JP6654386B2 - ホールセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ホール素子及びホールセンサに関する。

従来から磁気センサは、電流検出装置や位置検出装置など多くの磁気センサ製品に応用されている。磁気センサの代表例として、ホール効果を利用したホール素子がある。
ホール素子は、一般に、感磁部と、感磁部に電流を流すための電流電極対と、ホール起電力を検出するための出力電極対とを有している、そして、出力電極対から検出されるホール起電力から感磁部に印加された磁気の大きさ及び向きを検出する。

特許文献１には、半絶縁性ＧａＡｓ基板と、Ｎ型動作層と、Ｎ＋コンタクト層と、オーミック接合用金属膜と、ボンディング用金属膜と、絶縁膜と、を備えるホール素子が開示されている。
特許文献２には、十字型のホール素子の４箇所の内隅部分を直角でなく斜めに角取りを施した形状のホール素子が開示されている。
特許文献３には、半導体基板と、第１のＮ型拡散領域と、第２のＮ型拡散猟奇と、ＳＴＩ領域とを備えるシリコンホール素子が開示されている。

特開昭６０−１７５４７１号公報 特開平１−２９８３５４号公報 特開２０１２−２０４６１６号公報

しかしながら、従来のホールセンサは、ホール素子のオフセット電圧の変動への対策が不十分であった。
本発明の課題は、オフセット電圧の変動を抑制したホールセンサを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の一態様のホールセンサは、矩形状の半導体基板、前記半導体基板の一方の面に形成され、断面視による形状がメサ形状であり外縁部に斜面を有する感磁部、及び前記半導体基板の前記一方の面側の対角上の四隅に配置され、前記感磁部と電気的に接続された電極部、を有するホール素子と、端子部と、前記電極部と前記端子部とをそれぞれ接続する金属細線と、前記ホール素子の少なくとも一部、前記端子部の少なくとも一部、及び、前記金属細線を封止するモールド樹脂と、を備え、前記感磁部は、矩形状の主要感磁部を有し、平面視で、前記主要感磁部の外縁の各辺が該主要感磁部の該各辺と対向する前記半導体基板の辺とそれぞれ平行となるように配置されることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ホールセンサのオフセット電圧の変動を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態のホール素子の構成を説明するための平面図である。 本発明の第１の実施形態のホール素子の構成を説明するための断面図である。 本発明の第１の実施形態のホールセンサの構成を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のホールセンサにおけるワイヤーボンディング領域を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態のホール素子の製造工程を説明するための工程断面図である。 本発明の第１の実施形態のホールセンサの製造工程を説明するための工程平面図である。 本発明の第１の実施形態のホールセンサの製造工程を説明するための工程断面図である。 本発明の第２の実施形態のホール素子の構成を説明するための平面図である。 本発明の第２の実施形態のホール素子の構成を説明するための断面図である。 本発明の第３の実施形態のホール素子の構成を説明するための平面図である。 本発明の第３の実施形態のホール素子の構成を説明するための断面図である。 本発明の第３の実施形態のホール素子の感磁部の構成を説明するための平面図である。 本発明の第４の実施形態のホール素子の構成を説明するための平面図である。 本発明の第４の実施形態のホール素子の構成を説明するための断面図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

１．第１の実施形態
（１−１）構成
（１−１−１）ホール素子の構成
図１は、第１の実施形態のホール素子１００の構成を説明するための平面図である。
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示すホール素子１００の断面図であり、図２（ａ）は図１に示すホール素子１００のＡ１−Ａ’１断面を示す断面図、図２（ｂ）は図１に示すホール素子１００のＢ１−Ｂ’１断面を示す断面図である。

図１及び図２に示すように、第１の実施形態のホール素子１００は、化合物半導体基板（以下、基板と記載する）１０を備えている。また、本実施形態のホール素子１００は、基板１０の一方の面（例えば上面）１０ａ側に形成された感磁部２０と、基板１０の一方の面側に形成されて感磁部２０と電気的に接続された第１〜第４の電極部３１〜３４と、を備える。第１の電極部３１及び第２の電極部３２がホール素子１００の入力電極であり、第３の電極部３３及び第４の電極部３４がホール素子１００の出力電極である。

以下、ホール素子１００の各部について詳細に説明する。
（基板）
基板１０は、例えばＧａＡｓ基板である。ＧａＡｓ基板の抵抗率は１．０×１０^７Ω・ｃｍ以上である。ＧａＡｓ基板の抵抗率の上限は特に制限はないが、一例を挙げると、１．０×１０^９Ω・ｃｍ以下である。また、基板１０は、Ｓｉ，ＩｎＳｂ等の材料により形成されていてもよい。
基板１０は、平面視で矩形状に形成されている。基板１０の平面視による形状（以下、平面形状と記載する）は、例えば、四角形状、長方形状、角丸四角形状、角丸長方形状である。基板１０は、平面視における外縁に辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を有している。

（感磁部）
感磁部２０は、基板１０上の一方の面（例えば上面）側に形成された基板１０よりも低抵抗の層（導電性の高い層）である。なお、本実施形態において、感磁部２０は主要感磁部として機能する。感磁部２０は、基板１０の上面に形成され、断面視による形状（以下、断面形状と記載する）がメサ形状に形成されている。感磁部２０は、断面形状がメサ形状とされることで、平面視における感磁部２０の外縁部に斜面２０ａ（図２参照）を有している。
本実施形態のホール素子１００において、感磁部２０は、平面視で矩形状に形成されている。感磁部２０の平面形状は、例えば、四角形状、長方形状、角丸四角形状、角丸長方形状である。感磁部２０は、平面視における外縁に辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４を有している。感磁部２０は、感磁部２０の外縁の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４が基板１０の辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とそれぞれ平行となるように配置される。なお、本実施形態において平行は、製造バラツキ等による角度ずれを含む。

これは、以下の理由による。
チップであるホール素子１００をモールド樹脂で封止したホールセンサでは、ホール素子１００とモールド樹脂との熱膨張率の違いから、ホール素子１００の基板１０の対角線上の領域には、相対的に強い応力分布が発生する。基板１０に応力分布が発生すると、ホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕが変動してしまう。
また、基板１０上にメサ形状に加工された感磁部２０を備えるホール素子１００では、感磁部２０の側面（上面視における外縁）に形成された斜面２０ａは、結晶学的に特に圧電効果が大きく、応力によって強い抵抗変動を起こし易い。そして、基板１０の対角線上の領域に斜面２０ａが設けられていることにより、オフセット電圧Ｖｕの変動の影響がより大きくなる。

上述したように、本実施形態のホール素子１００では、感磁部２０は、平面視で、感磁部２０の外縁の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４が基板１０の辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とそれぞれ平行となるように配置されている。これにより、感磁部２０の斜面２０ａの多くの部分は、強い応力分布が発生する基板１０の対角線上の領域を避けた領域に形成される。このため、ホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕの変動が抑制される。

また、感磁部２０の辺ｓ１の長さは、基板１０の対向する辺Ｓ１の１／４以上の長さであることが好ましい。同様に、感磁部２０の辺ｓ２、ｓ３、ｓ４の長さは、それぞれ、基板１０の対向する辺Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の１／４以上の長さであることが好ましい。これにより、静電気放電（ＥＳＤ：Electro Static Discharge）による素子破壊が起こりにくくなる。また、感磁部２０の面積が大きくなることでホール素子１００の出力信号のノイズ（Ｎ／Ｓ比）が低減する。より好ましくは、１／３以上であり、さらに好ましくは、半分以上である。
また、感磁部２０の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４の長さが、それぞれ基板１０の辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の１／４以上の長さとなることで、感磁部２０の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４のうち基板１０の対角線上の領域からより離れた位置に設けられる部分が増加する。したがって、ホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕの変動がより抑制される。

感磁部２０の四隅の角ｃ１〜ｃ４の近傍の領域（以下、角部Ｃ１〜Ｃ４と記載する）は、電極部（第１〜第４の電極部３１〜３４）によってそれぞれ覆われていることが好ましい。本実施形態において、感磁部２０の角ｃ１は第１の電極部３１の下部に設けられている。また、感磁部２０の角ｃ２〜ｃ４は、第２〜第４の電極部３２〜３４の下部にそれぞれ設けられている。
これにより、感磁部２０の一部の領域が、上面からの応力によって柔軟に塑性変形する電極（第１〜第４の電極部３１〜３４）によって覆われる。したがって、感磁部２０は、ホール素子１００上面からの応力の影響を受けづらくなり、ホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕの変動が抑制される。
また、感磁部２０の角部Ｃ１〜Ｃ４は、相対的に強い応力分布が発生する基板１０の対角線上の領域に位置している。相対的に強い応力分布の影響を受けやすい感磁部２０の斜面２０ａが基板１０の対角線上の領域において電極で覆われることにより、より効果的にホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕの変動が抑制される。

図２に示すように、感磁部２０は、基板１０の上面に形成されている。また、感磁部２０は、導電層２１と、導電層２１上に形成された表面層２２とを備えている。導電層２１は、基板１０上に形成されたｎ型ＧａＡｓからなる層である。導電層２１の膜厚は特に制限されないが、製造容易性の観点から５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。
ｎ型ＧａＡｓのｎ型不純物（すなわち、ドナー型不純物）としては公知のものを用いることが可能であり、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ等を用いることが可能である。ｎ型不純物の濃度（有効キャリア濃度）は特に制限されないが、ホール素子の出力および温度特性の観点から、有効キャリア濃度が、１．０×１０^１５［ｃｍ^−３］以上１．０×１０^１７［ｃｍ^−３］以下であることが好ましく、１．０×１０^１５［ｃｍ^−３］以上１．０×１０^１６［ｃｍ^−３］以下であることがより好ましく、１．０×１０^１５［ｃｍ^−３］以上５．０×１０^１５［ｃｍ^−３］以下であることがさらに好ましい。有効キャリア濃度が上記範囲内であれば、出力の温度依存性を抑制し、かつ、出力の絶対値を得ることが容易になるため好ましい。

また、導電層２１を形成する方法としては、基板１０に不純物をイオン注入して、基板１０の表面近傍又は内部にｎ型ＧａＡｓ層を形成する方法が挙げられる。また、導電層２１を形成する別の方法としては、基板１０上にＭＢＥ（分子線エピタキシー）法若しくはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、有機金属気相成長）法により、不純物イオンをドープしながらＧａＡｓ薄膜をエピタキシャル成長させる方法が挙げられる。

表面層２２は、導電層２１上に形成され、導電層２１よりも導電性の低いＧａＡｓ層や、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＡｓ等のなど高抵抗な結晶からなる層である。表面層２２の膜厚は、シート抵抗のばらつきが抑制されたホール素子１００を実現するためには、好ましくは１５０ｎｍ以上であり、より好ましくは２００ｎｍ以上である。また、表面層２２の膜厚は、製造容易性の観点から、好ましくは８００ｎｍ以下であり、より好ましくは６００ｎｍ以下である。なお、表面層はなくてもよい。

表面層２２を形成する方法は特に制限されず、例えばイオン注入法、又は、ＭＢＥ法若しくはＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により形成することができる。表面層２２のように、導電層２１よりも導電性の低いＧａＡｓを得る方法としては、導電層２１よりも低い不純物濃度とする方法や、不純物を意図的にドープしない方法などが挙げられる。また、導電層２１と第１〜第４の電極部３１〜３４とを直接オーミック接続するために、表面層２２の一部がエッチングされて、薄膜化又は除去されていてもよい。

感磁部２０の外縁部分に形成された斜面２０ａは、基板１０に対して垂直に近い形状であることが好ましい。
メサ形状に形成された感磁部２０の斜面２０ａにおいて、導電層２１と絶縁膜４０との界面には、酸化物や欠陥に起因するキャリアトラップ源が存在する。このキャリアトラップ源は、ホール素子１００の電気伝導率が時間的にランダムに変化しホール素子１００の出力信号にノイズを発生させる原因となる。そして、感磁部２０の厚さが一定の場合において、感磁部２０の斜面２０ａの角度が垂直に近くなるほど感磁部２０の斜面２０ａから露出する導体層１２ｂの面積が小さくなり、ノイズ発生源となるキャリアトラップ源の存在量が少なくなる。このため、感磁部２０の斜面２０ａが基板１０に対して垂直に近い形状であるほどホール素子１００の出力信号のノイズが改善する。
感磁部２０は、温度特性の観点からＧａＡｓにより形成されることが好ましい。ただし、本実施形態は、ＧａＡｓを材料にして感磁部２０を形成する構成に限定されるものではなく、例えばＩｎＳｂやＩｎＡｓ等の化合物半導体も用いることができる。

（電極部）
第１〜第４の電極部３１〜３４は、基板１０の一方の面（例えば上面）側の対角上の四隅に配置され、感磁部２０と電気的に接続されている。図１に示すように、第１の電極部３１及び第２の電極部３２は、第１の方向Ｄ１で互いに向かい合っている。また、第３の電極部３３及び第４の電極部３４は、第１の方向Ｄ１と平面視で交差する（例えば、直交する）第２の方向Ｄ２で互いに向かい合っている。第１〜第４の電極部３１〜３４は、それぞれ、感磁部２０の角部から感磁部２０の中央部へ延出しており、平面視で、矩形状の一部の領域が除かれた形状（例えば五角形状）とされている。第１〜第４の電極部３１〜３４は、感磁部の中心部の領域を露出させる形状に形成されている。また、本実施形態において、第１の電極部３１、第２の電極部３２、第３の電極部３３及び第４の電極部３４は、それぞれ、感磁部２０の角部ｃ１〜ｃ４を覆う位置に形成される。

図２に示すように、第１の電極部３１は、材料が異なる第１の金属膜３１１及び第２の金属膜３１２の積層構造を有している。第１の金属膜３１１及び第２の金属膜３１２が積層された領域は、第１の電極部３１におけるコンタクト部として機能する。第２の電極部３２は、材料が異なる第１の金属膜３２１及び第２の金属膜３２２の積層構造を有している。第１の金属膜３２１及び第２の金属膜３２２が積層された領域は、第２の電極部３２におけるコンタクト部として機能する。なお、図２では、第１の電極部３１、第２の電極部３２の断面を図示しているが、図２に図示しない第３の電極部３３、第４の電極部３４も同様の積層構造を有している。すなわち、第３の電極部３２は、材料が異なる第１の金属膜３３１及び第２の金属膜３３２の積層構造を有している（図１参照）。第１の金属膜３３１及び第２の金属膜３３２が積層された領域は、第３の電極部３３におけるコンタクト部として機能する。第４の電極部３４は、材料が異なる第１の金属膜３４１及び第２の金属膜３４２の積層構造を有している。第１の金属膜３４１及び第２の金属膜３４２が積層された領域は、第４の電極部３４におけるコンタクト部として機能する。
第１の金属膜３１１，３２１としては、例えば、感磁部２０側から順にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが積層された構造とすることができる。また、第２の金属膜３１２，３２２としては、例えば、感磁部２０側から順にＴｉ／Ａｕが積層された構造とすることができる。
図２に示すように、第１の電極部３１の第１の金属膜３１１及び第２の金属膜３１２間の一部の領域には、絶縁膜４０が形成されている。同様に、第２の電極部３２の第１の金属膜３２１及び第２の金属膜３２２間の一部の領域には、絶縁膜４０が形成されている。絶縁膜４０については後述する。

（絶縁膜）
絶縁膜４０は、感磁部２０の表面及び側面（斜面２０ａ）を覆うように形成されている。また、絶縁膜４０は、第１の電極部３１の第１の金属膜３１１及び第２の金属膜３１２間の一部の領域及び第２の電極部３２の第１の金属膜３２１及び第２の金属膜３２２間の一部の領域に形成されている。絶縁膜４０は、各電極部（第１〜第４の電極部３１〜３４）間の絶縁性を高めるために設けられる。絶縁膜４０としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、無機膜（Ａｌ_２Ｏ_３）、ポリイミド膜、それらの膜を複数積層した多層膜を用いることができる。なお、絶縁膜４０は、図２のように第１の金属膜３１１、３２１上にも形成されても、第１の金属膜上には形成されなくともよく、第１の金属膜の下に一部入り込んで形成されてもよい。
なお、図１においては、ホール素子１００の構造を理解しやすくするため、絶縁膜４０は図示されていない。また、感磁部２０上には、図示しない保護層が形成されていてもよい。

（ワイヤーボンディング領域）
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、ホール素子１００におけるワイヤーボンディング領域を示す平面図及び断面図であり、図３（ａ）はホール素子１００の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すホール素子１００のＣ３−Ｃ’３断面を示す断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＤ３−Ｄ’３断面を示す断面図である。
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の電極部３１は、その上面の側に金属細線が接合される第１のワイヤーボンディング領域１４１を有する。第１の電極部３１を構成する第１の金属膜３１１が、第１の電極部３１が感磁部２０と接触するコンタクト領域となる。

また、第２の電極部３２は、その上面の側に金属細線が接合される第２のワイヤーボンディング領域１４２を有する。第２の電極部３２を構成する第１の金属膜３２１が、第２の電極部３２が感磁部２０と接触するコンタクト領域となる。
また、第３の電極部３３は、その上面の側に金属細線が接合される第３のワイヤーボンディング領域１４３を有する。第３の電極部３３を構成する第１の金属膜３３１が、第３の電極部３３が感磁部２０と接触するコンタクト領域となる。
また、第４の電極部３４は、その上面の側に金属細線が接合される第４のワイヤーボンディング領域１４４を有する。第４の電極部３４を構成する第１の金属膜３４１が、第４の電極部３４が感磁部２０と接触するコンタクト領域となる。

つまり、本実施形態において、感磁部２０の中心から見て、第１〜第４のワイヤーボンディング領域１４１〜１４４の各中心位置よりも外側に、第１〜第４の電極部３１〜３４の各コンタクト領域がそれぞれ位置する。
上述したように、第１の電極部３１及び第２の電極部３２はホール素子１００の入力電極であるため、第１の電極部３１のコンタクト領域と第２の電極部３２のコンタクト領域との間の経路がホール素子１００における信号入力経路１４５となる。また、第３の電極部３３及び第４の電極部３４はホール素子１００の出力電極であるため、第３の電極部３３のコンタクト領域と第４の電極部３４のコンタクト領域との間の経路がホール素子１００における信号出力経路１４６となる。

（１−１−２）ホールセンサの構成
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係るホールセンサ６００の構成例を示す図である。図４（ａ）は、図４（ｂ）に示すホールセンサ６００のＥ４−Ｅ’４断面を示す断面図である。図４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るホールセンサ６００の構成を示す平面図であり、ホールセンサ６００の構成の理解を容易にするために、モールド部材を省略して示している。図４（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るホールセンサ６００の構成を示す底面図である。図４（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係るホールセンサ６００の構成を示す外観図である。

図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すように、ホールセンサ６００は、ホール素子１００と、リード端子５２０と、第１〜第４の金属細線（導電性接続部材）５３１〜５３４と、保護層５４０と、モールド部材５５０と、外装めっき層５６０とを備える。また、リード端子５２０は、第１〜第４の端子部５２１〜５２４を有する。
ホールセンサ６００は、例えばアイランドレス構造であり、外部との電気的接続を得るための複数の端子部５２１〜５２４を有する。図４（ｂ）に示すように、第１〜第４の端子部５２１〜５２４は、ホール素子１００の周囲に配置されている。
例えば、第１の端子部５２１と第２の端子部５２２とがホール素子１００を挟んで対向するように配置されており、また、第３の端子部５２３と第４の端子部５２４とがホール素子１００を挟んで対向するように配置されている。そして、第１の端子部５２１と第２の端子部５２２とを結ぶ直線（仮想線）と、第３の端子部５２３と第４の端子部５２４とを結ぶ直線（仮想線）とが平面視で交差している。リード端子５２０（第１〜第４の端子部５２１〜５２４）は、例えば銅（Ｃｕ）等の金属からなる。

第１〜第４の金属細線５３１〜５３４は、ホール素子１００が有する第１〜第４の電極部３１〜３４と、第１〜第４の端子部５２１〜５２４とをそれぞれ電気的に接続する導線であり、例えば金（Ａｕ）からなる。図４（ｂ）に示すように、第１の金属細線５３１は、第１の端子部５２１と第１の電極部３１とを接続している。第２の金属細線５３２は、第２の端子部５２２と第２の電極部３２とを接続している。第３の金属細線５３３は、第３の端子部５２３と第３の電極部３３とを接続している。第４の金属細線５３４は、第４の端子部５２４と第４の電極部３４とを接続している。

保護層５４０は、基板１０の第１〜第４の電極部３１〜３４が設けられている面とは反対側の面側を覆っている。保護層５４０は、基板１０を保護可能なものであれば特に限定はなく、導体、絶縁体、又は半導体のうち、少なくとも何れか１つを含んでいてもよい。即ち、保護層５４０は、導体、絶縁体、又は半導体の何れか１つからなる膜であってもよいし、これらのうち２つ以上を含む膜であってもよい。導体としては、例えば、銀ペーストなどの導電性樹脂などが考えられる。絶縁体としては、例えば、エポキシ系の熱硬化型樹脂と、フィラーとしてシリカ（ＳｉＯ_２）とを含む絶縁ペースト、窒化ケイ素、二酸化ケイ素などが考えられる。半導体としては、例えば、Ｓｉ基板やＧｅ基板などの貼り合わせが考えられる。但し、リーク電流防止の観点から、保護層５４０は、絶縁体であることが好ましい。また、保護層５４０は積層構造でもよい。

モールド部材５５０は、ホール素子１００と、第１〜第４の端子部５２１〜５２４と、第１〜第４の金属細線５３１〜５３４とをモールドしている。言いかえると、モールド部材５５０は、ホール素子１００と、第１〜第４の端子部５２１〜５２４の少なくとも表面側（即ち、金属細線と接続する側の面）と、第１〜第４の金属細線５３１〜５３４とを覆って保護（即ち、樹脂封止）している。モールド部材５５０は、例えばエポキシ系の熱硬化型樹脂からなり、リフロー時の高熱に耐えられるようになっている。

図４（ａ）及び図４（ｃ）に示すように、ホールセンサ６００の底面側（即ち、感磁部２０に実装する側）では、第１〜第４の端子部５２１〜５２４の第１面（例えば、裏面）の少なくとも一部と、ＧａＡｓ基板１０の第１面（例えば、裏面）の少なくとも一部とが、モールド部材５５０の同一の面（例えば、裏面）からそれぞれ露出している。ここで、第１〜第４の端子部５２１〜５２４の第１面は、第１〜第４の端子部５２１〜５２４がそれぞれ有する複数の面のうち、第１〜第４の金属細線５３１〜５３４と接続している面とは反対側の面である。ＧａＡｓ基板１０の第１面は、ＧａＡｓ基板１０が有する複数の面のうち、第１〜第４の電極部３１〜３４が設けられている面とは反対側の面である。
また、外装めっき層５６０は、モールド部材５５０から露出している端子部５２１〜５２４の裏面に形成されている。外装めっき層５６０は、例えばスズ（Ｓｎ）等からなる。

（１−１−３）動作
上述したホールセンサ６００を用いて磁気（磁界）を検出する場合は、例えば、第１の端子部５２２が電源電位（＋）に接続されると共に、第２の端子部５２２が接地電位（ＧＮＤ）に接続されて、第１の端子部５２１から第２の端子部５２２に電流が流される。そして、第３の端子部５２３及び第４の端子部５２４間の電位差Ｖ１−Ｖ２（＝ホール出力電圧ＶＨ）を測定する。ホール出力電圧ＶＨの大きさから磁界の大きさを検出し、ホール出力電圧ＶＨの正負から磁界の向きを検出する。
即ち、第１の端子部５２１は、ホール素子１００に所定電圧を供給する電源用端子部である。第２の端子部５２２は、ホール素子１００に接地電位を供給する接地用端子部である。第３の端子部５２３及び第４の端子部５２４は、ホール素子１００のホール起電力信号を取り出す信号取出用端子部である。

（１−２）製造方法
（１−２−１）ホール素子の製造方法
図５（ａ）〜図５（ｆ）は、ホール素子１００の製造方法を工程順に示す断面図である。図５（ａ）に示すように、まず、基板１０を用意する。基板１０は、例えばＧａＡｓ基板１０である。次に、基板１０の表面から予め設定した深さの位置にドナー型の不純物をイオン注入する。ドナー型の不純物としては、例えばＳｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ又はＣなどが挙げられる。次に、基板１０を加熱して不純物を活性化する。これにより、図５（ｂ）に示すように、基板１０内に、基板１０よりも低抵抗の導電層２１が形成されると共に、この導電層２１の上に表面層２２が形成される。表面層２２は導電層２１よりも不純物濃度が低いため、導電層２１よりも高抵抗な層（すなわち、導電性の低い層）となる。

なお、この不純物を活性化する工程は、図５（ｃ）に示す基板１０のパターニング工程以降に行ってもよい。また、図５（ｃ）に示す工程以降の他の加熱工程と兼用で行ってもよい。また、導電層２１の形成はイオン注入に限定されない。例えば、ＭＯＣＶＤ法により、基板１０上に不純物を高濃度に含むＧａＡｓをエピタキシャル成長することにより導電層２１を形成してもよい。この場合は、導電層２１の形成に続いて、不純物を低濃度に含む（または、不純物を含まない）ＧａＡｓをエピタキシャル成長させることにより、導電層２１上に、導電層２１よりも高抵抗の表面層２２を形成することができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、断面視による形状がメサ形状である感磁部２０を形成する。感磁部２０は、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、基板１０をパターニングすることにより形成される。
続いて、図５（ｄ）に示すように、感磁部２０が形成された基板１０上に第１の金属膜３１１を部分的に形成する。ここでは、第１の金属膜３１１を、例えばＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜をこの順に積層して形成する。第１の金属膜３１１は、例えばリフトオフ、またはマスク蒸着により形成される。リフトオフは、レジストパターンが形成された基板上に金属膜を蒸着し、その後レジストパターンを取り去ることにより、基板のレジストパターンで覆われていなかった領域上にのみ金属膜を残す方法である。マスク蒸着は、貫通穴が部分的に形成された板を通して基板上に金属膜を蒸着することにより、基板の貫通穴直下の領域上にのみ金属膜を蒸着する方法である。第１の金属膜３１１を形成した後は、基板１０を加熱して、基板１０と第１の金属膜３１１との界面を合金化する。

次に、図５（ｅ）に示すように、基板１０の第１の金属膜３１１，３２１下から露出している感磁部２０の上面及び斜面２０ａの表面上に絶縁膜４０を形成する。絶縁膜４０は、第１の金属膜３１１，３２１の一部が露出するように形成される。絶縁膜４０は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）である。絶縁膜４０は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で基板１０の上面全体に絶縁膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、この上面全体に形成された絶縁膜をパターニングすることにより形成される。なお、基板１０の上面全体に絶縁膜を形成し、パターニングして絶縁膜４０を形成した後に、第１の金属膜３１１，３２１を形成してもよい。

次に、図５（ｆ）に示すように、絶縁膜４０が形成された基板１０上に第２の金属膜３１２，３２２を部分的に形成する。ここでは、第２の金属膜３１２，３２２として、例えばＴｉ膜、Ａｕ膜をこの順に積層する。また、第２の金属膜３１２，３２２を、例えばリフトオフ、またはマスク蒸着で形成する。
その後、基板１０上に保護膜（図示せず）等を形成する。そして、基板１０をダイシングして、基板１０を複数のホール素子１００の各々ごとに個片化する。以上の工程を経て、図１等に示したホール素子１００が完成する。

（１−２−２）ホールセンサの製造方法
図６（ａ）〜図６（ｅ）は、ホールセンサ６００の製造方法を示す工程平面図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、ホールセンサ６００の製造方法を示す工程断面図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｅ）において、ダイシングのブレード幅（即ち、カーフ幅）の図示は省略している。
図６（ａ）に示すように、まず、リードフレーム６２０を用意する。このリードフレーム６２０は、図６（ｂ）に示したリード端子５２０が平面視で縦方向及び横方向に複数繋がっている基板である。

次に、図６（ｂ）に示すように、リードフレーム６２０の裏面側に、例えば、基材として耐熱性フィルム５８０の一方の面を貼付する。この耐熱性フィルム５８０の一方の面には例えば絶縁性の粘着層が塗布されている。粘着層は、その成分として、例えばシリコーン樹脂がベースとなっている。この粘着層によって、耐熱性フィルム５８０にリードフレーム６２０を貼付し易くなっている。リードフレーム６２０の裏面側に耐熱性フィルム５８０を貼付することによって、リードフレーム６２０の貫通している貫通領域を、裏面側から耐熱性フィルム５８０で塞いだ状態となる。

次に、図６（ｃ）に示すように、耐熱性フィルム５８０の粘着層を有する面のうち、第１〜第４の端子部５２１〜５２４で囲まれた領域に、保護層５４０を有するホール素子１００を載置する（即ち、ダイボンディングを行う。）。ここでは、基板１０の第１面を耐熱性フィルム５８０の粘着層を有する面に対向させてダイボンディングを行う。
次に、図６（ｄ）に示すように、第１〜第４の金属細線５３１〜５３４の一端を第１〜第４の端子部５２１〜５２４にそれぞれ接続し、第１〜第４の金属細線５３１〜５３４の他端をホール素子１００の第１〜第４の電極部３１〜３４にそれぞれ接続する（即ち、ワイヤーボンディングを行う。）。そして、図６（ｅ）に示すように、モールド部材５５０を形成する（即ち、樹脂モールドを行う。）。この樹脂モールドは、例えばトランスファーモールド技術を用いて行う。

例えば図７（ａ）に示すように、下金型５９１と上金型５９２とを備えるモールド金型５９０を用意し、このモールド金型５９０のキャビティ内にワイヤーボンディング後のリードフレーム６２０を配置する。次に、キャビティ内であって、耐熱性フィルム５８０の粘着層を有する面（即ち、リードフレーム６２０と接着している面）の側に加熱し溶融したモールド部材５５０を注入し、充填する。これにより、ホール素子１００と、リードフレーム６２０と、金属細線５３１〜５３４とをモールドする。即ち、ホール素子１００と、リードフレーム６２０の少なくとも表面側と、金属細線５３１〜５３４とをモールド部材５５０で覆って保護する。モールド部材５５０がさらに加熱し硬化したら、該モールド部材５５０をモールド金型から取り出す。

次に、図７（ｂ）に示すように、モールド部材５５０から耐熱性フィルム５８０を剥離する。これにより、モールド部材５５０からホール素子１００の基板１０を露出させる。そして、図７（ｃ）に示すように、リードフレーム６２０のモールド部材５５０から露出している面（少なくとも、各端子部５２２〜２５のモールド部材５５０から露出している裏面）に外装めっきを施して、外装めっき層５６０を形成する。
次に、図７（ｄ）に示すように、モールド部材５５０の上面（即ち、ホールセンサ６００の外装めっき層５６０を有する面の反対側の面）にダイシングテープ５９３を貼付する。そして、例えば図６（ｅ）に示した仮想の２点鎖線に沿って、リードフレーム６２０に対してブレードを相対的に移動させて、モールド部材５５０及びリードフレーム６２０を切断する（即ち、ダイシングを行う。）。つまり、モールド部材５５０及びリードフレーム６２０を複数のホール素子１００の各々ごとにダイシングして個片化する。以上の工程を経て、図４に示したホールセンサ６００が完成する。

＜効果＞
（１）ホール素子をモールド樹脂で封止したホールセンサでは、ホール素子とモールド樹脂との熱膨張率の違いから、ホール素子の基板の対角線上の領域には、相対的に強い応力分布が発生し、ホール素子のオフセット電圧Ｖｕが変動してしまう。また、メサ形状に加工された感磁部の斜面は結晶学的に特に圧電効果が大きく、応力によって強い抵抗変動を起こし易いため、基板の対角線上の領域に感磁部の斜面が設けられていることによりオフセット電圧Ｖｕの変動の影響がより大きくなる。

これに対して、第１実施形態では、平面視で、感磁部２０の外縁の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４が、感磁部２０の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４それぞれと対向する基板１０の辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とそれぞれ平行となるように配置されている。すなわち、感磁部２０は、感磁部２０の辺ｓ１が基板１０の辺Ｓ１と平行となるように配置されている。同様に、感磁部２０は、感磁部２０の辺ｓ２、ｓ３、ｓ４が基板１０の辺Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とそれぞれ平行となるように配置されている。このため、第１実施形態によれば、応力によって強い抵抗変動を起こし易い感磁部２０の斜面２０ａは、基板１０の対角線上の領域から離れた領域に位置し、ホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕの変動が抑制される。

（２）また、第１実施形態では、感磁部２０の四隅の角部Ｃ１〜Ｃ４が、上面からの応力によって柔軟に塑性変形する第１〜第４の電極部３１〜３４によってそれぞれ覆われている。このため、感磁部２０はホール素子１００上面からの応力の影響を受けづらくなり、ホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕの変動が抑制される。また、これにより、相対的に強い応力分布が発生する基板１０の対角線上の領域に位置する感磁部２０の斜面２０ａが第１〜第４の電極部３１〜３４で覆われるため、より効果的にホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕの変動が抑制される。

（３）また、第１実施形態では、感磁部２０の辺ｓ１の長さが基板１０の辺Ｓ１の１／４以上の長さであり、感磁部２０の辺ｓ２、ｓ３、ｓ４の長さは、それぞれ、基板１０の辺Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の１／４以上の長さであることが好ましい。これにより、静電気放電（ＥＳＤ：Electro Static Discharge）による素子破壊が起こりにくくなる。また、感磁部２０の平面視における面積が増大してホール素子１００の出力信号のノイズ（Ｎ／Ｓ比）が低減する。
また、感磁部２０の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４のうち基板１０の対角線上の領域からより離れた位置に設けられる部分が増加する。したがって、ホール素子１００のオフセット電圧Ｖｕの変動がより抑制される。

２．第２の実施形態
上述した第１の実施形態では、平面視で、感磁部２０の角ｃ１〜ｃ４が、第１〜第４の電極部３１〜３４の下部に位置する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

図８は、本発明の第２の実施形態に係るホール素子２００の構成例を示す平面図である。また、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８に示すホール素子２００をＦ８−Ｆ’８線及びＧ８−Ｇ’８線で切断した断面図である。図８並びに図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、第２実施形態に係るホール素子２００では、平面視で、感磁部２０の角ｃ１〜ｃ４が、第１〜第４の電極部３１〜３４の外側に位置する。すなわち、第１の電極部３１、第２の電極部３２、第３の電極部３３及び第４の電極部３４の各々の外周は、平面視で、感磁部２０の外周で囲まれる領域の内側に位置している。

このような構成であっても、ホール素子２００において、平面視で、感磁部２０の外縁の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４が、基板１０の辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とそれぞれ平行となるように配置されている。また、ホール素子２００では、感磁部２０の四隅の角部Ｃ１〜Ｃ４が、上面からの応力によって柔軟に塑性変形する第１〜第４の電極部３１〜３４によってそれぞれ覆われている。したがって、第２の実施形態は、第１の実施形態の効果（１）〜（２）と同様の効果を奏する。
また、ホール素子２００において、感磁部２０の辺ｓ１〜ｓ４の長さが基板１０の辺Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの１／４以上の長さである場合には、第２の実施形態は、第１の実施形態の効果（３）と同様の効果を奏する。

３．第３の実施形態
上述した第１、第２の実施形態では、感磁部２０の平面形状が矩形状である場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係るホール素子３００の構成例を示す平面図である。また、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、図１０に示すホール素子３００をＨ１０−Ｈ’１０断面及びＪ１０−Ｊ’１０断面を示す断面図である。図１２は、第３の実施形態に係る感磁部２０の構成例を示す平面図である。

図１０〜図１２に示すように、第３の実施形態に係るホール素子３００の感磁部２０は、平面形状が矩形状の主要感磁部１２０と、主要感磁部１２０の四隅からそれぞれ外側へ延出された第１〜第４の延出部１２１〜１２４とを備えている。第１の延出部１２１及び第２の延出部１２２は、平面視で、基板１０の第１の対角線１２６の延長線上にそれぞれ位置する。また、第３の延出部１２３及び第４の延出部１２４は、基板１０の第２の対角線１２７の延長線上にそれぞれ位置する。主要感磁部１２０の角部Ｃ１〜Ｃ４は、第１〜第４の電極部３１〜３４によってそれぞれ覆われている。

第１〜第４の延出部１２１〜１２４の延出端部は、それぞれ第１〜第４の電極部３１〜３４によって覆われている。そして、図１０に示すように、第１の延出部１２１は、第１の電極部３１と電気的に接続している。第２の延出部１２２は、第２の電極部３２と電気的に接続している。第３の延出部１２３は、第３の電極部３３と電気的に接続している。第４の延出部１２４は、第４の電極部３４と電気的に接続している。感磁部２０の第１〜第４の延出部１２１〜１２４の延出端部において、第１〜第４の電極３１〜３４と接続している。各延出端部において、絶縁膜４０が開口部を有し、開口部で延出端部と各電極とが接続する。

図１０に示すように、主要感磁部１２０は、平面視における外縁に辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４を有している。ここで、主要感磁部１２０の辺ｓ１とは、主要感磁部１２０から延出された隣接する２つの延出部である第１の延出部１２１及び第４の延出部１２４で挟まれた部分を示すものとする。同様に、主要感磁部１２０の辺ｓ２とは、主要感磁部１２０から延出された隣接する第４の延出部１２４及び第２の延出部１２２で挟まれた部分を示すものとする。主要感磁部１２０の辺ｓ３とは、主要感磁部１２０から延出された隣接する第２の延出部１２２及び第３の延出部１２３で挟まれた部分を示すものとする。主要感磁部１２０の辺ｓ４とは、主要感磁部１２０から延出された隣接する第３の延出部１２３及び第１の延出部１２１で挟まれた部分を示すものとする。
主要感磁部１２０から延出された隣接する第１の延出部１２１及び第４の延出部１２４で挟まれた辺ｓ１の長さは、基板１０の辺Ｓ１の１／４以上の長さであることが好ましい。主要感磁部１２０の辺ｓ２〜ｓ４の長さは、それぞれ、基板１０の辺Ｓ２〜Ｓ４の１／４以上の長さであることが好ましい。

このような構成であっても、ホール素子３００において、平面視で、感磁部２０の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４が、基板１０の辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とそれぞれ平行となるように配置されている。また、ホール素子３００では、感磁部２０の四隅の角部Ｃ１〜Ｃ４が、上面からの応力によって柔軟に塑性変形する第１〜第４の電極部３１〜３４によってそれぞれ覆われている。したがって、第３の実施形態は、第１の実施形態の効果（１）〜（２）と同様の効果を奏する。
また、ホール素子２００において、感磁部２０の辺ｓ１〜ｓ４の長さが基板１０の辺Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの１／４以上の長さである場合には、第３の実施形態は、第１の実施形態の効果（３）と同様の効果を奏する。

４．第４の実施形態
上述した第３の実施形態では、第１〜第４の延出部１２１〜１２４を有し、主要感磁部１２０の角部Ｃ１〜Ｃ４が第１〜第４の電極部３１〜３４によって覆われている場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

図１３は、本発明の第４の実施形態に係るホール素子４００の構成例を示す平面図である。また、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、図１３に示すホール素子３００をＫ１３−Ｋ’１３断面及びＬ１３−Ｌ’１３断面を示す断面図である。
図１３に示すように、第４の実施形態に係るホール素子４００の感磁部２０は、平面形状が矩形状の主要感磁部１２０と、主要感磁部１２０の四隅からそれぞれ外側へ延出された第１〜第４の延出部１２１〜１２４とを備えている。第１の延出部１２１及び第２の延出部１２２は、平面視で、基板１０の第１の対角線１２６の延長線上にそれぞれ位置する。また、第３の延出部１２３及び第４の延出部１２４は、基板１０の第２の対角線１２７の延長線上にそれぞれ位置する。第４の実施形態に係るホール素子４００は、主要感磁部１２０の角部Ｃ１〜Ｃ４が第１〜第４の電極部３１〜３４によってそれぞれ覆われていない点で、第３の実施形態のホール素子３００と相違する。

主要感磁部１２０から延出された隣接する第１の延出部１２１及び第４の延出部１２４で挟まれた辺ｓ１の長さは、基板１０の辺Ｓ１の１／４以上の長さであることが好ましい。主要感磁部１２０の辺ｓ２〜ｓ４の長さは、それぞれ、基板１０の辺Ｓ２〜Ｓ４の１／４以上の長さであることが好ましい。
このような構成であっても、ホール素子３００において、平面視で、感磁部２０の辺ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４が、基板１０の辺Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とそれぞれ平行となるように配置されている。したがって、第３の実施形態は、第１の実施形態の効果（１）と同様の効果を奏する。
また、ホール素子２００において、感磁部２０の辺ｓ１〜ｓ４の長さが基板１０の辺Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの１／４以上の長さである場合には、第３の実施形態は、第１の実施形態の効果（３）と同様の効果を奏する。

本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１０ 基板(化合物半導体基板）
１０ａ 上面
２０ 感磁部
２０ａ 斜面
２１ 導電層
２２ 表面層
３１ 第１の電極部
３２ 第２の電極部
３３ 第３の電極部
３４ 第４の電極部
４０ 絶縁膜
１００，２００，３００，４００ ホール素子
１２０ 主要感磁部
１２１ 第１の延出部
１２２ 第２の延出部
１２３ 第３の延出部
１２４ 第４の延出部
１２６ 第１の対角線
１２７ 第２の対角線
１４１ 第１のワイヤーボンディング領域
１４２ 第２のワイヤーボンディング領域
１４３ 第３のワイヤーボンディング領域
１４４ 第４のワイヤーボンディング領域
１４５ 信号入力経路
１４６ 信号出力経路
３１１，３２１，３３１，３４１ 第１の金属層
３１２，３２２，３３２，３４２ 第２の金属層
５２０ リード端子
５２１ 第１の端子部
５２２ 第２の端子部
５２３ 第３の端子部
５２４ 第４の端子部
５３１ 第１の金属細線
５３２ 第２の金属細線
５３３ 第３の金属細線
５３４ 第４の金属細線
５４０ 保護層
５５０ モールド部材
５６０ 外装めっき層
５８０ 耐熱性フィルム
５９０ モールド金型
５９１ 下金型
５９２ 上金型
５９３ ダイシングテープ
６００ ホールセンサ
６２０ リードフレーム

Claims (6)

1. 矩形状の半導体基板、
   前記半導体基板の一方の面に形成され、断面視による形状がメサ形状であり外縁部に斜面を有する感磁部、及び
   前記半導体基板の前記一方の面側の対角上の四隅に配置され、前記感磁部と電気的に接続された電極部、
   を有するホール素子と、
   端子部と、
   前記電極部と前記端子部とをそれぞれ接続する金属細線と、
   前記ホール素子の少なくとも一部、前記端子部の少なくとも一部、及び、前記金属細線を封止するモールド樹脂と、
   を備え、
   前記感磁部は、矩形状の主要感磁部を有し、平面視で、前記主要感磁部の外縁の各辺が該主要感磁部の該各辺と対向する前記半導体基板の辺とそれぞれ平行となるように配置される
   ホールセンサ。
2. 前記感磁部は、矩形状の前記主要感磁部の四隅からそれぞれ延出された延出部を備える請求項１に記載のホールセンサ。
3. 前記主要感磁部から延出された隣接する２つの延出部で挟まれた前記主要感磁部の外縁の長さは、それぞれ、該外縁に対向する前記半導体基板の辺の１／４以上の長さである
   請求項２に記載のホールセンサ。
4. 前記延出部の延出端部は、前記電極部によって覆われている
   請求項２又は３に記載のホールセンサ。
5. 断面視で、前記感磁部と前記電極部との間に配置される絶縁膜をさらに備え、
   前記絶縁膜は、開口部を有し、
   前記開口部で、前記感磁部の前記延出端部と前記電極部とが接触する
   請求項４に記載のホールセンサ。
6. 前記主要感磁部の角部は、前記電極部によってそれぞれ覆われている
   請求項１から５のいずれか１項に記載のホールセンサ。

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