層の電気的特性に影
響を与えない。またこのような構造では、Si3N4やSiO2
等の絶縁膜5を形成した時いためられるのは電気的に不
活性な層であり、この層はGaAsホール素子の電気的特性
に寄与しない。また、Si+やS+などのイオン注入により
n型の導電性のもつ活性層2を形成する場合には、イオ
ン注入時の加速エネルギーを大きく(300keV以上)する
ことによって基板の表面にキャリア濃度の少ない、イオ
ンの通過したアモルファス状のGaAs層を形成する。つい
で、ラピッドアニールにより、この表面層にこの不純物
を拡散させずに、注入イオンの活性化を行う。この際ド
ース量はピークキャリア濃度が活性化後3×1016〜1×
1018/cm3になるような量にする。表面に形成されたアモ
ルファス状のGaAs層3は、Si3N4やSiO2等の絶縁膜5を
形成工程で、下部の活性層を保護する層として働く。そ
のために製作するGaAsホール素子の特性変動が極めて少
なくなり、安定し、特性のそろったGaAsホール素子が再
現よく量産可能である。
The Hall element of the present invention is manufactured as follows. In other words, the surface of the semi-insulating substrate 1 is
N-type impurities such as Si, S, Sn and Ge are 2 × 10 16 to 1 × 10 18 / cm
(3) A doped GaAs layer 2 is formed to a thickness of 0.15 to 0.50 μm by a method such as the MEB method or the MOCVD method. It is formed with a thickness of not more than μm to be an inactive layer on the surface. This layer is lattice-matched with the GaAs active layer doped with an n-type impurity, and does not affect the electrical characteristics of the active layer. In such a structure, Si 3 N 4 or SiO 2
When the insulating film 5 is formed, it is an electrically inactive layer that does not contribute to the electrical characteristics of the GaAs Hall element. When the active layer 2 having n-type conductivity is formed by ion implantation of Si + or S + , the carrier energy is increased on the surface of the substrate by increasing the acceleration energy during ion implantation (300 keV or more). An amorphous GaAs layer with few ions and through which ions have passed is formed. Then, the implanted ions are activated by rapid annealing without diffusing the impurities into the surface layer. At this time, the dose is 3 × 10 16 to 1 × after the peak carrier concentration is activated.
Make the amount to be 10 18 / cm 3 . The amorphous GaAs layer 3 formed on the surface functions as a layer for protecting the lower active layer in the step of forming the insulating film 5 such as Si 3 N 4 or SiO 2 . As a result, the variation in characteristics of the GaAs Hall element to be manufactured is extremely small, and a stable and uniform GaAs Hall element can be mass-produced with good reproducibility.

またこの際用いる絶縁膜は、Si3N4やSiO2に限らず、
一般に半導体のパッシペーションに用いられてる材料は
全て使用できる。Si3N4,SiO2やAl2O3などは中でもより
好ましいものである。この絶縁膜は0.15〜0.40μmの厚
さで形成される。
The insulating film used at this time is not limited to Si 3 N 4 or SiO 2 ,
In general, all materials used for passivation of semiconductors can be used. Among them, Si 3 N 4 , SiO 2 and Al 2 O 3 are more preferable. This insulating film is formed with a thickness of 0.15 to 0.40 μm.

(試作例1) MBE法を用い、表面層としてアンドープGaAs層を用い
た場合の試作例を第3図に示した。まず半絶縁性GaAs基
板1上にMBE法によりシリコンをドープしたn型GaAs活
性層2を0.3μm成長させ、その後厚さ0.15μmのアン
ドープGaAs層3を基板温度400℃という低温で形成し、
第1図に示す素子構成を得るための半導体層を形成した
(第3図(a))。
(Trial Production Example 1) FIG. 3 shows a trial production example in which the MBE method was used and an undoped GaAs layer was used as the surface layer. First, an n-type GaAs active layer 2 doped with silicon is grown to a thickness of 0.3 μm on a semi-insulating GaAs substrate 1 by MBE, and then an undoped GaAs layer 3 having a thickness of 0.15 μm is formed at a low temperature of 400 ° C.
A semiconductor layer for obtaining the element configuration shown in FIG. 1 was formed (FIG. 3A).

次にフォトレジスト6を塗布し、十字型の所定のパタ
ーンを作り(第3図(b))、これをマスクとしてGaAs
基板を所定の深さエッチングし、その後レジスト剥離
液、またはO2プラズマを用いた灰化法によりレジストを
除去し、ホール素子の感磁部を形成した(第3図
(c))。
Next, a photoresist 6 is applied to form a predetermined cross-shaped pattern (FIG. 3 (b)).
The substrate was etched to a predetermined depth, and then the resist was removed by an ashing method using a resist stripper or O 2 plasma to form a magnetically sensitive portion of the Hall element (FIG. 3 (c)).

この基板の上にプラズマCVD法により0.3μmの膜厚を
有するSi3N4等の絶縁膜5を300℃で全面に形成した(第
3図(d))。300℃という低温でのプロセスを採用す
ることにより基板であるGaAsの熱分解はほとんどなかっ
た。
An insulating film 5 such as Si 3 N 4 having a thickness of 0.3 μm was formed on the entire surface of the substrate at 300 ° C. by a plasma CVD method (FIG. 3D). By adopting a process at a low temperature of 300 ° C., there was almost no thermal decomposition of the GaAs substrate.

次に電極金属とオーム性接触を形成する部分のSi3N4
をエッチングするため、フォトレジスト7を塗布し、オ
ーム性接触を形成する部分に穴が開くようにパターンを
形成した。しかる後、このレジストをマスクとしてCF4
ガスとO2ガスを用いた反応性ドライエッチングによりコ
ンタクト部分を開口した(第3図(e))。そして表面
のGaAs層をスライトエッチングし除去した。その後、As
Ge,NiおよびAuを各々0.25μm,0.05μmおよび0.35μm
の厚さで蒸着し、ついでリフトオフ法により、フォトレ
ジストおよびフォトレジスト上の金属を除去し、電極パ
ターン4を形成した。そしてオーミック性接触を得るた
めに赤外加熱炉で約400℃5分間の合金化処理をN2ガス
雰囲気下で行った。こうして、一枚の基板上に多数のGa
Asホール素子を形成した(第3図(f))。
Next, the part of Si 3 N 4 that forms ohmic contact with the electrode metal
Was etched, and a pattern was formed so that a hole was formed in a portion where an ohmic contact was to be formed. Thereafter, using this resist as a mask, CF 4
The contact portion was opened by reactive dry etching using a gas and an O 2 gas (FIG. 3E). Then, the GaAs layer on the surface was removed by slight etching. Then, As
Ge, Ni and Au are 0.25μm, 0.05μm and 0.35μm respectively
Then, the photoresist and the metal on the photoresist were removed by a lift-off method to form an electrode pattern 4. Then, in order to obtain ohmic contact, alloying treatment was performed in an infrared heating furnace at about 400 ° C. for 5 minutes under a N 2 gas atmosphere. In this way, a large number of Ga
As Hall elements were formed (FIG. 3 (f)).

この後、ダイシングを行い個々のGaAsホール素子ペレ
ットに切り離した。ついでダイボンド、トランスファー
モールドを行いホール素子を製作した。
Thereafter, dicing was performed to separate the individual GaAs Hall element pellets. Subsequently, die bonding and transfer molding were performed to produce a Hall element.

表1に、従来の方法と本発明による方法でGaAsホール
素子を作った場合の特性を比較して示す。従来の方法に
くらべ本発明では、GaAsホール素子特性がばらつかない
とともに、不平衡電圧も小さくなっている。
Table 1 shows a comparison of characteristics when a GaAs Hall element is manufactured by a conventional method and a method according to the present invention. Compared with the conventional method, in the present invention, the characteristics of the GaAs Hall element do not vary, and the unbalance voltage is reduced.

(試作例2) MBE法を用い、表面層としてアンドープAlGaAs層を用
いた場合の試作例を第3図に示した。まず半絶縁性GaAs
基板1上にMBE法によりシリコンをドープしたn型GaAs
活性層2を0.3μm成長させ、その後0.15μmのアンド
ープAlGaAs層3を基板温度600℃で形成し、第1図に示
す素子構成を得るための半導体層を形成した(第3図
(a))。
(Trial Production Example 2) FIG. 3 shows a trial production example in which the MBE method was used and an undoped AlGaAs layer was used as the surface layer. First, semi-insulating GaAs
N-type GaAs doped with silicon by MBE on the substrate 1
An active layer 2 was grown to 0.3 μm, and then an undoped AlGaAs layer 3 of 0.15 μm was formed at a substrate temperature of 600 ° C. to form a semiconductor layer for obtaining the device configuration shown in FIG. 1 (FIG. 3A). .

次にフォトレジスト6を塗布し、十字型の所定のパタ
ーンを作り(第3図(b))、これをマスクとしてGaAs
基板を所定の深さエッチングし、その後レジスト剥離
液、またはO2プラズマを用いた灰化法によりレジストを
除去し、ホール素子の感磁部を形成した(第3図
(c))。
Next, a photoresist 6 is applied to form a predetermined cross-shaped pattern (FIG. 3 (b)).
The substrate was etched to a predetermined depth, and then the resist was removed by an ashing method using a resist stripper or O 2 plasma to form a magnetically sensitive portion of the Hall element (FIG. 3 (c)).

この基板の上にプラズマCVD法により0.3μmの膜厚を
有するSi3N4等の絶縁膜5を300℃で全面に形成した(第
3図(d))。300℃という低温でのプロセスを採用す
ることにより、基板であるGaAsの熱分解はほとんどなか
った。
An insulating film 5 such as Si 3 N 4 having a thickness of 0.3 μm was formed on the entire surface of the substrate at 300 ° C. by a plasma CVD method (FIG. 3D). By adopting a process at a low temperature of 300 ° C., there was almost no thermal decomposition of the GaAs substrate.

次に電極金属とオーム性接触を形成する部分のSi3N4
をエッチングするため、フォトレジスト7を塗布しオー
ム性接触を形成する部分に穴が開くようにパターンを形
成した。しかる後、このレジストをマスクとしてCF4
スとO2ガスを用いた反応性ドライエッチングによりコン
タクト部分を開口した(第3図(e))。そして表面の
GaAs層をスライトエッチングし除去した。その後、AuG
e,NiおよびAuを各々0.25μm,0.05μmおよび0.35μmの
厚さで蒸着し、ついでリフトオフ法により、フォトレジ
ストおよびフォトレジスト上に金属を除去し、電極パタ
ーン4を形成した。そしてオーミック性接触を得るため
に赤外線加熱炉で約400℃5分間の合金化処理をN2ガス
雰囲気下で行った。こうして、一枚の基板上に多数のGa
Asホール素子を形成した(第3図(f))。
Next, the part of Si 3 N 4 that forms ohmic contact with the electrode metal
In order to etch, a pattern was formed so that a hole was formed in a portion where an ohmic contact was formed by applying a photoresist 7. Thereafter, using the resist as a mask, a contact portion was opened by reactive dry etching using CF 4 gas and O 2 gas (FIG. 3E). And on the surface
The GaAs layer was removed by slight etching. Then AuG
e, Ni and Au were deposited to a thickness of 0.25 μm, 0.05 μm and 0.35 μm, respectively, and then the photoresist and the metal were removed from the photoresist by a lift-off method to form an electrode pattern 4. Then, in order to obtain ohmic contact, alloying treatment was performed in an infrared heating furnace at about 400 ° C. for 5 minutes under a N 2 gas atmosphere. In this way, a large number of Ga
As Hall elements were formed (FIG. 3 (f)).

この後、ダイシングを行い個々のGaAsホール素子ペレ
ットに切り離した。ついでダイボンド、トランスファー
モールドを行いホール素子を製作した。
Thereafter, dicing was performed to separate the individual GaAs Hall element pellets. Subsequently, die bonding and transfer molding were performed to produce a Hall element.

表2に、従来の方法と本発明による方法でGaAsホール
素子を作った場合の特性を示す。従来の方法にくらべ本
発明では、GaAsホール素子特性がばらつかないととも
に、不平衡電圧も小さくなっている。
Table 2 shows the characteristics when a GaAs Hall element is manufactured by the conventional method and the method according to the present invention. Compared with the conventional method, in the present invention, the characteristics of the GaAs Hall element do not vary, and the unbalance voltage is reduced.

アンドープAlGaAs層として用い得る組成の範囲は、式
AlXGa1-XAsで示した場合、0<x≦1の範囲である。
The range of compositions that can be used for the undoped AlGaAs layer is given by the formula
When represented by Al X Ga 1-X As, the range is 0 <x ≦ 1.

(試作例3) イオン注入法を用いた場合の試作例を第4図に示し
た。まず半絶縁性GaAs基板1上にシリコンイオン(S
i+)を加速エネルギー300keV,ドーズ量2.3×1012/cm
2(活性化後ピークキャリア濃度が5×1016/cm3位にな
るようなドーズ量)で注入した。そしてこのシリコンイ
オンの活性化、さらには欠陥の回復のためにアルシン
(AsH3)雰囲気中850℃の温度で10秒間のラピッドアニ
ール処理をし、n型の導電性をもつGaAs活性層2および
表面層3を形成した。このようにして、第1図に示す素
子構成を得るための半導体層を形成した(第4図
(a))。加速エネルギーが300keVであるためにキャリ
ア濃度のピークは、表面からの深さおおよそ0.2μmに
形成される。深さ0.1μm以下の基板の表面はキャリア
濃度5×1015/cm3以下の導電性の小さい表面層を形成す
る。従ってn型活性層はGaAs基板の表面に接しない。以
上の処理で形成した活性層のシート抵抗はおおよそ1kΩ
となる。
(Trial Production Example 3) FIG. 4 shows a trial production example using the ion implantation method. First, on a semi-insulating GaAs substrate 1, silicon ions (S
i + ) with an acceleration energy of 300 keV and a dose of 2.3 × 10 12 / cm
2 (dose amount such that the peak carrier concentration after activation was about 5 × 10 16 / cm 3 ). Then, in order to activate the silicon ions and to recover the defects, a rapid anneal treatment at 850 ° C. for 10 seconds in an arsine (AsH 3 ) atmosphere is performed, and the n-type conductive GaAs active layer 2 and the surface are removed. Layer 3 was formed. In this way, a semiconductor layer for obtaining the element configuration shown in FIG. 1 was formed (FIG. 4A). Since the acceleration energy is 300 keV, the peak of the carrier concentration is formed at a depth of about 0.2 μm from the surface. On the surface of the substrate having a depth of 0.1 μm or less, a small conductive surface layer having a carrier concentration of 5 × 10 15 / cm 3 or less is formed. Therefore, the n-type active layer does not contact the surface of the GaAs substrate. The sheet resistance of the active layer formed by the above process is approximately 1 kΩ
Becomes

次にフォトレジスト6を塗布し、十字型の所定のパタ
ーンを作り(第4図(b))、これをマスクとしてGaAs
基板を所定の深さエッチングし、その後レジスト剥離
液、またはO2プラズマを用いた灰化法によりレジストを
除去し、ホール素子の感磁部を形成した(第4図
(c))。
Next, a photoresist 6 is applied to form a predetermined cross-shaped pattern (FIG. 4 (b)).
The substrate was etched to a predetermined depth, and then the resist was removed by an ashing method using a resist stripper or O 2 plasma to form a magnetically sensitive portion of the Hall element (FIG. 4 (c)).

この基板の上にプラズマCVD法により0.3μmの膜厚を
有するSi2N4等の絶縁膜を300℃で全面に形成した(第4
図(d))。300℃という低温でのプロセスを採用する
ことにより基板であるGaAsの熱分解はほとんどなかっ
た。
An insulating film such as Si 2 N 4 having a thickness of 0.3 μm was formed on the entire surface of the substrate at 300 ° C. by a plasma CVD method.
Figure (d). By adopting a process at a low temperature of 300 ° C., there was almost no thermal decomposition of the GaAs substrate.

次に電極金属とオーム性接触を形成する部分のSi2N4
をエッチングするため、フォトレジスト7を塗布しオー
ム性接触を形成する部分に穴が開くようにパターンを形
成した。しかる後このフォトレジストをマスクとしてCF
4ガスとO2ガスを用いた反応性ドライエッチングにより
コンタクト部分を開口した(第4図(e))。そして表
面のGaAs層をスライトエッチングし除去した。その後、
AuGe,NiおよびAuを各0.25μm,0.05μmおよび0.35μm
の厚さで蒸着し、ついでリフトオフ法により、フォトレ
ジストおよびフォオレジスト上の金属を除去し、電極パ
ターン4を形成した。そしてオーミック性接触を得るた
めに赤外加熱炉で約400℃5分間の合金化処理をN2ガス
雰囲気下で行った。こうして、一枚の基板上に多数のGa
Asホール素子を形成した(第4図(f))。
Next, the portion of the Si 2 N 4 that forms ohmic contact with the electrode metal
In order to etch, a pattern was formed so that a hole was formed in a portion where an ohmic contact was formed by applying a photoresist 7. Then, using this photoresist as a mask, CF
The contact portion was opened by reactive dry etching using 4 gas and O 2 gas (FIG. 4 (e)). Then, the GaAs layer on the surface was removed by slight etching. afterwards,
AuGe, Ni and Au are 0.25μm, 0.05μm and 0.35μm respectively
The metal on the photoresist and the photoresist was removed by a lift-off method to form an electrode pattern 4. Then, in order to obtain ohmic contact, alloying treatment was performed in an infrared heating furnace at about 400 ° C. for 5 minutes under a N 2 gas atmosphere. In this way, a large number of Ga
As elements were formed (FIG. 4 (f)).

この後、ダイシングを行い個々のGaAsホール素子ペレ
ットに切り離した。ついでダイボンド、トランスファー
モールドを行いホール素子を製作した。
Thereafter, dicing was performed to separate the individual GaAs Hall element pellets. Subsequently, die bonding and transfer molding were performed to produce a Hall element.

表3に、従来の方法と本発明による方法でGaAsホール
素子を作った場合の特性を示す。従来の方法にくらべ本
発明では、GaAsホール素子特性がばらつかないととも
に、不平衡電圧も小さくなっている。
Table 3 shows the characteristics when GaAs Hall elements were made by the conventional method and the method according to the present invention. Compared with the conventional method, in the present invention, the characteristics of the GaAs Hall element do not vary, and the unbalance voltage is reduced.

(試作例4) イオン注入法を用いた場合の他の試作例を第5図に示
した。まず半絶縁性GaAs基板1上にフォトレジスト6を
塗布し、通常の写真触刻法を用いてイオン注入領域の窓
あけを行う。そしてn型GaAs活性層を形成するためにシ
リコンイオン(Si+)を加速エネルギー300keV,ドーズ量
2.3×1012/cm2(活性化後ピークキャリア濃度が5×10
16/cm3位になるようなドーズ量)で注入し(第5図
(a))、ついで外部接続用低抵抗n+GaAs部8を形成す
るためにシリコンイオン(Si+)を加速エネルギー150ke
V,ドーズ量1.0×1013/cm2で注入し(第5図(b))、
その後レジスト剥離液、またはO2プラズマを用いた灰化
法によりレジストを除去した。そしてこのシリコンイオ
ンの活性化、さらには欠陥の回復のためにアルシン(As
H3)雰囲気中850℃の温度で10秒間のラピッドアニール
処理をし活性層を形成し、第1図に示す素子構成を得る
ための半導体層を形成した(第5図(c))。加速エネ
ルギーが300keVであるためにキャリア濃度のピークは、
表面からの深さおおよそ0.2μmに形成される。深さ0.1
μm以下の基板の表面はキャリア濃度5×1015/cm3以下
の導電性の小さい表面層を形成する。従ってn型活性層
はGaAs基板の表面に接しない。以上の処理で形成した活
性層のシート抵抗はおおよそ1kΩとなる。
(Trial Production Example 4) Another trial production example using the ion implantation method is shown in FIG. First, a photoresist 6 is applied on a semi-insulating GaAs substrate 1, and a window of an ion implantation region is formed by using a usual photolithography method. Then, to form an n-type GaAs active layer, silicon ions (Si + ) were accelerated at an energy of 300 keV and a dose of
2.3 × 10 12 / cm 2 (Peak carrier concentration after activation is 5 × 10
At a dose of about 16 / cm 3 ) (FIG. 5A), silicon ions (Si + ) are then accelerated at 150 ke to form a low resistance n + GaAs portion 8 for external connection.
V, implantation at a dose of 1.0 × 10 13 / cm 2 (FIG. 5 (b))
Thereafter, the resist was removed by a resist stripping solution or an ashing method using O 2 plasma. In order to activate the silicon ions and recover defects, arsine (As
H 3 ) Rapid anneal processing was performed in an atmosphere at 850 ° C. for 10 seconds to form an active layer, and a semiconductor layer for obtaining the element configuration shown in FIG. 1 was formed (FIG. 5C). Since the acceleration energy is 300 keV, the peak of the carrier concentration is
It is formed to a depth of about 0.2 μm from the surface. Depth 0.1
On the surface of the substrate having a thickness of not more than μm, a surface layer having a small conductivity having a carrier concentration of not more than 5 × 10 15 / cm 3 is formed. Therefore, the n-type active layer does not contact the surface of the GaAs substrate. The sheet resistance of the active layer formed by the above processing is approximately 1 kΩ.

この基板の上にプラズマCVD法により0.3μmの膜厚を
有するSi3N4等の絶縁膜を300℃で全面に形成した(第5
図(d))。300℃という低温でのプロセスを採用する
ことにより基板であるGaAsの熱分解はほとんどない。
An insulating film such as Si 3 N 4 having a thickness of 0.3 μm was formed on the entire surface of the substrate at 300 ° C. by a plasma CVD method (fifth embodiment).
Figure (d). By adopting a process at a low temperature of 300 ° C., there is almost no thermal decomposition of GaAs as a substrate.

次に電極金属とオーム性接触を形成する部分のSi3N4
をエッチングするため、フォトレジスト7を塗布しオー
ム性接触を形成する部分に穴が開くようにパターンを形
成した。しかる後このフォトレジストをマスクとしてCF
4ガスとO2ガスを用いた反応性ドライエッチングにより
コンタクト部分を開口した(第5図(e))。そして表
面のGaAs層をスライトエッチングし除去した。その後、
AuGe,NiおよびAuを各々0.25μm,0.05μmおよび0.35μ
mの厚さで蒸着し、ついでリフトオフ法により、フォト
レジストおよびフォトレジストの上の金属を除去し、電
極パターン4を形成した。そしてオーミック性接触を得
るために赤外加熱炉で約400℃5分間の合金化処理をN2
ガス雰囲気下で行った。こうして、一枚の基板上に多数
のGaAsホール素子を形成した(第5図(f))。
Next, the part of Si 3 N 4 that forms ohmic contact with the electrode metal
In order to etch, a pattern was formed so that a hole was formed in a portion where an ohmic contact was formed by applying a photoresist 7. Then, using this photoresist as a mask, CF
The contact portion was opened by reactive dry etching using 4 gas and O 2 gas (FIG. 5 (e)). Then, the GaAs layer on the surface was removed by slight etching. afterwards,
AuGe, Ni and Au are 0.25μm, 0.05μm and 0.35μ respectively.
Then, the photoresist and the metal on the photoresist were removed by a lift-off method to form an electrode pattern 4. Then, in order to obtain ohmic contact, an alloying treatment at about 400 ° C. for 5 minutes in an infrared heating furnace was performed using N 2.
The test was performed under a gas atmosphere. Thus, a number of GaAs Hall elements were formed on one substrate (FIG. 5 (f)).

この後、ダイシングを行い個々のGaAsホール素子ペレ
ットに切り離した。ついでダイボンド、トランスファー
モールドを行いホール素子を製作した。
Thereafter, dicing was performed to separate the individual GaAs Hall element pellets. Subsequently, die bonding and transfer molding were performed to produce a Hall element.

表4に、従来の方法と本発明による方法でGaAsホール
素子を作った場合の特性を示す。従来の方法にくらべ本
発明では、GaAsホール素子特性がばらつかないととも
に、不平衡電圧も小さくなっている。
Table 4 shows the characteristics when a GaAs Hall element is manufactured by the conventional method and the method according to the present invention. Compared with the conventional method, in the present invention, the characteristics of the GaAs Hall element do not vary, and the unbalance voltage is reduced.

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、Si3N4等の絶
縁膜を形成する工程中に定常的に特性の劣化が起こりに
くく、高品質のホール素子を再現よく作ることができ
る。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, deterioration of characteristics is unlikely to occur constantly during the process of forming an insulating film such as Si 3 N 4 , and a high-quality Hall element is produced with good reproducibility. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による素子の概略を示す断面図、 第2図は従来の方法による素子の概略を示す断面図、 第3図はMBE法により、第4,5図はイオン注入法による本
発明の試作例を説明する工程図である。 1……半絶縁性GaAs基板、 2……n型GaAs活性層、 3……GaAsまたはAlGaAs表面層、 4……電極、 5……Si3N4やSiO2等の絶縁膜、 6,7……フォトレジスト 8……外部接続用低抵抗n+GaAs。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a device according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a device according to a conventional method, FIG. 3 is an MBE method, and FIGS. It is a process drawing explaining the example of trial manufacture of the present invention. 1 ...... semi-insulating GaAs substrate, 2 ...... n-type GaAs active layer, 3 ...... GaAs or AlGaAs surface layer 4 ...... electrode, 5 ...... Si 3 N 4 or SiO 2 or the like of the insulating film, 6 and 7 ...... Photoresist 8 ... Low resistance n + GaAs for external connection.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】絶縁性基板上に形成されたn型GaAs導電層
からなる活性層と、該活性層上に形成された導電性の小
さいGaAsまたはGaAlAsからなる表面保護層と、前記活性
層上に形成されたオーミック電極と、前記表面保護層を
覆う絶縁層とを具えたことを特徴とするGaAsホール素
子。
1. An active layer comprising an n-type GaAs conductive layer formed on an insulating substrate; a surface protective layer made of GaAs or GaAlAs having a small conductivity formed on the active layer; A GaAs Hall element comprising: an ohmic electrode formed on the substrate; and an insulating layer covering the surface protective layer.
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