磁传感器

摘要

本发明提供一种能够在晶圆上调整灵敏度并且批量生产性良好的特性偏差小的磁传感器。磁传感器具备十字形状图案的感磁部(21)，该感磁部(21)设置在衬底(26)上，由化合物半导体形成。该感磁部(21)具备输入端子(21a、21b)和输出端子(21c、21d)，在输入端子(21a、21b)中的至少一个输入端子(21a)上经由连接电极(24)串联连接有具有化合物半导体的修调部(23)。一边进行晶圆检查(电检查)一边对经由连接电极(24)与感磁部(21)串联连接的修调部(23)进行激光修调，由此能够调整恒定电压灵敏度。

权利要求

1.一种磁传感器，具备感磁部，该感磁部设置在衬底上，由化合物半导体形成，该磁传感器的特征在于，上述感磁部具备输入端子和输出端子，在上述输入端子中的至少一个输入端子上经由连接电极串联连接有具有上述化合物半导体的修调部。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，上述修调部具备修调层以及设置在该修调层上的第一化合物半导体层，该第一化合物半导体层的材料是修调用激光能够透过的材料。

3.根据权利要求1或者2所述的磁传感器，其特征在于，上述修调部具备修调层以及设置在该修调层下的第二化合物半导体层，该第二化合物半导体层的材料是修调用激光能够透过的材料。

4.根据权利要求3所述的磁传感器，其特征在于，上述第一化合物半导体层和上述第二化合物半导体层由AlGaAsSb层形成，上述修调层由InAs层形成。

说明书

磁传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具备由化合物半导体形成的感磁部的磁传感器，更详细地说，涉及一种具备感磁部以及能够调整灵敏度的修调(trimming)部的磁传感器。

背景技术

[0002] 通常，磁传感器广泛应用于电流检测元件、位置检测元件等，近年来，随着不断高精度化，降低磁传感器的特性(灵敏度和偏移电压)的偏差的要求越来越强烈。通常，在安装磁传感器的传感器模块的电路上，使用可变电阻等进行特性调整，但是，如果能够在晶圆上降低磁传感器的偏差，则电路上的个别调整被简化，能够实现低成本化以及小型轻量化。

[0003] 图1A以及图1B是用于说明以往的磁传感器的结构图，图1A是俯视图，图1B是图1A中的IB-IB’线截面图，图2是表示图1A的等效电路的电路图。在图中，附图标记1表示感磁部，1a、1b表示感磁部的输入端子，1c、1d表示感磁部的输出端子，2表示接合电极焊盘，5表示保护层，6表示衬底。

[0004] 如图1A以及图1B所示，以往的磁传感器具有十字形状图案的感磁部1，该感磁部1设置于衬底6上，由化合物半导体形成。如图2所示，该感磁部1构成桥电路，具备输入端子1a、1b和输出端子1c、1d。在这些输入端子1a、1b和输出端子1c、1d上分别连接有接合电极焊盘2。另外，在感磁部1上设置有保护层5。

[0005] 具有这种结构的以往的磁传感器不具有修调部，因此如图2所示，对感磁部1的输入端子1a、1b之间直接施加恒定电压Vin。磁传感器的恒定电压灵敏度由化合物半导体的迁移率和感磁部1的形状(长度与宽度的比)以及恒定电压Vin决定，因此元件之间(晶圆面内以及晶圆之间)的半导体层的迁移率和感磁部形状的偏差直接成为恒定电压灵敏度的偏差，因此无法调整恒定电压灵敏度。

[0006] 作为降低这种磁传感器的特性偏差的方法，例如已知一种专利文献1以及2所示那样的对磁传感器实施修调的方法。专利文献1所述的技术与不等位电压小的霍尔元件有关，采用了以下方法：一边测量霍尔电压端子间的电压，一边在霍尔电压端子和安装部之间设置所需量的狭缝以及对感磁部镀金属，通过这种方法来调整偏移电压。

[0007] 图3是表示上述专利文献1所述的磁传感器的等效电路的电路图，在图中，附图标记11a、11b表示感磁部的输入端子，11c、11d表示感磁部的输出端子。在该专利文献1中记载了能够通过对感磁部进行修调来调整偏移电压，但是施加给感磁部(桥电路)的电压Vin是固定的，因此无法调整恒定电压灵敏度。

[0008] 另外，专利文献2所述的技术与使用于速度传感器、磁编码器的磁传感器有关，通过对磁阻元件中的构成桥的电阻体照射激光进行修调来调整偏移电压。

[0009] 这样，在上述专利文献1以及2所述的任一方法中，能够在晶圆上调整偏移电压，但是无法进行灵敏度的调整。

[0010] 本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够在晶圆上调整灵敏度并且批量生产性良好的特性偏差小的磁传感器。

[0011] 专利文献1：日本特开昭55-134992号公报

[0012] 专利文献2：日本特开平1-199180号公报

发明内容

[0013] 本发明是为了达到这种目的而完成的，是一种磁传感器，具备感磁部，该感磁部设置在衬底上，由化合物半导体形成，该磁传感器的特征在于，上述感磁部具备输入端子和输出端子，在上述输入端子中的至少一个输入端子上经由连接电极串联连接有具有上述化合物半导体的修调部(相当于图6的实施例1)。

[0014] 另外，本发明的特征在于，上述修调部具备修调层以及设置在该修调层上的第一化合物半导体层，该第一化合物半导体层的材料是修调用激光能够透过的材料(相当于图7的实施例2)。

[0015] 另外，本发明的特征在于，上述修调部具备修调层以及设置在该修调层下的第二化合物半导体层，该第二化合物半导体层的材料是修调用激光能够透过的材料(相当于图12的实施例3)。

[0016] 另外，本发明的特征在于，上述第一化合物半导体层和上述第二化合物半导体层由AlGaAsSb层形成，上述修调层由InAs层形成。

[0017] 根据本发明，在磁传感器的感磁部的输入端子上经由连接电极串联连接有具有与感磁部相同的化合物半导体的修调部，一边进行晶圆检查(电检查)，一边利用激光修调来改变修调部的电阻值，由此能够调整灵敏度，能够提供批量生产性良好的特性偏差小的磁传感器。

附图说明

[0018] 图1A是用于说明以往的磁传感器的结构图，是俯视图。

[0019] 图1B是图1A中的IB-IB’线截面图。

[0020] 图2是表示图1A的等效电路的电路图。

[0021] 图3是表示专利文献1所记载的磁传感器的等效电路的电路图。

[0022] 图4A是用于说明本发明的磁传感器的实施方式的结构图，是俯视图。

[0023] 图4B是用于说明本发明的磁传感器的实施方式的结构图，是图4A中的IVB-IVB’线截面图。

[0024] 图5是表示图4A的等效电路的电路图。

[0025] 图6是表示本发明的磁传感器中的衬底与修调部的实施例1的结构图。

[0026] 图7是表示本发明的磁传感器中的衬底与具备第一化合物半导体层的修调部的实施例2的结构图。

[0027] 图8A是以低功率被修调的InAs层截面的概念图。

[0028] 图8B是以高功率被修调的InAs层截面的概念图。

[0029] 图9A是以低功率被修调的InAs层截面的概念图。

[0030] 图9B是以高功率被修调的InAs层截面的概念图。

[0031] 图10是表示修调部切割率与恒定电压灵敏度变化率之间的关系的图。

[0032] 图11是表示切割宽度与感磁部宽度的比率的图。

[0033] 图12是表示本发明的磁传感器中的衬底与具备第一和第二化合物半导体层的修调部的实施例3的结构图。

[0034] 图13是即使使用低功率的激光InAs层整体也熔融和固化的样子的图。

[0035] 图14是表示修调部切割率与恒定电压灵敏度变化率之间的关系的图。

[0036] 图15是表示本发明的磁传感器的实施例4的结构图。

[0037] 图16是表示图15的等效电路的电路图。

具体实施方式

[0038] 下面，参照附图说明本发明的实施方式。

[0039] 图4A以及图4B是用于说明本发明的磁传感器的实施方式的结构图，图4A是俯视图，图4B是图4A中的IVB-IVB’线截面图，图5是表示图4A的等效电路的电路图。在图中，附图标记21表示感磁部，21a、21b表示感磁部的输入端子，21c、21d表示感磁部的输出端子，22表示接合电极焊盘，23表示修调部，24表示连接电极，25表示保护层，26表示衬底。

[0040] 本发明的磁传感器具备十字形状图案的感磁部21，该感磁部21设置于衬底26上，由化合物半导体形成。该感磁部21具备输入端子21a、21b和输出端子21c、21d，在输入端子21a、21b中的至少一个输入端子21a上经由连接电极24与具有化合物半导体的修调部23串联连接。

[0041] 通过这种结构，修调部23与感磁部21经由连接电极24串联连接，例如，虽然施加给磁传感器的电压是固定的，但是通过利用激光修调调整修调部23的电阻值R来改变串联连接的修调部23与感磁部21的电阻值R的比，能够任意地调整施加给感磁部21的电压。

[0042] 也就是说，在通过晶圆检查来测量恒定电压灵敏度等电特性时，通过一边监视恒定电压灵敏度一边改变修调部23的电阻值R，能够将由迁移率和感磁部21的形状引起的磁传感器之间的灵敏度偏差调整为固定值。这样，当将图3示出的以往的磁传感器的等效电路与图5示出的本发明的磁传感器的等效电路进行比较时，两者的不同点在于，以往施加给感磁部(桥电路)1的电压是固定的，因此无法调整恒定电压灵敏度，与此相对，在本发明中，通过改变修调部23的电阻值R，能够任意地调整施加给感磁部(桥电路)21的电压。

[0043] 实施例1

[0044] 图6是表示本发明的磁传感器中的衬底与修调部的实施例1的结构图，在图中，附图标记26表示GaAs衬底，28表示InAs层(修调层)。此外，InAs层(修调层)28与图4A和图4B中的修调部23对应。

[0045] 作为本发明的修调部23的材料，只要是与感磁部21相同的化合物半导体，则并不特别限定。存在以下方法：通过MBE(分子束外延生长)法、MOCVD(金属有机化学气相沉积)法在GaAs、Si等衬底26上形成化合物半导体薄膜或者对化合物半导体的GaAs衬底、例如GaAs衬底离子注入Si等，之后，通过激活退火来形成修调部。

[0046] 当对由氧化硅、氮化硅等保护层25覆盖的修调部23照射激光时，激光透过保护层25而被修调层28吸收，该修调层28熔融和固化，由此电阻值R发生变化。在本发明中，修调层材料为化合物半导体，因此与使金属材料蒸发而去除的通常的修调方法不同，虽说不能完全去除但是能够一边抑制对保护层25的损伤一边进行修调。

[0047] 保护层25起到抑制水分等外部气氛对化合物半导体层的腐蚀的作用，是制作可靠性高的器件所需要的。在进行激光修调之后形成保护层25也不是不可能，但是存在以下情况：由于形成保护层25的工序中的热历程而通过修调调整的特性有可能产生偏移而不适于降低特性偏差；由于在工序的过程中进行修调，因此与在器件完成后的晶圆检查时进行修调的情况相比检查次数增加；以及当在没有保护层25的状态下进行修调时，As等有可能飞散而不适于环境，因此优选在形成了保护层25的状态下、即器件完成后进行修调。

[0048] 修调部23的层结构可以是化合物半导体的单层结构，也可以是层叠结构(多层结构)，没有特别限定，但是优选在吸收修调用激光的修调层上设置修调用激光可透过的第一化合物半导体层(参照后述的实施例2)。另外，更优选在吸收修调用激光的修调层下设置修调用激光可透过的第二化合物半导体层(参照后述的实施例3)。

[0049] 实施例2

[0050] 图7是表示本发明的磁传感器中的衬底与修调部的实施例2的结构图，在图中，附图标记26表示GaAs衬底，38表示InAs层(修调层)，39表示AlGaAsSb层(第一化合物半导体层)。此外，InAs层(修调层)38和AlGaAsSb层(第一化合物半导体层)39与图4A和图4B中的修调部23对应。

[0051] 当对由保护层25覆盖的修调部23照射激光时，激光透过保护层25、第一化合物半导体层39后被修调层38吸收，该修调层38熔融和固化，由此电阻值R发生变化。如果保护层25与修调层38接触，则在修调层38熔融和固化时对保护层25施加压力，通过在修调层38与保护层25之间设置修调用激光可透过而不会被吸收的第一化合物半导体层39，能够抑制向保护层25施加的压力。

[0052] 图8A以及图8B(实施例1)、图9A以及图9B(实施例2)示出修调过的InAs层截面的概念图。在低功率条件下的修调中，在任一结构中均是几乎不对保护层施加压力就能够使电阻变化，但是当为了熔融和固化至InAs层的更深的部分以提高电阻变化率而以高功率进行修调时，在图8A以及图8B的结构中还存在以下情况：熔融和固化的部分与保护层接触，因此向保护层施加的压力大而保护层产生裂纹、质量恶化。与此相对，在图9A以及图9B的结构中，由于在保护层与修调层之间存在第一化合物半导体层，由此即使在高功率条件下，向保护层施加的压力也减少而能够进行修调。第一化合物半导体层是不吸收激光的禁带宽度，并且是相对于修调层电阻足够高的材料。

[0053] 图10示出本发明中的修调部的切割率与恒定电压灵敏度变化率之间的关系(切割率：图11示出的切割宽度与感磁部宽度的比率)。根据激光输出不同而恒定电压灵敏度变化率不同，切割率为0～75％范围内的灵敏度调整宽度(恒定电压灵敏度变化率)在激光输出0.07μJ时为5％、在激光输出0.30μJ时为17％。

[0054] 实施例3

[0055] 图12是表示本发明的磁传感器中的衬底与修调部的实施例3的结构图，在图中，附图标记26表示GaAs衬底，47表示下部AlGaAsSb层(第二化合物半导体层)，48表示InAs层(修调层)，49表示上部AlGaAsSb层(第一化合物半导体层)。此外，下部AlGaAsSb层(第二化合物半导体层)47、InAs层(修调层)48以及上部AlGaAsSb层(第一化合物半导体层)49与图4(A)和图4(B)中的修调部23对应。为了防止上部AlGaAsSb层的表面氧化，为了保证质量，优选在该上部AlGaAsSb层上进一步形成GaAs层。

[0056] 通过选择修调用激光可透过的即不会被吸收的材料作为第二化合物半导体层，仅在修调层48中吸收激光，因此能够以低功率的激光来高效率地进行修调。另外，作为第二化合物半导体层47的材料，优选选择晶格常数与修调层48的材料的晶格常数接近的材料。

[0057] 下面，使用具体例进行说明。

[0058] 在GaAs衬底26上直接形成InAs层作为修调层48的情况下，GaAs与InAs的晶格常数大不相同，因此为了形成高质量的InAs层而需要形成300nm以上，在对InAs层整体进行修调来提高电阻时，需要高功率的激光。与此相对，在GaAs衬底26上形成晶格常数与InAs接近的AlGaAsSb层，之后在该AlGaAsSb层上形成InAs层，由此能够形成虽然薄但是高质量的修调层(InAs层)48。在InAs层的上下设置有晶格常数接近的AlGaAsSb层的结构中，为了制作高性能的磁传感器并且以低功率不损伤保护层地进行修调，InAs层的厚度优选1nm～200nm，从生产角度更优选30nm～100nm。与在GaAs衬底26上直接形成修调层48的情况相比，能够使InAs层变薄，如图13所示，即使利用低功率的激光，InAs层整体也熔融和固化，能够高效率地调整修调部的电阻值。当能够以低功率进行修调时，能够减小熔融和固化的面积，缩短修调部的长度，因此能够减小切片尺寸，也有利于降低成本。另外，图14示出本发明中的修调部切割率与恒定电压灵敏度变化率之间的关系。切割率0～75％范围内的灵敏度调整宽度(恒定电压灵敏度变化率)在激光输出0.07μJ时为35％。
可知与InAs膜厚的情况(实施例2)相比灵敏度调整宽度宽。换言之，能够以短切割长度进行特性调整。因而，在修调层的上下设置有使修调用激光透过且晶格常数与修调层的晶格常数接近的化合物半导体层的层叠结构适合作为修调部的结构。

[0059] 下面，根据图12来说明本发明中的通过MBE法形成的化合物半导体层叠结构。在该化合物半导体层叠结构47、48、49中，首先在GaAs衬底26上依次形成500nm的下部AlGaAsSb层47、50nm的InAs层48、50nm的上部AlGaAsSb层49，进一步在该上部AlGaAsSb层49上形成10nm的GaAs层作为AlGaAsSb的氧化防止层。之后，使用光刻、蚀刻等工艺技术来制作出将这些化合物半导体层叠结构47、48、49作为感磁部21和修调部23的图4示出的磁传感器。关于化合物半导体层叠结构的构成材料的禁带宽度，AlGaAs Sb层47、49为
1.3eV，InAs层48为0.36eV，GaAs层为1.43eV。

[0060] 接着，说明针对该磁传感器的修调方法。

[0061] 为了调整恒定电压灵敏度，使用内置有电磁线圈的晶圆修调装置以能够对晶圆上的磁传感器施加磁场。作为修调用激光，使用可透过化合物半导体层叠结构的GaAs层和AlGaAsSb层47、49且被InAs层48吸收的波长1064nm(1.17eV)的YAG激光。下面，说明一边监视恒定电压灵敏度一边对修调部23照射激光来进行特性调整的结果。

[0062] 修调前的恒定电压灵敏度(输入电压3V、施加磁场50mT)在晶圆整个面(元件数量50000个)内平均为120mV，标准偏差σ为5mV，与此相对，在进行修调使恒定电压灵敏度成为105mV时，平均成为105mV，标准偏差成为0.4mV。当以<3σ/平均>来表示晶圆面内的偏差时，从修调前的12.5％向1.1％，偏差改善了一位数以上。

[0063] 如上所述，一边进行晶圆检查(电检查)一边对经由连接电极24与感磁部21串联连接的修调部23进行激光修调，由此能够调整恒定电压灵敏度，从而能够提供一种批量生产性良好的特性偏差小的磁传感器。

[0064] 实施例4

[0065] 图15是表示本发明的磁传感器的实施例4的结构图，图16是等效电路。通过将修调部与感磁部的输入端子并联连接，能够调整恒定电流灵敏度。

[0066] 以与实施例3相同的膜结构制作出图15的霍尔元件。下面，说明一边监视恒定电流灵敏度一边对修调部23照射激光来进行特性调整的结果。

[0067] 修调前的恒定电流灵敏度(输入电流5mA、施加磁场50mT)在晶圆整个面(元件数量50000个)中平均为145mV，标准偏差σ为7mV，与此相对，在进行修调使恒定电流灵敏度成为170mV时，平均成为170mV，标准偏差成为0.9mV。当以<3σ/平均>来表示晶圆面内的偏差时，从修调前的14.4％向1.6％，偏差改善了大约一位数。

[0068] 如上所述，一边进行晶圆检查(电检查)一边对与感磁部31并联连接的修调部33进行激光修调，由此能够调整恒定电流灵敏度，能够提供批量生产性良好的特性偏差小的磁传感器。附图标记32表示接合电极焊盘。