JPS6370583A - ガリウム砒素ホ−ル素子 - Google Patents
ガリウム砒素ホ−ル素子Info
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- JPS6370583A JPS6370583A JP61214139A JP21413986A JPS6370583A JP S6370583 A JPS6370583 A JP S6370583A JP 61214139 A JP61214139 A JP 61214139A JP 21413986 A JP21413986 A JP 21413986A JP S6370583 A JPS6370583 A JP S6370583A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N52/00—Hall-effect devices
- H10N52/101—Semiconductor Hall-effect devices
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、半導体材料を主な構成物質とするイオン注入
技術を使用した磁界検出用ホール素子に関するものであ
る。
技術を使用した磁界検出用ホール素子に関するものであ
る。
［従来の技術］
ガリウム砒素等の半絶縁性基板を出発材料とするホール
素子は磁界検出部となる半導体能動層を形成するのに、
主として以下のような工程でなされる。即ち半絶縁性基
板表面の一部を能動層に変換する為にイオン注入法によ
り、例えば、Ｓビ等の不純物イオンを半絶縁性基板表面
に導入する０次に不純物イオン打込層の結晶性回復と不
純物イオンの活性化を図る為にアニール工程が施される
。アニールは通常、電気炉中で８００〜８５０℃、１５
〜３０分間窒素雰囲気でなされるが、イオン注入された
基板表面は、アニール中に、基板表面から砒素原子の解
離蒸発を防ぐ目的で予じめシリコン窒化膜等の保護膜が
付着させられる。
素子は磁界検出部となる半導体能動層を形成するのに、
主として以下のような工程でなされる。即ち半絶縁性基
板表面の一部を能動層に変換する為にイオン注入法によ
り、例えば、Ｓビ等の不純物イオンを半絶縁性基板表面
に導入する０次に不純物イオン打込層の結晶性回復と不
純物イオンの活性化を図る為にアニール工程が施される
。アニールは通常、電気炉中で８００〜８５０℃、１５
〜３０分間窒素雰囲気でなされるが、イオン注入された
基板表面は、アニール中に、基板表面から砒素原子の解
離蒸発を防ぐ目的で予じめシリコン窒化膜等の保護膜が
付着させられる。
アニール時の砒素解離を防ぐ方法として保護膜を用いず
に７ニール雰囲気に砒素、あるいはアルシン（ＡＪ３）
を含ませる方法もあるが、アルシンは有害物質であり、
アニール処理後の雰囲気ガス置換に長時間を要し、また
処理ガス後処理装置を必要とする。また砒素自体や砒素
を含む物質を用いてアニール雰囲気の砒素分圧を高める
方法は特別の治具を必要としたり、封管法にする必要が
あり、何れも保護膜を用いた窒素雰囲気の開管法による
アニールに比べ生産性に於て劣っている。
に７ニール雰囲気に砒素、あるいはアルシン（ＡＪ３）
を含ませる方法もあるが、アルシンは有害物質であり、
アニール処理後の雰囲気ガス置換に長時間を要し、また
処理ガス後処理装置を必要とする。また砒素自体や砒素
を含む物質を用いてアニール雰囲気の砒素分圧を高める
方法は特別の治具を必要としたり、封管法にする必要が
あり、何れも保護膜を用いた窒素雰囲気の開管法による
アニールに比べ生産性に於て劣っている。
［発明の解決しようとする問題点］
上記のような従来技術、即ち半絶縁性ガリウム砒素基板
に例えば、１２０ＫＶの加速電圧で。
に例えば、１２０ＫＶの加速電圧で。
５ Ｘ １０１２／ ｃｍ２のドーズ量でシリコンを注
入し、 ５ｉ３Ｎｓ等の保護膜を基板に付着後、窒素中
で８００℃３０分間の熱処理（アニール処理）の後形成
された能動層のシート抵抗は通常４００〜８００Ω／口
の値を示す、このような最大値と最小値の比が２倍を越
す大きなバラツキはホール素子の応用回路上許容される
範囲を越えており、実際には抵抗値を細かく区分けし、
選別して使用されているが、生産性が良いとは言えない
、このようなバラツキと同様にしてホール素子の出力電
圧に同様のバラツキを生ずる。この原因は、ガリウム砒
素基板結晶が完全ではなく、育成時の組成比の変動や、
Ｃ、Ｍ ｎ 、 Ｃｕ等の残留不純物、Ｃｒ等の基板を
半絶縁化する為の導入不純物、あるいは転位９点欠陥の
影響とされいるが、完全に除く事は達成されていない。
入し、 ５ｉ３Ｎｓ等の保護膜を基板に付着後、窒素中
で８００℃３０分間の熱処理（アニール処理）の後形成
された能動層のシート抵抗は通常４００〜８００Ω／口
の値を示す、このような最大値と最小値の比が２倍を越
す大きなバラツキはホール素子の応用回路上許容される
範囲を越えており、実際には抵抗値を細かく区分けし、
選別して使用されているが、生産性が良いとは言えない
、このようなバラツキと同様にしてホール素子の出力電
圧に同様のバラツキを生ずる。この原因は、ガリウム砒
素基板結晶が完全ではなく、育成時の組成比の変動や、
Ｃ、Ｍ ｎ 、 Ｃｕ等の残留不純物、Ｃｒ等の基板を
半絶縁化する為の導入不純物、あるいは転位９点欠陥の
影響とされいるが、完全に除く事は達成されていない。
このような能動層の特性バラツキへの影響を低減する方
法としてイオン注入のドーズ量を増加させ導入不純物の
ピーク濃度を大きくして、相対的にバラツキの程度を減
らす事ができるが、以下に記す理由でバラツキが払拭さ
れない。
法としてイオン注入のドーズ量を増加させ導入不純物の
ピーク濃度を大きくして、相対的にバラツキの程度を減
らす事ができるが、以下に記す理由でバラツキが払拭さ
れない。
注入イオンを活性化するアニール処理に於て、表面保ａ
４膜とガリウム砒素基板の熱膨張係数が異なる為、熱応
力が基板に働き注入イオンが異常拡散する事が知られて
いる０例えば、５ｉ３Ｎｓの熱膨張係数は２ Ｘ １０
−６／℃〜３Ｘ１０−６／℃であり、ガリウム砒素のそ
れは５ Ｘ １０−６／℃である。第３図１２は注入イ
オンが異常拡散した場合のガリウム砒素基板中のキャリ
ア濃度分布例である。第３図１Ｏは異常拡散がない場合
の分布例である。注入イオンが異常拡散した場合は、熱
応力が基板面内で一様でない為、特性バラツキの一因と
なっている。またガリウム砒素基板表面は砒素原子の解
離蒸発が完全には抑制されず、アニール処理や他の熱処
理工程、例えば５ｉ３Ｎｉ保護膜付着工程を経ると変成
し表面のキャリア１度が増加する享が知られており、第
３図１１に示されるようなキャリア濃度分布になる。こ
れもバラツキの原因となる。
４膜とガリウム砒素基板の熱膨張係数が異なる為、熱応
力が基板に働き注入イオンが異常拡散する事が知られて
いる０例えば、５ｉ３Ｎｓの熱膨張係数は２ Ｘ １０
−６／℃〜３Ｘ１０−６／℃であり、ガリウム砒素のそ
れは５ Ｘ １０−６／℃である。第３図１２は注入イ
オンが異常拡散した場合のガリウム砒素基板中のキャリ
ア濃度分布例である。第３図１Ｏは異常拡散がない場合
の分布例である。注入イオンが異常拡散した場合は、熱
応力が基板面内で一様でない為、特性バラツキの一因と
なっている。またガリウム砒素基板表面は砒素原子の解
離蒸発が完全には抑制されず、アニール処理や他の熱処
理工程、例えば５ｉ３Ｎｉ保護膜付着工程を経ると変成
し表面のキャリア１度が増加する享が知られており、第
３図１１に示されるようなキャリア濃度分布になる。こ
れもバラツキの原因となる。
［問題を解決するための手段］
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたもので、半絶縁
性ガリウム砒素等の基板に不純物をイオン注入された能
動層を有するホール素子であって、注入不純物分布のテ
イルに近い深い部分、及び表面に近い浅い部分が、半絶
縁性基板の残留不純物、転位９点欠陥、注入不純物の異
常拡散、あるいは基板表面の熱変成等のバラツキによっ
て能動層の特性バラツキが大きくなるのを低減させるよ
うに構成されたホール素子を提供することを目的とする
ものである。
性ガリウム砒素等の基板に不純物をイオン注入された能
動層を有するホール素子であって、注入不純物分布のテ
イルに近い深い部分、及び表面に近い浅い部分が、半絶
縁性基板の残留不純物、転位９点欠陥、注入不純物の異
常拡散、あるいは基板表面の熱変成等のバラツキによっ
て能動層の特性バラツキが大きくなるのを低減させるよ
うに構成されたホール素子を提供することを目的とする
ものである。
即ち、本発明に係るホール素子は、半絶縁性半導体基板
に電気的に活性となる不純物イオンの注入によって形成
された能動層と、該能ｌｈ層を深さ方向に挟むように形
成され、且つ該能動層に接触するように形成され、電気
的に不活性でキャリアトラップとなる不純物を導入した
層を有するホール素子を提供するものである。
に電気的に活性となる不純物イオンの注入によって形成
された能動層と、該能ｌｈ層を深さ方向に挟むように形
成され、且つ該能動層に接触するように形成され、電気
的に不活性でキャリアトラップとなる不純物を導入した
層を有するホール素子を提供するものである。
第１図（ａ）は、本発明によるホール素子の断面構造を
示している。半絶縁性半導体基板１の主表面の所定領域
に電気的活性な能動層である領域４および該領域４の端
面に接するように外部への接続部２を形成する。能動層
である領域４はＰ型あるいはＮ型の半導体となるように
形成され、一方領域２は領域４と同じ導電型であって、
通常領域４より高濃度の不純物を有し、低抵抗となるよ
うに形成される０次に領域４に接触して、且つ領域４よ
り深い部分、および領域４に接触して、且つ領域４より
浅い部分にキャリアトラップ領域３および５をそれぞれ
設ける。
示している。半絶縁性半導体基板１の主表面の所定領域
に電気的活性な能動層である領域４および該領域４の端
面に接するように外部への接続部２を形成する。能動層
である領域４はＰ型あるいはＮ型の半導体となるように
形成され、一方領域２は領域４と同じ導電型であって、
通常領域４より高濃度の不純物を有し、低抵抗となるよ
うに形成される０次に領域４に接触して、且つ領域４よ
り深い部分、および領域４に接触して、且つ領域４より
浅い部分にキャリアトラップ領域３および５をそれぞれ
設ける。
［作 用］
本発明に於てキャリアトラップ層３および５は、第４図
（ａ）の１４に示されるような異常拡散による不純物分
布の裾野の広がりや１表面変性層によるキャリア濃度の
持ち上がりを払拭させようとするものである。すなわち
、第４図１３および１５に示すように電気的に不活性で
且つキャリアトップとなる不純物を注入、１３および１
５のような分布をさせる事により、正味のキャリア濃度
分布を第４図（ｂ）に示されるように形成させる。この
ようにすることによって、異常拡散による分布の広がり
や表面変成層による影響のバラツキがあったとしても、
その部分はキャリアトラップ層によって減殺され、正味
のキャリア分布は殆んど変化がない、さらに基板の残留
不純物や点欠陥の影響は不純物分布の裾野程大きくなる
が、これも上と同じ効果で正味のキャリア分布への影響
は減らされる。また、ホール素子の感度はキャリア濃度
と能動層厚みに反比例する事は周知であるが、上記の構
造によって感度の向上も同時に達成される。
（ａ）の１４に示されるような異常拡散による不純物分
布の裾野の広がりや１表面変性層によるキャリア濃度の
持ち上がりを払拭させようとするものである。すなわち
、第４図１３および１５に示すように電気的に不活性で
且つキャリアトップとなる不純物を注入、１３および１
５のような分布をさせる事により、正味のキャリア濃度
分布を第４図（ｂ）に示されるように形成させる。この
ようにすることによって、異常拡散による分布の広がり
や表面変成層による影響のバラツキがあったとしても、
その部分はキャリアトラップ層によって減殺され、正味
のキャリア分布は殆んど変化がない、さらに基板の残留
不純物や点欠陥の影響は不純物分布の裾野程大きくなる
が、これも上と同じ効果で正味のキャリア分布への影響
は減らされる。また、ホール素子の感度はキャリア濃度
と能動層厚みに反比例する事は周知であるが、上記の構
造によって感度の向上も同時に達成される。
［実施例］
次に第２図に従って本発明のホール素子を形成する手段
を説明する。半絶縁性ガリウム砒素基板ｌの主表面に外
部接続用低抵抗領域２をイオン注入法によって形成する
。この時感光樹脂層６がイオン注入のマスクとなり、領
域２が選択的にイオン注入される。開口部７は写真蝕刻
技術により形成される。領域２への注入不純物量は１例
えばＳトイオンでＩ Ｘ ｌｏｔ ’ ／ ｃｍ２程度
である９以上のようにして領域２が形成された状態が第
２図（ａ）である０次に感光樹脂層である注入マスク６
を除去し、新たに６と同様の技術で６″を形成する。６
′をマスクとして領域３．４および５に選択的にイオン
注入が施される。領域４は能動層であり、２９Ｓ１−
を例えば加速エネルギ１４０ＫｅＶとし、注入量３ Ｘ
１０１２ ／ ｃｍ２で形成される。この場合領域４
はＮ型導電層となるので領域５および３に対して電子ト
ラップとなるＩＩＢ−をそれぞれ加速エネルギーを２０
ＫｅＶ。
を説明する。半絶縁性ガリウム砒素基板ｌの主表面に外
部接続用低抵抗領域２をイオン注入法によって形成する
。この時感光樹脂層６がイオン注入のマスクとなり、領
域２が選択的にイオン注入される。開口部７は写真蝕刻
技術により形成される。領域２への注入不純物量は１例
えばＳトイオンでＩ Ｘ ｌｏｔ ’ ／ ｃｍ２程度
である９以上のようにして領域２が形成された状態が第
２図（ａ）である０次に感光樹脂層である注入マスク６
を除去し、新たに６と同様の技術で６″を形成する。６
′をマスクとして領域３．４および５に選択的にイオン
注入が施される。領域４は能動層であり、２９Ｓ１−
を例えば加速エネルギ１４０ＫｅＶとし、注入量３ Ｘ
１０１２ ／ ｃｍ２で形成される。この場合領域４
はＮ型導電層となるので領域５および３に対して電子ト
ラップとなるＩＩＢ−をそれぞれ加速エネルギーを２０
ＫｅＶ。
１２０ＫｅＶ、注入量を８ Ｘ １ｏｌｌ／ ｃｍ２
、５ Ｘ １０１２／Ｃ１２としてイオン注入する。
、５ Ｘ １０１２／Ｃ１２としてイオン注入する。
領域３．４および５へのイオン注入順序は上記の順でな
く変えて行なってもよい、またＢｏの替りＡ１・を用い
てもよい０次にマスク６′を除去レアニール処理を施す
が、その保護膜として例えばシリコン窒化膜をプラズマ
ＣＶＤ等により基板表面に約３００℃で厚さ１０００〜
１５００人となるように堆積させる。アニール処理を例
えば、８００℃で３０分間窒素雰囲気中で施し、注入イ
オンの活性化及び注入層の結晶性を回復させ、能動層４
および外部接続用低抵抗層２を得る。
く変えて行なってもよい、またＢｏの替りＡ１・を用い
てもよい０次にマスク６′を除去レアニール処理を施す
が、その保護膜として例えばシリコン窒化膜をプラズマ
ＣＶＤ等により基板表面に約３００℃で厚さ１０００〜
１５００人となるように堆積させる。アニール処理を例
えば、８００℃で３０分間窒素雰囲気中で施し、注入イ
オンの活性化及び注入層の結晶性を回復させ、能動層４
および外部接続用低抵抗層２を得る。
以上はＮ型不純物としてＳｉの場合について述べたが、
Ｓｓ、 Ｓを使用した場合でも注入エネルギ、注入量を
適当に選べば同様の効果が得られる事は明白である。
Ｓｓ、 Ｓを使用した場合でも注入エネルギ、注入量を
適当に選べば同様の効果が得られる事は明白である。
また、第５図に示すように通常の半絶縁性基板の替りに
基板１′の主表面にキャリアトラップを含む層３′とノ
ンドープ半絶縁層６をエピタキシャル成長させた基板を
用いても同様の構造を得る事ができる。正しこの場合は
第２図の領域３に相当するイオン注入は省かれる。
基板１′の主表面にキャリアトラップを含む層３′とノ
ンドープ半絶縁層６をエピタキシャル成長させた基板を
用いても同様の構造を得る事ができる。正しこの場合は
第２図の領域３に相当するイオン注入は省かれる。
［発明の効果］
以上のように、本発明は、半絶縁性基板にイオン注入法
により製造されたホール素子の能動層を深さ方向に挟む
ように、且つ能動層に接触するようにキャリアトラップ
層を設ける事により製造工程中で発生する基板表面の変
成やアニール等の熱処理工程で発生する注入不純物の異
常拡散によるキャリア濃度分布のバラツキ、および基板
特性例えば、残留不純物や点欠陥、転位等によるキャリ
ア濃度分布バラツキを著しく低減する事ができ、性能の
揃ったホール素子を提供することができる。
により製造されたホール素子の能動層を深さ方向に挟む
ように、且つ能動層に接触するようにキャリアトラップ
層を設ける事により製造工程中で発生する基板表面の変
成やアニール等の熱処理工程で発生する注入不純物の異
常拡散によるキャリア濃度分布のバラツキ、および基板
特性例えば、残留不純物や点欠陥、転位等によるキャリ
ア濃度分布バラツキを著しく低減する事ができ、性能の
揃ったホール素子を提供することができる。
第１図は本発明になるホール素子の実施例の断面図およ
び平面図を示す、第２図は第１図の実施例を製造する過
程を示す図であり、第３図は従来例に於ける不純物分布
と理想的なイオン注入不純物分布を示すグラフであり、
第４図は第１図の実施例に於けるイオン注入不純物分布
と正味のキャリア濃度分布を示すグラフである。第５図
は別の実施例に使用される基板の断面図である。 図に於て１は半絶縁性基板、２は外部端子接続用高濃度
領域、４は能動領域、３および５はキャリアトラップ層
を示す。 第 ｊ 図 Ｉ（１） Ｃｂ） 第２図 ＋／７＋ 第 ：１ 図 況 で 第４ 図 （＋２７ ｏ、ｔ σ、２ ６Ｊ（％Ｋ）ジ兄 才
び平面図を示す、第２図は第１図の実施例を製造する過
程を示す図であり、第３図は従来例に於ける不純物分布
と理想的なイオン注入不純物分布を示すグラフであり、
第４図は第１図の実施例に於けるイオン注入不純物分布
と正味のキャリア濃度分布を示すグラフである。第５図
は別の実施例に使用される基板の断面図である。 図に於て１は半絶縁性基板、２は外部端子接続用高濃度
領域、４は能動領域、３および５はキャリアトラップ層
を示す。 第 ｊ 図 Ｉ（１） Ｃｂ） 第２図 ＋／７＋ 第 ：１ 図 況 で 第４ 図 （＋２７ ｏ、ｔ σ、２ ６Ｊ（％Ｋ）ジ兄 才
Claims (1)
- （１）半絶縁性ガリウム砒素基板にイオン注入によって
形成された能動層と該能動層を深さ方向に挟むように形
成され、且つ該能動層に接触するように形成されたキャ
リアトラップ層を有することを特徴とするホール素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61214139A JPS6370583A (ja) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | ガリウム砒素ホ−ル素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61214139A JPS6370583A (ja) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | ガリウム砒素ホ−ル素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6370583A true JPS6370583A (ja) | 1988-03-30 |
Family
ID=16650874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61214139A Pending JPS6370583A (ja) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | ガリウム砒素ホ−ル素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6370583A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000052424A1 (de) * | 1999-02-26 | 2000-09-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Hall-sensor mit reduziertem offset-signal |
| EP3570338A1 (en) * | 2018-05-16 | 2019-11-20 | ABLIC Inc. | Semiconductor device |
-
1986
- 1986-09-12 JP JP61214139A patent/JPS6370583A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000052424A1 (de) * | 1999-02-26 | 2000-09-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Hall-sensor mit reduziertem offset-signal |
| CZ301988B6 (cs) * | 1999-02-26 | 2010-08-25 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E. V. | Hallovo cidlo s redukovaným ofsetovým signálem |
| EP3570338A1 (en) * | 2018-05-16 | 2019-11-20 | ABLIC Inc. | Semiconductor device |
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